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生物技术在动物营养学上的应用
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  1 基因工程

  作物籽实(谷物、豆类、菜籽等)及其副产品中,磷的贮存形式是植酸磷,含量高达1%~3%,占植物总含磷量的60%~80%。然而单胃动物却缺乏能分解植酸的酶而无法利用这些磷,既造成饲料中磷的浪费,满足不了动物机体生长需要,又导致大量的磷排放,污染环境。现已研究清楚,且合成植酸酶的微生物有枯草芽抱杆菌、假单抱杆菌、乳酸杆菌、酵母、曲霉、隔抱伏革菌等,其中以曲霉属中的黑曲霉活性最高。目前已分离克隆了十几个植酸酶编码基因,将该基因进行扩增后整合到曲霉菌表达载体,重组的植酸酶基因表达水平高于常规植酸酶生产菌株或野生型菌株50~100倍。植酸酶的添加有助于单胃动物对植酸磷的利用,同时降低饲料成本,提高经济效益。

  另外,为提高畜禽生产力不得不添加各种必需氨基酸维持营养平衡,在很多缺乏必需氨基酸作物籽实配制的日粮中就得添加必需氨基酸,如谷物中缺乏赖氨酸、豆科籽实中缺乏含硫氨基酸。牧草是反刍家畜的主要食物来源,提高牧草的蛋白质含量具有重要的营养价值。这在传统的育种方式下似乎不太可能,但通过转基因,科学家就做到了这一点。目前已成功培育出高赖氨酸玉米腐赖氨酸大麦等。澳大利亚科学家培育成了一种富含白蛋白的前信新品种,窗帘品种生产的白蛋白在羊瘤胃中不降解,可充分吸收利用,进而羊毛产量提高约5%。将巴西坚果富含蛋氨酸的白蛋白与菜豆蛋白嵌合基因在油菜籽中表达时,转基因油菜籽中积累大量的巴西坚果白蛋白,种子蛋白中氨基酸的含量也增加34%。另外,富含甲硫氨酸的2S储藏蛋白基因已被用来转化菜豆、羽扁豆、大豆等,均可不同程度地提高转化植物中甲硫氨酸的产量。

  半胱氨酸是羊毛合成的限制性氨基酸,由于半眈氨酸在瘤胃内降解,使得在饲料中添加半跳氨酸并不能提高其在血清中的水平。当然要是羊自身能合成半脱氨酸就可大大提高羊毛产量了。Ward等(1991)阐述了将大肠杆菌中编码丝氨酸的转乙酸酶、O一乙酸丝氨酸硫氢化酶基因和金属硫蛋白(MT)启动子联接,并在

  3’端装上GH基因的序列,通过转基因技术将这一构件导入学体内,获得的转基因羊胃上皮细胞能利用胃中的硫化氢合成半脱氨酸。只是这一技术比起上面提到的更难于操作。

  2 微生物工程

  青贮,就是把新鲜的秸秆填入密闭的青贮窖或青贮塔内,经过微生物(乳酸菌)发酵作用,达到长期保存其青绿多汁营养性之目的的一种简单、可靠。经济的秸秆处理技术。青贮发酵作用,

  可以把适口性差、质地粗硬、木质素含量高的秸秆变成柔软多汁。气味芳香、酸甜、适口性好的粗饲料;可以最大限度地保持青绿饲料的营养物质,可调剂饲料的全年平衡供给;亦能杀死青饲料中的病菌、虫卵,破坏杂草种子的再生能力,从而减少对畜禽和农作物的危害。与此同时,发酵产生的大量积累了丰富营养的菌体(如乳酸杆菌、芽抱杆菌、酵母)和具防腐作用的有机代谢产物,如维生素、醋酸、乙醇、乳酸等,都能促进肌体肠道内有益菌群的繁殖,增强肌体免疫力。

  开发非常规饲料,既避免了很多工农业副产品的堆积和污染,同时转化这些廉价的副产品作为再生饲料,具有良好的生态和社会效益。在鸡粪中均匀地添加麦秸等,作为鸡粪中微生物的发酵碳源,微生物大量发酵就将鸡粪中的尿酸转化为氨,氨再被微生物利用合成蛋白质。反刍动物能利用鸡粪中的粗蛋白合成菌体蛋白,然后被吸收利用,研究表明鸡粪比尿素和其他非蛋白氮质量好得多。鸡粪的利用方法有青贮、发酵。干燥及膨化处理。白腐真菌分解秸秆类饲料的粗纤维和水质素,经5~6周的发酵后可改善适口性,秸秆饲料中的蛋白质含量得到提高,消化率提高2~3倍。而棉、菜籽饼粕类的脱毒和草粉发酵可生成菌体蛋白和维生素。羽毛、血粉均可通过细菌的降解、发酵来提高消化率,这是富含硫氨基酸的优质蛋白源。

  3 细胞工程

  单细胞蛋白饲料,即微生物蛋白,是通过工业发酵生产的蛋白质,如酵母、非病原性细菌、霉菌和藻类等所生产的蛋白酶。纤维酶、脂肪酶、乳酸酶、植酸酶等已被广泛添加于饲料中,从而大幅度提高饲料转化率和动物的生产力,也减少了排泄物对环境的污染,是减缓当今饲料紧缺和粮食不足的一条重要途径。可利用的工农业副产品有:酿酒、味酒、淀粉、造纸、制糖等各种工业排出的废液。废渣;纤维素资源如植物秸秆、壳类、糠渣类、木屑等农林废弃物;石油衍生物。

  4 其他

  某些氨基酸的寡肽在动物胃肠道不水解、不受抗营养因子的干扰而直接被吸收,且比单个氨基酸吸收快。此外,某些寡肽能刺激瘤胃内纤维分解菌的生长及在动物体内发挥激素功能,故以寡肽作为饲料添加剂正引起人们的兴趣,这方面的研究正在深入。微量元素的添加,随有机配位体的不同,有以有机酸(乳酸、柠檬酸和富马酸等)为配位体的,有以糖(乳糖、葡萄糖和多糖)为配位体的和以氨基酸(赖氨酸和蛋氨酸等)及肽为配位体的。其中以单个氨基酸一微量元素络合物或鳌合物产品最多,科学同仁们对此类产品在各种动物上的生物学活性进行了很多研究,但所获结果不太一致。一些研究表明,氨基酸态微量元素的生物学活性高于其无机盐形式,而另一些研究则未显示出二者的生物学活性有明显差异,也有试验发现,鳌合态的微量元素团结合太紧密而在体内难以动用。另一类有机微量元素添加剂产品是通过特异生物技术培育成能特别富集微量元素的微生物,从而产生富集微量元素的微生物产品。美国已生产出含1×10-3~2×10-3硒的硒酵母和1×10-3铬的格酵母产品,酵母硒的生物学活性明显高于无机态硒。与无机态铬比较,酵母钻能明显提高猪的瘦肉生产率,减少胭体脂肪沉积,能增强应激牛的免疫机能,大大减少应激牛的发病率和死亡率。已弄清酵母钻以铭一烟酸络合物形式存在,美国有关公司已生产出在结构上与路一烟酸络合物很相似的另一种有机铬,即毗院唆酸格,其生物学活性高于无机铬。与酵母格一样,它能显著增加猪的瘦肉沉积,降低脂肪沉积;饲喂断奶仔猪后免疫机能增强;繁殖母猪采食后所产窝仔的初生活重及断奶重显著增加。国内外工作者正在研制富含其它微量元素(铜和锌等)的饲用微生物产品以及与此类似的有机产品,除添加动物所需的营养物质外,很多的营养物质,如脂肪酸、氨基酸、糖以及维生素、矿物质等对许多基因的表达有影响。磷酸烯醇式丙酮酸梭激酶(PEPCK)的表达受日粮中糖含量的调控,而该酶是肝和野中糖原异生的关键酶。金属铁通过控制mRNA的稳定性和翻译过程调节转铁蛋白和铁蛋白的水平,钻可提高金属硫基基因的转录速率,锌通过“锌指”把激活子蛋白结合到DNA的增强于上调节几种基因的表达。

  

  作者:华中农业信息网

  来源:华中农业信息网


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