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纤维素酶在鹅营养上的研究应用 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-11-02

     鹅属草食水禽,通过采食牧草而能够利用部分日粮纤维,但由于自身纤维素酶分泌量有限,对日粮中不同来源和水平的纤维利用能力相差较大,有很大一部分日粮纤维不但不能被利用而造成浪费,而且还会对其消化代谢生理产生不利的影响。近年来纤维素酶成为动物营养学研究的一个热点,许多研究者通过在动物日粮中添加酶制剂提高动物对纤维素的消化利用率。本文就纤维素酶的来源、组成、结构、作用机理及其在鹅营养中的研究应用作一综述。
1、纤维素酶的定义、来源与组成
    纤维素酶是指能降解纤维素的一类酶的总称,是一个由多种水解酶组成的复杂酶系,主要来源于真菌和细菌,少量的来自动物自身。按照其功能的不同主要分为:内切纤维素酶(内切-p-l,4-D-葡聚糖酶,来自真菌简称EG或来自细菌简称Len);外切纤维素酶(exo-l,4-p-D-葡聚糖酶,简称EX;)和纤维二糖酶(8一葡萄糖苷酶,简称BC)。
2、纤维素酶的结构与功能
    大多数的纤维素酶具有相似的分子结构,包含一个或多个催化结构域(catalytic domain,CD)和无催化作用的纤维素结合域(cellulose binding domain,CBD),中间由一段可辨认的连接肽(linker peptide)所连接。只有少数微生物和高等植物产生的纤维素酶没有这种结构,如T.reesei的EG的EG3缺少CBD结构域。
2.1催化结构域
呈球形,主要体现酶的催化活性及对特定水溶性底物的特异性。根据其氨基酸序列的相似性,CD可分为70个家族,在同一个家族内具有相似的分子折叠模式和保守的活性位点。内切酶可作用于纤维素无定形区的任意位点,随机水解b-1,4糖苷键,产生小分子纤维素;外切酶可以作用于纤维素分子内的结晶区、无定形区和羧甲基纤维素,但只能从纤维素分子中的非还原性末端切下纤维二糖,因此外切酶又叫纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)。
2.2纤维素结合域
    根据氨基酸序列的同源性,CBD可分为5个家族,通常位于纤维素酶序列的氨基末端或羧基末端,所含氨基酸残基数目不等,真菌纤维素酶含的较少,细菌纤维素酶含的较多。通过研究CBD的结构发现它可
插入和分开纤维素的结晶区,当其吸附于纤维素分子链表面后具有疏解纤维素链的作用。
2.3连接肽
    连接CD和CDB,真菌纤维素酶的含30~40个氨基酸残基,其中甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸较多,细菌纤维素酶的含约100个氨基酸残基,以脯氢酸、苏氨酸较多。
3、纤维素酶的作用机理
    目前关于纤维素酶的作用机理仍然不是十分明确,比较普遍认同的主要的有以下两种作用机理。
3.1  纤维素酶的降解机理
    包括三种作用机制,第一种机制为内切纤维素酶首先作用于纤维素分子内部的无定形区,水解p-1.4-糖苷键生大量的带非还原性末端的小分子纤维素,随后外切纤维素酶水解b-1.4-糖苷键,切下的纤维二糖分子由葡萄糖苷酶将其水解为葡萄糖分子。第二种机制为内切酶、外切酶、糖苷酶三种酶的协作水解,且这种协同作用与底物的结晶度成正比,此外每单位纤维素中纤维素酶分子的浓度对纤维素的降解有很大的影响。第三种机制为在纤维素的降解过程中存在其它的酶协同纤维素酶共同将不溶性的纤维素底物转化为可溶性糖,例如纤维二糖脱氢酶(Cellobiose Dehydrogenase,CDH),研究表明纤维素水解酶系统的水解能力在包含CDH时得到提高。
3.2纤维素酶的营养机理
    补充内源纤维素酶的不足,使其在半纤维素酶、果胶酶等的协同作用下将植物的细胞壁破坏,将其包裹在细胞壁中的内容物如蛋白质、淀粉等释放出来,经蛋白酶、淀粉酶进一步水解后供机体吸取利用,并将纤维素、半纤维素、果胶、戊糖等降解为单糖和寡糖,消除或降低这些不易消化的物质带来的不利影响。研究表明日粮中纤维含量高时,粘性多糖与小肠上皮粘膜细胞上的糖蛋白结合,形成一层加厚的不动水层,使食糜的流通速度和营养物质的吸取都受到影响,并可影响一些消化酶如淀粉酶、糜蛋白酶、脂酶的活性;同时也会影响消化器官生长和发育,其中对肠道的形态结构影响较大;进而也会对肠道微生物区系组成造成影响,使得肠道中的有害微生物增殖并产生一些毒素,从而对机体造成不利影响。干物质、粗蛋    白表观利用率分别提高了35.43%、46.51%、8.08%和18.92%,并认为在其试验条件下纤维素酶制剂的适宜添加量为0.1%,酶活性为2 000 U/g。
   艾晓杰等(2002)报道,在雏鹅日粮中添加0.2%含木聚糖酶和纤维素酶等的复合酶,与对照组相比胰腺和肝脏相对重量的下降27.14%( P<O.OI)和11.78%(P<0.05);肌腺胃相对重量低16.06%( P<0.05);十二指肠、空肠、回肠相对重量分别低11.90%、11.48%和11.52%,差异显著;回肠食糜上清液粘度显著低于对照组。
艾晓杰等(2004)报道,在雏鹅日粮中添加0.2%含木聚糖酶和纤维素酶等的复合酶,与对照相比较,胰腺组织中蛋白酶和脂肪酶活性分别低7.43%(P<0.05)和27.20% (P<0.01),空肠蛋白酶则高14.06%(P<0.05);空肠和回肠食糜脂肪酶活性显著降低,达28.57%和13.64%;十二指肠淀粉酶活性显著升高达17.29%(P<0.05),回肠则低14.08%(P>0.05);各段小肠食糜pH值无显著变化。表明日粮中添加酶制剂可以增强机体对碳水化合物和其它营养物质的吸取利用,提高饲料利用率,从而促进其生长。
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    与纤维素酶在反刍动物、猪、鸡上的研究应用相比,纤维素酶在鹅营养上的研究并不多,在这方面还有许多研究工作可做。目前的研究多集中在添加后对其生长发育、生理消化相关的一些指标上,对鹅肠道微生物区系影响的报道不多。而就纤维素酶本身而言,还有很多的问题需要研究,目前对纤维素酶的研究已进行到分子水平,利用基因工程对纤维素酶进行基因克隆和改造,以期得到催化效率更高的酶,加大纤维素酶的应用范围,使它能够更好的发挥作用。

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