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近日獲悉，中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所李付廣研究員團隊成功將棉花秸稈轉(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發(fā)提供新路徑。相關成果發(fā)表在生物質(zhì)利用知名期刊《生物資源技術》(BioresourceTechnology)上。

2023年，我國飼料用量占糧食消耗的53%，飼用蛋白資源短缺，大豆進口依賴度超80%，畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展受到嚴重制約。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題的可行途徑。

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物，常年種植面積4500萬畝。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年我國棉纖維產(chǎn)量為616.4萬噸，按照谷草比為1∶5計算，棉花秸稈產(chǎn)生量約為3000萬噸。目前，棉秸稈主要的處理方式為還田和焚燒，造成資源浪費。與其他禾本科類農(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。通過生物合成與生物轉(zhuǎn)化技術，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，進而評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。通過進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)的高效底盤細胞，經(jīng)過發(fā)酵技術將棉花秸稈水解液轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，蛋白質(zhì)含量達到70%。該蛋白氨基酸含量豐富，最高產(chǎn)量為5.74g/L，糖轉(zhuǎn)化率達到0.23g/g。通過物料平衡計算得出，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，按照此工藝我國每年的棉花秸稈可以產(chǎn)生約250萬噸蛋白和100萬噸碳水化合物。剩余的秸稈殘留物質(zhì)主要為木質(zhì)素，可進一步轉(zhuǎn)化為腐殖酸和化肥緩釋劑等，以實現(xiàn)棉稈的全組分利用，提升棉稈轉(zhuǎn)化的整體經(jīng)濟性。

該研究得到國家自然科學基金和棉花生物育種與綜合利用全國重點實驗室自主課題等項目的支持。