近期，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶业创新团队成功实现一项重大突破，首次完成牛瘤胃微生物优势脲酶冷冻电镜结构的鉴定，并筛选得到新型植物源绿色脲酶抑制剂——表小檗碱。这一重要研究成果已在国际权威期刊《iMeta》上发表，为反刍动物尿素氮的高效利用以及豆粕减量工作提供了关键指导。
当前，我国大豆进口依赖度约达85%，这一现状已成为影响饲料和养殖企业的关键风险因素，对我国粮食安全和养殖业的健康发展构成了威胁。为应对这一问题，国家积极开展并实施了豆粕减量替代行动，相继发布了《饲用豆粕减量替代三年行动方案》等一系列重要文件，将豆粕减量替代提升至养殖业的重大需求层面。虽然在反刍动物饲料中，豆粕所占比例相较于单胃动物略低，但反刍动物拥有丰富的豆粕替代资源，且豆粕替代具有较强的可操作性。长期以来，尿素一直被应用于反刍动物饲料中，用于替代部分豆粕并促进微生物氮合成。然而，由于瘤胃微生物脲酶活性过强，导致尿素利用率较低，严重时甚至会引发氨中毒。因此，开发新型、尤其是绿色的脲酶抑制剂，对于提高饲料中尿素的使用量和利用率具有重要意义，也是推动豆粕减量替代的关键要点之一。
奶业创新团队的研究员赵圣国、王加启等科研人员，紧密围绕新型绿色脲酶抑制剂研发的重大需求，针对因对牛瘤胃优势脲酶结构认识不足而导致新型脲酶抑制剂开发效率低下的问题，开展了“瘤胃微生物优势脲酶鉴定——蛋白质结构解析——脲酶抑制剂筛选——抑制效果验证”的系统性科研攻关。通过宏基因组分析，他们成功鉴定出优势脲酶基因及其微生物基因组，发现该脲酶来自琥珀酸弧菌科新菌属，并重建了完整的脲酶基因簇与尿素代谢通路。借助冷冻电镜对脲酶催化亚基（UreC）进行结构分析，揭示了其活性位点的关键氨基酸。通过分子对接筛选，鉴定出新型高效植物源脲酶抑制剂表小檗碱，其抑制能力是传统脲酶抑制剂乙酰氧肟酸的30倍。利用人工瘤胃模拟系统进行验证，结果表明脲酶抑制剂表小檗碱通过结合到脲酶活性中心，阻碍尿素进入，从而降低尿素分解速度并提高氮利用率，阐明了脲酶抑制的结构学机制。筛选出的脲酶抑制剂表小檗碱为开发新型饲料添加剂指明了方向，也为牛羊豆粕减量替代提供了有力的产品支撑。
据了解，奶业创新团队长期致力于反刍动物脲酶抑制剂饲料添加剂开发和尿素高效利用的研究与推广工作。近年来，团队在理论基础、技术创新、产品创制和示范应用等方面取得了一系列显著突破。不仅在《iMeta》《Microbiome》等顶尖期刊发表了相关论文，而且有两项脲酶抑制剂成果入选农业火花技术。尤为值得一提的是，团队研发的第二代脲酶抑制剂红三叶草提取物已于2023年获批国家新饲料添加剂，通过成果转化落地实现了商业化生产与销售，取得了良好的实际效果，切实践行了国家豆粕减量替代行动。
