现代生物技术在动物营养中的应用技术

现代生物技术在动物营养中的应用技术
生物技术(又称为生物工程技术)是指用活的生物体或生物体的物质来改进产品，改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术。

传统的生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传统工艺；现代生物技术则是在传统生物技术基础上发展起来的，以DNA重组技术的建立为标志，以现代生物学研究成果为基础，以基因或基因组为核心，生物技术产业以基因产业为核心，并辐射到各个生物科技领域。

利用生物特定功能通过现代生物技术的设计方法和手段，改变动物体内生理生化反应和物质代谢过程，运用饲料加工处理新技术和研制新型饲料添加剂产品等，为人类生产出所需的各种物质，包括粮食、医药、食品、化工原料、能源、金属等各种产品。

现代生物技术运用于畜牧业可以用来节省饲料，提高饲料利用率，提高环境质量，预防动物各种疾病，以达到动物生产的优质、高产和高效，同时还可生产出一大批新型的营养品、保健品和添加剂。

一、发酵工程技术
发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。

该技术可用于生产抗生素、维生素等常用药物和人胰岛素、乙肝疫苗、干扰素、透明质酸等新药，用于微生物蛋白、氨基
酸和一些食品添加剂(如柠檬酸、乳酸、天然色素等)的生产，用于生物固氮、微生物饲料的生产，可用微生物来净化有毒的高分子化合物，消除有毒气体和恶臭物质以及处理有机废水、废渣等等。

利用发酵法或半合成法生产的维生素有维生素C、B2、B12、D以及β-胡萝卜素等。

过去用化学合成法生产需要较大量的赖氨酸、蛋氨酸，成本较高，制约了其使用量和使用面。

目前，微生物发酵生产及用遗传工程技术将合成特定氨基酸的基因克隆进入微生物细胞质粒中，从而借助某些微生物增殖生产等生物技术已在用新菌种生产氨基酸过程中被应用，这些方法具有产量较高、生产周期短、成本低等优点。

Komatsubar 等人在生产苏氨酸的一些菌种以及在L-赖氨酸、L-苏氨酸的生产中已成功地使用了基因传导技术。

随着理想氨基酸模型的深入研究，将具有生产不同氨基酸的菌种或其基因按理想营养模式进行组装，以期在体外或体内生产出满足动物需求的新一代理想天然产品----理想氨基酸复合制剂的研制开发，将会成为今后研制生产氨基酸的发展趋势。

日粮中添加氨基酸可以平衡氨基酸的比例，提高饲料蛋白质的利用效率，减少氮排出造成的环境污染，维生素可以提高动物机体营养物质的吸收代谢，维持动物生命和正常生长，在动物饲料中添加高剂量的某些维生素，可以增进动物免疫应答能力，提高抗病毒、抗肿瘤和抗应激能力，提高畜产品品质。

二、植物工程技术
利用植物工程技术创造了一批不育系并在生产上运用，其中典型的例子是在油菜和烟草上的应用。

利用生物技术可以进行植物收获后的转运和降低贮藏过程中植物的酶活性，减少养分损失；利用组织培养、单倍体育种、细胞质融合和基因工程等现代生物技术来提高饲料原料如禾谷类植物、植物油副产品和牧草的育种方法，改变植物种子含油量或蛋白质、淀粉含量及组分，增加饲料作物中果聚糖和可溶性糖的浓度，降低副产品的木质素含量等。

1．提高饲料作物的蛋白质数量与质量。

作物种子中含有丰富的蛋白质，如豆类蛋白质含量高达20%以上，禾本科作物种子蛋白质含量在10%左右，但农作物种子蛋白中必需氨基酸的组成不平衡(如豆科种子缺乏含硫氨基酸，谷物种子中普遍缺乏赖氨酸，有的还缺乏色氨酸)，严重降低了蛋白质的营养价值。

目前，许多国家相继研究和培育出了一些优秀的高赖氨酸玉米品系，中国培育出的有“中单206”、“新玉号”、“农大107”等品系。

高赖氨酸玉米又称优质蛋白玉米，赖氨酸含量一般在0.4%以上，蛋白质10%--12%，粗脂肪5%。

大量研究表明，其饲料价值是普通玉米的1.5--1.6倍，澳大利亚科学家利用基因工程培育一种富含蛋白质的苜蓿新品种。

他们将豌豆种子中的一个编码含硫氨基酸密码的因子转移到苜蓿叶子中。

豌豆中的白蛋白与其他植物中白蛋白不同，它在瘤胃中不分解，几乎全部被羊所吸收。

用这种苜蓿新品种饲喂绵羊可促进羊毛生长，增加羊毛产量5%。

苜蓿作为理想的蛋白质饲料作物之一，21世纪将有很大的需求量。

2.培育低毒饲料作物。

中国传统的油菜含有硫代葡萄糖苷(以下简称硫苷，在饼粕中约含7%--9%)和芥酸(约占总脂肪酸的50%以上)，硫苷本身没有毒，但它在动物体内经芥子酶催化生成纤维素唑烷硫酮、异硫氰酸酯、硫氰酸盐等有害物质，可引起动物代谢紊乱，以致中毒死亡。

芥酸含量高，油酸、亚油酸等脂肪酸含量就低，使传统的菜油营养价值大大降低。

中国科学家首次发现并采用“波里马油菜细胞质雄性不育系”培育出双低油菜(低芥酸、低硫苷)，其水平处于世界先进水平，如“湘油11”、“浙优油2号”、“河南3-227”、“贵优油21”、“华中3号”等。

如华中3号较传统品种芥酸降低90%以上，硫葡萄糖甙降低80%，产量提高10%左右。

国内已有多家成功地利用微生物单菌或多菌发酵工艺，使棉饼中游离棉酚含量降至0.04%以下，菜饼中异硫氰酸酯，恶唑烷酮含量降至0.045%以下。

国外育成的著名油菜新品种有“Linn”和“Tower”等。

三、动物工程技术
1．单细胞蛋白的生产。

SCP是指利用各种基质大规模培养细菌、
酵母菌、霉菌、微藻、光合细菌等而获得的微生物蛋白，是现代饲料工业和食品工业中重要的蛋白来源。

SCP营养丰富，蛋白质含量40%--80%不等，所含氨基酸组分齐全平衡，且有多种维生素，消化利用率高(一般高于80%)，其最大特点是原料来源广，微生物繁殖快，成本低，效益高。

细胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃生产单细胞蛋白(SCP)；利用废物中的许多物质转化为SCP，如稻秸、蔗渣、柠蒙酸废料、果核、糖浆、动物粪便和污物等；利用藻类(如小球藻、栅藻)生产SCP。

生产SCP的微生物有酵母、非病原性细菌、放线菌和真菌及藻类等，其中饲用酵母和藻类蛋白发展最快。

生产SCP的主要原料有造纸工业的纸浆废液、制糖业的糖蜜及废弃物、酿酒业的糟类及废弃物等，利用各种植物秸秆、壳类、糖渣类、木屑等农村废弃物中的纤维素生产SCP。

SCP饲料其菌体蛋白含量可达40%--80%，若加入限制性氨基酸蛋氨酸后可达90%以上，且各种氨基酸、维生素含量丰富。

每千克SCP可使母牛产奶量增加6--7kg：用含10%SCP的饲料喂蛋鸡，产蛋量提高21%--35%，1t单细蛋白可节约饲粮5--7t。

上海酵母厂通过特异生物技术培育成能富积微量元素的微生物。

如硒酵母、锌酵母等：螺旋藻作为藻蛋白生产、已大面积培养推广，蛋白质含量达62%--70%，富含胡萝卜素、藻蓝蛋白、藻酸钠及类胰岛素等活性物质。

2．新型饲料添加剂的生产。

目前用作饲料添加剂的低聚糖主要有异麦芽低聚糖、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。

与益生素相对应，寡糖等产品称为促生素(prebiotics)，它是为消化已有的有益细菌直接提供可发酵底物，促进有益微生物的大量增殖、调节消化道微生态平衡。

这类产品分两类：一类是以促进有益细菌生长的低聚果糖，另一类是促进免疫反应的低聚甘露糖。

卵黄抗体通过免疫反应阻止病原性大肠杆菌在小肠黏膜上黏着，从而预防和治疗仔猪的下痢。

3.酶制剂。

酶制剂是从动、植物和微生物中提取制备的具有酶特性的高效生物活性物质，通常与少量载体混合而制成粉剂。

从微生物细胞制备酶的流程一般包括破碎细胞、溶剂抽提、离心、过滤、浓缩、干燥几个步骤，某些纯度要求很高的酶则需经几种方法乃至多次反复处理。

应用生物技术生产的酶有：蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、乳糖酶、植酸酶、非淀粉多糖酶、果胶酶等。

大多数酶来自真菌类，但最近的基因编码已将不同的酶如β-葡聚糖酶、木聚糖酶和植酸酶进行克隆。

植酸酶是一种水解植酸的磷酸酶类、它能将植物磷降解为肌醇和无机磷酸，饲料中添加植酸酶，可使饲料中磷的利用率提高60%，粪便中磷的排出量减少40%，有利于单胃动物对矿物质和氨基酸的吸收利用。

β-萄聚糖酶、戊聚糖酶添加到以大麦、小麦、黑麦、燕麦等为主的饲粮中，能分解饲粮中的抗营养因子萄聚糖和戊聚糖，提高养分消化利用，改善了非滤粉多糖的消化率，降低了肉仔鸡和仔猪肠道内
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．降解秸秆木质素。

木质素与纤维素之间形成坚固的酯键，阻碍了瘤胃微生物对纤维素的降解。

英国ASTON大学从秸秆堆中分离出一种白腐真菌，只降解木质素、不降低纤维素，用白腐真菌发酵切碎的麦秸，5--6周后，不仅提高了蛋白质含量，可使秸秆的体外消化率从19.63%提高到41.13%。

在适宜条件下，白腐真菌的菌丝首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解表面的蜡质，然后菌丝进入秸秆内部并产生纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶、外切糖酶进行降解木质素和纤维素，使其成为含有酶的糖类，从而使秸秆饲料变得香甜可口，易于消化吸收。