小麥和水稻秸稈作為反芻動物飼料資源的生物降解技術(shù)研究進(jìn)展

馮文曉，陶 蓮，陳國順，刁其玉

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，蘭州730070）

小麥和水稻秸稈作為反芻動物飼料資源的生物降解技術(shù)研究進(jìn)展

馮文曉1，2，陶 蓮1，陳國順2，刁其玉1

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，蘭州730070）

玉米秸、麥秸和稻草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為豐富的副產(chǎn)品，同時也是反芻動物潛在的粗飼料資源，但因其直接飼喂時難以被消化，故飼用價值較低。因此，如何對其進(jìn)行降解處理來提高其飼用價值，一直是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)研究及關(guān)注的熱點(diǎn)。文章主要綜述了小麥和水稻秸秸干生物處理技術(shù)的研究進(jìn)展，以期為它們的合理、有效利用提供參考。

小麥秸稈；水稻秸稈；生物降解；利用率

1 小麥和水稻秸稈產(chǎn)量與利用概況

小麥、水稻、玉米秸稈是主要的農(nóng)作物副產(chǎn)品，在我國北方地區(qū)小麥和玉米秸稈占主導(dǎo)地位。而在我國南方地區(qū)主要以水稻秸稈為主。據(jù)2014年中國統(tǒng)計(jì)年鑒和相應(yīng)的折算系數(shù)計(jì)算，作為我國三大作物秸稈之一的水稻秸稈產(chǎn)量為2.065億t，小麥秸稈產(chǎn)量為1.262億t，其總產(chǎn)量呈現(xiàn)增長的趨勢。由于小麥和水稻秸稈粗纖維（CF）含量高（占60%以上）、粗蛋白含量低（僅3%～6%）、且適口性較差等原因，導(dǎo)致秸稈飼料利用率有限。據(jù)高祥照等［1］調(diào)查分析，我國農(nóng)作物秸稈直接飼喂家畜或者經(jīng)加工處理后作為飼料的比例僅占秸稈總量的23%左右，23.7%的秸稈用于供應(yīng)燃料，36.6%則作為肥料用于還田，其他如焚燒和亂堆亂放占17%，這不僅污染了環(huán)境，還造成飼料資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，如何提高秸稈的營養(yǎng)價值、改善其適口性及利用率是大力發(fā)展節(jié)糧型草食家畜養(yǎng)殖的需要，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高效、優(yōu)質(zhì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑之一。

2 小麥和水稻秸稈作為飼料化利用的處理方法

植物秸稈中的細(xì)胞壁約占秸稈干物質(zhì)的80%以上。纖維素類物質(zhì)是細(xì)胞壁的主要成分，包括纖維素、半纖維素和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素等。為了消除秸稈中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低纖維素的結(jié)晶度，國內(nèi)外學(xué)者對秸稈的利用開展了多方面的研究［2］。目前改善秸稈利用率的方法主要有物理處理、化學(xué)處理和生物學(xué)處理3種方法［3］。物理處理和化學(xué)處理方法雖然可以提高粗飼料的消化率，增加采食量，但都存在一定的局限性。而利用生物的廣泛適應(yīng)性和多功能性來轉(zhuǎn)化秸稈，已日益受到國內(nèi)外科學(xué)研究者的重視。生物處理法是指利用特定益生微生物或其分泌產(chǎn)物、活菌和酶制劑的復(fù)合制劑來處理秸稈，包括微生物發(fā)酵和酶制劑分解法等［4］。秸稈的生物學(xué)處理被認(rèn)為是最有前途的處理方法。

3 小麥和水稻秸稈作為反芻動物飼料的生物降解技術(shù)及應(yīng)用效果

近幾年來，有關(guān)使用微生物及其分泌的酶類作為秸稈發(fā)酵制劑的研究開展較多［5］。研究表明，無論使用益生菌還是酶菌制劑處理農(nóng)作物秸稈，都能使它們的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其營養(yǎng)素利用率提高，成為一種可以利用的粗飼料資源，用于牛羊等反芻動物的飼養(yǎng)中。

3.1 麥和水稻秸稈青貯技術(shù)及應(yīng)用效果

青貯發(fā)酵是指利用附著于植物體的乳酸菌等微生物的活動，通過發(fā)酵作用，將原料中的糖類等可溶性碳水化合物變成乳酸等有機(jī)酸，增加青貯料的酸度，從而抑制或者殺滅各種有害細(xì)菌的生長與繁衍，加上厭氧環(huán)境抑制了霉菌的活動，使含水量較高、營養(yǎng)豐富的青綠飼料得以長期保存［6］；同時，由于在青貯過程中乳酸發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，使青貯料帶有酸香味，能提高畜禽的適口性。秸稈在發(fā)酵過程中，必須有足夠的微生物存在，才能保證青貯成功。對于營養(yǎng)價值低劣的小麥和水稻秸稈，只靠其本身附著的少量乳酸菌發(fā)酵很難達(dá)到預(yù)期目的，有關(guān)小麥和水稻秸稈青貯的研究報(bào)道很少，生產(chǎn)中急需相關(guān)的青貯方法。

3.2 干秸稈的活菌處理技術(shù)及應(yīng)用效果

干秸稈活菌處理技術(shù)主要是針對含水量低的麥秸、稻草、半黃或黃干玉米秸和高梁秸等秸稈。目前真菌多被用來降解秸稈中的木質(zhì)素，用于處理干秸稈的真菌主要有白腐菌、褐腐菌、軟腐菌等。同時乳酸菌的作用亦不能忽視?；菸纳龋?］利用酵母菌對小麥秸稈進(jìn)行發(fā)酵處理，并對發(fā)酵前后秸稈的粗蛋白質(zhì)、粗纖維及粗脂肪含量進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明，小麥秸稈經(jīng)過酵母菌發(fā)酵30 d后，粗蛋白質(zhì)含量提高了1.5%，粗脂肪提高了0.55%，粗纖維降低了1.48%。統(tǒng)計(jì)分析顯示，發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)和脂肪含量均較未發(fā)酵有顯著提高（P＜0.01），發(fā)酵后粗纖維含量較未發(fā)酵有顯著降低（P＜0.01）。蔣中海［8］報(bào)道，使用含有效菌種10億/mL的微生物發(fā)酵液，處理水稻和玉米秸稈后，秸稈微貯飼料的蛋白質(zhì)含量為11.06%，木質(zhì)素含量下降16.5%。飼喂小公牛后，其采食量提高了15%，消化率提高了45%。趙婷靜［9］報(bào)道稱，使用復(fù)合微生物菌劑發(fā)酵玉米和小麥混合秸稈后，秸稈的粗蛋白含量提高了28.38%，活菌數(shù)達(dá)13.15億/g（P＜0.01）；發(fā)酵秸稈飼喂奶牛的試驗(yàn)結(jié)果表明，頭均產(chǎn)奶量提高了85.8 kg。因此，小麥和水稻秸稈經(jīng)微生物發(fā)酵處理后，能有效改善秸稈自身的理化特性，提高反芻家畜的采食量。張浩等［0］選用裝有瘺管的山羊觀察微貯水稻秸稈的瘤胃降解率。結(jié)果表明：微貯與對照組普通干稻草NDF動態(tài)降解率分別為30.32%和21.66%，ADF動態(tài)降解率分別為24.87%和19.35%，均比對照組有所升高。王汝富［11］對經(jīng)發(fā)酵活干菌（纖維分解菌和乳酸桿菌）處理的小麥和玉米秸稈飼喂肉牛效果的研究發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組（微生物處理秸稈組）牛的日均采食量和采食率分別比對照組牛提高了30.9%和25.1%，日增重提高了73.56%，具有較好的推廣價值。小麥和水稻秸稈微貯后能夠提高瘤胃的降解率，增加反芻家畜的采食量，促進(jìn)家畜的消化吸收。同時，史玉英等［12］的研究結(jié)果顯示，不同秸稈分解菌之間具有較強(qiáng)的協(xié)同作用，纖維素分解菌與木質(zhì)素分解菌對稻草的聯(lián)合分解能力明顯高于任何一個單一菌株。趙小蓉等［13］的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，細(xì)菌與真菌之間存在較強(qiáng)的相互作用，且作用效果并不是簡單的加和效應(yīng)。因此，在實(shí)際處理中，采用混合菌降解秸稈效果更好。

3.3 酶制劑降解技術(shù)及應(yīng)用效果

近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶制劑作為飼料添加劑逐漸在畜牧業(yè)中廣泛應(yīng)用。目前常用酶制劑主要為纖維素酶與半纖維素酶類。添加酶制劑有助于植物細(xì)胞壁的分解，提高可溶性碳水化合物含量，為乳酸菌的繁殖發(fā)酵提供充分的底物，從而提高青貯的發(fā)酵品質(zhì)［14］。

3.3.1 用于秸稈降解的酶制劑類型

3.3.1.1 纖維素酶 纖維素酶系為糖苷水解酶。包括：內(nèi)切葡萄糖苷酶、外切葡萄糖苷酶（又稱纖維二糖水解酶，CBH）和β-葡萄糖苷酶（萄糖苷酶二糖，簡稱BG）3類。能分泌纖維素酶的微生物包括細(xì)菌、真菌以及放線菌。目前研究較為廣泛的分泌纖維素酶的真菌包括綠色木霉、李氏木霉、根霉、青霉等，其中木霉屬產(chǎn)酶量最高。

3.3.1.2 半纖維素酶 半纖維素酶是分解半纖維素的一類酶的總稱，主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β纖葡聚糖酶和半乳糖苷酶等。在飼料工業(yè)中應(yīng)用較多的是β-葡聚糖酶，它主要由木霉、黑曲霉、米曲霉、枯草桿菌和地衣芽孢桿菌等微生物產(chǎn)生。葡聚糖的粘稠性是它的主要抗?fàn)I養(yǎng)特性。日糧中添加葡聚糖酶，可以降低腸道內(nèi)容物特性、消化酶活性、腸道微生物作用環(huán)境等，從而有利于動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，提高生長性能和飼料轉(zhuǎn)化率。

3.3.1.3 果膠酶 果膠是高等植物細(xì)胞壁的一種結(jié)構(gòu)多糖，主要成分是半乳糖醛酸，并含有鼠李糖、阿拉伯糖。果膠酶是分解果膠的一個多酶體系，通常包括原果膠酶、果膠甲酯水解酶、果膠酸酶3種酶。這3種酶的聯(lián)合作用使果膠質(zhì)得以完全分解。

3.3.1.4 木質(zhì)素酶 木質(zhì)素的降解酶系是個非常復(fù)雜的體系，其中最重要的木質(zhì)素降解酶有3種。即木質(zhì)素過氧化物酶（簡稱LiP）、錳過氧化物酶（簡稱MnP）和漆酶（簡稱Lac）。另外還有芳醇氧化酶、乙二醛氧化酶、葡萄糖氧化酶、酚氧化酶、過氧化氫酶等都參與了木質(zhì)素的降解或?qū)ζ浣到猱a(chǎn)生一定的影響。常用的微生物主要有放線菌、軟腐真菌、褐腐真菌和白腐真菌。

3.3.2 酶制劑在纖維性日糧中的應(yīng)用 姜桂俠等［15］采用兩種方法分別將纖維素酶制劑加到精料中和噴灑在小麥秸稈上，研究其對牦牛的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：試驗(yàn)組牦牛的干物質(zhì)消化率和日增重與對照組相比呈明顯提高趨勢（P＜0.01），分別比對照組提高了4.57%、6.18%和42.85%、35.71%，但兩個試驗(yàn)組差異不顯著（P＞0.05）。Tang等［16］應(yīng)用體外試驗(yàn)證明，纖維素酶和木聚糖酶處理的小麥和水稻秸稈，體外有機(jī)物降解率（OMD）與DM的消化率都顯著提高。金加明等［17］試驗(yàn)表明，使用纖維素酶酶解的小麥秸稈飼喂小尾寒羊，試驗(yàn)組只均日增重148g，比對照組提高68.2%（P＜0.05）。因此，酶制劑對秸稈的纖維素降解轉(zhuǎn)化有較好的效果，能夠有效地提高秸稈的利用價值，促進(jìn)動物的消化吸收。

4 結(jié)束語

我國小麥和水稻秸稈資源豐富，生物學(xué)法處理利用農(nóng)作物秸稈具有其他物理化學(xué)方法不可替代的優(yōu)點(diǎn)，并已成為農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)領(lǐng)域的一個亮點(diǎn)，正在朝著多元化、深層次的方向發(fā)展。利用生物方法處理秸稈可根本改變秸稈作為飼料不易消化的缺陷，提高了秸稈的營養(yǎng)價值及其利用率。此外，利用生物法處理秸稈成本較低，不受農(nóng)時季節(jié)限制，有效地節(jié)省了人力資源，同時對保護(hù)環(huán)境具有重大的意義。隨著生產(chǎn)和研究的發(fā)展，降解木質(zhì)纖維素的微生物類群和纖維素酶都是多種多樣的，研發(fā)一種菌酶或復(fù)合酶最優(yōu)組合對于提高秸稈分解效率是非常必須的，微生物不同配伍效應(yīng)的研究，使不同的菌和酶都能作用到秸稈的糖苷鍵、氫鍵、共價鍵、醚鍵、碳-碳鍵等關(guān)鍵位點(diǎn)，打開這些緊密的結(jié)構(gòu)，釋放出可以消化的物質(zhì)，這將為合理利用不同的生物制劑提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為秸稈的利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，使大量的廢棄秸稈成為代替糧食進(jìn)行畜牧生產(chǎn)的寶貴資源。

［1］ 高祥照，馬文奇，馬常寶，等.中國作物秸稈資源利用現(xiàn)狀分析［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，21（3）：242-247.

［2］ Orskov E R.Options for better extraction of the vast amount of energy locked up in crop residues［C］//Proceedings of Third International Conference on Increasing Animal Production with Local Resources. Beijing：China Agr Scientech Press，2001：1-5.

［3］ 刁其玉，張乃峰.非常規(guī)飼料資源開發(fā)與應(yīng)用評價［J］.飼料與畜牧2010（10）：100-105.

［4］ 刁其玉，國春艷.提高粗飼料利用率的途徑［J］.糧食與飼料工業(yè)，2005（10）：34-36.

［5］ Takayoshi M，Nazom i F，Saori T，et al.Effects of addition formic acid bacterial inocula or mixture of bacterial inoculant and enzyme on fermention quality of unwilted herbage silage［J］.Grassland Science，1997，43：406-412.

［6］ 洪梅，刁其玉.青貯同型與異型發(fā)酵接種劑的研究進(jìn)展［J］.飼料工業(yè)，2009（22）：58-60.

［7］ 惠文森，王康英，李圣男.酵母菌發(fā)酵小麥秸稈試驗(yàn)研究［J］.草業(yè)與畜牧，2010，5：19-20.

［8］ 蔣中海.微貯秸稈飼料試驗(yàn)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（13）：3173-3183.

［9］ 趙婷靜.應(yīng)用復(fù)合微生物菌劑發(fā)酵作物秸稈和飼喂奶牛試驗(yàn)［J］.青海畜牧獸醫(yī)雜志，2008，38（4）：8-9.

［10］張浩，鄒霞青.不同處理稻草纖維類物質(zhì)瘤胃的降解特性［J］.福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，29（1）：81-86.

［11］王汝富.發(fā)酵活干菌處理秸稈育肥肉牛效果研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2001，18（2）：36-38.

［12］史玉英，沈其榮.纖維素分解菌群的分離和篩選［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，19（3）：59-62.

［13］趙小蓉，林啟美，孫炎鑫，等.纖維素分解菌對不同纖維素類物質(zhì)的分解作用［J］.微生物學(xué)雜志，2000，20（3）：12-14.

［14］Van Vuuren A M，Bergsma K，F(xiàn)rolkramer F，et al.Effects of addition cell wall degrading enzyme on the chemical composition and the in sacco degradation of grass silage［J］.Grass and Forage Sci，1989，44（2）：223-230.

［15］姜桂俠，薛白.飼用纖維素復(fù)合酶在舍飼牦牛上的應(yīng)用效果試驗(yàn)［J］.飼料工業(yè)，2007，28（12）：13-14.

［16］TangA X，YaoG O，Yan Z L，et al.Effects of yeast culture and fibrolytic enzyme supplementation on in vitro fermentation characteristics of low-quality cereal straws［J］.Journal of Animal Science，2008，86：1164-1172.

［17］金加明，吳寶霞.纖維素酶和酵母菌處理小麥秸稈喂育肥羊試驗(yàn)［J］.反芻動物營養(yǎng)，2007，9：45-46.

Recent Advance in the Biodegradation Technique of Wheat and Rice Straw as Ruminant Feed

FengWenxiao1，2，TaoLian1，DiaoQiyu1，et al
（1.KeyLaboratoryofFeed Biotechnologyofthe MinistryofAgriculture，F(xiàn)eed Research Institute ofChinese Academyof Agricultural Sciences，Beijing100081，China；2.College ofAnimal Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）

Corn straw，wheat strawand rice straware the most abundant agricultural by-products and also the potential roughage resources for ruminants.However，due to the low digestibility，they are hard to be utilized，therefore，how to improve their feeding values in agriculture and animal husbandry is a hot topic home and abroad.This article mainly summarized the research advance in the biodegradation technigue ofwheat strawand rice strawwith an aimtoprovide

for a better utilization.

wheat straw；rice straw；biological degradation；utilization rate

S816.3

A

2095-3887（2016）03-0059-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2016.03.015

2016-03-10

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（20120304202）；國家肉羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-39）

馮文曉（1989-），女，碩士研究生。

刁其玉（1958-），男，研究員，博士生導(dǎo)師。