微生物降解秸秆原理简析

微生物降解秸秆原理简析
作者：王文明
来源：《南方农业·上旬》2018年第02期
摘要农作物秸秆来源丰富，取材方便，秸秆还田不仅节约资源，还可以提高土壤质量。

秸秆的快速降解是秸秆还田效率的关键，微生物参与秸秆分解的多个环节，特别是对秸秆中的纤维素、半纤维素以及木质素的分解起着至关重要的作用。

关键词秸秆还田；微生物；降解；纤维素；半纤维素；木质素
中图分类号：S182 文献标志码：B DOI：10.19415/ki.1673-890x.2018.4.011
秸秆是农作物收获后的剩余产物，如何利用秸秆已成为研究热点，其中秸秆还田已经成为首选，因为秸秆还田可以把养分归还到土壤，增加土壤有机质，改善土壤质量[1]。

秸秆的主要组成成分中，纤维素含量占30%～35%，半纤维素含量占25%～30%，木质素含量占20%～25%[2]，这些成分需要依靠外界微生物来进行降解[3]。

微生物具有生产流程简单，适应能强等特点，成为秸秆降解的重要参与者，由于其在秸秆腐熟中起着重要作用，目前在农业中、特别是秸秆腐熟中的应用越来越受到关注[4-6]。

1 半纤维素的降解
半纤维素的快速降解是秸秆分解最重要的环节[7]，大多数放线菌很容易分解半纤维素，同时能够改变木质素的结构[8-9]，绿色木霉、黑曲霉对玉米秸秆半纤维素的降解效果非常明显，降解率分别达到 47.81%、37.53%[10]。

短小芽孢杆菌降解半纤维素的效果较好，且在酸性环境酶活高，生长适应性强[7]。

有研究表明，在稻秆的降解试验中，食用真菌平菇韩黑和姬菇降解半纤维素的效果非常明显，降解率分别达到51.03%、50.49%[11]。

藤仓赤霉（丝状真菌）对水稻稻秆中半纤维素的降解率高达57.9%，是一种非常优秀的半纤维素降解菌株[12]。

2 纤维素的降解
参与纤维素降解由多个酶共同完成，普遍认为有3种：内切酶（内切β-1，4葡萄糖苷酶），外切酶（外切β-1，4葡萄糖苷酶），纤维二糖酶（β-糖苷酶）[13]。

芽胞杆菌主要分解秸秆中的纤维素[3]。

有研究表明，枯草芽孢杆菌经过发酵后产生较高的纤维素酶，可以加快玉米秸秆的分解[14]。

有研究表明，链霉素优良菌株C-5可以产生较高纤维素酶活，对水稻秸秆分解效果明显[15]。

白腐真菌对纤维素的降解具有一定效果，而且可以在降解纤维素的同时降解木质素[16]。

卷枝毛霉（毛霉属）能够降解坚硬板栗苞壳中的木质纤维素[17]。

绿色木霉、黑曲霉能够高效降解玉米秸秆中纤维素，降解率分别达到39.17%、43.56%[10]。

戴氏霉属可以承受50 ℃的高温，并且可以具有较高的纤维素酶活，非常适合在高温条件下分解秸秆中
的纤维素[18]。

有科研人员分离到草酸青霉菌株，可以产生非常强的纤维素酶，成为农业秸秆降解新的菌株[19]。

3 木质素的降解
木质素是植物秸秆中的主要成分，空间结构呈三维网状，是最难降解的化合物之一[20]，木质素的降解需要细菌、真菌、放线菌和微生物共同参与，以真菌为主，细菌的作用最小。

真菌中白腐菌对木质素的降解效果最好，且在降解的过程中不会产生色素，参与木质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）过氧化物酶，主要是木质素过氧化酶（LiP）和锰过氧化物酶（MnP）；3）其他酶类，包括漆酶、蛋白酶等[21]，其中LiP和MnP是木质素降解的两个关键酶[22-23]。

枯草芽孢杆菌可以产生大量木质素酶，从而快速分解秸秆，而白蚁体内可以繁殖这种菌种[24]。

有研究表明，芽孢杆菌（多粘类）产生的β-葡萄糖苷酶，可以高效水解木质素中的纤维二糖[25]，地芽孢杆菌在高温条件下可以最大程度降解木质素，可以用于秸秆的腐熟[26]。

烟曲霉YSITB I降解木质素的效果明显，特别是在温度30 ℃，pH6.8的条件下，能够降解构树中56.9%的木质素，烟曲霉YSITB I 与枯草芽孢杆菌YSITBII混合使用，降解效果更好[27]。

有研究表明，米曲酶CGMCC5992产生的过氧化物酶活性较高，产酶专一性强，是降解木质素较好的菌株[28]；杂色云芝对农作物秸秆中的木质素具有较高的分解能力，降解率达到39.17%[10]。

另外，食用真菌香菇含有降解木质素的两种酶，对木质素分解效果较好[11]。

4 结语
秸秆还田可以增加土壤有机质，提高土壤肥力。

目前降解秸秆以微生物降解为主，同时结合其他的农业措施共同完成秸秆腐熟。

科研工作者通过不断的努力，已经筛选到一些优良的秸秆降解菌株。

秸秆降解需要不同的微生物参与完成，对如何把筛选到的优良菌株进行优化组合，即对高效复合菌系的研究具有重要意义。

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（责任编辑：丁志祥）。