奶牛瘤胃微生物非淀粉多糖酶的利用

文∕劉 煥

（山西省晉中市榆次區(qū)畜牧獸醫(yī)局）

非淀粉多糖是谷物飼料中重要的抗?fàn)I養(yǎng)因子，對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收有一定的影響，可促進(jìn)腸道內(nèi)病原菌的滋生。而非淀粉多糖酶對于改善飼料品質(zhì)、消除抗?fàn)I養(yǎng)因子影響、提高動物健康有重要意義。目前，消除非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSPs）抗?fàn)I養(yǎng)作用最有效的辦法是添加非淀粉多糖酶制劑。本文主要以木聚糖酶和葡聚糖酶為例來介紹非淀粉多糖酶基因的資源開發(fā)和利用。

1 飼料中非淀粉多糖的分類與抗?fàn)I養(yǎng)作用

1.1 非淀粉多糖的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，NSPs可以分為3 類：纖維素、半纖維素多糖和果膠多糖。

1.1.1 纖維素

纖維素是1，4-β-葡萄糖的直鏈聚合物。

1.1.2 半纖維素

半纖維素是指在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液，遇酸后遠(yuǎn)較纖維素易于水解的那部分植物多糖。構(gòu)成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為3 類：聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。半纖維多糖則包括木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。

1.1.3 果膠多糖

果膠多糖又稱半乳糖醛酸或鼠李糖醛酸.主要由β-1，4-半乳糖醛酸主鏈組成。

1.2 非淀粉多糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用

1.2.1 使內(nèi)源酶活性降低

非淀粉多糖與消化酶或消化酶必需的其它成分，如膽汁酸、無機(jī)離子等結(jié)合會影響內(nèi)源酶活性。

1.2.2 改變腸道微生物菌群

非淀粉多糖進(jìn)入前段腸道不被消化，在后段腸道形成厭氧微生物繁殖的碳源，所以在后段腸道會滋生生孢梭菌等厭氧微生物。

2 瘤胃微生物產(chǎn)生的非淀粉多糖酶

厭氧真菌（Anaerobic Fungi）在反芻動物和單胃草食動物的消化道內(nèi)寄居，瘤胃微生物產(chǎn)生多種類別的水解酶，這些水解酶在降解植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)性組成成分上發(fā)揮著重要的作用，這也是反芻動物和單胃草食動物消化利用秸稈飼料的生理基礎(chǔ)。如纖維素酶，瘤胃微生物能分泌纖維素酶，對纖維素有很強(qiáng)的降解能力；半纖維素酶，半纖維素酶是降解半纖維素，包括各種戊聚糖和己聚糖的一類酶的總稱，主要包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和半乳聚糖酶等。

3 瘤胃微生物非淀粉多糖酶基因的研究進(jìn)展

3.1 木聚糖酶基因的研究趨勢

根據(jù)有關(guān)木聚糖酶的研究，目前主要集中在以下方面。

3.1.1 木聚糖酶資源的開發(fā)

木聚糖酶是一種誘導(dǎo)酶，菌種不同，誘導(dǎo)物不同，產(chǎn)生的酶系也不一樣。因此，開發(fā)不同性質(zhì)的木聚糖酶具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1.2 基因的分子進(jìn)化

開發(fā)不同來源的木聚糖酶基因編碼的酶可能具有非常優(yōu)良的性狀，這也是木聚糖酶研究的趨勢之一。

3.1.3 木聚糖酶結(jié)構(gòu)與功能的研究

對木聚糖酶的初級結(jié)構(gòu)只有一些初步研究，而有關(guān)其耐熱的機(jī)理、高比酶活的原因、糖基化對酶活性的影響等的研究有待進(jìn)行。所以通過晶體衍射研究木聚糖酶的晶體結(jié)構(gòu)，定點(diǎn)突變發(fā)現(xiàn)影響某特點(diǎn)的關(guān)鍵氨基酸都是木聚糖酶蛋白質(zhì)工程的任務(wù)。

3.2 纖維素酶基因的研究進(jìn)展

纖維素酶是一類能夠降解纖維素生成葡萄糖的酶的總稱。它是一類復(fù)雜的復(fù)合物，稱之為纖維素酶系。

3.2.1 分類

按照纖維素酶功能不同，可分為3 類。

（1）內(nèi)切葡聚糖酶：來自真菌簡稱EG，來自細(xì)菌簡稱Len，又稱為C1酶。它們作用于纖維素內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解β-1，4-糖苷鍵，將長鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生出含非還原性末端的小分子纖維素。

（2）外切葡聚糖酶：來自真菌簡稱CBH，來自細(xì)菌簡稱Cex，又稱為Cx酶。

（3）β-葡萄糖苷酶：簡稱BG酶，它們將纖維二糖和寡糖水解成葡萄糖分子。

3.2.2 內(nèi)切葡聚糖酶基因的克隆進(jìn)展

目前已經(jīng)將內(nèi)切葡聚糖酶的基因表達(dá)在大腸桿菌中，當(dāng)溫度達(dá)到55 ℃時，酶將快速反應(yīng)，在pH值為5～9時穩(wěn)定性較好，與原始菌株的纖維素酶活性比較接近。

3.2.3 葡萄糖苷酶基因的克隆進(jìn)展

葡萄糖苷酶基因在降解纖維素酶方面主要是β-1，6-葡萄糖苷酶。目前已有人根據(jù)枯草芽孢桿菌寡聚-1，6-葡萄糖苷酶基因序列設(shè)計引物，擴(kuò)增得到寡聚-1，6-葡萄糖苷酶基因。也有人成功克隆了一段來自騰沖嗜熱厭氧桿菌編碼PbgL（436個氨基酸殘基）的開放閱讀框，并在大腸桿菌BL21中有活性地表達(dá)。

4 小結(jié)

飼料中各種養(yǎng)分的利用，受到纖維素和非淀粉多糖等因素的限制。根據(jù)飼料中所含的抗?fàn)I養(yǎng)因子不同，采用不同的非淀粉多糖酶可以提高飼料養(yǎng)分的利用率和動物的生產(chǎn)性能。能夠分解非淀粉多糖的酶類，不僅能夠降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的不利影響，而且還能夠起到分解細(xì)胞壁，釋放出淀粉、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的作用，從而提高動物對養(yǎng)分的消化和吸收能力。開展對不同飼料中非淀粉多糖定量、定性以及非淀粉多糖抗?fàn)I養(yǎng)機(jī)制的深入研究，進(jìn)而找到消除非淀粉多糖抗?fàn)I養(yǎng)作用的有效途徑，仍是營養(yǎng)學(xué)家今后要努力的方向。由此可見，利用瘤胃微生物酶類將在很大程度上增進(jìn)畜牧業(yè)的生產(chǎn)能力。另外瘤胃微生物還有望作為新式酶源，應(yīng)用于洗滌、發(fā)酵和紡織等工業(yè)，還可用于處理有機(jī)垃圾、治理環(huán)境污染等。因此，瘤胃微生物及其纖維素酶類在生產(chǎn)實(shí)踐中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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