纤维素酶研究进展

纤维素是地球上最丰富、最庞大的可更新资源之一，与人类的生存有着密切的关系。据估计，照射到地球上的太阳能约有0.1%被绿色植物通过光合作用而固定，每年可净产生植物有机物（15～20）×1010吨，其中纤维素便占了。纤维素是植物细胞壁的主要成分，同木质素、半纤维素、果胶质一起构成植物的“骨骼”，起着保护和支撑的作用，但究其化学组成，却是由最简单的葡萄糖分子组成。可惜，至今纤维素的利用只限于造纸、纺织、木材和做化学试剂，部分作为反刍动物的饲科，大部分的纤维素主要作为农业废物（如稻草、稻壳、麦杆、花生壳、玉米蕊、棉子壳、甘蔗渣等）、食品加工废物（果皮、果渣等）、木材废物（木屑、树皮），及城市废物（40%～60%固体废物是垃圾和废纸）等而被浪费掉了。据统计，全世界每年纤维素产量是1011吨，这些庞大的，每年更新的光合作用产物——纤维素，虽然无法为人类和大多数动物食用，但如果能用微生物方法，作为发酵原料，转化为葡萄糖和单细胞蛋白等，这将为人类的食品开拓新的取之不尽的来源，从广义上说，这也是太阳能利用的问题。鉴予以上原因，世界各国对纤维素资源作为新的能源十分重视，纤维素酶的国际会议日益频繁。下面罗列这十多年来纤维素酶专业会议的情况。

表1列出了纤维素专业会议，足见20世纪70年代以来，随着世界能源的短缺，对于纤维素作为新兴的可更新能源利用的重视。

表1　纤维素专业会议列表

纤维素酶由于涉及酶对固体纤维素的催化作用，酶蛋白诱导形成等酶化学和分子生物学的基本同题，所以它也是研究现代生物学的基础理论问题一个理想的材料。纤维素酶在自然界的分布十分广泛，从细菌、真菌、某些无脊椎动物，到高等植物都有，故具有普遍的生态意义。在反刍动物中涉及瘤胃和纤维分解细菌及原生动物之间的共生关系；在许多植物罹病过程中（包括木材腐朽）涉及植病发生的问题；值得注意的是，纤维素酶广泛分布在高等物中，与植物许多重要的生理过程，如生长、分化、激素作用等有着十分密切的关系。最近，Verma等报道，纤维素酶是高等植物中第一个被提取出它的mRNA，并完成体外翻译的酶［10］。植物的细胞壁及其纤维素的化学组成是区别于动物的重要特征，因此，纤维素及纤维素酶的生物进化也是一个饶有趣味的问题。

我国国内从事纤维素酶的研究只有10多年的历史，曾受到各方面的重视，在菌种［11］和培养、应用等方面曾取得一定的进展。纤维素酶已成功地应用于植物细胞脱壁试验应用于酒精发酵提高出酒率［15］、助消化剂试制、糖醛渣生产饲料酵母［16］、化纤降聚和酶法打浆［11］和粗饲料分解等工作中。但由于底物结构的复杂和菌种活力的限制，目前的应用大多停留在试验阶段。而且，基础理论研究的薄弱也限制了应用工作的发展。作者对国外纤维素酶研究概况曾作过一般性的评述［17］。本文进一步就近几年来的资料，尤其是基础理论方面的研究进展，加以扼要的评论。