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1木质素的分布、功能和生物合成1

BernardMonties博士、教授，KazuhikoFukushima博士沈圆圆郭圣荣译1

1.1引言1

1.2历史概况3

1.3植物中木质素的分布6

1.3.1在不同植物中的分布6

1.3.2在不同植物组织中的分布9

1.3.3对干物质成分的影响11

1.3.4每年木质素合成的变化13

1.4.1木质素在生物高分子基质中的作用16

1.4木材和木质纤维素的超微结构16

1.4.2与其他细胞壁高分子的相互作用18

1.5木质素的功能22

1.5.1植物组织的稳定性22

1.5.2防止生物降解27

1.5.3调节水的输送30

1.5.4与植物进化和分类学有关的其他功能32

1.6生物合成的前体34

1.6.1生物合成34

1.6.2运输36

1.7.1自由基聚合38

1.7已知的合成途径38

1.7.2标记实验41

1.7.3最新进展41

1.8木质化的调节43

1.8.1酶和基因的表达43

1.8.2遗传操作的效应46

1.9专利48

1.10缩略语49

1.11参考文献50

2.1引言71

沈圆圆张春娜郭圣荣译71

2转基因植物和突变体中木质素的合成JefferyF．D．Dean博士71

2.1.1潜在应用73

2.1.2挑战75

2.2历史概况76

2.2.1化学76

2.2.2生物学77

2.3木质素突变体77

2.3.1棕色中脉单子叶植物77

2.3.2火炬松78

2.3.3拟南芥79

2.4.1莽草酸途径和苯丙氨酸氨裂解酶81

2.4木质素转基因学81

2.4.2肉桂酸-4-羟化酶和4-豆香酸-3-羟化酶82

2.4.34-香豆酰辅酶A连接酶83

2.4.4O-甲基转移酶84

2.4.5肉桂酰辅酶A还原酶86

2.4.6阿魏酸-5-羟化酶87

2.4.7肉桂醇脱氢酶88

2.4.8松柏苷-β-葡萄糖苷酶89

2.4.9超氧化酶及其他氧化物酶89

2.4.10转录因子和其他靶标90

2.5前景与展望90

2.7缩略语91

2.6专利91

2.8参考文献92

3木质素结构的鉴定方法99

GostaBrunow博士、教授沈圆圆郭圣荣译99

3.1引言99

3.2历史概况99

3.3木质素的制备100

3.3.1概述100

3.3.2碾碎木材的木质素101

3.4木质纤维素中总木质素的确定101

3.5.1概述102

3.5木质素分子量的测定方法102

3.5.2凝胶渗透色谱103

3.5.3蒸气压渗透法104

3.5.4光散射104

3.5.5超滤104

3.6木质素分析的降解方法104

3.6.1概述104

3.6.2酸解和硫代酸解105

3.6.3高锰酸盐氧化106

3.6.4硝基苯和氧化铜氧化106

3.6.6衍生化后的还原裂解107

3.6.5臭氧裂解107

3.6.7官能团分析108

3.7木质素分析的非降解方法110

3.7.1概述110

3.7.2官能团111

3.7.3芳香核和支链结构111

3.8结构模型113

3.8.1概述113

3.8.2软木木质素113

3.8.3硬木木质素116

3.8.4非木材木质素（麦秆和草）116

3.10缩略语118

3.9专利118

3.11参考文献119

附录123

4木质素作为原材料的应用和用途PaulWünning沈圆圆郭圣荣译129

4.1引言和历史概况129

4.2化学结构、起源和功能131

4.3技术生产132

4.3.1制浆过程132

4.3.2生产者133

4.4应用133

4.4.2硫酸盐木质素134

4.4.1木质素磺酸盐134

4.5专利138

4.5.1原料138

4.5.2制浆过程138

4.5.3加工技术138

4.6前景与展望139

4.7参考文献139

5木质素的生物降解141

AnneleHatakka博士、教授沈圆圆郭圣荣译141

5.1引言141

5.2历史概况143

5.3.1放线菌147

5.3细菌和微真菌147

5.3.2其他细菌148

5.3.3软腐真菌和其他微真菌148

5.4褐腐担子菌150

5.5白腐担子真菌153

5.5.114C标记木质素的矿化155

5.5.2木质素分解酶156

5.6初级降解产物的分解代谢180

5.7前景与展望182

5.8专利184

5.9缩略语185

5.10参考文献187

6木质素降解真菌（白腐真菌）的生物技术应用GaryM．Scott博士、教授，MasoodAkhtar博士沈圆圆郭圣荣译201

6.1引言201

6.2历史概况202

6.2.1生物制浆203

6.2.2生物漂白205

6.2.3废水处理206

6.3生物制浆207

6.3.1机械制浆207

6.3.2化学制浆214

6.4生物漂白216

6.5废水处理218

6.6木质素分解酶的应用219

6.6.1漂白220

6.6.2废水处理220

6.7前景与展望220

6.8专利222

6.9专利举例223

6.10缩略语225

6.11参考文献226

RolfWiermann博士、教授，FriedhelmAhlers博士， InaSchmitz-Thom博士宋磊沈圆圆郭圣荣译231

7.1引言231

7孢粉质231

7.2历史概况232

7.3孢粉质或类孢粉质壁组分的产生233

7.4化学结构234

7.4.1分离纯化234

7.4.2化学分析235

7.4.3结论241

7.5孢粉质生物合成的生化研究242

7.5.1抑制剂实验242

7.5.2示踪实验242

7.6孢粉质的功能243

7.8孢粉质的生物降解244

7.7孢粉质的应用244

7.9前景与展望245

7.10专利245

7.11缩略语246

7.12参考文献246

8黑色素251

JoanM．Henson博士、教授沈圆圆郭圣荣译251

8.1引言251

8.2历史概况252

8.3分布和结构253

8.3.1真菌253

8.3.2动物255

8.3.3其他生物体256

8.4功能258

8.5合成261

8.5.1前体261

8.5.2途径261

8.5.3酶、基因及其调节262

8.6生物降解264

8.7生产和应用264

8.8前景与展望265

8.9专利265

8.11参考文献266

8.10缩略语266

9土壤腐殖质273

NicolaSenesi博士、教授，ElisabettaLoffredo博士沈圆圆宋磊郭圣荣译273

9.1引言273

9.2起源274

9.2.1木质素-蛋白质理论275

9.2.2糖-胺理论276

9.2.3多酚理论276

9.3萃取、分级和纯化278

9.3.1萃取方法278

9.3.2分级过程281

9.3.3纯化过程283

9.3.4连续萃取／分级过程284

9.3.5国际腐殖质协会提出的综合分离过程284

9.4化学组成、性质和结构285

9.4.1元素组成285

9.4.2官能团286

9.4.3电荷特性和阳离子交换能力287

9.4.4分子量、尺寸和形状290

9.4.5结构组分294

9.4.6分子模型305

9.4.7不规则碎片性质307

9.5.1物理功能309

9.5土壤肥沃功能309

9.5.3营养方面310

9.5.2化学功能310

9.5.4生物作用311

9.6环境功能312

9.6.1与有机污染物的相互作用312

9.6.2与痕量金属的相互作用315

9.7总结319

9.8缩略语321

9.9参考文献323

10.1引言和历史概况331

10水生腐殖质331

FritzH．Frimmel博士、教授沈圆圆郭圣荣译331

10.2水生腐殖质的分布332

10.3疏水和亲水部分333

10.4化学结构335

10.4.1元素组成336

10.4.2分子大小分布和电荷338

10.4.3光谱吸光度和荧光340

10.4.4红外光谱342

10.4.5质谱344

10.4.6核磁共振345

10.4.7软水解346

10.5腐殖质与其他水生组分的相互作用347

10.6水技术应用中的腐殖质348

10.7水生生态系统中的功能349

10.8缩略语349

10.9参考文献351

11表征腐殖质结构的方法357

AndréAmblès博士、教授沈圆圆郭圣荣译357

11.1引言357

11.2历史概况358

11.3.1元素分析359

11.3化学分析359

11.3.2化学降解360

11.4热裂解GC/MS366

11.4.1分析型和制备型热裂解367

11.4.2分析型和制备型热化学分解367

11.4.3土壤有机物研究中的应用368

11.5光谱方法370

11.5.1紫外线／可见光光谱370

11.5.2红外光谱370

11.5.3核磁共振谱371

11.5.4其他光谱方法374

11.6分子量分析375

11.6.1凝胶过滤375

11.6.2超滤技术375

11.7其他方法376

11.8前景与展望376

11.9缩略语377

11.10参考文献379

12腐殖质的生物降解385

MatthiasK？stner博士、教授，MartinHofrichter博士沈圆圆郭圣荣译385

12.1引言385

12.2腐殖质的起源和稳定性387

12.3HS降解概述389

12.4HS的需氧降解390

12.4.1评估HS微生物降解的方法390

12.4.2细菌392

12.4.3真菌396

12.5HS的厌氧转化404

12.6前景与展望409

12.7缩略语411

12.8参考文献411

RenateKl？cking博士、教授，Bj？rnHelbig博士沈圆圆郭圣荣译419

13.1引言419

13腐殖质的医疗作用和应用419

13.2历史概况420

13.3腐殖质的药效和在医药中的潜在用途421

13.3.1抗病毒活性421

13.3.2抗炎效应和促炎性质424

13.3.3对血液凝结和纤维蛋白溶解的影响425

13.3.4雌激素活性426

13.4腐殖质在兽医学中的应用426

13.5.1诱变性427

13.5.2防止电离辐射427

13.5腐殖质和环境健康427

13.5.3黑脚病428

13.6前景与展望428

13.7缩略语429

13.8参考文献430

14煤的微生物降解和改性435

MartinHofrichter博士，RenéM．Fakoussa博士张春娜沈圆圆郭圣荣译435

14.1引言435

14.2历史概况438

14.3硬煤的改性440

14.3.1细菌440

14.3.2真菌441

14.4.1机理：溶解、解聚、应用445

14.4褐煤的生物转化445

14.4.2生物体448

14.4.3褐煤的溶解449

14.4.4氧化酶对褐煤的解聚作用452

14.5煤转化的厌氧途径和其他途径460

14.6前景与展望462

14.7专利462

14.8缩略语464

14.9参考文献464

15.1引言475

15煤脱硫475

BerndBogenschneider博士，RalfGünterJung博士， JürgenKlein博士、教授张娜沈圆圆郭圣荣译475

15.2煤中硫的起源和种类477

15.3煤脱硫的方法478

15.4机械方法479

15.4.1选矿技术中原料性质的重要性479

15.4.2除去黄铁矿的机械方法483

15.4.3成本和成本效率486

15.4.4结论487

15.5化学过程488

15.6.1黄铁矿的除去489

15.6生物技术方法489

15.6.2有机硫化合物的除去495

15.7结论499

15.8缩略语500

15.9参考文献500

16煤生物技术转化成高级产品505

HorstMeyrahn博士，AlexanderSteinbüchel博士、教授张娜沈圆圆郭圣荣译505

16.1引言505

16.2历史概况506

16.3.1化学及生物技术转化507

16.3褐煤生物技术转化成液态产品507

16.3.2水溶液中褐煤的化学转化508

16.3.3酶诱导的煤化学转化508

16.3.4采用酶法将煤转化为液体512

16.3.5生物技术液化褐煤用于发电514

16.3.6生物技术液化褐煤用作炼油厂的原料515

16.4生物技术液化褐煤用作生产生物塑料的化学原料515

16.4.1研究将煤生物转化为PHA的原因515

16.4.2筛选在褐煤解聚产物上生长及将其转化为PHA的实验室菌株516

16.5前景与展望518

16.6专利518

16.7缩略语518

16.8参考文献519

HelmutSchmiers博士张春娜沈圆圆郭圣荣译521

17.1引言521

17煤的化学转化521

17.2历史概况522

17.3燃料525

17.3.1固体燃料526

17.3.2液体燃料527

17.3.3气体燃料529

17.4焦油530

17.4.1硬煤高温焦油530

17.4.2褐煤低温焦油531

17.5.1石蜡534

17.5化学原料534

17.5.2酚类535

17.5.3吡啶类535

17.5.4多环芳香族化合物和杂芳族化合物535

17.6其他产品536

17.6.1褐煤蜡536

17.6.2腐殖酸536

17.7前景与展望537

17.8缩略语537

17.9参考文献538

索引541