耐高温植酸酶研究进展2010
浅谈6——植酸酶与3—植酸酶的区别
浅谈6——植酸酶与3—植酸酶的区别 植酸酶是水解植酸极其盐类的酶，属于磷酸单脂水解酶。自然界有6位和3位二种植酸酶。6—植酸酶与主要存在于植物籽实的胚中，在干燥后籽实冬眠状态下没有活性，只有在种子萌发室被激活，并水解种子中的植酸。水解反应首先是从肌醇的6碳位上催化无机磷盐，最终脂解整个植酸稳定性很差，在干燥、高温、PH值较低的情况下无活性，且易于因过多的植酸盐底物和产物而受到强烈的抑制，难以在动物胃内PH较低的情况下起作用。3—植酸酶由霉菌、酵母和细菌产生，首先从肌醇的3碳位上催化释放无机磷。目前研究较多的是无花果曲霉菌(Aspergillus fieuum)和黑曲酶（A.niger）产生的植酸酶。3—植酸酶由于性质稳定，耐酸、耐高温，已被饲料工业广泛采用。 目前中国植酸酶市场的主导产品是3—植酸酶如酶他富5000G，但也有与植物性植酸酶同源的6—植酸酶产品开始销售。6—植酸酶和—3植酸酶是二类完全不同的植酸酶产品。它们的作用机理、作用条件、利用效果和在畜禽饲料中的添加量都有很大区别。本文主要从pH作用高峰、耐热性、稳定性、生物水解效率和实际应用效果等方面对不同植树酸酶进行比较，以便饲料厂准确计算添加量和添加成本。 1. pH作用高峰 畜禽消化道正常的pH是5.5-6°在猪胃中，由于盐酸的作用使pH降至2-3°在家禽，植酸酶主要在嗉囔起作用，它的pH是4.5-5°上图是二种植酸酶在不同pH环境下活性变化的曲线。3-植酸酶他富有2.5和5.5二个pH作用高峰，而6-植酸酶仅有pH5.5一个作用高峰。在pH低于3的
酸性环境和高pH-6（相当于猪、鸡小肠）的环境中，3-植酸酶酶他富的活性明显高于6-植酸酶产品。这说明二种植酸酶在相同pH环境下作用效果不完全相同。史凯来等（2000）报道，在鸡嗉囔的pH条件下，3位的T植酸酶和6位的N植酸酶的酶活相标准酶都是100%。而在动物真胃的pH条件下，T植酸酶和N植酸酶的相对酶活分别是77.82%和49.61%63.7%。 2. 稳定性 由于采取了特殊的后镶嵌成型保护工艺，3-植酸酶酶他富500G具有很好的稳定性。在高温、高温的严酷条年下和在预混料中的稳定性都显著高于6-植酸酶产品。二种产品在温度35℃，相对温度70%，打开包装储存4周后，3-植酸酶酶他富存留51%，6-植酸酶存留仅37%。在预混料密封包装，高温35℃条件下存放4周，3-植酸酶酶他富活性存留77%，而6-植酸酶产品只有62%。
植酸酶在饲料中的应用及其研究进展(精)
植酸酶在饲料中的应用及其研究进展 植酸酶是一种新型的、可作为动物饲料添加剂的重要酶制剂。它对提高饲料中磷利用率，提高动物的生产性能，以及减轻高磷粪便对环境水域的磷污染有重要意义。本文综述了植酸酶在饲料中的应用现状及工业化生产方法，讨论了其进一步的研究发展方向。 植酸酶是一种水解酶，它能将植酸磷（六磷酸肌醇）降解为肌醇和无机磷酸。此酶分两类：3-植酸酶和6-植酸酶。植酸酶广泛存在于植物和微生物中。磷在植物中的主要存在形式为植酸磷，由于植酸磷不能被单胃动物直接利用，从而造成磷源浪费和形成高磷粪便污染环境。另外，植酸磷还是一种抗营养因子，它在动物胃肠道的消化吸收过程中会与多种金属离子如Zn2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+等以及蛋白质螯合成不溶性复合物，降低了动物对这些营养物质的利用。因此，开展饲用植酸酶的研究，对提高畜禽业生产效益及降低磷对环境的污染有重要意义。１植酸酶的来源及酶学性质 早在1907年Suzuki等就在谷粮中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶。第一个纯化的植酸来源于麸皮，研究发现它虽具有植酸酶活性，但植酸并不是它特异性底物。来源于植物的植酸酶均属于６－植酸酶，最适pH范围在5.0~7.5，在单胃动物酸性的胃环境中不起作用。60年代末植酸酶的研究转向最适pH为酸性、酶含量较高的微生物来源的植酸酶。 许多微生物都能产生植酸酶，尤其在曲霉属中。1968年Shien等从68个土样中对2000个菌株进行考察发现，在所用的22株黑霉菌中有21株能产生植酸酶。第一个被分离纯化的植酸酶来源于Aspergillus terreus NO.9A-1,它的最适pH为 ４.5，最适反应温度为70℃,此酶在pH1.2~9.0均能稳定维持活性。从此以后，陆续从十几种微生物中分离得到植酸酶，其中来源于Ａ.ficcum NR-RL3135(A.niger var.awamori)的植酸酶phyA具有较好的耐热性，在酸性的条件下有较高酶活性，被认为是目前最具应用前景的饲用植酸梅，其酶学性质的研究也较为深入。 植酸酶phyA属于３－植酸酶，是一种糖基化蛋白，表观分子量为85KD。它的最适pH为2.5和5.5,最适反应温度为55℃。在37℃、pH2.5的条件下，以植酸为底物的Ｋm值为50mmol,Ca2+、Fe2+对酶活性无影响,Mn2+、Co2+有激活作用，能使酶活性分别提高30%和13%。Cu2+、Zn2+、Fe2+、Cu+对酶活性有抑制作用，其中前两种为非竞争性抑制，后两种为竞争性抑制。对酸性磷酸酶有抑制作用的抑制剂如Ｌ（＋）－酒石酸对它却没有抑制作用。它是目前发现的比活性最高的植酸酶之一，它降解植酸磷形成的终产物是单磷酸肌醇和无机正磷酸。 ２植酸酶在饲料中的应用效果
植酸酶活性测定方法的研究进展
中国饲料2010年第20期 植酸酶广泛存在于动物、植物和微生物中，能将植酸分解为肌醇和无机磷的一类磷酸单脂水解酶。文章介绍了植酸酶活性的测定方法，除了以前的传统方法外，近10多年植酸酶活性检测出现了许多新的方法，如近红外光谱法、琼脂平板法、酶联免疫吸附法、生物传感器法、高效液相色谱法等，这些新方法为植酸酶活性测定开辟了新的检测途径。 1植酸酶活性测定方法的发展及意义 1.1植酸酶活性测定方法的发展植酸酶发现至今已经有100余年，植酸酶的研究已经取得了丰硕的成果。回顾植酸酶活性的测定方法：1925年Fiske-SubbaRow法，即钼黄法，因由Fiske和SubbaRow两人发现，所以早期钼黄法也叫Fiske-SubbaRow法；1943年Holman等发现了硫酸亚铁-钼蓝法，曾在国外许多国家发展为植酸酶测定的标准方法，至今还在许多研究中采用（Fu等，2008；Huang等，2008）；1981年Heinonen和Lahti 建立了丙酮-磷钼酸铵法。植酸酶活性的测定方法除了这些传统的方法外，近10多年来随着科学技术和检测手段的提高，植酸酶活性分析检测及标准化方面出现了许多新的方法，并颁布了新的标准，如近红外光谱法（NIR）、琼脂平板法、酶联免疫吸附法（ELISA）、生物传感器法、反相高效液相色谱法（RP-HPLC）等。 1.2植酸酶活性测定意义植酸酶没有特定光吸收波和鉴定试剂，所以植酸酶的分析和活性测定比较困难（Lasztity等，1990）。动、植物植酸酶的提取、分离纯化，微生物植酸酶菌株的筛选，基因工程植酸酶表达产物等研究中都需要测定植酸酶活性。随着植酸酶在饲料中的广泛应用，饲料管理部门、饲料质检机构、科研部门以及生产企业均面临植酸酶定量测定的工作。目前存在着植酸酶酶活单位混乱、检测手段落后，测定结果误差大等一些问题，所以规范植酸酶酶活性定义和检测方法势在必行。 植酸酶活性的定义方法主要有以下几种：（1）酶活定义为每分钟从一定浓度的植酸钠溶液中释放1μmol的无机磷为一个酶活单位。（2）酶活定义为每分钟从一定浓度的植酸钠溶液中释放1 nmol的无机磷为一个酶活单位。（3）酶活定义为每秒钟从一定浓度的植酸钠溶液中释放1nmol 的无机磷为一个酶活单位。（4）酶活定义为每小时从一定浓度的植酸钠溶液中释放1mg的无机磷为一个酶活单位。这四种定义中第一种的酶活单位最大，国外采用此种单位较多，我们称之为国际单位；第二种酶活单位是第一种的1000倍；第三种为第一种酶活单位的17倍；第四种与第一种酶活单位大小相近。 目前，植酸酶活性单位大多用FTU（fytase u-nit）表示。植酸酶样品在植酸钠浓度为5.0mmol/L、温度37℃、pH值5.50的条件下，每分钟从植酸钠中释放1μmol无机磷，即为一个植酸酶活性单位，以U表示。1994年该标准被AOAC（美国公定 植酸酶活性测定方法的研究进展 陕西理工学院陈琛 [摘要]本文综述了植酸酶的分析测定方法，包括传统的分光光度法及近年来新发展起来的近红外光谱法、琼脂平板法、酶联免疫吸附法、生物传感器法、反相高效液相色谱法等。 [关键词]植酸酶；测定方法；活性 [中图分类号]S816.17[文献标识码]A[文章编号]1004-3314（2010）20-0016-03 [Abstract]This article gave a review on determination methods of phytase activity.These methods include traditional spectrophotometry，near infrared spectroscopy，enzyme-linked immunosorbent assay，agar plate assay，biosensor method re-versed-phase high performance liquid chromatography. [Key words]phytase；method for determining enzyme activity；activity 16
中国杂交水稻研究进展
中国杂交水稻研究进展 作者：** 指导老师：*** 摘要：中国是世界上第一个利用水稻杂种优势的国家，1984年杂交水稻的种植面积达820万公顷, 占全国水稻总面积的四分之一。中国在生产上成功推广杂交水稻之后，才引起全世界的足够重视。目前我国应用的杂交水稻生产方法有两种：三系法和两系法。本文综述了近年来这两种方法的发展现状，并对当前存在的问题提出了一些建议。 关键词：杂交水稻；三系法；两系法 Advances in hybrid rice in China Author:** Tutor:*** Abstract：China is the first country in the world to exploit heterosis in rice commereially.In 1984 cultivation area of hybrid rice reached 8.2 million hectares, accounting for one fourth of the total area of rice. Heterosis caused enough attention around the world only after the successful promotion of hybrid rice production in China.There are two ways to produce hybrid rice in China at present: three-line method and two-line method. This paper reviews the development status of these two methods, and put forward some suggestions for current problems. Key words：hybrid rice；three-line method；two-line method 中国自袁隆平于1964年从洞庭早籼、胜利籼等品种中发现雄性不育株后开始杂交稻的选育研究。1970年，李必湖从海南崖县普通野生稻群落中，找到花粉败育株（简称野败）[1]。1972年利用野败这一材料育成珍籼97A、二九南1号A等不育系[1]。1973年测得IR244、IR661、泰引1号等恢复系，从而实现三系配套[1]。后石明松、张自国等人均发现了光（温）敏感核不育水稻[1]。在低温或长日照处理下表现不育，高温短日照处理又能正常结实。从而做到一系两用，省去了三系法中的保持系。育种工作者成功育成了N5088S(农垦58S/农虎26)、7001S（农垦58S/917）、培矮64S(农垦58S/培矮64)等一批光温敏不育系[1]。两系法因此而诞生，并开始普及使用。本文介绍了三系法和两系法各自的优缺点，以及它们的发展中的机遇和挑战。 1 三系法 三系法制种所指的三系是：不育系、保持系、恢复系。水稻的雄性生殖器官花粉发生退化或败坏,甚至引起花药的退化、猥琐、畸形和丧失开裂能力等,使水稻不能自花授粉、结实,具有这一不育性能的叫水稻雄性不育系（简称不育系）。将其花粉授给雄性不育系,使不育系能结实,并能保持雄性不育的父本就是这个雄性不育系的保持系。通过授粉杂交,使不育系雄性器官能恢复生育能力的父本材料,叫恢复系。袁隆平早在1964年就发现了水稻雄性不育株，但是直到1973年才成功地实现了三系配套[2]。三系法制备杂交种的思路是：不育系与保持系杂交，不育系植株上收到的种子是不育系，保持系植株上收到的种子仍然是保持系，这一环节称为不育系的繁殖。不育系与恢复系杂交，不育系植株上所结种子作为生产田的杂交种，恢复系植株上收到的种子仍是恢复系[3]。 1.1 三系法育种几个阶段 我国三系杂交稻以其强大的生命力普及全国,走向世界, 一直居国际领先地位[4]。在类型上一直以杂交中籼为主。从应用面积最大的杂交籼稻育种看, 22年来进行了三次较大的组合更新。第一次是当家组合筛选阶段。1973-1980年, 以二九南1号A、二九矮4号A、珍汕97A、V20A、71-72A 这5个不育系。这是我国利用野败株育成的第一批野败细胞质不育系[5]。同时,育种工作者于1973年育成一批恢复系品种,如IR661、泰引1号、IR24等强恢复系[3],1974年育成IR26[6]。1976-1980 年。以二九矮4号A、珍汕97A、V20A等不育系和IR24等恢复系为主配组十多个组合,1980年曾推广到46.66多万hm2,这是我国选配的第一批杂交稻组合。由于有的组合丰而不抗或丰而不稳(不耐高低温) , 其中南优、四优、矮优2、3号及其不育系逐步被淘汰,至1981年后形成以汕优、威优2、6号及其不育系珍
植酸酶活力的测定方法及应注意问题(精)
科技信息 植酸酶是催化植酸及植酸盐水解成肌醇与磷酸的一类酶的总称 [1]。植酸酶是一种胞外酶 [2], 广泛存在于自然界中, 植物、动物、微生物均可产生植酸酶。植酸酶的活性因来源不同而有差异。 植酸酶能将肌醇六磷酸 (植酸分解成为肌醇和磷酸。植酸酶可以专一性地水解植酸中的磷酯键, 使磷酸游离出来, 植酸酶将植酸分子上的 磷酸基团逐个切下, 形成中间产物肌醇五磷酸、肌醇四磷酸、肌醇三磷酸、肌醇二磷酸、肌醇一磷酸、终产物为肌醇和磷酸 [3] 。植酸酶的作用机理见图 1。 图 1植酸酶的作用机理 1. 植酸酶酶活力测定的意义酶活力也称酶活性, 是指酶催化一定化学反应的能力, 用在一定条件下, 酶所催化某一反应的速率表示。酶活性是研究酶的特性, 分离纯化以及酶制剂生产和应用时的一项不可缺少的指标。 酶活力单位是以酶活力为根据而定义的。国际生化协会酶委员会规定, 1min 内将1μmol 的底物转化为产物的酶量定为 1个单位,称为标准单位, 同时规定了酶作用的条件。因标准单位在实际应用时不够方便, 故在生产上往往根据不同的酶, 制定各自不同的酶活力单位。在测定酶活力时, 对反应温度、 pH 、底物浓度、作用时间都有统一规定, 以便同类产品互相比较。但是酶活力单位并不能直接反映酶的绝对数量, 只不过是一种相对比较的依据 [4]。 植酸酶活性的定义为:在最适宜条件下, 每分钟从一定浓度的植酸钠溶液中释放1μmol 的无机磷所需要的酶量为一个酶活力单位。确定植酸酶的酶活, 可以提高实验的标准性和效率。
2. 植酸酶活力测定的原理及方法 酶活力测定的原理都是利用酶水解植酸钠形成无机磷,然后测定无机磷的释放量。 植酸酶活性的测定方法较多 , 但至今尚没有被世界普遍公认的植酸酶的定量分析方法。方法包括:钒 -钼酸铵法、硫酸亚铁 -钼蓝法、 Vc-钼蓝法、丙酮 -磷钼酸铵法、微板法和微量比色法等 [5]。可根据实验需要选择不同的方法。 2.1钒 -钼酸铵法 该方法是利用植酸酶可以水解植酸磷释放出无机磷的原理。通过加入酸性钼-钒试剂使水解反应停止 , 同时与水解释放出来的无机磷产生颜色反应 , 形成黄色的钒钼磷络合物 , 在 415nm 波长下测定磷的含量。以标准植酸酶为参照物 , 间接计算被测样品中植酸酶的含量。本法于 1994年列入 AOAC, 我国也已将此法的测定结果作为审批商品植酸酶注册许可证和验收进口产品的法定商检依据。 2.2硫酸亚铁 -钼蓝法 该方法利用植酸酶可以水解植酸磷释放无机磷的原理 , 通过加入三盐酸使水解反应停止 , 然后加入钼酸铵及 FeSO 4·7H 20的混合液使溶液显色 , 在 720nm 波长下测定其吸收值 , 以标准酶为参照物 , 间接计算被测样品中植酸酶的含量。 2.3Vc-钼蓝法 该方法是利用植酸酶可以水解植酸磷释放无机磷的原理 , 通过加入三氯乙酸使反应停止 , 然后加入钼酸铵与 Vc 的混合液 , 使溶液显色 , 在 820nm 波长下测定吸光度 , 再以标准磷溶液的吸光度及磷溶液浓度对应的酶活单位建立直线回归方程 , 最后以待测样品吸光度代入方程 , 计算出酶活性。 2.4丙酮 -磷钼酸铵法
水稻基因组进化的研究进展
水稻基因组进化的研究进展 水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活着全世界近一半的人口。同时南于水稻基冈组较小、易于转化及与其他禾本科植物基因组的同线性和共线性等特点，一直被作为禾本科植物基因组研究的模式作物。水稻是第一个被全基因组测序的作物，目前栽培稻2个亚种全基因组测序工作已经完成：粳稻品种日本晴(Nipponbare)通过全基因组鸟枪法和逐步克隆法被测序，籼稻品种扬稻6号(9311)通过全基因组鸟枪法被测序。除核基因组外，水稻叶绿体和线粒体基因组也于1989年和2002年分别被测序。水稻2个亚种的全基因组测序完成，一方面开启了植物比较基因组学的大门，另一方面为人们在基冈组水平上鉴定出所有水稻基因并分析其功能奠定了基础，同时也使得人们对植物进化的认识，尤其是对禾本科植物进化的了解，逐步从系统分类和分子标记水平进入到了基因组序列水平。许多研究者通过对水稻基因组序列的分析，利用生物信息学工具，对水稻在基因组水平上的进化进行了大量研究。 1 水稻及其他禾本科植物基因组的古多倍体化过程 水稻是典型的二倍体植物，其核基因组中共有12条染色体。在水稻基因组被完整测序之前，人们就已经采用分子标记、DNA重复元件等方法探究水稻基因组的古多倍体化(polyploidization)过程，并发现了一些重复的染色体片段。随着水稻基因组测序计划的完成，越来越多的证据表明水稻基因组曾发生过全基因组复制(whole genome duplication)，即古多倍体化过程。 Golf等利用鸟枪法完成了粳稻品种日本晴全基因组的测序工作，并利用同义替换率分布方法(Ks- based age distribution)提出水稻基因组可能发生过一次全基因组复制过程。此后多家研究机构和一些研究者对水稻基因组中的重复片段进行了研究，虽然得出的结论不尽相同，但均发现水稻基因组中存在大量的重复片段。根据所采用方法和参数的不同，这些重复片段占整个水稻基因组的15％～62％。Yu 等在水稻基因组中发现了18对大的重复片段，大约占整个基因组的65．7％。其中17对重复片段形成的时间很相近，发生在禾本科物种分化之前；最近的一次片段复制事件发生在水稻11和12号染色体之间，在禾本科物种分化之后。 水稻基因组被测序之后，许多科研机构对基因组数据进行了详尽的注释。其中应用比较广泛的是美国基因组研究院(the institute for genome research，TIGR)和日本农业生物科学研究所(national in- stitute of agrobiological sciences，NIAS)的水稻基因组注释信息。TIGR根据其注释的结果和基因相似性矩阵(gene homology matrix，GHM)方法，检测到大量染色体间的重复片段，这些重复片段几乎覆盖了整个水稻基因组。TIGR水稻基因组注释数据库从第4版开始便增加了对片段重复的注释，该分析是利用DAGChainer程序进行的，重复片段采用100 kb和500 kb 2种参数模型进行了染色体片段的基因共线性分析(图1)，这是全基因组复制的有力证据。根据复制片段上同源基因的分子进化分析，估计全基因组复制发生在大约7 000万年前，在禾本科物种分化之前。此外，Zhang等利用TIGR更新的数据进行分析，采用同义替换率分布方法检测到另一次更古老的(单、双子叶植物分化前)基因组复制事件，说明水稻基因组至少经历了2次全基因组复制过程。 全基因组复制或多倍体化是植物尤其是禾本科作物物种形成和进化过程中非常重要的事件，大部分开花植物在进化过程中均经历了多倍体化过程。基因组加倍后，再经历所谓的二倍体化过程(diploidization)，进化成当代的二倍体物种，并造成大量重复片段中基因的重排和丢失。Salse等研究发现基因组复制事件对禾本科植物的物种形成和演变具有重要作用。他们认为禾本科植物的祖先物种是一个基因组内包含5条染色体的物种，在进化过程中，首先在距今5 000～7 000万年前经基因组复制产生了10条染色体；此后，在基因组内发生了2次染色体置换和融合而形成了12条中间态染色体。以这12条中间态染色体为基础，逐渐分化出水稻、小麦、玉米和高粱的基因组，其中水稻基因组保留了原有的12条中间态染色体，而小麦、玉米和高粱均又发生了染色体丢失和融合才形成了现有的基因组。水稻全基因组复制片段是至今为止在动、植物基因组中发现的最为清晰、完整的基因组复制的遗迹。水稻之所以保存这么完整，一方面是水稻基因组保持了12条中间态染色体的基本形态，另一方面可能与水稻基因组相对较稳定有关。 2水稻籼粳2个亚种的分化 水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在其11 500多年的栽培历史中，因适应不同的农业生态环境而产生了丰富的遗传多样性和明显的遗传分化。长期以来，基于形态性状、同工酶以及对一些化合物不同反应的研究，把亚洲栽培稻(Oryza sativa L．)分为籼稻(indica)和粳稻(japonica)2个亚种。其中籼亚种耐湿耐热，主要适应于热带和亚热带等低纬度地区，而粳亚种则耐寒耐弱光，适应于高纬度和高海拔地区种植。这2个亚种间不仅产生了生殖隔离的基因库，还在形态特征、农艺性状和生理生化反应等方面存在明显的差异。近期群体
植酸酶及其生产应用
植酸酶及其生产应用 植酸即肌醇六磷酸，作为磷酸的储存库，广泛存在于植物中。植物组织中的磷主要是以肌醇六磷酸钠的形式存在，难以被单胃动物吸收。而且，肌醇六磷酸分子可以螯合金属离子，其作用相当于抗营养因子，抑制了营养的吸收。没有被充分的利用磷，通过动物排泄进入水体最终导致水体富营养化。 植酸酶是水解植酸及其盐类生成肌醇和磷酸的一类酶的总称，破坏了植酸对矿物元素强烈的亲和力。因而，在动物饲料中添加微生物植酸酶正在逐渐被推广和应用，可以解决磷的利用问题。 一、植酸酶及其分类 植酸酶是对可水解植酸磷释放磷酸基团形成肌醇衍生物的一类酶的总称，属于磷酸单酯水解酶。 广义植酸酶包括三种类型：肌醇六磷酸-3-磷酸水解酶（3-植酸酶），肌醇六磷酸-6-磷酸水解酶（6-植酸酶）及非特异性的正磷酸酯磷酸水解酶（酸性磷酸酶），该类酶可将肌醇磷酸脂彻底分解成肌醇和磷酸。 根据植酸酶结构上的差异将植酸酶分为组氨酸酸性磷酸酶、β-螺旋植酸酶和紫色酸性磷酸酶。同时植酸酶还可根据酶的最适pH可分为酸性植酸酶、中性植酸酶、碱性植酸酶。 二、植酸酶来源 植酸酶是一种胞外酶，广泛存在于自然界中，在动物、植物、微生物中均有发现。在植物组织如谷物、豆类、蔬菜,特别是萌发的种子和花粉中都发现了植酸酶。此外，自然界中产植酸酶的微生物种类繁多,如细菌、霉菌、真菌等。 1．植物源植酸酶
1907年，Suzuki等在米糠内首次发现具有植酸酶活性的磷酸酶。到目前为止，已经从小麦、大豆、玉米、水稻分离纯化得到植酸酶。 研究表明，当温度在47~62℃时植物源植酸酶酶活较稳定，但当温度达到70℃以上，酶活几乎完全丧失。而在饲料的加工过程中制粒温度高（80~90℃），显然植物源植酸酶不适合应用到饲料添加剂中。 2．动物源植酸酶 动物源植酸酶主要存在于哺乳动物的小肠和脊椎动物的红细胞中，其活性一般较低。 研究表明，鼠、牛、鸡、人肠道黏膜中的植酸酶最适pH分别为7.0、8.2~8.4、7.5~7.8、7.4，且体内或体外条件对动物源植酸酶活性影响较大，可能和碱性磷酸酶是属于同种酶，但对该酶亚基结构了解甚少。 3．微生物源植酸酶 目前，陆续发现各种产植酸酶的微生物，如枯草芽胞杆菌、假单孢杆菌、大肠杆菌、乳酸杆菌、克雷伯氏菌、黑曲霉、米曲霉、根霉、酵母等。不同菌种产植酸酶能力不同，研究表明，在土样产植酸酶的菌株中，真菌代谢磷的能力比细菌更高效。由于来源于微生物的植酸酶作用范围广，且微生物源植酸酶较适用于胃pH呈酸性的单胃动物及一些鱼类等，稳定性好，易规模化生产，使其成为研究的集中点。以下主要讨论关于微生物源植酸酶的生产及分离纯化技术。 三、植酸酶的应用 植酸酶作为一种新型饲料添加剂，在动物营养及环境保护等领域具有很大的应用潜力。植酸酶最主要的应用是作为饲料添加剂提高磷的利用率，减少环境中磷的排放。当前，植酸酶正被大量运用到不同的生物技术领域。 中国植酸酶产业在饲料添加剂领域的发展日渐成熟，在科研、创新和应用等方面也形成了较完整的体系，已经发展成为最为完善的饲用酶制剂产业。 1．饲料工业中的应用 植酸酶一般只适于在单胃动物中使用。反刍动物由于瘤胃微生物能合成植酸酶，因此在饲料中一般不需要使用植酸酶。植酸酶作为饲料添加剂已经广泛应用到猪、家禽、鱼饲料中，多数研究中发现，植酸酶可以释放磷酸盐中的磷。同时因其可提高不同营养物质的利用度，不同来源的植酸酶常被单独或混合使用在饲料工业领域中。饲用植酸酶已经成为工业酶产业中增长势头最快的一类且正呈逐年上升之势。 Simons等的研究已经表明在玉米、豆粕日粮中添加植酸酶，可使磷的利用率提升60％，粪便中磷的排出量减少了50%。值得注意的是，2009年由中国农业科学院生物技术研究所培育的转植酸酶基因玉米获得生产应用的安全证书，是世界第一例获得生产应用许可的转植酸酶基因玉米。该转植酸酶基因玉米加工成饲料后仍然保留了大部分植酸酶活性，可分解饲料中的植酸，不但可释放出无机磷，还可减少饲料中磷酸氢钙的添加量，减少动物排泄物中磷的排放。 2．食品工业中的应用 在人类食品中添加植酸酶，市场上还没有相关的食品开发报道。谷物中存在的植酸可抑制很多矿物的吸收，在人的小肠里植酸酶活性非常低，难以利用食物中的植酸盐。此外，虽然人的小肠黏膜中具有植酸酶和碱性磷酸酶，但在植酸盐的降解中却不起作用，所以食物中的植酸酶在水解植酸盐过程中扮演重要角色。体外模仿生理条件的实验表明，植酸酶通过对植酸的水解可使铁的利用率提高67％~98％。此外，植酸对锌的利用率也有影响。在体内，锌离子和植酸形成螯合物，降低了其利用率。谷物食粮中植酸存在是造成人体缺锌的因素之一。因而在食品中添加植酸酶可有效增强它们的营养价值。 3．作为土壤改良剂
植酸酶
郑扬云
?植酸(肌醇六磷酸)具有强大的络合力，通常与钙、镁、锌、钾等矿 物质元素结合，形成不溶性盐类。 植酸(盐)广泛存在于农作物及农副 产品中，很多谷物、油料作物中的 植酸含量高达1％一3％，其中钙、镁、锌、钾等元素以植酸盐的形式 存在。因此植酸是一种抗营养因 子．大大降低了微量矿物质的营养 有效性。植酸的这种性质会导致人 和动物钙、镁、锌、钾等元素的不 平衡性。因此必须在动物的饲料中 掭加钙钾等以补充矿物质，这大大 提高了饲料成本。同时饲料中天然 磷的含量约为40％一70％，且以 植酸磷的形式存在，而猪、禽的饲 料中大量的植酸磷因不能被利用而 从粪便中排出，造成环境枵染(磷富集化污染)。
?植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇和磷酸的一 类酶的总称。将植酸酶添加 到动物性饲料中释放植酸中 的磷分。不但能提高食物及 饲料对磷的吸收利用率，还 可降解植酸蛋白质络合物， 减少植酸盐对傲量元素的螯 合，提高动物对植物蛋白的 利用率及其植物饲料的营养 价值。同时也减少动物排泄 物中有机磷的含量，减少对 大自然的污染。
一、植酸酶的作用机理 ?植酸酶能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成中间产物IP5，IP4，IP3，IP,.终产物为肌醇和磷酸。不同来源植酸酶作用机理有所不同。微生物产生的3一植酸酶作用于植酸时，首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其他碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，此酶需要2价镁离子(Mg2+)参与催化过程。来源于植物的6-植酸酶，它首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。1g植酸完全分解理论上可释放出无机磷281．6mg。植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酯，不能彻底分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可以将单磷酸酯、二磷酸酯彻底分解成肌醇和磷酸。大多数微生物来源的植酸酶的作用机理如下。 ?植酸→1,2,4,5-,6-五磷酸肌醇+D-1,2,3,4,5-五磷酸肌醇→1,,2,5,6-四磷酸肌醇→1,2,5-三磷酸肌醇或1,2,6-三磷酸肌醇→1,2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。
植酸酶
植酸酶在饲料工业中的应用 大家都知道酶是具有催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。是生物催化剂，能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。今天向我大家介绍的是饲料生产工业中非常重要的一种酶——植酸酶 植酸酶产品在动物和人类营养方面有非常广泛的应用，他可分解植酸(即肌醇六磷酸)，植酸是植物体内磷酸盐和肌醇的重要储存形式。植酸酶是一种新型的食品添加剂，能降低食物中的植酸而提高磷、锌、钙和铁等的利用率，改善动物对矿物质的吸收。其中磷是维持动物生长发育等生命活动必需的重要矿物质，同时也是饲料中最昂贵的组分之一，植酸酶可催化植酸盐水解，使植酸盐中的磷以磷酸根的形式分离出来从而被动物吸收，提高磷的利用率，降低环境污染。 1．1植酸酶的种类 1)按来源不同可分为微生物植酸酶、植物性植酸酶和动物性植酸酶。 2)按作用方式可分为3一植酸酶和6一植酸酶，其中3一植酸酶存在于 植物、霉菌和细菌中，需Mg2+参与反应，性质稳定，耐酸和耐高温，在饲料工业中已被广泛使用。而6一植酸酶只存在于植物中，适宜pH 5．0～5．5，对温度较敏感，超过60～65℃极易被破坏。 3)按加工工艺不同可分为粉状、颗粒状和液体状植酸酶。粉状植酸酶在 高温和高湿环境中易失活；脂肪包被颗粒型植酸酶在高温下脂肪膜易被融化，使植酸酶被释放出来而失活；因植酸酶在饲料中添加量极小，对喷涂精度要求高，故液体状植酸酶在饲料工业中较少使用；经特殊镶嵌的颗粒状植酸酶，热稳定性高，储存期长，在动物体内释放速度快，流动性好。 4)按酶促反应的pH有效作用范围可分为酸性植酸酶和中性植酸酶。适用 于畜禽的pH 2．5~5．5有效作用范围为酸性植酸酶，适用于鲤科鱼类的pH7．0～7．5有效作用范围为中性植酸酶。 1．2植酸酶的特性 植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一种特殊的酸性磷酸酶，适合pH为4～6，对温度的适应性要求较高，一般适宜温度在46～57℃，当超过60℃时，植酸
植酸酶及其生产概述
植酸酶及其生产概述 李大刚 1 张秉胜 2 张广民 1 （ 1 东北农业大学动物营养研究所哈尔滨 150030 2 大连翔大科技股份有限公司 116620 ） 磷在畜禽营养中发挥着重要的作用，是机体重要的结构成分，同时参与机体诸多重要的生理、生化过程。例如，在能量代谢、碳水化合物代谢、氨基酸和脂肪代谢、神经组织代谢、骨骼生长以及脂肪和其他脂类运输方面起着重要作用。因此，如果日粮中磷缺乏或不足，会引起生长缓慢或停滞，出现骨病，甚至死亡等严重后果。饲料原料中含有大量的磷，但一般谷物中60%以上的磷以植酸磷形式存在而不能为单胃动物所利用。而植酸酶是一类催化植酸（肌醇六磷酸酯）及植酸盐水解成无机磷和肌醇的酶的总称。植酸酶不但可以使单胃动物利用有机磷，还可减少磷的排出，减轻环境污染，所以植酸酶引起众多科研工作者的广泛关注。 1 植酸酶的应用 猪、禽等单胃动物饲料的主要原料是玉米、豆粕、糠麸、棉籽粕、菜籽粕等，它们所含的磷大部分以植酸磷形式存在，占总磷的60%～90％。但是单胃动物的饲料中，植酸具有强烈的抗营养作用，其原因是：(1)单胃动物缺乏分解植酸的酶类，因而无法利用植酸中的磷。(2)由于植酸上的磷酸基团呈负电性，它与一些阳离子如Ca 2+ 、Mg 2+ 、Zn 2+ 、Cu 2+ 、Mn 2+ 、 Fe 2+ 和K +等有很强的螯合能力，形成不溶性盐，从而影响畜禽对这些矿物元素的吸收和利用，因而降低了这些矿质元素的生物效价。(3)植酸上的磷酸基团还可以与饲料中的蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等物质上的阳离子基团结合，使其溶解性降低，从而影响畜禽对这些营养物质的消化率，降低蛋白质的生物有效性。(4)植酸还可以与动物体内的蛋白质，如淀粉酶，胃蛋白酶，胰蛋白酶和酸性磷酸酶等结合，降低这些酶的活性，使整个日粮的养分利用率降低。(5)植酸对维生素也存在不利影响。因此动物采食高植酸含量的饲料后常表现厌食、消瘦、繁殖机能衰退等。 表1 某些饲料原料中磷的含量及利用率(NRC，1994) 植酸酶用于饲料，可以提高饲料中植酸磷的利用率，减少磷的排放量，降低环境中磷的污染，并能解除植酸抗营养作用，从而提高饲料消化利用率。表1列举了几种常用动物饲料原料中磷的存在形式和畜禽利用情况，从表中可以看出这些原料中磷的利用率比较低。如果植酸磷能够被充分利用，则日粮中的磷含量已基本可满足畜禽营养需要，可较少甚至不用再额外添加无机磷。 2 植酸酶的分子生物学特性 植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是磷酶的一种特殊类型。植酸酶广泛分布于自然界，存在于微
植酸酶在水产饲料中的研究进展样本
植酸酶在水产饲料中的研究进展 摘要文章从植酸酶的酶学性质、影响因素、对鱼类的营养及能量代谢等方面探讨其在水产饲料中的研究进展, 并从国内外研究例证中初步分析了植酸酶提高饲料中磷利用率以及降低水体污染的作用, 并为植酸酶制剂在渔用配合饲料中的应用提供参考。 关键词植酸; 植酸酶; 磷 磷是水产动物必须的矿物元素之一, 饲粮磷缺乏 或不足会显著影响水产动物体内的生理生化反应, 进 而阻碍水产动物的生长、骨骼发育和繁殖等活动。然 而, 在植物性饲料中, 磷主要以植酸及其盐的形式存 在, 占植物总磷量的 60%~80%, 植酸具有极强的螯合 能力, 能够与钙、镁、钾、锌、铜、锰等物质形成不溶性 的盐类。同时, 植酸还能够络合蛋白质, 抑制消化酶如 胰蛋白酶、胃蛋白酶和α-淀粉酶的活性。单胃动物 ( 如鱼类) 缺乏分解植酸及其盐的植酸酶, 植酸磷基本 上不能被单胃动物所利用, 因此水产动物饲料中需要 添加无机磷酸盐来满足水产动物对磷的需要。可是, 磷元素价格昂贵, 添加无机磷无疑提高饲料成本, 而 未被消化利用的植酸磷排出, 在一定程度上又造成了 磷资源的浪费而且污染了水体养殖环境。解决饲料污 染的有效途径之一是在饲料中添加植酸酶, 分解植酸 磷及其络合物, 提高植物性饲料中磷的利用率, 从而 减少无机磷在配合饲料中的添加量。 1 植酸酶的理化特性 Suzuki 等( 1907) 最早发现植酸酶 , 其一般是指催
化植酸及植酸盐水解成肌醇与磷酸( 盐) 的一类酶的 总称, 按照国际生物化学和生物分子联合委员会的命 名, 植酸酶能够分为两种: 一种是肌醇六磷酸－3－磷酸 酯酶( EC3.1.3.8) , 另一种是肌醇六磷酸－6－磷酸酯酶 ( EC3.1.3.26) 。 植酸酶是一种新型的饲料添加剂, 研究表明, 将 植酸酶添加到植物性饲料中, 释放植酸中的磷, 不但 能提高水产动物对磷的吸收利用率, 而且能够降解植 酸盐蛋白质络和物, 减少植酸盐对微量元素的螯合, 提高动物对植物蛋白的利用率以及植物饲料的营养 价值, 并减少其粪便中磷的含量。 2 植酸酶的作用机理 植酸酶能够将植酸分子上的磷酸基团逐个切下, 形成中间产物 IP5、 IP4、 IP3、 IP2、 IP, 终产物为肌醇和磷酸。不同来源植酸酶作用机理有所不同。微生物产 的 3-植酸酶作用于植酸时, 首先从植酸的第 3 碳位 点开始水解酯键而释放出无机磷, 然后再依次释放出 其它碳位点的磷, 最终酯解整个植酸分子, 此酶需要 2 价镁离子(Mg 2+ )参与催化过程。来源于植物的 6-植 酸酶, 它首先在植酸的第 6 碳位点开始催化而释放出 无机磷。 1 g 植酸完全分解理论上可释放出无机磷 281.6 mg。大多数微生物来源的植酸酶的作用机理如 下( 见图1) 。 P P
植酸酶的作用及其应用
植酸酶的作用及其应用 摘要：磷是畜禽营养物质中功能最多的营养素之一。家畜必须从饲料中得到充足的磷才能维持正常生命和生产活动。本文简要的介绍了植酸酶的来源、作用，并阐明了植酸酶在不同动物不同生长阶段添加植酸酶对其生产性能、饲料利用率的影响，以及植酸磷影响植酸磷作用的因素 关键词：植酸酶生产性能饲料利用率 磷是畜禽营养物质中功能最多的营养素之一。畜禽必须从饲料中得到充足的磷才能维持正常生命和生产活动,单胃动物(猪、鸡)饲料中植物性饲料所占比例很大,虽然饲料中总磷含量较高,但可被单胃动物利用的有效磷却不足。谷物饲料中磷的主要以植酸和植酸盐的形式存在,绝大多数单胃动物不能充分消化、利用植酸和植酸盐中的磷, 这不仅增加了饲养成本而且,未被动物消化吸收的磷还会对环境造成污染。此外,植酸盐能络合某些营养物质,降低其在动物体内的消化吸收率, 是一种抗营养因子。 因此，因此就需要在畜禽的饲料中需要添加一种易于被肠道消化的磷饲料。通常添加无机态的磷酸氢钙。但是磷酸氢钙是不可再生的矿物资源，并且在市场上的价格很昂贵，最近的研究表明,日粮中添加植酸酶可取代磷酸氢钙，他可分解植酸和植酸盐，促进饲料中植酸和植酸盐的分解，使与磷及磷酸根结合的内源性酶和其他营养素得以释放和利用，减少粪磷对环境的污染，节省无机磷酸盐的添加。提高植物性饲料中磷的利用率。[1] 1植酸酶 1.1植酸酶的来源 在自然界中,植酸酶广泛存在于动植物组织和微生物中。相对于植物和动物来源的植酸酶说，来源于微生物的植酸酶作用范围广和稳定性较好，易规模化生产，畜禽日粮中植酸酶的来源主要有两个途径： 1) 有些植物及其加工副产品本身含有较高活性的植酸酶，如小麦和小麦麸本身
酶制剂——植酸酶
酶制剂——植酸酶 早在1915年，Anderson提出天然植酸磷利用率不同于化学分离纯化产品的一个可能原因是饲料成分中存在水解植酸磷为无机磷的酶——植酸酶，并对植酸酶的来源、理化特性及作用机理进行了研究，从而引起了许多学者的广泛关注。近年来，随着发酵工程和生物技术的迅速发展以及人们环境保护意识的提高，采用DNA重组技术使微生物产生植酸酶活性大幅度提高，大大降低了植酸酶生产成本，从而使之得到广泛应用。植酸酶现已成为饲料酶制剂研究的一个热点，尤其在一些畜禽饲养密度大、环境污染严重的国家如美国、加拿大、芬兰、荷兰、法国、瑞士等。许多科学家对这一课题的研究很感兴趣，欧洲、北美和其它地区对此的兴趣也与日俱增。1994年欧共体、美国、芬兰、丹麦、德国等国的生产企业均前后推出各种植酸酶制剂,并利用DNA重组技术获得生产植酸酶的工程菌,为广泛应用植酸酶提供了可能。 一、植酸酶结构及性质 植酸酶，又称为肌醇六磷酸水解酶，是一种可使植酸磷复合物中的磷变成可利用磷的酸性磷酸酯酶。植酸酶广泛存在于动植物组织中，也存在于微生物（细菌、真菌和酵母）。目前分离出的植酸酶主要有两种：3-植酸酶（EC 3.1.3.8）和6-植酸酶（EC 3.1.3.26），前者最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物；后者最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。因此，动物胃肠道可能有三种来源的植酸酶，但主要来源于饲料本身以及来源于微生物合成。 大量高浓度的植酸酶主要存在于无花果曲霉和黑曲霉与小麦麸的培养物中。因此饲料植酸酶的生产目前主要使用微生物曲霉菌株。霉菌植酸酶分子量一般在60 ~ 100KDal之间，曲霉植酸酶分子量较大。如土曲霉为214Kdal，无花果曲霉为85 ~ 100KDal，黑曲霉为200KDal。细菌植酸酶分子量一般较小，如大肠杆菌为42Kdal，枯草杆菌为38KDal。霉菌植酸酶通常有一个最适pH，在4.2 ~ 5.5范围内。细菌植酸酶最适pH稍高一些。据报道,某些霉菌植酸酶，特别是曲霉植酸酶具有多个最适pH值。酶的最适温度因酶来源不同而有差异。霉菌植酸酶适宜温度通常在45 ~ 57℃范围内，黑曲霉为53℃，无花果曲霉为55℃。
植酸酶
【原料】粉状植酸酶、液体植酸酶、包被型植酸酶与耐高温颗粒植酸酶之间的区别 植酸酶是生物技术与饲料科学相结合开发出的饲料添加剂，其主要作用是促进饲料原料中植酸的分解，释放出无机磷、肌醇及其他营养物质（金属离子、蛋白质、氨基酸、淀粉等），增加动物对这些营养物质的吸收利用率，从而降低饲料中无机磷的添加，更进一步降低饲料成本。植酸酶是具有生物活性的生物大分子，对温度、湿度、pH、金属离子等极为敏感，容易受外界环境影响而失去生物活性。目前，国内植酸酶的主要剂型包括粉状、包被、液体、耐高温颗粒等，各种剂型均有各自的优缺点。 一粉状植酸酶 市售粉状植酸酶一般有两种方式，一种是将纯化植酸酶发酵液与一定比例载体混合成一定酶活浓度的混合物，经过干燥而生产出的一次成型粉状产品；另一种是将植酸酶与载体吸附后干燥成高酶活的粉状原酶，原酶再与一定比例稀释剂混合，生产出特定酶活浓度的产品。二者的区别是前者所有粉状颗粒上均有酶活的存在，而后者仅有一部分粉状原酶上有酶活，而稀释剂上无酶活分布。 粉状植酸酶简单的加工技术决定了此产品的优势和缺点，优点是生产工艺简单，成本低廉，适用于生产对植酸酶效价破坏小的饲料产品，可在冬春季时用于粉状配合饲料。缺点是有效成分因裸露不能得到有效保护，产品贮存稳定性差，有效期短；活性成分抗逆性差；粉尘损失大，不利于生产人员身体健康，且污染环境；静电效应大，易造成静电损失，特别是用原酶二次稀释的产品，若稀释剂的容重与原酶不一致，易造成分级，流动性较差，在饲料中混合均匀度变异系数在8%~15%，远大于一次成型粉状植酸酶在饲料中6%~10%的变异系数。粉状植酸酶的裸酶在动物采食后会迅速发挥作用，但是受消化道中酸、蛋白酶等的影响，效率下降较大。 二液体植酸酶 在饲料制粒后喷涂液体植酸酶，在现代饲料工业中已广为使用，其优点是成本相对低廉，同时避免高温制粒对酶活的影响。缺点：①需要增加后喷涂设备，安装费用和日常维护成本较高；②生产过程中由于各种因素的影响，喷头易堵，造成生产被动；③用液体酶生产的产品酶活变异系数在20%~60%，远高于配合饲料要求的7%的变异系数；④植酸酶喷在颗粒料表面，在搬运过程中产生摩擦，植酸酶易随细粉落在袋底，使酶活不均匀；⑤酶在颗粒表面，对植酸酶无任何保护，酶活稳定性差；⑥雾化的植酸酶遇到饲料中的粉尘，易形成湿度大的结块，散落在饲料中，易发霉变质，影响饲料的品质，造成客户投诉；⑦对制粒质量要求高，粉率高时易使酶活不均匀，吸附在粉状饲料中植酸酶的浓度远高于颗粒料中的浓度。鉴于液体植酸酶存在的缺点，选择澄清透明、运输使用过程中不易产生沉淀、pH 值远离等电点的高品质产品是有效使用液体植酸酶的关键。