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生物制浆做为实现造纸行业清洁生产的有效途径,但由于处理时间过长、菌种筛选困难、易污染等问题,一直没能得以大规模应用。在自然条件下,木材的降解过程是在细菌和真菌的协同作用下进行的,筛选合适的细菌同真菌一起进行生物制浆,是解决这些问题的潜在途径。而目前微生物制浆主要集中在对白腐真菌的研究上,对细菌降解木材的研究很少。假单孢杆菌(Pseudomonas)是具有降解木材能力的细菌之一,本研究对它降解木材的效果和机理进行实验研究。
实验所用的假单孢杆菌PKE117(PseudomonasPKE117)通过苯胺兰平板测试证明其能分泌木质素过氧化酶(LiP)。选用巨尾桉、加拿大杨和长白落叶松这三种具有代表性的造纸常用材,用假单孢杆菌PKE117对它们进行60d降解实验,平均失重率分别为7.58﹪、17.15﹪和26.75﹪,证明假单孢杆菌PKE117确实具有降解木材的能力。通过同文献中其他菌种降解木材的能力比较,发现该菌株对长白落叶松的降解能力优于其他菌种。对三种木材降解前后的样品进行元素分析、红外扫描和固相核磁扫描,分析它们降解前后在元素组成和结构上的变化,发现巨尾桉的各项指标变化都很小,结构并没有发生实质变化。加拿大杨和长白落叶松的O﹪增高幅度较大,且加大拿杨变化幅度大于长白落叶松的。对红外图谱和固相核磁图谱的分析发现,这是由于加拿大杨中的羰基(C=O)含量大幅增加造成的。同时,通过分析碳碳双键、芳基甲氧基、苯环等官能团特征峰及纤维素、半纤维素、木质素特征峰的变化,认为加拿大杨和长白落叶松中的愈创木基结构都在一定程度上遭到破坏,而且是在苯环连有甲氧基的位置上面发生了断裂。由于酯(C-O-C)的特征峰也有大幅增高,所以苯环在连有甲氧基的位置断裂后应形成了链状的酯。同时,长白落叶松中半纤维素含量有大幅降低的迹象。
实验和分析表明,假单孢杆菌PKE117具有降解木质素中愈创木基结构的能力,使愈创木基结构中的苯环从连有甲氧基的位置发生断裂。但无法证明它具有将其彻底降解成CO2和H2O的能力,就现有的数据来看,它只是将苯环打开变成了直链的酯。而长白落叶松的降解率最高,一方面是由于它的愈创木基含量高,另一方面同其中半纤维素的大量减少有关。落叶松属木材中独有一种存在于细胞壁之外的阿拉伯半乳糖,利于细菌进入和分解。
分离假单孢杆菌PKE117所分泌的胞外酶,经过DEAE和Sephadex两种柱层析。将分离到的样品分别用紫外分光仪检测280nm和409nm处的吸光度,在280nm时得到明显的吸收峰,而在409nm处的峰较低,证明其中有LiP和MnP的存在,但MnP的量很小。但是在用藜芦醇法测试LiP活性时,发现在未加入H2O2的情况下样品在310nm处的吸光度不断升高,升高速度不断变慢;加入H2O2后,这种趋势立刻被抑制。对酶液进一步进行SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的测试,进行PAGE活性染色实验,证明具有很高的LiP活性。那么用藜芦醇法测试酶活时出现的问题应该是同工酶的存在造成的。