基因工程和發(fā)酵工程在飼料和飼料添加劑中的應用課件

我國飼料糧飼料利用現(xiàn)狀糧食與飼料

我國是世界畜牧業(yè)大國，肉類、禽蛋和養(yǎng)殖水產(chǎn)品總產(chǎn)量均居世界首位。據(jù)統(tǒng)計和測算，我國畜牧業(yè)年均直接或間接消費的谷物在1．6億噸左右，約占谷物總產(chǎn)量的1／3，即1／3的糧田生產(chǎn)飼料谷物，加上14％的耕地種植飼料作物，將近40％的耕地用于飼料生產(chǎn)。因此，從這個意義上說，在我國糧食問題實質上是飼料問題。飼料總量是否充足，供求總量是否安全，直接關系著我國的糧食安全戰(zhàn)略和動物性食品的供求平衡。自從我國農(nóng)業(yè)結構戰(zhàn)略性調(diào)整以來，玉米播種面積和產(chǎn)量都有所增加，但仍滿足不了飼料生產(chǎn)需求，已經(jīng)連續(xù)數(shù)年動用國家儲備糧作為飼料糧。我國是蛋白質飼料資源短缺的國家，蛋白質飼料原料加工業(yè)發(fā)展滯后，目前生產(chǎn)豆粕的大豆約70％需要進口。一.基因工程技術1.基因工程簡介基因工程是利用DNA重組技術進行生產(chǎn)或改造生物產(chǎn)品的技術。是將外源的或是人工合成的基因即DNA片段(目的基因)與適宜的載體DNA重組,然后將重組DNA轉入宿主細胞或生物體內(nèi),以使其高效表達,而獲得基因產(chǎn)物。基因工程技術是現(xiàn)代生物技術的主體。轉基因植物發(fā)展進程與規(guī)模

1983年，首批轉基因作物（煙草、馬鈴薯）問世。1986年，首批轉基因作物（抗蟲、抗除草劑）進入田間實驗，美國和法國同時對抗除草劑轉基因煙草進行了田間試驗

1992年，中國首先在大田種植轉基因抗病毒煙草，揭開了全球轉基因作物商業(yè)化的序幕。1994年，美國轉基因作物產(chǎn)品（耐儲存番茄FlavorSavor

）進入市場。1994年，商品化種植抗黃瓜花葉病毒（CMV）和抗煙草花葉病毒（TMV）雙價的轉基因煙草

1996年后，轉基因作物的產(chǎn)業(yè)化得到迅速發(fā)展。同時帶有八種基因代碼的轉基因玉米將于2010年在美國問世。研究方向抗病毒方面抗蟲害方面抗除草劑方面提高產(chǎn)量方面改良品質方面抗逆境方面3.基因工程技術在動物飼料中的應用（1）提高飼料作物產(chǎn)量

①固氮和固碳工程利用基因工程技術對以肺炎克氏桿菌為代表的自生固氮菌、以大豆和苜蓿根瘤菌為代表的共生固氮菌以及以固氮螺菌為代表的聯(lián)合共生固氮菌的固氮基因結構、表達調(diào)制機制與固氮酶活性的調(diào)節(jié)等進行了深入的研究。美國科學家采用基因工程技術改造了大豆和苜蓿根瘤菌的固氮酶基因，使這兩種作物的產(chǎn)量提高了15%。通過基因工程改造固氮菌，在發(fā)酵罐中發(fā)酵，在制作成菌肥使用，不但能提高豆科植物的結瘤量，甚至可以使非豆科植物也固氮?？茖W家正在研究采用轉基因技術將固氮基因直接轉移到植物細胞染色體中，使植物不依賴固氮菌自身就能固氮。光合作用效率的高低同樣也是決定作物產(chǎn)量的重要因素。如果能將光合作用效率較高的作物中的決定光合作用酶的基因轉移到光合作用效率較低的作物中便能使光合作用效率提高。a.抗病毒方面煙草花葉病毒的外殼蛋白基因+普通番茄抗煙草花葉病毒的番茄繼抗煙草花葉病毒的番茄培育成功之后，抗黃瓜花葉病毒的轉基因植株也陸續(xù)獲得成功。我國科學家利用轉基因方法，培育出了抗病毒煙草、抗病毒甜椒和抗病毒番茄，而且已進行了田間試驗，并被批準進行商品化生產(chǎn)。⑵提高抗病、抗蟲能力b.抗蟲害方面迄今研究最多并取得成效的有兩類基因蘇云金桿菌的殺蟲蛋白基因（Bt）從豇豆馬鈴薯中分離的蛋白酶抑制劑基因試驗已證明，如果將蘇云金桿菌殺蟲蛋白與蛋白酶抑制劑配合使用，可提高殺蟲2～20倍，效果更佳。可以預料，未來的發(fā)展趨勢是將兩類基因同時轉入植物，以提高抗蟲能力。

c.抗菌、抗真菌作物

e.微生物農(nóng)藥③提高抗逆能力農(nóng)作物所處的非生物逆境包括鹽堿、干旱、洪澇、嚴寒或高溫、營養(yǎng)貧瘠、重金屬脅迫、紫外線等。利用基因工程手段讓作物獲得對非生物的抗性。植物體內(nèi)的糖醇類化合物是一種滲透調(diào)節(jié)劑，提高這些物質的生物合成水平成為植物耐旱、耐鹽基因工程的首選策略。將山梨醇-6-磷酸脫氫酶或甘露醇-3-磷酸脫氫酶轉入植物細胞內(nèi)，可以提高細胞內(nèi)山梨醇或甘露醇的水平，具有一定抗旱、抗鹽能力。乙醇脫氫酶轉基因植物有一定的抗?jié)衬芰ΑＴ诳範I養(yǎng)逆境方面,轉谷氨酸脫氫酶基因玉米可以大大提高對氮肥的利用率，其生長量提高了10%。大部分除草劑對作物有影響，從細菌中分離得到的除草劑抗性基因可使植物獲得抗除草劑能力。

一個被稱作“金水稻”的轉基因品種（孟山都等公司開發(fā)的），可以使食用者避免維生素A缺乏癥。因為這種水稻通過轉基因后高含胡蘿卜素，人體可以將胡蘿卜素轉化為維生素A。再如，美國生物技術研究人員把月桂樹基因導入油菜中，生產(chǎn)出含月桂酸油達40％的油菜籽，大大降低了成本并增加了產(chǎn)量。⑶開發(fā)新飼料添加劑①益生菌基因工程改造采用基因工程技術，可將外源基因轉移到益生菌細胞中，構建的重組子菌株可以直接添加到飼料中或者回植到腸道內(nèi)，發(fā)揮外源基因的功能。有人將富含賴氨酸基因的人工合成基因轉入到乳酸桿菌和芽孢桿菌細胞中，重組的乳酸桿菌和芽孢桿菌的賴氨酸分泌量提高了。同樣利用基因工程手段對酵母菌雙歧桿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獲得自我產(chǎn)生益生元的能力，從而可在腸道持續(xù)發(fā)揮作用。②采用基因工程技術開發(fā)抗生素替代品

抗菌肽、白細胞介素和干擾素等都可以應用基因工程手段獲得。③基因工程飼用酶制劑采用基因工程生產(chǎn)的飼用酶具有產(chǎn)量高活性強穩(wěn)定性好等優(yōu)點。采用基因工程技術大量生產(chǎn)植酸酶已獲得成功。導入植物細胞：土壤農(nóng)桿菌轉化法土壤農(nóng)桿菌：具有趨化性（酚），感染雙子葉植物和裸子植物⑵.發(fā)酵飼料的質量評定

蛋白質：發(fā)酵改善了蛋白質的品質，由于微生物繁殖快、世代時間短，對蛋白質的利用一方面使自身細胞數(shù)量的增加，另一方面是分泌大量的胞外產(chǎn)物，從而使原有的蛋白質被分解利用后形成新的蛋白質。

微生物：飼料經(jīng)發(fā)酵后，其微生物種類及數(shù)量都會有所變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵時間的增加，有益菌增加，有害菌減少。

pH值:飼料在發(fā)酵過程中，微生物的代謝產(chǎn)物包括很多有機酸類，其中乳酸的含量可達到3%,使得飼料的酸度增加。谷類發(fā)酵飼料的pH為5.0，液態(tài)發(fā)酵飼料的pH為4.45。這將有力地破壞了病原菌的生長環(huán)境，抑制了其生長。2.發(fā)酵工程技術在飼料添加劑中的應用商品氨基酸、飼用抗生素、酶制劑、飼料酵母或者單細胞蛋白等對動物的生長都是有益的。⑴賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)、賴氨酸發(fā)酵蛋白粉的生產(chǎn)⑵單細胞蛋白細胞

單細胞蛋白飼料?(SingleCellProtei?n)主要是指通過發(fā)酵方法生產(chǎn)的酵母菌、細菌、霉菌及藻類細胞生物體等。單細胞蛋白飼料營養(yǎng)豐富、蛋白質含量較高，且含有18～20種氨基酸，組份齊全，富含多種維生素。除此之外，單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)具有繁育速度快、生產(chǎn)效率高、占地面積小、不受氣候影響等優(yōu)點。因此，在當今世界蛋白質資源嚴重不足的情況下，發(fā)展單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)越來越受到各國的重視。

農(nóng)作物秸稈、秕殼發(fā)酵處理我國每年的秸稈與秕殼產(chǎn)量十分巨大。這類飼料主要包括水稻秸稈和秕殼、小麥秸稈和秕殼、玉米秸稈和玉米芯、高粱秸稈和秕殼、谷子秸稈和秕殼、大豆秸稈和莢殼、薯干、薯秧、花生蔓等。秸稈的主要成分是粗纖維，礦物質含量也較豐富。目前這類資源主要通過物理加工、化學及微生物發(fā)酵處理方式，可分解其中的粗纖維為單糖或低聚糖供動物利用，而且可改善適口性，提高蛋白質含量。槽渣、廢液類飼料糟渣主要包括酒糟、醬油糟、醋糟、玉米淀粉工業(yè)下腳料、粉絲尾水、果渣、檸檬酸濾渣、糖蜜、甜菜渣、甘蔗渣、菌糠等；廢液主要指味精、造紙、淀粉工業(yè)、酒精、檸檬酸廢液等。菌糠、粉漿蛋白、全價干酒精、啤酒酵母等可作為蛋白質飼料；酒糟、醬油糟、甜菜渣、飴糖糟、檸檬酸渣、某些藥渣、廢糖蜜等可作能量飼料；纖維含量高的甜菜粕、果渣、甘蔗渣、檸檬酸渣等可作為反芻動物的飼料。而糖蜜可發(fā)酵生產(chǎn)賴氯酸，造紙廢渣、味精廢液、淀粉渣等渣液可用來生產(chǎn)單細胞蛋白。酒渣酒糟富含粗蛋白質、維生素B、鉀、磷酸鹽，但含鈣少，且有酒精殘留，因此必須與青飼料和配合飼料搭配飼喂，且不宜飼喂孕畜。蘋果渣

我國是世界上蘋果產(chǎn)量最大的國家之一，可年產(chǎn)蘋果渣約100萬噸。目前，蘋果渣除少量被用于深加工外，絕大部分被遺棄。這樣不僅浪費了資源，還嚴重污染了環(huán)境。蘋果渣由果皮、果核和殘余果肉組成(大約果皮、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、維生素、礦物質和纖維素等多種營養(yǎng)物質，營養(yǎng)豐富，適口性好，具有開胃健脾的功效，是良好的多汁飼料資源?？偰苤当刃←湽母?.02MJ/Kg，粗蛋白含量比甘薯干高，Ca,P、微量元素、氨基酸含量與甘薯干較為接近，鐵含量是玉米的4.9倍;賴氨酸、蛋氨酸和精氨酸的含量分別是玉米的1.7倍、1.2倍和2.75倍，維生素殘是玉