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

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

我國是農業大國，農作物播種面積居世界第一。據估計，我國每年產生7億t秸稈，具有數量大、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困難，這是由于秸稈產量大且隨季節變化，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境，造成極大的環境污染和嚴重的物質資源浪費[1]。纖維素是稻草秸稈中主要的干物質成分，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進行降解[2]。秸稈干物質成分除了大量的纖維素外，還包括半纖維素和木質素以及一些蠟質物質，這些成分基于本身的特性形成堅固的組織，進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、木質素等難降解的物質相結合；又因為纖維素在水中不溶，不能進行水解，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胞壁中纖維素與木質素相復合，因木質素有完整堅硬的外殼，微生物很難對其進行降解。因此，纖維素的降解關鍵在于破除保護纖維素的堅硬外殼，也就是對木質素的降解[5]。筆者選擇綿陽市當地紅平菇作為分解菌，研究其單、雙核菌株對稻草中纖維素、木質素的降解能力。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

紅平菇（Pleurotusdjamor）原始菌株編號：BS22，選擇西南科技大學生命科學與工程學院實驗室分離的單、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 供試培養基

松針培養基：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

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）接種于斜面培養基，25℃培養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基上，每個菌株擴3支，25℃培養6~7 d。將獲得的紅平菇菌株接種于稻草培養基中，每個菌株接3瓶，25℃恒溫培養，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 木質素、纖維素降解率

1.4.1 纖維素質量分數及降解率

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。重復試驗3組，計算平均值。

纖維素質量分數=[（G1-G）/W]×100%

G1，烘干后砂芯漏斗及殘渣質量（g）

G，砂芯漏斗質量（g）

W，樣品干質量（g）

纖維素降解率=[（原始纖維素質量分數-降解后纖維素質量分數）/原始纖維素質量分數]×100%

1.4.2 木質素質量分數及降解率

稱取待測樣品1.00 g烘干磨細，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），在沸水浴環境中抽提6~8 h，取出風干。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溶液測試不出現渾濁為止。將獲得的殘渣移入烘箱，于105℃烘干至恒重。重復試驗3組，計算平均值。

木質素質量分數=[（G1-G）/W]×100%

G1，已恒重的砂芯漏斗及殘渣質量（g）

G，已恒重的砂芯漏斗質量（g）

W，烘干樣品質量（g）

木質素降解率=[（原始木質素質量分數—降解后木質素質量分數）/原始木質素質量分數]×100%

2 結果與分析

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量分數測定為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57.02%，降解后纖維素質量分數為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48.07%，降解后纖維素質量分數為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、雙核菌株對木質素的降解

供試稻草中原始木質素的質量分數測定為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個雙核菌株對木質素的平均降解率達到60.61%，降解后木質素質量分數為4.38%。

表5 紅平菇單、雙核菌株對稻草木質素降解率情況

表6 紅平菇雙核菌株對稻草木質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個單核菌株對木質素的平均降解率達到53.11%，降解后木質素質量分數為5.22%。但由表5和表8可知，紅平菇單、雙核菌株對稻草木質素降解能力差異達極顯著（P<0.01）。

表7 紅平菇單核菌株對稻草木質素降解率方差分析

表8 紅平菇單、雙核菌株對稻草木質素降解率方差分析

3 小結與討論

接種紅平菇雙核菌株的稻草培養基中，纖維素被降解70后質量分數由原始的39.56%降到17.00%，5個雙核菌株平均降解率為57.02%；降解70 d后木質素質量分數由原始的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基中纖維素被降解70 d后質量分數由原始的39.56%降到20.54%，5個單核菌株平均降解率為48.07%；降解70 d木質素質量分數由原始的11.12%降到5.22%，5個單核菌株平均降解率為53.11%。

結果表明，紅平菇單、雙核菌株對稻草中的纖維素和木質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、木質素形成的特殊結構有關。木質素的分解過程十分復雜，不同分解酶的活性可能會影響其在木質素分解過程中的作用和發揮作用的階段及順序[9]。這些酶以不同的聯合形式，在木質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生的木質素降解酶及其活性的研究還不夠全面，還需要更加系統深入的探索。總之利用紅平菇提高纖維素、木質素降解率，這在食品發酵工業、農副產品和城市廢料處理、新能源、飼料工業、環境保護、遺傳工程等方面都有積極的作用。