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1、动物营养生物技术动物营养生物技术第一节第一节 动物营养生物技术概述动物营养生物技术概述l动物营养生物技术动物营养生物技术 以饲料和饲料添加剂为对象，以生物技术以饲料和饲料添加剂为对象，以生物技术为手段，改善饲料作物的品质，开发新型的饲为手段，改善饲料作物的品质，开发新型的饲料资源和生物饲料添加剂等动物营养物质，调料资源和生物饲料添加剂等动物营养物质，调控动物生长和代谢，从而提高饲料利用率、改控动物生长和代谢，从而提高饲料利用率、改善和提高畜禽生产性能和产品品质。善和提高畜禽生产性能和产品品质。分子营养学分子营养学l分子生物学应用于传统的动物营养学研究中，利用分分子生物学应用于传统的动物营养学研
2、究中，利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质子生物学技术改造或生产动物性营养物质l从基因水平上研究如何提高动物生产性能及肉用性能从基因水平上研究如何提高动物生产性能及肉用性能l在分子水平上研究营养物质与基因表达、调控的关系，在分子水平上研究营养物质与基因表达、调控的关系，从根本上阐明营养物质对机体的作用机制；从根本上阐明营养物质对机体的作用机制；l利用基因工程技术开发饲料资源。利用基因工程技术开发饲料资源。营养遗传学与营养基因组学营养遗传学与营养基因组学第二节第二节 生物技术在动物营养中的应用生物技术在动物营养中的应用l基因工程与动物营养基因工程与动物营养l利用细胞工程技术生产动物营养物质
3、利用细胞工程技术生产动物营养物质l利用酶工程技术提高动物营养物质利用率利用酶工程技术提高动物营养物质利用率l发酵工程与动物营养发酵工程与动物营养l利用生物技术处理饲料中有毒有害物质利用生物技术处理饲料中有毒有害物质一、基因工程与动物营养一、基因工程与动物营养l利用基因工程技术提高动物营养物质的质量利用基因工程技术提高动物营养物质的质量提高饲料作物的质量提高饲料作物的质量提高饲料作物种子含油量提高饲料作物种子含油量培育低毒饲料作物培育低毒饲料作物转基因动物在动物营养中的应用转基因动物在动物营养中的应用l动物机体的生产，主要受生长发育、新陈代谢、动物机体的生产，主要受生长发育、新陈代谢、遗传变异、
4、免疫与疾病等方面的影响，根本上遗传变异、免疫与疾病等方面的影响，根本上都是基因表达调控发生改变的结果都是基因表达调控发生改变的结果l通过基因工程在动物体内导入新的代谢途径，通过基因工程在动物体内导入新的代谢途径，加工后的外来基因在哺乳动物的体内表达。加工后的外来基因在哺乳动物的体内表达。Cys-羊毛合成的限制性氨基酸羊毛合成的限制性氨基酸饲料中添加饲料中添加Cys不能提高在血清中的浓度。不能提高在血清中的浓度。如果羊自身合成，将提高羊毛产量。如果羊自身合成，将提高羊毛产量。通过转基因得到转基因羊胃上皮通过转基因得到转基因羊胃上皮细胞能利用胃中的硫化氢合成细胞能利用胃中的硫化氢合成Cys二、利用
5、细胞工程技术生产动物营养物质二、利用细胞工程技术生产动物营养物质l单细胞蛋白饲料又称微生物蛋白或菌体蛋白，单细胞蛋白饲料又称微生物蛋白或菌体蛋白，是利用各种基质大规模培养一些微生物而获得是利用各种基质大规模培养一些微生物而获得的微生物蛋白。的微生物蛋白。如酵母、非病原性细菌、霉菌和藻类等如酵母、非病原性细菌、霉菌和藻类等生产蛋白酶、纤维酶、脂肪酶、乳酸酶和植生产蛋白酶、纤维酶、脂肪酶、乳酸酶和植酸酶等。酸酶等。饲用干酵母螺旋藻蛋白SCP优点优点l营养丰富营养丰富 蛋白质高达蛋白质高达80%以上，含多种维生素，消化率以上，含多种维生素，消化率高达高达80%。可缓解蛋白质资源的缺乏。可缓解蛋白质资
6、源的缺乏。l原料来源广、微生物繁殖快、成本低、效益高原料来源广、微生物繁殖快、成本低、效益高 原料：纸浆废液、糖蜜、酒糟、植物秸秆等；原料：纸浆废液、糖蜜、酒糟、植物秸秆等；石油衍生物等。石油衍生物等。三、利用酶工程技术提高动物营养物质利用率三、利用酶工程技术提高动物营养物质利用率l添加酶制剂可补充内源酶的不足添加酶制剂可补充内源酶的不足l消除抗营养因子消除抗营养因子l提高饲料成分的营养价值提高饲料成分的营养价值饲料用酶包括；蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、饲料用酶包括；蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、乳糖酶、植酸酶、果胶酶等乳糖酶、植酸酶、果胶酶等植酸酶植酸酶植酸酶植酸酶 水解植酸的酶类水解植酸的酶类将
7、植物磷降解为将植物磷降解为肌醇和无机磷肌醇和无机磷广泛存在于动物、植物和微生物。广泛存在于动物、植物和微生物。作物籽实中磷的储存形式是植酸磷作物籽实中磷的储存形式是植酸磷单胃动物单胃动物缺乏植酸酶缺乏植酸酶不能充分利用不能充分利用不得不在饲料中不得不在饲料中添加添加提高了成本，排出体外也会污染环境提高了成本，排出体外也会污染环境利用植酸酶利用植酸酶磷的利用率可提高磷的利用率可提高60%，排出量，排出量减少减少40%。-葡聚糖酶葡聚糖酶戊聚糖酶戊聚糖酶木聚糖酶木聚糖酶蛋白酶蛋白酶淀粉酶淀粉酶如何获得植酸酶？如何获得植酸酶？l合成植酸酶的微生物包括：枯草芽孢杆菌、假单胞杆合成植酸酶的微生物包括：枯
8、草芽孢杆菌、假单胞杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌、菌、乳酸杆菌、大肠杆菌、曲霉（活性最高）曲霉（活性最高）、酵母、酵母等。等。l利用分子生物学技术从微生物中鉴定、分离出编码植利用分子生物学技术从微生物中鉴定、分离出编码植酸酶的基因酸酶的基因基因扩增基因扩增重组到曲霉菌表达载体中重组到曲霉菌表达载体中植酸酶表达植酸酶表达曲霉菌的天然分泌机构把产生的酶转至曲霉菌的天然分泌机构把产生的酶转至培养基中培养基中搜集纯化。搜集纯化。粗饲料粗饲料细胞壁细胞壁纤维素、半纤维素和木纤维素、半纤维素和木质素质素通过瘤胃微生物被反刍动物消化利通过瘤胃微生物被反刍动物消化利用用通过酶制剂可提高其消化率。通过酶制剂可提高其消
9、化率。饲料中添加酶制剂可提高奶牛产奶量，也饲料中添加酶制剂可提高奶牛产奶量，也可提高家畜的日增重等。可提高家畜的日增重等。四、发酵工程与动物营养四、发酵工程与动物营养l发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程发酵工程是将微生物学、生物化学和化学工程学基本原理有机地结合起来，是一门利用微生学基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。程技术。l生产氨基酸、酶制剂、益生素生产氨基酸、酶制剂、益生素五、利用生物技术处理饲料中有毒有害物质五、利用生物技术处理饲料中有毒有害物质l橙色黄杆菌能在体外消除黄曲霉素。橙色黄杆菌能
10、在体外消除黄曲霉素。l利用单菌或多菌发酵工艺降低游离棉酚的含量。利用单菌或多菌发酵工艺降低游离棉酚的含量。l利用白腐真菌可处理麦秸，提高其蛋白含量，且提高利用白腐真菌可处理麦秸，提高其蛋白含量，且提高消化率。消化率。l应用生物技术处理饲料，效率高、无残留、安全，营应用生物技术处理饲料，效率高、无残留、安全，营养成分破坏少。养成分破坏少。第三节动物基因表达的营养调控第三节动物基因表达的营养调控l营养物质对基因表达的调控营养物质对基因表达的调控l基因多态性对营养物质吸收、代谢和利用的影基因多态性对营养物质吸收、代谢和利用的影响响一、营养物质对基因表达的调控一、营养物质对基因表达的调控（一）营养物质
11、与基因表达之间的关系（一）营养物质与基因表达之间的关系 营养物质对基因的表达调控营养物质对基因的表达调控是指动物摄入的营养物质是指动物摄入的营养物质经过一系列的转运及信号传递过程，将信号传递到细经过一系列的转运及信号传递过程，将信号传递到细胞质或细胞核，与其他要素一起调控染色质的活化、胞质或细胞核，与其他要素一起调控染色质的活化、基因的转录、基因的转录、mRNA的稳定性及其翻译过程。的稳定性及其翻译过程。基因的表达调控基因的表达调控 营养素摄入营养素摄入 DNA复制复制 改变染色体结构改变染色体结构 调节基因表达调节基因表达 转录转录 翻译翻译 基因产物基因产物 调节、维持细胞分化、适应、生长
12、、生产等调节、维持细胞分化、适应、生长、生产等基因表达的多级调控基因表达的多级调控l转录调控转录调控l转录后调控转录后调控l翻译调控翻译调控l翻译后调控翻译后调控l蛋白质调控蛋白质调控（二）营养水平对基因表达的影响（二）营养水平对基因表达的影响lGH控制生长控制生长通过通过GHR和和IGF-1发挥作用发挥作用较长时间的饥饿较长时间的饥饿 GHR表达下降表达下降 GH表表达下降达下降生长受阻。生长受阻。l营养对基因表达的调控作用有组织特异性和基营养对基因表达的调控作用有组织特异性和基因种类特异性。只控制能量水平时，生长速度因种类特异性。只控制能量水平时，生长速度与肝脏中与肝脏中IGF-1和和GH
13、RmRNA表达量有关，但表达量有关，但与眼肌中的表达量无关。与眼肌中的表达量无关。（三）营养物质对基因表达的调控（三）营养物质对基因表达的调控l蛋白质与氨基酸对基因表达的调控蛋白质与氨基酸对基因表达的调控l脂肪与脂肪酸对基因表达的调控脂肪与脂肪酸对基因表达的调控l碳水化合物对基因表达的调控碳水化合物对基因表达的调控l矿物质对基因表达的调控矿物质对基因表达的调控l维生素对基因表达的调控维生素对基因表达的调控蛋白质对基因表达的调控蛋白质对基因表达的调控l白蛋白、神经肽白蛋白、神经肽Y（NPY）lNPY富含于中枢和周围神经系统。可刺激采食。富含于中枢和周围神经系统。可刺激采食。研究表明，注入研究表明
14、，注入NPY可导致饮食过度和体内脂可导致饮食过度和体内脂肪堆积，禁食或限食可导致肪堆积，禁食或限食可导致NPY水平上升，增水平上升，增加采食量；喂高蛋白日粮可降低脂肪组织脂肪加采食量；喂高蛋白日粮可降低脂肪组织脂肪酸合成酶酸合成酶mRNA的数量，不影响肝脏组织脂肪的数量，不影响肝脏组织脂肪酸合成酶的酸合成酶的mRNA数量，以利于体脂沉积的减数量，以利于体脂沉积的减少。少。l日粮中设计高蛋白日粮中设计高蛋白抑制脂肪合成抑制脂肪合成生产瘦肉生产瘦肉率高的家畜。率高的家畜。l比使用药物降低脂肪沉积更安全。比使用药物降低脂肪沉积更安全。l降低日粮蛋白含量降低日粮蛋白含量提高提高NPY的分泌的分泌促进采
15、促进采食食提高日增重提高日增重增加了绝对蛋白摄入量。增加了绝对蛋白摄入量。应用应用氨基酸对基因表达的调控氨基酸对基因表达的调控l氨基酸缺乏氨基酸缺乏CHOP基因的表达基因的表达脂肪与脂肪酸对基因表达的调控脂肪与脂肪酸对基因表达的调控l脂肪主要影响与脂肪代谢有关的酶含量，如胰脂肪主要影响与脂肪代谢有关的酶含量，如胰脂肪酶。脂肪酶。l高等动物脂肪的合成是通过脂肪酸合成酶系来高等动物脂肪的合成是通过脂肪酸合成酶系来完成。完成。l饲料中脂肪酸对脂肪合成的影响通过两个方面：饲料中脂肪酸对脂肪合成的影响通过两个方面：调控磷酸戊糖中的葡萄糖调控磷酸戊糖中的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因表磷酸脱氢酶基因表达，使达
16、，使NADPH的含量降低，控制脂肪酸合成；的含量降低，控制脂肪酸合成；直接调控脂肪酸合成酶基因表达直接调控脂肪酸合成酶基因表达碳水化合物对基因表达的调控碳水化合物对基因表达的调控l对磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因表达的调控对磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因表达的调控l对脂肪酸合成酶基因表达的调控。对脂肪酸合成酶基因表达的调控。矿物质对基因表达的调控矿物质对基因表达的调控lZnlFel其他微量元素其他微量元素维生素对基因表达的调控维生素对基因表达的调控l脂溶性维生素在转录水平进行调控。脂溶性维生素在转录水平进行调控。l水溶性维生素是动物体内许多代谢酶的辅酶，水溶性维生素是动物体内许多代谢酶的辅酶，参与广泛的营养代谢。参与广泛的营养代谢。l生物素缺乏导致血氨过多生物素缺乏导致血氨过多lVc缺乏影响啊朴蛋白缺乏影响啊朴蛋白A-I基因表达。基因表达。l视黄酸与细胞核的视黄酸受体结合可调节特异视黄酸与细胞核的视黄酸受体结合可调节特异基因的表达。基因的表达。二、基因多态性对营养物质吸收、代谢和二、基因多态性对营养物质吸收、代谢和利用的影响利用的影响l维生素维生素D受体基因多态性对钙吸收的影响受体基因多态性对
