不同粒度对侧耳菌处理玉米秸秆酶和纤维降解的影响

李杰 刘坦 刘敏 荆义

采用侧耳菌（平菇）处理玉米秸秆可显著提高秸秆的营养价值[1－2]。侧耳菌处理秸秆除受营养、温度、接种方式等诸多因素影响外，秸秆粉碎粒度也影响菌丝的生长速度，秸秆粉碎粒度越小平菇产量较高[3]。但薛静等（2000）[4]报道，栽培平菇时以孔径1.5 cm筛子粉碎玉米秸秆粒度效果最佳。采用侧耳菌处理秸秆与食用菌生产不同，既要考虑秸秆粉碎粒度对菌丝生长和纤维降解的影响，又要考虑秸秆粉碎的能耗和秸秆粒度对动物消化的影响。秸秆粉碎粒度越小，则粉碎成本越高，但粉碎粒度大，会影响菌丝的生长[5]。此外，处理秸秆粒度过小，使反刍动物唾液分泌量少，使粗饲料在瘤胃中的停留时间缩短，影响粗饲料在瘤胃中的消化和利用[6]。而有关粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆的纤维降解及纤维分解酶活性影响的研究报道较少。为此，进行此方面的试验，通过测定粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维分解酶活性和纤维降解的影响，来研究玉米秸秆适宜的粉碎粒度，为采用侧耳菌处理玉米秸秆饲料提供理论依据及技术参数。

1 材料与方法

1.1 菌种及培养基

糙皮侧耳来源于东北农业大学食用菌实验室。采用PDA培养基进行一级菌种扩繁，采用浸泡的玉米粒进行二级菌种扩繁[5]。

1.2 试验设计及秸秆处理

采用单因素随机分组设计，以秸秆粉碎粒度为研究因素，玉米秸秆分成3个粉碎长度，粉碎机筛网孔径分别为1.5 cm（处理Ⅰ）、2.5 cm（处理Ⅱ）及3.5 cm（处理Ⅲ）。秸秆的粉碎长度分别为0.5～1.3 cm、1.0～2.3 cm及1.6～3.3 cm，每种长度的玉米秸秆为一个处理。每个处理装36袋，每个处理每次取样为3个重复。

1.3 试验方法

将87%的粉碎秸秆、8%麦麸、5%石灰与水搅拌均匀后装入聚丙烯袋（长度17 cm×33 cm，厚度0.4～0.5 mm）中，含水量为69.7%。每袋装入湿秸秆混合物300 g，121℃高压灭菌30 min。待秸秆温度降至24℃以下时接种二级菌种，接种量为5%。接种后置24℃条件下避光培养。试验为期35 d，分别于试验第0、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35 d 从各处理组的重复中采取玉米秸秆样品（样品中不包括接种载体）。将样品混合均匀，一部分用于粗酶液的制备，另一部分烘干、粉碎，备用[5]。

1.4 测定指标及方法

按照Van Soest分析法，采用ANKOM220 Fiber Analyzer仪器测定秸秆的中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性不溶木质素（ADL），计算处理秸秆的半纤维素和纤维素含量，减去ADL中的粗灰分即得出木质素含量。

取湿样3 g，加25 ml蒸馏水浸提4 h，用四层纱布过滤后以3500 r/min转速离心5 min，上清液即为粗酶液。采用邻联甲苯胺方法测定漆酶(Lac)活性[7]，采用DNS法[8]测定纤维素酶活性。

1.5 数据的处理与统计分析

用DPS（3.01）软件和Excel 2003进行统计分析。用Duncan's新复极差法做多重比较。表格中数据用平均值±标准差来表示。

2 结果

2.1 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维分解酶活性的影响

2.1.1 粉碎粒度对处理秸秆漆酶活性的影响（见图1）

图1表明，三组漆酶活性在试验5～11 d之间基本相同，在第14～17 d出现酶活高峰，粉碎粒度越小，酶活高峰出现的越早，且峰值越高。在20 d之后，三组酶活均较低。

图1 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆漆酶活性的影响

2.1.2 粉碎粒度对处理秸秆木质素过氧化物酶活性的影响（见图2）

图2表明，三组木质素过氧化物酶活性在14 d之前均较低，3个处理组酶活性在17～23 d较高，在23 d后降低。酶活性高峰及持续的时间与秸秆粉碎粒度有关，Ⅰ组酶活性略低于Ⅱ组，但持续时间较长；Ⅱ组酶活峰值最高，但持续时间短于Ⅰ组；Ⅲ组酶活高峰显著低于前二组（P＜0.05），酶活性持续时间很短。

图2 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆木质素过氧化物酶活性的影响

2.1.3 粉碎粒度对侧耳菌纤维素酶活性的影响（见图3）

图3 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维素酶活性的影响

图3表明，各组纤维素酶活性总体变化趋势是随着处理时间的延长而逐渐升高。处理Ⅰ组纤维素酶活与处理Ⅱ组差异不显著，处理Ⅲ组纤维素酶活在前26 d显著低于前二组（P＜0.05）。

2.2 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维降解的影响

2.2.1 粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维素降解的影响（见表1）

表1显示，随着时间的延长，三个处理组纤维素含量逐渐增加，但增加的幅度不同。处理Ⅰ组在8～20 d纤维素降解率达10.78%～26.06%，而在相同的处理时间，Ⅱ组纤维素降解率为4.89%～12.30%，Ⅲ组为0.52%～8.05%；在处理的第26 d，Ⅰ组与Ⅱ组纤维素含量差距缩小，而Ⅰ组、Ⅱ组与Ⅲ组之间的差异仍较大。在发酵的第35 d时，Ⅰ组与Ⅱ组差异不显著，Ⅲ组纤维素含量显著高于前二组，分别比Ⅰ组与Ⅱ组高28.13%和22.22%。秸秆的粉碎粒度显著性影响秸秆纤维素含量和降解率。随着秸秆粉碎粒度的增加，纤维素的降解率显著增加。

表1 秸秆粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维素的影响（%）

2.2.2 秸秆粒度对侧耳菌降解玉米秸秆木质素含量的影响

表2显示，各组秸秆木质素含量随着处理时间的延长而降低，但各组降低的幅度和速度不同。处理Ⅰ组木质素降解速度快于Ⅱ组，Ⅱ组快于Ⅲ组。在处理的第26 d，处理Ⅰ组木质素的降解率分别比处理Ⅱ组和处理Ⅲ组高43.22%和59.76%，但在处理的第35 d，三组木质素降解率基本相同。由此看出，秸秆的粉碎粒度影响侧耳菌处理秸秆木质素的降解率和降解速度，粉碎粒度越小，木质素降解率越高，降解速度越快。

表2 秸秆粒度对侧耳菌降解玉米秸秆木质素的影响（%）

与同组的纤维素降解率比较，在相同时间，纤维素降解率大于木质素降解率。处理Ⅰ组尤其明显，在处理14 d后，纤维素的降解率比木质素降解率高60.90%～149.3%，而处理Ⅱ组在26 d之后二者差异较大，但差异远低于Ⅰ组，处理Ⅲ组在35 d试验期间纤维素和木质素的降解率几乎相同。因此，秸秆粉碎粒度越小，纤维素分解的量越大。

3 讨论

3.1 秸秆粉碎粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维分解酶活性的影响

漆酶和木质素过氧化物酶都是木质素分解酶，漆酶催化的底物范围较广，可直接与木质素底物相互作用。本试验结果表明，漆酶和木质素过氧化物酶活性变化具有相同的趋势，在秸秆处理初期二者活性较低，发酵一段时间后，酶活性升高，而后又降低，但漆酶活性高于木质素过氧化物酶，而且高峰出现的时间也早于木质素过氧化物酶。王宜磊（1998）[9]报道，在木质素降解过程中，首先起作用的是漆酶，其次是其它木质素分解酶，该结论支持本试验结果。纤维素酶是降解纤维素多种水解酶组成的复杂酶系。本试验结果显示，纤维素酶活性随着处理时间的延长而升高，秸秆粉碎筛孔在1.5 cm和2.5 cm之间纤维素酶的活性没有显著差异，筛孔在3.5 cm时纤维素酶活性显著降低。秸秆粉碎粒度对漆酶、木质素过氧化物酶和纤维素酶活性有一定的影响，粉碎粒度越小，其酶活性越高，且酶活高峰出现的越早。原因是秸秆粒度小，表面积大，菌丝与之接触面积大，菌丝容易进入秸秆中，菌丝生长速度就快，产生的酶活性就高。

3.2 秸秆粒度对侧耳菌处理玉米秸秆纤维降解的影响

赫光明用0.6、1.2、2.0 cm的麦秸栽培平菇，0.6 cm长度麦秸组平菇产量最高，认为秸秆粒度小，增大表面积，可使菌丝集中分布，有利营养积累。薛静等（2000）采用0.5、1.0、1.5和2.0 cm的筛孔粉碎玉米秸秆，结果表明，无论是菌丝的生长速度,还是灰平菇产量都是1.5 cm组最好。本试验结果显示，在处理秸秆的20 d之前，秸秆粉碎粒度显著影响侧耳菌处理秸秆纤维素和木质素的降解率和降解速度。粒度越小，纤维素和木质素的降解率越高，在处理的第26 d，各组纤维素和木质素降解率差异缩小，在处理的第35 d，各组之间的差异更小，尤其是处理Ⅰ组和Ⅱ组几乎相同。试验结果还表明，秸秆粉碎粒度越小，纤维素分解量越大，这显示秸秆营养物质的减少，纤维素是秸秆中的主要营养成分，处理秸秆的目的是破坏秸秆的细胞壁结构或分解木质素，以解放纤维素和半纤维素，在木质素分解量相同时，要减少秸秆中纤维素的流失。因此，秸秆的粉碎粒度不能过小。另外，采用侧耳菌处理秸秆作为粗饲料，处理的秸秆量较大，在考虑菌丝生长速度和纤维分解的同时，要考虑秸秆粉碎时的能耗，以及粗饲料粒度对反刍动物生理和消化的影响。秸秆的粉碎耗能较大，筛孔每扩大1 cm时，可节能40%以上[10]。而且从动物采食和反刍的特点考虑，粗饲料粉碎粒度较大，可延长动物咀嚼和反刍时间，延长粗饲料在瘤胃中的停留时间，提高粗饲料的消化和利用效率[6]。在木质素和纤维素降解率接近的前提下，尽可能选择较大的筛孔来粉碎秸秆。既可节能，又有利于粗饲料的消化和利用。

综合木质素和纤维素酶活性，以及纤维素和木质素的降解率，选择2.5 cm筛孔作为粉碎玉米秸秆的适宜粉碎粒度。

4 结论

秸秆粉碎机筛孔越小，侧耳菌处理秸秆的酶活性越高，纤维素和木质素的降解率越高。但1.5 cm和2.5 cm筛孔秸秆的粉碎粒度在酶活性和纤维降解速度方面差异较小，3.5 cm筛孔粉碎的秸秆酶活性和纤维素降解率较低。因此，认为2.5cm筛孔是侧耳菌处理玉米秸秆的适宜粉碎机筛孔。

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