畜牧人

標題: 纖維素酶在動物營養(yǎng)中的應用 [打印本頁]

作者: 春節(jié) 時間: 2010-4-19 11:36
標題: 纖維素酶在動物營養(yǎng)中的應用
　　自從1906年Seiiliere在蝸牛的消化液中發(fā)現(xiàn)能夠分解天然纖維素的纖維素酶以來，纖維素酶的研究受到動物營養(yǎng)界的普遍關注，尤其是近年來隨著生物工程技術的發(fā)展，對纖維素酶生產(chǎn)和應用的研究取得了一定成果。

　　纖維素酶的種類

　　纖維素酶按其來源可分為真菌源性纖維素酶和細菌源性纖維素酶兩種。細菌源性地纖維素酶來源于分解纖維素的細菌，如瘤胃細菌（黃化瘤胃球菌、白色瘤胃球菌等）和熱纖梭菌等，產(chǎn)量和活性較低。真菌源性纖維素酶來源非常廣泛，所有能分解晶體纖維素的真菌，均能或多或少地分泌纖維素酶。目前，國內(nèi)外工廠化生產(chǎn)采用的菌種大多數(shù)是木霉、曲霉和青霉等。生產(chǎn)高質(zhì)量纖維素酶的關鍵是高產(chǎn)菌株的選育，我國自20世紀70年代就開始了這方面研究，目前已利用現(xiàn)代生物工程技術進行誘變培養(yǎng)，選育出了康代木霉NT15－H、NT15—HI、黑曲霉XT15—H、XT15—HI、綠色木霉等高產(chǎn)菌株，并投入工廠化生產(chǎn)。

　　纖維素酶的組成

　　纖維素酶是一種多組分的酶系，采用各種層析、電泳等技術可將纖維素酶分成不同的組分。就目前研究結果看，至少包括三類性質(zhì)不同的酶。

　　內(nèi)切β-1，4-葡聚糖酶來自真菌簡稱EG，來自細菌簡稱Len。這類酶一般作用于纖維素內(nèi)部的非結晶區(qū)，隨機水解β-1，4-糖音鍵，將長鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生大量帶非還原性末端的小分子纖維素如纖維糊精、纖維二糖、纖維三糖等。

　　外切β-1，4—葡聚糖酶來自真菌簡稱CBH，來自細菌簡稱Cex。此類酶可從纖維素酶的非還原末端一個一個地依次切下葡萄糖單位，產(chǎn)物為α一葡萄糖。該酶對纖維寡糖的親和力強，能迅速水解內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的纖維寡糖，其專一性較強。

　　β-葡萄糖著酶簡稱BG。該酶可水解纖維二糖和短鏈纖維寡糖生成葡萄糖。對纖維二糖和纖維三糖的水解很快，隨葡萄糖聚合度的增加水解速度下降。該酶的專一性差，實際上可作用于所有的葡萄糖β-二聚物。

　　三類酶的協(xié)同降解機制。上述三類纖維素酶在分解纖維素時，任何單獨一種都不能裂解晶體纖維素，只有三種酶共同存在并協(xié)同作用時才能完成水解過程。一般來說，外切酶作用于不溶性纖維素的表面，使形成晶體結構的纖維素分子鏈裂開，長鏈分子末端部分發(fā)生游離，從而使纖維素易于水化；內(nèi)切酶則作用于經(jīng)外切酶活化的纖維素，分解其β-1，4-糖苷鍵，產(chǎn)生纖維二糖、三糖等短鏈低聚糖；β-葡聚糖苷酶再將纖維二糖、纖維三糖等分解為葡萄糖。應當指出，該協(xié)同降解作用的順序不是絕對的，而且各酶的功能也不是這樣簡單固定的。

　　纖維素酶的理化性質(zhì)

　　不同來源的纖維素酶理化性質(zhì)不盡相同。同一菌株產(chǎn)生的同一酶在不同報道中也存在一定的差異。如報道的來源于擬氏木霉的β-葡萄糖苷酶的最適pH值為6.5，在40℃下最穩(wěn)定，以纖維H糖為底物的Km為33nunol／l，分子量為98KD，據(jù)研究者描述的擬氏木霉來源的β-葡萄糖甘醇的分子量為47KD，等電點（PI）為5．47。

　　多數(shù)真菌和少數(shù)細菌的纖維素酶都可糖基化。糖基與蛋白質(zhì)間以共價鍵結合，或呈可解離的絡會狀態(tài)。糖基化作用在一定程度上可保護纖維素酶免受蛋白酶的水解，同時，纖維素酶由于糖基化使其所含碳水化合物比例在不同酶之間發(fā)生差異，導致酶的多形式和分子量的差異。真菌的EG包括兩種異構酶EGI和EGlll。EGI的等電點為4．2，分子量為54KD，由437個氨基酸組成。EGHl的等電點為4．8～5．6，分子量為49．SKD，由397個氨基酸組成。木霉的CBH的異構酶為CBHI和CBHI。其中CBHI的等電點為4．2，分子量為66KD，由496個氨基酸組成。CBHI的等電點為59，分子量為53KD，由447個氨基酸組成。BG的等電點為7．5～8．5，分子量為70KD～80KD，由714個氨基酸組成。

　　纖維素酶的基因克隆和高效表達

　　迄今為止，人們已經(jīng)從40多種細菌和數(shù)種真菌中克隆到了纖維素酶的基因，其中大多數(shù)的核苷酸序列已被測定。

　　大多數(shù)克隆的纖維素酶基因能夠在E．coli中表達出可檢測的EG和CBH活力。利用重組大腸桿菌高效表達了來源于菊歐文氏菌的內(nèi)切β-1，4-葡聚糖酶基因celZ。但在大腸桿菌中表達纖維素酶基因存在兩個問題，一是不易提取，二是表達水平低。為此，人們將目光轉(zhuǎn)向了真核表達系統(tǒng)。目前，應用較多的是酵母表達系統(tǒng)。酵母作為一般傳統(tǒng)的工業(yè)微生物不產(chǎn)生毒素，用其表達纖維素酶基因，其產(chǎn)物高度糖基化，經(jīng)正確加工修飾可直接分泌到培養(yǎng)基中，表達水平高。如酵母表達的李氏木霉CBHll、EGI的產(chǎn)量可達100mgh以上，并具有正常的生物學活性。

　　纖維素酶的作用機理

　　補充內(nèi)源酶的不足，刺激內(nèi)源酶分泌

　　不同動物消化道的酶系組成不同。牛羊等反芻動物消化道中雖有一定量的微生物存在，但產(chǎn)生的纖維素酶數(shù)量有限，使纖維素的消化吸收受到一定限制。而雞豬等單胃動物由于體內(nèi)缺乏內(nèi)源性纖維素酶不能消化纖維素，導致日糧中占相當比例的營養(yǎng)物質(zhì)隨纖維素作為糞便排出。添加纖維素酶可補充內(nèi)源酶的不足，提高動物對粗纖維的利用率。同時，還可改善消化道酶系的組成、酶量及活性。

　　破壞植物細胞壁，促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收

　　植物的細胞壁由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等組成。它們在細胞外形成一層穩(wěn)定而堅固的外殼，阻止了畜禽對細胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。纖維素酶可在半纖維素酶、果膠酶等的協(xié)同作用下，破壞植物的細胞壁，使細胞內(nèi)容物裸露出來，被淀粉酶和蛋白酶進一步降解，提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率。

　　消除抗營養(yǎng)因子，提高飼料營養(yǎng)價值

　　植物性飼料進入畜禽消化道后，其中的纖維素、半纖維素、果膠等大分子物質(zhì)可部分溶解產(chǎn)生黏性溶液，使消化道內(nèi)容物的新度增加，對內(nèi)源酶形成了一個物理屏障，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。日糧中添加纖維素酶以后，在半纖維素酶、果膠酶、β-葡聚糖酶等的共同作用下，可將纖維素、半纖維素、果膠、戊糖等大分子物質(zhì)降解為單糖和寡糖，使消化道內(nèi)容物的濃度降低，增加內(nèi)源酶的擴散，增大酶與營養(yǎng)物質(zhì)的接觸面積，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用率。

　　纖維素酶的應用現(xiàn)狀

　　應用方法

　　在實際生產(chǎn)中，通常將纖維素酶與半纖維素酶、果膠酶、β－葡聚糖酶等組成復合酶添加到飼料中。目前，國內(nèi)外利用纖維素酶的方法有體外酶解法和體內(nèi)酵解法兩種。前者是把纖維素酶和秸稈飼料拌勻，在一定溫度、濕度和pH值下堆積或密封發(fā)酵一定時間，晾干后直接飼喂動物。該法效果好，但費工費時，成本高。后者是把纖維素酶以添加劑的形式加到精料內(nèi)，拌勻后飼喂動物，借助于動物消化道的內(nèi)環(huán)境發(fā)揮作用。該法簡單，應用范圍廣泛。

　　飼喂效果

　　在綿羊日糧中每只每日添加纖維素酶309，使處于牧草期的綿羊日增重提高了5．41％，使處于枯草期的綿羊日增重提高了4．91％，同時使羊毛的產(chǎn)量提高了5．04％。用閹牛試驗，在日糧中按每頭每日添加纖維素酶409，飼喂60天。結果表明，對照組日增重為764．8g，差異極顯著（P<0.01）。

　　在豬基礎日糧中添加0．6％和1．2％的纖維素復合酶，結果生長育肥豬增重比對照組分別提高了16.84％和21.86％。添加纖維素酶后，使中性洗滌纖維的消化率由30．3％提高到34.1％，酸性洗滌纖維從68．8％提高到73．9％。在以玉米—豆粕為基礎的日糧中添加纖維素酶對生長豬的生產(chǎn)性能無作用。添加纖維素酶制劑，除能提高大麥—豆粕型日糧中蛋白和能量的消化利用率外，其他日糧如典型的玉米—豆粕日糧，對豬的生長性能無影響。

　　存在問題

　　纖維素酶的應用雖取得了一定的成果，但存在諸如菌種產(chǎn)酶量低、活力低、最佳添加量和添加方式不明確、成本高及儲存加工影響酶穩(wěn)定性等問題。今后研究的重點主要放在提高酶產(chǎn)量、活力和穩(wěn)定性上。此外，可采用生物工程技術（基因克隆、基因表達、纖維素酶蛋白分子的改造和設計）來獲取高產(chǎn)纖維素酶。

　　綜上所述，纖維素酶可提高飼料利用率，改善粗飼料的營養(yǎng)價值，降低飼料成本，具有廣闊的應用前景。今后應對纖維素酶的檢測方法、作用機制，酶系組成、耐熱性、作用溫度、pH值和抗蛋白酶水解能力等方面進行深入研究。

作者: love51 時間: 2010-4-19 12:39
看樓主名字，肯定是個大好人，那天，全國人都說你好呢

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