纤维素降解菌.docx

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纤维素降解菌

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.LIYan-rong.ZHOUGuo-ying.HUQing-xiu.FENGZuo-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