分解作物秸秆微生物制剂

 

　　据报道，我国年产农作物秸秆达5亿吨之多，用秸秆制作肥料，不仅可减少污染，还可变废为宝。加之秸秆类的来源广泛，可以是玉米秆、稻草、麦秸、豆秸、谷草、高粱秸以及各种藤蔓等，可因地制宜，就地取材。而常用的物理机械法和化学碱处理法，但都存在诸多缺点，秸秆的营养价值和利用价值都不高。所以，利用微生物的广泛适应性和多功能性来转化秸秆已日益受到国内外科学研究者重视，因为微生物在秸秆转化中有用途多、营养价值高、周期短、可再生等优点。用微生物学方法处理秸秆具有其它物化方法不可替代的优点，作为利用秸秆资源的新途径，有着广阔的应有前景，将在农业生产中发挥越来越重要的作用。目前，研制开发理想的作物秸秆快速腐熟剂已成为微生物制剂的一个热点。此类产品在我国农业上的应用处于起步阶段，虽然有些品种已应用了好几年，也有效果好的产品，但多数产品仍存在许多要改进的地方，应用效果也还需要多点试验的验证，特别是在产品质量的技术指标、菌种组合和提高农产品质量方面。相信通过研究者的共同努力，将会很快开发出效果稳定、使用方便的分解秸秆微生物制剂，为我国农业生产服务。

　　(一)分解秸秆的微生物种类

　　作物的秸秆的主要成份是纤维素、半纤维素和木质素。可以分解利用秸秆的微生物种类很多，在自然界中广泛分布和存在。主要种类如下。

　　①能分解纤维素的细菌芽胞杆菌属(Bacillus)、类芽胞杆菌(Paenibacillus)、假单胞菌属(Pseudomones)、弧菌属(Vibrio)，微球菌属(Micrococcus)、链球菌属(Streptococcus)、梭菌属(Clostridium)、原粘杆菌属(Promyxobecterium)、纤维粘菌属(Cytophaga)，生胞噬纤维菌属(Sporocytophage)、堆囊菌属(Sorangium)、螺旋体属(Spirochaeta)等等。最值得注意的是这些种类中的嗜热和耐热的种群。

　　②能分纤维素和半纤维素的真菌木霉属(Trichoderma)、麯霉属(Aspergillus)、青霉(Penicillium)、分枝孢属(Sporotrichum)、轮枝孢霉(Verticillium)、镰刀菌属(Fusarium)、根霉(Rhizopus)等。

　　③能分解纤维素的放线菌分枝杆菌(Mycobacterium)、诺卡氏菌(Nocardia)、小单孢菌(Micromonospora)、链霉菌属(Strepto-myces)等等。

　　④氧化木质素的微生物有洋蘑菇(Psalliota)、鬼伞菌(Coprinus)、茯苓(Poria)、多孔菌属(Polyporus)、伞菌属(Agaricus)、糙皮侧耳(Pleurotus ostrcatus)、韧皮菌属(Sthreum)等等。

　　(二)秸秆腐熟的机理

　　在适宜的营养(特别是氮素)、温度、湿度、通气量和pH值条件下，通过微生物的繁衍，使秸秆分解，把碳、氮、磷、钾和硫等分解矿化或形成为简单的有机物和腐殖质的过程。秸秆中纤维素、半纤维素占极大的比例，纤维素是葡萄糖的聚合物，由于结构特殊，因此有抵抗各种氧化剂的能力，只能被浓酸水解。微生物和对纤维素的作用，完全取决于微生物的功能和分解条件。纤维素的分解分两个阶段。第一阶段是在微生物分泌的纤维素酶的作用下水解，生成纤维糊精、纤维二糖，在纤维二糖酶的作用下生成葡萄糖。第二阶段是水解产物的发酵过程。第二阶段好气微生物和厌气微生物的发酵产物有所不同。好气纤维分解菌能将纤维素完全分解，只产生CO2、一些粘液物质、色素和大量微生物细胞物质，30％～40％分解的纤维素可以转变成纤维素分解菌的细胞物质；嫌气性纤维分解菌则发酵成各种有机酸(醋酸、丙酸、丁酸、蚁酸、乳酸和琥珀酸等)、醇类、二氧化碳和氢气。

　　木质素是复杂的植物物质，是具有某些侧链的苯环结构，很难分解。一些细菌和高等真菌能把木质素的侧链及芳香环氧化，进而裂解木质素。在堆肥中有相当数量的木质素形成腐殖质，它是植物营养的储存库，也是土壤肥力的基础。

　　半纤维素包括多种化合物，有多缩醣醛和多缩糖醛酸。在微生物的作用下，多糖水解成简单的单糖类(C6H12O6、C5H10O5)，多缩糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和细菌所分解。半纤维素也是微生物细胞物质(荚膜)的重要组成部分。

　　(三)秸秆腐熟剂的研制开发

　　微生物秸秆生物学转化的关键有三：微生物降解木质素和纤维素；生产微生物单细胞蛋白，提高秸秆的营养价值；优化生产工艺。

　　①快速分解秸秆微生物的筛选根据掌握的资料，针对性地采集样品，用恰当的培养基和适宜的培养条件分离筛选秸秆分解菌，尤其是降解木质素和纤维素的微生物。秸秆分解菌包括真菌、细菌和放线菌等微生物。就以细菌为例，分解秸秆的细菌在形态学上是极其不同的，如果研究者停留在某一种分离细菌的方法上，当然只能分离出某一类的细菌。细菌有好氧嫌氧之分，一般嫌气细菌温度要求比较高，可根据预期目标采集样品(如污泥、厩肥或反刍动物的第一胃里以及可利用纤维素的软体动物等)，分离筛选定向细菌。可用分解纤维素的培养基配方或者是秸秆粉配方分离、筛选秸秆分解菌。真菌、细菌、放线菌都参与秸秆的分解过程，在整个分解过程中，就目前的资料分析，真菌的作用应排在首位，其次是细菌和放线菌。分解秸秆的真菌中也有好氧和厌氧，中温和高温之分，根据选定的目标，选择恰当的培养基配方和样品的来源以及培养条件等，以期得到预期的菌株。

　　②菌株的发酵培养首先筛选菌株的培养基成份、培养条件，然后接种培养，反复筛选，找出分解能力强生长速度快的高效菌株。

　　③根据分离到的菌株特性，单独或复合，再检测验其分解能力，选定搭配组合。

　　④加入能生产单细胞蛋白的微生物，提高秸秆的营养价值。加入此类微生物后，它首先将秸秆中的营养物转到菌体内，成为菌体蛋白；然后，利用大量培养微生物的方法，在它们的生命过程中分泌有活性的蛋白酶，对秸秆原料中的蛋白质进行降解，生成氨基酸，达到提高营养价值的目的。目前常用酵母菌类来作为首选。

　　⑤研究腐熟剂发酵工艺，科学生产腐熟剂产品。发酵工艺研究包括培养基配方、pH值、温度、通气量等条件，研究剂型，选择适合的载体。

　　⑥研究腐熟剂的最佳使用条件，然后进行小试、中试，综合评价腐熟剂的效果。

　　⑦利用基因工程的手段，构建分解秸秆某些酶基因的理想工程菌也是一个重要的方法。