磷在動物配合飼料中占舉足輕重的地位,參與動物牙齒、骨骼及細胞膜構成,是遺傳物質核酸的組分,參與重要生長代謝過程。磷缺乏嚴重影響動物生長,導致動物的生產性能低下。
單胃動物(豬、雞、鴨)和水產類(魚、蝦)消化道內缺乏植酸酶,無法有效利用玉米、大豆等飼料原料中含量豐富的植酸磷,需要在飼料中添加磷酸氫鈣來滿足動物生長對磷的需求,而磷酸氫鈣生產過程耗能高、污染重。動物未加利用的植酸磷形成的高磷糞便對環境的污染已經成為我國飼料工業和養殖業可持續發展中不可忽視的問題。我國畜禽糞便年產生量約為17.3億噸,含磷363萬噸,是化肥磷流失量的1.3倍。
植酸酶是性質優良的飼料添加劑,可以把玉米等飼料原料中大量存在的植酸磷分解成無機磷,提高單胃動物對飼料磷的利用率和動物的生產性能,降低動物糞便中磷的排泄量。鑒于植酸酶顯著的綜合效益,包括環保效益,歐盟各成員國、加拿大以及美國等發達工業國家為此從上世紀九十年代就制定了養殖業強制使用植酸酶的政策,東南亞、日本和韓國近期也將出臺法律,把它作為一種“綠色磷”用以取代傳統的無機磷酸鹽,在環境保護中發揮了巨大作用。
目前飼料中使用的植酸酶是通過微生物發酵方式生產的第一代產品。該生產方式能源消耗通常是生產成本的20%左右。探索低成本、節能降耗方式生產植酸酶在我國有重要的意義。
考慮到玉米是重要的也是最佳的飼料加工原料,我國玉米總需求量的近80%用于飼料加工,在家禽和家畜飼料中的用量都在50%以上。由中國工程院院士范云六先生領導的課題組在成功開發第一代植酸酶產品的基礎上,從我國國情和可持續性發展角度出發,通過長達7年的攻關,開發了一項節能、環保、低成本生產植酸酶的高新技術:利用玉米種子生物反應器生產的第二代植酸酶產品。
與發酵生產方式相比,該生產方式:
成本低。發酵方式生產植酸酶需要廠房、發酵罐、產品后加工設備等專門的生產設備;生產過程需要耗費化工原料;而以農業方式生產,不需要專門的生產設備。玉米能利用陽光、水分等生產植酸酶,原材料的費用低;
耗能少。發酵方式不僅生產過程需要消耗大量能量而且產品后加工也要耗費能量;后加工通常是將發酵液與載體按比例混合,利用熱空氣干燥;或者在壓力的作用下將液體霧化,通過熱空氣將霧滴干燥形成小的顆粒或粉末。這些過程都需要耗能。通常發酵方式的能耗是其生產成本的20%左右。而以農業方式生產,生產過程無需耗能,不需要進行后加工,生產的是直接作為飼用的表達的植酸酶玉米種子,不必進行酶的提取和純化,酶能在種子中長期穩定保存,種子易于長距離運輸和普及推廣,無需酶類產品特殊的保存條件及考慮產品的劑型,因此非常節能。
中國飼料工業標準要求:1公斤飼料中含0.5公斤玉米種子, 添加 500U 植酸酶添加劑。也就是說,要求1公斤的玉米種子中含1000單位的植酸酶。該項目的轉基因玉米經過六代選育,得到了27個表達植酸酶并穩定遺傳的轉基因玉米純合系,植酸酶活性均在1,000 單位/公斤以上,最高的達到120,000 單位/公斤。動物飼喂實驗結果表明,以玉米為載體生產的植酸酶與發酵生產的植酸酶功能相當,可以顯著提高動物的生產性能,顯著降低動物排泄物中磷的含量。完全以替代微生物發酵生產的植酸酶滿足飼料工業標準要求可。
為確保產品的生物安全性,該項目使用獨特的技術,得到的27個玉米純合系排除了質粒復制起始序列、抗生素選擇標記等外源DNA序列。并且從中成功地選育到14個不含篩選標記Bar基因、僅保留植酸酶基因的純系,達到了安全性最理想的要求。該項目的五個純系分別于2004年6月、2005年12月先后通過國家農業部轉基因安全評價的“中間試驗”和“環境釋放”階段。目前已經進入安全評價的最后階段“生產性試驗”。
2007年5月21日,由中國農業科學院生物技術研究所完成的“利用玉米種子生物反應器生產高活性植酸酶”項目通過農業部科技成果鑒定。農業部科教司方向東副巡視員、計劃處陳彥賓副處長和農業轉基因生物安全管理辦公室邵建成副處長,中國農科院翟虎渠院長以及生物技術研究所的領導參加了鑒定會。由中國科學院院士李振聲先生為主任,戴景瑞院士、方榮祥院士等國內著名的遺傳育種、分子生物學和動物營養學專家組成的鑒定委員會一致認為:該項目詳實的分子生物學、生物化學、生理學、細胞學等實驗分析結果表明,以玉米為載體生產的高活性植酸酶具備替代目前微生物發酵生產植酸酶功效。其技術水平達到國際同類研究的領先水平。
中國農業科學院翟虎渠院長在講話中指出,范云六院士帶領的科研團隊團結一心、奮力拼搏,在植物生物反應器研究領域做了非常好的工作。“利用玉米種子生物反應器生產高活性植酸酶”成果的取得,為進一步推進轉基因作物產業化和利用農業生物技術解決重大國計民生問題奠定了良好的基礎。
農業部科教司方向東副巡視員在發言中指出,該項目以產品為導向,設計嚴謹,立項起點高,緊密結合了科學研究與國民經濟發展中的重大問題。希望組織各方面的力量,加快利用玉米種子生物反應器生產高活性植酸酶的產業化研究,使科技成果迅速轉化為生產力。
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中國農業科學院生物技術研究所獲得“利用玉米種子生物反應器生產高活性植酸酶”重大科研成果
發布時間:2007-05-30
|來源: 生物技術研究所|作者:admin
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