降解纤维素嗜热真菌的筛选与分子鉴定
真菌与细菌纤维素酶研究进展_高凤菊 (1)
第27卷第2期 唐山师范学院学报 2005年3月 Vol. 27 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2005 ────────── 收稿日期：2004-10-20 作者简介：高凤菊（1978-），女，河北乐亭人，四川农业大学生命科学学院硕士研究生。 - 7 - 真菌与细菌纤维素酶研究进展 高凤菊1，李春香2 （1.四川农业大学 生命科学学院，四川 雅安 625014；2.唐山师范学院 生物系，河北 唐山 063000） 摘 要：对分解纤维素真菌及细菌的种类，纤维素酶的组成和分类，分子结构、作用机理，纤维素酶基因工程及研究展望进行了综述。 关键词：真菌；细菌；纤维素酶 中图分类号：Q556+.2 文献标识码：B 文章编号：1009-9115（2005）02-0007-04 资源和环境问题是人类在21世纪面临的最主要的挑战。生物资源是可再生性资源，地球上每年光合作用的产物高达1.5×1011~2.0×1011t ，是人类社会赖以生存的基本物质来源。其中90％以上为木质纤维素类物质，[1]其中的纤维素是地球上最丰富 的多糖物质， [2] 这类物质是植物细胞壁的主要成分，也是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。我国的纤维素资源极为丰富，每年农作物秸秆的产量 达5.7×108t ， 约相当于我国北方草原年打草量的50倍。目前这部分资源尚未得到充分的开发利用，主要用于燃料，畜牧饲料与积肥，不仅利用率低，还 对环境造成一定的污染。 [3] 随着世界人口迅速增长、粮食、矿产资源日渐枯竭，开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，即化工原料的“绿色化”，具有极其重大的现实意义和光明的发展前景。 在自然界中，许多霉菌[4]和细菌[5]都能产生纤维素酶，但有关细菌纤维素酶的报道很少。由细菌所产生的纤维素酶一般最适中性至偏碱性，因为这类酶制剂对天然纤维素的水解作用较弱，长期以来没有得到足够的重视。近十几年来，随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用，细菌纤维素酶制剂已显示出良好的使用性能和巨大的经济价值。[6][7][8] 1 纤维素分解微生物 1.1 纤维素分解性细菌 (cellulose decomposingbacteria ) 纤维素分解性细菌是能分解纤维素的细菌。由于纤维素酶等的作用，纤维素可一直被分解到葡萄糖为止，有时在分解过程中会积累纤维二糖。这类 细菌多见于腐植土中。好氧性细菌如纤维单胞菌属（Cellulomonas ）、纤维弧菌属（Cellvibrio ）、噬胞菌属（Cytophaga ）等能分解纤维素；但在好氧条件下土壤中纤维素的分解，主要是纤维素分解真菌在起作用。而在厌氧条件下纤维素的分解，一些厌氧性的芽孢梭菌属（Clostridium ）的细菌具有重要作用。纤维素分解细菌亦可栖息于草食动物的消化道、特别是反刍动物的瘤胃中。它们在其中进行分解纤维素的活动，这些细菌是厌氧性细菌，例如产琥珀酸拟杆菌（Bacteroides succinogenes ）、牛黄瘤胃球菌（Ruminococcus flavefaciens ）、白色瘤胃球菌（R.albus ）、溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens ）（程光胜 译）等。细菌纤维素酶多数结合在细胞膜上，菌体细胞需吸附在纤维素上才能起作用，使用很不方便，酶的分离提取也较困难。但是细菌主要产生中性纤维素酶和碱性纤维素酶。碱性纤维素酶由于在洗涤剂工业中有良好的应用价值，也成为研究热点，其产生菌主要集中在芽孢杆菌属[9]。由于酶的耐热性在生产中具有现实意义，所以耐热细菌也是研究的热点。 1.2 纤维素分解性真菌 真菌类有黑曲霉、血红栓菌、卧孔属、疣孢漆斑菌QM460、绳状青霉、变幻青霉、变色多空霉、乳齿耙菌、腐皮镰孢、绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、嗜热毛壳菌QM9381和嗜热子囊菌QM9383等[10]；丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物。真菌纤维素酶通常是胞外酶，酶被分泌到培养基中，用过滤和离心等方法就可较容易地得到无细胞酶制品。目前饲用纤
纤维素降解菌株的筛选
分解纤维素的微生物的分离 栾旭东，张兴敏，周雪霞，闫超，何溢涛 （山东大学生命科学学院2005级生科基地班，济南250100） 摘要：纤维素是地球上含量最丰富的多糖类物质，它能被土壤中某些微生物分解利用，是因为它们能够产生纤维素酶。本实验通过从土壤中分离分解纤维素的微生物，初步鉴定了其形态特征和生理生化特性，为日后更进一步的研究打下基础。 关键词：纤维素土壤微生物纯培养刚果红染色法 Abstract: cellulose is the most abundant polysaccharide on the earth, which can be digested by some microorganisms in the earth because they produce cellulase. In our experiment, we isolated these microorganisms from the earth and checked up the cells’ and colonies’ morphology and the bioreactions they can act. Key words:cellulose, microorganisms in the earth, pure culture, Congo red staining 资源和环境问题是人类在21世纪面临最主要的挑战。生物质资源是可再生资源，地球上每年光合作用的产物高达 1.5×1011—2.0×1011，是人类社会赖以生存的基本物质资源，其中90%以上为木质纤维素类物质[1]。目前这部分资源尚未得到充分的开发利用。随着世界人口迅速增长，矿产资源日渐枯竭，开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，即化工原料的“绿色化”，具有极其重要的意义和光明的发展前景。 地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨，其中40%~60%能被土壤中的某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。而要研究这些微生物，首先要将它们从土壤中种类乏多的微生物中分离出来。 1.土壤中纤维素分解菌的分离[2] 土壤有“微生物的天然培养基”之称，同其他生物环境相比，土壤中的微生物数量最大，种类最多。在富含有机质的土壤表层，有更多的微生物生长。 实验的具体操作步骤如下。 1.1土样的采集 土壤中的微生物，大约70%~90%是细菌。细菌适宜在酸碱度接近中性的潮湿土壤中生长，绝大多数分布在距地表约3~8cm的土壤层。因此，土壤取样时，一般要铲去表层土。另外，土样的采集要选择富含纤维素的环境，这是因为在纤维素含量丰富的环境，通常会聚集较多的分解纤维素的微生物。综合各种因素，本小组从图书馆后院的落叶堆积丛取土样。
酵母的分子生物学鉴定
生物技术通报 ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＢＵＬＬＥＴＩＮ ?技术与方法? ２００８年第５期 收稿日期：２００８－０３－１４ 基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目基金（２００３ＡＡ２１４０６１，２００６ＡＡ０２０２０３） 作者简介：唐玲（１９８３－），女，硕士研究生，研究方向：分子生物学；Ｅ－ｍａｉｌ：ｔａｎｇｌｉｎｇ１０１４９９＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：闫云君（１９６９－），男，教授，博士生导师；Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｙｕｎｊｕｎ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ；Ｔｅｌ：（０２７）８７７９２２１４ 酵母种类繁多，不仅作为一种重要的工业微生物被广泛应用于各个领域，近年来，人们还利用酵母发酵来生产抗生素，维生素和酶等高附加值的产品，但酵母也会引发食物、制造物的腐坏变质，从而给人们带来巨大的经济损失，有的酵母还是人体和动物的致病菌（如，Ｃａｎｄｉｄａａｌｂｉｃａｎｓ）。近两个世纪以来，酵母菌分类主要依据形态学鉴定和生理生化特性。目前，已发展起来各种用于酵母快速检测的商业化的试剂盒，可实现部分酵母（多是针对导致疾病的部分致病酵母）的鉴定，但是该类试剂盒对酵母的检测不仅费时，而且鉴定结果准确性不高。由于受到环境因素的影响，某些酵母菌属、种在形态学及生理生化特性方面差异极不显著，在这样的背景下，以化学为基础的分类法建立起来，通过细胞壁的成份、生物合成以及同功酶电泳图谱分析来 对酵母进行分类鉴定。现在，随着分子生物学的发展，ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交，染色体组型分析（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｋａｒｙｏｔｙｐｉｎｇ），染色体ＤＮＡ的限制性片段长度的多 态性分析（ＲｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎＦｒａｇｍｅｎｔＬｅｎｇｔｈＰｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍａ ｏｆｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌＤＮＡ），线粒体ＤＮＡ（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌＤＮＡ）及核糖体ＤＮＡ序列分析（ｒｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ），实时ＰＣＲ（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰＣＲ），基因芯片 （ｇｅｎｅｃｈｉｐｓ）等分子生物学的方法广泛地应用于酵母的鉴定中。分子生物学的方法不仅能够快速的将各种酵母鉴定到属或种，而且鉴定的结果精确度更高。随着数据库中分子信息量的增加，近年来应用分子生物学技术鉴定酵母菌种的研究越来越广泛。 １核糖体ＤＮＡ鉴定法 核糖体ＤＮＡ普遍存在于生物中，真核生物的 核糖体ＲＮＡ中包括２６Ｓ、１８Ｓ、５．８Ｓ和５Ｓ４种不同 酵母的分子生物学鉴定 唐玲 刘平黄瑛杨江科闫云君 （华中科技大学生命科学与技术学院分子生物物理教育部重点实验室，武汉４３００７４） 摘 要： 酵母种类繁多，与人类的关系极其密切，但目前由于研究方法的不同，对于酵母的分类还存在着不同的分 类体系。而准确快速的对酵母进行鉴定，既可以有效防止食品腐化变质，又可以增加经济效益，同时也为酵母的分类鉴定奠定一定的理论基础。对常用的核糖体ＤＮＡ鉴定法、ＤＮＡ指纹图谱鉴定、脉冲场电泳鉴定、实时ＰＣＲ和基因芯片等分子生物学鉴定方法在酵母鉴定工作中的研究情况进行了比较。 关键词： 核糖体ＤＮＡ ＤＮＡ指纹图谱脉冲场凝胶电泳实时ＰＣＲ基因芯片 ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＹｅａｓｔ ＴａｎｇＬｉｎｇＬｉｕＰｉｎｇＨｕａｎｇＹｉｎｇＹａｎｇＪｉａｎｇｋｅＹａｎＹｕｎｊｕｎ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｙｅａｓｔｓｈａｖｅｗｉｄｅｒａｎｇｅａｎｄａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｈｕｍａｎｂｅｉｎｇｓ．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｏｍｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｏｆ ｙｅａｓｔｓｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｆｉｎｄａｎａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｙｅａｓｔｓ，ｔｈｕｓｂｅｉｎｇａｂｌｅｔｏｐｒｅｖｅｎｔｆｏｏｄｃｏｒｒｕｐｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａｌｓｏ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｙｅａｓｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡ，ＤＮＡｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ，ｐｕｌｓｅｄｆｉｅｌｄｇｅｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰＣＲａｎｄｇｅｎｅｃｈｉｐｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＲｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡＤＮＡｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇＰｕｌｓｅｆｉｅｌｄｇｅｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓＲｅａｌｔｉｍｅＰＣＲ Ｇｅｎｅｃｈｉｐｓ
纤维素降解细菌的筛选及其培养基的优化
纤维素降解细菌的筛选及其培养基的优化自然界中能够降解和利用纤维素的微生物种类繁多，真菌、细菌、放线菌以及部分酵母菌等很多主要的微生物类群中都有，但长久以来人们一直以产酸性胞外纤维索酶的木霉、曲霉等真菌作为主要的研究对象。近年来，随着纤维素酶在洗涤剂、棉织品水洗抛光整理和制浆造纸等行业上的应用和发展，使得由细菌产生的中性以及碱性纤维素酶得到广泛重视，尤其是细菌产生的胞外纤维素酶拥有简化发酵工艺，节约资源的优势，正逐步显示出它良好的使用性能和巨大的工业价值。 1 材料与方法 1．1 材料 1．1．1 土壤样品 采集造纸厂排水处附近中性偏碱性土壤。 1．1．2 培养基 (1)筛选培养基A：蛋白胨10 g，羧甲基纤维素钠10 g，NaC1 5 g，磷酸二氢钾1 g，琼脂18 g，水1 000 ml，pH值调至8。 筛选培养基B：磷酸二氢钾2 g，硫酸铵 1．4 g，硫酸镁 0．3 g，氯化钙 0．3 g，CMC 20 g，琼脂18 g，水1 000 ml，pH值调至8。 (2)斜面培养基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaC1 5 g，琼脂15～20 g，水1 000 ml，pH值7。 (3)种子培养基：蛋白胨10 g，酵母膏5 g，NaC1 10 g，水1 000 ml，pH值7。 (4)基础培养基：羧甲基纤维素钠10 g，蛋白胨10 g，磷酸二氢钾1 g，硫酸镁 0．2 g，NaC1 10 g水1 000 ml，pH值7。 1．2 方法 1．2．1 刚果红染色鉴定法 1．2．2 粗酶液制备方法 将发酵液于4 500 r／rain离心15 rain，取其上清液收集保存。 1．2．3 酶活测定方法 0．5 的粗酶液加入1．5 用柠檬酸缓冲液配制的0．51％的CMC．Na溶液，50℃作用15 min，加入DNS 1．5 沸水浴5 rain，540 nm测光吸收，酶活力定义为每1 h 产生1 g还原糖所需的酶量为一个纤维素酶活力单位用1 U／ml表示。 2．3 培养基的优化 2．3．1 最佳碳源的确定 改变基础培养基中碳源的种类和浓度，培养后测定酶活力。 2．3．2 最佳氮源的确定 改变基础培养基中氮源的种类和浓度，培养后测定酶活力。 2．3．3 最优培养基的确定 考虑到细菌的产酶除了碳源、氮源外，钾、镁、钠等无机离子对其也有影响，综合上述单项试 验结果，选用麸皮作为碳源(A)，蛋白胨作为氮源(B)，磷酸二氢钾（C)，硫酸镁 (D)，NaC1(E)作为无机盐进行L (45 )正交试验。 16 因素水平表
菌种鉴定
?（1）常规鉴定 常规鉴定内容有形态特征和理化特性。形态特征包括显微形态和培养特征；理化特性包括营养类型、碳氮源利用能力、各种代谢反应、酶反应和血清学反应等。 ?（2）BIOLOG碳源自动分析鉴定 BIOLOG鉴定系统以微生物对不同碳源的利用情况为基础，检测微生物的特征指纹图谱，建立与微生物种类相对应的数据库。通过软件将待测微生物与数据库参比，得出鉴定结果。 该系统已获美国FDA认可，已逐步应用于食品和饮品企业、环保、海洋生物/水产品、制药、农业微生物、生物治理、化妆品、临床等领域的微生物鉴定试验中。 CICC拥有国内最全的BIOLOG数据库，涉及革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、厌氧菌、酵母、丝状真菌在内近2000种微生物。 ?（3）分子生物学鉴定 应用分子生物学方法从遗传进化角度阐明微生物种群之间的分类学关系，是目前微生物分类学研究普遍采用的鉴定方法。CICC拥有微生物菌种分类鉴定的分子生物学实验室，配有PCR仪、高速冷冻离心机、电泳仪、HPLC、凝胶成像系统、紫外控温分析系统等先进仪器设备，以及DNAMAN、 BIOEDIT、CLUSTALX、TREEVIEW等序列分析软件。目前CICC可采用核酸序列分析法分析细菌16S rDNA/16S-23S rDNA区间序列、酵母18S rDNA/26S rDNA（D1/D2）序列及丝状真菌的18S rDNA/ ITS1-5.8S-ITS2序列，提供科学的鉴定结果。 ?（4）API细菌数值鉴定系统 API鉴定系统涵盖15个鉴定系列，约有1000种生化反应，目前已可鉴定超过600种的细菌。鉴定过程中，可根据细菌所属类群选择适当的生理生化鉴定系列，通过软件将待测细菌与数据库参比，得出鉴定结果。 CICC目前可应用API 50CH系列、API 20 E系列、API Staph系列对乳酸杆菌（Lactobacillus sp.）和相关细菌、芽孢杆菌（Bacillus sp.）、葡萄球菌属（Staphylococcus sp.）、微球菌属（Micrococcus sp.）和库克菌属（Locuria sp.）进行鉴定。 ?（5）功能性分析及功能基因
纤维素降解菌
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
纤维素降解菌研究概况及发展趋势
纤维素降解菌研究概况及发展趋势 赵斌 （山东农业大学生命科学学院 2010级生物工程三班） 摘要 纤维素是地球上最丰富的可再生有机资源，因为难分解大部分未被人类利用。另外，纤维素是造纸废水的COD和SS的主要来源之一。分解纤维素并将其转化成动物易吸收或利用的能源、食物、饲料或化工原料，是纤维素合理应用的重要途径。筛选高效纤维素分解菌，确定其酶学性质是降解纤维素的关键。 关键词：微生物；纤维素；降解；纤维素酶 Abstract Cellulose is the earth's most abundant renewable organic resources, because the majority is not difficult to break down human use. In addition, the cellulose is one of the main sources of the papermaking wastewater COD and SS. Into the animal's susceptibility to absorption or utilization of energy, food, feed or chemical raw materials decompose cellulose and cellulose reasonable application. Screening cellulolytic to determine the nature of its enzymatic degradation of cellulose. 纤维素是地球上最丰富、来源最广泛的碳水化合物，同时也是地球上最大的可再生资源，占地球生物量的约50%[1]。纤维素分子本身的致密结构以及由木质素和半纤维素形成的保护层造成纤维素不容易降解而难以被充分利用或被大多数微生物直接作为碳源物质而转化利用。中国每年仅农业生产中形成的农作物残渣(稻草、秸秆等)就约有7亿吨, 工业生产中还有数百万吨的纤维素废弃物, 但都没有得到充分利用,相当大的一部分被废弃、焚烧, 不仅严重污染环境，同时也浪费了可利用的有用资源和能源。另外，纤维素是造纸废水的COD和SS的主要来源之一，造纸废水中含有大量的纤维素，造纸黑液难以处理，严重污染水环境[2]。 因此有效的开发利用纤维素资源已是目前的一个研究热点，分解纤维素并将其转化成动物易吸收或利用的能源、食物、饲料或化工原料，是纤维素合理应用的重要途径[1]。目前纤维素降解主要是酸解、酶解和微生物降解，无论是酶解还是微生物降解都离不开高效纤维素降解菌株。微生物对纤维素的降解与转化不仅是自然界中碳素转化的主要环节，也是土壤微生物能量代谢的主要来源。纤维素的分解主要依靠微生物产生的胞外酶完成，纤维素酶是水解纤维素生成纤维二糖及葡萄糖的一类酶的总称[3]。 一、纤维素降解菌的研究现状 1.1纤维素的结构及微生物降解过程
真菌学实验指导
本课程，本课程是大学本科生物技术、生物科学专业的选修课程。介绍真菌分类现状、分类方法（包括传统与现代分类方法的比较）、分类依据及其原则。本课程的教学不限于介绍研究的成果，重在介绍分析和解决问题的方法，以培养学生分析问题和创新的能力。所以在理论学习的同时开设综合性实验，培养学生观察、分析和动手能力。基本掌握真菌分离、鉴定的方法，并应用于真菌其它领域的研究。 本指导书适用于生物技术和生物科学专业。
1、实验：内生真菌的分离及鉴定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2、实验报告基本内容要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3、实验报告格式????????????????????????????????????????????????????????????????8
实验内生真菌的分离及鉴定 实验学时：18 实验类型：综合 实验要求：选修 一、实验目的 1.了解真菌形态的基本特征。 2.掌握丝状真菌制片方法和真菌鉴定方法。 二、实验内容 采集植物样品包括叶、茎、根、花、种子或果实，然后对分离样品的内生真菌，并进行形态和分子生物学方法的鉴定。 三、实验原理、方法和手段 （一）实验原理 根据真菌的形态特征和ITS序列等分子证据对分离到真菌进行归类和鉴定。 （二）实验手段和方法 1、内生真菌分离纯化方法 1.1样品的表面消毒及预处理 分别取根、茎、叶、果实，用洗涤剂在自来水下洗净。 老树皮用75%酒精进行表面消毒后，用镊子取出，于酒精灯上烧灼15秒至表面焦糊，切成1×1cm2大小置于PDA固体培养基上。 对于根、茎、叶、果实按下列程序进行表面消毒： 75%的酒精漂（浸）洗2-3min→无菌水冲洗4-6次→0.1%升汞不同的消毒时间（共设置7个梯度）→无菌水冲洗4-6次→用灭菌滤纸吸干多余水分→无菌刀片将材料切成小块 将根、茎的表皮、韧皮部、木质部大致分开，并切成0.5×0.5cm2大小。将果实的外种皮去掉，消毒之后将内种皮去掉。 灭菌时，沥干的植物材料转放到烧杯中，记好时间，倒入消毒溶液，不时用玻璃棒轻轻搅动，以促进材料各部分与消毒溶液充分接触，驱除气泡，使消毒彻
纤维素降解菌系的筛选及降解稻草条件研究
纤维素降解菌系的筛选及降解稻草条件研究 摘要:以已分离的11株纤维素降解菌为材料,采用滤纸崩解法和透明圈法,初步筛选出4株纤维素降解能力较强的菌株?将这4株单菌进行两两组合,研究混合菌系在9d内的CMC酶活和FPA酶活与单菌发酵之间的异同?结果表明,混合菌发酵CMC酶活和FPA酶活均优于单一菌株;同时筛选出一组具有高降解能力的混合菌体系;并对该混合菌系降解稻草的最适反应温度?最适初始pH值?产生还原糖的时间进行了研究,结果表明,在30℃?pH值4.5?发酵96 h时混合菌降解稻草的效果最好? 关键词:纤维素降解菌;筛选;CMC酶活;FPA酶活;还原糖含量;降解条件Screening of Cellulose Degrading Microorganism and the Degrading Condition of Rice Straw Abstract: Four strains with strong degradation ability to cellulose materials were screened out of 11 bacteria using filter paper degradation method and clear halo method. Then a mixed germ with higher degradation ability was obtained as the CMC and FPA enzyme activity of mixed bacteria and pure bacterium was compared. The optimum degrading condition of the mixed germ to rice straw was 30℃, pH 4.5, and fermentation for 96 h. Key words: cellulose degrading microorganism; screening; CMC enzyme activity; FPA enzyme activity; degrading condition 纤维素是地球上最廉价?最丰富的可再生资源?全世界每年纤维素及半纤维素的生成量为850亿t?利用微生物产生的纤维素酶来分解和转化纤维素是纤维素利用的有效途径?纤维素的生物降解对开辟新能源和防止其污染环境有重要意义,一直是生物技术领域的研究重点[1,2]?在长期生产实践中发现该生物过程是微生物单独作用不能完成或只能微弱进行的,必须依靠两种或两种以上的微生物共同作用才能完成,微生物混合培养或混合发酵已越来越受重视[3]?而且国内对产纤维素酶能力较强的单一菌种研究较多,菌种混合发酵的研究较少[4,5]?本试验在纤维素降解单一菌株研究的基础上,着力于筛选降解纤维素的混合菌系,旨在为纤维素的高效转化提供依据? 1材料与方法 1.1菌种 纤维素降解菌分别来自枯树根?烂菜叶?牛粪和牛胃中?
纤维素降解菌
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
纤维素分解菌的筛选填空
2.3 分解纤维素的微生物的分离 一 基础知识 1. 纤维素是一种由 相连而成的高分子 类化合物，是植物 （细胞结构）的主要成分之一， __________是自然界中纤维素含量最高的天然产物。植物产生的纤维素在 的催化作用下分解。 2.完成下列过程 3．筛选纤维素分解菌的方法是 ，简称（ ）。该方法可以通过 反应直接筛选。 4．原理：刚果红与纤维素形成 ，当纤维素被 分解后，红色复合物无法形成，出现以________ 为中心的 ，我们可以通过 来筛选纤维素分解菌。 二 实验设计 1. 实验流程 【思考】本课题实验流程与课题2中的实验流程有哪些异同？ ________________________________________________________________________________________________ 2. 实验操作要点 （1） 土壤取样 选择____________________环境，因为_______________________________.还可以将滤纸埋进土壤，这样做是为了___________________________________________. （2）选择培养 步骤：a.制备选择培养基：参照课本旁栏中的比例配制 该培养基从物理性质方面属于_______培养基，如何起到选择作用_______________________,怎么证明培养基 是否起到选择作用________________________________________________________ . b.选择培养的操作方法 c.目的：_________________________________________________________________________. 【思考】为什么选择培养能“浓缩”所需要的微生物？ ______________________________________________________________________________________ (3)梯度稀释 （4）将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 a.制备培养基 b.接种菌液 （5）挑选产生透明圈的菌落 刚果红染色，挑选产生透明圈的菌落 常用的刚果红染色方法两种，一中是先_____________,再加入刚果红进行________反应，另一种是在___________就加入刚果红。 三 课题延伸 1．为了确定分离得到的是纤维素分解菌，还需要进行 实验，纤维素酶的发酵方法有 发酵和 发酵。 2．纤维素酶测定方法是对纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的 ___ 含量进行定量测定。 【练习题】某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌和酵母菌混在一起。该同学设计下面的实验，分离得纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。 (1)实验原理：圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养条件下生长繁殖而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖。 (2)材料用具：（略） (3)主要步骤：①制备两种培养基，一种是 培养基，另一种是 培养基，将两种培养基各自分成两份，依次标上A 、a 和B 、b 。 ②分别向A 、B 培养基中接种混合菌，适宜条件培养了3—4天。 ③分别从A 、B 培养基的菌落中挑取生长良好的菌并分别接种到a 、b 培养基中，适宜条件下培养3—4天。 (4)请同答：①将题中的空处填充完整： 培养基和 培养基。 ②本实验中，根据上述原理配制的培养基的类型属于 培养基。 ③根据所需目的配制上述培养基时除营养要协调外还应注意 。 ④实验步骤中第③步的目的是 。 ⑤圆褐固氮菌与酵母菌在结构上的主要差异为 。 ⑥青霉素抑制圆褐固氮菌的生长繁殖，其作用机理是破坏或抑制其细胞壁的形成。请据此推测不影响酵母菌 等真菌生长繁殖的原因是______________________________________________________________.
实验一纤维素的微生物降解(精)
实验一纤维素的微生物降解 [实验目的] (1) 掌握倒平板的方法和几种常用的分离纯化微生物的基本操作技术；了解不同的微生 物菌落在斜面上、半固体培养基和液体培养基中的生长特征；进一步熟练和掌握微生物无菌操作技术；掌握微生物培养方法。 (2)了解纤维素分解的基本理论，并掌握有关纤维素好氧和厌氧分解的一些基本实验技 术。 [实验原理] 1. 从混杂的微生物群体中获得只含有某一种或某一株微生物的过程称为微生物的分离 与纯化 2.常用的分离纯化方法：单细胞挑取法，稀释涂布平板法，稀释混合平板法，平板划 线法等。稀释涂布平板法的步骤：倒平板－制备土壤污水稀释液－涂布－培养－挑菌落；平板划线法的步骤：倒平板－标记培养基名称－划线。 3.测定纤维素分解酶，可观察其对提供的唯一碳源滤纸纤维的分解情况确定。如果滤 纸溃烂，说明有纤维素分解菌的作用。 4.纤维素分解微生物可根据需氧的与否分为两大类：好氧分解微生物和厌氧分解微生 物。 [实验材料] 1. 培养基 A. 赫奇逊液固体培养基（好氧）：KH2PO4 1.0g，MgSO4?7H2O 0.3g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1g，NaNO3 2.5g，蒸馏水1000ml，pH值为7.2～7.3，0.1MPa灭菌20min。 B. 厌氧液体培养基：牛肉膏1.5g，蛋白胨2.5g，水1000ml，CaCO3 2.0g；0.1MPa灭菌20min。 2. 器材 1.近1mm粒度菜园土。 2.镊子，无淀粉滤纸，1ml和10ml无菌吸管，无菌水，天平。 [方法步骤] 1. 土粒法分离纤维素的好氧分解微生物 1.采土方式：在选好适当地点后，用小铲子除去表土，取离地面5～15cm处的土约10g， 盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中，扎好、标记，记录采样时间、地点、环境条件等，以备查考。 2.将赫奇逊培养基趁热倒入培养皿，冷却后加直径近于培养皿的滤纸一张，用少量培 养液润湿。 3.在滤纸上等距放10个近1mm粒度的土粒，28～30℃静置培养。 4.在每隔2d直到7d后，观察并记录土粒周围滤纸变色情况。 5.当出现黄或棕绿色斑时，挑取少许不含土粒的变色纤维制片镜检，初步观察分解纤 维素的细菌、真菌和放线菌。 6.计算各类微生物的土粒占总土粒的比例。 2. 液体稀释法分离纤维素的厌氧分解微生物 1.制备土壤稀释液10-1～10-5。每个稀释度接种于1管培养基中，每管接种1ml。于 28～30℃培养静置培养一周。 2.取出滤纸条，检查溶解区并观察有无菌落生长。若有厌氧性纤维素分解菌生长，滤 纸上常有黄、褐或黑塞斑，滤纸条一摇动即破裂。 3.由检查得出的数量指标，求出厌氧性纤维素分解菌的近似数并换算成每克干土中的
一株纤维素降解菌的筛选与鉴定
农业基础科学现代农业科技2012年第2期 纤维素是自然界中储存量最大、分布最广泛的可再生天然碳水化合物[1]，其主要存在于秸秆、木材等高等植物的细胞壁中，每年通过光合作用可生产纤维素逾10亿t[2]。然而纤维素难以降解，导致其利用具有一定的局限性。目前，降解纤维素最有效、最经济的方法是生物降解法，即通过细菌、放线菌以及真菌等生物产生的纤维素酶来催化降解纤维素。因此，寻找和驯化产生高效纤维素酶的微生物是有效降解纤维素的前提条件。该研究从土壤中筛选降解纤维素的菌株，并对其产酶条件进行研究，以为纤维素的降解和合理利用提供一定的资源。 1材料与方法 1.1试验材料 1.1.1样品来源。样品取自重庆市缙云山落叶覆盖的腐殖层土壤。 1.1.2培养基。LB培养基、刚果红培养基[3]、羧甲基纤维素培养基[4]。 1.2试验方法 1.2.1纤维素降解菌的初筛和纯化。纤维素降解菌的初筛和纯化按照卢月霞等[5]的方法进行。 1.2.2纤维素降解菌的复筛。分别将纯化后的单菌落点样于刚果红培养基中，每个平板点1个菌种，且只点3个样，降解圈直径（D）与菌落直径（d）比值的大小可以直接反应纤维素酶活的相对大小[6]。因此，筛选降解圈直径与菌落直径比值最大的菌落，即为纤维素高效降解菌，用CMC培养基作斜面培养，4℃保存。 1.2.316s rRNA测序。使用小量细菌基因组DNA抽提试剂盒对纤维素降解菌进行基因DNA提取，以此为模板，以通用引物8F和1495R进行PCR扩增16s rRNA。PCR体系为：D.W14.5μL，Buffer（Mg2+free）2.5μL，Mg2+1.5μL，dNTP2μL，上游引物1μL，下游引物1μL，模板2μL，Taq酶2U。反应条件：95℃预变性5min，94℃变性1min，56℃退火1min，72℃延伸1.5min，35个循环，扩增结束后72℃延伸10 min。扩增后的PCR产物用1%琼脂糖凝胶电泳（100V，30 min）进行分析，将在1000～2000bp出现较亮条带的样品送去宝生物公司进行测序。 1.2.4纤维素酶酶活的测定。按照李慧君等[7]的方法进行粗酶的提取，同时通过DNS显色检测酶活，葡萄糖标准曲线的绘制以及酶活的检测具体操作参照GB20287-2006[8]。酶活力单位（U）：1mL原样酶液，1min产生1μg葡萄糖定义为1个酶活力单位。 1.2.5降解菌培养条件的优化。研究不用培养温度、pH值、碳源、氮源对其产酶的影响，并在各因子最适条件下培养该菌，检测其产酶酶活。 2结果与分析 2.1纤维素降解菌的筛选与纯化 经过初筛，得到12株具有降解能力的菌株，再经过复筛得到5株较强降解能力的菌株，其中以菌株X10的降解能力最强，初步判断该菌为纤维素降解菌。菌株X10点样培养后透明降解圈如图1所示（经过1mol/L HCl处理呈蓝紫色），测定其D∶d=2∶21。 图1X10 菌透明降解圈 一株纤维素降解菌的筛选与鉴定 李艳红 （西南大学生命科学学院，重庆400715） 摘要从落叶覆盖的腐殖层土壤中富集、分离得到12株纤维素降解菌，从中筛选出一株高效降解菌（X10），研究其最适宜的培养条件为：配制以葡萄糖+微晶纤维素（1∶1）为碳源、以蛋白胨+牛肉膏（1∶1）为氮源的培养基，pH值7.5，30℃下培养40h，测得纤维素降解酶酶活可达到67.44U。通过对其16s rRNA测序鉴定，该菌与氧化微杆菌（Microbacterium oxydans）有99%的同源性。纤维素降解菌的选育可为高效生产纤维素酶提供新的菌种来源。 关键词纤维素降解菌；筛选；鉴定；酶活 中图分类号Q93-331文献标识码A文章编号1007-5739（2012）02-0034-02 Screening and Identification of Cellulose Degradation Bacteria LI Yan-hong （College of Life Science，Southwest University，Chongqing400715） Abstract12cellulose-degrading bacterias were enriched and isolated from the leaves of the humus layer covering the soil and a high-degrading bacteria（X10）was selected from these.The optimal culture conditions of the bacteria were as follows：took the culture medium containing glucose+micrite cellulose（1∶1）as carbon sources，peptone+beef（1∶1）as nitrogen sources，pH7.5，under30℃，with the culture time was40h，the cellulose-degrading enzyme activity was up to67.44U.Through its16s rRNA sequencing，the homology of bacteria and Microbacterium oxydans were 99%.The selection of cellulose-degrading bacteria provided a new source of bacteria for the efficient production of cellulase. Key words cellulose degradation bacteria；screening；identification；enzyme activity 收稿日期2011-11-28 34
微生物降解纤维素的研究进展
微生物降解纤维素的研究进展 引言植物通过光合作用, 生产地球上最丰富、最廉价的纤维素资源,全球每年产生的纤维素高达1000 亿t，中国农作物秸秆量达到6 亿t，林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9 亿t，这些纤维素，除少部分被利用外,大部分通过简单的焚烧方式利用，利用率极低，在浪费能源的同时对环境造成了污染。纤维素在自然条件下分解缓慢。随着世界人口迅速增长、粮食、矿产资源日渐枯竭，开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，即化工原料的“绿色化”，具有重要的现实意义和发展前景。微生物作为处理纤维素的一种手段，由于其对环境危害小，且能实现资源的再利用而越来越受到重视。因此，纤维素降解机制的研究、纤维素高效分解菌种的选育以及纤维素分解酶类的研究成为热点。 1 纤维素的分子结构 纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4 糖苷键结合起来的链状高分子化合物，纤维素的分子量为1. 5～ 1. 84×106, 相当于11 300 个葡萄糖残基, 这些纤维素分子以氢键构成平行的微晶束, 约60 个为一束。纤维素主要由结晶区和无定型区两部分组成。结晶区结构致密,葡萄糖没有游离羟基,纤维素酶不易侵入到内部发挥降解作用 ,而无定型区结构比较疏松,很易被微生物降解。迄今为止, 已发现固态下纤维素存在着五种结晶变体, 即天然纤维素(纤维素Ⅰ)、人造纤维素Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和纤维素X, 这五种结晶变体各有不同的晶胞结构, 并可由X 射线衍射、红外光谱、Raman光谱等方法加以鉴别。 2 纤维素降解机理研究 有关纤维素降解机理的研究有很多，但纤维素酶将天然纤维素转化成葡萄糖过程中的细节至今仍不清楚。目前，关于纤维素的降解机理主要有以下几种。 2.1 C1-Cx假说 1950 年, Reese 等曾阐明没有一种纤维素酶生产菌能生产出分解棉花中的天然纤维素的酶, 但发现有的菌株生产的酶能分解膨润的纤维素或纤维素诱导体等非晶体性纤维素, 因而提出了由于天然纤维素的特异性而必须以不同的酶协同作用才能分解的C1-Cx假说,其基本模式可以表述为： 该学说认为，C1酶首先作用于结晶纤维素，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分离，使其转化为非结晶形式，从而使纤维素链易于水解；Cx 酶随机水解非结晶纤维素，可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1,4-寡聚物；β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。 2.2 协同理论 协同理论是目前被大多数学者所普遍接受的理论。该理论认为：纤维素降解是由EG(内切葡聚糖酶)、CBH(外切葡聚糖纤维二糖水解酶)和CB(纤维二糖酶或β