近年来，新疆棉花年产量均达到400万t以上，位居全国前列，从而也产生了丰富的棉花副产品资源，每生产 1t 皮棉经过加工可产生 260 kg 棉籽壳。利用近红外光谱仪测定，其主要营养成分含量优于秸秆类粗饲料，适量的棉籽壳可以作为反刍动物的一种纤维饲料补充料。随着养殖业迅速发展，各种饲料价格大幅度飙升，南疆的养殖合作社及农户越来越多的采用当地棉源性饲料来解决饲料供应和农区畜牧业发展的矛盾。然而，棉籽壳中含有抗营养因子—棉酚 (gossypol)，影响了棉籽壳的饲用价值。目前，养殖户为了降低成本，饲喂牛羊的棉籽、棉籽壳等棉副产品几乎是未脱毒或脱毒不符合标准的，这可能导致动物早产、流产或产畸形胎，缺铁性贫血，抑制消化道中蛋白水解酶活性，降低蛋白质利用率，可使肾小球和肾小管上皮细胞通透性异常，引起雄性动物尿结石等;饲喂过量时，甚至导致动物死亡。目前，棉酚降解技术有物理法、化学法、微生物发酵法。其中，物理法脱毒率很高，但会降低饲料中氨基酸利用率;化学法工艺流程较为繁琐，成本相对较高;基于以上问题，利用低成本、温和的微生物发酵技术降解棉籽壳中的棉酚已经成为新的研究方向。利用微生物发酵技术将棉籽壳转化为能够促进动物生长的优质粗饲料，对提高新疆地区棉籽壳饲料利用率、缓解新疆畜牧饲料供给压力具有一定的现实意义。

1 新疆棉籽壳饲料的应用情况 

新疆棉花种植基地主要为南疆优质陆地棉区及北疆、东疆优质陆地棉区，其中最主要的棉花种植基地有:英吉沙县、岳普湖县、新和县、阿瓦提县、洛浦县、墨玉县、麦盖提县、玛纳斯县、沙湾县、和丰县等。棉籽壳 (cotton seed hull) 作为棉花的重要副产物，是棉籽外部坚硬的褐色籽壳，由棉籽剥壳处理获得，稍带有未脱尽的棉花短绒和部分未脱尽破裂的棉仁。一般棉籽壳粗蛋白含量为 4%～6%，粗纤维含量为 43%～48%，中性洗涤纤维含量为 85%左右，酸性洗涤纤维含量为 65%～68%，木质化程度中等。新疆农业科学院微生物应用研究所一直致力于棉花副产品饲料化的研究，调查发现，南北疆农牧民历来有利用棉籽壳饲喂肉牛、肉羊的习惯，一是适量的棉籽壳能改善粗饲料适口性，增加动物采食量，可以作为反刍动物的纤维补充料;二是不浪费资源。棉籽壳常配合玉米粉或玉米青贮一起饲喂牛羊，未脱毒棉籽壳替代部分日粮粗饲料时，可提高胴体重、净肉重和屠宰率。但是，因为没有专业的技术指导，导致对棉籽壳的处理不当或者不处理就直接饲喂给牛羊，棉籽壳中的棉酚常引起雄性细毛羊尿结石，饲用过量后，严重的可导致牛羊死亡。一些研究者也指出在饲料中添加40%以下的棉籽壳，育肥羊食用后安全可行且不会对身体产生危害。棉籽壳饲料化的安全性、合理性、高效性日渐成为研究热点，尤其在新疆南疆，饲草料的缺乏和日益增长的畜产品需求使得开发新型动物饲料迫在眉睫，作为一种优质粗蛋白饲料，棉籽壳在新疆牲畜饲料中有广泛的应用潜力。

2 棉酚制约棉籽壳饲料化原因及其危害

棉酚是锦葵科棉属植物色素腺产生的多酚二萘衍生物，化学结构式见图1。制约棉籽壳饲料化的抗营养因子包括有毒性的游离棉酚 (free gossypol，FG) 和无毒性的结合棉酚 (bound gossypol，BG) 两种形式。由于与氨基酸、蛋白质等结合，BG不能被动物胃肠道消化利用，可以随粪便排出，毒性较小甚至不具毒性;而活性羟基和活性醛基是FG造成动物中毒的主要原因，其作用机理为:FG通过选择性地破坏睾丸生精细胞中线粒体的正常机能，影响动物的正常生殖;与蛋白质和膜基质结合，破坏矿物质的离子转运机制，降低动物的矿物质吸收量，影响血红蛋白的形成;与氨基酸胺基残基结合，形成大分子的BG，减少赖氨酸的吸收，对动物机体健康产生危害。研究结果表明，棉酚含量低于0.01%时，不影响动物的正常生长;含量在0.01%～0.03%之间对单胃动物具有较大的毒害作用;含量高于0.03%对反刍动物产生毒害作用。我国《饲料卫生标准》(GB 13078—2017) 规定饲料中的游离棉酚允许量为:棉籽不超过 5000 mg/kg，棉籽加工产品不超过 1200 mg/kg，犊牛精料补充料为 100 mg/kg，泌乳牛精料补充料 500 mg/kg，羔羊精料补充料为 60 mg/kg，其他羊精料补充料为 300 mg/kg。新疆农业科学院微生物应用研究所饲用微生物制剂及生物饲料项目组赴南疆、北疆调查发现，不同地区棉籽壳棉酚含量在 280～460mg/kg 之间。临床症状、病理学及组织学检查结果表明，饲用大量棉籽壳可以引起羔羊尿结石症。棉酚中毒一般无季节性，多见于冬、春季，在此期间因青饲料、草料缺乏，饲料单一，棉籽饼、棉籽壳的饲喂量增加，养殖社或农户将没有经过任何处理的棉籽壳直接饲喂给牛羊，造成家畜棉酚中毒。因此，采取合理的饲喂和处理方式，对棉籽壳的饲料化应用极为关键。

3 微生物脱毒在棉籽壳饲料化中的优势 

降解棉酚的途径有很多，可以通过物理法将 FG 与蛋白质和氨基酸结合变成 BG 使其失去毒性;也可经化学法处理，形成络合物使得小肠难以消化吸收，进而降低毒害作用;但作为动物饲料，棉籽壳需要提高自身的适口性，提高采食率和消化率。物理法、化学法脱毒很难满足绿色畜牧养殖的目标，随着对微生物学科研究的深入，通过生物法进行棉酚脱毒效果更好，棉酚脱毒方法比较见表1。微生物在生长过程中会产生一些分泌物，比如蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、果胶酶等，可能会降解 FG，或者与 FG 结合形成 BG 以达到脱毒的目的。用于脱毒的微生物大多数都是有益菌，比如枯草芽孢杆菌、酵母菌等，可以很好地维持动物的肠道平衡;将大分子蛋白质降解为小肽、氨基酸等物质，提高饲料的吸收率;增加采食量;可以去除其他抗营养因子如环丙烯脂肪酸 (CPFA)、植酸 (PA)、单宁 (tannin) 以及非淀粉多糖 (NSP) 等;提高饲料粗蛋白含量，增加适口性。

4 利用棉酚降解菌及菌群对棉籽壳的脱毒效果研究 

从2020年1月1日起，在全国禁用除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种。这意味着全国动物养殖业将全面迎来"禁抗""减抗""替抗"新发展时期。对饲用微生物的研究已经成为绿色饲料开发的热点，除了研究益生菌对动物机体健康的作用，也在不断探索饲用微生物的一些特殊功能。棉酚降解单菌或复合菌剂具备安全、绿色、脱毒的多重作用，会更有效地应用到饲料处理和动物饲喂当中。新疆作为畜产和棉产的重点地区，棉酚降解菌成为两者之间转化和输出关键点。早期，Ｒ．Ｒeiser 等发现牛、羊等反刍动物瘤胃中的微生物和酶对棉酚有较强的耐受能力;此外，蘑菇、真菌及其产生的酶对游离棉酚都存在着降解作用。由于国内蛋白质资源匮乏、棉花副产品产量及其在反刍动物饲料中的使用量增大，国内学者在微生物发酵降解棉酚方面进行了较多研究。新疆作为产棉大省，畜牧业粗饲料缺乏，通过微生物发酵技术将棉花副产品转化为饲料的需求更加迫切。科研人员筛选到的热带假丝酵母、产朊假丝酵母、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌对 FG 均有不同程度的降解作用。通过混菌发酵可提高棉酚脱毒效率、增加棉籽壳饲料附加值。院江利用纤维分解菌、乳酸菌与酵母菌等有益菌混合发酵棉籽壳，脱毒率最高达到75.4%，粗蛋白 (CP) 含量提高了2.29%，中性洗涤纤维 (NDF) 含量降低了18.21%，酸性洗涤纤维 (ADF) 含量降低了16.04%。随着对微生物复合系和酶系的深入研究，利用反刍动物瘤胃微生物、棉铃虫肠道微生物和其代谢产物对棉籽壳进行脱毒逐渐成为热点。赛买提·艾买提等对比了瘤胃液、酵母菌、乳酸菌对棉籽壳的脱毒效果，结果脱毒率分别为47.94%、76.46%、68.44%。还要进一步研究和挖掘反刍动物瘤胃、肠道微生物的脱毒作用，探索微环境中的微生物生长繁殖和新陈代谢活动，不仅可以实现棉籽壳脱毒，而且对研究棉酚降解机制也有重要作用。

5 棉籽壳脱毒微生物发酵工艺优化及饲喂效果 

微生物发酵工艺可以解决棉籽壳采食率和利用率低的问题，菌种接种量、物料含水量、湿度、氧气传质、温度及发酵时间等都是影响发酵工艺的重要因素，棉籽壳饲料发酵的影响因素及最佳条件见表2。长期饲喂棉籽壳含量90%以上的粗饲料对羊的毒性很大。经过微生物发酵处理后，棉籽壳饲料质地柔软细腻，具有浓郁的菌香味，适口性好，营养价值与玉米、麸皮相当。奶牛采食脱毒棉籽壳不产生中毒症状，羔羊采食不影响生长发育。棉籽壳与其他粗饲料混贮或微贮，如在玉米青贮中添加30%棉籽壳，搭配一定比例的玉米粉、麸皮、糖蜜及微量元素，制成棉籽壳全混合日粮 (TMR) ，可以有效提高动物采食率和日增重，降低精料水平，有利于提高经济效益。

6 微生物发酵技术在新疆棉籽壳饲料化中的应用和发展趋势

饲料原料短缺问题已经成为限制新疆畜牧业可持续发展的瓶颈，而因为具有一定毒性和抗营养因子等原因导致棉秸秆、棉籽粕、棉籽壳等大量棉源副产品用于饲料原料的比例较小，造成严重浪费，微生物发酵技术的开发和应用可以提高棉源副产品的利用率，提高棉籽壳饲料的营养价值。为促进新疆畜牧产业的规模化、产业化、健康、可持续发展，应彻底改变微生物发酵技术在新疆的研究基础薄弱、机械化程度低、菌种来源复杂、发展应用落后的现状。以优良菌剂研发为支撑，建立新疆青、黄贮菌株资源库，通过分子选育、诱变选育、自然选育等方式定向培育适用、安全、功能性饲喂菌株;深入开展基础研究，利用代谢组学分析技术从细胞代谢水平全面揭示发酵产物中代谢物组分的种类和数量，确定生物标志物和特异性代谢谱，指导脱毒棉籽壳饲料化应用;与当地大型养殖合作社联合建立示范点，将微生物发酵技术与全混合日粮 (TMR) 相结合，研制含有较多蛋白质、钙、磷、维生素等营养成分，对促进畜禽生长发育、提高畜禽产品品质和产量等均具有改善作用的复合型棉籽壳饲料。

7 小结 

总之，利用微生物发酵技术综合开发以棉籽壳为主的饲料资源，既能开创棉源副产品利用新途径，又能增加农民收入，稳定和提高植棉积极性，进而稳定新疆的棉花综合生产和保障能力，棉籽壳的生物转化、高效利用产业是一项集经济效益、生态效益和社会效益于一体的农业经济项目，对推动新疆现代农业、畜牧业和农村经济发展有重大的意义。