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Lentinula edodes降解木质纤维素与羟自由基清除能力研究

黄慧艳  
【摘要】: 白腐菌通过木质素降解酶介导的自由基链式反应,实现对木质纤维素大分子及木质素结构类似物的非选择性、高效降解。这一过程中体系内存在高活性氧胁迫环境,白腐菌如何在此环境中保持生长并发挥独特的降解功能,是值得探讨的问题。目前,白腐菌研究主要集中于环境、农业、资源等领域相关的降解生物学研究,白腐菌降解体系的自由基清除效应研究则很少报道。本文以“白腐菌Lentinula edodes A3-玉米秸秆基质-液体摇瓶培养”为研究体系,对白腐菌降解木质纤维素过程中的胞外羟自由基(·OH)清除效应及作用特点进行了系统研究,得到以下研究结果。 考察菌株A3降解木质纤维素基质体系的氧化态状况及活性氧水平,验证了白腐菌降解木质纤维素体系的高自由基损伤胁迫,进一步实验证实了发酵液自由基清除效应的存在。对不同白腐菌、丝状真菌及细菌的木质纤维素基质液体培养体系,进行胞外·OH清除能力比较研究,结果表明:体系·OH清除能力在白腐菌类群中较为普遍,相对于细菌、丝状真菌等常见微生物群落则是较独特的,该能力与菌株木质纤维素降解机制及能力相关,受底物基质营养构成状况影响。 深入研究了白腐菌A3不同培养基条件下降解动态过程中的胞外·OH清除效应,及其与木质纤维素降解代谢的相互协调,结果表明:(1)白腐菌降解木质纤维素体系中产生的胞外·OH清除能力,显著可达到45%-50%的水平(多批次实验);(2)该清除能力与木质素降解酶活力水平(底物基质降解活跃程度)之间,表现出主导作用阶段相对的关系,体系·OH清除能力较高时,木质素降解酶活力水平较低,反之亦然;(3)白腐菌的自由基清除与底物基质降解两种代谢活性受培养环境条件的诱导或抑制,表现相反——向木质纤维素发酵体系添加硫脲,改变培养环境自由基水平的研究发现,培养基中添加硫脲显著诱导漆酶的分泌,酶活峰值由对照体系的327 IU/L提升至512 IU/L,且较高酶活水平的作用时间延长,体系·OH清除能力则受硫脲抑制,最高清除率由50.8%下降为41.3%;培养胞外液中添加硫脲的效果与前相反,体系·OH清除能力得到显著提升,漆酶催化活性则受硫脲明显抑制。因此,白腐菌在底物活跃降解与清除自由基两种效应间,充分显示了自我协调能力。 白腐菌降解木质纤维素体系的胞外·OH清除能力与菌株在基质中的生长状况之间,存在较紧密的内在联系:空间上,新生菌丝周边环境中·OH清除能力更强,老龄菌丝周边自由基清除能力降低;时间上,菌丝前端生长较快时环境中·OH清除能力更强,反之则较低。 对白腐菌降解木质纤维素体系中清除·OH自由基活性物质的研究表明,粗多糖与粗蛋白是白腐菌株A3降解玉米秸秆天然木质纤维素基质过程中胞外清除·OH主效物质,两者结合成整体发挥清除活性。粗多糖、粗蛋白的含量的综合效应与体系·OH清除率之间呈明显的量效关系;两者独立组份的含量与·OH清除能力间也呈较好的正相关性。此外,白腐菌对木质纤维素的降解转化过程,能够提升体系内清除自由基物质成分的单位清除能力。


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