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植酸酶在家禽生产中的应用

       磷是动物生长必需的营养素之一。它广泛存在于植物性常规饲料中,约占植物中总磷的60%-80%,加上家禽体内缺乏植酸酶无法水解饲料中的植酸磷,因而对饲料中的磷的吸收利用率很低(Ravindran et.al 1995;Kornegay,1996a)。为满足鸡对磷的营养需要,生产上常常在饲料中添加无机磷酸盐,尤以添加磷酸氢钙(DCP)居多,因此产生了四个方面的问题:一是以磷矿石为原料生产DCP过程中需严格的脱氟工艺,许多市售DCP产品含氟量超标,长期使用易造成鸡群氟中毒;二是大量无机磷的使用,不仅使我国有限的无机磷资源更加匮乏,而且由于畜禽无机磷排泄量的增加而加剧对环境的污染;三是市售DCP质量良莠不齐,且价格居高不下,目前1g无机磷价格已超过了1g优质蛋白质的价格,加大了饲养成本;四是无机磷不仅是一种营养素,而且还是一种抗营养因子,因为它会和日粮中的钙和脂肪形成不溶性的皂素,这些皂素会降低某些养分的消化率。植酸酶可以促进饲料中植酸磷的水解,释放出磷离子被有效利用(Perney等,1991;Suick等,1992;cantor等,1992)。所以植酸酶的研究越来越精细。 
    
       一、 近年来植酸酶的研究
    
       植酸酶是一种能水解植酸的磷酸酶类。它能将植酸降解为肌醇和无机磷酸,使Ca、P、Zn、Cu等矿物元素释放出来,植酸结合蛋白、结合淀粉等得到缓解,进而提高了这些营养素的利用率(Sebastian等,1996)。此酶分为3-植酸酶(EC.3.1.3.8)和6-植酸酶(EC.3.1.2.6),谷物籽实来源的植酸酶均属6-植酸酶,它从植酸的6位开始降解植酸。此酶在种子干燥状态下没有活性,只有在种子吸水开始发芽时才被激活,并水解以植酸形式存在于种子中的磷化合物,释放出无机磷供作物生长,而且含量极低。此酶的最适pH范围5.0-7.5,所以在单胃畜禽的胃中会丧失活性。而微生物来源的植酸酶最适pH为酸性,酶含量较高,成为现在研究的重点。来源于A.ficuum NRRL3135(A.niger Var.awamori)的植酸酶PHYA属3-植酸酶,它的最适pH为2.5和5.5,最适温度为55℃,在37℃,pH2.5的条件下,以植酸钠为底物的Km值为50mmol。来源于A.niger963的植酸酶PHYA的最适pH为1.8和5.7,来源于E.coli的植酸酶的最适pH为3.5。到目前为止,共有十余个植酸酶编码基因得到了分离克隆,植酸酶的基因工程得到了很大进展,这为降低植酸酶的生产成本,批量生产以及改善此酶的热稳定性和在动物体内的有效性提供了可能,现已有转基因生产的高植酸酶大豆用于饲喂家禽的试验。Denbow(1998)用416只肉公鸡试验比较了商品植酸酶与转基因大豆对磷有效率的影响。试验日粮(含0.2%非植酸磷)添加两种来源的植酸酶的水平分别为400、800、1200U/Kg,基础日粮含非植酸磷0.08、0.16、0.24PPM作为对照。结果表明,不添加植酸酶的对照组随着非植酸磷水平升高,鸡的增重、饲料效率、采食量、灰分、胫骨折断力及能量均呈线性上升,而磷的消化率下降,排泄量增加;添加植酸酶组(无论是商品植酸酶还是转基因大豆)使磷的消化率提高,排泄量下降,其他指标与对照组无差异。这说明,无论是商品植酸酶还是转基因大豆中的植酸酶都能提高肉鸡的生产性能,而转基因植物消除了添加过程中的麻烦。
    
       二、 植酸酶对鸡生产性能的影响
    
       植酸酶对提高鸡生产性能方面的报道很多,尤其在肉仔鸡方面,报道的结果也大体一致。一般来说,日粮有效水平越低,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)在育雏鸡饲料中添加0.1%植酸酶,结果平均日增重和饲料效率分别提高1%和4.3%,干物质、氮和磷利用率分别提高10%、13%、16%。Kwon等报道了类似的结果,肉鸡饲料中添加0.05%植酸酶,氮和磷利用率分别提高1.36%、2.73%。Kwon等(1995)向蛋鸡饲料中添加0.05%的植酸酶,产蛋率和饲料效率分别提高5.7%和5.6%,但氮和磷的利用率分别降低2.56%和2.44%。楼洪兴等(1995)在红宝肉鸡饲粮中添加200U/kg植酸酶,使日增重提高了9.8%,饲料增重比降低了5.2%。Denbow等(1995)以1日龄雄性肉仔鸡做了一个为期21天的试验,研究添加植酸酶同补加无机磷的定量等价效果。基础日粮含0.18%植酸磷,用脱氟磷酸盐添加无机磷0.20%、0.27%和0.34%,添加植酸酶0~1200U/kg,其梯度为200U/kg,Ca:P之比保持在2:1,结果表明添加后采食量和体增重上升,无机磷水平越低效果越明显,但饲料转化率不变。添加无机磷0.20%、0.27%时死亡率在30%~40%,添加植酸酶200~400U/kg后则趋于正常,改善效果与植酸酶的添加水平、无机磷占总磷的比重有关。在低水平无机磷日粮中添加植酸酶相当于无机磷添加量的回归方程为Y=1.120-1.102e-0.0027x(Y:磷释放量,X:植酸酶添加量)。821U的植酸酶可释放出1g磷,酶添加越多则磷释放量也越多,但每100U植酸酶释放磷的量则下降。S.CabaHUG等(1999)在对7日龄的小肉公鸡进行19天的试验中,也发现了以上类似的效果,同时还发现非植酸磷和植酸酶有显著的交互作用,而且在植酸含量最高组(15.7g/kg)与植酸酶的交互作用最强,非植酸磷水平越低,它与植酸酶的交互作用越强。添加400U/kg与800U/kg的差异不明显。Kermegay等(1996)发现在低磷玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶934U/kg即相当于添加无机磷1g/kg,植酸酶多时效果差。Sebastion(1996)、程茂基等(1999)也报道了相似的结果。
     Qian(1996)报道植酸酶有利于骨细胞和软骨的有序排列,增加了骨骼灰分含量,骨骼强度等。Lynch(1996)报道,蛋鸡饲料的高Ca、高P水平为植酸酶的利用创造了良好的条件。Lethner F(1996)进行蛋鸡试验表明,添加植酸酶不影响产蛋性能和蛋品质,破蛋率从7.6%下降到3.81%。Carlos等(1998)的蛋鸡试验,植酸酶和1-25(OH)2D3可防止产蛋率的迅速下降,提高植酸磷的利用率。
    
       三、对有关矿物元素利用率的影响
    
       1.对Ca、P利用率的影响
       植酸在植物饲料中往往与矿物质结合,形成钙、镁、钾盐的复块,称菲丁。植酸酶对植酸的降解有利于钙的利用。Sebastain等(1996)研究表明:低磷日粮添加植酸酶使雄性肉仔鸡钙、磷存留分别提高了12.2%和12.4%,但雌性肉仔鸡的钙、磷存留不受影响,该结果与Schoner等(1993)对肉仔鸡及Qian等(1996)对火鸡的研究一致。Lynch(1996)报道,将植酸酶以300U/kg加入蛋鸡饲料中时,饲料中磷水平应降低0.1%,同时钙水平应降低0.3%-0.4%,Huff Moore等(1998)报道,在雄性肉鸡中加500U/kg的植酸酶或采用高可利用磷玉米配制日粮,均可使磷总量至少减少11%而不影响肉鸡的生产性能,当日粮采用两者的结合时磷总量可减少25%以上。

       2.对Cu、Zn利用率的影响
       有关植酸酶对铜、锌利用率的影响报道不一,Aoyagi 和Baker(1995)研究认为植酸酶不会提高铜的存留。Seiji Aoyagi(1995)用雏鸡进行试验,发现添加植酸酶使豆粕中铜生物化学效价从43%降低到21%,对棉籽粕中铜的影响不大,认为可能是由于锌利用率提高抑制了铜的吸收。Sebastian(1996)研究发现植酸酶使采食低磷日粮的雄性肉仔鸡铜存留提高了19.3%,而对雏仔鸡影响不大,但仍远低于采食正常磷日粮肉仔鸡的铜存留。Z.Yi(1996)对肉用仔鸡的试验表明,锌沉积率随植酸酶的添加呈线性增加,植酸酶添加量为150至600U/kg时大约能释放出0.9mg的锌。Thel等(1996)进一步试验表明,100U/kg植酸酶与添加15mg/kg锌效果相同,并且植酸酶效果随锌水平升高而下降。也有少数研究发现植酸酶没有提高锌的存留(Roberson和Edwards,1994)。

       3.植酸酶对蛋白质和氨基酸的影响 Sazzad等(1995)添加植酸酶500U/kg到肉仔鸡饲料中,当蛋白质水平由20%提高到23%时,日增重和饲料转化率都显著上升,排泄物中粗蛋白含量明显下降。Yi等(1996)、Komegay和Denbow(1996)也发现植酸酶对肉仔鸡体内蛋白质沉积有促进作用。Sebastian等(1996)发现植酸酶显著提高了肉仔鸡的氮贮存,1997年又发现添加600U/kg植酸酶,不影响雄性肉仔鸡粗蛋白、大多数必需氨基酸和所有非必需氨基酸的空肠消化率,但对雌性仔鸡却有显著的提高。刘占田,刘志敏(1999),也发现植酸酶能提高饲料原料的氨基酸消化率。

       4.影响植酸酶利用效果的因素及前景展望影响植酸酶利用效果的因素很多。

       一、植酸酶添加量。一般认为日粮中添加植酸酶500~1000U/kg是有效的(Simons等,1990)。德国BASF公司推荐量:产蛋鸡日粮中添加300U/kg日粮,其它鸡日粮中添加600U/kg。Khan等(1995)的研究表明,植酸酶添加量(X)与磷表观消化率(Y)之间为二次曲线关系,即Y=0.5832+0.000162-0.84E-7X2。
       二、日粮组成。不同原料,不同的日粮配比,对植酸酶需要不同。

       三、日粮钙水平,高钙抑制植酸酶的效果。

       四、日粮VD3水平。日粮中添加VD3可提高植酸酶的效果。

       五、鸡的品种、年龄、性别以及饲养环境等。植酸酶的应用在欧洲较为广泛,我国还没有商品化的植酸酶生产。利用基因工程手段有望解决目前植酸酶生产成本过高,其性质不能满足动物营养及饲料加工的要求等问题,从而促进植酸酶的产业化生产和它在养殖业中的广泛应用。

 



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