植酸酶及其基因工程改造研究进展
饲料植酸酶及其酶工程改造的研究进展
的小亚基组成。
３． 植 酸 酶 的 催 化 作 用 及 其 机 理 ２
植 酸 酶 水 解 植 酸 是 分 步 进 行 的 ， 将 植 酸 分 子上 的磷 酸 它 基 团逐 步 切下 ， 成 植 酸 五 磷 脂 至 植 酸 一 磷 脂 不 同 的 中 间产 形 物 ， 终 产 物 是 二 磷 酸 肌 醇 与 一 些 无 机 磷 分 子 。 不 同种 类 植 最
１ 植酸酶 （ ｈ 存 在 于动 植 物 组 织 和 微 生 物 细 胞 中 ， 植 物 在 中主 要存 在 于 谷 物 和 豆科 植 物 的种 子 和 花 粉 中 ， 在 动 物 中 而 主要 存在 于 脊 椎 动 物 的红 细 胞 和 血 浆 以及 哺 乳 动 物 的 小 肠 内 。产 生 植 酸 酶 的 微 生 物 有 细 菌 、 母 和 真 菌 等 ， 料 中 使 酵 饲 用 的 植 酸酶 主 要 来 自真 菌 ， 如 黑 曲 酶 （ ｓｅ ｉｕ ｐ ） 其 比 Ａ ｐｒ ｌ ｓ ． ， ｇｌ ｓ
等¨ 从 Ｃａ￣ｐ ｒ ｍ ｐ Ｆ ｌ ｄ ｏｉ ｓ ． Ｐ一 １分 离 出 一 种 低 分 子 量 植 酸 ｕ 酶 ， 约 ３ ． Ｄ 。大 多 数 植 酸酶 都 为 单 体 蛋 白 ， Ｓｇ ｅ． 大 ２ ６ｋ ａ 但 ｅｕｉ ｌ ｈ 等 【 ］ 现 酵 母 Ｓ ｃｓｅｉ植 酸 酶 分 子 量 为 ４ ０Ｋ ａ它 是 ａ ｔ发 ３ ．ａｔｌ ｌ ｉ ９ Ｄ ， 个 四 聚体 蛋 白 ， １个 １ ５Ｋ ａ的 大 亚 基 和 ３个 ７ Ｄ 由 ２ Ｄ ０Ｋ ａ
８ 一折 叠 和 １个 ａ 螺 旋 ， 一 个 结 构 域 有 １ 一 另 ７个 ｐ 一折 叠 。
Ｂ ｃｌ ｌｉｕｆ ｉ ｓ 酸 酶 的 整 体 结 构 比 较 特 殊 ， 由 ａｉｕ ａ ｏｇ ｅ ｃ ｎ 植 ｌｓ ｍｙ ｌ ａ ｅ 它 ５ ４链 的 和 １个 ５ 的 反 平 行 的 ８ 个 链 一折 叠 组 成 １ 六 叶 片 个 Ｂ 一螺旋 桨 ， 构 中 有 六 个 钙 离 子 结 合 位 点 。 结
植酸酶基因在工程菌中的表达及初步改造的研究
华南理工大学硕士学位论文植酸酶基因在工程菌中的表达及初步改造的研究姓名：毕士峰申请学位级别：硕士专业：生物化工指导教师：张毅2001.2.20丝！：一摘要ｆ植酸酶能提高植酸磷的利用率，除去抗营养因子和减少污染，由于植酸盐存在于谷物类和植物性的粕类中，在家禽及其它单胃动物日粮中成功地利用植酸酶的价值超过任何其它的单一或复合酶的综合效益，使得植酸酶成为全球最有潜力的饲料酶制剂。
｝／本论文研究了植酸酶基因在工程菌中的表达及初步改造。
以含有植酸酶基因的ＰＭＤ质粒为模板，利用ＰＣＲ方法扩增出植酸酶基因片段，把表达载体ｐＴｒｃＨｉｓ２Ｂ和ＰＣＲ产物进行重组，构建成功ｐＴｒｃＨｉｓ２Ｂ．ｐｈｙＡ质粒，转入大肠杆菌ＪＭｌ０９中进行发酵培养。
对工程菌发酵所产生的蛋白质进行了ＳＤＳ．ＰＡＧＥ分析，ｆ结果表明：植酸酶基因在大肠杆菌ＪＭｌ０９中以可溶性融合蛋白进行表达，分子量约５２ｋＤ。
按种量为２％，３７℃下培养３个小时，然后诱导３小时，可获得较高的表达。
筛选出的工程茵质粒稳定性实验研究表明质粒具有较高的稳定性，连续稀释摇瓶培养１４４小时后，质粒稳定率在９０％以上。
发酵所得酶液的最适ｐＨ为５．６，最适温度为５５℃，在ｐＨ３～８的范围内活性都比较高，４０℃以下稳定。
ｃａ２＋有激活作用，Ｈ９２＋和ｃ０２＋有较强的抑制作用。
Ａｌ”的影响作用较小。
以植酸作为底物时，米氏常数为Ｋｍ＝５２．６ｌａｍ０１／Ｌ，底物与酶有较强的亲合力。
；、、通过ｅｒｒｏｒ—ｐｒｏｎｅＰＣＲ法对植酸酶基因进行体外随机突变，与载体ｐＴｒｃＨｉｓ２Ｂ重组后转入大肠杆菌中进行表达，筛选出热稳定性较高的菌株。
测定突变株酶活与非突变株相近，热稳定性稍有提高，在６５℃下３０分钟后酶活剩余４０％，提高３０％。
关键词：植酸酶；ｐｈｙＡ丝童堡三查耋三兰堡圭兰堡丝塞：ＡＢＳＴＲＡＣＴＰｈｙｔａｓｅｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ｅｌｉｍｉｎａｔｅａｎｔｉ—ｎｕｔｒｉｔｉｏｎｆａｃｔｏｒａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｐｈｙｔａｔｅｅｘｉｔｓｉｎｔｈｅｐｌａｎｔｓｅｅｄｓｏｆｃｏｒｎａｎｄｏｉｌｃｒｏｐ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｂｅｎｅｆｉｔｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎａｎｙｏｔｈｅｒｅｎｚｙｍｅｉｆｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｉｎｔｈｅｆｅｅｄｓｔｕｆｆｏｆｍｏｎｏｇａｓｔｒｉｃａｎｉｍａｌｓ，ＳＯｐｈｙｔａｓｅｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｆｏｄｄｅｒｅｎｚｙｍｅ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｐｒｉｍａｒｙｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｙｔａｓｅｇｅｎｅ—ｐｈｙＡｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＤＮＡｆｒａｇｍｅｎｔｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｈｙｔａｓｅｇｅｎｅｗｅｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｄｆｒｏｍｐｌａｓｍｉｄＰＭＤ４．２１ｂｙＰＣＲ，ｔｈｅｐｌａｓｍｉｄｐＴｒｃｈｉｓ２Ｂ－ｐｈｙＡｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｗｉｔｈｖｅｃｔｏｒｐＴｒｃｈｉｓ２Ｂａｎｄｐｈｙｔａｓｅｇｅｎｅ—ＰＣＲｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈｗａｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｔｈｅｈｏｓｔＣｅｌｌ．ＥＣＯｌｉＪ．Ｍ』Ｄ９。
植酸酶研究进展及土壤植酸酶应用展望
·综述与专论·2019, 35(7):190-195生物技术通报BIOTECHNOLOGY BULLETIN磷是植物生长发育必需的营养元素，同时也是许多国家农业生产重要的限制因素。
从世界范围来看，土壤中的总磷含量较丰富，但95%以上都以无效磷的形式存在而不能被植物吸收利用，因此施加外源磷肥一直被作为农业生产中维持作物产量的重要手段［1］。
然而，作物对磷肥的利用率较低，大部分磷肥施用后会迅速与土壤中的物质发生磷的固定，形成难溶性的磷酸盐而累积在土壤中［2］。
长期持续施用磷肥不但会造成磷矿资源的巨大浪费，同时也容易引起土壤板结、酸化、面源污染及水体污染等一系列生态问题［3］。
要想解决土壤中磷素的限制问题，根源在于解决磷的利用问题，提高土壤中磷素的利用率对可持续农业的发展具有战略意义［4］。
植酸是土壤有机磷的主要形态，也是植物生长所需磷素的重要供给源之一［5-7］。
植酸中固定的磷不能被植物直接利用，需要降解为无机磷酸根后才能被植物吸收。
土壤中植酸的降解属于酶促反应，主要依靠土壤微生物产生植酸酶，因此植酸酶在自收稿日期：2018-11-28基金项目：国家自然科学基金项目（31670378），沈阳农业大学青年教师科研启动基金（880416040）作者简介：丁锐，男，博士，研究方向：微生物代谢工程；E -mail ：enixer2002@ 通讯作者：陈旭辉，女，博士，研究方向：菌根生态学；E -mail ：chenxh017@植酸酶研究进展及土壤植酸酶应用展望丁锐1 陈旭辉2 李炳学1（1. 沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110866；2. 沈阳农业大学生物科学技术学院，沈阳 110866）摘 要： 磷元素是农作物的主要营养限制因子之一，开发利用土壤中的磷资源对解决作物的磷素限制意义深远。
植酸是土壤有机磷的主要形态，其矿化分解并释放有效磷的过程是一个酶促反应，植酸酶是这一过程的关键酶。
植酸酶的研究进展及其在饲料中的应用
植酸酶的研究进展及其在饲料中的应用作者：申芳丽来源：《农家致富顾问·下半月》2018年第02期摘要综述了产植酸酶的菌种来源，植酸酶的适宜催化条件，以及植酸酶在饲料中的添加对动物消化代谢的影响，并阐明了影响植酸酶发挥作用的影响因素及未来植酸酶的发展方向。
关键词植酸酶；植酸；酶活；饲料植物中的磷大部分以植酸磷的形式存在，人和单胃动物消化道中无植酸酶，饲料中大量的植酸磷不能被利用而随粪便排入环境，既浪费了资源，又对环境造成了磷污染，而且，植酸还是一种广谱性的抗营养因子。
植酸酶能分解植酸及植酸盐释放出磷，提高植酸磷的利用率，减少单胃动物粪便中有机磷的排出量，减少对环境的污染。
因而，植酸酶的研究与开发具有重要的理论与实践意义。
1 植酸1.1 植酸的性质植酸的化学结构是由一分子肌醇与六分子磷酸结合而成，其化学名称是环己六醇六磷酸酯，分子式为C6H18O24P6，结构式为C6H6[OPO（OH）2]6，它是一种淡黄色或黄褐色的粘稠液体，易溶于水、乙醇、丙酮，几乎不溶于苯、氯仿、醚和己烷，比重1.56，分子量660.08。
植酸分子带负电荷，本身毒性很小，但却有很强的螯合能力，与EDTA近似，因此具有抗营养特性。
1.2 植酸磷在植物中的分布植酸广泛存在于各种植物中，在植物性饲料中的磷主要以植酸及其盐形式存在，因此，有机磷酸化合物被称之为植酸磷。
1932年，1944年Turk等检测了玉米各器官中植酸含量后指出，在玉米的叶、茎、雄穗、穗轴均不存在植酸，未受精的果穗也不存在植酸，只有在胚珠受精两周后才开始形成，直至成熟为止。
以后在大豆、芝麻、豌豆、小麦、水稻方面也有类似报道，在小麦、水稻、大麦、黑麦中多数植酸磷存在于胚和种皮表皮附近，而玉米中的植酸磷存在于胚芽中，豆类作物种子中植酸磷含量高于种皮。
2 植酸酶的来源植酸酶存在于细菌、部分真菌如啤酒酵母、无花果曲霉、黑曲霉以及少数根霉等。
植物中，特别是谷物、麦类作物种子中存在植酸酶。
植酸酶生产技术研究进展
植酸酶生产技术研究进展摘要：植酸是一种抗营养因子，在动物体内易与矿物质形成不溶性盐类，络合蛋白质等，从而抑制胃蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶的活性。
降低了蛋白质、淀粉、脂肪等营养因子的吸收利用。
植酸酶是催化植酸及植酸盐水解成肌醇与磷酸(盐)的一类酶的总称。
植酸酶可作为饲料添加在畜禽日粮中，可改善磷酸盐的利用度。
降低粪便中的磷含量，减轻对环境的污染，改善营养成分的吸收利用。
因而近年来对植酸酶的研究日益增多。
本文综述了植酸酶的生产现状，基因工程研究进展，以及植酸酶的应用，并对其发展做了展望。
关键词：植酸酶，基因工程，应用植酸(phytic acid)又名肌醇六磷酸(myoinositol hexakisphosphate)，一种抗营养因子，具有极强的螯合能力，可以与钙、镁、钾、钠、锌、铁、铜、锰等矿物质形成不溶性的盐类，是影响多种矿物质吸收的最重要的因素。
植酸在低pH值时可与蛋白质分子的碱性基团结合，络合蛋白质，抑制消化酶如胃蛋白酶、淀粉酶和胰蛋白酶的活性。
所以植酸的存在使多种常量和微量元素的利用率下降，降低了蛋白质、淀粉、脂类物质等营养因子的消化吸收利用。
植酸酶(phytase)，是催化植酸和植酸盐水解成肌醇和磷酸(或盐)的一类酶的总称，系统名称为肌醇六磷酸酶，属于磷酸单脂水解酶，是一类特殊的酸性磷酸酶，能水解植酸最终释放出无机磷。
在植物来源的动物饲料中，大部分磷酸盐是以植酸的形式存在的。
而单胃动物例如猪和家禽缺少分解植酸的酶。
在动物饲料中添加异种植酸酶可以改良磷酸盐的生物利用度，消除植酸的抗营养作用；减少磷在环境中的排泄，由此降低了农业生态的负担，并减缓了水生环境的富营养化；同时也减少了动物饲料中无机磷的添加，后者是一种不可再生的资源。
1 植酸酶的生产植酸酶在自然界分布很广泛，存在于动物、植物和微生物中。
但就商业化生产植酸酶而言，微生物是最有前景的。
1.1 微生物生产植酸酶由于来源于微生物的植酸酶作用范围和稳定性较好，易规模化生产，近几年的研究大都集中在微生物生产植酸酶。
植酸酶的研究进展及应用前景
ｌ ｕ ｉ ｓｓ 株 ， 对 其 基 因 进 行 克 隆 、 化 ， 得 转 化 子 产 ａ ｇｎ ｕ 菌 ｎ ｏ 也 转 测 物 中 的植 酸 酶 酶 活 高 于 对 照 菌 株 １０倍 ， 稳 定 性 也 有 所 提 ５ 热
高 。该 方 法存 在 的 问题 是 从 嗜 热 微 生 物 中 分 离 的植 酸 酶 虽 然 在 ７ ～８ ℃ 有 较 好 的稳 定 性 ， 在 ３ ℃ 往 往 酶 活 较 低 。 Ｏ ０ 但 ７
５２ ０ ） １０ ５
筛 选 出 高 活力 植 酸 酶 产 生 菌 。
２ 植 酸 酶 的 研 究 现 状
由 于 其 天 然 菌 株 产 植 酸 酶 酶 量 低 ， 造 成 植酸 酶 难 以大 这 量生产及生产成 本过 高。另一 方 面， 然 植酸酶 的抗逆性 ， 天 尤 其 是 热 稳 定 性 不 能 完 全 满 足 饲 料 及 饲 料 加 工 的 要 求 。 因 此 ， 目前 为 止 植 酸 酶 并 没 有 在 饲 料 中 得 到 广 泛 的 推 广 应 到 用 。基 因 工 程 技 术 的 发 展 ， 这 些 问 题 的解 决 提 供 了一 条新 为 的有 效 途 径 ， 成 为 全 世 界 对 植 酸 酶 研 究 的 主要 路 线 。 已
低 成本 等 特 点 ， 已成 为 世 界 新 型 饲 料 添 加 剂 研 究 和 应 用 的 热
点 。植 酸 酶 是 催 化植 酸 （ 醇 六 磷 酸 ） 植 酸 盐 水 解 成 肌 醇 肌 及 与磷 酸 （ 磷 酸 盐 ） 或 的一 类 酶 的 总称 ， 使 植 物 性 饲 料 中 磷 的 它 利用 率 提 高 ６ ％ ， 便 中磷 的 排 出 量 减 少 ４ ％ ， 而 减 少 饲 ０ 粪 ０ 从
植酸酶在水产饲料中的研究进展
结合，形成不易被消化的物质，而植酸酶能够分解植酸，释放出蛋白
质，从而提高蛋白质的利用率。
CHAPTER 02
植酸酶在水产饲料中的应用
植酸酶对水产饲料营养价值的影响
提高饲料中磷的利用率
植酸酶可以水解植酸，释放出磷，提高饲料中磷的利用率，减少 磷的排放，降低环境染。
促进水产动物的生长
植酸酶可以释放出植酸中的营养物质，提高饲料的营养价值，促 进水产动物的生长。
植酸酶在水产饲料中的前景 展望
提高植酸酶的活性与稳定性
探索适合水产饲料的植酸酶品种
01
通过基因工程或筛选具有高活性的植酸酶品种，提高其在水产
饲料中的活性。
优化发酵工艺
02
通过改进发酵工艺，提高植酸酶的产量和纯度，进而提高其在
水产饲料中的稳定性。
添加辅酶或激活剂
03
寻找能够提高植酸酶活性或稳定性的辅酶或激活剂，以改善其
基因克隆与表达
通过基因工程技术，将植酸酶基因克隆到 表达载体中，实现植酸酶的高效表达。
VS
基因改造
对植酸酶基因进行定点突变或插入等改造 ，提高植酸酶的活性、稳定性或抗逆性。
植酸酶的生产工艺研究
微生物发酵
利用微生物发酵法生产植酸酶，研究发酵条件、工艺参数等对植酸酶产量的影响。
化学合成
研究化学合成法生产植酸酶的工艺路线及优化方法。
植酸酶的作用机制
01
破坏植物细胞壁
植酸酶能够分解植物细胞壁中的植酸，从而释放出其中的营养物质，
提高饲料的营养价值。
02
促进矿物质吸收
植酸酶能够分解植酸，释放出磷酸和肌醇等矿物质，这些矿物质能够
被动物吸收利用，促进动物的生长和发育。
植酸酶的基因工程与应用
现代商贸工业 #$$! ( )# 中* 表达了与天然植酸酶分子质量相同* 但没有活性的蛋白质* 同样将 %+,- 基因连同自身 的信号肽序列克隆到表达载体 %&’ ( )# 中* 表达 产物仍无活性且不能分泌到宿主外周质空间* 而 将 %+,- 基 因 连 接 在 果 胶 裂 解 酶 的 信 号 序 列 之 后 * 克隆到表达载体中* 表达产物与天然酶相同。姚斌 等将通过 .-/ 的方法从枯草芽孢杆菌基因组中克 隆 的 中 性 植 酸 酶 基 因 克 隆 到 大 肠 杆 菌 0.12 诱 导 表达载体 %134!# 中* 在大肠杆菌中高效表达了具 有生物 学活性的植 酸酶。 56789+ 等 开发了 一种高 效分泌表达体系* 使来自大肠杆菌的植酸酶基因 能在大肠杆菌中得以高效表达* 且表达产物分泌 到培养液中。1,: 等分别克隆了来源于枯草芽孢杆 菌和地衣芽孢杆菌的植酸酶基因并在芽孢杆菌中 实现了分泌表达。 ;< " 在真核微生物中表达
O 植 酸 酶 基 因 工 程 的 一 个 新 突 破 点 ——— 植酸酶基因在植物中的表达
植酸酶的底物—植酸磷是存在于植物性饲料 中的，如果这些植物性饲料 Z 如玉米、大麦、大豆 等 [ 本身就含有足量的植酸酶，饲喂过程中* 植酸 酶在动物的肠胃中释放出来降解饲料中的植酸 磷。既省去了植酸酶添加剂的生产* 又省去了饲料 中植酸酶的添加* 这无疑是植酸酶应用的最佳方 法。随着重组技术的深入发展* 研究者们已经将植 酸酶基因导入植物细胞。.:B \ 将黑曲霉的植酸酶 基因 %+,S 转移到模式植物烟草中* 在种子中检测 到了植酸酶活性* 其表达量达到了种子可溶性蛋
霉等真核微生物中。
中 得 到 广 泛 的 推 广 应 用 ，主 要 原 因 在 于 ：植 酸 酶 在
植酸酶研究进展
植 酸 的利 用 率很 低 ［ ２ ］ ， 且 不 能被 动物 吸收 的磷 排
放 到环境 中会 对 环境 造成 污 染 。 同时 ， 植 酸 易 与
胃动 物 胃肠 环 境 ， 因 此 微 生物 产 植 酸 酶成 为各 大 实 验 室进行 植 酸酶研 究 的主要 菌株 ［ ６ ］ 。
二价 或 三价 阳离子 结合 ， 形 成不 溶性 盐 ， 阻碍动 物
一
生 命及 生产 活 动口 ］ ， 因此 在 饲 养 过程 中必 须 要 考 虑 饲料 中磷 添加 量 的问题 。现 今养 殖业 所用 的谷
物 性饲 料所 占比例 很 大 ， 谷 物 中磷 的存 在 形 式 主 要 为植 酸 和 植 酸盐 ， 绝 大多 数 单 胃动 物 ， 如猪、 鸡 的消化道 内缺乏 分 解 植 酸 的酶 ， 对 谷 物性 饲 料 中
些 微生 物菌 株所 产 的 植 酸酶 具 有 两个 最 适 ｐ Ｈ
峰值 ， Ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ 等 筛选 的无 花 果 黑 曲 霉 （ Ａｓ ｐ ｅ ｒ ｇ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ
ｆ ｉ ｃ ｃ ｕ ｍ） 所生 产 的植 酸 酶 ｐ ｈ ｙ Ａ 最适 ｐ Ｈ为 ２ ． ５
和 ５ ． ５ ， 适 合单 胃禽 畜 的 胃肠 道 环 境 。微 生 物 源 植 酸 酶大部 分最 适温 度 为 ４ Ｏ ～６ ０ ℃， 可 以适应 单
能最 多的无 机 营养 素 之 一 。在 动 物 饲 喂过 程 中 ， 饲 料 中必须 供 给足 够 的磷 ， 才 能 维 持 禽 畜 的正 常
高、 活性高、 成 本 低 及适 用 于工 厂化 生 产 等 优点 ， 且植 酸 酶 最 适 ｐ Ｈ 范 围较 宽 ， 一般 在 ２ ． ５ ～６ ． ０ ，
植酸酶的分子生物学与基因工程探讨
植酸酶的分子生物学与基因工程探讨作者：蒋灵晰来源：《农家科技下旬刊》2014年第03期摘要：本文綜述植酸酶的分子生物学和基因的相关特性，并由此展开探讨。
关键词：植酸酶；分子生物学；基因工程在自然界中，磷原子被认为以植酸磷的形式存在于谷类、豆类、小麦、玉米等多种作物的果籽内【1】，由于高营养的原因这些作物广泛运用于饲养业中。
但因植酸本身极难被单胃动物小肠利用吸收，造成了植酸中磷离子的浪费。
植酸酶则是一种能够将植酸、及其盐类物质水解成肌醇与磷酸盐的一类酶的总称，是近几年的一种极具研究价值的酶类。
一、植酸酶的分子生物学在世界范围内，已有较多的植酸酶的相关制剂运用于畜牧业。
从植酸酶分子研究的历程可知，植酸酶的研究始于谷糠【2】等植物，随后逐步认识到植物中植酸酶属于6-植酸酶，最适pH近中性【3】，这点并不满足人们的要求。
在饲养业中，植酸酶常作为饲料添加，对单胃动物而言，所需要的是酸性植酸酶，而鱼类等水产业生物而言则需要碱性植酸酶【4】。
于是人们转向微生物来源的植酸酶的相关研究。
1.1微生物来源的植酸酶的酶学特性在酵母、曲霉、根霉等真核微生物和枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌等原核生物中已发现大量的植酸酶存在【3】。
对于不同微生物来源的植酸酶，李晓龙【5】等人利用最适pH和立体专一性作为标准对其分类，往往认为有3-植酸酶，6-植酸酶，5-植酸酶三种立体专一不同的植酸酶。
绝大多数的微生物产生3-植酸酶【5】，例如来源于A.ficuum NRRL3135的植酸酶PHYA，这类植酸酶最终产物为2-磷酸肌醇单酯。
1.2植酸酶基因目前已分离克隆的植酸酶基因多种多样。
对于属于自然界中分布最广的组氨酸酸性磷酸酶家族的PHYA而言，其基因往往在所编码的氨基酸序列具有较高的相似性。
例如对于NRRL3135和A.niger 963 l两种来源的PHYA，其氨基酸序列的同源性高达92%【2】。
二、植酸酶的基因工程运用基因工程有目的的产生人们所希望的生命物质已成为现代生物学中不可缺失的一部分。
植酸酶的研究进展及应用前景
养殖业造成的江、河水域等的环境污
染，对发展养殖业和环境保护有重要意
义。
摘自《上海畜牧兽医通讯》.-2009,
(2).-18～19
中国台湾兽医部门向世界动物健康组
织提交一份有关猪口蹄疫病例。2009 年
5 月25 日，中国台湾兽医部分向世界动
物健康组织递交一份有关猪口蹄疫病例。
中国台湾出现口蹄疫
该病例属于亚临床口蹄疫，在中国台湾
平东县Yanou 乡西南部发生，该猪场有
13176 头猪，5 月18 日进行抗原反应监
测，其中280 头呈阳性。在该地区3 公
里内的57 个猪场进行密切监测，目前未
发现新的病例。台湾省上一次最新发生
猪口蹄疫是在2009 年4 月份。
究蛋白质热稳定性的主要手段。通过蛋
白质工程技术对植酸酶基因进行改造，
多数能达到期望的目的。目前在蛋白质
工程中主要方法有以下几种。
2.2.1 定点突变
为了提高植酸酶在酵母中的表达率，
65
技疫术病防总治监
中国养猪第一网（）
可通过定点突变将部分在毕赤酵母中低偏
作用范围和稳定性较好，易规模化生
产，近几年的研究大都集中在微生物来
源植酸酶。产植酸酶的微生物有丝状真
菌、酵母和细菌等。丝状真菌是植酸酶
存在的主要领域，Shiel 等对200 种微生
物进行了筛选，发现大量的曲霉菌能产
生胞外植酸酶，并由土壤中分离到的无
花果曲霉NRRL3135能产生最大的酶活性。
近年来，改善酶性质的一种新的策
略是DNA 重组技术，即DNAshuffling 技
枯草芽孢杆菌植酸酶的研究进展
关键词 ：枯草芽孢杆菌 ；植酸 ； 酸酶 植 中图分类号 ： ３ ． ２ Ｑ ５ Ｓ４ ２４ ； ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０４— ９ Ｘ（０ ６ ０ １０ ３ ０ ２０ ）６—０ １ ０ ７ ５— ６
Ｂｒｅ ｖ ｅ ｏ ｅ ｒ ｔ ｄ Ｐｈｙ ａ ｅ ｒ ｍ ｃｌ ｓｓ ｂ ｉ ｓ ｉｆＲｅ ｉｗ ｆＳ ｃ ｅ ｅ ｔ ｓ ｓｆｏ Ｂａ ｉ ｕ ｕ ｔ ｉ ｌ ｌ
１ 枯草芽孢杆菌植酸酶的作用机理 植酸酶水解植酸是分步进行的。植 酸酶将植
酸分 子上 的磷 酸基 团逐个 切 下 ， 成 肌醇 五 磷酸 酯 形 至肌 醇一 磷酸 酯不 同的 中间 产物 ， 终产 物 是肌 醇 最
假单孢杆 菌（ ｓ ｄｍ ｎｓ ｐ ． 等 － 。Ｎ Ｌ Ｏ Ｐｅ ｏ ｏａ ｓｐ ） ｕ ６ Ｅ ＳＮ ］ 等首次证明了微生物植酸酶能够水解 饲料 中的植 酸磷 。 释放磷 元 素 。这一发 现大大推 动了微生 Ｊ 物植酸酶的研究进程 。大量研究表明， 不同来源的 植酸酶的作用机理和酶学性质存在很大差异。由 于许多枯草芽孢杆菌具有 良好抑制丝状植物病原
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第 ２ 卷 第 ６期 １
２０ 焦 ｌ ０６ ２月
云南农业大学学报
Ｊ ｕ ａ ｆ ｎ ａ ｇｉｕｔｒｌＵ ｉｅｓｔ ｏｒ ｌ ｎ ｏ Ｙｕ ｎ ｎ Ａ ｒ ｌ ａ ｎｖ ｒｉ ｃ ｕ ｙ
Ｖ０ ＿２ Ｎｏ ６ ｌ ｌ ． ＤＣ ．２ ０ ｅ ０６
Ｆ ｉ ｉｇ．ＨＥ Ｙｕ － ｉ ＡＮ Ｊ— ｎ ｙ ｅ ｑｕ （ｈ ｅ ａｏａ ｒ ｆｒ ｇｉ ｌ ｒｌ ｉ ｉ ｒ ｔ ｆ ｅｔ ｎｇｍ ｎ ｏ ｈｎ ｄｃｔｎＭｎｓ ， Ｋ ｎ ｉｇ ５２ １ ｈ ａ Ｔ ｅＫ ｙＬｂｒｔ ｙ ｏ ｒ ｕ ｕａ Ｂｏ ｖ ｓｙ ｏ Ｐｓ Ｍａａｅ ｅｔｆ ｉａＥ ｕａ ｏ ｉｉｒ ＹＡ Ｕ， ｕｍｎ ００ ，Ｃ ｉ ） ｏ Ａ ｃ ｔ ｄ ｅｉ ｒ Ｃ ｉ ｔ ｙ ６ ｎ
植酸酶在饲料中的应用及其研究进展
植酸酶在饲料中的应用及其研究进展植酸酶是一种新型的、可作为动物饲料添加剂的重要酶制剂。
它对提高饲料中磷利用率，提高动物的生产性能，以及减轻高磷粪便对环境水域的磷污染有重要意义。
本文综述了植酸酶在饲料中的应用现状及工业化生产方法，讨论了其进一步的研究发展方向。
植酸酶是一种水解酶，它能将植酸磷（六磷酸肌醇）降解为肌醇和无机磷酸。
此酶分两类：3-植酸酶和6-植酸酶。
植酸酶广泛存在于植物和微生物中。
磷在植物中的主要存在形式为植酸磷，由于植酸磷不能被单胃动物直接利用，从而造成磷源浪费和形成高磷粪便污染环境。
另外，植酸磷还是一种抗营养因子，它在动物胃肠道的消化吸收过程中会与多种金属离子如Zn2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+等以及蛋白质螯合成不溶性复合物，降低了动物对这些营养物质的利用。
因此，开展饲用植酸酶的研究，对提高畜禽业生产效益及降低磷对环境的污染有重要意义。
１ 植酸酶的来源及酶学性质早在1907年Suzuki等就在谷粮中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶。
第一个纯化的植酸来源于麸皮，研究发现它虽具有植酸酶活性，但植酸并不是它特异性底物。
来源于植物的植酸酶均属于６－植酸酶，最适pH 范围在5.0~7.5，在单胃动物酸性的胃环境中不起作用。
60年代末植酸酶的研究转向最适pH为酸性、酶含量较高的微生物来源的植酸酶。
许多微生物都能产生植酸酶，尤其在曲霉属中。
1968年Shien等从68个土样中对2000个菌株进行考察发现，在所用的22株黑霉菌中有21株能产生植酸酶。
第一个被分离纯化的植酸酶来源于Aspergillus terreus NO.9A-1,它的最适pH为４.5，最适反应温度为70℃,此酶在pH1.2~9.0均能稳定维持活性。
从此以后，陆续从十几种微生物中分离得到植酸酶，其中来源于Ａ.ficcum NR-RL3135(A.niger var.awamori)的植酸酶phyA具有较好的耐热性，在酸性的条件下有较高酶活性，被认为是目前最具应用前景的饲用植酸梅，其酶学性质的研究也较为深入。
耐高温植酸酶生产技术研究进展
质 提 高 其 有 效 性 以 及 使 其 具 备 在 饲 料 中使 用 所 需 的 耐热性
，
对饲 用 酶 的 破 坏 作 用 使植 酸 酶 能 在 畜禽 体 内保持 较
，
。
再 通 过 基 因 工 程 克 隆 的方 法 改 造 植 酸 酶 编码
，
高活 力并发挥 生 物水解作用
酶 耐 高 温 性 能 的几 种 技 术 做
，
就易变性 失活
。
近 年来 在 颗粒饲料制造过 程 中 植 酸
，
，
高温 环 境 的特殊 性 质
，
。
这 时就产 生 了第二 个 寻 找 能耐
。
酶 添加采取 外 喷 的方 法进 行 但外喷方法存在添加不
，
高温 的植 酸 酶 途 径 即对 现 有 酶 进 行 人 工 改 造
．
近年
均匀 的不 足 故 提 高植 酸 酶 的耐 热性 采 取 内添 加 还
s
s u
btilis
1 6 8 和 B 1i c h e
．
n
ifo
。 ’
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等分 子 生 物学 手段 进
步 提 高 其 中研 究 比 较 成
．
一
中发 现 两 种 新 型 热 稳 定 性 的植 酸 酶 即使 在 C a
，
浓度
熟 的技 术Байду номын сангаас有 定 点 突 变 技 术
。
、
致性 技术
、
二
级结构替
很低
、
p
H
值 中性 的 条 件 下
】
。
烟 熏 曲霉 的热 稳 定 性 植 酸 酶 基 因 导 人 A s p
n
植酸酶的应用研究进展
①根据植酸酶脱磷位点不同， 将植酸酶分为
３ 一 植酸酶 、 ６ 一 植酸酶和 ５ 一 植 酸酶 。３ 一 植 酸 酶存 在于植 物 、 霉菌和细菌 中， 需 Ｍｇ ２ 参 与， 性 质 稳
目 前发现的植酸酶有三种来源。
１ ． ２ ． １ 植 物植 酸酶 植 物植 酸酶 存在 于小 麦 、 大麦 、 黑麦 、 豌 豆等 谷 物籽 粒 及其 加 工 副 产 物 中 。多种 植 物 的种 子 和花 粉 中也 大 量 存 在植 酸 酶 ， 种 子 发 芽时 ， 植 酸 酶将 植物 水解 为肌 醇 和磷酸 盐 ， 为种子 萌芽 和幼 苗生 长提 供 必要 的营养 。 １ ． ２ ． ２ 微 生 物植 酸酶
蛋 白质 和氨基 酸 ， 并终 止植 酸对其 他 消化 酶的抑 制作 用 ， 从 而促 进 机 体 的 消化 和 吸 收 。Ｌ ｅ ｉ 等 对 猪 的试 验 表 明 ， 植 酸 酶 可 以提 高蛋 白质 消化 率 。 另有 研究 表 明 ， 在玉米一 豆 粕 型 日粮 中添 加植 酸 酶， 可 提 高火 鸡 对 氨基 酸 的消化 率 ， 而 且 日粮 蛋
的Ｍ ｊ ａ ｌ ａ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｉ ｉ 细菌 ， 这 是 第 一 个 从 动 物 中鉴 定 的植 酸酶 ， 随后 许 多研究 者试 图从 高 等动物 的血 液 中鉴 定植 酸 酶 未 能取 得 成 功 ， 仅 仅 在 鸟类 、 爬 行动物、 鱼类 等 血液 中存 在 。
２ 植 酸酶 的作 用效 果
源不 同可分 为植 物性 植酸 酶 、 动物性 植 酸酶 和微
真菌分泌的植酸酶量相对较高 ， 特别是曲霉
属 有较 强 的产植 酸酶 的能 力 ， 微 生物 植 酸酶 主要
植酸酶与植酸酶转基因动物的研究进展
｜？ 关键 ≥ 酸 酶 植 遵化 性 鼠 基 辕
邯 圈 獒号 Ｓ ６ ｜ Ｉ≥ｊ 橡标识码 ｜ ｜ ｓ． ９ｌ 文 “
＿ 章顺 序 编 号 ｉ６ ２ ５ ９ （ ０ ８ ｏ ＿ ｏ ６ ｏ 誓 蠢文 ７ ＿ ｌ ｏ ２ ｏ ）４＿ ５ － ｉ ０ 奠■
粪便 中磷 的排放量 ， 而减轻对环境 的污染 。由于 从 动物 营养和环保 的原因 ， 需要在饲料 中添加植酸 酶 ， 而植酸酶是催化植 酸水解 成肌醇与磷 酸的一类酶 的
总称 ， 有植 物 、 动物和 微生物 ３种来 源 ， 据其理 化 根 性质 分为酸性 、 性和 中性植酸酶 。 同来 源的植 酸 碱 不 酶 的最适反 应温度不 同， 大多数有 不耐热 的缺点 ， 因 此 开发热稳 定性较好 的植酸酶是 当务 之急乜 。
法。
３１ 唾 液 腺 生 物 反 应 器 ．
此高温 度下 大幅度地不可逆丧失 。 ②饲 料用酶又必
须在 常温下具有较 高的酶活性 ，因为 饲料用酶 最终
唾液 腺生物反应器 是一类最 近才发展起来 的新
型 生 物 反 应 器 。其 特 点 是 利 用 唾 液 分 泌 蛋 白 的 调 控
的作用 场所是动物正 常体温 （７℃左 右 ）的 胃肠道 ３ 中， 这与工业上所使用 的一些 高温酶不 同。 ⑧从 噬温 微生物 中分离 到 的高温植 酸酶 ，其最适 温 度 ７ － ０ ０８ ℃， 虽然具有较好 的耐 温性 ， 但它在 ３ ℃下酶 的活性 ７ 极低 ， 在饲料 中没有 利用价 值 。 ④储存过程 中酶活性 的丧失等诸多 因素的限制等哺 ］ 。
量 地应用 于 生产 。所 以 ，如 何使 酶 既能 短 暂耐 高
温， 又能 在动 物体 中具 有 高 活性 ， 目前 饲 料用 植 是 酸 酶制剂 急需解 决 的一个 问题 【。 ４
植酸酶及其在畜禽饲料中的应用研究进展
D O I：10.15906/).cnki.c n ll-2975/s.20181308植酸酶及其在畜禽饲料中的应用研究进展宫宇1袁姚玲珑1袁陈清华1*袁陈凤鸣2(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙410128曰2.湖南领道农业环保科技有限公司，湖南长沙410128)[摘要]植酸酶可以催化植酸水解成肌醇与磷酸，在畜禽飼料中添加植酸酶可起到改善动物生产性能，降低生产 成本，减少环境污染等作用。
本文就植酸酶的特性、作用机制、应用效果及其研究进展等进行综述，以期为植酸酶在畜 禽生产中进一步应用推广提供参考。
[关键词]植酸酶；畜禽;饲料[中图分类号]S816.7 [文献标识码]磷是畜禽机体内含量丰富、作用广泛的一种 矿物质元素，主要参与畜禽骨骼以及肌肉的组成 和生长(邱梅平等，2009)，畜禽的生长发育、代谢 繁殖都与磷息息相关。
植物性饲料中磷主要是以 植酸磷的形式存在(Susmira等，2005)，自然界中 虽广泛存在可水解植酸磷的植酸酶，但畜禽对植 酸磷的利用率普遍偏低，主要是由于单胃动物只 有消化道的上皮细胞以及后肠道中的微生物可 产生少量的植酸酶。
没有被利用的磷，通过动物 排泄的形式进入水体，最终导致水体富营养化 (王凯等，2015)，解决这一问题的根本方法在于 提高畜禽日粮中磷的利用率。
在畜禽饲粮中添加 植酸酶，可以降解饲料中的植酸磷，提高饲料中 磷的释放量，进而可以降低磷酸氢钙在日粮中的 添加量。
研究表明，日粮中添加植酸酶可以提高 畜禽的生产性能，同时可减少畜禽粪便中磷的排 放(王方浩等，2006)。
1植酸与植酸酶植酸又称肌醇六磷酸(M u n ir等，1980)，是多 种植物组织中磷的主要储存形式，能够结合一些 矿物质和蛋白质，同时形成的螯合物能够降低磷 的吸收效果(M adrid等，2013)。
在植物饲料中，植基金项目：长沙市科技计划项目“畜禽养殖粪污一体化处 理技术研究与推广示范(kh1703120)*通讯作者[文章编号]1004-3314(2018)13-0040-05酸通常与磷结合，所以又被称作植酸磷，常用饲料 原料中的植酸磷含量一般不同，数据见表1。
植酸酶在动物生产中的研究进展
植酸酶在动物生产中的研究进展作者：罗佳捷张彬王洁陈宇光来源：《湖南饲料》 2011年第2期罗佳捷张彬王洁陈宇光（1瑚南农业大学经济动物研究所，湖南长沙410128；2．长沙市动物防疫监督站，湖南长沙410013）摘要：植酸是畜禽植物性饲料中磷的主要存在形式，同时它也是一种广谱性的抗营养因子，它的存在对，动物营养物质的消化吸收和新陈代谢产生了极为不利的影响。
植酸酶是能够分解植酸盐的一类酶的总称，在动物生产中表现出优良的性能，它能提高营养物质的消化率，提高磷的利用率，减轻磷排放对环境造成的污染。
尽管植酸酶的应用还存着在一些问题，但它们正随着分子生物学技术和基因生物技术的发展而逐步得到解决。
本文从植酸酶的种类、作用机理及其在动物生产中的应用等方面进行了综述，并对它的应用前荣进行了展望。
关键词：植酸；植酸酶；磷；动物生产1前言磷是动物机体生长、繁殖和代谢所必需的矿物元素之一，在多数作物中的磷有40-70%以植酸磷的形式存在，它们因为单胃动物体内缺乏分解植酸磷的酶而难以被利用。
在典型猪的日粮中，只有15%的磷被利用，而其余85%的磷则随粪便排出，从而造成了磷的大量浪费和环境污染等一系列严重问题。
此外，植酸磷还是一种抗营养因子，通过与多种金属离子和蛋白质螯合成不溶性复合物来降低它们的吸收。
植酸酶( phytase)是一类特殊的磷酸单酯酶，能够将植酸和植酸盐中的磷酸基团逐一水解，最终释放出肌醇和无机磷。
植酸酶是一个广义概念，所有能够水解植酸产生无机磷的酶都可以称为植酸酶。
大量研究表明，在饲料中添加植酸酶能有效提高磷的利用率和养殖经济效益，减少粪便中磷的排放量，因此，它受到越来越广泛的重视。
且随着分子生物技术和基因工程技术的发展，植酸酶的规模化廉价生产已成为可能，所以，通过使用植酸酶来提高养殖效益和保护环境具有重要的意义和广阔的前景。
2植酸酶的分类目前，国内外对植酸酶的分类方法还不统一，主要存在以下几种：(1)按来源可将其分为植物植酸酶、细菌植酸酶和真菌植酸酶；(2)按其最适pH值可将其分为酸性植酸酶和碱性植酸酶；(3)按其水解底物植酸的立体专一性可将其分为3-植酸酶、5-植酸酶和6-植酸酶；(4)按其本身的序列和结构出发，基于三维结构和催化机制可将其分为组氨酸酸性磷酸酶、B折叠桶磷酸酶、半胱氨酸磷酸酶和紫色酸性磷酸酶等。
新型基因工程植酸酶
新型基因工程植酸酶
以姚泉洪博士领衔的科研团队完成的“高比活植酸酶基因的获得及耐高温植酸酶的生产”项目获2003年度上海市科技进步一等奖。
该项目经体外定向分子进化首次获得了高比活、耐高温的、具自主知识产权的新型植酸酶基因，其比活是国内外报道最高比活的3倍以上，且可耐受颗粒饲料生产中的制粒高温。
其主要作用包括：替代饲料中的无机磷，并使动物粪便中磷的排出量减少30％～50％，减轻环境的磷污染。
解除饲料中植酸盐的抗营养因子作用，提高其他营养的吸收和利用。
项目同时开发出了葡萄糖替代甘油的发酵工艺，使发酵成本下降了近1/3。
植酸酶是21世纪世界公认的、最有前景的无公害饲用酶制剂，新型耐高温植酸酶具有极强的市场竞争力，并将在国际市场上占有较高的份额。
来源：中国饲料工业信息网。
植酸酶转基因动物的研究进展
植酸酶转基因动物的研究进展
王爽;冷义福;张守纯
【期刊名称】《当代畜禽养殖业》
【年(卷),期】2008(0)11
【摘要】植酸酶能专一分解植酸及其盐类物质,形成禽、畜可直接利用的磷酸和肌醇磷酸,同时可解除植酸的抗营养作用,从而提高饲料中磷的利用率、降低饲料成本、减轻磷污染,保护我们的生态环境,并有效防止与植酸有关的动物消化系统疾病.因而近年来对植酸酶的研究日益增多.本文介绍植酸酶基因转基因动物的研究进展.
【总页数】3页(P3-5)
【作者】王爽;冷义福;张守纯
【作者单位】沈阳农业大学,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,辽宁,沈阳,110161
【正文语种】中文
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一类酶的总称，自然界存在很多能水解植酸盐的酶类，
统称“植酸酶”。植酸酶广泛存在于动植物组织和微生
物细胞中，在植物中主要存在于谷物和豆科植物的种
摘要 植酸酶做为一种新型的酶制剂，引起了国内外研究者的极大关注。植酸酶广泛存在于动植物组织和微生物细
胞中，分解植酸磷，降低磷的排放量。文章综述了植酸酶的分类、理化性质、作用机理、菌种选育，并着重讨论了近
酶之困”转变为“植酸酶之盛”， 是每个从业者应该思
考的问题。
2 植酸酶的理化性质
2.1植酸酶的分子量
植酸酶的物理性质植酸酶的分子量依来源不同差异
很大，主要分布在35～200 KDa 之间，最大达700 KDa ，
最小仅10～13 KDa。Quan等[12]从Cladosporium sp. FP - 1 分
酶被认为是活性最强的[3，4]。
植酸酶按结构的不同主要可以分为三类:霉菌及部
分细菌来源的PhyA 与PhyB、Bacillus subtilis 来源的
PhyC、玉米植酸酶[2]。3 - 植酸酶( EC. 3. 1. 3. 8) PhyA
与6 - 植酸酶( EC. 3. 1. 3. 26) PhyB属于同一酶家族，
年来植酸酶基因工程改造等问题。
关键词 植酸酶; 基因工程；
植酸酶及其基因工程改造研究进展
武燕平 刘霞1 张彦杰2 罗俊彩2 王燕1 杨平平1
( 1 山东轻工业学院，山东济南 250353；2 山东理工大学，山东淄博 255049)
作者介绍：武燕平（1 9 8 3 - ），女，山东菏泽人，山东轻工业学院研究生。
14
生命科学仪器 2009 第7 卷/4 月刊
综述
植酸酶的Q23L 和Q23L G272E 进行突变研究，结果
发现突变酶Q23L 在pH 5.5 的比活性由51U/mg 提高
到109U/mg，突变酶Q23LG272E 在pH 3.0～4.5 和pH
6.5～7.0时的稳定性比Q23L 有所提高。贝锦龙等[30]将
解植酸（六磷酸肌醇）的酶而难以被吸收和利用，其
利用率仅在0~40%，从而造成了许多问题[1，2]。首
先，因为饲料中的磷源不能被有效利用，必须在饲料
中另外添加无机磷（主要磷酸氢钙）以满足动物对磷
的需求。其次，植物性饲料中85% 左右的磷没法被单
胃动物吸收和利用，从而直接排出体外，粪便中大量
酸酶催化机制做了详细阐述：当植酸酶的活性部位与
底物的磷酸群体接触时，活性中心RHGxRxP 中的两个
精氨酸与底物的磷酸基团相互作用，形成了酶- 底物
的复合物，RHG 中组氨酸的咪唑基对磷酸基团的磷原
子发生亲核攻击，同时C 端HD 元件中的天冬氨酸为
底物离去基团提供一个质子，使底物以醇或酚的形式
空间结构进行比较预测，发现突变氨基酸Tyr43与空
间位置相邻的Asn416之间形成氢键，增强了酶的热
稳定性。
4.2植酸酶的同序概念(consensus concept)
同序概念(consensus concept) 是将已知酶的氨基酸
酶活性。褚西宁[19]首次分离到产植酸酶的青霉- 变灰
青霉，活性可达到3. 12 U /g。陈红歌[20]以黑曲霉为出
发菌株，经紫外、亚硝基单独处理和复合处理，获得
一株产酶能力达2950 - 3015U /g 的高产菌株。刘德
忠等[21]以无花果曲霉2121 - 15为出发菌株，用钴60
照射诱变，获得两株产酶活力均在11.0 U/mL 以上，
“通讯作者”：杨平平,男，教授，E-mail:jiannanypp@
子和花粉中，而在动物中主要存在于脊椎动物的红细
胞和血浆以及哺乳动物的小肠内。产植酸酶的微生物
有细菌、酵母和真菌等，饲料中使用的植酸酶主要来
自真菌，比如黑曲酶(Aspergillus sp. ) ，其生产的植酸
组成。
2.2植酸酶的催化作用及其机理
植酸酶通过将植酸分子上的磷酸基团逐一切下，
形成IP5 ， IP4 ， IP3 ， IP2 等，最终形成的产物为肌醇和
磷酸。这个过程需要Mg2 + 参与。具体过程如下：植酸
→D - 1， 2， 4， 5， 6 - 五磷酸肌醇和D - l， 2， 4， 5 - 四磷酸
位点300进行定点突变(K300E)，从而提高了植酸酶在
pH4. 0 时的活力。陈惠等[32]将植酸酶43、354、358
位的苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸分别替换为酪氨酸、
甲硫氨酸、苯丙氨酸 (F43Y，I354M ，L358F)，
得到了2 个突变体PP-NPm-1(F43Y)及PP-NPm-2
比出发菌株提高168. 57% ，发酵时间缩短了45% 左
右。汪世华等[22]分离和亚硝基胍诱变选育，得到一株
植酸酶高产菌株绿色木霉LH374，产植酸酶平均可达
1580 U/g。程海娜[23]等得到一株产植酸酶较高的黑曲
霉AN00101 菌株，在加水量为35% 的麸皮固体培养
基，在37℃培养114 h，用3%CaCl2 进行提取，固
4.1植酸酶的定点突变( site - directed mutation)
定点突变在植酸酶热稳定性、表达量和酶活性提
高以及活性部位研究等方面做出巨大的贡献。Tomschy
等[15]对A. niger 植酸酶分子进行了E89D、H292N、
R297Q 定点突变，最后发现R297Q 定点突变产生的效
保守序列RHGXRXP ，而且需要Ca2 + 维持催化活性及
稳定性[7]。
2008年2月， 欧盟发出了磷资源的红色预警， 我
国专家称中国的磷资源也只能开采20 年。世界能源危
机加重， 原料价格普遍上涨， 环保压力日益昭显， 这无
疑为植酸酶的发展提供良机， 科技的发展将促使植酸
酶生产与应用进入一个新的发展时期。如何从“植酸
离去，磷酸基团从底物上脱离，与RHD 中组氨酸形成
磷酸- 组氨酸复合物，环境水分子中的氧原子对磷原
子再次进行亲核攻击，活性中心某一推断的残基B 为
组氨酸的咪唑基提供质子，使磷酸基团离开植酸酶分
子，RHG 中组氨酸恢复原来的状态，进行下一个磷酸
的水解。不同来源植酸酶催化机理的差别主要是由他
phyA 进行Glu300Lys 点突变，获得了pH 4.0 和37℃下
活性提高了56 %的植酸酶。彭日荷等(2002)以烟曲霉
中耐高温植酸酶基因phyA 为基础， 通过定点突变将部
分密码子替换成毕赤酵母的偏爱密码， 得到的重组子
经过高密度发酵，其表达量比原始基因提高13倍，并
有很好的耐热性。谷维娜等(2007) 对A.fumigatus来源
件下酶活下降，甚至失活。因此不适合作为畜禽饲
料添加剂。目前研究最多的是微生物来源的植酸酶，
包括细菌、霉菌和酵母菌等[ 4 ，8 ，9 ] 。
3 植酸酶高产菌株的选育
Nelson等[18]发现无花果曲霉能产生植酸酶，体外
实验此植酸酶能水解豆粕中97%的植酸磷。同年从土
壤中分离出来的无花果曲霉NRRL3135 能产生最大的
12
生命科学仪器 2009 第7 卷/4 月刊
综述
1 植酸及植酸酶
植酸(Phytic acid)，又称肌醇六磷酸，是植物籽
实中磷的主要贮存形式。在谷物、豆类、油料等作物
的籽实中，磷的基本储存形式是植酸磷，其含量高达
种子干重的1%~3%，约占植物中总磷的60%~80%。但
是以植酸磷形式存在的磷却因单胃动物体内缺乏能分
体发酵物酶活高达1.3×104U/g。
4 植酸酶基因工程改造
目前，植酸酶已经实现了工业化生产，但是在
饲料中的推广和应用还相当有限，主要原因在于植酸
酶在天然材料中的含量难以大量生产以及其热不稳定
性不能完全满足饲料加工、贮藏、使用的要求。利用
基因工程的特点对其进行改造以获得人们期望的产品。
肌醇→1， 2， 5， 6 - 四磷酸肌醇→1， 2， 5 - 三磷酸肌醇或
1， 2， 6 - 三磷酸肌醇→1， 2 - 二磷酸肌醇→2 - 磷酸肌
醇。在植酸酶水解的过程中，也释放出磷酸根离子和被
植酸螯合的大量锌、铜、钙、锰等矿物元素以及蛋白质，
从而使这些营养元素成分被有效吸收。氟化物、钒酸盐、
酶其最适温度相于底物特异性方面不尽相同，造成不同植酸酶效果
存在差异，比如：6-植酸酶的实际使用效果只有同等
酶活3- 植酸酶的1/2；目前微生物来源的植酸酶的最
适pH在2.0~6.0，也存在最适pH 偏碱性的植酸酶。植
物来源的植酸酶的最适pH 一般在4.8~6.0，在酸性条
( I354M ，L358F)，对表达产物进行酶活性测定及热
稳定性检测，结果表明：突变体PP-NPm-1 最适反
应温度比未突变体PP-NPm-8 上升了3℃，75℃处
理10min，热稳定性提高15%，比活力提高11%；PPNPm-
2 最适反应温度未改变，热稳定性比PP-NPm-8 仅
提高3%，比活力降低6. 5%。对突变前后的植酸酶
果非常明显，分子模型表明R297 与植酸的一个磷酸基
团直接作用。Tomschy 等( 2002) 对A.fumigatus 中与最适
pH相关的多个极性氨基酸残基(Gln27、Ser140、Asp141、
Gly277、Tyr282) 进行了研究， 初步确定了其在pH和活