磷能幫助動物身體里的鈣構成骨骼和牙齒,避免動物得佝僂病,并使動物多吃快長。但是,畜禽和水生動物的消化系統由于缺乏植酸酶,很難將飼料中的植酸磷轉化為可利用的磷。為此,畜牧養殖者不得不用較高的價格買來磷酸氫鈣給動物補磷。與此同時,飼料原料中未被動物利用的植酸磷形成高磷糞便,給生態環境造成了極大的負擔———水中過剩的磷和氮會使藻類大量生長,把水中的氧氣消耗干凈,從而憋死魚蝦,甚至威脅到人的引用水安全。
由于磷的資源不可再生、日益稀少,其在國際市場上的價格也越來越高,這給生產含磷的飼料添加劑工業帶來越來越大的成本壓力。由于玉米、大豆等飼料原料中的磷含量非常豐富,各國科學家一直在研究如何讓動物能吸收這種植酸磷??茖W家發現,植酸酶可以把玉米、大豆里的植酸磷分解成無機磷,提高雞鴨鵝和豬等單胃動物對飼料磷的利用率,降低磷的排泄量;植酸酶還可以把植酸的抗營養作用去掉,從而提高動物對飼料中微量元素、蛋白質和氨基酸等營養的利用率。發達國家已經把植酸酶作為“綠色磷”,用以取代傳統的無機磷酸鹽,從而保護了環境??墒秋暳戏N子中的植酸酶只是在其發芽時存在,要想從種子里穩定地得到高含量的植酸酶,必須另辟蹊徑。約30年前,有人發現霉菌產生的植酸酶可以水解植物中的植酸磷;我國以微生物發酵方式生產的植酸酶也已經取得了顯著的經濟效益;但是,昂貴的生產成本和較高的工業耗能,限制了微生物植酸酶的商業推廣。
為探索低成本的、能夠節約能源的方式生產植酸酶,中國農業科學院生物技術研究所范云六院士領導的課題組,在第一代植酸酶產品的基礎上,利用我們具有自主知識產權的植酸酶基因,把生物技術和常規育種技術相結合,培育成功了有高活性、高含量植酸酶并且能穩定遺傳的轉基因玉米,即第二代植酸酶產品。動物的飼喂實驗結果表明,以玉米為載體生產的第二代植酸酶產品,與發酵生產的植酸酶功能相當,可以顯著提高動物的生產性能,顯著降低動物排泄物中磷的含量。在飼料中添加這種植酸酶,可把雞對磷的利用率提高20%~40%;把豬對蛋白質和氨基酸的消化率提高7%~12%,把豬糞中的磷含量降低30%~50%。國內著名的遺傳育種、分子生物學和動物營養學專家都認為其技術水平達到國際領先水平。
這種新的植酸酶生產方式,有巨大的產業優勢,用這種新方法生產的含有植酸酶的玉米種子可以直接飼用,不必進行酶的提取和純化,無需酶類產品特殊的保存條件。它比發酵生產植酸酶的成本低,只要有陽光和水,播下種子就能生產;它不需要廠房、發酵罐、產品后加工設備等,不用消耗大量能量和化工原料;并易于長距離運輸;生產及運輸的全程都非常節能,極利于普及推廣。2006年,我國發酵生產植酸酶12000噸,僅能源的消耗就達4.5億元;而以后,我國每年只需要用67萬公頃土地,種植出50萬噸含有轉植酸酶基因的玉米,就能滿足全國飼料添加劑工業生產植酸酶的需要;種植者不需要具備專用的種植技術,卻因此可以增收1.5億元;而環境也會是最大的受益者———我國每年的磷排放,將因此至少減少4.2萬噸。該項目還使用獨特的技術,確保了產品的生物安全性。
在9月10日召開的新聞發布會上,專家指出,雖然我國玉米總需求量的近80%用于飼料加工,但是我國玉米品種缺乏飼料專用型品種;目前的豬肉價格飛漲,就與我國飼料專用型品種缺乏有關。范云六院士領導完成的這個課題成果,為“環保型、節約型、專用型”的轉植酸酶基因玉米品種培育,提供了不可或缺的技術儲備和優良親本;他們育成的玉米品種,將專門用于飼料加工;它的應用和推廣,將緩解我國農業產業結構調整帶來的養殖業快速發展與環境保護的矛盾。據中國農科院飼料研究所的專家測算,在2010、2015年和2020年,我國以玉米為載體生產植酸酶的需求量,分別為0.5、0.75和0.85億噸,范云六院士領導完成的這個課題成果所產生的直接經濟效益,分別是20、30、和34億元人民幣。
由于磷的資源不可再生、日益稀少,其在國際市場上的價格也越來越高,這給生產含磷的飼料添加劑工業帶來越來越大的成本壓力。由于玉米、大豆等飼料原料中的磷含量非常豐富,各國科學家一直在研究如何讓動物能吸收這種植酸磷??茖W家發現,植酸酶可以把玉米、大豆里的植酸磷分解成無機磷,提高雞鴨鵝和豬等單胃動物對飼料磷的利用率,降低磷的排泄量;植酸酶還可以把植酸的抗營養作用去掉,從而提高動物對飼料中微量元素、蛋白質和氨基酸等營養的利用率。發達國家已經把植酸酶作為“綠色磷”,用以取代傳統的無機磷酸鹽,從而保護了環境??墒秋暳戏N子中的植酸酶只是在其發芽時存在,要想從種子里穩定地得到高含量的植酸酶,必須另辟蹊徑。約30年前,有人發現霉菌產生的植酸酶可以水解植物中的植酸磷;我國以微生物發酵方式生產的植酸酶也已經取得了顯著的經濟效益;但是,昂貴的生產成本和較高的工業耗能,限制了微生物植酸酶的商業推廣。
為探索低成本的、能夠節約能源的方式生產植酸酶,中國農業科學院生物技術研究所范云六院士領導的課題組,在第一代植酸酶產品的基礎上,利用我們具有自主知識產權的植酸酶基因,把生物技術和常規育種技術相結合,培育成功了有高活性、高含量植酸酶并且能穩定遺傳的轉基因玉米,即第二代植酸酶產品。動物的飼喂實驗結果表明,以玉米為載體生產的第二代植酸酶產品,與發酵生產的植酸酶功能相當,可以顯著提高動物的生產性能,顯著降低動物排泄物中磷的含量。在飼料中添加這種植酸酶,可把雞對磷的利用率提高20%~40%;把豬對蛋白質和氨基酸的消化率提高7%~12%,把豬糞中的磷含量降低30%~50%。國內著名的遺傳育種、分子生物學和動物營養學專家都認為其技術水平達到國際領先水平。
這種新的植酸酶生產方式,有巨大的產業優勢,用這種新方法生產的含有植酸酶的玉米種子可以直接飼用,不必進行酶的提取和純化,無需酶類產品特殊的保存條件。它比發酵生產植酸酶的成本低,只要有陽光和水,播下種子就能生產;它不需要廠房、發酵罐、產品后加工設備等,不用消耗大量能量和化工原料;并易于長距離運輸;生產及運輸的全程都非常節能,極利于普及推廣。2006年,我國發酵生產植酸酶12000噸,僅能源的消耗就達4.5億元;而以后,我國每年只需要用67萬公頃土地,種植出50萬噸含有轉植酸酶基因的玉米,就能滿足全國飼料添加劑工業生產植酸酶的需要;種植者不需要具備專用的種植技術,卻因此可以增收1.5億元;而環境也會是最大的受益者———我國每年的磷排放,將因此至少減少4.2萬噸。該項目還使用獨特的技術,確保了產品的生物安全性。
在9月10日召開的新聞發布會上,專家指出,雖然我國玉米總需求量的近80%用于飼料加工,但是我國玉米品種缺乏飼料專用型品種;目前的豬肉價格飛漲,就與我國飼料專用型品種缺乏有關。范云六院士領導完成的這個課題成果,為“環保型、節約型、專用型”的轉植酸酶基因玉米品種培育,提供了不可或缺的技術儲備和優良親本;他們育成的玉米品種,將專門用于飼料加工;它的應用和推廣,將緩解我國農業產業結構調整帶來的養殖業快速發展與環境保護的矛盾。據中國農科院飼料研究所的專家測算,在2010、2015年和2020年,我國以玉米為載體生產植酸酶的需求量,分別為0.5、0.75和0.85億噸,范云六院士領導完成的這個課題成果所產生的直接經濟效益,分別是20、30、和34億元人民幣。