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不同初始条件下黄孢原毛平革菌降解木质素过程中羟自由基产量的研究

【摘要】:木质素生物降解是全球碳循环的重要组成部分。白腐真菌能够通过分泌胞外酶系来降解木质素。然而大分子蛋白质,例如分子量大于40,000的锰过氧化物酶,难以穿越完整木材的细胞壁进入细胞,唯有当细胞壁被其他物质破坏后,酶才能进入次生壁胞间层。所以一些辅助的小分子活性基团对木质纤维素降解酶具有举足轻重的作用。研究显示,在白腐菌降解木质纤维素过程中,阴离子自由基和羟自由基还有脂质过氧化自由基这三种活性氧基团扮演了重要角色。其中最为重要的是羟自由基(OH),它的氧化性非常高,能很容易地氧化各种有机物和无机物,而且具有反应速度快,氧化效率高的特点。另一方面, OH自由基可以破坏木质纤维素结构, OH自由基通过腐蚀木质细胞壁提高白腐菌胞外降解酶系对细胞壁成分的可及性。 本论文以黄孢原毛平革菌为研究对象,采用液态深层发酵以及固态发酵两种研究体系,在不同的初始条件下,通过系统监测两种条件下基质pH值、酶活、自由基含量、木质素生物降解量及降解产物等理化参数的变化,不同初始条件下黄孢原毛平革菌降解木质素过程中产羟基自由基能力的变化。 在液态发酵条件下,实验结果表明:在三种液态发酵体系中,碱木质素都得到了一定的降解,且添加藜芦醇、硫酸锰、草酸这些小分子物质更有利碱木质素的降解。10d之后,对照组的碱木质素浓度为188.2mg/L、A组的为180.9mg/L、B组的为166.7mg/L,碱木质素的降解率分别为21.6%、24.6%、30.5%。B组比A组合的碱木质素的降解率高,说明B组添加的小分子物质产生羟自由基有助于降解,木质素建构复杂,紧密的分子结构使得降解酶很难穿入木质素直接接触,羟自由基作为一种低分子量的氧化剂,可以帮助打开通道,有利于酶液对木质素的进一步攻击。从羟自由基的变化来看,前2d,AB两组的羟自由基含量增加到了极大值,然后又有所下降,变化趋势与它们降解碱木质素的速度变化是一样的;对于对照组,前2d,体系的羟自由基含量很高,这也刚好解释了对照组在灭活酶液的情况下能够降解碱木质素。 在固态发酵条件下,结果显示,适当的增加最初Pb2+浓度可以提高在固态发酵过程中羟自由基的产量。可能原因是更高Pb2+浓度会刺激黄孢原毛平革菌产生更多的草酸以及超氧阴离子自由基,这两者都是有利于羟自由基的生成的。然而,当初始Pb2+浓度达到400mg/kg时,我们观察到羟自由基的产量有所下降,这可能是由于在这种条件下真菌生长受到抑制。在存在Pb2+的情况下,羟自由基含量和木质素生物降解率没有明显的线性相关,相关的机制需要进一步的研究。

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