外源酶制劑在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用與展望

解祥學(xué) 杜紅方 陳書(shū)琴 汪興玉 王 敏 陳東理 任麗萍

(1.廣東溢多利生物科技股份有限公司，珠海519060；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193)

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外源酶制劑在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用與展望

解祥學(xué)1,2杜紅方1陳書(shū)琴1汪興玉1,2王 敏1陳東理1任麗萍2*

(1.廣東溢多利生物科技股份有限公司，珠海519060；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193)

反芻動(dòng)物能夠?qū)⑷祟惒荒芾玫拇诛暳限D(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)——肉和奶，這對(duì)農(nóng)業(yè)以及人類社會(huì)有著重要意義。但是這種轉(zhuǎn)化效率與植物細(xì)胞壁的消化率有重要關(guān)系，目前植物性原料消化率較低，影響了轉(zhuǎn)化效率。在反芻動(dòng)物飼糧中補(bǔ)充外源酶制劑具有提高植物纖維消化的潛力，從而提高飼糧的利用效率。本文總結(jié)了外源酶制劑應(yīng)用現(xiàn)狀、作用模式以及發(fā)展方向，認(rèn)為目前外源酶制劑在反芻動(dòng)物應(yīng)用上有積極的結(jié)果，也存在效果不明顯的報(bào)道，這可能與酶譜、添加水平、添加方式、底物類型以及宿主的生產(chǎn)水平等方面有關(guān)。同時(shí)闡述了外源酶制劑是在飼喂前、瘤胃中、瘤胃后的不同環(huán)境中起到作用，但詳細(xì)機(jī)制還需要繼續(xù)深入探究。綜上所述，盡管酶制劑應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，以提高飼料消化率為目標(biāo)的酶制劑仍將會(huì)是反芻動(dòng)物添加劑發(fā)展的一個(gè)重要方向。

外源酶制劑；反芻動(dòng)物；瘤胃；植物細(xì)胞壁

全球人口數(shù)量的增長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量的肉、乳制品需求越來(lái)越多，這就對(duì)反芻動(dòng)物利用粗飼料能力提出了更高的要求。因經(jīng)濟(jì)原因及維持瘤胃健康方面的考慮，粗飼料一直作為反芻動(dòng)物飼糧的重要組成部分，但其在瘤胃的消化率不高于50%，全消化道消化率不高于65%[1-2]，因而限制了粗飼料的充分利用。近年來(lái)反芻動(dòng)物用酶制劑一直處于研究應(yīng)用的熱點(diǎn)，盡管外源酶制劑的應(yīng)用效果有一定的變異性，但反芻動(dòng)物飼糧中添加外源酶制劑已公認(rèn)是提高飼料利用率有效且經(jīng)濟(jì)的方式[3]。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了外源酶制劑在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用研究[4-5]，目前主要集中在外源纖維素酶對(duì)纖維素的消化率、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率、生產(chǎn)性能方面的影響，發(fā)現(xiàn)其可以改善干物質(zhì)和纖維消化率[6]、增加奶產(chǎn)量[7-8]、提高日增重[9]，但也有應(yīng)用效果不明顯的報(bào)道[10]。鑒于酶制劑產(chǎn)品是未來(lái)反芻動(dòng)物添加劑產(chǎn)品的重要方向之一，本文的目的是對(duì)近年來(lái)反芻動(dòng)物外源酶制劑的應(yīng)用效果及可能作用途徑加以綜述，并提出酶制劑應(yīng)用研究方向及方法，為進(jìn)一步從根本上提高粗飼料的利用率，促進(jìn)反芻動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供研究思路。

1 酶制劑中酶的來(lái)源

現(xiàn)在用于畜牧生產(chǎn)上的酶制劑，主要來(lái)源于真菌[曲霉屬真菌(如米曲霉)、木霉屬真菌、里氏木霉]和細(xì)菌(芽孢桿菌屬、嗜酸乳酸桿菌屬)等的發(fā)酵產(chǎn)物[2]。飼料工業(yè)用酶主要是通過(guò)接種、培養(yǎng)基生長(zhǎng)，微生物發(fā)酵方式生產(chǎn)出來(lái)，盡管微生物來(lái)源、種群有限，但是由于菌株的選擇、發(fā)酵底物以及培養(yǎng)狀況不同，可能會(huì)產(chǎn)生不同的酶種[11]。

一般來(lái)講，降解植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)性碳水化合物需要用復(fù)合的酶譜[12]，商業(yè)酶制劑目前通?？紤]纖維素酶、木聚糖酶，其次蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果膠酶及阿魏酸酯酶等可能也會(huì)出現(xiàn)在的酶譜中。復(fù)合制酶制劑較為有優(yōu)勢(shì)，能夠促使一系列底物發(fā)生反應(yīng)，但不利于鑒別是哪種酶起到提高消化率的作用。目前普遍認(rèn)為是單酶不一定適合單一或者某種特殊的飼料，但是如果采用復(fù)合酶則能適合一系列類型飼料[13]。

2 酶活評(píng)定

酶活的定義為在一定的時(shí)間、溫度、pH條件下，催化1單位量底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物需要的酶量[13]。就碳水化合物酶來(lái)講，通常用產(chǎn)生的葡萄糖來(lái)衡量。在測(cè)定酶活時(shí)需要嚴(yán)格限定在一定的變量下，如溫度、pH、離子強(qiáng)度、底物濃度、底物類型。一般用化學(xué)合成底物來(lái)測(cè)定酶活，通過(guò)染色以及光譜特性來(lái)測(cè)定。目前很大一部分酶活測(cè)定沒(méi)有國(guó)標(biāo)，很多企業(yè)用的是自己企標(biāo)，因此在評(píng)價(jià)酶的質(zhì)量時(shí)不能單純靠酶活來(lái)評(píng)定，而主要應(yīng)看應(yīng)用效果。另外，酶活測(cè)定方法不能夠完全模擬消化道的狀態(tài)，所用的底物也不是反芻動(dòng)物所用的典型飼糧。因此這種分析方法可能會(huì)影響到外源酶制劑作為反芻動(dòng)物飼料添加劑的應(yīng)用。

在反芻動(dòng)物推薦運(yùn)用生物學(xué)的分析方法進(jìn)行測(cè)定，主要包括兩步法、產(chǎn)氣量法、尼龍袋法等。在混有瘤胃微生物的培養(yǎng)管中，加入飼料底物，再加入酶，研究酶制劑對(duì)底物的降解情況，底物可以是谷物、干草、青貯或者秸稈等。如運(yùn)用尼龍袋法，通過(guò)記錄不同時(shí)間段營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消失量，可以計(jì)算出干物質(zhì)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)等的有效降解速率。運(yùn)用這種方式，根據(jù)消化效果可以篩選出較為合適的酶譜。但是體外法不能完全的模擬體內(nèi)狀態(tài)[14]，并且不能區(qū)分動(dòng)物個(gè)體之間微生物的差異，通過(guò)體外結(jié)果完全外推至整個(gè)機(jī)體的效果也存在不確定性。另外，體外法不能夠說(shuō)明外源酶制劑對(duì)飼料流通速率、瘤胃后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率等生理機(jī)能的影響。因此在評(píng)價(jià)外源酶制劑對(duì)反芻動(dòng)物飼料利用率的影響方面，只有采用動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)才能給出最真實(shí)的判斷。

3 外源酶制劑對(duì)反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響

3.1 奶牛

近年來(lái)在奶牛上進(jìn)行大量的外源酶制劑應(yīng)用研究，大多數(shù)是探究奶牛飼糧中添加外源酶制劑對(duì)產(chǎn)奶量以及乳成分的影響[5,15]。其中絕大多數(shù)產(chǎn)品是以纖維素酶或者木聚糖酶為主，也有少量蛋白酶及淀粉酶類產(chǎn)品。因?yàn)槊富畹亩x以及測(cè)定方法的不一致，不能把不同的試驗(yàn)按酶活為基礎(chǔ)進(jìn)行比較。另外即使酶活測(cè)定方法一致，也很難把酶的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)楹芏喈a(chǎn)品是復(fù)合酶，不能對(duì)所有的酶進(jìn)行同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化，因此不同產(chǎn)品間不能單靠酶活進(jìn)行比較，應(yīng)主要看應(yīng)用效果。

一部分研究發(fā)現(xiàn)，外源酶制劑可以改善奶牛的乳成分，Beauchemin等[15]研究發(fā)現(xiàn)，給奶牛添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶以及內(nèi)切葡聚糖酶的復(fù)合酶可以提高奶牛2%的乳蛋白含量。同樣Sutton等[16]、Eun等[17]以及李艷玲等[18]也報(bào)道，添加外源復(fù)合酶能夠提高牛奶中的乳蛋白或者乳脂的含量。此外也有一些研究表明，外源酶制劑可以增加產(chǎn)奶量[18]，Yang等[19]發(fā)現(xiàn)向奶牛飼糧的干草中添加2g/kg的纖維素酶和木聚糖酶復(fù)合物可以提高1.9kg/d的產(chǎn)奶量，其原因可能是由于外源酶制劑提高了飼糧12%的干物質(zhì)消化率所致。也有研究發(fā)現(xiàn)，酶制劑可以改善機(jī)體健康狀況，飼糧添加丙二醇及纖維素酶對(duì)奶牛產(chǎn)后能量負(fù)平衡有一定的改善作用，且以添加0.5%丙二醇制劑效果相對(duì)更好[20]。盡管如此，在奶牛飼糧中添加外源酶制劑的效果存在比較大的差異，也有一些研究發(fā)現(xiàn)外源酶制劑并沒(méi)有提高產(chǎn)奶量或者乳品質(zhì)。Klingerman等[21]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂以苜蓿干草、苜蓿半干青貯、玉米青貯、混合豆科干草以及玉米青貯為底物的飼糧，淀粉酶不能改善乳產(chǎn)量及乳成分；Peters等[22]發(fā)現(xiàn)外源酶制劑沒(méi)有提高產(chǎn)奶量；Arriola等[9]發(fā)現(xiàn)外源酶制劑沒(méi)有改善乳品質(zhì)。因此說(shuō)酶的種類、底物類型、酶的劑量對(duì)酶的應(yīng)用效果都有顯著影響，需要對(duì)外源酶制劑應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，以提高其應(yīng)用的可靠性。

近年來(lái)一些研究提出，在做動(dòng)物試驗(yàn)之前需要先做一些體內(nèi)模擬試驗(yàn)，呼和等[23]篩選了以纖維素酶為主的復(fù)合酶制劑能夠提高泌乳牛的產(chǎn)奶量，Holtshausen等[24]通過(guò)體內(nèi)試驗(yàn)也篩選了不同添加水平的纖維素酶制劑，最后驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)高劑量添加組可提高11.3%的校正乳產(chǎn)量。同樣Arriola等[9]在用纖維素酶做飼養(yǎng)試驗(yàn)之前先通過(guò)體內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)添加外源酶制劑可以提高低精料組的產(chǎn)奶量，而對(duì)高精料組沒(méi)有影響。因此，在將外源酶制劑添加至奶牛飼糧時(shí)，需要先對(duì)添加的劑量及其方式仔細(xì)研究，然后選擇合適的方式添加。運(yùn)用體外法可以幫助篩選合適劑量以及預(yù)測(cè)生產(chǎn)性能，但是由于一些產(chǎn)品酶活會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生變化，并且很多商業(yè)產(chǎn)品只進(jìn)行了有限次數(shù)和一定條件的研究，因此并不能保證對(duì)所有的奶牛產(chǎn)生同樣的效果。

3.2 肉牛

盡管在20世紀(jì)60年代就有報(bào)道外源酶制劑可以提高肉牛的日增重，但是酶制劑在反芻上的應(yīng)用一直比較緩慢，主要和價(jià)格較高以及效果不穩(wěn)定有關(guān)[25]?，F(xiàn)在隨著酶發(fā)酵工藝的優(yōu)化，在酶學(xué)性質(zhì)及生產(chǎn)成本方面都有了顯著改善，為酶制劑的生產(chǎn)應(yīng)用提供了更為實(shí)用的基礎(chǔ)。陳俊秋等[26]發(fā)現(xiàn)添加以纖維素酶為主的復(fù)合酶可以顯著改善夏洛萊牛的日增重，但應(yīng)用效果也存在變異，Beauchemin等[27]發(fā)現(xiàn)閹割牛飼喂苜蓿干草或者梯牧草干草時(shí)添加木聚糖酶和纖維素酶產(chǎn)品因干物質(zhì)的消化率的改善分別提高閹牛30%、36%的日增重，但當(dāng)飼喂大麥青貯時(shí)，添加酶制劑改善增重效果不明顯。同時(shí)發(fā)現(xiàn)粗飼料的類型也顯著影響最佳劑量，對(duì)于苜蓿草需要0.25～1.0L/t DM，而對(duì)于梯牧草干草需要4L/t DM。因此說(shuō)外源酶制劑的效果是酶、劑量以及底物相互作用的結(jié)果。Beauchemin等[28]在隨后的研究發(fā)現(xiàn)，采用相同酶制劑配方，對(duì)于采食富含大麥高精料的閹牛能提高11%的飼料轉(zhuǎn)化效率，但對(duì)于采食玉米基礎(chǔ)的高精料時(shí)沒(méi)有效果。McAllister等[29]也添加了相似的復(fù)合外源酶制劑，發(fā)現(xiàn)可以提高了閹牛的10%的日增重，并顯著改善ADF的消化率。這些研究表明，在以大麥谷物或者粗飼料為基礎(chǔ)的飼糧，添加以木聚糖酶、纖維素酶為主的復(fù)合酶可以提高肉牛的日增重，但是對(duì)于以玉米飼糧或者大麥青貯為主的牧場(chǎng)，此酶譜的效果不明顯。

此外淀粉酶的應(yīng)用也存在變異性，Tricarico等[30]報(bào)道1株由米曲霉分泌的淀粉酶能夠以二次曲線方式提高肉牛的日增重，這種酶在碾碎玉米、高水分玉米以及玉米青貯飼糧中都有效，但對(duì)含有苜蓿干草、棉籽殼以及蒸汽壓片玉米飼糧無(wú)效，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)肉牛飼糧采食受限制時(shí)，淀粉酶對(duì)日增重不再有效。DiLorenzo等[31]也觀察到淀粉酶添加量在600U/kg DM飼糧時(shí)，對(duì)干軋玉米、蒸汽壓片玉米都沒(méi)有效果。對(duì)于淀粉酶的變異性，一方面需要進(jìn)一步研究不同菌種的淀粉酶對(duì)常用作為肉牛飼料的影響，另外一方面淀粉酶效果不明顯，可能和谷物飼料已經(jīng)被很好的加工，大部分淀粉都能很好在瘤胃內(nèi)降解有關(guān)，因此外源酶制劑的效果體現(xiàn)不出來(lái)。

當(dāng)然也有一部分研究發(fā)現(xiàn)外源酶制劑對(duì)肉牛效果不明顯，Vera等[32]發(fā)現(xiàn)在肉牛生長(zhǎng)階段添加蛋白酶，提高了肉牛14.8%的干物質(zhì)采食量，但是增快了瘤胃流通速率，降低了4.1%的NDF消化率，因此并沒(méi)有增加試驗(yàn)終體重。ZoBell等[33]用以木聚糖和內(nèi)切葡聚糖酶為主的酶制劑產(chǎn)品(5580和15880U/kg DM)，在粗精比為65∶35的大麥型基礎(chǔ)飼糧中添加，對(duì)日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率沒(méi)有效果。但McAllister等[29]研究發(fā)現(xiàn)在以大麥青貯為粗飼料的情況下，生長(zhǎng)期添加0.5L的液體酶制劑，育肥期添加3.5L液體酶制劑能夠提高采食量和日增重，Balci等[34]運(yùn)用改進(jìn)型纖維素酶及木聚糖酶60g添加在玉米和大麥飼糧中發(fā)現(xiàn)可以提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率，因此，酶種的選擇及底物類型對(duì)酶活的發(fā)揮有著重要作用。

此外酶處理時(shí)間也對(duì)應(yīng)用效果有影響，Lewis等[35]應(yīng)用纖維素酶添加在干草和大麥型飼糧中，研究酶處理時(shí)間和飼糧精粗比對(duì)肉牛的影響，發(fā)現(xiàn)在飼喂前24h加酶及飼喂前加酶均能提高干物質(zhì)、NDF、ADF消化率，但沒(méi)有影響干物質(zhì)采食量。同樣，Krueger等[36]研究不同時(shí)間段添加外源復(fù)合酶制劑對(duì)狗尾干草消化的影響，發(fā)現(xiàn)外源酶制劑在干草切碎后添加能夠提高采食量，但是對(duì)終體重、日增重及飼料轉(zhuǎn)化效率沒(méi)有顯著影響。另外有一些研究表明，將酶制劑添加至全混合日糧中能夠發(fā)揮作用，從而提高日增重[29]，也有研究發(fā)現(xiàn)在精料中添加酶制劑也能夠起到作用[34]，目前這2種添加方式均能夠提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，還不能完全確定哪種添加方式最好。從上面應(yīng)用研究可以看出飼喂前添加以纖維素酶、木聚糖酶為主的酶制劑可以起到較為理想的結(jié)果，通過(guò)增加酶與底物的接觸時(shí)間也可以提高應(yīng)用效果，但淀粉酶及蛋白酶在反芻動(dòng)物上應(yīng)用效果不明顯。

3.3 羊

總體上來(lái)看，在羊上添加外源酶制劑應(yīng)用效果不是很明顯，Miller等[37]將1種商業(yè)型的酶制劑添加至大麥型基礎(chǔ)飼糧飼喂多賽特雜交羊中，發(fā)現(xiàn)此種酶制劑對(duì)干物質(zhì)采食量、日增重、飼料轉(zhuǎn)化率、羊毛產(chǎn)量等都沒(méi)有顯著影響，同樣，F(xiàn)lores等[38]也發(fā)現(xiàn)，在添加外源酶制劑的情況下對(duì)曼切加綿羊的產(chǎn)奶量、乳成分以及采食量均沒(méi)有顯著影響。此外Rojo等[39]飼喂來(lái)源于芽孢桿菌屬和米曲霉的淀粉酶，發(fā)現(xiàn)其對(duì)薩福克羔羊的生產(chǎn)性能沒(méi)有顯著影響。

除了生產(chǎn)性能外，外源酶制劑對(duì)綿羊或者山羊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率影響也有報(bào)道。Reddish等[40]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合酶制劑[4g/(頭·d)]對(duì)羔羊的干物質(zhì)、ADF、NDF以及氮的消化率沒(méi)有顯著影響；相似地，Giraldo等[41]向美利奴羔羊瘺管中直接添加外源纖維素酶，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有影響飼糧的消化率，分析可能是因?yàn)橹苯酉蛄鑫钢刑砑用钢苿p少了酶和飼料相互作用時(shí)間，從而影響了效果發(fā)揮。

盡管如此，小反芻動(dòng)物應(yīng)用上也有積極的報(bào)道。代行慧[42]研究發(fā)現(xiàn)向綿羊飼糧中添加纖維素酶以及與吐溫-80復(fù)合制劑可以提高瘤胃木聚糖酶、纖維素酶以及蛋白酶酶活，并在一定程度上提高飼料消化率。Bala等[43]向薩能山羊中添加2個(gè)水平的纖維素酶(4000、8000U/kg)和木聚糖酶(12500、18750U/kg)復(fù)合酶，發(fā)現(xiàn)添加高水平組可以降低干物質(zhì)采食量，增加干物質(zhì)、有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)、NDF、ADF的消化率，從而提高校正乳的產(chǎn)量。上述研究表明，在小反芻動(dòng)物上外源酶制劑應(yīng)用效果有限，表現(xiàn)為對(duì)羔羊沒(méi)有效果，對(duì)泌乳山羊、成年羊有一定效果，另外應(yīng)用效果也受到酶種、添加水平以及復(fù)合因素的影響。

4 外源酶制劑在反芻動(dòng)物上可能的作用模式

目前應(yīng)用在反芻動(dòng)物上的外源酶制劑主要包括碳水化合物分解酶、蛋白質(zhì)水解酶2大類，通過(guò)促進(jìn)纖維類、蛋白質(zhì)類的降解，從而提高飼料的降解率，外源酶制劑一般可能通過(guò)與飼料預(yù)作用、瘤胃中微生物的協(xié)作以及瘤胃后作用方式，提高飼料利用率，從而達(dá)到提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的效果。

4.1 飼喂前作用

外源酶制劑可增加可溶性糖含量。在飼喂前將外源酶制劑加入到飼糧中的效果最好，可以促進(jìn)可溶性糖增加，但在青貯飼糧中可能會(huì)影響效果，因?yàn)榍噘A中某些成分可能會(huì)影響到酶活[44]。飼糧中僅需要含很少的水分即使如干草、谷物中水分就足以使酶分解飼糧中的多糖[45]。釋放出的糖能夠在一定程度上加快微生物的生長(zhǎng)[15]，外源酶制劑和底物的類型共同決定了糖的釋放程度，但是這些釋放的糖僅占飼糧中總碳水化合物很少的一部分，因此這些有限的能量可能不能夠很明顯地改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。

充分結(jié)合飼料、減小酶活損失。酶與飼料緊密結(jié)合能夠使酶較好地發(fā)揮活性，在一定程度上降低其在瘤胃中被失活的可能性。Bowman等[46]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)在壓碎谷物飼料中(占飼糧比例為45%)添加酶制劑比在預(yù)混料中添加酶制劑的效果要好。因此要最大限度發(fā)揮酶制劑效果，需要讓酶盡可能多地接觸到飼糧，而且盡量添加在比例大的組分中，在全混合日糧中最好。

4.2 瘤胃中發(fā)揮作用

優(yōu)化酶本身結(jié)構(gòu)、提高穩(wěn)定性。最初認(rèn)為外源酶制劑會(huì)被瘤胃微生物分泌的酶降解，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)外源酶制劑能夠在瘤胃中穩(wěn)定存在[2,45]，如Morgavi等[47]發(fā)現(xiàn)4種商業(yè)酶制劑能夠在瘤胃液、胃蛋白酶以及胰液中穩(wěn)定存在。外源酶制劑在瘤胃穩(wěn)定特性可能和酶的糖基化有關(guān)，同時(shí)也與其提前加入飼料中酶活得到穩(wěn)定和提高有關(guān)，另外一些特殊微生物區(qū)系產(chǎn)生的酶即使沒(méi)有糖基化也可以阻止瘤胃液對(duì)其的水解作用[48]。外源酶制劑活對(duì)瘤胃的穩(wěn)定性有重要意義，這種穩(wěn)定性可能會(huì)影響到外源酶制劑在反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能表達(dá)上的差異性。

增強(qiáng)瘤胃酶活、提高消化率。外源酶制劑能提高反芻動(dòng)物飼糧的消化率，但很少提高飼料的消化程度，表明這些能夠?qū)е聞?dòng)物發(fā)揮較好生產(chǎn)性能的酶制劑，并不是因?yàn)樗鼈兲岣吡孙暭Z中不易消化組分的消化程度，而是提高了能夠消化組分的消化率。外源酶制劑不僅能夠提高某些酶針對(duì)的特殊組分的消化率，更能夠提高瘤胃中總酶活，提高瘤胃總水解能力，從而提高飼糧各個(gè)組分的消化率[15]。這也就解釋了在添加纖維素酶制劑產(chǎn)品時(shí)能夠同時(shí)提高纖維以及非纖維組分的消化率。

促進(jìn)細(xì)菌依附，協(xié)作發(fā)揮功能。添加外源酶制劑與瘤胃固有酶相比僅為其中的一小部分，很難解釋瘤胃中纖維降解度的提高是由于外源酶制劑的直接作用。因此推測(cè)可能是由于外源酶制劑與瘤胃微生物酶之間協(xié)作關(guān)系，以及提高瘤胃微生物對(duì)植物纖維的依附作用。盡管機(jī)制不清楚，外源酶制劑可能通過(guò)提高細(xì)菌對(duì)纖維的依附，使牢固的纖維膠束中的氫鍵斷裂，從而促進(jìn)纖維素的降解[49]。但是外源酶制劑的增加可能會(huì)和瘤胃微生物競(jìng)爭(zhēng)飼料結(jié)合位點(diǎn)[45]。這也解釋了隨著外源酶制劑量的增加為什么會(huì)出現(xiàn)負(fù)面效果的原因。因此說(shuō)外源酶制劑如果要發(fā)揮好的效果，需既要保證酶活，又不能完全取代瘤胃自然條件下已經(jīng)存在的酶活。

降低黏性、提高采食量。Choct[50]研究發(fā)現(xiàn)，酶能夠降低家禽消化物的黏性，如果在反芻動(dòng)物上也有相似降低消化物黏性的特點(diǎn)，就能夠提高瘤胃內(nèi)容物的流通速率，降低胃腸道的充盈性，提高采食量。提高采食量對(duì)于改善動(dòng)物生產(chǎn)性能有重要意義，但如果酶在瘤胃中隨內(nèi)容物迅速流出，會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠時(shí)間降解瘤胃中飼糧的纖維，進(jìn)入瘤胃后絕大部分酶活在低pH、胃蛋白酶的作用下很快失活，不能再發(fā)揮作用，因此外源酶制劑的添加需要控制在合理的范圍內(nèi)，一方面能夠降低黏度，提高采食量，同時(shí)可以改善消化率。

4.3 瘤胃后作用

外源酶制劑在瘤胃后的作用主要是提高瘤胃后酶活，促進(jìn)飼料降解、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。Hristov等[51]最先報(bào)道約有30%的木聚糖酶能夠逃逸出反芻動(dòng)物的瘤胃到達(dá)小腸，這個(gè)結(jié)論與在研究豬時(shí)的結(jié)果相一致。當(dāng)添加水平較高時(shí)，其他酶制劑也可能通過(guò)瘤胃，增加多聚糖在小腸中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解程度。一般認(rèn)為真胃因其較低的pH和胃蛋白酶能夠阻止外源酶制劑進(jìn)入小腸，但也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)酶能夠穿過(guò)真胃。Morgavi等[47]認(rèn)為一些外源酶制劑可以在瘤胃發(fā)酵液及真胃的環(huán)境中存活，也能在小腸液中存活一段時(shí)間，同時(shí)在糞便中多糖降解能力隨酶活呈線性增加趨勢(shì)[52]。對(duì)于單酶來(lái)講，在瘤胃和真胃中木聚糖酶活性優(yōu)于纖維素酶，因此在小腸液中木聚糖酶酶活高于纖維素酶。目前外源酶制劑對(duì)瘤胃后的作用研究較少，后期需要對(duì)不同的酶過(guò)瘤胃效果及作用方式進(jìn)行探究，以期最大限度地提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率。

理論上講，外源酶制劑可以通過(guò)提高瘤胃中碳水化合物降解能力，降低消化道內(nèi)容物的黏性以及提高瘤胃后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的方式來(lái)提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，但現(xiàn)在外源酶制劑在瘤胃后的實(shí)際效果還不清晰，目前認(rèn)為主要是從通過(guò)對(duì)瘤胃功能的改善而起到作用，瘤胃后作用需要進(jìn)一步研究。

5 外源酶制劑在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用展望

隨著集約化規(guī)模化程度的不斷提高，降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、同時(shí)降低環(huán)境污染，將是反芻動(dòng)物牧場(chǎng)發(fā)展的方向，因此綠色添加劑將會(huì)有良好前景。以提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率尤其以提高粗飼料利用率的外源酶制劑將會(huì)發(fā)揮重要作用，但反芻動(dòng)物外源酶制劑還需要繼續(xù)研究以期達(dá)到最佳狀態(tài)，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際狀況建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究。

5.1 運(yùn)用新技術(shù)研究瘤胃和外源酶制劑協(xié)作關(guān)系

利用DNA以及RNA序列分析一些新技術(shù)，深入了解瘤胃微生物區(qū)系的結(jié)構(gòu)和功能。運(yùn)用宏基因組組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)，進(jìn)一步探究外源酶制劑和內(nèi)源微生物協(xié)作方式，提高外源酶制劑添加的針對(duì)性和效率。進(jìn)而從機(jī)理上、生理上明確外源酶制劑降解植物細(xì)胞壁，提高反芻動(dòng)物飼料利用率的方式[53]。

5.2 選擇合適的外源酶種

根據(jù)反芻動(dòng)物消化生理及飼糧構(gòu)成特點(diǎn)，在瘤胃中應(yīng)主要選擇纖維素酶、木聚糖酶，因?yàn)槎咧饕獙⒗w維素、半纖維素降解為六碳糖和戊碳糖，進(jìn)一步再分解為揮發(fā)性脂肪酸，從而被機(jī)體利用。但不建議在瘤胃中添加淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶，因淀粉本身在瘤胃中很易大量分解，添加外源淀粉酶效果可能不明顯，其次反芻動(dòng)物飼糧脂肪含量較低，不需要添加脂肪酶。另外一般要求在滿足瘤胃能氮平衡的基礎(chǔ)上要增加過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)，所以瘤胃中也不需要添加蛋白酶，但可以考慮在瘤胃后的消化道增添蛋白酶，來(lái)提高蛋白質(zhì)的整個(gè)消化道的消化率。近年來(lái)一些研究發(fā)現(xiàn)阿魏酸酯酶對(duì)降解半纖維素和木質(zhì)素之間的阿魏酸酯鍵有重要作用，并能夠提高飼料細(xì)胞壁的降解[54]，后期需要進(jìn)一步生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證。以上表明需要根據(jù)反芻動(dòng)物生產(chǎn)及生理的實(shí)際狀況，選擇合適酶譜才能起到事半功倍效果。

5.3 復(fù)合外源酶制劑協(xié)作發(fā)揮作用

充分認(rèn)識(shí)反芻動(dòng)物外源酶制劑的特點(diǎn)，選擇合適的輔助添加劑，以期達(dá)到最佳生產(chǎn)效果。外源酶制劑能夠在一定程度上提高飼料消化率，改善生產(chǎn)性能，但也有自身的局限性，如果再輔助一些反芻動(dòng)物用其他添加劑，如微生態(tài)、維生素制劑協(xié)同發(fā)揮作用，能夠進(jìn)一步改善動(dòng)物機(jī)體健康，提高飼料利用率，從而能夠達(dá)到更加理想的生產(chǎn)應(yīng)用效果。

6 小 結(jié)

外源酶制劑在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用處于方興未艾階段，目前應(yīng)用雖然有一定的變異性，尤其在小反芻動(dòng)物方面應(yīng)用效果還不明顯，另外酶制劑本身也存在一定缺陷，如耐酸堿性不強(qiáng)、耐溫性不穩(wěn)定，但今后如能采用新技術(shù)，如宏基因、優(yōu)化的體外模擬方法充分了解外源酶制劑的性質(zhì)、作用機(jī)理，在酶源篩選、酶譜選擇、應(yīng)用方式以及復(fù)合制劑等方面進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到理想的應(yīng)用效果，相信以生態(tài)、綠色為特點(diǎn)的外源酶制劑將會(huì)在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上能發(fā)揮更加重要的作用。

[1] 周漢林,莫放,李瓊,等.日糧不同蛋白水平對(duì)生長(zhǎng)牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,29(1):82-86.

[2] 張芹,毛勝勇,朱偉云.外源酶在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用及作用機(jī)制[J].畜牧與獸醫(yī),2007,39(5):55-58.

[3] 徐學(xué)文,劉正亞,田雯,等.不同的復(fù)合酶制劑對(duì)奶牛生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響[J].糧食與飼料工業(yè),2012(11):51-54.

[4] TRICARICO J M,JOHNSTON J D,DAWSON K A.Dietary supplementation of ruminant diets with anAspergillusoryzaea-amylase[J].Animal Feed Science and Technology,2008,145(1/2/3/4):136-150.

[5] HRISTOV A N,BASEL C E,MELGAR A,et al.Effect of exogenous polysaccharide-degrading enzyme preparations on ruminal fermentation and digestibility of nutrients in dairy cows[J].Animal Feed Science and Technology,2008,145(1/2/3/4):182-193.

[6] GADO H M,SALEM A Z M,ROBINSON P H,et al.Influence of exogenous enzymes on nutrient digestibility,extent of ruminal fermentation as well as milk production and composition in dairy cows[J].Animal Feed Science and Technology,2009,154(1/2):36-46.

[7] 韓兆玉,段智勇,丁立人,等.酶制劑對(duì)奶牛產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)的影響[J].糧食與飼料工業(yè),2008(8):39-40.

[8] BEAUCHEMIN K A,RODE L M,KARREN D.Use of feed enzymes in feedlot finishing diets[J].Canadian Journal of Animal Science,1999,79(2):243-246.

[9] ARRIOLA K G,KIM S C,STAPLES C R,et al.Effect of fibrolytic enzyme application to low- and high-concentrate diets on the performance of lactating dairy cattle[J].Journal of Dairy Science,2011,94(2):832-841.

[10] GASHE B A.Cellulase production and activity byTrichodermasp.A-001[J].Journal of Applied Bacteriology,1992,73(1):79-82.

[11] MORGAVI D P,KELLY W J,JANSSEN P H,et al.Rumen microbial (meta) genomics and its application to ruminant production[J].Animal,2012,7(Suppl.):184-201.

[12] BEAUCHEMIN K A,COLOMBATTO D,MORGAVI D P,et al.Use of exogenous fibrolytic enzymes to improve feed utilization by ruminants[J].Journal of Animal Science,2003,81(14S2):E37-E47.

[13] HRISTOV A N,LEE C,HRISTOVA R A,et al.A meta-analysis of the variability in continuous-culture ruminal fermentation and digestibility data[J].Journal of Dairy Science,2012,95(9):5299-5307.

[14] BEAUCHEMIN K A,COLOMBATTO D,MORGAVI D P,et al.Mode of action of exogenous cell wall degrading enzymes for ruminants[J].Canadian Journal of Animal Science,2004,84(1):13-22.

[15] BEAUCHEMIN K A,RODE L M,MAEKAWA M,et al.Evaluation of a nonstarch polysaccharidase feed enzyme in dairy cow diets[J].Journal of Dairy Science,2000,83(3):543-553.

[16] SUTTON J D,PHIPPS R H,BEEVER D E,et al.Effect of method of application of a fibrolytic enzyme product on digestive processes and milk production in Holstein-Friesian cows[J].Journal of Dairy Science,2003,86(2):546-556.

[17] EUN J S,BEAUCHEMIN K A.Effects of a proteolytic feed enzyme on intake,digestion,ruminal fermentation,and milk production[J].Journal of Dairy Science,2005,88(6):2140-2153.

[18] 李艷玲,張民,柴建民,等.外源性復(fù)合酶制劑對(duì)體外瘤胃發(fā)酵及奶牛產(chǎn)奶性能的影響[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2015,27(9):2911-2919.

[19] YANG W Z,BEAUCHEMIN K A,RODE L M.Effects of an enzyme feed additive on extent of digestion and milk production of lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,1999,82(2):391-403.

[20] 陳連民,陳前嶺,王夢(mèng)芝,等.纖維素酶和丙二醇對(duì)產(chǎn)后奶牛能量負(fù)平衡相關(guān)血清指標(biāo)的影響[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2014,26(12):3829-3835.

[21] KLNGERMAN C M,HU W,MCDONELL E E,et al.An evaluation of exogenous enzymes with amylolytic activity for dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(3):1050-1059.

[22] PETERS A,LEBZIEN P,MEYER U,et al.Effect of exogenous fibrolytic enzymes on ruminal fermentation and nutrient digestion in dairy cows[J].Archives of Animal Nutrition,2010,64(3):221-237.

[23] 呼和,孫海州,徐桂梅,等.以纖維酶為主的復(fù)合酶對(duì)乳牛生產(chǎn)性能的影響[J].飼料博覽,2001(3):4-6.

[24] HOLTSHAUSEN L,CHUNG Y H,GERARDO-CUERVO H,et al.Improved milk production efficiency in early lactation dairy cattle with dietary addition of a developmental fibrolytic enzyme additive[J].Journal of Dairy Science,2011,94(2):899-907.

[25] BURROUGHS W,WOODS W,EWING S A,et al.Enzyme additions to fattening cattle rations[J].Journal of Animal Science,1960,19:458-464.

[26] 陳俊秋,賴來(lái)展,陳春洪,等.三高1號(hào)復(fù)合酶制劑喂牛效果試驗(yàn)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),1997(6):44-45.

[27] BEAUCHEMIN K A,RODE L M,SEWALT V J H.Fibrolytic enzymes increase fiber digestibility and growth rate of steers fed dry forages[J].Canadian Journal of Animal Science,1995,75(4):641-644.

[28] BEAUCHEMIN K A,JONES S D M,RODE L M,et al.Effects of fibrolytic enzymes in corn or barley diets on performance and carcass characteristics of feedlot cattle[J].Canadian Journal of Animal Science,1997,77(4):645-653.

[29] MCALLISTER T A,OOSTING S J,POPP J D,et al.Effect of exogenous enzymes on digestibility of barley silage and growth performance of feedlot cattle[J].Canadian Journal of Animal Science,1999,79(3):353-360.

[30] TRICARICO J M,ABNEY M D,GALYEAN M L,et al.Effects of a dietaryAspergillusoryzaeextract containing α-amylase activity on performance and carcass characteristics of finishing beef cattle[J].Journal of Animal Science,2007,85(3):802-811.

[31] DILORENZO N,SMITH D R,QUINN M J,et al.Effects of grain processing and supplementation with exogenous amylase on nutrient digestibility in feedlot diets[J].Livestock Science,2011,137(1/2/3):178-184.

[32] VERA J M,SMITH H,ZOBELL D R,et al.Effects of an exogenous proteolytic enzyme on growth performance of beef steers andinvitroruminal fermentation in continuous cultures[J].The Professor of Animal Scientist,2012,28(4):452-463.

[33] ZOBELL D R,WIEDMEIER R D,OLSON K C,et al.The effect of an exogenous enzyme treatment on production and carcass characteristics of growing and finishing steers[J].Animal Feed Science and Technology,2000,87(3/4):279-285.

[34] BALCI F,DIKMEN S,GENCOGLU H,et al.The effect of fibrolytic exogenous enzyme on fattening performance of steers[J].Bulgarian Journal of Veterinary Medicine,2007,10(2):113-118.

[35] LEWIS G E,HUNT C W,SANCHEZ W K,et al.Effect of direct-fed fibrolytic enzymes on the digestive characteristics of a forage-based diet fed to beef steers[J].Journal of Animal Science,1996,74(12):3020-3028.

[36] KRUEGER N A,ADESOGAN A T,STAPLES C R,et al.Effect of method of applying fibrolytic enzymes or ammonia toBermudagrasshay on feed intake,digestion,and growth of beef steers[J].Journal of Animal Science,2008,86(4):882-889.

[38] FLORES C,CAJA G,CASALS R,et al.Performance of dairy ewes fed diets with a fibrolytic enzyme product included in the concentrate during the suckling period[J].Animal,2008,2(6):962-968.

[39] ROJO R,MENDOZA G D,GONZLEZ S S,et al.Effects of exogenous amylases fromBacilluslicheniformisandAspergillusnigeron ruminal starch digestion and lamb performance[J].Animal Feed Science and Technology,2005,124:655-665.

[40] REDDISH M A,KUNG L Jr.The effect of feeding a dry enzyme mixture with fibrolytic activity on the performance of lactating cows and digestibility of a diet for sheep[J].Journal of Dairy Science,2007,90(10):4724-4729.

[41] GIRALDO L A,TEJIDO M L,RANILLA M J,et al.Influence of direct-fed fibrolytic enzymes on diet digestibility and ruminal activity in sheep fed a grass hay-based diet[J].Journal of Animal Science,2008,86(7):1617-1623.

[42] 代行慧.吐溫-80和纖維素酶對(duì)綿羊作用的研究[D].碩士學(xué)位論文.哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[43] BALA P,MALIK R,SRINIVAS B.Effect of fortifying concentrate supplement with fibrolytic enzymes on nutrient utilization,milk yield and composition in lactating goats[J].Animal Science Journal,2009,80(3):265-272.

[44] WALLACE R J,WALLACE S J A,MCKAIN N,et al.Influence of supplementary fibrolytic enzymes on the fermentation of corn and grass silages by mixed ruminal microorganisms in vitro[J].Journal of Animal Science,2001,79(7):1905-1916.

[45] MORGAVI D P,NEWBOLD C J,BEEVER D E,et al.Stability and stabilization of potential feed additive enzymes in rumen fluid[J].Enzyme and Microbial Technology,2000,26(2/3/4):171-177.

[46] BOWMAN G R,BEAUCHEMIN K A,SHELFORD J A.The proportion of the diet to which fibrolytic enzymes are added affects nutrient digestion by lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2002,85(12):3420-3429.

[47] MORGAVI D P,BEAUCHEMIN K A,NSEREKO V L,et al.Resistance of feed enzymes to proteolytic inactivation by rumen microorganisms and gastrointestinal proteases[J].Journal of Animal Science,2001,79(6):1621-1630.

[48] FONTES C M G A,HALL J,HIRST B H,et al.The resistance of cellulases and xylanases to proteolytic inactivation[J].Applied Microbiology and Biotechnology,1995,43(1):52-57.

[49] 劉大森,鞠濤,楊方,等.纖維素酶在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,42(6):7-11.

[50] CHOCT M.Enzymes for the feed industry:past,present and future[J].World’s Poultry Science Journal,2006,62(1):5-16.

[51] HRISTOV A N,MCALLISTER T A,CHENG K J.Effect of dietary or abomasal supplementation of exogenous polysaccharide-degrading enzymes on rumen fermentation and nutrient digestibility[J].Journal of Animal Science,1998,76(12):3146-3156.

[52] HRISTOV A N,MCALLISTER T A,CHENG K J.Intraruminal supplementation with increasing levels of exogenous polysaccharide-degrading enzymes:effects on nutrient digestion in cattle fed a barley grain diet[J].Journal of Animal Science,2000,78(2):477-487.

[53] MEALE S J,BEAUCHEMIN K A,HRISTOV A N,et al.Board-invited review:opportunities and challenges in using exogenous enzymes to improve ruminant production[J].Journal of Animal Science,2014,92(2):427-442.

[54] 謝春元,楊紅建,黎大洪.細(xì)胞壁降解相關(guān)酶以及在反芻動(dòng)物應(yīng)用中活性測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)化的建議[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2007,28(6):108-112.

(責(zé)任編輯 王智航)

Application and Outlook of Exogenous Enzymes in Ruminants

XIE Xiangxue1,2DU Hongfang1CHEN Shuqin1WANG Xingyu1,2WANG Min1CHEN Dongli1REN Liping2*

(1.GuangdongVTRBio-Tech.Co.,Ltd.,Zhuhai519060,China; 2.StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,CollegeofAnimalScienceandTechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)

Ruminants can convert forage that human can’t use directly to high quality protein-meat and milk, which is important to agriculture and human society. However, the conversion efficiency is dependent on digestibility of plant cell walls. The digestibility of plant material is low at present. It is potential to improve plant fiber digestibility that supplementing ruminant diets with exogenous enzymes, and thus improve the efficiency of feed utilization. This review summarized the application status, modes of action, and development directions of exogenous enzymes. The effects of exogenous enzymes in ruminants had variability, which might be due to enzyme array, addition level, addition mode, substrate type and host productive level. Exogenous enzymes acted in different environments, such as before feeding, in rumen and post-rumen, however, the exactly mechanism needed more investigation. In general, exogenous enzymes that used to enhance the feed digestibility would be one of the most important ruminant additives in the future, though they had variability at present.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2016, 28(4)：1011-1019]

exogenous enzyme; ruminant; rumen; plant cell wall

10.3969/j.issn.1006-267x.2016.04.007

2015-10-29

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專項(xiàng)(201503134)

解祥學(xué)(1984—)，男，江蘇徐州人，博士，研究方向?yàn)榉雌c動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料加工。E-mail: 282935225@qq.com

*通信作者：任麗萍，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail: renlp@cau.edu.cn

S816.7

A

1006-267X(2016)04-1011-09

*Corresponding author, professor, E-mail: renlp@cau.edu.cn