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植物病毒的研究及进展过程

更新时间:2010-3-19:  来源:毕业论文

植物病毒的研究及进展过程
摘要:植物病毒是病毒学科的一个重要组成部分,从病毒学的展历史来看,一些开创性的工作和基础理论研究成果最先是在植物病毒领域里取得的。这类病原物给很多重要经济作物造成巨大危害,全世界每年农作物的损失达 2 0 0亿美元。2 0世纪初对植物病毒学的研究主要集中在植物病理学领域,随着社会的发展和科学技术的进步,以及新技术新方法的不断应用,病毒学发展焕然一新。研究学者们对植物病毒的研究从形态、结构、组成及病毒核酸和蛋白质大分子的超微结构的观察,深入到近年来的对植物病毒基因组核苷酸序列的分析和氨基酸组成及结构功能上,进一步揭示了一些植物病毒的本质特征,使人们对植物病毒有了更深刻地认识,无论是在理论上还是在应用上都有了很大发展。

  关键词:植物病毒,研究进展

  Abstract: Plant viruses are viruses discipline,it is an important part of the show from the history of virology, a number of pioneering work and basic theoretical research was first achieved in the field of plant viruses. Many of these pathogens to cause great harm economically important crops, the annual global crop losses amounting to 200 billion U.S. dollars. 20 beginning of the century plant virology research focused on the field of plant pathology, with the development of society and scientific and technological progress, as well as new technologies, the continuous application of new methods, virology, the development of an entirely new look.Researchers are studying how the virus on plant morphology, structure, composition, and viral nucleic acid and protein molecules of the ultrastructure observation, in-depth in recent years against the plant virus genome nucleotide sequence analysis and amino acid composition and structure of the function further reveals the essential characteristic of a number of plant viruses, causing people to plant viruses have a more profound understanding, both in theory and in applications have witnessed great development.

  Key words: plant virus, research progress

  花叶病毒”是我 国科学家发现的两种新的病毒 。我国已完成了水稻黄矮弹状病毒基因组全序列的分析,对芜菁花叶病毒、甜菜坏死黄脉病毒、齿兰环斑等病毒的外壳蛋白基因序列进行了分析。植物病毒检测技术已从单一的生物学测定发展为生物测定与电镜诊断、血清学和分子病毒学相结合的快速、灵敏、可靠的检测技术。植物病毒与介体传播的分子机制方面的研究,主要集中在明确病毒参与传播的基因及产物和传播介体的病毒特异性受体结合蛋白的分析。明确了外壳蛋白基因和辅助蛋白基因与蚜虫非持续性传播有关。植物病毒在细胞间的运转过去曾被认为是个被动过程,近十几年积累的研究结果表明,病毒在细胞间的运转是由病毒编码的运动蛋白和一些寄主因子介导的主动程。对马铃薯Y 病毒和杆状病毒基因组结构和功能上开展了大量的研究工作。

  一、植物病毒学的发展

   自从Mc K i n n e y ( 1 9 2 9 ) 发现植物病毒株系间存在着干扰现象之后,1 9 3 4年美国学者 K u n k e l 就提出了利用弱毒株系来防治植物病毒病的设想。但直到本世纪5 0年代,G r it 等( 1 9 5 1 ) 才发现柑桔衰退病毒病的弱毒系对强毒系有保护作用。1955年 P o s .n e t t 和 T o d d用弱毒株保护方法防治在加纳流行的可可肿枝病,取得较好效果。1964年 C h a mb e r l a i n 发现苹果花叶病的弱毒株对强毒株也有明显的保护作用。1 9 7 6年 Z a i t l i n等以 T MV弱毒株系病毒为材料,研究交叉保护形成的原因,提出弱毒株系只能产生缺损的外壳蛋白C P或根本不产生C P 。1982年 S h e r wo o d和F u l t o n的结果表明C P是交叉保护作用的基础,并提出了交叉保护作用机制的假说:交叉保护作用是以外壳蛋白为基础的,很可能预先感染弱毒株系的病毒所结合的外壳蛋白阻止了强毒株系病毒的脱衣壳,或者通过包装作用将强毒株系病毒的基因组又重新包装起来。另外两种病毒之间存在着正义链之间的抑制作用,或者是两种病毒的复制机制中存在着相互抑制作用。八十年代初,人们便利用弱毒株系来防治生产中的某些病毒病,并取得了一定的防效。1 9 8 0年 H a e mi l t o n首先提出了植物基因工程的思想:转基因植物中表达病毒基因组序列可能是一种防御病毒侵入的途径。在De Zo e t e n和F u l t o n( 1 9 7 5 )以及 S h e r wo o d和 F u l t o n ( 1 9 8 2 )提出交叉保护作用机制的基础上,1 9 8 4年 S e q u e r i a提出将C P基因转入到植物体内表达可能会产生保护作用。随后 Beachy1985年讨论了利用病毒反义序列获得保护作用的可能性。同年sanford 和 Jhonsdon提出设想:具有交叉保护作用的病毒的复制酶可能结合到后感染的强毒病R NA中的“复制酶结合位点”,但是无复制酶活性,从而阻止了强毒株系病毒复制酶的结合。近年来我国周常勇首次证明,CTV弱毒株系交叉保护效果依赖于保护株和攻击株基因组序列的相似程度,在分子水平上类似转录后基因沉默机理。正是交叉保护现象及其作用机制的研究结果为植物基因工程开展奠定了理论基础。

  二、植物病毒中的类病毒

   1、一种奇怪的马铃薯病

  本世纪2 0年代初,植物病理学家 Martin在美国东北部首先发现了一种奇怪的马铃薯病,现称之为“马铃薯纺锤形块茎病,多年来,人们一直把它看作是一种由普通病毒引起的植物病毒病。1962年,在美国马里兰州一个农业研究中心工作的雷默 ( Ray me r )观察到,引起马铃薯纺锤形块茎病的病原体也可以侵染蕃茄植株,并在二周内引起典型的症状。受侵染的蕃茄叶片经磷酸盐提取后,在高达 1 0 0 ,0 0 0 g的离心速度下,其有感染性的物质仍然留在提取物的上清被中。这个现象表 E lj j ,具有感染性的物质不是一般的病毒,而可能是一种比病毒还要小的病原体。

  在进一步的研究中,他们发现这种具有传染性的病原体表现出一些独特的性质,例如它不为超速离心所沉淀,说明其分子量和沉降系数小 (约为 6— 1 5 s ) ;用酚和有机溶剂处理,不降低该病原体的侵染力,耐热性较强 ( 70--7 5 ℃),说明它不含蛋白和酯类;它不能放 DNA 酶或蛋白酶灭活,但用RNA 酶处理后则丧失感染活性,说明其化学本质是 RNA;抽提出的RNA能进入较高浓度的聚丙烯酰胺凝艇电泳,测得分子量为1×1 0 左右低分子量R NA 经人工接种后可产生典型的病状。根据上述这些特性,可以认为引起马铃薯纺锤形块茎病的病原体并非普通病毒,而是一种不具蛋白质外壳、游离的RNA。Di e n e r于1971 年正式将其命名为类病毒”。

  2、类病毒结构的研究

  由于类病毒结构简单,性质独特,所含的信息量不足以编码任何蛋白质,却能引起严重病害,成为结构与功能研究的一个理想材料,吸引了越来越多的分子生物学家、生物化学家的兴趣积研究热情。

  类病毒存在于宿主细胞的细胞核中,能在宿主细胞中自主复制,并显示其致病能力。病毒与细胞使用相同的遗传密码,病毒核酸编码自己的蛋白质,但必须借助宿主细胞的蛋白质合成机器来完成。因此,病毒核酸不需要具备象细胞DNA 那样众多的遗传信息。而类病毒的自主复制则完全依赖宿主细胞,由于不需要码自己的外壳蛋白质和自主复制的酶系,类病毒棱酸比病毒就更小了。很可能类病毒仅仅需要启动自主复制的核苷酸序列就足够了。因此,类病毒是目此已知的最小的寄生物。

  自从1971 年迪纳发现第一个类病毒 ( 即PS TV) 以来,目前已经发现的类病毒至少在8个以上,其中13个已测定了核苷酸顺序。至今所知的类病毒都是在高等植物中发现的,大多数类病毒侵染宿主植物后可造成严重危害,但是也有些类病毒并不明显地殃及宿主植物。因此近年来有人认为,类病毒不一定只限于患病的植株,可能普遍存在于植物界。

  3、发现类病毒的实践意义

  类病毒的发现,除了农业生产上有实际意义外,还给研究者提出了许多有价值的理论性课题。例如:( 1 )类病毒 RNA本身有什么分子信号,存在于寄主中的酶系,可以专一性地以类病毒 R NA 为模板,沿相反的方向转录出类病毒 R NA( 负链) ?( 2 )类病毒 RNA自主复制的分子机制究竟是什么?功能又是如何 ? 如果类病毒作为宿主基因转录的调节者而起作用的话,那么它不仅是致病因子,考虑到类病毒在更多的寄主中不表现病状的事实,它是不是细胞生物的一个进化和选择的因子呢? ( 3 ) 为什么类病毒仅在高等植物中发现? 动物与人类的许多疑难疾病是否也与类病毒有关 ? ( 4 ) 某些生物细胞中存在的闭环小分RNA,已在酵母线粒体、嗜血四膜虫棱糖体、线状病毒基因组以及女贞等植物叶片细胞中发现,它们从分子量大小到分子结构都与类病毒有相似之处,是否生物界普遍存在这种RNA呢 ? 它们与类病毒的起源是否有关? 这些内源性的R NA是否会成为具有侵染性的致病因子?或有其它什么生理性作用?( 5 )类病毒结构简单又有自主复制能力,它为分子生物学的研究提供了比噬菌体更为良好的材料。在进一步完善类病毒结构模型的同时,深入开展结构与功能关系的研究,有没有可能使类病毒成为继氨基酸 t R NA 之后人工合成生命的对象 ?这些都是人们希望了解的问题。

  三、植物病毒的防治

  防治植物病毒病是农业生产中面临的重要任务,这就需要深入研究病毒与植物的相互作用机制。80年代后期,随着分子克隆和转基因植物培育方法的日趋成熟,植物抗病毒基因工程方面的研究取得了很大发展。利用病毒本身的一些基因导入植物成功获得了一大批抗病毒基因工程植株,已经应用和提出的技术路线有导入病毒外壳蛋白基因,利用病毒卫星RNA,利用病毒非结构蛋白基因如复制酶基因、运动蛋白基因、核酸结合蛋白基因等。

  我国在这方面的研究也取得了可喜进展,1991 年中科院微生物所与河南农科院合作将MV和CMV的外壳蛋白基因共转化烟草,获得抗TMV+ C MV的双抗NC89烟草,防治效果达70;1993年中国农科院也研制成功了抗大麦黄矮病BYDVGP株系的转GPVC P基因的小麦。抗病毒基因工程的另一重大进展是利用RNA复制酶的一部分基因转化植物,Go lemoski等人将TMV复制酶核心组成部分导入烟草,其抗性程度明显高于表达TMV外壳蛋白基因的转基因植物。此外,其他一些抗病毒基因工程也在研中,例如病毒的反义RNA基因、对目标基因即病毒RNA 起反式剪切作用的核酶,以及毒蛋白基因 ( 如商陆蛋白、蓖麻蛋白、白喉毒素)等。

  利用DNA和RNA植物病毒作为载体表达外源蛋白是近几年迅速发展起来的一种新的遗传转化方式,从80年代初期提出了可用植物病毒作载体表达外源蛋白,至今已发展了多个植物病毒表达载体系统。1984年这一技术首先在雀麦草花叶病毒中率先实现。功表达。利用植物表达载体生产疫苗和药用蛋白已成为众多学者当前以及未来的研究热点,国内有数家单位也开展了这方面的工作,所涉及的病毒包括烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒和马铃薯 x病毒,主要表达口蹄疫V P 1蛋白、霍乱、狂犬和甲肝病毒的抗原蛋白等。最终实现以植物作为外源蛋白生物反应器,高效表达外源蛋白的目的。但这一方法也存在一些问题,例如受体植物不理想,抗原表达量偏低,较高水平的抗原表达对受体植物有毒性,转基因植物疫苗的免疫效果差,口服免疫可能引起口服免疫耐受等,克服这些限制因素,是我们今后研究的方向和主要内容。

  四、抗植物病毒的研究进展

   目前所筛选的抗植物病毒药剂对病毒有高度选择性而对寄主无毒或低毒的制剂还很少。但有些抗植物药剂能诱导寄主对病毒产生抗性,这已经成为近年研究抗植物病毒剂的趋势之一。

  1、抑制病毒对植物的侵染,钝化病毒的感染性

  我国目前使用的NS-83增抗剂、菌毒清等药剂多属于防治对策的抗病毒制剂。这类药剂可以在病毒侵染寄主植物是将病毒暂时或永久钝化,以达到抑制病毒侵染的目的。

  2、抑制病毒的增值和转运

  药物通过对病毒RNA复制过程和病毒相关蛋白表达过程的抑制或干扰,或具有蛋白酶和核酸酶的活性能对病毒合成过程产生影响。这类药剂多为碱基类似物或碱基前体类似物。

  3、研究中的问题及展望

  目前,在抗植物病毒研究上海存在一些问题:一是抗植物病毒剂研究起步较晚,人们对植物病毒的本质认识不深,尤其是对植物病毒和药剂间的相互作用关系研究不透彻。二是受植物病毒学演剧方法的制约,一直未建立起统一的简便实用的药剂筛选和药效评定体系,使得抗植物病毒剂的筛选缺乏理论指导。三是由于研究队伍、技术设施缺乏整合,现有的技术力量未发挥出应有的作用。这些问题的存在,严重制约抗植物病毒剂及其作用机制的发展。

  回顾过去50年我国植物病毒学取得了可喜进展,为我们进一步深入植物病毒的研究奠定了实的基础。中国和世界一样经历了生物技术的命,未来植物病毒学家们将面临着更严峻的任务挑战,我们还应当认识到,我们距离国外发达国的研究水平还有很大的差距,应坚持以基础理论究为依据的前提下,多作开创性而非重复性的研究工作。

  五、参考文献

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  范文二

   动物微生态制剂的研究与应用进展

   学生姓名:*** 学号:********

  生命科学学院 生物科学专业

  指导教师:**** 职称:教授

  摘 要:长期以来,人们往往在动物饲粮中使用抗生素,抗菌药物类生长促进剂以控制腹泻,维持健康,促进生长及提高饲料利用率.但是大量使用抗生素易造成动物抗病力减弱,药物残留问题严重,动物肉蛋奶品质下降,直接威胁人类健康与安全.为此,能替代抗生素,抗菌药物而又无毒副作用,无残留的天然生长促进剂-微生态制剂应运而生(1,3).

  关键词:动物微生态制剂;研究技术;应用进展

  Abstract:For a long time, people tend to use of antibiotics in animal diet, antimicrobial drug class to control the growth-promoting agent diarrhea, maintain health, promote growth and improve feed utilization. But the heavy use of antibiotics in animals could easily lead to reduced resistance to disease, serious problem of drug residues, animal Roudan Nai degradation, a direct threat to human health and safety. To do this, can replace antibiotics, side effects of antibiotics and non-toxic, non-residue of natural growth promoters - Probiotics have emerged (1,3).

  Key Words:Animal probiotics; research techniques; Application Progress

  引言

  动物生态制剂是指应用动物体及外界环境中正常的有益微生物经特殊的驯化和加工工艺制成的活菌制剂,又称益生素,生菌剂等.它可以改善动物肠道中微生物的菌群平衡,从而起到防治某些细菌性疾病的发生,并能提高动物对饲料的利用率,提高机体免疫力,促进生长和改善生产性能;改善饲养环境;并能获得安全无药物残留的畜禽产品等.

  1 研究简况

  对于动物微生态制剂的研究,从1947年发现到现在,科学界积累了大量的资料,证明这是一个具有发展前景的高新技术领域.

  1.1发展阶段

  1947年,Mollgaard首先发现使用乳酸杆菌饲喂猪崽可有效的增加崽猪的体重并改善崽猪的身体健康.

  1.2停滞阶段

   50,60年代,正是研究抗生素的黄金时期,微生态制剂的研究进入低潮期.

  1.3发展阶段

   美国从20世纪70年代开始饲用微生物,80年代中期世界各国,尤其欧洲,日本等发达国家纷纷采取官方强硬的措施,对饲用抗生素的种类,使用方法,剂量和配伍等方面加以限制,同时大力开展研究药物饲料添加剂代用品的可能性,积极鼓励和倡导绿色安全饲料添加剂的研究和推广,使微生态制剂再一次受到世人的瞩目.1989年全球微生态制剂总销售额为7500万美元,1993年为1.22亿美元,近十年来发展更为迅速,每年销售额达到5亿美元.我国微生态制剂的研究始于20世纪70年代,但应用则是近几年的事.目前国内已经有一批生产厂家研究生产出饲用微生态制剂产品,表现出一定的作用与效果.

  2 用于动物微生态制剂的菌种

  2.1 国外允许使用的菌种

  1989年,美国食品与药物管理局(FDA)和美国饲料控制官员协会公布了可以直接饲喂且一般认为是安全的微生物菌种.包括黑曲霉,米曲霉,凝结芽孢杆菌,纤维二糖乳杆菌等共42种.另外,在欧洲市场上销售的益生素品种已不下50种.

  2.2 国内允许使用的菌种

  我国农业部第105号公布的允许使用的饲料添加剂品种目录中,饲料级微生物添加剂有12种(5).包括干酪乳杆菌,植物乳杆菌,粪链球菌,尿链球菌,乳酸片球菌,枯草芽孢杆菌,纳豆芽孢杆菌,嗜酸乳杆菌,乳链球菌,啤酒酵母,产朊假丝酵母和沼泽红假单胞菌.

  各国实际应用和研究开发的菌种不尽相同,主要有以下几类:1.芽孢杆菌属,在动物消化道中零星存在2.梭状芽孢杆菌属,此属为厌氧芽孢生长菌3.无胞子乳酸菌群主要有乳酸杆菌属,双歧杆菌属等4.酵母菌属等.

  2.3优良菌种需要具备的条件

  1.对动物和人体无毒,无害,安全和无副作用2.具有存活能力并能进行工业化规模生产3.经加工后活菌存活率高,稳定性好4.有利于促进宿主的生长发育及提高抗病能力.

  目前使用叫多的益生菌是芽孢杆菌属,乳杆菌属和酵母菌属等.

  3 动物微生态制剂的作用机理与应用

  3.1作用机理

   动物微生态制剂的作用机理在理论上的研究进展还比较慢,目前主要有以下一些研究(2,4,7,8,9).

  3.1.1微生物优势种群原理

  正常动物肠道内的微生态平衡中,有益微生物占绝对优势,起决定作用.一旦失去这种优势,就会导致微生态失衡,致使动物发病.应用微生态制剂,可以补充优势菌群,从而恢复肠道内的微生态平衡.

  3.1.2竞争性排斥原理

  健康动物肠道黏膜都存在一层微生物屏障,病原微生物只有突破这层屏障,通过自身的甘露糖与肠黏膜上皮细胞的受体结合才能定植,增殖.应用微生态制剂,可以通过甘露糖与肠黏膜上皮细胞结合,尽早建立起微生物屏障,以阻止病原微生物在肠黏膜的附着和定植.

  3.1.3生物夺氧学说

  好氧菌特别是芽孢杆菌能消耗肠道内的氧气,造成厌氧环境有利于厌氧微生物的生长,从而使失调的菌群平衡调整恢复到正常状态,达到治病促生长的作用,同时益生素中的双歧杆菌等菌株还有清除动物体内氧自由基的作用.

  3.1.4改善机体代谢,产生有益代谢物

  益生素的有益菌群能在消化道繁衍,能产生乳酸等有机酸降低肠道PH,抑制病原菌生长,产生蛋白酶,脂肪酶,淀粉酶等酶类,促进饲料消化吸收利用,产生如嗜酸菌素,乳糖菌素等抗菌物质,抑制病原菌在肠道内繁殖,合成氨基酸,维生素等营养物质,从而促进动物生长发育和增重.

  3.1.5绿色荧光蛋白基因标记新学说

  最近,由广东省农业科学院生物技术研究所的科研人员承担完成的广东省农业攻关和成果转化项目"微生物制剂促进动物生长的研究与应用"通过了技术成果鉴定.该成果对阐明动物微生态制剂的作用机理取得了新的研究进展:率先开展了利用绿色荧光蛋白基因标记的乳酸菌,芽孢杆菌在动物体内的动态研究,佐证了益生菌能在动物的肠道内定植并形成宿主菌;率先开展了含CpG的DNA片段对猪,鸡的免疫刺激作用研究,提出了微生物制剂中富含CpG的DNA片段是其增强动物免疫能力的原因之一.

  3.2 动物微生态制剂的应用

  3.2.1国外应用

  在国外,直接饲用微生物已逐步应用于畜牧生产上,在理论及应用方面进行了深入细致的研究,取得了丰硕的成果.除美,日外,德,法,英,荷兰,丹麦,西班牙等国家的猪,肉用牛,鸡,兔的饲料,以及犊牛代用乳等亦已普遍使用.国外动物微生态制剂的研究多是围绕乳酸杆菌属,枯草杆菌及一些链球菌进行.欧美用于配合饲料,形成了微生态制剂产业.目前在美国准许饲喂的微生态制剂,使用量8000吨以上,产品如Probiottics公司的Protoxin.日本年产值上亿元的公司几十家,主要是双歧杆菌类产品.另外还有英国Europroteins公司的Provita Lac Teal SBLC,泰国的Toyacerin,加拿大的Prosuis Paste等.

  3.2.2国内应用

  在我国,动物微生态制剂的研究和应用起步较晚,但相对起点高,发展快,以芽孢杆菌,乳酸杆菌研制为主.2000年我国生产动物微生态制剂的企业约400家,生产的生物兽药及饲用微生物添加剂约1.2万~1.5万吨,生产的生物饲料(用已知微生物发酵有毒有害原料生产活性蛋白饲料)约2万吨.

  3.2.3应用效果

  大量实验已证实动物微生态制剂对畜禽,水产的生产性能有很大的改善,Peo(1987),韩剑众(1989),何明清(1992),阎凤兰(1996),李焕友(2002),张日俊(2002),Frank(1991),McGinnis(1992),Noh(1995)等报道,使用动物微生态制剂可以提高畜禽日增重11%(2%~30%)(1,4,6).另外,Pollman(1993)认为崽猪日粮中添加益生素还能降低生长猪粪中氨氮和挥发性脂肪酸的含量.

  问题与建议

  4 问题与建议

  4.1存在问题

  动物微生态制剂作为一种新兴的饲料添加剂近年来发展很快,虽然开发了一些有价值的产品,但在产品应用方面存在较大困难.主要表现在活菌制剂稳定性较差;产品种类单一,应用范围有限,效果不稳定.另外,国内动物微生态制剂产品还没有一个统一的质量标准,市场处于较混乱的状态.

  虽然已从微生态方面推出了一些理论与假设,但关于动物营养代谢与肠道微生物群之间的关系研究还处于初级阶段.

  4.2研究与应用建议

  进一步加强微生物代谢与动物营养物质代谢之间关系方面的基础研究工作.

  由于微生态结构及其复杂,试图用一两种微生态制剂来解决几十种抗生素尚未解决的问题是不可能的,因此微生态制剂的开发研究要针对不同饲养环境,不同动物种类,不同生理状态的动物;微生态制剂的使用也要在充分了解动物健康状况,微生态生理结构的前提下进行,才能有的放矢.即在研究微生态的同时,必须下大力气研究动物肠道菌菌群自身的特点及与寄主和环境的关系,才能设计出新一代高效的动物微生态制剂.

  进一步加强新菌种的研究.如通过基因工程构建新菌种,利用特殊环境条件选择优良新菌种,利用返回式科学卫星中的强反射,高空和微重力的特殊环境以提高变异率,从而获得非常优良的益生菌菌种.

  总之,动物微生态制剂是通过调节动物自身微生物平衡而起作用,由于其作用方式独特,应用效果显著,具有抗生素所不具有的特点,所以应用前景十分广阔.随着动物微生态理论的发展,动物微生态制剂将成为饲料工业中最有前途的添加剂之一.

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