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三种类型木质纤维素的白腐菌降解异质性研究

余洪波  
【摘要】: 白腐菌已经广泛地应用于木质纤维素的生物处理领域,系统研究不同类型木质纤维素的白腐菌降解异质性现象及产生机理将有助于进一步理解白腐菌降解过程。本文系统评价了分别来自垂柳(Salix babylonica)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和毛竹(Phyllostachys pubescence)的三类木质纤维素的白腐菌降解异质性,并从白腐菌降解过程中的产酶规律和木质纤维素对纤维素酶反应性变化规律两方面分析了降解异质性产生的主要原因。 首先采取主成份分析法系统的评价了49株白腐菌对毛竹木质纤维素的降解模式,发现2株适合毛竹生物处理的选择性降解木质素白腐菌:Echinodontium taxodii 2538和Hygrophorus sp. 254。比较了其中10株白腐菌在柳木、杉木和毛竹三种不同类型木质纤维素上的降解模式差异,并系统的研究了两株典型白腐菌Trametes vesicolor G20和Echinodontium taxodii 2538在三种不同木质纤维素基质上的降解模式,揭示出不同基质上纤维素降解速率变化模式的差异是产生白腐菌降解异质性现象的主要因素。 其次,系统研究了Trametes vesicolor G20和Echinodontium taxodii 2538降解柳木、杉木和毛竹三种不同类型木质纤维素过程中的产酶规律。结果表明,纤维素酶的产生模式差异不是导致不同基质上纤维素降解速率变化模式差异的主要原因。白腐菌降解过程中降解前期的总纤维素酶活力通常高于降解后期;同一株白腐菌在降解不同木质纤维素过程中纤维素酶活力水平和纤维素降解速率之间没有关联。同一基质上Trametes vesicolor G20产纤维素酶水平明显高于Echinodontium taxodii 2538,纤维素酶活力水平的差异是决定它们在相同基质上纤维素降解速率差异的主要因素。木质素降解酶、铁还原能力和木质素降解抗性都影响了白腐菌降解木质素速率。 通过体外纤维素酶转化实验研究了白腐菌降解过程中柳木、杉木和毛竹木质纤维素对纤维素酶反应性的变化规律。结果显示,降解后三种木质纤维素对纤维素酶的反应性显著增加,但变化规律不同。Trametes vesicolor G20降解后,降解前30天杉木的反应性变化很小,而柳木和毛竹提高显著,从而产生降解异质性;Echinodontium taxodii 2538的降解异质性同时受到反应性变化和低纤维素酶活性水平的影响。分别利用二级反应模型和Bailey模型研究降解前后木质纤维素对纤维素酶的反应动力学。结果发现,Trametes vesicolor G20和Echinodontium taxodii 2538降解120天后,柳木、杉木和毛竹的可反应纤维素比率P值分别比未降解的分别提高了5.94、5.08、12.62和5.54、7.74和15.39倍。在降解前期杉木P值变化极小,低酶浓度下反应速率常数b值在整个降解过程中都变化很小,而柳木和毛竹增加显著。以上结果表明,白腐菌降解过程中不同木质纤维素基质对纤维素酶的反应性变化规律不同,这种差异是导致降解过程中不同基质上纤维素降解速率变化模式差异的主要原因,也是白腐菌降解异质性产生的主要原因。 进一步研究了白腐菌降解过程中影响木质纤维素纤维素酶反应性的因素。结果显示,三种木质纤维素上木质素含量分别与其可反应纤维素比率P呈线性相关,木质素含量越低P值越高。白腐菌降解木质纤维素过程中木质素含量的变化是木质纤维素对纤维素酶反应性改变的主要因素。初始吸附能力增加与可反应纤维素比率之间没有明显的联系。在降解过程中结晶度的变化不大。


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