沙特阿拉伯麦地那乌胡德山嗜热纤维素降解放线菌群的分离鉴定及其在生物质转化中的应用

研究人员从沙特阿拉伯麦地那乌胡德山极端干旱环境分离出由Streptomyces cavourensis和S. parvus组成的嗜热放线菌群（A5/C13/C17），该菌群在45℃下对甘蔗渣（SB）、玉米芯（CC）和棕榈叶（PL）表现出显著降解能力，最高糖化率达159%（CC），CMCase活性达1.51 U/mL（SB），无需化学预处理即可实现高效生物质转化，为可持续生物精炼提供新策略。

　　

在追求可持续发展的全球背景下，如何高效利用农业废弃物中的木质纤维素成为重大挑战。传统化学处理方法成本高昂且污染环境，而常温微生物降解效率低下。更棘手的是，富含木质素的棕榈叶等废弃物在自然环境中难以降解，长期堆积造成严重环境负担。面对这些难题，来自沙特阿拉伯Taibah大学（College of Science, Taibah University, Madinah, Saudi Arabia）的研究团队将目光投向了极端环境中的微生物资源。

研究人员从麦地那乌胡德山（Uhud Mountain）两个位点（N24°29'50.5"和N24°31'24.0"）采集46℃高温土壤样本，通过CMC培养基富集筛选获得36株放线菌，最终选定三株具有协同效应的菌株：A5（Streptomyces cavourensis QT227）、C13（S. parvus 5-94）和C17（S. cavourensis SIF3）。这些菌株在45℃下能有效降解甘蔗渣、玉米芯和棕榈叶等农业废弃物，相关成果发表在《Biodegradation》期刊。

关键技术包括：（1）从极端环境采样并富集培养嗜热放线菌；（2）通过16S rRNA基因测序鉴定菌株；（3）构建非拮抗性三菌株 consortium；（4）DNS法测定糖化率和CMCase活性；（5）扫描电镜观察底物形貌变化；（6）Lineweaver-Burk plot分析酶动力学参数。

【菌株特性】

三株菌均能在45℃生长，呈现典型链霉菌形态：A5产生螺旋状孢子，C13形成球状孢子链，C17具有开环螺旋结构。生化测试显示它们能水解淀粉、尿素和酪蛋白，其中A5和C13可利用柠檬酸盐。系统发育分析确认它们与已知纤维素降解菌株亲缘关系密切。

【底物降解效率】

菌群对四种底物的降解呈现显著差异：玉米芯（CC）糖化率最高达159±2.1%，其次是甘蔗渣（SB）96.2±1.3%，而棕榈叶（PL）仅37.02±0.8%。扫描电镜显示：处理后的CC表面出现严重侵蚀（图5e,f），SB纤维产生大量孔洞（图5c,d），PL形成深腔结构（图5g,h）。菌群对滤纸（FP）的利用率达61%，显著高于单菌株。

【酶活性分析】

菌群粗酶液在SB上CMCase活性最高（1.51 U/mL），PL最低（0.42 U/mL）。动力学参数显示C13对CMC亲和力最强（Km=1.28 mM）。Anthrone法测定总糖产量显示，菌群在CMC上产量达6.9 mg/mL（22天），显著高于单菌株。

【讨论与意义】

该研究首次报道了来自阿拉伯干旱区的嗜热放线菌群在木质纤维素降解中的应用。相较于真菌系统，这些放线菌的优势在于：（1）适应高温（45℃）可减少杂菌污染；（2）无需化学预处理即可直接降解天然底物；（3）菌群协同效应使糖化效率提升2-4倍。特别是对棕榈叶的降解能力，为解决中东地区大量椰枣废弃物堆积问题提供了生物解决方案。未来研究可进一步优化培养条件，解析菌群代谢互作机制，并探索其在生物燃料生产中的应用潜力。

研究证实，这种源自极端环境的微生物资源，通过其特有的酶系统（如endo-1,4β-glucanase、exoglucanase和β-glucosidase的协同作用），为开发低成本、环保型生物质转化技术开辟了新途径。