Bacillus Ligniniphilus L1降解木质素机理的初步研究

发布时间：2019-08-24 11:16

【摘要】：木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子芳香族化合物,同时也是自然界最丰富的芳香族化合物,其分解与陆地上碳循环密切相关。提取木质纤维素中的纤维素使其转化成乙醇,是生产第二代生物质能源的关键步骤。但是由于木质素是一种非常稳定的化合物,难以降解是实现生物乙醇转化的主要屏障,因此关于木质素的微生物降解研究具有非常重要的意义。此外,木质素是自然界中含量第二丰富的生物质,主要来源于纤维素乙醇和制浆造纸工业中的副产物或者农林废弃物,如果能对木质素的生物降解过程进行有效的控制,那么木质素具有生产芳香族化工原料的潜力。真菌降解木质素的研究已经深入的进行了多年,并取得丰富的成果,但是仍然未开发出一种能商业化应用的木质素生物转化技术,而关于细菌降解木质素的研究还处在初级阶段。由于丰富的生物多样性和良好的环境适应能力,细菌在木质素降解方面深受研究人员的关注,越来越多研究表明细菌在木质素的生物降解过程中起到重要的作用。本论文从实验室保藏的细菌中筛选到能够利用木质素为唯一碳源生长的菌株Bacillus ligniniphilus L1,表明其具有降解木质素的潜力。为了进一步确定Bacillus ligniniphilus L1降解木质素的能力及其在木质素生物转化过程中的应用前景,对其降解木质素特性、代谢产物及木质素降解基因进行了系统的研究。主要研究成果如下:1.以木质素为唯一碳源培养Bacillus ligniniphilus L1,发现该菌在碱性条件下的生长态势较好。在pH 9的木质素培养基中,7天内使培养液色度下降了30%。Bacillus ligniniphilus L1通过分泌木质素降解酶修饰/降解木质素,其分泌的漆酶和锰过氧化物酶活性分别达到147 U/L和273.6 U/L。综合数据表明,Bacillus ligniniphilus L1具有降解木质素的潜力。2.通过GC-MS分析Bacillus ligniniphilus L1降解木质素过程产生的代谢产物,发现有多种苯化合物,由此推断Bacillus ligniniphilus L1首先将木质素大分子解聚成小分子苯化合物,然后进一步将小分子苯化合物降解直至进入三羧酸循环。在Bacillus ligniniphilus L1的木质素降解产物中,有许多具有工业价值的苯化合物(如香草醛)。3.分别以葡萄糖培养基和木质素培养基培养Bacillus ligniniphilus L1,提取总RNA进行转录组测序。对测序结果进行生物信息学分析发现,以木质素为碳源培养Bacillus ligniniphilus L1时,差异表达的基因共有1689个,其中上调表达的基因为1168个,下调表达表达的基因为521个。对差异表的基因进行GO功能分析,发现有254个基因归入细胞组分,860个基因归入生物学过程,1221个基因归入分子功能。对差异表达的基因进行pathway富集分析,发现参与Metabolism通路的基因最多。4.对Bacillus ligniniphilus L1的转录组测序序列分析,发现其含有丰富的编码木质素降解酶的基因,包括攻击木质素主体结构的漆酶和过氧化物酶的编码基因以及使苯环开环的原儿茶酸-2,3-双加氧酶、儿茶酚-2,3-双加氧酶等蛋白的编码基因。对Bacillus ligniniphilus L1降解木质素的代谢途径作初步推断,发现Bacillus ligniniphilus L1可能通过儿茶酚间位裂解途径和原儿茶酸开环途径降解木质素。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 路瑶;魏贤勇;宗志敏;陆永超;赵炜;曹景沛;;木质素的结构研究与应用[J];化学进展;2013年05期

2 江智华,邰瓞生,李忠正;麦草碱法浆残余木质素特性的研究[J];中国造纸;1991年01期

3 А.Н.Иванов;邵宽;;亚麻木质素的结构及其对纤维性质的影响[J];国外纺织技术(纺织分册);1991年10期

4 曹玲全,金英,李忠正;木质素在肥料中的应用[J];中华纸业;1998年02期

5 吕晓静,杨军,王迪珍,罗东山;木质素的高附加值应用新进展[J];化工进展;2001年05期

6 吴钩;可再生材料木质素的新用途[J];国外塑料;2002年02期

7 方桂珍;徐凤英;任世学;刘凯;;CuO/C催化还原碱木质素的化学结构特征[J];中国造纸学报;2007年01期

8 李志礼;葛圆圆;;可再生生物质资源——无硫木质素在现代工业中的应用[J];中华纸业;2011年19期

9 万勤义;傜麻脱胶应重视木质素的去除[J];纺织学报;1988年02期

10 李忠正;;麦草碱法脱木质素机理的特性(续)[J];北方造纸;1993年03期

相关会议论文 前5条

1 尹佳佳;;植物木质素的合成及其基因调控[A];培养创新型人才、推进科技创新、推动转变经济发展方式——内蒙古自治区第六届自然科学学术年会优秀论文集[C];2011年

2 袁同琦;张利鸣;许凤;孙润仓;;离子液体中纤维素和木质素的重构及其对酶水解的影响[A];第十四届中国科协年会第十分会场：生物精炼技术研讨会论文集[C];2012年

3 杨洪强;侯广军;马方放;张伟;赵海洲;;水分胁迫、水杨酸和草酸对平邑甜茶根系木质素代谢的影响[A];2005年全国植物逆境生理与分子生物学研讨会论文摘要汇编[C];2005年

4 谢建军;罗迎社;;木质素的结构及其改性研究进展[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（9）[C];2007年

5 孙云章;毛胜勇;陈洁;周利芬;朱伟云;;瘤胃厌氧真菌对木质素含量不同底物的附着及发酵特性研究[A];动物生理生化学分会第八次学术会议暨全国反刍动物营养生理生化第三次学术研讨会论文摘要汇编[C];2004年

相关博士学位论文 前10条

1 李利芬;基于氯化胆碱低共熔溶剂的木质素提取改性和降解研究[D];东北林业大学;2015年

2 赵子龙;木质素/胶原蛋白粘结基石墨电极的制备与性能研究[D];东南大学;2015年

3 薛白亮;基于木质素的聚氨酯材料制备与性能研究[D];北京林业大学;2015年

4 曲玉宁;木质素的提取及在聚氨酯中的应用[D];吉林大学;2012年

5 李金花;杨树4CL基因调控木质素生物合成的研究[D];中国林业科学研究院;2005年

6 叶跃元;木质素解聚新工艺及机理研究[D];华南理工大学;2012年

7 马艾丽;木质素高值化材料的制备与应用性能研究[D];华南理工大学;2014年

8 杨少宗;杨树茎木质素的RNAi调控及糖化特性分析[D];中国林业科学研究院;2010年

9 刘继培;秸秆和秸秆木质素在土壤中的降解及其对土壤性质的影响[D];中国农业科学院;2011年

10 陈云平;高沸醇木质素的制备、表征及应用研究[D];福州大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 邓裕斌;木质素模化物热解行为的研究[D];华南理工大学;2015年

2 刘芬;木质素基聚氨酯材料的制备及其性能表征[D];华南理工大学;2015年

3 张帆;基于改性工业木质素制备环保阻燃型纤维板及性能研究[D];东北林业大学;2015年

4 朱骏;木质素酚醛树脂胶粘剂的制备及其性能研究[D];西南交通大学;2015年

5 刘丽燕;催化氢解木质素生成酚类物质的研究[D];北京理工大学;2015年

6 方强;絮凝法分离稻草秸秆预处理碱液中木质素及其工艺优化的研究[D];合肥工业大学;2015年

7 徐文彪;漆酶活化纤维素乙醇木质素制备无醛胶黏剂的研究[D];北华大学;2015年

8 张志敏;禾草木质素分离基础性问题研究[D];天津科技大学;2013年

9 龚凌燕;石榴籽粒木质素合成相关基因的克隆及表达分析[D];安徽农业大学;2014年

10 王玉福;RNA干涉ZmC4H基因影响玉米秸秆木质素含量的研究[D];安徽农业大学;2014年

，

本文编号：2528925