白腐真菌降解玉米秸稈的研究

侯 進(jìn)，李 婷，李 杰

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030）

白腐真菌以其強(qiáng)大的降解能力聞名，經(jīng)白腐真菌發(fā)酵的秸稈，不僅粗纖維含量大幅度下降，而且CP水平也大幅度提高[1]。但由于處理成本較高，利用白腐真菌處理秸稈的技術(shù)一直處于試驗(yàn)室研究階段，未能進(jìn)行大規(guī)模推廣。菌種對于白腐真菌發(fā)酵秸稈至關(guān)重要，要獲得良好的發(fā)酵效果必須以優(yōu)良的菌種為前提。制作菌種既是為了擴(kuò)大菌種數(shù)量，也是讓菌株對接近生產(chǎn)（栽培）用的原料有一個適應(yīng)過程[2]。批量發(fā)酵農(nóng)作物秸稈需要大量的菌種，用谷粒生產(chǎn)菌種發(fā)酵秸稈效果良好[3]，但無疑會加大處理秸稈的成本，而且整粒的玉米或小麥不易被動物消化。白腐真菌在培養(yǎng)料的選擇上比較廣泛，農(nóng)作物的各種秸稈或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種副產(chǎn)品均可作為菌種的培養(yǎng)基。但是不同處理的培養(yǎng)基成分生產(chǎn)出的菌種栽培效果不同[4]。而利用玉米秸稈生產(chǎn)菌種可以大幅度降低生產(chǎn)成本，從而為大規(guī)模處理秸稈做好準(zhǔn)備。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菌株為糙皮側(cè)耳（高抗），來源于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食用菌研究室；玉米秸稈來源于哈爾濱郊區(qū)，用前粉碎，過2.5 cm篩網(wǎng)；麥麩、玉米均來源于哈爾濱香坊糧庫。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將發(fā)酵曲種培養(yǎng)基分成4組，每個處理組均以玉米秸稈為主料，添加不同比例的玉米面和麥麩。4個處理組的組成見表1。

表1 各處理組的組成成分%

1.3 試驗(yàn)方法

4個處理組加入各種營養(yǎng)成分后，混勻，按料水比 1：2加入自來水，拌勻，然后裝入17×33 cm聚丙烯袋，121℃高壓蒸汽滅菌，待溫度冷卻至室溫后接入等量的原種菌種，24℃培養(yǎng)。待各處理滿袋后，接入經(jīng)堆肥滅菌的秸稈中進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的測定采用Van Soest分析法，使用ANKOM220 Fiber Analyzer進(jìn)行測定；CP采用FOSS全自動凱氏定氮儀測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.01軟件和Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan′s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 白腐真菌對玉米秸稈木質(zhì)素含量的影響

白腐真菌對玉米秸稈木質(zhì)素含量的影響見表2。

表2 白腐真菌對玉米秸稈木質(zhì)素含量的影響 %

由表2可知，在30 d的處理過程中，木質(zhì)素的含量總體呈下降趨勢，各個時間點(diǎn)各處理組間均無顯著差異。0～10 d，處理Ⅰ的木質(zhì)素含量略有上升，而其他組則有小幅度下降；10～20 d，處理Ⅱ略有上升，而其他處理組則有不同程度的下降，處理Ⅰ下降幅度最大，下降了19.64%；20～30 d，處理Ⅰ下降速度放緩，只有8.83%，而處理Ⅱ卻大幅度下降，下降了20.42%。30 d時，處理Ⅳ的木質(zhì)素含量最低，處理Ⅰ含量最高，但是各組間無顯著差異。

2.2 白腐真菌對玉米秸稈纖維素含量的影響

白腐真菌對玉米秸稈纖維素含量的影響見表3。

表3 白腐真菌對玉米秸稈纖維素含量的影響 %

由表3可知，隨著處理時間的延長，各處理組的纖維素含量變化總體呈現(xiàn)下降趨勢。處理Ⅰ和處理 Ⅳ 趨勢相同，0～20 d下降速度較快，20～30 d下降速度較慢；而處理Ⅱ和處理Ⅲ變化趨勢一致，0～20 d，纖維素含量迅速下降，并在20 d時達(dá)到最低值，分別為19.80%和 19.29%，與處理Ⅰ和處理 Ⅳ 相比差異顯著（P＜0.05），而20～30 d，纖維素含量略有增加。至30 d時，各組的纖維素含量非常接近，并無顯著差異。

2.3 白腐真菌對玉米秸稈半纖維素含量的影響

白腐真菌對玉米秸稈半纖維素含量的影響見表4。

表4 白腐真菌對玉米秸稈半纖維素含量的影響 %

由表4可知，在30 d的處理過程中，隨著處理時間的延長，半纖維素含量總體呈下降趨勢。0～10 d，處理Ⅰ的半纖維素含量小幅度上升，達(dá)到25.43%；其他組則小幅度下降，其中處理Ⅱ的下降幅度較大，下降了3.80%。10～30 d，各處理組半纖維素含量迅速下降，其中處理Ⅱ下降幅度最小，只有 22.62%，而處理Ⅲ下降幅度最大，達(dá)到了39.89%，但是各組間的差異并不顯著。

2.4 菌種培養(yǎng)基對發(fā)酵底物CP的影響

菌種培養(yǎng)基對發(fā)酵底物CP的影響見表5。

表5 菌種培養(yǎng)基對發(fā)酵底物CP含量 %

由表5可知，在30 d的試驗(yàn)過程中，各處理組CP含量均呈上升趨勢，前期上升速度較快，后期逐漸放緩。10 d時各組CP含量沒有顯著差異。20 d時，處理Ⅳ與處理Ⅰ、處理Ⅱ和處理Ⅲ相比差異顯著（P＜0.05），處理Ⅳ 和處理Ⅰ相比差異極顯著（P＜0.01）。20～30 d，處理Ⅰ和處理Ⅱ的CP水平基本不再上升，而處理Ⅲ和處理Ⅳ的CP水平還有小幅度上升。30 d時，各處理組之間差異均顯著（P＜0.05），處理 Ⅳ與處理Ⅰ和處理 Ⅱ相比差異均極顯著（P＜0.01）。

3 討論

本試驗(yàn)采用玉米秸稈和石灰為主料，添加不同配比的玉米面和麥麩生產(chǎn)白腐真菌的發(fā)酵曲種，生產(chǎn)出的菌種均能發(fā)酵玉米秸稈，隨著處理時間的延長，各組的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素含量都有一定程度的下降，且木質(zhì)素的降解主要發(fā)生在 10 d以后，略晚于纖維素的降解。這是因?yàn)榘赘婢梢援a(chǎn)生分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等的酶系，且各降解酶之間存在一定的協(xié)同作用，纖維素酶和半纖維素酶可降解纖維素和木聚糖等多糖，為白腐真菌的生長和木質(zhì)素的降解提供必需的碳源和能量，同時多糖的分解產(chǎn)物可作為葡萄糖氧化酶、木糖氧化酶、纖維二糖-醌氧化酶、木二糖-醌氧化酶的底物，前者生成的H2O2活化了木質(zhì)素降解酶的反應(yīng)，后者則能實(shí)現(xiàn)醌類中間體的快速代謝以防止木質(zhì)素再聚合。

白腐真菌不能以木質(zhì)素作為唯一的碳源物質(zhì)，還需要其他的碳源物質(zhì)作為支持。劉尚旭等研究表明，在糙皮側(cè)耳8101菌株降解木質(zhì)素的同時，伴隨著纖維素和半纖維素的含量減少[5]。杜甫佑等研究表明，側(cè)耳菌菌株BP2在處理前10 d，主要利用木屑中的小分子碳源（可溶性糖類等）和半纖維素進(jìn)行自身生長及對木質(zhì)素的降解，之后半纖維素和纖維素的降解和轉(zhuǎn)化略有明顯[6]。有研究報(bào)道，白腐真菌對木質(zhì)素的降解活動主要發(fā)生在次生代謝階段，承擔(dān)降解功能的多種酶及其他有關(guān)組分，只有當(dāng)一些主要營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、碳、硫限制時才能合成。

經(jīng)發(fā)酵后的秸稈CP含量有了大幅度的提高，表明玉米秸稈生產(chǎn)出的發(fā)酵曲種對秸稈的發(fā)酵效果明顯。陳誼等選用稻草作為主要原料配制培養(yǎng)基，接種平菇菌株，與稻草對照組比較，30 d后接種組稻草CP含量增加45.85%[1]。趙華等研究表明，白腐菌TK-X-03發(fā)酵稻草25 d后，稻草的CP含量由處理前的7.30%增加到8.12%，提高了11.23%[7]。這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。CP含量的增加，并不是總含氮量的增加，而只是相對百分含量的增加，目前也未見有關(guān)白腐真菌固氮方面的報(bào)道。

食用菌栽培過程中，培養(yǎng)基重量隨栽培時間的延長而逐漸下降，這是由于食用菌降解的有機(jī)物質(zhì)除了供給自身需要合成碳水化合物外，還會通過菌絲的呼吸作用以CO2和H2O的形式排放到環(huán)境中去，兩者共同作用[8]。倪新江等研究表明，在棉籽殼培養(yǎng)基和麥草培養(yǎng)基上栽培巴西蘑菇，其培養(yǎng)基失重分別為40.58%和38.24%，其呼吸消耗分別為35.33%和33.83%，表明香菇栽培過程中，基物失重甚至全部通過呼吸作用消耗掉，呼吸消耗占培養(yǎng)基失重的大部分[9]。因此，糙皮側(cè)耳在發(fā)酵玉米秸稈過程中CP水平增加是菌絲呼吸作用消耗含碳有機(jī)物的結(jié)果，CP增加幅度可以作為衡量發(fā)酵底物失重的指標(biāo)，也就是衡量菌株分解代謝和能量代謝強(qiáng)度的一個重要生理指標(biāo)，還是衡量菌種活力的重要指標(biāo)。CP含量增加幅度大，說明菌絲體呼吸失重較大，菌株的分解代謝和能量代謝也就越強(qiáng)，相應(yīng)的菌種的活力也就越強(qiáng)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，用玉米秸稈生產(chǎn)的白腐真菌菌種可以降解玉米秸稈粗纖維成分，并能提高CP的水平，更有利于反芻動物利用；生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)基對白腐真菌發(fā)酵玉米秸稈效果有影響，以玉米秸稈74%、玉米粉5%、麥麩20%和石灰1%配合生產(chǎn)的菌種發(fā)酵玉米秸稈效果最好，可以用來生產(chǎn)白腐真菌發(fā)酵曲種，進(jìn)而降低處理的成本。

[1]陳誼,杭怡瓊,薛惠琴,等.白腐真菌降解稻草轉(zhuǎn)化飼料的研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,19（2）:151-153.

[2]薛知文,陶樹興,黃維玉.食用菌學(xué)[M].西安:陜西師范大學(xué)出版社,1992

[3]荊毅,李杰,劉坦,等.不同養(yǎng)分配比對側(cè)耳菌降解玉米秸稈的研究及營養(yǎng)價值評定[J].飼料工業(yè),2008,29（9）:33-35.

[4]周東美.平菇在不同培養(yǎng)基上生長表現(xiàn)的對比研究[J].齊齊哈爾師范學(xué)院學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,1997,17（2）:68-70.

[5]劉尚旭,董佳里,張義正.糙皮側(cè)耳菌木質(zhì)素降解酶的比較研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2000,37（4）:594-598.

[6]杜甫佑,張曉昱,王宏勛,等.白腐菌降解木質(zhì)纖維素順序規(guī)律的研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2005,13（1）:18-24.

[7]趙華,齊剛,代彥,等.自腐真菌對稻草秸稈生物降解的研究[J].飼料工業(yè),2003.24（11）:37-38.

[8]盧翠香,江枝和,翁伯琦,等.食用菌栽培過程中CO2排放測定方法研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)科技,2008（2）:88-90.

[9]倪新江,粱麗琨,丁立孝,等.巴西蘑菇對木質(zhì)纖維素的降解與轉(zhuǎn)化[J].菌物系統(tǒng),2001,20（4）:526-530.