基因工程和发酵工程在饲料和饲料添加剂中的应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,我国饲料粮饲料利用现状,粮食与饲料,我国是世界畜牧业大国，肉类、禽蛋和养殖水产品总产量均居世界首位。据统计和测算，我国畜牧业年均直接或间接消费的谷物在,1,6,亿吨左右，约占谷物总产量的,1,3,，即,1,3,的粮田生产饲料谷物，加上,14,的耕地种植饲料作物，将近,40,的耕地用于饲料生产。,因此，从这个意义上说，在我国粮食问题实质上是饲料问题。饲料总量是否充足，供求总量是否安全，直接关系着我国的粮食安全战略和动物性食品的供求平衡。自从我国农业结构战略性调整以来，玉米播种面积和产量都有所增加，但仍满足不了饲料生产需求，已经连续数年动用国家储备粮作为饲料粮。我国是蛋白质饲料资源短缺的国家，蛋白质饲料原料加工业发展滞后，目前生产豆粕的大豆约,70,需要进口。,一,.,基因工程技术,1.,基因工程简介,基因工程是利用,DNA,重组技术进行生产或改造生物产品的技术。是将外源的或是人工合成的基因即,DNA,片段,(,目的基因,),与适宜的载体,DNA,重组,然后将重组,DNA,转入宿主细胞或生物体内,以使其高效表达,而获得基因产物。基因工程技术是现代生物技术的主体,。,2.,基因工程的主要技术环节包括：,获得目的基因,制备重组DNA分子,转化受体细胞,筛选重组细胞,实现功能表达,基因工程的基本操作程序,主要包括四个基本步骤：,1,）目的基因的获取,2,）基因表达,载体的构建,3,）将目的基因,导入,受体细胞,4,）目的基因的,检测,与鉴定,转基因植物发展进程与规模,1983,年，首批转基因作物（烟草、马铃薯）问世。,1986,年，首批转基因作物（抗虫、抗除草剂）进入田间实验，,美国和法国同时对抗除草剂转基因烟草进行了田间试验,1992,年，中国首先在大田种植转基因抗病毒烟草，揭开了全球转基因作物商业化的序幕。,1994,年，美国转基因作物产品（耐储存番茄,Flavor Savor,）进入市场。,1994,年，商品化种植抗黄瓜花叶病毒（,CMV,）和抗烟草花叶病毒（,TMV,）双价的转基因烟草,1996,年后，转基因作物的产业化得到迅速发展。,同时带有八种基因代码的,转基因玉米,将于,2010,年在美国问世。,研究方向,抗病毒方面,抗虫害方面,抗除草剂方面,提高产量方面,改良品质方面,抗逆境方面,3.,基因工程技术在动物饲料中的应用,（,1,）提高饲料作物产量,固氮和固碳工程,利用基因工程技术对以,肺炎克氏杆菌,为代表的自生固氮菌、以大豆和苜蓿根瘤菌为代表的共生固氮菌以及以固氮螺菌为代表的联合共生固氮菌的固氮基因结构、表达调制机制与固氮酶活性的调节等进行了深入的研究。美国科学家采用基因工程技术改造了大豆和苜蓿根瘤菌的固氮酶基因，使这两种作物的产量提高了,15%,。通过基因工程改造固氮菌，在发酵罐中发酵，在制作成菌肥使用，不但能提高豆科植物的结瘤量，甚至可以使非豆科植物也固氮。科学家正在研究采用转基因技术将固氮基因直接转移到植物细胞染色体中，使植物不依赖固氮菌自身就能固氮。,光合作用效率的高低同样也是决定作物产量的重要因素。如果能将光合作用效率较高的作物中的决定光合作用酶的基因转移到光合作用效率较低的作物中便能使光合作用效率提高。,“,超级水稻,”,在水稻基因中插入玉米高光效基因，从而使水稻拥有更高速度的光合作用，使大米产量提高了,35%,。这项工程是由我国首先完成的。,一种转谷氨酸脱氢酶基因的,玉米,，由于它可以大大提高对氮肥的利用率，所以其产量提高了,10%,。,a.抗病毒方面,烟草花叶病毒的外壳蛋白基因,+,普通番茄,抗烟草花叶病毒的番茄,继抗烟草花叶病毒的番茄培育成功之后，抗黄瓜花叶病毒的转基因植株也陆续获得成功。我国科学家利用转基因方法，培育出了抗病毒烟草、抗病毒甜椒和抗病毒番茄，而且已进行了田间试验，并被批准进行商品化生产。,提高抗病,、,抗虫能力,b.抗虫害方面,试验已证明，如果将苏云金杆菌杀虫蛋白与蛋白酶抑制剂配合使用，可提高杀虫,2,20,倍，效果更佳。可以预料，未来的发展趋势是将两类基因同时转入植物，以提高抗虫能力。,c.,抗菌、抗真菌作物,e.,微生物农药,提高抗逆能力,农作物所处的非生物逆境包括盐碱、干旱、洪涝、严寒或高温、营养贫瘠、重金属胁迫、紫外线等。利用基因工程手段让作物获得对非 生物的抗性。植物体内的糖醇类化合物是一种渗透调节剂，提高这些物质的生物合成水平成为植物耐旱、耐盐基因工程的首选策略。将山梨醇,-6-,磷酸脱氢酶或甘露醇,-3-,磷酸脱氢酶转入植物细胞内，可以提高细胞内山梨醇或甘露醇的水平，具有一定抗旱、抗盐能力。乙醇脱氢酶转基因植物有一定的抗涝能力。在抗营养逆境方面,转谷氨酸脱氢酶基因玉米可以大大提高对氮肥的利用率，其生长量提高了10%。大部分除草剂对作物有影响，从细菌中分离得到的除草剂抗性基因可使植物获得抗除草剂能力。,改善饲料营养品质,改善蛋白质品质,通过转基因可以提高牧草的总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、高赖氨酸玉米等。,改变碳水化合物含量与品质,改善脂类含量和品质,其他品质的改善,甜蛋白转基因植物可以提高甜度。转植酸酶的玉米其营养利用率更高。,一个被称作,“,金水稻,”,的转基因品种（孟山都等公司开发的），可以使食用者,避免维生素,A,缺乏症,。因为这种水稻通过转基因后高含胡萝卜素，人体可以将胡萝卜素转化为维生素,A,。,再如，美国生物技术研究人员把月桂树基因导入油菜中，生产出含月桂酸油达,40,的油菜籽，大大降低了成本并增加了产量。,开发新饲料添加剂,益生菌基因工程改造,采用基因工程技术，可将外源基因转移到益生菌细胞中，构建的重组子菌株可以直接添加到饲料中或者回植到肠道内，发挥外源基因的功能。有人将富含赖氨酸基因的人工合成基因转入到乳酸杆菌和芽孢杆菌细胞中，重组的乳酸杆菌和芽孢杆菌的赖氨酸分泌量提高了。同样利用基因工程手段对酵母菌双歧杆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获得自我产生益生元的能力，从而可在肠道持续发挥作用。,采用基因工程技术开发抗生素替代品,抗菌肽、白细胞介素和干扰素等都可以应用基因工程手段获得。,基因工程饲用酶制剂,采用基因工程生产的饲用酶具有产量高活性强稳定性好等优点。采用基因工程技术大量生产植酸酶已获得成功。,导入植物细胞：,土壤农杆菌转化法,土壤农杆菌：具有趋化性（酚），感染双子叶植物和裸子植物,二,.,发酵工程技术的应用,发酵饲料的作用机理,缺氧和酸性环境抑制有害菌的生长,竞争性抑制,抑菌物质的产生,营养作用,增强免疫力,.,发酵饲料的质量评定,蛋白质,：发酵改善了蛋白质的品质，由于微生物繁殖快、世代时间短，对蛋白质的利用一方面使自身细胞数量的增加，另一方面是分泌大量的胞外产物，从而使原有的蛋白质被分解利用后形成新的蛋白质。,微生物,：饲料经发酵后，其微生物种类及数量都会有所变化。研究发现，随着发酵时间的增加，有益菌增加，有害菌减少。,pH,值,:,饲料在发酵过程中，微生物的代谢产物包括很多有机酸类，其中乳酸的含量可达到,3%,使得饲料的酸度增加。谷类发酵饲料的,pH,为,5.0,，液态发酵饲料的,pH,为,4.45,。这将有力地破坏了病原菌的生长环境，抑制了其生长。,2.,发酵工程技术在饲料添加剂中的应用,商品氨基酸,、,饲用抗生素,、,酶制剂,、,饲料酵母或者单细胞蛋白等对动物的生长都是有益的。,赖氨酸的发酵生产、赖氨酸发酵蛋白粉的生产,单细胞蛋白细胞,单细胞蛋白饲料,(Single Cell Protein),主要是指通过发酵方法生产的酵母菌、细菌、霉菌及藻类细胞生物体等。单细胞蛋白饲料营养丰富、蛋白质含量较高，且含有,18,20,种氨基酸，组份齐全，富含多种维生素。除此之外，单细胞蛋白饲料的生产具有繁育速度快、生产效率高、占地面积小、不受气候影响等优点。因此，在当今世界蛋白质资源严重不足的情况下，发展单细胞蛋白饲料的生产越来越受到各国的重视。,农作物秸秆、秕壳 发酵处理,我国每年的秸秆与秕壳产量十分巨大。这类饲料主要包括水稻秸秆和秕壳、小麦秸秆和秕壳、玉米秸秆和玉米芯、高粱秸秆和秕壳、谷子秸秆和秕壳、大豆秸秆和荚壳、薯干、薯秧、花生蔓等。秸秆的主要成分是粗纤维，矿物质含量也较丰富。目前这类资源主要,通过物理加工、化学及微生物发酵处理方式,，可分解其中的粗纤维为单糖或低聚糖供动物利用，而且可改善适口性，提高蛋白质含量。,林业副产物,主要包括树叶、树籽、嫩枝和木材加工下脚料。且采摘的槐树叶、榆树叶、松树针等蛋白质含量一般占干物质的,25,29,，是很好的蛋白质补充料；同时，还含有大量的维生素和生物激素。树叶可直接饲喂畜禽，而嫩枝、木材加工下脚料可通过青贮、发酵、糖化、膨化、水解等处理方式加以利用。,槽渣、废液类饲料糟渣,主要包括酒糟、酱油糟、醋糟、玉米淀粉工业下脚料、粉丝尾水、果渣、柠檬酸滤渣、糖蜜、甜菜渣、甘蔗渣、菌糠等；废液主要指味精、造纸、淀粉工业、酒精、柠檬酸废液等。菌糠、粉浆蛋白、全价干酒精、啤酒酵母等可作为蛋白质饲料；酒 糟、酱油糟、甜菜渣、饴糖糟、柠檬酸渣、某些药渣、废糖蜜等可作能量饲料；纤维含量高的甜菜粕、果渣、甘蔗渣、柠檬酸渣等可作为反刍动物的饲料。而糖蜜可发酵生产赖氯酸，造纸废渣、味精废液、淀粉渣等渣液可用来生产单细胞蛋白。,酒渣,酒糟富含粗蛋白质、维生素,B,、钾、磷酸盐，但含钙少，且有酒精残留，因此必须与青饲料和配合饲料搭配饲喂，且不宜饲喂孕畜。,苹果渣,我国是世界上苹果产量最大的国家之一，可年产苹果渣约,100,万吨。目前，苹果渣除少量被用于深加工外，绝大部分被遗弃。这样不仅浪费了资源，还严重污染了环境。苹果渣由果皮、果核和残余果肉组成,(,大约果皮、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、维生素、矿物质和纤维素等多种营养物质，营养丰富，适口性好，具有开胃健脾的功效，是良好的多汁饲料资源。,干物质中含量（,%,）,微量元素含量,(mg/kg),含水量,粗蛋白,粗脂肪,粗纤维,粗灰分,钙,磷,Cu,Fe,Zn,Mn,Se,7.800,6.2,6.8,16.90,2.300,0.060,0.050,11.8,15.8,15.4,14.0,0.08,据测定，苹果渣的营养价值成分如下表,：,总能值比小麦鼓高,1.02MJ/Kg,，粗蛋白含量比甘薯干高，,Ca,P,、微量元素、氨基酸含量与甘薯干较为接近，铁含量是玉米的,4.9,倍,;,赖氨酸、蛋氨酸和精氨酸的含量分别是玉米的,1.7,倍、,1.2,倍和,2.75,倍，维生素残是玉米的,3.5,倍，在无氮浸出物中总糖占,15%,以上。苹果渣还含有丰富的维生素和果酸，果胶、果糖有利于微生物的直接吸收和利用。,非常规植物饼粕类,主要有芝麻饼、花生饼、向日葵饼、胡麻籽饼、油茶饼、菜籽饼、橡胶籽饼、油棕饼、椰子饼等。对于花生饼、芝麻饼、向日葵饼以及橡胶仁饼等不含毒素的饼粕，可直接作为蛋白质饲料；而油茶籽、茶籽饼粕等因含有毒素需,经水解、膨化、酸碱处理、发酵等方法脱毒,后再利用。,动物性下脚料饲料,主要指屠宰厂下脚料，皮革工业下脚料、水产品加工厂下脚料、昆虫等动物性饲料资源，这些资源可依其组成分为动物蛋白质资源和动物矿物质资源两类。前者主要包括血粉、猪毛水解粉、蹄壳、制革下脚料、羽毛粉、肉骨粉、蚕蛹、蚯蚓等；后者包括骨粉和蛋壳粉两种。动物性蛋白质资源常用,发酵法、酶化法、热喷法、膨化法,等方式处理后再利用。,