不同碳氮源對復合木質素降解菌木質素降解能力的影響

摘要:通過室內小麥秸稈固態(tài)發(fā)酵試驗，研究了不同的碳、氮源對復合側耳屬白腐真菌Tf1(P. pulmonarius)和JG1(P. cornucopiae)降解麥秸中木質素能力的影響。結果表明，以葡萄糖為碳源，酒石酸銨為氮源能顯著提高復合木質素降解菌對木質素的降解能力，發(fā)酵9 d后小麥秸稈的失重率為14.87%，木質素含量為8.68%，木質素降解率為22.95%(p<0.05)。

關鍵詞:碳源;氮源;木質素降解菌;木質素;失重率

中圖分類號:S186.3文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.009

Effect of Carbon and Nitrogen Sources on Lignin Degradation Ability of Dual-Cultured， Lignin-Degrading Fungi

FAN 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 Agro-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 wheat 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 and 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%(p<0.05).

Key words: carbon sources;nitrogen sources;lignin-degrading fungi;lignin;weight loss

秸稈作為糧食作物的支撐物，注定其結構是堅固的，具有很強的抗倒伏性，一般的微生物和自然因素不能將其破壞，秸稈直接作為飼料其營養(yǎng)價值很低，動物對其的采食量僅有優(yōu)質牧草的50%～60%，消化率僅為30%～40%。但秸稈中含有約70%的碳水化合物，如果能采取一些處理措施以提高秸稈的營養(yǎng)價值，則可使其成為反芻動物的重要能量飼料。自20世紀70年代以來，國外許多學者和研究人員都致力于白腐真菌的研究。研究表明白腐真菌能夠顯著地改善秸稈的適口性，提高木質素的降解率，大幅度提高秸稈瘤胃干物質消化率(40%～60%)，可使秸稈成為反芻動物的一種含有較高營養(yǎng)價值的廉價能量飼料[1]。

在本實驗室前期研究中篩選出4株側耳屬白腐菌菌株，其中復合菌株Tf1+JG1固態(tài)發(fā)酵21 d對小麥秸稈木質素的降解率為38.41%[2]。有研究表明，碳源和氮源是微生物降解木質素的一個極為主要的影響因素，可通過改變培養(yǎng)條件改變菌株木質素降解能力[3]。本研究就常見的幾種碳源和氮源對其木質素降解能力的影響進行了試驗，以期為研究其木質素降解能力的營養(yǎng)調控提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1供試菌株

Tf1(P. pulmonarius)，JG1(P. cornucopiae)，購自天津食用菌研究中心，經(jīng)本實驗室定向篩選并保藏的木質素選擇性降解菌株。

1.2培養(yǎng)基

1.2.1CPDA培養(yǎng)基馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，KH2PO4 3 g，MgSO4·7H2O 1.5 g，VB1 100 mg，瓊脂18 g，自來水1 000 mL，121 ℃下濕熱滅菌30 min。

1.2.2固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基取粉碎后過0.42 mm篩的小麥秸稈15.00 g裝入三角燒瓶中，碳源(葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、可溶性淀粉和玉米粉)5%，氮源(酒石酸銨、硫酸銨、蛋白胨、豆粕和麩皮)1%，以1:3的料液比加入營養(yǎng)液[4]，拌勻，于121 ℃濕熱滅菌30 min。

1.3菌塞的制作

將斜面菌株接入滅菌后的CPDA 平板上，放入培養(yǎng)箱中28 ℃恒溫培養(yǎng)，待菌絲布滿整個平皿后用直徑為10 mm無菌打孔器打出均一菌塞，在滅菌后的固體發(fā)酵培養(yǎng)基中分別接入Tf1和JG1菌塞各10塊。

1.4干物質失重率的測定方法[5]

采用恒重差減法，將發(fā)酵前后秸稈物料置于65 ℃烘箱中烘至恒重。稱量后粉碎過0.42 mm篩，作為分析測試樣品。樣品失重(%)=(發(fā)酵前物料干重—發(fā)酵后物料干重)/發(fā)酵前物料干重×100%。

1.5木質素含量的測定方法

參見楊勝主編《飼料分析及飼料質量檢測技術》(第1版)第四章 纖維素的分析測定。

木質素降解率計算按Tsang等[6]的方法:木質素降解率(%)=100%-[(100%-干物質失重率)×發(fā)酵后木質素含量]/發(fā)酵前木質素含量。

1.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用SAS軟件進行單因素方差分析。

2結果與分析

2.1不同的碳源對發(fā)酵麥秸的失重率、木質素含量和木質素降解率的影響

復合木質素降解菌Tf1+JG1在不同碳源的小麥秸稈固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)至9 d測定發(fā)酵麥秸的失重率、木質素含量和木質素降解率，試驗結果如圖1-3可見:不同的碳源對Tf1+JG1降解木質素的能力有較大差異，其中以葡萄糖為碳源時失重率和木質素降解率最高，分別為14.87%和22.95%(p<0.05)，木質素含量為8.68%(p>0.05)。木質素降解率以淀粉為最低，為6.47%(p<0.05)，其失重率為4.26%、木質素含量為9.37%。

白腐真菌具有極強的降解木質素能力和特殊的代謝類型，成為近年來國內外研究的熱點，木質素的降解是一個多酶體系作用的過程。前期研究結果顯示[7]，不同的碳源對復合木質素降解菌產(chǎn)生木質素降解酶系的活性有較大差別，這可用以解釋為何不同碳源對Tf1+JG1降解木質素的能力有很大差別的原因。試驗證實，Tf1+JG1木質素降解酶系中的木質素過氧化物酶(Lip)、錳過氧化物酶(MnP)在木質素降解過程中起著極其重要的作用，其酶活與木質素的降解率顯著相關，這些結論可為進一步研究復合白腐真菌Tf1+JG1的生理生化特性提供一些理論依據(jù)。

2.2不同的氮源對發(fā)酵麥秸的失重率、木質素含量和木質素降解率的影響

對復合白腐真菌Tf1+JG1在不同氮源培養(yǎng)基中28 ℃，培養(yǎng)9 d的小麥秸的失重率、木質素含量和木質素降解率測定結果顯示(圖4~6)，氮源以酒石酸銨失重率和木質素降解率最高，分別為14.87%和22.95%(p<0.05)，木質素含量為8.68%(p>0.05)。木質素降解率以硫酸銨為最低，為9.49%(p<0.05)，其失重率和木質素含量分別為3.33%和8.98%。有研究表明這些損失的木質素有的變成小分子的木質素碎片，有的將可能進一步通過芳環(huán)的斷裂生成脂肪酸，隨后進一步完全代謝為二氧化碳和水[8]。Hadar等[9]研究表明，側耳屬白腐菌能夠利用秸稈中的非蛋白氮合成菌體蛋白，使得發(fā)酵物料中的蛋白含量得到提高。

3結論

大量白腐真菌處理秸稈的試驗研究表明，被研究的多種白腐真菌用來處理秸稈均表現(xiàn)出較強的種間變異，同時培養(yǎng)發(fā)酵條件不同，處理秸稈的效果也不同。從木質素降解結果來分析，我們將選擇葡萄糖為碳源、酒石酸銨為氮源做進一步碳氮比研究，以發(fā)現(xiàn)另一個極為重要的因素對復合木質素降解菌Tf1+JG1產(chǎn)酶活力和木質素降解能力的影響。

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