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磷是動物生長必需的營養素之一。它廣泛存在于植物性常規飼料中,約占植物中總磷的60%-80%,加上家禽體內缺乏植酸酶無法水解飼料中的植酸磷,因而對飼料中的磷的吸收利用率很低(Ravindran et.al 1995;Kornegay,1996a)。為滿足雞對磷的營養需要,生產上常常在飼料中添加無機磷酸鹽,尤以添加磷酸氫鈣(DCP)居多,因此產生了四個方面的問題:一是以磷礦石為原料生產DCP過程中需嚴格的脫氟工藝,許多市售DCP產品含氟量超標,長期使用易造成雞群氟中毒;二是大量無機磷的使用,不僅使我國有限的無機磷資源更加匱乏,而且由于畜禽無機磷排泄量的增加而加劇對環境的污染;三是市售DCP質量良莠不齊,且價格居高不下,目前1g無機磷價格已超過了1g優質蛋白質的價格,加大了飼養成本;四是無機磷不僅是一種營養素,而且還是一種抗營養因子,因為它會和日糧中的鈣和脂肪形成不溶性的皂素,這些皂素會降低某些養分的消化率。植酸酶可以促進飼料中植酸磷的水解,釋放出磷離子被有效利用(Perney等,1991;Suick等,1992;cantor等,1992)。所以植酸酶的研究越來越精細?!?br/>
一、 近年來植酸酶的研究
植酸酶是一種能水解植酸的磷酸酶類。它能將植酸降解為肌醇和無機磷酸,使Ca、P、Zn、Cu等礦物元素釋放出來,植酸結合蛋白、結合淀粉等得到緩解,進而提高了這些營養素的利用率(Sebastian等,1996)。此酶分為3-植酸酶(EC.3.1.3.8)和6-植酸酶(EC.3.1.2.6),谷物籽實來源的植酸酶均屬6-植酸酶,它從植酸的6位開始降解植酸。此酶在種子干燥狀態下沒有活性,只有在種子吸水開始發芽時才被激活,并水解以植酸形式存在于種子中的磷化合物,釋放出無機磷供作物生長,而且含量極低。此酶的最適pH范圍5.0-7.5,所以在單胃畜禽的胃中會喪失活性。而微生物來源的植酸酶最適pH為酸性,酶含量較高,成為現在研究的重點。來源于A.ficuum NRRL3135(A.niger Var.awamori)的植酸酶PHYA屬3-植酸酶,它的最適pH為2.5和5.5,最適溫度為55℃,在37℃,pH2.5的條件下,以植酸鈉為底物的Km值為50mmol。來源于A.niger963的植酸酶PHYA的最適pH為1.8和5.7,來源于E.coli的植酸酶的最適pH為3.5。到目前為止,共有十余個植酸酶編碼基因得到了分離克隆,植酸酶的基因工程得到了很大進展,這為降低植酸酶的生產成本,批量生產以及改善此酶的熱穩定性和在動物體內的有效性提供了可能,現已有轉基因生產的高植酸酶大豆用于飼喂家禽的試驗。Denbow(1998)用416只肉公雞試驗比較了商品植酸酶與轉基因大豆對磷有效率的影響。試驗日糧(含0.2%非植酸磷)添加兩種來源的植酸酶的水平分別為400、800、1200U/Kg,基礎日糧含非植酸磷0.08、0.16、0.24PPM作為對照。結果表明,不添加植酸酶的對照組隨著非植酸磷水平升高,雞的增重、飼料效率、采食量、灰分、脛骨折斷力及能量均呈線性上升,而磷的消化率下降,排泄量增加;添加植酸酶組(無論是商品植酸酶還是轉基因大豆)使磷的消化率提高,排泄量下降,其他指標與對照組無差異。這說明,無論是商品植酸酶還是轉基因大豆中的植酸酶都能提高肉雞的生產性能,而轉基因植物消除了添加過程中的麻煩。
二、 植酸酶對雞生產性能的影響
植酸酶對提高雞生產性能方面的報道很多,尤其在肉仔雞方面,報道的結果也大體一致。一般來說,日糧有效水平越低,添加植酸酶效果越好;植酸酶添加量越大,日增重和采食量越高;添加植酸酶可提高Ca、P利用率。
Han等(1995)在育雛雞飼料中添加0.1%植酸酶,結果平均日增重和飼料效率分別提高1%和4.3%,干物質、氮和磷利用率分別提高10%、13%、16%。Kwon等報道了類似的結果,肉雞飼料中添加0.05%植酸酶,氮和磷利用率分別提高1.36%、2.73%。Kwon等(1995)向蛋雞飼料中添加0.05%的植酸酶,產蛋率和飼料效率分別提高5.7%和5.6%,但氮和磷的利用率分別降低2.56%和2.44%。樓洪興等(1995)在紅寶肉雞飼糧中添加200U/kg植酸酶,使日增重提高了9.8%,飼料增重比降低了5.2%。Denbow等(1995)以1日齡雄性肉仔雞做了一個為期21天的試驗,研究添加植酸酶同補加無機磷的定量等價效果?;A日糧含0.18%植酸磷,用脫氟磷酸鹽添加無機磷0.20%、0.27%和0.34%,添加植酸酶0~1200U/kg,其梯度為200U/kg,Ca:P之比保持在2:1,結果表明添加后采食量和體增重上升,無機磷水平越低效果越明顯,但飼料轉化率不變。添加無機磷0.20%、0.27%時死亡率在30%~40%,添加植酸酶200~400U/kg后則趨于正常,改善效果與植酸酶的添加水平、無機磷占總磷的比重有關。在低水平無機磷日糧中添加植酸酶相當于無機磷添加量的回歸方程為Y=1.120-1.102e-0.0027x(Y:磷釋放量,X:植酸酶添加量)。821U的植酸酶可釋放出1g磷,酶添加越多則磷釋放量也越多,但每100U植酸酶釋放磷的量則下降。S.CabaHUG等(1999)在對7日齡的小肉公雞進行19天的試驗中,也發現了以上類似的效果,同時還發現非植酸磷和植酸酶有顯著的交互作用,而且在植酸含量最高組(15.7g/kg)與植酸酶的交互作用最強,非植酸磷水平越低,它與植酸酶的交互作用越強。添加400U/kg與800U/kg的差異不明顯。Kermegay等(1996)發現在低磷玉米-豆粕型日糧中添加植酸酶934U/kg即相當于添加無機磷1g/kg,植酸酶多時效果差。Sebastion(1996)、程茂基等(1999)也報道了相似的結果。
Qian(1996)報道植酸酶有利于骨細胞和軟骨的有序排列,增加了骨骼灰分含量,骨骼強度等。Lynch(1996)報道,蛋雞飼料的高Ca、高P水平為植酸酶的利用創造了良好的條件。Lethner F(1996)進行蛋雞試驗表明,添加植酸酶不影響產蛋性能和蛋品質,破蛋率從7.6%下降到3.81%。Carlos等(1998)的蛋雞試驗,植酸酶和1-25(OH)2D3可防止產蛋率的迅速下降,提高植酸磷的利用率。
三、對有關礦物元素利用率的影響
1.對Ca、P利用率的影響
植酸在植物飼料中往往與礦物質結合,形成鈣、鎂、鉀鹽的復塊,稱菲丁。植酸酶對植酸的降解有利于鈣的利用。Sebastain等(1996)研究表明:低磷日糧添加植酸酶使雄性肉仔雞鈣、磷存留分別提高了12.2%和12.4%,但雌性肉仔雞的鈣、磷存留不受影響,該結果與Schoner等(1993)對肉仔雞及Qian等(1996)對火雞的研究一致。Lynch(1996)報道,將植酸酶以300U/kg加入蛋雞飼料中時,飼料中磷水平應降低0.1%,同時鈣水平應降低0.3%-0.4%,Huff Moore等(1998)報道,在雄性肉雞中加500U/kg的植酸酶或采用高可利用磷玉米配制日糧,均可使磷總量至少減少11%而不影響肉雞的生產性能,當日糧采用兩者的結合時磷總量可減少25%以上。
2.對Cu、Zn利用率的影響
有關植酸酶對銅、鋅利用率的影響報道不一,Aoyagi 和Baker(1995)研究認為植酸酶不會提高銅的存留。Seiji Aoyagi(1995)用雛雞進行試驗,發現添加植酸酶使豆粕中銅生物化學效價從43%降低到21%,對棉籽粕中銅的影響不大,認為可能是由于鋅利用率提高抑制了銅的吸收。Sebastian(1996)研究發現植酸酶使采食低磷日糧的雄性肉仔雞銅存留提高了19.3%,而對雛仔雞影響不大,但仍遠低于采食正常磷日糧肉仔雞的銅存留。Z.Yi(1996)對肉用仔雞的試驗表明,鋅沉積率隨植酸酶的添加呈線性增加,植酸酶添加量為150至600U/kg時大約能釋放出0.9mg的鋅。Thel等(1996)進一步試驗表明,100U/kg植酸酶與添加15mg/kg鋅效果相同,并且植酸酶效果隨鋅水平升高而下降。也有少數研究發現植酸酶沒有提高鋅的存留(Roberson和Edwards,1994)。
3.植酸酶對蛋白質和氨基酸的影響 Sazzad等(1995)添加植酸酶500U/kg到肉仔雞飼料中,當蛋白質水平由20%提高到23%時,日增重和飼料轉化率都顯著上升,排泄物中粗蛋白含量明顯下降。Yi等(1996)、Komegay和Denbow(1996)也發現植酸酶對肉仔雞體內蛋白質沉積有促進作用。Sebastian等(1996)發現植酸酶顯著提高了肉仔雞的氮貯存,1997年又發現添加600U/kg植酸酶,不影響雄性肉仔雞粗蛋白、大多數必需氨基酸和所有非必需氨基酸的空腸消化率,但對雌性仔雞卻有顯著的提高。劉占田,劉志敏(1999),也發現植酸酶能提高飼料原料的氨基酸消化率。
4.影響植酸酶利用效果的因素及前景展望影響植酸酶利用效果的因素很多。
一、植酸酶添加量。一般認為日糧中添加植酸酶500~1000U/kg是有效的(Simons等,1990)。德國BASF公司推薦量:產蛋雞日糧中添加300U/kg日糧,其它雞日糧中添加600U/kg。Khan等(1995)的研究表明,植酸酶添加量(X)與磷表觀消化率(Y)之間為二次曲線關系,即Y=0.5832+0.000162-0.84E-7X2。
二、日糧組成。不同原料,不同的日糧配比,對植酸酶需要不同。
三、日糧鈣水平,高鈣抑制植酸酶的效果。
四、日糧VD3水平。日糧中添加VD3可提高植酸酶的效果。
五、雞的品種、年齡、性別以及飼養環境等。植酸酶的應用在歐洲較為廣泛,我國還沒有商品化的植酸酶生產。利用基因工程手段有望解決目前植酸酶生產成本過高,其性質不能滿足動物營養及飼料加工的要求等問題,從而促進植酸酶的產業化生產和它在養殖業中的廣泛應用。