生物质研究范文

【摘要】糖尿病是最常见的慢性病之一。随着人们生活水平的提高，人口老龄化以及肥胖发生率的增加，糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。海洋生物活性物质结构新颖、功能独特，具有调血脂、抗血栓、抗癌、抗病毒和抗衰老的作用，是新药研究开发的活跃领域。该文综述了海洋活性物质降血糖研究进展，以期为糖尿病新型药物研究提供信息与思路。

【关键词】海洋生物；活性物质；降血糖

糖尿病(dm)是一种常见病和多发病，特别是近几年，随着生活水平的提高，dm逐渐成为影响人们健康的主要疾病之一。降糖药物通常包括口服西药、胰岛素注射液和中成药。临床验证，西药和胰岛素注射液虽短期降糖作用明显，但治疗毒副作用大，容易导致低血糖，而且价格昂贵。因此，从天然药物中去筛选和研究有效、安全、方便使用的降糖药物，已为世界各国医药工作者所瞩目［1］。

海洋是一个开放性复杂系统，在海洋特殊的生态环境里生活着二十多万种动、植物和大量的微生物。这些海洋生物含有与陆地生物不同的、化学结构特异的活性物质(化合物)。随着人类寿命的延长和环境污染的加剧，心脑血管疾病、肿瘤、艾滋病、糖尿病、老年性痴呆症等疑难疾病对人类健康的威胁日益严重，人类迫切需要寻找新的、特效的药物来治疗这些疾病［2］。本文对海洋生物活性物质降血糖药理作用研究进展进行综述。

1海洋藻类活性物质降血糖研究

海藻是海洋中有机物的原始生产者和无机物的天然富集者(包括氯、溴、碘等卤素),它在海洋生态系统中处于金字塔的底层———被捕食者吞食的地位，海藻与附生、共生于其中的微生物还存在着复杂的拮抗、共生关系，所以海藻常能合成某些具有细胞毒、抗菌等活性的次级代谢产物来保护自己。这些化学生态学现象启示研究者们对海藻天然成分的生物活性进行深入的研究［3］。

1.1螺旋藻多糖的降血糖作用螺旋藻中的糖蛋白成分能明显降低四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠血糖浓度，降低重症糖尿病小鼠的死亡率；与阳性对照药盐酸二甲双胍相比，作用温和，增加提取物的用量，没有出现低血糖的副作用［4］。从云南程海湖产螺旋藻spirulinaplatensis中分离纯化的螺旋藻多糖(polysaccharideofspirulinaplatensis,psp)对正常小鼠血糖无明显影响，而相同剂量的psp对链脲佐菌素性糖尿病小鼠高血糖有明显的降低作用，与糖尿病模型对照组相比，psp为100mg·kg-1和200mg·kg-1的血糖降低率分别为23.6%与30.1%，差异非常显著。psp还能显著对抗肾上腺素的升血糖作用,可能与其抑制肝糖原分解、促进外周组织对葡萄糖的摄取、利用有关。另外,相同剂量的psp还可显著对抗肾上腺素及葡萄糖所致小鼠血糖升高,表明psp可拮抗肾上腺素刺激肝糖原分解作用及抑制葡萄糖在小鼠肠道的吸收［5］。

1.2多管藻总酚降血糖作用多管藻总酚（tppu）能够显著抑制α-葡萄糖苷酶的活性，15g·l-1tppu抑制率达75%。多管藻总酚有明显的体外抑制对蛋白质酪氨酸磷酸酯酶1b（ptp1b）活性的作用，而对正常小鼠无降血糖作用,但可使糖耐量曲线趋于平缓，能够显著提高四氧嘧啶致糖尿病小鼠糖耐量，降低实验性糖尿病小鼠的空腹血糖。这可能是因为tppu能够促进已损伤胰岛β细胞的修复与再生，增强胰岛的分泌功能［6］。

1.3羊栖菜降低糖尿病作用羊栖菜能明显地降低大鼠的血糖浓度，剂量效应关系明显。羊栖菜降血糖作用可能是羊栖菜中的膳食纤维、微量元素铬和羊栖菜多糖等活性物质综合作用的结果［7］。羊栖菜提取物对正常小鼠无降血糖作用，有预防糖尿病动物血糖水平升高的作用。多糖和醇提物高剂量均能明显降低四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖水平［8］。羊栖菜多糖能增强糖尿病小鼠的负荷糖耐量，明显提高糖尿病小鼠对糖的耐受能力［9］。

1.4海带提取物降血糖作用海带多糖可降低四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠的血糖，且发现多糖纯度越高，其降糖作用越强。连续灌胃海带多糖3周，250，500，1000mg·kg-1组血糖值明显低于高血糖模型组，且血糖降低明显［10］。观察岩藻糖胶对实验性糖尿病小鼠的影响。结果表明，小鼠ig岩藻糖胶10，50，150，300μg·g-1连续7d，可使经四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠血糖水平分别降低54.2%，57.1%，43.3%和36.9%。给已经四氧嘧啶形成的糖尿病小鼠注射10μg·g-1和50μg·g-1后，其血糖水平分别为注射前降低80.04%和60.6%，患病小鼠饮水量分别比阳性对照组低约36.2%和50.6%，糖耐量明显改善，最佳作用时间在注射后4h［11］。

吴钟高等［12］研究表明以海带提取物褐藻酸类为主要成分的褐藻精对正常小鼠血糖无显著影响，而对四氧嘧啶性高血糖小鼠，有显著的降血糖作用，褐藻精灌胃给予0.25g·kg-1，连续7d,可使高血糖小鼠血糖明显降低。

2海洋动物活性物质降血糖研究

2.1毛蚶水解液具有降血糖作用毛蚶水解液具有降血糖、降血脂的功能。能显著的降低糖尿病小鼠的血糖水平。窦昌贵等［13］报道,将毛蚶肉绞碎,用盐酸水解。灌胃能降低四氧嘧啶模型小鼠血糖,与口服降糖药优降糖相似。给实验性高血脂症鹌鹑灌胃毛蚶水解液,能降低其血清tc、tg提示毛蚶水解液有降脂作用,可用于糖尿病合并高血脂症的治疗。

2.2文蛤提取物的降血糖作用早在汉代的《金匮要略万论》记载：“治疗渴欲饮水不止者，文蛤散主之。”消渴的临床特征为血糖高及糖尿，常并发脂代谢紊乱，这与现代医学的糖尿病相似［11］。文蛤的肉水煎剂对糖尿病小鼠具有治疗作用。徐秀兰等发现文蛤水解液能明显降低正常小鼠血糖，其作用与玉泉丸相当。袁强等［14］研究了文蛤多糖对小鼠调节血糖和抗应激功能的影响。表明文蛤多糖可显著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖，尤其在高剂量时(200mg·kg-1)对实验性高血糖小鼠具有降血糖效果更为明显，给药7d后血糖比给药前降低了14.17%。

2.3西施舌的降血糖作用西施舌入药，散见史料中。如《本草从新》：“益精、润肺腑、止烦渴”。《随息居饮食谱》：“开胃、滋液、养心、清热、息(熄）风，凉肝、明目。”中医素以西施舌性寒、味咸，具有滋阴润燥，利水消肿，化痰软坚的功效。主治阳虚消渴，水肿，崩漏，带下，失眠，腰酸，尿少，痰饮，痔疮，淋巴结肿大，甲状腺肿大等症。因其性寒，故阳虚体弱，脾胃虚寒，腹痛，泄泻者不宜食用，不能多食，多食有破血作用。近代研究发现，西施舌有降低尿糖的功效。据临床报道，糖尿病患者每天早晨空腹食水煮西施舌8个，连汤饮服15d后即有显著效果［15］。

2.4鲨肝刺激物质的降血糖作用鲨肝刺激物质是从幼鲨肝脏提取出一种能刺激肝细胞有丝分裂和dna合成的促肝再生活性物质,命名为肝刺激物质(sharkhepaticstimulatorsubstance，shss)，具有降血糖的药理作用［16］。洪钢等［17］尾静脉注射四氧嘧啶造小鼠糖尿病模型，观察鲨肝刺激物质对糖尿病小鼠糖代谢(空腹血糖，糖化血红蛋白)、脂代谢(甘油三酯，胆固醇，游离脂肪酸)、抗氧化(超氧化物歧化酶,丙二醛)及胰岛损伤程度的影响。结果表明鲨肝刺激物质显著降低糖尿病小鼠空腹血糖、糖化血红蛋白、甘油三酯、胆固醇、游离脂肪酸和丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶活性，减轻四氧嘧啶对胰岛β细胞的损伤。说明鲨肝刺激物质对四氧嘧啶诱发的小鼠糖尿病具有显著的保护作用。

3海洋活性物质降血糖机制研究

3.1促进胰岛素分泌，增加血清胰岛素的含量鲨肝刺激物质显著降低mda含量，提高sod活性，增强糖尿病小鼠清除自由基的能力，抑制自由基损伤引起的hb代偿性增高，减轻自由基对胰岛β细胞的损伤，促进胰岛β细胞的修复与再生,提高胰岛素水平，进而降低血糖，抑制糖化蛋白的生成，降低胰岛素缺乏所致的血脂异常升高，改善糖尿病小鼠的糖脂代谢，减轻糖脂毒性，延缓胰岛β细胞功能衰竭［18］。

四氧嘧啶化学试剂诱导的高血糖模型作用机制是利用其选择性破坏胰岛β细胞,使胰岛素分泌不足而引起高血糖模型。羊栖菜与螺旋藻多糖psp对链脲佐菌素stz所致小鼠降高血糖作用可能是该提取物减弱了四氧嘧啶对胰岛β细胞的损伤或改善受损伤的β细胞的功能所致，可试用于糖尿病患者。同时，羊栖菜提取物与螺旋藻多糖对正常小鼠的血糖水平无明显影响，亦不能增强正常小鼠的负荷糖耐量，说明羊栖菜与螺旋藻多糖的降血糖作用不是通过直接刺激胰岛素分泌来实现的［4，9］。

3.2增加胰岛素的敏感性改善胰岛素抵抗，降低血糖文蛤多糖可促进外周组织对葡萄糖的利用，提高机体对胰岛素的敏感性，提高胰岛素受体数目，改善受体环节的胰岛素抵抗［14］。

3.3促进外周组织和靶器官对糖的利用鲨肝刺激物质通过直接或间接的方式提高己糖激酶的活性，加速葡萄糖磷酸化的过程，从而加强葡萄糖在细胞中的代谢和利用，促进肝糖原的合成贮存，使血液中游离的葡萄糖不断减少，最终降低糖尿病小鼠的过高血糖。螺旋藻多糖psp能显著对抗肾上腺素的升血糖作用,可能与其抑制肝糖原分解、促进外周组织对葡萄糖的摄取和利用有关［17］。

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生物质研究范文篇2

关键词：甲壳质；壳聚糖；甲壳质脱乙酰酶

中图分类号：Q555+.3文献标识码：A文章编号：1672-979X(2008)07-0038-04

ProgressonChitinDeacetylase

ZHAOXiang-ying,LIULi-ping,LIUJian-jun

(1.ShandongFoodFermentIndustryResearch&DesignInstitute,Jinan250013,China;2.ShandongKeyLaboratoryofFood&FermentationEngineering,250013China)

Abstract：Thispaperreviewstheprogressonchitindeacetylase(CDA)athomeandabroad,suchasthemicrobialsource,property,substratespecificity,biologicalfunction,molecularbiologyandsoon.ThepotentialapplicationvalueofCDAisalsodiscussed.

Keywords：chitin;chitosan;chitindeacetylase

1甲壳质、壳聚糖与甲壳质脱乙酰酶

甲壳质（chitin）又称甲壳素，是由N-乙酰-D-葡糖胺（GlcNAc）单体通过β-1,4糖苷键连接而成的直链高分子化合物。甲壳质是自然界中最丰富的天然有机化合物之一，其数量仅次于纤维素[1]。甲壳质呈晶体状态，几乎不溶于水和一般有机溶剂，这在很大程度上限制了其应用[2]。

壳聚糖（chitosan）是甲壳质的N-脱乙酰基形式，因其分子中有大量游离氨基，具有良好的生物相容性和生物可降解性，广泛用于食品、医药、轻工、印染、环保和农业等领域[3]。目前多以甲壳质为原料，采用浓碱热化学法生产壳聚糖，污染严重，且脱乙酰程度不易控制[4]。

甲壳质脱乙酰酶（chitindeacetylase，CDA）能脱除甲壳质分子中的乙酰基，生成壳聚糖。研究表明[5]，用CDA作用于经预处理的甲壳质，脱乙酰度可达97％以上。酶法脱乙酰生产条件温和，专一性强，污染小，有重要的研究开发价值。目前国内外对CDA的研究较少，主要集中于几种真菌。

2CDA的研究概况

最早是1973年Araki等[6]从接合菌纲（Zygomycetes）的双相型真菌Mucorrouxii中发现了CDA，并推测CDA可能与菌体细胞壁中壳聚糖的合成有关。继而研究了M.rouxii产CDA的发酵条件，发现此酶主要存在于胞内[7]。1982年Kauss等[8]从一种植物病真菌Colletotrichumlindemuthianum中提取出CDA并将其部分纯化。这是从非结合菌中发现CDA的最早报道。与M.rouxii不同的是，C.lindemuthianum产生的CDA可以分泌到细胞外，发酵液中的酶活比细胞抽提物中高6～25倍。此后，希腊研究人员深入研究了M.rouxii来源的CDA，包括酶的分离纯化及酶学性质[9]，酶基因克隆以及与其他序列比对[10]和酶对各种底物的作用模式等[11,12]。日本研究人员分离纯化了C.lindemuthianum（ATCC56676）所产的CDA[13]并研究了其作用方式[14]。其他研究者陆续从其他菌株中分离出CDA，如Gao等[15]从1株Absidiacoerulea分离纯化出CDA，其酶学性质与M.rouxiiCDA的性质有许多相似之处；Alfonso等[16]从Aspergillusnidulans的菌株自溶培养基中分离得到CDA；Mishra等[17]从Saccharomycescerevisiae分离克隆出CDA基因。最近几年研究者又从多株根霉和担子菌等菌株中分离出CDA，并对其基因进行了克隆测序[18-20]。最近国内也有研究CDA的报道。蔡俊等[21]考察了42株真菌，其中26株具有CDA活性，并初步研究了其中2株高产酶活性菌株的优化产酶条件和酶学性质。蒋霞云等[22]比较了几种霉菌（毛霉、根霉、曲霉和青霉）在对数生长末期和稳定期末期胞内和胞外CDA的活性，并克隆测序[23]了1株总状毛霉（Mucorracemosus）的CDA基因（cDNA）。作者等[24]建立了一种简易脱乙酰基酶的测定方法，用此方法从土壤中筛选到2株产CDA的红球菌，并研究了其产酶条件和粗酶性质，发现此酶最适作用的pH范围宽，在碱性条件下（pH10～12）表现出较高的酶活性，具有工业开发应用价值（数据整理中，待发表）。文献报道的产CDA微生物见表1。

3CDA的性质

迄今发现的真菌CDA都是糖蛋白，且有良好的热稳定性。但不同来源CDA的存在位置、最适pH值、碳水化合物含量、相对分子质量及离子影响等有较大的差异，见表2。

已报道的来源于微生物的CDA中，C.lindemuthianum和A.nidulans所产的CDA酶活性不受产生乙酸的影响，热稳定性好，并且是胞外酶，易于分离纯化，具有潜在的应用优势。

4CDA的分子生物学

研究表明，CDA氨基酸序列具有同源性，而且都有一个保守片段，此片段与根瘤菌的NodB蛋白、乙酰木聚糖酯酶、木聚糖酶的编码基因中几个开放式阅读框（openreadingframes，ORFs）称为“NodB”同源域，是CDA的催化区域[9]。蒋霞云等[23]比较了总状毛霉（Mucorracemosus）与其他从GenBank中收录的CDA基因序列的相似性，它与米根霉（Rhizopusoryzae）（AY225513）、卷柄根霉（Rhizopuscircinans）的CDA1（AY861444）和CDA2（AY861445）、鲁氏毛霉（Mucorrouxii）（Z19109）、卵形孢球托霉（Gongronellabutler）（AF411810）、匍枝根霉（Rhizopusstolonifer）（AY779045）、布拉克须霉（Phycomycesblakesleeanus）（AB046690）和酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）的CDA1（AY557948）和CDA2（AY557951）的基因序列同源性分别为：75%，58%，56%，56%，48%，39%，39%，17%和16%，相应的氨基酸序列的同源性分别为：69%，57%，59%，55%，47%，30%，32%，18%和21%。分析不同真菌CDA基因系统的发生，表明米根霉、卷柄根霉的CDA1和CDA2、鲁氏毛霉、卵形孢球托霉、匍枝根霉和布拉克须霉之间核苷酸和氨基酸序列有较高的同源性，而与酿酒酵母CDA1和CDA2氨基酸序列的同源性相对较低，约为20%，表明CDA基因在不同的真菌中有着不同的亲缘关系。

5CDA的生物学功能

研究表明，真菌来源CDA的生物学功能主要是参与菌体细胞壁的形成和植物病原体侵染。以M.rouxii为例，甲壳质合成酶（chitinsynthetase）通过聚合作用将尿嘌呤二磷酸N-乙酰氨基葡糖（UDP-GlcNAc）中的GlcNAc聚合成甲壳质，CDA随后脱去新生甲壳质链的乙酰基生成壳聚糖[34]。研究表明，从酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）中分离到的2种CDA（CDA1p，CDA2p）与其子囊孢子壁形成有关[17]；CDA可将源于菌体细胞壁的甲壳质低聚物脱乙酰，从而降低宿主甲壳质酶降解菌体的可能性，使菌丝穿透植物组织时免于植物甲壳质酶的降解[7]，比如当Colletorichumlagenarium侵染黄瓜叶时，黄瓜叶就会在菌体几丁质诱导下分泌CDA降解菌体顶端细胞中新生的甲壳质，从而达到自我防御的目的。如果菌体细胞中的甲壳质预先被C.lagenarium分泌的CDA脱乙酰，就不会再诱导黄瓜叶分泌CDA，因而抵抗了植物的防御机制。此外，真菌CDA还可能参与细胞壁的降解，菌体自溶时，甲壳质内切酶（endochintinase）将甲壳质水解成为甲壳寡糖，再由CDA与N-乙酰氨基葡糖酶一起进一步降解寡糖[16]。

6CDA的潜在应用价值

6.1酶法生产壳聚糖

目前，生产壳聚糖主要用强碱法脱乙酰，耗能大、污染严重，并且生产的壳聚糖相对分子质量及脱乙酰度不均一。壳聚糖的脱乙酰度和乙酰基的分布对其物理化学性质和生物活性均有较大的影响[35]。天然存在的甲壳质是不溶性结晶，CDA直接作用效果较差。研究表明，将甲壳质预处理后，再用CDA作用，脱乙酰度能达到97％[5]。如果实现酶法脱乙酰，将给壳聚糖的生产带来一次革命，但因为酶的制备困难，目前这方面的研究还较少。

6.2生物法直接合成壳聚糖

在一些接合菌纲的真菌中，细胞壁中含有高脱乙酰度的壳聚糖，这是细胞中的甲壳质合成酶和CDA一起合成的。如在M.rouxii细胞壁中甲壳质和壳聚糖的比为1:3，A.coerulae中壳聚糖含量占细胞干重的10.4%，脱乙酰度高达95%[27]，因此，可通过大规模发酵，获得大量菌体生产壳聚糖。

7展望

迄今报道的CDA基本都来源于真菌，仅1例来源于细菌的专利报道[31]，国内有1例枯草芽孢杆菌产CDA的报道，但作者采用的酶活性测定方法不正确[36]。真菌来源的CDA主要作用是自身细胞壁的合成，最适底物一般为甲壳寡糖，对甲壳质的活性较低，不适合用酶法脱乙酰生产壳聚糖。从环境中筛选性能优良的产酶菌仍是开拓CDA工业应用的重要方向。每年自然界都产生上亿吨的甲壳质，又以同样的速度消耗，所以，自然环境中一定存在丰富的产CDA的微生物资源。但目前所研究的菌株多为已知保藏菌株，从自然环境中直接筛选的很少，主要原因是CDA酶活性检测困难、费用高，阻碍了从自然环境中筛选产酶菌株工作的开展，造成CDA来源单一。作者等[24]建立了一种简易脱乙酰基酶测定方法，适合从自然环境中筛选产酶微生物，对CDA的多元化的研究具有重要意义。

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生物质研究范文

关键词生物法降解;秸秆;木质素

中图分类号s816.3文献标识码a文章编号1007-5739(2010)01-0018-03

秸秆是一种丰富的纤维素可再生资源,我国农作物秸秆年产量逾6亿t,除少量被用于造纸、纺织等行业或用作粗饲料、薪柴外,大部分以堆积、荒烧等形式直接倾入环境,造成极大的污染和浪费[1]。能源紧张、粮食短缺及环境污染日趋严重是目前世界各国所面临的难题。而可再生资源的转化利用,能在有利于生态平衡的条件下缓解或解决问题。

木质素又称木素,是植物界中含量仅次于纤维素的一类高分子有机物质,是一种极具潜力的可再生资源[2-4],每年全世界由植物可生长1500亿t木质素,且木质素总与纤维素伴生,具有无毒、价廉、较好的可热塑和玻璃化特性。木质素是由苯丙烷结构单元组成的复杂的、近似球状的芳香族高聚体,由对羟基肉桂醇(phydroxycinamylalcohols)脱氢聚合而成,一般认为木质素共有3种基本结构(非缩合型结构),即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。木质素结构单元之间以醚键和碳-碳键连接,连接部位可发生在苯环酚羟基之间,或发生在结构单元中3个碳原子之间,或是苯环侧链之间。木质素由于分子量大,溶解性差,没有任何规则的重复单元或易被水解的键,因此木质素分子结构复杂而不规则[5,6]。

从20世纪开始,国内外学者一直在寻找降解木质纤维素的最佳途径,研究内容主要包括以下几方面:物理法、化学法、物理化学法、生物降解法[7]。物理法包括辐射、声波、粉碎、整齐爆破等[8,9]。化学法包括无机酸(硫酸、乙酸、盐酸等)、碱(氢氧化钠、氨水等)和有机溶剂(甲醇、乙醇)等。物理化学法,即化学添加法和气爆法相结合。此3种方法,可在一定程度上降解秸秆中的木质纤维素,但都存在条件苛刻、设备要求高的特点,从而使预处理成本增加,且污染严重。生物降解法是从20世纪20年代起开始研究的,采用降解木质素的微生物在培养过程中可以产生分解的酶类,从而可以专一性降解木质素。此法具有作用条件温和、专一性强、无环境污染、处理成本低等优点。

1降解秸秆木质素的微生物

在自然界中,木质素的完全降解是由于真菌、细菌及相应的微生物群落共同作用的结果。从20世纪起,国内外学者对木质素降解的研究从白腐真菌开始。白腐真菌是指一类具有相同功能引起木质白色腐烂的丝状真菌的集合,凭借其选择性降解木质素的能力,白腐真菌的菌丝穿入木质,侵入木质细胞腔内,释放降解木质素的酶,导致木质腐烂为淡色的海绵状团块。目前,用于木质素降解研究的白腐菌主要有黄孢原毛平革菌(phanerochetechrysosporium)、杂色云芝(coridusversicolor)、香菇(lentinulaedodes)、变色栓菌(thametesversicolor)、朱红密孔菌(pycnoporuscinnabarinus)等[10,11]。杭怡琼等[12]以稻草秸秆加20%棉籽壳为培养基质,接入3种侧耳菌株,经研究发现,从接种到子实体形成过程中,培养物的木质素呈不断下降水平,木质素降解率与酶活变化趋势基本相似。王宏勋等[13]通过傅里叶变换红外光谱(ftir)分析和木质纤维素组分含量变化,研究了3株白腐菌在50d培养期内降解稻草秸秆中木质纤维素的降解规律,结果表明:3株白腐菌对稻草秸秆中木质纤维素降解具有一定的顺序和选择性,先降解半纤维素和木质素,再同时降解半纤维素、纤维素和木质素,并且对木质素有很好的降解优势。毕鑫等[14]研究白腐菌产木质素过氧化物酶发酵条件,利用lip粗酶液在体外直接降解稻草,3d后klason木质素的降解率为8.7%。戴永鑫等[15]研究了白腐菌及其产生的木质素降解酶系对秸秆的木质素生物降解方法,采用黄孢原毛平革菌和杂色云芝双菌联合固态培养可使木质素降解率达到47.64%。鞠洪波[16]以香菇、金针菇、杏鲍菇等9种食用菌对云杉木质素的降解进行研究,试验表明:杏鲍菇对木质素的降解能力最强,其次是木耳、茶树菇、柳菇、榆黄菇对木质素降解能力较高,其余4种食用菌降解木质素能力较弱。

20世纪80~90年代的研究表明细菌可以代谢低分子的磺化木质素、kraft木质素片断等,细菌能够使木质素结构发生改性,成为水溶性的聚合产物;另外,细菌与真菌协同作用使木质素易于受到真菌的攻击,且可去除对腐朽真菌有毒性的物质[17]。降解木质素的细菌种类很多,其中放线菌是公认降解能力较强的细菌,包括链霉菌(strptomyces)、节杆菌(arthrobacter)、小单胞菌(micromonospra)等。tuomelam等[18]研究表明链霉属的丝状细菌降解木质素最高可达20%,放线菌对木质素的降解主要在于增加木质素的水溶性[18]。其他降解木质素的细菌主要是非丝状细菌,能够在一定程度上引起木质素的降解,如微球菌属(micrococcussp)、假单胞菌属(pseudomonassp.)、黄单胞菌属(xanthomonassp.)等。非丝状细菌降解木质素的能力较差,只能降解小分子量或者木质素的降解产物,其中假单胞菌属是最有效的降解菌[17-19]。张甲耀等[20]通过对一嗜碱细菌对麦草木质素降解能力的研究,发现在最佳综合培养条件下该菌株10d对木质素降解率可达49.84%。

2秸秆木质素降解酶系

目前认为最重要的木质素降解酶有3种,即木质素过氧化物酶(ligninperoxidase,lip)、锰过氧化物酶(man-dependentperoxidase,mnp)和漆酶(laccase,lac)。木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶可使木质素分子中碳—碳键断裂成苯氧残基,漆酶对木质素有降解和聚合的双重作用[21]。

lip是最早发现的木质素降解酶,存在于大多数降解菌中,它是一种糖蛋白,分子量约41000,有1个血红素构成其活性中心,可连接至少1个黎芦醇。lip能催化木质素中富含电子的酚型或非酚型芳香化合物发生氧化,从而使木质素形成活性基团,然后发生一系列的非酶促裂解反应,实现对底物的部分氧化或彻底的氧化[22]。

mnp也是最常见的木质素降解酶,也是一种糖蛋白,分子量约46000。锰过氧化物酶在过氧化氢存在时能氧化酚型木质素及木质素模型物,即由mn2+及一种螯合物催化木质素发生降解。mn2+被氧化成mn3+,mn3+反过来又氧化酚型化合物,并保护mnp不受反应活性自由基的破坏[23]。

lac是一种多酚氧化酶,是一种典型含cu2+的糖蛋白。lac所催化的主要是氧化反应,表现在底物自由基的生成和4个铜离子的协同作用,主要攻击木质素中的苯酚结构单元;在反应中,苯酚的核失去1个电子而被氧化,产生含苯氧基的自由活性基团,可导致芳香基的裂解。lac同时具有催化解聚和聚合木质素的作用,因此单独存在时不能降解木质素,只有同时存在mnp等其他酶,避免反应产物重新聚合时,才有较高的木质素降解效率[23,24]。

3秸秆木质素生物降解的条件

在木质素降解过程中,碳源和氮源的来源以及营养限制对生物降解木质素有极大的影响,是木质素降解的关键因素。研究报道p.chrysosporium和lentinulaedodes只有在其他替代碳源如葡萄糖存在时才能降解木质素[25]。王宜磊[26]研究碳源和氮源对coriolusversicolor木质素酶分泌的影响,发现淀粉含量丰富的物质做碳源有利于木质素降解酶的分泌。毕鑫等[27]研究在静置和振荡2种方式下不同营养条件对白腐菌合成木质素过氧化物酶(lip)的影响。静置培养时,碳氮比低的培养基中显示较高的酶活,碳源以葡萄糖和糊精同时存在及分段加入要比单一葡萄糖作为碳源时获得更高的酶活;振荡培养时,在碳氮比高的培养基中酶活最高,而类似于静置培养的氮源组合及分段模式却明显抑制lip的合成。

cu2+、fe2+、mn2+等金属离子对木质素降解有很大的影响。keremz等[28]研究pleurotuso-streatus在含不同量mn2+的固体发酵培养基中对木质素的降解,结果表明增加mn2+的含量可使木质素降解率提高。余惠生等[29]人研究cu2+对panusconchatus产木质素降解酶的调控,结果表明,mnp的产生受cu2+浓度影响不大,而lac的产生却受cu2+的严格调控。没有cu2+的存在,lac酶活力很低,适量的cu2+浓度能够提高lac酶活力。

许多研究表明,某些具有木质素结构类似物的添加可以明显提高木质素降解能力。外国学者f.tonon等[30]报道黎芦醇对p.chrysosporiumlip合成的影响,通过在不同的碳源培养基中加入一定量的黎芦醇,发现2种培养基中的lip酶活力都提高。罗宇煊等[31-33]对一嗜碱细菌降解木质素时发现,abts、愈创木酚能提高嗜碱细菌产mnp和lac的产量。

4结语

生物法降解秸秆木质素具有条件温和、专一性强、不存在环境污染、处理成本低等优点,随着科学技术的发展和研究的不断深入,开发出降解秸秆木质素的复合菌剂,对于解决能源紧张、粮食短缺及环境污染等难题具有重要的指导作用。

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