木质素共基质促进白腐菌降解染料机制探究

摘要

染料被广泛应用于纺织和日化等行业，未处理完全的难降解染料污染物直接排放，给人类健康和生态平衡带来了巨大的危害。虽然一些细菌、真菌尤其是具有木质素降解能力的白腐菌能够在不同程度上降解染料，但染料结构的多样性以及其难降解性依然是染料高效生物降解的瓶颈问题。基于此，本论文以白腐菌对木质素芳烃化合物的非特异性降解是否有助于各种芳香环结构的染料降解为切入点，进行了木质素与染料共基质降解体系的显著的促进作用，并初步揭示了木质素共基质体系中木质素促进白腐菌降解染料的分子机制。论文的主要研究结果如下：
　　选取了不同种属白腐菌进行木质素与染料共基质降解研究，结果表明：木质素共基质能够促进多株白腐菌对不同染料的降解。木质素共基质体系下，灵芝属白腐菌Ganoderma lucidum EN2与乳白耙菌属白腐菌Irpex lactues CD2对偶氮染料DR5B的脱色率分别提高了34.2％（第2天）和54.8%（第3天），同时两株白腐菌对三苯甲烷类染料CV的脱色率提高了44.1%（第3天）和47.1%（第2天）。进一步研究表明，木质素共基质促进G.lucidum EN2和I.lacteus CD2对不同染料的降解具有普遍性。其中G.lucidum EN2对DR5B、RB5、DB71、DB38、DB22、CV和BB七种染料的脱色率提高了30%~50%，I.lacteus CD2对上述染料的脱色率提高了38%~55%。
　　对上述两种典型的白腐菌在木质素共基质体系下提高偶氮染料降解效率的机制研究表明：木质素共基质促进不同菌株降解染料的途径有不同。对于灵芝属白腐菌G.lucidum EN2而言，木质素主要通过增强胞外漆酶活性而加速共基质体系中偶氮染料DR5B的降解，漆酶是G.lucidum EN2降解DR5B染料的关键酶系。体外实验和共基质体系降解产物的GC/MS分析揭示，G.lucidum EN2降解木质素产生的愈创木酚等物质，能提高胞外漆酶活性，从而增强共基质体系中偶氮染料的降解。
　　而不产胞外漆酶的乳白耙属白腐菌I.lacteus CD2在木质素共基质快速降解DR5B的过程中，则是依赖于一套复杂的胞外木质素降解酶系统。采用转录组学以及蛋白质组学研究了I.lacteus CD2在木质素共基质体系下的DR5B染料降解增效机制。结果显示，木质素与染料共基质体系显著上调了与多环芳烃化合物降解代谢相关的基因表达，其中包括锰过氧化物酶（Manganese peroxidase,MnP）、多功能过氧化物酶（Versatile Peroxidase,VP）以及与金属结合、铁转运相关的蛋白、另外还有胞外产H2O2相关氧化还原酶等。除了木质素酶系的作用外，依赖羟自由基以及铁的Fenton反应也在DR5B的降解以及木质素的解聚过程中起着重要的作用。纯化的MnP进行体外实验也进一步证实MnP是I.lacteus CD2在共基质体系中快速降解DR5B的关键酶系之一。另外，木质素共基质降解体系中，胞内尿黑酸1,2-双加氧酶（Homogentisate1,2-dioxygenase,HGD）等芳香化合物开环代谢酶也显著被上调。由此可见，木质素促进I.lacteus CD2对DR5B染料降解是通过多种氧化还原酶系、还原系统以及辅因子的系统调节和协同作用而实现。
　　本论文首次建立并验证了在木质素和染料共基质体系下白腐菌可实现染料的高效降解，并对其促进作用的分子机制与过程进行了阐释研究，相关研究结果不仅为白腐菌生物质与异生物质的降解与转化提供理论与技术基础，也为白腐菌高效综合处理环境污染物提供了新的思路。

目录

声明

论文主要术语缩略表

1 绪论

1.1 白腐菌降解木质素

1.2 白腐菌降解木质纤维素的组学研究

1.3 白腐菌降解染料污染物

1.4 共基质体系下白腐菌降解污染物的研究

1.5 论文思路、意义及主要内容

2 白腐菌的木质素―染料共基质降解体系的建立

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 木质素共基质促进Ganoderma lucidum EN2降解DR5B的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 木质素共基质促进Irpex lacteus CD2降解染料的转录组学研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 木质素共基质促进Irpex lacteus CD2降解染料的蛋白质组学研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 全文总结

6.1 主要研究结果

6.2 创新性

6.3 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间取得的研究成果

附录2