近日，记者了解到，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队取得重要突破，成功把棉花秸秆转化为微生物蛋白。这一成果为棉花秸秆的高值化利用以及饲料蛋白资源的开发开辟了全新路径，相关研究成果已发表在生物质利用领域的知名期刊《生物资源技术》（Bioresource Technology）上。
2023年，我国饲料用量在粮食消耗中所占比例高达53%，然而饲用蛋白资源却十分短缺。我国大豆进口依赖度超过80%，这严重制约了畜牧业的健康可持续发展。将丰富的农业秸秆资源转化为饲用蛋白饲料，成为解决上述问题的可行办法。
棉花作为我国重要的经济作物，常年种植面积达4500万亩。棉花生物质主要由纤维、棉籽和棉秆构成，三者比例约为1∶1.5∶5，其中秸秆生物量占比最大。2024年我国棉纤维产量为616.4万吨，按照谷草比1∶5计算，棉花秸秆产生量约为3000万吨。目前，棉秸秆主要的处理方式是还田和焚烧，这造成了资源的极大浪费。与其他禾本科类农作物秸秆相比，棉花秸秆具有木质化特性，其转化利用难度更大。通过生物合成与生物转化技术，将难以处理的棉秸秆转化为微生物蛋白，不仅能为畜牧业提供充足的蛋白饲料，还将有力推动棉花产业的可持续发展。
棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤维素和半纤维素约占65% – 85%。纤维素和半纤维素经水解后会产生葡萄糖和木糖，这两种糖可被微生物转化为多种高附加值产物。不过，自然界中多数微生物能够利用葡萄糖，但能有效利用木糖的微生物较少。筛选可同时高效利用葡萄糖和木糖的微生物，是实现秸秆水解液高效转化的关键因素之一。
该研究首先对棉花秸秆不同部位木质纤维素的基本特征进行了解析，进而评估了这些部位作为木质纤维素原料的潜力，为棉花秸秆的原料化利用奠定了理论基础。研究团队通过进一步筛选多种微生物，获得了能够高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白质的高效底盘细胞。利用发酵技术，将棉花秸秆水解液转化为了微生物蛋白，其蛋白质含量达到70%。这种蛋白氨基酸含量丰富，最高产量为5.74g/L，糖转化率达到0.23g/g。通过物料平衡计算可知，1吨棉花秸秆可产生约84公斤蛋白和36公斤碳水化合物。从理论上来说，按照此工艺，我国每年的棉花秸秆可以产生约250万吨蛋白和100万吨碳水化合物。剩余的秸秆残留物质主要为木质素，可进一步转化为腐殖酸和化肥缓释剂等，从而实现棉秆的全组分利用，提升棉秆转化的整体经济性。
该研究得到了国家自然科学基金和棉花生物育种与综合利用全国重点实验室自主课题等项目的支持。
