稻米來源鎘對生長期豬的生長特性及不同臟器組織鎘蓄積的影響

夏耀耀，黎俊，馮澤猛，龍次民，曾昭英，黃瑞林，印遇龍

1. 動物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖研究中心，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)部中南動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，長沙 410125 2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049 3. 湖南師范大學(xué)生命學(xué)院動物營養(yǎng)與人體健康實(shí)驗(yàn)室，長沙410081 4. 湖南寶東農(nóng)牧發(fā)展有限公司，邵陽422002 5. 湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，重金屬對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地環(huán)境的威脅也日益嚴(yán)重[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鎘年排放量約1.0×106t，并將繼續(xù)增長。鎘污染對人類健康和生態(tài)環(huán)境都有極大的危害。環(huán)境中鎘污染會降低植物產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致植物死亡[4-7]。對于動物和人類來說，鎘暴露可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的趨化和管狀結(jié)構(gòu)的形成，引發(fā)動脈粥樣硬化、高血壓、心肌病及血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷等多種心血管疾病[8]；長期低劑量鎘接觸可對機(jī)體血液紅細(xì)胞、白細(xì)胞產(chǎn)生毒性，造成血淋巴細(xì)胞的DNA損傷，損害機(jī)體的免疫功能[9]。鎘進(jìn)入機(jī)體后，主要蓄積于肝、腎等器官中，可致大鼠機(jī)體肝過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活力降低，肝臟還原型谷胱甘肽的含量減少，影響肝功能，產(chǎn)生氧化應(yīng)激[10]；鎘在體內(nèi)蓄積還對哺乳動物的生殖系統(tǒng)具有毒性作用[11-12]。鎘米作為人類食品存在安全隱患，農(nóng)業(yè)工作者從栽培管理、品種選擇、鎘鈍化劑的使用等多種綜合措施入手，或多或少解決了部分鎘米問題，但鎘污染區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然需要改善。目前有關(guān)鎘的毒理研究多關(guān)注于其無機(jī)態(tài)[13-16]，鎘米中的鎘以蛋白結(jié)合態(tài)形式存在，其毒性可能有異于無機(jī)狀態(tài)，其對動物的生長代謝是否產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響以及蛋白結(jié)合態(tài)鎘在生物體內(nèi)如何遷移、分配鮮有研究。因此，本研究探究稻米來源鎘在豬體內(nèi)的蓄積與分配規(guī)律，并確定其對生長期豬生長代謝的影響，評估稻米來源鎘對生長期豬的毒害程度具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試驗(yàn)材料

液相質(zhì)譜聯(lián)用儀(5500 Q TRAP LC-MS/MS，美國，AB公司)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-OES720，日本，Agilent公司)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與飼糧

試驗(yàn)組鎘超標(biāo)稻米購自鎘污染區(qū)農(nóng)戶，鎘含量(0.75±0.06) mg·kg-1(n=6)；對照組同品種稻米從非污染區(qū)農(nóng)戶購得，鎘含量(0.19±0.01) mg·kg-1(n=6)。采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇同批次二元雜(長白×大白)生長豬28頭(體重約30 kg)，隨機(jī)分為體重沒有明顯差異的對照組和試驗(yàn)組。試驗(yàn)在湖南新五豐股份有限公司永安分公司豬場同個豬舍進(jìn)行(分生長和育肥2個階段)。參考NRC(2012)配制生長期豬基礎(chǔ)飼糧，組成及營養(yǎng)水平見表1。配合飼料鎘含量對照組(0.15±0.01) mg·kg-1(n=6)；試驗(yàn)組(0.55±0.04) mg·kg-1(n=6)。單欄飼養(yǎng)，自由采食、飲水，生長階段飼喂至均重達(dá)60 kg，生長育肥全階段飼喂至均重達(dá)90 kg。

1.3 樣品采集

生長階段試驗(yàn)豬空腹均重達(dá)約60 kg時(shí)，每組選6頭進(jìn)行心臟放血屠宰；生長育肥階段試驗(yàn)豬空腹均重達(dá)約90 kg時(shí)，在每組余下8頭于屠宰場電暈后再進(jìn)行心臟放血屠宰，分別采集樣品。用肝素管收集血液，4 ℃靜置2 h后，3 500 r·min-1離心10 min，取上清得血漿，-20 ℃保存。分別取肝、腎臟和背最長肌各50 g于-20 ℃保存，待測游離氨基酸含量。取心、肝、脾、肺、腎、胃、小腸、大腸、背肌、腿肌、皮、脂肪、骨頭各200 g于-20 ℃保存，待測鎘的含量。

1.4 指標(biāo)檢測與測定方法

1.4.1 生長特性

根據(jù)試驗(yàn)豬初始體重/%(IW/%)、末重/%(FW/%)、每天記錄耗料量及試驗(yàn)天數(shù)計(jì)算平均日增重/g(ADG/g)，平均日采食量/g(ADFI/g)，料肉比(F/G)。

1.4.2 游離氨基酸

各組織中游離氨基酸的檢測利用LC-MS/MS，參照文獻(xiàn)方法進(jìn)行[17]。

1.4.3 鎘含量檢測

樣品中鎘含量的檢測嚴(yán)格按照國標(biāo)法食品中金屬元素檢測標(biāo)準(zhǔn)(鎘 GB 5009.15—2014)；利用720系列ICP-OES進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

表1 試驗(yàn)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Ingredient and nutrient levels of basal diet (dry mass basis)

注：a預(yù)混料為每千克飼糧提供。生長期：維生素A，1 300 IU；維生素D3，150 IU；維生素E，11 IU；維生素B1，1.0 mg；維生素B6，1.0 mg；葉酸，0.3 mg；生物素，0.05 mg；尼克酸，30 mg；泛酸，7.0 mg；氯化膽堿，0.3 mg；NaCl，1.0 g；銅，4.5 mg；鐵，100 mg；鋅，80 mg；錳，3.0 mg；碘，0.14 mg。育肥期：維生素A，1 300 IU；維生素D3，150 IU；維生素E，11 IU；維生素B1，1.0 mg；維生素B6，1.0 mg；葉酸，0.3 mg；生物素，0.05 mg；尼克酸，30 mg；泛酸，7.0 mg；氯化膽堿，0.3 mg；NaCl，1.0 g；銅，4.0 mg；鐵，60 mg；鋅，50 mg；錳，2.0 mg；碘，0.13 mg。b計(jì)算值。Note:aPremix provided the following per kilogram of the diet. Growth period: Vitamin A, 1 300 IU; Vitamin D3, 150 IU; Vitamin E, 11 IU; Vitamin B1, 1.0 mg; Vitamin B6, 1.0 mg; Folic acid, 0.3 mg; Biotin, 0.05 mg; Nicotinic acid, 30 mg; Pantothenic acid, 7.0 mg; Choline chloride, 0.3 mg; NaCl, 1.0 g; Cu, 4.5 mg; Fe, 100 mg; Zn, 80 mg; Mn, 3.0 mg; I, 0.14 mg. Fattening period: Vitamin A, 1 300 IU; Vitamin D3, 150 IU; Vitamin E, 11 IU; Vitamin B1, 1.0 mg; Vitamin B6, 1.0 mg; Folic acid, 0.3 mg; Biotin, 0.05 mg; Nicotinic acid, 30 mg; Pantothenic acid, 7.0 mg; Choline chloride, 0.3 mg; NaCl, 1.0 g; Cu, 4.0 mg; Fe, 60 mg; Zn, 50 mg; Mn, 2.0 mg; I, 0.13 mg.bCalculated values.

2 結(jié)果(Results)

2.1 稻米來源鎘對生長期豬生長特性的影響

與對照組相比，生長期豬飼糧中添加稻米來源鎘后，ADFI、ADG及F/G均不存在顯著差異(P>0.05)(表2)。

2.2 稻米來源鎘對生長期豬組織中游離氨基酸含量的影響

生長期豬飼喂含有稻米來源鎘飼糧后，與對照組相比，除肌肉中賴氨酸含量顯著降低外(P<0.05)，血漿、肝臟、腎臟中各游離氨基酸含量均無顯著差異(P>0.05) (表3和4)。

2.3 稻米來源鎘在生長期豬體內(nèi)的蓄積規(guī)律

與對照組相比，無論生長階段，還是生長育肥全階段，飼糧中添加稻米來源鎘后，除肌肉、血漿中鎘蓄積量無顯著差異外(P>0.05)，其他各內(nèi)臟器官中鎘蓄積量均顯著增高(P<0.05)，皮和脂肪中均未檢出鎘；各組織中鎘蓄積量由多到少依次為：腎臟>肝臟>小腸>脾>肺>大腸>胃>血液>骨頭>心>腿肌>背肌>脂肪、皮；且腎臟、肝臟和脾臟中鎘的蓄積量隨著飼喂時(shí)間的延長而增加(表5)。

表2 稻米來源鎘對生長期豬生長特性的影響Table 2 Effects of cadmium supplied via cadmium contaminated rice on the growth performance of growing-finishing pigs

表3 稻米來源鎘對生長期豬(30～90 kg, n=8)血漿、肌肉中游離氨基酸含量的影響Table 3 Effects of cadmium supplied via cadmium contaminated rice on free amino acids for the plasma and muscle of growing-finishing pigs (30-90 kg, n=8)

注：與對照組相比，不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。Note: Compared with control, different letters indicate significant differences (P<0.05). The same below.

表4 稻米來源鎘對生長期豬(30～90 kg，n=8)肝臟、腎臟中游離氨基酸含量的影響Table 4 Effects of cadmium supplied via cadmium contaminated rice on free amino acids for the liver and kidney of growing-finishing pigs (30-90 kg, n=8)

表5 稻米來源鎘在生長期豬體內(nèi)的沉積規(guī)律Table 5 The accumulation of cadmium supplied via cadmium contaminated rice in growing-finishing pigs

注：“ND”表示未檢出；“—”表示未檢測。Note: “ND” means no results detected; “-” means no detection.

3 討論(Discussion)

戴清文等[18]的研究表明，在動物飼糧中添加無機(jī)鎘，會降低動物的生長特性，但是對于引起動物生長特性下降的確切飼糧鎘含量，觀點(diǎn)不一。斷奶仔豬飼糧中添加3 mg·kg-1鎘對其生長發(fā)育和料重比無明顯影響，而添加50 mg·kg-1鎘則導(dǎo)致豬生長緩慢。生長育肥豬飼糧中隨著鎘含量的增多，采食量和日增重相應(yīng)降低[19]。Combs等[20]報(bào)道，在山羊飼糧中分別添加10.4、18.0和28.5 mg·kg-1的鎘，飼喂125 d，期間生長特性并未下降。Bundscherer等[21]的研究表明，肉雞飼糧中添加50 mg·kg-1鎘，對肉仔雞身體狀況和生長速度亦無顯著影響。飼糧中添加50、300 mg·kg-1的鎘對北京鴨體重未產(chǎn)生顯著影響[22]。Lisk等[23]指出，生長育肥階段(17.6～90 kg)飼喂鎘含量為0.24 mg·kg-1的玉米來源鎘飼糧后試驗(yàn)豬的ADG、F/G和ADFI均無明顯變化。我國飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定全價(jià)配合飼料中鎘含量不得超過0.50 mg·kg-1。本試驗(yàn)中，試驗(yàn)組鎘含量約0.55 mg·kg-1，全部來源于超標(biāo)稻米，生長特性試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)豬的生長特性及采食量并沒有得到明顯的抑制，這與Lisk等[23]的研究結(jié)果一致。可見，稻米來源鎘對豬生長健康狀況的影響與無機(jī)鎘效果類似，即隨劑量而異，高劑量時(shí)降低豬的生長速度，而低劑量時(shí)不產(chǎn)生顯著的抑制作用。

有研究表明，鎘脅迫導(dǎo)致家蠅3日齡幼蟲血淋巴中游離氨基酸組成發(fā)生變化(如丙氨酸降低、賴氨酸升高)[24]。大鼠鎘中毒時(shí)，血漿中絲氨酸和異亮氨酸含量顯著降低[25]。本試驗(yàn)中，肌肉、肝臟、腎臟及血液中游離氨基酸含量，與對照組相比，除肌肉中賴氨酸顯著降低外(P<0.05)，其余氨基酸都沒有明顯變化(P>0.05)，推測低劑量鎘對氨基酸代謝影響不大，但導(dǎo)致肌肉賴氨酸下降的具體原因有待進(jìn)一步研究。

動物機(jī)體為了維持正常的生命活動，必須從飼糧中吸收一些微量金屬元素，如銅、鐵、錳、鋅等。它們直接參與機(jī)體組成以及影響酶的活性，與許多疾病的發(fā)生、發(fā)展以及動物生長發(fā)育過程都有著非常重要的關(guān)系。這些金屬元素在機(jī)體內(nèi)的吸收、蓄積及排出過程也具有一定的互作關(guān)系，鎘作為機(jī)體非必需元素，可以借助這些必需元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)入機(jī)體[26-27]。

吳景初等[28]研究發(fā)現(xiàn)，鎘在染毒大鼠體內(nèi)的分布為：腎>肝>胰>心>肺>毛，血液及骨中含量均較低。凡強(qiáng)勝[19]的研究報(bào)道，生長期豬飼糧中添加一定劑量的無機(jī)鎘，其在體內(nèi)的蓄積分配規(guī)律為：腎臟>肝臟>肌肉，三者含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。鎘在動物體內(nèi)的累積隨飼喂時(shí)間增長而增加，肝臟和腎臟中鎘濃度隨著飼糧中鎘含量的增加而增加[29]。機(jī)體在鎘暴露下可迅速生成金屬硫蛋白(MT)，飼糧中的鎘可與體內(nèi)MT形成Cd-MT復(fù)合物，而該復(fù)合物能大量轉(zhuǎn)運(yùn)至肝腎[30-31]。本試驗(yàn)中對照組和試驗(yàn)組相比，各臟器和組織中鎘的蓄積量除脂肪、皮、肌肉和血液中無顯著差異外(P>0.05)，其他組織均存在明顯差異(P<0.05)，尤其以腎臟和肝臟中蓄積最多，可能原因是肝腎可以快速大量合成MT使鎘得以大量蓄積，所以腎臟和肝臟成為鎘蓄積的重要靶器官，這與前面所述試驗(yàn)的研究結(jié)果基本一致。總的來說，在生長期豬飼糧中添加稻米來源鎘(0.55 mg·kg-1)后，鎘在腎臟(2.66 mg·kg-1)中沉積最多，超過國家食品標(biāo)準(zhǔn)(1.00 mg·kg-1)，肝臟(0.40 mg·kg-1)次之，略低于國家食品標(biāo)準(zhǔn)(0.50 mg·kg-1)；肌肉(0.003 mg·kg-1)、脂肪(未檢出)沉積量很少，遠(yuǎn)低于國家食品標(biāo)準(zhǔn)(0.10 mg·kg-1)。

因此，生長期豬飼糧中添加稻米來源鎘(0.55 mg·kg-1)后，不影響主流食用組織的食用安全性，其毒害作用主要體現(xiàn)在肝臟和腎臟，故需對肝腎做無害化處理。

致謝：感謝包顯穎、陳頎等在本試驗(yàn)進(jìn)行過程中給予的熱情幫助。