Mikroorganismy rozkládající lignin

Bc. Kateřina PUCHTOVÁ

Master's thesis

Lignin degrading microorganisms

Abstract:

Dřevo je jedním z nejrozšířenějších přírodních materiálů. Jeho sušina obsahuje asi 50 % uhlíku, 44 % kyslíku, 6 % vodíku a dále stopová množství minerálních látek. Tyto látky jsou po jeho odumření vyhledávány organismy, které je dále využívají. Dřevní strukturu je možné označit za trojrozměrný lignocelulózový komplex tvořený převážně celulózou, hemicelulózou a ligninem, doplněný o další látky jako jsou pektiny, proteiny a další organické a anorganické složky. Rozklad dřeva je složitým mechanismem, který neprobíhá samovolně ale za pomoci rozkladačů. Nejprve a nejjednodušeji se z dřevního komplexu vždy rozkládají celulóza a hemicelulózy, jejichž rozkladu je schopno mnoho organismů. Rozklad ligninu je však složitým procesem, kterého jsou schopny pouze některé skupiny organismů. Patří mezi ně dřevokazné houby produkující rozkladné extracelulární enzymy, některé aktinobakterie, některé proteobakterie a podílejí se na něm i některé druhy drobných bezobratlých živočichů. Vzhledem k obsahu cenných látek v ligninové složce dřeva je jeho rozklad důležitým předpokladem pro jejich získávání a uplatnění zejména v bioenergetickém průmyslu. Konvenční způsoby rozkladu jsou však velmi energeticky náročné a drahé. Proto je v současné době přirozený rozklad dřeva za pomocí živých organismů předmětem vědeckého výzkumu. V experimentální části práce se nepodařilo potvrdit rozklad methylénové modři jako indikátoru degradace fenolických látek. Rozklad huminové kyseliny se naopak potvrdit podařilo. Rozklad biomasy obsahující lignin získanými izoláty byl také prokázán, přičemž nejmarkantnější byl v případě pšeničné slámy. Výsledky ukazují na omezenou úlohu mikroorganismů kultivovatelných na zřeďovacích agarových plotnách při degradaci ligninu a příbuzných látek.

Abstract:

Wood is one of the richest natural materials. The wood dry mass contains about 50 % carbon, 44% oxygen, 6% hydrogen and trace amounts of mineral substances. These substances are therefore sought after and exploited by organisms. The wood structure can be described as a three-dimensional lignocellulosic complex, consisting mainly of cellulose, hemicellulose and lignin, supplemented by other substances such as pectins, proteins and other organic and inorganic substances. The decomposition of wood is a complex mechanism that is not spontaneous but is mediated by decomposers. First and most simply, cellulose and hemicelluloses are always degraded in the wood mass as many organisms are able to break down these substances. Decomposition of lignin is a complex process that only certain groups of organisms are capable of. These include wood-decaying fungi producing decomposing extracellular enzymes, some actinobacteria as well as some proteobacteria and some species of small invertebrates are involved. Due to the content of valuable substances constituting the lignin component of the wood, its decomposition is an important prerequisite for their industrial production and use, mainly in the bioenergy industry. However, conventional decomposition methods are highly energy-demanding and expenive. That is why the natural decomposition with the help of living organisms is currently the subject of scientific research. In the experimental part of the thesis, the degradation of methylene blue - an indicator of degradation of phenolic compounds - was not confirmed. In the contrary to this, the degradation of humic acid was observed. The degradation of lignin containing plant biomass was confirmed as well, being the most pronounced in the case of the wheat straw. The result indicate a limited role of the dilution plate culturable microorganisms in the process of degradation of lignin and related compounds.

Keywords

lignin, celulóza, hemicelulóza, rozkladači ligninu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 12. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Milan Gryndler, CSc.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Biology