不同菌酶處理對水稻秸稈青貯品質和體外發酵特性的影響

中圖分類號：S816.53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2025）07-2380-08

引用格式：，等.不同菌酶處理對水稻秸稈青貯品質和體外發酵特性的影響[J].草地學報，2025，33（7）： 2380-2387 ZHANG Xian-dong，LI Jing，XIAO Hai-xiang，et al. Effects of Diffrent Microbial Enzyme Treatments on Silage Qualityand InVitroFermentationCharacteristicsofRiceStraw[J].ActaAgrestia Sinica，2O25，33（7）：2380-2387

Effects of Different Microbial Enzyme Treatments on Silage Quality and In Vitro Fermentation Characteristics of Rice Straw

ZHANG Xian-dongl，LI Jing¹ ，XIAO Hai-xiang1，XIA Min¹ ，HOU Peng-xia2，XIAO Ding-ful* （1.CollegefalieeadchologHunaculUiesityueluaboatoraghaHuanrce; 2.InstituteofAnimalScience，NingxiaAcademyofAgricultureandForestrySiences，inchuanNingxia75o，China）

Abstract：In orderto screen out the better combination ofbacteriaand enzymes for fermented rice straw，in this experiment rice straw silage was randomly divided into 5 groups ： CK group （0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus），CH group （0.5g?kg^-1 cellulase， 0.5g?kg^-1 hemicellulase and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus），L group（laccase 1g?kg^-1 and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus），CHL group（1 g?kg^-1 cellulase，hemicellulase，laccase compound enzyme preparation and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus），U group （ 3% urea and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus）. After 45 days，the bags were opened for analysis.The results showed that the contents of neutral detergent fiberand acid detergent fiber in CH，L and CHL groups were significantly lower than those in CK group （ ?Plt;0.05 ）.The crude protein content of CH and U groups was significantly higher than that of CK group （ ?Plt;0.05） .Compared with CK group，the total gas production of each experimental group at 72h increased significantly （ . The contents of volatile fatty acids and total volatile fatty acids in the experimental group werealso significantly increased（ Plt;0.05） . It can be seen that diferent bacterial enzyme treatments under the conditions of this experiment can improve the nutritional value of rice straw，and the CH group has the best effect.

Key Words：Rice straw;Synergistic fermentation of enzyme;Ruminants;Volatile fatty acids;In vitro rumen fer mentation

我國是水稻（OryzasatiuaL.）生產大國，2022年我國水稻秸稈總產量約為2.08億t[1]。水稻廣泛分布于我國南方地區，是潛力巨大的粗飼料資源2]。水稻秸稈存在蛋白含量低、纖維含量高、消化利用率低、易霉變等問題，這些因素限制了其在反芻動物的應用[3]。因此如何提高水稻秸稈的營養價值和消化利用率，從而為反芻動物提供粗飼料資源，成為當下亟需解決的問題之一。

青貯是改善秸稈的發酵品質、營養價值、提高家畜生產性能的有效途徑，將水稻秸稈青貯處理可以減少營養成分損失，延長儲存時長，改善其適口性，從而提高其在反芻動物生產中的應用價值[4]。但常規青貯對纖維的降解能力有限5，因此，近年來部分研究使用多種青貯添加劑來改善發酵品質，青貯常見的青貯添加劑包括纖維素酶、漆酶、植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌和乳酸菌等[6-8]。纖維素酶（Cellulase）作為一種生物催化酶，可以加速植物細胞壁中纖維素的降解，破壞相鄰鏈的羥基之間形成分子間鍵，釋放蛋白質等營養物質[9]。半纖維素酶（Hemicellulases）能夠破壞植物細胞壁的半纖維素結構，使植物細胞壁中豐富的碳水化合物分解為更易吸收的可溶性單糖[10]。漆酶（Laccase）是具有多種功能的催化氧化劑，能夠有效降解木質素的酚類成分，是綠色高效的生物催化劑[11]。枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）能提高青貯有氧穩定性，抑制不良菌群的生長，降低飼料原料中抗營養因子含量，提升飼料營養價值[12]。大多數試驗添加纖維素酶或乳酸桿菌，選取其中一種或兩種來提高青貯品質，對其他酶制劑的相關研究較少。因此，本試驗在纖維素酶和乳酸桿菌的基礎上添加半纖維素、漆酶和枯草芽孢桿菌，探究水稻秸稈青貯效果是否可以提升，達到提高水稻秸稈的青貯品質和飼用價值的目的，為水稻秸稈資源開發利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為‘芯香S/R8029’，水稻秸稈取自瀏陽市水稻基地 113.64^°E，28.16^°N） ，當地海拔為 1608m ，年平均氣候 17.5^°C ，年平均降水量為1680mm 。水稻于完熟期劉割并切碎 2～3cm ，留茬高度 10cm 。試驗地位于湖南省長沙市湖南農業大學南方草食動物試驗中心。

纖維素酶 （1.1×10⁴U?g^-1） 、半纖維素酶 （5× 10⁵U?g^-1） 和漆酶 （1×10⁴U?g^-1） 由滄州盛夏酶生物技術有限公司提供；枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌（總活菌數 ≥5×10⁷CFU?g^-1） 由河南瑞特利生物技術有限公司提供。復合酶由纖維素酶：半纖維素：漆酶按1：1：1的比例配制而成。

1.2 青貯制作

將青貯原料隨機分為5組，分別為CK組（添加0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌）CH組（添加0.5g?kg^-1 纖維素酶、 .0.5g?kg^-1 半纖維素酶和0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌）L組 （1g?kg^-1 添加漆酶和 0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌）、CHL組 （1g?kg^-1 添加復合酶和 0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌）U組（添加 3% 尿素和 0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌），水稻秸稈原料組記為S組。將青貯原料分別裝入聚乙烯袋 （500mm× 800mm） 中密封保存，在室溫[ （25±5）^°C 貯存45天后開包取樣，每組6個重復，每袋 500g 。

1.3水稻秸稈青貯前后營養物質測定

青貯45d后開袋，混合均勻，采用四分法取樣，每個重復 300g ，在 105^°C 殺青 15min ， 65^°C 烘干至恒重得到風干樣。可溶性碳水化合物（Water-solublecarbohydrate，WSC）含量參照余汝華等13方法進行；按照張麗英[14]的方法，對干物質（Drymatter，DM）和粗灰分（Crudeash，Ash）含量進行測定;粗蛋白質（Crudeprotein，CP）含量使用杜馬斯定氮儀測定（海能未來科技集團）；中性洗滌纖維（Neutraldetergentfiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Aciddetergentfiber，ADF）含量使用VanSoest[15]的方法測定；粗脂肪（Etherextract，EE）含量測定參照孫穎超等[16方法進行；鈣（Ca）和磷（P）含量參照《中國飼料成分及營養價值表》（2014年第25版）17進行測定。水稻秸稈青貯后總可消化養分（Totaldigestiblenutrients，TDN）和相對飼喂價值（Relativefeedvalue，RFV）的計算公式如下[18]：

TDN（Ω%）=（88.9-ADF×0.779）×100 RFV=（TDN×120/NDF）/1.29

1.4水稻秸稈青貯后青貯品質的測定

袋裝青貯開封后，將水稻秸稈青貯在潔凈的容器中充分混勻。隨后，每個青貯袋分別采集 20g 水稻秸稈青貯樣品，裝入榨汁機，加入 180mL 無菌水混合，運行 2min ，用4層醫用無菌紗布過濾，得到青貯飼料浸提液，測定 pH 值。采用T/NAIA005-2020中的氣相色譜法（色譜柱規格為 30.0m× 320μm×0.25μm ，美國Agilent科技有限公司，8860GC）測定乙酸、丙酸、丁酸含量。氨態氮（ ΔNH₃ N）濃度參照馮宗慈等[19的比色法進行測定。

1.5 體外發酵試驗

1.5.1供體動物飼養與管理選擇2頭健康、體重[（375.0±28.7）kg] 、年齡接近的湘西黃牛作為瘤胃液供體牛，每頭牛裝有永久性瘤胃瘺管，長期飼喂精粗比為4：6的日糧，日采食量約 7.0kg ，早晚（08：30，17：30）各飼喂一次，自由飲水。瘤胃液供體日糧配方和飼喂量均符合中國肉牛飼養標準（NY/T815-2004）中規定的營養指標。

1.5.2 人工瘤胃緩沖液和培養液配制人工瘤胃緩沖液參照Mcdougall等20]的方法進行配制。試驗當天晨飼前采集供體牛的瘤胃液 2000mL ，將其灌人預熱 39^°C 且含有 CO₂ 的保溫瓶中，經4層紗布過濾。以體積比1：2的比例將瘤胃液和人工瘤胃緩沖液混合均勻制成培養液。

1.5.3體外發酵操作采用Menke等21的體外產氣法，分別稱取青貯水稻秸稈樣品 1.0g ，加人100mL 培養液，在 （39.5±0.5）^°C^- 的水浴搖床中體外發酵 72h ，每個樣品設5個重復。分別記錄培養3，6，9，12，24，36，48 和 72h 的產氣體積。在體外發酵結束時采集樣本檢測其發酵特性，過濾烘干后測定其降解率。

1.5.4體外產氣量與產氣參數的計算產氣量參照Menke等[21進行計算：

式中： GP_t 為 t 時刻的產氣量（mL）； V_t 為發酵 t 小時后，玻璃管刻度讀數 ：mL ）； V₀ 為開始培養時的玻璃刻度讀數 ：mL ； W 為樣品干物質質量 （mg） ：GP_∵^′| 為空白的產氣量。

體外發酵參數計算根據Orskov等[22]提供的模型，計算公式為：

GP=a+b（1-e^-ct）

式中： GP 為 t 時刻產氣量 （mL）;a 為快速降解部分產氣量 （mL）;b 為慢速降解部分產氣量 （mL） ;c 為慢速降解部分產氣速率 （%?h^-1） a+b 為潛在產氣量（mL）;t為發酵時間（h）。

1.5.5體外瘤胃發酵特性體外發酵后，測定發酵液的pH值。采用T/NAIA005-2020中的氣相色譜法（色譜柱： 30.0m×320μm×0.25μm ，美國Agilent科技有限公司，8860GC）測定乙酸、丙酸、丁酸含量。氨態氮（ ΔNH₃ -N）濃度參照馮宗慈等[19的比色法進行測定。微生物蛋白（Microprotein，MCP）參考Makkar的方法測定[23]，使用大連博格林生物科技有限公司的BCA蛋白濃度測定試劑盒測定。

1.5.6體外降解特性評定 體外瘤胃發酵底物營養物質降解率：

水稻秸稈中某營養物質降解率 （%）= （底物質量 x 某種營養成分含量一殘渣質量 x 某種 營養成分含量）/（底物質量 x 某種營養成分含量 ）×100

1. 6 數據分析

各項數據采用Excel2021進行收集、記錄和整理，使用SPSS25.0軟件進行單因素方差分析（one-wayANOVA），采用Turkey法對數據進行多重比較，^Plt;0.05 表示差異顯著， .Plt;0.01 表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1不同菌酶對水稻秸稈青貯后營養成分的影響

由表1可知，S組WSC和NDF含量最高，顯著高于其他各組 （Plt;0.05） ，CP和EE顯著低于其他各組。與CK組相比，CH組DM，CP，EE，P，RDN和RFV含量顯著升高 （Plt;0.05） ;WSC，NDF和ADF含量顯著降低 （Plt;0.05） 。與CK組相比，CHL組DM、EE、RDN和RFV顯著升高（ Plt; 0.05）;WSC，ADF和NDF顯著降低 （Plt;0.05） 。U組CP，WSC，NDF和ADF含量顯著高于CH，L和CHL組 （Plt;0.05） ；DM，EE，RDN和RFV顯著低于CH和CHL組 ?Plt;0.05） 。

表1不同菌酶處理對水稻秸稈青貯前后營養成分的影響

Table1Effects of diferent bacterial enzyme treatments on nutritional components of rice straw after silage

Note：In the same row，values with diferent lowercase letter superscriptsmean significant difference ?Plt;0.05） ，while with the same or no letter superscripts mean no significant difference （Pgt;0.05） .S，rice strawrawmaterials σ：σ CK， 0.1g?kg^-1 BacillussubtilisandLactobacillus; CH， 0.5g?kg^-1 cellulase， 0.5g?kg^-1 hemicellulase and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilisand Lactobacillus;L， 1g?kg^-1 laccase and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus；CHL， 1g?kg^-1 compound enzyme and 0.1g?kg^-1 Bacillus subtilis and Lactobacillus;U， 3% urea and 0.1g?kg^-1 Bacillussubtilisand Lactobacillus.The sameasbelow

2.2不同菌酶處理對水稻秸稈青貯發酵品質的影響

由表2可知，U組 pH 值、 ΔNH₃-N 和丁酸含量顯著高于其他各組 （Plt;0.05） 。CK組乙酸含量顯著高于L和U組 （Plt;0.05） 。CH組 pH 值顯著低于其他各組 （Plt;0.05） 。CH組和CHL組丁酸含量顯著低于其他各組 （Plt;0.05） 。

2.3不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵產氣量和產氣參數的影響

由表3可知，CH組 24h 累積產氣量、慢速降解部分產氣量和潛在產氣量顯著高于其他組 （Plt;0.05） 。CK組慢速降解部分產氣速率最高，顯著高于其他各組 （Plt; 0.05;24h累積產氣量顯著低于其他組 （Plt;0.05） 。

由圖1可知，各處理組 72h 總產氣量由高到低為：CH組 gt; U組 gt; CHL組 gt;L 組 組。各組產氣量在72h內隨發酵時間增加呈遞增趨勢，在 0- 12h 產氣速率最快，12一48h產氣速率逐漸趨于穩定，48一72h產氣速率保持穩定。

表3不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵產氣量和產氣參數的影響

Table 3Efectsof diferent bacterial enzyme treatments on gas production and gasproduction parametersof rice straw silage invitrofermentation

2.4不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵特性的影響

由表4可知，與CK組相比，L，CHL和U組乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸、TVFA和 NH₃ -N含量顯著提高 （Plt;0.05） ，CH組乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、TVFA和MCP含量顯著提高 （Plt;0.05） ;pH值顯著降低 （Plt;0.05） 。CH組戊酸和MCP含量顯著高于其他組 （Plt;0.05） 。各組乙酸/丙酸差異不顯著。

2.5不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵營養物質降解率的影響

由表5可知，U組DM降解率顯著低于其他組（ Plt;0.05; ；其他各組之間DM降解率無顯著差異。

U組CP降解率顯著高于其他組 （Plt;0.05） CH，L 和CHL組之間CP降解率無顯著差異。CH組NDF和ADF降解率顯著高于其他組 （Plt;0.05） 。CK，L和U組NDF降解率差異不顯著。

3討論

3.1不同菌酶處理對水稻秸稈青貯前后營養成分和發酵品質的影響

秸稈青貯過程中添加適量的酶制劑和菌制劑可以明顯提高水稻秸稈的營養成分含量[24]。本試驗通過在水稻秸稈青貯過程中添加多種菌酶來分析營養成分的變化，試驗結果表明，水稻秸稈經過青貯后NDF，ADF和WSC含量降低，DM，CP，EE，RDN和RFV升高，這與Li等25]研究結果一致。

Ren等[26]研究發現接種植物乳桿菌后青貯飼料的DM含量增加，原因可能是植物乳桿菌作用下青貯液產量減少[27]。有研究報道，青貯前期植物纖維的降解作用，促進了乳酸菌的繁殖，抑制了非乳酸菌和植物酶的蛋白水解活性；乳酸增加，抑制了梭菌和好氧菌的繁殖，使青貯過程中蛋白質的降解減少[28-29]。本試驗中添加 3% 尿素使水稻秸稈CP含量提高，可能是尿素限制了降解粗蛋白質為非蛋白氮的植物酶的活性，同時，尿素作為使用最多的非蛋白氮，能在瘤胃微生物的作用下，將尿素分解產生的氨與碳水化合物分解產生的酮酸結合形成微生物蛋白[30-31]。與青貯前相比，青貯后WSC含量顯著降低，與陳遠航等[32試驗結果一致，原因可能是在青貯后期，纖維素酶在低pH環境中失去活性，使其難以產生新的WSC[33]。與CK組相比，添加纖維素酶和半纖維素酶處理組降低了NDF和ADF的含量，纖維素酶和半纖維素酶可以分解細胞壁中的纖維素和半纖維素，為乳酸菌生產乳酸提供了充足的發酵底物[8.34]。本試驗添加纖維素酶、半纖維素酶、枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌的處理青貯品質和營養物質提升效果更好，添加復合酶營養成分反而降低可能是不同菌種之間對底物營養物質存在競爭關系，導致青貯效果的降低。

3.2不同菌酶處理對水稻秸稈青貯發酵品質的影響

pH 值是評價青貯飼料品質的重要指標，當pH值處于 3.7～4.2 之間時，通常認為青貯飼料的發酵品質良好且有較高的乳酸含量[35]。本試驗各組的pH 值均在該區間內，符合優質青貯標準。微生物發酵最適的 NH₃ -N含量為 0.8～56.1mg^?dL^-1[36] ，本試驗中所有試驗組 NH₃ -N含量均在最適濃度，說明本試驗菌酶處理的青貯飼料有效的抑制了不良蛋白的水解，青貯發酵過程中，酸性環境會抑制蛋白質水解，抑制蛋白水解酶活性，降低 ΔNH₃-N 含量。添加尿素組 pH 值、丁酸含量和 NH₃ -N含量顯著高于其他組，原因可能是尿素的添加導致有害微生物數量的增加，霉菌和大腸菌群通過分泌氨基酸脫羧酶生成丁酸，導致丁酸增加[37]，同時，酵母菌等其他不良微生物，將WSC等營養物質分解為乙醇和二氧化碳，導致pH值下降緩慢，使 NH₃ -N含量顯著增加[38]

3.3不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵產氣量和產氣參數的影響

產氣量的多少可以間接反映出反當動物對青貯飼料的營養物質的消失率。本試驗中，CH組24h累積產氣量、慢速降解部分和潛在產氣量均顯著高于其他組。可能是添加纖維酶通過釋放細胞壁化合物來刺激瘤胃微生物的生長，增加纖維分解活性，促進了細胞壁的分解[39]，促使瘤胃微生物分解碳水化合物和蛋白質，從而提高體外發酵產氣量。周苗育等[和Souza等[40]分別用纖維素酶處理水稻秸稈青貯和玉米青貯，結果表明經纖維素酶處理過的青貯體外發酵產氣量顯著增加，與本試驗結果一致。

3.4不同菌酶處理對水稻秸稈青貯體外發酵特性和營養物質降解率的影響

瘤胃內環境的pH值應控制在 5.0～7.5 之間[41]。本次試驗中各組的pH值均處于正常的范圍內，平衡穩定的瘤胃內環境，更加有利于降解飼料原料，瘤胃微生物的生長繁殖速度也更快。有機酸的種類和濃度可直接體現青貯飼料發酵質量4，瘤胃發酵類型（即乙酸/丙酸比）也明顯地影響著能量的利用率和儲存位置[43]。本試驗中添加纖維素酶、半纖維素酶、枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌的處理TVFA和 NH₃ -N含量顯著低于其他試驗組，MCP高于其他各組，可能是由于合成MCP消耗部分VFA為其提供碳源以及消耗部分 NH₃ -N為其提供氮源，具體機制有待進一步研究。各試驗組中TVFA、乙酸、丙酸和丁酸含量顯著高于CK組，各組之間乙酸/丙酸差異不顯著，本研究結果與趙超等44試驗結果一致。 ΔNH₃–N 為瘤胃微生物合成MCP提供原料，其濃度體現了特定飼糧下蛋白質降解與合成間形成的動態平衡和瘤胃微生物對飼糧營養物質的利用水平[45]，瘤胃微生物區系最適的NH₃ -N含量應處于 0.35～29.00mg^?dL^-1 之間[46]，本試驗中各組發酵液 NH₃ -N含量均處于該范圍內，說明酶制劑的添加有助于促進發酵底物中含氮化合物的分解。

本試驗中，各試驗組CP，ADF和NDF的降解率均有不同程度的提高，其中添加纖維素酶、半纖維素酶以及枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌的處理，其效果最為顯著，說明水稻秸稈經過菌酶復合發酵后，其營養價值得到提高，有助于反芻動物的吸收利用，這與邱亞蘭等47研究結果相一致。

4結論

本研究表明，水稻秸稈經菌酶協同處理后，可以改善水稻秸稈青貯飼料的營養成分含量、體外發酵品質，提高了瘤胃營養物質的降解率。本試驗條件下，以添加 0.5g?kg^-1 纖維素酶 .0.5g^?kg-1 半纖維素酶和 0.1g?kg^-1 枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌的效果最佳。此外，添加尿素對水稻秸稈青貯品質和體外發酵沒有不良影響。

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（責任編輯 閔芝智）