生物技术也称生物工程技术，主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程等。生物技术是一个工艺性综合技术体系，它以现代科学技术原理为依据，利用生物体或者生物的组织及其组分的特征和功能，通过现代工程技术的设计方法和手段构建具有预期性状的新生物品种或新系，或直接应用于工业、农业、医药卫生等领域改造生物，或与工程原理相结合加工生产出如食品、药品、化工原料、能源、饲料等各种所需的物质。近年来，生物技术发展迅速，在动物营养研究和饲料业中得到了广泛的应用。利用生物技术生产的饲料添加剂，如酶制剂、微生物添加剂、寡糖、激素、短肽、核苷酸等，对促进养殖动物的生产性能，提高养殖动物的健康水平有重要作用；利用生物技术可开发饲料源，扩大蛋白质饲料来源，提高饲料的营养价值及利用率，促进养殖业的持续健康发展。

1基因工程

近十几年来，随着基因工程技术的发展和运用，很多有生物活性的多肽或蛋白质可以较容易地被合成，且成本低廉。由于鱼类胃肠道对多肽和蛋白质的吸收能力较强，使得基因重组产品能较方便、快捷地对鱼类的生理活动进行调控，尤其是在促进鱼体生长方面。例如：对银大麻哈鱼、鲻鱼和草鱼投以基因重组生长激素，可有效刺激鱼体生长。胰岛素样生长因子也具有促进鱼体生长的效果。

鱼类生长激素(GH)为腺垂体嗜酸性细胞分泌的单链多肽，主要功能是调节鱼体的生长发育，促进蛋白质的合成和脂肪分解，并参与渗透压调节和水盐平衡。Farmer等首次从莫桑比克罗非鱼的垂体中分离出生长激素，随后，鲈鱼、草鱼等多种鱼类的生长激素被分离纯化。Sekine等最早从大马哈鱼脑垂体cDNA文库中克隆了生长激素cDNA，并在大肠杆菌中表达、提取GH。基因重组生长激素同样具有促进生长的活性。目前，世界上已有数十种鱼类的生长激素基因被分离提纯，并在大肠杆菌中表达而得到基因重组生长激素。生长激素基因工程菌中表达技术的建立和发展，使获得量大价廉的鱼类生长激素产品成为可能，而且重组GH与天然GH有相同的生物活性，引入鱼体不会产生积累，不影响鱼体的组成成分，因而为渔业养殖新型饲料的研制开辟了新途径。实验证明，多肽和蛋白质能被鱼类的消化道完整吸收而进入血液循环，并保持活性。生长激素能增进鱼类食欲，提高饲料转化率。通过浸泡、注射、投喂等方法，将外源生长激素引入鱼体，增加鱼体内生长激素的含量，能有效地促进鱼的生长。

另一种方法是将酵母菌作为载体。酵母是最原始的真核细胞，既有真核生物复杂的转录、翻译和修饰系统，能对蛋白源进行加工、切割、糖基化、乙酰化等，也能使分泌的肽链正常地折叠成有天然活性的蛋白分子，同时具备原核细胞增殖快、易培养、便于基因工程操作等特点，因此酵母被认为是理想的鱼类生长激素表达宿主。通过生长激素基因工程，生产大量外源激素，可提高渔业生产产量、降低成本、增加收入。

用益生素(益菌剂)饲喂动物，能起到维护胃肠道微生物群的生态平衡、保护胃肠道正常生理功能的作用，达到动物保健及提高生产性能的目的。益生素的主要菌种有乳酸杆菌、双歧杆菌、粪链球菌、酵母菌、枯草杆菌等。益生素可作为转基因工程的受体菌，使之表达一些有用的外源基因，扩大其生物学特殊功能，从而达到一种制剂发挥多种功能的目的，同时增强了益生菌的稳定性。

将芽孢杆菌中的芽孢移植到无芽孢的乳酸菌属上，使之变成耐高温的菌种；通过基因工程手段获得非肠道正常菌群的工程益生菌，使其能在肠道中“永久”定居，更好地发挥益生作用；运用基因工程技术研究功能微生态制剂，通过对一些优良菌种的遗传改良，导入有用基因如必需氨基酸合成酶基因、疫苗抗原决定簇基因和生长激素基因等，让工程菌在肠道内就能产生某种必需氨基酸或某种病原菌的免疫保护蛋白，刺激机体产生抗体或生长激素等，从而减少氨基酸、抗生素或促长剂的使用。随着分子生物学技术的迅速发展以及先进生产工艺和微囊技术的应用，可以利用基因工程技术培育我们所需特性的新菌株，同时大幅度提高微生物制剂的稳定性，为水产饲料微生物添加剂的应用开拓广阔的前景，水产饲料微生物添加剂将作为抗生素、化学促生素的替代物而成为饲料工业中最有前途的添加剂之一。近年来，国外开发了一些具有双歧杆菌增殖效果的寡糖，并开展了寡糖与益生素复合添加试验，取得了可喜的成果。同时，人们也在开发和研究益生素与其它制剂的联合使用，如酶制剂、酸化剂、中草药等，充分利用制剂间的协同作用。

抗菌肽是生物体产生的一种具有强抗菌作用的阳离子多肽，其氨基酸数目小于100，是生物先天免疫的重要组成部分。抗菌肽不仅对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌有效，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白色念珠菌、绿脓杆菌等100多种致病菌和非致病菌也都有明显的杀伤作用，尤其对耐药菌株有显著效果，抗菌肽还对真菌、原虫和病毒的增殖有一定的抑制作用。在水产动物中，已在豹鳎、泥鳅、鲎、青蟹等多种动物中分离得到了相应的抗菌肽。水产动物抗菌肽的研究加深了人们对水产动物防御机制的认识，为日益严重的水产养殖动物病害防治开辟了新的途径。饲料中添加抗菌肽，既能替代抗生素防治养殖动物疾病，又能促进养殖动物生长。近年来，越来越多的水产动物抗菌肽基因被克隆，随着对水产动物各种抗菌肽的分离、结构和功能研究的深入，改造并合成既有稳定高效抗菌活性，又具有特异抗菌谱，同时对宿主无害的抗菌肽基因成为可能，并将进一步通过基因工程进行表达，以实现批量生产。

2酶工程

酶工程是生物技术的一个重要组成部分，它是指在一定的生物反应器内，利用酶的催化作用，进行物质转化的技术。而酶制剂则是酶工程的代表性产物。酶制剂是从动、植物和微生物中提取制备的具有酶专一的高效生物活性物质，通常与少量载体混合而制成粉剂。目前，应用生物技术生产的酶有蛋白酶、脂肪酶、糖化酶、植酸酶、纤维素酶、非淀粉多糖酶、果胶酶等。大多数酶来自真菌类。β

一葡聚糖酶、木聚糖酶和植酸酶等已经被克隆。水产动物饲料中添加适量合适的酶制剂，有利于促进养殖动物对饲料的吸收、转化，提高养殖动物的生产性能和健康水平。

植酸酶是一种水解植酸的磷酸酶类。饲料中玉米、大豆、豆饼及谷物中的磷，大部分存在于植酸和植酸盐中，这种形式的磷不能或很少被动物利用，同时，植酸和植酸盐还是影响动物体内微量元素消化利用的螯合剂．严重影响二价阳离子矿物元素的利用，最终导致饲料成本增加、磷源浪费和环境污染。在饲料中添加植酸酶，可将植酸和植酸盐水解成肌醇和磷酸盐，供动物吸收利用，从而提高磷的利用率和骨骼的矿化程度，减少饲料中磷源的添加和粪便中磷的排出，减少对环境的磷污染，同时有利于矿物质和氨基酸的吸收利用。迄今，已有10余个植酸酶编码基因被分离、克隆，目前市场上部分进口植酸酶制剂都是由基因重组的曲酶菌株经发酵而获得，这为降低植酸酶的生产成本，批量生产以及改善此酶的热稳定性和在动物体内的有效性提供了可能。在鱼饲料中作添加剂的试验表明，植酸酶可促进鱼的生长、降低饵料系数、提高磷的利用率、减少对养殖水环境的污染。

木聚糖酶以其能有效降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯木聚糖对动物的抗营养作用，已成为一种在养殖业中广泛应用的酶制剂。以往主要采用的是真菌性木聚糖酶，近年来，由于细菌性木聚糖酶具有热稳定性和贮存稳定性好，内切性木聚糖酶含量高、分解木聚糖的效率高等优点，并且不但能作用于可溶性木聚糖(WEAX)，还可作用于不溶性木聚糖(WUAX)，从而能进一步释放细胞壁中包裹的营养物质，因此，它成为了新一代的酶制剂，越来越受到关注。在动物日粮中添加木聚糖酶，可以减少肠道内容物的粘度和肠道内有害微生物的数量，提高内源性消化酶的活性，促进营养物质消化，减少污染物排泄，改善动物的生长性能。到目前为止，已有近百种木聚糖酶基因被克隆或表达出来。将来，木聚糖酶的应用将依靠基因工程和蛋白工程，提高酶的水解效率、稳定性和作用专一性。

葡萄糖氧化酶(GOD)是一种需氧脱氢酶，能专一地将β—D一葡萄糖氧化成为葡萄糖酸和过氧化氢，当过氧化氢积累到一定浓度时，将直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌的生长繁殖，从而改善动物肠道环境，保持肠道菌群生，保护肠道上皮细胞的完整，改善肠道酸性消化环境，促进动物生长。葡萄糖氧化酶能替代抗菌药物，是一种新型绿色饲料添加剂。随着制备工艺的不断发展完善，葡萄糖氧化酶将在畜牧、水产饲料中发挥越来越重要的作用。

抗胰蛋白酶因子活性的酶和抗凝集素酶能够清除大多数豆科种子加工副产品中存在着的大量抗胰蛋白酶因子和凝集素，可以提高动物肠道内的活性和防止动物因消化负担过重导致的消化腺肿大、动物免疫力下降等症状，从而达到保护动物健康和提高产品质量的目的。

3微生物工程

微生物工程也称发酵工程，是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。该技术可用于饲料的青贮、改善饲料的营养价值、微生物饲料的生产以及用微生物来净化有毒的物质，消除有毒气体和恶臭物质以及处理有机废水、废渣等；还可用于生产抗生素、维生素、透明质酸、微生物蛋白、氨基酸和一些食品添加剂(如柠檬酸、乳酸、天然色素等)等。饲料中添加氨基酸可以平衡氨基酸的比例，提高蛋白质的利用效率，减少氮排出造成的环境污染。目前，利用微生物发酵技术以及遗传工程技术，将合成特定氨基酸的基因克隆进入微生物细胞的质粒中，借助某些微生物增殖来生产特定氨基酸的技术已经得到了应用。随着理想氨基酸模型的深入研究，将具有生产不同氨基酸的菌种或其基因按理想的营养模式进行组装，以期在体外或体内生产出满足水产动物需求的新一代理想天然产品的理想氨基酸复合制剂的研究开发，将会成为今后研制生产氨基酸的发展趋势。

单细胞蛋白(SCP)又称微生物蛋白或菌体蛋白，是通过工业发酵生产的蛋白质，如利用酵母、非病原性细菌、霉菌等所生产的蛋白酶、纤维酶、脂肪酶、乳酸酶和植酸酶等，是现代饲料工业和食品工业中重要的蛋白来源。单细胞蛋白能大幅度提高饲料的转化率和动物的生产力，减少排泄物对环境的污染，因而被广泛应用添加于饲料中。我国对单细胞蛋白的研究生产，主要产品有饲料酵母等。

单细胞蛋白饲料有许多优点。首先，它营养丰富，其菌体蛋白含量可达40％～80％，若加入限制性氨基酸蛋氨酸后则可达90％以上，所含氨基酸组分齐全平衡，且含有多种维生素，消化利用率高(一般高于80％)。其次，它的原料来源广、微生物繁殖快、成本低，效益高。主要原料有造纸工业的纸浆废液、制糖业的糖蜜及废弃物、酿酒业的糟类及废弃物等；利用各种纤维素资源如植物秸秆、壳类、糖渣类、木屑等农村废弃物中的纤维素；石油的衍生物如甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃等。利用农副产品加工下脚料生产SCP，如以糖渣为原料可制成含蛋白质44％～49．02％的菌体蛋白、以果渣为原料培养丝孢酵母菌；经过固态发酵研制出粗蛋白含量30％的SCP；用淀粉副产物的混合物为原料，通过固态发酵法也能生产单细胞蛋白。固态发酵的最佳工艺条件为温度30％，水分60％，接种量15％，混合物的粗蛋白含量提高了8％～10％。光合细菌是能进行光合作用的细菌，具有极高的营养价值，其蛋白质含量高达65．45％，且富含叶酸、B族维生素、氨基酸等多种营养成分。目前用于SCP生产研究的光合细菌主要有红色光合细菌，具有较强的分解、去除有机物的能力，用于处理有机废水效果十分显著。SCP生产工艺流程虽因原料和菌种不同而有所差异，但基本工序大致是一样的，主要包括培养基及营养物质的制备，菌种的扩大培养，酵母的发酵生长，酵母的分离、浓缩、干燥、粉碎、包装等工序。第三，其生产过程易控制，可工业化生产，不受气候、土壤和自然灾害的影响，可连续生产，成功率高。

 此外，利用藻类(如小球藻、螺旋藻)细胞工程也可生产单细胞蛋白SCP及饲料。在水产养殖中，利用螺旋藻饲料饲喂网箱养殖的鲤鱼，可显著提高生长速度，改善鱼肉品质。

 近年来，生物技术迅猛发展，渗透到生命科学的各个领域，动物营养学领域也不例外。基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程等的应用，为动物营养研究拓展了新的思路，同时也对动物营养研究工作者提出了新的挑战。最近，生物技术领域又出现了许多新型的技术平台，如干细胞应用技术、新型核糖核酸技术、纳米技术、系统生物技术和计算机支持的处理过程等，尤其是有关纳米技术在动物饲料及添加剂中的应用已有报道。随着人们对动物营养的进一步研究以及生物技术的发展和完善，生物技术与动物营养技术必将密切结合，从而使动物营养学研究朝着更高、更快的方向发展，为畜牧、水产养殖业的高效、持续、健康发展服务。

丁理法¹  叶  婧²

(1浙江省温岭市水产技术推广站，温岭317500 2浙江工商大学，杭州310018)

水产科技情报2008，35(5)