白蚁纤维素酶研究进展

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1、白蚁纤维素酶研究进展摘要纤维素是地球上蕴藏最多的可再生资源，白蚁是口然纤维素的主要降解者。介绍了白蚁纤维素酶对纤维素开发利用的重要意义，并就白蚁纤维素酶研究进展作一简述。关键词白蚁；纤维索酶；纤维索；降解纤维素是自然界中分布最广、蕴藏最多的一种天然可再生聚合体。自然界年产量纤维素超过1011t的，按能量换算约等于近7X1011t石油，而且纤维素无污染可再生，能循环环保使用［1］。口蚁遍布于除南极洲外的六大洲，全世界已知有3000多种白蚁，初步统计总量超过3.5x1017头，纤维索年均消耗量约7x108to目前制约纤维素广泛应用的主要因素

2、是纤维素酶的酶稳定性并、催化效率低、人工提取和表达的酶纯化难度较大、进行工业化大规模经济生产较难。门蚁纤维素酶对纤维素的开发利用具有特别重要的意义，已成为国内外研究的热点。本文就口蚁纤维素酶的研究进展作一简述。1白蚁纤维素酶简介纤维素酶是一组能够水解纤维素的葡萄糖昔键并转化成葡萄糖的多组分酶的总称。纤维素酶包括内切酶、葡萄糖背酶和外切酶。纤维素需耍这些酶的共同出现并且协同作用共同催化才能完全被降解。到目前为止，纤维索酶降解纤维索的催化降解机理仍未得到完全阐明。微生物（包括原生动物、细菌、真菌和放线菌等）、植物和节肢动物等都能分泌产生纤维

3、素酶［2

4、,但白蚁是分泌产生纤维素酶的最大群体。白蚁纤维索酶主要包括外源纤维索酶和内源纤维索酶。外源纤维索酶由白蚁消化道特别是中、后肠共生的微生物包括原生动物和细菌及高等白蚁巢体真菌分泌产生。目前，还有部分白蚁暂无内源纤维素酶发现的报道。一直以来，人们认为动物自身不含纤维素酶，以纤维素为食的动物是通过体内共生微生物来降解纤维素的。1963年，Marshalletal首次检测到动物能分泌产生内源纤维素酶。1998年，Watanabeetal在白蚁屮克隆到内源纤维索酶，从而证实了白蚁口身也能分泌产生内源性纤维素酶［3］。到现在，研究发现门蚁

5、内源纤维素酶包括内切酶和糖背酶，主要在口蚁中肠的上皮细胞和唾液腺分泌产生［4］,暂时述没有关于外切酶的报道。一•些研究发现：白蚁纤维索酶的酶学特性、稳定性、含量、组成成分及具分泌部位等与白蚁的品级、产地和种类等和关。白蚁体内的纤维素酶存在着动态的协调平衡。绝大部分白蚁通过内源和外源纤维素酶的协调催化降解作用，在体内形成高效地纤维素酶降解催化体系，在其独特的肠道结构和共生微生物的帮助下，将纤维素转为葡萄糖等营养物质以维持自身和共生微生物的生长。口蚁内源纤维素酶与外源纤维索酶的相互协同降解机制，白蚁与其体内微生物的共生关系现未得到完全阐明。

6、2白蚁纤维素酶研究进展至今,纤维素晦的研究已经历晦的提取纯化和克隆表达2个发展阶段。口前,人们主要集中在对纤维索酶的结构功能研究以及纤维索酶的高表达加以经济应用方面，并已在催化机理、生物合成调控及工业生产应方面用取得较大进展。人们对白蚁纤维素酶的研究，首先是从其共生微生物分泌的外源纤维素酶开始的。1925年，Clevelandetal指出白蚁共生原生动物在白蚁消化降解纤维素屮起着重要作用［5］。1932年，Tmger⑹发现白蚁肠道共生的鞭毛虫能够分泌纤维素酶。1938年，Hungateetal发现内华达占口蚁进食的纤维素1/2以上被其共

7、生原生动物降解［7］。2005年,Inoueetal在家白蚁共生原生动物屮克隆到了纤维素阳基因［8］,从分子角度证明白蚁体内存在着原生动物分泌的外源纤维索酶。KnigH、DrgeS和TamburiniEetal先后分别在白蚁中分离获到貝有纤维素酶活性的细菌［9］o2007,Warnecketal［10］对高等白蚁后肠共生微生物进行研究，发现人量纤维索酶基因，表明白蚁肠道细菌对白蚁纤维索的水解具有重要的作用。高等白蚁则能利用蚁巢共生真菌食取纤维素酶來催化纤维素。Martinetal发现撒哈拉大白蚁通过食巢真菌间接获取外切葡聚糖酶［ll］o

8、1998年，Watanabeetal通过试验在白蚁的唾液腺屮克隆到纤维素酶，从而证实了白蚁内源性纤维索酶的存在。随着研究的不断深入，越來越多的内源纤维素酶基因得以发现，内源纤维素酶在口蚁降解纤维素过程中的作用越来越为重要。1925年科学家发现了白蚁共生微生物降解纤维素的现象，但纤维素晦基因方面的研究始于20世纪70年代末。1982年，Whittleetal［12］首次在微生物中克隆到纤维素酶基因。1998年，Watanabeetal首次克隆出白蚁内源纤维素酶基因。1999年，Tokudaetal克隆到纤维素酶全长基因并在大肠杆菌屮得到表

9、达［13］。迄今为止，人们已经在白蚁肠道共生微生物中得到外源纤维索酶基因近1000个，主耍分属于糖基水解酶家族第45家族、第7家族和第5家族［14］,并已在大肠杆菌屮成功表达近100个。白蚁内源纤维素酶基因