2.2.2　稻秸降解和水解酶活性

甲烷產(chǎn)生源于稻秸的降解，因此降解率、稻秸成分的變化都與甲烷產(chǎn)率密切相關(guān)。如圖2-3（a）所示，所有樣品的降解有相似的趨勢(shì)，包括快速降解和穩(wěn)定階段，主要的區(qū)別是穩(wěn)定階段出現(xiàn)時(shí)間的早晚（依次為I1、I5、I2、I3和I4）。發(fā)酵結(jié)束后，共培養(yǎng)樣品（I1、I2、I3）的降解率分別為44.64%、44.50%、43.95%，明顯高于單接種體系的32.89%（I4）和39.32%（I5）（p＜0.05）。發(fā)酵前后稻秸各組分的變化如表2-2所示，共接種體系半纖維素降低率區(qū)別不大，在50.85%～55.03%之間變動(dòng)，但明顯高于I4（23.19%）和I5（48.46%）（p＜0.05）。共接種體系（I1、I2、I3）纖維素的降低率分別為54.36%、45.57%、47.38%，與I4（42.85%）差異不顯著，但高于I5（36.31%）（p＜0.05）。木質(zhì)素發(fā)酵結(jié)束后，含量反而升高，升高范圍在176.67%～539.30%之間變動(dòng)。說明木質(zhì)素沒有被利用，和大多數(shù)研究中厭氧細(xì)菌無法降解木質(zhì)素的結(jié)論一致[2，147]。

圖2-3　降解率和水解酶活的變化

（a）總降解率；（b）纖維素酶活；（c）木聚糖酶活

表2-2　降解率和水解酶活性的顯著性分析

注：±值代表標(biāo)準(zhǔn)差；半纖維素、纖維素組分降解率，重復(fù)數(shù)n=3；總降解率、水解酶活，重復(fù)數(shù)n=11。
同一欄中不同上標(biāo)字母表示顯著性差異（p＜0.05）。

木聚糖酶和纖維素酶活性常用于評(píng)價(jià)不同接種物的水解潛能。如圖2-3（b）及（c）所示，隨著生物可利用原料的降低，酶活性有所下降，但整個(gè)發(fā)酵過程I1、I2、I3木聚糖酶活性均值分別為212.88U/mL、206.98U/mL、198.88U/mL；纖維素酶活性均值分別為29.08U/mL、24.51U/mL、26.12U/mL（表2-2）。和單培養(yǎng)體系相比，顯著提高（p＜0.05）。

秸稈的緊密結(jié)構(gòu)阻止了水解菌對(duì)纖維的吸附和降解[1]，木聚糖酶對(duì)半纖維素成分的降解暴露出纖維素結(jié)構(gòu)，利于水解酶對(duì)包裹在秸稈內(nèi)部纖維素的降解[156]。如在接種牛糞的稻秸發(fā)酵研究中，Gu等[147]認(rèn)為高的木聚糖酶活不僅有利于半纖維素水解同樣提高了纖維素降解率，使沼氣產(chǎn)量達(dá)到了325.3mL/g VS。在研究高粱青貯飼料厭氧發(fā)酵中四種接種物酶活性的差異時(shí)，Sambusiti等[148]也認(rèn)為木聚糖酶活峰值早于外切酶活，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高粱不同組分的協(xié)同降解，加快了水解過程。從表2-2可以看出，共培養(yǎng)體系水解酶活性顯著提高（p＜0.05）；而且木聚糖酶活性遠(yuǎn)高于纖維素酶，從而有利于稻秸降解率的提高。另外通過SEM稻秸形態(tài)觀察也能反映共培養(yǎng)的高效水解作用（如圖2-4）。不同于單接種體系（IS4和IS5），共接種體系（IS1、IS2和IS3）中水解產(chǎn)甲烷菌群共存在破碎的植物組織和氣孔中，形成緊密結(jié)構(gòu)吸附在稻秸殘?jiān)希欣诘窘盏膮捬踅到狻１M管差異并不顯著[146-148]，但I(xiàn)1、I2和I3之間接種物中水解菌群的比例和數(shù)量不同，影響到秸稈組分的降解，最終導(dǎo)致水解酶活性的差異。

圖2-4　稻秸殘?jiān)男螒B(tài)學(xué)觀察（SEM）

（a）IS1；（b）IS2；（c）IS3；（d）IS4；（e）IS5