纤维素降解菌选育研究进展及未来趋势

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1、微生物遗传育种课程论文纤维素降解菌选育研究进展及未来趋势邢若枫（生命科学学院08级生物工程二班）摘要本文总结纤维素酶高产菌选育的国内外研究进展，概括了迄今为止筛选出的纤维素酶高产菌的徽生物种群及其产酶特点，以及诱变育种、原生质体融合技术育种、纤维素酶基因克隆的国内外研究现状，对今后纤维素降解菌的选育研究未来发展趋势做了分析和综述。关键词：微生物，降解，纤维素，纤维素酶，筛选，育种BreedingofcellulosedegradationbacteriaandFutureTrendsPengfeiXingShandongAgricultureUniv

2、ersityAcademyofLifeSciencesBiologicalEngineeringAbstractThisarticlesummarizesthehighcellulasebacteriaResearchProgressinBreeding,screenedtodatesummaryofhighcellulasepopulationsofbacteriaandmicroorganismfermentationcharacteristics,andmutationbreeding,protoplastfusionbreeding,clon

3、ingofcellulaseresearchstatusathomeandabroad.ThisarticlealsoanalyzescellulosedegradationtrendsStraininthefuture.Keywords:microorganism,degradation,cellulose,cellulase,screening,breeding纤维素是地球上廉价且年产量巨大的可再生资源。微生物作为处理纤维素的一种手段，把纤维素水解成有葡萄糖等物质，进一步发酵生产酒精、有机酸等人类急需的能源食物和化工原料等，不仅对环境危害小，而且

4、可以避免由于化石嫌料燃烧所带来的环境污染，更重要的是可以缓解或解决世界性能源危机以及因石油短缺引起的国际问题等。筛选出高性能纤维素降解菌是开发利用纤维素资源的前提和关键。一、纤维素1.1纤维素的基本结构纤维素是D-葡萄糖苷以β-1，4-糖苷键连接而成的链状高分子化合物，含碳、氢、氧三种元素，其中碳含量为44.44%，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％，其分子式用（C6H10O5）n表示（n为聚合度），纤维二糖是其基本组成单元，一般认为纤维素分子约由8000-12000个葡萄糖残基构成。常温下不溶于水、不溶于稀酸和稀碱。6微生物遗传育种课程论文纤

5、维素聚集体内的氢键分布不均匀，有的基本上全是氢键，排列定向有序，结构稳定，这样的区域称为结晶区，其他区域则称为无定型区。所谓结晶度，即指结晶区占纤维素整体的百分率。纤维素纤维的结晶度增高，则硬度、密度等随之增加，而柔软性和化学反应性等均降低，因此微生物对它的利用越困难。无定形区结构比较疏松，易被微生物利用。1.2纤维素的降解机理纤维素的结构复杂，很难被降解。一般的降解方式主要有机械降解、水解、热降解、氧化降解、光化学降解及酶（生物）降解等。但前几种方法有成本高、降解条件繁琐及易造成环境污染等缺点，而生物降解方法主要是应用纤维素酶来催化降解纤维素，因其

6、高度的专一性和低成本成为了目前主要关注的一种手段。纤维素酶降解纤维素的机制至今仍不清楚。但被普遍接受的假说主要有三种：C1-Cx假说，顺序作用假说和协同作用假说。（1）C1-Cx假说1950年，Reese等人提出了著名的C1-Cx假说（如图1.2）该假说认为，C1酶首先用于结晶纤维素使其变成无定形纤维素，再被Cx酶进一步水解成可溶性纤维素和纤维糖，接着β-葡萄糖苷酶将后者水解成葡萄糖，即C1酶的作用是Cx酶水解的先决条件但该假说对C1酶的作用机理阐述不清，只提出了多种推测。图1.2C1-Cx假说中纤维素降解机制（2）顺序作用假说此假说以Enari等人

7、为代表，他们认为外切型葡聚糖酶（CBH）首先将不溶性纤维素水解，生成可溶性的纤维二糖和纤维糊精，内切葡聚糖酶（EG）作用于纤维糊精生成纤维二糖，再由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖水解为葡萄糖。同样，此假说在以后的实验中也未得到验证。（3）协同作用模型目前，被大多数学者所接受的降解机制是协同作用模型。这种假设认为，首先由Cx酶切割纤维素的无定形部位产生新的非还原性末端，然后由C1酶以纤维二糖为单位从末端水解，最后由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖水解为葡萄糖。有人认为内切-外切纤维素酶协同效应的机制，其酶的动力学参数并未发生改变，只是几个催化顺序反应的酶组分混合后，

8、后一个酶将前一个酶的产物转化，去除了产物抑制或空间的阻碍效应，提高了反应速度。二、菌种的选育6微生物遗传育种