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        紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草的降解能力比較

        2021-07-29 01:21:50吳旭東王亞洲王藝霖
        食用菌 2021年4期
        關(guān)鍵詞:單核雙核平菇

        吳旭東 王亞洲 王藝霖

        (西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽(yáng)621010)

        我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)作物播種面積居世界第一。據(jù)估計(jì),我國(guó)每年產(chǎn)生7億t秸稈,具有數(shù)量大、分布廣、種類多等特點(diǎn)。然而如何充分有效地利用這類資源卻相當(dāng)困難,這是由于秸稈產(chǎn)量大且隨季節(jié)變化,其中的纖維素大都不能被動(dòng)物利用。秸稈的自然降解過(guò)程極其緩慢,大量的秸稈以堆積、荒燒等形式直接傾入環(huán)境,造成極大的環(huán)境污染和嚴(yán)重的物質(zhì)資源浪費(fèi)[1]。纖維素是稻草秸稈中主要的干物質(zhì)成分,是由葡萄糖組成的高分子化合物,主要是以α-1,4糖苷鍵結(jié)合,每個(gè)纖維素單位包括的葡萄糖含量極高,因此,使用一般的降解方法很難完成,需要依靠纖維素酶類物質(zhì)進(jìn)行降解[2]。秸稈干物質(zhì)成分除了大量的纖維素外,還包括半纖維素和木質(zhì)素以及一些蠟質(zhì)物質(zhì),這些成分基于本身的特性形成堅(jiān)固的組織,進(jìn)而在很大程度上影響纖維素的降解[3]。纖維素容易與半纖維素、木質(zhì)素等難降解的物質(zhì)相結(jié)合;又因?yàn)槔w維素在水中不溶,不能進(jìn)行水解,對(duì)于其分解至少需要3種纖維素水解酶的共同作用:纖維素內(nèi)切酶(endo-cellulase)、端解酶(exo-cellulase)和纖維素二糖酶(cellobiase)[4]。除此之外,纖維素的降解還局限于細(xì)胞壁中纖維素與木質(zhì)素相復(fù)合,因木質(zhì)素有完整堅(jiān)硬的外殼,微生物很難對(duì)其進(jìn)行降解。因此,纖維素的降解關(guān)鍵在于破除保護(hù)纖維素的堅(jiān)硬外殼,也就是對(duì)木質(zhì)素的降解[5]。筆者選擇綿陽(yáng)市當(dāng)?shù)丶t平菇作為分解菌,研究其單、雙核菌株對(duì)稻草中纖維素、木質(zhì)素的降解能力。

        1 材料與方法

        1.1 供試菌株

        紅平菇(Pleurotusdjamor)原始菌株編號(hào):BS22,選擇西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室分離的單、雙核菌株各5株為供試菌株,試驗(yàn)編號(hào)分別為:S1-S5,D1-D5。

        1.2 供試培養(yǎng)基

        松針培養(yǎng)基:松針50 g,葡萄糖20 g,蛋白胨10 g,瓊脂20 g,水1 000 mL,煮沸20~30 min,用八層紗布過(guò)濾,0.11 MPa,121℃下滅菌60 min。

        稻草培養(yǎng)基:稻草78 g,麩皮20 g,石膏粉2 g,加水拌勻,料含水量65%,pH6。裝三角瓶,0.11 MPa,121℃下滅菌60 min。

        1.3 菌絲體培養(yǎng)

        在超凈工作臺(tái)中將保存的紅平菇菌株(單核菌株5株,雙核菌株5株)接種于斜面培養(yǎng)基,25℃培養(yǎng)6~7 d,使菌株活化。將活化的紅平菇菌株接種于斜面松針培養(yǎng)基上,每個(gè)菌株擴(kuò)3支,25℃培養(yǎng)6~7 d。將獲得的紅平菇菌株接種于稻草培養(yǎng)基中,每個(gè)菌株接3瓶,25℃恒溫培養(yǎng),觀察菌絲生長(zhǎng)。待瓶中菌絲長(zhǎng)滿后開(kāi)始取樣,10 d一次,共取7次[6]。將取出的樣品在70℃烘箱中烘干,用粉碎機(jī)粉碎,過(guò)孔徑為0.25 mm篩。

        1.4 木質(zhì)素、纖維素降解率

        1.4.1 纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及降解率

        稱取待測(cè)樣品1.00 g裝入250 mL錐形瓶中,加入25 mL硝酸、乙醇混合液。用沸水浴加熱1 h,注意在加熱過(guò)程中,隨時(shí)搖蕩錐形瓶,以防止受熱不均導(dǎo)致樣品噴濺。之后將錐形瓶從水浴鍋取出,冷卻至室溫,抽濾后的殘?jiān)倭慷啻渭尤?5 mL硝酸、乙醇混合液,盡可能將濾器中的殘?jiān)肯慈脲F形瓶中,再用沸水浴加熱1 h,剩余步驟重復(fù)即可[7]。最后獲得的殘?jiān)偌尤?0 mL1.25%KOH溶液,水浴加熱,并回流約10 mL,然后進(jìn)行過(guò)濾,需要用熱蒸餾水少量多次地將瓶中的殘?jiān)鼪_洗干凈,使濾液不成堿性為止。得到的殘?jiān)?05℃烘箱中烘干至恒重。重復(fù)試驗(yàn)3組,計(jì)算平均值。

        纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=[(G1-G)/W]×100%

        G1,烘干后砂芯漏斗及殘?jiān)|(zhì)量(g)

        G,砂芯漏斗質(zhì)量(g)

        W,樣品干質(zhì)量(g)

        纖維素降解率=[(原始纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)-降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù))/原始纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)]×100%

        1.4.2 木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及降解率

        稱取待測(cè)樣品1.00 g烘干磨細(xì),用定性濾紙包好(用線扎牢防止泄露),放入醇、苯混合液中(體積比1∶1),在沸水浴環(huán)境中抽提6~8 h,取出風(fēng)干。解開(kāi)濾紙包,將其刷入500 mL的干燥燒杯中,并加入10 mL沸騰的蒸餾水濕潤(rùn),10 min后加入35 mL86%硫酸,在溫度為18~22℃水浴中保持4 h,之后加入250 mL蒸餾水,加熱至沸騰,以上過(guò)程需要全程攪拌。在沸水浴中靜置1 h后,浸入冷水浴中15 min[8]。抽濾,并用熱蒸餾水洗滌,至洗液用10%BaCl2溶液測(cè)試不出現(xiàn)渾濁為止。將獲得的殘?jiān)迫牒嫦洌?05℃烘干至恒重。重復(fù)試驗(yàn)3組,計(jì)算平均值。

        木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=[(G1-G)/W]×100%

        G1,已恒重的砂芯漏斗及殘?jiān)|(zhì)量(g)

        G,已恒重的砂芯漏斗質(zhì)量(g)

        W,烘干樣品質(zhì)量(g)

        木質(zhì)素降解率=[(原始木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)—降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù))/原始木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)]×100%

        2 結(jié)果與分析

        2.1 紅平菇單、雙核菌株對(duì)纖維素的降解

        供試稻草中原始纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定為39.56%。由表1、表2可知,紅平菇的5個(gè)雙核菌株對(duì)稻草纖維素的降解能力差異不顯著(P>0.05),降解70 d后,5個(gè)雙核菌株對(duì)稻草纖維素平均降解率達(dá)57.02%,降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.00%。

        表1 紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草纖維素的降解率

        表2 紅平菇雙核菌株對(duì)稻草纖維素的降解率方差分析

        由表1和表3可知,紅平菇的5個(gè)單核菌株對(duì)稻草纖維素的降解能力差異也不顯著(P>0.05),降解70 d后5個(gè)單核菌株對(duì)稻草纖維素的平均降解率達(dá)48.07%,降解后纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.54%。但由表表1、表4可知,紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草纖維素降解能力差異顯著(P<0.05)。紅平菇雙核菌株較單核菌株的降解能力強(qiáng)。

        表3 紅平菇單核菌株對(duì)稻草纖維素降解率方差分析

        表4 紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草纖維素降解率方差分析

        2.2 紅平菇單、雙核菌株對(duì)木質(zhì)素的降解

        供試稻草中原始木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定為11.12%。由表5、表6可知,紅平菇的5個(gè)雙核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素的降解能力差異不顯著(P>0.05),降解70 d后,5個(gè)雙核菌株對(duì)木質(zhì)素的平均降解率達(dá)到60.61%,降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.38%。

        表5 紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素降解率情況

        表6 紅平菇雙核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素的降解率方差分析

        由表5、表7可知,紅平菇的5個(gè)單核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素的降解能力差異也不顯著(P>0.05),降解70 d后5個(gè)單核菌株對(duì)木質(zhì)素的平均降解率達(dá)到53.11%,降解后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.22%。但由表5和表8可知,紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素降解能力差異達(dá)極顯著(P<0.01)。

        表7 紅平菇單核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素降解率方差分析

        表8 紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草木質(zhì)素降解率方差分析

        3 小結(jié)與討論

        接種紅平菇雙核菌株的稻草培養(yǎng)基中,纖維素被降解70后質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的39.56%降到17.00%,5個(gè)雙核菌株平均降解率為57.02%;降解70 d后木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的11.12%降到4.38%,5個(gè)雙核菌株平均降解率為60.61%。接種紅平菇單核菌株的稻草培養(yǎng)基中纖維素被降解70 d后質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的39.56%降到20.54%,5個(gè)單核菌株平均降解率為48.07%;降解70 d木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的11.12%降到5.22%,5個(gè)單核菌株平均降解率為53.11%。

        結(jié)果表明,紅平菇單、雙核菌株對(duì)稻草中的纖維素和木質(zhì)素都有較強(qiáng)的降解能力,雙核菌株的降解能力要比單核菌株強(qiáng),這與纖維素、木質(zhì)素形成的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。木質(zhì)素的分解過(guò)程十分復(fù)雜,不同分解酶的活性可能會(huì)影響其在木質(zhì)素分解過(guò)程中的作用和發(fā)揮作用的階段及順序[9]。這些酶以不同的聯(lián)合形式,在木質(zhì)素的真菌代謝中起到重要的作用[10],而對(duì)于紅平菇生長(zhǎng)的不同階段所產(chǎn)生的木質(zhì)素降解酶及其活性的研究還不夠全面,還需要更加系統(tǒng)深入的探索??傊眉t平菇提高纖維素、木質(zhì)素降解率,這在食品發(fā)酵工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品和城市廢料處理、新能源、飼料工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、遺傳工程等方面都有積極的作用。

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