飼用酶制劑在反芻動物營養中的應用進展

王紅梅,屠焰,張乃鋒,司丙文,馬濤,薩茹拉,那亞,刁其玉*

(1.中國農業科學院飼料研究所，農業部飼料生物技術重點開放實驗室，北京 100081；2.中國農業科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010010；3.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010011)

飼用酶制劑在反芻動物營養中的應用進展

王紅梅1,屠焰1,張乃鋒1,司丙文1,馬濤1,薩茹拉2,那亞3,刁其玉1*

(1.中國農業科學院飼料研究所，農業部飼料生物技術重點開放實驗室，北京 100081；2.中國農業科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010010；3.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010011)

一般情況下，在瘤胃中粗飼料細胞壁組分的消化利用率較低，由于其復雜緊密的結構限制了動物對粗飼料的利用。因此，在反芻動物生產中提高粗飼料利用率的應用研究是非常必要的，不僅改善飼料利用率、提高動物生產性能，還為飼料資源的開發與利用乃至為畜牧業發展提供有效途徑。而飼用酶制劑以其綠色、環保、安全等特點成為了該研究領域的熱點。通常采用體外和半體內法評定酶制劑處理對粗飼料體外發酵和瘤胃降解特性的影響，并采用體內法評價酶制劑在反芻動物營養中的應用效果。研究表明，外源酶制劑的應用能夠有效提高飼料消化率、奶牛產量、肉牛增重和肉羊增重，但其效果不一致，其效果受很多因素的影響，包括酶種類、酶活性、飼糧組成、添加水平、添加方式、動物種類及生長性能等。另外，由于人們對所用酶產品的生化特性掌握不足，導致了對其作用機理、優化條件及影響其作用效果因子的了解不夠充分。如酶活性作為酶制劑最主要的生化特性，在使用前往往被忽略檢測，并且目前國內外對酶活性的檢測及質量評定還沒有統一的標準。然而研究結果間直接進行比較也是不科學不合理的。本研究主要從飼用酶制劑的發展歷程，反芻動物營養中纖維降解酶的作用機理、應用效果和影響其作用效果的因素以及存在問題等方面進行了綜述，旨在為飼用酶制劑在反芻動物營養中的應用提供系統的科學知識。

纖維降解酶；作用機理；纖維消化；反芻動物；應用

飼用酶制劑以其綠色、環保、安全等特點成為飼料添加劑領域的研究熱點，飼用酶制劑的研發和應用是生物技術在動物營養和飼料工業中應用最為成功的例子[1]。飼用酶制劑的應用對于改善飼料利用率、提高動物生產性能、開發新的飼料資源、減少環境污染發揮了巨大作用，在實現我國畜牧業的可持續發展戰略中有著極為廣闊的應用前景。

近年來，很多研究表明通過反芻動物飼糧中添加外源酶制劑可提高肉牛[2-3]、肉羊增重[4-5]和奶牛產奶量[6-7]，這些動物生產性能的提高主要歸因于飼料消化率的提高[3,8]。不論在體外[9-10]、半體內[11-12]，還是在體內[13-14]，纖維降解酶處理均能夠提高飼料的干物質采食量和纖維降解率。然而，也有研究認為，添加外源酶對動物采食量和生產性能并沒有影響[15-16]。目前，國內外飼用酶制劑產品很多，但其效果不一致，而且對酶制劑產品的生化特性及質量還尚未形成統一的評定標準。這反映出人們對所用酶制劑產品的生化特性了解不足，從而導致了對其作用機理、優化條件及影響其作用效果因子的了解不夠深入。因此，本研究主要從飼用酶制劑的發展歷程，反芻動物營養中纖維降解酶的作用機理與應用效果及影響其作用效果的因素等方面進行綜述，旨在為飼用酶制劑在反芻動物營養中的應用提供系統的科學知識。

1 飼用酶制劑的發展歷程

酶制劑作為動物飼料添加劑應用比較晚，直到1975年，美國將酶制劑首次應用于配合飼料中，并取得顯著效果[17]，從此才出現了商品飼用酶制劑，并日益受到世界養殖業的重視。20世紀90年代初，我國開始飼用酶制劑的研究與應用，產品不斷增加，質量不斷提高，在短短十幾年的時間里，就有了上百種酶制劑產品，并逐步應用到豬、禽、水產及反芻動物等各個養殖領域[18]，但我國飼用酶制劑的開發與應用較發達國家還有很大差距，作為世界上的養殖大國，我國市場發展潛力巨大。

過去，盡管通過育種和農藝學研究手段能夠明顯提高粗飼料細胞壁降解率，但粗飼料消化率仍然是限制反芻動物有效能攝入的主要原因之一，同時有過量的養分排泄于體外[19]。外源酶被認為是提高反芻動物粗飼料利用率和生產效率的有效方法，采用酶技術提高家畜飼料利用效率已不再是新技術手段。起初，此技術在豬和家禽飼料應用還是比較公認的，但在反芻動物飼糧中使用是有爭議的，因為普遍認為飼用酶制劑很有可能被瘤胃微生物蛋白酶水解或被小腸內蛋白酶失活[8]。然而后來很多研究證實，外源多糖降解酶在瘤胃中具有足夠的穩定性，并在十二指腸仍保持了其大部分活性[20]，同時大量生產研究也表明，外源酶的添加不僅不會破壞抑制內源酶，而且能幫助和促進動物的消化吸收，從而進一步肯定了飼用酶制劑在反芻動物生產中的應用。

2 反芻動物飼用酶制劑——纖維降解酶

粗飼料是反芻動物飼糧的基礎，即使在高精料飼糧中也要有一定量粗飼料來刺激瘤胃的健康發育與生理蠕動。反芻動物主要依賴于其瘤胃中大量的細菌、纖毛蟲、真菌等微生物消化粗纖維，需要微生物所分泌的酶來水解植物細胞壁。然而，在理想的飼喂條件下，植物細胞壁的消化道降解率仍低于65%，且粗飼料干物質中通常含有40%～70%的細胞壁成分[21]。因此，添加外源酶制劑，能夠補充動物內源酶，提高內源酶的活性，促進飼料營養物質消化吸收，進而提高動物對粗飼料的利用率，并可消除抗營養因子，還能減少腸道微生物的數量，減少疾病，有利于家畜健康。反芻動物飼用酶制劑產品是真菌(主要為木霉屬、黑曲霉屬和米曲霉屬)和細菌(主要為芽孢桿菌屬)的發酵產物[22]。其中，纖維素酶和木聚糖酶的使用最為廣泛[23]，能夠降解植物細胞壁，從而具備了水解粗飼料中纖維的能力。Beauchemin等[17]指出，外源纖維降解酶在反芻動物中應用始于20世紀60年代。早期飼用酶制劑產品性能較差，其效果不穩定，更沒有反芻動物的專用酶制劑。但不斷地研究證明，外源酶的應用不僅降低飼養成本，而且還產生積極效果，因此進一步定義了它在反芻動物中的可用性。最初是作為青貯飼料添加劑應用于反芻動物飼糧并對其作用效果進行評價[11]。有研究表明，在牧草或苜蓿(Medicagosativa)青貯原料中添加這些酶制劑能夠降低青貯飼料植物結構性碳水化合物的濃度[24-25]，進而改善肉羊體內干物質消化率，提高肉牛增重[26]和奶牛產奶量[27]。近年來，越來越多的研究者通過反芻動物飼糧中添加外源酶制劑取得了較好的飼喂效果[2-7,13-14]。

3 纖維降解酶在植物細胞壁降解中的作用機理

目前，反芻動物飼用酶制劑的研究重點主要是植物細胞壁降解酶。纖維素和半纖維素，是植物主要的結構性多糖[21]，將其轉化為可溶性糖的酶統稱為纖維素酶和半纖維素酶。很多商業纖維素復合酶產品中纖維素酶和半纖維素酶是并存的，而且它們各自在復合酶產品中所占比例及其活性直接影響細胞壁降解效果。一般纖維降解酶產品中除了纖維素酶和木聚糖酶，還包含一些消化酶作為副酶，如淀粉酶、蛋白酶、果膠酶。

纖維素水解是一個復雜的過程，由多種水解酶組成的纖維素酶完成，纖維素酶是指能降解纖維素的一類酶的總稱，屬于復雜復合酶系，其中主要包括內切纖維素酶(內切葡聚糖酶、內切β-1,4-葡聚糖酶、羧甲基纖維素酶)、外切纖維素酶(外切葡聚糖酶、外切β-1,4-葡聚糖酶)和β-葡萄糖苷酶(纖維二糖酶)等功能酶。還有分解纖維素的其他酶類，如木聚糖酶和果膠酶。在一般情況下，內切葡聚糖酶能在纖維素鏈內部任意斷裂β-1,4-糖苷鍵產生低分子纖維糊精；外切葡聚糖酶能從纖維素鏈的非還原端依次裂解β-1,4糖苷鍵釋放出纖維二糖分子，而β-葡萄糖苷酶能將纖維二糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。實際上在分解晶體纖維素時任何一種酶都不能單獨裂解晶體纖維素，只有這3種酶共同存在并協同作用下方能完成水解過程。

木聚糖是植物半纖維素的主要成分，約占植物細胞干重的15%～35%。將木聚糖聚合物轉化為可溶性糖的水解酶主要有木聚糖酶和β-1,4-木糖苷酶，木聚糖酶包括內切β-1,4-木聚糖酶(水解產物為小寡糖和木二糖等低聚木糖)和β-木糖苷酶(水解產物為木糖)。木聚糖的生物降解也需要一個復雜的酶系統，通過其中各種組分的相互協同作用來降解木聚糖。其他半纖維素酶主要為側鏈水解酶，包括β-甘露糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-葡糖苷酸酶、α-D-半乳糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶和阿魏酸酯酶[23]。

纖維降解酶的活性通常取決于轉化底物中還原糖的釋放率，其單位以酶促反應中單位時間內作用物的消耗量或產物的生成量表示。一般采用DNS(3,5-二硝基水楊酸)比色法測定還原糖的生成量，從而獲得酶的活力。測定纖維素酶活性最常用的底物為羧甲基纖維素，主要用來測定內切β-1,4-葡聚糖酶的活性。外切葡聚糖酶活測定是以結晶纖維素為底物，如微晶纖維素。而β-葡萄糖苷酶活性測定方法常以纖維二糖和對硝基苯-β-D-葡萄糖苷(pNPG)為反應底物[23]。木聚糖酶活性測定也同樣采用DNS法。

酶活的測定對環境條件，如溫度、pH、離子強度、底物濃度和類型的要求比較嚴格，因為這些因素都會影響酶的活性。一般情況下，商業酶制劑的最佳溫度為60 ℃和pH 4.0～5.0[28]，但這與反芻動物瘤胃實際條件(39 ℃，pH 6.0～6.7)[21]相差甚遠，因此商業理論酶活往往高于實際應用，能否在瘤胃及腸道仍然發揮其酶解功效，還需要大量的試驗驗證。由于生產條件和方法的差異，對不同廠家酶產品及其在反芻動物飼糧中的應用效果很難進行比較。

近年來，酯酶(阿魏酸酯酶、肉桂酸酯酶)作為消除飼料細胞壁中木質素交聯結構的側鏈酶被認為是解決和提高細胞壁最終降解率的新型酶源[29]，然而其相關研究還很少，有待進一步驗證。

4 纖維降解酶在反芻動物營養中應用效果

大多數研究結果表明，添加飼用酶制劑對動物生產性能起到改善作用，而針對不同畜種動物中的應用效果也有所差異。

4.1 奶牛

近年來，有關纖維降解酶處理飼糧對奶牛飼喂效果的研究報道很多[6-7,30-39]，其中大多是評價酶制劑對奶牛采食量、消化率和產奶量方面的影響，并且能夠產生積極有效的作用。總結以上近15個試驗30余個處理結果可知，酶制劑處理平均提高干物質采食量(DMI)(1.0±1.3) kg/d，干物質(DM)消化率(4.2±3.5)%，中性洗滌纖維(NDF)消化率(6.8±7.3)%和產奶量 (1.1±1.5) kg/d [提高(3.4±4.7) %]。由此可見，添加纖維降解酶對奶牛的飼喂效果會產生積極作用，但在不同試驗條件下其作用程度不完全相同。

很多研究表明，在高質量粗飼料[如苜蓿、玉米(Zeamays)青貯飼料等]基礎飼糧中添加纖維降解酶對奶牛生產性能和飼料營養物質消化率具有促進作用。Yang等[6]報道，在泌乳早期奶牛精料補充料中添加復合酶制劑(高活性木聚糖酶和低活性纖維素酶)顯著提高產奶量2.1 kg/d(提高5.9%)，并顯著提高DM和粗蛋白質(CP)消化率分別為4.2%和6.9%(P<0.05)，但將酶制劑添加到全混合日糧(TMR)中時沒有產生效果(表1)。Gado等[40]研究表明，與對照組相比，酶(ZADO?)處理組DMI、產奶量和乳蛋白質產量分別顯著提高13%、23%和27%(P<0.05)，NDF和ADF消化率也分別顯著提高40%和33%(P<0.05)(表1)。Arriola等[35]以高或低精料TMR為對照，分別添加復合酶制劑(3.4 mg/g TMR，DM基礎)，研究結果顯示，TMR中添加外源酶能夠提高DM、CP、NDF、ADF消化率和產奶量，且低精料飼糧加酶組飼料轉化率高于高精料飼糧對照組(表1)。

另有研究報道，在泌乳早期[41]或中期[42]奶牛飼糧中添加纖維降解酶會降低血漿β-羥基丁酸濃度，這表明減少了脂肪組織中的脂肪調動，從而提高奶牛能量水平。然而，Peter等[37]研究結果表明，無論是泌乳早期還是泌乳中期添加外源酶對奶牛血漿β-羥基丁酸的濃度都沒有影響。相比之下，也有研究證明，外源酶的應用能夠促進微生物蛋白質的合成，也就是說，提高瘤胃微生物菌群數量[16,43]。但也有一些研究表示，對瘤胃微生物區系沒有影響[34]。

4.2 肉牛

關于纖維降解酶在肉牛中的應用研究也很多，包括體外[44-45]、半體內[11,13,46]和體內研究[16,47-49]，但效果不一致。近年來，國內外學者在外源酶對肉牛的飼喂效果方面進行了大量的研究，主要分為兩個方面：一是在高纖維飼糧中添加纖維降解酶的研究[2,15,50-52]，其中，一些研究表明，飼糧中添加纖維降解酶能夠提高纖維消化率[50,52]，但是纖維消化率的改善能否提高肉牛生產性能還依賴于肉牛生理狀態和試驗條件；二是在高精料飼糧中添加纖維降解酶的研究[8,53]，其效果與其在高纖維飼糧中的相比，更為一致。如表2所示，在95%的大麥(Hordeumvulgare)基礎飼糧中添加不同水平的木聚糖酶可提高飼料轉化率6%～12%，這歸因于飼糧消化率的提高[54]。Balci等[44]也報道，高精料飼糧中添加纖維降解酶可顯著提高平均日增重(ADG) 28%和飼料轉化率22%(P<0.05)，并顯著提高DM和NDF消化率(P<0.05)。Salem等[3]報道，添加復合酶[40 g/(頭·d)]顯著提高肉牛ADG 16%(P<0.05)，顯著提高DM和NDF消化率(P<0.05)。而Mcallister等[2]和Zobell等[15]前后分別采用相同的酶制劑(木聚糖酶+β-葡聚糖酶)應用于高精料飼糧(分別為30%和17%粗飼料占TMR DM基礎)，前面研究結果顯示，添加3.5 L/t TMR DM水平的酶制劑顯著提高ADG 10%(P<0.05)，而后面研究表示，酶制劑處理對肉牛的飼喂效果沒有影響。另外，外源酶也能夠提高肉牛屠宰性能，如Eun等[48]報道，纖維降解酶處理組肉牛第12根肋骨脂肪厚度降低8.8%，而Vargas等[55]表示，添加酶制劑能夠顯著提高胴體重和肌肉嫩度(P<0.05)，然而其經濟效益還有待進一步研究。

表1 外源酶制劑對泌乳早期奶牛飼喂效果的影響

Con為對照組，Conc為精料補充料，TMR為全混合飼糧。Con: Control; Conc: Concentrate; TMR: Total mixed ration.

1)酶制劑：木聚糖酶+纖維素酶；添加水平為50 mg/kg TMR(干物質基礎)；TMR：玉米青貯24%，苜蓿草14%和精料補充料62%(干物質基礎)。Enzyme: xylanase and cellulase; Addition level: 50 mg/kg TMR on DM basis; TMR: 24% corn silage, 14% alfalfa hay, and 62% concentrate on DM basis.

2)酶制劑：纖維素酶+木聚糖酶+α-淀粉酶+蛋白酶；添加水平：40 g/(頭·d)；TMR：玉米青貯0.7和精料補充料0.3 (DM基礎)。Enzyme: cellulase, xylanase, α-amylase and protease; Addition level: 40 g/(head·d) TMR on DM basis; TMR: 0.7 corn silage and 0.3 concentrate on DM basis.3)酶制劑：纖維素酶+酯酶+木聚糖酶；添加水平：3.4 mg/g TMR (DM基礎)；對照A為低精料TMR，玉米青貯49%，苜蓿草13%，棉籽殼5%，精料補充料33%；對照B為高精料TMR：玉米青貯37%，苜蓿草10%，棉籽殼5%，精料補充料48% (DM基礎)。Enzyme: cellulase, esterase and xylanase; Addition level: 3.4 mg/g TMR on DM basis; Control A was the low-concentrate diet, which contain 49% corn silage, 13% alfalfa hay, 5% cottonseed hulls and 33% concentrate on DM basis; Control B was the high-concentrate diet, which contain 37% corn silage, 10% alfalfa hay, 5% cottonseed hulls and 48% concentrate on DM basis.

‘a，b’表示差異顯著(P<0.05)。‘a, b’ mean significant differences (P<0.05). 下同。The same below.

4.3 育肥羊

早在1987年，Baran等[56]以成年綿羊和斷奶羔羊為試驗動物，評價了酶制劑(果膠酶+纖維素酶)處理對瘤胃發酵參數的影響，結果顯示，與成年綿羊相比，酶制劑對羔羊的效果更為顯著，有效改善了瘤胃發酵功能，但對成年動物的作用效率低。并認為反芻動物瘤胃自身的微生態系統對酶制劑降解具有重要作用，一旦瘤胃發育完全，那么其自身就能夠抵抗生物技術等外來干擾。Mcallister等[2]分別在成年綿羊[(56±0.8) kg]的飼糧粗飼料成分(大麥青貯)和瘤胃中添加酶制劑進行飼喂試驗，結果發現，對采食量沒有影響，但瘤胃加酶組反而顯著降低DM和NDF消化率(P<0.05)，而大麥青貯加酶組的營養物質消化率與對照組沒有差異。然而，Giraldo等[57]研究纖維降解酶處理高纖維飼糧對成年綿羊[(60.0±4.4) kg]營養物質消化率和瘤胃發育的影響時發現，在飼料與酶的相互作用之前，外源酶制劑能夠直接提高瘤胃液纖維降解酶活性和其刺激作用增加纖維降解菌數量。通過在育肥羊中的應用實例證明，添加纖維降解酶能夠提高肉羊增重[4-5]，但也有研究認為，沒有影響[58]。另外，還有研究認為外源酶能夠改善羔羊飼糧(90%苜蓿草+10%玉米，DM基礎)纖維降解率，但將玉米的比例提高至25%時效果不佳，這表明在高纖維飼糧中添加酶制劑對羔羊的飼喂效果更為明顯[59]。同樣，李曉東等[60]研究認為，肉羊飼糧能量水平對酶制劑效果的影響大于蛋白水平，低能量水平下添加酶制劑能夠顯著提高粗脂肪消化率和鈣的吸收率(P<0.05)，但不能提高粗纖維的消化率和磷的吸收率。

表2 高精料飼糧中添加酶制劑對育肥牛的影響

1)TMR(DM基礎)由95%大麥和5%大麥青貯組成；添加酶：木聚糖酶B；設2個添加水平：1和2 L/t TMR(DM基礎)。TMR was composed of 95% barley and 5% barley silage; Enzyme: xylanase B; Addition levels: 1, 2 L/t TMR on DM basis.

2)TMR由精料補充料和小麥秸稈組成；添加酶：纖維素酶+木聚糖酶；添加量為7.5 g/(頭·d)。TMR was composed of concentrate and wheat straw; Enzyme: cellulase and xylanase; Addition level: 7.5 g/(head·d).

3)TMR由85.3%精料補充料，14.7%水稻草組成，酶制劑為內切葡聚糖酶，木聚糖酶，α-淀粉酶和蛋白酶的粉狀混合物；添加量為40 g/(頭·d)。TMR was composed of 85.3% concentrate and 14.7% rice grass; Enzyme: endoglucanase, xylanase, α-amylase and protease; Addition levels: 40 g/(head·d).

‘c，d’表示P<0.10。 ‘c, d’ meanP<0.10.

一些研究表明，同一種酶在不同試驗條件下產生的飼喂效果也有所差異。如Pinos等[61-62]前后使用同樣的復合酶制劑(Fibrozyme，Alltech Inc.，Nicholasville，KY)進行了兩次肉羊飼喂試驗，首先是以苜蓿或黑麥草(Loliumperenne)為粗飼料的飼糧為2個對照，加或不加酶設計4個處理組，酶添加量為5 g/(只·d)，通過17 d的飼喂試驗結果證實，酶處理能夠顯著提高DM、有機物(OM)和CP采食量、N沉積量和總揮發性脂肪酸含量(3和6 h)(P<0.05)，苜蓿加酶處理組能夠提高CP和半纖維素消化率(P<0.05)和NDF消化率(P<0.10)，并表明外源酶可能會改變不同營養水平粗飼料的瘤胃發酵、采食量和消化率。其次是設計3種(4∶6；5∶5；6∶4)精粗比飼糧和2種(0、2 g/kg TMR DM)添加水平共6個處理組，并評價了酶制劑對飼糧的消化率和瘤胃發酵的影響，研究結果表明，外源纖維降解酶能夠提高DM和NDF的瘤胃降解速率，但對羔羊生長性能和瘤胃發酵沒有影響。還有Cruywagen等[63-64]分別針對真菌(菌株ABO 374)酶產品的不同添加水平和不同添加方式進行了羔羊飼喂試驗(表3)，結果表明，酶的不同添加水平對DMI沒有影響，但能夠顯著提高羔羊增重和飼料轉化率；類似地，酶的不同添加方式對羔羊DMI沒有影響，但液態酶的效果優于粉狀酶，且液態酶在高纖維飼糧中效果更佳，而粉狀酶在低纖維飼糧中效果不明顯，并認為羔羊增重可能是由于瘤胃水解功能的改善從而促進瘤胃內纖維的消化率所致，這也是人們普遍認為的酶制劑作用方式。

飼用酶在育肥山羊和孕期、泌乳期羊飼糧中應用并不常見，然而Titi[65]針對葵花籽粕代替育肥山羊蛋白飼料豆粕進行了營養水平評價，試驗設計3個處理組豆粕組，葵花籽粕組和葵花籽粕+酶組，試驗期為12周，結果表明，酶處理組顯著提高山羊增重、采食量和飼料轉化率(P<0.05)，其ADG比豆粕組、葵花籽粕分別提高42%和56%。次年，Titi等[66]使用同樣的纖維素酶處理孕期和泌乳期綿羊和山羊飼糧，并評價了對母羊和羔羊生產性能的影響(表4)，結果表明，纖維素酶處理能夠顯著提高產奶量10%～12%(P<0.05)，山羊的產奶量顯著高于綿羊(P<0.05)，而綿羊奶中脂肪和蛋白質含量顯著高于山羊(P<0.05)；從羔羊初生體重和斷奶體重來看，酶制劑處理顯著提高小綿羊的斷奶體重(P<0.05)，但對小山羊的斷奶體重和不同種、不同性別及不同胎數羔羊的初生體重沒有影響(P>0.05)。

表3 同一種酶在不同試驗條件下對羔羊生長性能的影響

1)真菌(菌株ABO 374)酶: TMR由39.2%小麥秸稈, 27.6%苜蓿草, 19.7%玉米粉, 6.5%棉籽餅粕和5.7%糖蜜組成; 添加水平為1, 5, 10 mL/kg 小麥秸稈。Fungal enzyme (strain ABO 374): TMR was composed of 39.2% wheat straw, 27.6% lucerne hay, 19.7% maize meal, 6.5% cottonseed oil cake and 5.7% molasses; Addition levels: 1, 5, 10 mL/kg wheat straw on an air basis.

2)高纖維飼糧由46%小麥秸稈, 27.3%燕麥草, 18.4%苜蓿草, 3.2%玉米粉, 2%豆粕和2%糖蜜組成; 低纖維飼糧由30%小麥秸稈, 18%燕麥草, 12%苜蓿草, 23.9%玉米粉, 10%豆粕和5%糖蜜組成; 酶添加量為7.5 mL/kg TMR(風干基礎)。High forage diet was composed of 46% wheat straw, 27.3% oat hay, 18.4% lucerne hay, 3.2% maize meal, 2% cottonseed meal and 2% molasses; Low forage diet was composed of 30% wheat straw, 18% oat hay, 12% lucerne hay, 23.9% maize meal, 10% cottonseed meal and 5% molasses; Addition level: 7.5 mL/kg TMR on an air basis.

表4 添加纖維素酶飼糧對綿羊和山羊的采食量、產奶量和奶成分及其產羔初生重和斷奶時體重的影響[66]

飼喂期為孕期后兩個月至產后泌乳期60 d；精料補充料投料量為1.35 kg/(只·d)，苜蓿草自由采食；纖維素酶添加量為150 g/t 苜蓿草，與精料補充料混合使用。精料由大麥，豆粕和麥麩組成；羔羊60 d斷奶。Treatment started from the beginning of the third month of pregnancy through the first 60 days of lactation; Animals were fed a concentrate mixture at a level of 1.35 kg/(head·day) dry matter and alfalfa hay ad lib; A cellulase enzyme was offered at the level of 150 g enzyme/t of alfalfa hay consumed, and added to the concentrate mixture, which was composed of barley, soybean meal and wheat bran; The weaning date at 60 days old for lambs and kids.n為樣本量。n is sample size.

‘a，b’表示同行同種動物不同處理間差異(P<0.05)，‘x，y’表示同行不同種動物同處理間差異(P<0.05)。 Means with different letters (a, b) in the same line within the same species were different (P<0.05). Means with different letters (x, y) in the same line within the same treatment were different (P<0.05).

綜上所述，顯然外源酶在反芻動物營養中的應用是有效的，如對DM采食量，飼料營養物質消化率，產奶量，增重，屠宰性能及瘤胃發酵特性會起到提高或改善作用。一般認為，外源纖維降解酶是通過降解飼料中的纖維結構，提高飼料纖維消化率和飼料轉化率，進而提高動物生產性能。還有認為，酶制劑是通過提高飼料降解率進而可能會促進瘤胃內的水解活性，并能降低腸道內容物飽和度，從而提高動物采食量和生產性能[40]。也有認為，外源酶會通過促進瘤胃內纖維降解菌的繁殖，增加瘤胃內微生物數量[67-68]，從而產生更多的酶來提高飼料中纖維的降解[12,57]和瘤胃微生物蛋白合成[32,43]。也有認為，在反芻動物飼糧中添加外源酶會促進碳源轉化為揮發性脂肪酸和微生物蛋白合成的流程，但有必要探明微生物蛋白合成的適宜條件[16]。但還有一些研究表明，添加外源酶對反芻動物的飼喂效果沒有改善或不明顯，這反映出外源酶在反芻動物營養中的應用效果不穩定且不一致。其主要原因歸為以下幾個方面：1)酶制劑作為活性物質，對環境要求嚴格，容易失活，使用前應檢測其活性；2)對作用條件的控制不夠嚴格，如環境、動物、劑量、添加方式等諸多影響因素；3)由于人們對酶制劑產品本身特有的生化特性掌握不足，導致對其作用機理和作用條件優化方面的了解不夠全面；4)目前市場上相關酶制劑產品種類甚多，但真正適用于反芻動物實際生產中的優質酶制劑數量還很少，而且沒有統一的質量評定標準，因此無法進行系統地評價；5)由于其作用效果受很多因素的影響，在不同作用條件下，對其效果進行直接對比是不合理、不科學的。由此可見，通過實際生產中廣泛的驗證和評價，明確酶制劑產品的最佳作用條件，并研發出適應性廣，效果穩定性強的酶制劑產品至關重要，也是今后酶技術發展的必然趨勢。

5 影響外源酶制劑作用效果的重要因素

外源酶對肉牛、奶牛、育肥羊及泌乳羊的生產性能會產生有效的作用，但其效果不穩定，這反映出人們對外源酶與瘤胃微生物、內源酶間相互復雜的協同作用和瘤胃降解纖維優化條件的了解還不夠深入，而不應該誤認為飼用酶制劑的應用技術不適用于反芻動物生產。影響外源酶制劑作用效果的因素很多，其中主要因素包括活性酶(包括種類及其活性)、專一性、添加水平、添加方式、動物種類及生長性能等。

5.1 活性酶

越來越多的研究結果證明，植物細胞壁降解酶能夠促進瘤胃纖維消化[11,32,57,69]，效果取決于其活性酶[70]，但所使用酶制劑大多為復合酶，富含多種活性酶，導致關鍵活性酶難以被鑒定。關鍵活性酶的鑒定為設計反芻動物更有效的飼用酶產品提供理論基礎。

Colombatto等[71]利用23種商業酶制劑評價了活性酶對飼草DM體外降解的影響。這些酶產品由17種活性酶的不同配比組成的復合酶，作用溫度和pH值接近于瘤胃實際條件(pH 6.0和39 ℃)，添加水平也類似于活體用量(1.5 μL/g DM)，分為對照或酶處理組進行體外發酵，通過逐步回歸進行分析。其中，5種酶制劑產品能夠顯著提高苜蓿草18 h DM降解(P<0.05)，9種酶制劑產品顯著提高玉米青貯飼料降解(P<0.05)。木聚糖酶與飼料降解呈顯著正相關(P<0.05)，與苜蓿降解的相關性較強，而其他活性酶與飼料降解之間沒有顯著相關性(P>0.05)。

Eun等[72]通過兩次體外發酵試驗確定能夠降解苜蓿草和玉米青貯飼料的有效酶制劑產品及其適宜添加比例。試驗一：使用了5種商業酶制劑主要由內切葡聚糖酶、木聚糖酶和外切葡聚糖酶組成，主要區別在于內切葡聚糖酶和木聚糖酶的比例不同，共設計3個添加比例(0.7、1.4、2.1 mg/g DM飼草)。結果表明，2種組合酶制劑能夠明顯提高苜蓿草和玉米青貯飼料24 h產氣量和降解率。適宜添加比例為1.4 mg/g，將苜蓿草和玉米青貯飼料的NDF降解率分別提高至20.6%和60.3%。雖然酶制劑產品與兩種飼草的NDF降解率均呈正相關，但木聚糖酶與NDF降解率之間沒有顯著相關性。為了進一步確定木聚糖酶的作用效果，試驗二：對試驗一中產生的2種有效酶產品再次進行了評價，設計4個處理組，分別為2種酶單獨添加組和各添加高活性木聚糖酶組。同樣，2種酶產品能夠提高產氣量和降解率，但與高活性木聚糖酶混合組沒有產生更有效作用。外源酶能夠有效提高飼草利用率，但其添加比例和活性酶組成是關鍵。

在動物體內試驗中也獲得了以上類似的結論。如Kung等[31]以苜蓿干草和玉米青貯(1∶9)為粗飼料(占50% TMR DM)，進行了兩期奶牛飼喂試驗，分別設計1個對照和2個加酶組，4種酶制劑由類似的纖維素酶和木聚糖酶組成，不同在于第一期試驗使用了相同比例不同活性的酶，第二期試驗中使用了不同比例類似活性的酶，在兩期試驗結果中，分別只有一種酶制劑提高產奶量。表明，飼喂前直接噴灑一定劑量和適宜比例組成的活性酶會提高產奶量，但活性酶的組成及添加水平至關重要。

以上研究結果足以表明，對于反芻動物粗飼料而言，活性酶組成中纖維素酶和木聚糖酶是必不可少的，而且應具備適宜的比例，且只根據外源酶的生化特性很難預測它們在瘤胃中降解植物細胞壁的潛能。酶制劑能否在反芻動物胃腸消化道仍然發揮其功效，還需要進一步驗證。

5.2 酶專一性

酶專一性指的是酶-底物特異性或酶-飼料特異性，是影響酶活性的決定因素之一[19]。酶專一性也可被解釋為“鑰匙理論”，即活性酶作用位點要與底物結構相互吻合才能產生催化作用[69]。Colombatto等[73]分別添加25種商業酶制劑對苜蓿干草和青貯飼料底物體外降解的影響研究表明，苜蓿干草和青貯飼料18 h DM降解率居于前3位的酶產品依次分別為RT1201(23)、RT1184(12)、Promote N.E.T.(17)和Promote Dairy(未檢測)、RT1183(10)、RT1187(14)，每個酶產品名稱后面括弧內數字代表此酶在另一種底物DM降解率的排列次序，這表明同一種酶產品對不同底物的降解效率也有所不同，反之亦然。再從DM、纖維降解速率和程度可知，對苜蓿草而言酶產品的發揮有效作用可能在于預處理階段，而對青貯飼料，酶的有效作用始于添加瘤胃液之后。這表明，酶的作用方式與發酵底物有關，也就是說酶-飼料特異性。同樣，Díaz等[74]以6個熱帶牧草樣品(4個禾本科和2個豆科)為發酵底物，評價了3種酶制劑(纖維素酶、木聚糖酶及它們的1∶1混合酶)對牧草體外NDF降解和瘤胃發酵功能的影響，纖維素酶能夠顯著降低禾本科牧草NDF含量(P<0.05)，混合酶顯著降低2種禾本科牧草NDF含量(P<0.05)，而木聚糖酶沒有影響(P>0.05)。另外，纖維素酶能夠促進體外瘤胃發酵，但木聚糖酶不產生任何有效作用。

目前，還有研究認為，在反芻動物生產中，飼糧營養水平(蛋白水平和能量水平)也會對外源酶的作用效果產生一定的影響[75]。Cruywagen等[64]用相同液態纖維降解酶處理的兩種飼糧飼喂羔羊，在高、低粗飼料飼糧飼喂條件下，肉羊增重和飼料轉化率分別提高33%、23%和30%、19%，表明纖維降解酶在高粗飼料飼糧條件下更為有效。Arriola等[35]在奶牛高(48%)、低(33%)精料飼糧中添加復合酶(纖維素酶、木聚糖酶和酯酶的混合物)飼喂63 d，酶處理能夠提高奶牛營養物質消化率和產乳效率，在高精料飼糧水平下，提高NDF消化率8%和產奶量6.5%，分別高于低精料飼糧水平(NDF消化率6%和產奶量2%)。但低精料酶處理組產奶量類似于高精料對照組，從生產的經濟效益考慮，酶制劑應用于低精料飼糧更能降低成本。

酶-飼料特異性是目前制約反芻動物新型飼用酶生產的主要因素之一，因為大多數的反芻動物飼糧都由各種各樣的粗飼料和精料組成。因此，通過多種酶源組合使用來達到最佳效果。但這種做法的缺點是適用于多數飼料，不能夠適合于全部飼料。因此，研發適用于各種類型飼料的酶產品是很必要的，雖然這對反芻動物飼用酶產業的發展帶來了很大的挑戰，但這也是未來發展的必要趨勢。

5.3 添加水平

一般酶制劑的添加水平影響其功效，而且很多體外法[71-73]和體內法[48,50,58]研究表明，外源酶的添加水平與其作用效果呈非線性關系，然而Holtshausen等[41]和He等[49]研究報道，外源酶的添加水平與其作用效果呈線性關系，這可能是因為他們只設計了兩種添加水平，而且劑量相差不大均為有效添加水平。添加量的不足往往引起效果不明顯，但添加量的過剩反而產生負效應，這可能是由于過多的酶制劑反而增加食糜濃度[76]，也有可能是過量的酶制劑阻止酶與底物的結合，從而降低了底物降解[77]，但其具體原因還尚未明確。Togtokhbayar等[78]提出了不同添加水平(0、0.5、1.0、1.5、2.0 μL/g 底物)木聚糖酶處理對小麥(Triticumaestivum)秸稈體外產氣和半體內降解的影響。其中，中間添加量(1.0、1.5 μL/g)能夠顯著提高總產氣量、瘤胃發酵功能和降解率(P<0.05)。在實際生產研究中也出現了類似的結果，如Cruywagen等[63]對羔羊飼糧進行梯度(0、1、5、10 mL/kg小麥秸稈)酶制劑添加處理結果表明，中間添加水平(5 mL/kg)增重和飼料轉化率(7.13 kg，16%)顯著高于對照組(5.41 kg，12%)和低添加水平(5.50 kg，13%)(P<0.05)，且比高添加組(6.75 kg，15%)在數量上占絕對優勢(P<0.10)。

由于酶制劑的高成本，選擇適宜的添加水平是非常必要的。添加量的不足或過量都會降低粗飼料利用率和動物生產性能。一般情況下，在實際生產中酶制劑最佳劑量篩選步驟如下[69]：1)以已知或廠家推薦量為基礎(1倍)，評價不同劑量(0、0.5、1.0、2.0、3.0倍)對NDF消化率的影響；2)應設計多個對照組進行效率評價，如果出現非線性效果時要采用平均分離法篩選最佳劑量；3)選擇作用效果較好的最低劑量，并且其效果要顯著高于低劑量效果(P<0.05)，也不能顯著低于高劑量(P<0.05)；4)確保所篩選劑量的經濟效益。

5.4 添加方式

目前，酶制劑的添加方式有很多種，如添加對象為TMR[3,6,40]、干草[31-32,63]、精料補充料[6,44,79]、青貯飼料[41,50,80]、補飼料[34]、預混料[34]、瘤胃灌注[38,51]等；添加時間為體外發酵前后[74,81]、活體飼喂前后[51]；添加形態為液態與固態酶[64]；飼草水分處理為鮮草、萎蔫、飼喂前或干草[11,13]；作用時間[82]等，但其作用效果不盡一致。在大多情況下，無論是液態酶還是固體粉狀酶都經過清水稀釋一定倍數后使用，以便充分混勻。酶與飼料間的密切性能夠促進酶對植物纖維的攻擊和酶與飼料的結合，從而提高酶在瘤胃中被蛋白水解的抗性[19]。

通常認為，外源酶對高水分飼料(如青貯飼料)的作用更為有效，因為水有助于酶的傳播，同時它也是纖維聚合物水解為可溶性糖時必不可少的基質。另外，青貯飼料pH值通常很接近大多數真菌酶的最適宜pH條件。如Krueger等[13]通過分別在狗牙根(Cynodondactylon)鮮草(刈割0 h后)、萎蔫草(刈割后72 h打捆前)、干草(飼喂前0 h)時進行酶處理研究表明，酶制劑處理能夠提高肉牛飼糧DM、NDF、CP消化率，其中，鮮草處理組效果最佳，其次是萎蔫草。但也有研究表明，在相同酶處理條件下，苜蓿干草的體外營養物質降解率顯著提高(P<0.01)，而苜蓿青貯和大麥青貯沒有顯著差異[41]。這也有可能是由于青貯飼料中的抑菌化合物引起的降低酶功效所致，發酵飼料中β-1,4-木聚糖酶的活性降低50%，但對纖維素酶沒有影響[68]。酶制劑溶液在干草中的應用效果好于青貯牧草。Feng等[11]認為，將酶制劑溶液直接噴灑于干草表面能夠提高DM和纖維降解率，而對鮮草或萎蔫草沒有影響，并表示酶處理干草表面更適合于瘤胃微生物的定植。

Thakur等[83]在體外試驗中發現，發酵前24 h酶制劑處理能夠有效提高飼糧DM、NDF體外降解率，其中精料加酶組效果最佳，其次是TMR加酶組和粗飼料加酶組。同樣，Díaz等[74]也報道，發酵前24 h酶制劑預處理能夠提高體外產氣率。在體外發酵是個封閉系統,其中不存在過瘤胃現象，因此通過體外法預測酶降解效果可能不能準確放映酶的不同添加方式對動物活體所產生的影響。

從活體研究可知，Bowman等[34]在奶牛飼糧的不同成分(精料45%、補飼料4%、預混料0.2%占TMR)中添加木聚糖酶和纖維素酶復合酶進行飼喂研究，與對照相比，精料加酶組OM、NDF和ADF消化率顯著提高(P<0.05)，而其他兩加酶組只有數量上的提高(P<0.10)。這可能是由于在飼糧相對大范圍內添加酶制劑能夠提高飼料在瘤胃內停留時間，而在飼糧小范圍內添加酶制劑加快了過瘤胃速度，以致減弱了酶制劑在瘤胃中的作用效果[8]。Sutton等[38]在泌乳早期奶牛TMR、精料和瘤胃中添加或灌注酶制劑研究表明，酶處理對瘤胃降解沒有影響，但提高腸道DM、OM、淀粉消化率，但對NDF消化率沒有影響。表明通過纖維水解程度的變化，可判斷出酶制劑在瘤胃內的保留時間降低的趨勢，這至少在一定程度上解釋酶處理所產生的效果。

5.5 動物生產性能

動物生產性能包含了兩層意義：不同種動物生產性能和同種動物不同生長階段的生產性能。一般來講，在反芻動物實際生產中，當飼糧纖維消化被限制或能量成為首要限制營養因素時飼用酶制劑的應用能夠產生有效作用[19]。在高產奶牛和肉牛生產中，需要高水平可利用能量來滿足產奶和產肉需要。一般高產奶牛的采食量要比維持量高出4倍。在這種飼喂條件下，使瘤胃pH值降低，且加快了飼料過瘤胃時間，從而降低了飼料纖維成分的消化降解。因此，飼料實際消化率往往低于可消化率，而外源酶的添加能夠有效補充此差值。Yang等[6]研究同一種酶對奶牛和肉羊飼喂效果時也得出類似的結論，肉羊對照組飼糧DM和ADF消化率分別為77.1%和49.8%，而相對高采食量的奶牛對照組飼糧DM和ADF消化率分別為63.9%和31.8%，添加酶制劑能夠提高奶牛營養消化率，但對肉羊沒有影響。這表明當飼糧實際消化率沒有達到可消化率時添加酶制劑會提高消化率，即填補了相應缺少的消化能。同樣，酶制劑(ZADO)在奶牛[40]、肉牛[3]和肉羊[5]生產中的應用表明，肉羊飼糧DM消化率(73%)明顯高于奶牛(66%)和肉牛(61%)，ZADO能夠分別顯著提高奶牛產奶量22.7%和ADF消化率32.7%，肉牛增重16%和ADF消化率32.2%，肉羊增重10%和ADF消化率16.5%(P<0.05)。同時表明，肉羊的消化能力高于奶牛和肉牛。從目前研究結果來看，飼用酶制劑在奶牛中的應用較肉牛和肉羊更為普遍且其效果也相對穩定，這不僅與酶制劑本身生化特性有關，也與不同種動物生理特性緊密相關。

現有酶技術在反芻動物飼喂維持水平下的應用是不太受益，相反，在高生產力水平下使用會具有較高的效益。如Zheng等[84]研究發現，添加酶制劑能夠提高奶牛產奶量和改善乳成分，從添加時間來看，產后添加比產前4周添加更為有效，每天能夠多產2.6 kg牛奶。Peters等[85]研究泌乳早期和中期奶牛酶飼喂效果認為，添加酶對泌乳早期和中期沒有顯著影響，但對泌乳中期奶牛產奶量有數值的提高。同樣，也有研究表明，外源酶對泌乳早期奶牛作用效果高于泌乳后期[86]。

綜上所述，在反芻動物消化系統中，飼用酶制劑的作用過程非常復雜，并且其作用效果受很多因素的影響。通常情況下，對于反芻動物營養中飼用酶制劑的應用來說：1)是針對粗飼料而言，其活性成分中纖維素酶和木聚糖酶是必不可少的，至于其添加劑量和其他酶成分需考慮酶制劑本身酶活性和其作用底物(粗飼料)的組成；2)在青貯飼料中應用效果要好于干草，因為水有助于酶的傳播，同時它也是纖維聚合物水解為可溶性糖時必不可少的基質；3)將酶制劑溶液直接噴灑于干草表面的應用效果要好于鮮草或萎蔫草，因為干草表面更適合于瘤胃微生物的定植；4)與精料、補飼料和預混料相比，添加于TMR或粗飼料中的作用效果會更好，這可能是由于酶制劑和作用底物的結合面積得到提高，并延長了飼料過瘤胃時間，進而提高了酶制劑在瘤胃中的作用效果；5)在奶牛和肉牛中的應用效果要好于肉羊，因為肉羊飼料消化率高于奶牛和肉牛，也就是說，在肉羊消化系統中飼料潛在可消化率要低于奶牛和肉牛，通過添加外源酶可降解飼料中潛在的可消化部分，進而提高飼料消化率，填補了相應缺少的消化能；6)在高生產力水平下的應用效果要好于維持水平。

6 存在的問題與未來展望

雖然酶技術在反芻動物生產中的應用已取得了一定進展，但在目前飼用酶制劑的推廣應用中仍存在很多問題：

1)穩定性差：酶制劑作為活性物質，對環境條件(溫度、濕度及pH值)敏感，容易失活，且其最佳作用條件往往與實際應用條件相差甚遠，導致其效果不穩定，可預測性差；

2)成本高：從生產經濟效益考慮，酶的高成本抵消了其在生產上的功效。由于酶制劑產品的高成本(相對于離子載體、抗生素和灌注)，限制了酶制劑在肉牛生產中的應用；

3)作用機制尚未明確：動物采食前后，外源酶對飼料的作用方式不夠了解，如外源酶與瘤胃微生物及內源酶之間的協同作用，酶的最佳添加水平、時間及方式等。關于這些國內外研究很多，但根據酶產品、作用動物種類及生長階段的不同所得出結論也不一致，具體原因不明確；

4)酶活標準與檢測方法沒有統一：目前國內外對于酶質量及其活性檢測方法沒有統一的標準規范。因此，對現有的商業酶產品很難準確判斷其優劣等級。

5)缺乏針對性：酶與飼料的特異性；不同種動物間其胃腸消化道生理特性及飼糧成分均存在很大差異。目前市場上的酶產品種類很多，但針對不同生產條件(不同動物、不同生產階段)卻沒有明確的專用酶產品。

隨著畜牧業的快速發展，未來飼用酶產業發展前景越來越廣，但同時也帶來了巨大的挑戰性。新型酶制劑產品應朝著高效，低成本，無害的方向發展。其中，高效包含了高活性、高穩定性和高針對性，但前提是必須明確其在體內作用機制，才能使其發揮最大化效果。通過利用基因組學技術可選育高活性菌株，既能克服普通菌株產酶量低的問題，也能提高產酶活性，同時也大大降低了生產成本。也就是說，結合微生物學、生態學和基因組學等方面的研究，達到可預測酶產品在動物生產中應用效果的目的。

7 小結

隨著人們對畜牧業生產中激素和抗生素應用問題的關注，飼用酶制劑作為綠色、有效飼料添加劑，毫無疑問，在未來發展中酶技術將發揮越來越重要的作用。雖然，飼用酶制劑在反芻動物生產中的應用是可取有效的，但成本高、效果不穩定，受很多條件因素的影響。因此，研發低成本、適用于各種反芻動物生產系統的高效新型酶制劑產品是非常必要的，這將會是保證飼料酶技術在養殖生產中有效利用的最佳途徑。

References：

[1] Yang Y M. Studied on Feeding Responses to Exogenous Fibre Enzymes and the Modes of Action in Sheep[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2002. 楊永明. 外源纖維復合酶在綿羊飼養中的作用效果及其作用機制的研究[D]. 呼和浩特: 內蒙古農業大學, 2002.

[2] Mcallister T A, Oosting S J, Popp J D,etal. Effect of exogenous enzymes on digestibility of barley silage and growth performance of feedlot cattle. Canadian Journal of Animal Science, 1999, 79(3): 353-360.

[3] Salem A Z M, Gado H M, Colombatto D,etal. Effects of exogenous enzymes on nutrient digestibility, ruminal fermentation and growth performance in beef steers. Livestock Science, 2013, 154(1): 69-73.

[4] Tirado-Estrada G, Mendoza-Martinez G D, Pinos-Rodríguez J M,etal. Effects of two fibrolytic enzyme mixtures on growth performance, digestion and ruminal fermentation in lambs fed corn stover based diets. Journal of Applied Animal Research, 2011, 39(2): 158-160.

[5] Gado H M, Salem A Z M, Odongo N E,etal. Influence of exogenous enzymes ensiled with orange pulp on digestion and growth performance in lambs. Animal Feed Science and Technology, 2011, 165(1/2): 131-136.

[6] Yang W Z, Beauchemin K A, Rode L M. A comparison of methods of adding fibrolytic enzymes to lactating cow diets. Journal of Dairy Science, 2000, 83(11): 2512-2520.

[7] Zhou L F, Xu Z Y, Wu H Q,etal. Effect of different proportion of cellulases on milk yield and milk quality of dairy cows. Feed Industry, 2006, 27(17): 45-47. 周利芬, 許宗運, 吳賀群, 等. 不同添加比例的兩種纖維素酶對奶牛產奶量及乳品質的影響. 飼料工業, 2006, 27(17): 45-47.

[8] Beauchemin K A, Rode L M, Karren D. Use of feed enzymes in feedlot finishing diets. Canadian Journal of Animal Science, 1999, 79: 243-246.

[9] Gado H M, Metwally H M, Soliman H,etal. Enzymatic Treatments of Bagasse by Different Sources of Cellulase Enzymes[C]//The 11th Conference Animal Nutrition. Al-Aqsor-Aswan, Egypt, 2007, (10): 607. [10] El-Adawy M M, Salem A Z M, Borhami B E,etal. In Vitro Cecal Gas Production and Dry Matter Degradability of Some Browse Leaves in Presence of Enzymes from Anaerobic Bacterium in NZW Rabbit[C]//The 9th WRSA World Rabbit Congress. Verona, Italy, 2008: 643-647.

[11] Feng P, Hunt C W, Pritchard G T,etal. Effect of enzyme preparations on in situ andinvitrodegradation and in vivo digestive characteristics of mature cool-season grass forage in beef steers. Journal of Animal Science, 1996, 74(6): 1349-1357.

[12] Tricarico J M, Johnston J D, Dawson K A,etal. The effects of anAspergillusoryzaeextract containing alpha-amylase activity on ruminal fermentation and milk production in lactating Holstein cows. Animal Science, 2002, 81: 365-374.

[13] Krueger N A, Adesogan A T, Staples C R,etal. Effect of method of applying fibrolytic enzymes or ammonia to Bermudagrass hay on feed intake, digestion, and growth of beef steers. Journal of Animal Science, 2008, 86(4): 882-889.

[14] Gado H M, Salem A Z M. Influence of Exogenous Enzymes from Anaerobic Source on Growth Performance, Digestibility, Ruminal Fermentation and Blood Metabolites in Lambs Fed of Orange Pulp Silage in Total Mixed Ration (Abstract)[C]//The 59th Annual Meeting of the European Association for Animal Production. Vilnius, Lithuania, 2008: 228.

[15] Zobell D R, Weidmeier R D, Olson K C,etal. The effect of an exogenous enzyme treatment on production and carcass characteristics of growing and finishing steers. Animal Feed Science and Technology, 2000, 87(3): 279-285.

[16] Miller D R, Elliott R, Norton B W. Effects of an exogenous enzyme, Roxazyme?G2, on intake, digestion and utilization of sorghum and barley grain-based diets by beef steers. Animal Feed Science and Technology, 2008, 145(1/4): 159-181.

[17] Beauchemin K A, Rode L M. Use of Feed Enzymes in Ruminant Nutrition[M]//Rode L M. Animal Science Research and Development-Meeting Future Challenges. Ottawa: Ministry of Supply and Services Canada, 1996: 103.

[18] Xiong F. The application status and prospect of feed enzyme preparation. Animal Husbandry and Feed Science, 2010, 31: 22-23. 熊飛. 飼用酶制劑應用現狀與前景. 畜牧與飼料科學, 2010, 31: 22-23.

[19] Beauchemin K A, Colombatto D, Morgavi D P,etal. Use of exogenous fibrolytic enzymes to improve feed utilization by ruminants. Journal of Animal Science, 2003, 81: E37-E47.

[20] Hristov A N, Mcallister T A, Cheng K J. Stability of exogenous polysaccharides-degrading enzymes in the rumen. Animal Feed Science and Technology, 1998, 76(1): 161-168.

[21] Van Soest P J. Nutritional Ecology of the Ruminant[M]. 2nd ed. Ithaca: Cornell University Press, 1994.

[22] Pendleton B. The Regulatory Environment[M]//Muirhea S. Direct-Fed Microbial, Enzyme and Forage Additive Compendium. Minnetonka: Miller Publishing Company, 2000: 49.

[23] Bhat K M, Hazlewood G P. Enzymology and Other Characteristics of Cellulases and Xylanases[M]//Bedford M R, Partridge G C. Enzymes in Farm Animal Nutrition. Wallingford: CABI Publishing, 2001: 11-60.

[24] Jia Y X, Yu Z, Shao T,etal. Effect of adding enzyme on fermentation quality and carbohydrate contents of Napiergrass silages. Acta Agrestia Sinica, 2009, 17(1): 121-124. 賈燕霞, 玉柱, 邵濤. 添加酶制劑對象草青貯發酵品質的影響. 草地學報, 2009, 17(1): 121-124.

[25] Wang Q, Yu C Q, Li Z H,etal. Effect of adding coenzyme and lactic acid bacteria on fermentation quality of mixed silages of tall fescue (Festucaarundinacea) and common vetch (Viciasativa) in Tibet. Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(4): 186-191. 王奇, 余成群, 李志華, 等. 添加酶和乳酸菌制劑對西藏葦狀羊茅和箭筈豌豆混合青貯發酵品質的影響. 草業學報, 2012, 21(4): 186-191.

[26] Huhtanen P, Hissa K, Jaakkola S,etal. Enzymes as silage additives: effect on fermentation quality, digestibility in sheep, degradability in sacco and performance in growing cattle. Journal of Agricultural Science in Finland, 1985, 57(4): 285-292.

[27] Stokes M R. Effects of an enzyme mixture, an inoculant, and their interaction on silage fermentation and dairy production. Journal of Dairy Science, 1992, 75(3): 764-773.

[28] Coughlan M P. The properties of fungal and bacterial cellulases with comment on their production and application. Biotechnology and Genetic Engineering Reviews, 1985, 3: 39-109.

[29] Wang Y, Mcallister T, Rode L,etal. Effects of exogenous fibrolytic enzymes on epiphytic microbial populations and digestion of silage. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2002, 82(7): 760-768.

[30] Beauchemin K A, Yang G W Z, Rode L M. Effects of grain source and enzyme additive on site and extent of nutrient digestion in dairy cows. Journal of Dairy Science, 1999, 82(2): 378-390.

[31] Kung L Jr, Treacher R J, Nauman G A,etal. The effect of treating forages with fibrolytic enzymes on its nutritive value and lactation performance of dairy cows. Journal of Dairy Science, 2000, 83(1): 115-122.

[32] Yang W Z, Beauchemin K A, Rode L M. Effects of enzyme feed additives on extent of digestion and milk production of lactating dairy cows. Journal of Dairy Science, 1999, 82(2): 391-403.

[33] Rode L M, Yang W Z, Beauchemin K A. Fibrolytic enzyme supplements for dairy cows in early lactation. Journal of Dairy Science, 1999, 82(10): 2121-2126.

[34] Bowman G R, Beauchemin K A, Shelford J A. The proportion of the diet to which fibrolytic enzymes are added affects nutrient digestion by lactating dairy cows. Journal of Dairy Science, 2002, 85(12): 3420-3429.

[35] Arriola K G, Kim S C, Staples C R,etal. Effect of fibrolytic enzyme application to low- and high-concentrate diets on the performance of lactating dairy cattle. Journal of Dairy Science, 2011, 94(2): 832-841.

[36] Hristov A N, Basel C E, Melgar A,etal. Effect of exogenous polysaccharide-degrading enzyme preparations on ruminal fermentation and digestibility of nutrients in dairy cows. Animal Feed Science and Technology, 2008, 145(1/4): 182-193.

[37] Peters A, Lebzien P, Meyer U,etal. Effect of exogenous fibrolytic enzymes on ruminal fermentation and nutrient digestion in dairy cows. Archives of Animal Nutrition, 2010, 64(3): 221-237.

[38] Sutton J D, Phipps R H, Beever D E,etal. Effect of method of application of a fibrolytic enzyme product on digestive processes and milk production in Holstein-Friesian cows. Journal of Dairy Science, 2003, 86(2): 546-556.

[39] Mohamed D E A, Borhami B E, Khaled A E,etal. Effect of dietary supplementation with fibrolytic enzymes on the productive performance of early lactating dairy cows. Journal of Agricultural Science, 2013, 5(6): 146-155.

[40] Gado H M, Salem A Z M, Robinson P H,etal. Influence of exogenous enzymes on nutrient digestibility, extent of ruminal fermentation as well as milk production and composition in dairy cows. Animal Feed Science and Technology, 2009, 154(1/2): 36-46.

[41] Holtshausen L, Chung Y H, Gerardo-Cuervo H,etal. Improved milk production efficiency in early lactation dairy cattle with dietary addition of a developmental fibrolytic enzyme additive. Journal of Dairy Science, 2011, 94(2): 899-907.

[42] Dean D B, Staples C R, Littell R C,etal. Effect of method of adding a fibrolytic enzyme to dairy cow diets on feed intake digestibility, milk production, ruminal fermentation, and blood metabolites. Animal Nutrition and Feed Technology, 2013, 13: 337-357.

[43] Nsereko V L, Beauchemin K A, Morgavi D P,etal. Effect of a fibrolytic enzyme preparation fromTrichodermalongibrachiatumon the rumen microbial population of dairy cows. Canadian Journal of Microbiology, 2002, 48(1): 14-20.

[44] Balci F, Dikmen S, Gencoglu H,etal. The effect of fibrolytic exogenous enzyme on fattening performance of steers. Bulgarian Journal of Veterinary Medicine, 2007, 10(2): 113-118.

[45] He Z X, Zhao Y L, Mcallister T A,etal. Effect ofinvitrotechniques and exogenous feed enzymes on feed digestion. Animal Feed Science and Technology, 2016, 213: 148-152.

[46] Romero J J, Zarate M A, Queiroz O C M,etal. Fibrolytic enzyme and ammonia application effects on the nutritive value, intake, and digestion kinetics of Bermudagrass hay in beef cattle. Journal of Animal Science, 2013, 91(9): 4345-4356.

[47] Wang L. Effect of fibrolytic exogenous enzyme on production performance of fattening cattle. Feed Industry, 2000, 9(21): 38-39. 王利. 添加復合酶對育肥牛生產性能的影響. 飼料工業, 2000, 9(21): 38-39.

[48] Eun J S, Zobell D R, Dschaak C M,etal. Case study: effects of supplementing a fibrolytic feed enzyme on the growth performance and carcass characteristics of beef steers. The Professional Animal Scientist, 2009, 25(3): 382-387.

[49] He Z X, He M L, Walker N D,etal. Using a fibrolytic enzyme in barley-based diets containing wheat dried distillers grains with solubles: ruminal fermentation, digestibility, and growth performance of feedlot steers. Journal of Animal Science, 2014, 92(9): 3978-3987.

[50] Beauchemin K A, Rode L M, Sewalt V J H. Fibrolytic enzymes increase fiber digestibility and growth rate of steers fed dry forages. Canadian Journal of Animal Science, 1995, 75(4): 641-644.

[51] Lewis G E, Hunt C W, Sanchez W K,etal. Effect of direct-fed fibrolytic enzymes on the digestive characteristics of a forage-based diet fed to beef steers. Journal of Animal Science, 1996, 74(12): 3020-3028.

[53] Hristov A N, Mcallister T A, Cheng K J. Intraruminal supplementation with increasing levels of exogenous polysaccharides-degrading enzymes: effects on nutrient digestion in cattle fed a barley grain diet. Journal of Animal Science, 2000, 78(2): 477-487.

[54] Iwaasa A D, Rode L M, Beauchemin K A,etal. Effect of fibrolytic enzymes in barley-based diets on performance of feedlot cattle andinvitrogas production. Reproduction Nutrition Development, 1997, 37(Suppl.1): 83-84.

[55] Vargas J M, Mendoza G D, Rubio-Lozano M D L S,etal. Effect of exogenous fibrolytic enzymes on the carcass characteristics and performance of grain-finished steers. Animal Nutrition and Feed Technology, 2013, 13: 435-439.

[56] Baran M, Kmet V. Effect of pectinase on rumen fermentation in sheep and lambs. Arch Tierernahr, 1987, 37(7/8): 643-649.

[57] Giraldo L A, Tejido M L, Ranilla M J,etal. Effects of exogenous fibrolytic enzymes oninvitroruminal fermentation of substrates with different forage: concentrate ratios. Animal Feed Science and Technology, 2008, 141(3/4): 306-325.

[58] Rojo R, Mendoza G D, Gonzalez S S,etal. Effects of exogenous amylases fromBacilluslicheniformisandAspergillusnigeron ruminal starch digestion and lamb performance. Animal Feed Science and Technology, 2005, 124(3/4): 655-665.

[59] Koong L J, Ferrell C L, Nienaber J A. Assessment of interrelationships among levels of intake and production, organ size and fasting heat production in growing animals. Journal of Nutrition, 1985, 115(10): 1383-1390.

[60] Li X D, Luo H L, Xu Y F. Effect of exogenous fibrolytic enzyme complex on dietary nutrient digestibility of lamb. China Herbivores, 2007, 27(4): 28-29. 李曉東, 羅海玲, 徐永鋒. 添加纖維素復合酶制劑對羔羊飼糧營養物質消化的影響. 中國草食動物, 2007, 27(4): 28-29.

[61] Pinos-Rodríguez J M, González S S, Mendoza G D,etal. Effect of exogenous fibrolytic enzyme on ruminal fermentation and digestibility of alfalfa and ryegrass hay fed to lambs. Journal of Animal Science, 2002, 80(11): 3016-3020.

[62] Pinos-Rodríguez J M, Moreno R, González S S,etal. Effects of exogenous fibrolytic enzymes on ruminal fermentation and digestibility of total mixed rations fed to lambs. Animal Feed Science and Technology, 2008, 142(3/4): 210-219.

[63] Cruywagen C W, Goosen L. Effect of an exogenous fibrolytic enzyme on growth rate, feed intake and feed conversion ratio in growing lambs. South African Journal of Animal Science, 2004, 34(6): 71-73.

[64] Cruywagen C W, Vanzyl W H. Effects of a fungal enzyme cocktail treatment of high and low forage diets on lamb growth. Animal Feed Science and Technology, 2008, 145(1/4): 151-158.

[65] Titi H H. Replacing soybean meal with sunflower meal with or without fibrolytic enzymes in fattening diets of goat kids. Small Ruminant Research, 2003, 48(1): 45-50.

[66] Titi H H, Lubbadeh W F. Effect of feeding cellulase enzyme on productive responses of pregnant and lactating ewes and goats. Small Ruminant Research, 2004, 52(1/2): 137-143.

[67] Morgavi D P, Beauchemin K A, Nsereko,etal. A Trichoderma Feed Enzyme Preparation Enhances Adhesion of Fibrobacter Succinogenes to Complex Substrates But Not to Pure Cellulose[C]//25th Conference Rumen Function. Chicago, IL, USA, 2000: 33.

[68] Nsereko V L, Morgavi D P, Rode L M,etal. Effects of fungal enzyme preparations on hydrolysis and subsequent degradation of alfalfa hay fiber by mixed rumen microorganismsinvitro. Animal Feed Science and Technology, 2000, 88(3/4): 153-170.

[69] Adesogan A T, Ma Z X, Romero J J,etal. Ruminant nutrition symposium: improving cell wall digestion and animal performance with fibrolytic enzymes. Journal of Animal Science, 2014, 92(4): 1317-1330.

[70] Nsereko V L, Wallace R J, Rode L M,etal. Effects of enzymic and non-enzymic components of a fungal enzyme preparation on digestion of grass silage by rumen microorganismsinvitro(Abstract). Journal of Dairy Science, 1999, 82(Suppl.1): 123.

[71] Colombatto D, Morgavi D P, Furtado A F,etal. Screening of fibrolytic enzymes as feed additives for ruminants: can the effect of enzyme additives oninvitrofermentations be predicted by enzyme activities and feed hydrolysis (Abstract). Journal of Dairy Science, 2002, 85: 355.

[72] Eun J S, Beauchemin K A. Enhancinginvitrodegradation of alfalfa hay and corn silage using feed enzymes. Journal of Dairy Science, 2007, 90(6): 2839-2851.

[73] Colombatto D, Morgavi D P, Furtado A F,etal. Screening of exogenous enzymes for ruminant diets: relationship between biochemical characteristics andinvitroruminal degradation. Journal of Animal Science, 2003, 81(10): 2628-2638.

[74] Díaz A, Ranilla M J, Giraldo L A,etal. Treatment of tropical forages with exogenous fibrolytic enzymes: effects on chemical composition andinvitrorumen fermentation. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2015, 99(2): 345-355.

[75] Huo X X, Hou X Z, Zhao Z G. Effects of different concentrate to forage ratio of diets on activity of cellulase in rumen of sheep. Gansu Animal and Veterinary Sciences, 2003, 172(5): 16-21. 霍鮮鮮, 侯先志, 趙志恭. 不同精粗比飼糧對綿羊瘤胃內纖維素酶活的影響. 甘肅畜牧獸醫, 2003, 172(5): 16-21.

[76] Xie C Y, Yang H J, Li D H,etal. Study on the main problems and mechanism of exogenous enzymes application in ruminant. China Feed, 2007, (23): 17-26. 謝春元, 楊紅建, 黎大洪, 等. 外源酶制劑在反芻動物中應用的主要問題及作用機理探討. 中國飼料, 2007, (23): 17-26.

[77] Mendoza G D, Loera-Corral O, Plata-Pérez F X,etal. Considerations on the use of exogenous fibrolytic enzymes to improve forage utilization. Scientific World Journal, 2014, 2014: 1-9.

[78] Togtokhbayar N, Cerrillo M A, Rodríguez G B,etal. Effect of exogenous xylanase on rumeninvitrogas production and degradability of wheat straw. Animal Science Journal, 2015, 86: 765-771.

[79] Liu J C, Lin J R, Su S J,etal. Effect of fibrolytic enzyme on milk performance of dairy cows. Chinese Journal of Animal Science, 2001, (3): 31-32. 劉建昌, 林潔榮, 蘇水金, 等. 添加纖維素酶制劑對奶牛產奶性能的影響. 中國畜牧雜志, 2001, (3): 31-32.

[80] Chen X Z, Zhuang Y F, Zhang J G,etal. Effects of biological additives on the quality of water hyacinth and maize straw mixed silage. Acta Prataculturae Sinica, 2011, 20(6): 195-202. 陳鑫珠, 莊益芬, 張建國, 等. 生物添加劑對水葫蘆與甜玉米秸稈混合青貯品質影響. 草業學報, 2011, 20(6): 195-202.

[81] Zhuang S, Ding L R, Zhou J G,etal. Effects of exogenous fibrolytic enzymes on the enzyme activities and fermentation characteristic ofChinesewildryeby mixed ruminal microorganismsinvitro. Acta Prataculturae Sinica, 2013, 22(1): 315-322. 莊蘇, 丁立人, 周建國, 等. 添加外源纖維水解酶對羊草體外瘤胃發酵酶活性及特性的影響. 草業學報, 2013, 22(1): 315-322.

[82] Jurkovich V, Kutasi J, Hedvig F,etal. Rumen fermentation response to a direct-fed xylanase enzyme preparation fromThermomyceslanuginosusin sheep. Acta Veterinaria Hungarica, 2006, 54(3): 333-342.

[83] Thakur S S, Tomar S K, Ksirohi S.InvitroDM and cell wall degradability of total mixed rations influenced by exogenous fibrolytic enzymes supplementation. Indian Journal of Animal Nutrition, 2008, 25(3): 219-223.

[84] Zheng W, Schingoethe D J, Stegeman G A,etal. Determination of when during the lactation cycle to start feeding a cellulase and xylanase enzyme mixture to dairy cows. Journal of Dairy Science, 2000, 83(10): 2319-2325.

[85] Peters A, Meyer U, D?nicke S. Effect of exogenous fibrolytic enzymes on performance and blood profile in early and mid-lactation Holstein cows. Animal Nutrition, 2015, 1(3): 229-238.

[86] Knowlton K F, Mckinney J M, Cobb C. Effect of a direct-fed fibrolytic enzyme formulation on nutrient intake, partitioning, and excretion in early and late lactation Holstein cows. Journal of Dairy Science, 2002, 85(12): 3328-3335.

Application of exogenous enzymes in ruminant nutrition

WANG Hong-Mei1, TU Yan1, ZHANG Nai-Feng1, SI Bing-Wen1, MA Tao1, SA Ru-La2, NA Ya3,DIAO Qi-Yu1*

1.FeedResearchInstitute,KeyLaboratoryofFeedBiotechnology,theMinistryofAgricultureofthePeople’sRepublicofChina,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China; 2.GrasslandResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Hohhot010010,China; 3.CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010011,China

Digestion of cell wall fractions of fiber in the rumen is incomplete due to its resistance to microbial degradation. The ability to effectively utilise forage with high fiber content is important for the development of efficient animal husbandry systems. Exogenous enzymes able to modify forages before feeding are of considerable interest to researchers; important potential benefits include improved environmental outcomes.Insituassessment andinvitrogas production were used to evaluate rumen degradation characteristics andinvitrofermentation characteristics of forage. Aninvivostudy was used to evaluate the effects of exogenous enzyme application to ruminant forage. Recent studies have shown that adding exogenous enzymes to ruminant diets can increase animal production as a result of enhanced digestion of feed, although results have been inconsistent. This inconsistency is due to range of factors including enzyme properties, diet composition, enzyme addition rates, animal species and animal growth performance. One of the main problems for researchers is the lack of adequate biochemical characterization of different enzymes which leads to a poor understanding of their mode of action and effectiveness. The biochemical characteristics of enzymes are very important but enzymes are not always evaluated prior to use and there are no global standards for assessing the activity and quality of enzymes. This paper reviews the research on the development of exogenous fibrolytic enzyme use in animal production, mechanisms of activity on plant cell walls, animal responses, the factors influencing the use of exogenous enzymes in ruminant nutrition and problems associated with their use. The aim of the review is to help the development of improved, safer and more consistent enzyme additives for use in ruminant nutrition.

exogenous fibrolytic enzymes; mechanism; fiber digestion; ruminant; application

2016-06-27；改回日期：2016-10-19

公益性行業(農業)科研專項經費項目(20120304202)和內蒙古自治區科技重大專項資助。

王紅梅(1983-)，女，蒙古族，內蒙古通遼人，助理研究員，博士。E-mail: chasu927@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail: diaoqiyu@caas.cn

10.11686/cyxb2016262 http://cyxb.lzu.edu.cn

王紅梅, 屠焰, 張乃鋒, 司丙文, 馬濤, 薩茹拉, 那亞, 刁其玉. 飼用酶制劑在反芻動物營養中的應用進展. 草業學報, 2017, 26(3): 199-213.

WANG Hong-Mei, TU Yan, ZHANG Nai-Feng, SI Bing-Wen, MA Tao, SA Ru-La, NA Ya, DIAO Qi-Yu. Application of exogenous enzymes in ruminant nutrition. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(3): 199-213.