白腐菌在木质纤维素降解中的应用进展

木质素由于具有各种生物学稳定的复杂键型而不易被微生物降解,进而阻碍了纤维素的降解利用,而纤维素是重要的能源性物质,同时又是纸浆的主要成分,因此有效利用木质纤维素的关键是木质素的去除。本文总结白腐菌在生物制浆、乙醇制备的预处理、堆肥和饲料的制备方面的应用,概括提高白腐菌利用效率的方法,并对使用白腐菌处理木质纤维素材料进行展望。     

3种白腐菌木质纤维素酶活性及酶相关基因的TRAP标记遗传多态性

【目的】木质纤维素是重要的可再生资源,白腐菌对降解木质纤维素具有特殊的优势。研究3种白腐菌的生物学特性、酶学活性以及菌种间的遗传多样性,系统分析3种白腐菌木质纤维素酶的表达与相关基因多态性的关系,为高产木质纤维素酶菌种选育提供理论基础,为白腐菌木材降解分子机制的研究提供科学依据。【方法】以云芝栓孔菌、火木层孔菌和松杉灵芝3种白腐菌为研究材料,测定在不同培养温度下固体培养基中菌落的生长速度和液体培养基中的生物量变化,利用比色法测量白腐菌5种木质纤维素酶活性,运用目标区域扩增多态性( TRAP)分子标记分析3种白腐菌的木质纤维素降解相关酶基因的多态性。【结果】在不同温度下(23,28℃),3种白腐菌在PDA固体培养基上的生长速度均为云芝栓孔菌＞火木层孔菌＞松杉灵芝,云芝栓孔菌和火木层孔菌在28℃的生长速度高于23℃,而松杉灵芝在23℃培养生长更快;液体培养基中云芝栓孔菌的生物量高于火木层孔菌和松杉灵芝。3种白腐菌木质素相关酶活性受木屑诱导显著提高,木质素酶活性最高的是漆酶,其次是木质素过氧化物酶,最低的是锰过氧化物酶;纤维素酶的表达在3种白腐菌中无显著差异,但外切纤维素酶活性明显高于内切纤维素酶活性,玉米秸秆为碳源诱导产生的纤维素酶活性明显高于木屑碳源样品。云芝栓孔菌更偏好于木质素酶的表达,而火木层孔菌和松杉灵芝则更偏好于纤维素酶的表达。TRAP分子标记扩增结果显示,木质素酶相关基因的6对引物共产生109条条带,多态性条带为79条,多态性百分比为72.47%;纤维素酶相关基因的11对引物共产生198条条带,多态性条带为140条,多态性百分率为70.70%。【结论】通过生长速度、生物量、木质纤维素酶活性的检测以及 TRAP 分子标记结果表明3种白腐菌在种间具有较高的遗传差异。3种白腐菌木质素酶活性的大小与其酶基因多态性之间没有明显的对应关系;3种白腐菌纤维素酶活性大致相同,其基因多态性也比较一致。     

低共熔溶剂在木质纤维类生物质研究中的应用

低共熔溶剂(DESs)是一种新型绿色溶剂,具有蒸汽压低、合成过程简单、价格低廉、无毒、可生物降解等优点,被认为是最有发展潜力的生物质预处理试剂之一,在木质纤维类生物质领域中的研究应用逐年增加。综述了DESs在木质素、纤维素和半纤维素的溶解、改性以及利用等相关方面的研究进展,分析了DESs氢键供体和氢键受体种类、摩尔比、浓度、处理温度等条件对三大素溶解性能的影响,以及三大素在DESs中酯化、活化和降解等的研究现状。介绍了DESs预处理稻壳、玉米芯、农作物秸秆、木材等木质纤维类原料的研究现状,利用DESs预处理木质纤维类生物质主要是提取并获得高纯木质素组分,同时提高富纤维物质的葡萄糖得率和木糖得率,对DESs预处理木质纤维类生物质的机理进行了分析。重点介绍了利用DESs预处理纸浆等木质纤维类生物质制备纳米纤维素的研究进展。最后,提出了DESs在木质纤维类生物质领域研究的发展方向,以期为DESs应用于木质纤维类生物质资源化利用提供依据和参考。     

白腐菌预处理对杨木硫酸盐法制浆性能的影响

以杨木和白腐菌为研究对象,测定白腐菌预处理前后杨木化学组成与纤维形态的变化,找出合适菌株和最佳的预处理时间,进行硫酸盐法制浆前的预处理,比较制浆后浆料的卡伯值、得率、黏度和纸张的物理性能.结果表明:对木质素降解程度由大到小为香菇菌、云芝菌、杂色木云芝菌、脉射菌、佛罗里达侧耳和糙皮侧耳,香菇菌对综纤维素的降解程度最大,杂色木云芝菌的降解最小;预处理后,杨木纤维平均长度略有降低,纤维的长宽比得到了提高,壁腔比下降;与参照样相比,经脉射菌、杂色木云芝菌和佛罗里达侧耳预处理后制得的浆料,卡伯值降低、得率增加、黏度增加、脱木素选择性提高,纸张的撕裂指数和抗张指数均增加;经过香菇菌预处理后得到的浆料,虽然卡伯值降低、脱木素选择性增加,但是黏度和得率却在下降,纸张的撕裂指数和抗张指数减小.经过这4种白腐菌预处理后,纸张的耐折度和白度均大于对照.     

低共熔溶剂应用于木质纤维素预处理的研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新型的绿色溶剂,具有制备简单、价格低廉、无毒、可生物降解、可循环使用的特点,在木质纤维素预处理应用方面前景广阔。本文首先概述了低共熔溶剂的组成、分类、制备方法及其物理性质等,随后对DES在生物质预处理领域中的研究应用进行归纳,综述了DES预处理分离木质纤维素的机理性研究,重点介绍了DES选择性分离木质纤维素的应用进展,以期为DES在预处理木质纤维素类生物质的规模化应用提供理论参考。     

农林生物质预处理过程中细胞壁主要组分溶解机理研究进展

农林生物质可再生资源的高值转化利用已成为许多国家的重要发展战略和科学研究的热点。目前农林生物质利用技术已经取得了一定的进步,但总体上其转化成本仍然较高,实现木质纤维大规模生产燃料、生物基化学品和材料仍然困难。木质纤维细胞壁的复杂结构及组分分布不均一性是农林生物质难以高值利用的根本原因,其中细胞壁主要化学组分的微观分布及其在生物质转化过程中的降解机理阐释是木质纤维高效利用研究领域亟须解决的瓶颈问题。笔者系统阐明了农林生物质细胞壁超微结构及其主要组分在细胞壁各形态区的区域化学分布特点,并综述了两者在预处理过程中的变化及预处理破除细胞壁顽抗性的机理,为农林生物质进一步高值转化为燃料、化学品等大规模工业化生产提供重要的理论依据。     

木材白腐机理研究进展

白腐菌是木材的主要腐朽菌之一，白腐菌菌丝在细胞内形成多种降解酶主要是木素降解酶，次则是纤维素降解酶及半纤维素降解酶，以降解细胞壁物质中的木素、半纤维素及纤维素，作为木腐菌的营养。由于这些木材组成的降解，必然改变木材的化学及物理性质。近年来，在白腐菌的营养需求、降解酶传递途径，对木材主要组成酶降解机理及对材性的影响，产酶的分子遗传等领域的研究均取得一定进展，可望不久将来能利用生物工程改变白腐菌基因，     

果胶预处理对杉木耐久性的影响

为了更好地研究果胶预处理对木材耐久性的影响并提高果胶在木材利用中的潜在价值.以杉木为试验材料,采用果胶和其他防腐剂配合使用的预处理模式,测定样品的载药率和失重率的变化,分析果胶预处理对杉木耐久性的影响.结果显示,杉木经过果胶预处理之后,在接种白腐菌彩绒革盖菌的环境下,杉木的失重率会提高;在接种褐腐菌绵皮卧孔菌和球毛壳菌...     

6种白腐菌腐朽后的山杨木材和木质素官能团变化的红外光谱分析

选择火木层孔菌及 5种木材降解能力较强的阔叶树上的白腐菌 :粗毛盖菌、偏肿拟栓菌、三色革裥菌、冬拟多孔菌和血红密孔菌 ,采用国内外红外光谱分析的标准方法 ,用傅里叶红外光谱仪测定未腐朽材木粉和受 6种白腐菌腐朽 12 0d后的腐朽材木粉试样的红外光谱图。刮取未腐朽的山杨木材样品和受 6种白腐菌腐朽 12 0d时的山杨木材样品表层少许 ,在干燥条件下 ,分别放入KBr中 ,磨细 ,压片 ,然后在FTIR光谱仪上进行测定 ,得到经 6种白腐菌降解 12 0d后的木材木粉和未腐朽材木粉其木材和木质素官能团谱峰位置和谱峰相对吸收强度的振动变化状况 ,进而分析腐朽后的山杨木材和木质素官能团的变化情况 ,以作为木材白腐菌对山杨材生物降解机制的进一步研究。结果表明 ,受 6种白腐菌腐朽后的山杨木材和木质素官能团都受到一定程度的降解 ,但各自的变化情况有所不同。对木质素的降解主要是存在于侧链上 ,虽然苯环骨架变化不明显 ,但木质素苯环间的羰基、CH2 结构、紫丁香基和愈疮木基等侧链已部分被降解。从各吸收峰相对吸收强度的变化大小来看 ,血红密孔菌、冬拟多孔菌、三色革裥菌和偏肿拟栓菌对木质素降解的程度大于粗毛盖菌和火木层孔菌对木质素降解的程度     

预处理纤维素超分子结构变化机制研究进展

木质纤维生物质高值转化生产清洁能源、生物基化学品和功能材料是可再生能源领域的研究热点.纤维素是木质纤维生物质的主要成分,其高效利用是生物炼制的重点.然而,纤维素的生物转化面临分子链有序组装与结晶而成的超分子结构、微纤丝聚集形成的多尺度网络结构及其与木质素、半纤维素的多种化学交联共同形成的木质纤维素抗降解屏障,阻碍了其产...     

Characterization of acetylated wood decayed by brown-rot and white-rot fungi

The objective of this study was to characterize the decay of acetylated wood due to brown-rot and white-rot fungi by analysis of chemical composition, X-ray measurements, and¹³C-NMR spectroscopy. The decay by brown-rot fungus became inhibited at a weight percent gain (WPG) due to acetylation of more than 10%, and the mass loss (LOSS) due to decay became zero at a WPG of about 20%. The LOSS due to white-rot fungus decreased slowly with the increase in WPG, reaching zero at a WPG of about 12%. The losses of lignin by brown-rot decay increased initially with the decrease in LOSS owing to the progressing acetylation and then decreased at a LOSS of less than 60%. Polysaccharides were more easily decomposed than lignin during the decay of acetylated wood due to brown-rot fungus. The losses of both components due to white-rot decay decreased as the LOSS decreased with progressing acetylation. The white-rot fungus tended to preferentially decompose the lignin during the decay of acetylated wood. The brown-rot fungus decomposed the cellulose in the crystalline region to a large degree when the LOSS was more than 40%, whereas the white-rot fungus decomposed the crystalline region and the noncrystalline region in acetylated wood to the same degree. The brown-rot fungus preferentially decomposed unsubstituted xylose units in acetylated wood and partly decomposed the mono-substituted xylose units. It was suggested that the mono- and disubstituted cellulose were partly decomposed by brown-rot fungus.This paper was presented at the 46th and 47th annual meetings of the Japan Wood Research Society at Kumamoto and Kochi in April 1996 and April 1997, respectively     

Leachability,decay, and termite resistance of wood treated with metaborates

The formation of insoluble metaborates in wood was investigated by impregnating the wood with borax and metallic salts, after which their properties (e.g., leachability in running water and biological resistance) were evaluated. The solubility of three metaborates in acidic solutions was also evaluated. Double-diffusion treatment was carried out to form the precipitates of metaborates in sapwood specimens of Japanese cedar (Cryptomeria japonica) at room temperature. Water-saturated wood specimens were first impregnated by a saturated borax solution and then diffuse-penetrated with Zn²⁺, Ca²⁺, or Pb²⁺ solution. The precipitates of the three metaborates in the wood proved to be insoluble or hardly soluble in water by the leaching test. With the decay test using a brown-rot fungus (Fomitopsis palustris) and a white-rot fungus (Trametes versicolor) and with the termite test using a virulent subterranean termite (Coptotermes formosanus), the metaborate-treated woods showed generally good decay and termite resistance with negligible mass loss of the specimens. Particularly, the lead metaborate formed in the wood provided superb biological resistance against decay and termite attacks. In addition, the precipitates of these metaborates were found to be soluble in acidic solution, suggesting a way to remove these chemicals from wood when disposing of waste materials.     

不同品种泡桐制备乙醇的预处理工艺优化研究

生物质制乙醇是解决当前世界能源短缺的重要途径。当前生物质制乙醇在国内外无法大规模投入生产的主要原因是成本过高。选取优质的生物质材料和高效的预处理方法可以有效解决这一问题。以6个泡桐品种为试验材料,采用稀硫酸、氢氧化钠、微波-氢氧化钠3种方法进行预处理,对泡桐纤维素含量和酶解后还原糖产量进行测定,探讨不同预处理方法对纤维素含量和还原糖产量的影响。结果表明:以微波-氢氧化钠法预处理毛泡桐品种效果良好,处理后纤维素含量达84.82%,较预处理前提升了38.01%;半纤维素和木质素分别降低了21.23%和6.65%;还原糖产量较高,为471.38 mg/g。该研究可为生物质制乙醇高效预处理方法和优质生物质材料的选择提供参考。     

相思木EMCC硫酸盐浆氧脱木质素前后酶处理的影响研究

研究了酶处理对相思木EMCC(延伸改良连续蒸煮)硫酸盐浆(KP浆)氧脱木质素效果的影响。结果表明,由白腐菌直接合成的漆酶/木聚糖酶体系(LXS)预处理相思木EMCC硫酸盐浆的的适宜酶用量为7 IU/g;LXS预处理后浆料氧脱木质素的适宜反应时间、最高反应温度及用碱量分别为60 min、100℃和2.5%;利用LXS进行氧脱木质素后处理的适宜反应时间及酶用量分别为2 h和5 IU/g。SEM观察到经过酶处理后纤维表面及横切面出现大量的裂隙及孔隙,其中以酶后处理最为明显,为后续漂白中化学药品的渗透和漂白降解产物的溶出创造条件。     

Wood decaying properties of the termite mushroom <Emphasis Type="Italic">Termitomyces eurrhizus</Emphasis>

Four strains of the termite mushroom Termitomyces eurrhizus collected in Japan were surveyed for their wood decaying properties in three softwood and two hardwood species, in comparison with the white-rot fungus Trametes versicolor and the brown-rot fungus Fomitopsis palustris. All strains of T. eurrhizus degraded only the surfaces of the wood samples, and differences in mass-loss rates between heartwood and sapwood were generally not significant. Higher mass-loss rates were generally obtained in softwood than in hardwood. The results of chemical analyses of decayed wood samples indicated that T. eurrhizus does not have high lignin-degradation ability, even though it is categorized as a white-rot fungus. These results clearly suggest the unique physiological characteristics of T. eurrhizus.     

天麻废旧菌材利用研究现状与前景展望

天麻废旧菌材的丢弃和低效处理导致资源浪费和火灾隐患等问题日益突出,高效利用研究迫在眉睫。本文分析了天麻废旧菌材的主要来源和特点,探究了天麻废旧菌材的利用及研究现状,并从生态修复利用、生物质燃料和绿色复合材料开发等方面进行了展望,为天麻废旧菌材进一步高效利用提供了理论基础。     

预处理技术在生物质热裂解中的应用

生物质能源是一种新型绿色可再生能源,对其开发利用已成为国内外研究热点。笔者综述了预处理技术在生物质热裂解领域中的相关应用及发展现状,重点分析比较了物理预处理、化学预处理及生物预处理等技术对热裂解产物的影响,归纳总结了生物质热裂解预处理技术的发展趋势,即根据生物质的物化特性和热裂解目标产物来选用不同的预处理方式。     

胡枝子屑黑木耳培养料的配方筛选

在研发利用胡枝子屑为替代原料栽培黑木耳生产技术中,通过对不同替代料和不同配方的黑木耳菌丝生长速度、原基形成时间、采收时间、平均产量、生物学效率及子实体形态6个方面对比试验分析,筛选出了胡枝子屑栽培黑木耳最佳培养料配方.结果表明:胡枝子屑栽培黑木耳最佳培养料配方为胡枝子屑86.5％+麦麸10％+豆饼2％+石膏1％+石灰0.5％;胡枝子屑为原料配方生产的黑木耳产量显著大于杞柳配方(P＜0.05),与杞柳屑配方相比,产量增加12.50％ ～ 13.75％.     

我国林业生物质材料产业现状与发展趋势

介绍生物质与生物质材料的定义与分类,概述我国生物质材料产业发展现状以及存在问题,提出了发展林业生物质材料产业的建议。