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木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源,但其结构复杂且化学性质稳定,难以被降解,一直无法被有效利用,已成为工业生产中重要的废弃物和严重的环境污染物。木质素的降解和利用也成为材料、能源、环境保护等领域共同关注的热门课题。白腐真菌是自然界中木质素降解的主力军,具有独特的木质素降解酶系和降解能力。其中漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,在木质素降解过程中发挥着重要作用。
本研究通过菌株筛选,获得一株高效的木质素降解菌株Trametesversicolor1126,在此基础上系统研究了该菌株木质素降解酶系的主要类群及其特征、胞外漆酶产生的条件和漆酶同工酶的分离纯化、鉴定及其酶学性质,结果如下:
1.从本实验室保藏的菌株中筛选到一株木质素降解能力较强的菌株——T.versicolor1126,进一步印证了T.versicolor1126在降解木质素过程中其胞外酶——漆酶起着非常重要的作用,并且发现该菌株至少产生两种漆酶同工酶。
2.通过单因子试验和正交分析考察了影响T.versicolor1126产漆酶的因素,得到液态发酵生产漆酶的最适培养基为:葡萄糖10.0g/L,酵母浸出汁7.0g/L,KH2PO42.0g/L,MgSO4·7H2O5.0g/L,CaCl2·2H2O1.0g/L,CuSO4·5H2O0.5mmol/L,吐温-800.1%,愈创木酚1.0g/L,另加微量元素溶液7%,初始pH3.5。最佳培养条件为接种量5%(v/v),温度28℃,转速150r/min。优化后发酵培养5d达到产酶高峰。
3.通过DEAE-SepharoseFastFlow柱层析和SephadexG-100柱层析,从T.versicolor1126发酵液中分离纯化得到漆酶同工酶Lac1和Lac2,其中漆酶同工酶Lac1纯化了53.88倍,得率为7%;Lac2纯化了208.21倍,得率为29%。
4.原子吸收光谱显示这两种漆酶同工酶均含有Cu,蛋白质氮端测序Lac1N-末端氨基酸序列为N-Gly-Ile-Gly,Lac2N-末端氨基酸序列为N-Ala-Ile-Gly,证实这两种同工酶属于漆酶家族,蛋白质肽指纹图谱分析也支持这一结论。Lac1和Lac2的分子量分别为64.2kDa和60.7kDa。
5.漆酶Lac1的最适反应pH3.5,最适作用温度40℃,Lac1在pH3.0~4.5范围内较稳定,剩余酶活力保持在80%以上,在50℃时剩余酶活还在80%以上。Ag+、Mn2+、Li+、Fe3+对Lac1有抑制作用,其中以Ag+、Mn2+的抑制作用最为明显,Cu2+、Zn2+对Lac1的酶活性有很弱的激活作用;Lac2的最适反应pH4.0,最适作用温度50℃,Ag+、Mn2+对Lac2也表现出抑制作用,Co2+、Zn2+、Cu2+对Lac2的活性有较强激活作用,其中Co2+的作用最为明显。Lac1和Lac2的Km值分别为0.06896mmol/L和0.07692mmol/L;Vmax值分别为344.8mmol/mL/min和769.2mmol/mL/min。
T.versicolor1126菌株的筛选及其降解酶系的研究为木质素生物降解的应用打下了坚实的基础。漆酶新的纯化技术路线的建立必将推动漆酶的研究,并为酶纯化领域增添新资料。漆酶同工酶的纯化和酶学性质研究为阐明该酶的作用机理提供了前提,也为进行酶固定化研究创造了条件。两种漆酶同工酶的鉴定为克隆相应基因、探索酶的基因工程生产和分子改造做了必要的准备。总之,本论文积累了新的理论依据,拓展了研究领域。