四株不同属真菌粗酶液协同降解水稻秸秆效果的比较研究

【摘要】：据不完全统计,世界每年被利用的秸秆等农林废弃物不足2%,我国目前的秸秆利用率为33%,其中大部分未加处理,经过技术处理后利用的仅占2.6%。秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。其中水稻秸秆纤维素含量约39%、半纤维素含量约17%,木质素含量约10%。由于秸秆组成成分的复杂性及各组分之间的相互缠绕和包裹,微生物对其难以转化利用。在长期的实验和生产实践中,人们发现秸秆降解是在微生物代谢过程中产生的一系列酶作用下完成的,而且需要多种酶协同作用,这些酶单独存在时降解秸秆的能力比较差,但同时存在时表现出很强的活性,而且不同秸秆分解菌之间具有比较强的相互作用。本文对四株不同属真菌(镰刀菌属Fusarium sp.、木霉属Trichoderma sp.、曲霉属Aspergillussp.、拟盘多毛孢属Pestacotiopsis sp.)液体发酵所产粗酶液单独及混合降解水稻秸秆进行了比较研究,降解效果用DNS法测定,降解能力(μg·mL~(-1)·min~(-1))用每毫升粗酶液每分钟所产还原糖量(μg)来表示。并分别对其CMC酶活与木聚糖酶活进行了测定。研究结果显示:无论是CMC酶活、木聚糖酶活,还是对水稻秸秆的降解,各菌株粗酶液混合后普遍表现出不同程度的协同作用。如木霉菌与曲霉菌粗酶液混合液对水稻秸秆的降解效果较两株菌粗酶液单独降解效果之和提高了85.60%。值得注意的是,各菌株中,拟盘多毛孢菌的粗酶液的CMC酶活、木聚糖酶活都最高(分别达到了0.3149U/mL和38.4817U/mL),对水稻秸秆的降解能力也不错,为28.9490μg/mL。拟盘多毛孢,作为一种植物病原菌,人们对它的研究多集中在分类学及毒理学上。本试验所用拟盘多毛孢菌,有相对很高的CMC酶活和木聚糖酶活,并对水稻秸杆也有相对较好的降解能力。这在国内外鲜有相关报道。无论是做为纤维素降解菌还是做为半纤维素降解菌,人们对木霉的研究都较多。各类研究中,木霉产纤维素酶活和木聚糖酶活都很高,并以其降解酶系较全而著称。但在本试验中所用木霉菌纤维素酶活和木聚糖酶活都不高,这可能与诱导底物不同和不同菌种及菌株之间的差异有关。各种酶液组合或菌株组合降解纤维素或木聚糖中,黑曲霉与木霉(尤其是瑞氏木霉和绿色木霉)的组合效应研究得非常多,常因酶系互补而表现出较好的协同作用。本试验中木霉菌与曲霉菌对于水稻秸杆的高协同作用(相比单菌酶液叠加效果提高了85.26%)便印证了木霉属与曲霉属酶液对天然木质纤维素的协同降解作用。鉴于有的酶液单独对纤维素、半纤维素的降解作用不够好,但对天然纤维素的降解效果却相对好的结果,提议研究对天然纤维素的降解时,应在考虑酶系内协同效果的同时,还要考虑不同酶系间的协同作用。