Разложение сложных органических безазотных веществ

Сложные безазотные соединения, попадающие в почву в со­ставе растительных остатков, — это в основном полимеры. К ним относятся целлюлоза (клетчатка), ксиланы (гемицеллюлозы), пек­тины, крахмал, лигнин, фруктаны, маннаны. Меньшую долю составляют жиры, воски, углеводороды.

Первыми деструкторами полимеров могут выступать лишь те микроорганизмы, которые обладают гидролитическими фермен­тами, за что они и получили название гидролитиков. Гидролиз проводится внеклеточно, так как полимеры не могут проникнуть внутрь клетки. Образуются мономеры или короткие цепочки мономеров (часто димеры), которые для дальнейшего использования в энергетических или конструктивных целях обя­зательно должны попасть внутрь клетки, т.е. преодолеть цито­плазматическую мембрану, что обычно осуществляется с помо­щью специфичных для каждого субстрата переносчиков — пермеаз. Перенос питательных веществ через плазматическую мембрану, как правило, специфичен. Поглощаться могут только те вещества, для которых имеются соответствующие транспорт­ные системы. Это мембранные белки похожие на ферменты (ин­дуцируются субстратом, специфичны в отношении субстрата), но не всегда изменяют субстрат. Полимер, прежде чем попасть в клетку, должен гидролизоваться. В аэробной зоне такими очень активными микробами-гидролитиками являются грибы и мно­гие бактерии, особенно актиномицеты. В анаэробной зоне гидролитики представлены бактериями, хотя в последнее время вы­делены и анаэробные грибы. Большое значение они имеют при гидролизе целлюлозы в рубце жвачных животных. Гидролити­ческие ферменты, выделяемые этими микроорганизмами во внеш­нюю среду, накапливаются в почве, адсорбируются на почвен­ных частицах и образуют пул иммобилизованных ферментов — тот запас или резерв, который продолжает свою работу в течение долгого времени и отличается устойчивостью к неблагоприят­ным факторам (продолжительное хранение, высушивание, изме­нение температуры). Он может продолжать свою работу, когда микробная деятельность подавлена в силу каких-либо причин. Гидролиз полимеров происходит без затраты энергии.

Превращения полимеров при доступе кислорода происходят глубоко, до освобождения С0₂, и лишь небольшая часть про­дуктов распада попадает «в зону рассеяния», где олиготрофные микроорганизмы аэробной зоны заканчивают переработку этих продуктов, собирая их из среды, где они рассеяны в низкой кон­центрации. Такие олиготрофные микроорганизмы представлены грамотрицательными бактериями, среди которых значительную долю составляют простекобактерии и гифомикробы.

В анаэробных условиях в процессе первичного разложения органических веществ в качестве продуктов распада образуются жирные кислоты и молекулярный водород, который мигрирует в аэробную зону, где подвергается окислению водородными бакте­риями, а также включается в метаболические пути других бакте­рий. Часть водорода в анаэробной зоне используется вторичными анаэробами, например метаногенными бактериями, восстанав­ливающими С0₂ до метана, который тоже мигрирует в окисли­тельную зону и там улавливается метанокисляющими бактерия­ми. Жирные кислоты поступают к вторичным анаэробам, например сульфатредуцируюшим и денитрифицирующим бакте­риям, которые используют их как источники углерода и энергии при восстановлении неорганических акцепторов электрона, та­ких как сульфаты или нитраты.

Часть продуктов разложения органических веществ анаэроб­ной зоны попадает к микрофлоре рассеяния или олиготрофам — анаэробам.

Рассмотрим пути и способы переработки микроорганизмами отдельных групп полимерных веществ растительного происхож­дения в почве.

Крахмал— запасной полисахарид растений, который накапли­вается главным образом в семенах, корневищах, луковицах и клуб­нях, где его содержание может достигать 70-80%. Крахмал, как и целлюлоза, относится к группе гомополисахаридов, или гомогликанов, так как он состоит только из молекул глюкозы. Растительный крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов — амилозы и амилопектина. Амилоза — полимер с неразветвленной цепью, скрученный витками, в нативном состоянии — по три мо­лекулы глюкозы в каждом, в растворе — по шесть молекул. На долю амилозы в крахмале приходится 20-25%, а на долю ами­лопектина — 75-80%. Амилоза растворима только в горячей воде. При реакции с йодом она дает синее окрашивание. Эта реакция используется для определения у микроорганизмов амилолитической активности (по исчезновению окраски). Амилопектин окра­шивается от йода в красно-фиолетовый цвет. Это разветвленный полимер с высокой молекулярной массой. Молекула амилопекти­на — одна из самых крупных органических молекул. Он растворя­ется в воде лишь при нагревании и дает очень вязкие растворы. Амилопектины разных растений различаются по степени разветвленности, по длине цепей и молекулярной массе. Крахмал разла­гается внеклеточными микробными ферментами, которые носят общее название амилаз (от названия субстрата амилоза). Они расщепляют крахмал с образованием декстринов, мальтозы, мальтотриозы и глюкозы. Существует несколько амилаз, которые разли­чаются по месту воздействия на молекулу амилозы и амилопектина (место расположения химической связи). Например, а-амилаза разрывает внутренние связи в молекуле амилопектина, и поэтому ее называют еще эндоамилазой. В результате образуется много дек­стринов и немного мальтозы и глюкозы. Глюкоамилаза расщепляет крахмал до глюкозы. В природе продукты расщепле­ния крахмала в аэробных условиях быстро используются самими гидролитиками и сопутствующими микроорганизмами и процесс заканчивается выделением С0₂. В анаэробных условиях мальтоза и глюкоза сбраживаются с образованием органических кислот, спиртов и газов.

Пектиныв растениях образуют межклеточное вещество, из которого состоят так называемые срединные пластинки, соеди­няющие между собой отдельные клетки. Они придают раститель­ным тканям прочность. Особенно много пектина в ягодах и пло­дах. В антоновских яблоках, например, содержание пектина достигает 30%. Свое название пектины (от греч. pektos — сту­день) получили благодаря способности образовывать гель.

В химическом отношении пектины — это кислые полисаха­риды, неразветвленные полимеры галактуроновой кислоты, кар­боксильные группы которой полностью или частично этерифицированы метанолом. Часто они имеют также боковые цепи из моносахаров. Пектиновые вещества — это смесь нерастворимого в воде протопектина, растворимого пектина, слабо или полнос­тью неэтерифицированных пектиновой и пектовой кислот и их солей. На разные формы пектиновых веществ действуют различ­ные ферменты микроорганизмов. Протопектиназы переводят нерастворимый протопектин в растворимые формы; пектинэстеразы разрывают эфирные связи, в результате чего образуется ме­танол и свободные пектиновые кислоты; полигалактуроназы раз­лагают цепь пектина на молекулы D-галактуроновой кислоты.

Пектины разлагаются очень многими почвенными микроор­ганизмами, а также некоторыми фитопатогенными грибами и бактериями, которые проникают в ткань растений и вызывают болезни. Микробиологические процессы разложения пектина лежат в основе обработки лубяных растений (льна, конопли) для получения прядильного волокна. В кустарных производствах широко известны росяная и водяная мочка. Росяную мочку про­водят методом расстила; она проходит на поверхности почвы в аэробных условиях, и лубяные волокна (треста) высвобождаются из стебля благодаря деятельности грибов, которые растворяют пектины стеблевой коровой паренхимы. Насчитывают до 80 видов грибов, участвующих в процессе получения тресты. При росяной мочке льна наблюдается следующая сукцессия микроорганизмов: сначала развиваются бактерии, затем грибы — мукоровые (Rhizopus), темноокрашенные (Aureobasidium, Altemaria) и Gonatobotrys, указывающий на оптимальную степень мочки. Последующее по­явление грибов целлюлозоразрушителей (Cladosporium, Trichoderта) свидетельствует о деструкции волокна.

Водяная мочка заключается в погружении снопов растений на дно водоема. Здесь в анаэробных условиях процесс разложения пектина осуществляют анаэробные маслянокислые бактерии Clostridium felsineum.

Пектинолитические ферменты, получаемые из почвенных микроорганизмов, широко применяются в технологических про­цессах при производстве продуктов из плодов и овощей. Напри­мер, для осветления фруктовых соков используют фермент из Penicilllium frequentans. Ферментные препараты пектиназ внедря­ются в производство льняного волокна.

Целлюлоза — наиболее распространенное органическое соеди­нение в природе, по масштабам ее синтез занимает первое место. Целлюлозу в основном создают высшие растения, которые на 40-70% состоят из целлюлозы. В хлопке и льне содержание цел­люлозы достигает 80-95%. Очень немногие грибы (например, представители класса Oomycetes) и редкие виды бактерий (ук­суснокислые Gluconacetobacter xylinum, Acetobacter xylinum,клубень­ковые бактерии) тоже синтезируют целлюлозу. Синтез целлюло­зы растениями сопряжен с ее разложением микроорганизмами. Разложение целлюлозы — едва ли не самый большой по масшта­бам естественный деструкционный процесс. Именно в этом зве­не круговорота углерода почвенные микроорганизмы выступают как геохимические агенты, обеспечивающие возврат углерода в атмосферу в виде С0₂. В этом заключается основное, но не единст­венное значение микробного разложения целлюлозы. С этим процессом связано образование в почве гумусовых веществ и формирование почвенной структуры. Особенно важно подчерк­нуть участие в этом процессе микроорганизмов, поскольку ни животные, ни растения не способны разлагать целлюлозу. Даже жвачные животные, питающиеся растительным кормом с высо­ким содержанием целлюлозы, не могут ее усваивать без помощи тех микроорганизмов, которые живут в рубце (часть пищевари­тельного тракта жвачных животных). В рубце обитает огромное количество специфичных бактерий — руминококков (ruminos — рубец), а также весьма специфичные анаэробные грибы. Они гидролизуют целлюлозу, сбраживают глюкозу и жвачному жи­вотному достаются только органические кислоты, главным обра­зом уксусная (50-70%), пропионовая (17-21%) и масляная (14-20%). Азотфиксирующие бактерии обеспечивают белковое питание. Сами микроорганизмы при переходе содержимого руб­ца в кишечник перевариваются, так что вещество их клеток так же подвергается разложению и усваивается животным. Интерес­ные соображения приводит Г. Шлегель (1987): «Бактерии рубца подвергают растительные жиры гидрированию. Образующиеся на­сыщенные жирные кислоты всасываются в кишечнике, а затем включаются в собственные жиры крупного рогатого скота, вхо­дящие в состав мяса, молока и масла. У животных, не имеющих рубца, подобного повышения тугоплавкости жира не происхо­дит. Жиры, накапливаемые в организме свиньи или грызунов, имеют поэтому более мягкую консистенцию (более низкую тем­пературу плавления), чем жиры жвачных; они содержат ненасы­щенные жирные кислоты и кислоты с более короткой цепью, т.е. те, которые поступают с растительным кормом. Если учесть, что не только жиры изменяются под влиянием бактерий рубца, но и 60-90% белков коров имеет бактериальное происхождение, то можно, поедая говяжий бифштекс, поистине чувствовать себя в гостях у бактерий, а наслаждаясь свиным шницелем — в гостях у кормовых растений».

Очень редко способность разлагать целлюлозу обнаруживает­ся у беспозвоночных животных: термитов, некоторых моллюсков (например, виноградной улитки), корабельного червя, личинок жуков и т.д., но вероятнее всего целлюлозу разлагают микроор­ганизмы-симбионты, находящиеся в кишечном тракте.

Целлюлоза представляет собой линейный гомополисахарид, состоящий из глюкозных единиц. Молекулярная масса до 500 тыс. В одной молекуле целлюлозы до 14 тыс. молекул (3-/)-глюкозы. Целлюлозные волокна включают микрофибриллы и мицеллы (кристаллиты) — плотно упакованные цепи макромолекул, че­редующиеся с аморфными участками. Наличием этих участков в структуре целлюлозы объясняется ее набухаемость и некото­рые другие свойства, отличающие целлюлозу от истинно крис­таллических структур. Эти участки в первую очередь подверга­ются ферментативному гидролизу. Разложение целлюлозы до глюкозы микробными ферментными препаратами протекает в несколько стадий и требует участия сложного комплекса фер­ментов. В качестве продуцентов полиферментных цел­люлозных комплексов используют грибы Geotrichum candidum, Aspergillus niger, Trichoderma harzianum, T. viride и др. Это на­правление имеет большие перспективы в биотехнологии, одна­ко промышленный процесс получения глюкозы из целлюлозы ферментативным путем пока не реализован ни в одной стране из-за его дороговизны.

В природе разложение целлюлозы — сложный и комплекс­ный процесс. Он совершается, по-видимому, при участии сооб­ществ микроорганизмов, в которых есть основной компонент, разлагающий молекулы целлюлозы, и микроорганизмы-спутни­ки, использующие продукты распада. Некоторые базидиальные грибы имеют полный комплекс целлюлолитических и лигнинолитических ферментов.

Изучение процессов разложения клетчатки в природе было начато еще в XIX в. под влиянием идей Луи Пастера об анаэроб­ных брожениях. Поэтому в первую очередь изучали анаэробное разложение целлюлозы. Академик В.Л. Омелянский подробно изучил анаэробный распад клетчатки и выделил возбудителей этого процесса, один из которых впоследствии был назван в его честь Clostridium omelianskii. Это тонкие, длиной до 12 мкм, слег­ка изогнутые палочки с округлыми или овальными терминаль­ными спорами («барабанные палочки»).

При анаэробном разложении целлюлозы образуется много органических кислот (уксусная, янтарная, молочная, масляная, муравьиная), этиловый спирт, углекислый газ и водород. Поэто­му анаэробное разложение целлюлозы сопровождается активным развитием сопутствующих микроорганизмов, часто азотфиксаторов, хотя и сами клостридии способны фиксировать азот. Сбра­живание клетчатки происходит в природе и при повышенных температурах, например при разогревании торфа, соломы, ком- постов. В этом случае возбудители процесса — термофильные бактерии Clostridium thermocellum.Выделенный из горячих источ­ников анаэробThermoanaerobacter ethanolicusпри сбраживании клетчатки образует большое количество этанола. Культивирование термофилов дает возможность из целлюлозного сырья получать эти­ловый спирт путем экономичной ферментации при высоких тем­пературах. Другая термофильная бактерия Thermoanaerobium brockii не использует целлюлозу, но хорошо растет на целлобиозе, так­же продуцируя этанол. Этот микроорганизм выделяется из горя­чих источников вулканического происхождения и имеет темпе­ратурный диапазон роста между 35 и 85 °С с оптимумом 65-70 °С.

В отличие от процесса анаэробного разложения целлюлозы, ко­торый осуществляется бактериями и специфическими грибами руб­ца, а вероятно, и некоторыми почвенными грибами, в аэробных условиях клетчатку разлагают многие микроорганизмы разных сис­тематических групп: грибы, актиномицеты, миксобактерии и др.

В кислых лесных почвах, где клетчатка в значительных коли­чествах входит в состав мертвой древесины, она более доступна для фибного разложения, особенно в связи с тем, что тесно свя­зана с лигнином, а главными лигниноразлагателями являются фибы. Среди них наиболее активны такие типичные подстилоч­ные сапротрофы, как Trichoderma viride, Chaetomium globosum, Myrothecium verrucaria, а также некоторые виды родов Dicoccum, Stachybotrys, Penicillium и Aspergillus.Характерная особенность грибного разложения целлюлозы — выделение целлюлазных фер­ментов в окружающую среду. Они выбрасывают ферменты и только часть образовавшихся мономеров поступает в гифы гри­ба. Часть мономеров используется микробами, которые не обра­зуют собственных гидролаз. Полагают, что многие из них явля­ются бактериями азотфиксаторами и часть фиксированного азота отдают грибам, таким образом между этими организмами уста­навливается протокооперация.

Целлюлазы бактерий связаны с клеточной поверхностью. Они находятся в целлюлосомах и прикрепление клеток к волокнам целлюлозы через ферменты является обязательным условием ее использования. Бактерии продукты гидролиза используют более полно по сравнению с фибами.

В почвах под травянистой растительностью в степных и луго­вых ландшафтах в разложении целлюлозы помимо фибов в боль­шей степени участвуют миксобактерии, цитофаги, актиномицеты и другие бактерии, хотя фибы во всех зонах играют главенствую­щую роль.

Вибрионы рода Cellvibrioисключительно широко распрост­ранены в разных почвах, но больше их в почвах под лугом, чем под лесом. Они быстро воздействуют на клетчатку, вызывая ее частичное разложение, а не полный лизис, как в случае с миксобактериями.

Актиномицеты родов Nocardia, Streptomyces, Streptosporangium разлагают целлюлозу медленнее, чем фибы. Они выступают аген­тами этого процесса в южных почвах — каштановых и сероземах.

Ксиланы(гемицеллюлозы) — это опорные вещества в расте­ниях. Они входят в состав древесины. Ксилан (полимер ксило­зы) по количеству занимает второе место после целлюлозы. В соломе злаковых его содержится 20%, в древесине хвойных — 12, лиственных — до 25%. Помимо растений ксиланы имеются у гри­бов и дрожжей в составе их внеклеточных полисахаридов. Это полимеры сахаров и уроновых кислот. Из сахаров в состав мик­робных ксиланов входят гексозы и пентозы. Например, полиса­хариды, из которых состоит капсула почвенных дрожжей рода Lipomyces, имеют в основной цепи повторяющиеся звенья из глюкуроновой кислоты и маннозы, а в боковых цепях— галактозу; внеклеточные полисахариды других дрожжей — рода Cryptococcus содержат глюкуроновую кислоту, маннозу и ксилозу. Разложе­ние ксиланов может осуществляться разными почвенными мик­роорганизмами: грибами, бактериями и актиномицетами. Ксиланаза — внеклеточный фермент, он есть у многих грибов и некоторых дрожжей, как, например, у обитателей лесной под­стилки — дрожжей рода Trichosporon. На ксилане активно растут шампиньоны. Ксиланазу образуют и многие целлюлозоразруша­ющие бактерии.

Липиды(жиры) входят в состав растительных и животных тка­ней. Некоторые органы растений, например семена, бывают очень богаты жирами. В почве, обогащенной гумусом и растительными остатками, фракция жиров, экстрагируемая органическими раст­ворителями, может составлять 3-5%. В почве жиры разлагаются микроорганизмами, обладающими ферментами липазами. При разложении жиров образуются глицерин и жирные кислоты. В аэробных условиях глицерин быстро используется в метаболизме многих бактерий и грибов, а жирные кислоты более стойкие, иногда они накапливаются в почве и обусловливают ее токсич­ность. В анаэробных условиях жирные кислоты восстанавлива­ются до углеводородов. Липазы имеются у всех почвенных орга­низмов (аэробов и анаэробов): грибов, бактерий и актиномицетов.

Углеводороды в почве представлены газообразными (метан, этан, пропан, этилен и др.), жидкими и твердыми веществами; они могут быть алифатическими и циклическими соединениями. Метан образуется в почве в результате метанового брожения. Однако газообразные углеводороды, такие как метан, пропан, могут поступать в почву из нижележащих слоев. Их повышенная концентрация в почве и особенно в подпочвенных горизонтах соответствует газовым месторождениям. В таких почвах наблю­дается высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов — биологических агентов, окисляющих углеводороды. На определении этих бактерий в почве и подпочвенных слоях основаны методы биологической разведки газовых и нефтяных месторождений (Могилевский, Оборин).

Алифатические углеводороды с цепью длиной [С,₂—С,₈] окис­ляются многими бактериями, грибами и дрожжами. Наиболее активны в процессах использования углеводородов представите­ли группы коринеподобных бактерий, псевдомонады и нокардии, из дрожжей — виды родов Candida, Debaryomyces, Schwanniomyces. Большое значение имеет длина углеродной цепи: быстрее используются углеводороды начиная с гексадекана (С₁₆). Утили­зация углеводородов происходит в окислительных условиях, так как первый этап воздействия на углеводородную цепь — окисле­ние концевого углерода ферментами оксигеназами. Дальнейшее окисление протекает по пути, который известен как (J-окисление жирных кислот. При низком парциальном давлении кислорода происходит накопление промежуточных продуктов окисления углеводородов — жирных кислот начиная с С₃ — пропионовой кислоты.

Разложение микроорганизмами ароматических углеводородов в почве имеет очень большое значение в круговороте углерода. Способность разлагать ароматические углеводороды присуща многим грибам и аэробным бактериям. Из бактерий наиболее активны представители родов PseudomonasиArthrobacter. Разло­жение циклических углеводородов начинается с гидроксилирования — включения в них оксигрупп и перевода их в орто- или пара-диоксифенилпроизводные. Далее следует разрыв кольца под действием оксигеназ, катализирующих окисление субстрата кис­лородом. Боковые цепи и заместители отщепляются, как прави­ло, до разрыва кольца. Разрыв ароматического кольца происхо­дит разными путями у разных микроорганизмов. Из почв были выделены бактерии, разлагающие полициклические соединения углеводородной природы — нафталин, антрацен, фенантрен и др. Промежуточным продуктом их распада является салициловая кислота.

Итак, большинство углеводородов окисляется микроорганиз­мами. Этот процесс важен в аспекте самоочищения почвы от загрязнений нефтью и продуктами ее переработки. В настоящее время предлагается много коммерческих препаратов на микроб­ной основе для уничтожения нефтяных загрязнений почв. Однако эффективность их не так высока: необходимо вносить очень боль­шое количество микробной биомассы и создавать благоприятные

условия для роста микроорганизмов (обычно бактерий). Особен­но медленно идет очистка почвы от нефти в холодном климате. В настоящее время огромные площади почв загрязнены нефтью из скважин и разрывов нефтепроводов. Очиститься от нефти они могут только через сотни лет. Для ускорения очистки необходи­мо применять следующие мероприятия: 1) повышение аэрации, например простая вспашка почв, для окисления углеводородов необходим кислород, 2) добавление минеральных удобрений в том числе и микроэлементов, 3) внесение поверхностно-активных веществ (ПАВ), увеличивающих площадь соприкосновения мик­роорганизмов с нефтепродуктами, 4) внесение легкоразлагаемых веществ (косубстратов), например органических удобрений, спо­собствующих разложению труднодоступных веществ, 5) фитомелиорация с подбором специфических видов растений, 6) внесение нефтеразлагающих микроорганизмов. Внесение микроорганиз­мов стоит на последнем месте, так как в любой почве все эти микроорганизмы имеются, однако массированное внесение (тон­ны на 1 га) может существенно ускорить процесс. В дальнейшем, вероятно, с успехом будут применяться генно-инженерные штам­мы. Быстрая мелиорация нефтезагрязненных почв даже в усло­виях теплого и влажного климата является очень дорогим меро­приятием (100 тыс. руб. на 1 га).

Метан — это особый углеводород. Его потребляют специфи­ческие группы бактерий, не способные использовать другие уг­леводороды. Их относят к бактериям, утилизирующим одноугле­родные соединения. Они характеризуются рядом особенностей строения, спецификой биохимии и физиологии. В настоящее время описано 12 родов облигатных метанотрофных бактерий, способных непосредственно окислять метан, а также другие од­ноуглеродные соединения (метанол, метилированные амины, диметиловый эфир, формальдегид и формиат). Ранее их называ­ли метилотрофными микроорганизмами, что повлияло на их на­звания: Methylomonas, Methylobacter, Methylococcus, Methylosinus, Methylocystis, Methylovorus, Methylovibrio, Methylomicrobium и дру­гие, т.е. они делятся на роды по морфологии клеток. Окисление метана в метанол сопровождается включением в молекулу одно­го атома кислорода. Вещество клеток синтезируется из формальдегида.

Образование метана осуществляется метаногенами в анаэроб­ных условиях. В оструктуренных почвах метан образуется внутри агрегатов, но окисляется на их поверхности и таким образом не происходит бесполезной потери энергонесущего вещества из эко­системы. Делаются попытки использовать метанотрофы для борь­бы с метаном в шахтах. Много шахтеров гибнет из-за взрывов мета­на. В принципе метан можно использовать для получения микробной массы и ряда микробных физиологически активных веществ.

Лигнин ( отлат. lignum — дерево, древесина) синтезируется высшими растениями и в количественном отношении уступает только целлюлозе и ксиланам. В древесине лиственных пород деревьев лигнина содержится 18-25%, хвойных — до 30%. В рас­тительном организме это вещество выполняет только механичес­кие функции: оно относится к инкрустирующим веществам кле­точной стенки. Лигнин вызывает одревеснение клеток и придает им большую прочность. Если целлюлозные микрофибриллы срав­нить с арматурой железобетонных конструкций, то лигнину сле­дует отвести роль бетона. Химическое строение лигнина оконча­тельно не установлено. Известно, что в разных растениях он неоднороден. Сложность структуры определяется большим чис­лом полимеризованных мономерных блоков, которые представ­ляют собой производные фенилпропана. Основной мономер лиг­нина — конифериловый спирт; он составляет главную часть лигнина хвойных. В лигнине лиственных пород есть еще синапо­вый спирт, а в лигнине из соломы злаков — кумаровый спирт:

Лигнин не растворяется ни в воде, ни в органических раство­рителях, но растворяется в щелочи, извлекается из древесины диоксаном, дает цветные реакции, характерные для фенолов. Микробные ферменты лигниназы — сложный комплекс различ­ных ферментов. К ним относятся специфические пероксидазы, удаляющие электрон от арильных колец. Процесс разложения лигнина в природе протекает очень медленно, поэтому промежу­точные продукты накапливаются в почве, а также и сам лигнин.

Основные деструкторы лигнина — базидиальные грибы. Не­которые из них разрушают лигнин даже в живых растениях, базидиомицеты, вызывающие белую гниль древесины, — наибо­лее активные разрушители лигнина вместе с некоторыми под­стилочными сапротрофами. Можно проследить сукцессию видов при разложении лигнина. Процесс начинается еще в растущем дереве, на котором поселяются базидиомицеты — паразиты родов Forties, Polyporus, Armillaria и др. На мертвой древесине появляется другая группировка грибов — это Ceratostomella, Cladosporium. Да­лее частично разрушенную древесину заселяют подстилочные сапротрофы родов Collybia, Marasmius, Мусепа, и, наконец, в позд­ней стадии происходит колонизация остатков почвенными гри­бами из группы несовершенных: Fusarium, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Rhizoctonia. На более поздних стадиях в разложении лигнина участвуют и бактерии, причем только грамотрицатель­ные. Древесина и опад лиственных деревьев разрушаются быст­рее, чем хвойных.

Разрушающаяся под действием грибов древесина активно за­селяется азотфиксирующими бактериями. Разложение лигнина идет обычно параллельно с распадом целлюлозы, причем оба эти процесса могут вызывать одни и те же организмы. Например, у Polyporus abietinus найдено до 20 внеклеточных ферментов, среди которых есть и целлюлазы, и ферменты, разлагающие лигнин, и кроме того, ферментативный комплекс, воздействующий на пек­тины, крахмал, ксиланы. Несомненно, что в природе разложение лигнина совершается сложным комплексом микроорганизмов и высших грибов, и этот процесс идет значительно интенсивнее, чем при лабораторных анализах с чистыми культурами. Способ­ность грибов расти на лигнинсодержащем субстрате использует­ся на практике при культивировании ценного съедобного гриба вешенки обыкновенной Pleurotus ostreatus на кусках осиновой древесины.