A screening has been performed to find hyper-ligninolytic fungi, which degtrade beech and pine lignin extensively in order to broaden the understanding of the ligninolytic enzymes elaborated by various white-rot fungi. One hundred and twenty two ligninolytic strains were selected from decayed woods with a selective medium for screening ligninolytic wood-rotting fungi. Two of them, Phanerochaete sordida YK-624 and YK-472, showed much higher ligninolytic activity and selectivity in beech-wood degradation than typical lignin-degrading fungi, phanerochaete chrysosporium and Coriolus versicolor. They also degraded birch dioxane lignin and residual lignin in unbleached kraft pulp(UKP) much more extensively than P. chrysosporium and C. versicolor. During fungal treatment of beech wood-powder, the fungus strain P. sordida YK-624 showed higher activity of extracellular manganese peroxidase (MnP) in the medium than P. chrysosporium. It also showed MnP activity, which would not be lignin peroxidast during treatment of oxygen-bleached kraft pulp(OKP) and under enzyme-inducing conditin.
The degradation of pentachlorophenol (PCP) by lignin degrading fungi was performed. Several fungi, Abortiporus biennis, Cerrena unicolor and Trametes versicolor, were tested to evaluate the inhibitory effect of PCP on their growth. At the extremal concentration of PCP $(500\;{\mu}M)$, only C. unicolor showed relatively fast growth (60% within 14 days) in the comparison to the control culture. In the case of A. biennis and C. unicolor, when initial PCP concentration was $50\;{\mu}M$, about 88.2% and 79.5% of PCP degradation were achieved within 3 days, respectively. When 2,5-xylidine (0.2 mM) was added to the C. unicolor culture, as high as 98% of PCP degradation was achieved within just an hour after its addition. A. biennis removed 44% of PCP at the same condition. PCP was completely disappeared when laccase activities reached to maximum.
목재의 주성분 중 가장 분해가 어려운 리그닌을 분해하는 균주를 선발하기 위해 산림지역에서 채취한 부후목과 자실체로부터 균을 분리하였다. 리그닌 분해능은 활엽수보다 미생물 분해가 어렵다고 알려진 침엽수인 소나무재에 미생물을 처리하여 Klason 리그닌 정량을 통해 조사하였다. 또한 선발균에 의한 소나무재의 분해과정과 부후정도를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope ; SEM)을 이용해 조사하였다. 선발 균주 중 CJ-6에서 소나무 리그닌의 분해율이 49.48%로 가장 높았으며, 이것은 리그닌 분해 우수 균주로 알려진 Trametes versicolor의 40.58%와 비교해 보았을 때 리그닌 분해력이 더 우수하였다. 균주들 중 리그닌 분해력이 좋게 나타난 2개의 균주를 대상으로 부후에 의한 목재조직의 변화를 관찰하였는데 두 균주의 부후형이 비슷한 경향을 나타내었다. 부후 20일 경과에서는 균사의 침입은 있었으나 아직 목재는 건전한 상태를 유지하고 있었으며, 60일 간의 부후에서는 부후가 어느 정도 진행되어 가도관 벽과 방사조직의 세포벽의 일부가 분해되어 있음을 알 수 있었다. 100일간 부후가 진행된 경우에는 부후가 상당히 진행되어 가도관 세포벽 안쪽이 분해가 많이 진행되어 있었으며, 방사조직의 세포벽이 많이 분해되어 있어 세포간의 구별이 어려웠다.
목재부후균은 리그닌 분해효소로 lignin peroxidase (LIP), Mn-peroxidase (MNP) 및 laccase를 생성하는데 균류에 따라 위의 효소중 하나 혹은 둘 이상의 효소를 분비하거나 전혀 생성하지 않는 균도 있다. 본 실험은 이러한 목재 부후균의 효소생성 양상과 몇 종의 염료화합물 탈색과의 상관관계를 조사하고자 하였다. 조사한 23종 36균주 중 MNP 생성균은 30균주였으며 LIP 혹은 laccase 생성균은 각각 11균주와 12균주였다. 또한 같은 종에서도 효소활성은 다양한 양상을 보여 주었다. 리그닌 분해효소 활성과 비교하여 염료 탈색 정도는 세 효소가 모두 분비되는 백색 부후균의 경우 염료 탈색율이 상대적으로 우수하였고 균주에 따라 차이가 있으나 MNP 활성만을 갖는 균주의 경우, poly R-478 polymeric dye 및 anthron-type dye 인 remazol brilliant blue R염료는 효소 활성도와 다소 유연관계를 보였으며 methylene blue, bromophenol blue및 congo red 염료는 위의 효소들과는 직접적인 관련이 없는 것으로 판단되었으며, 오히려 균사의 생장과 비례하여 탈색율을 나타냈다. LIP, MNP 및 laccase 효소활성이 거의 검출되지 않은 갈색 부후균에서는 bromophenol blue를 제외하고는 염료의 탈색이 10%미만 혹은 전혀 탈색이 되지 앓았다.
Ergosterol involves in fungal cell growth as a major component in fungal cell membranes. It can be an indicator that shows the fungal activity, and its content depends on the fungal strains, culture, growth conditions and so on. In this study, fungal activities and growth patterns of three white-rot fungi strains isolated in Korea were evaluated by determination of ergosterol contents during the incubation. Wood decay test and chemical analyses of wood were also performed to verify the relationship between fungal activity and wood degrading capacity of white-rot fungi for 60 days. In the results of experiments, it is considered that the test strains selectively degrade large amount of lignin in wood at the early stage of decay. Especially, Phanerochaete chrysosporium showed the best capability on selective degradation of lignin among the test fungi. It is suggested that the determination of ergosterol content in the fungal culture during the incubation is the simple and effective screening method of white-rot fungi for the application to biopulping of wood.
백색부후균에 의한 리그닌의 분해양상을 검토하기 위해 리그닌 분해능이 우수하고 laccase활성이 높은 LKY-7 및 C. versicolor-13 균주와 manganese peroxidase 활성은 비교적 높으나 laccase활성이 전혀 나타나지 않는 LSK-27 균주로 lignosulfonate를 처리하였다. LKY-7 과 C. versicolor-13 균주에서는 lignosulfonate의 중합화 현상이 관찰되었으며 중합화는 laccase 활성 과 비례하는 것으로 나타났다. LSK-27 균주에서는 lignosulfonate의 고분자 영역이 분해되면서 탈중합화가 일어났으며 리그닌 분해 효소로는 manganese peroxidase만 검출되었다. 보조기질로 glucose를 첨가한 결과, LKY-7 균주에서는 laccase 활정이 각소하면서 중합화 현상이 어느 정도 감소하였으나 C. versicolor-13 균주는 laccase 활성의 증가와 함께 중합화도 촉진되는 것으로 나타났다. 또한 LSK-27 균주에서도 glucose 첨가에 의해 manganese peroxidase 활성이 증가되면서 lignosulfonate의 중합화가 관찰되었다. lignosulfonate 중합화에는 laccase 뿐만 아니라 manganese peroxidase도 관여하며 보조기질로서 탄소원의 종류도 영향을 미칠것으로 검토되었다.
A visual method for the selective screen Eng of lignin degrading enzymes, produced by white rot fungi (WRF), was investigated by the addition of coloring additives to solid media. Of the additives used in the enzyme production media, guaiacol and RBBR could be used for the detection of lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP) and lactase. Syringaldazine and Acid Red 264 were able for the detection of both the MnP and lactase, and the LiP and laccase, respectively, and a combination of these two additives was able to detect each of the ligninases produced by the WRF on solid media.
One of the most economically viable processes for the bioconversion of many lignocellulosic waste is represented by white rot fungi. Phanerochaete chrysosporium is one of the important commercially cultivated fungi which exhibit varying abilities to utilize different lignocellulosic as growth substrate. Examination of the lignocellulolytic enzyme profiles of the two organisms Phanerochaete chrysosporium and Rhizopus stolonifer show this diversity to be reflected in qualitative variation in the major enzymatic determinants (ie cellulase, xylanase, ligninase and etc) required for substrate bioconversion. For example P. chrysosporium which is cultivated on highly lignified substrates such as wood (or) sawdust, produces two extracellular enzymes which have associated with lignin deploymerization. (Mn peroxidase and lignin peroxidase). Conversely Rhizopus stolonifer which prefers high cellulose and low lignin containg substrates produce a family of cellulolytic enzymes including at least cellobiohydrolases and ${\beta}-glucosidases$, but very low level of recognized lignin degrading enzymes.
본 연구의 목적은 회전생물반응기에 고정화한 P. chrysosporium IFO 31249를 이용하여 LiP 생산의 최적 조건을 조사하는 것이다. 회전생물반응기에서 batch culture시 최대 LiP 활성도는 300 U/L이었다. LiP 생산의 최적 조건은 드림의 회전 속도는 1 rpm, 담체 충진율은 20%이었다. MnP 생산을 위한 $MnSO_4$$\cdot$$H_2O$ 의 최적 농도는 50 ppm이었다. 그리고 산소의 충분한 공급은 LiP 생산의 가장 중요한 인자이었다. 또한 LiP 및 MnP의 생산에 있어 repeated-batch culture가 3번이나 가능하였다.
Guaiacol을 첨가한 potato-dextrose agar배지와 참나무 목분 배지를 이용하여 배지의 발색 정도를 정량함으로써 리그닌 분해와 리그닌 분해효소 생산을 위한 우수 균주분리를 시도하였다. 배지의 발색정도와 리그닌 분해율과는 정의 상관을 나타내어 미지균의 리그닌 분해력 추정을 가능하게 하였으며, 버섯의 자실체와 부후재로 부터 분리한 리그닌분해균 중에서 리그닌 분해력과 laccase활성이 우수한 LKY-12, LKY-7과 Coriolus versicolor-13 균주를 선발하였다. 이들 균주의 리그닌 분해율은 30~35% 범위이고, glucose-peptone broth에서 리그닌 분해효소 활성이 다른 균주에 비하여 매우 높아서 우수균주의 특성을 나타냈으며, 생물학적인 펄프화 및 표백 그리고 리그닌분해효소 생산에 이용 가능한 균주로 생각되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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