秸秆生物学处理研究进展

圜　卞Ｆ圈Ｅ奶Ｅ冲Ｄ２＆０１２Ｆ・Ｅ４　ＥＤＩＮＧ　秸秆生物学处理研究进展　刘海燕，邱玉朗，魏炳栋。李林，杨侠。陈群　（吉林省农业科学院畜牧分院动物营养所，公主岭　１３６１Ｏ０）　中图分类号：￥８１６．５文献标识码：Ａ文章编号：１００４—４２６４（２０１２）０４—００２２—０４　摘要：我国秸秆资源丰富，科学处理以提高其饲用价值是发展节粮型畜牧业的有效途径之一。本文综述了　我国农作物秸秆的利用概况，不同菌种对秸秆的发酵效果以及现代生物技术在秸秆发酵中的研究现状，以期　为加快秸秆饲料化进程提供理论依据。　关键词：秸秆；生物学处理；发酵　我国秸秆资源丰富，每年秸秆产量达５．７亿～６亿ｔ，　因此，如何合理、有效利用秸秆饲料资源，以提高反刍　占世界秸秆总产量的２０％～３０％，而用于饲料的还不足　动物粗饲料质量，成为我国畜牧工作者一直关注的课　１０％＿＿Ｊ。如果能充分、有效地利用这些资源。不但可成　题。目前，提高秸秆饲料利用率的技术方法已取得很大　为发展节粮型畜牧业的有效途径之一，实现农业的可持　成效，但都存在着一些不足和限制因素。物理方法包括　续发展，而且对缓解日益严重的能源危机和环境保护问　铡短、粉碎、揉搓、浸泡、蒸煮、热压、膨化等，其中　题具有十分重要的意义。由于秸秆饲料存在的氮、可溶　一些加工处理方法技术单一，只能提高采食量，减少饲　性糖类、矿物质及胡萝卜素含量较低，而纤维物质含量　喂过程中的饲料浪费。而不能真正解决秸秆饲料营养缺　很高，动物采食量少、消化性差等营养缺陷，所以在饲　陷等问题，另一些加工处理方法对提高秸秆的饲用价值　喂动物时必须进行加工处理，以提高营养价值和适口　效果显著，但对加工设备、能耗的要求较高。生产成本　性。常用的加工处理方法有：物理方法（如粉碎、热压　过高，不易推广。化学处理方法主要包括碱化、氨化、　等）、化学处理（碱、氨、酸、其他药剂处理）、生物学　氨一碱复合处理、酸处理、碱一酸处理。这些处理虽然　处理，其中，生物学处理在目前和未来是一种有效的处　可以改变秸秆的化学组成，为动物提供部分氮源，增加　理方法。本文着重对秸秆生物学处理的研究进展进行阐　秸秆粗饲料的可利用性，但并不能从根本上改善瘤胃微　述，为秸秆在生产中的广泛应用提供技术和理论依据。　生物的生存环境和营养条件，并且由于大量使用酸、碱　等化学试剂，会对环境造成污染；另外，也不能使秸秆　１　我国秸秆资源的利用概况　的营养潜力得到充分挖掘。秸秆生物学处理的实质是利　秸秆利用存在的问题是高纤维、低有效蛋白质含　用微生物进行处理，包括青贮和微贮，实践证明，秸秆　量和矿物质含量的不平衡，营养价值低，难以消化等。　收稿日期：２０１１—１０—１１　基金项目：吉林省财政厅项目（吉财农指［２０１０］８３８号），国家十一五　科技支撑子课题（２００７ＢＡＤ８９Ｂ０６—２）。　作者简介：刘海燕（１９７６一），女，硕士，副研究员，主要从事粗饲料　加工利用方面的研究。　通讯作者：陈群（１９６８一），男，研究员，硕士生导师，主要从事饲料　生物学处理是最有效而且最有发展前景的一种处理　方式。　２不同菌种对秸秆进行生物学处理的研究现状　生产中用于发酵的菌种有乳酸菌、纤维分解菌和　资源开发利用方面的研究工作。　某些真菌等，国内外学者对这些菌种的发酵效果进行了　综合－２２ｌ　　田　中Ｆ国Ｅ娇Ｅ冲Ｄ２＆０１２Ｆ・Ｅ４　ＥＤＩＮＧ　近年来，国内外利用乳酸菌表达外源纤维素酶基　得很深入，但目前仍处于实验室研究阶段，由于菌种稳　因的报道越来越多。Ｆｒａｎｃａ　Ｒｏｓｓｉ［２剐等将枯草芽孢杆　定遗传性和存活率等问题，现不能大规模进行工业化生　菌的ｃｅｌＡ基因连接到大肠杆菌一植物乳杆菌穿梭载体　产，因此还需开展大量的研究工作。　ｐＧ　ｌ　Ｐ７３上，然后转化植物乳杆菌Ｌ．ｐｌａｎｔａｒｕｍ　Ｌｐ８０　和Ｌ．ｐｌａｎｔａｒｕｍ　Ｂ４１，结果目的蛋白产生了４３～５９　Ｕ／Ｌ　４展望　随着基因工程技术的发展及研究水平的不断提高，　的酶活。Ｌｉｕ［２　等将瘤胃分解纤维素菌Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ　Ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ的Ｂ一葡聚糖酶基因和Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｘ　通过对乳酸菌进一步改造、表达调控的认识不断深入和　ｐａｔｒｉｃｉａｒｕｍ　木聚糖酶基因ｘｙｎＣＤＢＦＶ以及　ｒ０，７７　ｅｓ　ｒｈｉｚｉｎｆｌａｔａ的纤维素酶基因ｅｇｌＡ分别连接到表达载体　ｐＮＺ３００４上，电转化乳杆菌Ｌ．ｒｅｕｔｅｒｉ　Ｐｇ４，结果检测到　了目的基因表达。孙磊　剐将来自枯草芽孢杆菌Ｙ一１Ｏ６　的纤维素酶基因连接到大肠杆菌一乳酸菌穿梭质粒　ｐＭＧ３６ｅ上，电转化导入乳酸乳球菌ＭＧ　１　６１　４，结果携　带的纤维素酶基因在乳酸乳球菌中表达并有活性。其胞　外酶活为０．１　３３Ｕ／ｍＬ。赵莹【２剐将纤维素酶系中的葡萄糖　外切酶ＣＢＨ１　１基因在非抗生素抗性表达载体（ｐＷ４２５ｔ）　进行重组后，将其在乳酸杆菌中进行表达并检测其活　性，结果显示，转酸性纤维素酶基因工程乳酸菌具有分　泌酸性纤维素酶的功能。Ｂａｔｅｓ［　］、Ｃｈｏ　等先后将内　切葡聚糖酶基因从芽孢杆菌中克隆并分别在植物乳杆　菌Ｌａｃｔｏｂａｃｉ／／ｕｓ　Ｐｌａｎｔａｒｕｍ、溶血乳杆菌Ｌａｃｔｏｂａｃｉ／／ｕｓ　ｊｏｈｎｓｏｎｉｉ及乳酸杆菌Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌ／ｕｓ　ｇａｓｓｅｒ／中表达：　Ｈｅｎｇ　刨等将浸麻芽孢杆菌Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｍａｃｅｒａｎｓ来源的内　切葡聚糖酶基因在瑞士乳杆菌Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｒｅｕｔｅｒｉ中表　达。其中，从真菌中分离的纤维素酶可以在青贮过程中　起到良好的效果。这些酶可以有效地水解其中的结构多　糖，产生更多的可被产酸菌株直接利用的原料物质——　单糖。鉴于瑞氏木霉的酶系较完全，是最高效的纤维素　酶产生菌之一，２０１Ｏ年史瑞＿３。。将来自瑞氏木酶属的纤　维素酶基因ＣＢＨ　ｌＩ与表达载体ｐＥＴ３０ａ重组，构建了重　组质粒ｐＥＴＣＢＨ；并将重组质粒转化Ｒｏｓｅｔｔａ宿主茵，　获得了重组菌株Ｒｏｓｅｔｔａ（ｐＥＴＣＢＨ）；进而利用ｌＰＴＧ　诱导重组菌株Ｒｏｓｅｔｔａ（ｐＥＴＣＢＨ），并通过ｐＮＰＣ法测定　了重组纤维素酶ＣＢＨ　ｌＩ的活性，其活性为２．６７７Ｕ／ｍＬ。由　此史瑞建立了一种新的Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ＲＴ—ＰＣＲ分析方法，　同ＢＩ，￣Ｕ用ｐＮＰＣ法测定了工程菌的酶活力，为构建青贮　用工程乳酸菌提供了一种技术路线和相关指标的评价　方法。　虽然将纤维素酶基因转入到乳酸菌中的研究已开展　综合　２４　对纤维素酶基因的筛选及克隆的研究，将能得到更为优　良的益生乳酸菌基因工程茵，并将会大大提高秸秆青贮　的效果，对节粮型畜牧业的蓬勃发展具有重要意义。　参考文献　…刘晓牧等．白腐真菌与秸秆饲料的有效利用Ｕ］．饲料研究，　２０００，１：４２－４３．　［２】潘锋等．多菌种混合发酵稻草生产蛋白饲料的研究［１１．粮食与饲　料工业，２００１，８：２５—２６．　【３】　李日强等．不同茵株固态发酵玉米秸秆生产饲料蛋白的比较研　究［Ｉ］．生态学报，２００１，９（２１）：１５１２—１５１８．　［４】陈敏．发酵稻草生产饲料蛋白优良菌种的筛选Ⅱ］侗科研究，１９９９，　９：３２～３４．　［５］　宋金昌等．发酵稻草饲喂肥育肉牛消化率及消化能的研究Ｕ１．河　北职业技术师范学院学报，２０００，１４（２）：２１—２３．　［６］　王汝富．发酵活干菌处理秸秆育肥肉牛效果研究Ｕ］草业科　学，２００１，１８（２）：３６—３８．　［７］　王立新等．多菌种双重发酵粗饲料提高其利用率的研究　．饲料　研究，２０００，５：３２—３４．　［８］李秋玫，李杰，王立群，等．秸秆生物处理技术研究（三）Ｕ］．黑龙江　畜牧兽医＿１９９９，１２：２２—２３．　［９］　李秋玫，刘中源，李杰，等秸杆生物处理技术研究（四）　黑龙江　畜牧兽医＿２０００，１：１９—２０　［１Ｏ］文奇男，张永根，王亮．不同发酵剂对水稻秸青贮发酵品质及营　养价值的影响Ｕ］饲料ａ：，ｌｋ，２０１１，３２（５）：４８—５１．　［１１］王春华，蒋红．发酵秸秆粉取代部分精料饲喂育肥猪的应用试验　卟饲料工业，２００９，３０（１６）：２７—２８．　［１２】任大明，张勇，刘江．秸秆发酵饲料饲喂肉鹅试验报告Ｕ］饲料工　业，２００５，２６（１１）：２２—２３．　［１３】赵政，李旭等Ｌ酸茵和纤维素酶对早籼稻秸秆青贮饲料品质的试　验　饲料工业，２０１０，３１（１７）：２２—２５　［１４】Ｍｅｅｓｋｅ　Ｒ，Ｂａｓｓｏｎ　Ｈ　Ｍ，Ｗａｇｅｎ　Ｃ　Ｗ　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆａ　ｌａｃｔｉｃ　ａｃｉｄ　ｂａｅｔｅｒｉａｌ　ｉｎｏｃｕｌａｎｔ　ｗｉｔｈ　ｅｎｚｙｍｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｙｎａｍｉｃｓ，　ｉｎｔａｋｅ　ａｎｄ　ｄｉｇｅｓｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｇｅｓｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｒｉａ　ｅｒｉａｎｔｈａ　ｓｉｌａｇｅ［Ｊ］．　ＪＡｎｉｍａｌ　Ｆｅｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，８１：２３７—２４８．　［１５］Ｐｏｔｔｅｒ　Ｎ　Ｎ，Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ：ｆｅｅｄ　ｓｃｉｅｎｃｅ　［Ｍ］．ＡＶＩ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，ｉｎｃ，Ｗｅｓｔｐｏｒｔ，ＣＴ，１　９７８，　Ｃｈａｐｔｅｒ７，１４６—１４７．　［１６］Ｂｅａｕｃｈｅｍｉｎ，Ｋ．Ａ，Ｄ．Ｃｏｌｏｍｂａｔｔｏ，Ｄ．Ｐ．Ｍｏｒｇａｖｉ，ｅｔ　ａ１．Ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ　ｆｉｂｒｏｌｙｔｉｃ　ｅｎｚｙｍｅｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｆｅｅｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｒｕｍｉｎａｎｔｓ［Ｊ］．Ａｎｉｍ．Ｓｃｉ，２００３，８１：３７—４７．　『１７】杨雪霞，陈洪章，李佐龙添加纤维素酶的青贮研究进展叭．生物　技术通报，２００１，１：３７—４１．　『１８１　Ｇａｓｓｏｎ　Ｍ　Ｊ，Ｄｅ　Ｖｏｓ　Ｗ　Ｍ．Ｇｅｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｌａｃｔｉｃ　ａｃｉｄ　ｂａｃｔｅｒｉａ［Ｍ】．ｔ９９４，２８（１９）：１９—２４．　［１９】Ｋｕｄｏ　Ｈ，Ｃｈｅｎｇ　Ｋ　Ｊ，Ｃｏｓｔｅｒｔｏｎ　Ｊ　Ｗ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｓｔｕａｙ　ｏｆ