飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)牛組織和血液鉛和鎘含量的影響

蔡 秋 張明忠 劉康書 朱 明 舒丹丘 王興寧 盧存仁 欒君明

(1.貴州出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心，貴陽 550004;2.貴州省農(nóng)業(yè)廳，貴陽 550002;3.貴州大學(xué)，貴陽 550004)

重金屬污染是全球正在面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻的環(huán)境問題，在所有的污染元素中，鉛(Pb)和鎘(Cd)以遷移性強(qiáng)、毒性高成為較受關(guān)注的對(duì)象，它可長(zhǎng)期持續(xù)在動(dòng)物體內(nèi)積累而呈現(xiàn)毒性作用，其主要的靶器官是腎臟、肝臟等，可造成這些器官的損傷，使動(dòng)物繁殖能力降低甚至死亡［1］。金屬元素間的關(guān)系是極為復(fù)雜的。鉛和鎘的毒性作用大多與一些必需微量元素密不可分，有研究表明，鐵(Fe)、銅(Cu)和鋅(Zn)等必需微量元素均可影響人體和動(dòng)物鎘的代謝和積累，能抑制鉛和鎘毒性或產(chǎn)生拮抗作用［2－6］。但目前有關(guān)經(jīng)口攝入銅、鋅和鐵對(duì)家畜組織中鉛和鎘含量的影響報(bào)道很少，特別是在自然養(yǎng)殖狀態(tài)下，添加銅、鐵和鋅對(duì)家畜體內(nèi)鉛和鎘影響研究更少。為了探討必需微量元素銅、鐵和鋅與動(dòng)物體內(nèi)鉛和鎘含量的交互作用和關(guān)系，為降低鉛和鎘在食物鏈中的遷移和蓄積的控制技術(shù)提供依據(jù)，本研究以西門塔爾牛和威寧黃牛的雜交肉牛為研究對(duì)象，在飼糧中補(bǔ)充銅、鐵和鋅，探討在自然養(yǎng)殖狀態(tài)下銅、鐵和鋅對(duì)牛組織和血液中鉛和鎘含量的影響，為消除動(dòng)物產(chǎn)品的安全隱患、降低環(huán)境污染對(duì)動(dòng)物源性食品安全帶來的影響提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與周邊環(huán)境

本試驗(yàn)在貴陽城郊某肉牛養(yǎng)殖基地進(jìn)行，周邊無工廠、生活污水等環(huán)境污染，養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)土壤鉛本底值為44.35mg/kg、鎘的本底值為0.36 mg/kg，達(dá)到國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，水源鉛和鎘含量達(dá)到國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 試驗(yàn)動(dòng)物

選取出生環(huán)境條件、飼養(yǎng)條件一致的12月齡西門塔爾牛和威寧黃牛的雜交肉用公牛20頭。1.1.3 銅、鐵和鋅飼料添加劑

本試驗(yàn)采用的銅、鐵和鋅分別以硫酸銅(CuSO4·5H2O)、硫酸亞鐵(FeSO4·H2O)、硫酸鋅(ZnSO4·H2O)形式添加在精飼料中，產(chǎn)品為飼料級(jí)，添加量參照文獻(xiàn)［7］中育肥牛礦物質(zhì)需求標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.4 基礎(chǔ)飼糧

粗飼料為玉米青貯或青草，精飼料按肉牛營(yíng)養(yǎng)需要配制，制成粉狀配合飼料，基礎(chǔ)精飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1?；A(chǔ)精飼料鉛的平均含量為0.168 mg/kg(0.005～0.320 mg/kg);鎘平均含量為0.051 mg/kg(0.003～0.107 mg/kg)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

20頭肉牛隨機(jī)分為2組，對(duì)照組和試驗(yàn)組分別飼喂基礎(chǔ)精飼料和基礎(chǔ)精飼料中添加銅20 mg、鐵200 mg和鋅200 mg的試驗(yàn)精飼料，每組10頭。1.2.2 飼養(yǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)牛圈養(yǎng)于同一牛舍中。預(yù)試期90 d，預(yù)試期對(duì)試驗(yàn)牛打耳號(hào)，統(tǒng)一驅(qū)蟲、健胃、注射疫苗。正試期150 d，每天08:30和17:00各飼喂1次，精飼料飼喂量為牛體重的1.2%，粗飼料自由采食，飼喂量以每天有少量剩料為準(zhǔn)。每次喂料先喂精飼料，待精飼料采食完后再投喂粗飼料，每天09:00、12:00和18:00各飲水1次。

試驗(yàn)期內(nèi)以組為單位記錄喂料量和剩料量，每30 d清晨空腹逐頭稱重，連續(xù)稱2 d，取平均值，計(jì)算牛的平均日采食量、平均日增重和料重比。每30 d從頸靜脈采集血樣50 mL待測(cè)。

表1 基礎(chǔ)精飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels ofthe basal concentrate(air－dry basis)

1.2.3 屠宰試驗(yàn)

飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，禁食24 h，期間自由飲水，而后進(jìn)行屠宰，取腎臟、肝臟、心臟、胰臟、脾臟、大腸、瘤胃和背肌組織各約300 g，置于－30℃保存待測(cè)。

1.2.4 臟器和肌肉組織以及血液樣品鉛和鎘含量的測(cè)定

組織樣品解凍后，去掉結(jié)締組織，粉碎均勻。血液和組織樣品中的鉛和鎘含量參照GB/T 5009.12—2003和 GB/T 5009.15—2003方法檢測(cè)，樣品經(jīng)濕法消化處理，用火焰原子吸收光譜儀(VARIAN AA240，美國(guó))和石墨爐原子吸收光譜儀(PE AA600，美國(guó))進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)據(jù)處理與分析采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行。差異顯著性比較采用單因素方差分析(One way－ANOVA)，2組間比較用 S－N－K(Student Newman－Keuls) 法 進(jìn) 行。以P＜0.05和P＜0.01分別作為差異顯著和極顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛生長(zhǎng)性能的影響

從表2可知，精飼料中添加銅、鐵和鋅分別極顯著提高了肉牛的平均日增重和降低了料重比(P＜0.01)，平均日增重提高了12.50%，料重比降低了15.68%。

表2 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛生長(zhǎng)性能的影響Table 2 Effects of dietary supplementation with Cu，F(xiàn)e and Zn on growth performance of beef cattles

同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P＜0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P＜0.01)，無字母肩標(biāo)表示差異不顯著(P＞0.05)。下表同。

In the same row，values with different small letter superscripts mean significant difference(P＜0.05)，and with different capital letter superscripts mean significant difference(P＜0.01)，while with no letter superscript mean no significant difference(P＞0.05).The same as below.

2.2 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛臟器和肌肉組織中鉛和鎘含量的影響

從表3可知，在精飼料中添加銅、鐵和鋅后，牛各組織中鉛和鎘的變化不盡相同，除胰臟和瘤胃中鉛含量極顯著增加(P＜0.01)和脾臟中的鉛含量顯著降低(P＜0.05)外，其余組織中鉛的變化不顯著(P＞0.05)。鉛畜積的器官主要是胃，其次是腎臟和肝臟。鎘含量的變化為:心臟中鎘含量極顯著降低(P＜0.01)，腎臟、肝臟、脾臟、瘤胃和大腸等組織中的鎘含量極顯著增加(P＜0.01)，背肌組織中鎘含量無顯著變化(P＞0.05)。鎘蓄積的器官主要是腎臟，其次是肝臟，其他組織鎘含量很低。

表3 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛組織中鉛和鎘含量的影響Table 3 Effects of dietary supplementation with Cu，F(xiàn)e and Zn on Pb and Cd contents in tissues of beef cattles mg/kg

2.3 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛血液中鉛和鎘含量的影響

從表4可知，在精飼料中添加銅、鐵和鋅對(duì)牛血液中鉛和鎘的影響不盡一致。第31天血液中鉛含量開始下降并達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，到第61天后達(dá)到極顯著水平(P＜0.01);試驗(yàn)組血液

中鎘在第31和61天時(shí)與對(duì)照組相比變化不大，到 第91天時(shí)，已顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。

表4 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛血液中鉛和鎘含量的影響Table 4 Effects of dietary supplementation with Cu，F(xiàn)e and Zn on Pb and Cd contents in blood of beef cattles

3 討論

3.1 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛生長(zhǎng)性能的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，飼糧添加銅、鐵和鋅顯著提高了肉牛的平均日增重和降低了料重比。這與陳紹國(guó)等［8］研究的結(jié)果相似，該研究在肉牛飼糧中添加硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鋅等使肉牛的平均日增重提高了28.8%，飼料報(bào)酬提高了11.0%。楊正德［9］在每千克飼糧中使用5～10 mg銅，使西門塔爾牛雜種閹牛平均日增重提高了9.74%～11.23%。銅、鐵和鋅對(duì)生長(zhǎng)性能的影響機(jī)理還不是很清楚，可能是由于銅、鐵和鋅是動(dòng)物正常生長(zhǎng)繁殖所必需的微量元素，通過飼糧添加銅、鐵和鋅，改善了飼糧中各種微量元素的比例，滿足了肉牛生長(zhǎng)發(fā)育的需要。銅還參與了瘤胃微生物的代謝，飼糧適宜的銅含量將促進(jìn)瘤胃微生物的生長(zhǎng)，抑制原蟲生長(zhǎng)，進(jìn)而提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，提高飼料利用率，促進(jìn)肉牛的生長(zhǎng)［10－13］。

3.2 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛組織鉛含量的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在自然養(yǎng)殖的條件下，飼糧中添加銅、鐵和鋅使胰臟和瘤胃中鉛的含量增加，血液和脾臟中鉛的含量降低，改變了鉛在肉牛臟器和肌肉組織中的分布，但不能有效降低動(dòng)物組織中的鉛含量，還可能引起鉛在瘤胃等器官中蓄積，這與陸興熠等［14］、朱圣陶等［15］試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

目前，有2種代表性的假說常被用來解釋重金屬離子的相互作用對(duì)重金屬離子在生物體內(nèi)積累的影響，一種是競(jìng)爭(zhēng)位點(diǎn)理論，另一種是金屬硫蛋白(MT)的誘導(dǎo)作用。本試驗(yàn)在飼糧中添加銅、鐵和鋅使鉛在肉牛瘤胃中含量增加的原因可能與金屬硫蛋白誘導(dǎo)有關(guān)。金屬硫蛋白的生物學(xué)功能是調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)自由金屬離子的濃度，減少重金屬離子特別是鉛和鎘的毒害作用。銅、鐵和鋅等金屬離子能激活肝臟和腎臟金屬硫蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，從而使金屬硫蛋白基因得到大量表達(dá)，使腎臟和肝臟組織中金屬硫蛋白含量較高［16－17］，硫蛋白與游離二價(jià)鉛離子(Pb2+)結(jié)合形成復(fù)合物，從而促進(jìn)鉛在某些組織中的蓄積，同時(shí)使血液和另一些組織中鉛含量降低。

3.3 飼糧添加銅、鐵和鋅對(duì)肉牛組織鎘含量的影響

有關(guān)鋅、鐵和銅與鎘在人體及動(dòng)物體內(nèi)的相互作用已有大量研究。有研究結(jié)果顯示，鐵和鋅能與鎘生成復(fù)合物減少鎘含量，人體中銅、鐵和鋅的不足可導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體對(duì)鎘的吸收和富集［18－19］。但本試驗(yàn)結(jié)果表明，飼糧中添加鋅、鐵和銅后肉牛腎臟、肝臟、脾臟和瘤胃組織中鎘的含量顯著增加。這與 Rambeck 等［20］和 Rothe等［21］在豬飼糧中提高銅的添加量促進(jìn)了鎘在組織中的蓄積的結(jié)果一致。針對(duì)本試驗(yàn)的結(jié)果，分析銅、鐵和鋅與鎘離子的相互作用和鎘離子在這些器官和組織中的蓄積情況，可能是銅、鐵和鋅等金屬離子誘導(dǎo)了腎臟和肝臟中金屬硫蛋白產(chǎn)生，使游離二價(jià)鎘離子(Cd2+)與金屬硫蛋白結(jié)合，降低動(dòng)物體內(nèi)游離Cd2+的濃度和毒性，從而使心臟等組織中鎘含量的降低，但同時(shí)導(dǎo)致了鎘在腎臟、肝臟等組織中的蓄積。在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，即使使用相同的2種重金屬離子，對(duì)其他重金屬離子的吸收和積累的影響在不同的生物和組織中的作用也是不一樣的。因此，有關(guān)動(dòng)物組織中鎘與銅、鐵和鋅之間的關(guān)系及其機(jī)理有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

在飼糧中添加銅、鐵和鋅可以改善肉牛的生長(zhǎng)性能，但不能有效減少臟器及肌肉組織中鉛和鎘的蓄積。

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