纖維降解菌對水稻秸稈青貯發酵品質和纖維含量的影響

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2025.07.031

引用格式：，等.纖維降解菌對水稻秸稈青貯發酵品質和纖維含量的影響[J].草地學報，2025，33（7）： 2374—2379 YIN Han-xue，HEN Dan-dan，GUO Xiang，et al.EffctsofCelulose-Degrading Bacteria on Fermentation Quality and Fiber Content ofRice Straw Silage[J].Acta Agrestia Sinica，2025，33（7）：2374-2379

中圖分類號：S816.53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2025）07-2374-06

Effects of Cellulose-Degrading Bacteria on Fermentation Quality and Fiber Content of Rice Straw Silage

YIN Han-xue1，CHEN Dan-dan1，GUO Xiang1，LIANG Qiu-yu1， ZHANG Qing1，YAO Xuan2 （1.ColegofForestryandLandscapeArcitecture，SouthChinaAgiculturalUnversityGuangzou，GuangdongProvince564ina; 2.CollegeofVeterinaryMedicine，South ChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou，GuangdongProvince5lO642，Chna）

Abstract：To investigate the efect ofcellulose degrading bacteria on fermentation quality and the celllase content，Cellulomonas iranensis （CE）and Bacillus safensis （BS），which have strong cellulose-degrading capability，were used to add in the rice straw sliage.On day 14 and 3O，we determined the fermentation quality and cellulase content.After14 days of anaerobic fermentation，the CE could significantly reduce the pH value， ammonia nitrogen content and increase crude protein content of the rice straw （ Plt;0.05 .Compared with the control group，the addition of BS and CE significantly reduced the pH value ?Plt;0.05） ，the crude fiber and hemicelulose content of rice straw.After 3O days of fermentation，compared with the control group，The BS could significantly reduce the dry matter，mold number and propionic acid content of rice straw （ （Plt;0.05） ，and significantly increase the crude protein content of straw （ ?Plt;0.05 .CE could significantly reduce the pH ，dry matter，ammonia nitrogen content and mold number of rice straw （ Plt;0.05 ）.The contents of crude fiber，neutral detergent fiber，acid detergent fiber and hemicelllose in rice straw were significantly reduced by the addition of BS and CE（ ?lt;0.05） . The inoculation of cellulose-degrading bacteria could play a certain role in improving the fermentation quality of straw and reducing the celulose content in rice straw.And CE showed better effect.

Keywords：Cellulose degradingbacteria;Rice straw;Cellulase

近年來，隨著社會的不斷進步和經濟的快速發展，我國農業結構發生了巨大的變化，人們對畜產品的需求不斷增加，畜牧業占農業比重已提升至33%^[1] 。為穩定畜牧業的可持續發展，防止“人畜爭糧”的現象，在飼料供給不足的背景下，需要擴大生產飼料來源來滿足人們對畜產品的需求。秸稈是廉價、可再生的自然資源，每年全球會產生超過60億 t^[2] 。隨著農業現代化的發展以及經濟效率的提高，秸稈的數量也在不斷攀升，農作物秸稈作為可再生農業資源，來源豐富、產量巨大[3]。作為農業生產中的副產品，秸稈中富含了氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素且儲存了農作物中一半以上的光合作用產物，被眾多學者認為具有很大的研究潛力，利用好這一可再生的生物質資源將產生顯著的社會經濟效益[4-5]。隨著可持續發展以及綠色環保觀念的不斷普及與深入，秸稈資源化利用成為提高農業經濟高質量發展的重要舉措[6-7]。目前，隨著研究的深入，秸稈資源綜合利用主要以“五料化\"模式為基本框架，即肥料化、飼料化、基料化、原料化和能源化。其中秸稈的初始價值低，在畜牧業發展迅猛、優質飼料短缺的條件下，秸稈飼料化利用是主要的途徑之一，它不僅可以滿足畜禽對粗飼料供應的需求，一定程度上還緩解了社會經濟高速發展所存在的“人畜爭糧”的現象，同時還能增加秸稈的附加值，促進草食畜牧業高效健康發展[8]。

水稻是我國主要的糧食作物，根據谷草系數換算可預估每年會產生2.3億t的水稻秸稈。水稻秸稈中含有一定量的粗蛋白和可溶性碳水化合物，可作為粗飼料飼喂家畜，然而水稻秸稈中的纖維成分含量高，使得其適口性較差，不被家畜所喜食[9]。為此秸稈在飼喂家畜之前需進行一定的預處理[10]微生物制劑結合青貯可能是處理木質纖維素原料的一種有效方式。纖維素降解菌可將秸稈中的纖維素降解成家畜可吸收的單糖類物質來增加飼草營養，而青貯作為一種以乳酸菌厭氧發酵為主保存飼草營養的制作方式，經過青貯發酵過的飼草適口性好、消化率和利用率也都較高[11-12]。此外纖維素降解菌所產生的可溶性碳水化合物還可以增加乳酸菌發酵底物促進乳酸發酵，降低飼料pH值，抑制不良微生物的生長，從而達到長期保存飼草營養和改善青貯品質的目的[13]。為此，本次試驗分別用具有纖維素降解功能的兩株菌添加到水稻秸稈中，探討其對水稻秸稈中的纖維素成分、青貯發酵品質和可溶性碳水化物的影響，為纖維素降解菌調制農作物秸稈青貯飼料提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1. 1 材料準備

水稻秸稈于11月采集于華南農業大學啟林試驗田，取稻穗收獲后田間自然晾曬兩周的枯黃水稻秸稈。帶回實驗室立即用刀切碎至 3～5cm 長度備用。

1. 2 試驗設計

切碎的水稻秸稈用 30mm 粉碎機粉碎，并用無菌水按 70% 的含水量調濕水稻秸稈。將纖維單胞菌和芽孢桿菌按照 1×10⁵ cfu·g^-1 的添加量添加到水稻秸稈中，以不添加作為對照，每個處理5個重復，每個重復約 200g ，分別在青貯14和30d后開袋取樣測定其發酵品質和纖維含量（試驗中所用菌株均為本實驗室之前篩選保存的菌種）。

1.3微生物培養與計數

青貯14或 30d 后開袋，混合均勻后使用五點法稱取樣品 10g ，并注入 90mL 無菌生理鹽水充分振蕩后逐層稀釋，取 100μL 不同梯度稀釋菌液涂布在孟加拉紅瓊脂培養基上， 28^°C 恒溫培養箱培養2d以便于酵母菌和霉菌計數[14]。取 1mL 不同梯度菌液于MRS瓊脂培養基和結晶紫中性紅膽鹽瓊脂培養基中 37^°C 培養乳酸菌和大腸桿菌2d后計數（所用培養基均購自廣州鼎國生物技術有限公司）[15]。

1.4 化學成分測定

取 10g 樣本于自封袋中與 90mL 蒸餾水混合搖勻，放置 4^°C 冰箱保存 24h 后過濾以測定pH值、氨態氮（苯酚-次氯酸鈉鹽比色法）和有機酸（島津GC-14型高效液相色譜儀）含量[16]。稱取樣品 20g 左右利用真空冷凍干燥機凍存樣品 22h 至恒重后計算干物質含量。用全自動凱氏定氮儀測定粗蛋白含量。

粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、半纖維素含量應用Ringbio濾袋技術纖維分析儀方法測定。可溶性糖含量采用蒽酮比色法進行測定。

所有的統計分析均使用SPSS27.0軟件完成，采用單因素方差分析以及鄧肯氏（Duncans）新復極差法對不同菌劑添加處理的平均值差異進行多重比較，所有的圖則使用Graphpadprism8軟件制作并用AI進行美化修飾處理后導出。

加CE的水稻秸稈的粗蛋白含量顯著高于對照組，相反，pH值、氨態氮含量顯著低于對照組 （Plt;0.05） 。在所有的處理組均未檢測到酵母菌、霉菌和丙酸。青貯3Od以后，與對照相比添加BS和CE均顯著降低了秸稈飼料的干物質、霉菌、氨態氮和丙酸含量 （P lt;0.05） 。此外添加BS顯著降低了秸稈的粗蛋白含量，而CE顯著降低了秸稈的pH值 （Plt;0.05） 。

2 結果與分析

2.1水稻秸稈青貯前的發酵特性

水稻秸稈青貯前的發酵特性見表1，水稻秸稈凍干后干物質含量在 32.30% 左右。水稻秸稈的粗蛋白和真蛋白含量則為 7.28% 和 6.35% 。水稻秸稈的粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、可溶性糖含量分別為 30.85% ， 65.90% ， 35.12% 和2.65% 。水稻秸稈的半纖維素含量在 30.77% 左右。觀察水稻秸稈表面的微生物數量發現，水稻秸稈中乳酸菌數量和霉菌數量相當，超過了 5.00log cfu·g^-1 FM，大腸桿菌的數量為 2.29log cfu·g^-1 FM，未檢測到酵母菌的生長。

表1水稻秸稈青貯前的發酵特性（ ±sD = n=5 0

Table1Fermentation characteristics of rice straw beforeensiling（±SD， n=5 ）

2.2纖維素降解菌青貯后水稻秸稈的發酵品質

水稻秸稈厭氧發酵14和30d后的青貯品質如表2所示。與對照相比，發酵14d以后添加BS的處理顯著降低了秸稈發酵飼料的 pH 值，同時顯著增加了干物質含量 ?Plt;0.05） 。乳酸菌數量、粗蛋白和乙酸含量雖然沒有顯著增加，但也受到一定的影響。添

2.3纖維素降解菌發酵水稻秸稈后纖維成分變化

水稻秸稈在厭氧發酵14和30d后纖維成分的變化如表3所示。青貯14d以后，與對照組相比，添加BS和CE均顯著降低了水稻秸稈的粗纖維和半纖維素含量 （Plt;0.05） ，但中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量則無明顯變化。發酵30d以后，與對照組相比，BS和CE添加處理顯著降低了水稻秸稈的粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和半纖維素含量 ?Plt;0.05） 。

2.4纖維素降解菌發酵水稻秸稈后可溶性碳水化合物含量變化

青貯14和30d后，水稻秸稈中可溶性碳水化合物含量的變化如圖1所示，在水稻秸稈中，厭氧發酵14d后，添加BS和CE中可溶性糖含量均顯著高于對照組。相反，厭氧發酵3Od后，添加BS和CE中可溶性糖含量顯著低于對照組 （Plt;0.05） 。

3討論

為獲得良好的發酵品質，青貯的原料也需要滿足基本的青貯發酵條件，其中原料干物質含量的多少是評估飼料發酵后能否獲得良好質量的指標之二[17]。水稻秸稈調濕后干物質含量為33.30%FM，在 30% 6FM～40% FM之間，達到了理想發酵的標準[18]。水稻秸稈原料中的粗蛋白和真蛋白含量分別為 7.23% 和 3.25% ，其中水稻秸稈中的粗蛋白含量（7. 28% ）比馮鵬等人的研究中的粗蛋白含量（6.80%） 高，但比吳碩等人研究中的含量低，這可能與水稻的品種以及地理環境、氣候的差異有關[19-20]。可溶性糖碳水化合物作為乳酸菌在青貯過程中的發酵底物，其含量達到 6.00%～7.00% DM才能滿足乳酸菌快速發酵的需求。作為高纖維含量的植物，水稻秸稈中的可溶性糖含量未達到良好的發酵標準[21]。雖然水稻秸稈中乳酸菌的數量較高，達到了乳酸菌快速發酵的理論要求（大于 5.001g cfu. g^-1"FM），但是霉菌的數量也相對較高，乳酸菌在附生的微生物群落中并不具有優勢地位。為保證良好的發酵品質，添加青貯添加劑是促進乳酸菌大量繁殖生長和加速產酸進程的主要方式之一[13]。具有纖維素降解功能的BS和CE或許可以降解秸稈中高含量的纖維素，實現多糖到單糖的轉化，為乳酸菌發酵提供充分的底物，從而加速產酸進程。

表2水稻秸稈青貯后的發酵品質變化

Table2The change of fermentation quality in rice straw after ensiling

注：同行不同小寫字母表示不同處理之間的顯著差異 （Plt;0.05） ;CK表示對照組；BS表示沙福芽孢桿菌；CE表示伊朗纖維單胞菌；lt;表示微生物數量小于 2lgcfu?g^-1FM ;ND表示未檢測到；FM表示新鮮物質;DM表示干物質;cfu表示菌落形成單位;D表示發酵天數。下同

Note：Different lowercase leters in the same row represent significant differences among treatments （ （Plt;0.05） ；CK indicates control group;BSindicatesBacillussafensis；CE indicatesCellulomonas iranensis; lt; indicates the number of microorganismunder FM；ND indi-catesnodetected；FMidicatesfreshatte;Dindicatesdrymater;cfuidicatesolonyfingunits；Dinicatesfementatiodayesameasbelow

注：不同小寫字母表示不同處理顯著差異（ Plt;0.05 ） Note：Different lowercase letters indicate significantdifferences in differenttreatmentsattheO.O5level

秸稈飼料厭氧發酵以后的pH值是評估乳酸菌產酸發揮其抑菌效果的重要指標之一[22]。這是由于乳酸菌產生的有機酸可以迅速酸化環境、抑制微生物的活性，使得乳酸菌在早期與不良微生物的競爭中占據優勢地位，加速發酵進程從而達到良好的發酵效果[23]。水稻秸稈青貯14d以后，與對照組相比，添加BS和CE顯著降低了pH值，但是依然沒有達到良好的發酵基準 （pHlt;4.2） ，這可能是秸稈中仍然含有大量的大腸桿菌的原因之一[24]。大腸桿菌由于會跟乳酸菌競爭發酵底物，增加營養損失，也常被視作是不良微生物，不利于青貯飼料的營養保存[25]。在當前的研究中，添加兩種纖維素降解菌并沒有抑制大腸桿菌的生長，甚至大腸桿菌的數量顯著高于對照組，這可能是由于青貯發酵是一個微生物共同作用的過程，BS和CE降解纖維素所產生的可溶性碳水化合物不僅促進了乳酸菌的生長，也提供了大腸桿菌生長所需的營養物質導致其大量繁殖[26-27]。盡管如此，生物制劑的添加對粗蛋白的營養保存以及氨態氮的減少仍有一定的作用，這種變化在CE處理的水稻秸稈中尤為明顯，發酵14天后，它顯著增加了水稻秸稈的粗蛋白含量并減少了氨態氮含量。青貯30d以后，只有CE處理的水稻秸稈的pH值顯著低于對照組，BS處理組則無明顯變化，這可能是由于在CE處理組中，雖然乳酸和乙酸含量沒有顯著高于對照組，但是均有增加的趨勢，有機酸的累積可能顯著降低了pH值。即使水稻秸稈的pH值沒有達到良好的抑菌標準，霉菌的數量在添加了兩種纖維素降解菌以后均顯著降低。干物質作為重要的指標，添加了兩種纖維素降解菌以后其含量也顯著降低，這可能是由于纖維素的降解增加所產生的碳水化合物被微生物利用所造成的。

理論上纖維降解菌的應用有助于增強結構性碳水化合物的降解，為乳酸菌提供額外的發酵底物[28]此外，對高纖維的非常規飼料而言，纖維的降解有助于增加飼料的適口性，提高反芻動物采食的消化率[29]。在當前的研究中，兩種纖維素降解菌的添加對水稻秸稈的粗纖維和半纖維素均有顯著的影響，隨著發酵時間的延長，青貯30d以后，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量也顯著低于對照組 （Plt;0.05） 。這可能是由于植物的化學成分以及含量之間的差異以及菌種種屬的不同，兩種纖維素降解菌的添加在不同原材料中的效果不一。添加BS后，水稻秸稈青貯14d后的纖維成分均有下降的趨勢，但僅粗纖維和半纖維素含量顯著降低；而在CE處理的水稻秸稈中，所有的纖維成分的降解均顯著減少。發酵時間的延長可能對纖維素降解菌發揮其降解功能提供了充足的反應時間，以至于兩種纖維素降解菌均顯著的降低了粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和半纖維素含量[30]。然而，隨著發酵時間的延長，所有處理中纖維成分均有增加的趨勢，在Sun等的研究中也發現了類似的現象[31]。這可能是由于隨著發酵時間的延長，水稻秸稈中的營養物質被微生物利用以后，干物質含量的減少所導致的纖維成分比例增加所引起的。

飼料中可溶性碳水化合物的變化被認為是反映纖維降解效果的參考依據之一[32]。隨著發酵時間的延長，BS和CE處理后的水稻秸稈中可溶性糖碳水化合物含量逐漸降低，而對照組中則出現增加的趨勢。這可能是由于發酵后期，添加兩種纖維素降解菌以后微生物的代謝活性增強，增加了碳水化合物的利用率。發酵14d后，添加了兩種纖維素降解菌處理的秸稈飼料中可溶性碳水化合物比對照組高，一定程度上說明了纖維素降解菌對多糖的轉化效果。但發酵30d后，添加纖維素降解菌處理的秸稈飼料的可溶性糖比對照組低，這可能是發酵后期充分的發酵底物促進了微生物的繁殖生長，促進了可溶性糖的代謝利用，這一利用雖然奠定了乳酸菌在微生物群落中的優勢地位，但也促進了大腸桿菌的生長，使得乳酸的含量在對照和BS處理組相較于發酵14天時有明顯升高的趨勢[33]

4結論

試驗結果表明，發酵14天后，添加BS和CE均能減少水稻秸稈中粗纖維和半纖維素含量，發酵30天后，添加BS和CE均能降低水稻秸稈中霉菌的數量、氨態氮含量和秸稈中的纖維成分，其中CE的纖維降解效果最好。

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（責任編輯 閔芝智）