红平菇单、双核菌株对稻草的降解能力比较

吴旭东 王亚洲 王艺霖

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

我国是农业大国，农作物播种面积居世界第一。据估计，我国每年产生7亿t秸秆，具有数量大、分布广、种类多等特点。然而如何充分有效地利用这类资源却相当困难，这是由于秸秆产量大且随季节变化，其中的纤维素大都不能被动物利用。秸秆的自然降解过程极其缓慢，大量的秸秆以堆积、荒烧等形式直接倾入环境，造成极大的环境污染和严重的物质资源浪费[1]。纤维素是稻草秸秆中主要的干物质成分，是由葡萄糖组成的高分子化合物，主要是以α-1，4糖苷键结合，每个纤维素单位包括的葡萄糖含量极高，因此，使用一般的降解方法很难完成，需要依靠纤维素酶类物质进行降解[2]。秸秆干物质成分除了大量的纤维素外，还包括半纤维素和木质素以及一些蜡质物质，这些成分基于本身的特性形成坚固的组织，进而在很大程度上影响纤维素的降解[3]。纤维素容易与半纤维素、木质素等难降解的物质相结合；又因为纤维素在水中不溶，不能进行水解，对于其分解至少需要3种纤维素水解酶的共同作用：纤维素内切酶（endo-cellulase）、端解酶（exo-cellulase）和纤维素二糖酶（cellobiase）[4]。除此之外，纤维素的降解还局限于细胞壁中纤维素与木质素相复合，因木质素有完整坚硬的外壳，微生物很难对其进行降解。因此，纤维素的降解关键在于破除保护纤维素的坚硬外壳，也就是对木质素的降解[5]。笔者选择绵阳市当地红平菇作为分解菌，研究其单、双核菌株对稻草中纤维素、木质素的降解能力。

1 材料与方法

1.1 供试菌株

红平菇（Pleurotusdjamor）原始菌株编号：BS22，选择西南科技大学生命科学与工程学院实验室分离的单、双核菌株各5株为供试菌株，试验编号分别为：S1-S5，D1-D5。

1.2 供试培养基

松针培养基：松针50 g，葡萄糖20 g，蛋白胨10 g，琼脂20 g，水1 000 mL，煮沸20~30 min，用八层纱布过滤，0.11 MPa，121℃下灭菌60 min。

稻草培养基：稻草78 g，麸皮20 g，石膏粉2 g，加水拌匀，料含水量65%，pH6。装三角瓶，0.11 MPa，121℃下灭菌60 min。

1.3 菌丝体培养

在超净工作台中将保存的红平菇菌株（单核菌株5株，双核菌株5株）接种于斜面培养基，25℃培养6~7 d，使菌株活化。将活化的红平菇菌株接种于斜面松针培养基上，每个菌株扩3支，25℃培养6~7 d。将获得的红平菇菌株接种于稻草培养基中，每个菌株接3瓶，25℃恒温培养，观察菌丝生长。待瓶中菌丝长满后开始取样，10 d一次，共取7次[6]。将取出的样品在70℃烘箱中烘干，用粉碎机粉碎，过孔径为0.25 mm筛。

1.4 木质素、纤维素降解率

1.4.1 纤维素质量分数及降解率

称取待测样品1.00 g装入250 mL锥形瓶中，加入25 mL硝酸、乙醇混合液。用沸水浴加热1 h，注意在加热过程中，随时摇荡锥形瓶，以防止受热不均导致样品喷溅。之后将锥形瓶从水浴锅取出，冷却至室温，抽滤后的残渣少量多次加入25 mL硝酸、乙醇混合液，尽可能将滤器中的残渣全部洗入锥形瓶中，再用沸水浴加热1 h，剩余步骤重复即可[7]。最后获得的残渣再加入50 mL1.25%KOH溶液，水浴加热，并回流约10 mL，然后进行过滤，需要用热蒸馏水少量多次地将瓶中的残渣冲洗干净，使滤液不成碱性为止。得到的残渣在105℃烘箱中烘干至恒重。重复试验3组，计算平均值。

纤维素质量分数=[（G1-G）/W]×100%

G1，烘干后砂芯漏斗及残渣质量（g）

G，砂芯漏斗质量（g）

W，样品干质量（g）

纤维素降解率=[（原始纤维素质量分数-降解后纤维素质量分数）/原始纤维素质量分数]×100%

1.4.2 木质素质量分数及降解率

称取待测样品1.00 g烘干磨细，用定性滤纸包好（用线扎牢防止泄露），放入醇、苯混合液中（体积比1∶1），在沸水浴环境中抽提6~8 h，取出风干。解开滤纸包，将其刷入500 mL的干燥烧杯中，并加入10 mL沸腾的蒸馏水湿润，10 min后加入35 mL86%硫酸，在温度为18~22℃水浴中保持4 h，之后加入250 mL蒸馏水，加热至沸腾，以上过程需要全程搅拌。在沸水浴中静置1 h后，浸入冷水浴中15 min[8]。抽滤，并用热蒸馏水洗涤，至洗液用10%BaCl2溶液测试不出现浑浊为止。将获得的残渣移入烘箱，于105℃烘干至恒重。重复试验3组，计算平均值。

木质素质量分数=[（G1-G）/W]×100%

G1，已恒重的砂芯漏斗及残渣质量（g）

G，已恒重的砂芯漏斗质量（g）

W，烘干样品质量（g）

木质素降解率=[（原始木质素质量分数—降解后木质素质量分数）/原始木质素质量分数]×100%

2 结果与分析

2.1 红平菇单、双核菌株对纤维素的降解

供试稻草中原始纤维素的质量分数测定为39.56%。由表1、表2可知，红平菇的5个双核菌株对稻草纤维素的降解能力差异不显著（P>0.05），降解70 d后，5个双核菌株对稻草纤维素平均降解率达57.02%，降解后纤维素质量分数为17.00%。

表1 红平菇单、双核菌株对稻草纤维素的降解率

表2 红平菇双核菌株对稻草纤维素的降解率方差分析

由表1和表3可知，红平菇的5个单核菌株对稻草纤维素的降解能力差异也不显著（P＞0.05），降解70 d后5个单核菌株对稻草纤维素的平均降解率达48.07%，降解后纤维素质量分数为20.54%。但由表表1、表4可知，红平菇单、双核菌株对稻草纤维素降解能力差异显著（P<0.05）。红平菇双核菌株较单核菌株的降解能力强。

表3 红平菇单核菌株对稻草纤维素降解率方差分析

表4 红平菇单、双核菌株对稻草纤维素降解率方差分析

2.2 红平菇单、双核菌株对木质素的降解

供试稻草中原始木质素的质量分数测定为11.12%。由表5、表6可知，红平菇的5个双核菌株对稻草木质素的降解能力差异不显著（P>0.05），降解70 d后，5个双核菌株对木质素的平均降解率达到60.61%，降解后木质素质量分数为4.38%。

表5 红平菇单、双核菌株对稻草木质素降解率情况

表6 红平菇双核菌株对稻草木质素的降解率方差分析

由表5、表7可知，红平菇的5个单核菌株对稻草木质素的降解能力差异也不显著（P>0.05），降解70 d后5个单核菌株对木质素的平均降解率达到53.11%，降解后木质素质量分数为5.22%。但由表5和表8可知，红平菇单、双核菌株对稻草木质素降解能力差异达极显著（P<0.01）。

表7 红平菇单核菌株对稻草木质素降解率方差分析

表8 红平菇单、双核菌株对稻草木质素降解率方差分析

3 小结与讨论

接种红平菇双核菌株的稻草培养基中，纤维素被降解70后质量分数由原始的39.56%降到17.00%，5个双核菌株平均降解率为57.02%；降解70 d后木质素质量分数由原始的11.12%降到4.38%，5个双核菌株平均降解率为60.61%。接种红平菇单核菌株的稻草培养基中纤维素被降解70 d后质量分数由原始的39.56%降到20.54%，5个单核菌株平均降解率为48.07%；降解70 d木质素质量分数由原始的11.12%降到5.22%，5个单核菌株平均降解率为53.11%。

结果表明，红平菇单、双核菌株对稻草中的纤维素和木质素都有较强的降解能力，双核菌株的降解能力要比单核菌株强，这与纤维素、木质素形成的特殊结构有关。木质素的分解过程十分复杂，不同分解酶的活性可能会影响其在木质素分解过程中的作用和发挥作用的阶段及顺序[9]。这些酶以不同的联合形式，在木质素的真菌代谢中起到重要的作用[10]，而对于红平菇生长的不同阶段所产生的木质素降解酶及其活性的研究还不够全面，还需要更加系统深入的探索。总之利用红平菇提高纤维素、木质素降解率，这在食品发酵工业、农副产品和城市废料处理、新能源、饲料工业、环境保护、遗传工程等方面都有积极的作用。