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農作物秸稈是自然界中最為豐富的可再生資源之一，是潛在的動物飼料資源。作物秸稈中所含的纖維素是地球上最豐富的可再生資源，其年產量高達數(shù)十億噸。在地球的化石能源越來越少的情況下，開發(fā)利用秸稈資源越來越受到重視，研究人員正在積極探索尋找利用微生物來降解秸稈，提高秸稈的利用率的方法。

目前我國農作物秸稈的綜合利用技術正朝著多元化的方向發(fā)展，主要的利用途徑有秸稈還田利用技術、秸稈飼料利用技術、秸稈原料利用技術以及秸稈能源利用技術等。秸稈還田是秸稈綜合利用的一條主要途徑，但秸稈還田存在很多問題。由于人均耕地少，機械化程度較低，耕地復種指數(shù)高，倒茬時間短，秸稈還田后不能有效降解，而且秸稈碳氮比高，還田費用過高，給秸稈還田帶來困難，嚴重影響農民積極性；每年還有大量的秸稈沒有被充分利用，大量被焚燒，大量被拋入水體，造成環(huán)境污染，形成了一大社會公害。

秸稈飼料利用技術可以緩解畜牧業(yè)對糧食的過分依賴，為畜牧業(yè)提供大量的廉價原料，在全球糧食和資源緊缺的今天具有重大的生態(tài)價值和經(jīng)濟利益。常用的秸稈飼料化方法有3種，即物理法、化學法和生物法。相比較而言，生物法具有操作簡易、環(huán)保無污染、降解效果好等優(yōu)點，所以受到越來越多的學者關注。利用微生物產生的各種酶系對秸稈中纖維素、木質素等成分進行降解，提高其利用率，改善營養(yǎng)價值，生產秸稈生物飼料，是秸稈綜合利用的一條生態(tài)、低碳、高效循環(huán)利用有效途徑。利用微生物秸稈發(fā)酵飼料發(fā)展牛羊養(yǎng)殖，增加農民的收入，具有廣闊的開發(fā)應用前景。

秸稈的生物處理方法就是利用某些微生物來處理秸稈飼料。常用的方法有青貯、微貯發(fā)酵、酶解等。

1.1　青貯

青貯是在厭氧環(huán)境中，通過乳酸菌繁殖發(fā)酵，將秸稈中的淀粉和可溶性糖合成乳酸，當乳酸積累到一定濃度時會抑制腐敗菌的生長，秸稈得以長期保存。秸稈青貯以后，營養(yǎng)成分損失較少，適口性有很大提高。但青貯飼料，為了保障乳酸菌發(fā)酵，必須有一定的可溶性糖存在，含糖較多的原料如青草、玉米秸等容易青貯成功，稻草、麥秸等就比較難以青貯。此外，青貯飼料中微生物一般是被動進入的，并且飼料中維生素D和蛋白質含量偏低，酸度重，甜味不足，制作時受氣候影響等缺點，一定程度上制約了青貯的應用。

1.2　酶解

酶解法是將酶溶于水后噴灑在秸稈上，先進行酶解處理，然后再利用微生物發(fā)酵秸稈生產蛋白飼料。常用的酶制劑有纖維素酶、木質素酶、葡聚糖酶等。此種方法雖然酶制劑有利于秸稈的降解，但往往成本較高不利推廣應用。

1.3　微貯

微貯發(fā)酵即農作物秸稈微生物發(fā)酵貯存技術，是農作物秸稈提高其營養(yǎng)價值的秸稈處理方法。通過加入對木質素、纖維素有較強降解能力的菌種，在一定的條件下發(fā)酵，從而促進秸稈中纖維素、半纖維素和木質素的分解，改善秸稈的適口性，提高其消化率，并增加營養(yǎng)。其作用機理一是使半纖維素-木聚糖鏈和木質素聚合物的酯鏈降解，增加了秸稈的柔軟性和膨脹度，使瘤胃微生物能直接與纖維素接觸，有利于消化；二是在發(fā)酵過程中，部分木質纖維素類物質被轉化為糖類；三是由于微貯飼料中所含酶和其他生物活性物質的作用，提高了反芻動物瘤胃微生物區(qū)系的纖維酶和降解酶的活性，從而提高了對秸稈的消化能力。

通過微生物發(fā)酵生產秸稈飼料具有以下優(yōu)點：

（1）成本低、效益高。因微生物生長繁殖速度快，發(fā)酵秸稈對微生物的接種量所需甚微，且降解作用良好。

（2）適口性好，采食量增加，秸稈消化利用率高。金加明等用纖維素酶和酵母菌處理玉米秸稈飼喂育肥羊，日增重達到145.3g，較飼喂普通玉米秸稈提高了51%；顧擁建等利用微貯稻草秸稈飼料飼喂羊，羊的日采食量為1.4kg，顯著高于飼喂普通稻草組的羊日采食量（0.95kg）；任大明等用發(fā)酵劑處理玉米秸稈飼喂肉鵝，微生物發(fā)酵使玉米秸稈風干樣品消化率提高15.77%，絕干樣品消化率提高15.26%。

（3）原料來源廣。基本上所有農作物秸稈都可用作微貯發(fā)酵飼料的原料。

（4）技術操作簡單快捷。基本上全年都可生產，且所需設備簡單，操作步驟簡便快捷。總之，微生物發(fā)酵與其他秸稈飼料處理方法相比，制作費用低，同時發(fā)酵過程中還能產生并積累對畜禽有益的代謝產物如氨基酸、有機酸、醇、醛、酯、維生素等，不僅使飼料適口性增加，而且具有增強動物抗病力及促進其生長發(fā)育的作用。因此，微貯發(fā)酵具備良好的可操作性及市場價值，是目前秸稈飼料化的主要研究方向。

微生物降解纖維素主要依靠其產生的纖維素酶。纖維素酶來源較廣泛，如原生動物、軟體動物、昆蟲、細菌、真菌等都能產生纖維素酶。來源于真菌的纖維素酶酶系較全，活性強。目前用于生產纖維素酶的微生物大多屬于霉菌，研究較多的有木霉屬、曲霉屬、根霉屬和漆斑霉屬。特別是綠色木霉及其近緣菌株最佳，國內外普遍認為綠色木霉的纖維素酶產率最高，酶系最全。

目前，人們對霉菌的降解過程提出了多種理論，而最讓人們廣泛接受的是協(xié)同理論。即霉菌所產生的纖維素酶通過各組分間進行協(xié)同作用，這是其他酶類沒有的特點。霉菌是一類比較復雜的復合酶，它包括3種水解酶：第一種是內切β-1，4-葡聚糖苷酶（簡稱C₁酶），它的主要作用是在纖維素酶分子的內部任意切斷纖維素酶的β-1，4糖苷鍵分子；第二種是外切β-1，4-葡聚糖酶（簡稱Cx酶），它的主要作用是從纖維素分子的非還原端依次切斷β-1，4糖苷鍵釋放出纖維二糖分子；第三種是β-葡萄糖苷酶（簡稱βG），它的主要作用是將Cx酶和C₁酶切下來的纖維二糖分子轉變成葡萄糖。我國對纖維素酶的研究有幾十年的歷史，1968年北京選育出一批產纖維素酶的菌種，1970年，中國科學院上海植物生理研究所等單位利用誘變方法獲得了產酶能力較高的變異株，并進行了生產試驗。1975年，廣東省微生物研究所分離篩選出纖維素酶產生菌株——長梗木霉。1976年，Stemberg和Nystr報道了用綠色木霉生產纖維素酶的發(fā)酵條件及中試情況。1980年開始，研究的方向則集中于利用基因工程的方法對纖維素酶的基因進行克隆，和一級序列的測定。近20年，根據(jù)結構生物學與蛋白質工程的方法研究酶的結構與功能成為纖維素酶研究的熱點，并且選育出了一些纖維素酶高產菌種。

白腐真菌（White rot fungi）是一種絲狀真菌，它可以侵入木頭的細胞腔內，釋放降解木質素和其他木質組分的酶，導致木頭腐爛，故因此而得名。白腐真菌在分類學上絕大多數(shù)屬于真菌門、擔子菌亞門，少數(shù)為子囊菌大綱。有糙皮側耳、樺多孔菌、擬革蓋菌、漏斗狀側耳、粉狀側孢霉等200余個品系。其主要作用機理是通過分泌非專一性的木素降解酶系進行木質素的降解活動。白腐真菌的木質素降解酶系主要有錳過氧化物酶、木質素過氧化物酶和漆酶。先是美國科學家Tier和Kirk從黃孢原毛平革菌中發(fā)現(xiàn)了木質素過氧化物酶（Lignin peroxidase，簡稱 Lip）。第2年，Cold等又發(fā)現(xiàn)了錳過氧化物酶（mangnaseperoxidase，簡稱 MnP）和后來的日本科學家吉田第一次在生漆中發(fā)現(xiàn)的漆酶（Laccase，簡稱 Lac）。

限制秸稈降解的主要因素是木質素，木質素的完全降解是微生物群落共同作用的結果，其中白腐真菌特別是大型擔子真菌是最為重要的一類。20世紀70年代以來，國內外許多學者和研究人員致力于白腐真菌的研究。Sharma等發(fā)現(xiàn)白腐真菌能夠顯著地提高木質素的降解率，提高秸稈在瘤胃中干物質消化率，并且能改善秸稈的適口性。另有試驗報道，用白腐真菌發(fā)酵切碎的麥秸5～6周后，不僅粗蛋白含量有所提高，而且秸稈消化率也提高了2～3倍。利用白腐真菌處理秸稈一方面可以大幅度的提高秸稈的適口性和營養(yǎng)價值，另一方面部分用于食用菌生產的白腐真菌還具有成本低、無化學污染、飼喂家畜后無毒副作用等優(yōu)點，是秸稈制作發(fā)酵飼料的優(yōu)良菌種。楊國金等將多種混合菌種接種到稻草、小麥秸、玉米芯粉上，發(fā)酵后的秸稈的粗纖維降解率提高了19%～38%，粗蛋白含量增加了接近 1 倍，同時菌種發(fā)酵過程中還產生一些氨基酸和維生素等代謝產物。鐘德山等，用秸稈作為食用菌的培養(yǎng)基，采菇后菌糠的粗纖維降解60%～70%，粗蛋白增加接近1倍。

利用微生物處理秸稈生產秸稈飼料，主要是利用高活性微生物菌劑首先將秸稈中的木質素、纖維素及果膠等轉化為各種易被動物消化利用的糖類，其次通過微生物的生長代謝還會進一步合成營養(yǎng)價值較高或適口性較好的物質，如蛋白質、維生素、氨基酸、生長因子等。在選擇發(fā)酵農作物秸稈生產飼料的微生物菌種方面，最初多采用單菌種發(fā)酵，往往發(fā)酵效果較差，現(xiàn)在越來越傾向于采用混合菌發(fā)酵體系，在雙菌或多菌混合發(fā)酵中，酶促作用生成的糖立即被發(fā)酵糖的微生物所利用，這樣就維持了降解物的濃度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏作用，同時，也解除了反應終產物對酶的反饋抑制。要滿足以上特性，菌種在搭配組合上最好包括纖維分解菌、木質素分解菌、提供蛋白的菌以及增加適口性的菌。為達到分解并利用秸稈纖維質的目的，一般選用對纖維質的分解起著重要作用的真菌。杭怡瓊等研究表明白腐真菌對木質素的降解率平均可達37.76%，效果極為顯著。木霉、黑曲霉、綠色木霉和康氏木霉有較強的分解纖維素的能力，并可分解半纖維素和果膠物質。它們通過產生一系列的纖維分解酶來分解纖維素為簡單易消化糖。為達到氮素轉化目的一般在秸稈中加入能生產單胞蛋白的酵母菌，將秸稈中的營養(yǎng)物轉到酵母體內，成為優(yōu)質的菌體蛋白。增加適口性主要依靠乳酸菌發(fā)酵，其發(fā)酵過程會產生一種酸香味，能夠增加采食量，從而提高畜禽對秸稈飼料的利用率。乳酸菌發(fā)酵過程產酸，會使飼料的pH下降，并抑制有害菌的繁殖，從而達到保存秸稈的目的。

理論上可以利用白腐真菌、褐腐真菌等來降解秸稈飼料中的木質素；利用木霉、根霉等來降解秸稈飼料中的纖維組分；利用酵母的菌體蛋白來提高秸稈飼料中的蛋白含量；利用乳酸菌發(fā)酵來改善秸稈飼料的適口性。但多種微生物混合發(fā)酵秸稈技術，并不是單純地把具有各種功能的菌隨意拼湊組合，因為各種微生物之間有可能產生拮抗作用，它們相互間會搶奪養(yǎng)分甚至抑制對方的生長。同時還要注意不同菌之間的互補性和協(xié)同性，讓其總體發(fā)揮出正組合效應，這就需要在具體實踐中進行摸索。徐堅平等采用綠色木霉菌和產脘假絲酵母固體混合發(fā)酵方式制作秸稈飼料，結果表明，秸稈中纖維素轉化率達51%，蛋白質的含量提高到了20%～25%，另外飼料中還富含多種酶類、氨基酸及維生素。

玉米秸稈經(jīng)活干菌發(fā)酵后，轉變?yōu)檫m口性好、消化率高的優(yōu)質飼料。黃世強等將玉米秸稈添加發(fā)酵活干菌劑后進行微貯，再利用微貯玉米秸稈對羊進行夜間補飼。結果表明：兩試驗組羊日均增重，比對照組分別提高256%、216%（P<0.01）。陳學文等在南亞熱帶炎熱季節(jié)條件下，利用自制的微貯飼料發(fā)酵劑（主要含乳酸菌、酵母菌、相關酶制劑等多種益生菌添加劑）對乳熟期收獲甜玉米后的高水分（含水量78%以上）秸稈進行厭氧發(fā)酵處理，結果表明，試驗各組微貯飼料中的中性洗滌纖維含量都低于對照組，酸性洗滌纖維含量降低的最多達26.10%，微貯玉米秸稈中粗蛋白含量比常規(guī)青貯玉米秸稈分別增加了11.04%左右。孫耀華等利用纖維素復合酶處理半干貯的玉米秸稈，并進行飼喂肉牛的試驗，結果表明處理后的秸稈對肉牛的增重效果顯著，日增重達2.5 kg，較對照組提高了20%，經(jīng)濟效益增加了42%。馬效林等通過試驗發(fā)現(xiàn)，用氨化飼料與微貯飼料育肥肉羊能獲得較高的日增重，飼喂微貯飼料的羊日增重達到143.33g，較飼喂氨化飼料組提高了10.40%，較飼喂普通麥秸組提高了30%。各項試驗證明，粗飼料經(jīng)微生物處理后飼喂反芻動物，飼料報酬明顯提高。