裴丽鹏，熊 乙，聂志文，宋佳磊，刘宁宁，许庆方

（1.山西农业大学 草业学院，山西 太谷 030801；2.中国农业大学 草业科学与技术学院，北京 100193；3.朔州市久强富朔农业科技有限公司，山西 朔州 036002；4.山西农业大学 植物保护学院，山西 太谷 030801）

在国务院办公厅关于促进畜牧业高质量发展的意见（国办发〔2020〕31号）中，再次重申了苜蓿（Medicago sativaL.）和燕麦干草（Avena sativaL.）作为主栽饲草的地位。然而苜蓿和燕麦的木质素含量随着生育期的推进而逐步提高[1-2]，木质素的提高降低了苜蓿和燕麦的饲用价值[3-4]。木质素可以通过物理、化学与生物学等方法降解，而生物降解是高效安全的方法之一[5-7]。顾晓利等[8]利用微生物使木质素得到有效的降解。此方法具有降解率高、安全环保等优点。近年来，大量研究表明，木质素是苯丙烷类聚合物难被降解，主要是通过菌株分泌漆酶、过氧化物酶和锰过氧化物酶，以达到催化木质素的解聚[9-11]。韩东晶等[12]以木质素为底物，初步探究R.ornithinolyticaRS-1细菌在木质素降解中的效果。

本试验在山西农业大学草业学院实验室中进行取样、定向筛选、功能评价和产物分析，获得了阿氏芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai，BA）、约氏不动杆菌（Acinetobacter johnsonii，AJ）、鲁菲不动杆菌（Acinetobacter lwoffii，AL）、云南微球菌（Micrococcus yunnanensis，MY）、类动胶杜擀氏菌（Duganella zoogloeoides，DZ）和鞘氨醇杆菌（Sphingobium yanoikuyae，SY）6株可以高效降解木质素的细菌菌株[13]。2020年10月至2021年9月笔者通过在苜蓿和燕麦干草添加6株菌株，观察其降解木质素的效果，进一步分析这6株菌株对提升干草的饲用品质影响，旨在为高质量苜蓿燕麦干草的生产提供高效的菌剂。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验干草 试验干草分别为苜蓿干草和燕麦干草，苜蓿品种为金皇后紫花苜蓿，燕麦品种为燕科2号，种子购自北京正道农业股份有限公司，种植于山西省晋中市太谷区山西农业大学试验田。分别将处于初花期和灌浆期的苜蓿和燕麦刈割晾晒后带回实验室，利用压捆机压成草捆，装入直径12 cm、高10 cm圆柱体收纳盒中备用。

1.1.2 试验菌剂 将山西农业大学草业学院实验室保存的6株菌株取出并活化，菌株分别为阿氏芽孢杆菌（厚壁菌门，芽孢杆菌属）、约氏不动杆菌（变形菌门，不动杆菌属）、鲁菲不动杆菌（变形菌门，不动杆菌属）、云南微球菌（放线菌门，微球细菌属）、类动胶杜擀氏菌（变形菌门，杜擀氏菌属）、鞘氨醇杆菌（变形菌门，鞘脂菌属）。

1.2 试验设计

将6株菌株经过活化处理后，配制成新鲜细菌悬液，作为接种剂备用。在500 mL干草捆收纳盒中放置密度约为320 kg/m3的干草捆，苜蓿和燕麦干草捆质量大约为160 g，以不添加任何菌剂的苜蓿和燕麦干草为对照组，其他6个处理组的苜蓿和燕麦干草分别均匀加入6种木质素降解菌的接种菌，加入量以30 mL为宜，每毫升菌数应保持≥1×106cfu，在室温中贮藏30 d。每个处理重复3次。

1.3 测定指标及方法

苜蓿和燕麦干草经过30 d贮藏后，对其养分品质采用近红外光谱分析技术法（NIRS）进行检测，检测项目包括干物质（DM）、粗灰分（Ash）、粗脂肪（EE）、粗蛋白（CP）、木质素（Lignin）以及酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF），在评估饲用价值时引入丰富的指标，包括总可消化养分（TDN）、相对饲喂价值（RFV）、相对牧草品质（RFQ）及奶吨指数（Milkpton）。

1.4 数据处理

所有数据均录入到Office Excel 2010系统中，完成对数据的初步整理与分析，采用SPSS 24.0进行单因素分析干草的养分品质，多重分析采用Duncan法，检验结果评估以0.05为衡量界限，＜0.05表示组间差异大，有统计学意义，使用Origin 2022进行绘图。

2 结果与分析

2.1 菌剂处理苜蓿干草的营养成分变化

经6种菌剂处理后，苜蓿干草的营养成分均发生显著的提高（图1）。接种6种菌剂后处理组DM的含量均显著高于对照组（P＜0.05），DM含量显著的提高并未造成苜蓿成分的挥发；Ash含量在菌剂处理后SY组和MY组的含量最高，BA组和DZ组间含量无显著差异（P＞0.05），AL组和AJ组间无显著差异；EE含量最高的是CK和AL组，均显著高于其他组（P＜0.05）；CP的含量在AL组和AJ组最高。与对照组相比，CP、Ash含量的提高可能是由于微生物在处理干草的过程中对木质素以及其他抗营养因子的降解。CP高的饲草代表该饲草可以产生较高的TDN值，是优质饲草指标之一。

由图2可知，经6种菌剂处理后，苜蓿干草的木质素含量均显著降低。AL组和AJ组的木质素含量最低，显著低于其他组（P＜0.05），可能是这2株细菌可以有效降解芳香类化合物。在AL组中ADF和NDF的含量显著低于其他组（P＜0.05）。MY组的ADF和NDF含量最高，与CK无显著差异（P＞0.05）。其他组的ADF和NDF含量也有了显著的下降。木质素的有效降低会提高反刍动物对饲草的消化吸收率，降低对资源的浪费。

2.2 菌剂处理燕麦干草的营养成分变化

由图3可知，经菌剂处理后燕麦干草的营养成分和对照相比，除BA组外，其他组均未造成干物质的损失；Ash含量最高组为AJ组和SY组，未造成燕麦干草矿物质含量的损失；SY组的EE含量最高，细菌在发酵过程中会有脂肪酶的产生；CP含量最高的是DZ组和CK，但也无显著差异（P＞0.05）。

由图4可知，经菌剂处理后的燕麦干草中，木质素含量均未得到有效降解。AJ、DZ、SY、MY处理的NDF含量均未得到有效降解，NDF较高的含量会降低燕麦的饲草品质。木质素含量最低的处理为SY和AJ，说明这2株菌对芳香烃和烷烃均表现出降解力，使其可以有效降解木质素；BA、AJ和MY的ADF含量均显著高于对照（P＜0.05）。

2.3 菌剂处理苜蓿干草的饲用价值

添加菌剂后苜蓿干草的饲用价值变化如图5所示。

从图5可以看出，添加菌剂后评估苜蓿干草的饲用价值，AL组的TDN、RFV、RFQ和Milkpton等4项指标均为最高；仅MY组的TDN和Milkpton指标比对照低，其余添加菌剂处理组的各项指标均高于对照。饲用价值评价是评定饲草品质的一种方式，TDN越高代表该饲草的消化率和动物消化能力越高。菌剂处理后苜蓿干草中ADF和NDF的降低是有效反映RFQ升高的指数之一。

2.4 菌剂处理燕麦干草的饲用价值

从图6可以看出，菌剂处理燕麦干草的饲用价值，与CK相比，TDN和Milkpton的含量均有所降低，未优化燕麦干草的饲用价值；经BA菌剂处理后的燕麦干草的RFQ含量提高，但其他菌剂与CK相比，均有所降低。

3 讨论

3.1 6种菌剂对木质素的处理效应不同

本研究表明，除云南微球菌外，添加其他5种菌剂均使2种干草的木质素有了不同程度的降解，其中，鲁菲不动杆菌效果显著。

约氏不动杆菌和鲁菲不动杆菌是不动杆菌属细菌。木质素由多种芳香化合物组成。许多研究表明，不动杆菌能够降解芳香烃和酚类物质。刘玉华等[14]研究表明，从油井溢油所污染的土壤中分离出约氏不动杆菌BA-15，不动杆菌属细菌可以降解芳香类化合物，在pH为6.0~7.0、30℃下表现出极佳的降解力，对废油的降解率超过64%。渤海湾废油区提取出不动杆菌Tust-DM21，其对废油的降解力表现在对于烷烃和芳香烃的有效降解，降解率高于80%[15-16]。以上研究表明，鲁菲不动杆菌在石油中对芳香化合物表现出降解的特性，其能够降解木质素，是因为它们的底物具有类似的单环芳香结构，使其具有降解木质素的能力。在本试验中，鲁菲不动杆菌对木质素表现出较高的降解率。

阿氏芽孢杆菌是芽孢杆菌属细菌。在纺织业中,研究发现，阿氏芽孢杆菌DC100可以产生降解木质素的酶：漆酶和过氧化物酶，并对其进行了降解木质素的研究[17-18]。PAZ等[19-20]研究表明，阿氏芽孢杆菌可以将阿魏酸转化为香草醛和4-乙烯愈创木酚，可以对木质素进行部分或者完全降解。在本试验中，阿氏芽孢杆菌对木质素的降解未表现出最高的降解率。

作为革兰氏阴性菌，鞘氨醇杆菌属于鞘脂菌属。段晓芹[21]在研究中通过对石油土壤的提炼，筛选出鞘氨醇杆菌BA3，由于动植物的残缺体是石油的原始来源，经过试验证实受到石油污染的土壤以及部分植物均存在鞘氨醇杆菌，其能够对3-苯氧基苯甲酸起到降解作用，可以通过间接测定还原性糖的产量来确定[22]。在联苯的代谢途径中，通过一系列酶降解联苯的代谢途径研究发现，鞘氨醇杆菌可降解联苯，鞘氨醇杆菌可能也通过这样的代谢途径降解木质素。

类动胶杜擀氏菌属于杜擀氏菌属。刘晓蒨等[23]研究发现，在农田中进行秸秆还田后土壤中除其他细菌外还有一定量的杜擀氏菌，杜擀氏菌菌群数量的增加会随着添加秸秆的量而增加，在一定程度上反映了木质素含量的增加促进了杜擀氏菌的增加。在本试验中，类动胶杜擀氏菌未表现出对木质素最高的降解率。

3.2 苜蓿和燕麦干草菌剂处理效应

XU等[24]使用碱性木质素作为底物，研究菌株对木质素的降解率，并测定菌株产生的漆酶、锰氧化物酶、过氧化物酶活性。不同类型干草中的木质素含量不同使菌株表现出不同的差异。本研究表明，6株菌剂处理苜蓿干草和燕麦干草，对其饲喂价值产生一定的影响，干草在打捆时的含水量在20%~30%，此时含水量处于较低状态或微生物产酶活性不佳的情况下，应注意保证木质素降解率与养分提高的程度。这与徐晓东等[25]研究的通过复合菌酶制剂对玉米秸秆的降解从而提高其营养品质的研究结果比较符合，木质素表现出较高的降解率，能够很大程度上提高苜蓿干草的饲用价值。

本研究表明，除云南微球菌外，其他菌剂对苜蓿干草的营养成分和饲喂价值均有一定程度的提高，其中，鲁菲不动杆菌表现出较好的结果，与该菌株的降解木质素能力和产酶活性有关。木质素过氧化物酶对木质素降解是重要的，在木质素过氧化物酶的作用下，碱性木质素被降解一部分，不同微生物之间其产酶活力对苜蓿干草的营养成分影响较大，细菌可以通过产生木质素过氧化物酶和有机酸等来促进木质素的降解[26-27]。6种株菌可以有效降解联苯类物质、邻苯二甲酸二丁酯类物质等，其对碱性木质素的降解主要是通过联苯代谢途径实现的，另外该机制也与DBP好氧途径有关[28-30]。苜蓿干草经过鲁菲不动杆菌的作用，其养分会得到相应的提升，进一步提升饲用价值。

由于燕麦干草的木质素含量较低，在添加菌剂后没有有效改善其含量，且对燕麦干草的品质及其养分造成损失。燕麦干草的饲用价值均出现一定程度的降低。木质素的降解率不仅仅与干草的种类、菌种有关，生长的环境、降水量、紫外线辐射以及日照长短等都会影响木质素的最终降解程度。

4 结论

利用现代微生物技术，分别在苜蓿和燕麦干草调制时添加6株可以高效降解木质素的菌剂，菌株在不同含量的木质素干草中表现出差异，其中，鲁菲不动杆菌对苜蓿干草的营养成分和饲用价值较其他5株菌表现较佳，从而显著提升了苜蓿干草的营养成分和饲喂价值。燕麦干草中的木质素含量相对较低，在添加菌剂后未表现出明显的优越性。