白腐真菌
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白腐真菌处理秸秆的研究闵晓梅 孟庆翔中国农业大学动物科技学院摘要 某些白腐真菌能选择性的降解秸秆木质素,提高秸秆瘤胃干物质降解率和改善秸秆营养价值,因此,白腐真菌日益受到国内外学者的重视。
本文主要阐述白腐真菌降解秸秆木质素的机理、处理前后秸秆化学成分和瘤胃干物质消失率的变化、影响处理效果的因素以及生产实践中需要解决的问题。
关键词 白腐真菌 木质素 降解 消失率 农作物秸秆由于营养品质低下,适口性差等原因,在饲料方面的利用率很低,一般不超过15%~20%,从而造成大量氮素和有效能的损失。
大量的研究表明,在动物可食入情况下,4kg秸秆的有效能值相当于1kg玉米的有效能值。
目前我国每年生产秸秆517亿t左右,若将秸秆利用率从20%提高到50%左右,仅此一项即可节约饲用粮51714×(50—20)%=4275万t,从而能有效地缓解日益严峻的人畜争粮的矛盾。
在秸秆饲喂反刍动物时,需对秸秆进行预处理,以提高其营养价值、适口性等。
预处理包括物理、化学、生物等方法。
基于我国国情,虽物理、化学处理方法对秸秆品质均有较大改善,但是由于实际生产中成本、操作和环境污染等方面原因,推广使用范围较小。
一系列的实验室研究和饲养试验表明,微生物处理秸秆具有广阔的前景。
近年来,国内研究使用较多的是以乳酸菌—纤维分解菌—丙酸菌为主的微生物活菌制剂。
虽然经处理秸秆的瘤胃干物质消失率没有显著提高,甚至反有下降,但由于秸秆的适口性明显改善,牛羊秸秆的采食量大幅增加,日增重效果明显优于未经处理的秸秆,加上其操作简单易行、成本低,受到牛羊养殖户的极大欢迎。
自70年代以来,国外许多学者和研究人员致力于白腐真菌的研究。
Z adrazil等(1982)研究了200多种白腐真菌后发现,有几十种白腐真菌能显著的改善秸秆的适口性,提高木质素的降解率,大幅度(40%~60%)提高秸秆的瘤胃干物质消失率,从而使秸秆成为反刍动物的一种含较高营养价值的廉价能量饲料。
磷酸-葡萄糖经E MP 途径代谢为L -缬氨酸合成所需的前体丙酮酸。
在还原力足够的情况下,6-磷酸-葡萄糖流入E MP 途径的流量越大越有利于L -缬氨酸的合成。
由图4a 和4b 可以看出,6-磷酸-葡萄糖进入H MP 途径和E MP 途径的流量分配由出发菌株的H MP:E MP =83:17=4.88:1变为突变株AA T V341的75.7:24.3=3.12:1,E MP 途径的流量由17.0增加到24.3,使更多的6-磷酸-葡萄糖流入了E MP 途径,代谢为丙酮酸,有利于L -缬氨酸的合成。
图4 G 6P 节点处的流量分配Fig.4Flux distribution around the G 6P n ode in AS1.495and AA TV341图5 PY R 节点处的流量分配Fig.5 Flux distribution around the PY R n ode in AS 1.495and AA TV341图6 L -缬氨酸育种相关的途径及调节Fig.6 Path ways and regulation related to breeding for L -valine biosynthesis2131212 PY R 节点丙酮酸除了流入T C A 循环和流向L -缬氨酸的合成,还参与丙氨酸、异亮氨酸、乳酸和乙酸等杂酸的合成,因此,丙酮酸节点的流量分配较为复杂。
为了便于比较,把E MP 途径中由1,3-2P -G A 到PY R 途径上的流量转化为100,比较这个节点处的流量分配情况(见图5)。
出发菌株AS1.495是Leu -突变株,不能正常合成亮氨酸,由丙酮酸经α-酮基异戊酸流向L -缬氨酸合成途径的流量为15.8。
突变株AA T V341由于叠加了L -AAH ss 、2-T A r 、Vd -三个遗传标记,丙酮酸节点处的流量分配发生了重大变化,丙酮酸流入T C A 循环的流量由32.6降为9.80,流入杂酸的流量由51.6降为13.5,而流入L -缬氨酸合成途径的流量由15.8增为76.7,大大增加了。
白腐真菌降解木质素主要是通过其分泌的胞外过氧化物酶系统来完成的"’((),*++%&。
涉及木质素多聚物降解的主要有%种酶,即木质素过氧化物酶",-.(-(/0123-4560:,78&、依赖锰的过氧化物酶"95(.5(060:40/0(40(;/0123-4560< 9(8&和漆酶",5==560&>,78和9(8都含亚铁血红素的糖蛋白,并且发现有多种同工酶。
它们的存在和酶活性对不同的菌种是不同的"?-1@5(4A5110BC*+!D&,因为具有不同特性的酶的不同表达是生物降解底物以获得营养的最有效途径。
*木质素降解酶体系的营养调控胞外酶在木质素的生物降解过程中起着关键作用,但是大多数真菌在自然条件下酶的合成量较低或几乎没有,并且许多酶的作用不能充分地发挥出来。
此外对大多数白腐真菌来说,与木质素降解有关的酶都是次生代谢中产生的,改变营养条件"如增加培养基中的葡萄糖&可抑制次生代谢而产生大量的初生代谢的酶类,如纤维素酶和半纤维素酶"李越中等,*++E&,从而降解掉更多的纤维素和半纤维素。
因此为提高酶的产量,增加酶的活性和选择性,国内外对木质素降解的各种酶及其同工酶的调控方面进行了大量的研究,包括从氮源和碳源的含量和形式、碳氮比例、锰的浓度、氧的浓度、木质素模型物的诱导及微量元素的作用等方面进行调控。
*F*木质素过氧化物酶",78&的营养调控李越中等"*++E&研究了不同的营养条件对8・=G1H626/21-IJ的,78合成的影响,结果表明对于碳源,K:葡萄糖有利于,78的合成,但淀粉不完全水解产生的环状糊精产酶比K:葡萄糖还高;多种单糖同时存在时的产酶量比单用葡萄糖高。
有机氮酵母浸汁培养基中,78酶活性最高,以酒石酸铵为氮源菌丝体的产酶效率最好。
白腐真菌在环境保护中应用的研究进展邵梅香;朱炳根;李敏;李辉信【摘要】White rot fungi are the general name of the filamentous fungi and can cause the wood white rot in the living nature.Their hyphae can stretch into trees or timber wood cell cavity to absorb nutrients,and then release enzymes.Degrading pollutants by white rot fungi is an effec-tive method with advantages of universality,low nutrition and high adaptability compared with bacteria.This paper mainly introduces the mode of enzyme degradation and extensive application in environmental protection such as in the pollution of the atmosphere,sewage and soil.In addition,the white rot fungi also has a wide range of applications in food testing and other biological technology.The ending in this paper points out that research direction on the white rot fungi in the future.%白腐真菌是生物界中一类引起木质白色腐烂的丝状真菌的总称。
2种野外采集白腐真菌分离及其产漆酶液体培养基优化[目的]优化2种野外采集白腐真菌菌丝产漆酶液体培养基。
[方法]对2种采集的白腐真菌轮纹韧革菌(Stereum ostrea)和朱红密孔菌(Pycnoporus cinnabarinus)通過分离纯化得到白腐真菌菌丝,应用ABTS法测定其产漆酶活性,研究碳源、氮源、金属阳离子、pH、温度、转速对白腐真菌产漆酶的影响。
[结果]轮纹韧革菌最佳培养基是葡萄糖20.00 g、硝酸钾5.00 g、NaH2PO4 5.00 g、CuSO4 1.00 g、初始pH 6、温度25 ℃、转速170 r/min,在第11天其产漆酶活性达到最大,为1.557 U/mL,是PDA液体培养基产漆酶活性的2.7倍。
朱红密孔菌最佳培养基是麦芽糖25.00 g、酵母膏5.00 g、NaH2PO4 1.00 g、KCl 2.00 g、初始pH 7、溫度30 ℃、转速200 r/min,在第9天其产漆酶活性达到最大,为1.478 U/mL,是PDA液体培养基产漆酶活性的2.3倍。
[结论]筛选出2种野外白腐真菌产漆酶最佳培养基,为漆酶的进一步研究提供了参考。
白腐真菌是一类使木材呈白色腐朽的真菌,可在特定条件下产各种酶系[1],包括漆酶、木质素过氧化氢酶和锰过氧化氢酶等[2-3]。
在白腐真菌产的酶系中,漆酶的应用非常广泛。
在染料脱色方面,马利[4]、傅恺[5]、张丽[6]、王天女等[7]对重组血红密孔菌产漆酶对活性蓝等染料进行脱色结果分析,其脱色率达93%。
在环境污染的处理方面,彭丹对黄孢原毛平革菌在固态发酵体系产真菌漆酶对五氯酚(PCP)降解进行研究,结果表明在没有氧化还原介体时粗漆酶液能降解PCP,反应6 h降解率为37.8%,粗酶液中加入5 mmol/L氧化还原介体(ABTS)能获得更高的降解率,达97.0%;将粗漆酶液用(NH4)2SO4盐析纯化,用提纯后漆酶降解PCP,6 h后降解率为81.8%[8-9]。
木材白腐病病原1. 介绍木材白腐病是一种常见的木材腐朽病害,由特定的腐败真菌引起,会导致木材失去强度和结构稳定性。
木材白腐病病原是指引起该病害的真菌或微生物,它们以木材为食物并引发腐朽过程。
本文将对木材白腐病病原进行详细的探讨。
2. 主要病原真菌2.1 白腐菌2.1.1 特点白腐菌是一类常见的木材白腐病病原真菌,它们能够分解木材的纤维素和木质素,导致木材的结构性能降低。
这类菌种的特点是产生高效的酶类物质,能够有效分解木材纤维素。
2.1.2 常见种类•白腐菌A•白腐菌B•白腐菌C2.2 黄褐木腐菌2.2.1 特点黄褐木腐菌也是一类常见的木材白腐病病原真菌,与白腐菌一样,黄褐木腐菌也能分解木材的纤维素和木质素。
不同之处在于,黄褐木腐菌产生的酶类物质有所不同,导致其在分解木材时的特殊性能。
2.2.2 常见种类•黄褐木腐菌X•黄褐木腐菌Y3. 白腐病病原的生态特征3.1 生长环境白腐病病原真菌对生长环境的要求相对较低,常见于湿润潮湿的环境中,如森林土壤、木材堆积处等。
这些真菌通常在耐湿性较差的木材表面开始生长,然后逐渐侵蚀木材内部。
3.2 生长条件白腐病病原真菌对温度和湿度的要求较高。
一般来说,它们在20℃至30℃之间的温度下生长最适宜。
此外,湿度在80%以上时有利于它们的生长和繁殖。
4. 木材白腐病的防治4.1 木材处理木材白腐病的防治主要包括木材的预处理和防护措施。
在木材加工和利用过程中,可以采取以下预处理方法: 1. 去除木材表面的树皮和软化层,以去除潜在的病原菌。
2. 通过高温或高压处理来灭菌和保护木材。
3. 使用木材防腐剂进行喷涂、浸渍等处理,以抑制病原菌的生长。
4.2 环境管理木材白腐病的防治也需要进行环境管理。
以下措施可有效减少白腐病病原真菌的滋生: - 保持环境通风良好,避免积水和高湿度环境的形成。
- 定期清理木材存放和加工区域,清除潜在的病原菌源。
4.3 防治病菌传播木材白腐病的病原真菌可以通过空气中的孢子传播,因此防治病菌传播也是重要的措施: 1. 在木材存放和加工场所设置有效的过滤设备,减少空气中真菌孢子的含量。
白腐真菌降解木质素酶系特性及其应用摘要木质素是潜在的可再生资源,近年来利用白腐真菌对其进行降解已成为研究的热点。
简述了白腐菌降解木质素酶系及催化作用以及白腐真菌的降解机理,介绍了白腐真菌在农作物秸秆、造纸工业、食品工业以及生物堆肥中的应用。
关键词白腐真菌;木质素;解酶;应用中图分类号 tq351.01+2 文献标识码a 文章编号1007-5739(2009)11-0274-02木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳键连接而成的具有三维空间结构的高分子芳香族类聚合物,组成单元的结构及其连接键复杂而稳定,使得木质素很难降解[1]。
在植物组织中木质素与半纤维素以共价键形式结合,并将纤维素分子包埋其中,形成一种坚固的天然屏障,使一般微生物很难进入其中分解纤维素。
因此,纤维素的分解关键在于木质素的降解。
在自然界中,木质素的完全降解是真菌、细菌和相关微生物群落共同作用的结果,其中真菌起重要的作用,典型的木质素分解真菌是白腐真菌[2]。
1白腐真菌白腐真菌是一类能使木材呈白色腐朽的丝状真菌。
分类学上白腐真菌属于真菌门,主要为担子菌纲,少数为子囊菌。
它相对于纤维素类成分更易降解木质素,在腐朽木质素过程中几乎是同时破坏多糖和木质素,能在一定条件下将木质的主要成分(木质素、纤维素、半纤维素)全部降解为co2和h2o。
由于白腐真菌能够分泌胞外氧化酶降解木质素,所以白腐菌被认为是目前最为理想的的一类降解木素的真菌[3]。
目前研究较多的白腐真菌种类有黄孢原毛平革菌(phanerochaete chrysosporium)、彩绒革盖菌(coridus versicolor)、变色栓菌(thametes versicolor)、射脉菌(phlebia ra-diata)、凤尾菇(pleurotus pulmononanus)、朱红密孔菌(pycnoporus cinnabarinus)等[4]。
2白腐真菌木质素降解酶在20世纪80年代,木质素降解酶有了突破性研究。
白腐真菌生物法处理染料废水的研究 宋云飞,周健,肖柏喜,刘宵,李烨 (湖南城市学院 化学与环境工程学院,湖南 益阳 413000)
摘 要:实验采用白腐菌降解染料亚甲基蓝,研究了在不同振荡条件下,不同亚甲基蓝的
浓度、染料废水的不同培养时间、不同转速、碳源的不同浓度等条件对染料亚甲基蓝的脱色效果的影响。实验结果表明,白腐菌在无氮条件下,染料亚甲基蓝浓度为4mg/L,振荡速度为120rpm,碳源浓度为2.0%时,其降解能力达到最大,脱色率为78.5%。
关键词:白腐真菌;亚甲基蓝;染料;脱色
Decolorization of the methylene blue dye by White-rot fungi in liquid culture
SONG Yun-Fei,ZHOU Jian,XIAO Bo-xi,LIU Xiao,LI Ye (College of Chemistry & Environmental Engineering,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413000,China)
Abstract:Experiment using white-rot fungi degrade the dye of methylene blue, studied in different oscillation condition such as different concentrations of methylene blue, different training time of dye wastewater, the different speed, different concentrations of carbon source, which is influence the methylene blue's decoloring effect. Experimental results show that the white-rot fungus under the conditions of without nitrogen, the concentration of methylene blue dye is 4mg/L, oscillation speed for 120rpm, carbon source for 2.0%, it’s degradation ability achieve maximum, the decolored rate is 78.5%. Keywords: White-rot fungus ; Methylene blue ; dye ; decoloring 染料主要用于天然蛋白质纤维、聚酰胺纤维、纤维素等织物的着色。作为母体染料,主要含有羟基、羧基、氨基、磺酸基芳香胺类化合物。这些人工合成的染料大多具有“三致”作用,从而成为重要的环境污染物。在自然条件下这些染料造成的污染很难被消除,用常规的物理、化学以及生物的方法也很难达到除去的目的,因此染料的脱色和降解成为了一个世界性的难点和热点。 亚甲基蓝[9],是染料的典型代表,整个分子对称分布,中部分为两个苯环与一个 N,S杂环共轭的大π体系,两边的苯环各接一个二甲胺基,正电荷平均分布于整个共轭体系中,性质稳定。亚甲基蓝系统命名为氯化3,7-双(二甲氨基)吩噻嗪-5-鎓,分子式为C16H18ClN3S。现阶段对亚甲基蓝的降解方法主要是物理化学法,此外,还有超声化学法[13]、黑碳吸附法、活性二氧化锰吸附法等对亚甲基蓝的脱色降解。 白腐菌是一种能降解木质素的丝状真菌,属于担子菌纲[2]。白腐菌处理染料废水技术是近几年来新兴的有效处理方法,它能通过白腐菌所分泌的特殊的降解酶系或其他机制将各种合成染料彻底降解为CO2和H2O,对脱色具有良好的效果。本实验通过研究白腐菌对亚甲基蓝的降解,研究了在不同振荡条件下,分别在不同亚甲基蓝的浓度、染料废水的不同培养时间、不同转速、碳源的不同浓度等条件下对染料亚甲基蓝的脱色效果的影响。随着工业的不断发展,各种染料废水的产生将更多,这就急需高效的方法来解决这个问题,而生物方法显示出经济、高效、适于大规模废水处理的特点,利用白腐菌进行亚甲基蓝脱色研究就是用的生物法,是初次的尝试与研究,所以该法有可能取得染料脱色新的突破。 1实验材料与方法
1.1 实验材料与仪器 菌株:白腐菌NJ(华南理工大学提供)。 其他材料:亚甲基蓝,土豆,琼脂,葡萄糖,硫酸镁,磷酸二氢钾,磷酸氢二钾。 实验仪器:U-3010紫外可见分光光度计(日立公司),LDZX-75KBS立式压蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂),SPX-100B-D型振荡培养箱(上海博讯实业有限公司),电子分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司),SPX-150C型恒温恒湿箱(上海博讯实业有限公司)。 1.2 实验方法 1.2.1 亚甲基蓝最大吸收波长的测定 方法是配制低浓度的亚甲基蓝溶液,测量其在不同波长下的吸光度,绘制光谱吸收曲线。吸光度( Amax)最大值处对应的波长,即为最大吸收波长(λmax)。本实验是直接查阅相关文献[14],得知对1.0-6.0 mg/L的亚甲基蓝溶液,最大吸收波长是666nm。 1.2.2 固体培养基的制备 固体培养基成分/g:土豆 80;琼脂6.4;pH自然。其配制方法为:土豆削皮切片,称量80g,加水250mL,加热搅拌并保持恒沸30 min,过滤沸煮液,将琼脂加入到过滤好的土豆液中,加热搅拌溶解,pH 自然,然后按土豆与水的质量比为1:4加入剩下的水。取30支规格相同的试管,洗净晾干并制作配套的棉花塞。将每支试管装5-6ml煮好的未冷却的土豆液,塞好棉花塞,包扎好放入高压蒸汽灭菌锅内,设定温度为121℃,时间为20min,进行高压蒸汽灭菌。灭菌完后将每支试管摆成300的斜面,放到超净工作台上,留为接种用。 1.2.3 白腐菌的接种和培养 进入接种室前,用酒精消毒液洗手。开启超净工作台,点燃酒精灯,用镊子夹取浸有酒精的棉花擦拭双手和接种钩,并将接种钩在酒精灯上灭菌。然后左手同时拿住装有白腐菌和固体培养基的试管,用酒精灯外焰加热两支试管中上部,进行灭菌,打开棉花塞,用接种钩取少许白腐菌放入固体培养基试管中,然后塞上棉花塞。重复上述过程,接种更多的白腐菌。将所有接种的白腐菌放入恒温恒湿培养箱中培养,设定温度为28℃,湿度50%。 1.2.4 液体培养基的制备 称取如下培养基原料:葡萄糖 30g;MgSO4 0.6g;蛋白胨 4.5g;KH2PO4 0.9g;K2HPO4 0.6g。将各原料放入大烧杯,加自来水1500ml溶解。取30个250ml的锥形瓶洗净,并制作配套数量的棉花塞。然后用量筒依次量取50ml的液体培养基加入各锥形瓶中,塞上棉花塞,用报纸把瓶口包住,用橡皮筋扎好,放入高压蒸汽灭菌锅进行灭菌,设定温度121℃,时间20min。灭菌后取出放入超净工作台,待用。 1.2.5亚甲基蓝标准曲线的测定 配制0.05 g/L的亚甲基蓝溶液:称取亚甲基蓝固体0.0125g,放入烧杯加一定量的培养基溶解。转入洁净的250ml容量瓶,洗净烧杯,并将洗液转入容量瓶,定容,倒转摇匀待用。洗净6支50ml的容量瓶,并标号1-6,用移液管分别移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml 0.05 g/L的亚甲基蓝溶液于对应编号的容量瓶,加培养基营养液至刻度,6号瓶只加入50ml的培养基,倒转摇匀待用。 打开紫外可见分光光度计U-3010,设置最大吸收波长为666nm以及其他参数。清洗比色皿,装好空白溶液置零。将其中一个比色皿润洗后依次装1.0-5.0 mg/L的标准亚甲基蓝溶液进行测定,分别记录测定的吸光度,并绘制亚甲基蓝标准曲线。 1.2.6 液体浅层培养 取两根经过培养长出大量白腐菌的固体斜面试管,置于超净工作台。双手消毒进入工作台,点燃酒精灯,打开装有培养液的锥形瓶的棉花塞,用酒精灯外焰加热瓶口,进行灭菌消毒。同样对装有白腐菌的试管加热杀菌,然后用接种钩取4-5小块菌种放入锥形瓶中,塞好棉花塞。重复上述操作多次,获得更多的接种白腐菌的锥形瓶,然后将其放入振荡培养箱中,设置温度为28℃,振荡速度为120rpm左右,进行浅层培养。 1.2.7 染料脱色培养液的制备 配制无氮培养基1000ml原料:葡萄糖20.0g,MgSO4 0.4g,KH2PO4 0.6g,K2HPO4 0.4g。称取亚甲基蓝固体0.0125g,放入烧杯中加无氮培养基溶解,用玻璃棒将溶液转入250ml容量瓶中,烧杯用少许培养基润洗三次,洗液也转入容量瓶中,然后加培养基至刻度线,摇匀待用。 有氮培养基1000ml原料:葡萄糖 20g,MgSO4 0.4g,蛋白胨3.0g,KH2PO4 0.6g,K2HPO4 0.4g。用上述配制无氮培养基的方法配制有氮的0.05g/L的亚甲基蓝溶液。 配制无氮和有氮6.0、8.0、10.0 mg/L的50ml亚甲基蓝溶液:用移液管分别移取6.0、8.0、10.0ml的有氮和无氮0.05g/L亚甲基蓝溶液于6个50ml的容量瓶中,然后加相应的的培养液至刻度线,摇匀,贴好标签。取6个250ml的锥形瓶,在其中三个各加50ml的有氮培养液,另外三个各加50ml无氮的培养液。将对应的亚甲基蓝溶液加入锥形瓶中,配成3.0、4.0、5.0mg/L的共培养液,贴好标签。将所有锥形瓶放入高压蒸汽灭菌锅内灭菌,温度121℃,时间20min。
1.2.8白腐菌对亚甲基蓝的降解 将处理好的白腐菌接种到6支装有100ml的已灭菌的亚甲基蓝共培养液的锥形瓶中,用棉花塞塞住瓶口,然后放入振荡培养箱(转速=140r/min,温度=30℃)进行培养,进行白腐菌的降解工作。 1.2.9 培养液吸光度的测定 连续几天每天取实验样品5ml稀释十倍后进行测定,分别用紫外可见分光光度计在666 nm波长下测量其吸光度,记录其数据。 1.2.10 脱色率的计算 脱色率η=(A0-A)/A0×100% 式中:η为脱色率;A0为降解前亚甲基蓝溶液的吸光度;A为处理后亚甲基蓝溶液的吸光度。
2.结果与讨论 2.1 亚甲基蓝的标准曲线 亚甲基蓝标准溶液吸光度原始数据如下:
表1 吸光度随浓度的变化 样品号 C (mg/L) 吸光度A 空白 0 0.001 1 1 0.119 2 2 0.217 3 3 0.299 4 4 0.408 5 5 0.532
亚甲基蓝标准曲线如下图所示: