Page 101 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 刘 春，等: 菌团 HBB 降解竹纤维素纤维及微生物群落功能分析 ·1163·

bacterial community structure of samples at different stages of degradation process had significant differences.
HBB could accelerate the degradation of BCF, especially, Brevibacillus, Devosia, Ochrobactrum, Taibaiella,
Pseudoxanthomona, Azospirillum and Cellulomonas were the dominant species of HBB for BCF degradation.
Key words: bamboo cellulose fiber; biodegradation; Brevibacillus Brevi; microflora from bamboo pulp;
bacterial diversity; biological engineering

木质纤维素具有来源广泛、价格低廉、碳水化 酸、醋酸钠、过氧化氢（质量分数为 30%）、硫酸
合物含量高等优点，是生产生物燃料、商业化学品 钾、硫酸铜、浓硫酸（质量分数为 98%）、葡萄糖，
[1]
等的潜力资源，逐渐成为研究热点 。但木质纤维 AR；木糖，BR；羧甲基纤维素钠（CMC-Na），CP，
组分和结构的复杂性和顽固性，限制了其作为生物 国药集团化学试剂有限公司。2,2′-联氮-双（3-乙基
精炼原料在相关领域的利用 [2-5] 。富含木质纤维素的 苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS），BR，合肥巴斯夫生
有机固废，如市政污泥、造纸污泥、禽畜粪便等也 物科技有限公司；山毛榉木聚糖（质量分数为 90%），
面临着同样的挑战 [6-8] 。 BR，上海源叶生物科技有限公司；铜乙二胺标准溶
生物发酵法作为一种生态友好、反应条件温和、 液，中国制浆造纸研究院有限公司。
[9]
经济可行技术 ，在改善原料化学组分和理化结构 6700 型傅里叶变换红外光谱仪，美国 Thermo
特征、促进木质纤维素降解、进一步实现木质纤维 Scientific 公司；D2 Phaser 型 X 射线衍射仪（XRD），
素降解产物下游利用方面表现出良好的前景。然而， 德国 Bruker AXE 公司；XIR 型高速冷冻离心机，美
多数单一菌株培养可能存在产酶能力低、酶系单一、 国 Thermo Fisher 公司；PHS-3G 型酸度计，上海仪
对环境缓冲能力弱等缺点，极大地限制了单一菌株 电科学仪器股份有限公司；k9840 型凯氏定氮仪，
的降解效果和应用。微生物中，短芽孢杆菌属嗜热、 济南海能仪器股份有限公司；UV-1800 型紫外-可见
嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐，可利用各种碳源进行异 分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；S40180004
养或自养生长，使该属的一些菌株成为很好的实验 型鲍尔分级筛，德国 FRANK-PTI 公司。
工具 [10] 。目前，将短芽孢杆菌属应用在木质纤维素 1.2 发酵底物、介质和接种微生物菌系的制备
降解方面的报道极少，但有研究显示，短芽孢杆菌 本色竹浆板购买自四川某纸厂，将其撕成 3 cm×
可生产可观、齐全的木质纤维素降解酶，共培养后， 3 cm 的小块，适当破碎后，采用鲍尔分级筛筛分，收
其酶产量，特别是内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、 集得到 48~100 目 BCF，作为发酵底物。BCF 的有机
木聚糖酶、木质素过氧化物酶和漆酶的产量高出单 质组分质量分数为：w（纤维素）=81.87%，w（半
独培养 17%~93% [11] 。因此，短芽孢杆菌属及其组合 纤维素）=12.43%，w（木质素）=4.54%。
菌系有作为高效降解木质纤维素菌源的潜力。 赫奇逊氏无机盐培养液 [12] 为发酵介质。
为挖掘短芽孢杆菌属及其组合菌系的产酶及降 实验用 3 种微生物区系：（1）纯系短短芽孢杆
解功能，本研究设计了 3 种微生物策略降解竹纤维 菌（Brevibacillus brevi，BB）：筛选 [13] 自利用竹材
素纤维（BCF），探究不同微生物策略的产酶和降 制浆黑液稀释后得到的废水稳定运行的序批式活性
解功能。借助黏度法、XRD、FTIR 表征手段和 16S 污泥系统，使用前采用无菌接种环从牛肉膏蛋白胨
rRNA 高通量测序技术分析最佳功能组底物结构和 （LB）斜面培养基上挑取菌株，接种至装有 500 mL
各时期细菌群落组成，从 BCF 的降解机理和菌落结 LB 液体培养基的锥形瓶，37 ℃、180 r/min 条件下
构上探讨 BCF 有效降解和加速降解的内在原因，为 培养 36~40 h，菌体细胞密度 OD 600 ≈1.6；（2）竹
木质纤维素高效降解扩充菌源，也为实际工程中提
浆携带微生物区系（HM）：来自竹浆自身环境；
高生物精炼中木质纤维素的利用效率和速率提供理 （3）HBB：由 HM 和 BB 组成，从数量上来说，以
论依据。
BB 为主（占细菌纲平均相对丰度 97.26%，下同）；
其次还含有一定数量的 HM 菌源，如放线菌门
1 实验部分
（Actinobacteriota，1.39%）、变形菌门（Proteobacteria，
1.1 试剂与仪器 1.19%）、拟杆菌门（Bacteroidota，0.06%）和疣微
牛肉膏、蛋白胨，BR，北京奥博星生物技术有 菌门（Verrucomicrobioto，0.01%）等。
限公司；磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸镁、硝酸钠、 1.3 实验设计与样品收集
氯化钙、三氯化铁、氢氧化钠、硼酸、酒石酸钾钠、 BCF 的发酵降解实验设计 3 种处理组，一种为
3，5-二硝基水杨酸、苯酚、柠檬酸、柠檬酸钠、醋 HBB 组：称取 2.0 g BCF（绝干质量计）和量取 30 mL