纤维素降解菌.doc

那些是植物结构多糖，是细胞壁的主要成分。通过对降解纤维素微生物发生的分析。可知具有降解纤维素能力的微生物分布在细菌、放线菌、和真菌的许多菌属中，其中真菌被认为是自然界中有机质特别是纤维素物质的主要降解者、降解纤维素微生物种类 木质素的存在 木质素（lignin ）与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架，是自然界中在 数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，据估计全世界每年可产生 600 万亿吨18 。木质素是植物的主要成分之一，它是植物细胞胞间层和初生壁的主 要填充物，其产量是仅次于纤维素的最为丰富的有机物，通常在木质细胞中占 15%30%。从化学结构看19，针叶树的木质素主要由松柏醇的脱氢聚合物构成 愈创木基木质素；阔叶树的木质素由松柏醇和芥子醇的脱氢聚合物构成愈创木 基 紫丁香基木质素；而草本植物则是由松柏醇、芥子醇和对香豆醇的脱氢聚合 物和对香豆酸组成因而使木质素成为结构复杂、稳定、多样的生物大分子物。 木质素依靠化学键与半纤维素连接，包裹在纤维之外，形成纤维素。植物组织 由于木质素存在而有了强度和硬度。 在生活生产中，大部分的木质素被直接排放，不仅浪费了这种宝贵的资源， 还对周围环境产生巨大影响，因此研究木质素的降解和利用越来越成为热门的 课题。绿色植物 占地球陆地生物量的95% ，其化学物质组成主要是木质素、纤维素和半纤维素，它们 占植物 干重的比率分别为 15%20%,45%和20% 农作物秸杆是这类生物质资源 的重要组成部分，全世界年 产量为 20 多亿吨，而我国为 5 亿多吨 但是，要充分、有效地利用这类资源却相当困难，这是 由于秸秆产量 ! B 随季节变化，且量大、低值、体积大、不便运输，大多数动物都不能消化其木质纤维素，自然降解过程又极其 缓慢，导致大部分秸秆以堆积、荒烧等形式直接倾入环境，造成极大的环境污染和浪费 存在于秸秆中的非水溶性木质纤维素很难被酸和酶水解，主要是因纤维素的结晶度、聚合度 以及环绕 着纤维素与半纤维素缔合的木质素鞘所致 木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其 中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，而木质素的非水溶性、化学结构的复杂性，导致 了秸 秆的难降解性 所 以，要彻底降解纤维素，必须首先解决木质素的降解 问题 因此，秸秆利用 的研究从过去 的降解纤维素的研究转 向了木质的降解研究，作者对此进行了综述 木质素降解微生物的种类 在 自然界中，能降解木质素并产生相应酶类的生物 只 占少数 %木质素的完全 降解是真菌、细菌及相应微生 物群落共同作用的结果，其 中真菌起着主要作用 % 降解 木质素的真菌根据腐朽类型分为：白腐菌使木材呈 白色腐朽的真菌；褐腐菌使木材呈褐色腐朽的真菌 和软腐菌 %前两者属担子菌纲，软腐菌属半知菌类 % 白腐 菌降解木质素 的能力尤于其 降解纤维素 的能力，这 类 菌首先使木材中的木质素发生降解而不产生色素 %而后 两者降解木质素的能力弱于其降解纤维素的能力，它们 首先开始纤维素的降解并分泌黄褐色 的色素使木材黄 褐变，而后才部分缓慢地 降解木质素 % 白腐菌能够分泌 胞外氧化酶降解木质素，因此被认为是最主要的木质素 ， 降解微生物 !木质素的生物降解的应用 木质素的生物降解 目前成功地用于生产实践的实际应用 尚不多见，但在有些方面的研究 已经显现 出 诱人的前景 - &）造纸工业 分解木质素的酶类在造纸工业上的应用有两个方面，一是用改造 旧的造纸工艺，用于生 物制浆、生物漂 白和生物脱色 -黄孢原毛平革菌和 P.brvispora等在国外 已经得到成功利用 -如用P.brvispora)(%/ 进行生物制浆预处理可降低 47%的能耗并增加了纸浆的张力，但它们的木质素降解率和产酶量都还 是极为有限的，处理时间过长，距大规模推广应用 尚有一定的距离 - 二是木质素分解菌或酶类用于造纸废 水的处理，这方面的国内外研究报告已有很多且 已取得了一定的实效 0 - %）饲料工业 木质素分解酶或分解菌处理饲料可提高动物对饲料的消化率 - 实际上，木素酶和分解菌 的应用 已经突破了秸秆仅用于反刍动物饲料的禁地，已有报道饲养猪、鸡 的实验效果 - 目前，以木素酶、纤 维素酶和植酸酶等组成的饲料多酶复合添加剂 已达到了商品化的程度 - ）发酵与食品工业 木质纤维素中木质素的优先降解是制约纤维素进一步糖化和转化 的关键，已有 很多实验偿试使用秸秆进行酒精发酵或有机酸发酵，但看来这还有很长的路要走 -在食品工业如啤酒的生 产中，可使用漆酶等进行沉淀和絮凝的脱除，使酒类得到澄清 - !）生物肥料 传统上 曾使用高温堆肥的办法来使秸秆转化为有机肥料，但这些操作劳动强度大，近年 来不为农民所欢迎 最近，秸秆转化为有机肥料的简单而行之有效的办法是秸秆就地还 田 但是，还 田秸秆 - - 在 田间降解迟缓并带来了一系列的耕作问题，而解决这些 问题的关键是加速秸秆的腐熟过程，因此，以白 腐菌为代表的木质素降解微生物为这种快速腐熟提供了理论上的可能性 -在国内，已有几家科研单位在进 行相相似文献(10条) 1.期刊论文 李燕荣.周国英.胡清秀.冯作山.LI Yan-rong.ZHOU Guo-ying.HU Qing-xiu.FENG Zuo-shan 食用菌 生物降解木质素的研究现状 -中国食用菌2009,28(5) 木质素是农作物秸秆中的主要成份之一,木质素降解直接影响秸秆等植物资源的利用效率.从降解木质素的食用菌种类、食用菌木质素降解酶系及 其营养调控机理、应用前景共4个方面,综述了食用菌生物降解秸秆木质素的研究现状. 2.学位论文 黄红丽 堆肥中木质素的生物降解及其与腐殖质形成关系的研究 2006 随着社会的发展，有机固体废物的排放急剧增加。如何有效处理有机固体废物已成为当前世界各国十分关注的课题。目前，堆肥化已成为有机固 体废物处理技术的研究热点。有机固体废物(特别是农业废物)中含有大量木质纤维素，而木质素的保护作用及其难降解性使得加速木质素降解成为堆 肥充分腐熟的关键。 近几十年来，国内外学者一直在寻找能够快速降解木质素的最佳菌剂。其中研究得最多的是白腐真菌，但非真菌类微生物群在木质纤维素循环中 也起到了重要作用。因此，本课题就栗褐链霉菌对稻草木质素的降解展开了研究。 分别在固、液态培养条件下，研究了不同外加碳氮源对栗褐链霉菌在降解木质纤维素过程中胞外酶活性的影响，并考察了木质素降解中间产物 可酸沉淀的多聚木质素APPL的产量及培养前后木质纤维素三种组分的绝对量变化。结果表明，在固态发酵中，外加碳氮源对过氧化物酶的产生及 木质素的降解均有促进作用，但对半纤维素酶和纤维素酶的产生及半纤维素和纤维素的降解均有抑制作用；外加氮源-酵母膏对APPL的产生具有明显的 促进作用，而外加氮源-氯化铵和外加碳源-葡萄糖均抑制APPL的产生；在液态发酵中，外加氮源-酵母膏对栗褐链霉菌产过氧化物酶和APPL的产生均有 显著的促进作用，但对产半纤维素酶和纤维素酶没有明显作用；而外加氮源-氯化铵对三种酶及APPL的产生都具有一定的抑制作用；外加碳源-葡萄糖 能在一定程度上促进半纤维素酶和纤维素酶的产生，但对过氧化物酶和APPL的产生具有抑制作用。外加氮源-酵母膏外加氮源-氯化铵能明显提高木质 素的降解率，而外加碳源-葡萄糖均抑制木质素的降解。 另外，腐殖质形成学说中的木质素学说表明木质素降解与腐殖质形成有着密切联系。由于各微生物的木质素降解机理不同，故其对腐殖质形成的 作用也不同。 据此，我们比较研究了两种不同木质素降解菌：黄孢原毛平革菌和栗褐链霉菌及土著微生物培养条件下木质素降解率、腐殖质总量、各组分含量 及胡敏酸E4/E6的变化，研究了不同木质素降解菌在腐殖质形成过程中的作用。结果表明，接种有木质素降解能力的微生物有利于土壤中腐殖质总量的 形成，其中栗褐链霉菌相对来说更有利于木质素降解过程中腐殖质的形成，从而更有利于堆肥质量的提高；两种微生物降解木质素形成腐殖质的过程 有所不同：黄孢原毛平革菌首先将木质素转化成富里酸进而富里酸转化为胡敏酸，而栗褐链霉菌主要是使木质素结构发生改性形成胡敏酸，后来转化 为富里酸。经微生物作用后，土壤中胡敏酸E4/E6总趋势均有所增加，但在全过程中呈现动态变化。 3.期刊论文 池玉杰.鲍甫成 木质素生物降解与生物制浆的研究现状分析 -林业科学2004,40(3) 综述了木质素生物降解与生物制浆的研究现状,包括木质素降解代谢产物和降解途径与机制的研究、参与木质素降解的酶及其作用机制的研究、木 腐菌对木材和木质素降解能力的研究以及高效降解木质素的生物制浆用优异菌株的筛选.对木质素生物降解与生物制浆的研究进行了展望.结果表明:生 物制浆由于既节省能源又有环境友好的特性而具有毋庸置疑的应用前景,在我国加强木质素生物降解和生物制浆的研究是势在必行的,这对于保护环境 ,缓解能源危机以及制浆造纸业的可持续发展都具有重要的意义. 4.学位论文 陈芙蓉 农林废物堆肥化中木质素生物降解研究及接种剂开发 2008 目前，堆肥化处理技术已成为农业废物资源化利用技术之一，该方法能实现农业废物循环利用，既可取得良好的经济效益，又可实现清洁生产 ，防止环境污染。目前，堆肥化处理技术正进入科学化的新阶段，为了改善该技术存在的如历时时间长，肥效低等诸多不足，提高堆肥效率、提升产 品质量，使之能大规模推广应用，国内外研究者就堆肥设备、堆肥化工艺、堆肥微生物学、堆肥化控制以及堆肥技术和产品的应用等方面开展了大量 研究工作。其中，限速有机物的降解一直被认为是快速堆肥的关键，农业废物堆肥化中的限速有机物主要是指木质纤维素，这类有机物结构坚硬，分 解困难，与腐殖质产生有密切联系。 木质素是农业废物堆肥化过程中的主要限速有机物，其降解被认为是快速堆肥的关键。本研究采用PLFA方法定量分析堆肥化过程中木质素降解微 生物学机理，并以此为依据，研究开发高效堆肥化接种剂。 应用PLFA-PLS法构建了木质素含量与PLFA之间的定量回归模型，分析模型参数可发现，农业废物堆肥化过程中木质素的有效降解是数量少、能力 强与数量多、能力弱的微生物共同作用的结果，前者主要是真菌、放线菌，后者主要是细菌，其中真菌与放线菌在堆肥化过程中占主导地位。微生物 种类较之数量对于木质素降解更为有利。在高温期，有效的木质素降解微生物群落组成为：革兰氏阳性细菌：革兰氏阴性细菌：放线菌：真菌为 42：35：6：1 7；在二次发酵期为：革兰氏阳性细菌：革兰氏阴性细菌：放线菌：真菌为58：23：4：15。微生物浓度数量级为108cells/g dw。 选取农林废物堆肥中筛选出的木质素降解优势土著微生物枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis)、铜绿假单孢菌(Pseudomonas aeruginosa)、黑曲霉 (Aspergillusniger)、简青霉(penicillium simplicissim)、栗褐链霉菌(Streptomyces badius)，依据PLFA-PLS定量分析所得堆肥化二次发酵期有效 的木质素降解微生物群落组成比例混合接种至稻草基质发酵瓶中，做一组正交试验L9(34)以优化混合比例，以期研究开发一种基于木质素降解的高效 堆肥化接种剂。试验结果表明：、混合菌剂具有较强的木质素降解能力，其对木质素降解是木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维素酶和半 纤维素酶共同作用的结果；当按照个数比细菌：放线菌：真菌为85：5：10；枯草芽孢杆菌：铜绿假单孢菌为55：25；黑曲霉：简青霉为2：1配比时 ，木质素、纤维素、半纤维素降解率最高，分别达到22.1 3、48.97、55.93。在不灭菌的前提下，按此配比接入菌剂相对于不接菌剂发酵稻草 其木质素、纤维素、半纤维素降解率分别提高19.16、38.25、46.30。 5.期刊论文 张辉.戴传超.朱奇.杨启银 生物降解木质素研究新进展 -安徽农业科学2006,34(9) 对降解木质素的微生物种类、木质素降解酶的理化性质、营养调控、分子生物学研究和应用方面的研究进展进行了综述. 6.学位论文 张海云 碱法草浆造纸黑液中木质素生物降解研究 2006 造纸工业是对环境污染非常严重的行业之一，治理造纸废水的关键是对木质素的有效治理。本文通过大量的实验研究工作，首次系统地对木质素 降解菌的分离与生长繁殖特性、高效降解菌对木质素降解性能、生物强化因子综合实验等进行了深入研究，为提高治理造纸黑液中木质素的处理效果 提供理论依据。 1从51种菌株中分离筛选出了7株真菌，它们可以在含有木质素的培养基上良好生长；对7株真菌降解木质素性能进行了初步的研究。 2在对初筛菌株生长性能的研究中，计算不同菌株的世代时间分别为：菌株A为17.1h，菌株B为14.6h，菌株C为22.4h，菌株D为19.3h，菌株E为 27.4h，菌株F为20.3h，菌株G为9.6h。 3在实验室条件下，实验结果表明菌株适宜生长温度和pH菌株A为30、pH为7，菌株B为30、pH为7，菌株C为35、pH为7，菌株D为30、pH为 - Page 9-7，菌株E为30、pH为8.5，菌株F为35、pH为7，菌株G为35、pH为7.5。根据造纸行业黑液废水排放的实际情况，实验条件初步确定为温度30、 pH为8。4在实验的基础上，选择降解率较高的菌株C、D、E作为实验菌株，采用人工诱变法-紫外线照射诱变法，利用摸索出的合适的诱变剂量对分离 筛选出的三株木质素降解菌株进行了一系列的诱变处理，经扩大培养，得到三株生长及降解效果较好的菌株X、Y、Z。菌株降解效果测定结果表明，对 木质素降解性能均有明显的提高，菌株X降解性能高于菌株Y、Z。 5通过生长曲线确定诱变菌株的世代时间，菌株X为13.9h，菌株Y为15.6h，菌株Z为9.2h；较实验菌株有所缩短。 6对分离出的高效菌株的特性进行了较为详细的研究，主要对各种环境条件下，影响因子对菌株生长繁殖、降解木质素能力的变化进行了实验研究 ，摸索出了最适的菌株培养条件，在这些条件共同作用下，菌株降解木质素的效率有很大的提高，最高木质素去除率可达40以上。培养条件的实验 研究结果表明，当温度为30，pH值为8.120r/min振荡培养时，有利于菌株的生长繁殖。 7通过多种共代谢初级碳源、共代谢初级氮源对降解菌生长与降解性能比较，确定葡萄糖为合适的共代谢初级碳源，硝酸铵为合适的初级氮源；培 养基中无机离子的添加的加入量的正交实验研究结果表明，向原有降解培养基中加入10mg/L的Mn2+离子，0.1mg/L的Cu2+离子，0.25mg/L的Fe2+离子 ，会大大提高木质素的去除率；综合条件下的正交实验研究结果表明，培养基中加入共代谢初级碳源：葡萄糖浓度为2g/L，硝酸铵浓度为1.5g/L，菌 株比例为XYZ为111，木质素去除率最为理想。 7.期刊论文 陈立祥.章怀云 木质素生物降解及其应用研究进展 -中南林学院学报2003,23(1) 木质素生物降解可广泛应用于造纸工业、环境保护、饲料工业、酒精发酵以及生物肥料等领域.综述了木质素及木质素降解酶系的分子结构、木质 素降解的机理、降解木质素的微生物种类、木质素降解酶类的分子生物学特征等方面的研究进展以及木质素降解在生产中的应用情况. 8.学位论文 邓勋 几种食用菌菌株对稻草的生物降解研究 2004 该论文运用菌物学、食用菌栽培学及分析化学方法,对13个食用菌菌株对稻草生物降解能力及降解产物进行了研究.在供试菌株中,侧耳、金顶侧耳 、黄白侧耳、猴头、亚侧耳、双孢蘑菇、巴西蘑菇、金针菇(白)和金针菇(黄)为选择性降解木质素的菌株;毛头鬼伞、滑菇和白阿魏菇为选择性降解综 纤维素的菌株;蒙古白蘑在培养基上几乎没有生长,也没有产生变色圈.各菌株对稻草的降解能力相差较大.在供试菌株中,侧耳对木质素降解能力最强 ,在15天的培养中,木质素降解率为17.86,金针菇(白)最低,只有2.30;滑菇对综纤维素降解能力最强,在15天的培养中,综纤维素降解率为 17.32,侧耳最低,只有2.44.无论生料栽培还是熟料栽培,菌株间的生物转化率差异均十分显著,生料栽培鸡腿蘑的生物转化率最高,达到 234.96,平菇相对较低,只有136.98;熟料栽培平菇的生物转化率最高,为99.19,金针菇最低,只有78.89.无论生料栽培还是熟料栽培,平菇的生 产周期都最短.生料和熟料的栽培方式对平菇的产量和生物学效率没有大的影响.而姬菇则不同,不同的处理方式对其影响显著,生料栽培更适合姬菇.生 料栽培平菇后,稻草中的木质素被降解了50.24,为供试菌株中最高;姬菇最低,只有11.66.该结果与稻草降解试验结果基本一致,该结果间接验证了 稻草降解试验的准确性,也进一步说明,通过稻草栽培食用菌来实现稻草中木质素的降解是可行的.采用气-质色谱(GC/MS)和红外光谱(IR)对木质素降解 产物进行分析结果表明:供试3株菌株中,平菇对稻草的降解最明显,在气-质色谱分析中,检测出了大量含有苯环的小分子,证明了木质素聚合体的降解 .降解首先发生在单体的侧链及单体间的连键上,发生C-C、-O-4等断裂,形成了单体.在进一步的降解过程中,平菇表现了其自身特有的降 解机制,取代苯环单体上的甲氧基为甲基,而后发生苯环的开裂,这与报道过的白腐菌降解过程有所不同.在红外光谱分析中,平菇对木质素的降解明显 ,降解产物中含有很多木质素单体所特有的基团,如紫丁香基,愈创木基等,说明木质素发生了降解,而且首先发生的主要是侧链的氧化反应.与平姑不同 的是,鸡腿蘑不能彻底的降解木质素大分子,只能部分的断裂单体间的连键,姬菇由于提供的数据太少,不能作出判断. 9.期刊论文 邓勋.宋瑞清.宋小双.DENG Xun.SONG Rui-qing.SONG Xiao-shuang 平菇(Pleurotus ostreatus)对 稻草中木质素的生物降解及降解产物分析 -菌物研究2007,5(2) 变色圈试验证明平菇可以选择性优先降解稻草中的木质素,培养15 d后,平菇对稻草中的木质素降解率为17.86%,对综纤维素降解率为2.44%,选择性 指数为9.79.生料栽培平菇后,稻草中的木质素被降解50.24%.用气-质色谱(GC/MS)和红外光谱(IR)对木质素降解产物分析结果表明,平菇对稻草中木质 素的降解效果十分明显,降解产物中检测出了大量含有苯环的小分子,证明木质素聚合体的降解首先发生在单体的侧链及单体间的连键上,发生C- C、-O-4等断裂,形成了单体.在进一步的降解过程中,平菇表现了其自身特有的降解机制,取代苯环单体上的甲氧基为甲基,而后发生苯环的开裂,这 与报道的白腐菌降解过程有所不同.红外光谱分析中,平菇对木质素的降解明显,降解产物中含有很多木质素单体所特有的基团,如紫丁香基、愈创木基 等,说明木质素的降解首先发生的是侧链的氧化反应. 10.学位论文 王海磊 造纸废水的生物降解及相关研究 2004 本论文对能降解造纸废水的细菌、真菌进行了分离、筛选。通过单株降解木质素试验，考察各菌株利用造纸废水中木质素的能力。并将降解能力 强的菌株进行优化组合，加入到SBR反应器中，利用生物强化技术，研究其强化处理造纸废水的可行性及优化工艺条件，在此基础上，首次将 ASBR/SBR串联起来，以提高对造纸废水的处理能力，尝试为造纸废水及其他工业废水的治理提供一条新途径。在废水处理过程中，利用光学显微镜 ，对好氧及厌氧颗粒污泥的形成过程、好氧颗粒污泥的形成机制等进行跟踪观察和研究。结果显示： 通过分离、筛选，得到降解木质素能力高的优势菌株：细菌W10，真菌F8。将细菌鉴定至属，发现其产酶特性至今鲜见报道。对优势菌株及 Phanerochatechrysosporium单株降解木质素条件进行优化，包括转速、接种量、pH和温度。结果显示：W10的最佳降解条件是150r/min、33、 pH5.5、接种量7.5；F8的最佳降解条件是100r/min、33、pH5.5、接种量5；P.chrysosporium的最佳降解条件是100r/min、30、pH5.5、接种 量5。 试验探究了