2.2.2　稻秸降解和水解酶活性

甲烷产生源于稻秸的降解，因此降解率、稻秸成分的变化都与甲烷产率密切相关。如图2-3（a）所示，所有样品的降解有相似的趋势，包括快速降解和稳定阶段，主要的区别是稳定阶段出现时间的早晚（依次为I1、I5、I2、I3和I4）。发酵结束后，共培养样品（I1、I2、I3）的降解率分别为44.64%、44.50%、43.95%，明显高于单接种体系的32.89%（I4）和39.32%（I5）（p＜0.05）。发酵前后稻秸各组分的变化如表2-2所示，共接种体系半纤维素降低率区别不大，在50.85%～55.03%之间变动，但明显高于I4（23.19%）和I5（48.46%）（p＜0.05）。共接种体系（I1、I2、I3）纤维素的降低率分别为54.36%、45.57%、47.38%，与I4（42.85%）差异不显著，但高于I5（36.31%）（p＜0.05）。木质素发酵结束后，含量反而升高，升高范围在176.67%～539.30%之间变动。说明木质素没有被利用，和大多数研究中厌氧细菌无法降解木质素的结论一致[2，147]。

图2-3　降解率和水解酶活的变化

（a）总降解率；（b）纤维素酶活；（c）木聚糖酶活

表2-2　降解率和水解酶活性的显著性分析

注：±值代表标准差；半纤维素、纤维素组分降解率，重复数n=3；总降解率、水解酶活，重复数n=11。
同一栏中不同上标字母表示显著性差异（p＜0.05）。

木聚糖酶和纤维素酶活性常用于评价不同接种物的水解潜能。如图2-3（b）及（c）所示，随着生物可利用原料的降低，酶活性有所下降，但整个发酵过程I1、I2、I3木聚糖酶活性均值分别为212.88U/mL、206.98U/mL、198.88U/mL；纤维素酶活性均值分别为29.08U/mL、24.51U/mL、26.12U/mL（表2-2）。和单培养体系相比，显著提高（p＜0.05）。

秸秆的紧密结构阻止了水解菌对纤维的吸附和降解[1]，木聚糖酶对半纤维素成分的降解暴露出纤维素结构，利于水解酶对包裹在秸秆内部纤维素的降解[156]。如在接种牛粪的稻秸发酵研究中，Gu等[147]认为高的木聚糖酶活不仅有利于半纤维素水解同样提高了纤维素降解率，使沼气产量达到了325.3mL/g VS。在研究高粱青贮饲料厌氧发酵中四种接种物酶活性的差异时，Sambusiti等[148]也认为木聚糖酶活峰值早于外切酶活，实现了对高粱不同组分的协同降解，加快了水解过程。从表2-2可以看出，共培养体系水解酶活性显著提高（p＜0.05）；而且木聚糖酶活性远高于纤维素酶，从而有利于稻秸降解率的提高。另外通过SEM稻秸形态观察也能反映共培养的高效水解作用（如图2-4）。不同于单接种体系（IS4和IS5），共接种体系（IS1、IS2和IS3）中水解产甲烷菌群共存在破碎的植物组织和气孔中，形成紧密结构吸附在稻秸残渣上，有利于稻秸的厌氧降解。尽管差异并不显著[146-148]，但I1、I2和I3之间接种物中水解菌群的比例和数量不同，影响到秸秆组分的降解，最终导致水解酶活性的差异。

图2-4　稻秸残渣的形态学观察（SEM）

（a）IS1；（b）IS2；（c）IS3；（d）IS4；（e）IS5