真菌、细菌作用下多糖和木质素解聚迁移的行为机制与分子降解机理

This project should deeply investigated the molecular degradation mechanism and behavior mechanism of depolymerization, migration of cellulose, hemicellulose and lignin due to fungi, bacteria by studying Populus tomentosa, Pinus yunnanensis (fungi degradation) and archaeological Pinus yunnanensis (erosion by anaerobic bacteria). The mechanism of depolymerization, migration of polysaccharide and lignin were systematically interpret at ultra-structural level by unveiling cell wall ultra-structure and anatomy, topochemical characteristics and transformation through TEM, SEM, Raman, etc, by staining method and immunogold labeling technique. The fundamental chemistry and chemical transformations of polysaccharide and lignin such as molecular chain cleavage position, information of structure will be elucidated by investigating the chemical structure and the physical and chemical properties of the isolated soluble sugar, isolated native lignin of different degradation stage, through quantitative NMR spectra (13C-NMR, 1H-NMR, 2D-HSQC, 31P-NMR), FTIR, GPC, sugar component analysis and elemental analysis, etc. On the basis of results obtained, a theoretical basis should be developed to illuminate the effects on wood from microbial and how to protect the wood material more effectively.

为明晰木材在微生物驱动下的降解行为与机理，项目研究真菌、细菌作用下纤维素、半纤维素（多糖）和木质素发生解聚迁移的行为机制与分子的降解机理。以毛白杨、云南松、古代云南松木材为研究对象，探讨真菌、细菌作用下多糖和木质素大分子链断裂、迁移、溶出或重新分布的解聚现象与机制。首先采用染色法结合免疫标记技术，并通过透射电镜、扫描电镜、拉曼显微镜等显微技术结合显微光谱分析研究降解过程中细胞壁微观形貌及区域化学性质的变化，从超微层次上解译多糖与木质素的解聚、迁移与降解。另外通过核磁、凝胶渗透色谱、红外光谱等仪器分析结合糖组分分析、元素分析等手段，对不同降解阶段的多糖降解产物、分离木质素进行理化性质和化学结构的表征，解析多糖和木质素的分子链断裂位置，鉴定解聚产物的种类和结构等信息。基于上述研究，为解析微生物对木材的影响并能更有效地保护木质材料提供理论基础。

研究真菌、细菌作用下纤维素、半纤维素（多糖）和木质素发生解聚迁移的行为机制与分子的降解机理，解析木材在微生物驱动下的降解行为与机理。对不同降解阶段的多糖降解产物、分离木质素进行理化性质和化学结构的表征，解析多糖和木质素的分子链断裂位置，鉴定解聚产物的种类和结构等信息，探讨真菌、细菌作用下多糖和木质素分子链断裂的解聚现象与降解机理。 . 对四种木材（针叶材、阔叶材）的研究表明，无论是腐朽真菌还是细菌，对木材的降解作用均不同，真菌菌种和树种对木材的降解路径影响很大。褐腐菌作用下，针叶材木材的质量损失高于白腐菌，在整个降解过程中绵腐卧孔菌对云南松的降解程度最高，云南松的天然耐腐等级为Ⅲ级，实际应用中应根据使用环境考虑是否需要进行防腐处理。白腐菌采绒革盖菌对针叶材的降解途径属于选择性降解，两种褐腐菌对碳水化合物的降解能力强于白腐菌，两种褐腐菌对碳水化合物的降解存在选择性，均对半纤维素的降解能力更强。从纤维素结晶性整体变化观察，三种腐朽菌中绵腐卧孔菌对纤维素结晶度的破坏程度最明显。白腐菌采绒革盖菌使得云南松表面的木质素减少，两种褐腐菌对纤维素的破坏更强，三种褐腐菌中绵腐卧孔菌对木材的化学成分影响最大。通过微观形貌的观察可知，菌丝通过纹孔延伸至相邻细胞，高果胶酶和腐朽后期木质素酶活性的提升使得胞间层物质降解加重，胞间层分离程度增强，木材腐朽程度也逐步增强。酶学特性研究表明白腐菌采绒革盖菌前期分泌的漆酶和锰过氧化物酶使得木质素侧链发生降解，后期木质素过氧化物酶活性的提升使得木质素苯环发生氧化。褐腐菌密黏褶菌分泌的木聚糖酶活性最高，绵腐卧孔菌分泌的纤维素酶活更高，脂肪族小分子物质果胶酶的活性始终处于一个较高的水平，果胶酶的高活性与木质素酶活性的提升使得复合胞间层物质被降解严重。深入探究真菌、细菌对木材的降解机制，为木材的合理利用与科学保护提供理论依据和基础。