海洋微生物降解低分子木质素化合物的研究

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1.引言木质素是世界上排名第二位的最丰富的可再生有机物，全球每年可产生约6×1014t [1]。木质素通常存在于木本植物的木质组织中，是由苯基丙烷类化合物连接而成的一类高分子聚合物[2]，一般与纤维素、半纤维素结合 [3]。由于木质素在植物组织中以与周围化合物形成嵌合体的形式存在[4]，其结合十分牢固，即使瘤胃动物对该嵌合体也难以利用[5]，因此其降解利用成为可再生资源充分利用中的一大障碍。随着环境污染和资源危机等现象日益加重，人们已经开始付出行动来实现废弃物的资源化与可再生资源的有效利用[6]。若提取木质纤维素中的葡萄糖便可以将其转化为乙醇[7]，而乙醇是举足轻重的第二代生物能源[8]。木质素在木材降解工业、造纸工业和生活垃圾中大量存在[9]，如果能够提取其中的木质素，对其进行降解后并进行充分利用，不仅可以解决能源短缺问题[10]，在其他方面也是大有用途。若采用物理方法降解会面临高耗能的挑战，而采用化学试剂处理则会造成严重的环境污染。虽然生物降解效率相对而言较低，但其对环境友好而且降解专一性强[11]，能实现可再生资源的有效利用，所以该方法应用前景十分光明。生物降解方法到目前为止大多集中在以白腐真菌为代表的真菌上[12]，虽然真菌降解效果显著，但由于其自身生长缓慢，受自身阈值限制以及其他杂菌竞争性抑制等因素的影响明显[13]，并且在降解木质素的同时必须以纤维素为碳源来维持自身的生长繁殖，所以真菌降解的方法一方面难以实现工业化的大规模应用[14]，另一方面不能实现可再生资源的充分利用，因此寻找生物降解的其他途径来同时满足降解和利用这两个要求是很有必要的。近几年来，细菌降解木质素的研究开始如火如荼地展开，但关于海洋微生物降解木质素的研究依然不多[15]。虽然细菌降解木质素的能力和真菌相比较存在一定的差距，但因其生长周期短，培养较容易等特点[16]，适合工业化的大规模生产应用。此外，源`自*751?文.论~文`网[www.751com.cn细菌降解木质素主要是让它在一定程度上发生变性，降解为水溶性的聚合物，利于后期木质素降解为低分子量的物质[17]，这对实现可再生资源利用来说可行性很大。香草酸为木质素降解过程中的低分子化合物，若细菌能够降解香草酸，可实现低分子木质素化合物的有效利用。本实验以海底泥为原料，经过低分子木质素化合物——香草酸为唯一碳源的限制性筛选，得到一株具有降解香草酸能力的菌株。革兰氏染色鉴定后对该菌株进行培养，提取其基因组DNA，随后通过PCR 反应进行目的基因扩增，之后通过 16S rDNA 的基因测序来对该菌株进行鉴定，确定该菌株的性质。以期为细菌对低分子木质素化合物降解提供参考，方便进一步展开低分子木质素化合物利用的研究。