淺談生孢噬纖維菌的性質(zhì)研究及其應(yīng)用方向獲獎科研報告

淺談生孢噬纖維菌的性質(zhì)研究及其應(yīng)用方向獲獎科研報告摘要：生孢噬纖維菌是一種特別的可以產(chǎn)生纖維素酶的滑動細菌，它具有較強的纖維素降解能力。纖維素是植物細胞壁的主要成分，其內(nèi)部包含D-葡萄糖基本單元及通過，4-糖苷鍵連接而成的準晶態(tài)結(jié)構(gòu)。纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，至今尚仍未透徹洞悉酶降解纖維的機理。纖維素酶可以有效降解纖維素，將生孢噬纖維菌的基因克隆表達對于纖維素酶的開發(fā)利用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：生孢噬纖維菌;纖維素酶;纖維素

1、生孢噬纖維菌簡介

生孢噬纖維菌[1]本身具有特殊的生活史，它是一類特殊的好氧性滑動細菌，可以利用纖維素與纖維二糖作為碳源和能源生長，屬于革蘭氏陰性菌。細胞形態(tài)可以發(fā)生一定轉(zhuǎn)換，如生長條件不利體內(nèi)營養(yǎng)不充足時菌絲體會轉(zhuǎn)變成小孢囊以維持其正常生理特性，形成的小孢囊為體眠體，待到條件轉(zhuǎn)好時機合適時，小孢囊將會再次萌發(fā)完成與菌絲體之間的相互轉(zhuǎn)化。生孢噬纖維菌在纖維素降解過程中，形成長度為5μm左右的長桿狀細胞，該細長桿狀細胞可彎曲，吸附嵌入纖維素分子中將纖維素降解，在降解后期，桿狀細胞發(fā)生轉(zhuǎn)變形成1.0μm左右的小孢囊[2-3]體眠細胞。

20世紀80年代末，山東大學(xué)法明、高培基等人采用濾紙雙層平板法提高培養(yǎng)基的選擇性，從土壤中篩選得到一株好氧性細菌，經(jīng)對其進行形態(tài)學(xué)及生理生化鑒定后命名為Sporocytophagasp.JL-01。Sporocytophagasp.JL-01在濾紙培養(yǎng)基上培養(yǎng)36h以后開始產(chǎn)生小孢囊以及許多長短不一的由桿狀細胞形成小孢囊的中間狀態(tài)，經(jīng)過7天左右可將纖維素底物完全降解，這就是較早被發(fā)現(xiàn)研究的生孢噬纖維菌。

2、纖維素的性質(zhì)及作用

纖維素的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，為無色無味的白色絲狀物，分子內(nèi)包含很多由分子間氫鍵和非共價鍵連接構(gòu)的微纖絲，不溶于水及一般的有機溶劑。纖維素是取之不盡用之不竭的人類最寶貴的天然可再生資源，其產(chǎn)出量十分驚人，每年約由高達100億噸的纖維素被合成。纖維素除了是地球上含量最為豐富的碳源以外，還具有很多作用，在自然界內(nèi)許多動物以纖維素為主要食物來源利用其體內(nèi)的纖維素酶降解纖維素以獲得日常所需能量，纖維素還能夠被木霉屬、漆斑霉屬、曲霉屬以及根霉屬等菌屬有效的降解利用。但是由于人體的消化道內(nèi)不含有能降解纖維素的酶，因此直接利用纖維素為人體供給能量十分困難，所以降解纖維素內(nèi)部的糖苷鍵，破解高分子結(jié)構(gòu)，將纖維素降解成人類可以吸收利用的小分子葡萄糖是人類科研領(lǐng)域的一大難題。

雖然人類對攝入的纖維素不能降解消化，但是纖維素是一種重要的膳食纖維。纖維素也廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個方面，纖維素能夠加速食物在腸道中蠕動加快排泄，減少對腸道的不良刺激，作為一種食物纖維，它也具有保證人類健康的優(yōu)良作用，膳食纖維對于治療糖尿病，預(yù)防和治療冠心病，降血壓，抗癌等都有十分積極有效的作用，為人們的生活健康保駕護航。纖維素也適用于工業(yè)生產(chǎn)，在紡織造紙業(yè)作用十分突出，CMC作為纖維素的代表其廣泛的被應(yīng)用于紡織，印染，造紙，涂料，建筑用膠等行業(yè)。

3纖維素酶開發(fā)應(yīng)用前景

纖維素酶是降解纖維素的主要物質(zhì)，目前已有的纖維素酶對纖維素的降解效率普遍不高，難以滿足工業(yè)化應(yīng)用的需要，纖維素含量豐富，應(yīng)用廣泛具有很高的應(yīng)用前景，纖維素酶是一種生物催化劑，它具有高效專一的作用特點，利用纖維素酶能夠高效清潔地降解纖維素，對于纖維素資源開發(fā)具有積極的意義。未來可能破解纖維素的降解機制，大量將其應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，纖維素是人類資源中一筆巨大的財富，這一寶藏有待我們繼續(xù)發(fā)掘。因此，開發(fā)新的高活力的纖維素酶具有十分重要的理論研究價值和實際應(yīng)用前景。研究不同纖維素酶的降解機制，合理選出最優(yōu)方案已成為時下分子研究領(lǐng)域的一大研究熱點，我們應(yīng)致力于人類能源事業(yè)，加倍努力研究纖維素的降解工作，為人類發(fā)展做貢獻，利用基因克隆技術(shù)，來獲得產(chǎn)物較難提取的生孢噬纖維菌的纖維素酶，有利于生孢噬纖維菌表達產(chǎn)物的研究，對其降解纖維素機制的研究有十分重要的作用，同時利用纖維素酶降解纖維素也是時下科研領(lǐng)域的一大熱點。

4生孢噬纖維菌基因克隆表達的意義

綠色植被主要由纖維素構(gòu)成，廣泛存在的纖維素是當(dāng)今世界上含量最多的可再生資源。纖維素代謝是生物圈碳循環(huán)的極其重要組成部分，纖維素可通過酸解，酶解及微生物降解等方法被降解利用，有效降解纖維素有利于解決世界范圍的環(huán)境污染、能源危機、糧食短缺等問題。纖維素酶（cellulase）[4]是降解纖維素的一組酶系總稱，是降解纖維素的高活性生物催化劑。纖維素酶的產(chǎn)生及酶學(xué)性質(zhì)受到國內(nèi)外廣大學(xué)者的重視，隨著對其解深入了解研究，研究人員發(fā)現(xiàn)并研究了大量纖維素酶，盡管纖維素酶的應(yīng)用日益廣泛，但酶降解纖維素的作用機制仍是現(xiàn)在需要突破的技術(shù)難題。纖維素酶工業(yè)化存在酶降解效率低、熱穩(wěn)定性差及生產(chǎn)成本高的限制因素。為此，利用基因工程手段開發(fā)高產(chǎn)量高活性的纖維素酶，對其產(chǎn)生的纖維素酶的酶活性深入研究，有利于纖維素的降解利用，利用利用分子克隆的方