[发明专利]牦牛瘤胃厌氧真菌和甲烷菌共培养物降解芦苇秆生产漆酶的方法及应用

说明书

本发明涉及生物技术可再生能源领域，具体为一种牦牛瘤胃自然共生的厌氧真菌和甲烷菌共培养物降解芦苇秆生产漆酶的方法及应用，所述的共培养物为YakQH5，由厌氧真菌(Neocallimastix frontalis)和甲烷菌(Methanobrevibacter gottschalkii)组成，于2020年3月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.19299。所述的混合培养物YakQH5能够降解芦苇杆，并产生大量漆酶，漆酶活性高达60.5U/mL，具有重要的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及生物技术可再生能源领域，具体为一种牦牛瘤胃厌氧真菌和甲烷菌共培养物 降解芦苇秆生产漆酶的方法及应用。

背景技术

传统能源物质面临枯竭的危险，且这些传统能源物质在使用时产生了大量温室气体，污 染环境。缓解当今人类而临的“粮食、能源、环境”三大危机是实现农业可持续发展战略的 重要途径之一。粗饲料是指天然水分含量在60％以下，干物质中粗纤维含量高于18％，并以 风干物形式饲喂的饲料，包括干草、作物秸秆、树叶、果皮、酒糟和秕壳等。粗饲料的纤维 含量高，蛋白质、矿物质含低，适口性差。秸秆、干草和秕壳等粗饲料的主要成分是木质纤 维素，包括木质素、纤维素和半纤维素。秸秆、干草和秕壳等“用则利，弃则害”，它们作 为废弃物会带来环境污染等害处，而作为重要的可再生资源加以充分利用则可实现变废为宝， 造福人类。

粗饲料中的木质素和半纤维素以共价键的形式形成一种天然的屏障，将纤维素包裹在其 中，防止纤维素被酶解。木质纤维素中的纤维素、半纤维素、木质素三者共同形成了致密结 构。木质素是一类由5-羟基松柏醇、对香豆醇、芥子醇和松柏醇形成的酚类聚合物，以共价 键的形式紧密的连接在一起，是稳定纤维素和半纤维素的核心骨架。木质素化学结构稳定， 导致采用传统方式很难降解。粗饲料的预处理包括物理、化学、生物学方法，目前采用能分 泌有效酶类的微生物降解秸秆、干草和秕壳等粗饲料具有耗能小、成本低、操作安全、无污 染的特点而引起国内外越来越多的广泛关注。

木质素的生物降解在环境和能源科学中具有重要意义。木质纤维素的微生物降解是由于 其分泌的一系列酶的共同作用。在这一降解过程中，木聚糖酶、羧甲基纤维素酶和漆酶等酶 系相互协同作用，在降解木质纤维素的反应过程中发挥着十分重要的作用。漆酶是木质素降 解酶系中的一个重要成员，是木质素降解过程中的关键酶，通过攻击木质素中酚类化合物来 实现对木质素的降解，通常从木质素中汲取电子把空气中氧气还原为水。

漆酶最早于1883年在日本的漆树中被发现并分离出来，迄今有关漆酶的研究已经持续了 140多年。漆酶在自然界中广泛分布于高等植物、微生物、藻类、昆虫和无脊椎动物中，多 种生物都能够产生漆酶，目前主要来源是土壤中的细菌和各类好氧真菌。漆酶是一种可以氧 化多种酚类和非酚类化合物的多铜氧化酶，属于铜蓝氧化酶，以分子氧作为最终电子受体， 能催化木质素和一大类酚类及芳胺类物质的聚合、降解及转化。漆酶的肽链主要由500个左 右的氨基酸组成，糖配基占整个分子的10％-45％。铜离子参与漆酶活性中心的构建，共同构 成漆酶结构中最重要的部分，决定着漆酶的活力和特异性，是结合底物及直接参与键断裂形 成的区域。由于漆酶的底物十分广泛且具有非底物特异性，催化生成的产物不污染环境，催 化反应的副产物只有水，所以漆酶作为一种绿色生物催化剂在各领域中均有巨大的应用潜力， 尤其是在食品工业、造纸工业、纺织工业、医药、合成化学、化妆品、土壤生物修复、生物 降解、生物燃料电池、环境保护等方面起着重要作用。漆酶作为一种生物酶，能够将酚类、 胺类、羧酸类等难降解的污染物在温和的条件下降解为对环境毒性更弱的小分子物质，有着 巨大应用潜力和广阔的市场前景。目前人们对漆酶研究主要是担子菌门中的白腐真菌所分泌 的漆酶，以及里氏木霉也是工业用漆酶的重要生产菌株。