近日，記者了解到，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所李付廣研究員團隊取得重要突破，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。我國大豆進口依賴度超過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。

　　棉花作為我國重要的經(jīng)濟作物，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年我國棉纖維產(chǎn)量為616.4萬噸，按照谷草比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是還田和焚燒，這造成了資源的極大浪費。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。篩選可同時高效利用葡萄糖和木糖的微生物，是實現(xiàn)秸稈水解液高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素之一。

　　該研究首先對棉花秸稈不同部位木質(zhì)纖維素的基本特征進行了解析，進而評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)。研究團隊通過進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，從而實現(xiàn)棉稈的全組分利用，提升棉稈轉(zhuǎn)化的整體經(jīng)濟性。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)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。