微生物降解秸稈原理簡析

王文明

摘 要 農作物秸稈來源豐富，取材方便，秸稈還田不僅節約資源，還可以提高土壤質量。秸稈的快速降解是秸稈還田效率的關鍵，微生物參與秸稈分解的多個環節，特別是對秸稈中的纖維素、半纖維素以及木質素的分解起著至關重要的作用。

關鍵詞 秸稈還田；微生物；降解；纖維素；半纖維素；木質素

中圖分類號：S182 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.4.011

秸稈是農作物收獲后的剩余產物，如何利用秸稈已成為研究熱點，其中秸稈還田已經成為首選，因為秸稈還田可以把養分歸還到土壤，增加土壤有機質，改善土壤質量[1]。秸稈的主要組成成分中，纖維素含量占30%～35%，半纖維素含量占25%～30%，木質素含量占20%～25%[2]，這些成分需要依靠外界微生物來進行降解[3]。微生物具有生產流程簡單，適應能強等特點，成為秸稈降解的重要參與者，由于其在秸稈腐熟中起著重要作用，目前在農業中、特別是秸稈腐熟中的應用越來越受到關注[4-6]。

1 半纖維素的降解

半纖維素的快速降解是秸稈分解最重要的環節[7]，大多數放線菌很容易分解半纖維素，同時能夠改變木質素的結構[8-9]，綠色木霉、黑曲霉對玉米秸稈半纖維素的降解效果非常明顯，降解率分別達到 47.81%、37.53%[10]。短小芽孢桿菌降解半纖維素的效果較好，且在酸性環境酶活高，生長適應性強[7]。有研究表明，在稻稈的降解試驗中，食用真菌平菇韓黑和姬菇降解半纖維素的效果非常明顯，降解率分別達到51.03%、50.49%[11]。藤倉赤霉（絲狀真菌）對水稻稻稈中半纖維素的降解率高達57.9%，是一種非常優秀的半纖維素降解菌株[12]。

2 纖維素的降解

參與纖維素降解由多個酶共同完成，普遍認為有3種：內切酶（內切β-1，4葡萄糖苷酶），外切酶（外切β-1，4葡萄糖苷酶），纖維二糖酶（β-糖苷酶）[13]。芽胞桿菌主要分解秸稈中的纖維素[3]。有研究表明，枯草芽孢桿菌經過發酵后產生較高的纖維素酶，可以加快玉米秸稈的分解[14]。有研究表明，鏈霉素優良菌株C-5可以產生較高纖維素酶活，對水稻秸稈分解效果明顯[15]。白腐真菌對纖維素的降解具有一定效果，而且可以在降解纖維素的同時降解木質素[16]。卷枝毛霉（毛霉屬）能夠降解堅硬板栗苞殼中的木質纖維素[17]。綠色木霉、黑曲霉能夠高效降解玉米秸稈中纖維素，降解率分別達到39.17%、43.56%[10]。戴氏霉屬可以承受50 ℃的高溫，并且可以具有較高的纖維素酶活，非常適合在高溫條件下分解秸稈中的纖維素[18]。有科研人員分離到草酸青霉菌株，可以產生非常強的纖維素酶，成為農業秸稈降解新的菌株[19]。

3 木質素的降解

木質素是植物秸稈中的主要成分，空間結構呈三維網狀，是最難降解的化合物之一[20]，木質素的降解需要細菌、真菌、放線菌和微生物共同參與，以真菌為主，細菌的作用最小。真菌中白腐菌對木質素的降解效果最好，且在降解的過程中不會產生色素，參與木質素降解的酶主要有三大酶系：1）氧化酶，主要包括葡萄糖氧化酶和乙二醛氧化酶）；2）過氧化物酶，主要是木質素過氧化酶（LiP）和錳過氧化物酶（MnP）；3）其他酶類，包括漆酶、蛋白酶等[21]，其中LiP和MnP是木質素降解的兩個關鍵酶[22-23]。枯草芽孢桿菌可以產生大量木質素酶，從而快速分解秸稈，而白蟻體內可以繁殖這種菌種[24]。有研究表明，芽孢桿菌（多粘類）產生的β-葡萄糖苷酶，可以高效水解木質素中的纖維二糖[25]，地芽孢桿菌在高溫條件下可以最大程度降解木質素，可以用于秸稈的腐熟[26]。煙曲霉YSITB I降解木質素的效果明顯，特別是在溫度30 ℃，pH6.8的條件下，能夠降解構樹中56.9%的木質素，煙曲霉YSITB I與枯草芽孢桿菌YSITBII混合使用，降解效果更好[27]。有研究表明，米曲酶CGMCC5992產生的過氧化物酶活性較高，產酶專一性強，是降解木質素較好的菌株[28]；雜色云芝對農作物秸稈中的木質素具有較高的分解能力，降解率達到39.17%[10]。另外，食用真菌香菇含有降解木質素的兩種酶，對木質素分解效果較好[11]。

4 結語

秸稈還田可以增加土壤有機質，提高土壤肥力。目前降解秸稈以微生物降解為主，同時結合其他的農業措施共同完成秸稈腐熟。科研工作者通過不斷的努力，已經篩選到一些優良的秸稈降解菌株。秸稈降解需要不同的微生物參與完成，對如何把篩選到的優良菌株進行優化組合，即對高效復合菌系的研究具有重要意義。

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（責任編輯：丁志祥）