磷在動(dòng)物配合飼料中占舉足輕重的地位，參與動(dòng)物牙齒、骨骼及細(xì)胞膜構(gòu)成，是遺傳物質(zhì)核酸的組分，參與重要生長代謝過程。磷缺乏嚴(yán)重影響動(dòng)物生長，導(dǎo)致動(dòng)物的生產(chǎn)性能低下。
單胃動(dòng)物（豬、雞、鴨）和水產(chǎn)類（魚、蝦）消化道內(nèi)缺乏植酸酶，無法有效利用玉米、大豆等飼料原料中含量豐富的植酸磷，需要在飼料中添加磷酸氫鈣來滿足動(dòng)物生長對磷的需求，而磷酸氫鈣生產(chǎn)過程耗能高、污染重。動(dòng)物未加利用的植酸磷形成的高磷糞便對環(huán)境的污染已經(jīng)成為我國飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展中不可忽視的問題。我國畜禽糞便年產(chǎn)生量約為17.3億噸，含磷363萬噸，是化肥磷流失量的1.3倍。
植酸酶是性質(zhì)優(yōu)良的飼料添加劑，可以把玉米等飼料原料中大量存在的植酸磷分解成無機(jī)磷，提高單胃動(dòng)物對飼料磷的利用率和動(dòng)物的生產(chǎn)性能，降低動(dòng)物糞便中磷的排泄量。鑒于植酸酶顯著的綜合效益，包括環(huán)保效益，歐盟各成員國、加拿大以及美國等發(fā)達(dá)工業(yè)國家為此從上世紀(jì)九十年代就制定了養(yǎng)殖業(yè)強(qiáng)制使用植酸酶的政策，東南亞、日本和韓國近期也將出臺法律，把它作為一種“綠色磷”用以取代傳統(tǒng)的無機(jī)磷酸鹽，在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮了巨大作用。
目前飼料中使用的植酸酶是通過微生物發(fā)酵方式生產(chǎn)的第一代產(chǎn)品。該生產(chǎn)方式能源消耗通常是生產(chǎn)成本的20%左右。探索低成本、節(jié)能降耗方式生產(chǎn)植酸酶在我國有重要的意義。
考慮到玉米是重要的也是最佳的飼料加工原料，我國玉米總需求量的近80%用于飼料加工，在家禽和家畜飼料中的用量都在50%以上。由中國工程院院士范云六先生領(lǐng)導(dǎo)的課題組在成功開發(fā)第一代植酸酶產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，從我國國情和可持續(xù)性發(fā)展角度出發(fā)，通過長達(dá)7年的攻關(guān)，開發(fā)了一項(xiàng)節(jié)能、環(huán)保、低成本生產(chǎn)植酸酶的高新技術(shù)：利用玉米種子生物反應(yīng)器生產(chǎn)的第二代植酸酶產(chǎn)品。
與發(fā)酵生產(chǎn)方式相比，該生產(chǎn)方式：
成本低。發(fā)酵方式生產(chǎn)植酸酶需要廠房、發(fā)酵罐、產(chǎn)品后加工設(shè)備等專門的生產(chǎn)設(shè)備；生產(chǎn)過程需要耗費(fèi)化工原料；而以農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，不需要專門的生產(chǎn)設(shè)備。玉米能利用陽光、水分等生產(chǎn)植酸酶，原材料的費(fèi)用低；
耗能少。發(fā)酵方式不僅生產(chǎn)過程需要消耗大量能量而且產(chǎn)品后加工也要耗費(fèi)能量；后加工通常是將發(fā)酵液與載體按比例混合，利用熱空氣干燥；或者在壓力的作用下將液體霧化，通過熱空氣將霧滴干燥形成小的顆?；蚍勰?。這些過程都需要耗能。通常發(fā)酵方式的能耗是其生產(chǎn)成本的20%左右。而以農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，生產(chǎn)過程無需耗能，不需要進(jìn)行后加工，生產(chǎn)的是直接作為飼用的表達(dá)的植酸酶玉米種子，不必進(jìn)行酶的提取和純化，酶能在種子中長期穩(wěn)定保存，種子易于長距離運(yùn)輸和普及推廣，無需酶類產(chǎn)品特殊的保存條件及考慮產(chǎn)品的劑型，因此非常節(jié)能。
中國飼料工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求：1公斤飼料中含0.5公斤玉米種子, 添加 500U 植酸酶添加劑。也就是說，要求1公斤的玉米種子中含1000單位的植酸酶。該項(xiàng)目的轉(zhuǎn)基因玉米經(jīng)過六代選育，得到了27個(gè)表達(dá)植酸酶并穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米純合系，植酸酶活性均在1,000 單位/公斤以上，最高的達(dá)到120,000 單位/公斤。動(dòng)物飼喂實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以玉米為載體生產(chǎn)的植酸酶與發(fā)酵生產(chǎn)的植酸酶功能相當(dāng)，可以顯著提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，顯著降低動(dòng)物排泄物中磷的含量。完全以替代微生物發(fā)酵生產(chǎn)的植酸酶滿足飼料工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求可。
為確保產(chǎn)品的生物安全性，該項(xiàng)目使用獨(dú)特的技術(shù)，得到的27個(gè)玉米純合系排除了質(zhì)粒復(fù)制起始序列、抗生素選擇標(biāo)記等外源DNA序列。并且從中成功地選育到14個(gè)不含篩選標(biāo)記Bar基因、僅保留植酸酶基因的純系，達(dá)到了安全性最理想的要求。該項(xiàng)目的五個(gè)純系分別于2004年6月、2005年12月先后通過國家農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因安全評價(jià)的“中間試驗(yàn)”和“環(huán)境釋放”階段。目前已經(jīng)進(jìn)入安全評價(jià)的最后階段“生產(chǎn)性試驗(yàn)”。
2007年5月21日，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所完成的“利用玉米種子生物反應(yīng)器生產(chǎn)高活性植酸酶”項(xiàng)目通過農(nóng)業(yè)部科技成果鑒定。農(nóng)業(yè)部科教司方向東副巡視員、計(jì)劃處陳彥賓副處長和農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理辦公室邵建成副處長，中國農(nóng)科院翟虎渠院長以及生物技術(shù)研究所的領(lǐng)導(dǎo)參加了鑒定會。由中國科學(xué)院院士李振聲先生為主任，戴景瑞院士、方榮祥院士等國內(nèi)著名的遺傳育種、分子生物學(xué)和動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)專家組成的鑒定委員會一致認(rèn)為：該項(xiàng)目詳實(shí)的分子生物學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)等實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，以玉米為載體生產(chǎn)的高活性植酸酶具備替代目前微生物發(fā)酵生產(chǎn)植酸酶功效。其技術(shù)水平達(dá)到國際同類研究的領(lǐng)先水平。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院翟虎渠院長在講話中指出，范云六院士帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)一心、奮力拼搏，在植物生物反應(yīng)器研究領(lǐng)域做了非常好的工作。“利用玉米種子生物反應(yīng)器生產(chǎn)高活性植酸酶”成果的取得，為進(jìn)一步推進(jìn)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化和利用農(nóng)業(yè)生物技術(shù)解決重大國計(jì)民生問題奠定了良好的基礎(chǔ)。
農(nóng)業(yè)部科教司方向東副巡視員在發(fā)言中指出，該項(xiàng)目以產(chǎn)品為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，立項(xiàng)起點(diǎn)高，緊密結(jié)合了科學(xué)研究與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重大問題。希望組織各方面的力量，加快利用玉米種子生物反應(yīng)器生產(chǎn)高活性植酸酶的產(chǎn)業(yè)化研究，使科技成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
