利用白腐真菌处理稻草秸秆的研究进展

甘肃农业大学动物科技学院 韦丽敏 乔 梁

江苏畜牧兽医学院动物科技学院 张 力＊ 张君胜 杨晓志

白腐真菌作为能彻底降解木质素的微生物，已引起高度重视。利用白腐真菌生物降解秸秆对于扩大饲料来源，减少环境污染，均具有一定的现实意义。Zadrazil等（1982）研究了200多种白腐真菌后发现，有几十种白腐真菌能够显著的改善秸秆的适口性，提高木质素的降解率，大幅度提高秸秆瘤胃干物质消化率（40%～60%）。杨国金和李育质（1993）用白腐真菌等多种菌分别接种稻草、小麦秸、玉米芯粉，在20～30℃条件下培养7～10 d，发酵后秸秆的粗纤维降解率提高了19.0%～37.9%，粗蛋白质增加了近1倍左右，同时还产生一些氨基酸和维生素。因此，深入研究白腐真菌处理秸秆的技术途径，对我国生态农业的健康发展、生存环境的保护与净化以及粗饲料紧缺问题的解决等方面均具有十分重要的意义。

1 白腐真菌降解木质素的作用机制

白腐真菌对木质素的降解是一个以自由基为基础的链反应过程。反应的启动者是过氧化物酶（木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶）。先是木质素解聚，形成许多具有高度活性的自由基中间体，然后以链式反应方式产生许多不同的自由基，导致各种连接键断裂，使木质素解聚成各种低分子量片段，再经完全彻底氧化直到降解成CO2。这种自由基反应是高度非特异性和无立体选择性的，正好对应与木质素结构的多变性，才能完成这种异质大分子高聚物的瓦解。

白腐真菌降解秸杆的具体过程是在适宜的条件下，白腐真菌的菌丝首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质，然后菌丝进入到秸秆内部，合成多种酶，同时分泌到细胞外，构成降解系统的主要成分。其中关键的两类过氧化物酶是木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶，在分子氧的参与下，依靠自身形成的H2O2，触发启动一系列自由基链式反应，实现对木质素无特异性的彻底氧化，从而使秸秆变得易于消化吸收（Andrzej等，1999）。用白腐真菌处理秸秆时，秸秆无需进行化学或物理的预处理。

2 白腐真菌在秸秆养畜中的应用

2.1 提高秸秆的利用率 闽晓梅和孟庆翔（2000）研究表明，白腐真菌可使秸秆中木质素降解率达到40%～60%，纤维素和半纤维素降解率达到20%～40%，干物质损失10%～40%。用白腐真菌发酵切碎的麦秸，一个月后不仅粗蛋白质含量有所提高，且秸秆的消化率可提高2～3倍。用白腐真菌发酵稻草时，发酵后其木质素含量降低13.7%～29.9%，蛋白质含量增加24.6%～72.4%（闽晓梅和孟庆翔，2000）。由于大部分木质素被降解或破坏，秸秆质地变柔软，适口性改善，明显提高了秸秆的体外干物质消化率。

2.2 混菌发酵生产蛋白质饲料 应用白腐真菌处理秸秆，可以提高秸秆的利用率，但是一些降解产物仍得不到充分的利用。利用白腐真菌降解秸秆木质素的能力和其他微生物发酵生产蛋白质饲料或单细胞蛋白（SCP）的能力，进行混菌发酵可生产蛋白质饲料。陈庆森等（1999）以玉米秸秆为原料，利用多菌种混合发酵，经测定发酵液中玉米秸秆的纤维素利用率达70%，粗蛋白质得率在23%以上，大大提高了玉米秸秆的营养价值。赵华等（2004）以酒糟和稻草为基质进行混菌发酵，分别比较了白腐菌单菌发酵、酵母菌单菌发酵和二者混菌发酵对蛋白质含量的影响。结果表明，混菌发酵对蛋白质提高的贡献最大。同时，发现白腐菌培养20 d后接入酵母可使蛋白质含量达到6.45%。杨琳等（2000）试验表明，混菌发酵玉米秸秆不仅降低了木质素的含量，同时提高了秸秆中蛋白质的含量，从而证明了可以利用木质素降解菌和其他微生物混合发酵秸秆生产优质饲料。

3 白腐真菌降解秸秆的影响因素

目前的研究发现，影响白腐真菌对秸秆饲料有效利用的主要因素有：（1）白腐真菌菌种的选择；（2）酸碱度；（3）碳源、氮源的选择与限制培养；（4）在固体发酵中，培养物的气体交换；（5）气体在培养料中的穿透与扩散；（6）白腐真菌开始生长时需要基质无菌和高度需氧环境。但实际生产中最主要的影响因素是以下几个方面：

3.1 秸秆成分 碳元素和氮元素是构成生命体的两大基本元素。白腐真菌降解处理的秸秆需要为白腐真菌提供所需要的碳源和氮源，以保证白腐真菌的生命活动。而对碳源和氮源的需要量，因白腐真菌菌种或生长阶段的不同而有差异。范寰等（2010）对两种白腐真菌共同培养进行了多组不同碳氮比的试验，通过对比得到了木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶最佳活力的碳氮比，以及木质素降解率最高的碳氮比。这表明碳氮比可以影响到白腐真菌酶活力，并且因碳氮比的不同而对木质素产生不同的降解效果。由气候和地理位置所导致的秸秆本身化学组成上的差异，也会对白腐真菌降解处理的效果产生一定影响。Arora和Sharma（2009）报道，来自 CZ（地区）（15 ～ 35 ℃）的小麦秸秆与 NEPZ（地区）（0～20℃）相比，木质素含量较高并且消化率较低，仅短孢射脉菌不受因地域和气候差异导致的小麦秸秆化学组成差异的影响，可提高小麦秸秆的体外消化率，而其他菌种表现较差。

3.2 温度 由于温度会影响白腐真菌菌体自身的生长、繁殖，胞外酶的分泌以及胞外酶的活力，因此是影响降解的另一个至关重要的因素。温度过高或过低，均会影响菌体的生长和秸秆中木质素的降解率。刘敏等（2008）研究了侧耳在不同温度下处理玉米秸秆后NDF和ADF的含量的差异变化，结果发现，20～24℃为较适合侧耳生长的温度，NDF和ADF降解率较高，而16℃研究低于该范围，NDF和ADF降解率较低。

3.3 处理时间 合适的降解处理时间对于有效提高粗饲料的利用率意义重大。荆义等（2008）研究发现，在侧耳菌降解玉米秸秆的过程处理中，随时间的推移，NDF均呈下降趋势，并且体外干物质消化率均呈上升趋势。这是由于处理时间过短，木质素屏障无法被充分破坏；而时间过长，又会导致暴露的纤维素被降解，造成较大的营养损失。任克宁等（2009）在糙皮侧耳降解玉米秸秆的试验中发现，酸性洗涤木质素（ADL）的降解发生在5～10 d，这表明此阶段是木质素分解酶大量分泌的时期。此后，酶逐渐失活，新酶分泌量减少以及代谢产物累积，造成ADL降解率速度减慢。另外，酸碱度、通气量和氧分压等条件也会对白腐真菌降解产生影响。

4 实际生产中需解决的问题和应用前景

国内外有关利用白腐真菌降解处理秸秆的研究已经开展多年，但是要真正做到利用白腐真菌大规模处理秸秆，生产饲料服务于畜牧生产，还需要很长的一段路。今后，可在以下三个方面重点开展研究：使用物理和化学方法，利用野生型白腐真菌选育降解能力更加优良的白腐真菌。Vijaya等（2009）利用经紫外线和 X射线诱变处理得到的侧耳，处理一种以稻秸等粗饲料组成的反刍动物饲料，不仅木质素损失量比野生型侧耳高，而且紫外线诱变型的粗蛋白质含量提高。（2）利用两种或者两种以上的白腐真菌复合发酵处理秸秆，利用不同菌种产生的酶协同作用，可以起到提高粗饲料消化率的作用。张洪生等（2009）研究发现，复合菌种发酵后的小麦秸秆木质素降解率、NDF消化率和干物质瘤胃消化率与单一菌种相比，分别提高了7.7%、14%和11%。范寰等（2010）利用两种白腐真菌降解麦秸木质素，发酵后木质素含量提高了60.71%。此外，还可以将某种白腐真菌和其他种类的微生物进行混菌发酵，这样在白腐真菌降解木质素的同时，还可以利用另一种微生物的发酵，提高粗蛋白质或者可溶性糖类的含量。秦涛等（2010）研究表明，利用绿色木霉和黄孢原毛平革菌两种微生物混合发酵处理秸秆，粗纤维的利用率达到69%。（3）从青贮和微贮等大规模处理秸秆的方法中借鉴经验，根据白腐真菌菌种自身特点，逐步探索大规模降解处理秸秆的技术。但目前国内外相关研究报道较少。

此外，目前有关利用白腐真菌提高秸秆营养价值的研究大多限于实验室。通常，处理前均对秸秆进行灭菌处理，排除杂菌的干扰。但在实际生产中由于存在着大量霉菌和其他杂菌，在氧气含量、温度和湿度等适宜条件下，杂菌会迅速生长，竞争性抑制白腐真菌的正常生长，使秸秆发霉变质，从而影响白腐真菌处理秸秆的效果，这是当前限制白腐真菌在实际生产中应用的重要因素之一。考虑到成本和操作方便，最切实可行的措施有以下两种：（1）通过菌种筛选和选育，找到能在通常条件下迅速生长，在与杂菌竞争中可处于生物量绝对优势的优良品种；（2）在生产操作中，适当增加白腐真菌接种剂量。

从秸秆处理发展的趋势来看，由于白腐真菌处理秸秆具有能大幅度提高秸秆瘤胃干物质消失率、能耗小、成本低、无污染、对家畜基本无危害等优点，随着研究的深入和技术的进步，一旦几个关键环节被攻克，白腐真菌将可广泛地应用于处理低质的农作物秸秆，使其变成反刍动物合适的能量饲料，促进草食家畜业的发展。

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