稻米來源鎘對生長育肥豬組織重金屬沉積規(guī)律的影響

■ 黎 俊 夏耀耀 楊煥勝 馮澤猛 龍次民 黃瑞林 印遇龍

（1.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院動物營養(yǎng)與人體健康實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410081；2.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，湖南長沙410125；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；4.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙410128）

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加速，土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重，鎘污染尤其引發(fā)關(guān)注[1]。水稻對鎘具有較強(qiáng)的生理耐受和富集能力，鎘污染地區(qū)收獲的稻谷大部分鎘含量超標(biāo)，不能供人類直接食用[2]。鎘具有很強(qiáng)的生物遷移特性，可通過食物鏈的富集作用蓄積于人體各組織器官中，且排泄速度極慢，半衰期長達(dá)16～30年，嚴(yán)重危害人類健康[3]。研究表明，鎘中毒可通過破壞人體腎臟結(jié)構(gòu)，抑制腎臟對鈣和磷酸鹽的運(yùn)輸功能，影響甲狀旁腺激素和維生素D的代謝，以及加速Ca2+尿液排出等途徑影響骨骼生長和發(fā)育[4]。當(dāng)機(jī)體血鎘和尿鎘含量升高時，還可導(dǎo)致外周動脈疾病發(fā)病率上升，引發(fā)動脈系統(tǒng)脈沖壓力降低、動脈硬化性血管壁增厚及主動脈脈搏波速度下降等一系列癥狀[5-7]。

關(guān)于鎘吸收進(jìn)入細(xì)胞的途徑，主要有鈣離子通道學(xué)說和陰離子交換學(xué)說[8-9]。近年來研究表明，二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(divalent metalt ransporter 1，DMT1)在鎘的吸收過程中也扮演著重要角色。DMT1參與機(jī)體細(xì)胞多種二價金屬離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，包括Fe2+、Zn2+、Mn2+、Ca2+及Cd2+等[10]。鎘通過競爭性替換Ca2+、Fe2+、Zn2+等金屬離子在DMT1上的結(jié)合位置，改變細(xì)胞膜通透性，進(jìn)入細(xì)胞[11]。目前，有關(guān)鎘的毒性研究報道，主要集中在無機(jī)氯化鎘的添加對組織器官的毒性，而關(guān)于稻米來源鎘與二價金屬元素在哺乳動物機(jī)體內(nèi)的相互作用研究很少。本研究的目的在于探究稻米來源鎘對豬體內(nèi)各組織二價重金屬沉積規(guī)律影響及其它們之間的相互作用，為尋求降低鎘在機(jī)體內(nèi)殘留的措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)組鎘超標(biāo)稻米從污染區(qū)農(nóng)戶處收購獲得，對照組稻米從非污染區(qū)農(nóng)戶處收購獲得，收購前均反復(fù)進(jìn)行檢測以保證鎘含量（見表1）；動物飼養(yǎng)試驗(yàn)在湖南新五豐股份有限公司永安分公司豬場進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與飼糧

采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇育肥豬場同棟欄舍、同一批次體重在（31.57±2.82）kg二元雜(長白×大白)生長豬28頭，按體重隨機(jī)分為2組：對照組和試驗(yàn)組。試驗(yàn)分2個階段進(jìn)行，生長階段每個處理6個重復(fù)，生長育肥階段每個處理8個重復(fù)，每個重復(fù)1頭豬。參考NRC(2012)配制肥育豬基礎(chǔ)飼糧，飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。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。

表1 試驗(yàn)稻米及全價飼糧中鎘含量(n=6,mg/kg)

表2 試驗(yàn)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.3 樣品采集

生長階段試驗(yàn)豬直接進(jìn)行心臟放血屠宰；生長育肥階段試驗(yàn)豬在屠宰場電暈后再進(jìn)行心臟放血屠宰，分別采集樣品。

1.3.1 血液樣品

提前加好肝素鈉的10 ml離心管接心臟血1管，上下顛倒搖勻后于-20℃保存，待測鐵、鋅、銅、錳、鎂的含量。

1.3.2 組織樣品

生長及肥育階段：分別取心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、胃、小腸、大腸、腿肌、背肌、皮、脂肪、骨骼各200 g于-20℃保存，待測鐵、鋅、銅、錳、鎂含量。

1.4 指標(biāo)檢測與測定方法

1.4.1 屠宰性能

試驗(yàn)豬屠宰后，按常規(guī)方法進(jìn)行胴體分割，分別稱取左胴體、肌肉、皮脂和骨骼重量，計(jì)算屠宰率（胴體重/活豬體重×100%）、瘦肉率（肌肉重/左胴體重×100%）、皮脂率（皮脂重/左胴體重×100%）、骨骼率（骨骼重/左胴體重×100%）。

1.4.2 器官指數(shù)

器官指數(shù)(g/kg)=器官重量(g)/豬體重(kg)；包括：心臟指數(shù)(Heart index,HI)、肝臟指數(shù)(Liver index,LI)、脾臟指數(shù)(Spleen index,SI)、腎臟指數(shù)(Kidney index,KI)。

1.4.3 金屬元素含量檢測

樣品中各金屬元素的檢測嚴(yán)格按照國標(biāo)法食品中金屬元素檢測標(biāo)準(zhǔn)，分別為：鐵（GB/T 9695.3—2009）、鋅（GB/T 9695.20—2008）、銅（GB/T 9695.22—2009）、錳（GB/T 5009.90—2003）、鎂（GB/T 9695.21—2008）。配制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用720系列電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP-OES)進(jìn)行檢測。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)EXCEL 2010初步整理后，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，以P＜0.05作為數(shù)據(jù)結(jié)果差異是否顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻米來源鎘對生長育肥豬屠宰性能的影響（見表3）

表3 稻米來源鎘對生長肥育豬屠宰性能的影響(%)

表3結(jié)果表明：與對照組相比，生長育肥豬日糧中添加稻米來源鎘后，兩階段的屠宰率和瘦肉率均略有升高，皮脂率略有降低，但均無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 稻米來源鎘對生長育肥豬器官指數(shù)的影響（見表4）

表4 稻米來源鎘對生長育肥豬器官指數(shù)的影響(g/kg)

表4結(jié)果表明：與對照組相比，飼糧中添加稻米來源鎘后，各器官指數(shù)均無顯著差異(P＞0.05)；但全階段飼喂超標(biāo)稻米飼糧后，肝臟和腎臟器官指數(shù)有上升的趨勢。

2.3 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)重金屬沉積規(guī)律的影響

2.3.1 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鐵沉積的影響（見表5）

表5 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鐵沉積的影響(mg/kg)

表5結(jié)果表明：鐵在體內(nèi)主要存在于血液和肝臟、脾臟中；與對照組相比，生長階段飼糧中添加稻米來源鎘后，肝臟中鐵沉積量顯著增加(P＜0.05)；而在生長育肥全階段，肝臟和腎臟中鐵的沉積量均顯著下降(P＜0.05)；其他組織中鐵的沉積量無明顯差異(P＞0.05)。

2.3.2 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鋅沉積的影響（見表6）

表6 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鋅沉積的影響(mg/kg)

表6結(jié)果表明：鋅在體內(nèi)主要存在于肝臟、腎臟和骨骼中；與對照組相比，飼糧中添加稻米來源鎘后，生長階段肝臟和腎臟中鋅沉積量顯著降低(P＜0.05)，其余組織中無顯著差異(P＞0.05)；而在生長育肥全階段，肝臟和腎臟中鋅沉積量顯著增加(P＜0.05)，其他組織中均無顯著差異(P＞0.05)。

2.3.3 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)銅沉積的影響（見表7）

表7 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)銅沉積的影響(mg/kg)

表7結(jié)果表明：銅主要沉積于腎臟、肝臟和心臟；與對照組相比，飼糧中添加稻米來源鎘后，生長階段，肝臟和腎臟中的銅沉積量均顯著降低(P＜0.05)；育肥階段，腎臟中銅的沉積量顯著增加(P＜0.05)，其他組織中銅的沉積量無顯著差異(P＞0.05)。

2.3.4 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)錳沉積的影響（見表8）

表8 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)錳沉積的影響(mg/kg)

表8結(jié)果表明：錳在體內(nèi)主要存在于肝臟、腎臟中；與對照組相比，飼糧中添加稻米來源鎘后，生長階段僅肝臟和骨骼中錳的沉積量顯著增加(P＜0.05)，其余組織中無顯著差異(P＞0.05)；而在生長育肥全階段，各組織中錳的沉積量均無顯著差異(P＞0.05)。

2.3.5 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鎂沉積的影響（見表9）

表9 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)鎂沉積的影響(mg/kg)

表9結(jié)果表明：鎂主要存在于骨骼中，皮和脂肪中含量較少；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，鎂在機(jī)體各組織中的沉積量均無顯著差異(P＞0.05)。

3 討論

3.1 稻米來源鎘對生長育肥豬屠宰性能的影響

考量生豬屠宰性能的指標(biāo)很多，包含胴體重、屠宰率、凈肉重、骨骼重量、胴體長、胴體深、眼肌面積、背膘厚等。我們主要選取部分分割指標(biāo)進(jìn)行測定，包括屠宰率、瘦肉率、皮脂率及骨骼率。目前關(guān)于鎘對生長肥育豬屠宰性能影響的研究極少，該試驗(yàn)中，稻米來源鎘對試驗(yàn)豬的屠宰率，瘦肉率具有一定的改善作用，但差異不顯著(P＞0.05)，這與許多其他重金屬對生豬屠宰性能影響的研究結(jié)果基本一致[12-14]。由此可表明，本試驗(yàn)選用的稻米來源鎘日糧含量（0.55 mg/kg）對生長肥育豬的生長并未達(dá)到明顯毒性劑量，對屠宰性能指標(biāo)的影響亦很小。

3.2 稻米來源鎘對生長育肥豬器官指數(shù)的影響

大量研究表明，日糧鎘含量影響畜禽的各器官指數(shù)。生長豬飼糧添加10 mg/kg鎘，可使其肝臟和脾臟、胸腺、腸系膜淋巴結(jié)的相對重量顯著提高[15]。鎘可顯著增加北京鴨胰腺、腎臟的重量，而且公鴨腎的重量變化比母鴨大[16]。而野鴨飼喂含20 mg/kg鎘的飼糧12周并未出現(xiàn)肝重的變化[17]?？梢婃k對內(nèi)臟器官的影響可能與動物種類、性別、添加水平等有關(guān)。本試驗(yàn)中，飼糧中添加稻米來源鎘，各器官指數(shù)均無顯著差異(P＞0.05)；但隨著飼喂時間的延長，肝臟和腎臟器官指數(shù)有上升的趨勢，這與上述研究結(jié)果類似，可能與鎘在肝臟和腎臟不斷沉積，從而刺激組織中的金屬硫蛋白(MT)合成有關(guān)。

3.3 稻米來源鎘對生長育肥豬體內(nèi)重金屬沉積規(guī)律的影響

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。許多研究表明，鎘與微量元素之間存在著極其復(fù)雜的相互關(guān)系，既有頡頏又有協(xié)同作用。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、沉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通道進(jìn)入機(jī)體[18-19]。

哺乳動物中，經(jīng)較低劑量、較長時間飼喂鎘后，對其體內(nèi)鐵、銅、鋅等元素分布的影響所知較少。鎘主要是通過與小腸鐵吸收密切相關(guān)的黏膜鐵傳遞蛋白發(fā)生結(jié)合[20]，而吸收的少量鎘卻直接與小腸鐵蛋白結(jié)合與鐵產(chǎn)生競爭[21]。研究發(fā)現(xiàn)，較高劑量的鎘可降低小腸對鐵的吸收，減少鐵在組織中的存留，甚至引發(fā)缺鐵性貧血[22]。飼糧鐵低于標(biāo)準(zhǔn)水平時，鎘也會抑制鐵的吸收[23]；相同條件下，飼糧缺鐵更易導(dǎo)致雛雞出現(xiàn)鎘暴露中毒癥狀，如降低其腎臟中鐵的濃度[24]，本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)稻米來源鎘也可以降低生長育肥豬腎臟中鐵的含量。本試驗(yàn)中稻米來源鎘導(dǎo)致生長階段肝臟和腎臟中鋅沉積量顯著減少(P＜0.05)，而在生長育肥全階段，肝臟和腎臟中鋅沉積量顯著增加(P＜0.05)，這說明機(jī)體對于鎘和鋅的吸收、沉積確實(shí)存在一定的相關(guān)性，其可能原因是鎘和鋅是同族元素且理化性質(zhì)相似，致使機(jī)體對鎘和鋅的識別存在一定誤區(qū)，從而產(chǎn)生協(xié)同或者頡頏作用。同時，該試驗(yàn)結(jié)果還表明，鎘對于鋅在體內(nèi)沉積的影響與飼喂時間存在關(guān)聯(lián)，這可能與機(jī)體對于鎘的累積效應(yīng)有關(guān)，當(dāng)組織中鎘達(dá)到一定量時，表現(xiàn)為頡頏作用。鎘對銅和錳在體內(nèi)沉積量的影響也體現(xiàn)在肝臟和腎臟這兩個代謝器官中，本試驗(yàn)中，生長階段肝臟和腎臟中銅含量顯著降低(P＜0.05)，生長育肥全階段腎臟中銅含量顯著增加(P＜0.05)，這與鋅的沉積規(guī)律相似。而錳的沉積差異主要體現(xiàn)在生長階段肝臟和骨骼組織中，超標(biāo)組顯著增加(P＜0.05)，其他組織中均無差異(P＞0.05)。鎂是機(jī)體內(nèi)必需的常量元素，含量較多，尤其骨骼中沉積較多，其分布規(guī)律受鎘的影響很小。由此可見，鎘主要影響微量二價元素鐵、鋅和銅在體內(nèi)肝臟和腎臟中的分布。研究表明，腎臟MT中的鎘、鋅和銅的分子比例與鎘和MT的濃度密切相關(guān)[25]，腎臟鎘濃度低時MT主要與鋅結(jié)合，而腎臟鎘濃度高時MT則主要與鎘結(jié)合，這也在一定程度上可以說明鎘、鋅、銅三者之間的互作效應(yīng)，同時說明本次試驗(yàn)稻米來源鎘的含量相對額外的無機(jī)添加量較低。本試驗(yàn)中，飼料中雖然含有足量的鐵、銅、鋅，但稻米來源鎘仍對三者在豬體內(nèi)代謝器官中的分布產(chǎn)生了影響，應(yīng)引起重視。

總之，在生長育肥豬飼糧中添加稻米來源鎘(0.55 mg/kg)后，對其屠宰性能和器官指數(shù)均未產(chǎn)生顯著影響。稻米來源鎘主要影響鐵、鋅、銅在肝臟和腎臟及錳在骨骼中的分布規(guī)律，其余組織中主要二價金屬元素的沉積量并無顯著變化。微量元素間相互關(guān)系極其復(fù)雜，并因動物品種而異，畜禽營養(yǎng)上值得對此進(jìn)行深入地研究。