現代生物技術在動物營養中的應用現狀
生物技術(又稱為生物工程技術)是指用活的生物體或生物體的物質來改進產品，改良植物和動物，或為特殊用途而培養微生物的技術。傳統的生物技術是指舊有的制造醬、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的傳統工藝；現代生物技術則是在傳統生物技術基礎上發展起來的，以DNA重組技術的建立為標志，以現代生物學研究成果為基礎，以基因或基因組為核心，生物技術產業以基因產業為核心，并輻射到各個生物科技領域。利用生物特定功能通過現代生物技術的設計方法和手段，改變動物體內生理生化反應和物質代謝過程，運用飼料加工處理新技術和研制新型飼料添加劑產品等，為人類生產出所需的各種物質，包括糧食、醫藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產品。現代生物技術運用于畜牧業可以用來節省飼料，提高飼料利用率，提高環境質量，預防動物各種疾病，以達到動物生產的優質、高產和高效，同時還可生產出一大批新型的營養品、保健品和添加劑。
一、發酵工程技術
發酵工程是將微生物學、生物化學和化學工程學的基本原理有機地結合起來，是一門利用微生物的生長和代謝活動來生產各種有用物質的工程技術。該技術可用于生產抗生素、維生素等常用藥物和人胰島素、乙肝疫苗、干擾素、透明質酸等新藥，用于微生物蛋白、氨基酸和一些食品添加劑(如檸檬酸、乳酸、天然色素等)的生產，用于生物固氮、微生物飼料的生產，可用微生物來凈化有毒的高分子化合物，消除有毒氣體和惡臭物質以及處理有機廢水、廢渣等等。利用發酵法或半合成法生產的維生素有維生素C、B2、B12、D以及β-胡蘿卜素等。
過去用化學合成法生產需要較大量的賴氨酸、蛋氨酸，成本較高，制約了其使用量和使用面。目前，微生物發酵生產及用遺傳工程技術將合成特定氨基酸的基因克隆進入微生物細胞質粒中，從而借助某些微生物增殖生產等生物技術已在用新菌種生產氨基酸過程中被應用，這些方法具有產量較高、生產周期短、成本低等優點。Komatsubar等人在生產蘇氨酸的一些菌種以及在L-賴氨酸、L-蘇氨酸的生產中已成功地使用了基因傳導技術。隨著理想氨基酸模型的深入研究，將具有生產不同氨基酸的菌種或其基因按理想營養模式進行組裝，以期在體外或體內生產出滿足動物需求的新一代理想天然產品----理想氨基酸復合制劑的研制開發，將會成為今后研制生產氨基酸的發展趨勢。日糧中添加氨基酸可以平衡氨基酸的比例，提高飼料蛋白質的利用效率，減少氮排出造成的環境污染，維生素可以提高動物機體營養物質的吸收代謝，維持動物生命和正常生長，在動物飼料中添加高劑量的某些維生素，可以增進動物免疫應答能力，提高抗病毒、抗腫瘤和抗應激能力，提高畜產品品質。
二、植物工程技術
利用植物工程技術創造了一批不育系并在生產上運用，其中典型的例子是在油菜和煙草上的應用。利用生物技術可以進行植物收獲后的轉運和降低貯藏過程中植物的酶活性，減少養分損失；利用組織培養、單倍體育種、細胞質融合和基因工程等現代生物技術來提高飼料原料如禾谷類植物、植物油副產品和牧草的育種方法，改變植物種子含油量或蛋白質、淀粉含量及組分，增加飼料作物中果聚糖和可溶性糖的濃度，降低副產品的木質素含量等。
1．提高飼料作物的蛋白質數量與質量。作物種子中含有豐富的蛋白質，如豆類蛋白質含量高達20％以上，禾本科作物種子蛋白質含量在10％左右，但農作物種子蛋白中必需氨基酸的組成不平衡(如豆科種子缺乏含硫氨基酸，谷物種子中普遍缺乏賴氨酸，有的還缺乏色氨酸)，嚴重降低了蛋白質的營養價值。目前，許多國家相繼研究和培育出了一些優秀的高賴氨酸玉米品系，中國培育出的有“中單206”、“新玉號”、“農大107”等品系。高賴氨酸玉米又稱優質蛋白玉米，賴氨酸含量一般在0．4％以上，蛋白質10％--12％，粗脂肪5％。大量研究表明，其飼料價值是普通玉米的1．5--1．6倍，澳大利亞科學家利用基因工程培育一種富含蛋白質的苜蓿新品種。他們將豌豆種子中的一個編碼含硫氨基酸密碼的因子轉移到苜蓿葉子中。豌豆中的白蛋白與其他植物中白蛋白不同，它在瘤胃中不分解，幾乎全部被羊所吸收。用這種苜蓿新品種飼喂綿羊可促進羊毛生長，增加羊毛產量5％。苜蓿作為理想的蛋白質飼料作物之一，21世紀將有很大的需求量。
2.培育低毒飼料作物。中國傳統的油菜含有硫代葡萄糖苷(以下簡稱硫苷，在餅粕中約含7％--9％)和芥酸(約占總脂肪酸的50％以上)，硫苷本身沒有毒，但它在動物體內經芥子酶催化生成纖維素唑烷硫酮、異硫氰酸酯、硫氰酸鹽等有害物質，可引起動物代謝紊亂，以致中毒死亡。芥酸含量高，油酸、亞油酸等脂肪酸含量就低，使傳統的菜油營養價值大大降低。
中國科學家首次發現并采用“波里馬油菜細胞質雄性不育系”培育出雙低油菜(低芥酸、低硫苷)，其水平處于世界先進水平，如“湘油11”、“浙優油2號”、“河南3-227”、“貴優油21”、“華中3號”等。如華中3號較傳統品種芥酸降低90％以上，硫葡萄糖甙降低80％，產量提高10％左右。國內已有多家成功地利用微生物單菌或多菌發酵工藝，使棉餅中游離棉酚含量降至0．04％以下，菜餅中異硫氰酸酯，惡唑烷酮含量降至0．045％以下。國外育成的著名油菜新品種有“Linn”和“Tower”等。
三、動物工程技術
1．單細胞蛋白的生產。SCP是指利用各種基質大規模培養細菌、酵母菌、霉菌、微藻、光合細菌等而獲得的微生物蛋白，是現代飼料工業和食品工業中重要的蛋白來源。SCP營養豐富，蛋白質含量40％--80％不等，所含氨基酸組分齊全平衡，且有多種維生素，消化利用率高(一般高于80％)，其最大特點是原料來源廣，微生物繁殖快，成本低，效益高。細胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多鏈烷烴生產單細胞蛋白(SCP)；利用廢物中的許多物質轉化為SCP，如稻秸、蔗渣、檸蒙酸廢料、果核、糖漿、動物糞便和污物等；利用藻類(如小球藻、柵藻)生產SCP。生產SCP的微生物有酵母、非病原性細菌、放線菌和真菌及藻類等，其中飼用酵母和藻類蛋白發展最快。生產SCP的主要原料有造紙工業的紙漿廢液、制糖業的糖蜜及廢棄物、釀酒業的糟類及廢棄物等，利用各種植物秸稈、殼類、糖渣類、木屑等農村廢棄物中的纖維素生產SCP。SCP飼料其菌體蛋白含量可達40％--80％，若加入限制性氨基酸蛋氨酸后可達90％以上，且各種氨基酸、維生素含量豐富。每千克SCP可使母牛產奶量增加6--7kg：用含10％SCP的飼料喂蛋雞，產蛋量提高21％--35％，1t單細蛋白可節約飼糧5--7t。上海酵母廠通過特異生物技術培育成能富積微量元素的微生物。如硒酵母、鋅酵母等：螺旋藻作為藻蛋白生產、已大面積培養推廣，蛋白質含量達62％--70％，富含胡蘿卜素、藻藍蛋白、藻酸鈉及類胰島素等活性物質。
2．新型飼料添加劑的生產
目前用作飼料添加劑的低聚糖主要有異麥芽低聚糖、半乳聚糖、甘露蜜寡糖、低聚葡萄糖、半乳蔗糖、大豆低聚糖、低聚果糖。與益生素相對應，寡糖等產品稱為促生素(prebiotics)，它是為消化已有的有益細菌直接提供可發酵底物，促進有益微生物的大量增殖、調節消化道微生態平衡。這類產品分兩類：一類是以促進有益細菌生長的低聚果糖，另一類是促進免疫反應的低聚甘露糖。卵黃抗體通過免疫反應阻止病原性大腸桿菌在小腸黏膜上黏著，從而預防和治療仔豬的下痢。
3.酶制劑。
酶制劑是從動、植物和微生物中提取制備的具有酶特性的高效生物活性物質，通常與少量載體混合而制成粉劑。從微生物細胞制備酶的流程一般包括破碎細胞、溶劑抽提、離心、過濾、濃縮、干燥幾個步驟，某些純度要求很高的酶則需經幾種方法乃至多次反復處理。應用生物技術生產的酶有：蛋白酶、纖維素酶、脂肪酶、乳糖酶、植酸酶、非淀粉多糖酶、果膠酶等。大多數酶來自真菌類，但最近的基因編碼已將不同的酶如β-葡聚糖酶、木聚糖酶和植酸酶進行克隆。
植酸酶是一種水解植酸的磷酸酶類、它能將植物磷降解為肌醇和無機磷酸，飼料中添加植酸酶，可使飼料中磷的利用率提高60％，糞便中磷的排出量減少40％，有利于單胃動物對礦物質和氨基酸的吸收利用。β-萄聚糖酶、戊聚糖酶添加到以大麥、小麥、黑麥、燕麥等為主的飼糧中，能分解飼糧中的抗營養因子萄聚糖和戊聚糖，提高養分消化利用，改善了非濾粉多糖的消化率，降低了肉仔雞和仔豬腸道內的黏性。研究表明，木聚糖酶、蛋白酶和淀粉酶的混合物可改善低黏性谷物如玉米、高粱的消化。
4．降解秸稈木質素。
木質素與纖維素之間形成堅固的酯鍵，阻礙了瘤胃微生物對纖維素的降解。英國ASTON大學從秸稈堆中分離出一種白腐真菌，只降解木質素、不降低纖維素，用白腐真菌發酵切碎的麥秸，5--6周后，不僅提高了蛋白質含量，可使秸稈的體外消化率從19．63％提高到41．13％。在適宜條件下，白腐真菌的菌絲首先用其分泌的超纖維氧化酶溶解表面的蠟質，然后菌絲進入秸稈內部并產生纖維素酶、半纖維素酶、內切聚糖酶、外切糖酶進行降解木質素和纖維素，使其成為含有酶的糖類，從而使秸稈飼料變得香甜可口，易于消化吸收。
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狗仔卡
發表于 2007-8-3 07:25:57
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