一株产木质纤维素酶新菌株的筛选、鉴定及产酶特性研究

doi:10.19586/j.2095-2341.2025.0069

生物技术进展 ›› 2025, Vol. 15 ›› Issue (6): 1050-1056.DOI: 10.19586/j.2095-2341.2025.0069

一株产木质纤维素酶新菌株的筛选、鉴定及产酶特性研究

丁楠¹^,²(), 丁洋³, 杨皓天⁴, 刘畅³, 黄世臣¹(), 傅民杰⁵()

^1.延边大学地理与海洋科学学院，吉林珲春 133300
^2.大连理工大学化工学院，辽宁大连 116024
^3.延边大学药学院，吉林延吉 133002
^4.延边大学理学院，吉林延吉 133002
^5.延边大学农学院，吉林延吉 133002

收稿日期:2025-06-10 接受日期:2025-08-13 出版日期:2025-11-25 发布日期:2026-01-04
通讯作者: 黄世臣,傅民杰
作者简介:丁楠 E-mail: 1695116250@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32460317)

Screening, Identification of a Novel Lignocellulolytic Enzyme-degrading Strain and its Enzyme Characteristics

Nan DING¹^,²(), Yang DING³, Haotian YANG⁴, Chang LIU³, Shichen HUANG¹(), Minjie FU⁵()

^1.College of Geography and Ocean Sciences，Yanbian University，Jilin Hunchun 133300，China
^2.School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Liaoning Dalian 116024，China
^3.College of Pharmacy，Yanbian University，Jilin Yanji 133002，China
^4.College of Science，Yanbian University，Jilin Yanji 133002，China
^5.College of Agriculture，Yanbian University，Jilin Yanji 133002，China

Received:2025-06-10 Accepted:2025-08-13 Online:2025-11-25 Published:2026-01-04
Contact: Shichen HUANG,Minjie FU

摘要/Abstract

摘要：

木质纤维素是一种可再生的、产量巨大的生物资源，其有效利用对实现双碳战略目标具有很高的社会和生态价值。寻找具有高活性的木质纤维素降解微生物并提高其转化效率是现实可行的有效解决途径之一。木质纤维素酶是能够分解纤维素的一大类酶，研究该酶系的组成及其特性是实现利用微生物分解木质纤维素技术推广的理论基础。利用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择性培养基，从土壤中筛选目标菌株并进行了鉴定，同时对目标菌株的产酶特性做了初步研究。目的菌株被鉴定且命名为赭曲霉ZJ-20（Aspergillus ochraceus ZJ-20），培养最适温度为28 ℃，最适pH为7，最适碳源为葡萄糖，最适氮源有以下3种情况：以硫酸铵为氮源时，滤纸酶活力最大；以蛋白胨为氮源时，纤维素酶活力最大；以硝酸钾为氮源时，β-葡萄糖苷酶活力最大。在最适条件下，该菌株的滤纸酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶酶活力均比初始酶活力分别提高了3.00、2.66、2.82倍。研究成功筛选出的赭曲霉ZJ-20，为木质纤维素资源化利用提供了优质菌种资源，并为降低生物炼制成本和推动双碳目标下绿色能源发展提供了重要技术支撑。

关键词: 木质纤维素, 滤纸酶, 纤维素酶, β-葡萄糖苷酶, 赭曲霉

Abstract:

Lignocellulose， as an abundant and renewable bioresource， holds significant societal and ecological value for achieving carbon neutrality goals. Harnessing highly efficient lignocellulose-degrading microorganisms represents a promising solution to enhance conversion efficiency. Lignocellulases are a large class of enzymes that can decompose cellulose. Studying the composition and characteristics of this enzyme system is the theoretical basis for promoting the use of microbial decomposition of lignocellulose technology. In this study， we isolated a fungal strain （designated Aspergillus ochraceus ZJ-20） from soil using sodium carboxymethyl cellulose as the sole carbon source. Preliminary characterization revealed optimal activity at 28 ℃ and pH7.0， with glucose demonstrating superior performance as carbon source. Nitrogen source specificity was observed： ammonium sulfate maximized filter paper activity （FPA）， peptone enhanced endoglucanase production， and potassium nitrate optimized β-glucosidase activity. Under optimal conditions， the activities of filter paper enzyme， cellulase， and β-glucosidase of this strain increased by 3.00， 2.66， and 2.82 times， respectively， compared to the initial enzyme activity. The successful screening of A. ochraceus ZJ-20 in this study provides high-quality bacterial resources for the resource utilization of lignocellulose， offers important technical support for reducing the cost of biorefinery and promote the development of green energy under the dual carbon goal.

Key words: lignocellulose, paper filtering enzyme, cellulase, β-glucosidase, Aspergillus ochraceus

中图分类号:

Q945

丁楠, 丁洋, 杨皓天, 刘畅, 黄世臣, 傅民杰. 一株产木质纤维素酶新菌株的筛选、鉴定及产酶特性研究[J]. 生物技术进展, 2025, 15(6): 1050-1056.

Nan DING, Yang DING, Haotian YANG, Chang LIU, Shichen HUANG, Minjie FU. Screening, Identification of a Novel Lignocellulolytic Enzyme-degrading Strain and its Enzyme Characteristics[J]. Current Biotechnology, 2025, 15(6): 1050-1056.

图/表 8

图1 菌株ZJ-20的形态特征A：正面菌落； B：背面菌落； C：菌丝； D：分生孢子； E：孢子囊和花序梗

Fig. 1 Morphological characteristics of strain ZJ-20

图2 菌株ZJ-20系统发育树注：标“▌”为本实验菌株；Aspergillus sepultus—埋葬曲霉；Aspergillus sydowii—聚多曲霉；Aspergillus petrakii—佩特拉基曲霉；Aspergillus sesamicola—芝麻曲霉；Aspergillus melleus—蜂蜜曲霉；Aspergillus pallidofulvus—苍白曲霉。

Fig. 2 Phylogenetic tree of strain ZJ-20

图3 菌株ZJ-20生长曲线

Fig. 3 Curve of growth of ZJ-20

图4 菌株ZJ-20产酶历程

Fig. 4 Enzyme production process of strain ZJ-20

表1 温度对3种酶酶活力的影响

Table 1 Effects of temperature on enzyme viability of three enzymes

温度/℃	滤纸酶/(U·mL^-1)	纤维素酶/(U·mL^-1)	β-葡萄糖苷酶/(U·mL^-1)
22	1.346 7e	1.436 7e	2.133 3c
24	2.740 0c	2.190 0d	4.250 0a
26	4.350 0b	4.780 0b	4.413 3a
28	5.350 0a	5.193 3a	4.430 0a
30	2.310 0d	3.536 7c	3.493 3b

表2 pH对3种酶酶活力的影响

Table 2 The effect of pH on the enzyme activity of three enzymes

pH	滤纸酶/(U·mL^-1)	纤维素酶/(U·mL^-1)	β-葡萄糖苷酶/(U·mL^-1)
3	1.380 0b	0.580 0b	0.360 0c
5	1.466 7b	0.900 3b	0.520 0bc
7	2.166 7a	1.363 3a	2.026 7a
9	1.510 0b	0.443 3b	0.880 0b

表3 不同碳源对3种酶的酶活力影响

Table 3 Enzyme activation effects of different carbon sources on three enzymes

碳源	滤纸酶/(U·mL^-1)	纤维素酶/(U·mL^-1)	β-葡萄糖苷酶/(U·mL^-1)
CK	0.761 7d	0.893 7d	0.764 3d
羧甲基纤维素钠	1.173 3c	1.243 0bc	1.233bc
淀粉	1.265 0b	1.246 7bc	1.376b
蔗糖	1.196 3c	1.196 3c	1.236bc
葡萄糖	2.283 7a	2.355 0a	2.156 0a
乳糖	1.177 7c	1.296 0b	1.201 0c

表4 不同氮源对3种酶的酶活力影响

Table 4 Enzyme activation effects of different nitrogen sources on three enzymes

氮源	纤维素酶/(U·mL^-1)	纤维素酶/(U·mL^-1)	β-葡萄糖苷酶/(U·mL^-1)
CK	0.763 3c	0.806 7c	0.716 7b
NH₄Cl	1.583 3ab	1.433 3ab	1.293 3ab
尿素	1.873 3ab	1.593 3ab	0.843 3b
(NH₄)₂SO₄	2.080 0a	1.425 0ab	0.730 0b
蛋白胨	1.296 7bc	1.823 3a	0.843 3b
KNO₃	0.860 0c	1.703 3a	1.676 7a
酵母提取物	0.856 7c	0.856 7bc	1.533 3a

参考文献 13

[1]	何颖慧,张慧,贾惜文,等.提高木质纤维生物炼制效率的纤维素酶生产策略[J].生物质化学工程, 2024,58(3):48-56.
	HE Y H, ZHANG H, JIA X W, et al.. Cellulase production strategies for improving lignocellulosic biorefinery efficiency[J]. Biomass Chem. Eng., 2024, 58(3): 48-56.
[2]	白长胜,刘秋瑾,尹珺伊,等.产木质纤维素降解酶真菌的筛选及产酶特性[J].微生物学通报,2023,50(3):1098-1110.
	BAI C S, LIU Q J, YIN J Y, et al.. Screening and enzymatic characterization of the fungal strains producing lignocellulose-degrading enzymes[J]. Microbiol. China, 2023, 50(3): 1098-1110.
[3]	檀华龙,袁明维,伊兴领,等.高产纤维素酶木霉菌株的筛选[J].安徽农学通报(上半月刊),2010,16(23):51-53.
	TAN H L, YUAN M W, YI X L, et al.. Screening of high-yield cellulase Trichoderma [J]. Anhui Agric. Sci. Bull., 2010, 16(23): 51-53.
[4]	许从峰,艾士奇,申贵男,等.木质纤维素的微生物降解[J].生物工程学报,2019,35(11):2081-2091.
	XU C F, AI S Q, SHEN G N, et al.. Microbial degradation of lignocellulose[J]. Chin. J. Biotechnol., 2019, 35(11): 2081-2091.
[5]	孟建宇,冀锦华,贾丽娟,等.基于三种碳源筛选低温纤维素降解菌及其复合系的降解能力分析[J].生物技术通报,2019,35(8):77-84.
	MENG J Y, JI J H, JIA L J, et al.. Isolation of cold-adapted cellulose-degrading bacteria using three different carbon sources and analysis on the degrading ability of consortia[J]. Biotechnol. Bull., 2019, 35(8): 77-84.
[6]	杨丽,孙晓东,李琳琳,等.产木质素降解酶木霉菌株的筛选及其产酶特性[J].菌物学报,2024,43(8):121-128.
	YANG L, SUN X D, LI L L, et al.. Screening of Trichoderma strains producing lignin-degrading enzymes and study of the enzyme production characteristics[J]. Mycosystema, 2024, 43(8): 121-128.
[7]	冯欣欣,李凤兰,徐永清,等.新疆寒冷地区腐木中产纤维素酶菌株的筛选与低温产酶特性[J].浙江农业学报,2021,33(8):1468-1476.
	FENG X X, LI F L, XU Y Q, et al.. Screening of cellulase producing strains from rotten wood in Xinjiang cold area and analysis of their characteristics of enzyme production at low temperature[J]. Acta Agric. Zhejiangensis, 2021, 33(8): 1468-1476.
[8]	郑平.环境微生物学(2版)[M].杭州:浙江大学出版社,2012.
[9]	邹鑫,彭梅芳,阚新锐,等.双叉犀金龟(Trypoxylus dichotomus)幼虫肠道微生物多样性及纤维素降解菌筛选[J].微生物学报,2025,65(1):225-238.
	ZOU X, PENG M F, KAN X R, et al.. Exploration of microbial diversity and identification of cellulose-degrading bacteria in the gut of Trypoxylus dichotomus larvae[J]. Acta Microbiol. Sin., 2025, 65(1): 225-238.
[10]	周玉平.高产纤维素酶真菌的分离鉴定及降解中药药渣的应用研究[D].太原:太原师范学院,2023.
[11]	国家卫生和计划生育委员会,国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准食品微生物学检验常见产毒霉菌的形态学鉴定: [S].北京:中国标准出版社,2017.
[12]	高聚林,韩升才,于晓芳,等.一种秸秆降解菌及分离筛选方法:CN202011054122.0[P]. 2022-04-19.
[13]	吴亮亮,朱卫华,付丽霞,等.一种DDGS的制备方法及其发酵菌种和培养基:CN202210299875.0[P]. 2022-05-10.

一株产木质纤维素酶新菌株的筛选、鉴定及产酶特性研究

Screening, Identification of a Novel Lignocellulolytic Enzyme-degrading Strain and its Enzyme Characteristics

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 13

相关文章 12

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王瑾, 白静, 赵晶, 田健, 张伟, 王苑, 杨浩萌, 石美杉, 张贝贝, 徐欣欣, 黄火清. 新型GH45家族纤维素酶的智能挖掘及其在里氏木霉中的高效表达[J]. 生物技术进展, 2025, 15(2): 287-295.
[2]	孔蒙蒙, 金静静, 卢鹏, 顾梦丽, 陈千思, 曹培健, 张剑锋, 陶界锰. 高产纤维素酶工程菌株产酶条件优化[J]. 生物技术进展, 2024, 14(6): 1032-1041.
[3]	张立华, 王一樊, 张旭阳, 刘千盈, 高思琦, 焦健. 响应面分析法优化酶法提取红景天苷的工艺研究[J]. 生物技术进展, 2023, 13(3): 441-448.
[4]	郝捷, 李选文, 张宝, 郑超, 孙志康, 季嫱, 吴娜, 吴晗, 李力群. 纤维素酶在烟草中的应用进展[J]. 生物技术进展, 2023, 13(2): 166-173.
[5]	张清翠,石雅丽,刘安礼,胡建华,李永丽,孙亚超,何可欣,夏婷,鲍彦彬. 外切纤维素酶的研究与应用进展[J]. 生物技术进展, 2020, 10(5): 495-502.
[6]	严海璘,,朱宗财,,张王斌,,杜培秀,张超,赵文军4,李为民. 梨火疫病菌两个Sec依赖的外泌纤维素酶鉴定及在侵染梨幼果过程中的基因表达分析[J]. 生物技术进展, 2020, 10(5): 517-523.
[7]	李丽娟,夏文静,马贵平. 碳纳米管固定化纤维素酶的最佳工艺研究[J]. 生物技术进展, 2020, 10(4): 426-431.
[8]	陈媛,李金阳,张宇宏,刘波,张志伟,徐欣欣,张伟. 一株特异腐质霉纤维素酶高产突变株的鉴定分析[J]. 生物技术进展, 2019, 9(2): 185-190.
[9]	王加友,赵彭年,杨德玉,龙惊惊,周悦,王远. 一株纤维素分解菌的筛选、鉴定及其对玉米秸秆的降解效果[J]. 生物技术进展, 2018, 8(2): 132-139.
[10]	祝其丽,何明雄,谭芙蓉,代立春,吴波. 木质纤维素生物质预处理研究现状[J]. 生物技术进展, 2015, 5(6): 414-419.
[11]	韩笑,闫培生,史翠娟,杨树燕,李永鹏,邹雪平. 海洋微生物产纤维素酶及其应用研究进展[J]. 生物技术进展, 2015, 5(3): 191-195.
[12]	李建华,张越,刘仲齐. 化学处理方法对木质纤维素降解效率的影响评述[J]. 生物技术进展, 2011, 1(6): 421-425.