脲酶抑制剂的作用机理及其在畜牧生产中的应用

脲酶抑制剂的作用机理及其在畜牧生产中的应用

NEWS.CHINA-AH.COM　　2005年06月03日　　

页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】

邀您参加2005年行业展览会　　　企业招聘　人才求职　尽在中国牧业网畜牧人才　　交流　互动　中国牧业网论坛　　供求信息　项目合作　中国牧业网商城

     摘要：尿素是反刍动物能够利用最廉价的氮源，但由于尿素降解率过高，容易引起氨中毒。所以，使用脲酶抑制剂是解决这一途径的最好办法。本文仅从脲酶抑制剂的作用机理和应用方面加以阐述。脲酶抑制剂不仅可以增加反刍动物对尿素的利用，还可以调控瘤胃微生物代谢，抑制脲酶活性，减慢尿素的分解速度，提高反刍动物对氮的利用率，增加对纤维的消化吸收，提高动物的生产性能，避免氨中毒。并且对肉仔鸡的腹水症也有很好的治疗效果。

     关键词：脲酶抑制剂作用机理畜牧生产

     近年来，我国畜牧业呈现了稳定持续发展的态势，同时我国加入WTO后面临农业结构的调整，将进一步促进畜牧业的发展。在畜禽饲料中，蛋白质的缺乏程度高达 40%左右，是最为短缺的一种营养物质。据权威部门的测算，2000年我国短缺蛋白质饲料达1190万吨，相当于3126万吨饼粕或1.7亿吨谷物的含量。而反刍动物可以利用非蛋白氮，其中牛、羊等反刍家畜的饲养势必将得到优先发展。反刍动物能够利用的非蛋白氮是以尿素为代表的，尿素可以顶替反刍动物饲料中部分（30%）蛋白质饲料。根据理论计算,尿素中氮的含量按粗蛋白折算相当于豆粕的７倍。但尿素在使用中存在着释放氨的速度与瘤胃内微生物利用氨合成菌体蛋白速度不平衡的问题，日粮中添加１%的尿素,只要10分钟即可分解掉一半，２～４小时瘤胃内氨的浓度就达到高峰，６～８小时又迅速降低到了合成微生物蛋白所需最佳浓度以下。使用脲酶抑制剂是调整平衡的最好解决办法。脲酶抑制剂作为一类特殊的饲料添加剂在畜牧业生产中逐渐被人们所认识，在畜牧业发达的国家如美国、以色列、加拿大，脲酶抑制剂的应用已经较为广泛，我国20世纪90年代开始了脲酶抑制剂在畜牧方面的应用性研究，并人工合成了一类异位酸类反刍动物瘤胃脲酶抑制剂（王加启，1994），同时，使用脲酶抑制剂可以减少粪尿产生氨，减少对大气和环境的污染。

    1、脲酶抑制剂的种类

     脲酶抑制剂的研究开始于土壤肥料，肥料中添加脲酶抑制剂用于防止尿素分解损失，延长使用时间，提高氮肥使用效果（吴本宁，1993；尚来贵等，1994；李联铁，1993）；在医学中脲酶抑制剂的研究集中在防止尿素重新分解进入体内，改变体内的酸碱平衡从而防止一些疾病的发生（Mobley等， 1989）。但把这些脲酶抑制剂作为饲料添加剂使用，唯有乙酰氧肟酸可用于畜牧生产（王加启，1995），而其他化合物虽有研究报道，但目前均未通过鉴定，还处于实验研究阶段。脲酶抑制剂的种类有很多，目前不下百余种，其中主要有以下两大类：

    1.1无机化合物类

     此类物质对脲酶有明显的抑制作用。如重金属盐类，John等（1964）认为脲酶是一种金属依赖的胞内酶，其活性受Mn2+、Mg2+、Ca2+、Sr2 +和Ba2+激活，特别是Ag+和Hg2+；还有一些化合物硼酸盐、氯化物、氟化物、磷酸盐、硝酸镍等都具有抑制脲酶作用（Frank等，1989）。

    1.2有机化合物类

     如异位酸类化合物，包括异丁酸、异戊酸、异己酸等支链脂肪酸及一种胺磷酸，它们有抑制脲酶活性的共同结构特点，都有一个供氢基团；还包括尿素衍生物、羟胺、氧肟酸类、多聚甲醛、醌、多元酚、杂环硫醇、乙基马来酰亚胺、碘乙酰胺、碘醋酸、磷酰胺类化合物（苯磷酰胺、硫代磷酰胺、N?乙酰磷酸三酰胺）等；邹先彪（1995）述及脲酶单克隆抗体对脲酶具有抑制作用；新近研究赭曲霉素具有脲酶抑制作用（林新坚等，1997）。

    2、脲酶抑制剂的作用机理

    2.1脲酶的性质

    脲酶(又称尿素酶)的系统命名为酰胺水解酶（ureaamidohydrolase），分子量约为120000?130000，pH值为6.0?8.0时活性最高。在有水的情况下，尿素酶将尿素分解为氨和二氧化碳，最大水解速度为 2.0~4.0mmol尿素/h，mg酶蛋白。Hungate(1966)曾证明瘤胃内的许多细菌都能合成脲酶。它对尿素的水解，是按下列方程式经由氨基甲酸进行的：并且确定该反应最佳pH值为6.0～7.0，通常状况下，脲酶失活的温度为70℃（王志美等，1980；钱嘉渊，1992；Biochemical EngineerandBiotechnologyHandbook.1983）[8]。Sumner也曾清楚的查明：这种酶在65℃左右最具活性。VanSlyke，D、D和Cullen，G、E证明脲酶在70℃以上时被钝化。

    2.2脲酶抑制剂作用机理

    对不同的脲酶抑制剂其作用机理是不同的，主要表现为以下几种情况：

    ⑴竞争性抑制，如磷酸、磷酸盐和尿素衍生物（巯基脲、羟基脲）等，它们在反应过程中同尿素竞争结合到脲酶上去，降低了尿素与脲酶活性中心的结合几率，从而起到了降低尿素分解的作用（冯仰婕等，1994）。

    ⑵使脲酶变性失活，如重金属离子同脲酶结合，使脲酶的活性中心和脲酶结构发生改变，失去了分解尿素的能力，降低了有效的脲酶浓度，从而抑制了尿素的分解（Frank等，1989）。

    ⑶夺去脲酶辅助因子Ni2+，如EDTA具有强烈络合金属离子的能力，浓度适宜时将络合镍离子，使脲酶结构发生改变失去活性，从而降低尿素的水解速度（Frank等，1989）；但有人研究认为，对于EDTA的抑制脲酶活性的机制也属于竞争抑制类型（冯仰婕等，1994）。

    ⑷与酶活性部分镍离子形成电子转移复合物，竞争性抑制脲酶活性，多认为是多元酚、巯基乙醇、氧肟酸类等起作用的机制，脲酶抑制剂?脲酶复合物已被提纯,为此提供了有利的实验证据（Makkar等，1981）。

    ⑸调控脲酶分子的表达，通过一定的抑制剂来阻止细菌内合成脲酶分子，使非结构性脲酶的表达受阻，有效降低脲酶浓度。Mobley等（1989）认为，对细菌脲酶存在一个控制表达的阻遏蛋白，它与乳糖操纵子的情况相似。

    ⑹抗原和抗体的免疫反应，邹先彪等（1995）认为，对于人类解脲脲原体所产生的脲酶中的分子量为7.2×104亚基在血清中存在抗体，人工的单克隆抗体能抑制脲酶活性，但这种抗体不识别牛、羊源性的解脲脲原体中的纯代脲酶，也不识别Jack Bean脲酶及其他细菌种类的脲酶。

    3、脲酶抑制剂在畜牧生产中的应用

    3.1在反刍动物上的应用

     脲酶抑制剂可以控制脲酶活性、提高尿素利用率。若一头奶牛饲喂150ｇ尿素，在瘤胃内分解放出的氨67%合成微生物蛋白质约289ｇ，剩余27.6ｇ进入肝脏合成约49.5ｇ尿素，随尿排出体外。当用脲酶抑制剂控制脲酶活性时，可使氨的利用率提高16.7%，即多利用25ｇ尿素，多合成72ｇ瘤胃微生物蛋白质，增加25%。使尿液中尿素排泄量从49.5ｇ减少到24.5ｇ，降低49.5%。脲酶抑制剂还可以节约蛋白质饲料、降低饲料成本，这有两方面含意。一，添加尿素可顶替部分价格昂贵的饼粕类蛋白质饲料，既节省了蛋白质饲料，又降低饲料成本。二，即使日粮中不含尿素，使用脲酶抑制剂，同样具有增加微生物蛋白质合成量，节约蛋白质饲料的效果。分别对育肥架子牛和泌乳奶牛所进行的只添加脲酶抑制剂不添加尿素的试验结果，为这一结论提供了旁证。每头育肥架子牛每天喂100ｇ脲酶抑制剂预混料，可减少饲料豆粕250ｇ，结果每头增加43.20元的经济效益，每头奶牛每天加喂100ｇ脲酶抑制剂预混料（不加尿素），比对照组产奶量提高18.8%。周健民等(1999)对奶牛的试验不仅证明添加脲酶抑制剂比对照提高产奶量，而且还可以减少蛋白饲料用量。因为蛋白质80%在瘤胃内降解成氨，同样也受脲酶催化，导致两种速度不协调而使大量氨不能被微生物利用造成氨源浪费，进而引起氨中毒或氨应激，影响动物健壮生长。

     在反刍动物饲料中使用脲酶抑制剂，不仅可以提高尿素和饲料的利用率，降低成本，而且由于避免了氨中毒或氨应激，使动物保持生理平衡，健壮生长，从而还可以提高牛羊的肉、奶产量。石传林、罗中爱（1999）报道，把年龄相近、体重大小基本一致的16头健康肉牛随机分为两组，试验组每头牛每日添加100g脲酶抑制剂预混料，结果表明，试验组平均日增重（1.59kg）比对照组（1.34kg）提高18.7%。即使在炎热夏季持续高温高湿的情况下,仍能使投入产出比达到1：2.7～5.4。石传林等（1998）、袁安生等（1999）等对脲酶抑制剂的研究都表明，添加脲酶抑制剂可以提高尿素氮的利用效率，也可以提高瘤胃内粗饲料的消化速度，提高了菌体蛋白的合成效率，从而起到降低饲料成本，提高生产性能的作用。

     氨是畜牧业生产中来源于粪尿中最有害的气体之一，畜舍内的氨浓度过高对家畜及人都是有害的（Varel等，1999）。而在反刍动物饲料中使用脲酶抑制剂可以使环境污染程度降低51.4%。美国肉用动物研究中心Ｖincent的报告则给出了脲酶抑制剂减少环境污染的另一种使用方法，即在家畜粪便中喷洒脲酶抑制剂。该报告说：牛（家畜）排泄出的总氨的60%～80%是在尿中，其中97%是尿素氨。尿被排泄出来后在脲酶作用下短时间内很快就转化为氨而挥发到大气中。这样，不仅污染了大气，而且破坏了这些粪便中的Ｎ／Ｐ比，而不利于农作物生长。

    3.2在单胃动物上的应用

     脲酶抑制剂可以防治肉仔鸡腹水症。研究表明,肉仔鸡腹水症的死亡率与肠氨浓度有很高的相关性（Anthony等，1994；Balog等，1994）,肉仔鸡肠道内的氨是细菌脲酶水解非蛋白氮的主要产物，从而导致肠道内氨浓度的增加,使肠粘膜的更新加快,耗氧量增大。而脲酶抑制剂可降低肉仔鸡肠道内脲酶活性和氨浓度，从而降低肠粘膜的更新速度，使耗氧量降低，这样就可以缓解肉仔鸡由于生长过快而造成的组织缺氧程度,从本质上防止腹水症的发生。张万顺等（1997）给肉鸡饲喂125mg/kg的脲酶抑制剂，与对照组相比，可使腹水症的发病率和死亡率降低12.1个百分点，同时料肉比降低0.19。 Staudinger等（1993）也证明125mg/kg、250mg/kg脲酶抑制剂添加组腹水症死亡率显著低于对照组。

     脲酶抑制剂的使用，使非蛋白氮有了更好的利用效果，在抗应激、增产、提高饲料利用率方面有很好的利用前景。我国农业部已于1998年7月7日批准脲酶抑制剂（人工合成的乙酰氧肟酸）为新饲料添加剂。周健民教授在总结国内外数十年对几十种奶牛饲料添加剂研究和应用的资料后，得出结论：“从作用机理的清楚性、应用效果的稳定性和经济社会效益的显著性等方面来看，还是脲酶抑制剂最好。能够提高奶牛对粗蛋白质的利用效率、减轻氨应激，充分发挥奶牛的生产水平，降低成本，保证牛群健康和减少环境污染，值得在全国实施产业化，尽快推广应用。”脲酶抑制剂的推广应用已被列为农业部和国家科学技术部的推广项目，成为跨世纪新技术推广的重点工程之一。

·单胃动物的氨基酸营养
·浅析赖氨酸和蛋氨酸的判定与合理使用
·维生素E的生物学功能及在养鸡生产中的应用
·对植酸酶、蛋白质和徽量矿物质的一些研究近况
·碳酸氢钠在畜牧养殖业上的应用
·钩吻碱在饲料养殖业中的应用前景