擬云芝降解柳樹木質素的研究

談 峰，張 健，李玉娟，李 敏，王 瑩

(江蘇沿江地區(qū)農科所，江蘇 如皋 226541)

隨著利用非糧生物質材料生產生物乙醇研究的不斷開展，原材料的應用也逐步集中到利用鹽堿地生長的耐鹽能源柳上[1]。對能源柳的預處理方法的研究也逐步的集中到生物預處理上，在這個處理方案中，微生物菌的選擇是一個關鍵[2－4]。這些年，在這一方面做了一些研究工作，選擇到了1個優(yōu)秀的菌物品種——擬云芝，現(xiàn)將研究結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 參試菌品種

擬云芝、云芝、靈芝、猴頭菌。

1.1.2 參試材料

柳樹鋸木屑、柳樹枝。

1.1.3 試驗藥品

72%硫酸、純凈水。

1.2 菌種篩選試驗

以純柳樹木屑為原料，用平皿盛裝，每皿用木屑5 g加少許熱開水，制成平板，接種不同的菌物品種，測量菌落生長速度，篩選最快生長的菌。于750 mL菌種瓶中裝純1.5 cm～2 cm柳樹枝小木段，稍作殺青滅活，接種不同品種的菌種，于180℃～240℃下自然培菌，測量生長速度。對柳樹枝小木段定期檢查其總體吃料及木質軟化情況。

分別取經(jīng)30 d和45 d培養(yǎng)的木屑和經(jīng)過菌物作用90 d的小木段，測量木質素損失率。

1.3 木質素降解率測定方法

木質素降解率用克拉松法測定。先將樣品在72%的硫酸中降解，并加熱使糖類化合物變成可溶性成份而溶解，剩余難溶解的固體就是木質素。該固體物質經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、稱重等步驟，就可以得到木質素的質量[5]。

木質素降解率計算公式為:

式中:R為木質素降解率;W1為對照值;W2為樣本值。

2 結果與分析

通過測得柳樹中主要成分含量，木質素含量21.16%、纖維素含量68.47%。同時，測得參試柳樹木屑經(jīng)過4種供試菌作用后的木質素降解率，結果見表1。

表1 平皿中純木屑菌物生長速度及木質素降解率

木屑為段木在截割、加工過程中產生的副產品，成份為木質纖維素，沒有速效養(yǎng)分，對于需要依靠速效營養(yǎng)才能啟動生長的微生物來說是很難在此基礎上生存的。試驗中，因為靈芝和猴頭菌的生長量過低，無法參與檢測，而沒有測試木質素降解率。從菌絲生長情況看，擬云芝利用木質素的能力明顯強于云芝[3]。從試驗中菌絲生長速度與木質素降解率的相關對比中可以看出，在純木屑基質中營養(yǎng)生長俞迅速的，其降解木質素的能力俞強，他們之間是正相關的關系。

通過對擬云芝菌的進一步試驗，并結合生長期的不斷觀察和對底物的檢測，得出擬云芝菌在木屑和柳樹小木段上的不同生長表現(xiàn)主要結果見表2。

表2 純木屑與木枝擬云芝菌物作用對比

對比木屑和樹枝段的菌絲生長及生長過程中的基質物理性狀變化，木屑料在經(jīng)過30 d的生長作用后，即顯白化松軟狀，而樹枝段培養(yǎng)料要經(jīng)過90 d的培養(yǎng)作用，才會顯得白化松軟，對照木屑料的木質素降解率測定結果，顯示材料物理性狀明顯變化之時正是木質素開始大幅度降解之際。

木屑料經(jīng)過45 d的菌物生長才能形成一點薄薄的菌皮，而樹枝段培養(yǎng)料在菌物生長到25 d時即開始形成很厚實的菌皮。并且后期在柳枝小斷之間也形成菌皮，經(jīng)測定，90 d時，菌皮與基質的質量比達2∶9。這是因為樹枝段中含有完全的樹皮，這是林木中速效養(yǎng)分含量最多的組織，可以提供菌物旺盛生長的物質資源。而木屑料則不具備這些營養(yǎng)，只能靠菌物自身的逐步積累來達到開成菌皮的物質基礎。

自然界中，林木的自然生物降解的經(jīng)歷為菌物侵染→白化→網(wǎng)格纖維狀→粉末狀→完全降解。

自然條件下，林木最容易受到降解的是韌皮部，這是因為韌皮部的組織結構為篩管、伴胞韌皮纖維和薄壁細胞，含有正處于運輸中的有機養(yǎng)料，其主要營養(yǎng)成份是糖類和纖維素，這些物質很容易被菌物吸收利用，并在此基礎上形成菌物的初步營養(yǎng)積累，為進一步分解利用木質部做充分的物質準備。

從樹木在自然界的降解現(xiàn)狀來看，當枯死的樹木開始出現(xiàn)白化松軟現(xiàn)狀時，就離木材的徹底分解不遠了，這時也是纖維素和半纖維素開始被微生物大量徹底利用或還原的開始，這個過程的時間相對于前期的木質白化松軟階段來說是非常迅速的。

30 d木屑和90 d小木段木質素降解率的巨大差異說明，在經(jīng)過的機械初步處理后的生物材料雖然沒有速效養(yǎng)分了，但擬云芝自身的利用木質纖維素的能力彌補了生長動力的缺失，我們在相關領域的研究中發(fā)現(xiàn)，當菌物的主要利用養(yǎng)分存在時，速效養(yǎng)分的缺失反而能加快其菌絲的生長速度，只是形成的菌絲量稍有減少[3]，這也解釋了木屑料的菌絲生長速度快于段木枝的內在原因。

3 小結與討論

3.1 小結

擬云芝是優(yōu)良的木質素降解菌，在純木屑中降解木質素的效果明顯優(yōu)于云芝。以擬云芝作為降解柳樹木質素的生產用菌時，為了加快反應速度，提高效益，以將柳樹原料粉碎后使用為優(yōu)。

3.2 討論

結合食用菌生長的相關研究成果，當柳樹原料中的木質素開始大量降解時，正是擬云芝菌由營養(yǎng)生長向生殖生長轉變的時期，生殖生長產生的子實體必然要消耗大量的營養(yǎng)，不利于有效營養(yǎng)物質的積累。生產中如何調控這一進程，使得在生產中既能充分快速降解柳樹木質素，又能有效積累應用于乙醇發(fā)酵的生物質，還要做進一步研究。

自然界中，白腐真菌在降解木質素時，最終以CO2和H2O的形式向大自然回流營養(yǎng)物質，多糖和簡單多糖只是其中的一個極短暫的過渡過程，而在利用柳樹生物質原料生產燃料乙醇時，要得到的中間產物為多糖和簡單多糖，生產中如何定向的控制這一進程，以便得到更多的目標產物，還需要進一步深入研究。

[1]俞國勝，袁湘月，李美華，等.林木生物質能源開發(fā)利用技術研究報告[J].中國林業(yè)產業(yè)，2006(1):6.

[2]談峰，張健，李玉娟，等.幾種木腐真菌降解木質素效果研究[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2012(19):210－220.

[3]汪凱華，談峰.雙孢蘑菇菌種基質改進的研究 [J].中國食用菌，1998(2):20－22.

[4]李文，潘家楨.木質纖維素類生物質轉化生物乙醇預處理B2B工藝的發(fā)展研究[J].安徽農業(yè)科學，2009(7):37.

[5]蘇同福，高玉珍.木質素測定方法研究進展[J].河南農業(yè)大學學報，2007(3):12－15.