果園降解新突破！真菌助力枯枝落葉“變廢為寶”！

近年來，我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，2021年果園面積達(dá)1281萬公頃[1]；果園豐收的同時(shí)，也帶來了大量“綠色煩惱”——修剪下來的果樹枝條、掉落的樹葉等廢棄物達(dá)5764萬噸[1]，如此大量廢棄物的處理成為了果農(nóng)焦頭爛額的“頭號(hào)難題”。

傳統(tǒng)的處理方式是“一把火燒掉”，這樣做的確能燒死雜草種子和害蟲蟲卵，省事又直接，但代價(jià)也不小：滾滾濃煙卻也污染了我們賴以生存的空氣和環(huán)境。

隨著環(huán)保理念的深入人心，采用堆肥等資源化利用方式處理果園廢棄物成為了果農(nóng)的“心頭好”。堆肥的奧秘在于：把果樹枝葉這些“綠色垃圾”堆起來，讓它們?cè)诟邷丨h(huán)境下自然分解，經(jīng)過微生物的“魔法”加工，這些“綠色垃圾”最終變?yōu)榉€(wěn)定、無害的腐殖質(zhì)產(chǎn)物。形成的堆肥產(chǎn)品，是上好的土壤改良劑和天然有機(jī)肥，可以讓土壤更疏松、更有營(yíng)養(yǎng)，讓莊稼長(zhǎng)得更好、品質(zhì)更優(yōu)，收成更好，備受農(nóng)民喜歡。

果園廢棄物

（圖片來源：維基百科）

那么，大家便有疑問：“堆肥一般需要多長(zhǎng)時(shí)間呢？”“一片果園枯枝落葉量這么大，全部堆肥完得多久呢？”“有沒有什么辦法可以加快堆肥進(jìn)程呢？”……針對(duì)果園廢棄物堆肥過程中的這一系列問題，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所龐學(xué)勇研究員團(tuán)隊(duì)給出了綠色、高效、安全的解決方案。

果枝殘余物的自然“分解者”——厚壁隔孢伏革菌

微生物是參與有機(jī)物降解的核心，能有效控制堆肥進(jìn)程、降解速率和堆肥質(zhì)量等關(guān)鍵過程。想要高效處理果樹枝條這類“難啃的硬骨頭”，關(guān)鍵就在于找到那些特別擅長(zhǎng)“吃木頭”（分解木質(zhì)纖維素）的強(qiáng)力微生物幫手。

目前，農(nóng)作物秸稈、農(nóng)家肥、水果和蔬菜等農(nóng)業(yè)廢棄物的堆肥技術(shù)已較成熟，而且應(yīng)用廣泛，但專門利用果樹枝條堆肥的還十分少見。這主要是因?yàn)?，果樹枝條中木質(zhì)素這一頑固組分含量非常高，導(dǎo)致其降解難度大。經(jīng)過不懈努力，龐學(xué)勇研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了厚壁隔孢伏革菌（Peniophora crassitunicata）HUA這一木質(zhì)素高效降解菌[2]，在降解葡萄枝等果園廢棄物方面表現(xiàn)出一定的潛力。

厚壁隔孢伏革菌HUA的木質(zhì)素降解潛力

（a：愈創(chuàng)木酚平板顯色實(shí)驗(yàn)，反映菌株產(chǎn)漆酶能力；b：苯胺藍(lán)平板褪色實(shí)驗(yàn)，反映菌株產(chǎn)過氧化物酶能力）

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）

隔孢伏革菌屬于擔(dān)子菌門隔孢伏革菌科的真菌，屬名Peniophora，涵蓋多個(gè)物種。我們發(fā)現(xiàn)的菌株HUA的形態(tài)特征如下圖所示，在培養(yǎng)過程中生長(zhǎng)速度慢，菌落初期為白色，棉絮狀，表面稍有凸起，挑取時(shí)具有粘稠感，生長(zhǎng)后期菌落逐漸變?yōu)辄S褐色。顯微鏡下菌絲透明較細(xì)，有鎖狀聯(lián)合（真菌菌絲的一種連接結(jié)構(gòu)，利于營(yíng)養(yǎng)傳遞）。菌株HUA可在pH 3.0 ~ 9.0、溫度15度到35度環(huán)境下生長(zhǎng)，具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力。

厚壁隔孢伏革菌HUA顯微形態(tài)特征

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

厚壁隔孢伏革菌HUA是怎樣“吃木頭”的呢？因?yàn)樗袀€(gè)厲害的本事：能同時(shí)分泌三種特殊的“分解工具”—漆酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素過氧化物酶，均為分解木質(zhì)素的關(guān)鍵酶類，專門對(duì)付果樹枝條里的頑固組分，在木質(zhì)纖維素降解方面表現(xiàn)出色。

我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將菌株HUA接種到液態(tài)PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)1周，漆酶（Lac）活性從第3天開始大幅上升，第7天達(dá)到53.2 U/L；木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）活性在前5天逐漸增加，最高達(dá)9.51 U/L；錳過氧化物酶（MnP）活性在3種酶中最高，前3天呈快速上升趨勢(shì)，第3天酶活性達(dá)到峰值174 U/L。

在實(shí)驗(yàn)室里，我們觀察了菌株HUA的工作狀態(tài)：將菌株HUA接種到液態(tài)PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)，它就開始“干活”了，木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）比較“穩(wěn)扎穩(wěn)打”，前5天活性慢慢上升，最高達(dá)9.51 U/L；漆酶（Lac）活性則是從第3天開始“火力全開”，第7天達(dá)到53.2 U/L；最厲害的是錳過氧化物酶（MnP），前3天活性就急速飆升至峰值174 U/L。

接著，我們選擇常見的果園廢棄物—葡萄枝條作為材料，開展發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)菌株HUA的降解效果，結(jié)果令人驚喜：僅僅發(fā)酵20天后，半纖維素降解了超過三分之一（36.6%），效果最明顯；纖維素也降解了近兩成（17.5%）；連最頑固的木質(zhì)素也被降解了一成多（10.3%）。

菌株HUA產(chǎn)酶活性變化

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

菌株HUA對(duì)葡萄枝條木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的降解效果

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

協(xié)同堆肥顯威力：厚壁隔孢伏革菌的高效堆肥之旅

我們以葡萄果枝殘余物為原材料，開展堆肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)菌株HUA單獨(dú)接種堆肥就可有效提高木質(zhì)纖維素降解效果；菌株HUA和市面上的“堆肥好幫手”商業(yè)菌劑（主要成分為芽孢桿菌屬、曲霉屬等木質(zhì)纖維素降解菌）一起工作，降解效果則更上一層樓。這對(duì)“好搭檔”干活效率更高，堆體升溫更快，2天即沖上了62℃，而且堆肥高溫期持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)（15天），顯著地加速了堆肥腐熟進(jìn)程和木質(zhì)纖維素的降解。歷時(shí)40天發(fā)酵腐熟過程后，獲得成熟度高且環(huán)境友好、安全無毒的堆肥產(chǎn)品[4]。

落葉歸根，最后我們將獲得的堆肥產(chǎn)品還田于柑橘果園，發(fā)現(xiàn)果園土壤養(yǎng)分有效性和微生物活性得到了顯著提升，堆肥產(chǎn)品的施用有效改善了果園土壤質(zhì)量，這為果園廢棄物的資源化利用開辟了一條新路子。

此外，接種菌株HUA的堆肥中，“微生物工人團(tuán)隊(duì)”陣容強(qiáng)大：厚壁菌門（如芽孢桿菌屬、類芽孢桿菌屬）、子囊菌門（如曲霉屬）及擬桿菌門、放線菌門、擔(dān)子菌門（如隔孢伏革菌屬）主導(dǎo)堆肥微生物群落。接種菌株HUA后，堆肥“微生物工人團(tuán)隊(duì)”發(fā)生了“重組”和“優(yōu)化”，堆肥中耐熱芽孢桿菌屬、短芽孢桿菌屬、腸球菌屬、木霉屬等微生物更加豐富。這些“微生物工人”個(gè)個(gè)都是精英，在熱解階段代謝十分活躍（以碳水化合物代謝為主），高效協(xié)同工作，最終實(shí)現(xiàn)更快、更好的堆肥效果。

厚壁隔孢伏革菌堆肥及還田

（圖片來源：作者團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)拍攝和記錄）

厚壁隔孢伏革菌：果園廢棄物變廢為寶的“明日之星”

團(tuán)隊(duì)已有研究證明，厚壁隔孢伏革菌是高效分解果枝殘余物的理想微生物資源，這些研究可為厚壁隔孢伏革菌將來的大規(guī)模“上崗”提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，不過它的“超能力”還有待進(jìn)一步挖掘。

值得期待的是，厚壁隔孢伏革菌的推廣應(yīng)用，如蘋果、柑橘等多種果園廢棄物的堆肥，一定可以促進(jìn)果園廢棄物的資源化利用和發(fā)展，變廢為寶，一舉多得，真正的解決果農(nóng)的“心頭病”！

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京: 中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2022.

[2] 龐學(xué)勇, 陳俊文, 劉慶華. 一株隔孢伏革菌及其應(yīng)用: CN202210585440.2[P]. 2022-10-14.

[3]陳俊文. 木質(zhì)素降解菌的篩選及對(duì)果枝殘余物降解與應(yīng)用效果研究. 北京: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 2023.

[4] Zhan J, Liu QH, Chen JW, Pang XY.New insights into Peniophora crassitunicata and its co-inoculation with commercial microbial inoculant accelerating lignocellulose degradation and compost maturation during orchard wastes composting. Environmental Research, 2025, 274: 121298.

出品：科普中國(guó)

作者：詹娟，劉慶華，龐學(xué)勇（中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所）

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