近日，記者了解到，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)取得重要突破，成功把棉花秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白。這一成果為棉花秸稈的高值化利用以及飼料蛋白資源的開發(fā)開辟了全新路徑，相關(guān)研究成果已發(fā)表在生物質(zhì)利用領(lǐng)域的知名期刊《生物資源技術(shù)》（Bioresource Technology）上。

　　2023年，我國(guó)飼料用量在糧食消耗中所占比例高達(dá)53%，然而飼用蛋白資源卻十分短缺。我國(guó)大豆進(jìn)口依賴度超過80%，這嚴(yán)重制約了畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。將豐富的農(nóng)業(yè)秸稈資源轉(zhuǎn)化為飼用蛋白飼料，成為解決上述問題的可行辦法。

　　棉花作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，常年種植面積達(dá)4500萬畝。棉花生物質(zhì)主要由纖維、棉籽和棉稈構(gòu)成，三者比例約為1∶1.5∶5，其中秸稈生物量占比最大。2024年我國(guó)棉纖維產(chǎn)量為616.4萬噸，按照谷草比1∶5計(jì)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是還田和焚燒，這造成了資源的極大浪費(fèi)。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)化利用難度更大。通過生物合成與生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將難以處理的棉秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，不僅能為畜牧業(yè)提供充足的蛋白飼料，還將有力推動(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，其中纖維素和半纖維素約占65% - 85%。纖維素和半纖維素經(jīng)水解后會(huì)產(chǎn)生葡萄糖和木糖，這兩種糖可被微生物轉(zhuǎn)化為多種高附加值產(chǎn)物。不過，自然界中多數(shù)微生物能夠利用葡萄糖，但能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，是實(shí)現(xiàn)秸稈水解液高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素之一。

　　該研究首先對(duì)棉花秸稈不同部位木質(zhì)纖維素的基本特征進(jìn)行了解析，進(jìn)而評(píng)估了這些部位作為木質(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)。研究團(tuán)隊(duì)通過進(jìn)一步篩選多種微生物，獲得了能夠高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白質(zhì)的高效底盤細(xì)胞。利用發(fā)酵技術(shù)，將棉花秸稈水解液轉(zhuǎn)化為了微生物蛋白，其蛋白質(zhì)含量達(dá)到70%。這種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。通過物料平衡計(jì)算可知，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。從理論上來說，按照此工藝，我國(guó)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化為腐殖酸和化肥緩釋劑等，從而實(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。

　　該研究得到了國(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。