利用白腐真菌處理稻草秸稈的研究進展

甘肅農業大學動物科技學院 韋麗敏 喬 梁

江蘇畜牧獸醫學院動物科技學院 張 力＊ 張君勝 楊曉志

白腐真菌作為能徹底降解木質素的微生物，已引起高度重視。利用白腐真菌生物降解秸稈對于擴大飼料來源，減少環境污染，均具有一定的現實意義。Zadrazil等（1982）研究了200多種白腐真菌后發現，有幾十種白腐真菌能夠顯著的改善秸稈的適口性，提高木質素的降解率，大幅度提高秸稈瘤胃干物質消化率（40%～60%）。楊國金和李育質（1993）用白腐真菌等多種菌分別接種稻草、小麥秸、玉米芯粉，在20～30℃條件下培養7～10 d，發酵后秸稈的粗纖維降解率提高了19.0%～37.9%，粗蛋白質增加了近1倍左右，同時還產生一些氨基酸和維生素。因此，深入研究白腐真菌處理秸稈的技術途徑，對我國生態農業的健康發展、生存環境的保護與凈化以及粗飼料緊缺問題的解決等方面均具有十分重要的意義。

1 白腐真菌降解木質素的作用機制

白腐真菌對木質素的降解是一個以自由基為基礎的鏈反應過程。反應的啟動者是過氧化物酶（木質素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶）。先是木質素解聚，形成許多具有高度活性的自由基中間體，然后以鏈式反應方式產生許多不同的自由基，導致各種連接鍵斷裂，使木質素解聚成各種低分子量片段，再經完全徹底氧化直到降解成CO2。這種自由基反應是高度非特異性和無立體選擇性的，正好對應與木質素結構的多變性，才能完成這種異質大分子高聚物的瓦解。

白腐真菌降解秸桿的具體過程是在適宜的條件下，白腐真菌的菌絲首先用其分泌的超纖維氧化酶溶解秸稈表面的蠟質，然后菌絲進入到秸稈內部，合成多種酶，同時分泌到細胞外，構成降解系統的主要成分。其中關鍵的兩類過氧化物酶是木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶，在分子氧的參與下，依靠自身形成的H2O2，觸發啟動一系列自由基鏈式反應，實現對木質素無特異性的徹底氧化，從而使秸稈變得易于消化吸收（Andrzej等，1999）。用白腐真菌處理秸稈時，秸稈無需進行化學或物理的預處理。

2 白腐真菌在秸稈養畜中的應用

2.1 提高秸稈的利用率 閩曉梅和孟慶翔（2000）研究表明，白腐真菌可使秸稈中木質素降解率達到40%～60%，纖維素和半纖維素降解率達到20%～40%，干物質損失10%～40%。用白腐真菌發酵切碎的麥秸，一個月后不僅粗蛋白質含量有所提高，且秸稈的消化率可提高2～3倍。用白腐真菌發酵稻草時，發酵后其木質素含量降低13.7%～29.9%，蛋白質含量增加24.6%～72.4%（閩曉梅和孟慶翔，2000）。由于大部分木質素被降解或破壞，秸稈質地變柔軟，適口性改善，明顯提高了秸稈的體外干物質消化率。

2.2 混菌發酵生產蛋白質飼料 應用白腐真菌處理秸稈，可以提高秸稈的利用率，但是一些降解產物仍得不到充分的利用。利用白腐真菌降解秸稈木質素的能力和其他微生物發酵生產蛋白質飼料或單細胞蛋白（SCP）的能力，進行混菌發酵可生產蛋白質飼料。陳慶森等（1999）以玉米秸稈為原料，利用多菌種混合發酵，經測定發酵液中玉米秸稈的纖維素利用率達70%，粗蛋白質得率在23%以上，大大提高了玉米秸稈的營養價值。趙華等（2004）以酒糟和稻草為基質進行混菌發酵，分別比較了白腐菌單菌發酵、酵母菌單菌發酵和二者混菌發酵對蛋白質含量的影響。結果表明，混菌發酵對蛋白質提高的貢獻最大。同時，發現白腐菌培養20 d后接入酵母可使蛋白質含量達到6.45%。楊琳等（2000）試驗表明，混菌發酵玉米秸稈不僅降低了木質素的含量，同時提高了秸稈中蛋白質的含量，從而證明了可以利用木質素降解菌和其他微生物混合發酵秸稈生產優質飼料。

3 白腐真菌降解秸稈的影響因素

目前的研究發現，影響白腐真菌對秸稈飼料有效利用的主要因素有：（1）白腐真菌菌種的選擇；（2）酸堿度；（3）碳源、氮源的選擇與限制培養；（4）在固體發酵中，培養物的氣體交換；（5）氣體在培養料中的穿透與擴散；（6）白腐真菌開始生長時需要基質無菌和高度需氧環境。但實際生產中最主要的影響因素是以下幾個方面：

3.1 秸稈成分 碳元素和氮元素是構成生命體的兩大基本元素。白腐真菌降解處理的秸稈需要為白腐真菌提供所需要的碳源和氮源，以保證白腐真菌的生命活動。而對碳源和氮源的需要量，因白腐真菌菌種或生長階段的不同而有差異。范寰等（2010）對兩種白腐真菌共同培養進行了多組不同碳氮比的試驗，通過對比得到了木質素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶最佳活力的碳氮比，以及木質素降解率最高的碳氮比。這表明碳氮比可以影響到白腐真菌酶活力，并且因碳氮比的不同而對木質素產生不同的降解效果。由氣候和地理位置所導致的秸稈本身化學組成上的差異，也會對白腐真菌降解處理的效果產生一定影響。Arora和Sharma（2009）報道，來自 CZ（地區）（15 ～ 35 ℃）的小麥秸稈與 NEPZ（地區）（0～20℃）相比，木質素含量較高并且消化率較低，僅短孢射脈菌不受因地域和氣候差異導致的小麥秸稈化學組成差異的影響，可提高小麥秸稈的體外消化率，而其他菌種表現較差。

3.2 溫度 由于溫度會影響白腐真菌菌體自身的生長、繁殖，胞外酶的分泌以及胞外酶的活力，因此是影響降解的另一個至關重要的因素。溫度過高或過低，均會影響菌體的生長和秸稈中木質素的降解率。劉敏等（2008）研究了側耳在不同溫度下處理玉米秸稈后NDF和ADF的含量的差異變化，結果發現，20～24℃為較適合側耳生長的溫度，NDF和ADF降解率較高，而16℃研究低于該范圍，NDF和ADF降解率較低。

3.3 處理時間 合適的降解處理時間對于有效提高粗飼料的利用率意義重大。荊義等（2008）研究發現，在側耳菌降解玉米秸稈的過程處理中，隨時間的推移，NDF均呈下降趨勢，并且體外干物質消化率均呈上升趨勢。這是由于處理時間過短，木質素屏障無法被充分破壞；而時間過長，又會導致暴露的纖維素被降解，造成較大的營養損失。任克寧等（2009）在糙皮側耳降解玉米秸稈的試驗中發現，酸性洗滌木質素（ADL）的降解發生在5～10 d，這表明此階段是木質素分解酶大量分泌的時期。此后，酶逐漸失活，新酶分泌量減少以及代謝產物累積，造成ADL降解率速度減慢。另外，酸堿度、通氣量和氧分壓等條件也會對白腐真菌降解產生影響。

4 實際生產中需解決的問題和應用前景

國內外有關利用白腐真菌降解處理秸稈的研究已經開展多年，但是要真正做到利用白腐真菌大規模處理秸稈，生產飼料服務于畜牧生產，還需要很長的一段路。今后，可在以下三個方面重點開展研究：使用物理和化學方法，利用野生型白腐真菌選育降解能力更加優良的白腐真菌。Vijaya等（2009）利用經紫外線和 X射線誘變處理得到的側耳，處理一種以稻秸等粗飼料組成的反芻動物飼料，不僅木質素損失量比野生型側耳高，而且紫外線誘變型的粗蛋白質含量提高。（2）利用兩種或者兩種以上的白腐真菌復合發酵處理秸稈，利用不同菌種產生的酶協同作用，可以起到提高粗飼料消化率的作用。張洪生等（2009）研究發現，復合菌種發酵后的小麥秸稈木質素降解率、NDF消化率和干物質瘤胃消化率與單一菌種相比，分別提高了7.7%、14%和11%。范寰等（2010）利用兩種白腐真菌降解麥秸木質素，發酵后木質素含量提高了60.71%。此外，還可以將某種白腐真菌和其他種類的微生物進行混菌發酵，這樣在白腐真菌降解木質素的同時，還可以利用另一種微生物的發酵，提高粗蛋白質或者可溶性糖類的含量。秦濤等（2010）研究表明，利用綠色木霉和黃孢原毛平革菌兩種微生物混合發酵處理秸稈，粗纖維的利用率達到69%。（3）從青貯和微貯等大規模處理秸稈的方法中借鑒經驗，根據白腐真菌菌種自身特點，逐步探索大規模降解處理秸稈的技術。但目前國內外相關研究報道較少。

此外，目前有關利用白腐真菌提高秸稈營養價值的研究大多限于實驗室。通常，處理前均對秸稈進行滅菌處理，排除雜菌的干擾。但在實際生產中由于存在著大量霉菌和其他雜菌，在氧氣含量、溫度和濕度等適宜條件下，雜菌會迅速生長，競爭性抑制白腐真菌的正常生長，使秸稈發霉變質，從而影響白腐真菌處理秸稈的效果，這是當前限制白腐真菌在實際生產中應用的重要因素之一。考慮到成本和操作方便，最切實可行的措施有以下兩種：（1）通過菌種篩選和選育，找到能在通常條件下迅速生長，在與雜菌競爭中可處于生物量絕對優勢的優良品種；（2）在生產操作中，適當增加白腐真菌接種劑量。

從秸稈處理發展的趨勢來看，由于白腐真菌處理秸稈具有能大幅度提高秸稈瘤胃干物質消失率、能耗小、成本低、無污染、對家畜基本無危害等優點，隨著研究的深入和技術的進步，一旦幾個關鍵環節被攻克，白腐真菌將可廣泛地應用于處理低質的農作物秸稈，使其變成反芻動物合適的能量飼料，促進草食家畜業的發展。

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