作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/21 9:32:38
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中国农科院北京畜牧兽医研究所
新技术或可促进玉米秸秆高效利用

 

蒸汽爆破预处理后秸秆纤维结构与微生物黏附变化图。A为未处理秸秆,B为处理后秸秆,C为未处理秸秆微生物生物膜,D为处理后秸秆微生物生物膜。

本报讯 日前,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶业创新团队在玉米秸秆高效利用技术研发方面取得新进展,建立了基于蒸汽爆破预处理秸秆的高效技术,揭示了瘤胃微生物与纤维降解的作用机制。相关研究成果已发表在JCR农业工程学科TOP1期刊《生物质技术》上。

我国秸秆资源丰富,大力发展秸秆饲料化将有助于解决牧草资源短缺和人畜争粮等产业问题。然而,在反刍动物养殖中,秸秆的瘤胃降解率偏低,限制了秸秆的广泛和大量使用。当前,酸或碱类化学剂被用于预处理秸秆,提高秸秆在瘤胃中的降解效率,但是这些化学剂对环境和动物存在负面影响,因此开发新型安全高效的秸秆预处理技术,对于发展我国反刍动物生产具有重要的意义。

该研究引入物理性处理技术——蒸汽爆破,以体外瘤胃产气速率为靶标,优化获得了蒸汽爆破技术在预处理秸秆时的最优参数:蒸汽压强1.51 MPa,维压时间180 s,预浸水分含量10%。研究发现,蒸汽爆破显著降低了秸秆中半纤维素含量,提高了纤维素的相对含量。扫描电镜分析发现,蒸汽爆破秸秆的纤维之间出现了中空结构,这种变化将有利于微生物的定值。通过体外瘤胃发酵技术,发现蒸汽爆破能提高秸秆发酵产气速度、木糖等还原糖和VFA产量,促进瘤胃微生物发酵。奶牛瘤胃投袋试验发现,蒸汽爆破秸秆的纤维素和半纤维素降解率显著升高,经扫描电镜观察发现蒸汽爆破秸秆表面粘附更多的微生物,并且易快速形成致密的微生物生物膜。

因此,蒸汽爆破预处理能破坏玉米秸秆纤维结构,提高瘤胃微生物黏附效率,增强秸秆瘤胃降解率和发酵能力,为奶牛产奶提供更多的能量和营养。

该研究第一作者为赵圣国副研究员,通讯作者为王加启研究员,研究得到国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程和奶牛产业技术体系等项目的资助。(张晴丹)

《中国科学报》 (2018-03-21 第6版 科研)
 
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