木质素降解菌的降解机制及其应用

本书侧重于介绍木质素生物降解的降解菌株和降解机理，理论性强，具有较高的参考价值，可作为科研人员的参考书；同时，本书介绍了大量国内外近年来在木质素降解方面的研究成果，也具有较强的实用性。 

本书主要对生物降解木质素的降解机制及应用进行详细的阐述，共5章。第1章概述木质素的降解；第2章介绍了高效木质素降解菌株的选育；第3章介绍了基于蛋白质组学的木质素降解机制研究；第4章介绍了微生物发酵麦麸生产膳食纤维；第5章介绍了木质素降解真菌菌丝球自固定化细胞体系的建立。

本书可供环境工程、生物工程、生化工程、生物技术、农业资源利用等领域的研究生和相关研究人员，以及生物能源企业技术人员参考阅读。

 

燕红，哈尔滨理工大学化学与环境工程学院，系主任、教授，燕红自2003年攻读博士学位就一直从事着木质纤维素降解和转化的研究工作，于2007年获得哈尔滨工业大学环境工程专业博士学位。曾先后主持包括国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金面上项目、省自然科学基金面上项目、省教育厅科学技术重点项目、省教育厅科学技术面上项目、省博士后基金资助等各级科研项目10余项，科研经费100余万元；发表论文30余篇；获授权专利4项；出版教材2部。

第1章木质素的降解1

1.1木质素的概述1

1.2木质素的化学降解4

1.2.1氧化降解4

1.2.2催化加氢降解5

1.2.3其他化学降解6

1.3木质素的生物降解7

1.3.1木质素降解微生物7

1.3.2木质素降解酶及其作用机制8

1.3.3木质素生物降解研究现状17

1.4白腐菌降解木质素的研究进展18

1.4.1白腐菌的生物学背景18

1.4.2白腐菌生物降解的特点18

1.4.3白腐菌生物降解系统19

1.5木质素降解酶在实际中的应用20

1.5.1造纸工业20

1.5.2饲料工业20

1.5.3食品工业20

1.5.4固体废弃物堆肥20

1.5.5环境污染物的微生物修复21

1.5.6医药方面21

参考文献21

第2章高效木质素降解菌株的选育24

2.1高效木质素降解菌的分离筛选24

2.1.1菌株的分离和初筛24

2.1.2菌株的复筛26

2.2高效菌株的产酶条件优化及遗传诱变育种27

2.2.1木质素降解菌株的产酶条件优化27

2.2.2木质素降解菌株的遗传诱变育种29

参考文献31

第3章基于蛋白质组学的木质素降解机制32

3.1国内外的研究综述32

3.1.1蛋白质组学33

3.1.2蛋白质组学在木质素降解机制方面的研究进展35

3.1.3存在的问题35

3.2基于蛋白质组学的A.Fumigatus G-13木质素结构单体降解机制研究36

3.2.1A.Fumigatus G-13降解木质素结构单体的酶活性分析36

3.2.2A.Fumigatus G-13发酵降解木质素结构单体的蛋白质组学研究41

3.2.3有关差异蛋白和代谢途径的讨论63

3.3基于蛋白质组学的A.Fumigatus G-13天然木质纤维素降解机制研究70

3.3.1A.Fumigatus G-13发酵天然木质纤维素所产木质素酶活性分析71

3.3.2A.Fumigatus G-13发酵降解天然木质纤维素的蛋白质组学研究75

3.3.3有关于差异蛋白和代谢途径的讨论93

参考文献99

第4章微生物发酵麦麸生产膳食纤维103

4.1膳食纤维及其研究进展103

4.1.1膳食纤维的定义及组成103

4.1.2膳食纤维的物理化学特性104

4.1.3膳食纤维的生理功能105

4.1.4膳食纤维的国内外研究进展105

4.1.5膳食纤维毒理安全性的国内外研究进展106

4.1.6存在的问题107

4.2微生物发酵麦麸生产膳食纤维的最佳工艺研究107

4.2.1不同培养温度对膳食纤维产量的影响107

4.2.2不同pH值对膳食纤维产量的影响108

4.2.3不同发酵时间对膳食纤维产量的影响108

4.3膳食纤维制品的物化特性和生理活性110

4.3.1膳食纤维制品各组分成分分析111

4.3.2膳食纤维制品的溶胀性和持水力111

4.3.3膳食纤维制品对重金属的最大束缚量和对H2O2的去除能力111

4.4膳食纤维制品毒理学评价112

4.4.1急性毒理试验112

4.4.2骨髓微核试验113

4.4.3精子致畸试验114

4.4.4短期喂养试验116

4.5膳食纤维功能食品的研制121

4.5.1膳食纤维食品最佳工艺研究122

4.5.2麦麸膳食纤维功能食品毒理学评价125

4.5.3麦麸膳食纤维功能饼干对重金属的吸附131

参考文献133

第5章木质素降解真菌菌丝球自固定化细胞体系的建立135

5.1菌丝球研究进展136

5.1.1菌丝球的特性和成球机制136

5.1.2菌丝球在废水处理中的应用137

5.1.3菌丝球作为固定化载体的应用138

5.1.4存在的问题139

5.2木质素降解菌的分离筛选及成球条件优化139

5.2.1菌株的分离纯化与鉴定139

5.2.2单一真菌菌丝球成球条件优化141

5.3可降解木质纤维素的双菌共生菌丝球的制备149

5.3.1X10-1-2接入时间对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响149

5.3.2接种孢子浓度对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响149

5.3.3pH值对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响150

5.3.4温度对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响151

5.3.5摇床转速对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响151

5.3.6培养时间对复合菌菌丝球的形成和产酶的影响152

5.3.7复合菌菌丝球形态观察154

5.4可降解木质纤维素的双菌种共固定化菌丝球对废水处理的性能研究155

5.4.1单一真菌菌丝球和复合菌菌丝球处理多种废水的性能比较155

5.4.2复合菌菌丝球处理各种废水的性能研究156

参考文献163

 

木质纤维素是植物通过光合作用生成的、在自然界中广泛存在的、可再生的、数量巨大的生物质资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子物质所组成。微生物对它的降解、转化是碳素循环的主要环节。它的有效利用对于解决环境污染、食品短缺、能源危机具有重大的现实意义，同时可以创造可观的经济效益和社会效益。在植物组织中，木质素与半纤维素一起构成了包裹在纤维素周围的基质，占植物细胞化学组成的15%～36%。木质素是第二大类天然聚合物，在数量上仅次于纤维素。木质素立体结构的复杂性使得它具有较强的稳定性和难降解性。绝大多数微生物不易对其进行生物学降解。许多研究已证实木质素是限制多糖水解的主要抗性屏障，它的降解构成了自然界碳循环的限速步骤。

木质素的生物降解在许多领域有着广阔的应用前景，但由于一些基础研究，如木质素的空间结构、每种木质素酶的作用机制以及木质素酶基因结构及其表达调控等尚未完全研究清楚，所以，离实际应用还有一段距离。正因为如此，木质素的生物降解也一直是世界性的研究热点和难题。

本书作者自2003年就一直从事木质纤维素的降解和转化研究，分离、筛选获得了大量的可降解木质素和纤维素的菌株，并对其中的高效菌株进行了分类鉴定、发酵过程优化与控制、遗传诱变育种、相关酶组分的分离纯化和酶学特性、关键酶活性测定与调控及相关降解机制、代谢网络分析等方面的研究，现将一些相关工作进行整理，与相关研究人员进行分享。

由于作者水平有限，书中可能出现遗漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。

著者

2018年7月