近日，山东大学微生物技术国家重点实验室王禄山教授团队在bioresource technology上发表题为“low-cost and efficient strategy for brown algal hydrolysis: combination of alginate lyase and cellulase”的研究论文。李颖杰助理研究员为论文通讯作者，微生物技术国家重点实验室2020级硕士研究生张希月为论文第一作者。山东大学微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。
与陆地生物质相比，海洋藻类具有生长速度快、光合作用效率强、碳水化合物含量高以及不含木质素等优点，被称为第三代生物质资源。其中，褐藻作为全球产量最高的大型经济藻类，其生态系统占全球约25%的海岸线，每年产值上千亿美元，具有巨大的经济价值，广泛应用于食品、医药、农业和化工等各个领域。褐藻主要由褐藻胶、葡聚糖（葡聚糖以纤维素和昆布多糖形式存在）和甘露醇等组分构成。其中，褐藻胶（alginate）作为褐藻细胞壁的主要成分，最高可占细胞干重的40-50%，其降解产物——褐藻寡糖（alginate oligosaccharide，aos）具有免疫调节、抗肿瘤、抗菌和抗氧化等诸多重要生物活性。相较于褐藻其他有机碳组分，如葡聚糖和甘露醇，褐藻胶的生物转化更为复杂和困难，是制约褐藻高效转化的主要瓶颈。
本研究通过利用微生物低成本高性能的胞外发酵液实现了褐藻的绿色高效降解。我们首先从不同海洋环境中筛选获得了大量具有褐藻胶降解能力的微生物，褐藻胶降解活性分析发现，一株来源于鲍鱼肠道的弧菌vibriosp. b1z05对褐藻胶的降解效率明显优于其他菌株。基于整合组学技术分析发现，相较于其他褐藻胶降解微生物，vibriosp. b1z05的褐藻胶代谢酶系更为丰富，途径更为多样，褐藻降解更为高效；该过程受到褐藻胶的严格调控。研究发现，vibriosp. b1z05发酵上清液能够在24 h内完全降解海带中的褐藻胶，产生聚合度2-6的褐藻寡糖。通过对其生长和发酵等条件的优化，我们构建了可以直接用于褐藻寡糖生产和海藻肥制备的酶制剂。当其与纤维素酶等共同作用时，对不同褐藻，如海带、马尾藻、羊栖菜以及法国泡叶藻等的降解效率均显著高于工业化的褐藻胶酶制剂ce201，且制备的海藻肥含有丰富的植物激素。本研究为褐藻寡糖和有机海藻肥的制备提供了一种简单而有效的生产策略。
本项目得到了山东省自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目和山东大学基本科研业务费专项资金的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为本工作提供了重要支持。
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