一株解淀粉芽孢桿菌及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一株芽孢桿菌及其應(yīng)用，尤其涉及一株解淀粉芽孢桿菌及其在降解木 質(zhì)素領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 作物秸桿是地球上最大的可再生生物質(zhì)資源，其資源化利用對(duì)于緩解當(dāng)前存在的 能源危機(jī)、糧食短缺和環(huán)境污染具有重要意義（SunY，eiaZ，2002)。我國(guó)農(nóng)作物秸桿資 源十分豐富，然而利用率極低。提高秸桿利用率，加強(qiáng)秸桿資源化利用成為當(dāng)前我國(guó)生態(tài)農(nóng) 業(yè)發(fā)展中亟需解決的問題。
[0003] 農(nóng)作物秸桿含有植物光合作用所積累的一半以上的能量及蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是 具有巨大應(yīng)用潛力的非競(jìng)爭(zhēng)性飼料資源。秸桿中常見的化學(xué)組分和含量如表1所示： 表1秸桿中的常見化學(xué)組分和含量
其中，木質(zhì)素是一種以苯基丙烷為基本單元的雜聚物，是一種水不溶解、高度分支的三 維網(wǎng)絡(luò)大分子。在植物體內(nèi)，木質(zhì)素與纖維素、半纖維素互相嵌合，共同組成植物細(xì)胞壁。其 中木質(zhì)素與半纖維素以共價(jià)鍵的形式結(jié)合，將纖維素分子包埋在其中，避免其被酶、堿等進(jìn) 攻和降解，因此木質(zhì)素成為木質(zhì)纖維素降解的天然屏障以及自然界碳素循環(huán)的主要限制因 素。利用微生物發(fā)酵技術(shù)可降解秸桿中的木質(zhì)素和纖維素，使秸桿轉(zhuǎn)化為可給態(tài)，同時(shí)通過 微生物的增殖富集產(chǎn)生大量的菌體蛋白，從而提高秸桿的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和飼用價(jià)值。因此獲得 高效的木質(zhì)素降解菌種資源成為了微生物發(fā)酵秸桿飼料化過程中的一首要關(guān)鍵任務(wù)。
[0004] 自然界中的許多微生物都可以降解木質(zhì)素。目前研究中降解木質(zhì)纖維素的菌種多 以真菌和細(xì)菌為主。真菌，尤以白腐真菌為代表，產(chǎn)酶能力強(qiáng)，降解效率高，且對(duì)木質(zhì)素表 現(xiàn)出強(qiáng)礦化作用（TienM,eia/，1983;GlennJK,eiaZ, 1983)。自 20 世紀(jì) 80 年 代初報(bào)道白腐菌對(duì)木質(zhì)素的降解作用以來真菌一度成為木質(zhì)素降解研究的焦點(diǎn)（Sdnchez C. 2009;tenHaveR,eiaZ, 2001)。降解木質(zhì)素最常見的真菌可分為三類：白腐菌、 褐腐菌和軟腐菌，其中白腐菌是降解能力最強(qiáng)的真菌，也是自然界中最主要的木質(zhì)素降解 菌。白腐菌的種類很多，研究歷史最久，有關(guān)白腐真菌木質(zhì)素降解的酶學(xué)、基因分析、生物技 術(shù)應(yīng)用都已經(jīng)開展了非常深入和詳細(xì)的研究（TienM，eia/，1984;GoldMH，eia丄， 1993)，其中研究最深入詳細(xì)的是白腐真菌的模式菌種黃孢原毛平革菌 chrysosporiuni)〇
[0005] 盡管當(dāng)前大多數(shù)的研究表明細(xì)菌降解木質(zhì)素的能力較真菌差，它們被認(rèn)為在 木質(zhì)素的生物降解過程中主要起著間接的輔助作用且礦化木質(zhì)素能力有限。然而真菌 生長(zhǎng)勢(shì)弱、對(duì)環(huán)境敏感、不耐高溫、在實(shí)際應(yīng)用中難以保證活性等問題，嚴(yán)重限制了其在 木質(zhì)纖維素降解領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)?；瘧?yīng)用。細(xì)菌對(duì)木質(zhì)纖維素的降解能力雖然普遍弱于真 菌，但細(xì)菌生物活性廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，可以克服真菌在木質(zhì)纖維素降解實(shí)際應(yīng)用中的不 足。自20世紀(jì)50~60年代證實(shí)木材腐朽與細(xì)菌相關(guān)以來，已報(bào)道的能降解木質(zhì)素的 細(xì)菌種類很多：主要有放線菌類的鏈霉菌（節(jié)桿菌（JriAraAacter)、 小單孢菌（)和諾卡氏菌（Abcart/ia)等。非絲狀細(xì)菌中的不動(dòng)桿菌屬 d/weioAacter5/7.)、黃桿菌屬5/7.)、微球菌屬（ificiOcocciA? 5/7.)、假 單胞菌屬6·/λ)和黃單胞菌屬（yTawiAomwa·? 6·/λ)的菌株（陳躍輝，2013)。
[0006] 細(xì)菌降解木質(zhì)素的機(jī)理研究主要集中在木質(zhì)素降級(jí)酶系、降解規(guī)律和途徑等幾個(gè) 方面。已報(bào)道的細(xì)菌降解木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的作用方式主要包括苯丙烷支鏈Ca位上基團(tuán)氧化 形成羰基、低分子木質(zhì)素降解產(chǎn)物的環(huán)內(nèi)裂解和環(huán)修飾、Ca(=0)_Ci3鍵斷裂以及脫甲基 等方式（HabuN，eiaJ.，1989;KinyaK，eiaJ.，1998;JouniJ，eiaJ.，1987)〇 在細(xì)菌降解木質(zhì)素酶系方面的研究則從尋找與真菌類似的木質(zhì)素降解酶系入手。有研 究表明細(xì)菌可能與真菌相似的胞外木質(zhì)素過氧化物降解酶體系。放線菌 Kirii/osporiAs·T7A能通過分泌幾種胞外過氧化物酶在H202存在的條件下能夠催化氧化 β-酸基醚型木質(zhì)素，使其發(fā)生斷裂（RamachandraM,eiaJ.，1988)。此外，有報(bào)道稱一 些細(xì)菌/wiii/amt_2、Ti%〇i/ococc"6·JosiiiRHA1)在不添加H2〇2的情況 下也具有降解木質(zhì)素的活性，這表明這些菌要么分泌出能利用分子氧的漆酶，要么具有能 產(chǎn)生H202的胞外過氧化物酶（AhmadM,eiaZ,2010)。除與真菌類似的木質(zhì)素過氧化物 降解酶系外，有學(xué)者在jOai/ciazoAiJisSYK-6中發(fā)現(xiàn)了20多種跟木質(zhì)素降解 相關(guān)的酶，包括能夠使β-0-4型木質(zhì)素的Ca-Ci3鍵的斷裂的β-酯酶和使苯環(huán)開裂 的原兒茶酸4，5-雙加氧酶的能力（MasaiE，eiaZ，2007)?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，在細(xì)菌降 解木質(zhì)素的過程中，木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶都具有催化作用。發(fā)明專利 200380110268. 0公開了一種木質(zhì)素降解細(xì)菌的分離和適應(yīng)性培養(yǎng)的方法，提供了一種新型 的木質(zhì)素降解菌聚生體，以及降解木質(zhì)素的新型生物方法，是一種利用細(xì)菌降解木質(zhì)素的 新技術(shù)。發(fā)明專利03100363.X公開了多種微生物秸桿發(fā)酵飼料與發(fā)酵劑及其制作方法，采 用多種微生物菌種按比例組合制作成發(fā)酵劑，敷料與干秸桿的混合，均勻拌入活化后的發(fā) 酵劑，將添加完發(fā)酵劑和敷料的秸桿裝入容器或入池進(jìn)行發(fā)酵。但該專利并未具體涉及木 質(zhì)素降解問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一株解淀粉芽孢桿菌，該解淀粉芽孢桿菌能夠降解木質(zhì)素。
[0008] 本發(fā)明所提供的解淀粉芽孢桿菌是解淀粉芽孢桿菌 a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-O,該菌株已于2011年12月14日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管 理委員會(huì)普通微生物中心，保藏編號(hào)為CGMCCNo.5591。
[0009]解淀粉芽抱桿菌（ifeciUiA?a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591，菌落 不透明、近圓形、邊緣不整齊、表面褶皺、中央突起。經(jīng)染色后置于光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)： 菌株MN-13菌體呈桿狀、革蘭氏染色陽性、菌體大小約3.1μπιΧΟ.9μπι;芽孢大小約2. 0 μmX0.6μm、橢圓形、中生、不膨大。生理生化特性如表2所示： 表2解淀粉芽抱桿菌（^3<^7知61<3野76^_/識(shí)/6'/^_/6'/?6 1)]\^-13 06]\0^1^〇.5591的生理生 化性質(zhì)
注："+"表示陽性，""表示陰性 解淀粉芽抱桿菌a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591 的 16SrDNA序列和因序列見序列表。
[0010] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供解淀粉芽孢桿菌（ifeciWi/6·a野ioJi識(shí)/e/aciefts·) MN-13CGMCCNo. 5591在降解木質(zhì)素領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其是將該菌株用于秸桿發(fā)酵中 降解木質(zhì)素以制取動(dòng)物飼料。鑒于解淀粉芽孢桿菌（a野ioJi識(shí)/e/acie/76·) MN-13CGMCCNo. 5591對(duì)木質(zhì)素的降解作用，本發(fā)明還提供了一種含有解淀粉芽孢桿菌 a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591 的芽抱菌劑。
[0011]解淀粉芽抱桿菌（ifeciUiA?a野MN-13CGMCCNo. 5591 可 產(chǎn)木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶，對(duì)木質(zhì)素降解能力強(qiáng)，可將玉米秸桿木質(zhì)素降解成 1，2-苯甲酸二（2-甲基丙基)酯、鄰苯二甲酸二丁酯、1- (4-羥基-3, 5-二甲氧基)苯乙酮、 N-甲基苯乙胺和α-甲基苯丙胺等小分子芳香族化合物。降解產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果如表 3所示。
[0012] 表3發(fā)酵秸桿木質(zhì)素降解產(chǎn)物GC/MS分析結(jié)果


【附圖說明】
[0013]圖 1 解淀粉芽抱桿菌（ifeciUiA?a野ioJi識(shí)/e/'acieft?)MN-13CGMCCNo. 5591 復(fù) 篩結(jié)果的脫色圈照片； 圖2依據(jù)16SrDNA序列構(gòu)建的解淀粉芽抱桿菌（ifeciUiA?a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-n CGMCCNo. 5591的系統(tǒng)發(fā)育樹； 圖3依據(jù)處/必基因序列構(gòu)建的解淀粉芽孢桿菌（ifeciWiA?a野ioJi識(shí)/e/acieftsOMN-O CGMCCNo. 5591的系統(tǒng)發(fā)育樹； 圖4解淀粉芽抱桿菌（你<^7知61<3野76^_/識(shí)/6'/^_/6'/?6 1)]\^-13 06]\0^1^〇.5591發(fā)酵