简青霉降解木质素的机理及其对碱木质素生物吸附的研究

【摘要】木质素是组成植物细胞壁的主要成分之一，仅次于纤维素是世界上含量第二大的有机物，主要是通过形成交叉网状结构包裹着纤维素、半纤维素形成木质纤维素来硬化植物细胞壁，大量研究表明，木质素分子量大，溶解性差，含有各种生物学稳定的复杂键型，而且没有任何规则的重复单元或易水解的化学键，导致微生物以及胞外酶不容易与其结合，所以成为了地球生物圈中碳循环的障碍，同时也是含木质素类农业及工业废弃物再利用的瓶颈。要想大规模的利用这一类潜在的再生能源，突破木质素的束缚是关键中的关键。研究发现，自然界中存在着一类微生物可以通过分泌特定的酶来氧化断裂木质素的部分化学键，使之裂解成小分子量的碎片。本文主要研究的是简青霉对木质素的吸附以及降解的机制。本文采用简青霉对从白杨木材中提取的木质素进行降解，从一定程度上避免了其它杂质对降解过程以及最后分析的干扰，并通过对降解不同天数的木质素样品进行傅里叶变换红外光谱分析、差示量热扫描分析以及酶活的紫外分光光度分析来探究简青霉对木质素的降解机理。然后将三种检测结果结合起来进行综合分析，得到简青霉对木质素降解的过程大致是：简青霉通过分泌木质素降解酶对木质素分子进行侧链氧化以及去甲基化，接着再将芳香环断裂，形成一些小分子的碎片，体视显微镜下不同降解时间的样品颜色及其它微观变化程度可以作为降解程度的一个表征，在酶活分析中发现H2O2在木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶发挥木质素的降解作用中起到关键的启动作用。另外，通过简青霉对含碱木质素废水的处理过程可以发现，简青霉对碱木质素的去除主要是吸附作用，之后才是酶解作用，通过显微镜对吸附前后简青霉菌丝球的观察，进一步验证了菌丝球的吸附；并对吸附作用结果进行拟合，发现吸附过程更符合Langmuir模型，拟合度R2=0.995；通过饱和吸附实验，测得其最大吸附量为30.3mg/g。论文最后一章还尝试了利用原生质体融合的方法将黄孢原毛平革菌分泌Lip酶的优势转移至简青霉中去，从而提高简青霉分泌木质素降解酶的酶活，使其具有更好的木质素降解能力，通过酶活测定，发现再生融合子组Lip酶和Lac酶的酶活有着不同程度的提高，分别为19.6%和25.7%，Mnp酶活基本不变，与原始简青霉相比，其对碱木质素的去除率提高了5%。
【作者】刘杨；
【导师】胡天觉；
【作者基本信息】湖南大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】木质素；简青霉；降解与吸附；原生质体融合；

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