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現(xiàn)代生物技術(shù)在動物營養(yǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
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http://www.china-zesir.com 發(fā)稿日期:2006-11-6
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生物技術(shù)(又稱為生物工程技術(shù))是指用活的生物體或生物體的物質(zhì)來改進(jìn)產(chǎn)品，改良植物和動物，或為特殊用途而培養(yǎng)微生物的技術(shù)。傳統(tǒng)的生物技術(shù)是指舊有的制造醬、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的傳統(tǒng)工藝；現(xiàn)代生物技術(shù)則是在傳統(tǒng)生物技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志，以現(xiàn)代生物學(xué)研究成果為基礎(chǔ)，以基因或基因組為核心，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)以基因產(chǎn)業(yè)為核心，并輻射到各個生物科技領(lǐng)域。利用生物特定功能通過現(xiàn)代生物技術(shù)的設(shè)計方法和手段，改變動物體內(nèi)生理生化反應(yīng)和物質(zhì)代謝過程，運(yùn)用飼料加工處理新技術(shù)和研制新型飼料添加劑產(chǎn)品等，為人類生產(chǎn)出所需的各種物質(zhì)，包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產(chǎn)品�，F(xiàn)代生物技術(shù)運(yùn)用于畜牧業(yè)可以用來節(jié)省飼料，提高飼料利用率，提高環(huán)境質(zhì)量，預(yù)防動物各種疾病，以達(dá)到動物生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效，同時還可生產(chǎn)出一大批新型的營養(yǎng)品、保健品和添加劑。
2008-2009年中國綠色食品行業(yè)研究咨詢報告 綠色食品是經(jīng)專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證、許可使用綠色食品標(biāo)志的無污染的安全、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)類食品。西方國家有機(jī)2009-2010年中國木糖醇行業(yè)市場調(diào)研咨詢報告 【出版日期】 2008年12月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 1502008-2009年中國保健酒行業(yè)研究咨詢報告 2008年，保健酒市場承接了2007年的穩(wěn)步發(fā)展態(tài)勢，勁酒、海南椰島、致中和等大企業(yè)的主要經(jīng)2008-2010年中國噴霧干燥產(chǎn)品行業(yè)應(yīng)對金融危機(jī)影 2008年，美國華爾街危機(jī)不僅迅速波及全球金融市場，而且已由虛擬經(jīng)濟(jì)向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)蔓延。金融危機(jī)
一、發(fā)酵工程技術(shù)
發(fā)酵工程是將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)的基本原理有機(jī)地結(jié)合起來，是一門利用微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。該技術(shù)可用于生產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)，用于生物固氮、微生物飼料的生產(chǎn)，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(zhì)以及處理有機(jī)廢水、廢渣等等。利用發(fā)酵法或半合成法生產(chǎn)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(xué)合成法生產(chǎn)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(fā)酵生產(chǎn)及用遺傳工程技術(shù)將合成特定氨基酸的基因克隆進(jìn)入微生物細(xì)胞質(zhì)粒中，從而借助某些微生物增殖生產(chǎn)等生物技術(shù)已在用新菌種生產(chǎn)氨基酸過程中被應(yīng)用，這些方法具有產(chǎn)量較高、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。Komatsubar等人在生產(chǎn)蘇氨酸的一些菌種以及在L-賴氨酸、L-蘇氨酸的生產(chǎn)中已成功地使用了基因傳導(dǎo)技術(shù)。隨著理想氨基酸模型的深入研究，將具有生產(chǎn)不同氨基酸的菌種或其基因按理想營養(yǎng)模式進(jìn)行組裝，以期在體外或體內(nèi)生產(chǎn)出滿足動物需求的新一代理想天然產(chǎn)品----理想氨基酸復(fù)合制劑的研制開發(fā)，將會成為今后研制生產(chǎn)氨基酸的發(fā)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(zhì)的利用效率，減少氮排出造成的環(huán)境污染，維生素可以提高動物機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)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(jìn)動物免疫應(yīng)答能力，提高抗病毒、抗腫瘤和抗應(yīng)激能力，提高畜產(chǎn)品品質(zhì)。
二、植物工程技術(shù)
利用植物工程技術(shù)創(chuàng)造了一批不育系并在生產(chǎn)上運(yùn)用，其中典型的例子是在油菜和煙草上的應(yīng)用。利用生物技術(shù)可以進(jìn)行植物收獲后的轉(zhuǎn)運(yùn)和降低貯藏過程中植物的酶活性，減少養(yǎng)分損失；利用組織培養(yǎng)、單倍體育種、細(xì)胞質(zhì)融合和基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)來提高飼料原料如禾谷類植物、植物油副產(chǎn)品和牧草的育種方法，改變植物種子含油量或蛋白質(zhì)、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(chǎn)品的木質(zhì)素含量等。
1．提高飼料作物的蛋白質(zhì)數(shù)量與質(zhì)量。作物種子中含有豐富的蛋白質(zhì)，如豆類蛋白質(zhì)含量高達(dá)20％以上，禾本科作物種子蛋白質(zhì)含量在10％左右，但農(nóng)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(yán)重降低了蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。目前，許多國家相繼研究和培育出了一些優(yōu)秀的高賴氨酸玉米品系，中國培育出的有“中單206”、“新玉號”、“農(nóng)大107”等品系。高賴氨酸玉米又稱優(yōu)質(zhì)蛋白玉米，賴氨酸含量一般在0．4％以上，蛋白質(zhì)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(xué)家利用基因工程培育一種富含蛋白質(zhì)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(zhuǎn)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(jìn)羊毛生長，增加羊毛產(chǎn)量5％。苜蓿作為理想的蛋白質(zhì)飼料作物之一，21世紀(jì)將有很大的需求量。
2.培育低毒飼料作物。中國傳統(tǒng)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(nèi)經(jīng)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(zhì)，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(tǒng)的菜油營養(yǎng)價值大大降低。
中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并采用“波里馬油菜細(xì)胞質(zhì)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(jìn)水平，如“湘油11”、“浙優(yōu)油2號”、“河南3-227”、“貴優(yōu)油21”、“華中3號”等。如華中3號較傳統(tǒng)品種芥酸降低90％以上，硫葡萄糖甙降低80％，產(chǎn)量提高10％左右。國內(nèi)已有多家成功地利用微生物單菌或多菌發(fā)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(shù)
1．單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)。SCP是指利用各種基質(zhì)大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)菌、酵母菌、霉菌、微藻、光合細(xì)菌等而獲得的微生物蛋白，是現(xiàn)代飼料工業(yè)和食品工業(yè)中重要的蛋白來源。SCP營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)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(diǎn)是原料來源廣，微生物繁殖快，成本低，效益高。細(xì)胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多鏈烷烴生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白(SCP)；利用廢物中的許多物質(zhì)轉(zhuǎn)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(chǎn)SCP。生產(chǎn)SCP的微生物有酵母、非病原性細(xì)菌、放線菌和真菌及藻類等，其中飼用酵母和藻類蛋白發(fā)展最快。生產(chǎn)SCP的主要原料有造紙工業(yè)的紙漿廢液、制糖業(yè)的糖蜜及廢棄物、釀酒業(yè)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(nóng)村廢棄物中的纖維素生產(chǎn)SCP。SCP飼料其菌體蛋白含量可達(dá)40％--80％，若加入限制性氨基酸蛋氨酸后可達(dá)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(chǎn)奶量增加6--7kg：用含10％SCP的飼料喂蛋雞，產(chǎn)蛋量提高21％--35％，1t單細(xì)蛋白可節(jié)約飼糧5--7t。上海酵母廠通過特異生物技術(shù)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(chǎn)、已大面積培養(yǎng)推廣，蛋白質(zhì)含量達(dá)62％--70％，富含胡蘿卜素、藻藍(lán)蛋白、藻酸鈉及類胰島素等活性物質(zhì)。
2．新型飼料添加劑的生產(chǎn)。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(yīng)，寡糖等產(chǎn)品稱為促生素(prebiotics)，它是為消化已有的有益細(xì)菌直接提供可發(fā)酵底物，促進(jìn)有益微生物的大量增殖、調(diào)節(jié)消化道微生態(tài)平衡。這類產(chǎn)品分兩類：一類是以促進(jìn)有益細(xì)菌生長的低聚果糖，另一類是促進(jìn)免疫反應(yīng)的低聚甘露糖。卵黃抗體通過免疫反應(yīng)阻止病原性大腸桿菌在小腸黏膜上黏著，從而預(yù)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(zhì)，通常與少量載體混合而制成粉劑。從微生物細(xì)胞制備酶的流程一般包括破碎細(xì)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(jīng)幾種方法乃至多次反復(fù)處理。應(yīng)用生物技術(shù)生產(chǎn)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(shù)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(jìn)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(jī)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(zhì)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?fàn)I養(yǎng)因子萄聚糖和戊聚糖，提高養(yǎng)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(nèi)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(zhì)素。木質(zhì)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(xué)從秸稈堆中分離出一種白腐真菌，只降解木質(zhì)素、不降低纖維素，用白腐真菌發(fā)酵切碎的麥秸，5--6周后，不僅提高了蛋白質(zhì)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(zhì)，然后菌絲進(jìn)入秸稈內(nèi)部并產(chǎn)生纖維素酶、半纖維素酶、內(nèi)切聚糖酶、外切糖酶進(jìn)行降解木質(zhì)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。 - ■ 與【現(xiàn)代生物技術(shù)在動物營養(yǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀】相關(guān)新聞
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