奶牛瘤胃微生物非淀粉多糖酶的利用

文∕刘 焕

（山西省晋中市榆次区畜牧兽医局）

非淀粉多糖是谷物饲料中重要的抗营养因子，对营养物质的吸收有一定的影响，可促进肠道内病原菌的滋生。而非淀粉多糖酶对于改善饲料品质、消除抗营养因子影响、提高动物健康有重要意义。目前，消除非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSPs）抗营养作用最有效的办法是添加非淀粉多糖酶制剂。本文主要以木聚糖酶和葡聚糖酶为例来介绍非淀粉多糖酶基因的资源开发和利用。

1 饲料中非淀粉多糖的分类与抗营养作用

1.1 非淀粉多糖的分类

根据结构特点，NSPs可以分为3 类：纤维素、半纤维素多糖和果胶多糖。

1.1.1 纤维素

纤维素是1，4-β-葡萄糖的直链聚合物。

1.1.2 半纤维素

半纤维素是指在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液，遇酸后远较纤维素易于水解的那部分植物多糖。构成半纤维素的糖基主要有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-岩藻糖等。半纤维素主要分为3 类：聚木糖类、聚葡萄甘露糖类和聚半乳糖葡萄甘露糖类。半纤维多糖则包括木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。

1.1.3 果胶多糖

果胶多糖又称半乳糖醛酸或鼠李糖醛酸.主要由β-1，4-半乳糖醛酸主链组成。

1.2 非淀粉多糖的抗营养作用

1.2.1 使内源酶活性降低

非淀粉多糖与消化酶或消化酶必需的其它成分，如胆汁酸、无机离子等结合会影响内源酶活性。

1.2.2 改变肠道微生物菌群

非淀粉多糖进入前段肠道不被消化，在后段肠道形成厌氧微生物繁殖的碳源，所以在后段肠道会滋生生孢梭菌等厌氧微生物。

2 瘤胃微生物产生的非淀粉多糖酶

厌氧真菌（Anaerobic Fungi）在反刍动物和单胃草食动物的消化道内寄居，瘤胃微生物产生多种类别的水解酶，这些水解酶在降解植物细胞壁的结构性组成成分上发挥着重要的作用，这也是反刍动物和单胃草食动物消化利用秸秆饲料的生理基础。如纤维素酶，瘤胃微生物能分泌纤维素酶，对纤维素有很强的降解能力；半纤维素酶，半纤维素酶是降解半纤维素，包括各种戊聚糖和己聚糖的一类酶的总称，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进展

3.1 木聚糖酶基因的研究趋势

根据有关木聚糖酶的研究，目前主要集中在以下方面。

3.1.1 木聚糖酶资源的开发

木聚糖酶是一种诱导酶，菌种不同，诱导物不同，产生的酶系也不一样。因此，开发不同性质的木聚糖酶具有广泛的应用前景。

3.1.2 基因的分子进化

开发不同来源的木聚糖酶基因编码的酶可能具有非常优良的性状，这也是木聚糖酶研究的趋势之一。

3.1.3 木聚糖酶结构与功能的研究

对木聚糖酶的初级结构只有一些初步研究，而有关其耐热的机理、高比酶活的原因、糖基化对酶活性的影响等的研究有待进行。所以通过晶体衍射研究木聚糖酶的晶体结构，定点突变发现影响某特点的关键氨基酸都是木聚糖酶蛋白质工程的任务。

3.2 纤维素酶基因的研究进展

纤维素酶是一类能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称。它是一类复杂的复合物，称之为纤维素酶系。

3.2.1 分类

按照纤维素酶功能不同，可分为3 类。

（1）内切葡聚糖酶：来自真菌简称EG，来自细菌简称Len，又称为C1酶。它们作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解β-1，4-糖苷键，将长链纤维素分子截短，产生出含非还原性末端的小分子纤维素。

（2）外切葡聚糖酶：来自真菌简称CBH，来自细菌简称Cex，又称为Cx酶。

（3）β-葡萄糖苷酶：简称BG酶，它们将纤维二糖和寡糖水解成葡萄糖分子。

3.2.2 内切葡聚糖酶基因的克隆进展

目前已经将内切葡聚糖酶的基因表达在大肠杆菌中，当温度达到55 ℃时，酶将快速反应，在pH值为5～9时稳定性较好，与原始菌株的纤维素酶活性比较接近。

3.2.3 葡萄糖苷酶基因的克隆进展

葡萄糖苷酶基因在降解纤维素酶方面主要是β-1，6-葡萄糖苷酶。目前已有人根据枯草芽孢杆菌寡聚-1，6-葡萄糖苷酶基因序列设计引物，扩增得到寡聚-1，6-葡萄糖苷酶基因。也有人成功克隆了一段来自腾冲嗜热厌氧杆菌编码PbgL（436个氨基酸残基）的开放阅读框，并在大肠杆菌BL21中有活性地表达。

4 小结

饲料中各种养分的利用，受到纤维素和非淀粉多糖等因素的限制。根据饲料中所含的抗营养因子不同，采用不同的非淀粉多糖酶可以提高饲料养分的利用率和动物的生产性能。能够分解非淀粉多糖的酶类，不仅能够降低抗营养因子的不利影响，而且还能够起到分解细胞壁，释放出淀粉、蛋白质等营养物质的作用，从而提高动物对养分的消化和吸收能力。开展对不同饲料中非淀粉多糖定量、定性以及非淀粉多糖抗营养机制的深入研究，进而找到消除非淀粉多糖抗营养作用的有效途径，仍是营养学家今后要努力的方向。由此可见，利用瘤胃微生物酶类将在很大程度上增进畜牧业的生产能力。另外瘤胃微生物还有望作为新式酶源，应用于洗涤、发酵和纺织等工业，还可用于处理有机垃圾、治理环境污染等。因此，瘤胃微生物及其纤维素酶类在生产实践中具有广阔的应用前景。

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