桔杆生物学处理的研究进展
2017-06-30 09:46:57 点击：
我国的各类农作物秸杆十分丰富，但多被用作燃料，工业造纸原料或还田肥料，利用效率很低，这不仅对资源是一种浪费，还会引起一起和环境和社会问题。随着我国畜牧业的发展，饲料资源日趋紧张，因此开发利用秸杆饲料发展食草型、节粮型畜牧业不仅可节约饲料资源，而且可形成农业的良性循环。
1 秸秆的营养特点
在我国可用作饲料的农作物秸秆主要有小麦秸、玉米秸、稻草、谷草等。由于其品种、收获期等的不同，其营养价值可能不同，但是其具有共同营养的特点：粗蛋白、粗脂肪、矿物质含量低，并缺乏动物生长所必需的维生素A、D、E等以及钴、铜、硫、硒、碘等矿物质元素，而粗纤维（包括纤维素、半纤维素、木质素以及少量的果胶物质）含量高。导致动物对其采食量小，消化率低。这是因为秸秆细胞壁中纤维素、半纤维素与木质素紧密结合在一起，限制了消化酶对细胞壁及细胞内容物的消化作用，其中木质素是影响消化的主要因素，其次是硅酸盐，它能严重影响瘤胃中的糖类物质的降解作用，因此若能改善细胞壁成分的消化性，如破坏组织结构，降低纤维成分的结晶性，改善分子结构以及除去妨碍消化的木质素、硅酸盐等，则能大幅度提高秸杆作为饲料的可利用性。
目前秸秆的处理方法有三类：①物理处理法，包括切短、揉、搓、浸泡、碾青、蒸煮、热喷、制粒。射线照射等，处理过的秸秆可直接饲喂家畜，能一定程度的提高采食量和消化率，多为其他处理方法的前提和基础。②化学处理法，主要包括碱化和氨化，其中碱化使原料蛋白和维生素受到破坏不适在秸秆中广泛利用；氨化秸杆能引起动物氨中毒，氨浓度达15％-28％时，易发生爆炸，与农业争时争肥，氨的浪费大，效益差，使动物出现“发狂症”、中毒症及类似行为反常现象，使牛肉、牛奶中产生毒素物质，影响人体健康。因此这类方法的应用前景值得怀疑。③生物学处理法，其实质就是利用某些微生物处理秸秆饲料。主要包括青贮、微贮、菌化、酶解等，其中以青贮最为成功，应用也最广泛。有关微贮的研究日益增多，饲喂效果很好，代表了今后的发展方向。
2秸秆的生物学处理
2．l青贮：青贮是将新鲜的青刈饲料作物，牧草、野草、收获籽实后的玉米秸杆和各种藤蔓等，切碎后装入和压实在青贮窖（塔）中，密封后经微生物发酵作用而调制成带有特殊气味、适口性好。营养丰富、多汁、耐贮藏，能供家畜全年使用的饲料。其在一些发达国家如欧洲和北美应用较多。
青贮的原理：利用青贮原料上所附着的乳酸菌等微生物的生命活动，通过厌氧呼吸将原料中的碳水化合物（主要是糖类）变成有机酸（主要是乳酸），提高酸度，pH值到4．0左右，就能抑制有害菌（如腐败菌、丁酸菌等）的生长繁殖和霉菌的活动，防止原料中的养分继续被分解或消耗，从而很好的将原料中的养分保存下来，使养分的损失减少到最小程度。
为了使青贮达到理想的效果，保持甚至提高饲料营养价值，青贮添加剂应运而生，使汗多原来不适宜的青贮原料也可用作青贮。现在常用的青贮添加剂有以下几类：①改善发酵的添加剂，主要有无机酸添加剂，如硫酸、盐酸、磷酸等硝机酸添加剂如甲酸、乙酸、丙酸和了酸等，能抑制植物的呼吸作用，减少发热和营养损失，迅速降低pH值，抑制杂菌。②营养型添加剂，主要有非蛋白氮（如尿素、氨水名种氮肥以及氮磷钾肥等各种有机酸和无机酸的接盐化合物）和石灰石、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、氯化钴等补充青贮料矿物质不足的无机盐类。③促进发酵的添加剂，有乳酸菌制剂，主要是L一型的菌种；酶制剂，如淀粉酶、纤维素酶。半纤维素酶、果胶酶、木瓜酶等，不仅可有效地将纤维素等非淀粉多糖（NSP）分解为低聚糖、葡萄糖等物质供乳酸菌等细菌利用，而更重要的是随着植物细胞壁的崩解细胞内含物如沉粉、可溶性糖类（WSC）、蛋白质及油脂等一类物质的溢出，极大地提高了青贮料的营养价值；还有糖蜜，食盐等。④防腐添加剂，有甲醛、亚硫酸、丙烯酸、苯甲酸、亚硝酸钠、焦亚硫酸钠、硝酸钠、甲酸钠等，利于青贮料的保存，防止变质。在实际应用中通常是几种添加剂配合使用，以期发挥最大效应。
2．2微贮：微贮的实质就是在农作物秸秆中加人用现代生物学技术筛选培育出的微生物活干菌剂，经溶解复活后，兑入浓度1％为的盐水中，再喷洒到铡短的原料上，在厌氧条件下微生物生长繁殖，分解秸杆中的木质素和纤维素，使糖类转化为酸类，提高秸秆饲料中的B族维生素和胡萝卜素的含量，并抑制有害微生物的繁殖，从而形成柔软、适口性好、有甜味、营养丰富的饲料。据傅为民等（1996）报道，秸秆经做贮处理，牛羊的来食速度可提高40％～43％，采食量可增加20％～40％。此法具有投资少、易操作、不争农时原料来源广、安全无毒。污染少、效率高、可长期保存等优点，成为当前最具应用潜力和发展前景的秸杆饲料调制技术。
细菌长期以来被认为是瘤胃内降解植物细胞壁的主要微生物，后来发现真菌也具有降解植物细胞壁的作用，从而开辟了真菌处理的方法。国外现在研究较多的是白腐真菌（WHITE ROTFUNGI），其属于真菌门担子菌纲，包括烨多孔菌。云芝黑褐色刺草菌、漏斗状侧耳、粉状侧抱霉等200多个品系。它能分解所有的植物聚合物，降解木质素，其原理是：在适宜的条件下，白腐真菌的菌比首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质，然后菌丝进入秸秆内部并利用其产生的纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶和外切聚糖酶，降解秸秆中的木质素、纤维素成分，使秸杆变得香甜可口、易于消化吸收。
白腐真菌处理秸杆对底物没有选择性，多种真菌作用在一起相互影响小（ VUARY， 1987），较好的白腐真菌能使秸秆的消化率提高35％～40％。处理时应注意，在固体发酵中，培养物的气体交换是影响白腐真菌对秸秆降解作用的重要因素之一。预混物中固相与液相之比决定气体交换星，最适的固液相之比为3：1，含水量过高或过低都会阻止白腐真菌的生长；气体在培养料中的穿透和扩散也影响着发酵过程，此过程能除去真菌代谢过程中的挥发物和气体代谢物，高浓度的气体代谢物会影响真菌的生长；还要保证正确的接0种，这样能抑制不良菌的生长，而促进白腐真菌的生长。
白腐真菌处理秸秆对菌种的组成、活性、纯度以及发酵容器的密封性要求较高，人们正致力子筛选与白腐真菌相互作用且抑制杂菌以及能高效低能耗地分解木质素的菌种，若有突破性成果，将会对我国的草食家畜有一个大的发展。
2．3菌化：菌化秸杆主要是利用食用菌来分解秸秆中的纤维，降低粗纤维含量，提高家畜对粗纤维的利用率，同时利用食用菌中的脲酶将添加的尿素等非蛋白氮转化成菌体蛋白，加饲料中蛋白质的含量，形成可供家畜饲用的优质生物饲料。微生物中可作为菌源的菌很多，如酵母菌、乳酸菌、真菌、放线菌、光合菌、食用菌等，其在自然界中普遍存在并且生命力极强，处理秸杆的条件要求不苛刻，且易操作，投资少，效益高。研究表明此法处理秸杆的适口性好，使试验组牛的增重明显高于饲喂普通秸杆的对照组，并且处理后优质的秸秆饲料还具有保健功效。
2．4其他生物学方法：刘禹宏等（1999）用一种生化及生物活性物的复合制剂（生化培养剂），发酵秸杆不添加人工培养菌株，靠天然有益菌的大量繁殖来增加菌体蛋白，抑制杂菌生长，降解粗纤维，大大提高秸杆的有效养分和生物学价值。使处理的稻草蛋白质提高2．5％-3．5％，粗纤维降低12％-16％，使肉牛的增重、料肉比明显提高。付连胜（1998）报道给奶牛饲喂高活性纤维酶后能使其粪便于物质排出减少30％，使粗饲料采食量增加10％-15％。陈三有（1998）在肉牛精料中添加0．3％纤维复合酶（纤维素酶、CL、CX、ββ一葡糖苷酶、半纤维素酶、果胶酶和蛋白酶等），结果使肉牛对为氨化的稻草的采食量达到氨化稻草相同的水平。卢庆萍等（1999）用鸡粪、酒糟处理秸秆，完全消除了鸡粪原有的味道，并提高秸秆的DM、CP、NDF的降解率，提高了秸杆的利用性能。此法不仅开辟了饲料资源，提高秸杆的利用率，同时也解决了鸡粪不易存放的问题。使鸡粪得到有效利用，但处理过程中高浓度的氨及安全性问题值得重视。
近几年兴起了EM技术处理秸秆，EM是指复合微生物群，用它制作的发酵秸秆饲料饲喂家畜，使其粪便臭味降低，还有促进生长和改善肉质的作用。
3结语：在利用生物学处理秸杆时应注意以下几个问题：①充分认识秸杆饲料的营养限制性因素，无论用何种方法处理的秸杆都只能用于反刍动物。②利用多种方法结合来处理秸杆，任何单一的方法效果不佳，如切碎后青贮是物理处理和生物处理相结合，青贮中接入微生物是青贮和微生物处理相结合，采用何种方法应根据具体情况而定。饲喂时若能进行营养物质的添补，效果会佳。③秸秆饲料的调制一定要结合反刍动物瘤胃的调控。④还要考虑经济效益，把处理秸杆的成本降至最低。
1 秸秆的营养特点
在我国可用作饲料的农作物秸秆主要有小麦秸、玉米秸、稻草、谷草等。由于其品种、收获期等的不同，其营养价值可能不同，但是其具有共同营养的特点：粗蛋白、粗脂肪、矿物质含量低，并缺乏动物生长所必需的维生素A、D、E等以及钴、铜、硫、硒、碘等矿物质元素，而粗纤维（包括纤维素、半纤维素、木质素以及少量的果胶物质）含量高。导致动物对其采食量小，消化率低。这是因为秸秆细胞壁中纤维素、半纤维素与木质素紧密结合在一起，限制了消化酶对细胞壁及细胞内容物的消化作用，其中木质素是影响消化的主要因素，其次是硅酸盐，它能严重影响瘤胃中的糖类物质的降解作用，因此若能改善细胞壁成分的消化性，如破坏组织结构，降低纤维成分的结晶性，改善分子结构以及除去妨碍消化的木质素、硅酸盐等，则能大幅度提高秸杆作为饲料的可利用性。
目前秸秆的处理方法有三类：①物理处理法，包括切短、揉、搓、浸泡、碾青、蒸煮、热喷、制粒。射线照射等，处理过的秸秆可直接饲喂家畜，能一定程度的提高采食量和消化率，多为其他处理方法的前提和基础。②化学处理法，主要包括碱化和氨化，其中碱化使原料蛋白和维生素受到破坏不适在秸秆中广泛利用；氨化秸杆能引起动物氨中毒，氨浓度达15％-28％时，易发生爆炸，与农业争时争肥，氨的浪费大，效益差，使动物出现“发狂症”、中毒症及类似行为反常现象，使牛肉、牛奶中产生毒素物质，影响人体健康。因此这类方法的应用前景值得怀疑。③生物学处理法，其实质就是利用某些微生物处理秸秆饲料。主要包括青贮、微贮、菌化、酶解等，其中以青贮最为成功，应用也最广泛。有关微贮的研究日益增多，饲喂效果很好，代表了今后的发展方向。
2秸秆的生物学处理
2．l青贮：青贮是将新鲜的青刈饲料作物，牧草、野草、收获籽实后的玉米秸杆和各种藤蔓等，切碎后装入和压实在青贮窖（塔）中，密封后经微生物发酵作用而调制成带有特殊气味、适口性好。营养丰富、多汁、耐贮藏，能供家畜全年使用的饲料。其在一些发达国家如欧洲和北美应用较多。
青贮的原理：利用青贮原料上所附着的乳酸菌等微生物的生命活动，通过厌氧呼吸将原料中的碳水化合物（主要是糖类）变成有机酸（主要是乳酸），提高酸度，pH值到4．0左右，就能抑制有害菌（如腐败菌、丁酸菌等）的生长繁殖和霉菌的活动，防止原料中的养分继续被分解或消耗，从而很好的将原料中的养分保存下来，使养分的损失减少到最小程度。
为了使青贮达到理想的效果，保持甚至提高饲料营养价值，青贮添加剂应运而生，使汗多原来不适宜的青贮原料也可用作青贮。现在常用的青贮添加剂有以下几类：①改善发酵的添加剂，主要有无机酸添加剂，如硫酸、盐酸、磷酸等硝机酸添加剂如甲酸、乙酸、丙酸和了酸等，能抑制植物的呼吸作用，减少发热和营养损失，迅速降低pH值，抑制杂菌。②营养型添加剂，主要有非蛋白氮（如尿素、氨水名种氮肥以及氮磷钾肥等各种有机酸和无机酸的接盐化合物）和石灰石、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、氯化钴等补充青贮料矿物质不足的无机盐类。③促进发酵的添加剂，有乳酸菌制剂，主要是L一型的菌种；酶制剂，如淀粉酶、纤维素酶。半纤维素酶、果胶酶、木瓜酶等，不仅可有效地将纤维素等非淀粉多糖（NSP）分解为低聚糖、葡萄糖等物质供乳酸菌等细菌利用，而更重要的是随着植物细胞壁的崩解细胞内含物如沉粉、可溶性糖类（WSC）、蛋白质及油脂等一类物质的溢出，极大地提高了青贮料的营养价值；还有糖蜜，食盐等。④防腐添加剂，有甲醛、亚硫酸、丙烯酸、苯甲酸、亚硝酸钠、焦亚硫酸钠、硝酸钠、甲酸钠等，利于青贮料的保存，防止变质。在实际应用中通常是几种添加剂配合使用，以期发挥最大效应。
2．2微贮：微贮的实质就是在农作物秸秆中加人用现代生物学技术筛选培育出的微生物活干菌剂，经溶解复活后，兑入浓度1％为的盐水中，再喷洒到铡短的原料上，在厌氧条件下微生物生长繁殖，分解秸杆中的木质素和纤维素，使糖类转化为酸类，提高秸秆饲料中的B族维生素和胡萝卜素的含量，并抑制有害微生物的繁殖，从而形成柔软、适口性好、有甜味、营养丰富的饲料。据傅为民等（1996）报道，秸秆经做贮处理，牛羊的来食速度可提高40％～43％，采食量可增加20％～40％。此法具有投资少、易操作、不争农时原料来源广、安全无毒。污染少、效率高、可长期保存等优点，成为当前最具应用潜力和发展前景的秸杆饲料调制技术。
细菌长期以来被认为是瘤胃内降解植物细胞壁的主要微生物，后来发现真菌也具有降解植物细胞壁的作用，从而开辟了真菌处理的方法。国外现在研究较多的是白腐真菌（WHITE ROTFUNGI），其属于真菌门担子菌纲，包括烨多孔菌。云芝黑褐色刺草菌、漏斗状侧耳、粉状侧抱霉等200多个品系。它能分解所有的植物聚合物，降解木质素，其原理是：在适宜的条件下，白腐真菌的菌比首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质，然后菌丝进入秸秆内部并利用其产生的纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶和外切聚糖酶，降解秸秆中的木质素、纤维素成分，使秸杆变得香甜可口、易于消化吸收。
白腐真菌处理秸杆对底物没有选择性，多种真菌作用在一起相互影响小（ VUARY， 1987），较好的白腐真菌能使秸秆的消化率提高35％～40％。处理时应注意，在固体发酵中，培养物的气体交换是影响白腐真菌对秸秆降解作用的重要因素之一。预混物中固相与液相之比决定气体交换星，最适的固液相之比为3：1，含水量过高或过低都会阻止白腐真菌的生长；气体在培养料中的穿透和扩散也影响着发酵过程，此过程能除去真菌代谢过程中的挥发物和气体代谢物，高浓度的气体代谢物会影响真菌的生长；还要保证正确的接0种，这样能抑制不良菌的生长，而促进白腐真菌的生长。
白腐真菌处理秸秆对菌种的组成、活性、纯度以及发酵容器的密封性要求较高，人们正致力子筛选与白腐真菌相互作用且抑制杂菌以及能高效低能耗地分解木质素的菌种，若有突破性成果，将会对我国的草食家畜有一个大的发展。
2．3菌化：菌化秸杆主要是利用食用菌来分解秸秆中的纤维，降低粗纤维含量，提高家畜对粗纤维的利用率，同时利用食用菌中的脲酶将添加的尿素等非蛋白氮转化成菌体蛋白，加饲料中蛋白质的含量，形成可供家畜饲用的优质生物饲料。微生物中可作为菌源的菌很多，如酵母菌、乳酸菌、真菌、放线菌、光合菌、食用菌等，其在自然界中普遍存在并且生命力极强，处理秸杆的条件要求不苛刻，且易操作，投资少，效益高。研究表明此法处理秸杆的适口性好，使试验组牛的增重明显高于饲喂普通秸杆的对照组，并且处理后优质的秸秆饲料还具有保健功效。
2．4其他生物学方法：刘禹宏等（1999）用一种生化及生物活性物的复合制剂（生化培养剂），发酵秸杆不添加人工培养菌株，靠天然有益菌的大量繁殖来增加菌体蛋白，抑制杂菌生长，降解粗纤维，大大提高秸杆的有效养分和生物学价值。使处理的稻草蛋白质提高2．5％-3．5％，粗纤维降低12％-16％，使肉牛的增重、料肉比明显提高。付连胜（1998）报道给奶牛饲喂高活性纤维酶后能使其粪便于物质排出减少30％，使粗饲料采食量增加10％-15％。陈三有（1998）在肉牛精料中添加0．3％纤维复合酶（纤维素酶、CL、CX、ββ一葡糖苷酶、半纤维素酶、果胶酶和蛋白酶等），结果使肉牛对为氨化的稻草的采食量达到氨化稻草相同的水平。卢庆萍等（1999）用鸡粪、酒糟处理秸秆，完全消除了鸡粪原有的味道，并提高秸秆的DM、CP、NDF的降解率，提高了秸杆的利用性能。此法不仅开辟了饲料资源，提高秸杆的利用率，同时也解决了鸡粪不易存放的问题。使鸡粪得到有效利用，但处理过程中高浓度的氨及安全性问题值得重视。
近几年兴起了EM技术处理秸秆，EM是指复合微生物群，用它制作的发酵秸秆饲料饲喂家畜，使其粪便臭味降低，还有促进生长和改善肉质的作用。
3结语：在利用生物学处理秸杆时应注意以下几个问题：①充分认识秸杆饲料的营养限制性因素，无论用何种方法处理的秸杆都只能用于反刍动物。②利用多种方法结合来处理秸杆，任何单一的方法效果不佳，如切碎后青贮是物理处理和生物处理相结合，青贮中接入微生物是青贮和微生物处理相结合，采用何种方法应根据具体情况而定。饲喂时若能进行营养物质的添补，效果会佳。③秸秆饲料的调制一定要结合反刍动物瘤胃的调控。④还要考虑经济效益，把处理秸杆的成本降至最低。
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