双功能域β-折叠桶植酸酶提高土壤有效磷含量研究

农业生产中过度使用无机磷肥引发了土壤板结等一系列问题,因此有必要寻找一种替代的可持续的磷肥来源。土壤有机磷主要以植酸的形式存在,植物不能直接吸收和利用。植酸水解释放植酸磷可提供一个生态友好型的解决方案。通过向土壤中添加来自Bacillus sp.HJB17的双功能域β-折叠桶植酸酶(phyHT),研究其在土壤中的稳定性,探究phyHT提高土壤有效磷含量、改善土壤理化性质以及促进植物生长的作用效果。结果显示,在湿润土壤中,土壤微生物对phyHT影响很小,phyHT可在较宽的温度(20~40℃)和pH值(6.0~9.0)范围内稳定存在12 h并发挥高效催化功能。外源性添加phyHT后:(1)土壤植酸含量减少了17.00%,有效磷含量增加了22.52%;(2)土壤pH下降,电导率上升,CaCO_(3)含量降低了3.55个百分点,土壤有机质、铵态氮和速效钾含量分别增加了10.54%、18.38%和27.49%;(3)小麦幼苗生长长度、干物质积累量以及芽、根部组织全磷含量均显著增加。因此,外源性添加phyHT能够促进土壤植酸水解,增加土壤有效磷含量,提高土壤磷素有效性,同时,在一定程度上改善土壤理化性质,促进植物生长。

高寒草地燕麦根际解植酸磷促生菌鉴定及其优势菌假单胞菌属菌株功能特性

旨为从高寒草地燕麦根际定向筛选解植酸磷微生物资源,筛选促生潜力菌株,分析植酸酶编码基因。采用国际植物研究所磷酸盐生长培养基(NBRIP)分离及筛选菌株,16S rRNA基因鉴定其分类地位,并测定菌株植酸酶活性及促生特性,结合简并PCR和高效热不对称交错PCR(hiTAIL-PCR)扩增植酸酶基因完整序列,并进行生物信息学分析及异源表达。共获得107株菌株,其中51株能在NBRIP培养基上形成清晰溶磷圈,鉴定为2门10科11属,以假单胞菌(Pseudomonas)为优势菌。14株不同种假单胞菌均检测出植酸酶活性,具有溶解有机/无机磷、分泌IAA(3-indoleacetic acid)、固氮及拮抗植物病原菌的促生活性。获得了3株菌株的植酸酶(PHY65、PHY101和PHY131)序列,预测为β-螺旋植酸酶(β-propeller phytases,BPPhy)家族蛋白,其中重组PHY65的比活性为28.2 U/mg。研究结果可为解磷生物菌剂的研发与利用提供优良菌株资源,为植酸酶的生产应用提供理论基础。

转基因植物表达植酸酶研究进展

植酸是植物体内磷的主要存在形式,其绝大部分不能被单胃动物消化吸收,而随粪便排出体外造成环境污染;同时,植酸又是一种抗营养因子,它通过络合植物体内的一些营养成分而降低植物的营养价值。通过植物转基因方法使植物自身表达足量的植酸酶,以减小植酸带来的不利影响,是提高植物性饲料营养价值和控制环境磷污染的一种经济有效的措施。就转基因植物植酸酶的优势、研究现状、存在的问题及其发展前景进行了综述。

植物植酸酶及其饲用价值

植物植酸不但能分解内源植酸磷 ,对外源植酸磷同样有明显的降解作用。在饲粮中添加植酸酶活性高的植物性饲料 ,可提高猪和家禽对植酸磷的利用率 ,降低粪便中磷的排泄量 ,提高生产性能。麦类籽实中具有较高的天然植酸酶活性 ,发芽能显著提高种子中植酸酶的活性 ,因而有希望通过发芽提高麦类籽实中的植酸酶活性 ,经提纯浓缩后可达到在实际生产中应用水平 。

转枯草芽孢杆菌植酸酶基因烟草对不同介质中植酸磷的吸收利用

利用转入枯草芽孢杆菌植酸酶基因的不同烟草株系,分别在无菌培养基、砂培和土培试验中研究了转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收和利用.结果表明,在无菌培养基试验中,所有转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收利用能力均显著高于野生型,其生物量比野生型提高了3.6～10.7倍,总磷吸收量提高了2.2～4.6倍;在沙培和土培中,转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收利用与野生型相比,生物量和总磷吸收量差异不显著.这说明转植酸酶基因在无菌条件下可以提高植物吸收利用植酸磷的能力,但是在自然条件下,由于微生物分解或矿物固定等原因,其作用不稳定,需要进一步研究克服土壤中的限制因素,才能使转基因植物充分发挥作用.

遗传转化的黑曲霉植酸酶基因(phyA2)对玉米利用土壤有机磷能力的影响

以转黑曲霉植酸酶基因(phyA2)玉米T9代纯合系及与之对应世代的阴性对照为材料,通过低磷土壤培养试验研究植酸酶基因(phyA2)对玉米利用土壤有机磷能力的影响。结果显示,在施用植酸钠和不施磷的条件下,与阴性对照相比,转基因玉米根际土壤的磷酸酶活性分别提高5.17%和5.48%,根际中等活性有机磷分别降低16.2%和28.2%;植株磷积累量分别增加140%和100%,各生长指标都明显好于阴性对照。说明遗传转化的黑曲霉植酸酶基因能提高玉米利用土壤有机磷的能力,增加玉米体内磷的积累,改善玉米的生长状况。

植酸酶及其植物基因工程

综述了植酸酶的来源、其酶学性质及植酸酶的植物基因工程,并对其存在的问题、应用前景作了展望。

植酸酶对3种植物性原料中植酸磷含量的影响

利用微生物植酸酶分别对3种植物性原料(豆粕、玉米蛋白粉、小麦)进行酶处理,研究不同浓度植酸酶作用下3种植物性原料中植酸磷含量的变化。3种原料分别有6组处理(植酸酶对照0 U/kg,柠檬酸对照,500U/kg,750 U/kg,1000 U/kg,1500 U/kg),每组处理3个重复。结果表明:植酸酶能够显著降低3种植物性原料中植酸磷的含量(P<0.05),同时提升有效磷的含量。通过对磷当量的分析,本试验中以植酸酶组1000 U/kg最为经济有效。植酸酶对照组中植酸磷含量也有所下降,说明柠檬酸单独对植酸起到了一定的分解作用。

在缺磷条件下诱导分泌植酸酶的研究

运用透析膜水培收集作物分泌性酶蛋白，进而运用抗体及Ｗｅｓｔｅｒｎｂｌｏｔｉｎｇ技术，证明番茄和热带牧草ＣＩＡＴ６０６在缺磷条件下分泌植酸酶。活性测定结果表明，实验所用１０种作物在缺磷条件下分泌性植酸酶活性均比适磷对照增加，其中番茄和热带牧草ＣＩＡＴ６０６增加率较高，分别比对照增加１０．３和３．９倍。可以认为，分泌性植酸酶对促进某些作物有效利用土壤有机磷最多的形态——植酸态磷有重要生物学意义。

植物植酸酶及其在饲料中的应用前景

植物植酸酶不但能分解内源植酸磷 ,对外源植酸磷同样有明显的降解作用。在饲粮中添加植酸酶活性高的植物性饲料 ,可提高猪和家禽对植酸磷的利用率 ,降低粪便中磷的排泄量 ,提高生产性能。麦类籽实中具有较高的天然植酸酶活性 ,发芽能显著提高种子中植酸酶的活性 ,因而有希望通过发芽提高麦类籽实中的植酸酶活性 ,经提纯浓缩后可达到在实际生产中应用的水平 ,从而减少在饲料中添加无机磷或价格昂贵的微生物植酸酶。

吉富罗非鱼(Oreochromis niloticus)幼鱼日粮中添加植酸酶替代磷酸二氢钙的效果研究

本实验研究了吉富罗非鱼(Oreochromis niloticus)大豆粕日粮中添加植酸酶替代磷酸二氢钙的养殖效果。实验设计了共7组实验组日粮,其中实验组1日粮主要蛋白原料为鱼粉;其它6个实验组日粮以大豆粕为主要蛋白原料,植酸酶添加量为日粮的0.1%(酶活性为2000U/g),日粮中分别添加2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%和0%的磷酸二氢钙。每组日粮设计3个平行,每个平行20尾鱼[(1.9±0.1)g],随机饲养于室内水泥池网箱中,实验期为60d。实验结果表明,7个实验组鱼存活率之间没有显著性差异(P>0.05);鱼粉日粮组鱼的生长效果与饲料效益、全鱼、鳞片、骨钙、磷含量和粪便磷含量均显著高于大豆粕组鱼(P<0.05);实验组2、3、4鱼的特定生长率、脏体指数、肠脂指数、肥满度、鱼体近似值成分无显著性差异(P>0.05);实验组2、3、4鱼的全鱼、鳞片和鱼骨钙、磷含量无显著性差异(P>0.05),但均显著高于实验组5、6、7鱼(P<0.05)。实验结果表明,在以大豆粕为主植物蛋白原料的吉富罗非鱼日粮中添加植酸酶能够增加日粮中的有效磷,减少日粮中40%左右的磷酸二氢钙添加。

麦类籽实中植酸酶的活性及体外降解植酸盐效果的研究

为评价不同麦类籽实中内源植酸酶的活性及其对外源植酸盐的降解能力,以植酸钠为底物,测定5种10个不同品种麦类籽实中植酸酶的活性;在37℃、pH 5.50的条件下,以300 U/kg的浓度加入从麦类籽实中提取的植酸酶,检测了对玉米、豆粕中植酸磷的释放效果。结果表明,燕麦、大麦(垦啤2号)、小麦(东农123)、小麦(东农973821)、小黑麦(5305)、小黑麦(92021)、小黑麦(96026)、小黑麦(8809)、胜利黑麦和黑麦(2号)籽实中植酸酶的活性分别为57.50、143.25、1048.06、725.22、1978.67、2201.65、1713.46、1406.49、5310.89 U/kg和3446.53 U/kg(风干基础);在上述条件下,反应8h,玉米、豆粕中的植酸磷分别释放71.92%和38.94%。

复合动植物蛋白替代鱼粉饲料中添加植酸酶对大口黑鲈生长性能、体组成、营养物质表观消化率及氮磷排放的影响

为研究复合动植物蛋白替代鱼粉饲料中添加植酸酶对大口黑鲈生长性能、体组成、营养物质表观消化率及氮磷排放等指标的影响。采用2×3双因素试验设计,在基础饲料[对照组(T0组)]中利用复合动植物蛋白(虾粉、禽副产品粉、发酵豆粕、花生粕和谷朊粉)替代鱼粉,替代水平分别为30%、40%和50%;再设置3个植酸酶添加水平,为0.01%、0.02%和0.03%,共计9组(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8组和T9组)试验饲料。用该10组等氮(47.50%)等能(19.33 MJ/kg)饲料分别饱食投喂初始体重为(14.70±0.06)g的大口黑鲈60 d。结果显示:(1)植酸酶水平与复合动植物蛋白替代鱼粉水平的交互作用对大口黑鲈的生长性能、形体指标、体组成、营养物质沉积率、表观消化率及总氮和总磷的排放量均无显著影响。(2)植酸酶水平对大口黑鲈的形体指标无显著性影响,但T5、T8组和T9组的大口黑鲈末均体重、增重率、特定生长率、粗蛋白含量、磷含量、粗蛋白沉积率、磷沉积率、营养物质表观消化率均显著高于T0组(P<0.05),总氮和总磷排放量均显著低于T0组(P<0.05)。(3)替代鱼粉水平对大口黑鲈的生长性能、营养物质沉积率、表观消化率、总氮和总磷排放量均无显著性影响(P>0.05)。但T0、T1、T2、T4、T5、T7组和T8组的脏体比均显著低于T3、T6组和T9组(P<0.05)。本试验条件下,配合饲料中复合动植物蛋白替代40%鱼粉并添加0.02%~0.03%植酸酶能够改善大口黑鲈的生长性能、形体指标、体组成、营养物质沉积率、表观消化率和氮磷的排放量。

植酸酶预处理植物性原料的研究

本试验选取0、500、1000、1500 U/kg和2000 U/kg 5种不同浓度梯度的植酸酶,分别对豆粕、玉米蛋白粉、菜籽粕、棉籽粕和小麦粉进行植酸酶预处理,研究不同浓度植酸酶的酶效率和最佳处理浓度。试验结果表明:随着植酸酶浓度上升,植物性原料中的植酸磷含量逐渐减少,有效磷含量逐渐增大,酶效率逐渐提高。在本试验条件下,1464 U/kg是最为经济有效的植酸酶处理浓度,酶效率约为91.12%。

植酸酶对植物性原料中有机磷转化率的影响

利用植酸酶分别对6种植物性原料(豆粕、棉粕、次粉、啤酒糟、米糠、菜粕)进行处理。研究在不同浓度的植酸酶作用下,6种植物性原料中有机磷的转化情况。研究发现,植酸酶能显著降低6种原料中的有机磷含量(P<0.05),提高无机磷的含量。通过对磷当量的测定,本实验中用1 000U/kg植酸酶处理最为经济有效。

植酸酶对生长猪植物性饲料中磷利用率的影响

试验采用 4× 4拉丁方设计 ,设两组 ,以 8头始重为 35～ 4 0kg的杜长二元杂种阉猪为试材 ,运用平衡试验法 ,研究植酸酶对小麦、稻谷和高粱三种植物性饲料中磷利用率的影响。试验结果表明 :①利用体重为 35～ 70kg的杜长二元杂种阉猪 ,测得添加植酸酶使小麦中总磷表观消化率提高 2 7 6 4 % ,高梁中总磷表观消化率提高 4 7 87% ,稻谷中总磷表观消化率提高 4 1 84 % ,多重比较差异均极显著 (P <0 0 1) ;磷的沉积率分别是小麦提高 2 7 98% ,高粱提高 4 7 35 % ,稻谷提高 4 0 6 3% ,多重比较差异均极显著 (P <0 0 1) ;②以每天饲喂1kg饲粮计算 ,添加植酸酶使饲喂小麦饲粮的试猪粪磷含量减少 4 9 0 5 % ,饲喂高粱饲粮的试猪粪磷减少5 2 88% ,饲喂稻谷饲粮的试猪粪磷减少 5 8 82 % ;③试验中 5 0 0FTU/kg日粮的植酸酶浓度可使小麦中 5 5 5 5 %、高梁中 5 6 0 0 %、以及稻谷中 6 1 85 %的不可消化磷转变成可消化磷。

番茄中植酸酶的诱导变化

测定了番茄果实不同生长阶段中植酸酶同磷酸根的关系,进行了酸性植酸酶的抗原 抗体反应,研究表明番茄果实中存在着植酸酶,植酸酶的活性同磷酸根的浓度成反比,当磷酸根的浓度大于0.26mmol/L时,植酸酶被完全抑制.通过使用适当的叶肥诱导剂,可以解除磷酸根对植酸酶的抑制作用,使植酸酶在番茄果实中得到表达.

植物植酸酶在畜牧生产中的研究现状

本文叙述了植物性植酸酶的来源、特征、活性、对植酸磷的分解作用、影响植物性植酸酶活性大小的因素、植物性植酸酶与其他养分之间的关系、从麸皮中提取植酸酶的研究现状等，最后对植物性植酸酶在畜牧业中的应用进行了展望。

转phyA基因棉花纯合株系筛选及其对土壤有机磷的利用能力

为了获得转植酸酶基因(phyA)棉花高代纯合株系并验证其利用土壤中有机态磷的能力,对实验室获得的转phyA基因T4代材料进行了PCR筛选,在水培条件下研究了纯合株系植株根际分泌的植酸酶活性,并在田间进行了植株磷含量和棉花产量性状分析。结果表明,在PCR筛选的4个株系中,有2个株系为纯合株系,其后代均为PCR阳性植株。在以植酸盐为唯一磷源条件下,高表达phyA的转基因株系的植酸酶活性较野生型增加了1.5倍,不同生育时期转基因株系植株叶片磷含量中L6株系增加最多,苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期分别增加了4.5%,5.95%,5.45%和8.73%。