微生物降解秸稈原理簡析

王文明

摘 要 農(nóng)作物秸稈來源豐富，取材方便，秸稈還田不僅節(jié)約資源，還可以提高土壤質(zhì)量。秸稈的快速降解是秸稈還田效率的關(guān)鍵，微生物參與秸稈分解的多個環(huán)節(jié)，特別是對秸稈中的纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素的分解起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞 秸稈還田；微生物；降解；纖維素；半纖維素；木質(zhì)素

中圖分類號：S182 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.4.011

秸稈是農(nóng)作物收獲后的剩余產(chǎn)物，如何利用秸稈已成為研究熱點，其中秸稈還田已經(jīng)成為首選，因為秸稈還田可以把養(yǎng)分歸還到土壤，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤質(zhì)量[1]。秸稈的主要組成成分中，纖維素含量占30%～35%，半纖維素含量占25%～30%，木質(zhì)素含量占20%～25%[2]，這些成分需要依靠外界微生物來進(jìn)行降解[3]。微生物具有生產(chǎn)流程簡單，適應(yīng)能強等特點，成為秸稈降解的重要參與者，由于其在秸稈腐熟中起著重要作用，目前在農(nóng)業(yè)中、特別是秸稈腐熟中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注[4-6]。

1 半纖維素的降解

半纖維素的快速降解是秸稈分解最重要的環(huán)節(jié)[7]，大多數(shù)放線菌很容易分解半纖維素，同時能夠改變木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)[8-9]，綠色木霉、黑曲霉對玉米秸稈半纖維素的降解效果非常明顯，降解率分別達(dá)到 47.81%、37.53%[10]。短小芽孢桿菌降解半纖維素的效果較好，且在酸性環(huán)境酶活高，生長適應(yīng)性強[7]。有研究表明，在稻稈的降解試驗中，食用真菌平菇韓黑和姬菇降解半纖維素的效果非常明顯，降解率分別達(dá)到51.03%、50.49%[11]。藤倉赤霉（絲狀真菌）對水稻稻稈中半纖維素的降解率高達(dá)57.9%，是一種非常優(yōu)秀的半纖維素降解菌株[12]。

2 纖維素的降解

參與纖維素降解由多個酶共同完成，普遍認(rèn)為有3種：內(nèi)切酶（內(nèi)切β-1，4葡萄糖苷酶），外切酶（外切β-1，4葡萄糖苷酶），纖維二糖酶（β-糖苷酶）[13]。芽胞桿菌主要分解秸稈中的纖維素[3]。有研究表明，枯草芽孢桿菌經(jīng)過發(fā)酵后產(chǎn)生較高的纖維素酶，可以加快玉米秸稈的分解[14]。有研究表明，鏈霉素優(yōu)良菌株C-5可以產(chǎn)生較高纖維素酶活，對水稻秸稈分解效果明顯[15]。白腐真菌對纖維素的降解具有一定效果，而且可以在降解纖維素的同時降解木質(zhì)素[16]。卷枝毛霉（毛霉屬）能夠降解堅硬板栗苞殼中的木質(zhì)纖維素[17]。綠色木霉、黑曲霉能夠高效降解玉米秸稈中纖維素，降解率分別達(dá)到39.17%、43.56%[10]。戴氏霉屬可以承受50 ℃的高溫，并且可以具有較高的纖維素酶活，非常適合在高溫條件下分解秸稈中的纖維素[18]。有科研人員分離到草酸青霉菌株，可以產(chǎn)生非常強的纖維素酶，成為農(nóng)業(yè)秸稈降解新的菌株[19]。

3 木質(zhì)素的降解

木質(zhì)素是植物秸稈中的主要成分，空間結(jié)構(gòu)呈三維網(wǎng)狀，是最難降解的化合物之一[20]，木質(zhì)素的降解需要細(xì)菌、真菌、放線菌和微生物共同參與，以真菌為主，細(xì)菌的作用最小。真菌中白腐菌對木質(zhì)素的降解效果最好，且在降解的過程中不會產(chǎn)生色素，參與木質(zhì)素降解的酶主要有三大酶系：1）氧化酶，主要包括葡萄糖氧化酶和乙二醛氧化酶）；2）過氧化物酶，主要是木質(zhì)素過氧化酶（LiP）和錳過氧化物酶（MnP）；3）其他酶類，包括漆酶、蛋白酶等[21]，其中LiP和MnP是木質(zhì)素降解的兩個關(guān)鍵酶[22-23]?？莶菅挎邨U菌可以產(chǎn)生大量木質(zhì)素酶，從而快速分解秸稈，而白蟻體內(nèi)可以繁殖這種菌種[24]。有研究表明，芽孢桿菌（多粘類）產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶，可以高效水解木質(zhì)素中的纖維二糖[25]，地芽孢桿菌在高溫條件下可以最大程度降解木質(zhì)素，可以用于秸稈的腐熟[26]。煙曲霉YSITB I降解木質(zhì)素的效果明顯，特別是在溫度30 ℃，pH6.8的條件下，能夠降解構(gòu)樹中56.9%的木質(zhì)素，煙曲霉YSITB I與枯草芽孢桿菌YSITBII混合使用，降解效果更好[27]。有研究表明，米曲酶CGMCC5992產(chǎn)生的過氧化物酶活性較高，產(chǎn)酶專一性強，是降解木質(zhì)素較好的菌株[28]；雜色云芝對農(nóng)作物秸稈中的木質(zhì)素具有較高的分解能力，降解率達(dá)到39.17%[10]。另外，食用真菌香菇含有降解木質(zhì)素的兩種酶，對木質(zhì)素分解效果較好[11]。

4 結(jié)語

秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力。目前降解秸稈以微生物降解為主，同時結(jié)合其他的農(nóng)業(yè)措施共同完成秸稈腐熟?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^不斷的努力，已經(jīng)篩選到一些優(yōu)良的秸稈降解菌株。秸稈降解需要不同的微生物參與完成，對如何把篩選到的優(yōu)良菌株進(jìn)行優(yōu)化組合，即對高效復(fù)合菌系的研究具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）