摘要：尿素是反芻動物能夠利用最廉價的氮源，但由于尿素降解率過高，容易引起氨中毒。所以，使用脲酶抑制劑是解決這一途徑的最好辦法。本文僅從脲酶抑制劑的作用機理和應用方面加以闡述。脲酶抑制劑不僅可以增加反芻動物對尿素的利用，還可以調控瘤胃微生物代謝，抑制脲酶活性，減慢尿素的分解速度，提高反芻動物對氮的利用率，增加對纖維的消化吸收，提高動物的生產性能，避免氨中毒。并且對肉仔雞的腹水癥也有很好的治療效果。
關鍵詞：脲酶抑制劑 作用機理 畜牧生產
近年來，我國畜牧業呈現了穩定持續發展的態勢，同時我國加入WTO后面臨農業結構的調整，將進一步促進畜牧業的發展。在畜禽飼料中，蛋白質的缺乏程度高達40%左右，是最為短缺的一種營養物質。據權威部門的測算，2000年我國短缺蛋白質飼料達1190萬噸，相當于3126萬噸餅粕或1.7億噸谷物的含量。而反芻動物可以利用非蛋白氮，其中牛、羊等反芻家畜的飼養勢必將得到優先發展。反芻動物能夠利用的非蛋白氮是以尿素為代表的，尿素可以頂替反芻動物飼料中部分（30%）蛋白質飼料。根據理論計算,尿素中氮的含量按粗蛋白折算相當于豆粕的７倍。但尿素在使用中存在著釋放氨的速度與瘤胃內微生物利用氨合成菌體蛋白速度不平衡的問題，日糧中添加１%的尿素,只要10分鐘即可分解掉一半，２～４小時瘤胃內氨的濃度就達到高峰，６～８小時又迅速降低到了合成微生物蛋白所需最佳濃度以下。使用脲酶抑制劑是調整平衡的最好解決辦法。脲酶抑制劑作為一類特殊的飼料添加劑在畜牧業生產中逐漸被人們所認識，在畜牧業發達的國家如美國、以色列、加拿大，脲酶抑制劑的應用已經較為廣泛，我國20世紀90年代開始了脲酶抑制劑在畜牧方面的應用性研究，并人工合成了一類異位酸類反芻動物瘤胃脲酶抑制劑（王加啟，1994），同時，使用脲酶抑制劑可以減少糞尿產生氨，減少對大氣和環境的污染。
1脲酶抑制劑的種類
脲酶抑制劑的研究開始于土壤肥料，肥料中添加脲酶抑制劑用于防止尿素分解損失，延長使用時間，提高氮肥使用效果（吳本寧，1993；尚來貴等，1994；李聯鐵，1993）；在醫學中脲酶抑制劑的研究集中在防止尿素重新分解進入體內，改變體內的酸堿平衡從而防止一些疾病的發生（Mobley等，1989）。但把這些脲酶抑制劑作為飼料添加劑使用，唯有乙酰氧肟酸可用于畜牧生產（王加啟，1995），而其他化合物雖有研究報道，但目前均未通過鑒定，還處于實驗研究階段。脲酶抑制劑的種類有很多，目前不下百余種，其中主要有以下兩大類：
1.1無機化合物類
此類物質對脲酶有明顯的抑制作用。如重金屬鹽類，John等（1964）認為脲酶是一種金屬依賴的胞內酶，其活性受Mn2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+激活，特別是Ag+和Hg2+；還有一些化合物硼酸鹽、氯化物、氟化物、磷酸鹽、硝酸鎳等都具有抑制脲酶作用（Frank等，1989）。
1.2有機化合物類
如異位酸類化合物，包括異丁酸、異戊酸、異己酸等支鏈脂肪酸及一種胺磷酸，它們有抑制脲酶活性的共同結構特點，都有一個供氫基團；還包括尿素衍生物、羥胺、氧肟酸類、多聚甲醛、醌、多元酚、雜環硫醇、乙基馬來酰亞胺、碘乙酰胺、碘醋酸、磷酰胺類化合物（苯磷酰胺、硫代磷酰胺、N?乙酰磷酸三酰胺）等；鄒先彪（1995）述及脲酶單克隆抗體對脲酶具有抑制作用；新近研究赭曲霉素具有脲酶抑制作用（林新堅等，1997）。
2脲酶抑制劑的作用機理
2.1脲酶的性質
脲酶(又稱尿素酶)的系統命名為酰胺水解酶（urea
amidohydrolase），分子量約為120000?130000，pH值為6.0?8.0時活性最高。在有水的情況下，尿素酶將尿素分解為氨和二氧化碳，最大水解速度為2.0~4.0mmol尿素/h，mg酶蛋白。Hungate(1966)曾證明瘤胃內的許多細菌都能合成脲酶。它對尿素的水解，是按下列方程式經由氨基甲酸進行的：
并且確定該反應最佳pH值為6.0～7.0，通常狀況下，脲酶失活的溫度為70℃（王志美等，1980；錢嘉淵，1992；Biochemical
Engineer and Biotechnology Handbook. 1983 ）[8]。Sumner
也曾清楚的查明：這種酶在65℃左右最具活性。Van Slyke，D、D和Cullen，G、E證明脲酶在70℃以上時被鈍化。
2.2脲酶抑制劑作用機理
對不同的脲酶抑制劑其作用機理是不同的，主要表現為以下幾種情況：
⑴
競爭性抑制，如磷酸、磷酸鹽和尿素衍生物（巰基脲、羥基脲）等，它們在反應過程中同尿素競爭結合到脲酶上去，降低了尿素與脲酶活性中心的結合幾率，從而起到了降低尿素分解的作用（馮仰婕等，1994）。
⑵
使脲酶變性失活，如重金屬離子同脲酶結合，使脲酶的活性中心和脲酶結構發生改變，失去了分解尿素的能力，降低了有效的脲酶濃度，從而抑制了尿素的分解（Frank等，1989
）。
⑶
奪去脲酶輔助因子Ni2+，如EDTA具有強烈絡合金屬離子的能力，濃度適宜時將絡合鎳離子，使脲酶結構發生改變失去活性，從而降低尿素的水解速度（Frank等，1989）；但有人研究認為，對于EDTA的抑制脲酶活性的機制也屬于競爭抑制類型（馮仰婕等，1994）。
⑷
與酶活性部分鎳離子形成電子轉移復合物，競爭性抑制脲酶活性，多認為是多元酚、巰基乙醇、氧肟酸類等起作用的機制，脲酶抑制劑?脲酶復合物已被提純,為此提供了有利的實驗證據（Makkar等，1981）。
⑸
調控脲酶分子的表達，通過一定的抑制劑來阻止細菌內合成脲酶分子，使非結構性脲酶的表達受阻，有效降低脲酶濃度。Mobley等（1989）認為，對細菌脲酶存在一個控制表達的阻遏蛋白，它與乳糖操縱子的情況相似。
⑹
抗原和抗體的免疫反應，鄒先彪等（1995）認為，對于人類解脲脲原體所產生的脲酶中的分子量為7.2×104亞基在血清中存在抗體，人工的單克隆抗體能抑制脲酶活性，但這種抗體不識別牛、羊源性的解脲脲原體中的純代脲酶，也不識別Jack
Bean脲酶及其他細菌種類的脲酶。
3脲酶抑制劑在畜牧生產中的應用
3.1在反芻動物上的應用
脲酶抑制劑可以控制脲酶活性、提高尿素利用率。若一頭奶牛飼喂150ｇ尿素，在瘤胃內分解放出的氨67%合成微生物蛋白質約289ｇ，剩余27.6ｇ進入肝臟合成約49.5ｇ尿素，隨尿排出體外。當用脲酶抑制劑控制脲酶活性時，可使氨的利用率提高16.7%，即多利用25ｇ尿素，多合成72ｇ瘤胃微生物蛋白質，增加25%。使尿液中尿素排泄量從49.5ｇ減少到24.5ｇ，降低49.5%。脲酶抑制劑還可以節約蛋白質飼料、降低飼料成本，這有兩方面含意。一，添加尿素可頂替部分價格昂貴的餅粕類蛋白質飼料，既節省了蛋白質飼料，又降低飼料成本。二，即使日糧中不含尿素，使用脲酶抑制劑，同樣具有增加微生物蛋白質合成量，節約蛋白質飼料的效果。分別對育肥架子牛和泌乳奶牛所進行的只添加脲酶抑制劑不添加尿素的試驗結果，為這一結論提供了旁證。每頭育肥架子牛每天喂100ｇ脲酶抑制劑預混料，可減少飼料豆粕250ｇ，結果每頭增加43.20元的經濟效益，每頭奶牛每天加喂100ｇ脲酶抑制劑預混料（不加尿素），比對照組產奶量提高18.8%。周健民等(1999)對奶牛的試驗不僅證明添加脲酶抑制劑比對照提高產奶量，而且還可以減少蛋白飼料用量。因為蛋白質80%在瘤胃內降解成氨，同樣也受脲酶催化，導致兩種速度不協調而使大量氨不能被微生物利用造成氨源浪費，進而引起氨中毒或氨應激，影響動物健壯生長。
在反芻動物飼料中使用脲酶抑制劑，不僅可以提高尿素和飼料的利用率，降低成本，而且由于避免了氨中毒或氨應激，使動物保持生理平衡，健壯生長，從而還可以提高牛羊的肉、奶產量。石傳林、羅中愛（1999）報道，把年齡相近、體重大小基本一致的16頭健康肉牛隨機分為兩組，試驗組每頭牛每日添加100g脲酶抑制劑預混料，結果表明，試驗組平均日增重（1.59kg）比對照組（1.34kg）提高18.7%。即使在炎熱夏季持續高溫高濕的情況下,仍能使投入產出比達到1：2.7～5.4。石傳林等（1998）、袁安生等（1999）等對脲酶抑制劑的研究都表明，添加脲酶抑制劑可以提高尿素氮的利用效率，也可以提高瘤胃內粗飼料的消化速度，提高了菌體蛋白的合成效率，從而起到降低飼料成本，提高生產性能的作用。
氨是畜牧業生產中來源于糞尿中最有害的氣體之一，畜舍內的氨濃度過高對家畜及人都是有害的（Varel等，1999）。而在反芻動物飼料中使用脲酶抑制劑可以使環境污染程度降低51.4%。美國肉用動物研究中心Ｖincent的報告則給出了脲酶抑制劑減少環境污染的另一種使用方法，即在家畜糞便中噴灑脲酶抑制劑。該報告說：牛（家畜）排泄出的總氨的60%～80%是在尿中，其中97%是尿素氨。尿被排泄出來后在脲酶作用下短時間內很快就轉化為氨而揮發到大氣中。這樣，不僅污染了大氣，而且破壞了這些糞便中的Ｎ／Ｐ比，而不利于農作物生長。
3.2在單胃動物上的應用
脲酶抑制劑可以防治肉仔雞腹水癥。研究表明,肉仔雞腹水癥的死亡率與腸氨濃度有很高的相關性（Anthony等，1994；Balog等，1994）,肉仔雞腸道內的氨是細菌脲酶水解非蛋白氮的主要產物，從而導致腸道內氨濃度的增加,使腸粘膜的更新加快,耗氧量增大。而脲酶抑制劑可降低肉仔雞腸道內脲酶活性和氨濃度，從而降低腸粘膜的更新速度，使耗氧量降低，這樣就可以緩解肉仔雞由于生長過快而造成的組織缺氧程度,從本質上防止腹水癥的發生。張萬順等（1997）給肉雞飼喂125mg/kg的脲酶抑制劑，與對照組相比，可使腹水癥的發病率和死亡率降低12.1個百分點，同時料肉比降低0.19。Staudinger等（1993）也證明125mg/kg、250mg/kg脲酶抑制劑添加組腹水癥死亡率顯著低于對照組。
脲酶抑制劑的使用，使非蛋白氮有了更好的利用效果，在抗應激、增產、提高飼料利用率方面有很好的利用前景。我國農業部已于1998年7月7日批準脲酶抑制劑（人工合成的乙酰氧肟酸）為新飼料添加劑。周健民教授在總結國內外數十年對幾十種奶牛飼料添加劑研究和應用的資料后，得出結論：“從作用機理的清楚性、應用效果的穩定性和經濟社會效益的顯著性等方面來看，還是脲酶抑制劑最好。能夠提高奶牛對粗蛋白質的利用效率、減輕氨應激，充分發揮奶牛的生產水平，降低成本，保證牛群健康和減少環境污染，值得在全國實施產業化，盡快推廣應用。”脲酶抑制劑的推廣應用已被列為農業部和國家科學技術部的推廣項目，成為跨世紀新技術推廣的重點工程之一。
參考文獻
