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。     

青霉生产木质纤维素降解酶系的研究进展

木质纤维素降解酶系的高效生产是实现植物生物质大规模生物炼制的重要支撑。就地生产木质纤维素降解酶,有助于降低其使用成本,提高技术经济效益。青霉是自然界常见的木质纤维素降解真菌,可以合成分泌种类多样、组分齐全的木质纤维素降解酶系,已被应用于纤维素酶制剂的工业生产。文中从就地生产降解酶,为木质纤维素生物炼制构建“糖平台”的角度,综述了青霉木质纤维素降解酶系的性质、菌株遗传改造及发酵工艺的研究进展。     

平板混合培养木质纤维素降解菌研究进展

微生物的混合培养已广泛应用于木质纤维素类物质的转化与降解领域.不同木质纤维素降解菌在混合培养时的相互关系在很大程度上影响混合培养的效果.目前对这种相互关系的研究主要依托平板混合培养展开,所用到的平板主要有基础培养基平板和改进培养基平板两种.其中基础培养基平板法主要根据菌落形态、菌丝体颜色、胞外挥发性有机化合物成分和典型胞外酶活性等进行研究,而改进培养基平板则是将基础培养基平板中的碳源更换为天然木质纤维素类物质进行对比研究.本文综述了采用平板混合培养不同木质纤维素降解菌菌株的研究现状和进展,并对该领域研究应重点关注的问题进行了展望.     

白蚁-共生微生物系统降解木质纤维素研究进展

开发利用木质纤维素材料能显著增加地球上可再生资源的储备量.白蚁分布广泛,常见于热带和亚热带地区,它们借助细菌、古细菌、真菌等肠道微生物和原生动物协同降解食物中的木质纤维素,在生态系统的碳、氮循环中发挥着十分重要的作用.本文概括了近年来白蚁肠道微生物研究的进展,特别是近年来已被证明的肠道微生物在木质纤维素降解方面的作用,...     

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。     

生物法脱除木质纤维素水解液中抑制因子的最新研究进展

实现从木质纤维素原料到燃料和高附加值化学品的生物转化,预处理是一个非常重要的步骤.酸解或蒸汽爆破等热-化学预处理过程会在水解液中生成或释放有机酸类、糠醛类和酚类化合物等抑制因子.这些抑制因子对发酵微生物具有毒性,会显著降低发酵产品的产率和生产强度.生物法去除木质纤维素水解液中的抑制因子具有操作简便以及不产生废水、废物等优点.生物脱毒法可分为两类:一类是通过向木质纤维素水解液中添加微生物或酶制剂,在发酵前去除抑制因子;另一类方法是通过遗传改造或适应性进化提高发酵菌株对抑制因子的生物降解能力,从而提高木质纤维素水解液的发酵性能.将着重以乙醇生产为例,介绍如何通过生物脱毒的方法提高木质纤维素水解液发酵的得率和生产强度.     

毛木耳降解木质纤维素的研究

测定了毛木耳“沪毛一号”菌株瓶栽0—60天期间,其木屑基质中木素纤维素的降解和木质纤维分解酶活性的变化。结果表明,该菌能够同时降解木素、半纤维素和纤维素,尤以分解木素的能力为强(以各自相对百分含量减少计算),故毛木耳为白腐真菌。该菌的多酚氧化酶、羧甲基纤维素酶、滤纸纤维素酶和木聚糖酶的活性高峰均出现于菌丝体发育阶段,在子实体原基发生时(22天),羧甲基纤维素酶、滤纸纤维素酶、木聚糖酶的活性明显下降,在子实体发生后,该三种酶活性又复上升,直到头批耳成熟酶活仍处于较高水平。     

大肠杆菌对木质纤维素水解液抑制物的胁迫耐受性

木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品,其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品,可降低碳排放,有助于实现“双碳”目标,因此受到越来越多的关注。然而,木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和产物纯化等多个步骤,其中,预处理过程产生的多种化合物抑制微生物的细胞生长和发酵性能,是制约生物转化效率的瓶颈之一。大肠杆菌是木质纤维素生物炼制常用的宿主,被广泛应用于多种化合物的生产,研究其对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性,对于提高木质纤维素生物炼制效率具有重要意义。本文首先介绍了木质纤维素的主要成分和基本结构,对木质纤维素的预处理方法以及预处理后水解液中的主要抑制物种类进行了简单阐述;随后,总结了木质纤维素水解液中几类主要抑制物呋喃类、羧酸类和酚类对大肠杆菌细胞的毒性,以及大肠杆菌对上述抑制物的胁迫响应机制和基于机制的菌株改造靶点;最后,综述了提高大肠杆菌对上述抑制物的胁迫耐受性的菌株改造策略,包括随机突变、实验室适应性进化和组学辅助的理性设计等,为利用代谢工程构建用于木质纤维素生物炼制的高效大肠杆菌菌株提供参考。     

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。     

丝状真菌Amorphotheca resinae ZN1的糠醛降解代谢分析

木质纤维素在预处理过程产生的降解产物对后续的酶水解和微生物发酵过程产生了强烈的抑制。因此,这些抑制物的脱除即所谓的\"脱毒\"步骤是正常进行后续酶解和发酵的前提条件。我们对本实验室筛选的丝状真菌Amorphotheca resinae ZN1的糠醛的代谢路径进行了研究。丝状真菌A.resinae ZN1转化糠醛的降解代谢途径可以简述为:糠醛首先快速地转化为毒性较低的糠醇;在有氧条件下,糠醇又再度生成不致对微生物产生危害的低浓度糠醛,糠醛继续氧化为糠酸。推测糠酸可能继续进入TCA循环,进而完成糠醛的完全降解。研究结果为将来加快丝状真菌A.resinae ZN1生物脱毒速率、改善木质纤维素生物转化的限速步骤提供了重要的实验依据。     

木质素降解菌shu-0801降解玉米废弃物的研究

目的:研究分离到的木质素降解菌降解玉米废弃物效果.方法:利用苯胺蓝法从土壤中分离到木质素降解菌shu-0801.结果:研究表明shu-0801木质素降解菌能够显著提高纤维素的转化,提高纤维素酶的降解效率,还原糖的生成量明显提高,shu-0801菌与玉米秸秆粉共培养,可降解玉米废弃物干重约20%.结论:分离到木质素菌降解木质素效率较高,属巨大芽孢杆菌属.     

Termite-Microbe Symbiotic System and Its Efficient Degradation of Lignocellulose

Termites thrive in the tropics and play an important role in lignocellulose degradation. This ability depends mainly on intestine microbes in the gut, but most of them are so-called unculturable microbes, which can not be cultivated by traditional culture methods. The recent development of molecular approaches such as the PCR method has made it possible to access the enormous numbers of unculturable microbes in the gut of termites.

This review explains our research on the ecological role of the termite, the termite-microbe symbiotic system, and the functions of lignocellulose degradation using various molecular methods. In the future, new technologies such as genomics should make it possible to analyze and utilize unculturable microbial resources in natural environments.     

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。     

纤维素降解产物对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响

研究纤维素酸水解产生的4种副产物乙酸、甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛及发酵产物乙醇对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响。结果表明:5.0 g/L乙酸和1.0 g/L甲酸对葡萄糖和木糖共发酵具有明显的抑制作用;1.0 g/L糠醛和5-羟甲基糠醛基本不影响K.marxianus 1727发酵葡萄糖,且能够被K.marxianus1727转化为毒性相对较低的物质。由于5-羟甲基糠醛的转化速率慢,对K.marxianus 1727发酵木糖的抑制程度大于糠醛。乙醇对K.marxianus 1727发酵木糖具有抑制作用,当乙醇质量浓度大于20 g/L时,生物量及木糖利用率约是对照的44%和70%。     

Short communication: Isolation of a bacterium capable of limited degradation of industrial and labelled,natural and synthetic lignins

Pseudomonas putida, isolated from decomposing plant materials, degraded several lignin-related aromatic compounds. After 30 days of incubation in media containing polymeric Kraft-lignin (PKL), the amount of Klason lignin had decreased by about 13%. When ¹⁴C-labelled dehydropolymers of coniferyl alcohol (DHP) lignins and ¹⁴C-lignin-lignocelluloses were used as substrates, mineralization to ¹⁴CO₂ by the P. putida strain ranged from 1.4% to 2.1%.     

不同木质纤维素基质上白腐菌降解特性的研究

通过测定木质素、纤维素、半纤维素和漆酶分泌的变化,研究白腐菌在稻草、木屑、粗纤维素、滤纸、黑液木素基质上的降解特性。结果表明,除黑液木素上白腐菌不能生长外,在前25d,各基质中纤维素、半纤维素和木质素含量呈持续下降趋势,之后,降解速率减少,其中木质素的降解速率大于纤维素和半纤维素的降解速率。漆酶分泌在生长初期呈快速上升趋势,第10d酶活达到最大,第10～20d快速下降,其后基本不变,基质中酶活大小顺序为稻草基质、木屑基质、粗纤维和滤纸基质,显示了木质素存在对漆酶分泌的诱导作用。     

白蚁消化系统转化和降解木质纤维素酶研究进展

木质纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,白蚁是古老但进化最成功的高效木质纤维素降解者之一.了解白蚁降解高度抗性植物聚合物的机制对工业上生物质能源转化和生物仿生设计有重要的借鉴和指导价值.白蚁和其共生微生物产生的木质纤维素酶在其转化利用木质纤维素上发挥着重要作用.本文从来源作用方面对白蚁自身及其肠道原虫、细菌和真菌产生的纤...