紅平菇單、雙核菌株對稻草的降解能力比較

吳旭東 王亞洲 王藝霖

（西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621010）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物播種面積居世界第一。據(jù)估計，我國每年產(chǎn)生7億t秸稈，具有數(shù)量大、分布廣、種類多等特點。然而如何充分有效地利用這類資源卻相當(dāng)困難，這是由于秸稈產(chǎn)量大且隨季節(jié)變化，其中的纖維素大都不能被動物利用。秸稈的自然降解過程極其緩慢，大量的秸稈以堆積、荒燒等形式直接傾入環(huán)境，造成極大的環(huán)境污染和嚴(yán)重的物質(zhì)資源浪費[1]。纖維素是稻草秸稈中主要的干物質(zhì)成分，是由葡萄糖組成的高分子化合物，主要是以α-1，4糖苷鍵結(jié)合，每個纖維素單位包括的葡萄糖含量極高，因此，使用一般的降解方法很難完成，需要依靠纖維素酶類物質(zhì)進(jìn)行降解[2]。秸稈干物質(zhì)成分除了大量的纖維素外，還包括半纖維素和木質(zhì)素以及一些蠟質(zhì)物質(zhì)，這些成分基于本身的特性形成堅固的組織，進(jìn)而在很大程度上影響纖維素的降解[3]。纖維素容易與半纖維素、木質(zhì)素等難降解的物質(zhì)相結(jié)合；又因為纖維素在水中不溶，不能進(jìn)行水解，對于其分解至少需要3種纖維素水解酶的共同作用：纖維素內(nèi)切酶（endo-cellulase）、端解酶（exo-cellulase）和纖維素二糖酶（cellobiase）[4]。除此之外，纖維素的降解還局限于細(xì)胞壁中纖維素與木質(zhì)素相復(fù)合，因木質(zhì)素有完整堅硬的外殼，微生物很難對其進(jìn)行降解。因此，纖維素的降解關(guān)鍵在于破除保護(hù)纖維素的堅硬外殼，也就是對木質(zhì)素的降解[5]。筆者選擇綿陽市當(dāng)?shù)丶t平菇作為分解菌，研究其單、雙核菌株對稻草中纖維素、木質(zhì)素的降解能力。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

紅平菇（Pleurotusdjamor）原始菌株編號：BS22，選擇西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院實驗室分離的單、雙核菌株各5株為供試菌株，試驗編號分別為：S1-S5，D1-D5。

1.2 供試培養(yǎng)基

松針培養(yǎng)基：松針50 g，葡萄糖20 g，蛋白胨10 g，瓊脂20 g，水1 000 mL，煮沸20~30 min，用八層紗布過濾，0.11 MPa，121℃下滅菌60 min。

稻草培養(yǎng)基：稻草78 g，麩皮20 g，石膏粉2 g，加水拌勻，料含水量65%，pH6。裝三角瓶，0.11 MPa，121℃下滅菌60 min。

1.3 菌絲體培養(yǎng)

在超凈工作臺中將保存的紅平菇菌株（單核菌株5株，雙核菌株5株）接種于斜面培養(yǎng)基，25℃培養(yǎng)6~7 d，使菌株活化。將活化的紅平菇菌株接種于斜面松針培養(yǎng)基上，每個菌株擴3支，25℃培養(yǎng)6~7 d。將獲得的紅平菇菌株接種于稻草培養(yǎng)基中，每個菌株接3瓶，25℃恒溫培養(yǎng)，觀察菌絲生長。待瓶中菌絲長滿后開始取樣，10 d一次，共取7次[6]。將取出的樣品在70℃烘箱中烘干，用粉碎機粉碎，過孔徑為0.25 mm篩。

1.4 木質(zhì)素、纖維素降解率

1.4.1 纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及降解率

稱取待測樣品1.00 g裝入250 mL錐形瓶中，加入25 mL硝酸、乙醇混合液。用沸水浴加熱1 h，注意在加熱過程中，隨時搖蕩錐形瓶，以防止受熱不均導(dǎo)致樣品噴濺。之后將錐形瓶從水浴鍋取出，冷卻至室溫，抽濾后的殘渣少量多次加入25 mL硝酸、乙醇混合液，盡可能將濾器中的殘渣全部洗入錐形瓶中，再用沸水浴加熱1 h，剩余步驟重復(fù)即可[7]。最后獲得的殘渣再加入50 mL1.25%KOH溶液，水浴加熱，并回流約10 mL，然后進(jìn)行過濾，需要用熱蒸餾水少量多次地將瓶中的殘渣沖洗干凈，使濾液不成堿性為止。得到的殘渣在105℃烘箱中烘干至恒重。重復(fù)試驗3組，計算平均值。

纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=[（G1-G）/W]×100%

G1，烘干后砂芯漏斗及殘渣質(zhì)量（g）

G，砂芯漏斗質(zhì)量（g）

W，樣品干質(zhì)量（g）

纖維素降解率=[（原始纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)-降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/原始纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)]×100%

1.4.2 木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及降解率

稱取待測樣品1.00 g烘干磨細(xì)，用定性濾紙包好（用線扎牢防止泄露），放入醇、苯混合液中（體積比1∶1），在沸水浴環(huán)境中抽提6~8 h，取出風(fēng)干。解開濾紙包，將其刷入500 mL的干燥燒杯中，并加入10 mL沸騰的蒸餾水濕潤，10 min后加入35 mL86%硫酸，在溫度為18~22℃水浴中保持4 h，之后加入250 mL蒸餾水，加熱至沸騰，以上過程需要全程攪拌。在沸水浴中靜置1 h后，浸入冷水浴中15 min[8]。抽濾，并用熱蒸餾水洗滌，至洗液用10%BaCl2溶液測試不出現(xiàn)渾濁為止。將獲得的殘渣移入烘箱，于105℃烘干至恒重。重復(fù)試驗3組，計算平均值。

木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=[（G1-G）/W]×100%

G1，已恒重的砂芯漏斗及殘渣質(zhì)量（g）

G，已恒重的砂芯漏斗質(zhì)量（g）

W，烘干樣品質(zhì)量（g）

木質(zhì)素降解率=[（原始木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)—降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/原始木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)]×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 紅平菇單、雙核菌株對纖維素的降解

供試稻草中原始纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定為39.56%。由表1、表2可知，紅平菇的5個雙核菌株對稻草纖維素的降解能力差異不顯著（P>0.05），降解70 d后，5個雙核菌株對稻草纖維素平均降解率達(dá)57.02%，降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.00%。

表1 紅平菇單、雙核菌株對稻草纖維素的降解率

表2 紅平菇雙核菌株對稻草纖維素的降解率方差分析

由表1和表3可知，紅平菇的5個單核菌株對稻草纖維素的降解能力差異也不顯著（P＞0.05），降解70 d后5個單核菌株對稻草纖維素的平均降解率達(dá)48.07%，降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.54%。但由表表1、表4可知，紅平菇單、雙核菌株對稻草纖維素降解能力差異顯著（P<0.05）。紅平菇雙核菌株較單核菌株的降解能力強。

表3 紅平菇單核菌株對稻草纖維素降解率方差分析

表4 紅平菇單、雙核菌株對稻草纖維素降解率方差分析

2.2 紅平菇單、雙核菌株對木質(zhì)素的降解

供試稻草中原始木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定為11.12%。由表5、表6可知，紅平菇的5個雙核菌株對稻草木質(zhì)素的降解能力差異不顯著（P>0.05），降解70 d后，5個雙核菌株對木質(zhì)素的平均降解率達(dá)到60.61%，降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.38%。

表5 紅平菇單、雙核菌株對稻草木質(zhì)素降解率情況

表6 紅平菇雙核菌株對稻草木質(zhì)素的降解率方差分析

由表5、表7可知，紅平菇的5個單核菌株對稻草木質(zhì)素的降解能力差異也不顯著（P>0.05），降解70 d后5個單核菌株對木質(zhì)素的平均降解率達(dá)到53.11%，降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.22%。但由表5和表8可知，紅平菇單、雙核菌株對稻草木質(zhì)素降解能力差異達(dá)極顯著（P<0.01）。

表7 紅平菇單核菌株對稻草木質(zhì)素降解率方差分析

表8 紅平菇單、雙核菌株對稻草木質(zhì)素降解率方差分析

3 小結(jié)與討論

接種紅平菇雙核菌株的稻草培養(yǎng)基中，纖維素被降解70后質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的39.56%降到17.00%，5個雙核菌株平均降解率為57.02%；降解70 d后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的11.12%降到4.38%，5個雙核菌株平均降解率為60.61%。接種紅平菇單核菌株的稻草培養(yǎng)基中纖維素被降解70 d后質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的39.56%降到20.54%，5個單核菌株平均降解率為48.07%；降解70 d木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的11.12%降到5.22%，5個單核菌株平均降解率為53.11%。

結(jié)果表明，紅平菇單、雙核菌株對稻草中的纖維素和木質(zhì)素都有較強的降解能力，雙核菌株的降解能力要比單核菌株強，這與纖維素、木質(zhì)素形成的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。木質(zhì)素的分解過程十分復(fù)雜，不同分解酶的活性可能會影響其在木質(zhì)素分解過程中的作用和發(fā)揮作用的階段及順序[9]。這些酶以不同的聯(lián)合形式，在木質(zhì)素的真菌代謝中起到重要的作用[10]，而對于紅平菇生長的不同階段所產(chǎn)生的木質(zhì)素降解酶及其活性的研究還不夠全面，還需要更加系統(tǒng)深入的探索。總之利用紅平菇提高纖維素、木質(zhì)素降解率，這在食品發(fā)酵工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品和城市廢料處理、新能源、飼料工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、遺傳工程等方面都有積極的作用。