Mechanismen des Abbaus von chemisch modifiziertem Holz durch holzzerstörende Basidiomyceten
Final Report Abstract
Das Projekt beschäftigte sich mit der Wirkung der Holzbehandlung mit 1,3-Dimethylol-4,5- dihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU) auf die Resistenz gegenüber holzzerstörenden Basidiomyceten. Das Behandlungsverfahren befindet sich bereits in der Phase der industriellen Umsetzung und war Gegenstand diverser Rundfunk-, Fernseh- und Zeitungsberichte. Ein vollständiger Schutz (Gewichtsveriust unter 3%) durch die Behandlung ergab sich für Buche gegenüber Trametes versicolor und Coniophora puteana bei einem Modifizierungsgrad von etwa 15% und für Kiefer gegenüber C. puteana bei etwa 10%. Die Zunahme des Modifizierungsgrades führte zu einer deuüichen Verringerung der Besiedlung des Holzes durch die Pilze, welche anhand der Besümmung der Gesamtesteraseakfivität und der Wänneproduküon besfimmt wurde. Eine Abnahme der Aktivitäten extra-zellulärer Oxidasen und Hydrolasen resulfierte aus der abnehmenden Besiedlung bei steigendem Modifizierungsgrad. Die Mikrokalorimetrie erwies sich hierbei als sehr präzise Methode zur zerstörungsfreien Messung der pilzlichen Aktivität im Holz. Selbst bei sehr hohen Modifizierungsgraden ließ sich noch eine metabolische Aktivität nachweisen. Dies zeigte, dass das behandelte Holz keine toxische Wirkung auf den Pilz ausübt. Das Mischen von monomerem DMDHEU mit dem Agar-Anzuchtmedium der Pilze führte nur bei sehr hohen Konzentrafionen zu einer Wachstumsreduktion und spiegelte die sehr geringe biozide Wirkung der DMDHEU-Monomere wider. Die Anwendung unterschiedlicher Methoden ergab, dass bis zu einem Modiftzierungsgrad von 15% das Volumen der Makro-Poren im Holz durch die Modifizierung kaum verändert war. Dies deutet darauf hin, dass nur geringe Mengen an polymerem DMDHEU in den Lumen der Zellen zu finden sind. Das Volumen und die Durchmesser der Mikroporen in der Zellwandmatrix waren jedoch als Folge der Modifizierung deuüich reduziert. Dies könnte zu einer geringeren Eindringung von extra-zellulären Enzymen oder niedrigmolekularen Abbauagenzien in die Zellwandmatrix führen. Untersuchungen an sehr feinem modifiziertem Holzmehl ergaben im Vergleich zu intakten Holzklötzchen allerdings keine deuüich höheren Gewichtsveriuste im Pilzversuch. Dies deutete darauf hin, dass die veränderte Zugänglichkeit der Zellwandmatrix durch Verringerung der Porendurchmesser nicht, wie in der Literatur beschrieben, der Hauptgrund für die erhöhte Pilzresistenz ist. Vielmehr konnte durch Umsetzung modifizierter Cellulose gezeigt werden, dass die Modifizierung den Angriff von Cellulase und die Freisetzung von einfachen Zuckermolekülen verhinderte. Erst nach Umsetzung modifizierter Cellulose mit dem Fenton-Reagenz, das zur Erzeugung von Hydroxylradikalen führt und als Hauptmechanismus des Polysaccharidabbaus durch Braunfäulepilze gilt, konnte eine erhöhte Zuckerfreisetzung durch Cellulase beobachtet werden. Untersuchungen an Mikrofurnieren ergaben aber, dass die DMDHEU-Behandlung einem Fesfigkeitsveriust durch Fenton-ähnliche, oxidafive Systeme deuüich entgegenwirkte.
Publications
- Verma, P., Mai, C, Krause, A., Miiitz, H. (2005) Studies on the resistance of DMDHEU treated wood against white-rot and brown-rot fungi. IRG-Document IRGA/VP/05-10566, Stockholm, Sweden.
- Vernia, P., Dyckmans, J., Miiitz, H., Mai, C. (2008) Determination of fungal activity in modified wood by means of micro-calorimetry and determinahon of total esterase activity. Appl. Microbiol. Biotechnol. 80:125-133
- Xie, Y., Krause, A., Miiitz, H., Turkulin, H., Richter, K., Mai, C. (2007) Effect of treatments with 1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethy!eneurea (DWIDHEU) on the tensile properties of wood. Holzforschung 61: 43-50
