不同碳氮源对复合木质素降解菌木质素降解能力的影响

1、不同碳氮源对复合木质素降解菌木质素降解能力的影响摘要 :通过室内小麦秸秆固态发酵试验,研究了不同的碳、氮源对复合侧耳属白腐真菌Tf1(P. pulmonarius)和JG1(P.cornucopiae)降解麦秸中木质素能力的影响。结果表明，以葡萄糖为碳源 ,酒石酸铵为氮源能显著提高复合木质素降解菌 对木质素的降解能力 ,发酵 9 d 后小麦秸秆的失重率为 14.87%,木质素含量为 8.68%,木质素降解率为 22.95%(p0.05)。关键词 :碳源 ;氮源 ;木质素降解菌 ;木质素 ;失重率 中图分类号 :S186.3 文献标识码 :A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006

2、-6500.2010.03.009Effect of Carbon and Nitrogen Sources on Lignin Degradation Ability of Dual-Cultured, Lignin-Degrading FungiFAN Huan1,LIANG Jun-feng2,ZHAO Run2,ZHANG Jin-feng2,ZHANG Hong-sheng2(1.Tianjin Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, Tianjin 300112,China;2. Institute of Agr

3、o-environmental Protection,Ministry of Agriculture,Tianjin 300191,China)Abstract:The present study was conducted to investigate the effect of selected carbon and nitrogen sources on lignin degradation ability by dual culture of two Pleurotus strains (P. pulmonarius Tf1 and P. cornucopiae JG1) on whe

4、at straw substrates. Carbon source (glucose,Cane sugar,maizena,maltose and starch) and nitrogen source (ammonium tartrate,ammonium sulfate,peptone,wheat bran,soybean meal) were tested in these experiments. The greatest lignin degradation ability of Tf1+JG1 was found using glucose as carbon source an

5、d ammonium tartrate as a nitrogen source. After fermentation for 9 days, weight loss for wheat straw was 14.87%,lignin content was 8.68% and lignin degradation was 22.95%(p0.05).Key words: carbon sources;nitrogen sources;lignin-degrading fungi;lignin;weight loss秸秆作为粮食作物的支撑物 ,注定其结构是坚固的 ,具有 很强的抗倒伏性 ,一

6、般的微生物和自然因素不能将其破坏 ,秸 秆直接作为饲料其营养价值很低 ,动物对其的采食量仅有优 质牧草的50%60%,消化率仅为30%40%。但秸秆中含有 约 70%的碳水化合物 ,如果能采取一些处理措施以提高秸秆 的营养价值 ,则可使其成为反刍动物的重要能量饲料。自20世纪 70 年代以来 ,国外许多学者和研究人员都致力于白腐真 菌的研究。 研究表明白腐真菌能够显著地改善秸秆的适口性 提高木质素的降解率 ,大幅度提高秸秆瘤胃干物质消化率 (40%60%),可使秸秆成为反刍动物的一种含有较高营养价 值的廉价能量饲料 1 。在本实验室前期研究中筛选出 4 株侧耳属白腐菌菌株 其中复合菌株Tf1+

7、JG1固态发酵21 d对小麦秸秆木质素的降 解率为 38.41%2 。有研究表明 ,碳源和氮源是微生物降解木 质素的一个极为主要的影响因素 ,可通过改变培养条件改变 菌株木质素降解能力 3 。本研究就常见的几种碳源和氮源对 其木质素降解能力的影响进行了试验 ,以期为研究其木质素 降解能力的营养调控提供理论依据。1 材料和方法1.1 供试菌株Tf1(P. pulmonarius),JG1(P. cornucopiae), 购自天津食用菌 研究中心 ,经本实验室定向筛选并保藏的木质素选择性降解 菌株。1.2 培养基1.2.1CPDA培养基马铃薯 200 g,葡萄糖20 g,KH2PO4 3g,Mg

8、SO4?7H2O 1.5 g,VB1 100 mg,琼脂 18 g,自来水 1 000 mL,121 C下湿热灭菌 30 min。1.2.2 固态发酵培养基取粉碎后过 0.42 mm 筛的小麦秸秆 15.00 g 装入三角烧瓶中 ,碳源（葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、可溶 性淀粉和玉米粉 ）5%,氮源（酒石酸铵、硫酸铵、蛋白胨、豆粕 和麸皮）1%,以1:3的料液比加入营养液4,拌匀，于121 C湿 热灭菌 30 min 。1.3 菌塞的制作将斜面菌株接入灭菌后的 CPDA 平板上 ,放入培养箱中28 C恒温培养,待菌丝布满整个平皿后用直径为10 mm无菌打孔器打出均一菌塞 ,在灭菌后的固体发酵培养基中

9、分别接 入 Tf1 和 JG1 菌塞各 10 块。1.4 干物质失重率的测定方法 5采用恒重差减法，将发酵前后秸秆物料置于65 C烘箱中烘至恒重。 称量后粉碎过 0.42 mm 筛,作为分析测试样品。 样 品失重 （%）=（ 发酵前物料干重发酵后物料干重 ）/发酵前物 料干重X 100%。1.5 木质素含量的测定方法参见杨胜主编饲料分析及饲料质量检测技术 （第 1 版）第四章 纤维素的分析测定。木质素降解率计算按 Tsang等6的方法：木质素降解率 （%）=100%-（100%-干物质失重率）X发酵后木质素含量/发 酵前木质素含量。1.6 数据统计处理与分析试验数据用 SAS 软件进行单因素方

10、差分析。2 结果与分析2.1 不同的碳源对发酵麦秸的失重率、木质素含量和木 质素降解率的影响复合木质素降解菌 Tf1+JG1 在不同碳源的小麦秸秆固态 发酵培养基培养至9d测定发酵麦秸的失重率、木质素含量 和木质素降解率 ,试验结果如图 1-3 可见 :不同的碳源对 Tf1+JG1 降解木质素的能力有较大差异 ,其中以葡萄糖为碳 源时失重率和木质素降解率最高 ,分别为 14.87%和 22.95%(p0.05)。木质素降解率以淀粉为最低，为6.47%(p0.05), 其失重率为 4.26%、木质素含量为 9.37%。白腐真菌具有极强的降解木质素能力和特殊的代谢类 型,成为近年来国内外研究的热点

11、 ,木质素的降解是一个多酶 体系作用的过程。 前期研究结果显示 7, 不同的碳源对复合木 质素降解菌产生木质素降解酶系的活性有较大差别 ,这可用 以解释为何不同碳源对 Tf1+JG1 降解木质素的能力有很大差 别的原因。 试验证实 ,Tf1+JG1 木质素降解酶系中的木质素过 氧化物酶 (Lip) 、锰过氧化物酶 (MnP) 在木质素降解过程中起着极其重要的作用 ,其酶活与木质素的降解率显著相关,这些结论可为进一步研究复合白腐真菌 Tf1+JG1 的生理生化特性 提供一些理论依据。2.2 不同的氮源对发酵麦秸的失重率、木质素含量和 木质素降解率的影响对复合白腐真菌Tf1+JG1在不同氮源培养基

12、中 28 C , 培养 9 d 的小麦秸的失重率、木质素含量和木质素降解率测 定结果显示 ( 图 46), 氮源以酒石酸铵失重率和木质素降解率 最高,分别为14.87%和22.95%(p0.05)。木质素降解率以硫酸 铵为最低 ,为 9.49%(p0.05), 其失重率和木质素含量分别为 3.33%和 8.98%。有研究表明这些损失的木质素有的变成小分 子的木质素碎片 ,有的将可能进一步通过芳环的断裂生成脂 肪酸,随后进一步完全代谢为二氧化碳和水8。 Hadar 等9研究表明 ,侧耳属白腐菌能够利用秸秆中的非蛋白氮合成菌 体蛋白 ,使得发酵物料中的蛋白含量得到提高。3 结论大量白腐真菌处理秸秆

13、的试验研究表明 ,被研究的多种 白腐真菌用来处理秸秆均表现出较强的种间变异 ,同时培养 发酵条件不同 ,处理秸秆的效果也不同。 从木质素降解结果来 分析 ,我们将选择葡萄糖为碳源、 酒石酸铵为氮源做进一步碳 氮比研究 ,以发现另一个极为重要的因素对复合木质素降解 菌 Tf1+JG1 产酶活力和木质素降解能力的影响。参考文献 :1 闫鑫鹏 ,李杰 .白腐真菌在农作物秸秆中的研究与应 用 J. 饲料工业 ,2008,29(14):54-57.2 张洪生 ,梁军锋 ,张克强 ,等 . 两株侧耳属真菌对小麦 秸秆化学组分及瘤胃消化率的影响 J. 农业环境科学学 报,2009,28(10):2185-2

14、188.3 王灿,胡洪营 ,于茵 ,等.培养基种类和培养条件对白腐 真菌生长和产酶特性的影响 J. 环境科学研 究,2007,20(2):9-13.4 王宏勋 ,杜甫佑 ,张晓昱 .白腐真菌选择性降解秸秆木 质纤维素研究 J. 华中科技大学学报 :自然科学 版,2006,34(3):97-100.5 Jalc D,Siroka P, Fejes J, et al. Effect of three strains of Pleurotus tuber-regium(Fr.)Sing. on chemical composition and rumen fermentation of wheat

15、strawJ. J Gen Appl Microbiol,1999,45:277-282.6 Tsang L J, Reid I D, Coxworth E C. Delignification ofwheat straw by Pleurotus spp. under mushroom growing conditionsJ. Applied and EnvironmentalMicrobiology,1987,53:1304-1306.7 范寰,梁军峰 ,赵润 ,等. 不同碳氮源对复合木质素降 解菌木质素降解酶系活力的影响 J. 天津农业科 学,2010,16(2):18-20.8 Singh D,Chen S L. The white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium: conditions for