瘤胃微生物对纤维素的降解及其应用

瘤胃微生物主要包括细菌、真菌和原生动物。其中,瘤胃细菌和瘤胃真菌能分泌纤维素酶,对纤维素有较强的降解能力,主要介绍了瘤胃微生物对纤维素的降解作用及其广阔的应用前景。     

瘤胃纤维素降解细菌的研究进展

反刍动物瘤胃是自然界中最有效的纤维素降解系统，其纤维素降解能力主要源于寄居于其中的纤维素降解细菌、真菌和原虫。其中，瘤胃纤维素降解细菌因数量庞大、种类繁多以及代谢途径丰富，在木质纤维素降解及利用方面发挥着重要作用。本文综述了国内外瘤胃纤维素降解细菌的种类，分析了瘤胃纤维素降解细菌的特性；阐述了瘤胃纤维素降解细菌通过纤维小体对纤维素的降解过程，以及瘤胃微生物之间的相互作用和相互制约关系；简述宏组学技术在开发新纤维素降解菌和新纤维素酶方面的应用，旨在为进一步研究纤维素降解细菌的降解机理，开发新的纤维素菌种和酶资源提供新的思路。     

瘤胃中木质纤维素降解菌及降解酶基因的研究进展

摘要：反刍动物瘤胃是公认的木质纤维素高效降解的天然反应器,对瘤胃微生物的研究成为开发生物能源的热点领域之一。其研究手段已经从传统的依赖分离培养从瘤胃中获得木质纤维素降解菌,并对降解菌中的木质纤维素降解酶逐一分析,发展到通过基因组/元基因组技术,直接从瘤胃中发现获得大量新的木质纤维素降解酶基因/基因簇,进而探讨其降解的分子机理。已有的研究结果表明,瘤胃微生物降解木质纤维素的过程非常复杂,其中涉及到大量不同种类的微生物、酶及基因/基因簇,随着新分析技术的建立和完善,对这些微生物、酶和基因的研究已取得了诸多进展。本论文综述报道了近期有关该方向的研究进展。     

瘤胃木质纤维素降解菌及降解酶基因的研究进展

反刍动物瘤胃是公认的木质纤维素高效降解的天然反应器,对瘤胃微生物的研究已成为开发生物能源的热点领域之一。目前的研究手段已经从传统的依赖分离培养从瘤胃中获得木质纤维素降解菌,并对降解菌中的木质纤维素降解酶逐一分析,发展到通过基因组/元基因组学技术,直接从瘤胃中发现并获得大量新的木质纤维素降解酶基因/基因簇,进而探讨其降解的分子机理。已有的研究结果表明,瘤胃微生物降解木质纤维素的过程非常复杂,涉及大量不同种类的微生物及基因/基因簇,随着新分析技术的建立和完善,对这些微生物和基因的研究已取得了诸多进展。本论文综述了近期有关该方向的研究进展。     

瘤胃微生物对纤维素降解机理

城市有机垃圾中木质纤维素难以被降解的根本原因 ,在于其木质素的物理屏障作用及纤维素本身的结晶结构 ,瘤胃微生物能够高效降解木质纤维素 ,是因为瘤胃菌群中存在各种可以分别降解木素和结晶纤维素微生物 ,它们分泌的各种酶类是降解的关键所在。     

筛选微生物降解木质纤维素的研究进展

木质纤维素资源是自然界中含量丰富的可再生资源,利用微生物降解木质纤维素是一种重要的策略。在综合国内外对木质纤维素降解微生物的筛选方法和研究策略的基础上,从单一菌株、复合微生物菌系和组学技术三个方面对筛选微生物降解木质纤维素进行了总结和分析,阐述了各个策略的优势特点和应用价值,即单一菌株易于培养但降解能力较低,复合菌系降解能力强但传代稳定性较差,组学技术能够更好的解释微生物降解木质纤维素的机理,为筛选木质纤维素降解微生物提供一定的指导。同时提出使用合成生物学的策略进行相应微生物的筛选,旨在为筛选高效降解木质纤维素的微生物提供一定的参考。     

荷斯坦奶牛瘤胃微生物元基因组BAC文库的构建与分析

采用未培养技术和脉冲场电泳技术直接从瘤胃微生物提取到大小在2Mb左右混合微生物DNA,经HindⅢ不完全酶切获得50～100kbDNA片段,将其连接在pCC1BAC载体上,转化E.coliEPI300,得到瘤胃微生物BAC文库,经对文库的鉴定分析,该文库的平均插入片段54.5kb,空载体率小于2%,库容837Mb,共保存15360个克隆。通过对该文库进行部分酶活性筛选,获得具有淀粉酶活性的克隆16个;纤维素酶活性的克隆26个,而且能降解纤维素的克隆中25个呈现多酶活性。这些结果表明该文库具有重要研究价值。     

厌氧真菌生态作用及其分子生物学研究进展

厌氧真菌是瘤胃内重要的纤维降解菌,在瘤胃功能的发挥中起重要作用。目前对厌氧真菌纤维降解能力的研究较多,主要集中于对厌氧真菌纤维降解酶如纤维素酶、木聚糖酶等的研究。在瘤胃中,厌氧真菌对粗纤维的降解是其和瘤胃内其他微生物共同作用的结果,因此,瘤胃内厌氧真菌与他微生物之间相互关系的研究越来越受到重视。现代分子生物学技术的发展有利于更深入和透彻的研究厌氧真菌,利用18S rRNA、RFLPI、TS1等分子生物学方法对厌氧真菌进行系统学及进化研究成为热点。     

不依赖微生物培养的纤维素降解酶及基因资源的挖掘

自然界降解纤维素的微生物及其降解策略呈现多样性的特点。除了获得纯培养的纤维素降解微生物外,自然环境中还有大量不可培养的微生物,这些微生物蕴藏着丰富的纤维素酶和基因资源。环境基因组学和蛋白组学的出现为挖掘这些未知资源提供了必要的技术手段,并且已经取得了一定的成果。以下综述了相关的研究进展,并从群落系统微生物学角度,对天然生境中纤维素的降解机制的研究进行了展望。     

复合菌系降解纤维素过程中微生物群落结构的变化

为明确高效纤维素降解复合菌系降解过程中微生物群落结构的变化规律及关键的降解功能菌,利用该复合菌系对滤纸和稻秆进行生物处理,通过底物降解、微生物生长量、发酵液pH的变化情况,选择不同降解时期复合菌系提取的总DNA进行细菌16S rRNA基因扩增子高通量测序。通过分解特性试验确定在接种后培养第12、72、168 h分别作为降解初期、高峰期、末期。该复合菌系分别主要由1个门、2个纲、2个目、7个科、11个属组成。随着降解的进行,短芽胞杆菌属Brevibacillus、喜热菌属Caloramator的相对丰度逐渐降低;梭菌属Clostridium、芽胞杆菌属Bacillus、地芽胞杆菌属Geobacillus、柯恩氏菌属Cohnella的相对丰度逐渐升高;解脲芽胞杆菌属Ureibacillus、泰氏菌属Tissierella、刺尾鱼菌属Epulopiscium在降解高峰期时相对丰度最高;各时期类芽胞杆菌属Paenibacillus、瘤胃球菌属Ruminococcus的相对丰度无明显变化。上述11个主要菌属均属于厚壁菌门,具有嗜热、耐热、适应广泛pH、降解纤维素或半纤维素的特性。好氧型细菌是降解初期的主要优势功能菌,到中后期厌氧型细菌逐渐增多,并逐步取代好氧型细菌成为降解纤维素的主要细菌。     

蟋蟀后肠纤维素降解细菌的分离与鉴定

近年来,具有农业、能源和环保价值的昆虫微生物种类和基因得到了开发,昆虫肠道微生物展示了其巨大的应用潜力,本研究旨在从蟋蟀后肠分离和鉴定纤维素降解细菌。首先采用羧甲基纤维素钠液体培养基对蟋蟀后肠中的微生物进行富集培养,然后使用羧甲基纤维素钠固体培养基分离和筛选单菌落,再通过16S rRNA测序对纤维素降解细菌进行分子鉴定,最后通过刚果红染色来进一步分析细菌降解纤维素的能力。从蟋蟀后肠中共分离出20株纤维素降解细菌,16S rRNA基因测序结果显示来自肠杆菌属(Enterobacter)9株,不动杆菌属(Acinetobacter)7株,克雷伯氏菌属(Klebsiella)2株,鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)1株和葡萄球菌属(Staphylococcus)1株。刚果红染色试验结果显示,克雷伯氏菌属两株PDSCDXS_2B和8B,鞘氨醇杆菌属PDSCDXS_7C和不动杆菌属PDSCDXS_12C具有较高的纤维素降解能力。这是首次从蟋蟀后肠分离和筛选出来具有纤维素降解能力的细菌,为昆虫源纤维素降解细菌的研究提供了微生物资源。     

瘤胃纤维素降解菌的分离鉴定及其纤维素降解特性

纤维素是地球上最丰富的可再生有机资源,但是其不溶于水和有机溶剂的难降解特性限制了它的利用.多年来,研究者们在利用纤维素资源方面做着努力,其中,利用微生物产生的纤维素酶降解纤维素,具有条件温和、产物产率高和无二次污染等特点,成为目前较有效且更接近自然的一种纤维素处理方法.同时,由微生物产生的纤维素酶在食品、酿酒、造纸、饲料和纺织等行业也有着广泛的应用.     

利用基本培养基初步筛选牛瘤胃中纤维素降解菌

目的初步筛选牛瘤胃中纤维素降解菌。方法分别采用基本培养基（牛肉膏蛋白胨培养基、马丁培养基）,利用好氧、兼性和厌氧3种不同的培养方法进行初选,初步分离牛瘤胃中的细菌与真菌,再通过复选培养基（加入微晶纤维素）,筛选降解纤维素的菌种。结果筛选分离出降解纤维素的1株厌氧细菌和1株厌氧真菌。结论此实验方法简单易行,能够有效地从牛瘤胃中筛选出生长良好的纤维素降解菌。     

人工瘤胃发酵饲料的制作方法

人工瘤胃发酵饲料,是以各种秸秆粉作为主要原料,借助于瘤胃微生物的发酵作用制作而成的一种猪饲料。在牛羊等反刍动物的瘤胃内,共生着一些微生物,它们的主要作用是能将饲料纤维素分解并转变为对生畜体有营养的物质。为了发展养猪事业,开阔饲料来源,提高猪对粗饲料的利用率,几年来,全国不少地     

黄翅大白蚁后肠降解滤纸微生物群落的分析简

黄翅大白蚁（ Macrotermes barneyi）具有高效降解木质纤维素的能力,其后肠内存在着丰富的共生微生物。采用活性电泳和变形梯度凝胶电泳的方法对黄翅大白蚁后肠降解滤纸微生物群落进行分析。活性电泳实验证实了此微生物群落纤维素酶的存在（内切葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶和木聚糖酶）,变形梯度凝胶电泳实验鉴定出微生物组的群落结构,即7种细菌和3种真菌。本研究初步阐明了黄翅大白蚁后肠内与滤纸降解相关的微生物种类,为进一步了解黄翅大白蚁纤维素的降解机制以及生物质资源的高效利用提供了理论基础。     

黄翅大白蚁后肠降解滤纸微生物群落的分析

黄翅大白蚁(Macrotermes barneyi)具有高效降解木质纤维素的能力,其后肠内存在着丰富的共生微生物。采用活性电泳和变形梯度凝胶电泳的方法对黄翅大白蚁后肠降解滤纸微生物群落进行分析。活性电泳实验证实了此微生物群落纤维素酶的存在(内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶),变形梯度凝胶电泳实验鉴定出微生物组的群落结构,即7种细菌和3种真菌。本研究初步阐明了黄翅大白蚁后肠内与滤纸降解相关的微生物种类,为进一步了解黄翅大白蚁纤维素的降解机制以及生物质资源的高效利用提供了理论基础。     

甲基纤维素对生黄瘤胃球菌降解纤维素的抑制效应

高度甲基化的长链纤维素强有力地抑制瘤胃器官的几种纤维素分解菌的纤维素降解作用。确切地说,甲基纤维素对生黄瘤胃球菌FDI生长的抑制效应是由浓度决定的,如0.1％(W/V)时具完全抑制作用;它不抑制菌体在纤维素或纤维寡糖上的生长,甲基化纤维寡糖混合物平均聚合度为6.7—9.5才抑制纤维素降解,平均聚合度为1.0—4.5时则不抑制纤维素的降解。用对硝基酚—β—D—纤维二糖类物质的水解作用测纤维酶活性时,观察到甲     

产纤维素体菌厌氧降解纤维素制乙醇的研究进展

纤维素(植物细胞壁的主要成分)是自然界最丰富的一种可再生资源,但是极难降解利用。纤维素体是一种多酶复合体,能够高效降解纤维素,降解产物能够被某些厌氧微生物利用发酵产乙醇。综述了近年来产纤维素体菌厌氧降解纤维素制乙醇的研究进展,报道了纤维素体结构和功能、重组设计型纤维素体、代谢工程、混菌培养等研究方向的最新成果和思路,并对其前景作了展望。可以预期,随着研究的深入,生物质制乙醇必将日益显示出其强大的市场竞争力。     

降解纤维素的“超分子机器”研究进展

综述了目前关于纤维小体组装模式、纤维小体结构多样性及人工设计纤维小体等方面的研究进展.纤维小体是某些厌氧菌产生的由多个亚基共同组装而成的大分子机器,是致力于组织、协调多种酶组分协同高效催化降解木质纤维素的胞外蛋白质复合体.纤维小体是厌氧微生物水解纤维素的主体,具有非常高效的打破结晶纤维素的结晶结构和降解纤维素链的作用.纤维小体对木质纤维素降解的高效性来自于其自发组装而成的复杂的高级结构,其结构的复杂性因不同的厌氧微生物而有所不同.     

高效降解木质纤维素的白蚁肠道微生物组

木食性白蚁是自然界木质纤维素的高效降解者,在长期进化过程中白蚁与其肠道微生物组协同作用发展出不同的纤维素降解机制。木食性白蚁具有分别来源于白蚁和共生微生物的两套纤维素酶系统。在低等白蚁中,木质颗粒经过白蚁前、中肠分泌的内源性酶初步消化后,在后肠共生鞭毛虫中被降解为乙酸、二氧化碳和氢。高等木食性白蚁在进化中丢失了鞭毛虫,木质颗粒经白蚁自身分泌的酶初步消化后,在后肠大量共生细菌的帮助下被有效降解。培菌类白蚁利用其菌圃中的蚁巢伞菌和肠道微生物协同作用降解木质纤维素。共生微生物在白蚁的氮素固定与循环、中间产物代谢及纤维素降解等过程中发挥了重要作用。学习和模拟白蚁高效降解木质纤维素的体系,对生物质能源的产业化发展具有积极的意义。