口袋K。41:营养强化的转基因饲料作物

牲畜和家禽对饲料的需求预计将在未来50年内增长,随着粮食需求的增加,人类人口也在成倍增长。足够了,营养和环境友好型饲料作物是间接为日益增长的人口提供粮食的育种目标。

基因改造,特别是利用重组DNA技术有目的地改变某一特定途径的物质,被称为代谢工程,目前正在培育高产、富营养的新品种。提高作物营养的目标是控制蛋白质和氨基酸水平,脂肪和油,维生素和矿物质,碳水化合物和纤维的质量,以及减少主要饲料作物中不良成分的水平。

用改良的蛋白质和氨基酸喂养作物

动物的需求,由于缺乏必需氨基酸赖氨酸,大多数谷物不能提供平衡的蛋白质来源。蛋氨酸,和色氨酸。生物技术已成功地应用于有限氨基酸水平增加的作物的开发,从而为动物饲料中直接添加补充氨基酸提供了替代方法,以及减少氮排放到环境中。

在玉米中添加赖氨酸(LY038),培育出赖氨酸含量较高的转基因玉米cordapA来自普通土壤细菌的基因Corynobacterium glutamicum。转基因玉米籽粒中游离赖氨酸(Lys)的产生和积累增加,试验用家禽和猪的饲料转化率和胴体产量与添加Lys饲料的动物相当,而且比那些吃传统玉米饲料的人要高1。用另一种富含马铃薯lys基因的玉米喂养的老鼠,也被发现和传统玉米一样安全2

在转基因水稻饲养的家禽中也发现了类似的结果OASAID种子中游离色氨酸(Trp)升高。55%转基因高Trp大米喂养的鸡体重和饲料效率与添加结晶Trp的常规大米喂养的鸡体重和饲料效率相似,但在未加补充的对照组中,这一比例更高3.

富含蛋白质的大豆事件M703被发现含有更多的可消化氨基酸赖氨酸,蛋氨酸,苏氨酸,缬氨酸,在尾蚴实验中,其代谢能水平高于传统豆粕4

Narrow-leafed卢平(Lupinus狭叶的)表达富含蛋氨酸的向日葵白蛋白的蛋氨酸含量增加了两倍。喂鸡时,如果使用转基因高蛋氨酸羽扇豆,含25%羽扇豆膳食所需的补充蛋氨酸可减少0.6 g/kg5

用生物活性物质喂养作物

大麦固有的高葡聚糖含量并没有被用作饲料成分。然而,具有耐热性的表达芽孢杆菌ß-glucanase作用于这些葡聚糖,转基因大麦可以作为一种可能的替代品或饲料添加剂,特别是在由于气候原因无法种植玉米的地区。大麦比玉米更能抵抗压力。喂养家禽中研究表明,青稞为主的饮食小的转基因粮食表达ß-glucanase可以提供替代玉蜀黍类饮食基于身体的肉鸡体重增加7

将人乳铁蛋白(LF)和溶菌酶(LZ)基因引入水稻籽粒中,研究其抗菌和免疫刺激特性。在家禽饲养场中,抗生素通常用于改善肠道微生物群,以及预防和治疗疾病。在家禽饲料中以部分转基因LF或LZ大米代替抗生素喂养的鸡显示,其肠道效果与用抗生素喂养的鸡相当8。在老鼠和猪身上,对另一个表达人乳铁蛋白基因的转基因水稻品系进行了评价,消化率试验结果表明,LF水稻的营养品质优于常规水稻9

提高磷有效性的饲料作物

磷元素(P)以植酸盐的形式储存在植物中。当被单胃动物如马吃掉时,猪,家禽,猫,狗,其中,它溶解性差,在胃肠道中使用,当与高钙饮食浓度和缺乏内源性植酸酶(酶水解植酸键,释放元素P)活性。因此,这些动物在土壤和水中积累时排出的未消化的磷酸盐导致磷污染和有机质积累,最终会降低水中的氧气含量10。此外,植酸(植酸盐的反应形式)与锌和其他阳离子形成不溶性盐,降低了这些动物体内微量矿物质的生物利用度。因此,利用植酸酶开发转基因作物是解决这一问题的重要途径。

表达大肠杆菌-源植酸酶基因在肉鸡身上的研究表明,随着转基因玉米日粮水平的增加,干物质P呈线性增加,钙(Ca)和氮(N)的保留。结果表明,转基因玉米与商业玉米一样有效,在缺乏磷和钙的肉鸡饲料中添加微生物植酸酶,从而减少了饲料中添加磷的必要性11。额外的研究表明改善消化道生理机能,植酸酶活性升高,降低植酸P含量12E。杆菌水稻植酸酶基因在大鼠实验中显示出相似的安全性和营养有效性13

转基因大豆黑曲霉以肉鸡为试验材料,对植酸酶转基因与添加植酸酶的商品饲料进行比较研究。14。在绩效的基础上,P的保留和排泄,作者指出,转基因大豆中的植酸酶具有积极的作用,类似于商业植酸酶补充剂。烟草和小麦同基因对肉鸡P有效性的影响相似。15

利用转基因油菜的植酸酶基因曲霉属真菌fucuum在肉鸡雏鸡和断奶猪中也显示出骨灰,磷和钙的保留率与添加工业植酸酶的饲料相当16

开发脂肪酸改良饲料作物

为提高脂肪酸含量而改良的大多数转基因作物已被用于直接食品或食品工业用途,例如油酸大豆DP305423,具有较好的氧化能力,可提高食品的油炸性能。加工食品的安全和营养价值,从鸟类实验中提取的转基因大豆植株的外壳和油脂表明,转基因大豆的营养价值与未转基因大豆相当,如体重,hen-day鸡蛋生产,鸡蛋的质量,采食量以及产蛋量和质量6

减少毒素和抗营养因子的饲料作物

非反刍动物受到植物组织中抗营养因子的不利影响,包括蛋白酶抑制剂,丹宁,豆科植物中的植物血凝素和产氰素,和硫配糖体,油菜种子和饲料中属于芸苔属的其他化合物中的单宁和萨纳平。基因工程与传统植物育种相结合,可大幅度减少或去除对动物饲料有重要意义的植物品种中的主要抗营养因子。

大豆含有棉子糖和蔗糖,在实验室动物中引起渗透性问题的抗营养的低香蒜素。开发了含有这些低低聚糖的转基因大豆。在一项用三份传统豆粕和五份低低聚糖转基因豆粕喂养肉鸡的实验中,意味着棉子糖,水苏糖,转基因大豆的半乳糖醇含量明显低于传统豆粕,粗蛋白和蔗糖含量略高。其他数据显示,转基因大豆的真实代谢能也更高17

在另一个用28到32天大的鸡做的实验中,转基因大豆的表观代谢能高于常规大豆。以43%转基因大豆或非转基因大豆为唯一蛋白来源的肉鸡为试验材料,对蛋氨酸的标准化消化率系数进行了研究。赖氨酸,苏氨酸,在转基因大豆中,缬氨酸和异亮氨酸显著升高。这些结果表明,对低低聚糖转基因大豆品种进行营养改良是有潜力的十八

棉籽粉,棉花工业的副产品,是牛饲料的组成部分,因为它含有蛋白质,纤维,以及提高牛的生长和繁殖能力的含油量。然而,棉籽含有黄色酚类色素棉酚,在饮食中高浓度时,结果:通过基因修饰,干扰δ-cadinene合成酶的表达和活性,使棉籽中棉酚含量降低,从而降低了家畜的生产性能。棉子酚酶参与棉子酚生产的酶转基因棉花叶部和花部棉酚含量不影响保持作物抗虫能力。这项工作允许使用棉籽提取食用油也供人类食用19

转基因饲料作物营养强化方面的空白

通过遗传修饰开发的营养强化饲料作物的前面概述提供了关于正在田间试验或已处于早期商业化阶段的作物和性状的信息。在多项研究中,经营养改良的基因改良饲料在为家禽及禽畜提供安全和有效的营养素方面一直显示出成效。随着越来越多的国家采用生物技术作物,预计将出现充足和廉价的原料。关于增加饲料作物中维生素等其他营养素的研究,矿物质,和脂肪,减少植物性饲料中的抗营养因子,通过转基因微生物对青贮饲料进行高效厌氧发酵,必将为这一努力做出贡献。

参考文献

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