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近日獲悉，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所李付廣研究員團(tuán)隊(duì)成功將棉花秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，為棉花秸稈高值化利用和飼料蛋白資源開(kāi)發(fā)提供新路徑。相關(guān)成果發(fā)表在生物質(zhì)利用知名期刊《生物資源技術(shù)》(BioresourceTechnology)上。

2023年，我國(guó)飼料用量占糧食消耗的53%，飼用蛋白資源短缺，大豆進(jìn)口依賴度超80%，畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重制約。將豐富的農(nóng)業(yè)秸稈資源轉(zhuǎn)化為飼用蛋白飼料是解決上述問(wèn)題的可行途徑。

棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，常年種植面積4500萬(wàn)畝。棉花生物質(zhì)主要由纖維、棉籽和棉稈組成，三者的比例約為1∶1.5∶5，秸稈生物量占比最大。2024年我國(guó)棉纖維產(chǎn)量為616.4萬(wàn)噸，按照谷草比為1∶5計(jì)算，棉花秸稈產(chǎn)生量約為3000萬(wàn)噸。目前，棉秸稈主要的處理方式為還田和焚燒，造成資源浪費(fèi)。與其他禾本科類(lèi)農(nóng)作物秸稈相比，棉花秸稈具有木質(zhì)化特性，其轉(zhuǎn)化利用更為困難。通過(guò)生物合成與生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將難以處理的棉秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，不僅可以為畜牧業(yè)提供充足的蛋白飼料，且將有力推動(dòng)棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

棉花秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素和半纖維素約占65-85%。纖維素和半纖維素經(jīng)水解后產(chǎn)生葡萄糖和木糖，兩者可被微生物轉(zhuǎn)化為多種高附加值產(chǎn)物。然而，自然界中多數(shù)微生物可以利用葡萄糖，但是可以有效利用木糖的微生物較少。篩選可同時(shí)高效利用葡萄糖和木糖的微生物是秸稈水解液高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵之一。

該研究首先解析棉花秸稈不同部位木質(zhì)纖維素的基本特征，進(jìn)而評(píng)估這些部位作為木質(zhì)纖維素原料的潛力，為棉花秸稈的原料化利用奠定了理論基礎(chǔ)。通過(guò)進(jìn)一步篩選多種微生物，獲得能夠高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白質(zhì)的高效底盤(pán)細(xì)胞，經(jīng)過(guò)發(fā)酵技術(shù)將棉花秸稈水解液轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，蛋白質(zhì)含量達(dá)到70%。該蛋白氨基酸含量豐富，最高產(chǎn)量為5.74g/L，糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.23g/g。通過(guò)物料平衡計(jì)算得出，1噸棉花秸稈可產(chǎn)生約84公斤蛋白和36公斤碳水化合物。理論上，按照此工藝我國(guó)每年的棉花秸稈可以產(chǎn)生約250萬(wàn)噸蛋白和100萬(wàn)噸碳水化合物。剩余的秸稈殘留物質(zhì)主要為木質(zhì)素，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為腐殖酸和化肥緩釋劑等，以實(shí)現(xiàn)棉稈的全組分利用，提升棉稈轉(zhuǎn)化的整體經(jīng)濟(jì)性。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和棉花生物育種與綜合利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題等項(xiàng)目的支持。