一株解淀粉芽孢杆菌及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一株芽孢杆菌及其应用，尤其涉及一株解淀粉芽孢杆菌及其在降解木 质素领域中的应用。
【背景技术】
[0002] 作物秸杆是地球上最大的可再生生物质资源，其资源化利用对于缓解当前存在的 能源危机、粮食短缺和环境污染具有重要意义（SunY，eiaZ，2002)。我国农作物秸杆资 源十分丰富，然而利用率极低。提高秸杆利用率，加强秸杆资源化利用成为当前我国生态农 业发展中亟需解决的问题。
[0003] 农作物秸杆含有植物光合作用所积累的一半以上的能量及蛋白质等营养物质，是 具有巨大应用潜力的非竞争性饲料资源。秸杆中常见的化学组分和含量如表1所示： 表1秸杆中的常见化学组分和含量
其中，木质素是一种以苯基丙烷为基本单元的杂聚物，是一种水不溶解、高度分支的三 维网络大分子。在植物体内，木质素与纤维素、半纤维素互相嵌合，共同组成植物细胞壁。其 中木质素与半纤维素以共价键的形式结合，将纤维素分子包埋在其中，避免其被酶、碱等进 攻和降解，因此木质素成为木质纤维素降解的天然屏障以及自然界碳素循环的主要限制因 素。利用微生物发酵技术可降解秸杆中的木质素和纤维素，使秸杆转化为可给态，同时通过 微生物的增殖富集产生大量的菌体蛋白，从而提高秸杆的营养价值和饲用价值。因此获得 高效的木质素降解菌种资源成为了微生物发酵秸杆饲料化过程中的一首要关键任务。
[0004] 自然界中的许多微生物都可以降解木质素。目前研究中降解木质纤维素的菌种多 以真菌和细菌为主。真菌，尤以白腐真菌为代表，产酶能力强，降解效率高，且对木质素表 现出强矿化作用（TienM,eia/，1983;GlennJK,eiaZ, 1983)。自 20 世纪 80 年 代初报道白腐菌对木质素的降解作用以来真菌一度成为木质素降解研究的焦点（Sdnchez C. 2009;tenHaveR,eiaZ, 2001)。降解木质素最常见的真菌可分为三类：白腐菌、 褐腐菌和软腐菌，其中白腐菌是降解能力最强的真菌，也是自然界中最主要的木质素降解 菌。白腐菌的种类很多，研究历史最久，有关白腐真菌木质素降解的酶学、基因分析、生物技 术应用都已经开展了非常深入和详细的研究（TienM，eia/，1984;GoldMH，eia丄， 1993)，其中研究最深入详细的是白腐真菌的模式菌种黄孢原毛平革菌 chrysosporiuni)〇
[0005] 尽管当前大多数的研究表明细菌降解木质素的能力较真菌差，它们被认为在 木质素的生物降解过程中主要起着间接的辅助作用且矿化木质素能力有限。然而真菌 生长势弱、对环境敏感、不耐高温、在实际应用中难以保证活性等问题，严重限制了其在 木质纤维素降解领域内的规模化应用。细菌对木质纤维素的降解能力虽然普遍弱于真 菌，但细菌生物活性广泛，适应性强，可以克服真菌在木质纤维素降解实际应用中的不 足。自20世纪50~60年代证实木材腐朽与细菌相关以来，已报道的能降解木质素的 细菌种类很多：主要有放线菌类的链霉菌（节杆菌（JriAraAacter)、 小单孢菌（)和诺卡氏菌（Abcart/ia)等。非丝状细菌中的不动杆菌属 d/weioAacter5/7.)、黄杆菌属5/7.)、微球菌属（ificiOcocciA? 5/7.)、假 单胞菌属6·/λ)和黄单胞菌属（yTawiAomwa·? 6·/λ)的菌株（陈跃辉，2013)。
[0006] 细菌降解木质素的机理研究主要集中在木质素降级酶系、降解规律和途径等几个 方面。已报道的细菌降解木质素结构的作用方式主要包括苯丙烷支链Ca位上基团氧化 形成羰基、低分子木质素降解产物的环内裂解和环修饰、Ca(=0)_Ci3键断裂以及脱甲基 等方式（HabuN，eiaJ.，1989;KinyaK，eiaJ.，1998;JouniJ，eiaJ.，1987)〇 在细菌降解木质素酶系方面的研究则从寻找与真菌类似的木质素降解酶系入手。有研 究表明细菌可能与真菌相似的胞外木质素过氧化物降解酶体系。放线菌 Kirii/osporiAs·T7A能通过分泌几种胞外过氧化物酶在H202存在的条件下能够催化氧化 β-酸基醚型木质素，使其发生断裂（RamachandraM,eiaJ.，1988)。此外，有报道称一 些细菌/wiii/amt_2、Ti%〇i/ococc"6·JosiiiRHA1)在不添加H2〇2的情况 下也具有降解木质素的活性，这表明这些菌要么分泌出能利用分子氧的漆酶，要么具有能 产生H202的胞外过氧化物酶（AhmadM,eiaZ,2010)。除与真菌类似的木质素过氧化物 降解酶系外，有学者在jOai/ciazoAiJisSYK-6中发现了20多种跟木质素降解 相关的酶，包括能够使β-0-4型木质素的Ca-Ci3键的断裂的β-酯酶和使苯环开裂 的原儿茶酸4，5-双加氧酶的能力（MasaiE，eiaZ，2007)。现在一般认为，在细菌降 解木质素的过程中，木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶都具有催化作用。发明专利 200380110268. 0公开了一种木质素降解细菌的分离和适应性培养的方法，提供了一种新型 的木质素降解菌聚生体，以及降解木质素的新型生物方法，是一种利用细菌降解木质素的 新技术。发明专利03100363.X公开了多种微生物秸杆发酵饲料与发酵剂及其制作方法，采 用多种微生物菌种按比例组合制作成发酵剂，敷料与干秸杆的混合，均匀拌入活化后的发 酵剂，将添加完发酵剂和敷料的秸杆装入容器或入池进行发酵。但该专利并未具体涉及木 质素降解问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一株解淀粉芽孢杆菌，该解淀粉芽孢杆菌能够降解木质素。
[0008] 本发明所提供的解淀粉芽孢杆菌是解淀粉芽孢杆菌 a野ioJi识/e/acieftsOMN-O,该菌株已于2011年12月14日保藏于中国微生物菌种保藏管 理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.5591。
[0009]解淀粉芽抱杆菌（ifeciUiA?a野ioJi识/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591，菌落 不透明、近圆形、边缘不整齐、表面褶皱、中央突起。经染色后置于光学显微镜下观察发现： 菌株MN-13菌体呈杆状、革兰氏染色阳性、菌体大小约3.1μπιΧΟ.9μπι;芽孢大小约2. 0 μmX0.6μm、椭圆形、中生、不膨大。生理生化特性如表2所示： 表2解淀粉芽抱杆菌（^3<^7知61<3野76^_/识/6'/^_/6'/?6 1)]\^-13 06]\0^1^〇.5591的生理生 化性质
注："+"表示阳性，""表示阴性 解淀粉芽抱杆菌a野ioJi识/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591 的 16SrDNA序列和因序列见序列表。
[0010] 本发明的另一个目的是提供解淀粉芽孢杆菌（ifeciWi/6·a野ioJi识/e/aciefts·) MN-13CGMCCNo. 5591在降解木质素领域中的应用，尤其是将该菌株用于秸杆发酵中 降解木质素以制取动物饲料。鉴于解淀粉芽孢杆菌（a野ioJi识/e/acie/76·) MN-13CGMCCNo. 5591对木质素的降解作用，本发明还提供了一种含有解淀粉芽孢杆菌 a野ioJi识/e/acieftsOMN-nCGMCCNo. 5591 的芽抱菌剂。
[0011]解淀粉芽抱杆菌（ifeciUiA?a野MN-13CGMCCNo. 5591 可 产木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶，对木质素降解能力强，可将玉米秸杆木质素降解成 1，2-苯甲酸二（2-甲基丙基)酯、邻苯二甲酸二丁酯、1- (4-羟基-3, 5-二甲氧基)苯乙酮、 N-甲基苯乙胺和α-甲基苯丙胺等小分子芳香族化合物。降解产物的GC/MS分析结果如表 3所示。
[0012] 表3发酵秸杆木质素降解产物GC/MS分析结果
【附图说明】
[0013]图 1 解淀粉芽抱杆菌（ifeciUiA?a野ioJi识/e/'acieft?)MN-13CGMCCNo. 5591 复 筛结果的脱色圈照片； 图2依据16SrDNA序列构建的解淀粉芽抱杆菌（ifeciUiA?a野ioJi识/e/acieftsOMN-n CGMCCNo. 5591的系统发育树； 图3依据处/必基因序列构建的解淀粉芽孢杆菌（ifeciWiA?a野ioJi识/e/acieftsOMN-O CGMCCNo. 5591的系统发育树； 图4解淀粉芽抱杆菌（你<^7知61<3野76^_/识/6'/^_/6'/?6 1)]\^-13 06]\0^1^〇.5591发酵