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植物细胞壁中,木质素与纤维素和半纤维素之间以不同化学键紧密连接,形成稳定的木质素-碳水化合物复合体,阻碍纤维素酶和半纤维素酶等与细胞壁内部多糖共价键结构的充分接触,是反刍动物利用粗纤维原料的最大障碍。破坏木质素结构,暴露出纤维素与半纤维素的化学键,可以有效提高粗饲料的利用率。本实验室前期研究发现水牛降解粗饲料的能力高于黄牛,并且能够有效降解木质素,可能与水牛瘤胃中丰富的微生物种群分布有关。实验室前期利用木质素为唯一碳源,从水牛瘤胃中分离出一株假中间苍白杆菌(O.pseudintermedium编号CB2),本研究以其作为研究对象,研究其对木质素的降解能力和基因功能,研究结果如下:1、好氧环境和厌氧环境下CB2生长特性不同,好氧生长速度较快,平台期菌液浓度较高;好氧和厌氧环境下CB2适宜生长的p H分别为:好氧5.5-9.0,厌氧6.0-7.5。2、在好氧和厌氧环境下,CB2不降解秸秆中的纤维素;好氧环境下培养7 d,稻草秸秆中半纤维素和木质素降解率分别为25.42%和7.65%,玉米秸秆半纤维素和木质素降解率分别为12.26%和2.64%;厌氧环境下培养7 d,稻草秸秆半纤维素和木质素降解率分别为13.66%和16.66%,玉米秸秆半纤维素和木质素降解率分别为1.82%和8.66%。在好氧环境下CB2对半纤维素的降解能力显著高于厌氧环境(p<0.01),厌氧环境下CB2对木质素的降解能力显著高于好氧环境(p<0.05);CB2对稻草秸秆半纤维素和木质素降解能力都显著高于玉米秸秆(p<0.01)。3、CB2与实验室前期从水牛瘤胃分离的肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae;编号KL)组合降解秸秆,结果显示:在好氧和厌氧环境下,纤维素含量均无显著变化(p>0.05);两菌组合降解稻草秸秆半纤维素降解率显著高于玉米秸秆(p<0.01);在降解稻草秸秆或玉米秸秆时,两菌组合好氧环境下的半纤维素降解率均高于厌氧环境(p<0.01),木质素降解率则是厌氧环境显著高于好氧环境(p<0.05)。通过对比单菌和两菌组合对秸秆的降解,发现两菌组合对秸秆半纤维素的降解率显著低于单菌(p<0.05),对秸秆木质素的降解率则无显著差异(p>0.05)。4、对CB2厌氧环境下木质素降解能力进行验证,发现其对卡夫木质素、对羟基苯甲酸、阿魏酸和对香豆酸均具有降解能力,第7 d降解率分别为11.48%、6.17%、5.93%和6.79%。5、用苯胺蓝褪色法等方法定性检测CB2是否分泌漆酶、过氧化物酶和纤维素酶,结果发现只有苯胺蓝平板褪色,说明CB2能分泌过氧化物酶,但没有检测到纤维素酶和漆酶的分泌。6、基因组测序结果显示,CB2基因组序列全长为4.31 Mb,GC含量为57.90%,组装出2条染色体和1条质粒。其中chr1长度为2620480 bp,GC含量58.02%;chr2长度为1664849 bp,GC含量57.71%;plas1长度为20286 bp,GC含量57.37%。通过基因功能注释并在NCBI上进行氨基酸序列比对,发现4种常见的木质素降解酶编码基因,分别编码多铜氧化酶(Lac)、蓝铜氧化酶(Cue O)、铁/锰超氧化物歧化酶和染料脱色过氧化物酶(Dy P),另外有32种基因编码蛋白与木质素降解密切相关,包括儿茶酚2,3-双加氧酶、原儿茶酸3,4-双加氧酶、醇脱氢酶、4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶、4-羟基苯甲酸酯3-单加氧酶、水杨酸羟化酶和3-氧代己二酸Co A转移酶等;通过KEGG Pathway数据库富集分析,共富集到12条芳香化合物降解通路,主要为苯甲酸盐降解、苯乙烯降解和苯丙氨酸代谢等通路。综上所述,秸秆降解试验表明CB2在好氧和厌氧环境下均具有降解秸秆木质素和半纤维素的能力,且稻草秸秆木质素降解率高于玉米秸秆,厌氧环境木质素降解率高于好氧环境;CB2和KL组合能够降低单菌对半纤维素的降解率,但不影响木质素降解能力;在纯培养体系中,CB2能够在厌氧环境下降解不同底物中的木质素及其衍生芳香族化合物;基因组学分析发现CB2基因组能够编码多铜氧化酶(Lac)等多种常见的木质素降解酶,存在的木质素降解通路主要有苯甲酸盐降解等多条通路。