全 文 ：第 １２卷第 １期
２０１４年 １月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ １
Ｊａｎ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０１ ００７
收稿日期：２０１３－１０－１６
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１１ＣＢ７０７４０４）；国家自然科学基金（１１３１１１４０２９３）
作者简介：孟冬冬（１９８７—），男，山东聊城人，博士研究生，研究方向：木质纤维素降解；李福利（联系人），研究员，Ｅ⁃ｍａｉｌ：Ｌｉｆｌ＠ ｑｉｂｅｂｔ ａｃ ｃｎ
极端嗜热厌氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ木质纤维素
降解研究
孟冬冬１，２，张坤迪１，２，英 瑜１，３，陈晓华１，李福利１
（１ 中国科学院 青岛生物能源与过程研究所，青岛 ２６６１０１； ２ 中国科学院大学，北京 １０００４９；
３ 中国水产科学研究院 黄海水产研究所，青岛 ２６６０７１）
摘 要：随着能源危机的加剧，木质纤维素作为生产生物能源的重要原料得到人们的广泛关注。 目前，极端嗜热厌
氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属已发现 ８ 个种，具有高效的木质纤维素降解能力，甚至可以作用于未经预处理的木质纤
维素。 自从 ２０世纪 ８０年代以来，人们在 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属的菌株生理生化性质、木质纤维素降解机制及转化能
力、基因组、转录组及蛋白质组、遗传转化体系等方面，都取得了一系列研究成果。 笔者对嗜热厌氧菌
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属木质纤维素降解的研究现状及前景进行综述及展望。
关键词：嗜热厌氧菌；Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ；木质纤维素
中图分类号：Ｑ９３９ ９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０１－００３７－０９
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
ＭＥＮＧ Ｄｏｎｇｄｏｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｋｕｎｄｉ１，２，ＹＩＮＧ Ｙｕ１，３，ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｈｕａ１，ＬＩ Ｆｕｌｉ１
（１ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１０１，Ｃｈｉｎａ；
２ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ；
３ Ｙｅｌｌｏｗ Ｓｅａ Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｉｓｈｅｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｒｉｓｉｓ，ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｂｉｏｍａｓｓ，ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ
ｈａｓ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｕｂｌｉｃ ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ，ａ ｇｒｏｕｐ ｏｆ
ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ａｎａｅｒｏｂｅｓ， ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ， ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｔｏ ｄｅｇｒａｄｅ
ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ １９８０′ｓ， ｐｅｏｐｌｅ ｈａｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｏｎ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，
ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ，ｇｅｎｏｍｉｃｓ， ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｉｃｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ，ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ
ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ａｎａｅｒｏｂｅｓ；Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ；ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
化石能源是一种不可再生资源，随着社会经济
的发展，日益增大的能源需求及能源储量的减少逐
渐成为制约人类发展的一大瓶颈。 木质纤维素作
为地球上广泛存在的可再生资源，将其转化成可发
酵的单糖或寡糖，是解决能源危机的有效途径。 在
这一转化过程中，纤维素酶是决定其能否高效进行
的关键。 因此，寻找具有高效木质纤维素降解能力
的菌株并对其进行深入研究成为人们关注的焦点。
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属菌株属于极端嗜热厌氧
菌，具有极强的木质纤维素降解能力。 从 ２０ 世纪
８０年代第一个 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株 Ｃ ｓａｃｃｈａｒ⁃
ｏｌｙｔｉｃｕｓ ＤＳＭ ８９０３ 分离以来［１］，人们又陆续分离得
到了 ７个同属的菌株，并分别研究了它们的生理生
化性质及木质纤维素降解能力。 伴随着 ８株菌的基
因组测序完成，人们在其遗传转化体系及相关纤维
素酶的研究方面也取得了一系列研究进展。 本文
中笔者将对 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株的研究现状及
前景进行综述和展望。
１ 极端嗜热纤维素降解厌氧菌的多
样性
微生物根据其最适生长温度可以分为嗜热微
生物（５０～７０ ℃）和极端嗜热微生物（＞７０ ℃），而最
适生长温度大于 ８０ ℃的极端嗜热微生物又称为超
嗜热微生物［２］。 在高温环境下，由于 Ｏ２溶解度低及
存在一些还原性气体，这种生态环境下的微生物多
为厌氧或微好氧微生物。 极端嗜热微生物分布广
泛，包括温泉、火山口、浅海海滩、深海地热口以及
生物堆肥等生态环境［３］。 目前，在多个属中发现有
极端嗜热纤维素降解厌氧菌，包括 Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ、
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒ⁃
ｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ和 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属等。
与常温微生物一样，嗜热厌氧菌也需要通过一
系列的机制获得营养和能源。 嗜热厌氧菌利用其
丰富的糖苷水解酶（ＧＨｓ）及转移酶（ＧＴｓ）将自然界
中各种简单或复杂的碳水化合物转化成自身的 Ｃ
源和能源，同时也为我们提供了丰富的嗜热纤维素
酶库。 与常温纤维素酶相比，这些来源于嗜热厌氧
菌的纤维素酶具有热稳定性好、半衰期长等优点，
因此可以提高酶的使用效率，在生产中降低酶的用
量，减少生产成本。
２ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属菌株降解未
预处理木质纤维素的研究进展
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属目前包含 ８ 个种，属于革
兰氏阳性菌，ＧＣ 含量较低，而且不产生孢子。 它们
的最适生长温度在 ６５～７８ ℃，可以高效降解多种复
杂碳水化合物。 与多个 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ 菌株不同的是，
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 菌株不产生纤维小体，而是将游
离 的 纤 维 素 酶 分 泌 到 周 围 环 境 中。
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ菌株可以同时发酵 Ｃ５和 Ｃ６的单
糖，是整合生物加工工艺（ＣＢＰ）的优先候选者。
２ １ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株具有广泛的底物利
用谱
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ 是从新西兰淡水温泉中分离
得到的嗜热厌氧菌，能够利用纤维素、半纤维素以
及果胶等生物质，是 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属分离得到
的第一个模式菌株［１］。 Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ 可以同时
发酵 Ｃ５和 Ｃ６单糖，并有极高的产氢得率（１ ｍｏｌ葡
萄糖产生 ４ ｍｏｌ Ｈ２） ［４］。 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ 初始称为 Ａｎａｅｒｏ⁃
ｃｅｌｌｕｍ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ，是 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属中研究
较多的嗜热厌氧菌［５］，可以利用未经过预处理的木
质纤维素作为 Ｃ源［６］。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株能
代谢多种单糖和寡糖，可以同时利用葡聚糖和木聚
糖作为 Ｃ 源，降解预处理或未预处理的木质纤维
素［４－５，７－１５］（表 １）。
２ ２ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株具有极强的降解未
预处理木质纤维素能力
木质纤维素的主要组成是纤维素、半纤维素和
木质素［１６］。 纤维素是植物细胞壁中含量最丰富的
组成成分，是由 Ｄ 葡萄糖以 β １，４ 糖苷键连接而
成的同多糖，其聚合度在 １０ ０００ 或者更高。 纤维素
链间残基通过氢键和范德华力维系。 若干条链聚
集成紧密的有周期性晶格的分子束，称微晶或胶
束。 多个这样的胶束平行排列组成线状的微纤维。
半纤维素是由几种不同类型的单糖 （包括五碳
糖和六碳糖） 构成的异质多聚体，其包括的单糖类
型有：Ｄ 葡萄糖、Ｄ 半乳糖、Ｄ 木糖、Ｄ 甘露糖、
Ｌ 阿拉伯糖、Ｄ 葡萄糖醛酸和 ４ Ｏ 甲基 Ｄ 葡
萄糖醛酸。 半纤维素多糖大多具有侧链，聚合度小
于 ２００，侧链常被乙酰化。 在植物细胞壁中，半纤维
素常与微纤维非共价结合成为基质多糖。
木质素是一种复杂的不溶性酚类聚合物，主要
存在于植物的次生壁中，通过与多糖组分 （尤其是
半纤维素） 共价结合形成交织网来硬化细胞壁，起
抗压作用，具有较强的抗化学成分、真菌和细菌攻
击能力。
木质纤维素的降解需要大量酶的协同作用才能
完成［１７］。 ３类主要的纤维素酶：内切 β １，４ 葡聚
糖酶（ｅｎｄｏ⁃β⁃１，４⁃ｇｌｕｃａｎａｓｅ，ＥＧ，ＥＣ ３ ２ １ ４）、纤维二
糖水解酶（ ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅ，ＣＢＨ，ＥＣ ３ ２ １ ９１）和
β 葡萄糖苷酶（β⁃ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ，ＢＧ，ＥＣ ３ ２ １ ２１）共同
作用，将 β １，４ 糖苷键连接的纤维素葡聚糖链降解
为单糖（图 １）。 半纤维素的复杂性及异质性决定了
８３ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
其完全降解过程要求更多的半纤维素酶参与其中。
最常见的几种半纤维素酶有木聚糖酶（ｘｙｌａｎａｓｅ）、β
甘露聚糖酶（β⁃ｍａｎｎａｎａｓｅｓ）、α Ｌ 阿拉伯呋喃糖苷
酶（α⁃Ｌ⁃ａｒａｂｉｎｏｆｕｒａｎｏｓｉｄａｓｅｓ）、α Ｄ 葡糖醛酸糖苷酶
（α⁃Ｄ⁃ｇｌｕｃｕｒｏｎｉｄａｓｅ）、β 木糖苷酶（β⁃ｘｙｌｏｓｉｄａｓｅｓ）及
半纤维素酯酶（ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ ｅｓｔｅｒａｓｅｓ）（图 ２）。
表 １ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株特征
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
菌株
最适
温度 ／
℃
Ｃ源 产物
基因组
大小 ／
Ｍｂ
基因组
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Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ
ＤＳＭ ８９０３ ７０
可以利用 Ｄ 葡萄糖、Ｄ 木糖、
麦芽糖、淀粉、普鲁兰糖、无定形
及微晶纤维素和木聚糖等
Ｈ２、乙酸、乳酸和极
少的乙醇
２ ９７ ＣＰ０００６７９ ２ ７６０ ［４］
Ｃ ｂｅｓｃｉｉ
ＤＳＭ ６７２５ ７５
可以利用多种单糖，微晶纤维
素、羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）、淀
粉和糖原；可同时利用纤维素和
木聚糖；不能利用木糖和果胶
乳酸、乙酸、Ｈ２、ＣＯ２
和极少的乙醇
２ ９３ ＣＰ００１３９３ ２ ７７６ ［５，７－８］
Ｃ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ
ＡＴＣＣ ＢＡＡ２０７３ ７８
可以利用葡萄糖、木糖、麦芽糖、
淀粉、木聚糖、滤纸、果胶、稀酸
处理的柳枝稷等；不能利用岩藻
糖、木质素、核糖和羧甲基纤维
素钠（ＣＭＣ）等
乙酸、Ｈ２和 ＣＯ２ ２ ５３ ＣＰ００２ １６４ ２ ３３１ ［９－１０］
Ｃ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｉｓ
ＤＳＭ １８９０１ ６５
可以利用纤维素、羧甲基纤维素
钠（ＣＭＣ）、滤纸、淀粉、木聚糖、
果胶、纤维二糖、葡萄糖和木糖
等；不能利用丙酮酸、几丁质、海
藻糖和核糖等
乳酸和乙酸 ２ ７７ ＣＰ００２２１９ ２ ６２５ ［１１－１２］
Ｃ ｋｒｉｓｔｊａｎｓｓｏｎｉｉ
ＤＳＭ １２１３７ ７８
可以利用纤维素、木聚糖、淀粉、
果胶；不能利用酪蛋白胨、丙酮
酸、核糖和酵母提取物
乙酸、Ｈ２、ＣＯ２及少量
乳酸、乙醇
２ ８０ ＣＰ００２３２６ ２ ６４８ ［１２－１３］
Ｃ ｋｒｏｎｏｔｓｋｙｅｎｓｉｓ
ＤＳＭ １８９０２ ７０
可以利用纤维素、羧甲基纤维素
钠（ＣＭＣ）、木聚糖、葡萄糖和木
糖等，不能利用丙酮酸、几丁质、
棉籽糖和核糖
乳酸和乙酸 ２ ８４ ＣＰ００２３３０ ２ ５８３ ［１１－１２］
Ｃ ｌａｃｔｏａｃｅｔｉｃｕｓ
ＤＳＭ ９５４５ ６８
可以利用纤维素、木聚糖、淀粉、
果胶、木糖、麦芽糖等；不能利用
葡萄糖、甘露糖、丙酮酸、核糖和
蔗糖等
乙酸、Ｈ２、乳酸及少
量 ＣＯ２、乙醇
２ ６２ ＣＰ００３００１ ２ ４９２ ［１２，１４］
Ｃ ｏｗｅｎｓｅｎｓｉｓ
ＤＳＭ １３１００ ７５
可以利用葡萄糖、木糖、果糖、木
聚糖、淀粉、果胶和纤维素等；不
能利用甘油、乳酸和海藻糖等
乳酸、乙酸、乙醇、Ｈ２
和 ＣＯ２
２ ４３ ＣＰ００２２１６ ２ ２６４ ［１２，１５］
未预处理的木质纤维素是指经过粉碎、洗涤、
烘干等步骤除去物质表面的可溶性成分，从而制成
的颗粒大小相对均匀的天然木质纤维素材料，这一
过程未经过其他物理、化学处理，不涉及木质纤维
素化学键的断裂及结晶结构的破坏。 Ｙａｎｇ 等［６］研
究发现：Ｃ ｂｅｓｃｉｉ可以有效降解未预处理的木质纤维
素。 不溶性木质纤维素底物（如柳枝稷和白杨木）
粉碎后，在菌株最适生长温度（７５ ℃）下，悬浮在蒸
馏水（０ ０２ ｇ ／ ｍＬ）中搅拌过夜，之后经 ７５ ℃蒸馏水
洗涤 ２次，经滤膜筛选得到 ４０～６０ μｍ粒径的颗粒，
９３ 第 １期 孟冬冬等：极端嗜热厌氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ木质纤维素降解研究
图 １ 纤维素酶及纤维素降解［１７］
Ｆｉｇ １ Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ ａｎｄ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［１７］
图 ２ 半纤维素酶及半纤维素降解［１７］
Ｆｉｇ ２ Ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌａｓｅ ａｎｄ ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［１７］
经 ５０ ℃ 烘干后，制成未预处理的木质纤维素。
Ｃ ｂｅｓｃｉｉ利用未预处理的柳枝稷和白杨木作为 Ｃ
源，１０ ｈ 即可进入稳定期，细胞数目达到 １ × １０８
个 ／ ｍＬ。 收集培养菌体后，培养基中残余的木质纤
维素经上述洗涤烘干处理，制备不溶性底物。 研究
结果显示，使用过 １ 次和 ２ 次的不溶性木质纤维素
均可以作为 Ｃ 源支撑 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ 的生长，菌株在 １５ ～
２０ ｈ可以达到稳定期。 对用过的不溶性木质纤维
素分析显示，作为其组成成分的纤维素、半纤维素
和木质素的比例没有发生变化。 菌株培养 １０ ｄ 时，
未预处理的柳枝稷和白杨木利用率分别为 ２６％和
１５％。 上述实验结果反映了该菌株具有独特高效的
降解未经预处理木质纤维素的能力。
笔者所在课 题 组 筛 选 到 的 嗜 热 厌 氧 菌
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２，是与模式菌株 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕ⁃
ｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ ＤＳＭ ８９０３ 同种的菌株，二
者比较，Ｆ３２ 表现出更强的木质纤维素降解能力。
小麦秸秆经过上述处理步骤制成未预处理的木质
纤维素，以其作为 Ｃ 源添加到培养基中，培养至稳
定期，Ｆ３２ 细胞数目是模式菌株细胞数目的 ３ 倍。
进一步分析 Ｆ３２ 和 ＤＳＭ ８９０３ 胞外酶活，结果显示
Ｆ３２具有较高的内切纤维素酶活性与木聚糖酶活
性。 ２株菌胞外纤维素酶活性差异造成了它们木质
纤维素降解能力的强弱。
０４ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
木质纤维素是一种交联致密的杂合物，具有较高
的结晶度以及低的可及度，微生物或纤维素酶较难将
其降解。 微生物降解纤维素的速率随着温度提高急
剧增大，因此，相较于嗜常温微生物，嗜热厌氧菌在生
物质转化方面具有巨大优势。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属
的菌株能分泌大量游离的嗜热纤维素酶，在其最适生
长温度的高温条件下，具有极高的木质纤维素降解速
率。 另外，６５～７８ ℃的高温环境更有利于纤维素酶与
木质纤维素的吸附以及酶对底物晶体结构的破坏。
高温环境和丰富的、高催化效率的纤维素酶造成了
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属的菌株具有极强的针对未预处
理木质纤维素的降解能力。
２ ３ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属基因组、转录组及蛋白
质组研究进展
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属 ８ 个种模式菌株的全基因
组测序已经完成，这些信息的获得极大推动了嗜热
厌氧菌在木质纤维素降解方面的研究。 ８ 个菌株基
因组大小为 ２ ４３ ～ ２ ９７ Ｍｂ，基因组平均大小为
２ ７４ Ｍｂ，平均 ＧＣ含量为 ３５ ５％（表 １）。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌ⁃
ｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属是一个巨大的纤维素酶库，每个种的
菌株都包含了 ３７ ～ ６２ 个糖苷水解酶 （ ｇｌｙｃｏｓｉｄｅ
ｈｙｄｒｏｌａｓｅ，ＧＨ）、１ ～ ４ 个多糖裂解酶（ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ
ｌｙａｓｅ，ＰＬ）、４ ～ ９ 个碳水化合物酯酶 （ ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ
ｅｓｔｅｒａｓｅ，ＣＥ）以及 ２７ ～ ３５ 个糖基转移酶 （ ｇｌｙｃｏｓｙｌ
ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ， ＧＴ ）， 另 外 还 有 １２ ～ ３９ 个 ＡＢＣ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｓ（表 ２）。 全属的菌株共有 ４ ００９ 个 ＯＲＦｓ
编码分布于 ４３个家族的 １０６个糖苷水解酶［１８］。
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株的转录组测序工作也
已经取得了一些研究进展。 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ 基因组中的
２ ７７６个蛋白编码序列，其中有 １７１ 个和 ８８ 个基因
与碳水化合物的转运和利用相关。 纤维素对单糖
的转录组分析显示，有 ３２ 个碳水化合物活性基因、
６１个糖转移基因和 ２５ 个转录因子得到上调［７］。
Ｖａｎｆｏｓｓｅｎ等［１９］对 Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ的代谢进行了转
录组分析。 葡萄糖对半乳糖的转录组分析显示有
３２个开放阅读框（ＯＲＦｓ）明显上调，而葡萄糖对甘
露糖则有 ３５３个 ＯＲＦｓ明显上调。 该研究也探讨了
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ的 Ｃ 源代谢抑制（ ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ
ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＣＣＲ）作用机制。 通过转录组及比较基因
组学研究，Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ 至少含有 ２４ 个碳水化
合物特异的 ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｓ 以及 １ 个磷酸转移酶
系统（ｐｈｏｓｐｈｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＰＴＳ）。 对多种单糖
（阿拉伯糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖）
的转录组分析显示，大多数 ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ 仅在一
种单糖或多糖作为 Ｃ 源时会上调，而基因 Ｃｓａｃ ＿
０６９２和 Ｃｓａｃ＿０６９４ 在 ６ 种单糖的混合液中才会上
调，这 ２ 个基因注释为结合蛋白（ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ）。
基因组及转录组分析显示，大量的碳水化合物利用
及转运蛋白共同作用，从而使得菌株具有极广的底
物利用谱。
表 ２ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株碳水化合物相关模块及转运体系［１８］
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ⁃ｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｍａｉｎｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ［１８］
菌株
开放阅读框个数①
ＧＨ ＣＢＭ ＰＬ ＣＥ ＧＴ
总计② ＳｉｇＰ③ ＣＴ④
Ｃ ｂｅｓｃｉｉ ５２ ２２ ４ ７ ２９ ６８ ２３ ２０
Ｃ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｉｓ ６２ １７ １ ６ ２８ ７４ １５ ３９
Ｃ ｋｒｉｓｔｊａｎｓｓｏｎｉｉ ３７ １５ ３ ５ ３１ ４８ １４ １５
Ｃ ｋｒｏｎｏｔｓｋｙｅｎｓｉｓ ７７ ２８ ４ ９ ３５ ９３ ３２ ２８
Ｃ ｌａｃｔｏａｃｅｔｉｃｕｓ ４４ １８ ４ ４ ２７ ５４ １７ １２
Ｃ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ ４７ １８ ２ ５ ２９ ５９ １６ ２０
Ｃ ｏｗｅｎｓｅｎｓｉｓ ５１ １６ ４ ８ ３１ ６７ １９ １８
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ ５９ １７ １ ６ ３０ ７０ １７ ２５
注：①ＧＨ，糖苷水解酶；ＣＢＭ，碳水化合物结合模块；ＰＬ，多糖裂解酶；ＣＥ，碳水化合物酯酶；ＧＴ，糖苷转移酶。 ②包含糖苷水解酶、碳水化合物
结合模块、多糖裂解酶、碳水化合物酯酶或糖苷转移酶的开放阅读框总数。 ③ＳｉｇＰ，含有信号肽的蛋白数目。 ④ＣＴ，ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ个数。
Ｃ ｂｅｓｃｉｉ 和 Ｃ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ 的分泌蛋白中都包含 了大约 ４００个蛋白，其中大部分为多结构域的糖苷
１４ 第 １期 孟冬冬等：极端嗜热厌氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ木质纤维素降解研究
酶、胞外结合蛋白及功能未知的蛋白。 质谱结合纤
维素酶活性测定分析表明，胞外蛋白中多结构域的
糖苷酶，如 ＧＨ５、９、１０、４４、４８ 以及 ＣＢＭ３ 模块具有
很高的丰度［２０］。 分别以纤维二糖、结晶纤维素、柳
枝稷作为 Ｃ 源培养 Ｃ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ，分析其胞外蛋白
组成变化。 与以结晶纤维素作为底物相比，以纤维
二糖为 Ｃ源培养菌体时，可以诱导产生大量胞外的
多功能糖苷酶；而以不溶性底物作为 Ｃ 源时，与运
动和底物吸附相关的鞭毛、纤毛、趋药性蛋白含量
增大［２１］。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２ 可以同时代谢
五碳糖和六碳糖，且具有高效降解纤维素的特点。
在双向凝胶电泳（ｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｇｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，
２ＤＥ ） 和 质 谱 技 术 的 支 持 下， 分 析 了
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２在微晶纤维素和葡萄糖为
Ｃ源的培养基中胞外蛋白的差异［２２］。 对微晶纤维
素培养后大量表达的 ２３个蛋白进行质谱鉴定分析，
发现这些蛋白包括纤维素酶、木聚糖酶、普鲁兰酶、
胞外结合蛋白、Ｓ ｌａｙｅｒ 蛋白、ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ 蛋白
及未知功能的蛋白。
２ ４ 遗传转化平台的建立
遗传转化体系的建立是进行菌株改造、机制研
究的基础，但由于 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属细菌体内存
在着许多限制修饰系统 （ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ⁃ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ，ＲＭ ｓｙｓｔｅｍ），通过简单的 ＤＮＡ序列分析很难
准确获得这些限制修饰酶的功能，这对遗传转化体
系的建立造成很大的困难。 另外，Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
是嗜热厌氧菌，属于革兰氏阳性菌，具有较厚的细
胞壁，外源遗传物质很难通过物理、化学方法进入
细胞内部，这进一步加大了遗传转化平台建立的
难度。
Ｃｈｕｎｇ等［２３］对 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ ＤＳＭ ６７２５ 的研究取得
了突破。 菌株 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ中一个新的热稳定的限制酶
ＣｂｅＩ（Ａｔｈｅ＿２４３８）首先被克隆表达并得到深入研究，
通过对其酶切位点分析表明，ＣｂｅＩ 与限制酶 ＨａｅＩＩＩ
是同尾酶 （ ｉｓｏｓｃｈｉｚｏｍｅｒ） ［２３］。 进一步分析 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ
基因组信息及甲基化实验验证，得到了与限制酶
ＣｂｅＩ对应的 ＤＮＡ 甲基化酶 Ｍ ＣｂｅＩ（Ａｔｈｅ＿２４３７）。
在构建尿嘧啶营养缺陷型 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ 菌株的基础上，
通过电转化的方法实现了菌株的遗传转化［２４］。 以
上述研究为基础，Ｃ ｂｅｓｃｉｉ菌株中的限制酶 ｃｂｅＩ 基因
（Ａｔｈｅ＿２４３８）被成功敲除，从而实现了将来源于菌
株 Ｃ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｉｓ 的质粒 ＤＮＡ 转化进入 Ｃ ｂｅｓｃｉｉ
菌株［２５］。
２ ５ 嗜热纤维素酶的研究进展
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属菌株具有极强的纤维素和
半纤维素降解能力，是一个巨大的嗜热纤维素酶资
源库（表 ２）。 其糖苷水解酶模块分布于 ４３ 个家族，
种类非常丰富。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属的糖苷水解酶
大多是具有多结构域的蛋白，它们通常是由 １ 个或
２个催化结构域（ＧＨ）结合 １ 个或多个碳水化合物
结合结构域（ＣＢＭｓ）构成的，这些与碳水化合物降
解相关的基因，很多在染色体上是成簇存在的。
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ基因组中有 ２个 ＧＨ簇在纤维素及
半纤维素降解中有着重要作用。 基因簇 Ｃｓａｃ＿１０７６
到 Ｃｓａｃ＿１０８１ 编码的 ＣｅｌＡ ＭａｎＡ 作为纤维素酶起
作用；另外一个大的基因簇 ＸｙｎＢ ＸｙｎＦ （ Ｃｓａｃ ＿
２４０４ Ｃｓａｃ＿２４１１） 编码胞外或胞内蛋白，作用于木
聚 糖 及 其 侧 链 基 团 以 及 ＣＭＣ［２６］。 在
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ属的 ８ 个菌株里面，有一些纤维
素酶的 ＯＲＦｓ 是共有的，属于 １７ 个家族的 ２６ 个糖
苷水解酶（ＧＨｓ）组成了核心纤维素酶［１８］。
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ中的 ＣｅｌＢ （Ｃｓａｃ＿１０７８） 是一
个双功能蛋白，ＧＨ５与 ＧＨ１０模块通过 ＣＢＭ３ 连接。
ＧＨ５模块具有纤维二糖水解酶活性，可以有效地酶
解纤维素［２７］；ＧＨ１０具有 ＣＭＣ 和木聚糖酶活性［２６］。
Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ中的 ＣｅｌＡ （Ｃｓａｃ＿１０７６） 是一个模
块化的酶，ＧＨ９与 ＧＨ４８催化结构域通过 ３ 个 ＣＢＭ
连接，Ｃ ｂｅｓｃｉｉ菌株中也存在与其同源性非常高的纤
维素酶 ＣｂＣｅｌＡ。 通过克隆构建一系列 ＣｂＣｅｌＡ截短
蛋白，表明 ＣｂＣｅｌ９Ａ 为持续性内切纤维素酶，对不
溶性纤维素具有较高活力；ＣｂＣｂｈ４８Ａ 为纤维二糖
水解酶；而 ＣＢＭ 与热稳定性、渐进性、底物吸附有
关［２８］。 Ｃｅｌ９Ｂ ／ Ｍａｎ５Ａ［２９］和 ＣｂＭａｎ５Ｂ ／ Ｃｅｌ４４Ａ［３０］是
Ｃ ｂｅｓｃｉｉ菌株中的另外 ２个双功能纤维素酶，其不同
结构域功能都得到了实验验证。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
属菌 株 基 因 组 中 有 许 多 Ｓ ｌａｙｅｒ 蛋 白， 在
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２ 的胞外蛋白中也大量存
在［２２］。 Ｃ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ 中的 Ｓ ｌａｙｅｒ 蛋白 Ｃｓａｃ ＿
０６７８功能得到了验证，其催化结构域 ＧＨ５ 具有内
切葡聚糖酶和木聚糖酶活性，而 Ｓ ｌａｙｅｒ 结构域对
ＧＨ５催化功能没有影响［３１］。
木聚糖酶是木质纤维素降解的另一个关键酶。
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２具有极强的降解未预处理
的小麦秸秆的能力。 通过基因组分析，Ｆ３２ 具有 ２
个木聚糖酶，分别属于 ＧＨ１０ 和 ＧＨ１１ 家族，系统进
化树如图 ３所示。 Ｆ３２中 ２个热稳定的极端嗜热木
２４ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
聚糖酶最适温度在 ７５ ℃，但二者具有不同的特性，
Ｙｉｎｇ等［３２］研究发现木聚糖酶 ＪＸ０３０４００比酶活是木
聚糖酶 ＪＸ０３０４０１ 的 ９ 倍。 另外，通过异源表达发
现，Ｆ３２中有许多嗜热纤维素酶（表 ３）。 如，地衣聚
糖酶（ＫＣ９５８５６３）是一个新的具有专一 β １，３ １，
４ 葡聚糖键水解特异性的耐热酶［３３］。
图 ３ 木聚糖酶 ＪＸ０３０４００和 ＪＸ０３０４０１系统进化树［３２］
Ｆｉｇ ３ Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒｅｅ ｏｆ ＪＸ０３０４００，ＪＸ０３０４０１ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｇｅｎｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ
表 ３ 来源于 Ｆ３２的嗜热纤维素酶及半纤维素酶
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｌｅ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌａｓｅ ｉｎ ｓｔｒａｉｎ Ｆ３２
嗜热酶 Ｇｅｎｂａｎｋ登录号
酶学特性
蛋白相对
分子质量 最适 ｐＨ
最适温度 ／
℃ 半衰期
ａ
ｃｅｌｌｕｌａｓｅ ＪＸ０３０３９９ ８５ ０００ ５ ６ ７５ ３４ ０
β⁃ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ ＪＸ０３０３９８ ５３ ０００ ５ ６ ７５ １５ １
ｘｙｌａｎａｓｅ ＪＸ０３０４００ ４１ ０００ ６ ６ ７５ ４ １
ｘｙｌａｎａｓｅ ＪＸ０３０４０１ ７８ ０００ ６ ６ ７５ ４ ６
β⁃１，３⁃１，４⁃ｇｌｕｃａｎａｓｅ ＫＣ９５８５６３ ４６ ０００ ５ ６ ８０ ８ ０
注：ａ—最适温度、ｐＨ下的半衰期。
嗜热纤维素酶具有热稳定性好、半衰期长等优
点，具有较高的工业应用价值。 来源于 Ｆｅｒｖｉｄｏｂａｃｔ⁃
ｅｒｉｕｍ ｎｏｄｏｓｕｍ的 ＦｎＣｅｌ５Ａ 是一个嗜热内切葡聚糖
酶，通过对其结晶结构的分析，冯雁教授课题组对
极端嗜热葡聚糖酶的催化机制及耐热机制进行了
深入研究［３４］。 以 ＦｎＣｅｌ５Ａ作为催化结构域，进一步
建立了对 ＣＢＭ非水解破坏功能的定量方法［３５］。
３ 结论及展望
极端嗜热厌氧菌以其高温、强纤维素降解能力
成为人们的研究热点。 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属菌株是
嗜热厌氧菌中的代表，具有丰富的、耐高温的纤维
素酶，能够提供理论研究或工业生产中需要的大量
酶资源。 木质纤维素材料具有极强的生物抗屏障
性，能够抵制纤维素酶的降解，寻找高效降解未预
处理木质纤维素的酶，具有重要的工业应用意义。
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ 属菌株具有底物利用范围广、能
高效降解未预处理的木质纤维素、发酵过程中无碳
代谢抑制等优点。 如何深入探索 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
属菌株嗜热酶及其高效利用未预处理木质纤维素
的机制，并对其进行工业应用挖掘，是亟待解决的
问题。 随着基因组、转录组及蛋白质组的研究工作
深入，尤其是遗传转化平台的建立，为进一步从分
子水平上了解和改造嗜热厌氧菌，促使其成为 ＣＢＰ
３４ 第 １期 孟冬冬等：极端嗜热厌氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ木质纤维素降解研究
发酵细胞工厂平台系统提供坚实的基础。
参考文献：
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＂ Ａｎａｅｒｏｃｅｌｌｕｍ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ＂ ｓｔｒａｉｎ ＤＳＭ ６７２５ ａｓ
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ ｓｐ ｎｏｖ ［Ｊ］ ． Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔ Ｅｖｏｌｕｔ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１０，６０：２０１１⁃２０１５
［ ６ ］ Ｙａｎｇ Ｓ Ｊ， Ｋａｔａｅｖａ Ｉ， Ｈａｍｉｌｔｏｎ⁃Ｂｒｅｈｍ Ｓ Ｄ， ｅｔ ａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｐｌａｎｔ ｂｉｏｍａｓｓ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，
ｂｙ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ａｎａｅｒｏｂｅ ＂ Ａｎａｅｒｏｃｅｌｌｕｍ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ＂ ＤＳＭ
６７２５［Ｊ］ ．Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２００９，７５（１４）：４７６２⁃４７６９
［ ７ ］ Ｄａｍ Ｐ，Ｋａｔａｅｖａ Ｉ，Ｙａｎｇ Ｓ Ｊ， ｅｔ ａｌ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ｉｎｔｏ ｐｌａｎｔ ｂｉｏｍａｓｓ
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｅｎｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ
ｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ ＤＳＭ ６７２５［Ｊ］ ．Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ
Ｒｅｓ，２０１１，３９（８）：３２４０⁃３２５４
［ ８ ］ Ｋａｔａｅｖａ Ｉ Ａ，Ｙａｎｇ Ｓ Ｊ，Ｄａｍ Ｐ，ｅｔ ａｌ Ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ａｎａｅｒｏｂｉｃ，ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ，ａｎｄ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ＂ Ａｎａｅｒｏｃｅｌｌｕｍ
ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ＂ ＤＳＭ ６７２５ ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ， ２００９， １９１ （ １１ ）：
３７６０⁃３７６１
［ ９ ］ Ｈａｍｉｌｔｏｎ⁃Ｂｒｅｈｍ Ｓ Ｄ， Ｍｏｓｈｅｒ Ｊ Ｊ， Ｖｉｓｈｎｉｖｅｔｓｋａｙａ Ｔ， ｅｔ
ａｌ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ ｓｐ ｎｏｖ ， ａｎ ａｎａｅｒｏｂｉｃ，
ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ， ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ
ｏｂｓｉｄｉａｎ ｐｏｏｌ， ｙｅｌｌｏｗｓｔｏｎｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｐａｒｋ ［ Ｊ ］ ． Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１０，７６（４）：１０１４⁃１０２０
［１０］ Ｅｌｋｉｎｓ Ｊ Ｇ， Ｌｏｃｈｎｅｒ Ａ， Ｈａｍｉｌｔｏｎ⁃Ｂｒｅｈｍ Ｓ Ｄ， ｅｔ ａｌ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ
ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｅ
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ ＯＢ４７Ｔ ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，２０１０，１９２
（２２）：６０９９⁃６１００
［１１］ Ｍｉｒｏｓｈｎｉｃｈｅｎｋｏ Ｍ Ｌ， Ｋｕｂｌａｎｏｖ Ｉ Ｖ， Ｋｏｓｔｒｉｋｉｎａ Ｎ Ａ， ｅｔ
ａｌ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｋｒｏｎｏｔｓｋｙｅｎｓｉｓ ｓｐ ｎｏｖ ａｎｄ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒ⁃
ｕｐｔｏｒ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｉｓ ｓｐ ｎｏｖ ， ｔｗｏ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ，
ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ， ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ ｆｒｏｍ Ｋａｍｃｈａｔｋａ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒｉｎｇｓ
［Ｊ］ ．Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔ Ｅｖｏｌｕｔ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２００８，５８：１４９２⁃１４９６
［１２］ Ｂｌｕｍｅｒ⁃Ｓｃｈｕｅｔｔｅ Ｓ Ｅ， Ｏｚｄｅｍｉｒ Ｉ， Ｍｉｓｔｒｙ Ｄ， ｅｔ ａｌ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ
ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎａｅｒｏｂｉｃ，ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｐｌａｎｔ
ｂｉｏｍａｓｓ⁃ｄｅｇｒａｄｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｉｓ，
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｋｒｉｓｔｊａｎｓｓｏｎｉｉ，Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｋｒｏｎｏｔｓｋｙｅｎ⁃
ｓｉｓ， Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｏｗｅｎｓｅｎｓｉｓ， ａｎｄ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
ｌａｃｔｏａｃｅｔｉｃｕｓ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，２０１１，１９３（６）：１４８３⁃１４８４
［１３］ Ｂｒｅｄｈｏｌｔ Ｓ，Ｓｏｎｎｅ⁃Ｈａｎｓｅｎ Ｊ，Ｎｉｅｌｓｅｎ Ｐ，ｅｔ ａｌ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
ｋｒｉｓｔｊａｎｓｓｏｎｉｉ ｓｐ ｎｏｖ ， ａ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ，
ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ［Ｊ］ ．Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，１９９９，４９：９９１⁃９９６
［１４］ Ｍｌａｄｅｎｏｖｓｋａ Ｚ， Ｍａｔｈｒａｎｉ Ｉ Ｍ， Ａｈｒｉｎｇ Ｂ Ｋ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ Ｌａｃｔｏａｃｅｔｉｃｕｓ ｓｐ⁃ｎｏｖ， ａｎ
ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ，ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ，ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ［Ｊ］ ．Ａｒｃｈ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１９９５，１６３（３）：２２３⁃２３０
［１５］ Ｈｕａｎｇ Ｃ Ｙ， Ｐａｔｅｌ Ｂ Ｋ， Ｍａｈ Ｒ Ａ， ｅｔ ａｌ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
ｏｗｅｎｓｅｎｓｉｓ ｓｐ ｎｏｖ ， ａｎ ａｎａｅｒｏｂｉｃ， ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ，
ｘｙｌａｎｏｌｙｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ［Ｊ］ ．Ｉｎｔ Ｊ Ｓｙｓｔ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，１９９８，４８：９１⁃９７
［１６］ Ｈｉｍｍｅｌ Ｍ Ｅ， Ｄｉｎｇ Ｓ Ｙ， Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｄ Ｋ， ｅｔ ａｌ Ｂｉｏｍａｓｓ
ｒｅｃａｌｃｉｔｒａｎｃｅ： ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｅｎｚｙｍｅｓ ｆｏｒ ｂｉｏｆｕｅｌｓ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］ ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，３１５：８０４⁃８０７
［１７］ Ｋｕｍａｒ Ｒ， Ｓｉｎｇｈ Ｓ， Ｓｉｎｇｈ Ｏ Ｖ Ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ
ｂｉｏｍａｓｓ： ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［Ｊ］ ． Ｊ Ｉｎｄ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，３５（５）：３７７⁃３９１
［１８］ Ｂｌｕｍｅｒ⁃Ｓｃｈｕｅｔｔｅ Ｓ Ｅ， Ｇｉａｎｎｏｎｅ Ｒ Ｊ， Ｚｕｒａｗｓｋｉ Ｊ Ｖ， ｅｔ
ａｌ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｐａｎｇｅｎｏｍｅｓ ｒｅｖｅａｌ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔｓ
ｆｏｒ ｎｏｎｃｅｌｌｕｌｏｓｏｍａｌ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｂｉｏｍａｓｓ
［Ｊ］ ．Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，２０１２，１９４（１５）：４０１５⁃４０２８
［１９］ Ｖａｎｆｏｓｓｅｎ Ａ Ｌ， Ｖｅｒｈａａｒｔ Ｍ Ｒ Ａ， Ｋｅｎｇｅｎ Ｓ Ｍ Ｗ， ｅｔ
ａｌ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ
ｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ ｒｅｖｅａｌ ｂｒｏａｄ ｇｒｏｗｔｈ
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ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ ｔｏ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｔｈｅ ｓｅｃｒｅｔｅｄ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃ
ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ ａｎｄ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
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［２１］ Ｌｏｃｈｎｅｒ Ａ，Ｇｉａｎｎｏｎｅ Ｒ Ｊ，Ｋｅｌｌｅｒ Ｍ，ｅｔ ａｌ Ｌａｂｅｌ⁃ｆｒｅｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ
ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｏｂｓｉｄｉａｎｓｉｓ ｒｅｖｅａｌ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ
ｕｐｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ｏｎ ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ， ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ， ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ
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ｆｒｏｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ ＤＳＭ ６７２５ ａｎｄ ａ ｍｅｍｂｅｒ ｏｆ ａ ｎｅｗ
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ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ
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Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ［Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ， ２０１２， ７８
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［３０］ Ｙｅ Ｌ Ｂ，Ｓｕ Ｘ Ｙ，Ｓｃｈｍｉｔｚ Ｇ Ｅ，ｅｔ ａｌ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＧＨ４４ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ＣｂＭａｎ５Ｂ ／ Ｃｅｌ４４Ａ， ａ
ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｅｎｚｙｍｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ
Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｂｅｓｃｉｉ ［Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１２，７８
（１９）：７０４８⁃７０５９
［３１］ Ｏｚｄｅｍｉｒ Ｉ， Ｂｌｕｍｅｒ⁃Ｓｃｈｕｅｔｔｅ Ｓ Ｅ， Ｋｅｌｌｙ Ｒ Ｍ Ｓ⁃ｌａｙｅｒ ｈｏｍｏｌｏｇｙ
ｄｏｍａｉｎ ｐｒｏｔｅｉｎｓ Ｃｓａｃ ＿０６７８ ａｎｄ Ｃｓａｃ ＿ ２７２２ ａｒｅ ｉｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｎ
ｐｌａｎｔ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ
ｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ ［ Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１２，７８（３）：７６８⁃７７７
［３２］ Ｙｉｎｇ Ｙ，Ｍｅｎｇ Ｄ Ｄ，Ｃｈｅｎ Ｘ Ｈ，ｅｔ ａｌ Ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ
ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ ｓｐ Ｆ３２ ｅｘｈｉｂｉｔｓ
ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｘｙｌａｎａｓｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｘｙｌａｎ
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］ ．Ｅｎｚｙｍｅ Ｍｉｃｒｏｂ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１３，５３（３）：１９４⁃１９９
［３３］ 英瑜，张英伟，李福利，等 降解纤维素的酶及其构建和应
用：中国，２０１３１０２０４３０８ ３［Ｐ］ ２０１３⁃０５⁃２９
［３４］ Ｚｈｅｎｇ Ｂ Ｓ， Ｙａｎｇ Ｗ， Ｚｈａｏ Ｘ Ｙ， ｅｔ ａｌ Ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ
ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｅｎｄｏ⁃ｂｅｔａ⁃１， ４⁃ｇｌｕｃａｎａｓｅ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ
ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，２０１２，
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［３５］ Ｗａｎｇ Ｙ Ｇ，Ｔａｎｇ Ｒ Ｔ，Ｔａｏ Ｊ，ｅｔ ａｌ Ｃｈｉｍｅｒｉｃ ｃｅｌｌｕｌａｓｅ ｍａｔｒｉｘ ｆｏｒ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｙｎｅｒｇｉｓｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｎｏｎ⁃ｈｙｄｒｏｌｙｔｉｃ
ｄｉｓｒｕｐｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ⁃ｂｉｎｄｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，２０１２，２８７（３５）：２９５６８⁃２９５７８
（责任编辑 管珺）
５４ 第 １期 孟冬冬等：极端嗜热厌氧菌 Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒ木质纤维素降解研究