【摘要】：木質(zhì)素是由苯丙烷單元通過(guò)醚鍵和碳碳鍵連接而成的聚酚類三維網(wǎng)狀高分子芳香族化合物,同時(shí)也是自然界最豐富的芳香族化合物,其分解與陸地上碳循環(huán)密切相關(guān)。提取木質(zhì)纖維素中的纖維素使其轉(zhuǎn)化成乙醇,是生產(chǎn)第二代生物質(zhì)能源的關(guān)鍵步驟。但是由于木質(zhì)素是一種非常穩(wěn)定的化合物,難以降解是實(shí)現(xiàn)生物乙醇轉(zhuǎn)化的主要屏障,因此關(guān)于木質(zhì)素的微生物降解研究具有非常重要的意義。此外,木質(zhì)素是自然界中含量第二豐富的生物質(zhì),主要來(lái)源于纖維素乙醇和制漿造紙工業(yè)中的副產(chǎn)物或者農(nóng)林廢棄物,如果能對(duì)木質(zhì)素的生物降解過(guò)程進(jìn)行有效的控制,那么木質(zhì)素具有生產(chǎn)芳香族化工原料的潛力。真菌降解木質(zhì)素的研究已經(jīng)深入的進(jìn)行了多年,并取得豐富的成果,但是仍然未開發(fā)出一種能商業(yè)化應(yīng)用的木質(zhì)素生物轉(zhuǎn)化技術(shù),而關(guān)于細(xì)菌降解木質(zhì)素的研究還處在初級(jí)階段。由于豐富的生物多樣性和良好的環(huán)境適應(yīng)能力,細(xì)菌在木質(zhì)素降解方面深受研究人員的關(guān)注,越來(lái)越多研究表明細(xì)菌在木質(zhì)素的生物降解過(guò)程中起到重要的作用。本論文從實(shí)驗(yàn)室保藏的細(xì)菌中篩選到能夠利用木質(zhì)素為唯一碳源生長(zhǎng)的菌株Bacillus ligniniphilus L1,表明其具有降解木質(zhì)素的潛力。為了進(jìn)一步確定Bacillus ligniniphilus L1降解木質(zhì)素的能力及其在木質(zhì)素生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中的應(yīng)用前景,對(duì)其降解木質(zhì)素特性、代謝產(chǎn)物及木質(zhì)素降解基因進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究成果如下:1.以木質(zhì)素為唯一碳源培養(yǎng)Bacillus ligniniphilus L1,發(fā)現(xiàn)該菌在堿性條件下的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)較好。在pH 9的木質(zhì)素培養(yǎng)基中,7天內(nèi)使培養(yǎng)液色度下降了30%。Bacillus ligniniphilus L1通過(guò)分泌木質(zhì)素降解酶修飾/降解木質(zhì)素,其分泌的漆酶和錳過(guò)氧化物酶活性分別達(dá)到147 U/L和273.6 U/L。綜合數(shù)據(jù)表明,Bacillus ligniniphilus L1具有降解木質(zhì)素的潛力。2.通過(guò)GC-MS分析Bacillus ligniniphilus L1降解木質(zhì)素過(guò)程產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)有多種苯化合物,由此推斷Bacillus ligniniphilus L1首先將木質(zhì)素大分子解聚成小分子苯化合物,然后進(jìn)一步將小分子苯化合物降解直至進(jìn)入三羧酸循環(huán)。在Bacillus ligniniphilus L1的木質(zhì)素降解產(chǎn)物中,有許多具有工業(yè)價(jià)值的苯化合物(如香草醛)。3.分別以葡萄糖培養(yǎng)基和木質(zhì)素培養(yǎng)基培養(yǎng)Bacillus ligniniphilus L1,提取總RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),以木質(zhì)素為碳源培養(yǎng)Bacillus ligniniphilus L1時(shí),差異表達(dá)的基因共有1689個(gè),其中上調(diào)表達(dá)的基因?yàn)?168個(gè),下調(diào)表達(dá)表達(dá)的基因?yàn)?21個(gè)。對(duì)差異表的基因進(jìn)行GO功能分析,發(fā)現(xiàn)有254個(gè)基因歸入細(xì)胞組分,860個(gè)基因歸入生物學(xué)過(guò)程,1221個(gè)基因歸入分子功能。對(duì)差異表達(dá)的基因進(jìn)行pathway富集分析,發(fā)現(xiàn)參與Metabolism通路的基因最多。4.對(duì)Bacillus ligniniphilus L1的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序序列分析,發(fā)現(xiàn)其含有豐富的編碼木質(zhì)素降解酶的基因,包括攻擊木質(zhì)素主體結(jié)構(gòu)的漆酶和過(guò)氧化物酶的編碼基因以及使苯環(huán)開環(huán)的原兒茶酸-2,3-雙加氧酶、兒茶酚-2,3-雙加氧酶等蛋白的編碼基因。對(duì)Bacillus ligniniphilus L1降解木質(zhì)素的代謝途徑作初步推斷,發(fā)現(xiàn)Bacillus ligniniphilus L1可能通過(guò)兒茶酚間位裂解途徑和原兒茶酸開環(huán)途徑降解木質(zhì)素。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O636.2

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