木质素共基质促进白腐菌降解染料机制探究
发布时间：2020-10-11 21:02
染料被广泛应用于纺织和日化等行业,未处理完全的难降解染料污染物直接排放,给人类健康和生态平衡带来了巨大的危害。虽然一些细菌、真菌尤其是具有木质素降解能力的白腐菌能够在不同程度上降解染料,但染料结构的多样性以及其难降解性依然是染料高效生物降解的瓶颈问题。基于此,本论文以白腐菌对木质素芳烃化合物的非特异性降解是否有助于各种芳香环结构的染料降解为切入点,进行了木质素与染料共基质降解体系的显著的促进作用,并初步揭示了木质素共基质体系中木质素促进白腐菌降解染料的分子机制。论文的主要研究结果如下:选取了不同种属白腐菌进行木质素与染料共基质降解研究,结果表明:木质素共基质能够促进多株白腐菌对不同染料的降解。木质素共基质体系下,灵芝属白腐菌Ganoderma lucidum EN2与乳白耙菌属白腐菌Irpex lactues CD2对偶氮染料DR5B的脱色率分别提高了34.2%(第2天)和54.8%(第3天),同时两株白腐菌对三苯甲烷类染料CV的脱色率提高了44.1%(第3天)和47.1%(第2天)。进一步研究表明,木质素共基质促进G.lucidum EN2和I.lacteus CD2对不同染料的降解具有普遍性。其中G.lucidum EN2对DR5B、RB5、DB71、DB38、DB22、CV和BB七种染料的脱色率提高了30%~50%,I.lacteus CD2对上述染料的脱色率提高了38%~55%。对上述两种典型的白腐菌在木质素共基质体系下提高偶氮染料降解效率的机制研究表明:木质素共基质促进不同菌株降解染料的途径有不同。对于灵芝属白腐菌G.lucidum EN2而言,木质素主要通过增强胞外漆酶活性而加速共基质体系中偶氮染料DR5B的降解,漆酶是G.lucidum EN2降解DR5B染料的关键酶系。体外实验和共基质体系降解产物的GC/MS分析揭示,G.lucidum EN2降解木质素产生的愈创木酚等物质,能提高胞外漆酶活性,从而增强共基质体系中偶氮染料的降解。而不产胞外漆酶的乳白耙属白腐菌I.lacteus CD2在木质素共基质快速降解DR5B的过程中,则是依赖于一套复杂的胞外木质素降解酶系统。采用转录组学以及蛋白质组学研究了I.lacteus CD2在木质素共基质体系下的DR5B染料降解增效机制。结果显示,木质素与染料共基质体系显著上调了与多环芳烃化合物降解代谢相关的基因表达,其中包括锰过氧化物酶(Manganese peroxidase,Mn P)、多功能过氧化物酶(Versatile Peroxidase,VP)以及与金属结合、铁转运相关的蛋白、另外还有胞外产H2O2相关氧化还原酶等。除了木质素酶系的作用外,依赖羟自由基以及铁的Fenton反应也在DR5B的降解以及木质素的解聚过程中起着重要的作用。纯化的Mn P进行体外实验也进一步证实Mn P是I.lacteus CD2在共基质体系中快速降解DR5B的关键酶系之一。另外,木质素共基质降解体系中,胞内尿黑酸1,2-双加氧酶(Homogentisate1,2-dioxygenase,HGD)等芳香化合物开环代谢酶也显著被上调。由此可见,木质素促进I.lacteus CD2对DR5B染料降解是通过多种氧化还原酶系、还原系统以及辅因子的系统调节和协同作用而实现。本论文首次建立并验证了在木质素和染料共基质体系下白腐菌可实现染料的高效降解,并对其促进作用的分子机制与过程进行了阐释研究,相关研究结果不仅为白腐菌生物质与异生物质的降解与转化提供理论与技术基础,也为白腐菌高效综合处理环境污染物提供了新的思路。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X703;X172
【部分图文】：
成木质素——碳水化合物复合物（Lignin-缔合，从而形成复杂的细胞壁——天然木构以及紧密的空间构成使得微生物不易与解转化与利用[12-14]。而白腐菌之所以能生质上，就是因其能分泌大量的高效胞外木式反应，从而能独立降解并矿化木质纤维16]。1.1.1 木质素的结构植物在进行光合作用过程时，40%的化学组份的 15%~30%，其分子量约达 6常与半纤维素以共价键形式缔合，并包裹化合物，从而保护了容易被微生物所降解同时也为植物的正常生长输送水份，并起解等重要功能[17]。
中 科 技 大 学 博 士 学 位 论1.3)，其中结构单元之间的连键最多的是醚键结构，其包括酚醚键、烷醚键和二芳醚键。酚醚键中数量最醚键（愈创木基-甘油-β-芳基醚），通常被作为木质4 型醚键结构，另一大类则是 α-O-4 型醚键（愈创木基-型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等连键形式。
物（图 1.3)，其中结构单元之间的连键最多的是醚键结构，其次是 醚键主要包括酚醚键、烷醚键和二芳醚键。酚醚键中数量最多并占 β-O-4 型醚键（愈创木基-甘油-β-芳基醚），通常被作为木质素的模是 β-O-4 型醚键结构，另一大类则是 α-O-4 型醚键（愈创木基-甘油-α-的联接类型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等连键形式。图 1.2 木质素基本结构单元[20]Figure 1.2 Subunion of lignin
【参考文献】
本文编号：2837115
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X703;X172
【部分图文】：
成木质素——碳水化合物复合物（Lignin-缔合，从而形成复杂的细胞壁——天然木构以及紧密的空间构成使得微生物不易与解转化与利用[12-14]。而白腐菌之所以能生质上，就是因其能分泌大量的高效胞外木式反应，从而能独立降解并矿化木质纤维16]。1.1.1 木质素的结构植物在进行光合作用过程时，40%的化学组份的 15%~30%，其分子量约达 6常与半纤维素以共价键形式缔合，并包裹化合物，从而保护了容易被微生物所降解同时也为植物的正常生长输送水份，并起解等重要功能[17]。
中 科 技 大 学 博 士 学 位 论1.3)，其中结构单元之间的连键最多的是醚键结构，其包括酚醚键、烷醚键和二芳醚键。酚醚键中数量最醚键（愈创木基-甘油-β-芳基醚），通常被作为木质4 型醚键结构，另一大类则是 α-O-4 型醚键（愈创木基-型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等连键形式。
物（图 1.3)，其中结构单元之间的连键最多的是醚键结构，其次是 醚键主要包括酚醚键、烷醚键和二芳醚键。酚醚键中数量最多并占 β-O-4 型醚键（愈创木基-甘油-β-芳基醚），通常被作为木质素的模是 β-O-4 型醚键结构，另一大类则是 α-O-4 型醚键（愈创木基-甘油-α-的联接类型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等连键形式。图 1.2 木质素基本结构单元[20]Figure 1.2 Subunion of lignin
【参考文献】
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5 周贤涛,吴娟,林鹿;白腐菌对芳香族化合物的降解途径[J];环境污染治理技术与设备;2002年12期
6 林鹿,邓耀杰,詹怀宇,张干;白腐菌对芳香化合物的降解[J];环境化学;1999年05期
本文编号：2837115
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