Grzyby zgnilizny drewna PDF

Grzyby zgnilizny drewna. Określenie aktywności enzymów ligninolitycznych w hodowlach grzybów zgnilizny drewna Katedra Mikrobiologii Przemysłowej i Biotechnologii, UŁ [email protected], pok. 4.18  Zgnilizna to bardzo poważna wada drewna spowodowana...

Grzyby zgnilizny drewna. Określenie aktywności enzymów ligninolitycznych w hodowlach grzybów zgnilizny drewna Katedra Mikrobiologii Przemysłowej i Biotechnologii, UŁ [email protected], pok. 4.18  Zgnilizna to bardzo poważna wada drewna spowodowana działaniem grzybów. Polega na enzymatycznym rozkładzie ścian komórkowych, objawiającym się postępującym rozpadem, zmianą barwy, zmianą właściwości drewna.  Zarażeniu może ulec praktycznie każdy rodzaj materiału – od drzew jeszcze rosnących, przez elementy drewniane już poddane obróbce, aż do drewna już użytkowanego.  Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój zgnilizny  Składniki pokarmowe Drewno zawiera w swym składzie celulozę, ligninę, pewne ilości białka, cukrów prostych, skrobi oraz innych składników stanowi dobrą pożywkę dla rozwoju grzybów. Grzyby domowe mogą atakować drewno gatunków iglastych i liściastych. Początkowo grzybnia zasiedlając komórki drewna, wykorzystuje łatwo dostępne substancje odżywcze, znajdujące się wewnątrz komórek (białka, skrobie, tłuszcze, cukry, związki mineralne). Po ich wyczerpaniu rozpoczyna się rozkład ściany komórkowej drewna. Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój zgnilizny Składniki pokarmowe Grzyby mogą przyswajać wyłącznie substancje niskocząsteczkowe (głównie cukry proste), a drewno w swej głównej masie składa się z substancji wielkocząsteczkowych: celulozy (jasnej i włóknistej) oraz ligniny (brunatnej i amorficznej). Aby te substancje stały się dostępne dla grzybów, muszą ulec rozkładowi przy udziale zewnątrzkomórkowych enzymów wydzielanych przez grzyby i wnikających w ściany komórkowe. W zależności od gatunku grzyba, wydzielane są enzymy celulolityczne i ligninolityczne, powodujące destrukcję podstawowych składników drewna. Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój zgnilizny  Wilgotność Grzyby potrzebują dla swojego rozwoju podwyższonej wilgotności drewna i powietrza. Najchętniej rozwijają się w drewnie o wilgotności 20-80% (optimum dla większości gatunków przypada na 36–40%).  Cyrkulacja powietrza Do swych czynności życiowych grzyby potrzebują pewnych ilości tlenu. Należy jednak zaznaczyć, że grzyby preferują obszary o stojącym powietrzu, a silna cyrkulacja powietrza i przewiew działają na nie niekorzystnie, a nawet hamująco. Obecność w drewnie powietrza i wody są ze sobą ściśle związane, gdyż zamiennie wypełniają one pory drewna. Do rozwoju grzybów niezbędne są oba te składniki w odpowiednich proporcjach. Jak już zauważono, grzyby domowe rozwijają się w drewnie o wilgotności 20% - 80%. Utrzymywanie drewna w stanie suchym jest podstawowym wymogiem i jedyną gwarancją długiej trwałości budynków drewnianych. Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój zgnilizny  Temperatura Grzyby najlepiej rozwijają się w temperaturze 5–35ºC (optimum 18-27ºC). Temperatura poniżej i powyżej podanego zakresu działa zwykle hamująco na rozwój grzybów, ale nie musi na nie działać zabójczo.  Odpowiedni odczyn środowiska Powinien być lekko kwaśny, w granicach pH 4-6, co w przybliżeniu pokrywa się z naturalnym odczynem drewna. Ponadto grzyby wydzielają do podłoża pewne ilości metabolitów, na przykład w postaci kwasów organicznych, dzięki czemu mają zdolność do zakwaszania środowiska (same buforują optymalny odczyn).  Naświetlenie Większość gatunków grzybów do swojego rozwoju nie potrzebuje światła, a dla niektórych gatunków promieniowanie słoneczne jest szkodliwe. Natomiast do prawidłowego wykształcania owocników niezbędne są pewne ilości światła, dla jednych gatunków małe ilości światła rozproszonego, dla innych silne nasłonecznienie. Owocniki wykształcone w ciemności zwykle są zniekształcone, a bardzo często płonne (niepłodne).  Rodzaje zgnilizny Ze względu na stan drewna:  Twarda (zgnilizna wczesna) - jest to początkowe stadium rozkładu drewna. W większości wypadków drewno w tej fazie lekko się przebarwia, nie zdradzając większych żadnych zmian strukturalnych, wytrzymałościowych itp.  Miękka - jest to zaawansowane stadium rozkładu drewna. W większości wypadków w drewnie zachodzi niszczenie ścian komórkowych, towarzyszą daleko idące zmiany właściwości technicznych, chemicznych, fizycznych (barwa, zapach itp.) i strukturalnych drewna. Drewno staje się miękkie, gąbczaste lub włókniste. Ze względu na występowanie: leśna składowa domowa Ze względu na wygląd drewna: brunatna biała szara Podział taki oparty jest na makroskopowym wyglądzie zniszczonego drewna, co wiąże się z typem chemicznego rozkładu substancji wchodzących w skład budowy drewna. Każdy z tych typów rozkładu jest powodowany przez inne gatunki grzybów, a rozkład substancji drzewnej ma inny przebieg. Ponadto należy wspomnieć o wadach drewna, które są wywoływane przez grzyby, nie powodując (lub w małym stopniu) rozkładu ścian komórkowych. Do wad tych można zaliczyć barwice i pleśnienie. – patrz ćwiczenia „Biodeterioracja materiałów budowlanych wywołanych przez grzyby pleśniowe” Brunatna zgnilizna drewna (brown rot fungi)  Rozkład najczęściej występujący w drewnie wyrobionym (w budownictwie oraz konstrukcjach i elementach użytkowanych na otwartej przestrzeni) i stanowiący największe zagrożenie  Grzyby rozkładu brunatnego, dzięki wytwarzanym przez siebie enzymom celulolitycznym, rozkładają jasną, włóknistą celulozę na cukry proste, wykorzystywane jako substancje pokarmowe.  Rozkład celulozy odbywa się początkowo przez przerywanie jej długich łańcuchów, a w ostatecznej fazie prowadzi do całkowitego rozkładu celulozy na monocukry.  W ten sposób drewno traci swój celulozowy szkielet, a konsekwencją jest utrata wytrzymałości na rozciąganie oraz spoistości drewna.  W drewnie pozostaje nierozłożona, bezpostaciowa, brunatna lignina, nadająca drewnu brunatny kolor (stąd nazwa typu rozkładu).  Drewno pęka na charakterystyczne, pryzmatyczne kostki, a w ostatnim stadium rozkładu rozsypuje się w proszek.  Rozkład brunatny spotykany jest głównie na drewnie wbudowanym do budynku lub nieodpowiednio składowanym oraz na elementach drewnianych, pracujących na otwartej przestrzeni (słupy, płoty itp.) Brunatna zgnilizna drewna (brown rot fungi) Serpula lacrymans - grzyb domowy właściwy Brunatna zgnilizna drewna (brown rot fungi)  Gloeophyllum sp. - niszczyca Brunatna zgnilizna drewna (brown rot fungi)  Phaeolus schweinitzii - murszak rdzawy  Biała zgnilizna drewna (white rot fungi) Jest on rzadziej spotykany w drewnie wyrobionym, występując głównie na składowiskach drewna, a przede wszystkim w lesie na żywych i zamarłych drzewach, obłamanych gałęziach i leżaninie. Grzyby, powodujące ten typ rozkładu, wydzielają do drewna zarówno enzymy lignolityczne, jak i celulolityczne, powodując w ten sposób jednoczesny rozkład ligniny i celulozy. Ponieważ drewno zawiera znacznie więcej jasnej włóknistej celulozy niż brunatnej ligniny, więc podczas jednoczesnego rozkładu obu tych składników udział ligniny w drewnie maleje, celulozy zaś (pomimo ubytków) pozostaje na wysokim poziomie. W ostatnim stadium rozkładu dochodzi do sytuacji, że cała lignina jest rozłożona, a pozostaje jeszcze część białej celulozy. Drewno, zachowując swe wymiary, przybiera biały kolor (stąd nazwa typu rozkładu) i daje się rozwłókniać na podłużne płaty i fragmenty czystej celulozy (powszechnie zwane próchnem). Drewno podległe temu rozkładowi nie jest tak silnie osłabione, jak w przypadku rozkładu brunatnego, ale daleko posunięty rozkład może być równie groźny. Grzyby białej zgnilizny drewna: Basidiomycota np. Trametes versicolor - Wrośniak różnobarwny Phanaerochaete chrysosporium - korownica Ascomycota np. Xylaria hypoxylon - próchnilec gałęzisty,  Biała zgnilizna drewna - odmiany  biała jednolita: równomierny rozkład celulozy, ligniny i hemicelulozy, porażone drewno jest jaśniejsze  Biała zgnilizna drewna - odmiany  biała jamkowata (pstra, korozyjna) – najpierw rozkładana jest lignina, hemiceluloza, później celuloza, tworzą się jamki wypełnione biała celulozą Phellinus pini – czyreń sosnowy  Szara zgnilizna drewna (soft rot fungi) Najmniej niebezpieczny Rozłożone drewno przybiera kolor szary i pęka na drobne pryzmatyczne kosteczki, które zwykło się nazywać drewnem zwietrzałym. Destrukcji ulegają wszystkie składniki strukturalne znajdujące się w obszarze działania grzybów, choć rozkładana jest głównie celuloza. Grzyby do swojego rozwoju wymagają bardzo wysokiego poziomu wilgotności drewna (optimum 80–100%). Degradacja przebiega dość wolno i ogranicza się do powierzchniowych warstw drewna, sięgając na głębokość do 2–4 mm. Rozkład szary występuje w drewnie użytkowanym na otwartej przestrzeni i narażonym na ciągłe zawilgocenie. Można go spotkać na drewnianych elementach niezabezpieczonych przed działaniem wody, takich jak: płoty, pale (szczególnie w kontakcie z gruntem i wodą), gonty, nie pomalowane ławki, okna. Szara zgnilizna drewna (soft rot fungi) Grzyby należą do Ascomycota np. Chaetomium globosum Grzyby domowe podzielono na 3 grupy ze względu na rozmiary zniszczeń w materiałach drewnianych: Grupa I - Grzyby najbardziej szkodliwe, powodujące silny i szybki rozkład drewna na dużych powierzchniach: Grzyb domowy właściwy - Serpula lacrymans Grzyb piwniczny - Coniophora puteana Grzyb domowy biały – Fibroporia vaillantii Grupa II - Grzyby mniej szkodliwe, charakteryzujące się gniazdowym występowaniem, powodujące jednak silny rozkład drewna: Wrośniak rzędowy - Trametes serialis Grzyb podkładowy - Neolentinus lepideus Grzyb słupowy - Gloeophyllum sepiarium Grupa III - Grzyby mało szkodliwe powodujące słaby powierzchniowy rozkład drewna: Grzyb składowy - Phlebiopsis gigantea Trzy makroskopowo dostrzegane formy grzyba:  Grzybnia powierzchniowa  Sznury grzybniowe (ryzomorfy)  Owocniki  Grzybnia powierzchniowa  Porasta elementy drewniane i sąsiadujące z nimi mury  Tworzy zbite z licznych strzępek płaty, dostrzegalne gołym okiem na powierzchni elementów  W zależności od gatunku grzybnia może mieć formę:  Puszystą i watowatą o grubości kilku-kilkunastu  Silnie zbitą i mięsistą, przypominającą pergamin lub zamsz  Nikłą przypominającą pajęczynę Sznury grzybniowe (ryzomorfy) Wyrastają z grzybni w postaci wstęg Zbudowane z silnie splątanych strzępek o różnej budowie anatomicznej Mają zdolność rozrastania się na powierzchni materiałów niedrzewnych, przerastania przez mury i beton Służą do rozprzestrzeniania się grzyba wewnątrz budynku i przenoszenia z jednego siedliska na drugie  Sznury grzybniowe (ryzomorfy)  Mogą składać się z:  strzępek normalnych, strzępek naczyniowych o dużej średnicy i cienkich ścianach przewodzących różne substancje  Cienkich strzępek wzmacniających o grubych ścianach, nadających całości sznura wytrzymałość  Enzymy zewnątrzkomórkowe grzybów rozkładających drewno Enzymy: lakazy, peroksydazy i oksydazy. Lakazy - katalizują reakcje utleniania związków organicznych i nieorganicznych z jednoczesną redukcją tlenu cząsteczkowego. Do oznaczenia aktywności lakazy używany jest ABTS (2,2'- azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6- ) – związek sulfonic acid utleniany przez lakazy do zielonej pochodnej.