Pasteurization-assisted solid-state bioconversion of Caragana korshinskii residues by Irpex lacteus n6

في المناظر الطبيعية القاحلة وشبه القاحلة في شمال الصين، تلعب شجيرة صلبة تُعرف باسم Caragana korshinskii دوراً حيوياً في تماسك التربة واستعادة النظم البيئية الهشة. هذه النبتة، وهي عضو في الفصيلة البقولية، تزدهر حيث تعجز نباتات أخرى كثيرة، إذ تقاوم الجفاف والبرد بينما تثبت جذورها العميقة الأرض ضد التعرية بفعل الرياح. ومع ذلك، مع نضوج هذه الشجيرات، تصبح النباتات خشبية وصلبة، وتراكم طبقة سميكة من مخلفات التقليم كل عام. وبينما يتم إنتاج ملايين الأطنان من هذه المواد سنوياً، يُحرق معظمها أو يُترك ليتعفن، مما يمثل فرصة ضائعة. ويكمن التحدي في بنية النبات: فأليافه محبوسة داخل مصفوفة صلبة غنية باللجنين، مما يجعل من الصعب على الحيوانات هضمها. ولتحويل هذه البقايا الصلبة إلى علف حيواني مفيد، يتطلع العلماء إلى مديري إعادة التدوير الطبيعيين: الفطريات. تمتلك أنواع معينة من الفطريات، وخاصة أنواع العفن الأبيض، قدرة فريدة على إفراز إنزيمات تعمل على تفكيك اللجنين، وهو "الغراء" الذي يمسك الألياف النباتية معاً، مما يؤدي فعلياً إلى تحرير المغذيات المحبوسة بداخلها. وتوفر هذه العملية البيولوجية بديلاً أكثر لطفاً واستدامة للمعالجات الكيميائية القاسية التي تُستخدم غالباً في الصناعة، مما قد يحول منتجاً مهدرًا إلى مورد قيم للماشية.

وضع باحثون في جامعة منغوليا الداخلية الزراعية خطة لإيجاد الشريك الفطري المثالي لهذه المهمة المحددة. فقد جمعوا أحد عشر سلالة مختلفة من سلالات برية لفطر يُسمى Irpex lacteus من نفس الموائل التي تنمو فيها الشجيرات. كان الهدف هو تحديد أي من هذه السلالات الأصلية يمكنها استعمار بقايا الشجيرات الصلبة وتفكيكها بكفاءة. اختبر الفريق أولاً مدى سرعة انتشار كل سلالة عبر طبقة من مخلفات الشجيرات المقطعة. وبينما نمت جميع السلالات، كانت سلالتان، أُطلق عليهما n4 وn6، هما الأسرع في الانتشار، حيث غطتا سطح الاختبار في غضٍ من أسبوع واحد فقط. ولفهم السبب، فحص العلماء الإنزيمات التي أنتجتها هذه الفطريات؛ حيث استخدموا اختبارات بسيطة لتغيير اللون لمعرفة مدى قدرة الفطريات على مهاجمة أجزاء مختلفة من النبات. قاس أحد الاختبارات القدرة على أكسدة مادة مشابهة لللجنين، بينما فحص اختبار آخر القدرة على إذابة السليلوز، وهو الليف الهيكلي الرئيسي في النباتات. وأظهرت النتائج أنه بينما كانت بعض السلالات جيدة في شيء ما وأخرى في شيء آخر، برزت السلالة n6 كالأكثر تنوعاً؛ فقد أنتجت أعلى المستويات من الإنزيمات النوعية اللازمة لتفكيك "غراء" اللجنين وألياف السليلوز معاً، مما جعلها المرشح الأقوى لمزيد من الدراسة.

بعد تحديد السلالة الأفضل، ركز الباحثون على كيفية زراعتها بأكثر الطرق فعالية. فقد اختبروا ظروفاً مختلفة لمعرفة ما يساعد الفطر على الازدهار، حيث جربوا درجات حرارة مختلفة، ومستويات حموضة، ومصادر غذائية. ووجدوا أن الفطر ينمو بشكل أفضل عند درجة حرارة دافئة تبلغ 30 درجة مئوية وفي بيئة حمضية قليلاً. وعندما تعلق الأمر بالغذاء، فضل الفطر "المالتوز"، وهو نوع من السكر، و"الببتون"، وهو مغذٍ مستمد من البروتينات، كغذاء أساسي له. ولإعداد كمية كافية من هذا الفطر لمعالجة كميات كبيرة من مخلفات الشجيرات، احتاج الفريق أيضاً إلى طريقة لزراعته بسرعة على وسط قائم على الحبوب. واختبروا خمس حبوب مختلفة — الحنطة السوداء، والسورغم (الذرة الرفيعة)، والذرة، والدخن، والقمح — لمعرفة أي منها سيدعم النمو الأسرع. وقد ثبت أن الحنطة السوداء هي الفائز الواضح، حيث سمحت للفطر بالانتشار بسرعة وكثافة أكبر من أي من الحبوب الأخرى. وفر هذا الاكتشاف طريقة عملية لإنتاج كمية كافية من المستنبت الفطري للتجربة الرئيسية.

تضمنت المرحلة النهائية من الدراسة وضع الفطر في العمل على بقايا الشجيرات الفعلية. أعد الباحثون مادة النبات المقطعة بطريتين مختلفتين لمعرفة الطريقة الأفضل. خضعت مجموعة من العينات للتعقيم باستخدام البخار عالي الضغط، وهي طريقة قياسية تقتل جميع الكائنات الدقيقة الأخرى ولكنها تتطلب طاقة كبيرة. أما المجموعة الأخرى فقد خضعت للبسترة، وهي معالجة حرارية أخف تقلل من الميكروبات المنافسة دون تعقيم المادة تماماً. بعد ذلك، تم تلقيح كلتا المجموعتين بسلالة I. lacteus n6 المزروعة على الحنطة السوداء، وتُركت للتخمر لمدة 56 يوماً. كانت النتائج مذهلة؛ فقد أظهرت العينات التي عولجت بطريقة البسترة الأخف ثم لُقحت بالفطر تحسينات أكثر دراماتيكية. وبالمقارنة مع عينة التحكم المبسترة غير المعالجة، شهدت المادة المخمرة انخفاضاً كبيًراً في محتواها من الألياف. فقد انخفضت كمية "الألياف المنظفة بالمنظفات المتعادلة"، والتي تمثل جدار الخلية غير القابل للهضم، بنسبة تقارب 17 بالمائة. كما انخفضت "الألياف المنظفة بالمنظفات الحمضية"، وهي مقياس للأجزاء الأكثر صلابة وصعوبة في الهضم، بنسبة 16.5 بالمائة تقريباً. والأكثر إثارة للإعجاب هو أن "اللجنين المنظف بالمنظفات الحمضية"، وهو المكون العنيد الذي يجعل النبات صعب الأكل، انخفض بنسبة تقارب 50 بالمائة.

بعيداً عن مجرد تفكيك الألياف الصلبة، أدت هذه العملية إلى تحسين القيمة الغذائية للعلف. فقد ارتفرت كمية البروتين الخام في المادة المعالجة من حوالي 8 بالمائة إلى أكثر من 12 بالمائة، بينما زادت الكربوهيدرات الذائبة في الماء، التي توفر طاقة سريعة للحيوانات، بأكثر من خمسة أضعاف. تشير هذه التغييرات إلى أن الفطر لم يكتفِ بتليين بنية النبات فحًسب، بل أضاف أيضاً كتلته الحيوية الخاصة إلى الخليط، مما أغنى المنتج النهائي. أثبتت الدراسة أن استخدام فطر محلي المصدر مع خطوة بسترة بسيطة يعد وسيلة قابلة للتطبيق لرفع جودة مخلفات الشجيرات الوفيرة. وبينما تؤكد الأبحاث أن المادة أصبحت أكثر قابلية للهضم والتغذية، يشير المؤلفون إلى أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لمعرفة مدى قدرة الحيوانات فعلياً على أكل واستخدام هذا العلف الجديد. ومع ذلك، يوفر هذا العمل أساساً متيناً لتحويل تدفق هائل من النفوات غير المستغلة إلى حل محتمل لإنتاج الماشية المستدام في المنطقة.