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对植酸酶、蛋白质和徽量矿物质的一些研究近况

  作者: 来源: 日期:2006-11-07  
  在家禽日粮中添加植酸酶或者调控日粮中的磷,在将来具有越来越大的重要性;精心地配合氨基酸、维生素和微量矿物质也会对未来的生产率和经济效益产生影响。本文是作者对美国2000阿肯色州营养会议上发表的若干论文所作的评介。
           植酸酶
      鸡粪和猪粪的处理,通常是将其施用于田地中。由于猪、禽日粮主要由植物性原料构成,比如玉米和豆粕,所以日粮中大多数磷都以植酸的形式存在,因而其大部分都不会被单胃动物消化。这些未消化的磷会通过猪、禽的胃肠道而进入粪中,最后被施加到土壤中去。
      在集约化猪、禽生产地区,人们越来越关心磷在土壤和地下水中的积聚问题。这些关心会导致立法禁止向田地中施用磷。此外,为了满足猪、禽对对磷的总需要量,又不得不在玉米-豆粕日粮中含几乎足够的磷的情况下再向日粮中添加无机磷。若干论文论述了向不同年龄和体重的猪、禽日粮中添加磷或调控磷水平的结果。
           遗传工程植酸酶的应用
      瑞士罗氏公司的RolandBrugger博土提供了制备11种真菌植酸酶的资料。植酸(肌醇六磷酸盐)是植物中磷的主要储存形式。因此,必须用植酸酶来释放植酸中的磷,以便使这些磷能够被宿主动物所利用。
      Brugger博士的研究室以及其它一些地方总共已从子囊菌类真菌(ascomycete)中克隆了13种不同的植酸酶。尽管有着许多种具有植酸酶活性的 "野生"真菌,但其中许多都具有相近的特性。其中大多数都是酸性蛋白质,pH值范围为4.5~5.4,它们最多可从植酸中释放出5~6个磷酸基团。
      然而,这些植酸酶之间也有相当大的不同,因而有必要对其进行精制,并且使其期制剂具有较高的热稳定性以及较高的抗蛋白酶特性和抗极端pH值的特性,以便使其能在猪、禽日粮中发挥其最大的作用。
      Brugger的研究表明,植酸酶分子的活性点具有正电荷,所以可以与带高度负电荷的底物植酸发生电子相互作用。利用的方法是替代构成酶分子中与底物接触的活性点上的所有氨基酸残基。这样的替代可以加强酶的催化特性,加强其固有的热稳定性,改善其储存能力,并提高其抗蛋白酶能力和对极端pH的抵抗能力。
           在家禽日粮中应用孢伏革菌
     丹麦的Dan Petterson博土应用新型植酸酶隔孢伏革菌(一类真菌)的信息。将一种隔孢伏革菌(Peniophora Iycii)的基因转入米曲霉菌中,就用这种转基因米曲霉菌制取这种新型的植酸酶。这种植酸酶不同于黑曲霉菌植酸酶,是一种所谓6-植酸酶,这意味着它能在6个位置上分解植酸环,而黑曲霉菌植酸酶只是一种3-植酸酶。
      这种植酸酶的主要优点在于其耐制粒的稳定性,原因是它经过了一种特殊的包囊加工,在85℃的温度下能够保持60%以上的活性。体外试验表明,隔孢伏革菌植酸酶能够分解米糠中90%的植酸磷,能分解豆粕中60%的植酸磷。它在pH  2.5、3.0、3.5、4.0和4.5时具有最佳的活性。
      有试验测定了在低磷含量(39克/千克)玉米-豆粕肉鸡日粮中添加隔孢伏革菌植酸酶对饲料消化率的影响。这种植酸酶的添加水平分为四种:0、250、 500或1000植酸酶单位/杆克(1植酸酶单位的定义是:在pH5.5和37℃的标准条件下每分钟从每升0.0051摩尔的植酸钠中释放出1微摩尔无机磷酸盐所需要的酶量)。添加了植酸酶后,磷和钙的消化率都得到了提高;在每千克1000植酸酶单位的情况下,低磷日粮中的钙、磷消化率都提高了35% (49.8%和49.0%对67.3%和66.3%)。在第二个用肉鸡所作的试验中,从平均日增重的改善来看,应用隔孢伏革菌植酸酶释放了约50%的植酸磷。
      在用火鸡作的试验中,采用250至10000植酸酶单位/千克的隔孢伏革菌植酸酶,克服了采用全植物日粮时所见的生长抑制,粪中的磷水平降低了20%左右。
           通过日粮调控减少磷排泄量
           美国阿肯色大学的Park Waldroup博士研究了不同营养方法对减少肉鸡磷排泄量的影响,并评价了这些方法的综合效应。对不同年龄段的肉鸡进行了一系列研究:0~3、3~6和 6~9周龄。每一年龄段中,肉鸡日粮的非植酸磷含量都从不足到充足,并且都分为添加或不添加1000植酸酶单位植酸酶/千克两种情况详见表1。
       表1  日粮磷水平对肉鸡体重和胫骨灰分的影响
       处理            各周龄段日粮非植酸磷含量(%)        不同日龄体重(克)
                               0~3        3~6        6~9          21         42         53         63
       商业水平磷     0.50        0.40        0.35        750        2216     3016        3525
       NRC                 0.45        0.35        0.30        755        2237      3080        3527
       ---------------不加植酸酶--------------
       最大体重       0.375        0.20        0.15        761        2226       3060        3622
       -0.05%磷        0.325        0.15        0.10        737        2133      2882        3356
       +0.05%磷        0.425        0.25        0.20       741       2271      3111        3684
       ------------------每千克日粮添加1000单位植酸酶--------------------
       最大体重        0.30        0.15        0.10        754        2276       3171        3753
       -0.05%磷        0.25        0.10        0.10        741        2241        3116        3722
       +0.05磷        0.35        0.20        0.15        752        2290       3146           3734
       ------------不加植酸酶------------
       最大胫骨灰分   0.40     0.30        0.20        723        2225     3025        3647
       -0.05%磷        0.35        0.25        0.15        731        2224       3054        3586
       +0.05磷        0.45        0.35        0.25        735        2233        3144        3727
       ----------每千克日粮添加1000单位植酸酶-----------
       最大胫骨灰分  0.30        0.25        0.15        753        2279      32111        3633
       -0.05%磷      0.25        0.20        0.10        725        2254        3132        3718
       +0.05磷        0.35        0.30        0.25        758        2251        3050        3539
      42日龄和53日龄时,日粮磷含量比最大体重所需减低0.05%而未加值酸磷的肉鸡,体重显著轻于日粮磷含量符合NRC标准或商业水平的肉鸡。然而,最大体重日粮磷组的肉鸡,无论添加或不添加植酸酶,体重都与NRC或商业磷水平日粮的肉鸡无显著差别。所以结论是,能导致最大体重的日粮磷水平组,在不添加植酸酶时,日粮磷水平刚好够用,而在添加了植酸酶的组,则日粮磷水平有较为充足的安全系数。
      未测定各处理对饲料利用率或死亡率的影响。然而,胫骨灰分受到一定的影响。最大腔骨灰分组的肉鸡,在不添加植酸酶的情况下,胫骨灰分显著低于NRC和商业磷水平组的肉鸡。将日粮磷水平增高0.05%,胫骨灰分与NRC或商业磷水平组的肉鸡相当。采用比较的磷水平,再添加植酸酶,粪中的磷水平比NRC磷水平组组降低了50%以上。
           结论是,采用降低了的日粮磷水平,尤其是3周龄之后以及通过使用植酸酶,肉鸡粪中的磷排泄量可明显降低而生产率并未受到不良影响。
           氨基酸和蛋白质
           美国阿肯色大学的Craig Coon博士提出了关于肉种鸡氨基酸需要量的新综述。他的综述着重比较了不同来源的氨基酸需要量数据。
           蛋氨酸和含硫氨基酸
      不同文献中,由于提供的胱氨酸的量很不相同,其关于肉种鸡对总合硫氨基酸需要量的数量很不一致。对蛋氨酸的实际需要量,需要在有充足的日粮胱氨酸供肉种鸡利用的情况下进行测定。为了做到这一点,有些研究人员既采用蛋氨酸需要量,文采用含硫氨基酸需要量。在提供的数据中,蛋氨酸和含硫氨基酸推荐量的范围有很大不同。C山n博士提出,肉种鸡应按1994年饭NRC推荐量每天摄入450毫克蛋氨酸和700含硫氨基酸。
           赖氨酸
      Harms和Russell(1999)的研究重新评价了赖氨酸需要量以区分赖氨酸和蛋白质摄大量对32周龄肉种鸡产蛋量的影响。试验得出结论认为,为了获得最高产蛋率用产蛋重和蛋内容物,每天需要摄入845毫克赖氨酸。一种含赖氨酸O.515%的10.95%蛋白质日粮能够提供充足的19.9氨酸。学者们认为,1994年饭NRC关于每天摄入765毫克赖氨酸的推荐还据认为,每天19.5克蛋白质摄入量的推荐水平可能高于需要量。学者们指出,肉种鸡每天摄人15.53克和16.7克蛋白质,添加蛋氨酸和赖氨酸,和每天摄入18.7克蛋白质而仅仅添加蛋氨酸的结果是相同的。
           色氨酸
      Harms(1992)报告,在玉米-豆粕日粮中,色氨酸是第三限制性氨基酸,而蛋氨酸和赖氨酸分别是第一和第二限制性氨基酸。Harmt和Ivey (1992)的研究表明,为获得最大蛋重、最大每日产蛋重和最大体重,每天需要摄人192毫克色氨酸。NRC(1994)的推荐量是每天摄入190毫克。
           精氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和绩氨酸
      Harms和lvey(1992)的研究表明,种鸡应每天摄入精氨酸1025毫克、苏氨酸65毫克、异常氨酸685毫克和缬氨酸837毫克。采用玉米-豆粕日粮时,要提供这一水平的氨基酸摄大量,则蛋白质摄大量水平应为每天17.51克。NRC(1994)对上述四种氨基酸的推荐每天摄大量依次分别为 1110、700、850和750毫克。
      对种鸡育成期的蛋白质摄大量也进行了讨论。奥本大学J.B.H堪和R·J工ien的研究证明,提高开食料的蛋白质水平,在20%日粮蛋白质组,到31周龄时的累计产蛋量和可入孵种蛋产量达到最高(表2)。各组到20周龄时的累计蛋白质摄入量分别为1047克(12%日粮粗蛋白组)、1101克(16%日粮粗蛋白组)和1148克(20%粗蛋白组)。这一研究表明,各组间最初6周内的蛋白质摄大量仅仅相差50克,就可对20周后产蛋早期的产蛋量产生很大的影响。
       表2  早期蛋白质摄入量对31周龄时累计产蛋量的影响
       项目        开食料(最初6周内)的日粮蛋白质水平
                                       12%        16%        20%
       每平产蛋蛋总        36.6        38.8        40.1
       每鸡产可入孵种蛋数        27.4        32.3        31.5
       至产蛋高峰的天数        211.5        215.0        208.7
      
           还有一项试验正在完成,这些试验评价了肉种鸡的早期蛋白质营养和到65周龄时的产蛋量。
      研究中,对1日龄Cobb种母鸡喂以等量的等能日粮,但日粮的蛋白质水平则各不相同,到4周龄时的累计蛋白质摄入量分别有180克和140克两个水平。4 周龄胸肉重、龙骨长度和胫骨长度都以日粮蛋白质平较高者的为大,而腹脂水平则以日粮蛋白质水平较低者的为较高者的三分之一。种母鸡开食期蛋白质摄入量较大者开产也略早;到45周龄时,最初4周内蛋白质摄入水平较高者比摄入水平较低者多产6.25个蛋.因此,看来生长早期蛋白质摄入量少量增加就可对直到产蛋高峰以及此后的产蛋量产生有利影响.
       Jeffre Firman 报告了密苏里大学此后的研究,测定了火鸡的可消化氨基酸需要量.亮氨酸并非日粮配合时备受关注的氨基酸NRC的推荐需要量1.90%(以总量为基础)太高了,密苏里大学最近的结果却是0.95%。
           苯丙氨酸-酷氨酸
      看看几年前的低蛋白质日粮,可以见到,在火鸡开食料中,只要保持赖氨酸和含硫氨基酸的含量,日粮蛋白质水平最低可以降低到22%而不危害火鸡的生产性能. 这一研究另一个有趣的方面是,在日粮粗蛋白性为22%时,添加苯丙氨酸是唯一可可减低生产性能的氨基酸。事实上,在低蛋白日粮中,添加苯丙氨酸可使生长率降低将近50%,但在高蛋白日粮中则情况看来并非如此。
           当前,密苏里大学的研究人员正在收集数据以便建立一个模拟系统.他们的第一个方程是以体重数据为基础应用理想比率来估测需要量。
           无机徽量矿物质
           Jon  Nelson博士提交了大约35个表格(全都收集在了会议论文集中),介绍了室内研究结果和大学研究结果,并提出了猪、禽日粮中无机微量矿物质的最佳添加水平推荐值.并非所有的推荐值都与NRC标准相符.例如,表3将NRC(1994)标准与家禽业的常用量作了对比。
      据认为,从营养学的观点来看,最佳的徽量矿物质制品应有高的含量,具有滑石样的质地。然而,由于所用的各种无机矿物质源在物理特性上有很大差别,所以不可能做到这一点。
       表3 肉鸡日粮中的微量矿物质水平(毫克/千克)

矿物质        常用水平        应激时水平        NRC(1994)
       锰        100~180        160~180        60
       锌        80~150        130~150        40
       铁        20~40        20~40        80
       铜        5~10        10~20        8
       碘        0.75~1.5        1~1.5        0.35
       硒        0.30        0.30        0.15
           表4显示了Nelson博士提出的若干微量矿物质源的生物学效价。
       表4  饲料中所用的无机微量矿物质源及其生物学效价
 矿物质        形式        生物学效价(%)
       锰        氧化锰(60~62%)        70
               一水硫酸锰        100
       锌        六水硫酸锌        100
               一水硫酸锌(35.5~36%)        86~89
               氧化锌        21~96
               碱性氯化锌(57%)        105
       铁        一水硫酸亚铁(30.5~31%)        100
               碳酸亚铁(38~49%)        6~70
       铜        五水硫酸铜(25.2%)        100
               氧化铜        0
               氧化亚铜        90
               三碱氯化铜(58%)        100
       碘        碘酸钙(64%)        100
               EDDI(79.5%)        100
      有些硫酸锌和硫酸锰制品为16目到30目以上的颗粒,并且就这样用在了猪、禽日粮之中。这样是不行的,因为日粮在含有这样大小的颗粒时很难混合均匀。若有可能,混入矿物质预混料中的所有原料,其颗粒大小不应大于30目。
           维生素
      罗氏公司的N.E.Ward博士说:"一种维生素的需要量是保证动物不发生缺乏症所需要的最低水平"。维生素供应量可分为"缺乏"和"次最佳"两大类。" 缺乏"是指其供应量低于NRC需要量标准的量,而"最佳"则是指能使动物充分表现其生产性能遗传潜力的供应量。超过最佳水平则为过量,其后果是不经济,甚至会产生有害作用。
      在日常操作中,维生素的实际需要量会因多种因素的影响而有所不同,比如动物的类型和品种、饲料的来源、环境的不同以及一般管理措施的不同等等。Ward博士认为,对于有些维生素需要量的变化是值得考虑的。
           维生素E
      研究表明,提高维生素E的水平(每吨饲料217500国际单位)可大大降低整鸡废弃率,还可降低败血症/毒血症、气囊炎等炎症的发生率。此外,在蛋鸡,提高日粮维生素E的水平还可减轻热应激引起的产蛋量下降。
      对生物素重要的是要记住,玉米中的生物素是100%可利用的,而小麦中的生物素则是不可利用的。在一个为期21天的试验中,日粮含生物素300微克/千克时,肉鸡的体重大于(P<0.05)50微克生物素/千克日粮组的肉鸡。用于该模型的线性回归方程提出的推荐水平为200微克/千克。
           核黄素
      在慢性热应激条件下,日粮核黄素含量为3.3毫克/千克时,即使生长率保持正常,但发生了屈指瘫痪。在热应激条件下,日粮核黄素含量达15毫克/千克时就防止了屈指问题的发生。
           烟酸
      在温度适中区的条件下测测定了烟酸需要量,日粮烟酸含量80毫克/千克时获得了最大的6周龄体重。表5显示了一些天然饲料中若干B族维生素的生物利用率。
       表5 水溶性维生素的生物利用率
       维生素        年份        饲料        生物利用率(%)
       核黄素        1990        玉米        5
       烟酸            1968        小麦,高粱        0
                           1968        玉米        0~30
                           1968        豆粕        100
                           1963        谷物        10~15
                           1963        油籽        60
       吡哆醇(维生素B6)        1976        玉米        38~45
                                              1976        豆粕        58~65
       泛酸        1966        谷物        20~40
                        1981        大麦,小麦,高粱        60
                        1984        豆粕        100
                        1984        高粱        10~20
                        1984        玉米        75~100
                        1984        肉骨粉        86
                        1970        大麦,小麦,高粱        <50
           开食前饲料
           巴西联邦大学Mario
      Penz博土提出的数据表明,肉鸡雏在出壳后立即喂食,其21日龄体重比出壳后24小时才喂食的肉鸡雏大8%(647克对598克)。7周龄时两者的体重差别减小到3%(2554克对2568克)。
           据认为,提早喂食能促进雏鸡消化道的早期发育。此外,24只禁食雏鸡7周龄时的死亡率高于立即喂食的维鸡(10.5%对6.3%)。
      第一周的饲料中加入了丙酸,添加率为3%,目的是改善糖原异生作用以及早期性能。然而,这导致了增重减慢,但却改善了饲料利用率并降低了青年种鸡所产雏鸡的死亡率。
           Penz博士提出的数据(表6)表明,肉鸡雏在第一周内的钠需要量大于NRC(1994)的0.24%。
       表6  日粮钠添加率对肉鸡雏第一周内饮水量、采食量和性能表现的影响
钠添加率    饮水量     采食量   体增重   饲料利用率        粪便含水量
       (%)        (毫升)        (克)        (克)                (%)
       0.10        213a        124a        67a        1.85a                     68.3
       0.22        282b        139b        104b        1.34b                  69.7
       0.34        303bc        148b        116bc        1.28b              70.9
       0.46        322c        147b        119c        1.24b                   71.0
       注:表内同一竖栏内上标不同字母的数值间差异显著(P<0.05)
           Penz博士的结论认为,提高钠水平导致的体重增加,在一定程度上是因为水的潴留量增大了的缘故。
           据认为,以玉米和豆粕为基础的早期雏鸡食料中蛋白质食量不应低于21%,这可能是因为甘氨酸和丝氨酸成为了限制性氨基酸的缘故。


 
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