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。     

国家自然科学基金委员会生命科学部1999年度资助自由申请科学基金项目一览表

项目名称负责人单位名称1微生物学学科（43项）中国土壤分离的生物活性链霉菌的多相分类研究刘志恒中国科学院微生物研究所木霉及其有性型分子系统学研究徐同浙江大学微生物来源的折叠酶和分子伴侣的研究张渝英中国科学院微生物研究所褐腐真菌降解纤维素的机理研究高培基山东大学肌醇和磷脂酸肌醉在酵母菌蔗糖酶分泌调控中的作用池振明山东大学固氮酶活性中心催化N。和H十还原位点的分析王友绍中国农业大学地中海拟无枝菌酸菌遗传操作系统的建立姜卫红中国科学院上海植物生理研究所细菌的适应突变研究王敖全中国科学院微生物研究所极端嗜热…     

培菌白蚁菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展

白蚁及其共生微生物协同降解植物细胞壁的机理一直被世界各国科学家所关注。培菌白蚁作为高等白蚁,相比低等食木白蚁具有更多样化的食性,其利用外共生系统“菌圃”,对多种植物材料进行处理。本文综述了菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展,以期为深入研究菌圃中木质纤维素降解过程及其机制,并挖掘利用菌圃降解木质纤维素的能力及仿生模拟菌圃开发新的生物质利用系统提供参考。培 菌白蚁在其巢内利用由植物材料修建的多孔海绵状结构——“菌圃”来培养共生真菌鸡枞菌Termitomyces spp.,形成了独特的木质纤维素食物降解和消化策略,使木质纤维素在培菌白蚁及其共生微生物协同作用下被逐步降解。幼年工蚁取食菌圃上的共生真菌菌丝组成的小白球和老年工蚁觅得食物并排出粪便堆积到菌圃上成为上层菌圃。这一过程中,被幼年工蚁取食的共生真菌释放木质素降解酶对包裹在植物多糖外部的木质素屏障进行解聚。菌圃微生物(包括共生真菌)对解聚的木质素基团进一步降解,将多糖长链或主链剪切成短链,使菌圃基质自下而上被逐步降解。最后下层的老熟菌圃被老年工蚁取食,其中肠的内源酶系及后肠微生物将这些短链进一步剪切和利用。因此,蚁巢菌圃及其微生物是培菌白蚁高效转化利用木质纤维素的基础。化学层面的研究表明,菌圃能够实现对植物次生物质解毒和植 物纤维化学结构解构。对共生真菌相关酶系的研究显示可能其在菌圃的植物纤维化学结构和植物次生物质的降解中发挥了作用,但不同属共生真菌间其效率和具体功能不尽相同。而菌圃中的细菌是否发挥了作用和哪些细菌类群发挥了作用等仍有待进一步的研究。相比于低等食木白蚁利用其后肠共生微生物降解木质纤维素,培菌白蚁利用菌圃降解木质纤维素具有非厌氧和能处理多种类型食物两大优势,仿生模拟菌圃降解木质纤维素的机制对林地表面枯枝落叶的资源化利用具有重要意义。     

木质纤维素的微生物降解

木质纤维素广泛存在于自然界中,因结构复杂,其高效降解需要多种微生物的协同互作,由于参与木质纤维素降解的微生物种类繁多,其协同降解机理尚不完全明确。随着微生物分子生物学和组学技术的快速发展,将为微生物协同降解木质纤维素机制的研究提供新的方法和思路。笔者前期研究发现,细菌复合菌系在50℃下表现出强大的木质纤维素降解能力,菌系由可分离培养和暂时不可分离培养细菌组成,但是可分离培养细菌没有降解能力。通过宏基因组和宏转录组研究表明,与木质纤维素降解相关的某些基因表达量发生显著变化,通过组学方法有可能更加深入解释微生物协同降解木质纤维素的微生物学和酶学机理。文中从酶、纯培养菌株和复合菌群三个方面综述了木质纤维素微生物降解研究进展,着重介绍了组学技术在解析复合菌群作用机理方面的现状和应用前景,以期为探索微生物群落协同降解木质纤维素的机理提供借鉴。     

生物垃圾好氧处理中的纤维素降解菌生长规律研究

目的:研究了蔬菜垃圾好氧处理过程中,纤维素降解菌和半纤维素降解菌(细菌和真菌),纤维素酶活和半纤维素酶活,和有机物降解之间的变化规律。方法:用添加纤维素和半纤维素的牛肉膏蛋白胨培养基和查式培养基,分别培养计数纤维素降解细菌、真菌和半纤维素降解细菌、真菌;马福炉灼烧测有机物含量。结果:好氧处理的初始阶段中,前4d有机物日均降解率5.2%,后3d日均降解率2.2%。结论:半纤维素降解菌的数量比纤维素降解菌的多,半纤维素酶活力,也高于纤维素酶活力;微生物的变化情况为前6d产两种酶的微生物主要有细菌和真菌;从第6d开始真菌快速生长;至第7d真菌纤维素酶和半纤维素酶活力显著升高。     

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。     

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。     

我国南方红壤矿区复垦土壤的微生物生态特征研究Ⅰ对土壤微生物活性的影响

通过对浙江哩浦铜矿废弃地土壤微生物、土壤酶活性及生化作用强度研究表明,与对照土壤相比,矿区土壤微生物总数下降68．43％～80．32％,细菌、放线菌数量减少,但真菌变化不明显,各主要生理类群硝化细菌、氨化细菌、固氮菌、纤维素分解菌数量均呈下降趋势,土壤基础呼吸速率下降;土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶酶活性均有不同程度减弱;土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用和纤维素分解强度降低,抑制了矿区土壤C、N的周转速率和能量循环,土壤微生物活性减弱是矿区复垦土壤微生物生态的重要特征之一。     

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。     

粘细菌产生的水解酶类研究进展

粘细菌隶属于δ变形菌纲(Deltaproteobacteria),是重要的药源微生物类群,但是其分离培养困难,严重限制了粘细菌资源的发掘和开发利用。粘细菌是微生物捕食者,通过产生丰富多样的胞外水解酶,如淀粉酶、蛋白酶、几丁质酶、纤维素酶、磷酸酶、蛋白酶等来裂解其他微生物或分解纤维素等作为营养物质来源。目前,粘细菌分离纯化技术主要是利用被捕食菌或纤维素诱导法。可以说,粘细菌胞外水解酶是研究其分离培养方法的物质基础。然而,目前研究者们对粘细菌产生的水解酶类关注较少。本文主要对粘细菌产生的水解酶种类、性质及其功能进行归纳总结,为今后粘细菌分离培养技术和开发利用等相关研究提供参考。     

外源纤维素诱导明显影响微生物土壤结皮细菌群落结构

【目的】微生物土壤结皮(Microbial soil crusts, MSCs)对于遏制土壤荒漠化、恢复荒漠地区生态环境起着重要作用。MSCs中的微生物, 特别是纤维素降解菌, 起着稳固、修复生态环境的功能。外源纤维素诱导是全面认识MSCs中纤维素降解细菌的多样性及其在MSCs形成和发展中的作用的重要途径。【方法】通过对微生物土壤结皮分别添加小麦秸杆(麦秸)、锯末木屑两类纤维素材料进行诱导, 以PCR-DGGE方法分析细菌群落变化。【结果】外源纤维素, 特别是麦秸的添加会迅速提高MSCs中细菌丰富度及多样性, 将细菌丰富度提高约66.7%, Shannon-Weiner指数提高约15.8%; 相同处理的样品聚类位置较近, 说明纤维素对于MSCs细菌菌群变化起主导作用; 细菌群落结构组成在添加纤维素诱导后发生了变化, 麦秸诱导样品与同时期对照样品差异最大, 但各样品中Firmieutes和Alphaproteobacteria始终为优势类群; 所得DGGE条带序列中有13条与纤维素降解菌序列同源性相近, 他们所代表的细菌很可能具有纤维素降解能力, 其中厌氧性的梭菌属(Clostridium)所占比例最大, 约为46.1%, 其次为芽孢杆菌属(Bacillus), 约占30%; 纤维素降解过程中, 诱导增加了MSCs发育有重要作用的一些类群如Microcoleus vaginatus和一些Alphaproteobacteria类群细菌等的丰度和多样性, 它们中有的可通过分泌多糖物质等增强土壤颗粒黏结、有的可以其固碳或固氮等能力提高土壤营养水平。【结论】为认识外源纤维素诱导MSCs细菌群落结构的变化规律, MSCs中纤维素降解细菌的多样性及纤维素降解细菌对MSCs形成和发展的作用提供了基础, 同时也为恢复荒漠生态系统实践方法提供了理论依据。     

国家自然科学基金委员会生命科学部1998年度资助自由申请科学基金项目一览表

项目名称负责人单位名称1微生物学学科（46项）RAPD技术在拟茎点霉届真菌分类上的应用研究姜子德华南农业大学线粒体在酵母菌耐高浓度酒精中的作用池振明山东大学纤维堆囊菌载体系统的构建及对Epothilone合成的李越中山东大学分析可高效降解木素的“漆酶-中间体”系统的建立方靖山东大学光合细菌Rhodobactersphaerides吸氢酶调节基吴永强中国科学院上海植物生理研究所因研究杆状病毒增强蛋白功能基团的分析和利用研究钟江复旦大学双歧杆菌表面分子粘附及体外抗肿瘤的机理胡宏重庆医科大学不同毒力型马立克病病毒分子鉴别的探索崔治中扬州…     

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。     

椰子织蛾幼虫肠道细菌的初步分离鉴定及功能分析

[目的] 研究椰子织蛾幼虫肠道微生物的种类和功能,以揭示其消化利用寄主老叶的机制。[方法] 采用传统微生物分离培养技术分离培养肠道细菌,用16S rRNA基因序列分析的方法鉴定菌株,采用透明圈染色法对所得菌株进行功能性验证。[结果] 基因序列检测对比鉴定得到9种可培养细菌菌株,主要属于变形菌门和厚壁菌门以及放线菌门;功能性验证结果表明,伯克霍尔德氏菌、解淀粉芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌菌株具有纤维素降解酶,寒气玫瑰单胞菌、解淀粉芽孢杆菌含木聚糖降解酶。[结论] 椰子织蛾肠道中存在可培养的具有降解纤维素及木聚糖能力的细菌,这些细菌可能有助于椰子织蛾取食消化椰子等老叶,研究所获得的肠道微生物菌株也为后续研究该虫与环境的关系及相关菌株应用于农业、能源、环保价值的探索提供帮助。     

草地贪夜蛾幼虫肠道细菌的分离鉴定及纤维素降解细菌的筛选

【目的】本研究旨在明确草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda幼虫肠道可培养细菌组成,筛选纤维素降解细菌。【方法】采用传统细菌培养及16S rDNA分子标记相结合的方法分离鉴定草地贪夜蛾幼虫肠道可培养细菌;采用刚果红染色法筛选纤维素降解细菌,并通过3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定不同pH(5.0-9.0)条件下的纤维素酶活力。【结果】从草地贪夜蛾幼虫中筛选分离出14种肠道细菌菌株,分别隶属放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)等3门11属,即谷氨酸棒杆菌属(Glutamicibacter)、肠球菌属(Enterococcus)、芽胞杆菌属(Bacillus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、摩根菌属(Morganella)、肠杆菌属(Enterobacter)、志贺氏菌属(Shigella)、克洛诺杆菌属(Cronobacter)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、沙雷氏菌属(Serratia)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)。2株产纤维素酶细菌隶属厚壁菌门芽胞杆菌属。酶活力测定结果显示:2株纤维素降解细菌的纤维素酶在pH 6.0-8.0均有相对较高的活性,在pH 8.0时,纤维素酶活最高。【结论】草地贪夜蛾幼虫肠道中细菌种类多样,其肠道内存在纤维素降解细菌。在偏碱性条件下,纤维素降解细菌的纤维素酶活力显著高于酸性条件。研究结果丰富了纤维素降解细菌资源,在饲料生产、食品加工、化学能源等方面具有应用前景。此外,草地贪夜蛾作为重大农业害虫,其肠道有益菌群,有望成为新的防治靶标。     

科技期刊目录索引选

签础徽生物周培瑾等:一株产碱极端嗜盐杆菌。微生物学报,30 (l):l,19,00周方等:细胞单塘气相色谱图鉴别细菌的研究。微生 物学报,30(1):7,19,0。乐华爱等:丙酸发醉的研究。微生物学报,3.(1):22, l,,00王英彦等:细菌超弱光的初步研究。微生物学报,3. (l):58,1 9900刘东波等:纤维素诺卡氏菌的一个新菌株。微生物学 报,肠(l):70,19,o。梁平彦等:具有与低致病力有关的d.RNA的我国栗 疫菌的研究。微生物学报,30(l):73,1990。张纪忠等:嗜盐杆菌属一新种。微生物学报,3o(2): 87,19,00李明吸等:中国神农架的酵母类群及中国克鲁佛酵母 新种。掀生物…     

烟叶陈化过程细菌群落演替特征

仓储生态因子和烟叶化学成分的改变直接影响烟叶微生物群落结构和功能。以储存在贵阳库(GY)、坛厂库(TC)及紫云库(ZY)的云南保山C3F烟叶为研究对象,对不同陈化时间(0、6、12、18、24个月)的烟叶样品提取微生物总DNA,利用Illumina Hi Seq平台对细菌的16S rRNA V4区进行高通量测序,并结合主要化学成分分析,以期揭示烟叶陈化过程中细菌群落演替规律及其与烟叶化学成分间的作用关系。研究结果表明,烟叶细菌群落以假单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属、寡养单胞菌属、芽孢杆菌属为优势属;随陈化时间的增加,细菌优势群落呈现出变形菌门和厚壁菌门间消长变化的趋势,陈化后期芽孢杆菌(厚壁菌门)优势度明显增强;烟叶陈化过程中,细菌优势功能群变化与化学成分逐级降解间呈显著的相关关系,主要表现为由降解糖类菌群向降解淀粉类菌群,再向降解纤维素类菌群变化的趋势;其中,影响菌群演替的关键因素是水溶性总糖和纤维素。研究结果揭示了在烟叶陈化过程中存在显著的细菌群落演替特征,加深了对烟叶陈化机制的理解,为微生物调控烟叶陈化过程提供了科学依据。     

坛紫菜养殖周期中的藻际微生物多样性

摘要:【目的】坛紫菜是我国江浙海区栽培地主要经济藻类。观察紫菜养殖过程中藻际微生物的群落特点及变化,研究藻际环境中的微生物因素在紫菜栽培中的作用,为保证紫菜健康生长及病害防治提供理论与实验基础。【方法】采用传统纯培方法和PCR-DGGE 技术分离归类坛紫菜养殖周期中的藻际微生物,并利用16SrDNA (细菌)和18S rDNA(真菌)序列测定及在线BLAST比对鉴定到属,比较分析不同生长阶段、不同养殖海区及养殖过程的坛紫菜藻际微生物的多样性特点。【结果】在坛紫菜养殖过程中总共分离到467株细 菌,共41个属。分类结果显示藻际细菌归属于变形菌门(Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),优势菌群为α-变形菌纲和γ-变形菌纲。分离到55株真菌,共15个属。分类结果显示绝大多数真菌归属于子囊菌门(Ascomycota),仅1株归属于担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)。细菌多样性大于真菌。坛紫菜藻际细菌有19个特异菌属,对照海水细菌有13个特异菌属;从丝状体中分离到大部分真菌和放线菌,坛紫菜养殖丝状体和不同叶状体养殖阶段的藻际微生物类别差异明显。在分离的坛紫菜藻际微生物中发现了与引起细菌性红烂病的海科贝特菌(Cobetia marina)、引起白斑病的紫菜茎点菌(Phoma porphyrae)高度相似的菌株,以及与典型的腐霉如镰孢霉菌(Fusarium sp.)和曲霉(Aspergillus sp.)高度相似的菌株。【结论】坛紫菜养殖过程中藻际微生物的多样性受到紫菜生长形态、养殖时间及养殖环境等因素的影响。在藻际微生物中发现与紫菜致病菌高度相似的微生物,作为潜在致病微生物应得到重视。     

白蚁肠道内纤维素酶产生菌的筛选及其酶活性

从黑翅土白蚁(Odontotermes formosanus Shiraki)肠道内筛选具有纤维素降解能力的细菌,并研究其酶活性。结果表明:筛选得到5株菌株,活力较高的菌株CMC-4被鉴定为土白蚁特拉布尔希氏菌Z-4(Trabulsiella odontotermitis ZJSRU-4)。同时对菌株T.odontotermitis ZJSRU-4进行了系统的研究,它具有完整的纤维素酶系统,主要产羧甲基纤维素酶(CMCase)和β-葡萄糖苷酶,滤纸酶的活力较低。在以羧甲基纤维素钠为碳源的培养基中培养36 h,发酵液中CMCase的比酶活达到20.8 U/m L,培养44 h,β-糖苷酶的比酶活达到18.2 U/m L。CMCase和β-葡萄糖苷酶作用的p H分别为6.0和6.5,它们作用的最适温度都为40℃。该菌对纤维质原料具有降解能力,具有潜在的应用价值。     

纤维素分解菌对不同纤维素类物质的分解作用

经过CMC平板、滤纸液化和摇瓶培养试验 ,发现 6株菌中 ,产黄纤维单胞菌 (CellulomonasFlav igena)和康氏木霉 (Trichodermakonigii)分解纤维素类物质的能力比较强 ,对来源不同的纤维素类物质分解能力差异很大 ;真菌与细菌一起接种时 ,分解纤维素类物质的速度明显高于其中任何一个单一菌株 ,说明纤维素类物质的分解需要多种微生物的联合作用