近年纤维素降解菌株筛选研究进展

宫秀杰，钱春荣，于 洋，郝玉波，李 梁，姜宇博，吕国一

（黑龙江省农业科学院 耕作栽培研究所，黑龙江 哈尔滨 150086）

纤维素是世界上最丰富的可再生资源、可被持续利用的绿色有机质资源，在高等植物、细菌、动物和海藻等生物中广泛存在，每年总量有几百亿吨，具有巨大的经济开发价值，就我国玉米秸秆纤维素而言，每年资源高达1.32 亿t（纤维素按32%计算）[1]。然而，（1）纤维素由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-1,4-糖苷键以C1 椅式构象联结而成的线形高分子化合物；（2）纤维素由结晶相和非结晶相交错组成，其中结晶相纤维素中大量的羟基基团，产生数目庞大的氢键，这些氢键构成巨大的氢键网格，直接导致了致密的晶体结构的形成[2]；（3）纤维素聚合度非常大，约2 000 到15 000 以上，当大量游离羟基形成氢键时，氢键力非常大，它们使纤维素片之间的距离保持在很小的范围。综上所述，纤维素复杂的结构、致密的晶体和稳定的氢键以及与蛋白质、半纤维素、木质素和矿物质元素等紧密结合在一起而难以降解[3]。

目前，纤维素降解包括物理方法（如机械粉碎[4]、超声波处理[5]）、化学方法（如酸或碱处理[6]）、物理化学法（如蒸汽爆破法[7]）、生物法（如青霉菌[8]、木霉菌[9]、芽孢杆菌[10]和链霉菌[11]等）和联合处理法[12]。（1）物理方法，主要是通过破坏结构，减少结晶区，增加木质纤维素比表面积，优点是操作简单，对环境污染较小；缺点是需要较高的能量和动力，增加成本[13]。（2）化学方法，主要是通过木质素溶于碱性溶液或酸性物质为催化剂使半纤维素水解[14]，促进木质素中部分官能团、纤维素的氢键和糖苷键以及木质素与纤维素、半纤维之间的连接键的断裂，使包裹在木质素中的纤维素更好地释放出来被溶胀降解，并破坏其晶体结构[15]。……