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　　团队在《科学通报》发表题为“秸秆类木质纤维素生物质转化单细胞蛋白研究进展”的综述文章，系统总结了利用农作物秸秆生物质生产微生物蛋白过程中涉及的菌种选育以及酶策略，包括木质素抗降解屏障的破解方法，以及秸秆碳源生物转化的研究现状。文章提出了该产业当下面临的困境以及破局方案，为缓解蛋白资源短缺现状奠定基础，推动农业可持续发展。

　　随着人民生活水平不断提高，肉类、蛋类和奶制品的需求显著增加，导致了畜牧业生产规模的扩大，优质饲草料开发的需求愈发显现。源自微生物细胞的微生物蛋白（microbial protein, MP），营养价值丰富，氨基酸配比合理，且不受地区及季节限制，有望成为解决蛋白质短缺现状的有效措施。秸秆木质纤维素生物质作为全球储量最大的农作物废弃物之一，其蕴含的能量约占植物光合作用固定碳源总量的一半，被认为是MP生物制造的优质原料。

　　在自然界中，木质纤维素的生物降解依赖于多种相关微生物所产生酶系的协同作用，但是其降解周期往往较长。木质纤维素生物质的复杂结构导致了所需降解酶类型的多样性和酶解反应过程的异质性。人工智能技术的赋能有助于针对不同底物的结构特征，定向设计木质纤维素降解酶混合物。大多数木质纤维素降解酶，如纤维素酶和氧化还原酶等，对反应的温度、pH值和氧气浓度等环境条件有很高的要求。此外，酶的活性可能还受到秸秆底物降解中间体的底物浓度、抑制剂等因素的影响，这进一步限制了其应用效果。合成生物学技术通过代谢优化以及模块化设计，可以强化强化酶的生物学性能和工业稳定性，实现实验室到工厂的规模化应用。在秸秆生物转化过程中，木质素作为植物关键性结构组分，其降解难题成为了秸秆类生物质转化MP的重大阻碍；基于微生物预处理策略的木质素分解酶系统，具备底物特异性强、环境兼容性好等优势，被视为可持续替代方案。酶解和微生物发酵木质素，成本较低，不产生或只产生毒性较小的化合物，微生物的增殖与代谢还可以进一步提升秸秆生物质的营养价值。通过破解木质素抗降解屏障，助力秸秆生物质转化MP，搭建秸秆生物质木质素-总纤维素全组分高值化利用的绿色产业链。

　　农作物秸秆向MP的生物转化过程可以通过两种策略来实现：通过酶解糖化手段生产秸秆糖化液，或者在固态发酵中实现秸秆全组分利用。单一微生物降解木质纤维素的局限性较大，难以完全利用木质纤维素。自然中的木质纤维素的降解往往是由一个微生物群落来完成。在该群落中，不同菌株对于不同底物有着不一样的响应，某一菌株的代谢副产物还可能作为另一菌株的底物，从而在不同真菌之间形成相互支持和受益，促进秸秆木质素的充分降解。菌酶协同发酵技术，通过人工设计多酶体系与微生物菌群的协同作用，实现木质纤维素的高效解聚及全组分生物转化。

　　当下一些先进的秸秆MP生物转化技术仍然停留在实验室阶段，扩大到工业生产的规模是一项具有挑战且耗时的工作。为了克服这些挑战，需要负责MP转化的菌株具有更强的工业适应性，在复杂且苛刻的生产环境中具有良好的代谢稳定性。未来研究将致力于探索木质素与纤维素的全组分利用，这将为木质纤维素的高效利用、秸秆生物转化、减少碳排放以及实现低碳经济做出重要贡献。随着研究的进展，大量不限于农作物秸秆类的生物质来源，如食物残渣和一碳(C1)化合物，都可用于生产MP产品。这些MP产品有可能成为新的主流食品与动物饲料，有助于以无害环境的方式解决全球粮食危机。鉴于目前农业生产对环境的影响，探索利用农业秸秆进行微生物发酵作为蛋白质饲料的替代品具有广阔的前景。

　　宁夏大学张桂杰教授，中国科学院天津工业生物技术研究所高乐副研究员为论文通讯作者，联合培养博士生张哲瑞、蒋芳婷为论文共同第一作者。相关研究受到国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目（U24A20446）和宁夏回族自治区中央引导地方科技发展专项项目（2025FRF05008）资助。

　　张哲瑞，蒋芳婷，高乐，等。秸秆类木质纤维素生物质转化单细胞蛋白研究进展. 科学通报, 2025.

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