[目的]解析夏冬季节发酵的雪茄烟叶代谢物差异.[方法]采用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)技术对发酵前、冬季发酵、夏季发酵的雪茄烟叶样品进行广泛靶向代谢物检测.[结果]发酵期间(历时 34 d)夏季、冬季发酵房平均温度分别是 27.2℃、14.7℃,二者相差 12.5℃,平均湿度分别是 77.6%、66.7%,二者相差 10.9%,夏季更符合烟叶发酵相对高温、高湿的环境要求;雪茄烟叶样品检测得到 905 种代谢物包含 10 类:生物碱、酚酸、黄酮、脂质、氨基酸、有机酸、萜类、糖类、核苷酸、木质素,其中生物碱、有机酸、脂质含量比例居前三,分别是 24.5%、23.7%、15.0%.烟叶发酵后,有机酸、脂质、氨基酸、酚酸的含量都显著提升,生物碱、萜类、黄酮、糖类、木质素的含量有不同程度的减少.夏季发酵的烟叶生物碱、萜类代谢转化更剧烈,有机酸、氨基酸、黄酮、脂质、糖类含量较高,化学成分更协调,香气质量更丰富,烟气柔顺、余味甜润,感官品质更优.[结论]鄂西南地区夏季自然高温高湿环境,更顺应雪茄烟农业发酵理想状态,将当年生产的雪茄烟叶在冬季自然醇化后推迟到次年夏季发酵,或可作为探索推动雪茄烟发酵工序提质增效的参考方案.

木质纤维素生物质是一种量大面广且廉价易得的可再生资源,已逐步实现由生物质向生物燃料、饲料原料和其他附加值产品的开发及应用,这样的高值转化与综合利用成为"走绿色发展道路、构建绿色生产体系"的重要部分.然而,木质纤维素的天然抗降解屏障及其独特的理化性质,纤维素-半纤维素-木质素三大组分的刚性网络一直是高效转化的瓶颈所在,合理有效的预处理技术则是资源化进程的关键步骤.本文落脚于木质纤维素生物质的基本组成和结构特性分析,在总结物理法、化学法、生物法等传统预处理方法优劣势的基础上,着重阐述了蒸汽爆破的发展历程、加工类型、适用范围、工作原理、反应阶段、技术特点、影响因素、主要参数和可能的副产物效应等,以及在生物质的纤维改性、结构变化、溶解特性、低聚糖制备、活性成分提取与反刍饲料化利用层面的研究进展.此外,还指出蒸汽爆破辅以真菌、细菌为主的微生物发酵,以及糖酶外源添加的后处理流程的发展趋势.最后,归纳了蒸汽爆破在未来商业化、工业化和规模化生产推广中可能面临的困难和挑战,分析提出相应的突破点和解决策略.并就蒸汽爆破技术对常见副产物类型饲料原料的降解效果,及其在单胃动物日粮中的合理应用进行展望,以期为该技术对生物质资源的开发、增值、饲料化应用的诸多潜能提供新思路和技术指导.

肉桂醇脱氢酶(CAD)作为植物次生代谢尤其是木质素生物合成过程的关键酶,在调控植物生长发育和抵御生物/非生物胁迫等过程中发挥关键作用.蒙古冰草(即沙芦草(Agropyron mongolicum))耐旱耐寒,在我国北方荒漠草原区域广泛分布.为探讨CAD基因在蒙古冰草木质素合成和非生物胁迫抗性中的作用,从蒙古冰草全长转录组数据中筛选并克隆到1个CAD基因,序列长度1 083 bp,命名为AmCAD.该基因编码361个氨基酸残基,同源序列比对发现蛋白质序列保守区域含有2个Zn2+结合基序和NADP(H)辅因子结合基序,属于典型的CAD蛋白,且三维结构与AtCAD5相似.AmCAD在茎秆中高表达,对AmCAD重组蛋白的酶学性质分析表明,该蛋白对不同肉桂醛类底物均具有很强的催化能力,其中对松柏醛和芥子醛的底物亲和力更强.用不同浓度甘露醇模拟干旱胁迫,蒙古冰草AmCAD基因表达受到显著诱导.研究结果表明,AmCAD在蒙古冰草木质素合成和干旱胁迫抗性中发挥重要作用,可为提高蒙古冰草品质和抗逆性分子育种提供有价值的基因资源.

槲蕨为喀斯特地区典型的附生蕨类植物,主要通过其根茎附生于岩石的表面或缝隙中.槲蕨以干燥的根茎入药,具有重要的药用价值.为探究钙离子(Ca2+)胁迫下槲蕨根茎中代谢物的变化,该研究采用超高效液相色谱联用四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)技术对不同浓度(0、600、1 200 mmol·L1)Ca2+胁迫下槲蕨根茎进行非靶向代谢组学分析.结果表明:(1)共鉴定到64种差异表达代谢物.(2)在0、600 mmol·L-1比较组中有48个差异表达代谢物,在0、1 200 mmol·L-1比较组中有45个差异表达代谢物,在600、1 200 mmol·L-1比较组中有44个差异表达代谢物.(3)鉴定到的差异表达代谢物根据其化学分类归属信息进行归类,分为5类.综上认为,Ca2+胁迫影响槲蕨根茎的氨基酸代谢、黄酮类化合物生物合成、木质素生物合成、脂肪酸代谢及其他途径;该研究通过非靶向代谢组学分析,初步揭示了参与槲蕨根茎应答Ca2+胁迫的关键代谢物,为进一步研究槲蕨适应Ca2+胁迫的调控机制奠定了基础,也为槲蕨根茎药材的品质改善提供了新思路.

小驳骨为爵床科药用植物,具有祛瘀止痛、续筋接骨的功效,长期以来被用于跌打损伤、筋伤骨折、风湿骨痛、血瘀经闭和产后腹痛等疾病的治疗.通过搜索中国知网、PubMed、Web of Science等数据库,查找国内外已经发表的小驳骨相关文献,对小驳骨近二十年的化学成分和生物活性研究进行系统地梳理、归纳,发现目前已从小驳骨中分离出超过100种化合物,包括萜类、黄酮类、苯丙素类、木质素类、香豆素类和生物碱等.小驳骨提取物具有显著的生物活性,如抗炎、抗氧化等,其抗炎作用机制可能与调节炎症因子水平、抑制相关信号通路或相关蛋白表达等有关.可为小驳骨资源后续深入系统地研究和临床开发提供科学依据和理论参考.

为了揭示我国不同蜜环菌Armillaria 的木腐特性,本研究以我国 8 个蜜环菌种为材料,采用蜜环菌液接种 1 cm3 的枹栎Quercus serrata木方,置于 23℃下培养 60 d和 120 d,采用重量法、Klason法、硫酸水解法和盐酸水解法测定木材质量、纤维素含量、木质素含量和半纤维素含量,研究各蜜环菌株的木腐能力及差异性.结果表明,各蜜环菌种对枹栎木质量损失率排序为:CBS M(A.borealis)>CBS A(A.sinapina)=CBS J(A.qinii)=CBS H(A.bruneocystidia)=CBS F(A.sinensis)=CBS B(A.gallica)>CBS N(A.violacea)=CBS D(A.ostoyae);木质素的分解能力排序为:CBS M=CBS A=CBS J>CBS H=CBS B=CBS F>CBS N>CBS D;纤维素降解利用率排序为CBS H=CBS A>CBS B>CBS J>CBS F>CBS D>CBS M>CBS N;半纤维素分解能力排序为:CBS M>CBS J>CBS H=CBS A=CBS F=CBS N>CBS B>CBS D;木质纤维素总量消耗排序为:CBS H>CBS A>CBS J>CBS B>CBS F>CBS M>CBS D>CBS N.我国主要蜜环菌的木腐能力在木腐真菌类群中处于中等以下水平.在蜜环菌属内,各菌种之间腐朽能力的多样性表现为对凋落物不同组成降解能力存在显著的差异和腐朽类型的可变性,其形成的原因可能与其适应森林生态系统物种多样性有关.本研究可为理解森林生态系统中凋落物的降解和碳循环的机理提供部分理论指导,同时为我国天麻栽培蜜环菌选育提供参考.

[目的]分析广叶绣球菌(Sparassis latifolia)在不同木质纤维素诱导条件下基因表达差异,为广叶绣球菌木质纤维素降解关键基因和分子机制研究提供参考.[方法]以松木、杉木、甘蔗渣和天然堆积发酵后的杉木和发酵后的甘蔗渣为碳源,在液体培养条件下培养诱导广叶绣球菌,对其转录组进行测序研究,并对不同木质纤维素诱导样本进行加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA).[结果]杉木培养与松木培养比较组差异表达基因最少(20个),蔗渣培养与松木培养比较组差异表达基因最多(486个).基因本体(gene ontology,GO)富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及氧化还原酶活性、单加氧酶活性和铁离子结合活性等,京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及戊糖和葡萄糖醛酸转换、甲烷代谢和乙醛酸盐和二羧酸盐代谢等通路.发酵甘蔗渣为碳源培养时,纤维素和半纤维素降解相关的糖苷水解酶基因表达量总体上较高,而未发酵的松木、杉木和甘蔗渣为碳源培养时木质素降解或修饰相关的碳水化合物辅助酶基因表达量总体上较高.利用WGCNA共鉴定出10个共表达模块,其中green模块与未发酵蔗渣诱导显著正相关,blue模块与发酵甘蔗渣诱导显著正相关,magenta和turquoise模块与发酵杉木诱导显著正相关.GO富集分析结果表明,turquoise模块内基因显著富集到尿素跨膜转运子活性、甲基转移酶活性和单加酶活性等,blue模块基因显著富集到水解酶活性和β-甘露糖苷酶活性.KEGG通路富集分析结果表明,blue模块内基因显著富集的通路有半乳糖代谢、果糖和甘露糖代谢、苯丙氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等.通过构建互作网络图挖掘到12个核心基因,其可能参与了基质降解及相关基因的表达调控.[结论]不同木质纤维素类型显著影响了广叶绣球菌木质纤维素降解基因的差异表达轮廓,这种差异反映了广叶绣球菌对不同木质纤维素特异的降解策略.

本研究旨在从深海环境中分离、筛选木质素高效降解真菌并分析其对木质素的降解过程.通过对西太平洋深海沉积物和海水样品中可培养真菌的分离筛选,成功获得了一株能够以木质素为唯一碳源生长的真菌菌株CS1,通过ITS基因序列鉴定,确定其为毛壳菌属Chaetomium sp.真菌.菌株CS1以碱性木质素为唯一碳源培养14 d,木质素降解率达到64%,同时菌株孢子能够在较广的pH 范围内萌发生长(pH 4.0-9.0).该菌株具有分泌多种胞外木质素降解酶的潜力,能够使苯胺蓝褪色并使愈创木酚产生棕红色氧化圈.红外光谱(FTIR)分析显示,菌株CS1对木质素的降解主要是对木质素的芳香族骨架、β-O-4的C-O键以及β或γ位的O-H造成破坏.此外,菌株CS1可在烟草秸秆表面形成生物膜以实现木质素的降解与转化,而 GC-MS 分析结果表明该菌株能够促进烟草秸秆中烟碱类活性物质的释放,并将木质素中的芳香族聚合物转化为二甲苯等石化工业基础原料.本研究结果揭示了海洋真菌对烟草秸秆类木质纤维素的降解潜力,为木质素废弃物的资源化利用提供了优良的菌种资源.

由于香菇菌糠纤维素含量过高,作为菌肥难以被农作物直接利用,为了更好地解决香菇菌糠降解缓慢的问题,本研究以菌株酶活力和菌糠失重率为指标对 8 株真菌和 6 株细菌菌株进行香菇菌糠降解优选菌株的筛选,确定了降解能力较高的 2 株真菌和 2 株细菌,分别为桦褶孔菌 Lenzites betulina和一色齿毛菌Cerrena unicolor,无丙二酸柠檬酸杆菌Citrobacter amalonaticus和变栖克雷伯氏菌Klebsiella variicola;在此基础上研究这4株菌在降解香菇菌糠过程中降解酶活、纤维素、半纤维素、木质素以及主要营养成分的动态变化和肥力测定.研究结果显示,桦褶孔菌对木质素降解效果显著,降解率达到 56.35%;无丙二酸柠檬酸杆菌对半纤维素降解效果良好,达到 61.51%.通过对全碳、全氮的测定,发现 4 种菌株降解后的菌糠氮含量均高于对照组,表明加入菌剂后在一定程度上缓解了氮元素的损失量,增加了菌糠肥力.本研究通过比较研究不同类型的微生物对菌糠降解的理化特征,明确真菌和细菌在菌糠降解过程中具有不同的功能特征,为今后对香菇菌糠发酵堆肥、制备微生物复合菌剂研究方面提供重要的参考价值.

对一株保存的裂褶菌Schizophyllum commune Fr.的产酶能力进行测定,在苯胺蓝和愈创木酚平板上出现褪色反应和红棕色氧化圈,表明该菌株具有较强产过氧化物酶和漆酶能力.在单因素试验和均匀试验的基础上,通过人工神经网络算法优化液体发酵的产酶条件,优化后漆酶酶活达到29.385 U/mL.应用玉米秸秆栽培裂褶菌,发现降解木质素的酶类主要为漆酶,在菌丝满袋时漆酶酶活达到最大 48.333 U/mL,具有较强降解木质素能力,在工业、农业等方面具有较广阔的开发应用前景.