白腐真菌的木质素降解酶

木质素生物降解系统是一个极其庞大而复杂的系
统，其 酶 系 组 成 和 生 物 化 学 反 应 机 制 尚 有 许 多 未 知 数 ；利 用木质素降解酶进行废水处理尚需要克服处理周期较
长的缺点， 而且处理工艺上也存在一些问题需要解决。 所 以 尚 需 在 木 质 素 降 解 酶 系 的 组 成 、催 化 机 制 和 木 质 素 降解酶基因表达调控机理等方面进行综合和深入的研
于 微 生 物 的 作 用 ， 木 材 腐 朽 时 形 态 上 发 生 变 化 ， 人 们 化 物 酶 （Ｍ ｎＰ ） 能 氧 化 Ｍ ｎ２＋ 成 为 Ｍ ｎ３＋，后 者 再 进 一 步 氧
把参与木材腐朽的真菌分为白腐真菌（ｗ ｈｉｔｅ－ｒｏｔ ｆｕｎｇｉ）、 化 各 类 酚 型 化 合 物 ，如 ２，６－ 二 甲 氧 基 酚 、香 草 丙 酮 和
已经成为水系环境的重点污染源之一。染料是印染废水 中的主要污染物。大部分染料为人工合成的大分子芳香 烃化 合 物 ，品 种 繁 多 、结 构 复 杂 、难 于 进 行 生 物 降 解，易 在环 境 中 累 积，对 各 类 生 物 （包 括 人 类 ）造 成 潜 在 危 害 。 着色废水的脱色就是要破坏染料废水中的发色基团。用 白 腐 真 菌 进 行 染 料 脱 色 ，就 是 利 用 白 腐 真 菌 产 生 的 木 质 素 降 解 酶 系 氧 化 还 原 染 料 分 子 ，破 坏 其 不 饱 和 共 轭 键 ［１］。 大 多 数 白 腐 真 菌 对 染 料 的 脱 色 和 降 解 能 力 是 由 ＬｉＰ 和 Ｍ ｎＰ 共同作用的结果，且 Ｍ ｎＰ 比 ＬｉＰ 更为关键。此外，漆 酶和其他酶类的共同作用也可以完成对某些染料分子
究 。 总 之 ，加 快 白 腐 真 菌 木 质 素 降 解 酶 的 基 础 和 应 用 研 究，将是人们今后在环境保护领域中努力的一个方向。
参考文献
１ 李 华 钟 ， 章 燕 芳 ． 白 腐 菌 与 染 料 废 水 的 处 理．工 业 水 处 理．２００１，２１
（５）：１—５．
２ 李 慧 蓉 ．白 腐 真 菌 对 染 料 的 脱 色 降 解 及 应 用 前 景．染 料 工 业 ．２００２，
２７
环 部 分，然 后 在 其 他 酶 的 协 同 作 用 下 ，最 终 导 致 酚 氧 化 酶 ，该 酶 利 用 分 子 氧 作 为氧化剂， 氧化木质素酚型结构单元成为酚氧游离基， 同时还原分子氧生成水。漆酶作用于多酚类及芳香胺类 化 合 物 的 机 理 研 究 已 较 为 深 入，一 般 认 为 ，漆 酶 将 单 电 子 传 递 给 分 子 氧，使 其 还 原 成 水 ，同 时 从 酚 类 底 物 分 子 中 获 取 电 子 使 之 形 成 半 醌 自 由 基 ，该 自 由 基 随 后 再 发 生 非 酶 催化的反应。木质素酶可在木质素聚合物内形成自由 基，导致键的不稳定，从而打断木质素大分子。 ３ 木质素降解酶的应用 ３．１ 纸 浆 的 生 物 漂 白 在 造 纸 工 业 中，制 浆 包 括 蒸 煮 和漂白两道工序，其目的是为了从木质纤维原料中将 木 质 素 溶 出 除 去，同 时 将 纤 维 素 剥 离 出 来 。制 浆 工 序将 产生大量的造纸废水（包括蒸煮黑液和漂白废水）。纸 浆 漂白是指通过化学药品的作用进一步去除化学粗浆 中 残 存 的 木 质 素 及 有 色 物 质，以 提 高 纸 浆 的 白 度 。传 统 的漂白方法，通常采用含氯的化合物（如次氯酸钙和 二 氧 化 氯 等 ）对 化 学 粗 浆 进 行 漂 白 。含 氯 漂 剂 虽 然 可 有 效地进行漂白，但其显著缺点是漂白废水中含有大量 的氯化有机物（潜在的致癌物质），对环境污染严重。 随着人们环境保护意识的增强，使得无污染的生物漂 白 技 术 受 到 普 遍 关 注 。生 物 漂 白 是 指 利 用 微 生 物 酶 处 理纸浆以分解并除去残余的木质素，以达到漂白的目 的 。白 腐 真 菌 所 分 泌 的 木 质 素 酶 能 够 降 解 纸 浆 中 的 木 质 素，因 而 木 质 素 酶 的 漂 白 作 用 是 直 接 的，具 有 很 大 的 应 用 潜 力 。研 究 表 明 ，利 用 木 质 素 酶 进 行 预 漂 ，可 提 高 纸浆的可漂性，减少后续化学漂白过程中漂剂的用量， 从而减轻化学药品对环境的污染程度。 ３．２ 染料的脱色 随着纺织工业的高速发展，印染废水
２６
生物学通报
２００５ 年 第 ４０ 卷 第 ８ 期
白腐真菌的木质素降解酶
陈 素 华 （菏 泽 市 牡 丹 区 北 城 中 学 山 东 菏 泽 ２７４０００）
摘 要 简 述 了 白 腐 真 菌 木 质 素 降 解 酶 的 概 念 、催 化 反 应 机 理 及 在 纸 浆 的 生 物 漂 白 和 染 料 脱 色 中 的 应用。
３６％ 。木 质 素 是 第 ２ 大 类 天 然 聚 合 物，在 数 量 上 仅 次 于 的 参 与 木 质 素 降 解 的 酶 系 主 要 由 木 质 素 过 氧 化 物 酶
纤 维 素 。由 于 木 质 素 立 体 结 构 的 复 杂 性，所 以 绝 大 多 数 （ｌｉｇｎｉｎ ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，ＬｉＰ）、锰 过 氧 化 物 酶 （ｍ ａｎｇａｎｅｓｅ ｐｅｒ－
间的系统亲缘关系，而且对于裸子植物的进化与适应 辐射也具有重要的意义。一方面，这些结构能够对种 子起到良好的保护作用；另一方面，这类肉质营养组 织可以作为传播其种子的食果动物的食物，从而吸引 并 促 进 动 物 对 裸 子 植 物 种 子 的 传 播 。裸 子 植 物 由 种 子
３６６． ２ Ｒ ａｖｅｎ Ｐ ．Ｈ ． Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｇ ．Ｂ ．． Ｂ ｉｏｌｏｇｙ，Ｆｏｕｒｔｈ Ｅ ｄｉｔｉｏｎ．Ｂ ｏｓｔｏｎ：Ｍ ｃｇｒａｗ －
１ 木质素降解酶的来源
非酚型芳香族底物形成阳离子自由基， 后者再进行一
迄今为止，已知参与降解木质素的微生物包括真 菌 、放 线 菌 和 细 菌 ，其 中 ，真 菌 是 最 为 重 要 的 一 类 。 由
系 列 非 酶 催 化 的 反 应 从 而 导 致 芳 香 环 裂 解 。当 Ｈ ２Ｏ ２ 和 二 羧 酸 螯 合 剂 （如 丙 二 酸 盐 和 草 酸 盐 ） 存 在 时 ，锰 过 氧
菌，它们绝大多数属于高等担子菌，也是目前已知在 的氧化还原介质再进一步裂解木质素聚合物中的芳香
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
１ ２００ ｍ 以下的山地林中，在四川和云南垂直分布可达 于 鸟 类 等 食 果 动 物 传 播 种 子 的 植 物 类 群 中 ，如 荔 枝 属
褐 腐 真 菌 （ｂｒｏｗ ｎ －ｒｏｔ ｆｕｎｇｉ） 和 软 腐 真 菌 （ｓｏｆｔ－ｒｏｔ ｆｕｎ－ 苯 酚 等 。在 许 多 真 菌 中，Ｍ ｎＰ 是 木 质 素 起 始 降 解 的 关 键
ｇｉ），其 中 白 腐 真 菌 是 一 类 能 够 引 起 木 材 白 色 腐 朽 的 真 酶， 因为 Ｍ ｎＰ 可产生强氧化态的 Ｍ ｎ３＋，Ｍ ｎ３＋作为可扩散
的脱色和降解作用。白腐真菌的 Ｍ ｎＰ 和漆酶的底物专 一 性 较 弱，可 氧 化 各 类 芳 香 化 合 物 ，这 种 特 性 也 决 定 了 它 们 对 各 种 染 料 具 有 广 谱 和 高 效 的 脱 色 和 降 解 能 力［２］， 且 对 许 多 合 成 化 合 物 ，诸 如 多 环 芳 烃 、氯 酚 类 化 合 物 、多 氯 联 苯 化 合 物 、农 药（Ｄ Ｄ Ｔ）、炸 药（ＴＮ Ｔ）和 其 他 毒 性 较 大 的含氯有机污染物都有一定的降解作用。
Ｈ ｉｌｌ Ｃ ｏｍ ｐａｎｉｅｓ，１９９６：７３１ —７３３． ３ 中 国 科 学 院 中 国 植 物 志 编 辑 委 员 会．中 国 植 物 志 ， 第 ７ 卷 ， 北 京 ：
科 学 出 版 社 ，１９７８ ：１ —５４２． ４ 李新华，尹晓明， 贺善安． 南京中山植物园秋冬季鸟类对树木果
及肉质假种皮或种鳞所构成的传播体在种子传播功 能上，以及鸟类等食果动物对这类裸子植物种子取食 与传播的方式和途径方面也是与被子植物的肉质果 实 完 全 相 同 的 。 ［４－５］ 事 实 上 ，即 使 在 被 子 植 物 一 些 适 应
实 的 取 食 作 用 ， 动 物 学 杂 志 ，２００１， ３６ （６）：２０ —２４． ５ 李新华，尹晓明， 贺善安． 南京中山植物园秋冬季鸟类对植物种
子 的 传 播 作 用 ， 生 物 多 样 性 ，２００１ ，９ （１）：６８ —７２．
（Ｂ Ｆ ）
２００５年 第 ４０ 卷 第 ８ 期
生物学通报
豆 醇 、松 柏 醇 和 芥 子 醇 等 ） 构 成 的 一 种 结 构 复 杂 的 立 外 过 氧 化 物 酶 的 白 腐 真 菌 。目 前，用 于 木 质 素 降 解 研 究
体 网 状 物 质， 是 植 物 细 胞 胞 间 层 和 初 生 壁 的 主 要 填 充 的 只 有 １０ 余 种 ， 主 要 是 烟 管 菌 属 （Ｂ ｊｅｒｋａｎｄｅｒａ）、香 菇
微 生 物 不 易 对 其 进 行 生 物 学 降 解 。木 质 素 的 微 生 物 降 ｏｘｉｄａｓｅ， Ｍ ｎＰ）和 漆 酶 （ｌａｃｃａｓｅ） 等 所 组 成 ， 这 些 酶 类 合
解作用是维持自然界生物碳素循环的重要组成部分。 称为木质素降解酶或木质素酶。
白腐真菌所产生的木质素降解酶可有效地分解木质 ２ 木质素降解酶的催化反应机理
关键词 白腐真菌 木质素降解酶 木质素 生物漂白 染料脱色
木质纤维素（ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）主要由纤维素（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、 自 然 界 中 降 解 木 质 素 能 力 最 强 的 一 类 真 菌 。在 整 个 木
半 纤 维 素 （ｈｅｍ ｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）和 木 质 素 （ｌｉｇｎｉｎ）所 组 成 ，是 自 质 素 生 物 降 解 系 统 中 ，虽 然 细 菌 、放 线 菌 、软 腐 菌 和 褐