白腐真菌降解农业废弃物秸秆的研究进展

代广辉

(阜阳幼儿师范高等专科学校 科学与健康系, 安徽 阜阳236015)

我国作为一个农业大国，各类农作物产量都居于世界前列，在满足于供应我国14多亿人口日常饮食的过程中，我国也开始迈向了出口农作物产品的道路，随着农作物产量逐年上升的趋势下，农业废弃物秸秆的产量也大幅提升。据统计，2018年以来，世界各国家的年秸秆产量大约为25亿吨～30亿吨，而我国2018年的年秸秆产量就达到了8.92亿吨左右，居于世界第一。秸秆作为一类可再生资源的有机原料，在我国的利用率却不足10%，长期以来，农作物秋收过后，大量的秸秆被直接焚烧或堆砌田间，对于环境造成了极大污染〔1〕。随着我国养殖业的迅猛发展，无机类养殖饲料对环境造成的污染以及为人体带来的不健康因素，使得以动物粪便或者是植物农业废弃物秸秆这类有机饲料不断得以应用，降解农业废弃物秸秆加以饲料化利用，有着广阔的发展前景。但秸秆中所含有的大量无法被降解的木质素以及半纤维素使得秸秆的利用效率降低。故而必须通过有效的手段去对于秸秆中的木质素、半纤维素以及一些难以降解的物质进行有效降解，进而提升秸秆的利用率来造福农牧业。已知目前对于秸秆的降解方式中，发挥效果最好的就是通过微生物真菌来进行降解，目前可以分解秸秆中的木质素真菌主要有软腐菌、白腐菌和褐度菌三类，其中白腐菌所对于秸秆中的木质素降解作用最好，成为当下国内外对于利用微生物降解秸秆的研究热点〔2〕。

1 农业废弃物秸秆的利用现状

我国每年所产生数量庞大的农业废弃物秸秆，但其在我国的利用效率却较为低下。农业废弃物秸秆中，所含有大量的营养物质，如粗蛋白、纤维素以及半纤维素等等，其可以为动物养殖业提供丰富的饲料资源。从国外来看，李旭军(2016)指出当下美国农民在对于农业废弃物秸秆的处理上，几乎看不到任何焚烧的场面，往往都是通过直接售卖给当地的养殖企业利用微生物降解发酵进而转换成可供动物较好吸收的有机饲料〔3〕。而从我国来看，一方面因为长期养殖类企业所使用无机饲料进行饲养，导致我国对于有机类饲料的开发力度不足，另一方面我国所对于农业废弃物秸秆的降解研究不足，农业废弃物秸秆的粗蛋白及其他营养物质不能直接所被加工降解出来，使得动物对于其中的营养物质利用率太低。我国在近两年对于有机类饲料的开发逐步提速，但对于农业废弃物秸秆的应用率还相对较低，据统计，我国近两年对于农业废弃物秸秆进行降解加工后所为养殖业动物提供饲料的利用比例仅占20%左右，另有约10%的秸秆用于造纸工业或者工艺品制造业，其余的都用来进行焚烧供暖或还田。就此来看，利用微生物对于秸秆进行降解发酵后给动物去提供相应的饲料在我国有着十分可观的应用前景〔4〕。

2 白腐真菌降解木质素的作用机制

在农业废弃物秸秆中，木质素的降解是秸秆资源能否得到较好利用的关键所在。而在对于秸秆中木质素的降解过程中，以微生物降解效果最好，并且以白腐真菌为主的微生物对于秸秆中木质素的降解作用效果最为显著，也一直以来是国内外农学专家学者以及其他专家学者所关注研究的焦点。基于对白腐真菌所对于木质素降解作用机制来说，其所对于秸秆中的木质素降解过程实则就是一个以自由基为基础所进行的链式反应过程，其中过氧化物酶、锰过氧化物酶以及木质素过氧化物酶作为整个反应过程的启动者或者催化剂起着关键作用。StaleR(2016)表示在具体降解过程中，先是白腐真菌附着在将要被降解的秸秆表面，随后在适宜的环境以及温湿度条件下，白腐真菌通过菌丝分泌出一些可以溶解秸秆表层的防护型蜡质类物质，此过程中主要是依靠于白腐真菌所分泌出的超纤维素氧化酶来进行溶解的，随后白腐真菌在对于秸秆表层蜡质溶解后即进入到秸秆内部通过分泌一些过氧化物酶、锰过氧化物酶以及木质素过氧化物酶并将其释放到细胞外准备开始对于木质素进行溶解。白腐真菌在分子氧以及各类催化酶的参与下通过启动一系列自由基链式反应将木质素此类高聚物之间的连接键断裂，使木质素解聚成一些分散的低分子片段，再经过酶的催化作用彻底将其降解成二氧化碳，进而使得秸秆中的营养物质变得更好吸收也更容易被消化〔5〕。

3 白腐真菌降解农业废弃物秸秆的影响因素

根据国内外对于白腐真菌降解农业废弃物秸秆的研究进展过程发现，并不是对于秸秆直接利用白腐真菌就可以直接降解的，其在降解过程中也受到许多因素的影响，一旦处理不完善就可能导致出现降解失败的情况。从国内外对于白腐真菌降解秸秆的影响因素来看主要的因素包括酸碱度的影响、发酵过程中气体交换的影响、白腐真菌菌种的选择、碳源，氮源的选择、以及白腐真菌生长过程中所需要的环境等，但是在实际的降解培养过程中主要的影响因素包括以下几个方面：

(1)秸秆的成分

构成生命体征的主体基本元素为碳元素和氮元素，在利用白腐真菌对于秸秆进行降解过程中，秸秆要有可以满足于白腐真菌生长以及进行各项生命活动的碳源和氮源条件。并且从白腐真菌对于碳源和氮源的需求情况来看，根据不同时期的白腐真菌对于碳源和氮源也有着不同的需求差异。梁军锋等人(2017)通过实验利用不同的碳元素和氮元素比例对于白腐真菌进行了实验对照的区别化培养，通过不同的碳氮比培养，得到了白腐真菌所分解的过氧化物酶、锰过氧化物酶以及木质素过氧化物酶可以发挥最佳催化活力的碳氮比环境，其实验过程也表明了，不同的碳氮比环境下，白腐真菌各类酶的活力也不同，进而对于秸秆的木质素降解效果也不同〔6〕。而由于我国地域条件的差异，不同的地域农作物秸秆本身的化学成分也不同，对于白腐真菌的降解效果也会产生一定的影响。张仲卿, 张爱忠, 姜宁等(2018)在其研究报道中，对于CZ和NEPZ两个地区的秸秆木质素含量进行了调查研究，其中表示该两地区间因为气候差异原因，CZ地区的秸秆木质素含量较之NEPZ地区的木质素含量较高，并且白腐真菌在对于CZ地区秸秆降解消化的能力较低于NDPZ地区，证实了地域和气候差异的原因对于白腐真菌降解木质素有着不同的降解效果。

(2)温度

温度也是影响白腐真菌降解秸秆过程中的一种至关因素。其对于白腐真菌的生长、繁殖以及相关酶的分泌和酶的活力都有着极大影响作用，过高或者过低的温度会导致其降解效率呈现一定的差异。刘敏(2016)在对于玉米秸秆在接种白腐真菌后在不同温度下对于木质素的降解率进行了对比研究，结果发现，在21～25°C情况下，秸秆中木质素的降解率最高，而在15°C或是以下时白腐真菌对于秸秆降解率偏低，有些甚至不降解〔7〕。

(3)处理时间

合理的降解时间可以有效提升白腐真菌对秸秆的降解效率。闽晓梅(2015)在对于白腐真菌降解秸秆的处理过程中发现，白腐真菌在降解时间太短，会导致白腐真菌相关酶的分泌不足，并且对于木质素的降解效率也不明显，木质素的屏障也无法受到较大的破坏，而处理时间太长，则会导致秸秆中的纤维素为被降解，进而致使秸秆中大量的营养成分流失〔8〕。张仲卿, 张爱忠, 姜宁等人(2016)也在研究中表示，一般来说白腐真菌处理降解秸秆的最佳时间在5～10天之内，一旦超过这个时间，白腐真菌相应酶的活力逐渐下降，新酶的分泌量也几乎不再增多，对于秸秆的降解效率大幅下降。除此之外，酸碱度、降解过程中的通气量以及氧的提供等都会对于白腐真菌的降解过程产生相应影响〔9〕。

4 利用白腐真菌降解秸秆的应用前景及展望

近几年来国内外开始不断对于白腐真菌降解秸秆开展相关研究，但是要做到较好的去处理利用白腐真菌去处理秸秆还有很长一段的路要走，尤其是如何去更好的将秸秆进行降解后利用到动物饲养中，也是一个前景十分可观的研究重点。而在今后对于白腐真菌降解秸秆的研究方面可以从以下几个方面开展重点研究：一是通过利用物理和化学的方法去选用更加降解效率优良的白腐真菌。例如Vijaya(2016)通过利用紫外线和X射线去诱变处理后的白腐真菌不仅使得其对于秸秆的降解速率明显提升，还进一步减少了秸秆中粗蛋白和纤维素的损失〔9〕。二是通过利用不用的菌种进行白腐真菌的混合发酵降解使用，这样就可以使得不同菌种所分泌的酶产生协同作用，进而更好的提升对于秸秆的降解效率。张洪升(2016)就通过研究发现，复合型的白腐菌种经过复合后所对于秸秆的降解率同单一菌种的白腐真菌相比所对于木质素的降解率提升了7.7%，并且还表示，多利用野生型白腐真菌菌种进行复合使用可以更大程度的提升对于秸秆的降解率〔10〕。三是根据白腐真菌的特点，不断去基于现代科学技术去探索如何大规模去进行秸秆的处理技术，不断提升秸秆的利用率。

5 结语

整体来看，基于白腐真菌对于秸秆进行处理具有着十分可观的发展前景，并且加之白腐真菌在对秸秆处理过程中所具有的低能耗、成本小、对于环境没有污染等特点，会在后续对于秸秆的降解过程中得到更好的使用，并且还能够通过所对于秸秆降解后所带来的丰富营养物质，更好的制作成有机饲料，带动畜牧养殖业的发展，响应国家政策，减少无机饲料所对于环境的污染，为人们提供安全健康的肉质产品，达到共赢的局面。