染料被廣泛應(yīng)用于紡織和日化等行業(yè),未處理完全的難降解染料污染物直接排放,給人類健康和生態(tài)平衡帶來(lái)了巨大的危害。雖然一些細(xì)菌、真菌尤其是具有木質(zhì)素降解能力的白腐菌能夠在不同程度上降解染料,但染料結(jié)構(gòu)的多樣性以及其難降解性依然是染料高效生物降解的瓶頸問(wèn)題�；诖�,本論文以白腐菌對(duì)木質(zhì)素芳烴化合物的非特異性降解是否有助于各種芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的染料降解為切入點(diǎn),進(jìn)行了木質(zhì)素與染料共基質(zhì)降解體系的顯著的促進(jìn)作用,并初步揭示了木質(zhì)素共基質(zhì)體系中木質(zhì)素促進(jìn)白腐菌降解染料的分子機(jī)制。論文的主要研究結(jié)果如下:選取了不同種屬白腐菌進(jìn)行木質(zhì)素與染料共基質(zhì)降解研究,結(jié)果表明:木質(zhì)素共基質(zhì)能夠促進(jìn)多株白腐菌對(duì)不同染料的降解。木質(zhì)素共基質(zhì)體系下,靈芝屬白腐菌Ganoderma lucidum EN2與乳白耙菌屬白腐菌Irpex lactues CD2對(duì)偶氮染料DR5B的脫色率分別提高了34.2%(第2天)和54.8%(第3天),同時(shí)兩株白腐菌對(duì)三苯甲烷類染料CV的脫色率提高了44.1%(第3天)和47.1%(第2天)。進(jìn)一步研究表明,木質(zhì)素共基質(zhì)促進(jìn)G.lucidum EN2和I.lacteus CD2對(duì)不同染料的降解具有普遍性。其中G.lucidum EN2對(duì)DR5B、RB5、DB71、DB38、DB22、CV和BB七種染料的脫色率提高了30%~50%,I.lacteus CD2對(duì)上述染料的脫色率提高了38%~55%。對(duì)上述兩種典型的白腐菌在木質(zhì)素共基質(zhì)體系下提高偶氮染料降解效率的機(jī)制研究表明:木質(zhì)素共基質(zhì)促進(jìn)不同菌株降解染料的途徑有不同。對(duì)于靈芝屬白腐菌G.lucidum EN2而言,木質(zhì)素主要通過(guò)增強(qiáng)胞外漆酶活性而加速共基質(zhì)體系中偶氮染料DR5B的降解,漆酶是G.lucidum EN2降解DR5B染料的關(guān)鍵酶系。體外實(shí)驗(yàn)和共基質(zhì)體系降解產(chǎn)物的GC/MS分析揭示,G.lucidum EN2降解木質(zhì)素產(chǎn)生的愈創(chuàng)木酚等物質(zhì),能提高胞外漆酶活性,從而增強(qiáng)共基質(zhì)體系中偶氮染料的降解。而不產(chǎn)胞外漆酶的乳白耙屬白腐菌I.lacteus CD2在木質(zhì)素共基質(zhì)快速降解DR5B的過(guò)程中,則是依賴于一套復(fù)雜的胞外木質(zhì)素降解酶系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)研究了I.lacteus CD2在木質(zhì)素共基質(zhì)體系下的DR5B染料降解增效機(jī)制。結(jié)果顯示,木質(zhì)素與染料共基質(zhì)體系顯著上調(diào)了與多環(huán)芳烴化合物降解代謝相關(guān)的基因表達(dá),其中包括錳過(guò)氧化物酶(Manganese peroxidase,Mn P)、多功能過(guò)氧化物酶(Versatile Peroxidase,VP)以及與金屬結(jié)合、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的蛋白、另外還有胞外產(chǎn)H2O2相關(guān)氧化還原酶等。除了木質(zhì)素酶系的作用外,依賴羥自由基以及鐵的Fenton反應(yīng)也在DR5B的降解以及木質(zhì)素的解聚過(guò)程中起著重要的作用。純化的Mn P進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)Mn P是I.lacteus CD2在共基質(zhì)體系中快速降解DR5B的關(guān)鍵酶系之一。另外,木質(zhì)素共基質(zhì)降解體系中,胞內(nèi)尿黑酸1,2-雙加氧酶(Homogentisate1,2-dioxygenase,HGD)等芳香化合物開(kāi)環(huán)代謝酶也顯著被上調(diào)。由此可見(jiàn),木質(zhì)素促進(jìn)I.lacteus CD2對(duì)DR5B染料降解是通過(guò)多種氧化還原酶系、還原系統(tǒng)以及輔因子的系統(tǒng)調(diào)節(jié)和協(xié)同作用而實(shí)現(xiàn)。本論文首次建立并驗(yàn)證了在木質(zhì)素和染料共基質(zhì)體系下白腐菌可實(shí)現(xiàn)染料的高效降解,并對(duì)其促進(jìn)作用的分子機(jī)制與過(guò)程進(jìn)行了闡釋研究,相關(guān)研究結(jié)果不僅為白腐菌生物質(zhì)與異生物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化提供理論與技術(shù)基礎(chǔ),也為白腐菌高效綜合處理環(huán)境污染物提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X703;X172
【部分圖文】：

成木質(zhì)素——碳水化合物復(fù)合物（Lignin-締合，從而形成復(fù)雜的細(xì)胞壁——天然木構(gòu)以及緊密的空間構(gòu)成使得微生物不易與解轉(zhuǎn)化與利用[12-14]。而白腐菌之所以能生質(zhì)上，就是因其能分泌大量的高效胞外木式反應(yīng)，從而能獨(dú)立降解并礦化木質(zhì)纖維16]。1.1.1 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)植物在進(jìn)行光合作用過(guò)程時(shí)，40%的化學(xué)組份的 15%~30%，其分子量約達(dá) 6常與半纖維素以共價(jià)鍵形式締合，并包裹化合物，從而保護(hù)了容易被微生物所降解同時(shí)也為植物的正常生長(zhǎng)輸送水份，并起解等重要功能[17]。

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論1.3)，其中結(jié)構(gòu)單元之間的連鍵最多的是醚鍵結(jié)構(gòu)，其包括酚醚鍵、烷醚鍵和二芳醚鍵。酚醚鍵中數(shù)量最醚鍵（愈創(chuàng)木基-甘油-β-芳基醚），通常被作為木質(zhì)4 型醚鍵結(jié)構(gòu)，另一大類則是 α-O-4 型醚鍵（愈創(chuàng)木基-型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等連鍵形式。

物（圖 1.3)，其中結(jié)構(gòu)單元之間的連鍵最多的是醚鍵結(jié)構(gòu)，其次是 醚鍵主要包括酚醚鍵、烷醚鍵和二芳醚鍵。酚醚鍵中數(shù)量最多并占 β-O-4 型醚鍵（愈創(chuàng)木基-甘油-β-芳基醚），通常被作為木質(zhì)素的模是 β-O-4 型醚鍵結(jié)構(gòu)，另一大類則是 α-O-4 型醚鍵（愈創(chuàng)木基-甘油-α-的聯(lián)接類型主要有 β-l、β-2、β-5 和 5-5 等連鍵形式。圖 1.2 木質(zhì)素基本結(jié)構(gòu)單元[20]Figure 1.2 Subunion of lignin
【參考文獻(xiàn)】

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