饲料用酶

● HSL家族 脂肪酶作为参 考序列
进化树显示为五个独立分开的进化簇，说明冰川土壤中的脂肪 酶基因序列呈现出多样性的特点
Diversity of BPP gene fragments from grass carp digestive tracts
冰川土样中第10族木 聚糖酶多样性分析
•F37
•0.02
主要结果
筛选到了大量的性质各异、具有重要应用价 值的酶及基因 可加深我们对酶关键性质与结构功能的了解, 指导进一步的分子改良
– 综合性质极为优良的植酸酶、木聚糖酶、b-甘 露聚糖酶等
– 具有特殊性质的酶:
如低温酶、高温酶、高比活性酶、强酸性酶、 强碱性酶、抗蛋白酶降解的酶等
雪莲根部土壤低温脂肪酶基因片段进化树图谱
饲料用酶现状
九十年代才开始规模应用, 2008年市场值达 到3亿美元, 酶制剂中年增长最快的。 以饲料用酶为主体的生物工程产品在饲料中 占饲料价值的20%,却决定了80%的饲料质量 目前b-葡聚糖酶、植酸酶、木聚糖酶等多个 酶种已得到了一定程度的应用 但与别的饲料添加剂相比, 饲料酶的应用还 处于婴儿期, 全球只有不足30%饲料在应用
饲料用酶种类
对动物内源酶进行补充的饲料用酶 , 如蛋
白酶、淀粉酶、脂肪酶等 消除饲料中的抗营养因子的饲料用酶 , 如 b-葡聚糖酶、植酸酶、木聚糖酶、甘露聚 糖酶、b-半乳糖苷酶等 使某些营养物质得到更有效的吸收利用、 提高低劣质饲料成份的营养价值的饲料用 酶 , 如纤维素酶、木质素酶、植酸酶、果 胶酶、角蛋白酶等 毒素、有害微生物去除的饲料用酶， 如霉 菌毒素降解酶、有机磷农药降解酶、溶菌 酶等
全长基因获得 基因高效表达 酶蛋白纯化 性质鉴定与评价
基因筛选 克隆技术 路线
主要结果
• 基本建立了从特殊环境中快速筛选新酶编码基 因的有效方法体系 • 构建了一种无需建库和分离微生物而直接从环 境基因组中克隆全长基因的方法 • 研究了10余种特殊环境的微生物多样性 • 分离到300株以上的产目标酶酶微生物，其中 有5个新种，10余个潜在的新种 • 研究了8种目标酶在多个特殊环境中的基因多 样性 • 克隆到了超过2000个的目标酶基因片段 • 克隆到了300个以上的全长新基因
研发趋势
发酵技术和产品加工平台技术。重点针对 几种主要的饲料微生物反应器, 如酵母、 曲霉、芽孢杆菌等, 建源自文库高效的高密度发 酵方法, 并开发高效稳定的产品加工技术, 提高饲料生物制剂的稳定性、实用性和应 用的高效性。 饲料生物制剂的应用效果快速评估系统和 配套应用技术体系研究。
我们的研发和产业化进展
原
因
一、酶的性质不能满足要求 饲料用酶需同时具备以下优良性质: 热稳定性好而同时在常温下又具有高 活性 最适pH在酸性同时在整个酸性和中性 的pH范围内又能维持较高活性 对动物胃、胰蛋白酶和别的蛋白酶具 有较好的抗性等综合性质
原
因
二、饲料用酶的生产成本
饲料用酶仅是众多饲料添加剂中的一 类,决定了其添加成本必须十分低廉。
• 有效的分子改良平台技术
• 高效表达平台技术 • 发酵技术和规模化生产技术
基因资源
–新酶、新基因的高通量筛选
特殊环境
冰川土样 雪莲根部土样 地方羊品种瘤胃 草鱼胃肠道 天牛胃肠道 深海鱼胃肠道 棉桨废水 金属矿废水 热泉 火焰山土样
特定环境样品 生物信息学分析 产酶菌株定向筛选 菌株纯化 产酶验证 菌株鉴定 基因克隆 目标基因表达筛选 宏基因组文库构建 环境微生物DNA提取 目标酶基因PCR引物组合设计 酶基因片段获得 基因多样性分析及新颖性评估 特异PCR引物或特异探针 菌落PCR或菌落杂交筛选
中国农业科学院饲料研究所微 生物工程研究室简介
• 成立于1994年 • 国内饲料科学研究中第一个分子生物学和基因 工程实验室。 • 研究内容:
饲料和工业用酶及其它生物活性物质的研发 动物胃肠道微生物及基因的分子生态
鱼的分子免疫与基因工程疫苗
饲料用酶的研究平台
技术平台的建立
• 新酶及基因的高通量筛选平台技术
国内外差距
研究与应用起步较晚，差距较大。除少数产 品外, 普遍存在生产技术水平低、品种少、 应用技术不完善等问题。国外已有十余种酶 制剂实现了产业化, 并在包括中国的市场上 销售和应用。 生产成本高。国外80%以上的饲料酶制剂是 利用基因工程菌株高效生产, 而我国仅有植 酸酶等少数几种是利用基因工程菌株高效生 产, 而大部分酶制剂是采用天然和诱变菌株 发酵生产, 成本高。
饲料用酶的意义
1.缓解饲料资源短缺
2015年, 缺口将达0.5亿吨 ★ 提高饲料利用率,节约并开发新的资源
2.减轻环境污染 排放量(万吨/年) P: 250 N > 500 ★ N、P排放量降低40%以上 3.提供更为安全的动物产品 具有控制、预防动物疾病 ★ 减少抗生素、化学添加剂的使用 4.提高养殖业综合经济效益 ★ 降低饲料成本; 降低料肉比;提高增重
饲料用酶的研究进展
中国农业科学院饲料研究所
杨培龙 姚斌 2009年10月18日
饲料用酶制剂
一种新型的饲料添加剂，可提高动 物的生产性能、降低饲料成本、减轻 环境污染及开发新型的饲料资源。
植酸酶、淀粉酶、木聚糖酶、b-甘露 聚糖酶、 b-葡聚糖酶、 a-半乳糖苷 酶、脂肪酶、角蛋白酶、葡萄糖氧化 酶、霉菌毒素降解酶、溶菌酶等
国内外差距
酶的有效性差，应用效果不稳定。酶的性质 不够理想；非单酶生产，各种酶的相对比例 难以控制, 质量标准难以控制, 造成使用时 效果不稳定、重复性差。 酶的配套应用技术体系不完善。缺乏针对我 国饲料日粮和动物特征的应用技术。
研发趋势
注重资源挖掘, 尤其是微生物资源。利用 现代分子生物学和生物技术手段, 高通量 筛选饲料用酶微生物及相关基因资源, 近 来特殊环境微生物成为重点目标。 利用基因工程、代谢工程技术, 构建高效 生物反应器技术平台, 使饲料酶的单位产 量成百上千倍的提高, 以期规模化廉价生 产, 以解决饲料添加剂添加成本空间有限 的问题。