小麦和水稻秸秆作为反刍动物饲料资源的生物降解技术研究进展

冯文晓，陶 莲，陈国顺，刁其玉

（1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.甘肃农业大学动物科学与技术学院，兰州730070）

小麦和水稻秸秆作为反刍动物饲料资源的生物降解技术研究进展

冯文晓1，2，陶 莲1，陈国顺2，刁其玉1

（1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.甘肃农业大学动物科学与技术学院，兰州730070）

玉米秸、麦秸和稻草是农业生产中最为丰富的副产品，同时也是反刍动物潜在的粗饲料资源，但因其直接饲喂时难以被消化，故饲用价值较低。因此，如何对其进行降解处理来提高其饲用价值，一直是国内外农业和养殖业研究及关注的热点。文章主要综述了小麦和水稻秸秸干生物处理技术的研究进展，以期为它们的合理、有效利用提供参考。

小麦秸秆；水稻秸秆；生物降解；利用率

1 小麦和水稻秸秆产量与利用概况

小麦、水稻、玉米秸秆是主要的农作物副产品，在我国北方地区小麦和玉米秸秆占主导地位。而在我国南方地区主要以水稻秸秆为主。据2014年中国统计年鉴和相应的折算系数计算，作为我国三大作物秸秆之一的水稻秸秆产量为2.065亿t，小麦秸秆产量为1.262亿t，其总产量呈现增长的趋势。由于小麦和水稻秸秆粗纤维（CF）含量高（占60%以上）、粗蛋白含量低（仅3%～6%）、且适口性较差等原因，导致秸秆饲料利用率有限。据高祥照等［1］调查分析，我国农作物秸秆直接饲喂家畜或者经加工处理后作为饲料的比例仅占秸秆总量的23%左右，23.7%的秸秆用于供应燃料，36.6%则作为肥料用于还田，其他如焚烧和乱堆乱放占17%，这不仅污染了环境，还造成饲料资源的严重浪费。因此，如何提高秸秆的营养价值、改善其适口性及利用率是大力发展节粮型草食家畜养殖的需要，也是实现农业和畜牧业结构优化、高效、优质和可持续发展战略的重要途径之一。

2 小麦和水稻秸秆作为饲料化利用的处理方法

植物秸秆中的细胞壁约占秸秆干物质的80%以上。纤维素类物质是细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素和三维网状结构的木质素等。为了消除秸秆中的抗营养因子，降低纤维素的结晶度，国内外学者对秸秆的利用开展了多方面的研究［2］。目前改善秸秆利用率的方法主要有物理处理、化学处理和生物学处理3种方法［3］。物理处理和化学处理方法虽然可以提高粗饲料的消化率，增加采食量，但都存在一定的局限性。而利用生物的广泛适应性和多功能性来转化秸秆，已日益受到国内外科学研究者的重视。生物处理法是指利用特定益生微生物或其分泌产物、活菌和酶制剂的复合制剂来处理秸秆，包括微生物发酵和酶制剂分解法等［4］。秸秆的生物学处理被认为是最有前途的处理方法。

3 小麦和水稻秸秆作为反刍动物饲料的生物降解技术及应用效果

近几年来，有关使用微生物及其分泌的酶类作为秸秆发酵制剂的研究开展较多［5］。研究表明，无论使用益生菌还是酶菌制剂处理农作物秸秆，都能使它们的结构发生改变，其营养素利用率提高，成为一种可以利用的粗饲料资源，用于牛羊等反刍动物的饲养中。

3.1 麦和水稻秸秆青贮技术及应用效果

青贮发酵是指利用附着于植物体的乳酸菌等微生物的活动，通过发酵作用，将原料中的糖类等可溶性碳水化合物变成乳酸等有机酸，增加青贮料的酸度，从而抑制或者杀灭各种有害细菌的生长与繁衍，加上厌氧环境抑制了霉菌的活动，使含水量较高、营养丰富的青绿饲料得以长期保存［6］；同时，由于在青贮过程中乳酸发酵产生的代谢产物，使青贮料带有酸香味，能提高畜禽的适口性。秸秆在发酵过程中，必须有足够的微生物存在，才能保证青贮成功。对于营养价值低劣的小麦和水稻秸秆，只靠其本身附着的少量乳酸菌发酵很难达到预期目的，有关小麦和水稻秸秆青贮的研究报道很少，生产中急需相关的青贮方法。

3.2 干秸秆的活菌处理技术及应用效果

干秸秆活菌处理技术主要是针对含水量低的麦秸、稻草、半黄或黄干玉米秸和高梁秸等秸秆。目前真菌多被用来降解秸秆中的木质素，用于处理干秸秆的真菌主要有白腐菌、褐腐菌、软腐菌等。同时乳酸菌的作用亦不能忽视。惠文森等［7］利用酵母菌对小麦秸秆进行发酵处理，并对发酵前后秸秆的粗蛋白质、粗纤维及粗脂肪含量进行了分析比较。结果表明，小麦秸秆经过酵母菌发酵30 d后，粗蛋白质含量提高了1.5%，粗脂肪提高了0.55%，粗纤维降低了1.48%。统计分析显示，发酵后粗蛋白质和脂肪含量均较未发酵有显著提高（P＜0.01），发酵后粗纤维含量较未发酵有显著降低（P＜0.01）。蒋中海［8］报道，使用含有效菌种10亿/mL的微生物发酵液，处理水稻和玉米秸秆后，秸秆微贮饲料的蛋白质含量为11.06%，木质素含量下降16.5%。饲喂小公牛后，其采食量提高了15%，消化率提高了45%。赵婷静［9］报道称，使用复合微生物菌剂发酵玉米和小麦混合秸秆后，秸秆的粗蛋白含量提高了28.38%，活菌数达13.15亿/g（P＜0.01）；发酵秸秆饲喂奶牛的试验结果表明，头均产奶量提高了85.8 kg。因此，小麦和水稻秸秆经微生物发酵处理后，能有效改善秸秆自身的理化特性，提高反刍家畜的采食量。张浩等［0］选用装有瘘管的山羊观察微贮水稻秸秆的瘤胃降解率。结果表明：微贮与对照组普通干稻草NDF动态降解率分别为30.32%和21.66%，ADF动态降解率分别为24.87%和19.35%，均比对照组有所升高。王汝富［11］对经发酵活干菌（纤维分解菌和乳酸杆菌）处理的小麦和玉米秸秆饲喂肉牛效果的研究发现，试验组（微生物处理秸秆组）牛的日均采食量和采食率分别比对照组牛提高了30.9%和25.1%，日增重提高了73.56%，具有较好的推广价值。小麦和水稻秸秆微贮后能够提高瘤胃的降解率，增加反刍家畜的采食量，促进家畜的消化吸收。同时，史玉英等［12］的研究结果显示，不同秸秆分解菌之间具有较强的协同作用，纤维素分解菌与木质素分解菌对稻草的联合分解能力明显高于任何一个单一菌株。赵小蓉等［13］的研究也证实了这一点，细菌与真菌之间存在较强的相互作用，且作用效果并不是简单的加和效应。因此，在实际处理中，采用混合菌降解秸秆效果更好。

3.3 酶制剂降解技术及应用效果

近年来，随着生物技术的发展，酶制剂作为饲料添加剂逐渐在畜牧业中广泛应用。目前常用酶制剂主要为纤维素酶与半纤维素酶类。添加酶制剂有助于植物细胞壁的分解，提高可溶性碳水化合物含量，为乳酸菌的繁殖发酵提供充分的底物，从而提高青贮的发酵品质［14］。

3.3.1 用于秸秆降解的酶制剂类型

3.3.1.1 纤维素酶 纤维素酶系为糖苷水解酶。包括：内切葡萄糖苷酶、外切葡萄糖苷酶（又称纤维二糖水解酶，CBH）和β-葡萄糖苷酶（萄糖苷酶二糖，简称BG）3类。能分泌纤维素酶的微生物包括细菌、真菌以及放线菌。目前研究较为广泛的分泌纤维素酶的真菌包括绿色木霉、李氏木霉、根霉、青霉等，其中木霉属产酶量最高。

3.3.1.2 半纤维素酶 半纤维素酶是分解半纤维素的一类酶的总称，主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β纤葡聚糖酶和半乳糖苷酶等。在饲料工业中应用较多的是β-葡聚糖酶，它主要由木霉、黑曲霉、米曲霉、枯草杆菌和地衣芽孢杆菌等微生物产生。葡聚糖的粘稠性是它的主要抗营养特性。日粮中添加葡聚糖酶，可以降低肠道内容物特性、消化酶活性、肠道微生物作用环境等，从而有利于动物对营养物质的消化和吸收，提高生长性能和饲料转化率。

3.3.1.3 果胶酶 果胶是高等植物细胞壁的一种结构多糖，主要成分是半乳糖醛酸，并含有鼠李糖、阿拉伯糖。果胶酶是分解果胶的一个多酶体系，通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶3种酶。这3种酶的联合作用使果胶质得以完全分解。

3.3.1.4 木质素酶 木质素的降解酶系是个非常复杂的体系，其中最重要的木质素降解酶有3种。即木质素过氧化物酶（简称LiP）、锰过氧化物酶（简称MnP）和漆酶（简称Lac）。另外还有芳醇氧化酶、乙二醛氧化酶、葡萄糖氧化酶、酚氧化酶、过氧化氢酶等都参与了木质素的降解或对其降解产生一定的影响。常用的微生物主要有放线菌、软腐真菌、褐腐真菌和白腐真菌。

3.3.2 酶制剂在纤维性日粮中的应用 姜桂侠等［15］采用两种方法分别将纤维素酶制剂加到精料中和喷洒在小麦秸秆上，研究其对牦牛的应用效果。结果表明：试验组牦牛的干物质消化率和日增重与对照组相比呈明显提高趋势（P＜0.01），分别比对照组提高了4.57%、6.18%和42.85%、35.71%，但两个试验组差异不显著（P＞0.05）。Tang等［16］应用体外试验证明，纤维素酶和木聚糖酶处理的小麦和水稻秸秆，体外有机物降解率（OMD）与DM的消化率都显著提高。金加明等［17］试验表明，使用纤维素酶酶解的小麦秸秆饲喂小尾寒羊，试验组只均日增重148g，比对照组提高68.2%（P＜0.05）。因此，酶制剂对秸秆的纤维素降解转化有较好的效果，能够有效地提高秸秆的利用价值，促进动物的消化吸收。

4 结束语

我国小麦和水稻秸秆资源丰富，生物学法处理利用农作物秸秆具有其他物理化学方法不可替代的优点，并已成为农业综合开发领域的一个亮点，正在朝着多元化、深层次的方向发展。利用生物方法处理秸秆可根本改变秸秆作为饲料不易消化的缺陷，提高了秸秆的营养价值及其利用率。此外，利用生物法处理秸秆成本较低，不受农时季节限制，有效地节省了人力资源，同时对保护环境具有重大的意义。随着生产和研究的发展，降解木质纤维素的微生物类群和纤维素酶都是多种多样的，研发一种菌酶或复合酶最优组合对于提高秸秆分解效率是非常必须的，微生物不同配伍效应的研究，使不同的菌和酶都能作用到秸秆的糖苷键、氢键、共价键、醚键、碳-碳键等关键位点，打开这些紧密的结构，释放出可以消化的物质，这将为合理利用不同的生物制剂提供科学依据，进而为秸秆的利用提供理论依据和技术支撑，使大量的废弃秸秆成为代替粮食进行畜牧生产的宝贵资源。

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Recent Advance in the Biodegradation Technique of Wheat and Rice Straw as Ruminant Feed

FengWenxiao1，2，TaoLian1，DiaoQiyu1，et al
（1.KeyLaboratoryofFeed Biotechnologyofthe MinistryofAgriculture，Feed Research Institute ofChinese Academyof Agricultural Sciences，Beijing100081，China；2.College ofAnimal Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）

Corn straw，wheat strawand rice straware the most abundant agricultural by-products and also the potential roughage resources for ruminants.However，due to the low digestibility，they are hard to be utilized，therefore，how to improve their feeding values in agriculture and animal husbandry is a hot topic home and abroad.This article mainly summarized the research advance in the biodegradation technigue ofwheat strawand rice strawwith an aimtoprovide

for a better utilization.

wheat straw；rice straw；biological degradation；utilization rate

S816.3

A

2095-3887（2016）03-0059-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2016.03.015

2016-03-10

公益性行业（农业）科研专项经费项目（20120304202）；国家肉羊产业技术体系（CARS-39）

冯文晓（1989-），女，硕士研究生。

刁其玉（1958-），男，研究员，博士生导师。