文献综述

化石燃料的储量有限性以及过度利用化石燃料所造成严重的温室效应，迫使人类寻求化石燃料的替代品。生物质能源由于兼具能源和环境效益受到了高度认可。木质纤维素是生物质的主要组成成分，同时也是生物质利用的瓶颈。如何高效的实现木质纤维素的水解酸化一直是困扰生物法利用生物质资源的难题，为了提高木质纤维素的降解效率，不同领域的研究学者已经做了大量的科研工作，近年来随着环境生物技术的发展，微生物的协同作用逐渐受到重视，利用复合菌系进行木质纤维素降解成为研究的热点。本课题对木质纤维素降解复合菌系的筛选及鉴定做出相关性的研究。

木质纤维素是生物质的主要成分，也是地球上最丰富的可再生资源，其生成量每年高达5#215;10¹⁰t，且这些生物质能通过光合作用年复一年再生，永不枯竭，且无额外CO₂排放，因此，木质纤维素的转化对解决能源问题、缓解环境污染具有重要的现实意义^[1]。

一、木质纤维素降解复合菌系的筛选

1.1 木质纤维素的组成和结构

木质纤维素由纤维素、半纤维素和木质素的混合物组成，三者通过特定的方式结合在一起形成稳定的复杂结构。

1.1.1 纤维素

纤维素是地球上含量最多的有机化合物，一个纤维素聚合物是由成千上万葡萄糖分子通过β-1,4糖苷键连接而成的直链分子，基本重复单位是纤维二糖。纤维素中相邻葡萄糖绕糖苷键的中心轴旋转180#176;，因此，最末端的纤维二糖可以出现两种不同的立体化学形式中的种，纤维素聚合链通过链内氢键形成扁平、带状的稳定结构，其他氢键位于相邻的链间使它们在很多具有相同极性的平行链中彼此强烈的相互作用，结果形成很长的巨大结晶状聚合物称为微纤丝。微纤丝（宽2500 nm）之间连在一起形成更大的纤丝，这些纤丝在薄层中,组织在一起并形成植物细胞壁不同层的框架结构。纤维素纤丝具有高度有序区（结晶区）和少序区。迄今为止人们发现固体纤维素存在5中结晶变体，即纤维素I、纤维素II、纤维素III、纤维素IV和纤维素V，其中天然纤维素属于I型结晶。在一定条件下，大多数纤维素结晶变体可以相互转化^[2]。

纤维素不溶于水，具有很大的张力，并且比其他葡萄糖聚合物（如淀粉）抗降解。水解纤维素可以生成葡萄糖，进而利用其糖平台进行一系列生物转化，例如生产燃料乙醇、乳酸和作为生产合成树脂和生物高聚物原料的丁二酸等，因而受到广泛的关注。

1.1.2 半纤维素

半纤维素是由以木糖为主的五碳糖和少数六碳糖组成的杂多糖，含量仅次于纤维素。纤维素是线状多聚物，在种属间结构变化很小，半纤维素则高度分枝，且一般是非结晶状杂多糖。半纤维素中糖的残基包括木糖、己糖和糠醛酸，这些残基呗乙酰化或甲基化修饰，半纤维素的聚合程度低于纤维素（少于200个糖基）。木糖是自然界中仅次于葡萄糖的糖分具有重要的利用价值，如使用五碳糖酵母转化生产乙醇，或直接水解生产木糖醇等重要的功能性食品^[3]。

1.1.3 木质素

木质素是地球上数量最多的芳香族聚合物，它是由苯丙烷单位随机构成的共聚物。木质素的直接前体是来自对羟基苯丙烯酸的三种醇#8212;#8212;松柏醇、芥子醇及香豆醇。根据这三种结构单元的相对量，木质素可以分为软木木质素、硬木木质素和草木质素。分解后的木质素单体及其二聚体可转化为有工业意义的化学品，如被誉为香料之王的香草醛，具有较强的抗氧化、抗菌活性和一定抗肿瘤作用的香草酸，以及阿魏酸、苯酚类物质等^[4]。

1.2 复合菌协同降解木质纤维素的国内外研究现状

由于木质纤维素三组分交联在一起，形成了类似于钢筋混凝土的结构及纤维素分子的高结晶度，使得木质纤维素很难被单一微生物所降解，自然状态下彻底降解木质纤维素要依赖于纤维素分解菌、半纤维素分解菌及木质素分解菌等多种微生物的共同作用，与单一微生物相比，复合菌群中微生物间的协同作用关系，使系统产酶具有多样性，而且可较快和较彻底的解除产物的反馈抑制，调节培养液的pH，从而可提高木质纤维素的转化率。近藤道雄在微生物生态学的研究也表明，微生物多样性可以保证微生态系统的稳定性。