近日，上海交通大學農業與生物學院陳捷教授團隊在JournalofEnvironmentalManagement線上發表了題為Co-cultivation of T. asperellum GDFS1009 and B. amyloliquefaciens 1841:Strategy to regulate the production of ligno-cellulolytic enzymes for the lignocellulose biomass egradation.該論文揭示了棘孢木黴-解澱粉芽孢杆菌共培養科技提高木質纖維素生物質降解的新策略。
玉米、水稻、小麥等農作物秸稈如何實現廢棄物資源化高效利用是提高迴圈農業發展水准的重大課題之一。農作物秸稈的微生物酶解是其資源化利用的主要科技途徑，但作物秸稈微生物酶解效率低是秸稈還田和生物燃料工業化生產的主要難題，其中如何提高作物秸稈木質纖維素降解效率是研究的重點。微生物產生的FPAase CMCase pNPCase、pNPGase和木聚糖酶等是水解木質纖維素的主要酶系，其中裡氏木黴（Trichoderma reesei）纖維素酶高效生產科技的研究最為普遍，但通過多種微生物共培養科技提高木黴木質纖維素酶的生產水准尚無人研究。本文首次報導了棘孢木黴（T. asperellum）GDFS1009和解澱粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）1841共培養科技可顯著提高木質纖維素酶系產生效率，進而提高了對作物秸稈木質纖維的降解水准。本研究首先通過順序接種法（TB2）攻克了兩種微生物共培養過程中平衡生長的難題；與單一培養相比，棘孢木黴-解澱粉芽孢杆菌的共培養（TB2）明顯提高了木黴木質纖維素酶系合成調控因數xyr1、ace2、ace3、hap2/3/5、lae1、vel1和bgl1基因轉錄表達，進而誘導了木黴木質纖維素水解酶基因cbh1，cbh2，egl1，egl2和bgl1的高效表達。通過回應面設計建立了糖蜜、玉米粉和稻穀糠為主要成分的共生培養基的優化模式（T=−0.961+12.922A+8.706B+13.170C-2.8292AA-1.8342BB-1.9805CC-0.2900AB-0.4100AC-0.2925BC:TB=−58.41+35.082A+23.647B+ 35.731C-7.6805AA-4.9742BB-5.3717CC-0.793AB- 1.110AC-0.803BC），共培養所生產的酶液對玉米、稻草和小麥秸稈降解釋放葡萄糖水准明顯超過單一木黴菌培養液的水准。總之，通過解澱粉芽孢杆菌通過與棘孢木黴的代謝互作提高了木黴木質纖維素酶系統調控基因表達水准，實現在不同條件下連續生產纖維素酶和木聚糖酶的目標，為作物秸稈木質纖維素高較轉化為生物燃料的葡萄糖奠定了基礎。囙此，棘孢木黴-解澱粉芽孢杆菌共培養科技有望發展成為作物秸稈轉化為生物燃料的工業發酵新技術。
上海交通大學農業與生物學院博士後Valliappan Karuppiah為論文的第一作者，上海交通大學特聘教授陳捷為論文的通訊作者。該研究得到了國家重點研發計畫（2017YFD0201108）、國家自然科學基金（No. 31872015；31672072）；上海市科技攻關專案（No.18391902400）、現代農業產業科技體系專項基金（CARS-02）等項目的資助。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113833
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