论文部分内容阅读
漆酶是一种性质优良的绿色催化剂,由于在分子氧的协助下可将酚类、芳胺类化合物等多种底物氧化,最终得到水及其终产物,符合当代环保工业要求,因而在纸浆漂白、环境治理、生物检测、有机合成等领域有着巨大的应用潜力。许多具有生物技术价值的漆酶来源于真菌,尤其是白腐真菌,而针对白腐真菌降解木质素的研究开展以来,漆酶就引起了广泛关注。“灵芝”作为一类传统药用真菌的统称,同时也是重要的白腐真菌,除了具有抗氧化、抑肿瘤、抑菌、抗炎、降血糖血脂、提高免疫力等药用价值,还拥有高效分泌漆酶的潜在特性,但目前缺乏对该属真菌产漆酶能力的综合分析。据此,本研究对51株灵芝属真菌菌株的产漆酶能力进行了系统性研究,同时筛选获得了1株高产漆酶菌株南方灵芝[Ganoderma australe(Fr.)Pat.]Dai 11646,对其所产漆酶Galacc进行了纯化和酶学性质分析,实现了对新资源的探索,为高产漆酶灵芝属菌株的选育和开发利用提供了可靠的理论依据,同时也为漆酶在工业化等领域的应用研究奠定了重要的理论基础。首先,基于ITS和n LSU序列通过分子生物学手段准确鉴定了51株灵芝属真菌菌株,分属于6个种:G.applanatum、G.australe、G.brownii、G.orbiforme、G.lingzhi和G.multiplicatum。利用愈创木酚平板法初筛和液体发酵复筛对其产漆酶活性进行了系统性研究,最终筛选获得1株高产漆酶菌株G.australe Dai 11646。对于愈创木酚平板法筛选,供试菌株的漆酶产生率为98.04%,具有较普遍的产漆酶特性;不同菌株产生变色圈的时间、大小和颜色深浅不尽相同,一般在4-5 h内产生变色圈,颜色由水红色逐渐变为红褐色,1 d后颜色基本稳定,自中心向外圈晕状变浅至淡褐色;在菌丝生长过程中,变色圈直径同步增长,大部分菌株在前10 d漆酶活性较高;结合变色圈大小、种名和菌丝生长状况,筛选出Dai 11646、Cui 7048、Cui 7247、Cui 9164和Cui 16779进行复筛。对于液体发酵复筛,菌株的漆酶活性随时间的变化均呈现升高-降低的趋势,大部分菌株在第7 d达到峰值,G.australe Dai 11646漆酶活性最高(0.809 U/m L)。其次,采用盐沉淀、离子交换层析和分子筛层析对G.australe Dai 11646所产漆酶Galacc进行了纯化,使其比活力由粗酶液时的0.926 U/mg上升到了22.214 U/mg,纯化倍数是原来的23.989倍,回收率达到了38.44%。期间经离子交换层析柱纯化、以0.1、0.3和0.7 mol/L Na Cl洗脱时分别出现了3个酶活峰,即Galacc-F、Galacc-S和Galacc-T,其中以Galacc-F比活力(4.274 U/mg)最高,是G.australe Dai 11646分泌的主要漆酶部分,收集该酶活峰值部分的酶液进行后续分子筛层析纯化。最后,对G.australe Dai 11646纯化漆酶Galacc-F进行了酶学性质分析。通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)和非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(native PAGE)发现Galacc-F是一种分子量为48.0 k Da的单体蓝铜漆酶;在p H 5.0-8.0和温度10℃-60℃范围内,Galacc-F表现出优越的活性和稳定性,这在工业过程中具有很高的应用价值;Galacc-F拥有广泛的底物特异性,尤其对ABTS亲和力最高,此时Km值较低,为164.137μM,kcat/Km比值较高,为1.663 s-1μM-1;在众多添加物中,Cu2+和β-巯基乙醇(β-mercaptoethanol,β-ME)对Galacc-F活性起到显著的激活作用,而乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、焦碳酸二乙酯(diethylpyrocarbonate,DEP)、碘乙酸(iodoacetic acid,IAA)、苯甲基磺酰氟(phenylmethanesulfonyl fluoride,PMSF)和Hg2+的添加却强烈抑制酶活,证明Galacc-F属于一种金属蛋白酶,含有典型的组氨酸-半胱氨酸-丝氨酸(histidine-cysteine-serine,His-Cys-Ser)催化结构;此外,该酶对表面活性剂、氧化剂和盐也有较强的耐受力;最重要的是,Galacc-F是一种比其他需要氧化还原介质的漆酶更理想的高效染料脱色催化剂。