植酸酶的分子生物学与基因工程

中性植酸酶产生菌的筛选及基因工程菌的构建的开题报告一、选题背景植酸是植物中广泛存在的磷酸盐形式，也是一种重要的植物营养素。

但是，植酸具有强烈的螯合作用，使得其中的磷酸盐难以被植物充分利用，甚至会被转化为对环境有害的磷酸盐污染水体和土壤。

同时，食品、动物饲料等中含有较多的植酸，会降低人体和动物对其中的磷酸盐的吸收，不利于生物的健康。

因此，降解植酸、利用其中的磷酸盐具有极其重要的意义。

中性植酸酶是植酸降解途径中的关键酶之一，能够高效水解植酸为可利用的磷酸盐。

因此，研究中性植酸酶的产生菌并构建基因工程菌，能够为植酸的降解、循环利用提供新的思路和手段。

二、选题意义本课题的研究意义如下：1. 植酸是一种重要的资源，能够被转化为可利用的磷酸盐，因此研究中性植酸酶产生菌能够为植酸资源的利用提供重要支持。

2. 中性植酸酶在家畜和禽类饲料中的添加，能够提高其磷酸盐的利用效率，减少对环境的污染，因此研究中性植酸酶产生菌能够为畜禽饲料生产提供理论和技术支持。

3. 构建高效的中性植酸酶基因工程菌，可以为植酸降解的工业化应用提供新的策略和技术。

三、研究内容和方法1. 中性植酸酶产生菌的筛选通过野生菌的筛选和人工突变的方法，筛选出产生中性植酸酶的菌株。

利用培养基中植酸为唯一磷源的方法，筛选具有降解植酸能力的菌株。

通过分子生物学方法鉴定并克隆出中性植酸酶基因。

2. 中性植酸酶基因的表达和纯化通过基因工程技术构建高效的表达系统，将中性植酸酶基因表达并纯化出含有中性植酸酶的重组蛋白。

3. 构建中性植酸酶基因工程菌将中性植酸酶基因转化至单细胞生物中，构建具有高效降解植酸能力的基因工程菌，分析菌株的生长和酶活。

四、预期成果1. 筛选出具有中性植酸酶产生能力的野生菌株和经过人工突变获得的菌株。

2. 克隆出中性植酸酶基因，并构建高效的表达系统，得到含有中性植酸酶的重组蛋白。

3. 构建具有高效降解植酸能力的基因工程菌，为植酸降解工业化应用提供新思路。

新型基因工程植酸酶
以姚泉洪博士领衔的科研团队完成的“高比活植酸酶基因的获得及耐高温植酸酶的生产”项目获2003年度上海市科技进步一等奖。

该项目经体外定向分子进化首次获得了高比活、耐高温的、具自主知识产权的新型植酸酶基因，其比活是国内外报道最高比活的3倍以上，且可耐受颗粒饲料生产中的制粒高温。

其主要作用包括：替代饲料中的无机磷，并使动物粪便中磷的排出量减少30％～50％，减轻环境的磷污染。

解除饲料中植酸盐的抗营养因子作用，提高其他营养的吸收和利用。

项目同时开发出了葡萄糖替代甘油的发酵工艺，使发酵成本下降了近1/3。

植酸酶是21世纪世界公认的、最有前景的无公害饲用酶制剂，新型耐高温植酸酶具有极强的市场竞争力，并将在国际市场上占有较高的份额。

来源：中国饲料工业信息网。

植酸酶的研究进展及其在饲料中的应用作者：申芳丽来源：《农家致富顾问·下半月》2018年第02期摘要综述了产植酸酶的菌种来源，植酸酶的适宜催化条件，以及植酸酶在饲料中的添加对动物消化代谢的影响，并阐明了影响植酸酶发挥作用的影响因素及未来植酸酶的发展方向。

关键词植酸酶；植酸；酶活；饲料植物中的磷大部分以植酸磷的形式存在，人和单胃动物消化道中无植酸酶，饲料中大量的植酸磷不能被利用而随粪便排入环境，既浪费了资源，又对环境造成了磷污染，而且，植酸还是一种广谱性的抗营养因子。

植酸酶能分解植酸及植酸盐释放出磷，提高植酸磷的利用率，减少单胃动物粪便中有机磷的排出量，减少对环境的污染。

因而，植酸酶的研究与开发具有重要的理论与实践意义。

1 植酸1.1 植酸的性质植酸的化学结构是由一分子肌醇与六分子磷酸结合而成，其化学名称是环己六醇六磷酸酯，分子式为C6H18O24P6，结构式为C6H6[OPO（OH）2]6，它是一种淡黄色或黄褐色的粘稠液体，易溶于水、乙醇、丙酮，几乎不溶于苯、氯仿、醚和己烷，比重1.56，分子量660.08。

植酸分子带负电荷，本身毒性很小，但却有很强的螯合能力，与EDTA近似，因此具有抗营养特性。

1.2 植酸磷在植物中的分布植酸广泛存在于各种植物中，在植物性饲料中的磷主要以植酸及其盐形式存在，因此，有机磷酸化合物被称之为植酸磷。

1932年，1944年Turk等检测了玉米各器官中植酸含量后指出，在玉米的叶、茎、雄穗、穗轴均不存在植酸，未受精的果穗也不存在植酸，只有在胚珠受精两周后才开始形成，直至成熟为止。

以后在大豆、芝麻、豌豆、小麦、水稻方面也有类似报道，在小麦、水稻、大麦、黑麦中多数植酸磷存在于胚和种皮表皮附近，而玉米中的植酸磷存在于胚芽中，豆类作物种子中植酸磷含量高于种皮。

2 植酸酶的来源植酸酶存在于细菌、部分真菌如啤酒酵母、无花果曲霉、黑曲霉以及少数根霉等。

植物中，特别是谷物、麦类作物种子中存在植酸酶。

植酸酶生产技术研究进展摘要：植酸是一种抗营养因子，在动物体内易与矿物质形成不溶性盐类，络合蛋白质等，从而抑制胃蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶的活性。

降低了蛋白质、淀粉、脂肪等营养因子的吸收利用。

植酸酶是催化植酸及植酸盐水解成肌醇与磷酸(盐)的一类酶的总称。

植酸酶可作为饲料添加在畜禽日粮中，可改善磷酸盐的利用度。

降低粪便中的磷含量，减轻对环境的污染，改善营养成分的吸收利用。

因而近年来对植酸酶的研究日益增多。

本文综述了植酸酶的生产现状，基因工程研究进展，以及植酸酶的应用，并对其发展做了展望。

关键词：植酸酶，基因工程，应用植酸(phytic acid)又名肌醇六磷酸(myoinositol hexakisphosphate)，一种抗营养因子，具有极强的螯合能力，可以与钙、镁、钾、钠、锌、铁、铜、锰等矿物质形成不溶性的盐类，是影响多种矿物质吸收的最重要的因素。

植酸在低pH值时可与蛋白质分子的碱性基团结合，络合蛋白质，抑制消化酶如胃蛋白酶、淀粉酶和胰蛋白酶的活性。

所以植酸的存在使多种常量和微量元素的利用率下降，降低了蛋白质、淀粉、脂类物质等营养因子的消化吸收利用。

植酸酶(phytase)，是催化植酸和植酸盐水解成肌醇和磷酸(或盐)的一类酶的总称，系统名称为肌醇六磷酸酶，属于磷酸单脂水解酶，是一类特殊的酸性磷酸酶，能水解植酸最终释放出无机磷。

在植物来源的动物饲料中，大部分磷酸盐是以植酸的形式存在的。

而单胃动物例如猪和家禽缺少分解植酸的酶。

在动物饲料中添加异种植酸酶可以改良磷酸盐的生物利用度，消除植酸的抗营养作用；减少磷在环境中的排泄，由此降低了农业生态的负担，并减缓了水生环境的富营养化；同时也减少了动物饲料中无机磷的添加，后者是一种不可再生的资源。

1 植酸酶的生产植酸酶在自然界分布很广泛，存在于动物、植物和微生物中。

但就商业化生产植酸酶而言，微生物是最有前景的。

1.1 微生物生产植酸酶由于来源于微生物的植酸酶作用范围和稳定性较好，易规模化生产，近几年的研究大都集中在微生物生产植酸酶。

植酸酶的作用及应用郑扬云•植酸(肌醇六磷酸)具有强大的络合力，通常与钙、镁、锌、钾等矿物质元素结合，形成不溶性盐类。

植酸(盐)广泛存在于农作物及农副产品中，很多谷物、油料作物中的植酸含量高达1％一3％，其中钙、镁、锌、钾等元素以植酸盐的形式存在。

因此植酸是一种抗营养因子．大大降低了微量矿物质的营养有效性。

植酸的这种性质会导致人和动物钙、镁、锌、钾等元素的不平衡性。

因此必须在动物的饲料中掭加钙钾等以补充矿物质，这大大提高了饲料成本。

同时饲料中天然磷的含量约为40％一70％，且以植酸磷的形式存在，而猪、禽的饲料中大量的植酸磷因不能被利用而从粪便中排出，造成环境枵染(磷富集化污染)。

•植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇和磷酸的一类酶的总称。

将植酸酶添加到动物性饲料中释放植酸中的磷分。

不但能提高食物及饲料对磷的吸收利用率，还可降解植酸蛋白质络合物，减少植酸盐对傲量元素的螯合，提高动物对植物蛋白的利用率及其植物饲料的营养价值。

同时也减少动物排泄物中有机磷的含量，减少对大自然的污染。

一、植酸酶的作用机理•植酸酶能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。

植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成中间产物IP5，IP4，IP3，IP,.终产物为肌醇和磷酸。

不同来源植酸酶作用机理有所不同。

微生物产生的3一植酸酶作用于植酸时，首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其他碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，此酶需要2价镁离子(Mg2+)参与催化过程。

来源于植物的6-植酸酶，它首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。

1g植酸完全分解理论上可释放出无机磷281．6mg。

植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酯，不能彻底分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可以将单磷酸酯、二磷酸酯彻底分解成肌醇和磷酸。

大多数微生物来源的植酸酶的作用机理如下。

•植酸→1,2,4,5-,6-五磷酸肌醇+D-1,2,3,4,5-五磷酸肌醇→1,,2,5,6-四磷酸肌醇→1,2,5-三磷酸肌醇或1,2,6-三磷酸肌醇→1,2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。

植酸酶在饲料工业中的应用大家都知道酶是具有催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。

是生物催化剂，能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。

绝大多数酶的化学本质是蛋白质。

具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。

今天向我大家介绍的是饲料生产工业中非常重要的一种酶——植酸酶植酸酶产品在动物和人类营养方面有非常广泛的应用，他可分解植酸(即肌醇六磷酸)，植酸是植物体内磷酸盐和肌醇的重要储存形式。

植酸酶是一种新型的食品添加剂，能降低食物中的植酸而提高磷、锌、钙和铁等的利用率，改善动物对矿物质的吸收。

其中磷是维持动物生长发育等生命活动必需的重要矿物质，同时也是饲料中最昂贵的组分之一，植酸酶可催化植酸盐水解，使植酸盐中的磷以磷酸根的形式分离出来从而被动物吸收，提高磷的利用率，降低环境污染。

1．1植酸酶的种类1)按来源不同可分为微生物植酸酶、植物性植酸酶和动物性植酸酶。

2)按作用方式可分为3一植酸酶和6一植酸酶，其中3一植酸酶存在于植物、霉菌和细菌中，需Mg2+参与反应，性质稳定，耐酸和耐高温，在饲料工业中已被广泛使用。

而6一植酸酶只存在于植物中，适宜pH 5．0～5．5，对温度较敏感，超过60～65℃极易被破坏。

3)按加工工艺不同可分为粉状、颗粒状和液体状植酸酶。

粉状植酸酶在高温和高湿环境中易失活；脂肪包被颗粒型植酸酶在高温下脂肪膜易被融化，使植酸酶被释放出来而失活；因植酸酶在饲料中添加量极小，对喷涂精度要求高，故液体状植酸酶在饲料工业中较少使用；经特殊镶嵌的颗粒状植酸酶，热稳定性高，储存期长，在动物体内释放速度快，流动性好。

4)按酶促反应的pH有效作用范围可分为酸性植酸酶和中性植酸酶。

适用于畜禽的pH 2．5~5．5有效作用范围为酸性植酸酶，适用于鲤科鱼类的pH7．0～7．5有效作用范围为中性植酸酶。

1．2植酸酶的特性植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一种特殊的酸性磷酸酶，适合pH为4～6，对温度的适应性要求较高，一般适宜温度在46～57℃，当超过60℃时，植酸酶的活性有部分损失，温度达70℃时，则酶活性大部分丧失。

植酸酶的分子生物学特性及应用前景研究进展
倪宏波;曲进;石星明;徐春厚
【期刊名称】《黑龙江八一农垦大学学报》
【年(卷),期】2005(017)003
【摘要】植酸酶是一类能促进植酸及其盐类水解成肌醇和磷酸的酶的总称.它作为饲料和食品添加剂也有重要的使用价值,能提高饲料和食品中磷的利用率、减轻对环境的污染,清除植酸与金属离子的螯合作用,改善营养成分的吸收和利用.本文主要综述了国内外真菌植酸酶的分子生物学及其基因工程研究的最新进展,讨论了其进一步的研究方向与应用前景.
【总页数】4页(P62-65)
【作者】倪宏波;曲进;石星明;徐春厚
【作者单位】黑龙江八一农垦大学动物科技学院,大庆,163319;黑龙江省建三江分局二道河子农场兽医站;中国农业科学院哈尔滨兽医研究所;湛江海洋大学
【正文语种】中文
【中图分类】Q556
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