Page 106 - 《精细化工》2021年第6期

·1168· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

落结构发生了较为剧烈的变化，主降解期和降解后期 Taibaiella、Brevundimonas、unclassified_o__Bacillales
主要菌落有 Firmicutes、Proteobacteria、Bacteroidota、 （P≤0.001）和 Parapusillimona、Paenibacillus、
Actinobacteriota 和 Verrucomicrobiota，5 个菌门在两 unclassified_c__Bacilli（0.001≤P≤0.01）；HBB15
个时期样本中相对丰度分别达到 92.09%和 94.46%， 样本中相对丰度显著高于 HBB7 样本的菌属包括
其中以 Firmicutes 和 Proteobacteria 为主，在两个时 Pseudoxanthomona 、 Cohnella 和 unclassified_o__
期样本中相对丰度分别达到 40.85%、39.83%和 Flavobacteriales，以上菌属两组样本显著性差异 P≤
42.29%、42.45%。 0.001。此外，短芽孢杆菌属是两时期样本中的优势
HBB0 主要起提供菌源的作用，在降解过程中， 菌属，相对丰度显著高于其他菌属，但两组间样本的
随着底物组分、结构和发酵环境的改变，微生物表 显著性差异无统计学意义。两组样本的 Cellulomonas
现出自身的进化策略。因此，本研究关注主要降解 和 Azospirillum 也具有相似的丰度含量。
期（HBB7）和降解后期（HBB15）相对丰度>1%的 BCF 降解过程中的优势菌属 Brevibacillus 在降
属水平微生物群落结构信息，见图 6b。一般认为相 解木质纤维素加速生物质转化的报道较少，但挖掘
对丰度>1%的菌属即为优势菌属。在主要降解期， 其功能的意义重大，其纯系及共培养的产酶特征如
HBB7 样本中相对丰度>1%的菌属有 16 个，分别为 前所述。相比 HBB15 样本，HBB7 样本中相对丰度
短芽孢杆菌属（测序结果为 Bacillus，考虑 HBB0 极其显著高的 Ocrhobactrum、Azorhizobium、Devosia
组实验设计和实际操作，Bacillus 即为本研究中的短 均属于 α-变形菌纲的固氮新种 [31] 。其中，与本研究
芽孢杆菌属，短短芽孢杆菌，因此结果分析时将 相关领域纯系 Devosia 的研究鲜有报道，但在棉秸
Bacillus 和 Brevibacillus 合并，记作 Brevibacillus， 秆自然腐解 [32] 、菌糠堆肥 [33] 等类似研究的群落组成
32.89%，下同）、德沃斯氏菌属（Devosia，16.59%）、 中常有发现。Ochrobactrum 的优势更多体现在与木
苍白杆菌属（Ochrobactrum，7.72%）、Taibaiella 质素有关的方面，同属苍白杆菌属家族的 O.sp，O.
（4.30%）、假黄单孢菌属（Pseudoxanthomona， tritici，O. oryzae 等均能降解木质素或酚类物质 [34-36] ，
4.29%）、纤维单胞菌属（Cellulomonas，4.01%）、 GRANJA-TRAVEZ 等 [37] 研究发现苍白杆菌中的漆
短波单孢菌属（ Brevundimonas ， 3.97% ）、 酶活性，Ochrobactrum 的一些种，如假中间苍白杆
Parapusillimona （ 3.76% ）、类 芽 孢杆菌 属 菌（O. pseudintermedium CB2），能够在秸秆发酵
（Paenibacillus，3.13%）、固氮螺菌属（Azospirillum， 过程中利用木质素和半纤维素而不减少纤维素，同
2.15% ）、未分 类芽 孢 杆 菌 目 （ unclassified_o__ 时发现该菌表现出好氧环境下良好的酸碱耐受性，
Bacillalales，1.90%）、未分类杆菌纲（unclassified_ 在 pH 为 5.5~9.0的环境下均能较好生长 [38] ；Taibaiella
c__Bacilli，1.54%）、未分类微杆菌科（unclassified_ 多分离于与木质纤维素有关的土壤中，如咖啡种植
f__Microbacteriacea ， 1.45% ） 、科恩 氏菌属 园土 [39] 、人参田土壤 [40] 、中国农田 [41] 等。木质素代
（Cohnella，1.39%）、疣微菌属（Chthoniobacter， 谢产物菲、有机氯化合物或芳香化合物等可以为
1.38% ）和 未分 类产 碱 杆 菌 科 （ unclassified_f__ Azospirillum 提供碳源 [42-44] ，这种菌属还可以同步产
Alcaligenaceae，1.23%）。在降解后期，HBB15 样本 CMCase 酶和乙酸 [45] 。Cellulomonas 属于放线菌目，
中相对丰度>1%的菌属有 11 个，分别为 Brevibacillus 主要为纤维素酶和半纤维素酶功能菌 [46] 。HBB15 样
（31.26%）、Pseudoxanthomona（30.51%）、Cohnella 本中相对丰度极其高于 HBB7 的优势菌属多与较易
（ 7.77% ） 、 未 分 类黄杆 菌目 （ unclassified_o__ 降解的半纤维素和纤维素有关，如 Pseudoxanthomona
Flavobacteriales，6.22%）、Devosia（3.66%）、 有一定的内切纤维素酶、滤纸酶和葡萄糖苷酶活，
Cellulomonas（2.93%）、Azospirillum（2.32%）、 经全基因组测序发现该菌具有木质纤维素降解酶基
Paenibacillus（1.81%）、Parapusillimona（1.69%）、 因，且预测出其利用纤维素生成乙醇的代谢通路 [47] ；
藤黄单孢菌属（Luteimonas，1.46%）和未分类拜叶林 目前，Cohnella 属内已被鉴定出若干种，其中大多
克氏菌科（unclassified_f__Beijerinckiaceae，1.18%）。 数具有纤维素水解或木聚糖水解活性 [48-49] 。可以看
随着降解的进行，主要降解期和降解后期样本 出，主要降解期和降解后期低丰度菌属差异及降解
菌落丰度在属水平上表现出较大的差异。为了进一 速率差异主要与后期底物组分结构特征、发酵环境、
步寻找两个典型时间点样本的差异微生物及其与降 微生物的代谢和活性等因素有关。不同层次碳源的
解存在的可能联系，采用 Student T 检验和双尾检验 利用印证了 HBB 细菌群落间有效的协同作用的论
分析 [30] 统计了前 15 种菌属的物种差异。结果显示： 点。这种协同作用和木质纤维素降解菌系，尤其是
在 95%置信区间，HBB7 样本中相对丰度显著高于 主要降解早期大量木质素降解菌系的存在共同成为
HBB15 样本的菌属包括 Devosia、Ochrobactrum、 BCF 加速降解的重要因素。