纤维素是自然界中分布最广的一种复杂多糖,由p-1,4-糖苷键以线性模式连接葡萄糖组成尽管存在大量纤维素资源可作为再生能源发挥巨大潜能,但尚未得以充分利用,同时浪费还造成了环境污染。纤维素酶是可水解纤维素内p-1,4-糖苷键并释放葡萄糖单位的一类酶,包括外切葡聚糖苷酶(EC.3.2.1.91)、内切葡聚糖苷酶(EC.3.2.1.4)、β-葡萄糖苷酶(EC.3.2.1.21)。纤维素酶的应用往往受限于其较低催化效率和较差的酶稳定性。由于细菌具备的生长速率高、适应多种极端环境能力以及能够提供更高协同效率的复杂糖苷水解酶体系,大量关于细菌产纤维素酶的研究在全球范围内展开。为了满足工业应用需求,发掘新的特殊纤维素酶类正变成研究的焦点。细菌中,芽孢杆菌属细菌由于其较高生长速率、可分解胞外酶的能力以及生物安全性能而被广泛关注。近年来,许多研究已经报道了对来自芽孢杆菌属细菌纤维素酶的纯化和界定,这其中包括B.brevis、B.pumilus、B. amyoliquefaciens和Bacillus subtilis,但关于地衣芽孢杆菌的研究较少。本研究秸秆还田土壤中初筛获得一株高效纤维素降解菌CMC-4,根据菌株形态、理化性质及16S rDNA序列分析,初步鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。以此为出发菌株,经亚硝酸钠诱变获得一株稳定遗传的高产纤维素酶突变株CMC-4-3。对CMC-4和CMC-4-3的产酶条件和酶学性质进行比较分析。通过DNS法测定两者的产纤维素酶活力,分别为95.89 U·mL-1和160.29 U·mL-1,突变菌株CMC-4-3较原始菌株CMC-4纤维素酶活力提高67.5%。微生物中胞外纤维素酶产量显著受如温度、pH、装液量和通气量等因素的影响。研究结果表明CMC-4和CMC-4-3的最适产酶温度均为37℃,温度过高或过低会抑制菌体生长,从而影响酶的分泌水平。CMC-4的最适产酶pH为7.0,而CMC-4-3为6.0。两者最适合产酶碳源分别为麦芽糖和葡萄糖,均优于羧甲基纤维素钠,这与先前研究结果并不一致。而突变前后此种表型的变化可能是因为诱变引发菌株水解二糖的能力下降。此外,CMC-4和CMC-4-3的最适产酶氮源均为蛋白胨,来自其他研究中的结果也证实蛋白胨可显著促进纤维素酶的产生。原始和突变菌株的最适产酶装液量分别为60mL/250mL及80mL/250mL,最适产酶接种量也未发生变化,均为2.0%。以上结果表明,与CMC-4相比,CMC-4-3一些最适产酶条件,如pH和碳源,发生了变化。这可能是因为诱变使得纤维素酶编码基因突变或者引发其他相关酶基因的突变造成的。影响纤维素酶降解纤维素效率的因素主要包括反应pH、温度、激活剂和抑制剂。由CMC-4和CMC-4-3分泌的纤维素酶在20～80℃宽泛的温度范围保持较高活性,并在50℃时酶活力最高,研究表明在30～70℃孵育2h后,酶活力仍然维持在60%以上。对于诱变菌株CMC-4-3所产纤维素酶而言,80℃孵育2h后酶活仍在70%以上,但CMC-4纤维素酶则降至40%。诱变使酶活力温度范围得以扩展,使CMC-4-3所产酶成为耐热性能较高的特殊纤维素酶。CMC-4-3维持相对酶活以及保持稳定性的能力均优于CMC-4。这种在高温下维持稳定性的能力更能满足某些纤维素水解工业过程。酶反应pH对纤维素酶活力影响程度更大,两个菌株来源的纤维素酶均可在pH 3.0～9.0范围水解羧甲基纤维素,且在pH 6.0时表现出最大酶活力。且在最适反应pH两侧酶仍具有较高活力,这也表明来源于这两株菌的纤维素酶具有特殊宽泛的pH范围。在pH 4.0～7.4范围4℃孵育24 h后酶活力仍超过60%,虽然在pH 5.0时稳定性最大。芽孢杆菌属细菌纤维素酶最有价值的特征即为它们在较宽泛的温度和pH范围保持活性并维持稳定,据此,CMC-4-3有产生耐热耐酸碱的特殊纤维素酶类,因此在纤维素水解工业过程发挥较大作用。本研究还发现Fe2+,Mg2+、Co2+和K+可以激活目标纤维素酶,而其他金属离子均会不同程度的抑制酶活性。在所有抑制性离子中,Cu2+和Ca2+抑制水平最大,可使酶活力减少50%左右,因此构成了CMC-4和CMC-4-3来源纤维素酶的最强抑制因子。诱变菌株较原始菌株产酶条件和所产酶酶学性质有部分发生了变化,且诱变菌株CMC-4-3表现出更强的环境适应能力。据此,本研究分离鉴定获得了一株高水平产纤维素酶且具有宽泛适应范围的特殊地衣芽孢杆菌CMC-4-3,并对其产酶条件和所产酶酶学性质展开了深入研究,为其工业应用奠定了基础。