羽毛角蛋白是一种抗降解性很强的蛋白质，物理化学处理方法有能耗高、污染环境等缺点，一般的蛋白酶如胃蛋白酶，胰蛋白酶等很难降解羽毛角蛋白，因此，生物技术方法处理越来越受到关注。近年来，国内外报道大量降解角蛋白微生物，不同来源的角蛋白酶被大量分离纯化出来，角蛋白酶基因也被广泛研究，但目前为止，微生物降解角蛋白的机制未完全研究清楚。　　 本文利用本实验室自行筛选的角蛋白高效降解菌株-链霉菌B221和地农芽孢杆菌NJU-1411-1为研究菌株，构建2种菌降解系统与2株菌产酶降解系统，通过2大系统比较研究角蛋白降解机制，主要研究手段与技术为：扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)及傅里叶拉曼光谱(FTR)。研究结果为进一步利用微生物技术开发羽毛角蛋白资源奠定理论基础。实验内容与主要结论如下：　　 1、利用SEM观察链霉菌B221降解羽毛的过程。通过SEM可以观察到链霉菌B221降解羽毛过程具有明显的穿透作用(机械作用)，菌丝生长产生巨大压力，使得菌丝穿过羽毛表面，菌丝沿羽毛纵向生长，剥落羽毛表面，暴露更多酶作用位点，有利于酶解作用，酶解效率显著提高。　　 2、利用SEM观察地衣芽孢杆菌NJU-1411-1降解羽毛的过程。SEM观察到地衣芽孢杆菌NJU-1411-1降解羽毛过程，首先出现明显的酶作用痕迹，继而出现大量类似腐蚀结构，最终导致羽毛整体裂解，形成大量碎片，同时发现细菌菌体紧紧附着在羽毛上。　　 3、通过SEM观察链霉菌B221和地衣芽孢杆菌NJU-1411-1所产2种酶作用于羽毛的过程。发现酶作用于羽毛都是从特定位点切断羽毛，羽毛表面有少量腐蚀结构存在，作用效果有限，说明酶作用只是羽毛降解过程作用机制之一。　　 4、对比2种菌及其酶作用羽毛的过程，可以得出如下结论：链霉菌B221降解羽毛角蛋白是机械作用和酶作用结果，机械作用在降解过程中起重要作用；地衣芽孢杆菌NJU-1411-1降解羽毛过程是通过高活力酶水解角蛋白；酶直接作用羽毛效果不明显，且只作用于特定位点，地衣芽孢杆菌NJU-1411-1酶降解羽毛效果要比链霉菌B221降解羽毛效果显著。　　 5、在固体条发酵件下，接种链霉菌B221的实验组，角蛋白酶活力大小、水溶性物质含量、可溶性蛋白含量之间的相关性不明显，由此可知，角蛋白酶酶解作用并非链霉菌B221降解角蛋白的主要降解途径；在接种地农芽孢杆菌NJU-1411-1实验组中，其角蛋白酶活力大小、水溶性物质含量、可溶性蛋白含最相关性显著，地农芽孢杆菌NJU-1411-1酶活力远高于链霉菌B221，显示酶解是地衣芽孢杆菌NJU-1411-1降解角蛋白的主要途径。接种链霉菌B221的实验组中其酶活力大小是接种地衣芽孢杆菌NJU-1411-1实验组酶活力大小的1/6，但其可溶性蛋白含量、水溶性物质的含晕高于地农芽孢杆菌NJU-1411-1，说明接种链霉菌B221降解角蛋白效率要高于地农芽孢杆菌NJU-1411-1，显示链霉菌B221降解过程中，机械作用暴露更多酶的作用位点，极大提高了酶解效率。　　 6、利用FTIR、FTR研究地衣芽孢杆菌NJU-1411-1及链霉菌B221生物降解过程中蛋白质酰胺键、二硫键构象、酪氨酸‘暴露’式和‘埋藏’式的动态及角蛋白二级结构的动态变化。2种菌降解羽毛过程中，角蛋白蛋白质酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ的二级结构特征消失，其波数向低波数移动显著，表明氢键被破坏，角蛋白结构无序结构增多；酪氨酸残基存在形式特征研究中，链霉菌B221在降解第1天，“暴露式”残基百分数与对照变化不大，降解第3、5天，该形式的残基显著减少，表明降解前期是菌丝切断角蛋白过程，酶解作用不明显，后期主要是酶作用过程；地衣芽孢杆菌NJU1411-1在降解第1天，“暴露式”残基分数显著下降，在第3天、第5天，该残基百分数变化不明显，表明其降解前期是酶作用打开羽毛，解聚角蛋白有序结构；在二级结构研究上，链霉菌B221降解角蛋白过程中，在降解的第1天、第3天α-螺旋结构显著增加，β-折叠结构显著减少，表明角蛋白酶或菌丝破坏β-折叠结构，在降解的第5天，α-螺旋结构显著减少，无规卷曲增加，显示外层结构破坏后，内层α-螺旋结构被酶解；地衣芽孢杆菌NJU1411-1降解羽毛过程中，在降解第1天，α-螺旋结构和无规卷曲结构增加，β-折叠结构减少，在降解的第3天、第5天，α-螺旋结构、β-折叠结构急剧减少，无规卷曲显著增多，表明降解过程中，地衣芽孢杆菌NJU1411-1所产的酶，同时对内层的α-螺旋结构与外层的β-折叠结构具有强烈破坏作用。　　 7、在二硫键构象研究上，2种菌降解过程中，角蛋白二硫键构象变化规律是，天然构象逐渐减少，不稳定构象逐渐增加，这表明，2株菌可能产生二硫键还原酶，但2株菌降解角蛋白过程中，二硫键变化又存在差异，链霉菌B221降解过程中，g-g-t构象转变t-g-t现象，而地衣芽孢杆菌NJU1411-1则没有这一转变，表明，在二硫键还原机制上可能存在差异。同时二硫键在培养基中，存在一定的自然氧化现象。　　 8、在液体发酵条件下，链霉菌B221角蛋白酶活力与可溶性蛋白、水溶性物质之间相关性不高，降解过程中巯基含量要远远高于对照样品，表明降解过程中二硫键被大量打开，降解前期水溶性物质与可溶性蛋白相关性不高，后期二者相关性较高，蛋白酶在第一天未检测到，其变化在降解过程与可溶蛋白、水溶性物质相关性较高，表明前期降解过程主要是角蛋白酶作用，也存在菌丝穿透作用，后期主要是由于蛋白酶作用。地衣芽孢杆菌NJU-1411-1降解过程其蛋白酶、角蛋白酶与可溶性蛋白、水溶性物质之间具有较好的对用关系，表明其降解过程主要是酶作用，水溶性物质与可溶性蛋白也具有较好的对应关系，表明其降解过程主要是将角蛋白降解成多肽、氨基酸，其巯基含量是对照的9倍，表明降解过程二硫键也被打开，　　 9、利用FTIR、FTR研究地衣芽孢杆菌NJU-1411-1及链霉菌B221所产的酶作用于羽毛结果显示，地衣芽孢杆菌NJU-1411-1所产的角蛋白酶对α-螺旋结构、β-折叠结构都具有较好的降解作用；链霉菌B221所产角蛋白酶对β-折叠结构具有较好降解作用，对α-螺旋结构降解不显著；二硫键构象变化研究表明，链霉菌B221角蛋白酶对二硫键破坏显著，表明该酶可能含有二硫键还原亚基。