木質(zhì)素在自然界中含量非常豐富，它是一種擁有極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，在高等植物細胞壁中木質(zhì)素廣泛存在，是僅次于纖維素的一種生物多聚體化合物，微生物難以降解木質(zhì)素的原因在于木質(zhì)素中各種生物學(xué)穩(wěn)定的復(fù)雜鍵型。如何高效率的利用這類作物資源為目前所研究的熱點課題，傳統(tǒng)工業(yè)制備纖維素材料的方法不僅浪費大量的化學(xué)資源和能源，產(chǎn)生的制漿廢液也污染環(huán)境；白腐真菌是目前應(yīng)用廣泛的、公認安全環(huán)保且無公害的可以將木質(zhì)素降解為簡單無機物的一類微生物。
木材腐朽真菌主要包括白色腐朽菌和褐色腐朽菌2種，其中白色腐朽真菌是木材腐朽真菌中最大的類群，包括大部分木生擔(dān)子菌、少數(shù)子囊菌和半知菌，大多白腐菌可產(chǎn)生漆酶和錳過氧化物酶，極少數(shù)能產(chǎn)生木質(zhì)素過氧化物酶，使木質(zhì)素發(fā)生側(cè)鏈氧化斷裂、β?芳醚鍵斷裂、芳香環(huán)氧化開裂以及苯環(huán)上脫甲氧基或甲基化反應(yīng)而降解；同時木材腐朽真菌也是森林生物多樣性的重要組成部分，在森林生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的降解還原作用，能維持森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動。
竹子纖維素含量高，是優(yōu)質(zhì)的生物精煉資源。但是，由于竹子質(zhì)地緊密、硬度高，木質(zhì)素與纖維素緊密結(jié)合，使得竹子纖維素的利用變得非常困難。細菌在降解木質(zhì)素方面具有pH耐受性、生長溫度適應(yīng)性更強的優(yōu)勢，同時在進行基因工程改造時更加易于操作，具有廣闊的前景，但目前關(guān)于專一降解竹子木質(zhì)素的細菌報道很少，挖掘?qū)ｉT針對竹材的木質(zhì)素降解細菌具有十分重要的意義。本研究從竹林中篩選分離得到木質(zhì)素降解能力強且纖維素降解能力較弱的細菌，優(yōu)化了其最佳生長條件，測定了其木質(zhì)素降解酶、濾紙酶和木聚糖酶的活性，并進一步探究了其降解竹粉和堿性木質(zhì)素的效果。研究結(jié)果為纖維素資源的工業(yè)生產(chǎn)提供了一定的理論基礎(chǔ)及可替代菌株。
摘要
【背景】竹子纖維素含量高，被認為是優(yōu)質(zhì)的生物精煉資源。然而，竹子中的木質(zhì)素與纖維素結(jié)合緊密，降解木質(zhì)素成為有效利用竹子纖維素的關(guān)鍵。
【目的】篩選專一降解竹木質(zhì)素的細菌，并探究其酶活活性及木質(zhì)素降解效果。
【方法】以木質(zhì)素為唯一碳源的培養(yǎng)基進行初篩，苯胺藍、剛果紅培養(yǎng)基進行復(fù)篩，通過測定酶活性評估其木質(zhì)素降解能力。通過掃描電鏡、傅里葉變換紅外光譜和X射線衍射分析竹子降解前后的形貌以及結(jié)構(gòu)變化。
圖1菌株XKG6在不同培養(yǎng)基上的褪色情況A：苯胺藍褪色圈.B：剛果紅褪色圈
圖2菌株XKG6生長的最適pH(A)和最適溫度(B)不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)
圖3菌株XKG6液體發(fā)酵12 d內(nèi)的酶活變化
圖4菌株BYAU-LC3對不同纖維素材料的降解情況
【結(jié)果】從竹林中篩選分離出一株細菌XKG6，為食油假單胞菌(Pseudomonas oleovorans)。菌株XKG6分泌的漆酶、木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶、濾紙酶和木聚糖酶活性最高分別為1 543.21、6 229.32、826.41、2 602.1和1 889.25 U/L。菌株XKG6降解堿木質(zhì)素7 d后的降解率為14.04%。通過傅里葉變換紅外光譜和掃描電鏡發(fā)現(xiàn)竹木質(zhì)素經(jīng)菌株XKG6處理后結(jié)構(gòu)有明顯變化。
【結(jié)論】本研究篩選獲得了一株具有較強木質(zhì)素降解能力的細菌，該菌株在降解竹木質(zhì)素過程中保留了較多的纖維素，為纖維素資源的工業(yè)生產(chǎn)提供了潛在的替代菌株。
相關(guān)新聞推薦
1、基于微生物研究酸和鋁脅迫下提高水稻產(chǎn)量的方法