纖維素酶研究現(xiàn)狀及其在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

孫孟凌，孫 勇，范圣濤，趙玉印

（1.龍口市蘭高鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)工作站，山東龍口265700；2.龍口市畜牧獸醫(yī)工作站，山東龍口265700；3.龍口市下丁家鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)工作站，山東龍口265700；4.龍口市七甲鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)工作站，山東龍口265700）

經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐證明，通過將適量的纖維素酶添加至動(dòng)物飼料當(dāng)中，能夠?qū)χ参锛?xì)胞壁產(chǎn)生相應(yīng)的破壞作用，進(jìn)而使得大量營養(yǎng)物質(zhì)能夠得到充分釋放，有效改善飼料營養(yǎng)價(jià)值，便于動(dòng)物對其進(jìn)行消化吸收。對提高畜牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、控制其飼料成本等均具有積極作用。因此本文將通過著重圍繞纖維素酶研究現(xiàn)狀及其在畜牧業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行初步探究，希望能夠幫助人們加深對纖維素酶的正確理解和認(rèn)知。

1 纖維素酶的研究現(xiàn)狀

1.1 組成研究

纖維素本身是植物細(xì)胞壁當(dāng)中的一大成分，在植物干重當(dāng)中的占比在35%～50%之間。目前關(guān)于纖維素酶的國內(nèi)外研究數(shù)量眾多，其研究方向也集中在纖維素酶的組成、分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、實(shí)際應(yīng)用等各個(gè)方面。在關(guān)于纖維素酶的組成研究中，有研究人員指出，纖維素酶就是一種通過水解的形式將纖維素酶分解成由纖維二糖以及葡萄糖共同組合而成的復(fù)雜酶系。主要包括內(nèi)切葡聚糖酶、纖維二糖酶以及β-葡萄糖苷酶。與此同時(shí)，也有研究人員通過開展對晶體纖維素的分解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)任何一種酶均無法獨(dú)立完成水解，需要三種酶同時(shí)存在相互協(xié)同才能有效水解晶體纖維素使之成為葡萄糖。

1.2 分子結(jié)構(gòu)

在對纖維素酶分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的過程中，我國學(xué)者鄒儀鳴在其《植物纖維素化學(xué)》一書當(dāng)中，則對纖維素酶的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說明，其指出呈球形的催化結(jié)構(gòu)域能夠直接反映纖維素酶的催化活性等，而纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域則負(fù)責(zé)執(zhí)行調(diào)節(jié)酶對可溶性及非可溶性底物活力。含有大量甘氨酸以及6～59個(gè)脯氨酸等的連接橋的作用因?yàn)閹椭髅阜肿有纬煞€(wěn)定聚集體。但發(fā)展至今，已經(jīng)報(bào)道的纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域只有8種，并且仍不了解其作用機(jī)理。所了解的催化結(jié)構(gòu)域也僅僅只有擬氏木霉催化域的三維結(jié)構(gòu)，對連接橋的具體作用也并不十分明確，還需在日后加強(qiáng)深入研究。

1.3 作用機(jī)理

在經(jīng)過多年的發(fā)展研究，目前在纖維素酶的作用機(jī)理方面主要以研究其降解機(jī)理和營養(yǎng)機(jī)理為主。在前者當(dāng)中，當(dāng)前主要出現(xiàn)了C1-Cx假說以及協(xié)同作用模型等觀點(diǎn)。而在后者當(dāng)中，則主要出現(xiàn)了有助于動(dòng)物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)、改善動(dòng)物腸道菌群平衡以及維持小腸絨毛形態(tài)完整和消除飼料抗?fàn)I養(yǎng)因子影響等觀點(diǎn)。其中部分認(rèn)同C1-Cx假說的研究人員，認(rèn)為C1酶通過將結(jié)晶纖維素轉(zhuǎn)化成無定形纖維素后，經(jīng)由Cx酶的水解使之成為可溶性葡萄糖寡聚物，而后在β-葡萄糖苷酶的作用下最終水解成為葡萄糖。但目前研究界對C1酶作用機(jī)理的研究還比較少，有價(jià)值的研究成果不多。其他部分假設(shè)和觀點(diǎn)還尚未在試驗(yàn)中得到證實(shí)，因此其是否成立、可靠還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 畜牧業(yè)中纖維素酶的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 養(yǎng)豬業(yè)

夏友國、黃勤樓等人（2010）在對畜牧業(yè)中的纖維素酶應(yīng)用進(jìn)行分析的過程中，指出在養(yǎng)豬業(yè)中通過將適量的纖維素酶添加至飼料中，對于改善肉豬腸道環(huán)境，提高其抗疾病能力和消化率等具有積極作用[1]。其通過選擇生長育肥豬作為實(shí)驗(yàn)對象，將0.05%以及0.1%和0.15%的復(fù)合纖維素酶添加至其日飼料當(dāng)中，隨后通過統(tǒng)計(jì)分析可知其屠宰率與未添加前分別提高了3.74%、5.69%以及2.10%，而料重比則相較以往出現(xiàn)了幅度至少為11%的下降情況，日增重則平均提高了9%左右。隨后楊信以及鐘珍梅等人也通過對仔豬進(jìn)行試驗(yàn)，再將0.1%以及0.2%的復(fù)合酶制劑添加至其日糧當(dāng)中后，發(fā)現(xiàn)飼料轉(zhuǎn)化率較以往有了明顯提高。

2.2 養(yǎng)雞業(yè)

有研究人員通過將0.05%和0.1%的纖維素酶添加至肉仔雞高麩日糧當(dāng)中，根據(jù)相關(guān)結(jié)果顯示，在3～6周時(shí)，試驗(yàn)雞的日增重差異并不十分顯著，但從7周開始，試驗(yàn)雞的低酶以及高酶水平出現(xiàn)了明顯差異，日增重明顯隨著酶添加水平的增長而越來越大。因此研究人員認(rèn)為，通過將適量纖維素酶加入到雞飼料當(dāng)中，對于提升其蛋白質(zhì)以及能量等利用率，實(shí)現(xiàn)肉雞的有效增重和健康生長具有十分重要的幫助作用。

2.3 反芻動(dòng)物

徐天鵬、張忠遠(yuǎn)等人（2017）在對纖維素酶及其應(yīng)用的研究過程中，通過將適量的復(fù)合酶添加至奶牛的精飼料當(dāng)中，隨后通過對奶牛的平均日產(chǎn)奶量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在添加復(fù)合酶之后奶牛的平均日產(chǎn)奶量相較以往提高了將近15%[2]。另外還有研究人員通過將1%的復(fù)合纖維素酶制劑添加至奶牛日糧當(dāng)中，同樣發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)奶量和乳脂率有所提高，平均每頭奶牛的日產(chǎn)奶量能夠增加至少1.2kg。而在對羔羊進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，也有研究人員發(fā)現(xiàn)在其日糧當(dāng)中添加適量的酶制劑可以有效幫助加快羔羊的鈣吸收和提高脂肪消化率。

隨著研究領(lǐng)域的不斷深入，當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者在纖維素酶的組成、分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理等方面均獲得了一定的研究成果，但受到研究水平的限制，對于部分酶的作用機(jī)理以及實(shí)際效用等還缺乏實(shí)證分析。在畜牧業(yè)當(dāng)中，有研究人員通過分別對肉雞、肉豬、反芻動(dòng)物等進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)將適量的纖維素酶添加至其日糧當(dāng)中，對于提高畜禽生產(chǎn)性能、飼料利用率等也具有明顯的促進(jìn)作用。