■孙朋朋 宋春阳

(青岛农业大学动物科技学院，山东青岛266109)

植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是指可以催化植酸及植酸盐水解的一类酶的总称；近十年来植酸酶在动物生产上的应用越来越普遍，而且它的使用效果也得到了认可。植酸酶的种类主要有动物来源植酸酶、植物来源植酸酶和微生物来源植酸酶[1]。植物性饲料中的磷大部分与植酸形成稳定的螯合物，由于单胃动物体内没有植酸酶，所以不能利用这种螯合物，这就造成了饲料的浪费和环境的污染。植酸酶可以水解植酸盐(主要是植酸磷)，产生能够被动物利用的无机磷及其他矿物质，减少动物粪便中20%～50%磷的含量，能减轻对环境的污染；由于植酸酶的添加提高了磷、钙以及其他矿物质的利用率，可以减少磷、钙以及其他物质的添加量，因此为饲料中其他物质的添加调整了空间。植酸酶还具有一定的营养价值，在猪和鸡饲料中加入适量的植酸酶已经取得了较好的使用效果。另外，植酸酶还可以提高动物对蛋白质、能量、氨基酸的利用效率，显著提高动物的生产性能。因此对植酸酶的研究与应用具有极其重要的意义。

1 植酸酶的生物学功能

1.1 破坏植酸的抗营养作用

在玉米、大麦、麦麸等植物性饲料中，平均70.73%的磷以不能被动物利用植酸盐的形式存在，只有29%的磷能被动物所吸收利用；在动物体内植酸与钙以1∶3～1∶6的比例形成植酸钙，严重影响了动物对磷和钙的利用。在微量元素方面，植酸能和微量元素形成络合物，难以被动物吸收。植酸中的磷酸基在酸性或中性条件下能与部分氨基酸结合，降低了蛋白质和部分氨基酸的消化率；此外，植酸还会抑制胃肠道中的胃蛋白酶和胰蛋白酶活性，也能降低蛋白质的消化率。植酸酶可以将与植酸结合的磷、钙及微量元素从植酸及植酸盐上“切下来”，最终形成动物可以利用的物质；植酸酶还能有效地分解被植酸络合的蛋白质和氨基酸，使这些营养物质从络合物中脱落；植酸酶还可以消除植酸对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制作用，提高营养物质的消化率和利用率，破坏植酸的抗营养作用，促进动物体内营养物质的平衡，提高动物的生产性能。

1.2 提高矿物质元素的利用率

国外研究证明：植酸在pH值3.5～10之间可以和钙(Ca)、镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)、铁(Fe)等离子形成稳定的络合物，使动物对这些矿物质元素的利用率降低[2]。与植酸结合的矿物质中钙和磷的含量最多，其中60%～80%的磷和至少以1∶3比例与植酸结合的钙都受植酸的影响而不能被利用。而植酸酶可以有效地将矿物质元素从络合物中分离出来，目前已经清楚了植酸酶对磷分解的作用机制：植酸酶首先将植酸分子中的磷酸基团切下，形成植酸五磷脂-植酸-磷脂不同的中间产物，最终产生能被动物利用的无机磷。虽然现在对其他矿物质元素的作用机制还不清楚，但在饲料中添加植酸酶确实提高了矿物质元素的利用率；戴求仲等的实验结果表明：在肉仔鸡日粮中添加植酸酶能明显地提高肉仔鸡的体增重、饲料转化率等，尤其给肉仔鸡喂低锌日粮时，这种效果更明显，随着锌水平的提高，效果逐渐不明显[3]。陈文等实验表明：在猪饲料中添加植酸酶可以极显著地提高磷的消化率，而且在低磷日粮中提高的幅度比高浓度日粮明显[4]。董国忠等实验得出结论：在猪饲料中添加植酸酶，可以有效地提高猪对铜的消化率和吸收量[5]。

1.3 提高蛋白质和氨基酸的消化率

在蛋白质方面，在酸性或中性pH值条件下，植酸中的磷酸基团与蛋白质形成植酸盐-蛋白质的二元复合物，使蛋白质沉淀，影响动物消化吸收；植酸还通过与消化酶结合，抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性[6]，也降低了蛋白质的消化率。在氨基酸方面，植酸及其盐能够降低大部分必需氨基酸的消化率(如赖氨酸、组氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等)；目前认为是因为植酸分子的磷酸基团能与蛋白质的部分氨基酸残基上的游离氨基结合，进而影响氨基酸的消化率。植酸酶对植酸的水解作用可以断裂蛋白质和氨基酸与植酸之间形成的化学键，随后释放出蛋白质或氨基酸；同时解除植酸对胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制作用，提高动物对蛋白质和氨基酸的消化率。在应用方面，蔡青和等报道：在断奶仔猪日粮中添加植酸酶，能提高蛋白质的消化率，也提高了大部分氨基酸消化率[7]。因此在植酸酶对氨基酸的作用机制方面还应深入研究。

1.4 其他方面的作用

近年来发现，植酸酶能促进动物的能量代谢，原因可能是因为植酸酶水解植酸时释放出了淀粉或淀粉酶，增加了动物对糖类的消化代谢。在血液生化指标方面，血清钙和磷的浓度可以直接反映动物对它们的利用率，血磷浓度降低时，破骨细胞活动加强，溶解骨中的钙、磷进入血液，导致动物体骨骼中钙、磷的沉积量下降。适量地添加植酸酶可以减少骨的溶解，因为植酸酶可以分解植酸，使动物体内可利用钙、磷的含量增加，并且提高了利用率。另外，实验还证明了植酸酶可以显著地增加血清磷浓度[8]。

2 植酸酶在动物生产中的应用

2.1 在猪生产上的应用

植酸酶在猪生产中的应用比较广泛，作用效果也越来越明显。植酸酶能显著地提高猪对钙、磷以及其他营养物质的利用率，提高猪的生产性能。董国忠等采用平均体重为28.3 kg的杜长大三元杂交猪做实验，发现在饲料中添加植酸酶可以显著提高生长期肥育期猪的日平均增重，并且显著降低猪生长期粪便中铜的含量[9]。植酸酶对猪血液生化指标也有影响。朱忠珂等利用杜长大三元杂交仔猪研究植酸酶对仔猪血液生化指标影响发现：与不添加植酸酶的饲料相比，固体和液体植酸酶添加量为100 g/t和100 ml/t的饲料能显著提高仔猪血液中白蛋白、球蛋白及总蛋白的含量，其中白蛋白含量提高17.05%和21.38%，球蛋白含量提高18.81%和23.73%，总蛋白含量提高9.94%和15.81%[10]；从这个实验中可以看出，饲料中液体植酸酶比固体植酸酶对仔猪血液中蛋白质含量的提高更明显，效果更好。朱仁俊等研究饲料中不添加植酸酶(Ⅲ组)以及在饲料中分别以植酸酶代替50%(Ⅰ组)和40%(Ⅱ组)的磷酸氢钙(CaHPO4)对仔猪饲料消化率的影响中得出结论：添加植酸酶代替50%CaHPO4的饲料组磷的消化率最高；在仔猪平均日增重方面，Ⅰ组和Ⅱ组明显高于Ⅲ组，且Ⅰ组增重最多，达到了700 g/d；和Ⅲ组相比，Ⅰ组和Ⅱ组提高了猪对粗脂肪、钙、磷、灰分的消化率，且Ⅰ组更明显[11]；说明在饲料中以植酸酶代替50%CaHPO4对猪的生长效果最好。蔡青和等实验表明：饲料中加入适量的植酸酶能显著地提高断奶仔猪对钙的消化率，而且改善了大部分非必需氨基酸的消化率，大部分必需氨基酸消化率呈增长趋势；对干物质、蛋白质、能量的利用率也有所提高[7]。参考董国忠等在植酸酶对生长肥育猪矿物质元素利用的影响实验中的数据得出结论：在生长猪方面，饲料中的植酸酶能显著提高猪对铜(Cu)和锌(Zn)的消化率和吸收量；钙、磷和粗灰分的消化和吸收率也有增长趋势，而且粪便中Cu含量显著降低。在肥育猪方面，植酸酶能显著提高肥育猪对粗灰分、磷、铜、锌的消化率和吸收量；粪便中粗灰分和磷的含量显著降低[5]。陈文等在低磷日粮中添加植酸酶的研究还证明了植酸酶能极显著地提高磷的消化率和沉淀率。综合近年来的研究结果，植酸酶能有效地提高饲料的可利用率，提高猪的生长性能，减少养猪业饲料的成本。

2.2 在鸡生产上的应用

综合近年来关于植酸酶在鸡生产方面的研究，对肉鸡影响方面，主要表现在对饲料利用率及生长性能的影响。孙宏选等研究发现：在1～21日龄的肉仔鸡方面，随着植酸酶添加水平的增加，肉仔鸡的平均日增重呈增加趋势，与未添加植酸酶的饲料组相比差异显著，虽然对日采食量和料重比影响不显著，但随着植酸酶水平的增高，仔鸡对饲料的转化率呈明显提高趋势，高水平的植酸酶还能影响血清钙的水平，并降低碱性磷酸酶的活性；在22～42日龄的仔鸡方面，高水平的植酸酶能显著提高仔鸡的平均日增重，血清钙浓度和碱性磷酸酶活性下降，血清磷水平增加，且影响都显著；在植酸酶水平达到8 000 FTU/kg时，两种日龄的仔鸡饲料的转化率最高[12]。说明仔鸡饲料中植酸酶的水平并不是越高效果越好，应适量添加，8 000 FTU/kg是最好的剂量。戴求仲等还证明：饲料中添加植酸酶能提高肉仔鸡胫骨锌的含量，且随着锌水平的提高效果越来越不明显；在提高肉仔鸡生产性能方面，植酸酶和锌存在互作效应[3]。杨维仁等研究肉鸡生长性能时用磷酸氢钙(CaHPO4)作为磷源为对照组，其他四组分别用对照组0%、25%、50%、75%的CaHPO4，并添加0.01%的植酸酶，结果发现：添加植酸酶+50%和75%CaHPO4能提高肉鸡的采食量和生长性能，他在另一个实验中证明在低无机磷水平日粮中添加植酸酶可以提高肉鸡骨骼矿物质沉积和生长性能[13-14]。在玉米-豆饼型低磷肉鸡饲料中加入适量植酸酶可使肉鸡平均日增重提高 5.8%～13.2%[15]。另外，在蛋鸡生产方面，程志斌等研究证明，复合非淀粉多糖酶制剂与植酸酶联合使用可以显著提高蛋鸡的产蛋性能[16]。雷乔波等实验表明：饲料中0.19%～0.24%的磷水平完全可以满足蛋鸡产蛋性能，且饲料中添加300 U/kg的植酸磷可以代替0.17%的无机磷[17]。

2.3 植酸酶在水产动物上的应用

和单胃动物一样，水产动物体内没有内源性植酸酶，对饲料中的一些物质利用率也较低，在饲料中合理地添加植酸酶可以提高水产鱼类对饲料的消化率并且提高其生产性能。Sajjadi等研究证明，在饲料中添加植酸酶可以促进鱼的生长[18]。高春生等以草鱼为实验对象得出结论：饲料中添加植酸酶使草鱼采食量、平均日增重都增加，并且死亡率有所降低；随着植酸酶水平的增加，对草鱼生长性能影响呈抛物线形式，即先增长后抑制，并且确定饲料中植酸酶水平为500～1 000 U/kg时提高草鱼生长性能最好；还表明草鱼粪便中的总磷含量和植酸磷含量都显著降低[19]。这说明植酸酶的添加不仅能促进草鱼的生长，还能有效地降低粪便中磷的含量，可以减少粪便对水体的污染，使经济效益更好。马恒甲等在草鱼全植物蛋白饲料中添加植酸酶的实验证明：添加植酸酶不仅能提高草鱼特定生长率和蛋白质效率，还能提高草鱼的非特异性免疫以及肝脏和消化道酶的活性[20]。黄可等对斑点叉尾鮰的研究说明了植酸酶的作用方式对鱼体的生长性能和饲料利用率有重要影响；以预处理的方式添加植酸酶也能显著提高斑点叉尾鮰的蛋白质效率、特定生长率以及增重率；综合各种因素，确定斑点叉尾鮰的添加量饲料中最适宜植酸酶添加水平为1 000 U/kg[21]。在鲤鱼方面，杨健对鲤鱼幼鱼的研究得出的数据证明，在饲料中添加耐高温的中性植酸酶能明显提高特定生长率和增重率，并且降低饵料系数；饲料中添加0.04%的耐高温中性植酸酶可以使饲料中磷酸二氢钙的用量从3%降到0.5%[22]。占海红等在黄河鲤鱼饲料中添加植酸酶，结果表明，饲料中添加植酸酶能显著提高鲤鱼采食量和平均体增重，且能降低死亡率和饵料系数[23]。另外，郭宝林等在鲫鱼上的研究证明：在低鱼粉、高植物性蛋白源的饲料中添加植酸酶可以有效地促进鲫鱼生长，提高饲料蛋白和矿物质的利用率，并且建议养殖鲫鱼时，饲料中植酸酶的添加量应不低于2 000 FTU/kg[24]。

2.4 植酸酶在其他动物上的应用

植酸酶在其他动物生产上的应用主要是鸭、鹅、火鸡等。在鸭的饲料中添加植酸酶可提高磷的利用率、磷表观存留率及减少粪便中磷含量，提高鸭生长速度及矿物元素利用率等。卢新流等以浙江麻鸭为实验对象得出结论：植酸酶可以提高鸭产蛋率和蛋重，且产蛋率提高7.12%，蛋增重提高1.87%[25]。王敏等研究表明：饲料中的植酸酶能提高粗蛋白、干物质以及钙、磷的消化率，同时还能改善饲料的适口性[26]。徐晓娜等在研究植酸酶对鹅的影响时证明：饲料中添加植酸酶能够提高五龙鹅的生长性能，认为1～4周龄的植酸酶适宜添加量为600 IU/kg，5～16周为900 IU/kg；还证明植酸酶添加量为900 IU/kg时，能极显著地提高钙、磷的表观利用率，并且较好地降低粪便中总氮和总磷的含量[27]。饲料中植酸酶能提高雌火鸡氮和氨基酸的可消化率，但雄火鸡只有在饲料中粗蛋白含量达到22.5%、总磷含量达到0.6%时添加植酸酶，氨基酸的消化率才能提高[15]。

3 小结

在动物生产上植酸酶可以提高动物生产性能和饲料消化率，并且还具有一定的营养价值；能够减少动物粪便中磷的含量，可以降低对环境的污染；但对一些动物还没有深入研究，而且有些应用方面还存在着一些问题，限制了植酸酶的应用。相信随着科学技术的发展以及研究水平的提高，必将使植酸酶更加广泛应用于多种动物的生产。