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 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)。
1 脲 酶 抑 制 剂 的 种 类
脲 酶 抑 制 剂 的 种 类 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 。 脲 酶 是 一 种 金 属 依 赖 的 胞 内 酶 ， 其 活 性 受 Mn2＋ 、 Mg2＋ 、 Sr2＋ 和 Ba2＋ 激 活 ， 特 别 是 Ag＋ 和 Hg2＋ (John等 ， 1946)； 还 有 一 些 化 合 物 硼 酸 盐 、 氮 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 米 酰 亚 胺 、 碘 乙 酰 胺 、 腆 醋 酸 、 磷 酰 胺 类 化 合 物 (本 磷 酰 胺 、 杂 代 磷 酰 胺 、 N－ 乙 酰 磷 酸 二 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 表 明 ， 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 (又 称 脲 素 酶 )的 系 统 命 名 酰 胺 水 解 酶 (urea amidohydrolase),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 尿 素 速 度 为 2.0－ 4.0mmol/h· mg酶 蛋 白 。 Hungate(1996)曾 证 明 瘤 胃 内 的 许 多 细 菌 都 能 合 成 脲 酶 。 脲 酶 对 尿 素 的 水 解 是 按 下 列 方 程 式 经 由 氨 基 甲 酸 进 行 的 ： NH2CONH2— NH2COOH＋ NH3— CO2＋ 2NH3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° C(王 志 美 等 ， 1980； 钱 嘉 渊 ， 1992； Biochemical Engineer和 Biotechnology Handbook,1983)。 脲 酶 在 65° C左 右 最 具 活 性 ， 在 70° C以 上 时 被 钝 化 。
2.2 脲 酶 抑 制 剂 作 用 机 理 不 同 的 脲 酶 抑 制 剂 其 作 用 机 理 不 同 ， 主 要 表 现 为 以 下 几 种 情 况 。
2.2.1 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 率 ， 从 而 起 到 了 降 低 尿 素 分 解 的 作 用 (冯 仰 婕 等 ， 1994)
2.2.2 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)。
2.2.3 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 ， EDTA抑 制 脲 酶 活 性 的 机 制 也 属 于 竞 争 抑 制 类 型 (冯 仰 婕 等 ， 1994)。
2.2.4 与 酶 活 性 部 分 的 镍 离 子 形 成 电 子 转 移 复 合 物 ， 竞 争 性 抑 制 脲 酶 活 性 (Makkar等 ， 1981)。
2.2.5 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 遇 蛋 白 ， 它 与 乳 糖 操 纵 子 的 情 况 相 似 。
2.2.6 抗 原 和 抗 体 的 免 疫 反 应 。 邹 先 彪 等 (1995)认 为 ， 对 于 人 类 解 脲 原 体 所 产 生 的 脲 酶 中 的 分 子 量 为 7.2× 104的 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 中 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 59g减 少 到 21.5g， 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 意 义 。
3 1 1 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 饲 料 ， 又 降 低 饲 料 成 本 。
3 1 2 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 表 明 每 头 育 肥 架 子 牛 每 天 喂 100 g脲 酶 抑 制 剂 预 混 料 ， 可 减 少 饲 料 豆 粕 250g， 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 组 牛 提 高 产 奶 量 ， 而 且 还 可 以 减 少 蛋 白 饲 料 用 量 。
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 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 (1.59 吨 )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)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 氨 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 产 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 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报 道 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 。
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； Bslog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 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 而 防 止 腹 水 症 的 发 生 。 张 万 顺 等 (1997)给 肉 鸡 饲 喂 125mg/kg脲 酶 抑 制 ， 与 对 照 组 相 比 ， 可 使 腹 水 症 的 发 病 率 和 死 亡 降 低 12.1％ ， 同 时 料 肉 比 降 低 0.19 Staudinger等 (1993)也 证 明 125、 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 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 应 用 效 果 。 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 。 脲 酶 抑 制 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 。
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