張俊瑜，叢少波，郭同軍*

（1.新疆畜牧科學(xué)院飼料研究所，烏魯木齊830000；2.烏魯木齊市動(dòng)物園，烏魯木齊830000）

黃孢原毛平革菌對(duì)秸稈飼料中木質(zhì)素降解效果的研究進(jìn)展

張俊瑜1，叢少波2，郭同軍1*

（1.新疆畜牧科學(xué)院飼料研究所，烏魯木齊830000；2.烏魯木齊市動(dòng)物園，烏魯木齊830000）

我國(guó)秸稈飼料資源豐富，但利用程度偏低，浪費(fèi)嚴(yán)重，是當(dāng)前畜牧業(yè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。秸稈飼料中的木質(zhì)素是限制其高效利用的主要因素，黃孢原毛平革菌具有較強(qiáng)的降解木質(zhì)素能力，對(duì)提高秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用效果具有積極的影響。為探討秸稈飼料的高效利用，本文從秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)、黃孢原毛平革菌的生物學(xué)特性和降解機(jī)理、降解木質(zhì)素的研究等方面綜述了黃孢原毛平革菌對(duì)秸稈飼料中木質(zhì)素的降解效果，以期為廣大讀者提供有益參考。

黃孢原毛平革菌；秸稈；木質(zhì)素

10.16863 /j.cnki.1003-6377.2016.05.002

我國(guó)農(nóng)業(yè)秸稈資源豐富,年產(chǎn)量約7億噸，發(fā)掘潛力大[1-2]。由于秸稈中的木質(zhì)素難以被動(dòng)物消化吸收，導(dǎo)致潛在飼料資源浪費(fèi)巨大。物理法、化學(xué)法和生物法等三種方法是目前常用的木質(zhì)素破除方法。前兩種方法僅可脫除植物纖維原料中約50％的木質(zhì)素，且具有高能耗、二次污染等諸多問(wèn)題[3]，而生物法降解木質(zhì)素具有低污染、節(jié)能、變廢為寶等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為研究降解木質(zhì)素的主要方向。自然界中，木質(zhì)素的完全降解主要是由真菌作用的結(jié)果。白腐真菌被認(rèn)為是最有效的降解木質(zhì)素的微生物[4-6]，可徹底降解木質(zhì)素使之成為CO2和H2O。白腐真菌中的黃孢原毛平革菌是研究木質(zhì)素降解的主要菌種之一，利用其微生物功能破壞秸稈飼料中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，提高動(dòng)物對(duì)其利用效果，對(duì)秸稈資源的高效利用和轉(zhuǎn)化，降低飼料成本，緩解飼料供給壓力等方面都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)

表1列舉了玉米、小麥、棉花和水稻等4種主要農(nóng)作物秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，粗纖維含量占64.20％～72.70％，其中：纖維素含量為33.00％～44.00％，半纖維素含量為10.70％～32.50％、木質(zhì)素含量為4.60％～15.30％、干物質(zhì)有效降解率為33.28％～61.47％[7]。這些數(shù)據(jù)表明，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是組成秸稈飼料的主要成分，植物中的粗纖維不易被動(dòng)物消化道產(chǎn)生的酶所消化吸收。此外，秸稈飼料的瘤胃干物質(zhì)降解率與其木質(zhì)素含量成反比，即木質(zhì)素含量越高，干物質(zhì)降解率越低，所以木質(zhì)素是限制秸稈飼料利用的主要因素。反芻動(dòng)物的瘤胃微生物種類(lèi)繁多，可降解飼料中纖維素、半纖維素的一部分，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)緊密而復(fù)雜，利用有限；對(duì)單胃動(dòng)物而言則其對(duì)粗纖維的消化利用則更為有限。

表1 秸稈飼料中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值參數(shù)表％

2 黃孢原毛平革菌生物學(xué)特性和降解機(jī)理

2.1生物學(xué)特性

黃孢原毛平革菌是白腐真菌中降解能力很強(qiáng)的微生物，屬非褶菌目，伏革科，顯革菌屬，菌絲體為多核，孢內(nèi)細(xì)胞核數(shù)量多達(dá)15個(gè)，菌絲一般無(wú)隔膜，也無(wú)鎖狀聯(lián)合。黃孢原毛平革菌屬于好氧微生物，生長(zhǎng)最適pH值6.0左右、溫度25℃左右，培養(yǎng)時(shí)間5～7 d。在自然界中，可看到黃孢原毛平革菌由于降解木質(zhì)素而穿入樹(shù)木木質(zhì)的情況。它們侵入木質(zhì)細(xì)胞腔內(nèi)，通過(guò)酶的作用，使木質(zhì)腐爛成白色海綿狀團(tuán)塊。

2.2降解機(jī)理

性質(zhì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)特殊的木質(zhì)素，是限制木質(zhì)素生物降解酶系統(tǒng)發(fā)揮生物作用的主要影響因素，它要求微生物群能夠產(chǎn)生具有非專(zhuān)一性和非水解特性的胞外酶。在降解木質(zhì)素過(guò)程中，黃孢原毛平革菌釋放木質(zhì)素過(guò)氧化物酶，錳過(guò)氧化物酶和漆酶等降解木質(zhì)素等關(guān)鍵酶，在酶的作用下，啟動(dòng)自由基鏈的一系列反應(yīng)，產(chǎn)生高活性的酶中間體，在這些中間體的作用下，木質(zhì)素等有機(jī)物生成強(qiáng)氧化能力的自由基，同時(shí)生成不穩(wěn)定的木質(zhì)素自由活性中間體，再通過(guò)一系列自解反應(yīng)，從而使木質(zhì)素得以有效降解。

2.2.1 木質(zhì)素過(guò)氧化物酶

1983年，Tien和Glenn兩個(gè)研究小組幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)并分離出了在降解木質(zhì)素中起關(guān)鍵作用的木質(zhì)素過(guò)氧化物酶[8]，是最早從黃孢原毛平革菌胞外酶中發(fā)現(xiàn)的木質(zhì)素降解酶。白腐菌和褐腐菌是產(chǎn)生木質(zhì)素過(guò)氧化物酶的主要微生物，其中白腐真菌最為常見(jiàn)[9]。木質(zhì)素過(guò)氧化物酶是真菌分泌的一種含鐵血紅素的糖基化細(xì)胞外蛋白過(guò)氧化物酶，其降解作用是通過(guò)在木質(zhì)素內(nèi)形成高活性的自由基，將木質(zhì)素分子中的化學(xué)鍵進(jìn)行裂解，最終導(dǎo)致木質(zhì)素的降解[10]。

2.2.2 錳過(guò)氧化物酶

該酶是降解木質(zhì)素的關(guān)鍵酶之一，白腐真菌的多數(shù)都能夠產(chǎn)生，其分子結(jié)構(gòu)與木質(zhì)素過(guò)氧化物酶相似，是一種含鐵紅素的糖基化細(xì)胞外蛋白[11]。錳過(guò)氧化物酶在H2O2的協(xié)同作用下，可產(chǎn)生高氧化性質(zhì)的Mn3+，從而破壞木質(zhì)素聚合物中結(jié)構(gòu)。該酶在酶促反應(yīng)中可以產(chǎn)生高度非特異性和無(wú)立體選擇性的中間體，這使其可同時(shí)降解一類(lèi)或者是多類(lèi)底物。

2.2.3 漆酶

漆酶是由日本科學(xué)家于1883年首次提出，該酶在自然界中廣泛存在，是能有效降解木質(zhì)纖維素的一種生物酶。該酶是一種含銅多酚氧化酶，在有氧條件下，是苯酚轉(zhuǎn)變?yōu)楸窖踝杂苫拇呋瘎?，參與木質(zhì)素聚合物中的甲氧基和羥基脫落、及碳碳鍵裂解等過(guò)程[12]。漆酶具有對(duì)木質(zhì)素的聚合和催化作用，只有在其他降解酶的共同作用下，才能阻止木質(zhì)素降解產(chǎn)物的再次聚合，從而達(dá)到木質(zhì)素的有效降解[13-14]。

3 黃孢原毛平革菌降解木質(zhì)素的研究

黃孢原毛平革菌對(duì)木質(zhì)素的生物作用因秸稈種類(lèi)、粒度大小及時(shí)間長(zhǎng)短的不同，其降解效果，降解率通常在30％以上。黃慧等在用黃孢原毛平革菌處理兩種粒度的玉米秸稈試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，秸稈粒度1～3 cm的秸稈，在試驗(yàn)的前15 d內(nèi)，木質(zhì)素含量從15.5％下降到12.9％，降解40 d后，木質(zhì)素含量下降到7.10％，累計(jì)降解率達(dá)到35.6％，40 d后降解保持平穩(wěn)。秸稈粒度4～5 cm的秸稈，在降解的前15 d內(nèi)，木質(zhì)素含量從13.4％下降到12.7％，降解35 d后，木質(zhì)素含量下降到5.7％，累計(jì)降解率達(dá)到45.2％，35 d后降解保持平穩(wěn)[15]。研究發(fā)現(xiàn)，利用黃孢原毛平革菌對(duì)稻草秸稈進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵后，稻草中木質(zhì)素降解率為49.71％。電鏡掃描可見(jiàn)發(fā)酵后稻草秸稈表面的空穴增多、增大，表面粗糙度增加，裂解現(xiàn)象明顯[16]。馮沖凌使用黃孢原毛平革菌處理秸稈的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵稻草的木質(zhì)素降解率為39.2％，肉眼可見(jiàn)稻草顏色較淺，用手碾磨很容易變成粉末，電鏡掃描紫外線(xiàn)光譜分析均得出木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果[17]。另一使用黃孢原毛平革菌處理大豆秸稈的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，固體發(fā)酵10 d后大豆秸稈中木質(zhì)素降解率為45.96％。對(duì)發(fā)酵秸稈采用光譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，與木質(zhì)素相關(guān)的譜峰相對(duì)強(qiáng)度較小，與苯環(huán)相關(guān)譜峰的相對(duì)強(qiáng)度較大，說(shuō)明有些大分子木質(zhì)素聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)素單體或小分子木質(zhì)素，與其他譜峰相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素環(huán)狀化合物含量降低[18]。

4 小結(jié)

黃孢原毛平革菌對(duì)秸稈飼料中木質(zhì)素的降解具有積極作用，且具有無(wú)污染、低成本等優(yōu)點(diǎn)，但木質(zhì)素的徹底降解是多種微生物的共同作用的結(jié)果，單一微生物無(wú)法達(dá)到木質(zhì)素的高效降解。如何將微生物對(duì)木質(zhì)素的降解作用運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)，是目前面臨的一大難題，也是今后的研究方向。盡管在試驗(yàn)條件下，科學(xué)家們篩選出了一些能夠高效降解木質(zhì)素的單一菌種或復(fù)合菌種，但尚未有應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的報(bào)道。實(shí)際生產(chǎn)中，微生物種類(lèi)繁多、菌種之間競(jìng)爭(zhēng)激烈、存活條件惡劣，極大的影響了木質(zhì)素降解菌作用的發(fā)揮，篩選出木質(zhì)素降解效果好、在自然條件中存活率強(qiáng)的菌種或復(fù)合菌種仍然需要進(jìn)行大量的研究工作。

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Research on Degradation of Lignin in Straw Feed by Phanerochaete Chrysosporium

ZHANG Jun-yu1,CONG Shao-bo2,GUO Tong-jun1*
（1.Feed Research Institute,Xinjiang Academy of Animal Science,Urumqi830000,China; 2.Urumqi Zoo,Urumqi830000,China）

Although the straw feed resources are rich in China,it is still an important issue in current animal husbandry that the straw feed is seriously wasted with low utilization,of which the lignin mainly restricts its utilization.The Phanerochaete Chrysosporium can secrete lignin-degrading enzymes which have a strong ability to degrade lignin.In order to explore the efficient utilization of straw feed and provide beneficial reference to the readers,including nutrition content of straw feed,biological characteristics and degradation mechanism of Phanerochaete Chrysosporium,study of lignin degradation aspects were reviewed of degradation of lignin in the straw feed by Phanerochaete Chrysosporium in this paper.

phanerochaete chrysosporium;straw;lignin

S816.6

：A

：1003－6377（2016）05－0007-04

新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“粗飼料復(fù)合菌種處理、秸稈顆粒飼料制粒粒度對(duì)飼料利用效率影響的研究”（KY2015004）

張俊瑜（1983-），男，碩士，助理研究員，主要從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)方面的研究。E-mail：363180001@qq.com

郭同軍（1981-），男，博士，副研究員，主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與瘤胃微生物調(diào)控研究工作。E-mail：guotaoxj@126.com

2016-04-11，

：2016-04-17