漆酶来源与应用

漆酶来源与应用

万云洋1,2，杜予民2

1.中国石油大学（北京）资源与信息学院，北京（102249）

2.武汉大学资源与环境科学学院，武汉（430079）

E-mail ：yunyangwan@

摘 要：本文对漆酶来源，包括动物、微生物和植物，尤其是我国的特产资源漆树及其他植

物漆酶，酶的稳定化及固定化，生物整治、对木质素的作用以及其各方面的应用作一综述。

关键词：漆酶，漆树，生物整治，木质素，固定化

漆酶(EC1.10.3.2)，对－二酚:(双)氧氧化还原酶，又名酚酶，多酚氧化酶，漆酚氧化酶

和等，是一种含铜的糖蛋白氧化酶，是多铜氧化酶的一种[1]。对漆酶的研究已有一百多年的

历史，是有记载以来开发最早的酶之一：1883年，日本人吉田在研究生漆液成份时发现这

种酶成份，但当时他误为淀粉酶物质(diastatic matter)，1898年，法国人Bertrand 在研究越南

产漆液的时候，首次提出了漆酶(laccase)的概念并沿用至今[2-5]；Reinhammar 等[6;7]、杜予民

等[8-12]对漆酶及漆树液全成份的分离纯化作了很好的工作；另外，熊野等[13;14]对漆酶反应机

理，黄葆同、甘景镐[15]等对中国漆酶化学的发展，Morpurgo(意大利)[16;17]，Solomon(美国)

等[18-24]对漆酶铜原子中心的研究作出了各自的贡献。

漆酶虽然是研究史中的老酶，但其各种新功能也正在被发现和挖掘。本文结合自身工作实践，专门就漆酶来源、特别是植物漆酶来

源和其各方面的应用研究作一综述，进一步推动漆酶(尤其是植物漆酶)研究的发展。

Figure 1. Dominating distribution of lacquer trees in the world.

1. 漆酶的来源

1.1植物漆酶

由上述可知，对漆酶的研究首先就是从漆树来源开始的。漆树(Rhus vernicifera )

种属于

75 90 105120135 15015

30

45

被子植物亚门双子叶植物纲蔷薇亚纲无患子目漆树属(Toxicodendron)漆树科(Anacardiaceae)，源产于我国，是我国的植物国宝。从图1上可见，漆树现在世界上的分布主要在我国中西部以毛坝(东经109˚, 北纬30˚)为中心的地区，环我国东南的地区和国家(朝鲜，韩国，日本，越南，缅甸，泰国，柬埔寨，老挝等)，并集中分布在如图红线所示的三角区域(东北至日本的八户，西北至不丹的锡金，南到越南胡志明)[25]。目前全国被鉴定的漆树良种46个，生漆的产量和出口量均占世界总量的85%左右，其中湖北恩施的毛坝漆、陕西平利的牛王漆、浙江临安的严州漆享有世界声誉。漆树漆酶是目前从植物源－漆树－提取的活性最高的漆酶，是我国的一种特产资源，我们对目前已知产漆酶的植物源作一概括，详见表1。

1.2 微生物漆酶

微生物漆酶，包括真菌漆酶和细菌漆酶，已经被大量的研究和报道[26-29] (表4)，尤其是真菌漆酶，据估计，已经报道产漆酶真菌不下于1000种[30]。现在各国对此研究相当多和非常的热，对于研究漆树漆酶很有借鉴作用。

目前报道的细菌漆酶来源有只有Bacillus sphaericus [31]、Azospirillum lipoferum[29;32]和地中海生海洋性细菌Alteromonas菌株[33]。不过Alexandre[34]推断漆酶在细菌中也广泛存在，并正在被不断发现[35]。

1.3 动物漆酶

相对来讲，动物体中发现的漆酶很少。目前有报道的有猪肾、麻蝇(Phormia cegina, Musca domestica, Lucilia sericata)、烟草天蛾(Manduca sexta)、绿头苍蝇(Calliphora vicina)、蚊子和双翅目的迁移类蝗虫，昆虫等[29;36-38]，不过对于此类漆酶还是要小心对待，因为很有可能是一些具有类似催化性能的多酚氧化酶，而不是漆酶。

Table 1. Sources of plant laccases

Sources 中文名References

Rhus vernicifera 漆树

[25;39;40]

Rhus succedanea 木蠟树(安南漆)

Melanorrhoea usitata 缅甸连加斯

Melanorrhoea laccifera 高棉漆

Manifera indica 檬果(芒果)

[39;41]

Schinus molle 加州胡椒树

Pistacia palaestina 巴勒斯坦黄连木

Pleiogynium timoriense 帖木李

Banana 香蕉[42]

Peach 梨[43]

Grape 葡萄

[39]

Lactuca virosa 毒莴苣

Digitalis purpurea 毛地黄

Coffer bean 咖啡豆

Mungbean hypocotyls 绿豆胚轴[44]

Acer pseudoplatanus 悬铃木（大槭树）[45]

Pinus taeda 火炬松[46]

Populus trichocarpa 西部香脂杨

[47]

Populus euramericana 黄杨

Liriodendron lulipifera 马栗树[48]

Aesculus parviflora 小花七叶树[45]

Camella sinesis L. 茶[49]

Nicotiana tabacum 烟草[50]

Arabidopsis thaliana 拟南芥[48;51] Podocarpaceae 罗汉松[43]

Forsythia suspensa 连翘[52-54]

1.4 漆酶同工酶

在讨论漆酶来源的时候不能不讲漆酶同工酶，是研究漆酶另一个很重要的方面，是漆酶源的补充，也促进了漆酶研究的深入发展。同工酶研究的重要性可以从几个方面体现。首先，可以发现一些新类型的酶。白漆酶和黄漆酶正是通过同工酶的研究而提出来的[55-57]。其次，可以对漆酶底物专一性进行对比考察。第三，对系统发育树研究。Ranocha[47]在对杨属植物研究时报道了两种分子量分别为90kDa和110kDa的同工酶，并对它们进行了生化特性，分子克隆和表达研究，认为不同植物来源以及同种植物之间的漆酶序列同源性都很不同，p I 各不相同，体现了系统发育植物树的分散性。

漆酶同工酶的报道很多[58;59]，尤其是真菌漆酶，几乎每一种被报道产漆酶的真菌，则必定含有几种同工酶[26;60;61]。Antorini等人[62]从两种木质素分解真菌中分离纯化的几种同工酶进行X-射线衍射分析。同工酶可以存在在同一细胞，同一组织，同一个体不同组织或者同一种属中[63-66]。相对来讲，植物漆酶中的同工酶报道不多[47;67]，我们首次报道了中国漆树漆酶的两种同工酶[11;12]。各种同工酶的差异可能主要体现在糖链部分。现在同工酶的研究已经成为细胞分化及形态遗传学的重要内容[68]。

2. 酶稳定技术和固定化

酶的稳定性，指的是在操作使用的时候，酶的催化能力不随着储存，使用频率，应用环境的改变而下降的能力，仍然是目前生物技术研究的一个关键问题。酶作为一种生物物质，要完全不改变是不可能的，但是将损失尽量降低则是有可能的。为了改善和提高漆树漆酶的催化能力，应该借鉴和参考其他的行之有效的手段，比如上面提到的酶表面活性剂改性，蛋白质工程技术，化学改性(比如交联，共价吸附，表面修饰等)[69;70]，添加外源物质等[54;71]。

酶的固定化实际上只是酶和蛋白稳定化的一种技术，也是对酶进行改性的一种常规手段。由于其本身的问题和对环境敏感的特点，并由于固定化漆酶在多方面的应用，使得酶固定化的研究得到了深入的发展[72]。

将漆酶固定在电极上是很好的方法，这种方法对于微量的无溶剂检测尤其适用[73-76]。将漆酶和葡萄糖脱氢酶固定在一个Clark氧电极上，构造出一种酶传感器，可以在不到1min 之内同步区分可待因和吗啡[77]，以及可以检测肾上腺素类物质[78;79]。

将漆酶固定在可以再生利用的铜螯合载体上，可用于去除酒类生产中的酚[80]。漆酶固定在尼龙海绵体上，可以对聚合染料聚R-478脱色90%[81]。固定化的方法很多，表4对漆酶的固定化研究作了枚举。

由于大多数酶都是水溶性的，不溶或者难溶于有机溶剂，所以对酶进行化学物理改性是最常见的手段，固定化技术实质上也是一种改性方法。但是这些手段往往是以牺牲酶活为代价的，近年来发展的一种非离子型表面活性剂双十二烷基N-D-葡糖酸-L-谷氨酸酯(DHAD)改性酶