玉米秸秆酸洗纤维与木质素比例调控平菇胞外酶活性及其对反刍动物饲料应用潜力的影响

本研究针对玉米秸秆中性洗涤纤维（NDF）组成对平菇（Pleurotus ostreatus）胞外酶活性的调控作用展开，通过分析高谷与亚热带杂交品种秸秆及其NDF、ADF和木质素+灰分组分对内切葡聚糖酶（End）、外切葡聚糖酶（Exo）、木聚糖酶（Xyl）、β-葡萄糖苷酶（β-glu）和漆酶（Lac）活性的影响，发现ADF比例较高的培养基可促进End:Xyl比率提升（平均0.58:1），且Xyl和β-glu在还原糖生成中贡献显著。该研究为开发针对反刍动物饲料的高效酶制剂提供了理论基础。

　　

在反刍动物营养领域，提高饲料中纤维成分的降解效率一直是研究的重点。中性洗涤纤维（NDF）作为植物细胞壁的主要成分，其降解程度直接影响动物的生产性能。然而，不同来源的饲料原料其NDF组成存在差异，特别是酸洗纤维（ADF）和木质素的比例，可能影响微生物酶系统的表达和活性。平菇（Pleurotus ostreatus）作为一种白腐真菌，能够产生多种胞外酶，包括纤维素酶、木聚糖酶和漆酶等，这些酶在降解植物细胞壁中发挥着关键作用。因此，探究不同纤维组分对平菇胞外酶活性的调控，对于开发高效的酶制剂产品以改善反刍动物饲料营养价值具有重要意义。本研究旨在分析玉米秸秆中NDF组成对平菇胞外酶活性的影响，为优化酶制剂生产提供理论依据。相关研究成果发表在《Animal Feed Science and Technology》上。

研究人员采用高谷和亚热带两种不同遗传背景的玉米秸秆作为培养基碳源，通过液体培养系统培养平菇菌株UAMH 8258，并测定其在不同培养时间点（最长27天）的内切葡聚糖酶（End）、外切葡聚糖酶（Exo）、木聚糖酶（Xyl）、β-葡萄糖苷酶（β-glu）和漆酶（Lac）的活性。关键实验技术包括：使用ANCOM纤维分析仪进行NDF、ADF和木质素+灰分的序列分析；采用DNS法测定还原糖释放量以计算酶活性；通过Pearson相关性和多元线性回归模型分析酶活性与还原糖产量的关系；并利用相对酶活性（Rel-EA）评估商业酶制剂在不同培养基条件下的抑制效应。样本来源于墨西哥国立林业、农业和畜牧业研究所（INIFAP）培育的两种玉米杂交品种。

3.1. 高谷与亚热带玉米秸秆的溴化组成

高谷和亚热带玉米秸秆的NDF含量相似（71±0.75%），但高谷品种的ADF（50.1% vs. 46.0%）和纤维素比例（43.03% vs. 38.59%）显著高于亚热带品种，而亚热带品种的半纤维素比例略高（24.38% vs. 21.77%）。高谷品种的木质素（sa）含量也趋于更高（6.18% vs. 5.67%）。这种组成差异为后续酶活性研究提供了物质基础。

3.2. 纤维降解酶活性

在完整玉米秸秆培养基中，End、Xyl和β-glu的活性在培养15天时达到峰值，而Exo活性在高谷品种培养基中于19天最高。高谷品种培养基中的End和Exo活性显著高于亚热带品种，而Xyl和β-glu的峰值活性则在亚热带品种培养基中更高。在NDF、ADF和木质素+灰分培养基中，End、Xyl和β-glu的活性在ADF培养基中最高（第3-5天和10-13天），而NDF和木质素+灰分培养基中的酶活性无显著差异。

3.3. 内切葡聚糖酶与木聚糖酶比率的影响

End:Xyl比率在亚热带品种培养基中于第5天达到峰值，而在高谷品种培养基中于第15天最高。在ADF培养基中，该比率在第5和10天显著升高（平均0.58:1）。结果表明，较高的ADF比例（即较低的半纤维素含量）可促进End:Xyl比率的提升，这可能有助于优化纤维降解酶的组合效应。

3.4. 漆酶活性

Lac活性在培养过程中出现双峰现象（第9天和19天），在木质素+灰分培养基中的活性最高（第8-13天），几乎是亚热带品种培养基中的3倍。这表明木质素组分能够有效诱导漆酶的产生，但其活性受到培养基组成的显著影响。

3.5. 相对酶活性

商业酶制剂（Fibrozyme?和Promote?）在亚热带品种和NDF提取物培养基中表现出较高的End、Exo和β-glu活性，但ADF和木质素+灰分培养基对Xyl和β-glu活性有抑制作用（抑制率6.2-18.98%），对Lac活性的抑制更为显著（39.02-82.95%）。这表明玉米秸秆中的某些抑制成分可能影响酶制剂的实际应用效果。

3.6. 酶活性间的相关性

在完整秸秆培养基中，End与Xyl（r=0.77）和β-glu（r=0.55）呈正相关，β-glu与Xyl高度相关（r=0.95），而Lac与Exo和β-glu呈负相关（r=-0.30和-0.49）。在NDF、ADF和木质素+灰分培养基中，Lac与β-glu呈负相关（r=-0.49）。这些相关性揭示了不同酶系统在纤维降解中的协同与拮抗作用。

3.7. 多元回归模型

在完整秸秆培养基中，Xyl、Lac和End活性分别贡献了还原糖产量的44.76%、4.42%和5.59%（调整R2=0.55）。在NDF、ADF和木质素+灰分培养基中，β-glu、Lac、End和Xyl分别贡献了36.26%、6.57%、5.07%和4.89%（调整R2=0.53）。漆酶对还原糖产量的贡献在5.1-7.5%之间，突显了其在纤维降解中的辅助作用。

本研究通过系统分析平菇在不同玉米秸秆组分培养基中的胞外酶活性，揭示了ADF比例对End:Xyl比率的调控作用，以及木质素组分对漆酶活性的诱导效应。研究结果表明，通过优化培养基组成，可以定向调控平菇的酶系统表达，从而获得更适合反刍动物饲料应用的酶制剂组合。然而，玉米秸秆中的天然抑制成分（如木聚糖酶抑制剂和漆酶抑制剂）可能限制酶制剂的实际效果，因此在未来应用中需考虑预处理或抑制剂去除策略。此外，研究结果强调了对特定酶比例（如End:Xyl）的关注的重要性，这可能为提高纤维降解效率提供新思路。尽管实验室研究取得了积极成果，但其在反刍动物体内的实际效果仍需通过体内实验进一步验证。总体而言，该研究为开发高效、针对性的酶制剂产品提供了重要的理论基础和实践指导。