高效纤维素酶高产菌的筛选及相关研究

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纤维素是自然界存在最广泛的糖类物质。纤维素的资源化利用为生物能源发展开辟了新途径。纤维素酶是降解与糖化纤维素唯一高效催化酶。目前已广泛应用于食品加工(如果汁提取)、饲料加工(饲料添加剂)、纺织与衣物洗涤(含酶洗涤剂)、造纸业(如废纸脱墨再利用)以及转化生物质为生物能源(如生物乙醇)等多种领域。在纤维素酶的生产技术中,利用微生物发酵产纤维素酶已成为工业制备纤维素酶的唯一方法。开发新的纤维素酶生产技术,如筛选具有新特征的纤维素酶或产酶微生物,对纤维素酶的开发和工业化应用具有重要意义。本论文首先从不同地点的土壤中分离得多株纤维素酶产生菌,通过筛选得到产纤维素酶的高效真菌并鉴定其菌属;同时考察了该菌株产酶的发酵条件;随后对获得的纤维素酶组分进行纯化,并考察其酶学性质。论文主要内容包括:实验以CMC·Na (羧甲基纤维素钠)为唯一碳源,从土壤中分离得到4株较优的纤维素酶产酶菌株。通过比较其产酶活性与菌株特性,确定一株最优纤维素酶生产菌。通过形态学和分子生物学鉴定分析,鉴定所筛选到的菌株为绿木霉Trichoderma virens,命名为Trichoderma virens ZY-01。该菌保存于中国典型培养物保藏中心保藏,保藏号为CCTCCNo:M2012205,并申请专利,专利公开号为CN102807958A。对该菌株T. virens ZY-01的产纤维素酶的产酶条件进行考察与初步优化。其产酶最佳培养基为:酵母提取物0.1%,CMC·Na0.5%,NaCl2%,K2HPO40.05%,MgSO4·7H2O0.05%;发酵条件为40℃发酵4d。同时发现添加Tween-80表面活性剂可促进菌株分泌纤维素酶。表面活性剂添加浓度为0.1%可获得较好的产酶效果,同未添加表面活性剂相比,发酵酶活提高约30%。随后初步开发了T. Virens ZY-01纤维素酶的分离纯化工艺。分离过程主要通包括硫酸铵沉淀、阴离子交换层析和凝胶G-75层析。通过该分离纯化过程,可得到SDS-PAGE电泳级纯度的酶。该纯化过程使纤维素酶CMCase比酶活由粗酶液的0.88U/mg提高到31.5U/mg,纯化倍数为35.8倍,收率为47.04%。根据SDS-PAGE得知,CMCase活性较高的纤维素酶组分分子量约为58kDa。进一步测定表明该酶在pH5.0至6.0范围内,环境温度60℃内稳定。其最适pH为5.0,在50℃时的催化活力最强。一些金属离子如Zn2+、Ca2+和Mn2+对该纤维素酶的CMCase活力有激活作用,而Co2+和Cu2+则对CMCase活性有较强烈的抑制作用。本研究从自然界中筛选得到了一株新的产纤维素酶真菌T. Virens ZY-01,以往的报道中,绿木霉(T. virens)研究相对较少,且本实验中T. virens分泌纤维素酶CMCase活性较高。本研究为纤维素酶的深入研究奠定了发酵和酶学基础;对酶的反应机制研究及菌株基因工程改造具有指导作用,具有很好的工业应用前景。
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