摘要:目前，人們普遍認識到，外源酶制劑能夠提高反芻動物的生產性能。但是還沒有弄清其在反芻動物中的作用機理。筆者對外源酶制劑在反芻動物中的應用現狀；用外源酶制劑預處理反芻動物飼料和酶制劑在瘤胃及瘤胃后消化道中作用機理的研究進行了綜述，以期在反芻動物營養學中推動外源酶制劑的進一步研究。

關鍵詞：外源酶制劑；反芻動物；營養

中圖分類號：S816.32；S823  文獻標識碼：A

文章順序編號：1003-1642（2003）02-0014-06

    酶制劑通常用于單胃動物的飼養，但是還沒有廣泛應用于反芻動物。一些專家認為纖維酶（包括纖維素酶、葡聚糖酶、木聚精酶等）的活性在瘤胃環境中通常是很高的，簡單地添加外源酶是否必要尚有疑問，尚且，人們通常認為外源酶很難逃過瘤胃中蛋白酶的降解。這些認識大大影響了酶制劑在反芻動物飼養中的應用。從飼養效果來看，現有的文獻報道顯示，反芻動物中應用外源酶所得的結果不一致（Burroush等，1960；Rovics等，1962；Rust等，1965），甚至有一些報道是否定的結果（Vandevoorde等，1987；Kopecny等，1987）。近年來，隨著制酶工藝的不斷改進、酶制劑成本的不斷下降以及以提高粗飼料利用率為目的，在反芻動物中利用外源酶的試驗越來越多（ Chen等，1995 ；Beauchemin等，1997； McAllister等，1999），并在提高反芻動物生產性能方面取得了顯著的效果，從而人們重新認識到外源酶制劑在反芻動物中的應用潛能。

1動物試驗

1．1奶牛上的應用

外源酶應用于奶牛生產上的研究是在20世紀 90年代初開始（Chamberlain等，1992），到中期進入高潮（Chen等，1995；Stokes等，1995；Lewis等，1995），而且近年來的研究報道越來越多（Luchini等，1997；Nussio等，1997；Kung等，1998；Yang等，1999；Beauchemin等，1999）。但他們得到的結果不同，以高粱為主的混合日糧中使用外源酶飼喂荷斯坦牛沒有提高生產性能（Chen等，1995）。用含纖維素酶和木聚糖酶的復合酶同日糧含 45%－50%精料和苜蓿草青貯或苜蓿干草或玉米青貯和苜蓿干草一起喂奶牛也沒提高產奶量（Lchin等，1997 Nusso等，1997）。然而，用相同的酶制劑噴灑在青貯玉米中，日糧組成為 50％的精料飼喂奶牛，使其產奶量每天增加 2．5 kg，乳中干物質沒有變化（Kung，1996）。用相同的方法使用于大麥為主的日糧中，也得到了同樣的結果（Beauchemin等，1999）。也有一些試驗報道顯示，這些酶制劑在以苜蓿干草或青貯為主的全價日糧中使用對奶牛產奶量有提高作用 （Lewis等，1995；Stokes等，1995；Sanchez等，1996），并確信乳牛產奶量與酶的使用濃度有很大關系（Sanchez等，1996）。例如：Lethbridge研究中心的試驗結果顯示，在苜蓿干草中使用的這些酶的濃度從lg/kg提高到 2g/kg時，奶牛產奶量分別從23.7kg/d（對照）提高到24.6 kg／d和25．6 kg／d（ Yang，等  1999）。在泌乳早期使用這些酶效果更為顯著，處理組為24％的玉米青貯、15％的苜蓿干草和61％的以大麥為主的精料日糧時，產奶量提高工3.6kg/d（見表1）。在這個試驗中酶制劑促進了飼料的消化率，采食量變化不明顯（Beauchemin等，1998）。用纖維素酶、木聚糖酶、中性蛋白酶、α一淀粉酶組成的復合酶制劑按1．0‰直接加入以玉米為主的精料中，使其產奶量提高2.2 kg／d，乳中成分沒有變化（呼和，2001）。

      表1以大麥為主要日糧中添加酶制劑引起泌乳牛干物質采食量和泌乳量的變化

1．2肉牛上的應用

    早在30多年前就有人報道出（Burroushs等，1960；Nelson等，1960；Rovics等，1962）使用含有淀粉酶、蛋白酶、纖維酶活性的飼料添加劑能夠提高肉牛平均日增重（ADG）和飼料報酬（FCR）。提高生產性能是由于使動物提高于物質攝入量和促進纖維物質的消化率（Grainger等，1960； Ralston等，1962；Rust等，1965）。但是，不是每次用酶制劑飼喂肉牛試驗都能得到這樣的結果。Leatherwood等（1960）在以苜蓿草為主要日糧牛的谷物補充料中加入真菌產的酶對日增重和飼料報酬沒有影響。把主要含淀粉酶和蛋白酶的制劑加入以 80 ％精料和切碎的前清草組成的日糧中也未影響牛的日增重和飼料報酬。甚至，用于無米秸稈青貯使育肥牛日增重下降 20．4 ％的現象也出現過（Perry等，1960）。

雖然早期的研究提供了酶制劑在育肥牛中有潛在的應用價值信息，但對日糧組成與酶的關系，酶活水平及種類的影響和酶的使用方法方面做的工作還很少。近年來的研究工作已經設計到每一個影響因素。不同的日糧類型（Beauchemin等，1995，1997）、酶的使用濃度（Beauchemin等，1996；Michal等，1996；McALLister等，1999）、酶產品（Pritchard等，1996）和使用方法（Beauchemin等，1998；Hristow等，1998；Yang等，1999）已經做了比較試驗。使用不同濃度的（0．25－40L/t）木聚糖酶和纖維素酶的復合酶處理的苜蓿草或梯牧草（timothy）飼喂閹牛使其目增重分別提高 30％和36 ％，但是用同樣的酶制劑處理大麥青貯飼喂閹牛對其日增重無影響（Beauehemin等，1995）。當與上同樣的混合酶制劑用于 95％的谷物日糧時，飼喂大麥牛的飼料報酬提高 11％，但是飼喂玉米的牛沒有受影響（Beauchemin等，1996）。然而，使用不同的真菌酶混合制劑，把濃度提高到5.L/t，用于苜蓿草青貯為主要日糧的育肥牛上使其本重和平均日增重都得到了提高（Michal等，1996；Pritchard等，1996），后來用于大麥為主要日糧育肥牛得到了同樣的結果，但試驗當中只在56d以內增重效果明顯，見表2（McAllister等，1999）。用主要含纖維素酶和木聚糖酶制劑加入育肥牛高精料（92．2％ DM）日糧中未改變干物質采食量，但日增重提高9%，飼料轉化率提高10％（Beauchemi等，1999）。

表2 用纖維酶處理以大麥為主要日糧的大麥青貯部分對肉牛增重的影響

1．3羔羊上的應用

在20世紀60年代，把淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶的混合制劑加入玉米和苜蓿干草中飼喂羔羊，對飼料轉化率和日增重沒有影響（Theurer等，1963）。近年來也證明，在羔羊的營信草或大麥為主要的日糧中加入纖維素酶對采食量和日增重沒有影響（McAllister等，2000）。但也有報道，纖維素酶——果膠酶有利于斷奶羔羊健全瘤胃微生物區系和發酵（Baran等，1987）。

1．4 從動物試驗得到的啟示

    外源酶對乳牛和育肥牛生產性能的提高作用是肯定的。但所得的試驗結果不太一致，每項試驗間很難進行比較，這是由于許多酶產品缺乏標準（Poorly defined）。更有甚者，有一些試驗研究顯示，過量使用酶制劑是可行的，這樣所增加的使用成本不能從動物所提高的生產性能中補回來（Beauchemi等，1996；Mcallister等，1999）。使用方法也影響酶制劑的作用，用它們處理干飼料、鮮飼料和青貯飼料表現不同的結果（Beauchemin等，1995；Feng等，1996）。直接注入瘤胃或用于復合飼料或僅用于精料結果都不一致（Levis等，1996；Beauchemin等，1998；McAllister等，1999）。很顯然，酶制劑在反芻動物中使用時有許多因素影響其效能。所以，解決酶在反芻動物營養上的作用機理是利用外源酶的關鍵。

2作用機理的研究

    最初認為，外源酶可能通過降解未進入消化道的飼料或通過提高瘤胃或瘤胃后消化道的消化率來促進反芻動物對飼料營養的吸收。實際上這些可能的作用方式是相互聯系的。用酶制劑預處理飼料使其降解釋放一些簡單的可溶性碳水化合物或消除一些影響內源微生物消化的結構性障礙物。在瘤胃中，外源酶可以直接作用于瘤胃內容物或通過協同影響瘤胃微生物來間接促進消化活動。外源酶可以在后消化道中保持活性，在瘤胃后的腸道中消化纖維物質或通過降低腸道中的粘性來間接促進營養物質的吸收。外源酶可以在糞便中保持酶活，有利于糞便的降解。在反芻動物中，使用酶制劑的最終目的是提高飼料的營養價值，減少廢物的產生。很顯然，外源酶在反芻動物中作用機理十分復雜，它將是以后研究的焦點。

2.1飼料的預處理

    用外源酶預處理飼料后飼喂反芻動物產生的效果比把外源酶直接注入瘤胃產生的效果要好（Treacher等，1996）。Lewize等（1996）報道，酶制劑噴灑在干草上飼喂牛VFA產生和NDF的消化率都得到了提高，噴灑在青貯飼料上可提高降解糖的釋放量和NDF的消化率。

    有足夠的證據證明把飼料用外源酶預消化時釋放降解糖（Beauchemin等，1996；Hristov等，1996）。釋放可溶性糖的程度主要由日糧類型和酶的種類決定。經試驗，在11種酶制劑中只有2種能夠使大麥青貯釋放有效量的降解糖(Hristov等，1996)。然而，這些酶制劑能夠十分有效地從前情干草中釋放降解糖（雖然不能從大麥青貯中釋放足夠的降解糖）。有證據表明，外源酶應用于干飼料的效果要比濕飼料和鮮飼料好（Feng等，1996；Beauchemin等，1998）。最初認為這種情況的可能性不大，然而，有人認為喂給反芻動物的飼料很少是絕對干燥的，即使是飼料學上所敘述的“干”（例如：谷物、干草）也含 6％－10 ％的水分。認為從這些“干”中釋放可溶性糖時這些水分足夠水解的。但也有報道從大麥青貯中分離出了能抑制β-1，4木聚糖內切酶和α一淀粉酶活性的而不影響纖維素酶活性的物質，分子量小于 10 kDa且耐高壓（Nsereko等，2000）。

    在預處理中，周圍溫度對酶的作用沒有明顯的影響，Beauchemin等（1999）報道應用酶制劑的效果在30℃和一30℃之間沒什么區別。在冬天一5℃以下乳牛產奶試驗（Kung等，2000）進一步證明了這一點。

2．2瘤胃中的作用

2．2．1直接水解

自從證明一些纖維酶（纖維素酶和半纖維素酶）在蛋白酶中溫育后仍保持其活性（Fontes等，1995）后重新激發了人們對酶制劑應用于反芻動物日糧的興趣。實際上，真菌纖維素酶在瘤胃中很快被降解掉，6 h后原酶活低于 25％（Kopency等，1987；Vandevoorde等，1987；Kung等，1996）。然而，用其他酶產品試驗顯示羧甲基纖維素酶（CMCase）和木聚糖酶在瘤胃中溫育6h后仍保持原活性（Hristov等，1998），更有甚者，在瘤胃中外源酶提高了木聚糖酶和纖維素酶的活性（Hristov等，1998；2000），并且瘤胃液中外源酶的活性下降和失活隨瘤胃內容物的液相流出有關（Hristov等，1996）。這個事實說明，外源酶在瘤胃中仍保持活性，并通過直接水解瘤胃內容物來提高消化作用。在體內和體外試驗研究結果顯示，外源酶能夠促進瘤胃微生物對纖維物質的降解（Forwood等，1990；Varel等，1993；Feng等，1996；Hristov等1996；Lewis等，1996）。這樣的效果在一些試驗中得到了進一步證實（Beauchemin等，1999；Yang等，1999）。但也有一些研究并未得到這樣的結果（Firkins，1990；Varel等，1994）。通常瘤胃液中的酶活代表瘤胃總酶活的30％以下，其余70％以上的酶活與瘤胃內容物固相有關（Brook等，1982；Minato等， 1996）。例如：用纖維酶預處理綿羊飼用干草提高瘤胃液內葡聚糖酶和木聚糖酶的活性，但這樣所提高的酶活僅僅是整個瘤胃葡聚糖內切酶活的 0．5 ％，見表 3（Dong，1998），所以補給的外源酶只代表瘤胃酶活的一小部分。雖然加外源酶可以提高瘤胃液中的木聚糖酶和纖維素酶的活性，瘤胃微生物本身就固有消化纖維物質的能力則cAllister，1994），這就很難證明外源酶直接水解纖維物質來提高反芻動物的生產性能。Newbold（1996）認為，這種微量的外源多糖酶促進瘤胃對纖維物質的消化可能是由于這些酶改變了植物表面結構，進而更有利于瘤胃纖維菌附著飼料表面的結果。

表３  外源酶預處理綿羊飼用干草影響瘤胃葡聚糖內切酶和木聚糖酶的活性（摘自Dong,1998）

a,b：同一行中不同的字母表示差異顯著（P<0．05）。

＊：葡聚糖內切酶的活性是相對從P.funiculosum制備的市售酶（EC3．2．1．4，Sigema Chemical Co，St Louts，Missouri）的活性作為標準，木聚糖酶的活性是相對從Aniger制備（EC32．18，Sigema Chemical）市售木聚糖酶的活性作為標準。

2．2．2    同瘤胃微生物協同作用

    外源酶與瘤胃中的微生物協同作用來提高瘤胃中纖維物質的降解是無疑的（MOrgVi等，2000）。現在有四種不同的酶活已經得到鑒定，包括水解植物細胞壁上的多糖結構的酶，這些酶都產生于瘤胃微生物區系（White等，1993）。一般認為真菌添加劑能夠提高反芻動物生產性能是由于增加了瘤胃中細菌的數量和活性，包括纖維菌（Martin等，1992Wallace等，1992；Dawson，1993；Newbold，1995）。研究結果顯示米曲霉（AsPergillus oryzae）提取物能夠增加瘤胃細菌數量（Newbold，等1992）和同瘤胃微生物提取物協同作用提高從干草中釋放可溶性糖的量（Newbol，1995）。米曲霉產生的酯酶能夠破壞阿槐酸和香豆酸、阿拉伯木聚糖形成的酯橋（Tenkanen等，1991），這些功能有利于同瘤胃微生物協同作用（Varel等，1993）。而且，瘤胃真菌的多數和部分種類細菌產生的酯酶能夠水解具有酚酸的鏈。事實上外源酶通常僅僅提高了消化率而沒有提高消化范圍（Varel等，1993；Feng，1996；Hristov等，1996）。近年來，用寡核苷酸16SrRNA探針研究瘤胃微生態學顯示，可能有幾種瘤胃纖維菌可在實驗室條件下培養（Forster等，1998）。如果這是事實，這些微生物的酶活組成木同的形式來滿足有效的消化植物細胞壁。

    水解纖維素和半纖維素是由游離的酶或由非共價鍵結合的多酶復合體完成的（Teeri，

1997）。需氧真菌是商業外源酶的主要來源，降解植物細胞壁以游離酶的形式，而由 Clostridium ssp．和厭氧的瘤胃真菌是以多酶復核體形式（Begljin等，1998；Ljungdahl等，1998）。也有證據顯示Ruminococci可以依靠多酶復合體樣復合酶降解纖維（Flint等，1998；Ohara等，1998）。另外，多酶復合體在微生物細胞附著底物時起作用（Pell等，1993；BegUin等，1998）。在瘤胃中這個附著過程直接影響對飼料和谷物的消化（McAllister等，19941996凡用纖維素酶的水溶液（3．3 ％ VOI／VOI）直接注入瘤胃瘺管綿羊的瘤胃中，事實上降低了干物質（DM）的消化率（McAllister等，1999），當在小公牛上用時得到了相似的結果（Lewis等，1996）。這些研究結果顯示瘤胃中直接注入酶不如直接食入那樣有效。利用其他酶直接放入瘤胃中沒有影響DM的消化（Hristov等，2000）。用外源酶預處理苜蓿草可增加細菌的克隆和瘤胃環境中溫育 3－24 h時飼料中的DM減少（Yang等，1999）。這反應同步提高瘤胃中纖維物質的消化，也協同提高整個胃腸道中纖維物質的消化（Yang等，1999）。

    在低纖維的高精料日糧中，令人驚奇的是纖維酶促進消化（Krause，1998）含谷物多的日糧（Beauchemin等，1997；Iwaasa等，1997）。這種現象的解釋可以從瘤胃微生物產生纖維酶的最適PH值和需氧微生物產生外源酶的最適pH值比較中得出。當pH值降到6．2以下時，纖維菌的生長受到限制（Russell等，1980）和對纖維物質的消化嚴重受阻。多數瘤胃生物產生的纖維酶活性最佳pH值為6．2以上（Greve等，1984Matte等，1992）。相比較由需氧菌產生的纖維酶活性最佳 pH值范圍為40－6．0（Gashe，1992；Muzakhar等，1998）。所以PH值下降到6．0以下時，外源酶在消化纖維物質方面更有意義。

表４  添加和不添加外源酶牛的十二指腸內容物和糞中的酶活

    1：表示釋放降解糖的nmol（ml^-1min^-1）2：EF為使用酶處理飼料；EA為把酶直接注入瘤胃（摘自Hristov等，1998）。3：酶直接注入瘤胃的量分別為0（對照），100g/d（EFH）、200g／d（EFM）和400g／d（EFH）（摘自Hristov等，2000）。4：酶制劑對酶活的線性影響（P＜0．001）。NS：無意義。

有一些研究報告提出，在粗制的酶提取物中的非酶因子可能與瘤胃微生物有協同作用。用真菌纖維素酶的早期試驗中，在體外把提取物煮沸20 min沒能夠降低對纖維素酶的影響（Bowde等，1959）。在這個試驗中，在溫育介質中加入領氨酸和脯氨酸提高纖維素酶的消化程度同加真菌纖維素酶的一樣。研究顯示，高壓處理米曲霉提取物（8 ％ vol／vol）在體外提高纖維素結構的降解（Varel等，1993）。酶提取物通常內含保護劑來延長其活性，象乳化劑（例如表面活性劑）保持酶的懸浮和便于酶產品飼用。表面活性劑能夠改變瘤胃中的微生物活性和飼料的降解（McAllister等，2000）。

2．2．3   瘤胃后消化道中的作用

    外源酶不僅提高瘤胃纖維酶的活性，而且也增加小腸中纖維酶的活性出（Hristov等， 1998；2000）。這種現象特別是被木聚糖酶所證實。添加的酶提高十二指腸木聚糖酶活性達 30％（Hristov等，1998）。在同一個試驗中纖維素酶的活性在小腸中只提高了2％－5％，這是因為這些酶的大部分被皺胃中的低pH值和胃蛋白酶失活。Morgavi等（2001）進一步證明，外源酶在小腸環境中保持足夠的酶活來降解低物。另據報道，嗜適溫微生物和嗜熱微生物產生的木聚糖酶抵抗蛋白酶的降解（Fontes等，1995），可能是由于它們的高度糖基化有關（Gorbacheva等，1977），但是Hristov等（1998）認為，在皺胃中首先使木聚糖酶失去活性的因素是酸，而不是胃蛋白酶。

把大量的酶（400 g／d）直接放入瘤胃中能夠顯著提高小腸中纖維素酶的活性出ristov等，2000）。用這種方法提供的外源酶主要存在于瘤胃內容物的液相中（Hristov等，2000）和這些提高飼用量的纖維素酶一部分可以逃過皺胃的低PH值和胃蛋白酶的破壞。試驗顯示小腸中木聚糖酶的活性提高與小腸中黏性下降有關，見表4。（Hristov等，1998b，2000）。由于十二指腸內容物的部性隨著日糧中谷物的增加而增加（Mir等，1998），當飼喂酶制劑時可降低這些黏性而促進小腸對營養物質的吸收。當把酶制劑飼喂給牛或直接注入皺胃中引起其小腸中黏性下降，同時提高整個消化道對DM消化率分別提高 1．2％和 1．5％（Hiristov等，1998）。在奶牛飼喂大麥為主的日糧中使用外源酶顯示，提高整個消化道的消化率主要是由于在后腸道中促進了纖維物質和淀粉的消化率Beauchemin等，1999人現已確定糞中的木聚糖酶活性給動物供給的濃度成直線關系，見表4（Hristov等，2000），這樣外源酶甚至能夠與大腸中I微生物協同作用。這種較高的酶活性對降解環境中的糞便很重要。

文章來源：內蒙古畜牧科技