细菌纤维素酶研究进展_陈春岚
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展纤维素是由纤维素素和半纤维素组成的天然高分子化合物，在工业和生活中具有广泛的应用。
纤维素酶是一种专门分解纤维素的酶，在纤维素利用和生物质转化等领域有着广泛的应用前景。
本文综述了产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究进展。
一、产纤维素酶菌的筛选和鉴定目前，已有许多研究对产纤维素酶菌进行筛选和鉴定，其中常用的方法包括传统的分离培养方法、高通量筛选系统和基于基因组的筛选方法等。
1.传统的分离培养方法传统的分离培养方法通常包括从不同的环境样品中分离出细菌，并对其进行酶活性测定。
通过该方法已经成功分离出具有纤维素酶活性的微生物，例如Clostridium sp.、Bacillus sp.、Cellulomonas sp.、Acidothermus cellulolyticus等。
2.高通量筛选系统高通量筛选系统是一种快速且高效的筛选方法，常用于从大量的微生物中沉淀出目标细菌。
常用的高通量筛选方法包括微流控装置、免疫分离、荧光筛选和高通量发酵等。
3.基于基因组的筛选方法基于基因组的筛选方法是一种新的筛选方法，它能够根据基因组数据精确地预测目标细菌的性能和代谢特性。
通过依据基因组组态图，可以预测细菌所需的碳水化合物、氮素源、维生素和微量元素等。
并通过基因搜索和蛋白质分析，可以确定特定的酶基因并对其进行驯化研究。
二、纤维素酶菌的改良方法针对传统纤维素酶菌的低效率和耐受性差等问题，研究人员采用不同的改良方法提高纤维素酶的效率和性能。
常用的改良方法包括基因工程技术、筛选和驯化适应性强的菌株、应用生物物理方法提高纤维素酶的结构稳定性等。
1.基因工程技术基因工程技术是一种常见的改良方法，它通过基因重组或突变来优化目标细菌的代谢功能。
例如，利用多肽链替换可以改变纤维素酶的空间结构，提高酶的催化能力。
基因重组还可以将来自不同细菌的多个酶基因组合，形成多功能细菌产生多种酶的机构，提高纤维素降解效率。
细菌纤维素的研究报告进展
细菌纤维素的研究进展摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。
概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。
关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用0 前言细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium在静置培养时于培养基外表形成的一层白色纤维状物质。
后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。
细菌纤维素与天然纤维素构造非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。
从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无适宜的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。
近十几年来随着分子生物学的开展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。
1.细菌纤维素的构造特点和理化特性1.1化学特性经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和构造上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体构造。
日本的Masuda等采用13C和1H旋转扩散核磁共振分析了BC的纤维素构造，试验结果说明:在CP/MAS13C NMR图谱上出现共振线很分裂为低场线和高场线，其原因可能是高场线处的C4与微纤维中CH2OH的混乱的氢键结合在一起的构象不规那么所引起的构造缺陷。
近年来纤维素酶研究的进展
写一篇近年来纤维素酶研究的进展的报告，600字
近年来，随着生物科学技术迅速发展，纤维素酶研究获得了长足的发展。
从2014年开始，研究者对纤维素酶的研究已经经
历了一个快速发展过程，他们找到了更多由细菌、真菌、植物和动物分泌出的纤维素酶，以及许多新发现的相关基因编码的纤维素酶。
首先，在过去的几年中，研究者发现了大量的细菌分泌的纤维素酶，并建立了一套分类体系，包括不同的组成单位、细螺旋结构、催化水解机制，以及不同的应用。
其次，研究者研究出了一些新的真菌分泌的纤维素酶，这些纤维素酶可以更好地解决人类工业和环境问题，其中包括果蔬纤维溶解酶、碳源利用酶等。
此外，研究者还发现了一些新型纤维素酶，例如哺乳动物纤维素酶，这些酶具有更高的水解效率，可以更好地利用纤维素消化产物，从而提高动物营养价值。
最后，近年来研究者还开始发展更先进的纤维素酶技术，例如表观遗传学技术和重组DNA技术，以指导酶催化剂的设计和
应用。
这些新技术有助于我们更好地了解和应用纤维素酶结构，提高酶水解效率，拓展纤维素酶的应用前景。
总之，在近几年的发展过程中，纤维素酶研究技术取得了长足的进步。
许多新的纤维素酶和技术已经被发现并应用，这些都为我们理解纤维素酶的结构和功能，改善纤维素酶的水解效率，和拓展纤维素酶研究和应用提供了许多有价值的信息。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展【摘要】本文主要介绍了产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究进展。
首先解释了纤维素酶的作用与应用，然后介绍了不同种类产纤维素酶菌的特点以及筛选方法。
接着讨论了如何改良产纤维素酶菌的培养条件和优化生产工艺。
最后分析了研究的重要性，探讨了未来研究方向，并进行总结。
通过本文的介绍，读者可以了解到产纤维素酶菌及其改良方法在生物工程领域的重要性和潜在应用，为相关领域的研究提供了启示和指导。
【关键词】产纤维素酶菌、筛选、改良、纤维素酶、菌种、特点、培养条件、生产工艺、研究进展、重要性、未来方向、总结。
1. 引言1.1 产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展产纤维素酶是一类能够降解纤维素的酶，能够将纤维素分解成可利用的小分子糖类，具有重要的应用价值。
随着生物技术的发展，人们对产纤维素酶菌及其筛选改良方法进行了深入研究，取得了一系列进展。
产纤维素酶菌是产生纤维素酶的微生物，包括细菌、真菌和放线菌等。
不同种类的产纤维素酶菌具有不同的特点，如生长速度、纤维素酶产量和适应环境等。
筛选出高效的产纤维素酶菌对于提高纤维素降解效率至关重要。
在筛选产纤维素酶菌的过程中，常采用的方法包括传统的筛选培养基、色谱技术、PCR技术等。
通过这些方法，可以快速有效地筛选出具有高产酶能力的菌株，为纤维素降解的研究和应用提供了有效的渠道。
改良产纤维素酶菌的培养条件也是提高纤维素酶产量的重要途径。
调节温度、pH值、碳源和氮源等因素，可以显著提高产酶菌株的酶活力和产酶量。
在优化产纤维素酶的生产工艺方面，通过对发酵过程中各项参数的精细调控，可以大幅提升纤维素酶的产量和活力，实现经济效益和环境友好的纤维素降解过程。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究对于开发和利用纤维素资源具有重要意义。
未来的研究方向应该围绕提高产纤维素酶菌的酶活力、稳定性和产酶量展开，以满足不断增长的纤维素降解需求。
通过不懈的努力和创新，相信产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究将迎来更加美好的发展前景。
纤维素酶研究进展及固定化技术
纤维素酶研究进展及固定化技术摘要: 纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。
传统上将其分为3类：内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。
纤维素酶属于糖苷水解酶类，近年来，根据氨基酸序列的同源性以及纤维素酶结构的相似性，将其分成不同的家族。
本文介绍了纤维素酶的研究进展，主要包括纤维素酶的性质及作用机理，应用与发展趋势，来源及生产技术，分离纯化方法，最后介绍几种常用的纤维素酶固定化方法。
关键词: 纤维素酶；研究进展；固定化引言：纤维素是地球上分布最广、蕴藏量最丰富的生物质，也是最廉价的可再生资源。
纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称，它们协同作用，分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖。
自1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了，随着在工业上的广泛应用，特别是在纺织工业、能源工业上的应用，纤维素酶已成为最近十几年酶工程研究的一个焦点。
近年来有关纤维素酶的研究，包括酶的氨基酸序列、基因的克隆与表达、酶蛋白的空间结构与功能，以及酶蛋白的基因调控等诸多方面都取得显著进展。
到目前为止，登记在Swiss-Protein数据库的纤维素酶的氨基酸序列有649条，基因序列有433条。
我国对纤维素酶的研究始于上世纪50年代，迄今已有50多年的历史。
在纤维素酶的菌种开发、发酵培养、基因的克隆与表达、纤维素酶的固定化，以及纤维素酶在纺织、能源等方面的应用都取得较大进展。
1 纤维素酶的性质及作用机理纤维素酶分子的大小因来源不同而不尽相同，三大类酶分子量一般在23Kda～146Kda之间。
多数真菌和少数细菌的纤维素酶都受糖基化，糖基与蛋白之间以共价键结合，或呈可解离的络合状态。
糖基化作用在一定程度上保护酶免受蛋白酶的水解，而纤维素酶正是由于糖基化，使其所含碳水化合物的比率在不同酶之间发生差异，导致酶的多形式和分子量的差别。
通过比较分析，人们发现许多不同纤维素酶间表现出一定的同源性，且纤维素酶分子普遍具有类似的结构。
纤维素酶
第16卷第6期2009年6月 现代农业科学M ode rn A g ricu ltura l Sc i encesV o.l 16N o .6Jun .2009纤维素酶研究进展张华锋(福建农业职业技术学院,福建福州350007)摘 要:利用纤维素酶实现纤维素的转化与利用对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有非常重要的意义。
近20a 来,随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展,国内外均在尝试应用基因工程技术改造和构建高效纤维素降解菌,而且对极端环境中的纤维素酶产生菌也产生了浓厚兴趣。
笔者综述了纤维素酶的研究进展。
关键词:生物学;纤维素酶;研究进展中图分类号:Q 946.5 文献标识码:A 文章编号:1005-4650(2009)06-0025-03收稿日期:2009-05-16作者简介:张华锋(1967-),男,硕士,讲师,研究方向:作物遗传育种,微生物等在资源逐步枯竭和能源短缺的情况下,世界各国都在谋求有效地开发和利用生物质资源。
其中利用各类植物纤维素制取燃料酒精等能源物质是解决原料来源和降低成本的主要途径之一。
纤维素是地球上最丰富的可再生资源,是植物细胞壁的主要成分,占植物干重的35%~50%,由 -1,4葡萄糖苷链连接葡萄糖苷形成的线形聚合体,不溶于水,可被纤维素酶水解成葡萄糖。
纤维素酶是糖苷水解酶的一种,是一组能降解纤维素的酶的总称。
纤维素酶应用广泛,在微生物中广泛存在,但产酶效率低,热稳定性差,货价寿命短,从而一直限制着纤维素酶的推广应用。
因此对高效、高热稳定性的纤维素酶的研究具有重要现实意义。
1 纤维素酶的结构及降解机制1.1 纤维素酶的结构微生物所产生的纤维素酶系是一个多组分酶系,通常将纤维素分为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和 -葡萄糖苷酶。
一般来说,内切葡聚糖酶作用于纤维素分子内部的非结晶区或羧甲基纤维素,随机水解 -1,4-糖苷键,将长链纤维分子截断,产生大量小分子纤维素。
纤维素酶的理论研究和应用进展
酶工程课程论文纤维素酶的理论研究和应用进展学院：创新实验学院班级：生物技术基地132班姓名：黎春江学号：2013015452纤维素酶的理论研究和应用进展[摘要]纤维素酶是一类能够水解纤维素而生成葡萄糖的多组分酶的总称。
传统上将其分为3类：外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。
纤维素酶属于糖苷水解酶类，近年来，根据氨基酸序列的同源性以及纤维素酶结构的相似性，将其分成不同的家族。
本文总结了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势，包括酶的作用机理、生产方法、分离纯化方法、固定化方法等理论研究进展及其应用进展和展望。
[关键词]纤维素酶生产工艺分离纯化固定化畜牧生产酿酒工业1引言：纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分，是地球上极为丰富、可再生的生物质资源。
它占植物干重的35%~50%，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。
纤维素酶（β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶）是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单体酶，而是起协同作用的多组分酶系，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶。
它们协同作用，作用于纤维素以及从纤维素衍生出来的产物，将其分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖。
纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中。
细菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。
自1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了，随着在工业上的广泛应用，特别是在纺织工业、能源工业上的应用，纤维素酶已成为最近十几年酶工程研究的一个焦点。
2 纤维素酶的作用机理纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4），外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91），和β-葡聚糖苷酶（β-1,4-glucosidase，EC.3.2.1.21）。
纤维素酶研究进展
纤维素酶研究进展
曾青兰
【期刊名称】《湖北林业科技》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】笔者概述了纤维素酶的类型、作用机理;综述了产纤维素酶的菌种选育,包括产纤维素酶的微生物天然类群,诱交育种、工程菌的构建、发酵工艺等;并对纤维素酶的研究进行了展望.
【总页数】4页(P42-44,51)
【作者】曾青兰
【作者单位】咸宁职业技术学院,咸宁,437000
【正文语种】中文
【中图分类】S7
【相关文献】
1.纤维素酶及纤维素酶基因工程学研究进展 [J], 刘萌;战利;马红霞;高云航
2.纤维素酶与碱性纤维素酶的研究进展 [J], 张颖
3.纤维素酶降解机制及纤维素酶分子结构与功能研究进展 [J], 高培基
4.纤维素酶及纤维素酶多酶复合体的研究进展 [J], 杨明明;陈玉林
5.纤维素酶及纤维素酶产生菌选育的研究进展 [J], 张喜宏;刘义波;高云航
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产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展近年来，随着对可再生能源的需求增加，纤维素酶作为生物质能源转化的重要酶类受到了广泛关注。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究成为了热点和难点，本文将以此为核心，对其研究进展进行综述。
1. 产纤维素酶菌的研究目前已发现的产纤维素酶菌主要包括枯草芽孢杆菌、放线菌、真菌等。
其中，枯草芽孢杆菌是目前被广泛应用于纤维素酶生产的菌种之一，因为其产酶量高、生长速度快、生长条件较为简单等特点而备受青睐。
同时，枯草芽孢杆菌的基因组测序也为其分子遗传学和代谢分析等研究提供了可能。
除枯草芽孢杆菌外，还有放线菌属和糯米壳属等菌种也被报道能够分泌纤维素酶。
这些菌株相对于枯草芽孢杆菌的优点在于产酶能力更强，而缺点在于生长周期长、生长条件较苛刻，且在发酵过程中容易受到杂菌的污染等。
因此，在生产实践中，不同菌种或不同菌株的选择需要根据具体情况进行。
2.1 筛选纤维素酶的筛选方法主要有传统筛选和高通量筛选两种。
传统筛选方法常常是采用纤维素颗粒为基质，利用纤维素降解能力较强的菌株筛选；或者采用含有纤维素的大量自然产物、如木屑等物质进行筛选。
此外，还有利用血红蛋白作为指示物的筛选方法。
这些方法的优点在于操作简单易行，且与实际应用环境接近，但筛选效率较低、筛选速度较慢。
高通量筛选方法是近年来发展起来的一种新型筛选方法。
该方法利用微流控技术，快速筛选出高效纤维素酶生产菌株，并能够评估其酶的活力和稳定性。
同时，还可以利用基因工程手段进行优化，以提高酶的产量和稳定性。
该方法具有快速、高效、高精度等优点，可以大大缩短筛选周期和降低筛选成本。
2.2 改良为了提高纤维素酶的产量和性能，研究人员采用了多种改良方法，包括物理改良、化学改良和基因工程改良等。
物理改良是利用辐射、超声波、高压等物理手段对纤维素酶生产菌株进行改良。
该方法具有操作简单、安全易行、无毒副作用等优点，但改良效果不一定理想。
化学改良主要是利用化学物质处理菌株，使其产生变异，进而产生更高产的纤维素酶。
纤维素酶高产菌株选育研究进展
值 ， 以对 其的研 究也 是 热 点 之一 ， 产 生菌 主要 集 中在 所 其
芽孢 杆 菌属 。细菌 主要产 中性纤 维素 酶和 碱性 纤 维素 酶 。 由于酶 的耐热 性在 生产 中具有 实用 意 义 。 以耐 热细 菌 是 所 研 究 的热点 。
１ ３ 其它 类 ．
放 线 菌 中产 量稍 高 的主要 是黑 红旋 丝 放线
片黄 化枯 萎 ， 能 分 泌蜜 露 ， 发煤 烟 病 ， 致 稻 叶发 黑 ， 并 诱 导 最后 枯烂 。现根 据 调 查 观 察 结 果 ， 山 区单 季 稻 稻 粉 虱 将 发生 危 害情 况报 道 如下 。
１ 危害性 状
近两 年在福 建省 霞 浦 县 水 门 乡单 季 稻 稻粉 虱发 生 面 积 达 ５０ ｈ 多 ， ０ ｍ 之 由于稻粉 虱 虫体 小 ， 易被 农 户发 现 ， 不 因而 造成 大面 积 为害 ， 别 田块 出现 塌 圈 、 孕 穗 。据 定 个 死
２ ７头 。
不对 。该虫 小 ， 且危 害 部位 又是 在 稻 叶背 面 ， 稻此 时 正 水
处于 孕穗期 田间封 闭 ， 户 喷药 只 喷在 稻 叶正 面 ， 农 无法 把 药液 接触 到虫体 。在 实地试 验 中 ， 喷头插 入 稻丛 中从下 把 喷上 ， 这样药 液能 直喷 到 虫 体 ， 雾 点在 稻丛 基 部 均匀 分 让 布效 果就 较好 。在用 药上 本站根 据农 民常 用农 药 浓度 ， 进
点 调查 ， 粉虱 幼虫 于 ８月 １ 稻 ５１ ３始见 ， ８月 ２ 幼 虫盛发 ５１ ３
旬幼 虫 盛 发 高峰 。９月 １ ２—１ 为 化 蛹 高峰 期 （ ５１ ３ ９月 １ ６ ３ １化 蛹率 达 ６ ％ 一６ ％ ） ９月 ２ 为 成 虫 羽 化 高 峰 期 ４ ８ ， ０１ ３ （ 羽化 率达 ６ ． ％ 一 ６ ． ％ ） ０８ ３ ９ 。预测 幼 虫于 ９月 ２ 始 ５１ ３ 见 ， ９月 ３ 盛 发 高峰 。 则 ０１ ３
纤维素酶高产菌选育研究进展及未来趋势
2、培养基：采用基本培养基，并添加不同的诱导剂（如纤维素、木糖等）， 以优化产酶效果。
二、材料与方法
3、筛选方法：我们将收集到的微生物分别接种到含有诱导剂的培养基上，进 行培养。一段时间后，观察各菌株的生长情况和对纤维素的降解情况。通过比较 不同菌株的生长速度和产酶量，初步筛选出高产纤维素酶的菌株。
四、未来趋势
4、菌种改良和优化：通过改良和优化菌种培养条件，进一步提高高产纤维素 酶菌株的生产效率和产率。
四、未来趋势
5、安全性与法规遵从：在追求产量的同时，需生产过程的安全性以及符合各 项法规要求，以确保工业生产过程的可持续性。
四、未来趋势
6、强化应用领域合作：产学研的紧密结合将在未来发挥更加重要的作用，推 动高产纤维素酶菌株在各个应用领域的实际应用和发展。
二、材料与方法
1、实验材料
1、实验材料
（1）菌种来源：本实验采用土壤、腐木、粪便等自然环境中的样品作为菌源。 （2）培养基：本实验采用LB培养基、PD培养基和筛选培养基作为富集和筛选 菌株的培养基。
2、实验方法
2、实验方法
（1）菌株的富集：将采集的样品稀释后涂布在含有底物的培养基上，于一定 温度下培养一定时间，以富集菌株。
四、未来趋势
1、全基因组测序：通过对菌株全基因组的测序和分析，深入了解其产生纤维 素酶的机制，为选育提供更加科学的依据。
四、未来趋势
2、功能生物信息学：利用功能生物信息学手段，对纤维素酶的作用机制、调 控网络等进行深入研究，发现新的选育靶点。
四、未来趋势
3、智能化选育技术：利用人工智能等现代技术，实现高产纤维素酶菌株的智 能化选育，提高选育效率和准确性。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展产纤维素酶菌是一类能够分解纤维素的微生物。
纤维素酶具有重要的工业应用价值，可以用于生产生物燃料、食品添加剂、饲料酶和纸浆加工等。
研究纤维素酶菌及其筛选改良方法对于提高纤维素酶的产量和活性具有重要意义。
纤维素酶菌主要包括细菌、真菌和原生动物等。
细菌是目前研究的重点，主要有属于泛菌纲的革兰氏阴性细菌和厌氧细菌、属于革兰氏阳性细菌的放线菌等。
真菌中的木霉属和曲霉属是常见的纤维素酶产生菌。
原生动物中的淀粉硬蛋白原核为革兰氏阳性细菌，同样具有较高的纤维素酶产生能力。
纤维素酶菌的筛选方法可以分为传统筛选和基因工程筛选两大类。
传统筛选主要通过菌落特征、纤维素酶活力和酶促介质分析等方法来确定纤维素酶产生菌。
基因工程筛选主要利用纤维素酶基因在基因库中的表达情况进行筛选。
目前，纤维素酶菌的改良方法主要包括传统遗传改良和基因工程改良两种。
传统遗传改良主要包括辐射诱变、化学诱变和选择性培养等方法。
辐射诱变是通过辐射来引发细菌基因突变，从而获得新的纤维素酶产生菌。
化学诱变则是通过化学物质来诱发细菌基因的突变。
选择性培养是在特定的培养基中培养纤维素酶产生菌，然后通过对菌群的筛选来获得高产菌株。
基因工程改良主要是通过将高效纤维素酶基因导入到微生物中，从而提高纤维素酶的产量和活性。
常用的基因工程改良方法包括限制性酶切、DNA连接、转化和表达等。
限制性酶切是通过酶切酶将目标基因切割成特定长度的DNA片段。
DNA连接是将目标基因片段连接到载体DNA上，形成重组DNA。
转化则是将重组DNA导入到宿主细胞中。
表达是使宿主细胞能够表达目标基因所编码的纤维素酶。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究进展主要包括纤维素酶菌的分类研究和筛选方法的改良研究。
通过对纤维素酶菌的筛选和改良，可以提高纤维素酶的产量和活性，为纤维素酶的工业应用提供技术支持。
未来的研究将更加注重基因工程筛选和改良方法的研究，以提高纤维素酶的产量和活性。
纤维素酶的研究进展与发展趋势
纤维素酶的研究进展与发展趋势摘要介绍了国内外纤维素酶的研究进展,并简要阐述了纤维素酶研究的发展趋势。
关键词纤维素酶研究进展趋势纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。
随着世界人口的增长,为解决日益加剧的食品和能源危机,纤维素资源的利用引起了世界各国的极大关注和高度重视。
纤维素酶能够有效地分解天然纤维素,是解决能源危机,食品和饲料紧张及环境污染等问题的重要途径之一。
1 纤维素酶的研究在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。
早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。
但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。
1912年Pringsheim从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。
1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。
1954年,美国陆军Natick 实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。
50年代,纤维素酶工作转向纤维素酶本身的性质、作用方式、培养条件、测定方法等研究。
l958年,美国华盛顿大学Fry等人用酶水解非淀粉多糖,从那时起,纤维素酶的研究在世界许多国家迅速推广,特别在产纤维素酶的微生物选育、培养条件、纤维素酶的性质、纤维素酶的分离、提纯和协同作用方面的研究进展较快。
60~70年代,Nisizawahe Woo等人对绿色木霉和黑曲霉的纤维素酶做了大量的研究,将纤维素酶分成不同组分,并进行了鉴定。
70~80年代开始利用诱变等育种手段对产纤维素酶的微生物进行了改造,提高其产酶活性。
80年代以后,人们开始利用遗传工程从分子生物学水平对纤维素酶生产菌株进行诱变育种,并对纤维素酶蛋白质的氨基酸序列及其分离纯化等方面进行了深入细致的研究。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展一、引言纤维素是一种生物质资源中丰富的多糖类化合物，广泛存在于植物细胞壁中。
纤维素降解酶能够有效地将纤维素降解为可发酵的糖类产物，为生物质能源的利用提供了重要的基础。
纤维素降解酶主要由细菌、真菌、古菌和原生生物等微生物产生，其中以细菌和真菌产纤维素降解酶的应用研究最为广泛。
随着生物质资源的大规模利用和生物技术的不断发展，产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究备受关注。
在这一领域，通过对产纤维素酶菌菌株的采集、筛选及相关基因工程技术的应用，可以大大提高纤维素降解效率，为生物质能源的利用提供重要的技术支撑。
本文将从产纤维素酶菌的筛选及改良方法研究进展方面进行综述，以期为该领域的研究提供一定的指导和参考。
二、产纤维素酶菌菌株的筛选1. 野生菌株的采集与筛选产纤维素酶菌的筛选工作通常以野生菌株的采集和筛选为起点。
在自然界中，各种微生物对纤维素的降解能力普遍存在，因此通过对各种环境样品的采集和分离，可以筛选到具有较强纤维素降解能力的细菌或真菌菌株。
这种筛选方法具有样品来源广泛、种类多样等优点，但也存在筛选周期长、效率低等不足之处。
2. 高通量筛选技术为解决野生菌株筛选效率低下的问题，研究人员逐渐引入高通量筛选技术。
通过构建含有纤维素降解酶检测基因的高通量筛选系统，可以实现对大量菌株的快速筛选。
这种筛选方法大大缩短了筛选周期，提高了筛选效率，为产纤维素酶菌的有效筛选提供了重要手段。
三、产纤维素酶菌的改良方法1. 遗传工程改良采用遗传工程方法对产纤维素酶菌进行改良是目前应用较为广泛的方法之一。
通过对纤维素降解酶相关基因进行工程改造，可以提高其纤维素降解能力、稳定性和耐受性等性能。
通过引入纤维素降解酶基因的多拷贝、异源基因导入以及克隆表达等策略，可以显著提高纤维素降解酶的活性和产量。
2. 自然选择改良除了遗传工程改良方法，自然选择改良也是一种重要的改良手段。
在传统发酵工艺中，通过长期连续传代培养和诱变育种等方法，可以获得具有良好纤维素降解性能的高产菌株。
纤维素酶生产研究进展
纤维素酶生产研究进展任恒星冷云伟李浩赵兰（中国矿业大学化工学院，江苏徐州221116）摘要：纤维素的降解有赖于纤维素酶。
自然界中很多微生物可以产生纤维素酶。
该文综述了利用木霉等菌产纤维素酶、产纤维素酶菌种选育、混合菌产纤维素酶等方面的研究进展，并提出了纤维素酶的大量生产是纤维质原料资源化的重要基础。
关键词：纤维素酶；纤维素；预处理；发酵中图分类号Q55文献标识码A文章编号1007－7731（2010）15－63－02Review on the Production of CellulaseRen Hengxing et al．（School of Chemical Engineering and Technology，China University of Minjing and Technology，Xuzhou221008，China）Abstract：The hydrolysis of cellulose depends on cellulose．In nature，many kinds of microorganism can produce cellulase．The research progress of the production of cellulase using microorganism including the selecting culture of microorganism that produce cellulase and cellulase production using mixed microorganism，was reviewed．It was pointed out that it was necessa-ry to produce large amout of cellulase to make use of cellulose．Key words：Cellulase；Cellulose；Pretreatment；Fermentation纤维质原料是地球上广泛分布而且数量巨大的可再生资源。
微生物中纤维素酶的研究进展
微生物中纤维素酶的研究进展傅佑丽; 石家骥; 韩龙【期刊名称】《《曲阜师范大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(045)004【总页数】5页(P91-95)【关键词】纤维素酶; 结构; 应用; 低温纤维素酶【作者】傅佑丽; 石家骥; 韩龙【作者单位】曲阜师范大学学报 273165 山东省曲阜市; 中国科学院微生物研究所100101 北京市【正文语种】中文【中图分类】Q939.97纤维素酶(cellulase)是一种能够将纤维素降解为葡萄糖的复合酶系. 此酶最初于1906年由Seilliere在蜗牛的消化液中发现[1]. 它存在于许多生物中，以微生物为主，细菌、真菌、放线菌、酵母、白蚁及牛、马消化道中的厌氧菌和某些植物中都有纤维素酶存在，纤维素酶系一般有十到十几种组分，不同来源的纤维素酶分子特征和催化活性也不尽相同，通常以真菌产生的纤维素酶系为研究对象.1 纤维素酶的结构图1 纤维素酶的一级结构模型[2]纤维素酶分子的一级结构是由包含催化位点和底物结合位点的球状区域 (CD)，一个富含羟基氨基酸或脯氨酸的连接桥 (Linker)，以及纤维素结合结构域 (CBD) 3部分组成的.如图1所示，整个酶分子呈蝌蚪状．球形区域代表CD区，尾部则代表了纤维素的结合区域(CBD). 纤维素结合结构域能够调节酶对可溶性和非可溶性底物的专一性. 而CD和CBD之间的连接桥则可能是保持CD和CBD之间的距离，对酶的催化活力是非必需的. 催化结构域的三维结构极其复杂．对酶的催化活力起决定作用. 随着所发现的纤维素酶种类的逐渐增加，特别是不同类型纤维素酶之间的序列、功能以及免疫反应上的交叉，使得原来的分类系统不能满足纤维素酶的分类要求. 因此，Henrissat[3]等人提出，在催化区域氨基酸序列同源性的基础上结合疏水簇分析 (HCA) 技术来分析纤维素酶的二级结构，从而对酶的分类进行扩充.2 纤维素酶的组成和底物微生物所产的纤维素酶是一个多组分酶系，包括多种水解酶成员，一般分为以下3类：(1)内切葡聚糖酶 (endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4，简称EG)，也称为Cx酶或CMCase. 此类酶在纤维素分子内部的非结晶区水解β-1,4-糖苷键，将长链纤维素分子截成短链，生成大量小分子纤维素.(2)外切葡聚糖酶 (exo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.91)，又称Cl酶. 这类酶作用于多糖链末端，水解β-1,4-糖苷键，每次由非还原末端切下一个纤维二糖分子，故亦称纤维二糖水解酶 (简称CBH).(3) β-葡萄糖苷酶(β-Glucosidase，EC3.2.1.21，简称BG)，这类酶可使纤维二糖水解为葡萄糖分子[4].纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的聚合度由100-20,000不等的线性大分子多糖[5, 6]. 它首先是由基本单元构成直链分子，该直链分子经过折叠形成结晶度较高的纤维素基本单位，再以此基本单位构成微小的结构单位，最后由许多结构单位构成类型繁多的纤维素，纤维素分子非常稳定[7]. 在某些条件下，纤维素可转变为可利用的化学能源，如乙醇等；再加上纤维素来源广泛，产量极大，因此它被认为是颇具吸引力的可再生生物能源，这对人类社会的可持续发展具有重要意义. 纤维素酶可作用于可溶性底物和不溶性底物. 目前并未确定两种底物之间的联系，但是研究发现利用可溶性底物筛选出的纤维素酶不能水解相关的不溶性纤维素，如植物细胞壁等[8].可溶性底物包括由2-6个糖单元及其衍生物组成的低聚合度纤维糊精，以及高聚合度的纤维素衍生物. 它们通常用于测定单一的纤维素酶组分活性. 当聚合度小于6时，纤维糊精是可溶的；当聚合度为6-12时，是微溶的，并且由于较强的分子间氢键作用力和系统熵效应致使聚合度增加，从而使得纤维糊精的溶解性急剧下降[9, 10]. 高聚合度的纤维素衍生物由于可进行化学置换因而能溶于水. 羧甲基纤维素(CMC)通常用于测定内切葡聚糖酶的活性，这是因为内切葡聚糖酶能随机切开CMC分子内的β-1,4-糖苷键，从而使CMC的聚合度急剧降低.不溶性底物主要包括天然纤维素和某些内含纤维素的底物. 这些天然纤维素主要有棉花、滤纸、细菌纤维素(BC)、微晶纤维素和无定形纤维素等. 天然纤维素主要是指I类纤维素，主要有两种不同的晶体形式：1)Iα，主要分布于细菌和海藻纤维素中；2)Iβ，主要分布于高等植物中[11]. 值得一提的是，微晶纤维素还包括明显的无定形纤维素组分. 细菌纤维素是由醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等微生物所产生的菌膜制备出的一种天然纤维素，由于其具有独特的形态结构和纳米效应，因而在医学、食品、造纸等领域具有广泛的应用.3 纤维素酶的作用机理3.1 C1-Cx假说目前最广泛接受的是Reese[12]在1950年提出的C1-Cx假说. 该假说认为纤维素降解是在葡聚糖内切酶(Cx)、葡聚糖外切酶(C1)和β-葡萄糖苷酶 (BG) 共同协同作用下的结果[13-17]. 首先，由内切葡聚糖酶 (Cx) 进攻纤维素的非结晶区，形成C1所需的新的游离末端；然后由C1酶从多糖链的还原端或非还原端切下纤维二糖单位；最后由BG将纤维二糖水解为两个葡萄糖.图2 纤维素酶的C1-Cx假说[18]不同真菌产生的C1和Cx酶的数量是不同的. 木霉 (Trichoderma) 至少产生2种外切酶、5种内切酶和2种葡萄糖苷酶. 青霉菌 (P. chrysosporium) 除产生上述酶外，还产生纤维二糖氧化酶. 纤维素酶是一种糖蛋白，对康氏木霉C1酶分析，碳水化合物的含量占7.20%，主要是甘露糖、半乳糖和氨基葡萄糖. 纤维素酶的糖基化对其免受蛋白酶水解有一定保护作用.3.2 顺序作用假说Enari[19]等认为纤维素酶的降解机制首先是由外切葡聚糖酶 (CBHI和CBHII) 将不溶性纤维素水解，生成纤维二糖和纤维糊精，再由内切葡聚糖酶 (EGI和EGII) 水解纤维糊精，生成纤维二糖，最后由β-葡萄糖苷酶 (BG) 水解纤维二糖生成两个葡萄糖.3.3 竞争吸收模型由于纤维素酶组分之间存在协同效应，因此酶系中各种组分的比例直接影响该酶的降解效果. 目前己报道4种协同机制：① CBH和EG之间的协同作用；② CBH和BG之间的协同作用；③ CBH与CBH之间的协同作用，此降解机制存在于从还原端和非还原端切割的外切葡聚糖酶之间；④ 分子内部的催化结构域与CBD结构域间的协同作用.4 纤维素酶的应用4.1 食品工业中的应用植物性农产品是食品工业的主要原材料，人们食用的部分通常是细胞的内含物. 纤维素酶可改变植物细胞壁的通透性，并能提高细胞内含物的提取效率. 该酶可用于谷物和马铃薯中淀粉类的有效分离，果蔬汁及橄榄油的提取，豆类发芽中豆衣的去除，从大豆和叶子中分离蛋白质等方面[20].4.2 在纺织工业中的应用纤维素酶在纺织行业中主要用于牛仔布的水洗和石磨处理，包括起花、减量处理和生物抛光. 纤维素酶处理棉麻织物具有以下优点：①能赋予织物独特花色和柔软手感，且不会引起织物强度的过度损伤；②能减轻磨石对设备的磨损，增加设备的处理能力，提高生产效率；③纤维素酶可降解，污水易处理，利于环保[21, 22]. 纤维素酶包含多种组分，在纺织中主要使用内切葡聚糖酶组分，因此富含EG酶的纤维素酶是纤维素酶产品的开发方向之一. 另外，还可在洗涤剂中添加纤维素酶来增强去污效果，有的还和其它的酶制剂混合进行退浆和棉麻纺织品的精炼处理，但是纤维素酶在生物抛光和返旧处理方面的应用仍然是该酶的主流工艺技术.4.3 在造纸工业中的应用回收和利用废纸是解决我国造纸业环保和原料问题的有效途径之一. 纤维素酶在造纸业中的应用主要包括三方面，即：纤维素酶法旧纸脱墨技术、酶法改善纸浆性能和改善纤维成纸性能. 与化学脱墨相比，酶法旧纸脱墨可通过改变酶的pH、组成、用量、处理时间以及添加助剂等方式来控制油墨粒子的状态，从而解决废纸利用过程中的环保及纤维质量下降问题. 此法具有物理性能优、游离度高、白度高、滤水性能好和残余油墨量低等优点，并可以缩短脱墨时间[23]，具有较高的开发前景.另外，酶法处理还可改善磨浆的性能. 纸浆在磨浆之前，使用纤维素酶和半纤维素酶进行预处理，可以改善磨浆效果[24].4.4 在酿造业中的应用纤维素酶在调味品、饮品和酒类的酿造中也有广泛应用. 在酱油酿造过程中使用纤维素酶，既能提高酱油浓度，又能缩短生产周期，提高生产率. 在酿造啤酒的过程中，使用纤维素酶有助于大麦发芽，还可使啤酒的过滤性能得以改进. 在饮料生产过程中，纤维素酶可促进汁液的提取效率，使得汁液更加澄清透明，增加可溶性固形物的含量.4.5 在生物质能源开发方面的应用随着能源危机、环境污染、食物短缺等问题日益凸显，大规模开发可再生能源已经成为应对能源短缺、保护环境的有效手段. 纤维素作为自然界最丰富的生物质资源，利用纤维素酶将其水解为还原糖，然后利用其它辅助方法将还原糖转化为可再生能源——液体燃料乙醇，可有效弥补石油、天然气等燃料的不足并缓解环境污染，是目前全世界最具研究前景的技术之一. 据报道，加拿大的研究人员每天利用30吨的稻草、麦秆等废物残渣进行工业乙醇生产，年产乙醇1900多万升[25]. Ingram等将欧文氏菌(Erwinia)的2种内切葡聚糖酶的基因克隆到能生产乙醇的克雷伯氏菌(Klebsiella)中，使该菌配合真菌纤维素酶发酵纤维素生产乙醇，产率增加了22% [26].5 纤维素酶的研究进展现阶段工业生产上常用的产纤维素酶微生物多是常温和中温丝状真菌，它们能够产生完整的纤维素酶系，可以将结晶纤维素完全降解为葡萄糖，如：木霉(Trichoderma sp.)、青霉(Penicillium sp.)、腐质霉(Humicola sp.)等[27]. 这些菌株产生的纤维素酶大多需要在较高温度条件下才能发挥较好的效能，在室温或较低温度下，它们的酶活力都非常低. 而低温纤维素酶则在室温或低温下具有较高的酶活力. 在实际应用中，较低的温度意味着较低的能耗；特别是用冷水酶对牛仔布进行水洗处理，会产生较常温酶处理更好的质感与弹性[22]；同时，失活处理也较容易. 因此，开发研究低温纤维素酶在工业上具有重要的意义，下面重点对低温纤维素酶的研究进展做一概述.目前发现的绝大多数低温纤维素酶是由冷适应微生物产生的，这类微生物主要分布于两极地区(海泥、海水、土壤和探险队遗迹)、海底盆地、冰川、冻土区和一些特殊的低温环境等. 已报道的产低温纤维素酶的菌株既有耐冷菌又有嗜冷菌，一般的最适培养温度为10-25 ℃，多数不能在高于37 ℃条件下生长. 但研究发现[28]，某些常温菌株也可产低温纤维素酶. 通过形态观察、ITS序列分析、生理生化试验等结果表明，这类产低温纤维素酶的菌株主要包括近年来研究比较多的假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)[28]、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、α-、γ-变形菌纲(α-、γ-proteobacteria)、担子菌(Basidiomycetes)、噬纤维菌(Cytophaga fucicola)、青霉菌(Penicillium)、瘤胃细菌(Fibrobacter succinogenes)、放线菌门(Actinobacteria)、纤维弧菌(Cellvibrio)、噬胞菌属(Cytophage)、纤维单胞菌属(Cellulomonas)、小核菌属(Sclerotium)、小孢霉属(Syzygites)、木霉(Trichoderma)以及根霉属(Rhizopus).近年来我国对低温纤维素酶菌株的研究也越来越深入，表1是近期所研究的一些低温纤维素酶.表1 近期报道的一些低温纤维素酶的研究样品来源地域菌株最适生长温度/℃最适反应温度/℃纤维素酶组分酶活力北极楚科奇海PseudoalterromonasBSW20308[29]1035CMCase/FPA/BG32.2/4.6/6.3 u/mL黄海MB1[30]2035CMCase121.9 u/mL若尔盖Brevundimonas XW-1[31]2040CMCase、FPA15.6 IU南极海冰Pseudoalterromonas sp.545[32]535CMCase35 u/mL青藏高原Streptomyces yd5227-2[33]2535CMCase 150 u/mL渤海海泥Trichoderma.vieide CNY086[34]15-CMCase104 u/mL渤海海泥P. cordubense SWD-28[35]2040FPA109.8 u/mL山东纤维弧菌2-3-a Cellvibrio[36]2840CMCase0.2 IU连云港高公岛海域Pseudoalteromonas carrageenovora Z6[37]2530CMCase-6 总结与展望纤维素酶是一组能将纤维素降解为葡萄糖的酶的总称，广泛存在于多种生物体中. 作为一种较为常见的工业酶，纤维素酶在纺织、食品、造纸、可再生资源的利用等领域获得了普遍应用，对其研究也越来越深入细致. 纤维素酶来源广泛，应用范围广，价格适中，但也存在产酶量低、酶活保质期短、热稳定性不高等问题.目前工业上使用的多为中温纤维素酶，而对低温菌所产的低温纤维素酶研究相对较少. 与中温纤维素酶相比，低温纤维素酶在常温下具有较高的酶活力和催化效率，可缩短处理过程的时间，并节省加热和冷却费用，使用温和热处理即可使该酶失活，不会影响产品的品质，应具有较好的应用前景.参考文献：【相关文献】[1] Seillière G. 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产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
纤维素是植物细胞壁的主要成分之一，其作用是保护细胞并提供支持。
然而，由于人
类食品需求的快速增长，大量的农业废弃物和纤维素质材被浪费，造成了严重的环境问题。
因此，开发高效的纤维素酶菌及其筛选改良方法已成为当前的研究热点。
现代的纤维素酶生产研究主要集中在两个方面：一是利用微生物和真菌酶解纤维素，
另一方面则是开发转基因技术以改良纤维素酶的菌株。
其中包括嗜热菌、厌氧菌、真菌及
其产生的酶等等。
嗜热菌是一类常见的产纤维素酶菌，其最适生长温度在50°C-90°C之间。
近年来，
研究人员开始关注来自深海生态系统的嗜热菌，这些嗜热菌对极端环境的适应性很强，其
产生的酶能够高效地分解纤维素。
此外，厌氧菌也是一种常见的产纤维素酶菌，被广泛应
用于生物质炭化技术和生物制氢技术中。
在筛选改良方面，目前主要采用的方法是基于高通量筛选技术的原理，利用自动化仪
器对大量样品同时进行酶活性检测，从而筛选出优异的产纤维素酶菌。
另外，可以对产纤
维素酶菌进行基因组学研究，通过比对其基因组序列，找到影响纤维素酶产生和活性的关
键基因，进而利用基因编辑技术进行改良。
总的来说，产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究正在逐渐深入，未来还将涌现出更
多的新研究成果，为纤维素酶的高效生产和利用提供有力的支持。
细菌纤维素的研究进展
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细菌纤维素的合成途径
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细菌纤维素的理化特性
:. 在显微镜下观察到的形态随培养条件的不同 而有很大的差异。静止状态下， :. 一般积累在营养 肉汤表面或富氧液体的分界面， 这种 :. 叫 ? " :.； 在 搅拌状态下， 形成的 :. 叫 N " :.， 两者的形态、 三维 结构、 纤维宽度、 结晶度均有所不同。近年发现细菌 产生的纤维素， 其结构和理化特性等皆与植物纤维素 有较大的差异。与植物纤维相比， :. 是由超微纤维 组成的超微纤维网， 其超微纤维直径仅为植物纤维的 其杨氏模量 （弹性模量） 与铝相当， 所以 :. 是 ! = !%%， ［!+］ 一种更理想的可生物降解的生物多聚物 。 :. 有 “纯纤维素” ， 有 许多独特的性质。如： （ !） :. 是一种 高化学纯度和高结晶度， 植物纤维主要由纤维素组 成， 但参杂其它许多糖类， 如半纤维素或木质素。 （(） :. 的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上， 并且抗张强度高。 （9） 有较高 :. 有很强的持水能力、 的生物适应性和良好的生物可降解性。 （ )） 生物合成 时可调控。采用不同的培养方法， 如静态培养和动态 培养， 利用醋酸菌可以得到不同高级结构的纤维素。 并且， 通过调节培养条件， 也可得到化学性质有差异
第 !$ 卷第 , 期 生 物 学 杂 志 X2? ; !$ S2 ; , !’’% 年 $’ 月 NQRHS"T QG (UQTQVW Q@=， !’’% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 碳原子并不在同一平面上， 而是呈稳定的椅状立体结 构， 见图 （ ， 数个邻近的!# $， ! "） % 葡聚糖链由分子链 内与链间氢键稳定结构而形成不溶于水的聚合物， 聚 见图 （ ， 合度一般在 $&’’’ 单体， ! (） () 与植物纤维素 的主要差别在于前者不掺杂有其它多糖， 而后者则含
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展1. 引言1.1 研究背景产纤维素酶是一类能够分解纤维素的酶，可以将废弃的植物纤维素有效地转化为生物能源或化学品。
由于纤维素在自然界中广泛存在且易获得，产纤维素酶逐渐成为生物质能源领域的研究热点。
目前市面上的产纤维素酶酶活性较低、稳定性差，限制了其在工业生产中的应用。
对产纤维素酶菌的筛选和改良方法进行深入研究具有重要意义。
产纤维素酶菌在自然界中具有多样性，因而研究如何高效筛选出具有优良酶活性的产纤维素酶菌成为亟须解决的问题。
通过改良产纤维素酶菌的菌种，提高其在酶活性、抗性和稳定性等方面的表现，也为产纤维素酶的应用提供了可能。
在未来的研究中，将进一步探索产纤维素酶菌的特点及筛选方法，加强对产纤维素酶菌的改良研究，不断提高产纤维素酶的性能，拓展其在生物质能源领域的应用前景。
随着技术的不断发展，产纤维素酶菌的研究将迎来更多挑战，但也将有更多的发展机遇。
愿未来产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究取得新的突破，为生物质能源的开发和利用做出更大贡献。
1.2 研究目的本研究的目的是探索产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究进展，为提高纤维素降解效率和提高生物质资源利用率提供理论基础和实践参考。
具体目标包括：1.分析产纤维素酶菌的特点，揭示其在纤维素降解中的作用机制；2.探讨产纤维素酶菌的筛选方法，寻求高效、快速和经济的筛选途径；3.研究产纤维素酶菌的改良方法，提高其纤维素降解能力和稳定性；4.探讨产纤维素酶菌在生物质资源利用中的应用前景，拓展其产业化应用领域；5.分析产纤维素酶菌研究面临的挑战，并展望未来发展方向。
通过本研究，旨在推动纤维素降解技术的创新和进步，实现生物质资源的高效转化和利用。
1.3 研究意义产纤维素酶菌是一类具有生物降解纤维素能力的微生物，在生物能源开发和环境保护领域具有重要作用。
研究产纤维素酶菌及其筛选改良方法的意义在于探索更高效、更稳定的纤维素酶产生菌株，为工业生产提供更好的菌种资源。
利用微生物生产纤维素酶的研究进展.
利用微生物生产纤维素酶的研究进展凌发忠(专业 :生物化学与分子生物学学号:D201002034摘要 :随着化石资源的枯竭,人们试图寻找廉价的、环保的可再生资源。
纤维素酶的研究和开发为解决世界能源危机、环境污染等问题提供一种途径。
利用纤维素酶的水解作用, 可以使纤维素彻底降解产生单糖, 进而发酵生产乙醇及生产生物柴油的原料等。
因此纤维素酶日益受到人们的关注。
本文将对在了解了纤维素酶的来源、组成以及作用机理的基础上. 对产纤维素酶微生物菌种的研究动态作详细的介绍,并对其今后的研究趋势进行展望。
关键词 :微生物;纤维素; 纤维素酶;菌种能源与环境问题制约着人类文明的发展。
近几年来, 可持续再生的生物能源研究与应用取得了巨大的进展。
纤维素酶的研究和应用就是其中之一。
生产高效低价的纤维素酶对于最终解决人类文明发展的能源与环境问题具有化时代的意义。
1. 纤维素酶的组成及降解机理1.1纤维素酶的来源和组成。
纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中。
细菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。
一般用于生产的纤维素酶来自于真菌 ,比较典型的有木霉属 (Trichoderma、曲霉属(Aspergillus 和青霉属 (Penicillium 。
其中木霉属是研究最广泛的纤维素酶产生菌。
[1]世界纤维素酶市场中的纤维素酶 20%是来自木霉属和曲霉属。
[2]纤维素酶是一种复合酶.属生物催化剂,是水解纤维素以获取葡萄糖的一套酶系。
纤维素酶包括葡聚糖内切酶 (也称 CX 酶、葡聚糖外切酶(也称 Cl 酶、 B 一葡萄糖苷酶 (也称纤维二糖酶三个主要成分组成的诱导型复合酶系。
三种酶之间存在协同作用。
因此. 只有当 3个主要成分的活性比例恰当时, 才能有效地降解纤维素。
[3]1.2纤维素酶降解纤维素的机理研究纤维素酶反应和一般酶的反应不一样, 其最主要的区别在于纤维素酶是多组分酶系, 且底物结构极其复杂。
由于底物的水不溶性, 纤维素酶的吸附作用代替了酶与底物形成的 ES 复合物过程。
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高亲和性结合位点［６］。然而， 有的 ＣＢＤ 的作用似乎不在于跟底 物结合， 而是破坏晶体纤维素链间的非共价相互作用； 或者不 仅结合底物， 还提供结合不同底物结构的优先权。杨永彬［７］等通 过 实 验 证 实 家 族Ⅱ的 ＣＢＤ 能 够 促 使 纤 维 素 中 氢 键 的 断 裂，从 而释放单根纤维素分子链。Ｃ．ｆｉｍｉ 的 ＣｅｎＡ 或 Ｃｅｘ 单独的 ＣＢＤ 不具备对纤维素的水解活力， 但能破坏棉纤维， 形成短纤维， 具 有疏解结晶纤维素的能力。实验证明， 细菌纤维素酶中的 ＣＢＤ 对酶的催化活力是非必需的， 但它们具有调节酶对可溶性和非 可溶性底物专一性活力的作用。 ６．３ 连接桥（ １ ｉｎ ｋｅ ｒ）
【作者简介】陈春岚（ １９７１－ ） ， 女， 广西昭平人， 广西贺州学院讲师， 广西大学硕士研究生， 主要从事微生物学细菌端水解切下纤维二糖单 位， ＢＧ 则将纤维二糖水解成葡 萄 糖 ， 但 对 于 Ｃｅｎ 和 Ｃｅｘ 的 作 用顺序尚未定论。
在已知结构的细菌纤维素酶分子中， 通过在异头碳原子位 通过构型的保留或构型的转化完成催化反应， 其中两个保守的 羧基氨基酸分别作为质子供体和亲核试剂， 如 Ｃ ． ｔｈｅｒｎｍｏｃｅｌ－ ｌｕｍ 的 内 切 酶 ＣｅｌＣ 催 化 域 中 Ｇｌｕ－ ２８０ 和 Ｇｌｕ－ １４０ 分 别 作 亲 核 试 剂 和 质 子 供 体 ， Ｃ ．ｆｉｍｉ 的 外 切 酶 Ｃｅｘ 的 Ｇｌｕ－ ５７４ 和 Ｇｌｕ－ ６４５ 分别作亲核试剂和质子供体， 证明了细菌纤维素酶降 解 纤 维 素 的 水 解 双 置 换 机 制 。由 于 纤 维 素 底 物 的 高 度 复 杂 性 以 及底物的多样性， 纤维素水解过程的并没有完全清楚。因此， 纤 维素酶系的降解机理还有待进一步研究和探讨。
３ 细菌纤维素酶基因的克隆与表达
细菌中编码纤维素酶的基因在基因组的分布为随机的或 形成基因簇。在基因簇中， 有转录终止子， 没发现有启动子。人 们已从 ４０ 多种细菌中克隆到了纤维素酶基因， 其中一些酶基 因 已 经 在 大 肠 杆 菌 和 酵 母 中 得 到 表 达 。 如 从 Ｓｔｒｏｐｙｏｍｙｃｅｓ、 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒ ｏｂａｃｔｅｒ、Ｔｈｅｍｏｍｏｎｓｐｏｒａ、Ｅｒｗｉｎｉａ、 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｃｅｌｌｖｉｂｒｉｏ、Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｃｅｌｌｕｌｏｍｏｎａｓ、Ｆｉ－ ｂｒｏｂａｃｔｅｒ 和 Ｂａｃｉｌｌｕｓ 中成功分离出葡 聚 糖 基 因 ， 并 先 后 克 隆 了 瘤 胃 的 Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ、ｓｕｃｃｉ ｎｏｇｅｎｅｓ 、Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ ｓｐ Ｒｕ－ ｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ ａｌｂｕｓ 等细菌的纤维素酶基因， 同时热梭菌中的 １１ 种 内 切 纤 维 素 酶（ ＣｅｌＡ、ＣｅｌＢ、ＣｅｌＤ、ＣｅｌＥ、ＣｅｌＦ、ＣｅｌＧ、ＣｅｌＨ、
１ 引言
目前， 纤维素是最丰富的可再生有机资源， 其生物降解主 要 由 微 生 物 — — — 细 菌 和 真 菌 完 成 。细 菌 主 要 产 中 性 纤 维 素 酶 和 碱性纤维素酶， 这类酶制剂对天然纤维素的水解作用较弱， 长 期 以 来 没 有 得 到 足 够 的 重 视 。但 原 核 生 物 的 基 因 一 般 不 含 内 含 子， 可直接从基因组 ＤＮＡ 中克隆到目的基因用于工程菌的构 建。因此细菌纤维素酶基因的克隆， 既利于研究纤维素酶基因 的多样性， 也利于高效纤维素酶基因工程菌的构建。随着中性 纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工 业中的成功应用， 以及耐热性纤维素酶在燃料酒精生产中应 用， 细菌纤维素酶制剂已显示出良好的应用性能和巨大的经济 价值。
５ 细菌纤维素酶水解机制
好氧细菌的三种纤维素酶是以各自独立的形式分泌到细 胞外水解纤维素的； 厌氧细菌的三种纤维素酶以多酶复合体形 式 结 合 在 细 胞 壁 上 对 纤 维 素 进 行 水 解 。细 菌 纤 维 素 酶 通 过 多 酶 复合体系各组分协同作用彻底有效降解天然纤维素。Ｃｅｎ 负责 进攻纤维素的非结晶区， 随机水解 β－ １， ４ － 糖苷键， 将长键纤 维素分子截短， 产生大量带非还原性末端的小分子纤维素， Ｃｅｘ
纤维素酶分子的催化结构域主要体现酶的催化活性及对 特定水溶性底物的特异性。不同来源纤维素酶分子量差别很 大， 但其催化区的大小却基本一致， 活性位点的三级结构都是 保守区域。Ｊｕｙ Ｍ ｅｔ 等采用 ｘ 光 衍 射 的 方 法 对 热 纤 梭 菌 的 Ｃｅｌ Ｄ 的催化域进行了结晶和解析［４］。结果表明， 内切酶的活性位点 位于一个开放的“裂缝”（ Ｃｌｅｆｔ） 中， 可与纤维素链的任何部位结 合并切断纤维素链； 外切酶的活性位点位于一个长“环”（ １ｏｏｐ） 所形成的“内部通 道 ”（ ｔｕｎｎｅｌ） 里 ， 它 只 能 从 纤 维 素 链 的 非 还 原 性末端切下纤维二糖。细菌的外切酶有两个酶切位点， 有限酶 切时， 可将 ＣＢＤ 和连接桥分别 切 去 。Ｍｅｉｎｋｅ Ａ 等 利 用 蛋 白 质 工 程 的 方 法 将 粪 碱 纤 维 单 胞 菌 的 外 切 酶 Ｃｂｈ Ａ 分 子 的 Ｌｏｏｐ 删除后， 发现该酶的内切酶活性提高［５］。根据其氨基酸序列的相 似性已知的纤维素酶的 ＣＤ 可分为 ７０ 多个家族， 在同 一 家 族 内具有相似的分子折叠模式和保守的活性位点， 因此在同一家 族内， 其反应机制和对底物的特异性都可能相同， 这已通过实 验得到证实。 ６．２ 纤维素结合结构域（ ＣＢＤ）
许 多 纤 维 素 酶 主 要 依 靠 在 肽 链 Ｎ 端 或 Ｃ 端 的 ＣＢＤ 结 合 底物， 该结构又称纤维素结合模块， 其功能是将相邻的催化结 构 域 传 递 到 晶 体 纤 维 素 底 物 上 。 细 菌 纤 维 素 酶 的 ＣＢＤ 由 １００－ １１０ 个氨基酸组成， 同源性较低。细菌 ＣＢＤ 平坦的表面只 露出 ２ 个或 ３ 个芳香族氨基酸残基和一些形成氢键的残基，多 项研究证实， 这些残基与 ＣＢＤ 对结晶纤维素的结合有关。一些 细菌的 ＣＢＤ 结构有一定的共同特点： 带电荷氨基酸含量很低； 羟基氨基酸含量很高； 都含有 Ｔｒｐ、Ａｓｎ 和 Ｇｌｙ， 而且两个 Ｃｙｓ 在 Ｎ、Ｃ 末端 的 位 置 完 全 相 同 。 汪 天 虹 等 用 多 维 核 磁 共 振 和 Ｘ 射 线 衍 射 技 术 ， 证 实 了 族 Ⅱ Ｃ． Ｆｉｍｉ Ｃｅｘ、Ｃｅｎ 以 及 族 Ⅲ Ｃ． ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｈｕｎ Ｃｉｐ 的 ＣＢＤ 有相似的结 构 ： 由 ２ 个 β 片 层 面 对 面折 叠 在 一 起 ， 形 成 一 个 β 三 明 治 结 构 ， ＣＢＤｃｅｘ 含 有 一 个 单 一 的 二 硫 桥 连 接 Ｎ－ 末 端 和 Ｃ－ 末 端 ， ＣＢＤｃｉｐ 有 一 个 Ｃａ２＋ 的
４ 细菌纤维素酶分类
细菌纤维素酶是多酶复合体系， 根据各酶的功能可分为三 大 类 ：（ １） 内 切 葡 聚 糖 酶 （ １，４－ Ｄ－ ｇｌｕｅａｎｏｈｙｄｒｏｌａｓｅ 或 ｅｎ－ ｄｏ－ １，４－ β－ Ｄ－ ｇｌｕｃａｎａｓｅ， ＥＣ ３．２．１．４） ， 简称 Ｃｅｎ。作 用 于 纤 维 素 内 部 的 非 结 晶 区 ， 随 机 水 解 β－ １，４－ 糖 苷 键 ， 将 长 链 纤 维 素 分子截短， 产生大量非还原性末端的小分子纤维素， 其分子量 大 小 约 为 ２３－ １４６ＫＤ。（ ２） 外 切 葡 聚 糖 纤 维 二 糖 水 解 酶 （１，４－ β－ Ｄ－ ｇｌｕｃａｎ ｃｅｌｌｏｂｉｏ－ ｈｙｄｒｏｌａｓｅ 或 ｅｘｏ－ １，４－ β－ Ｄ－ ｇｌｕｃａｎａｓｅ，ＥＣ３． ２．１．９１）， 简称 Ｃｅｘ。作用于纤维素线 状 分 子 末 端 ， 水 解 β－ １， ４－ Ｄ－ １４ 糖 苷 键 ， 依 次 切 下 一 个 纤 维 二 糖 分 子 ， 故 又 称 为 纤 维 二 糖 水 解 酶 （ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅ）， 分 子 量 约 ３８－ １１８ ＫＤ。（ ３） β－ 葡 萄 糖 苷 酶（ β－ １，４－ ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ， ＥＣ３．２．１．２１） 简称 ＢＧ 或称纤维二糖酶。这类酶一般将纤维二糖 或可溶性的纤维糊精水解成葡萄糖分子， 其分子量约为 ７６ＫＤ。
【摘 要】 概述了细菌纤维素酶的水解机制及其基因的克隆和表达， 总结了近年来纤维素酶结构和功能方面的研究成果，
展望细菌纤维素酶领域的研究前景。
【关键词】 细菌； 纤维素酶； 基因克隆； 结构与功能
【中图分类号】 Ｑ５５６ 【文献标识码】 Ａ
【文章编号】 １００３－ ２６７３（２００７）０１－ ００１８－ ０３
ＣｅｌＩ、ＣｅｌＪ、ＣｅｌＫ、ＣｅｌＳ） 的 基 因 已 经 被 克 隆 ， 嗜 纤 维 梭 菌 的 ５ 种 内切纤维素酶（ ＥｎｇＡ、ＥｎｇＢ、ＥｎｇＣ、ＥｎｇＤ、ＥｎｇＥ） 已经测序并在 大 肠 杆 菌 中 得 到 表 达 。杨 智 源 、刘 永 生 、游 银 伟 等 从 不 同 的 细 菌 中克隆了内切葡聚糖酶基因［１，３］。Ｋｉｍ 等 克 隆 了 Ａｑｕｉｆｅｘ ａｅｏｌｉ－ ｃｕｓ ＶＦ５ 编码 ＥＧ 的 ｃｅ１８Ｙ 基因， 在 Ｅ．ｃｏｌｉ ＸＬ１ － Ｂｌｕｅ 中成功 表 达 ， Ｈａｋａｍａｄａ 等 运 用 盒 式 连 接 介 导 ＰＣＲ 和 反 向 ＰＣＲ 克 隆 到了基因 ｅｇｌ－ ２５７。 人 们 将 纤 维 素 酶 、纤 维 二 糖 等 外 源 基 因 转 入运动发酵单胞菌（ Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ） 中并得 到 不 同 程 度 的 表达， 有望将它改造为能将纤维素转化为乙醇的重组菌株并在 工业中广泛应用。细菌葡聚糖酶基因在 Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ 的启动子 和信号肽的控制下构建在同一质粒载体上， 然 后 转 入 Ｓ．ｃｅｒｅ－ ｖｉｓｉａｅ， 重组菌可向培养基分泌保留 ７０％活 性 的 葡 聚 糖 内 切 酶 和外切酶， 这种酶能够分解滤纸和木浆中的纤维素。
２００７ 年 １ 月 第１期
广西轻工业 ＧＵＡＮＧＸＩ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
细菌纤维素酶研究进展