木质素是植物经光合作用合成的以苯丙烷类似物为结构单元的一种三维网状高分子聚合物,广泛存在于植物细胞壁中。木质素结构中含有各种生物学稳定的复杂键型(碳碳键或碳氧醚键),是目前公认的难微生物降解的芳香族化合物之一。然而木质素的生物降解对于地球碳素循环意义重大,因为大多数再生碳存在于木质素中或受木质素保护免受酶降解的纤维素和半纤维素中。本研究以愈创木酚、香草酸、藜芦酸、肉桂酸、对香豆酸、阿魏酸和芥子酸等七种木质素单体模型化和物为唯一碳源,对实验室保存的6株细菌进行筛选,得到了一株可以利用七种单体模型化合物且生长旺盛的细菌B-8。微生物的生长定量实验结果表明,B-8在七种木质素模型化合物培养基中的生长情况明显优于对照,但在芥子酸培养基中的OD600值与其他六种模型化合物相比较小。对菌株B-8进行了形态特征、生理生化特性以及16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌株为Cupriavidus sp.B-8。以三种木质素生物合成的前体物质对香豆酸、阿魏酸和芥子酸为代表,研究了Cupriavidus sp.B-8对三种木质素单体模型化合物的降解及其降解机制。高浓度的对香豆酸、阿魏酸和芥子酸对Cupriavidussp.B-8的生长有抑制作用。底物浓度为1mM时,Cupriavidus sp.B-8的生长情况最好。菌株Cupriavidus sp.B-8对香豆酸和阿魏酸的降解十分迅速,经12h处理,对香豆酸和阿魏酸的降解率分别为99.44%和96.84%。而Cupriavidus sp.B-8对芥子酸的降解相对缓慢,6d后芥子酸的降解率为98.13%。进一步研究了Cupriavidus sp.B-8对阿魏酸的降解机制。紫外和红外光谱的分析结果表明8h至12h这个四小时区间是Cupriavidus sp.B-8降解阿魏酸的重要时期。GC-MS的分析结果表明,在阿魏酸降解过程中的主要中间产物是4-乙烯基愈创木酚和香草酸。为进一步证实阿魏酸的降解途径,以4-乙烯基愈创木酚和香草酸为降解底物,进一步研究了Cupriavidus sp.B-8对阿魏酸降解产物的代谢特性。结果表明,菌株Cupriavidus sp.B-8均可以利用4-乙烯基愈创木酚和香草酸作为唯一碳源进行生长。但菌株B-8对4-乙烯基愈创木酚的降解速率缓慢,而对香草酸的降解速率较快,24h处理后,降解率即可达到93.21%。GC-MS分析表明,原儿茶酸是香草酸降解过程中检测到的主要中间产物,且原儿茶酸也可作为唯一碳源支持菌株Cupriavidus sp.B-8的生长。基于以上研究结果,推测Cupriavidus sp. B-8阿魏酸的降解途径为：阿魏酸首先被降解为4-乙烯基愈创木酚,再进一步转化为香草酸,最后经原儿茶酸进入开环反应。以碱木质素为唯一碳源,研究菌株Cupriavidus sp. B-8对碱木质素的降解及其降解机制。菌株B-8在不同浓度的碱木质素条件下均能较好的生长,且不同浓度下的碱木质素降解率均能达到32%以上。高浓度的碱木质素不会抑制菌株的生长。根据(Cupriavidus sp. B-8对碱木质素的降解特性,绘制了Cupriavidus sp. B-8的生长曲线及其对碱木质素的降解曲线。第2d,COD的去除率达到可以37.58%,第3d后菌株对碱木质素的降解率趋于稳定。菌株的OD值由初始的0.078到第2d增长为0.8109,然后逐渐下降。对木质素降解过程涉及的3种酶的活性测定结果表明,漆酶的活性开始较低,之后逐渐升高,第6d酶活达到最大值,为345U/L。锰过氧化物酶的活性逐渐升高,第3d酶活达道最大值,为787U/L,第4d后急剧下降。整个过程中未检测到木质素过氧化物酶的活性。采用GC-MS分析碱木质素降解的中间产物,检测到了与木质素生物合成的前体化合物阿魏酸和芥子酸类似结构的酮类化合物、肉桂酸和其他低分子量α羰基芳香族化合物。红外光谱和扫描探针显微镜的分析也同样证实了Cupriavidus sp.B-8对碱木质素的降解。综合以上分析,可以推测在Cupriavidus sp.B-8降解碱木质素的过程中发生了侧链断裂、侧链氧化、解聚和苯环开裂等反应。研究表明,碱木质素的降解是一个侧链氧化、将大分子聚合物降解为低分子量芳香族化合物的过程。