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为解决微生物木质素降解中酶活性有限的问题，研究人员以抗坏血酸（AA）为模型抗氧化剂，添加到云芝（Trametes versicolor）培养基中研究其对木质素降解酶活性的影响。结果发现 AA 显著提升了漆酶（Lac）和锰过氧化物酶（MnP）活性，增强了木质素降解能力，为提升酶活提供了新策略。
在自然界中，木质素是一种储量丰富的大分子物质，它是木质纤维素的重要组成部分，在植物细胞壁中广泛存在。然而，长期以来，木质素在造纸和纸浆行业里都被当作废弃物处理。随着木质纤维素生物燃料商业化进程的加快，大量的木质素被产生出来，如何将这些木质素转化为有价值的产品，成为了亟待解决的问题。
木质素降解是实现其资源化利用的关键步骤。微生物介导的木质素解聚，凭借其反应条件温和、能耗低、对有机化学物质需求少等优点，被视为一种极具潜力的木质素降解方法。不过，在实际应用中，微生物降解木质素的效率并不理想，其中一个主要的限制因素就是木质素降解酶的活性较低。为了提高酶的活性，科研人员进行了诸多尝试，比如利用微生物协同作用，让云芝和其他微生物组成的菌群来增强酶活；还有使用中草药虎杖来提高云芝中漆酶的产量等。但即便有了这些研究成果，开发新的提高微生物木质素降解酶活性的方法，依然迫在眉睫。
来自西安交通大学的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们选择抗坏血酸（AA）作为模型抗氧化剂，添加到能够分泌漆酶（Lac）和锰过氧化物酶（MnP）的云芝培养基中，探究抗氧化剂对云芝木质素降解酶活性的影响。最终研究发现，添加 AA 显著提高了 Lac 和 MnP 的活性，同时增强了木质素的降解能力。该研究成果发表在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》上，为提高微生物木质素降解酶的活性提供了新的策略。
研究人员开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在酶活性测定方面，通过离心收集培养溶液的上清液，利用紫外 - 可见分光光度法测定 Lac 和 MnP 的活性。对于木质素降解率的测定，采用美国国家可再生能源实验室的实验室分析方案，分别测定酸溶性和酸不溶性木质素的含量，进而计算降解率。此外，利用扫描电子显微镜（SEM）观察木质素的形态变化，借助凝胶渗透色谱（GPC）、傅里叶变换红外光谱（FT - IR）和气相色谱 - 质谱联用仪（GC - MS）对木质素的分子量、化学组成和降解产物进行鉴定和表征，还通过无标记差异蛋白质组学分析来探究 AA 增强木质素降解酶活性的分子机制。
下面来详细介绍研究结果：
- AA 对木质素降解酶活性的影响：研究人员在云芝培养基中加入不同浓度的 AA，培养 10 天后分析木质素降解酶的活性。结果显示，AA 显著增强了 Lac 和 MnP 的活性。当 AA 浓度为 1.5g/L 时，Lac 和 MnP 的活性达到最高，分别为 10736U/L 和 8659U/L，相较于对照组提升了 4.9 倍和 3.9 倍。进一步提高 AA 浓度至 2.0g/L 时，酶活性反而下降，这可能是因为高浓度的 AA 过度清除了自由基，影响了细胞代谢和酶活性。在添加木质素的培养体系以及 1.0L 放大培养实验中，AA 同样能够增强 Lac 和 MnP 的活性，且放大培养时这两种酶的活性比 250mL 摇瓶培养时更高，这为构建可扩展的木质素降解酶活性增强系统提供了重要依据。
- 木质素降解及产物分析：随着 Lac 和 MnP 活性的提高，云芝对木质素的降解能力也显著增强。添加 AA 的培养体系中，木质素降解率达到 35.2%，远高于对照组的 17.5%。SEM 观察结果显示，添加 AA 后，木质素的颗粒尺寸更小，形态更加不规则且堆积更紧密。GPC 分析表明，添加 AA 的培养体系中木质素的分子量下降更明显，FT - IR 分析发现添加 AA 后木质素的结构变化更显著，出现了更多新的或变化的峰。GC - MS 分析则显示，添加 AA 的培养体系中低分子量化合物的含量更高，这表明 AA 不仅提高了木质素的降解率，还促进了更小分子量产物的生成。
- AA 增强木质素降解酶活性的机制：为深入了解 AA 增强木质素降解酶活性的分子机制，研究人员进行了无标记差异蛋白质组学分析。结果发现，添加 AA 后，细胞内参与蛋白质折叠、运输和细胞膜调节的蛋白质表达上调。例如，蛋白质二硫键异构酶（PDI）和肽基 - 脯氨酰顺反异构酶（PPI）的表达上调，促进了 Lac 和 MnP 的正确折叠；参与谷胱甘肽（GSH）合成的蛋白质表达上调，有助于维持细胞内的氧化还原稳态，促进 AA 的再生，有利于内质网发挥蛋白质合成和折叠功能；与蛋白质运输和细胞膜调节相关的蛋白质表达上调，增强了 Lac 和 MnP 的分泌；参与血红素合成的蛋白质表达上调，有利于 MnP 活性结构的形成。此外，AA 还能改变铜和铁的氧化还原状态，促进 Lac 和 MnP 活性构象的形成，同时增强蛋白质的糖基化修饰，这些都有助于提高木质素降解酶的活性。
研究结论和讨论部分表明，AA 能够从酶活性、降解率、木质素结构变化和产物生成等多个方面，提升负责木质素降解的酶的性能。通过蛋白质组学分析获得的关键信息，为进一步开发增强微生物酶解木质素的新策略提供了指导。这项研究不仅为提高真菌中木质素降解酶的活性提供了成功策略，也为木质素的资源化利用开辟了新的道路，有望推动木质纤维素生物炼制产业的发展，减少对不可再生化石燃料的依赖，提高生物炼制厂的经济效益，在可持续生物产品开发领域具有重要的意义。
