白腐真菌固定化技术的研究进展以及在环境保护中的应用---

煳：｝｝逢纸　２０１１年第３期　

・综述与专论・　

白腐菌在生物制浆中的应用及发展前景　

游婷婷赵强　

（北京林业大学材料科学与技术学院，北京１０００８３）　

摘要我国的造纸行业在改革开放后迅猛发展，而其带来的环境问题也日趋严重。最新的造纸工业废　

水排放标准使得单纯的化学法和高得率制浆方法在废水的处理上远远不能满足生态和经济的需求。对环　

境保护以及降低能耗的日益关注．促进了白腐茵在制浆中的应用。本文介绍了影响白腐菌的生长因素、产　

生的酶系及其作用机理、在生物制浆中的应用以及存在的问题，以引起业界对生物制浆的重视。　

关键词　白腐菌　生物制浆发展前景　

在全世界能源紧缺、人们环保意识的提高以及环　

保立法日趋严格的今天，对造纸工业废水的排放有了　

更加严格的标准。根据最新的排污标准，ＣＯＤ为　

８０ｍｇ／１ｊ】Ｊ，单纯的化学法和高得率制浆方法在废水的　

处理上远远不能满足生态和经济的需求。我国森林　

资源短缺，非木材纤维原料制浆占有很大的比重，这　

使得制浆废液更难处理，环境污染更加严重。另外，　

化学法和高得率制浆中蒸汽用量多、磨浆能耗高以及　

产生的洗涤废液过多使得生产成本大大提高，降低了　

企业的市场竞争力。研究开发高效清洁制浆造纸新　

技术已成为我国制浆造纸行业可持续发展的重要保　

证　

白腐菌（Ｗｈｉｔｅ—ｒｏｔ　ｆｕｎｇｕｓ）属于担子菌亚门，是　

自然界中最重要的木素降解菌。白腐菌分布很广，大　

约有１０００多种，如黄孢原毛平革菌（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ　

Ｃｈｒｙｓｃｏｐｏｒｉｕｍ）、杂色木云芝（ＣｏｒｉｏｌＩｌＳ　ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ）以及　

木云芝等　Ｊ。这些真菌能够广泛有效降解木素，同时　

降解木材中的主要成分生成ＣＯ，和Ｈ，０。近年来因　

为其极强的木素降解能力和特殊的代谢类型成为国　

内外研究的热点。　

ｌ白腐菌的概述　

白腐菌被认为是自然界中唯一能降解木素的真　

菌。但是多数白腐菌在降解纤维原料时，同时作用于　

收稿日期：２０１ｌ４３６—１０　

工作研究　《现代农业科技）２００９年第１１期　白腐真菌降解木质素酶系特性及其应用　李春凤王力生　（安徽农业大学动物科技学院，安徽合肥２３００３６）　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。简述了白腐茵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　白腐真茵；木质素；解酶；应用　中图分类号ＴＱ３５１．ＯＶ２　文献标识码Ａ　文章编号１００７—５７３９（２００９）１１—０２７４—０２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　Ｂｉ０ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｉｇｎｉｎ　ｂｙ　Ｗｈｉｔｅ－ｒｏｔ　Ｆｕｎｇｉ　ＬＩ　Ｃｈｕｎ—ｆｅｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｌｉ—ｓｈｅｎｇ　（Ｃｏ￣ｅｇｅ　ｏｆＡｎｉｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｈｕｉ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ　Ａｎｈｕｉ　２３００３６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｌｉｇｎｉｎ　ｉｓ　ａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｒｅｓｏｔｎ＇ｃｅ　ｆｏｒ　ｂｅｉｎｇ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆｌｉｇｎｉｎ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ／ＨＯｌｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ　ｌｉｇｎｉｎ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｗｈｉｔｅ—ｒｏｔ　ｆｕｎｇｉ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗｈｉｔｅ—ｒｏｔ　ｆｕｎｇｕｓ’Ｓ　ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｒｏｐｓ　ｓｔｒａｗ　ｓｔａｌｋ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｅ　ｆｏｏｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｔ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｃｔｉｃｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｗｈｉｔｅ—ｒｏｔ　ｆｕｎｇｉ；ｌｉｇｎｉｎ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳一碳键连接而成　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ｎＪ。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１２］。　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　ＣＯ。和Ｈ２０。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　的真菌嘲。　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　ｃａ－ｄｉａｔａ）、凤尾菇　（Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ　ｐｕｌｍｏｎｏｎａｎｕｓ）、朱红密孔菌（Ｐｙｃｎｏｐｏｒｕｓ　ｃｉｎｎａｂａｎ＇ｎｕｓ）　等嗍。　２白腐真菌木质素降解酶　在２Ｏ世纪８０年代，木质素降解酶有了突破性研究。　１９８３年美国的Ｔｉｅｎ和Ｉ（ｉｒｋ带领２个研究小组［５１，分别从黄　孢原毛平革菌（Ｐｈａｎｅｗｃｈａｅｔｅ　ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）发现了木质素过氧　化物酶（Ｌｉｇｎｉｎｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，简称Ｌｉｐ）。翌年，Ｃｏｌｄ小组［５１又从黄　孢原毛平革菌（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ￣ｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ　Ｂｕｅｄ）发现了锰过氧　化物酶（ｍａｎｇｎａｓｅｐｅｗｘｉｄａｓｅ，简称ＭｎＰ）以及由日本吉田首次　作者简介李春凤（１９８３－），女，山东临沂人，硕士研究生。研究方向　饲料生物技术。　通讯作者　收稿日期２００９—０４－２９　２７４　在生漆中发现的漆酶（Ｌａｃｃａｓｅ，简称Ｌａｃ），共同构成了白腐真　菌的木质素降解酶系［３１。　ＬｉＰ和ＭｎＰ都是含正铁的血红素糖蛋白。需要在过氧　化氢存在下降解木质素。它们的不同在于催化机制——从　芳香族底物（苯酚或非酚类）的芳环中夺取单个电子的方　式。ＬｉＰ直接可以与芳香族底物反应，形成阳离子自由基，引　起芳环结构的开裂、木素单体烷基侧链的氧化；ＭｎＰ用木　质组织中广泛存在的Ｍｎ　作为反应底物。将Ｍｎ２　氧化成　ＭＨ３＋，Ｍｎ”从酶的表面扩散离开，再去氧化酶类化合物、不溶　性的终底物及木质素１３ｌ４・６１。　Ｌａｃ是一种含铜的酚氧化酶，最早从漆树的分泌物中　发现　，现在研究发现这种酶存在于很多种真菌中。漆酶　在氧的参与下，将单电子传递给分子氧，使其还原成水；　同时，从酚类底物分子中获取电子形成半醌自由基，该自由　基再发生非酶催化反应。在这一过程中，漆酶从底物分子中　提取１个电子，使之形成自由基，该自由基不稳定，可进一　步发生聚合或解聚反应，导致键的不稳定，从而打断木质素　分子　一。　３白腐真菌降解木质素的机理　自腐菌对木质素的降解是一个以过氧化物酶（ＬｉＰ和　ＭｎＰ）为启动者的自由基链反应。首先，木质素在木质素降　解酶的作用下发生解聚。生成许多高度反应性的自由基中　间体；然后以链反应的方式产生许多不同的自由基，导致种　种连接键的断裂，使木质素解聚成各种低分子量片段，其中　小于ｌｋｕ的占多数，再经过完全彻底的氧化直至降解为　ＣＯ２㈣。　白腐真菌对木质素的降解主要是细胞外的氧化过程。　在适宜的条件下，白腐真菌的菌丝首先用其分泌的超纤维　氧化酶溶解植物表面的蜡质；然后菌丝进入植物内部并分　泌释放降解木质素的酶系。在过氧化物氢存在的情况下。　ＬｉＰ、ＭｎＰ以及Ｌａｃ协同作用于连接木质素结构单元之间的　酯键或醚键，首先使木质素分解成单个的结构单元，然后再　

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研究微生物技术在环境工程应用中的作用

作者：蒋瑞

来源：《科学与财富》2017年第27期

摘要：随着科学技术的不断进步，出现了许多新兴技术，这些技术被应用于社会生活的各个方面，起到了非常有效的作用。其中微生物技术被应用于环境工程的建设中，利用微生物的分解和化学作用，对自然环境中的污染问题进行治理，有着成本低廉，效果明显的优点，并且不会对自然环境造成污染，能够对环境中的各类污染问题，如水污染问题，废料处理问题，工业废气排放问题等等，都有着非常好的处理效果。本文从微生物技术在环境工程中的起到的作用进行研究分析，对微生物技术在各类污染问题上的处理进行详细的分析，旨在能够在环境工程的建设中提供一些帮助。

关键词：环境工程；微生物

一、引言

因国内工业的快速发展而造成的环境污染问题日益增多，工业废水的不合理排放造成水污染问题，废气的过量排放造成大气污染等等，对生态环境产生了极大的危害，引发的自然灾害如酸雨、雾霾天气、臭氧破坏严重威胁着人类的生存环境和身体健康。传统的污染治理技术无法有效的处理工业发展带来的污染问题，甚至不科学的处理方式会导致环境的再次污染，造成更严重的环境问题。在研究新的环境治理方案的过程中，发现微生物能够很好的降解环境污染中的化学物质，对于任何的有害物质都有非常强大的降解作用，并且因为微生物本身就是大自然中存在的生物，不会对大自然造成任何形式上的影响，还能够通过自身作用帮助环境更快的恢复生态平衡。因此，这种用微生物来处理环境问题的技术正成为环境工程中十分重要的一项应用，为环境污染的治理作出很大的帮助。

二、微生物技术的应用

利用微生物技术可以在多个方面起到环境保护的作用，其中，利用微生物技术可以用来监测水质的变化，许多国家的卫生部门将大肠菌群做为检测水源品质的指标之一，我国的水质标准准确说明了大肠菌群的含量，品质为第三级水质的水源中，每升水中大肠菌群的含量大于五万。对于水中大肠菌群数量的检测，使用发酵法来进行，通过大肠菌群和乳糖进行反应，使乳糖发酵，产生气体这一原理，通过计算定量乳糖产生的气体质量，通过大肠菌群和乳糖反应的化学公式来计算水中所含的大肠菌群的数量，来以此判断当前检测水源的品质。另外，还可以利用微生物酶来对环境进行实时的检测，通过对微生物酶的加工制造出来的酶电极可以对环境情况进行检测，其中一种用来环境检测的传感器，就是利用从微生物中提取出来的酶制造出来的，能够对环境进行全天的检测，并将信息同步传输到控制中心，获取最新的资料。

微生物固定化技术的应用

微生物固定化技术是一种利用特定载体将微生物固定在其中，从而形成固定化生物反应器的技术。这种技术被广泛应用于生物处理、食品工业、制药工业、环境工程等领域，以下是一些应用方面的具体例子：

1.生物废水处理：利用固定化微生物反应器对污水进行处理，可降解污水中的有机物和氮化物，减少污染物的排放。

2.食品工业：利用固定化酶和微生物进行制酸、发酵等过程，提高产品质量和生产效率。

3.制药工业：利用固定化细胞或酶制备药物，提高出药率和产量，减少废水和废气的排放。

4.处理重金属污染：固定化微生物对重金属污染进行处理，从废水中去除重金属离子，减少对环境的污染。

5.土壤修复：利用固定化微生物对污染土壤进行修复，可以去除土壤中的有害物质，恢复土壤质量。

6.生产生物能源：利用固定化微生物进行生物燃料和生物气体的生产，提高能源利用率和环保性。

总之，微生物固定化技术可以为许多领域带来更加有效和环保的解决方案，是一种十分有用的生物技术。