多酚氧化酶影响青贮过程中蛋白降解的机理研究

Red clover polyphenol oxidase (PPO) has the potential to protect protein against protease during ensiling, leading to lower proteolysis compared with alfalfa and other legume forages. This project will investigate: dynamics of PPO activity and substrates during growing stages; the efficacy of various o-diphenolic and monophenolic compounds in PPO-mediated proteolytic inhibition during ensiling; the effect of PPO on proteolysis by plant or microbial protease and the mechanism of PPO on protein degradation reduction; the effect of PPO on proteolytic activities of endo- and exopeptidases; and the effect of industrial and agricultural by-products with higher PPO activity on proteolysis during ensiling. The results of this study will not only provide theoretical foundation for selection of red clover varieties and suitable cutting period, but also provide new ideas for improving fermentation quality and inhibiting proteolysis during ensiling.

红三叶青贮过程中蛋白质降解率显著低于苜蓿及其它豆科牧草，这一现象常归因于多酚氧化酶。本项目在已搜集的红三叶品种基础上，研究其不同生育期多酚氧化酶活性和底物的变化规律；通过将多酚氧化酶与不同底物共培养，分析培养过程中蛋白降解程度、降解产物和酚类底物的消长，确定多酚氧化酶的最适底物；比较青贮过程中多酚氧化酶及其底物对植物蛋白酶和微生物蛋白酶的作用效果，探讨其对不同肽链内切酶和肽链外切酶活性的特异性作用，进一步阐明多酚氧化酶抑制蛋白降解的机理；挖掘富含多酚氧化酶体系的材料，并将其引入苜蓿青贮中，评价其对苜蓿青贮过程中蛋白降解的影响。本项目不仅为红三叶品种和适宜刈割时期的选择提供理论依据，同时可为改善豆科牧草青贮发酵品质、抑制青贮过程中蛋白降解提供新思路。

蛋白质降解是制约优质豆科牧草青贮加工的主要因素之一，其不仅降低青贮发酵品质也造成营养成分严重损失，红三叶青贮过程中蛋白质降解率显著低于紫花苜蓿及其他豆科牧草，常将其归因于红三叶中的多酚氧化酶。本项目首先比较了6个红三叶品种生长过程中多酚氧化酶活性和总酚含量的变化趋势，发现随着生育期的延长，多酚氧化酶活性逐渐增加，均在盛花期达到峰值，之后均略有下降；总酚含量也随着生育期延长逐渐增加，在盛花期达到最高值并保持稳定；探讨了青贮过程中微生物的消长及其代谢产物的变化、蛋白酶的活性和蛋白组分的动态变化，发现紫花苜蓿青贮过程中蛋白质的降解主要发生在青贮前5天，之后仍有非蛋白氮生成，但是增速放缓，而在青贮过程中前5天植物蛋白酶活性较高，之后活性均低于原始酶活的1/2，表明豆科牧草青贮过程中植物蛋白酶是引起蛋白降解的主要因素；将商业多酚氧化酶和9种酚类底物与紫花苜蓿浸提液进行厌氧培养，分析了培养过程中蛋白质降解动态，发现9种底物中绿源酸、儿茶素水合物、茶多酚能较好的抑制游离氨基酸和非蛋白氮的生成；通过分别抑制青贮过程微生物和植物蛋白酶活性，剖析了多酚氧化酶对青贮过程中蛋白质降解的影响，发现多酚氧化酶对植物蛋白酶的影响大于对微生物的影响；将多酚氧化酶引入紫花苜蓿并进行青贮，发现混入多酚氧化酶体系可以显著降低紫花苜蓿青贮过程中蛋白质降解。本项目揭示了多酚氧化酶活性和总酚含量随着红三叶生育期延长逐渐增加的规律，为生产中红三叶品种的选择和生长管理提供参考，探明了多酚氧化酶对紫花苜蓿青贮过程中蛋白质降解的影响，为改善豆科牧草青贮发酵品质、抑制青贮过程中蛋白降解提供了新思路。