致谢 19

引言

木质素与纤维素作为一类以愈创木酚、香草酸、藜芦酸、肉桂酸等等（见图1）苯丙烷类似物为基本单位[1]，通过醚键(－O－)和碳－碳键(C－C)连接而成的高分子有机苯聚合物，由于其结构的复杂性，通常其侧链往往存在着对羟基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸等酯型结构[2]，很难被直接降解，所以它们共同组成了植物细胞的细胞壁，一起维持植物细胞的基本结构，避免植物细胞免受硬力损伤。

图1 木质素中的苯丙烷类似物

Fig.1 The benzene propane analogues consist in lignin

一般而言，纤维素与半纤维素包裹在木质素之外，从而形成一个稳定的，难降解的结构。木质素与纤维素作为储量最大的天然有机物，具有多分散性好；热稳定性强和无毒无害等良好性质，高利用价值的可再生资源，多年来一直没有被有效利用。经过国内外多年对于木质素，纤维素降解的研究（见图2），我们可以得知木质素的完全降解过程是真菌、细菌及相应微生物的共同作用的结果[3]。而在降解过程中，起主导作用的是真菌，主要包括白腐菌、褐腐菌和软腐菌；起主要作用的酶，有木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase，LiP）、猛过氧化物酶(Mangnase Peroxidase, MnP)和漆酶(Laccase，Lac)等等[6]。通过本实验室之前的研究，我们大致认为木质素的降解途径为以下几种：芳醚( β-arylether) 代谢途径、联苯( Biphenyl) 代谢途径、阿魏酸( Ferulate) 代谢途径和原儿茶酸4，5开环途径。香草酸作为一种高应用价值的，木质素降解过程中的中间产物。人们对于其更加深入的降解过程，研究较少。

图2 木质素降解途径

Fig.2 The pathway of Lignin degradation 

根据现有的研究，香草酸是一种特殊的苯甲酸，其4位上有一个羟基，3位上有一个甲氧基，它在代谢芳香族化合物的过程中，往往是起主导作用的。已发现的存在于土壤中，能够降解香草酸的降解菌包括：Bacillus属、Sphingomonas属、Burkholderia属、Rhodococci属、Streptomyces属。其大致的降解过程为：一、脱甲基酶(Demethoxylase)催化，使香草酸脱甲基生成原儿茶酸(Protocatechuic acid)；二、双加氧酶（Dioxygenase）将原儿茶酸开环；三、经过开环后的原儿茶酸，经过一系列降解过程，最后转入糖酵解和三羧酸循环途径