黃 菲 王 曦 曹云鶴

(中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京100193)

近年來，動物飼料中抗生素的濫用引起的環(huán)境污染與細菌耐藥性等問題愈發(fā)嚴重。為了實現(xiàn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，包括中國在內(nèi)的多個國家已明確禁止抗生素作為生長促進劑在飼料中添加。為了適應現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以獲得高質(zhì)量、無公害的畜產(chǎn)品，抗生素替代品的研究成為人們關注的重點。

葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)是部分真菌、昆蟲和植物產(chǎn)生的一種需氧脫氫酶。早在1999年，GOD就被納入我國允許使用的飼料添加劑品種目錄[1]。多項研究已證明，GOD在畜禽飼料中的添加可以改善動物生產(chǎn)性能、繁殖性能、機體免疫水平和抗氧化能力，還可以調(diào)節(jié)腸道屏障功能，維持腸道菌群平衡。本文將對GOD的結(jié)構(gòu)、催化機理、在動物飼料中發(fā)揮作用的機制以及應用效果作一綜述。

1 GOD的結(jié)構(gòu)

截至目前，晶體結(jié)構(gòu)已在美國蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(Protein Data Bank，PDB)(www.rcsb.org)中得到報道的GOD主要來自黑曲霉(1GAL、3QVP、3QVR、5NIT、5NIW和1CF3)、尼崎青霉(1GPE)和黃曲霉(4YNT和4YNU)。GOD的相對分子質(zhì)量為130×103～175×103，以糖基化的同源二聚體的形式存在，每個亞基非共價結(jié)合1個黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，F(xiàn)AD)分子，2個亞基之間通過鹽橋和氫鍵等作用力結(jié)合在一起[2-3]。來自黑曲霉的GOD亞基晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示[4-5]。

圖1 來自黑曲霉的GOD亞基晶體結(jié)構(gòu)

2 GOD的催化機理

GOD能以分子氧為電子受體，特異性地催化β-D-葡萄糖生成過氧化氫和葡萄糖酸(gluconic acid，GA)，反應方程式如圖2所示[6]。

圖2 GOD催化反應示意圖

在此過程中，GOD分子中的FAD充當輔酶，通過電子與氫的得失參與氧化還原反應。該反應可分為還原和氧化2個步驟：在還原半反應中，GOD催化β-D-葡萄糖氧化為D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯，后者能夠通過自發(fā)的水解形成GA；隨后，GOD的FAD環(huán)被還原，成為還原型黃素腺嘌呤二核苷酸(FADH2)。在氧化半反應中，還原型GOD被分子氧氧化，生成過氧化氫[3]。

3 GOD的作用

3.1 清除分子氧作用

在飼料加工、運輸與儲存過程中，氧氣不僅有利于好氧微生物(如霉菌等)的生長與繁殖，還會使得飼料中易被氧化的有益成分失活，引起飼料形態(tài)、顏色和味道等一系列的變化，導致其保質(zhì)期縮短，影響動物對飼料的采食。GOD的催化反應可以利用底物葡萄糖，清除分子氧，產(chǎn)生具有殺菌作用的過氧化氫，因此它在食品和飲料上已被廣泛用于去除殘余的葡萄糖和氧氣，以延長保質(zhì)期[7-8]。Sagi等[9]研究發(fā)現(xiàn)，GOD-過氧化氫酶(catalase，CAT)制劑在室溫下能在約30 min內(nèi)將新鮮橙汁中的溶解氧降低到1 mg/L以下，由此可以抑制微生物的生長，從而延長果汁貨架期。

應用于動物體內(nèi)時，GOD的催化作用使得消化道內(nèi)分子氧減少，有利于腸道厭氧環(huán)境的維持，并能促進厭氧有益菌的生長。Wu等[10]研究表明，GOD可以顯著增加愛拔益加(Arbor Acres，AA)肉雞盲腸中厭氧抗炎益生菌普氏棲糞桿菌(Faecalibacteriumprausnitzii)的數(shù)量。

3.2 酸化作用

消化道的酸度與飼糧、腸道微生物組成以及消化液的分泌等有很大的關系。GOD催化葡萄糖生成的產(chǎn)物GA是一種有機弱酸，它可以作為益生元改變腸道菌群，其經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)可進一步降低腸道pH[11]。Biagi等[12]使用GA進行了豬體外盲腸發(fā)酵試驗，結(jié)果表明，與對照組相比，GA在體外系統(tǒng)中調(diào)節(jié)了盲腸菌群，增加了SCFA的產(chǎn)生，降低了氨濃度；并通過體內(nèi)試驗進一步證明GA傾向于增加仔豬空腸中的總SCFA。

胃腸道的pH會影響蛋白酶原轉(zhuǎn)化為蛋白酶的過程以及消化酶的活性，進而影響飼糧的消化率。楊久仙等[13]研究了GOD對斷奶仔豬的影響，發(fā)現(xiàn)飼糧中添加0.1%～0.2%的GOD能夠降低斷奶仔豬胃腸道pH。劉亞娟等[14]研究了GOD對生長獺兔腸道消化酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)十二指腸和空腸部分的胰蛋白酶活性有隨GOD添加量的增加而增強的趨勢，并認為GOD催化產(chǎn)生的GA降低了腸道pH，形成了有利于消化酶活性的弱酸性環(huán)境。

3.3 抑菌作用

體外試驗已證明，GOD對多種細菌和真菌都有抑菌作用。此外，GOD對一些植物病原菌引起的植物病害也有預防和治療效果[15-16]。GOD的體外抑菌效果見表1[16-26]。

Leiter等[17]研究了產(chǎn)黃青霉GOD的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)在D-葡萄糖存在下，所有受試細菌、酵母菌和絲狀真菌都對GOD敏感。GOD的抑菌效果主要是依靠催化反應產(chǎn)生的過氧化氫完成的，在葡萄糖存在的條件下，GOD催化反應產(chǎn)生的過氧化氫可通過引起胞膜脂質(zhì)過氧化、干擾細胞內(nèi)電子傳遞系統(tǒng)、破壞蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)或損傷遺傳物質(zhì)等方式影響細菌或真菌的正常生理功能[19]。塔賓曲霉(Aspergillustubingensis)產(chǎn)生的GOD可以引起極腐霉(Pythiumultimum)和茄腐鐮刀菌(Fusariumsolani)菌絲的變形并抑制其孢子的產(chǎn)生，對其造成致死性損傷[15,25]。GOD對不同微生物的抑菌效果取決于微生物固有的抗氧化能力。Dobbenie等[19]研究表明，微生物分解過氧化氫的能力存在顯著差異，在其研究的4種細菌中，熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)具有最高的CAT活性，同時對GOD/葡萄糖抗菌系統(tǒng)具有最強的抵抗能力。GOD催化反應導致的碳源減少[16]、反應產(chǎn)物GA引起的細菌膜的去極化、內(nèi)部pH的變化以及細菌內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)運輸和合成的改變也可對部分微生物的生長產(chǎn)生抑制[11,22,24]。Kantt等[24]研究發(fā)現(xiàn)，GOD和GA對致病菌水生棒桿菌(Corynebacteraquaticum)的生長均有抑制作用，但是僅加入過氧化氫對該菌的生長沒有影響，說明GOD對其抑制作用是由GA導致的。

表1 GOD的體外抑菌效果

1 BacteriaGeneraSpeciesReferences FungiGeneraSpeciesReferencesErwinia(Erwinia carotovora)Kim[18](Aspergillus terreus)Leiter[17]Micrococcus(Micrococcus luteus)Dobbenie[19](Emericella nidulans)Leiter[17]Salmonella(Salmonella enteritidis)Dobbenie[19]Rhizoctonia(Rhizoctonia bataticola)Kriaa[25](Salmonella infantis)Tiina[20](Rhizoctonia solani)Kim[18],Kriaa[25](Salmonella derby)Massa[22]Fusarium(Fusarium solani)Kriaa[25]Clostridium(Clostridium perfringens)Tiina[20]Pythium(Pythium ultimum)Kriaa[25],Kim[18]Campylobacter(Campylobacter jejuni)Tiina[20](Pythium aphanidermatum)Kim[18]Listeria(Listeria monocytogenes)Tiina[20]Verticillium(Verticillium dahliae)Kim[18],Kriaa[25]Yersinia(Yersinia enterocofitica)Tiina[20]Alternaria(Alternaria solani)Kriaa[25]Lactobacillus(Lactobacillus plantarum)Tiina[20]Gliocladium(Gliocladium virens)Kim[18]Corynebacterium(Corynebacterium xerosis)Kahin[21]Sclerotinia(Sclerotinia minor)Kim[18](Corynebacterium aquaticum)Kantt[24](Sclerotium rolfsii)Kim[18]Pasteurella(Pasteurella multoida)Zia[23]Talaromyces(Talaromyces flavus)Kim[18]Paemibacillus(Paenibacillus larvae)Sagona[26]Trichoderma(Trichoderma hamatum)Kim[18]

1 BacteriaGeneraSpeciesReferences FungiGeneraSpeciesReferencesAcinetobacter(Acinetobacter calcoaceticus)Kantt[24]Botrytis(Botrytis cinerea)Li[16]

4 GOD在動物養(yǎng)殖中的應用效果

4.1 改善生產(chǎn)性能

GOD改善生產(chǎn)性能的效果因其來源、使用劑量、試驗動物以及試驗條件等不同而有所差異。表2中列出了部分近年來飼糧中添加GOD對動物生產(chǎn)性能的作用效果[27-33]。

表2 GOD對動物生產(chǎn)性能的影響

生產(chǎn)性能的改善對提高畜牧業(yè)經(jīng)濟效益十分重要。多項研究結(jié)果表明，在動物飼糧中添加適宜劑量的GOD可以改善動物對干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、鈣、磷、粗脂肪和粗纖維等的消化率，顯著提高小腸的消化酶活性[10,14,34-35]，并因此改善動物的生長性能。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在AA肉雞飼糧中添加GOD可以提高21日齡肉雞的平均日增重(ADG)并降低料重比(F/G)。Tang等[36]在仔豬飼糧中添加100 U/kg GOD進行飼喂試驗，結(jié)果顯示，補充GOD后仔豬的ADG和飼料轉(zhuǎn)化率(FCR)與對照組相比有所提高，血清中三碘甲腺原氨酸、甲狀腺素和生長激素濃度升高，糞便菌群也得到改善，表明GOD可能通過提高生長激素水平或調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)來改善生長性能。

4.2 改善肉質(zhì)

肉質(zhì)的改善對養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的提升十分重要。除遺傳因素外，肉質(zhì)主要受到飼糧營養(yǎng)成分和飼養(yǎng)管理水平的影響。飼糧中添加GOD有改善畜禽肉質(zhì)的效果。Wu等[10]研究表明，與對照組相比，在AA肉雞飼糧中添加GOD可顯著提高屠宰后24 h雞胸肉的pH和紅度，GOD改善肉質(zhì)可能與提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率和改善抗氧化能力有關。GOD誘導機體抗氧化能力增強，表現(xiàn)為血漿中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性提高，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量顯著降低，這是GOD調(diào)節(jié)肉質(zhì)的潛在原因。GOD通過消除腸道分子氧、產(chǎn)生GA來改善腸道厭氧和酸性環(huán)境，并由此調(diào)節(jié)腸道菌群，不同腸道菌群的代謝活動對宿主肉質(zhì)的影響也各不相同。Wu等[31]對肉雞分別飼喂來自黑曲霉和尼崎青霉的GOD或抗生素生長促進劑(antibiotic growth promoters，AGP)，并對其肉質(zhì)和腸道菌群進行了相關分析，研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的變化介導了不同來源的GOD或AGP對肉質(zhì)的不同作用；與AGP組相比，GOD組腸道菌群中顯著增加的Brenneria、Faecalibacterium和Holdemania與MDA含量呈負相關，與21日齡肉雞肉質(zhì)的顯著提高呈正相關，Anaerofilum、Coprobacillus和Dorea的顯著增加與42日齡肉雞肉質(zhì)的顯著提高呈正相關；與飼喂黑曲霉產(chǎn)生的GOD相比，飼喂尼崎青霉產(chǎn)生的GOD顯著增加了42日齡肉雞腸道中的Anaerofilum。GOD與一些飼料添加劑聯(lián)合使用時對肉質(zhì)的改善效果更佳。Wang等[33]研究表明，GOD和解淀粉芽孢桿菌SC06在飼糧中聯(lián)用與單獨使用相比較，顯著降低了嶺南黃羽肉雞胸肌的剪切力，使肉的嫩度有所改善。

4.3 改善繁殖性能

動物的繁殖性能與遺傳因素、營養(yǎng)水平、管理水平等密切相關。孫穎雪[37]研究發(fā)現(xiàn)，GOD可提高妊娠母豬后期平均日采食量(ADFI)以及斷奶后7 d發(fā)情率，降低母豬在泌乳期的背膘損失，對母豬生產(chǎn)具有重要意義。尤瑞祺等[38]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，妊娠母豬飼糧中添加600 mg/kg GOD可以顯著提高大河烏豬仔豬的初生重和20日齡體重。GOD對繁殖性能的改善作用可能是通過提高抗氧化能力并減輕氧化應激水平[38-39]、影響機體能量代謝[37]、提高繁殖相關激素的水平[40]以及減少生殖器官細胞凋亡[28]等來實現(xiàn)的。李嘉輝等[39]研究表明，產(chǎn)蛋后期蛋種雞飼糧添加350和500 mg/kg GOD后，產(chǎn)蛋率、種蛋蛋殼厚度和哈氏單位顯著增加，料蛋比顯著降低，血清和肝臟谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、SOD活性顯著提高，血清和肝臟MDA含量顯著降低。由此可見，GOD可能是通過緩解種雞的氧化應激、減輕脂質(zhì)過氧化水平來提高其產(chǎn)蛋性能的。血液中適宜的繁殖相關激素的水平對蛋種雞產(chǎn)蛋后期繁殖性能的維持十分重要。李生杰[40]研究表明，飼糧中添加200、350、500 mg/kg的GOD均提高了產(chǎn)蛋后期海蘭褐蛋種雞血清中雌二醇、促卵泡素和孕酮含量，并不同程度地提高了產(chǎn)蛋率、種蛋受精率以及大白卵泡數(shù)量，降低了試驗各階段的料蛋比。Sun等[28]研究表明，飼糧中添加GOD可提高泌乳母豬的ADFI，顯著提高斷奶時仔豬的窩重，并通過減少細胞凋亡相關基因的表達來減輕肝臟、卵巢和子宮的細胞凋亡，對這些器官起保護作用。

4.4 改善機體免疫水平

飼糧中添加適宜劑量的GOD可改變動物的免疫器官指數(shù)、血液或腸道中細胞因子和抗體的含量或表達水平，由此改善機體的免疫水平，且與抗生素有類似的效果。GOD對部分動物免疫水平的影響見表3[10,29,32-33,41-45]。

GOD可通過增強機體免疫水平、降低機體促炎因子水平等方式緩解外界應激引起的炎癥反應。劉嬌等[46]研究表明，飼糧中添加200 U/kg的GOD可通過降低大腸桿菌O88攻毒肉鴨血液白細胞數(shù)、提高淋巴細胞百分比來增強機體的非特異性免疫，且其降低空腸促炎細胞因子含量的效果與抗生素組無顯著差異，這表明GOD能夠緩解機體的炎癥反應，減少外來病原對機體的損傷。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在熱應激之前補充GOD會刺激腸道氧化應激并產(chǎn)生補償反應，從而防止腸道炎癥因子的快速增加。Qu等[30]研究表明，與發(fā)霉玉米組相比，同時補充GOD可通過提高肉雞回腸分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A，sIgA)水平和白細胞介素-10(interleukin-10，IL-10)水平，并降低轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)水平，由此減少霉菌毒素引起的炎癥反應；該研究還表明GOD可能通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)信號通路發(fā)揮其作用。

表3 GOD對動物免疫水平的影響

4.5 改善抗氧化能力

當機體的酶促和非酶促抗氧化機制不足以抵御活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)的產(chǎn)生時，細胞的氧化還原穩(wěn)態(tài)被打亂，繼而發(fā)生氧化應激[47-48]。在動物生產(chǎn)中，誘發(fā)氧化應激的因素包括出生、斷奶、飼糧組成及質(zhì)量、飼養(yǎng)環(huán)境以及社會環(huán)境等[49]。氧化應激會導致動物生產(chǎn)性能與繁殖性能等的降低，進而影響?zhàn)B殖的經(jīng)濟效益。多項研究已證明，GOD可以通過提高抗氧化酶的活性和降低機體氧化水平等方式改善機體的抗氧化能力(表4)[10,27-28,31,33-34,38-41,45-46,50-53]。

核因子E2相關因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)是一種基本的堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper，bZip)轉(zhuǎn)錄因子，可通過誘導和上調(diào)抗氧化反應元件(antioxidant response element，ARE)依賴性基因的表達來影響谷胱甘肽(glutathione，GSH)的合成和機體氧化還原狀態(tài)[54-55]。李嘉輝等[39]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加GOD使產(chǎn)蛋后期蛋種雞的肝臟和血清中MDA、SOD、GSH-Px等抗氧化指標得到改善，且提高了肝臟抗氧化相關基因[Nrf2、錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、銅鋅超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)]的mRNA相對表達量。這說明GOD可能是通過激活核因子Nrf2/ARE信號通路基因的表達，進而提高下游GSH-Px等抗氧化酶的水平以提高抗氧化能力的。Zhang等[56]研究表明，八角提取物(IVE)和添加GOD的益生菌(PGO)能通過激活肝臟和空腸中的Nrf2/Kelch樣ECH關聯(lián)蛋白1(Keap1)信號通路來提高斷奶仔豬的抗氧化能力，且IVE與PGO的互作效應顯著。轉(zhuǎn)錄因子p53是一種具有多種細胞功能的氧化還原調(diào)節(jié)蛋白，它的持續(xù)激活將上調(diào)ROS的表達[48]，使氧化應激水平升高。B細胞淋巴瘤-2相關X蛋白(Bax)是細胞凋亡中線粒體途徑中的關鍵調(diào)節(jié)因子，也可以促進ROS的產(chǎn)生[57]。Wang等[33]在肉雞上的試驗結(jié)果顯示，與對照組相比，GOD顯著降低肝臟中p53和Bax的相對轉(zhuǎn)錄水平。這表明GOD可通過降低促氧化應激蛋白的表達水平來減少ROS的產(chǎn)生，進而減輕氧化應激對機體的影響，與單獨的GOD組相比，飼糧添加75 U/kg GOD和1×105CFU/g解淀粉芽孢桿菌SC06的組合能更顯著地降低p53和B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)的轉(zhuǎn)錄，表明其對抗氧化活性和抗細胞凋亡的效果更好。Sun等[28]研究表明，與飼糧只添加60 U/kg GOD的經(jīng)產(chǎn)母豬相比，同時添加75 U/kg CAT和60 U/kg GOD可以降低泌乳第1天母豬血漿中的ROS水平。這說明GOD降低氧化應激產(chǎn)物水平的能力受飼糧CAT活性的影響，GOD聯(lián)合CAT可以更好地緩解哺乳母豬的氧化損傷。

表4 GOD對動物抗氧化能力的影響

4Experimental animalsEnzyme activity/(U/g)Supplemental doseEffectsReferencesMultiparous sows—60 U/kgT-SODGSH-PxT-AOC,MDA、8-OHdG;T-AOCT-SOD,MDASun[28]O88Peking ducks challenged with Escherichia coli O881 000200 U/kgMDA,T-AOC[46]Weaned piglets20040 U/kg6 h,MDA,SOD,SOD、CAT、HO-1、Nrf2、Keap1Sun[51]Mice—0.1%、0.3%0.5%T-SOD,MDA[52]Weaned piglets2 000150 g/tSOD,MDA[53]Weaned piglets1 0000.01%、0.03%0.05%GSH-PxGSHDang[27]AAAA broilers—60 U/kgMDAWu[31]

4.6 改善腸道健康

4.6.1 改善腸道屏障功能

動物腸道屏障包括微生物屏障、物理屏障、化學屏障和免疫屏障[58-59]。腸道的物理屏障由緊密連接蛋白構(gòu)成，包括咬合蛋白(occludin)、閉合蛋白(claudin)及閉合小帶蛋白(zonula occludens，ZOs)，它們形成了腸道屏障的結(jié)構(gòu)基礎[60]。黏蛋白-2(mucin-2，MUC-2)，在腸道中由杯狀細胞分泌，與水、電解質(zhì)和脂質(zhì)等一起在腸道中形成黏稠的凝膠狀網(wǎng)絡[61]，構(gòu)成腸道的化學屏障。研究表明，GOD能夠通過提高緊密連接蛋白[29-30,32-33,51,62-63]、黏蛋白[33]、分泌型免疫球蛋白[62]等在腸道中的表達水平改善動物的腸道的屏障功能，阻止不利因素影響下腸道通透性的提高[29-30,46]。Liu等[29]研究了飼糧中添加200 U/kg GOD對大腸桿菌O88攻毒北京鴨的影響，發(fā)現(xiàn)GOD可以增強緊密連接蛋白ZO-1、claudin-1和claudin-2的基因表達，并降低鴨血漿中二胺氧化酶(diamine oxidase，DAO)的活性和D-乳酸(D-lactic acid，D-LA)的含量，這說明攻毒肉鴨的腸道通透性降低，物理屏障得到改善，攻毒造成的腸道損傷被減輕。

4.6.2 維持腸道菌群平衡

在人和動物的消化道中，存在著數(shù)以萬億計的微生物，它們可通過發(fā)酵食物成分影響胃腸道的消化與吸收，其產(chǎn)生的信號還會經(jīng)由腦腸軸影響機體的神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫通路[64]。微生物群進化出了復雜的機制，包括營養(yǎng)競爭、競爭性代謝相互作用、生態(tài)位排斥和宿主免疫反應的誘導來抑制病原體的生長[65]，由此減少有害菌對機體的影響。

研究已證明，飼糧中補充GOD可提高腸道菌群多樣性[32,50,63,66]、減少有害菌數(shù)量并提高有益菌數(shù)量[28,67-69]，由此來維持動物腸道菌群的平衡。Zhao等[32]在北京油雞上的研究證明，飼糧補充200 U/kg GOD有增加回腸菌群香農(nóng)-韋弗指數(shù)的趨勢，且在屬水平上降低了致病菌埃希氏-志賀氏菌屬(Escherichia-Shigella)的相對豐度；添加GOD后，F(xiàn)aecalibacterium和擬桿菌門(Bacteroidetes)的相對豐度增加，這有利于77日齡北京油雞的增重、飼料利用率和腸道屏障功能。Wu等[10]研究表明，飼糧GOD誘導的不同腸道微生物，特別是普氏棲糞桿菌，可能作為改善生長性能和腸道健康的重要調(diào)節(jié)因子，與AGP相比，GOD能在提高生長性能的同時保持腸道細菌多樣性。GOD改變腸道菌群結(jié)構(gòu)的功能主要是通過消耗氧氣、產(chǎn)酸以及產(chǎn)生過氧化氫來完成的。GOD催化大量消耗腸道中的氧氣，有利于腸道厭氧環(huán)境的維持，并促進厭氧益生菌的生長，抑制好氧有害菌的生長。GOD催化反應的產(chǎn)物GA經(jīng)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸和乙酸酯能被利用酸的細菌[如埃氏巨型球菌(Megasphaeraelsdenii)]用來生成丁酸[70]，而丁酸是結(jié)腸細胞的主要能量來源，可維持健康的腸道微生物群[71]，從而對動物的腸道產(chǎn)生積極影響。

4.6.3 改善腸道形態(tài)

腸道形態(tài)不僅反映了腸道的健康水平，也能在一定程度上反映腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。腸絨毛高度(villus height，VH)越長，則其與營養(yǎng)物質(zhì)接觸的表面積越大，對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收越有利[72]。新的腸細胞需要從隱窩遷移到絨毛尖端，在此遷移過程中，細胞成熟且吸收營養(yǎng)的能力更完善[73]，較淺的隱窩代表著細胞的成熟度較高。腸道VH越長、隱窩深度(crypt depth，CD)越小、絨毛高度/隱窩深度(VH/CD)值越大通常代表著腸道吸收能力越好。GOD能在有害微生物攻毒[29,63]、氧化應激[51]等對腸道功能不利的條件下不同程度地增加腸道的VH、降低CD或增大VH/CD。Zhao等[63]使用產(chǎn)氣莢膜梭菌從第14天到第20天對AA肉雞進行攻毒，探究了GOD對壞死性腸炎的預防和緩解作用，結(jié)果表明，GOD能顯著增加第21天回腸VH和VH/CD，表明GOD可以改善腸道的形態(tài)結(jié)構(gòu)，這種改善作用可能是通過GOD催化產(chǎn)生的GA的益生作用完成的。

4.7 其他作用

4.7.1 緩解霉菌毒素中毒

霉菌毒素是飼料中的主要污染物，飼料中霉菌毒素包括黃曲霉毒素、赭曲霉毒素A、伏馬菌素、玉米赤霉烯酮和脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等[74]。霉菌毒素對動物具有腎毒性、肝毒性、神經(jīng)毒性和免疫毒性等多種毒性[75]，會影響動物的生長性能、繁殖性能以及肉質(zhì)等多種與經(jīng)濟效益關系密切的指標。

飼糧中添加GOD一方面可以抑制黃曲霉等多種產(chǎn)生霉菌毒素的真菌的生長，另一方面也能緩解霉菌毒素暴露對動物的影響。Qu等[30]研究了飼糧添加0.01% GOD對飼喂含有10%霉變玉米飼糧的AA肉雞的影響，結(jié)果表明，補充GOD可以防止絨毛破裂、維持腸道通透性和屏障功能來保護腸道免受霉菌毒素的損害，對肉雞的生長、炎癥反應、抗氧化活性和免疫功能具有保護作用，其有益作用可能是微生物群介導的。

4.7.2 抗仔豬腹瀉

飼糧中補充氧化鋅是一種常用的抗仔豬腹瀉手段，但是它有污染環(huán)境、傳播抗生素抗性基因和影響腸道正常微生物群的風險[76]。因此，氧化鋅替代品的開發(fā)至關重要。陳成[77]進行了GOD替代高劑量氧化鋅的研究，并綜合試驗結(jié)果中GOD的促生長和抗腹瀉作用得出結(jié)論：斷奶仔豬飼糧中添加30 mg/kg活性為1 000 U/g的GOD可替代3 000 mg/kg氧化鋅，且經(jīng)濟效益顯著。

4.7.3 緩解熱應激

家禽生產(chǎn)過程中，熱應激是一項巨大的挑戰(zhàn)，會導致家禽生長性能降低，肉質(zhì)變差[78]。Wang等[45]研究了在熱應激前后的飼糧中添加GOD對肉雞生長、腸道炎癥等的影響，結(jié)果顯示，飼糧中添加GOD(100 g/t)提高了高溫下肉雞的生長性能，顯著降低了腸道炎癥因子增加率。熱應激之前，在肉雞飼糧中添加GOD會引起腸道氧化應激和炎癥因子的產(chǎn)生，激活免疫系統(tǒng)并刺激機體產(chǎn)生代償效應，從而防止熱應激后腸道炎癥因子的迅速增加，使動物免受嚴重傷害。

5 小結(jié)與展望

GOD在包括豬、雞和鴨等多種動物上的應用效果已得到廣泛的研究，其催化過程中耗氧、產(chǎn)酸以及產(chǎn)過氧化氫的特性賦予了它在動物體外發(fā)揮的抑菌保鮮作用以及在動物體內(nèi)的促生長、助消化、提高繁殖性能、改善肉質(zhì)、抗氧化、提高免疫水平、改善腸道健康以及緩解應激的效果。目前，GOD在動物飼料中的使用還存在著一些問題，有待通過進一步研究提升其應用效果：1)GOD的來源、酶學性質(zhì)以及使用GOD的動物品種、年齡、飼糧組成等都會影響GOD在動物中的應用效果。因此，在對不同動物使用不同來源的GOD時，應當遵循規(guī)定的使用劑量或進行合理的試驗以確定適宜劑量。2)GOD發(fā)揮作用時會產(chǎn)生強氧化劑過氧化氫，飼糧中單獨添加過量的GOD可能會使機體局部氧化應激水平升高從而降低其有益效果。因此，需要研究GOD與一些能夠減輕機體氧化應激水平的飼料添加劑(如植物提取物、益生菌和CAT等)的合理配伍，以提升GOD在飼料中的應用價值。3)部分飼料加工步驟(如膨化、制粒等)中的高溫環(huán)境以及動物消化道內(nèi)的低pH、胃蛋白酶及胰蛋白酶等的消化會破壞酶制劑的正常結(jié)構(gòu)，進而影響其功能。為得到更適合作為飼料添加劑的GOD，可發(fā)掘耐酸、耐熱、耐受蛋白酶消化的新酶或基于工程技術(shù)對現(xiàn)有酶進行合理改造。