基因工程和發(fā)酵工程在飼料和飼料添加劑中應(yīng)用

1、關(guān)于基因工程和發(fā)酵工程在飼料和飼料添加劑中的應(yīng)用第1頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 因此，從這個意義上說，在我國糧食問題實質(zhì)上是飼料問題。飼料總量是否充足，供求總量是否安全，直接關(guān)系著我國的糧食安全戰(zhàn)略和動物性食品的供求平衡。自從我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整以來，玉米播種面積和產(chǎn)量都有所增加，但仍滿足不了飼料生產(chǎn)需求，已經(jīng)連續(xù)數(shù)年動用國家儲備糧作為飼料糧。我國是蛋白質(zhì)飼料資源短缺的國家，蛋白質(zhì)飼料原料加工業(yè)發(fā)展滯后，目前生產(chǎn)豆粕的大豆約70需要進口。 第2頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四一.基因工程技術(shù)1.基因工程簡介 基因工程是利用 DNA重組技術(shù)

2、進行生產(chǎn)或改造生物產(chǎn)品的技術(shù)。是將外源的或是人工合成的基因即 DNA片段 (目的基因 )與適宜的載體 DNA重組 ,然后將重組 DNA轉(zhuǎn)入宿主細胞或生物體內(nèi) ,以使其高效表達 ,而獲得基因產(chǎn)物。基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的主體。第3頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四2.基因工程的主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括：獲得目的基因制備重組DNA分子轉(zhuǎn)化受體細胞篩選重組細胞實現(xiàn)功能表達基因工程的基本操作程序主要包括四個基本步驟：1）目的基因的獲取2）基因表達載體的構(gòu)建3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測與鑒定第4頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四轉(zhuǎn)基因植物發(fā)展進程與

3、規(guī)模1983年，首批轉(zhuǎn)基因作物（煙草、馬鈴薯）問世。1986年，首批轉(zhuǎn)基因作物（抗蟲、抗除草劑）進入田間實驗，美國和法國同時對抗除草劑轉(zhuǎn)基因煙草進行了田間試驗 1992年，中國首先在大田種植轉(zhuǎn)基因抗病毒煙草，揭開了全球轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的序幕。1994年，美國轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)品（耐儲存番茄Flavor Savor ）進入市場。1994年，商品化種植抗黃瓜花葉病毒（CMV）和抗煙草花葉病毒（TMV）雙價的轉(zhuǎn)基因煙草 1996年后，轉(zhuǎn)基因作物的產(chǎn)業(yè)化得到迅速發(fā)展。同時帶有八種基因代碼的轉(zhuǎn)基因玉米將于2010年在美國問世。 第5頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四研究方向抗病毒方面抗蟲

4、害方面抗除草劑方面提高產(chǎn)量方面改良品質(zhì)方面抗逆境方面第6頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四3.基因工程技術(shù)在動物飼料中的應(yīng)用（1）提高飼料作物產(chǎn)量 固氮和固碳工程 利用基因工程技術(shù)對以肺炎克氏桿菌為代表的自生固氮菌、以大豆和苜蓿根瘤菌為代表的共生固氮菌以及以固氮螺菌為代表的聯(lián)合共生固氮菌的固氮基因結(jié)構(gòu)、表達調(diào)制機制與固氮酶活性的調(diào)節(jié)等進行了深入的研究 。美國科學(xué)家采用基因工程技術(shù)改造了大豆和苜蓿根瘤菌的固氮酶基因，使這兩種作物的產(chǎn)量提高了15%。通過基因工程改造固氮菌，在發(fā)酵罐中發(fā)酵，在制作成菌肥使用，不但能提高豆科植物的結(jié)瘤量，甚至可以使非豆科植物也固氮?？茖W(xué)家正在研究

5、采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將固氮基因直接轉(zhuǎn)移到植物細胞染色體中，使植物不依賴固氮菌自身就能固氮。 光合作用效率的高低同樣也是決定作物產(chǎn)量的重要因素。如果能將光合作用效率較高的作物中的決定光合作用酶的基因轉(zhuǎn)移到光合作用效率較低的作物中便能使光合作用效率提高。第7頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 “超級水稻”在水稻基因中插入玉米高光效基因，從而使水稻擁有更高速度的光合作用，使大米產(chǎn)量提高了35%。這項工程是由我國首先完成的。 一種轉(zhuǎn)谷氨酸脫氫酶基因的玉米，由于它可以大大提高對氮肥的利用率，所以其產(chǎn)量提高了10%。第8頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四a.抗病毒方面

6、煙草花葉病毒的外殼蛋白基因+普通番茄抗煙草花葉病毒的番茄 繼抗煙草花葉病毒的番茄培育成功之后，抗黃瓜花葉病毒的轉(zhuǎn)基因植株也陸續(xù)獲得成功。我國科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因方法，培育出了抗病毒煙草、抗病毒甜椒和抗病毒番茄，而且已進行了田間試驗，并被批準進行商品化生產(chǎn)。提高抗病、抗蟲能力第9頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四b.抗蟲害方面迄今研究最多并取得成效的有兩類基因蘇云金桿菌的殺蟲蛋白基因（Bt）從豇豆馬鈴薯中分離的蛋白酶抑制劑基因 試驗已證明，如果將蘇云金桿菌殺蟲蛋白與蛋白酶抑制劑配合使用，可提高殺蟲 220倍，效果更佳?？梢灶A(yù)料，未來的發(fā)展趨勢是將兩類基因同時轉(zhuǎn)入植物，以提高抗蟲

7、能力。第10頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 c.抗菌、抗真菌作物 e.微生物農(nóng)藥提高抗逆能力 農(nóng)作物所處的非生物逆境包括鹽堿、干旱、洪澇、嚴寒或高溫、營養(yǎng)貧瘠、重金屬脅迫、紫外線等。利用基因工程手段讓作物獲得對非 生物的抗性。植物體內(nèi)的糖醇類化合物是一種滲透調(diào)節(jié)劑，提高這些物質(zhì)的生物合成水平成為植物耐旱、耐鹽基因工程的首選策略。將山梨醇-6-磷酸脫氫酶或甘露醇-3-磷酸脫氫酶轉(zhuǎn)入植物細胞內(nèi)，可以提高細胞內(nèi)山梨醇或甘露醇的水平，具有一定抗旱、抗鹽能力。乙醇脫氫酶轉(zhuǎn)基因植物有一定的抗?jié)衬芰?。在抗營養(yǎng)逆境方面,轉(zhuǎn)谷氨酸脫氫酶基因玉米可以大大提高對氮肥的利用率，其生長量提高了

8、10%。大部分除草劑對作物有影響，從細菌中分離得到的除草劑抗性基因可使植物獲得抗除草劑能力。 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四改善飼料營養(yǎng)品質(zhì)改善蛋白質(zhì)品質(zhì) 通過轉(zhuǎn)基因可以提高牧草的總蛋白含量和必需氨基酸含量。目前已成功培育出高含硫氨基酸豆牧草、高賴氨酸玉米等。改變碳水化合物含量與品質(zhì)改善脂類含量和品質(zhì)其他品質(zhì)的改善 甜蛋白轉(zhuǎn)基因植物可以提高甜度。轉(zhuǎn)植酸酶的玉米其營養(yǎng)利用率更高。第12頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 一個被稱作“金水稻”的轉(zhuǎn)基因品種（孟山都等公司開發(fā)的），可以使食用者避免維生素A缺乏癥。因為這種水稻通過轉(zhuǎn)基因后高含胡蘿卜素

9、，人體可以將胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A。 再如，美國生物技術(shù)研究人員把月桂樹基因?qū)胗筒酥?，生產(chǎn)出含月桂酸油達40的油菜籽，大大降低了成本并增加了產(chǎn)量。第13頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四開發(fā)新飼料添加劑益生菌基因工程改造 采用基因工程技術(shù)，可將外源基因轉(zhuǎn)移到益生菌細胞中，構(gòu)建的重組子菌株可以直接添加到飼料中或者回植到腸道內(nèi)，發(fā)揮外源基因的功能。有人將富含賴氨酸基因的人工合成基因轉(zhuǎn)入到乳酸桿菌和芽孢桿菌細胞中，重組的乳酸桿菌和芽孢桿菌的賴氨酸分泌量提高了。同樣利用基因工程手段對酵母菌雙歧桿菌等改造得到很好的效果。利用基因工程手段有可能使益生菌獲得自我產(chǎn)生益生元的能力，從而

10、可在腸道持續(xù)發(fā)揮作用。采用基因工程技術(shù)開發(fā)抗生素替代品 抗菌肽、白細胞介素和干擾素等都可以應(yīng)用基因工程手段獲得?；蚬こ田曈妹钢苿?采用基因工程生產(chǎn)的飼用酶具有產(chǎn)量高活性強穩(wěn)定性好等優(yōu)點。采用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)植酸酶已獲得成功。第14頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四導(dǎo)入植物細胞：土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法土壤農(nóng)桿菌：具有趨化性（酚），感染雙子葉植物和裸子植物第15頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四二.發(fā)酵工程技術(shù)的應(yīng)用發(fā)酵飼料的作用機理缺氧和酸性環(huán)境抑制有害菌的生長競爭性抑制抑菌物質(zhì)的產(chǎn)生營養(yǎng)作用增強免疫力 第16頁，共27頁，2022年，5月20日，5點

11、55分，星期四.發(fā)酵飼料的質(zhì)量評定 蛋白質(zhì)：發(fā)酵改善了蛋白質(zhì)的品質(zhì)，由于微生物繁殖快、世代時間短，對蛋白質(zhì)的利用一方面使自身細胞數(shù)量的增加，另一方面是分泌大量的胞外產(chǎn)物，從而使原有的蛋白質(zhì)被分解利用后形成新的蛋白質(zhì)。 微生物：飼料經(jīng)發(fā)酵后，其微生物種類及數(shù)量都會有所變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵時間的增加，有益菌增加，有害菌減少。 pH值:飼料在發(fā)酵過程中，微生物的代謝產(chǎn)物包括很多有機酸類，其中乳酸的含量可達到3%,使得飼料的酸度增加。谷類發(fā)酵飼料的pH為5.0，液態(tài)發(fā)酵飼料的pH為4.45。這將有力地破壞了病原菌的生長環(huán)境，抑制了其生長。第17頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期

12、四2.發(fā)酵工程技術(shù)在飼料添加劑中的應(yīng)用 商品氨基酸、飼用抗生素、酶制劑、飼料酵母或者單細胞蛋白等對動物的生長都是有益的。賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)、賴氨酸發(fā)酵蛋白粉的生產(chǎn)單細胞蛋白細胞 單細胞蛋白飼料(Single Cell Protein)主要是指通過發(fā)酵方法生產(chǎn)的酵母菌、細菌、霉菌及藻類細胞生物體等。單細胞蛋白飼料營養(yǎng)豐富、蛋白質(zhì)含量較高，且含有1820種氨基酸，組份齊全，富含多種維生素。除此之外，單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)具有繁育速度快、生產(chǎn)效率高、占地面積小、不受氣候影響等優(yōu)點。因此，在當今世界蛋白質(zhì)資源嚴重不足的情況下，發(fā)展單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)越來越受到各國的重視。第18頁，共27頁，2022年，5

13、月20日，5點55分，星期四農(nóng)作物秸稈、秕殼 發(fā)酵處理我國每年的秸稈與秕殼產(chǎn)量十分巨大。這類飼料主要包括水稻秸稈和秕殼、小麥秸稈和秕殼、玉米秸稈和玉米芯、高粱秸稈和秕殼、谷子秸稈和秕殼、大豆秸稈和莢殼、薯干、薯秧、花生蔓等。秸稈的主要成分是粗纖維，礦物質(zhì)含量也較豐富。目前這類資源主要通過物理加工、化學(xué)及微生物發(fā)酵處理方式，可分解其中的粗纖維為單糖或低聚糖供動物利用，而且可改善適口性，提高蛋白質(zhì)含量。 第19頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四林業(yè)副產(chǎn)物 主要包括樹葉、樹籽、嫩枝和木材加工下腳料。且采摘的槐樹葉、榆樹葉、松樹針等蛋白質(zhì)含量一般占干物質(zhì)的2529，是很好的蛋白質(zhì)

14、補充料；同時，還含有大量的維生素和生物激素。樹葉可直接飼喂畜禽，而嫩枝、木材加工下腳料可通過青貯、發(fā)酵、糖化、膨化、水解等處理方式加以利用。第20頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 槽渣、廢液類飼料糟渣 主要包括酒糟、醬油糟、醋糟、玉米淀粉工業(yè)下腳料、粉絲尾水、果渣、檸檬酸濾渣、糖蜜、甜菜渣、甘蔗渣、菌糠等；廢液主要指味精、造紙、淀粉工業(yè)、酒精、檸檬酸廢液等。菌糠、粉漿蛋白、全價干酒精、啤酒酵母等可作為蛋白質(zhì)飼料；酒 糟、醬油糟、甜菜渣、飴糖糟、檸檬酸渣、某些藥渣、廢糖蜜等可作能量飼料；纖維含量高的甜菜粕、果渣、甘蔗渣、檸檬酸渣等可作為反芻動物的飼料。而糖蜜可發(fā)酵生產(chǎn)賴氯

15、酸，造紙廢渣、味精廢液、淀粉渣等渣液可用來生產(chǎn)單細胞蛋白。 第21頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四酒渣酒糟富含粗蛋白質(zhì)、維生素B、鉀、磷酸鹽，但含鈣少，且有酒精殘留，因此必須與青飼料和配合飼料搭配飼喂，且不宜飼喂孕畜。第22頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四蘋果渣 我國是世界上蘋果產(chǎn)量最大的國家之一，可年產(chǎn)蘋果渣約100萬噸。目前，蘋果渣除少量被用于深加工外，絕大部分被遺棄。這樣不僅浪費了資源，還嚴重污染了環(huán)境。蘋果渣由果皮、果核和殘余果肉組成(大約果皮、果肉占96.2%0，果籽占3.100，果梗占0.70o)，含有可溶性糖、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)

16、和纖維素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，營養(yǎng)豐富，適口性好，具有開胃健脾的功效，是良好的多汁飼料資源。第23頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四 干物質(zhì)中含量（%）微量元素含量(mg/kg )含水量粗蛋白粗脂肪粗纖維粗灰分鈣磷CuFeZnMnSe7.8006.26.816.902.3000.0600.05011.815.815.414.00.08據(jù)測定，蘋果渣的營養(yǎng)價值成分如下表：第24頁，共27頁，2022年，5月20日，5點55分，星期四總能值比小麥鼓高1. 02MJ/Kg，粗蛋白含量比甘薯干高，Ca, P、微量元素、氨基酸含量與甘薯干較為接近，鐵含量是玉米的4.9倍;賴氨酸、蛋氨酸和精氨酸的含量分別是玉米的1.7倍、1. 2倍和2. 75倍，維生素殘是玉米的3.5倍，在無氮浸出物中總糖占15%以上。蘋果渣還含有豐富的維生素