木质素降解菌及其应用

（1）木质素的结构与生物降解特点

木质素是一种杂聚物，以类苯丙烷基（phenylpropanoid）为结构单元，靠多种共价键方式连接，形成一种不溶于水、异质、高度分支的三维网状大分子。 由于木质素的结构非常特殊，所以可以抵抗大多数微生物的攻击，只有少数丝状真菌特别是白腐菌可以将木质素氧化。

从木质素的结构上看，生物降解的酶系应当有以下特点:

①非特异性木质素结构组分和连接键类型的多样性，意味着破坏它们的降解反应的机制不可能是特异性的。

②非水解性木质素的骨架中并不存在可以水解的键，稳定的C—C 键和醚键结构不能产生水解反应，只能以其他特殊方式发生降解。

③胞外性木质素分子量大，不溶于水，不会进入细胞内进行降解。

（2）木质素降解菌

可以降解木质素的微生物种类不少，在这些微生物中有许多是腐烂木材的真菌，已经知道腐烂木材的真菌达1 600 多种。 通常把这些真菌分成3 大类，即软腐菌、褐腐菌和白腐菌。

软腐菌（soft-rot fungi）由子囊菌和半知菌起作用，它们因能使木材表面软化而得名，主要代谢木材中的碳水化合物，能对木质素进行不同程度的改变或使其缓慢的代谢。 软腐菌分解的特点是侵袭木材的次生细胞壁，发生柱状空洞，也有些菌是从细胞腔开始。

褐腐菌（brown rot）大部分属于担子菌，主要降解木材中的多糖，不能完全降解木质素，且留下褐色残留物，故称为褐腐菌。 在分解过程中，褐腐菌先从次生细胞壁物质开始降解，初生细胞壁中间层因其木质素含量高特别抗褐腐菌分解。 褐腐菌分解时，木质素中的甲氧基明显减少，进一步分解时大部分多糖被消耗，细胞壁塌陷，造成木材体积减少。(www.xing528.com)

白腐菌（white-rot fungi）属担子菌，分解木质素能力最强。 白腐菌产生胞外酶，分解木质素；在降解木质素的同时降解多糖，因为降解木质素需要能量。 白腐菌使植物细胞壁逐步变薄，它们分泌的酶紧靠近菌丝的细胞壁层，依次降解植物细胞壁物质，解聚的产物同时被利用掉。

由于白腐菌降解木质素的能力最强，下面重点介绍白腐菌。

白腐菌的种类很多，例如革盖菌、卧孔菌、多孔菌和原毛平革菌等。 在20 世纪80 年代末期，对白腐菌的研究取得了较大的进展，Kiric 和Eriksson 概括了白腐菌对木质素生物降解研究的进展:

①描述了白腐菌生物降解化学的关键特征，并开发了高效木质素降解真菌黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）的实验系统。

②在黄孢原毛平革菌中发现了第一个木质素降解酶——过氧化物酶。

③表明黄孢原毛平革菌的酶可以氧化木质素中的苯环，转变为阳离子自由基，并经历自由基和离子性质的非酶降解反应，这些反应包括芳香环裂解和解聚木质素的其他形式的裂解。

④开发和改进了供基础和应用研究用的木质素过氧化物酶的生产方法。

⑤发现了黄孢原毛平革菌的第二个过氧化物酶，可将Mn2+氧化为Mn3+并氧化木质素中的酚单元致使木质素部分降解。

⑥描述了黄孢原毛平革菌系统中产生的胞外过氧化氢（为过氧化物酶所需）酶系，包括一种新的胞外铜氧化酶，它能氧化乙二醛和相关化合物。