微生物学报

No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation	No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation
1	ZRL20170883	+++++	23	ZRL20181126	+++
2	ZRL20190819	+++	24	GX20172649	++++
3	ZRL20200578	+++	25	ZRL20152075	+++
4	QL20170055	+++	26	ZRL20211291	+++
5	GX20170702	+++	27	ZRL20221232	+++
6	ZRL20190771	+++	28	ZRL20210094	++++
7	GX20170368	+++	29	ZRL20201493	+++
8	ZRL20161117	++++	30	ZRL20211252	+++
9	ZRL20211559	+++	31	ZRL20210558	+++
10	ZRL20220275-1	+++	32	ZRL20210699	+++
11	ZRL20161815	+++	33	ZRL20200020	+++
12	ZRL20221433	+++	34	GX20170029	+++
13	GX20170579	+++	35	ZRL20201260	++++
14	ZRL20220770	+++	36	GX20170468	+++
15	ZRL20211707	+++	37	QL20170034	+++
16	ZRL20190663	+++	38	ZRL20221226	+++
17	ZRL20180729	+++	39	ZRL20180315-3	+++
18	ZRL20201647	+++	40	GX20172239	+++
19	ZRL20201817	+++	41	ZRL20221312	+++
20	ZRL20190854	+++	42	GX20170329	+++
21	ZRL20161052	+++	43	ZRL20162143	+++
22	ZRL20170506	+++	44	ZRL20201188	++++

No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation	No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation
1	ZRL20170883	+++++	23	ZRL20181126	+++
2	ZRL20190819	+++	24	GX20172649	++++
3	ZRL20200578	+++	25	ZRL20152075	+++
4	QL20170055	+++	26	ZRL20211291	+++
5	GX20170702	+++	27	ZRL20221232	+++
6	ZRL20190771	+++	28	ZRL20210094	++++
7	GX20170368	+++	29	ZRL20201493	+++
8	ZRL20161117	++++	30	ZRL20211252	+++
9	ZRL20211559	+++	31	ZRL20210558	+++
10	ZRL20220275-1	+++	32	ZRL20210699	+++
11	ZRL20161815	+++	33	ZRL20200020	+++
12	ZRL20221433	+++	34	GX20170029	+++
13	GX20170579	+++	35	ZRL20201260	++++
14	ZRL20220770	+++	36	GX20170468	+++
15	ZRL20211707	+++	37	QL20170034	+++
16	ZRL20190663	+++	38	ZRL20221226	+++
17	ZRL20180729	+++	39	ZRL20180315-3	+++
18	ZRL20201647	+++	40	GX20172239	+++
19	ZRL20201817	+++	41	ZRL20221312	+++
20	ZRL20190854	+++	42	GX20170329	+++
21	ZRL20161052	+++	43	ZRL20162143	+++
22	ZRL20170506	+++	44	ZRL20201188	++++

No.	Strain ID	Name	3 d	6 d	9 d	12 d
1	ZRL20181126	香栓孔菌Trametes suaveolens	7.03±0.00	15.77±1.91	6.17±0.00	45.63±2.46	58.90±3.81	100.31±10.91	168.17±4.42	33.07±4.49	21.60±0.00	85.86±3.57	20.26±1.03	21.60±0.00
2	ZRL20200020	乳白耙齿菌 Irpex lacteus	6.79±0.40	16.22±1.03	4.12±0.59	74.73±0.80	21.84±2.43	1.03±1.78	162.84±4.34	31.27±0.39	5.14±3.56	208.06±1.20	18.69±1.70	5.14±3.56
3	ZRL20211707	乳白蛋巢菌Crucibulum laeve	24.18±2.13	11.95±1.95	1.03±0.59	67.77±1.75	47.67±2.17	3.09±0.00	136.18±1.75	39.36±7.41	25.72±1.78	250.95±1.75	18.24±1.95	25.72±1.78
4	ZRL20211291	韧革菌 Stereum hirsutum	4.59±0.49	2.97±0.95	0.00±0.00	172.23±2.46	21.61±3.71	15.43±4.36	113.68±2.81	43.40±1.91	63.27 ± 2.18	208.06±1.20	74.18±2.06	6.17 ± 0.00
5	GX20170029	糙皮侧耳 Pleurotus ostreatus	8.76±0.49	0.00±0.00	6.17±0.00	29.63±0.49	4.65±1.43	58.64±21.82	150.78±1.45	27.68±5.35	154.32±0.00	165.86±5.40	8.13±2.72	154.32±0.00
6	ZRL20221433	枫生射脉革菌 Phlebia acerina	8.42±1.97	4.65±1.43	0.00±0.00	57.11±1.97	9.03±1.91	1.54±2.18	124.35±2.44	38.91±0.67	49.38±5.35	262.31±0.70	47.22±6.12	49.38±5.35
7	QL20170055	黄斑蘑菇 Agaricus xanthodermus	5.29±2.46	12.74±0.48	0.00±0.00	70.33±3.93	11.05±12.39	18.52±4.36	50.38±1.61	38.68±2.81	188.27±6.17	25.34±2.24	43.40±5.52	188.27±6.17
8	GX20170468	灰孔新小层孔菌Neofomitella fumosipora	0.00±0.00	8.81±3.46	2.06±1.57	0.74±0.73	9.70±2.94	0.00±0.00	15.84±2.13	52.61±12.90	2.06±1.78	52.61±3.71	91.03±0.78	2.06±1.78
9	GX20170329	多瓣鳞伞 Pholiota multicingulata	12.82±2.44	8.58±1.03	3.08±0.00	47.37±1.84	77.32±7.42	2.06±1.78	31.60±2.81	51.80±16.01	3.08±0.00	15.55±1.03	5.44±2.37	3.08±0.00
10	GX20172649	褐伞残孔菌 Abortiporus biennis	3.55±0.00	3.98±5.24	7.72±1.09	49.81±2.46	11.05±0.95	57.10±2.18	111.83±1.06	39.13±12.52	186.21±8.91	158.67±2.09	41.16±1.56	186.21±8.91
11	ZRL20190819	黄小蜜环菌Armillaria cepistipes	5.98±1.48	0.00±0.00	0.00±0.00	245.97±0.49	10.04±3.34	47.84±6.55	66.85±0.70	20.71±4.10	62.76±4.71	41.81±1.84	32.17±3.71	62.76±4.71

No.	Strain ID	Name	3 d	6 d	9 d	12 d
1	ZRL20181126	香栓孔菌Trametes suaveolens	7.03±0.00	15.77±1.91	6.17±0.00	45.63±2.46	58.90±3.81	100.31±10.91	168.17±4.42	33.07±4.49	21.60±0.00	85.86±3.57	20.26±1.03	21.60±0.00
2	ZRL20200020	乳白耙齿菌 Irpex lacteus	6.79±0.40	16.22±1.03	4.12±0.59	74.73±0.80	21.84±2.43	1.03±1.78	162.84±4.34	31.27±0.39	5.14±3.56	208.06±1.20	18.69±1.70	5.14±3.56
3	ZRL20211707	乳白蛋巢菌Crucibulum laeve	24.18±2.13	11.95±1.95	1.03±0.59	67.77±1.75	47.67±2.17	3.09±0.00	136.18±1.75	39.36±7.41	25.72±1.78	250.95±1.75	18.24±1.95	25.72±1.78
4	ZRL20211291	韧革菌 Stereum hirsutum	4.59±0.49	2.97±0.95	0.00±0.00	172.23±2.46	21.61±3.71	15.43±4.36	113.68±2.81	43.40±1.91	63.27 ± 2.18	208.06±1.20	74.18±2.06	6.17 ± 0.00
5	GX20170029	糙皮侧耳 Pleurotus ostreatus	8.76±0.49	0.00±0.00	6.17±0.00	29.63±0.49	4.65±1.43	58.64±21.82	150.78±1.45	27.68±5.35	154.32±0.00	165.86±5.40	8.13±2.72	154.32±0.00
6	ZRL20221433	枫生射脉革菌 Phlebia acerina	8.42±1.97	4.65±1.43	0.00±0.00	57.11±1.97	9.03±1.91	1.54±2.18	124.35±2.44	38.91±0.67	49.38±5.35	262.31±0.70	47.22±6.12	49.38±5.35
7	QL20170055	黄斑蘑菇 Agaricus xanthodermus	5.29±2.46	12.74±0.48	0.00±0.00	70.33±3.93	11.05±12.39	18.52±4.36	50.38±1.61	38.68±2.81	188.27±6.17	25.34±2.24	43.40±5.52	188.27±6.17
8	GX20170468	灰孔新小层孔菌Neofomitella fumosipora	0.00±0.00	8.81±3.46	2.06±1.57	0.74±0.73	9.70±2.94	0.00±0.00	15.84±2.13	52.61±12.90	2.06±1.78	52.61±3.71	91.03±0.78	2.06±1.78
9	GX20170329	多瓣鳞伞 Pholiota multicingulata	12.82±2.44	8.58±1.03	3.08±0.00	47.37±1.84	77.32±7.42	2.06±1.78	31.60±2.81	51.80±16.01	3.08±0.00	15.55±1.03	5.44±2.37	3.08±0.00
10	GX20172649	褐伞残孔菌 Abortiporus biennis	3.55±0.00	3.98±5.24	7.72±1.09	49.81±2.46	11.05±0.95	57.10±2.18	111.83±1.06	39.13±12.52	186.21±8.91	158.67±2.09	41.16±1.56	186.21±8.91
11	ZRL20190819	黄小蜜环菌Armillaria cepistipes	5.98±1.48	0.00±0.00	0.00±0.00	245.97±0.49	10.04±3.34	47.84±6.55	66.85±0.70	20.71±4.10	62.76±4.71	41.81±1.84	32.17±3.71	62.76±4.71

能低温降解木质纤维素的大型真菌菌株的筛选

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刘明月 ¹^,² , 王爱萍 ¹^,^* , 赵瑞琳 ²^,³^,^*

微生物学报 | 微生物资源分离鉴定与评价 2025,65(4): 1529-1541

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微生物学报 | 微生物资源分离鉴定与评价 2025, 65(4): 1529-1541

能低温降解木质纤维素的大型真菌菌株的筛选

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刘明月¹^,², 王爱萍¹^,^*, 赵瑞琳²^,³^,^*

作者信息

^1.山西农业大学农学院，山西晋中

^2.中国科学院微生物研究所，真菌学国家重点实验室，北京

^3.中国科学院大学生命科学学院，北京

Screening of macrofungal strains capable of degrading lignocellulose at low temperatures

Mingyue LIU¹^,², Aiping WANG¹^,^*, Ruilin ZHAO²^,³^,^*

Affiliations

^1.College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Jinzhong, Shanxi, China

^2.State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

^3.College of Life Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

出版时间: 2025-04-04 doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250030

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摘要

收起

【目的】为发掘具有高效降解秸秆能力的微生物资源，提高秸秆在低温条件下的资源化利用效率，对955株大型真菌的木质纤维素降解能力进行了筛选。【方法】采用平板筛选法初步筛选具有羧甲基纤维素酶(carboxymethyl cellulase, CMCase)、木聚糖酶(xylanase)和漆酶(laccase)活性的菌株；通过滤纸崩解试验进一步筛选具备纤维素降解能力的菌株；对筛选得到的菌株进行液体发酵培养，并在第3、6、9和12天测定其酶活性，以筛选出降解木质纤维素能力较强的优势菌株。【结果】筛选得到11株在低温(15 ℃)条件下具有较强木质纤维素降解能力的优势菌株，分别为香栓孔菌(Trametes suaveolens) ZRL20181126、乳白耙齿菌(Irpex lacteus) ZRL20200020、乳白蛋巢菌(Crucibulum leave) ZRL20211707、韧革菌(Stereum hirsutum) ZRL20211291、糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus) GX20170029、枫生射脉革菌(Phlebia acerina) ZRL20221433、黄斑蘑菇(Agaricus xanthodermus) QL20170055、灰孔新小层孔菌(Neofomitella fumosipora) GX20170468、多瓣鳞伞(Pholiota multicingulata) GX20170329、褐伞残孔菌(Abortiporus biennis) GX20172649和黄小蜜环菌(Armillaria cepistipes) ZRL20190819。其中，乳白蛋巢菌、黄斑蘑菇和多瓣鳞伞是首次报道具有较高木质纤维素降解能力的菌株。测定结果显示，这11株菌的羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的最高活性分别达到262.31、91.03和196.50 U/mL。香栓孔菌的羧甲基纤维素酶活性在15 ℃条件下达到168.17 U/mL，显著高于常温条件下的67.88 U/mL；糙皮侧耳的羧甲基纤维素酶活性为150.78 U/mL，漆酶活性为154.32 U/mL；韧革菌的漆酶活性为63.27 U/mL，是常温条件下的2倍。【结论】本研究筛选得到11株在低温(15 ℃)条件下降解木质纤维素能力较强的优势菌株，为寒冷地区木质纤维素资源的降解及低温工业应用提供了重要的理论支持。

关键词

低温耐受 / 大型真菌 / 木质纤维素降解

Abstract

收起

[Objective] To mine the macrofungal strains capable of efficiently degrading straw at low temperatures, thereby improving the utilization efficiency of straw resources, we measured the lignocellulose degradation abilities of 955 macrofungal strains. [Methods] First, we employed the plate method to screen the strains with carboxymethyl cellulase, xylanase, and laccase activities. Then, we carried out a filter paper degradation test to screen the cellulose-degrading strains. Finally, we performed liquid fermentation with the selected strains and measured their enzyme activities on days three, six, nine, and 12 to identify the dominant strains with strong lignocellulose-degrading abilities. [Results] We identified 11 macrofungal strains exhibiting strong lignocellulose degradation capabilities at a low temperature (15 ℃). The 11 strains were Trametes suaveolens, Irpex lacteus, Crucibulum laeve, Stereum hirsutum, Pleurotus ostreatus, Phlebia acerina, Agaricus xanthodermus, Neofomitella fumosipora, Pholiota multicingulata, Abortiporus biennis, and Armillaria cepistipes. Notably, C. laeve, A. xanthodermus, and P. multicingulata were newly reported for their high lignocellulose-degrading abilities. The maximum activities of carboxymethyl cellulase, xylanase, and laccase in the 11 strains reached 262.31, 91.03, and 196.50 U/mL, respectively. T. suaveolens exhibited carboxymethyl cellulase activity of 168.17 U/mL at 15 ℃, which was significantly higher than that (67.88 U/mL) observed at room temperature. P. ostreatus showed the carboxymethyl cellulase activity of 150.78 U/mL and the laccase activity of 154.32 U/mL. S. hirsutum achieved the laccase activity of 63.27 U/mL at 15 ℃, which was twice the level measured at room temperature. [Conclusion] We successfully identified 11 macrofungal strains with strong lignocellulose-degrading abilities at 15 ℃. The findings provide valuable microbial resources for the degradation of lignocellulose in cold regions and lay a theoretical basis for application of these strains in low-temperature industries.

Key words

low-temperature tolerance / macrofungi / lignocellulose degradation

引用本文

刘明月, 王爱萍, 赵瑞琳. 能低温降解木质纤维素的大型真菌菌株的筛选. 微生物学报, 2025 , 65 (4) : 1529 -1541 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250030

Mingyue LIU, Aiping WANG, Ruilin ZHAO. Screening of macrofungal strains capable of degrading lignocellulose at low temperatures[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2025 , 65 (4) : 1529 -1541 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250030

正文

收起

随着农业生产的不断发展，我国农作物秸秆的年产量逐年增加，其中玉米秸秆的产量增幅尤为显著。2021年全国秸秆产生量为8.65亿t，其中玉米秸秆产生量达到3.21亿t^[1]。东北地区因优质黑土地和适宜的气候条件成为玉米的主要产区，资源丰富，占中国玉米总播种面积的38%和玉米总产量的41%^[2]。然而，寒冷的气候和较长的低温期严重制约了玉米秸秆的自然降解过程，导致秸秆腐解速度缓慢。大量未妥善处理的秸秆被直接焚烧，不仅浪费了有机质，还加剧了空气污染和全球气候变化问题^[3-4]。因此，玉米秸秆的有效处理与资源化利用在寒冷地区尤为迫切。

秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等复杂有机物组成，这些成分的交联结构使秸秆降解困难^[5]。目前，秸秆的处理方法包括物理处理、化学处理和生物处理。其中，物理处理能耗较高，化学处理易产生二次污染，而生物处理依靠微生物及其分泌的降解酶降解秸秆，具有环保、经济和资源化利用的优势^[6-9]。在众多微生物中，大型真菌，尤其是白腐真菌[(如黄孢原革菌(Phanerochaete chrysosporium)和云芝栓孔菌(Trametes versicolor)]，已被证明能够有效降解木质素和纤维素^[10-11]。然而，低温条件下微生物的代谢活性受到抑制，大多数已报道的菌株在低温条件下降解效率较低^[12]。

近年来，已有研究报道了一些耐低温的微生物能够分解木质纤维素，如在低温条件下纤维素酶活性较高的两形头孢霉(Aspergillus janus)和草酸青霉(Penicillium oxalicum)，但低温环境下的大型真菌资源仍然较少^[13-14]。因此，筛选能够在低温条件下高效降解木质纤维素的大型真菌资源，对于寒冷地区的秸秆资源化利用至关重要。本研究从955株大型真菌菌株中筛选出能降解木质纤维素的低温耐受菌株，为寒冷地区玉米秸秆资源化利用提供新的微生物解决方案。

1 材料与方法

收起

1.1 供试菌株

本研究所用菌株为中国科学院微生物研究所赵瑞琳课题组分离保藏的955株大型真菌菌株，分别属于担子菌门中137个属的245个物种。

1.2 主要试剂和仪器

酒石酸钾钠、3,5-二硝基水杨酸、羧甲基纤维素钠(carboxymethylcellulose-Na, CMC-Na)、木聚糖和刚果红，上海麦克林生化科技股份有限公司；苯酚，国药集团化学试剂有限公司。

多功能酶标仪，Molecular Devices公司；振荡培养箱，上海旻泉仪器有限公司。

1.3 木质纤维素降解菌初筛

1.3.1 平板法筛选木质纤维素降解菌株

将直径为7 mm的圆形菌块分别接种于羧甲基纤维素钠培养基、愈创木酚PDA培养基和木聚糖培养基^[15]，在15 ℃下培养7-14 d。以菌落直径与变色圈直径为指标，筛选产酶菌株。漆酶(laccase)的筛选依据为是否在平板上形成橙红色环带或红褐色环带^[16]。羧甲基纤维素酶(carboxymethyl cellulase, CMCase)和木聚糖酶(xylanase)的筛选方法为：将平板分别浸泡于0.1%或0.2%刚果红溶液中，静置15 min后弃去染液，再加入15 mL 1 mol/L NaCl溶液，静置20 min，观察菌株周围是否形成透明圈^[17]。菌株产酶能力差异通过酶指数(enzyme index，EI值)进行初步评估^[18]。EI值计算如公式(1)所示。

E I = 变色 圈直 径 菌圈 直径

(1)

1.3.2 滤纸崩解法筛选纤维素降解菌株

将初筛获得的菌株接种于液体培养基中，在25 ℃、150 r/min振荡培养3 d，获得菌液^[19]。取5 mL菌液接种于100 mL赫奇逊氏(Hutchinson)培养基^[20]，加入滤纸条(1 cm×6 cm)作为碳源，15 ℃、150 r/min恒温振荡培养9 d。通过观察滤纸的破损程度判断降解效果，具体标准如下：滤纸无明显变化-；滤纸边缘膨胀为+；滤纸整齐膨胀并弯曲为++；滤纸变为不定形状态为+++；滤纸成团糊状为++++；液体呈半清状为+++++^[21-23]。

1.4 木质纤维素降解菌复筛

粗酶液制备：将5个直径为7 mm的圆形菌块接种到100 mL的玉米秸秆产酶培养基中，15 ℃、150 r/min振荡培养12 d后，8 000 r/min离心10 min，收集发酵上清液保存，用于漆酶、羧甲基纤维素酶和木聚糖酶活性的测定^[24]。羧甲基纤维素酶活测定：以1%羧甲基纤维素钠溶液为底物，采用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitro salicylic acid, DNS)法测定发酵液中的羧甲基纤维素酶活性^[25]。木聚糖酶活测定：以1%木聚糖溶液为底物，采用DNS法测定发酵液中的木聚糖酶活性^[26]。漆酶活测定：先将78 μL超纯水和100 μL酒石酸缓冲液(pH 4.0)混合后水浴加热至40 ℃，加入20 μL 4.9 mmol/L ABTS母液，然后加入2 μL发酵液混匀并开始计时，分别在30 s和90 s时测定420 nm处吸光值的变化，以加入等体积的煮沸灭活发酵液作为对照^[27]。

1.5 玉米秸秆失重率测定

称取1.6 g玉米秸秆至100 mL三角瓶中，加入80 mL赫奇逊氏培养基，并用无菌打孔器切取直径为7 mm的圆形菌块5个，接种于培养基中，置于15 ℃、150 r/min振荡培养9 d。培养结束后，将降解后的玉米秸秆残余物在45 ℃烘干至恒重，计算玉米秸秆绝对失重率，如公式(2)所示。

失重 率 = m 1 - m 0 m 0

(2)

式中：m₀为对照组玉米秸秆干重，m₁为处理组玉米秸秆干重。对照组除不接种菌块外，其余处理与实验组相同，每份样品设置3个重复。

2 结果与分析

收起

2.1 木质纤维素降解真菌的快速筛选

将活化后的菌株分别进行羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的平板快速筛选。结果显示，分别产木聚糖酶、漆酶和羧甲基纤维素酶1种酶的菌株分别有26、32和69株；同时产木聚糖酶和漆酶的菌株36株，产木聚糖酶和羧甲基纤维素酶的菌株123株，产漆酶和羧甲基纤维素酶的菌株130株；同时产生羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶3种酶的菌株共208株。其中，将产生羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的酶指数(EI值)分别排名前10的菌株，以及同时产生这3种酶的菌株共228株作为后续进一步筛选的目标菌株。这228个菌株间的酶活性存在显著差异，具体酶指数原始数据存储在国家微生物科学数据中心(http://nmdc.cn)，编号为NMDCX0002085，部分菌株的平板菌落及变色圈见图1。

2.2 滤纸崩解试验

为了进一步探查228株菌株对纤维素的降解能力，对其开展了滤纸崩解试验(NMDCX0002085)。228株菌株对滤纸条均有一定程度的崩解能力，其中44个菌株滤纸崩解较为明显(表1)，具体为：滤纸降解变为不定形状态(+++)的菌株38株；为团糊状(++++)的菌株5株；降解后滤纸呈半清状(+++++)的菌株1株。

2.3 木质纤维素酶活测定及目的菌株鉴定

根据木聚糖标准溶液与DNS溶液反应后在540 nm波长处的吸光值，绘制用于木聚糖酶活测定的木聚糖标准曲线：Y=0.247 3X-0.004 4，R²=0.999 4。根据葡萄糖标准溶液与DNS溶液反应后在540 nm波长处的吸光值，绘制用于羧甲基纤维素酶活测定的葡萄糖标准曲线：Y=0.239 6X-0.004 1，R²=0.999 5。其中，X代表标准溶液浓度(mg/mL)，Y为反应后在540 nm波长处测得的吸光值。

对初筛得到的菌株接种到玉米秸秆产酶培养基中进行液体发酵培养，在第3、6、9、12天分别测定其产生的羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶的活性(图2)。筛选出产羧甲基纤维素酶活性、木聚糖酶活性和漆酶活性高且产酶情况稳定的菌株11株。这些菌株通过真菌条形码基因测序后被鉴定为11个物种(表2)。通过维恩图(图3)可以直观看出，ZRL20181126是唯一位于羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶3个圆交集区域的菌株，表明其同时具有较高的3种酶活性。相比其他仅表现单一或双重酶活性的菌株，菌株ZRL20181126具备广谱降解纤维素、半纤维素和木质素的能力，展现出显著的多功能性和高效利用木质纤维素资源的潜力。因此，该菌株在本研究中被选为重要的多功能候选菌株，具有广泛的应用和研究价值。

2.4 玉米秸秆失重率测定

菌株对秸秆干重降解率的测定结果表明，各菌株降解能力存在显著差异(图4)。C. leave ZRL20211707的秸秆干重降解率最高(26.14%)，显著优于其他菌株(P<0.05)，其次为N. fumosipora GX20170468和A. biennis GX20172649，其降解率分别为25.26%和24.38%。T. suaveolens ZRL20181126和S. hirsutum ZRL20211291表现为中等降解水平，降解率分别为20.74%和20.28%。P. multicingulata GX20170329的降解率最低，为19.23%，但仍显著高于对照组CK (1.49%)。研究表明，不同菌株在秸秆降解能力上存在较大差异，这为后续优化和利用微生物资源提供了重要依据。

3 讨论

收起

本研究系统性探讨了955株大型真菌菌株在15 ℃低温条件下的酶活性，这些菌株分别属于担子菌门中137个属的245个物种，包括漆酶、羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的分泌水平，筛选出11株具有显著降解能力的菌株，分属于11个物种，从而揭示了不同菌株在低温环境中的适应性及其潜在应用价值。

本研究首次报告了C. leave、P. multicingulata和A. xanthodermus在木质纤维素降解方面的较高能力，且在15 ℃低温条件下表现出显著的酶活性(表2)。C. leave的羧甲基纤维素酶活性为250.95 U/mL，木聚糖酶活性为47.67 U/mL，漆酶活性为25.72 U/mL；P. multicingulata的羧甲基纤维素酶活性为47.37 U/mL，木聚糖酶活性为77.32 U/mL，漆酶活性为3.08 U/mL；A. xanthodermus的羧甲基纤维素酶活性为70.32 U/mL，木聚糖酶活性为43.40 U/mL，漆酶活性为188.27 U/mL。在15 ℃条件下，A. xanthodermus的漆酶活性达到188.27 U/mL，显著高于Hildén等^[28]研究中25 ℃固态麦麸培养基培养24 d时的漆酶活性(5.1 U/mL)，也高于戴建清^[29]研究中A. bisporus W192在24 ℃、180 r/min条件下培养8 d时的漆酶活性(15.02 U/mL)。与其他蘑菇属物种相比，A. xanthodermus也表现出更高的漆酶活性。例如，Hildén等^[28]在黑麦麸皮液体培养基(RL)培养体系中测得A. arvensis的最高漆酶活性仅为3 U/mL，而A. balchaschensis、A. bernardii和A. campestris的漆酶活性范围更低，仅为0.18-0.60 U/mL，均显著低于A. xanthodermus。此外，A. xanthodermus的羧甲基纤维素酶活性为111.83 U/mL，远高于戴建清^[29]研究中W192的羧甲基纤维素酶活性(0.69 U/mL)，进一步证明了黄斑蘑菇在木质素和纤维素降解方面具有较强的酶分泌优势。

在以往的研究中，T. suaveolens、I. lacteus、S. hirsutum、P. ostreatus、P. acerina、N. fumosipora、A. biennis和A. cepistipes这8个物种在常温条件下都表现出较高的木质纤维素降解能力^[25-33]，在本研究中，发现这些物种在低温条件下同样具有优良的木质纤维素降解能力，并展现出各自的特性。例如，P. ostreatus虽然漆酶活性在低温条件下为154.32 U/mL，仅为白长胜等^[30]研究中常温条件下酶活性的63.3%，但其羧甲基纤维素酶活性在低温条件下显著提升，达到150.78 U/mL，远高于常温条件下的36.03 U/mL，表现出强大的低温适应能力。这一结果表明，糙皮侧耳在寒冷地区的木质纤维素降解和低温工业应用中具有重要的开发潜力。N. fumosipora在15 ℃条件下的漆酶活性为2.06 U/mL，远高于An等^[31]研究中常温液体发酵条件下测得的0.15 U/mL，显示出低温对漆酶分泌的促进作用。T. suaveolens的羧甲基纤维素酶活性在15 ℃条件下显著提升，达到168.17 U/mL，远高于柳卓含等^[32]研究中常温条件下的67.88 U/mL，表明其在低温环境中具有良好的适应性；此外，其木聚糖酶活性为33.07 U/mL，略高于常温条件下的27.14 U/mL；但漆酶活性(100.31 U/mL)高于常温条件下的43.25 U/mL。这些结果表明T. suaveolens在低温环境中对纤维素和半纤维素降解具有明显优势，为其在低温工业应用中提供了理论依据。S. hirsutum在15 ℃条件下的漆酶活性为63.27 U/mL，几乎是Thakur等^[33]研究中常温振荡培养条件下测得值31.1 U/mL的2倍，表明该菌株在低温条件下依然能够保持较高的漆酶分泌能力，具有很强的低温适应性。A. cepistipes在15 ℃低温条件下的漆酶活性(62.76 U/mL)显著高于Sahu等^[34]研究中25 ℃条件下的漆酶活性(0.001 9 U/mL)；羧甲基纤维素酶活性(245.97 U/mL)也远高于25 ℃条件下的纤维素酶活性(2.2 U/mL)。然而木聚糖酶活性(32.17 U/mL)略低于刘晓敏等^[35]研究中的33.5 U/mL，这些结果表明，在低温条件下，菌株可能通过调控代谢途径，提高漆酶和纤维素酶的分泌以适应环境胁迫，同时可能优先分解木质素和纤维素。P. acerina在15 ℃条件下的漆酶活性为49.38 U/mL，显著高于张富美等^[36] 25 ℃条件下，第10天测得的最大值18.52 U/mL。I. lacteus在15 ℃条件下表现出较高的羧甲基纤维素酶(208.06 U/mL)和木聚糖酶活性(31.27 U/mL)，与肖瑶等^[37]在28 ℃条件下测得酶活值相近，展现出较好的温度适应性；此外，其漆酶活性(5.14 U/mL)显著高于28 ℃条件下的酶活(3.079 U/mL)，这些结果表明，低温可能促进 I. lacteus 漆酶的分泌或活性增强，从而提升其在低温环境下降解木质素的潜力。综合来看，该菌株在低温下展现出优越的木质纤维素降解能力，可能适用于寒冷地区或低温工业应用场景。据孙悦等^[38]报道，A. biennis在28 ℃条件下，PD培养基加0.25 mmol/L Cu²⁺诱导培养后漆酶活性为1.82×10⁵ U/mL，本研究中A. biennis在15 ℃条件下可以产出的漆酶酶活为186.21 U/mL。

尽管本研究筛选出了一些具有较强降解木质纤维素能力的低温适应性大型真菌，但这些菌株在低温下表现出优异降解性能的具体机制仍需进一步探讨。木质纤维素的降解主要依赖于纤维素降解酶、半纤维素降解酶以及木质素降解酶(如漆酶)的协同作用。尤其是T. suaveolens在15 ℃条件下表现出较高的羧甲基纤维素酶活性(168.17 U/mL)，相较于柳卓含等^[32]研究中常温下的67.88 U/mL，酶活提高了147.7%，表明该菌株可能具有某些特有机制来维持酶的活性和稳定性。这些机制可能涉及冷适应性同种酶的表达，这类酶具有更强的低温稳定性^[39]。此外，低温条件下的真菌可能通过调节细胞膜流动性、膜蛋白稳定性以及优化代谢途径来提高能量利用效率，从而增强酶的合成与活性。研究表明，寒冷适应性真菌通常通过基因表达调控、膜脂成分的变化及特定代谢途径的激活来适应低温环境^[40]。因此，P. ostreatus可能通过调节细胞膜流动性和优化代谢速率来增强低温适应性，从而维持较高的酶活性。然而，这些低温适应机制的具体分子调控方式仍不清楚，未来的基因组学和蛋白质组学研究将有助于进一步揭示这些菌株如何在低温条件下保持较强的木质纤维素降解能力。

一般来说，低温通常对酶活性具有抑制作用。本研究通过对大量大型真菌菌株在低温环境中的酶活性进行系统性筛选和检测，发现了一批对低温环境具有极强适应性且表现出高效漆酶活性的物种和菌株。这些工作填补了相关研究空白，为大型真菌木质纤维素降解特性在低温环境中的应用提供了重要的数据支持，也为寒冷地区秸秆等农业废弃物的降解及低温工业应用提供了重要的理论支持。

4 结论

收起

本研究对来自245个大型真菌物种的955个菌株进行了木质纤维素降解酶活性筛选，获得了11株在低温(15 ℃)条件下表现出优异木质纤维素降解能力的菌株，分别为T. suaveolens、I. lacteus、C. leave、S. hirsutum、P. ostreatus、P. acerina、A. xanthodermus、N. fumosipora、P. multicingulata、A. biennis和A. cepistipes等11个物种。其中，C. leave、A. xanthodermus和P. multicingulata是首次被报道具有较高的木质纤维素降解能力；进一步分析发现，T. suaveolens在低温条件下同时具备较高的纤维素、半纤维素和木质素降解能力。P. ostreatus和S. hirsutum在低温条件下分别表现出较高的羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和漆酶活性，这些结果进一步说明大型真菌在低温环境中仍能保持较高的木质纤维素降解能力。本研究为寒冷地区玉米秸秆的生物降解提供了重要的微生物资源，拓展了低温木质纤维素降解菌的种类，为秸秆资源化利用提供了科学依据和理论支持，具有实际应用潜力。

基金

收起

中国科学院战略性先导科技专项(XDA28030401)

参考文献

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文献

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2025年第65卷第4期

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doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250030

接收时间：2025-01-13
首发时间：2026-02-06
出版时间：2025-04-04

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作者

出版历史

收稿日期：2025-01-13
录用日期：2025-03-07

基金

Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA28030401)

中国科学院战略性先导科技专项(XDA28030401)

作者信息

^1.山西农业大学农学院，山西晋中

^2.中国科学院微生物研究所，真菌学国家重点实验室，北京

^3.中国科学院大学生命科学学院，北京

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参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/wswxb/CN/10.13343/j.cnki.wsxb.20250030

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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RefWorks
TxT

No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation	No.	Strain ID	Degree of filter paper degradation
1	ZRL20170883	+++++	23	ZRL20181126	+++
2	ZRL20190819	+++	24	GX20172649	++++
3	ZRL20200578	+++	25	ZRL20152075	+++
4	QL20170055	+++	26	ZRL20211291	+++
5	GX20170702	+++	27	ZRL20221232	+++
6	ZRL20190771	+++	28	ZRL20210094	++++
7	GX20170368	+++	29	ZRL20201493	+++
8	ZRL20161117	++++	30	ZRL20211252	+++
9	ZRL20211559	+++	31	ZRL20210558	+++
10	ZRL20220275-1	+++	32	ZRL20210699	+++
11	ZRL20161815	+++	33	ZRL20200020	+++
12	ZRL20221433	+++	34	GX20170029	+++
13	GX20170579	+++	35	ZRL20201260	++++
14	ZRL20220770	+++	36	GX20170468	+++
15	ZRL20211707	+++	37	QL20170034	+++
16	ZRL20190663	+++	38	ZRL20221226	+++
17	ZRL20180729	+++	39	ZRL20180315-3	+++
18	ZRL20201647	+++	40	GX20172239	+++
19	ZRL20201817	+++	41	ZRL20221312	+++
20	ZRL20190854	+++	42	GX20170329	+++
21	ZRL20161052	+++	43	ZRL20162143	+++
22	ZRL20170506	+++	44	ZRL20201188	++++

No.

Strain ID

Degree of filter paper degradation

No.

Strain ID

Degree of filter paper degradation

ZRL20170883

+++++

ZRL20181126

+++

ZRL20190819

+++

GX20172649

++++

ZRL20200578

+++

ZRL20152075

+++

QL20170055

+++

ZRL20211291

+++

GX20170702

+++

ZRL20221232

+++

ZRL20190771

+++

ZRL20210094

++++

GX20170368

+++

ZRL20201493

+++

ZRL20161117

++++

ZRL20211252

+++

ZRL20211559

+++

ZRL20210558

+++

ZRL20220275-1

+++

ZRL20210699

+++

ZRL20161815

+++

ZRL20200020

+++

ZRL20221433

+++

GX20170029

+++

GX20170579

+++

ZRL20201260

++++

ZRL20220770

+++

GX20170468

+++

ZRL20211707

+++

QL20170034

+++

ZRL20190663

+++

ZRL20221226

+++

ZRL20180729

+++

ZRL20180315-3

+++

ZRL20201647

+++

GX20172239

+++

ZRL20201817

+++

ZRL20221312

+++

ZRL20190854

+++

GX20170329

+++

ZRL20161052

+++

ZRL20162143

+++

ZRL20170506

+++

ZRL20201188

++++

No.	Strain ID	Name	3 d	6 d	9 d	12 d
1	ZRL20181126	香栓孔菌Trametes suaveolens	7.03±0.00	15.77±1.91	6.17±0.00	45.63±2.46	58.90±3.81	100.31±10.91	168.17±4.42	33.07±4.49	21.60±0.00	85.86±3.57	20.26±1.03	21.60±0.00
2	ZRL20200020	乳白耙齿菌 Irpex lacteus	6.79±0.40	16.22±1.03	4.12±0.59	74.73±0.80	21.84±2.43	1.03±1.78	162.84±4.34	31.27±0.39	5.14±3.56	208.06±1.20	18.69±1.70	5.14±3.56
3	ZRL20211707	乳白蛋巢菌Crucibulum laeve	24.18±2.13	11.95±1.95	1.03±0.59	67.77±1.75	47.67±2.17	3.09±0.00	136.18±1.75	39.36±7.41	25.72±1.78	250.95±1.75	18.24±1.95	25.72±1.78
4	ZRL20211291	韧革菌 Stereum hirsutum	4.59±0.49	2.97±0.95	0.00±0.00	172.23±2.46	21.61±3.71	15.43±4.36	113.68±2.81	43.40±1.91	63.27 ± 2.18	208.06±1.20	74.18±2.06	6.17 ± 0.00
5	GX20170029	糙皮侧耳 Pleurotus ostreatus	8.76±0.49	0.00±0.00	6.17±0.00	29.63±0.49	4.65±1.43	58.64±21.82	150.78±1.45	27.68±5.35	154.32±0.00	165.86±5.40	8.13±2.72	154.32±0.00
6	ZRL20221433	枫生射脉革菌 Phlebia acerina	8.42±1.97	4.65±1.43	0.00±0.00	57.11±1.97	9.03±1.91	1.54±2.18	124.35±2.44	38.91±0.67	49.38±5.35	262.31±0.70	47.22±6.12	49.38±5.35
7	QL20170055	黄斑蘑菇 Agaricus xanthodermus	5.29±2.46	12.74±0.48	0.00±0.00	70.33±3.93	11.05±12.39	18.52±4.36	50.38±1.61	38.68±2.81	188.27±6.17	25.34±2.24	43.40±5.52	188.27±6.17
8	GX20170468	灰孔新小层孔菌Neofomitella fumosipora	0.00±0.00	8.81±3.46	2.06±1.57	0.74±0.73	9.70±2.94	0.00±0.00	15.84±2.13	52.61±12.90	2.06±1.78	52.61±3.71	91.03±0.78	2.06±1.78
9	GX20170329	多瓣鳞伞 Pholiota multicingulata	12.82±2.44	8.58±1.03	3.08±0.00	47.37±1.84	77.32±7.42	2.06±1.78	31.60±2.81	51.80±16.01	3.08±0.00	15.55±1.03	5.44±2.37	3.08±0.00
10	GX20172649	褐伞残孔菌 Abortiporus biennis	3.55±0.00	3.98±5.24	7.72±1.09	49.81±2.46	11.05±0.95	57.10±2.18	111.83±1.06	39.13±12.52	186.21±8.91	158.67±2.09	41.16±1.56	186.21±8.91
11	ZRL20190819	黄小蜜环菌Armillaria cepistipes	5.98±1.48	0.00±0.00	0.00±0.00	245.97±0.49	10.04±3.34	47.84±6.55	66.85±0.70	20.71±4.10	62.76±4.71	41.81±1.84	32.17±3.71	62.76±4.71

No.

Strain ID

Name

3 d

6 d

9 d

12 d

CMCase activity (U/mL)

Xylanase activity (U/mL)

Laccase activity (U/mL)

CMCase activity (U/mL)

Xylanase activity (U/mL)

Laccase activity (U/mL)

CMCase activity (U/mL)

Xylanase activity (U/mL)

Laccase activity (U/mL)

CMCase activity (U/mL)

Xylanase activity (U/mL)

Laccase activity (U/mL)

ZRL20181126

香栓孔菌Trametes suaveolens

7.03±0.00

15.77±1.91

6.17±0.00

45.63±2.46

58.90±3.81

100.31±10.91

168.17±4.42

33.07±4.49

21.60±0.00

85.86±3.57

20.26±1.03

21.60±0.00

ZRL20200020

乳白耙齿菌

Irpex lacteus

6.79±0.40

16.22±1.03

4.12±0.59

74.73±0.80

21.84±2.43

1.03±1.78

162.84±4.34

31.27±0.39

5.14±3.56

208.06±1.20

18.69±1.70

5.14±3.56

ZRL20211707

乳白蛋巢菌Crucibulum laeve

24.18±2.13

11.95±1.95

1.03±0.59

67.77±1.75

47.67±2.17

3.09±0.00

136.18±1.75

39.36±7.41

25.72±1.78

250.95±1.75

18.24±1.95

25.72±1.78

ZRL20211291

韧革菌

Stereum hirsutum

4.59±0.49

2.97±0.95

0.00±0.00

172.23±2.46

21.61±3.71

15.43±4.36

113.68±2.81

43.40±1.91

63.27 ± 2.18

208.06±1.20

74.18±2.06

6.17 ± 0.00

GX20170029

糙皮侧耳

Pleurotus ostreatus

8.76±0.49

0.00±0.00

6.17±0.00

29.63±0.49

4.65±1.43

58.64±21.82

150.78±1.45

27.68±5.35

154.32±0.00

165.86±5.40

8.13±2.72

154.32±0.00

ZRL20221433

枫生射脉革菌

Phlebia acerina

8.42±1.97

4.65±1.43

0.00±0.00

57.11±1.97

9.03±1.91

1.54±2.18

124.35±2.44

38.91±0.67

49.38±5.35

262.31±0.70

47.22±6.12

49.38±5.35

QL20170055

黄斑蘑菇

Agaricus xanthodermus

5.29±2.46

12.74±0.48

0.00±0.00

70.33±3.93

11.05±12.39

18.52±4.36

50.38±1.61

38.68±2.81

188.27±6.17

25.34±2.24

43.40±5.52

188.27±6.17

GX20170468

灰孔新小层孔菌Neofomitella fumosipora

0.00±0.00

8.81±3.46

2.06±1.57

0.74±0.73

9.70±2.94

0.00±0.00

15.84±2.13

52.61±12.90

2.06±1.78

52.61±3.71

91.03±0.78

2.06±1.78

GX20170329

多瓣鳞伞

Pholiota multicingulata

12.82±2.44

8.58±1.03

3.08±0.00

47.37±1.84

77.32±7.42

2.06±1.78

31.60±2.81

51.80±16.01

3.08±0.00

15.55±1.03

5.44±2.37

3.08±0.00

GX20172649

褐伞残孔菌

Abortiporus biennis

3.55±0.00

3.98±5.24

7.72±1.09

49.81±2.46

11.05±0.95

57.10±2.18

111.83±1.06

39.13±12.52

186.21±8.91

158.67±2.09

41.16±1.56

186.21±8.91

ZRL20190819

黄小蜜环菌Armillaria cepistipes

5.98±1.48

0.00±0.00

245.97±0.49

10.04±3.34

47.84±6.55

66.85±0.70

20.71±4.10

62.76±4.71

41.81±1.84

32.17±3.71

62.76±4.71