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        鎘暴露對蛋雞鈣沉積的影響

        2020-05-30 10:25:50劉光芒王建萍白世平張克英張軍民趙青余吳彩梅
        關(guān)鍵詞:中鈣中鎘蛋清

        李 浪,張 娟 ,劉光芒,王建萍,林 燕,白世平,張克英,張軍民,趙青余,吳彩梅*

        (1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動物抗病營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 611130;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193)

        鎘(Cd)是一種常見的重金屬污染物,是人與動物的非必需重金屬元素。鎘通過飼糧、飲水、空氣等途徑被動物吸收進(jìn)而蓄積于體內(nèi)各個組織中,從而對各組織器官造成不同程度的損傷,嚴(yán)重影響動物及人體的正常生理功能[1-2]。鈣代謝紊亂是鎘毒性的重要方面,而鎘對蛋雞鈣代謝影響及對雞蛋和蛋殼質(zhì)量影響研究較少,因此,開展本研究為鎘對蛋雞鈣代謝和鈣沉積的影響及對雞蛋蛋殼質(zhì)量的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時為鎘影響蛋雞鈣代謝的機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。鎘作用于腸道和腎臟,可導(dǎo)致腸道對鈣的吸收減少、腎臟對鈣的排泄增加,使機(jī)體處于負(fù)鈣平衡,作用于骨骼引起骨骼礦化障礙、骨鈣溶出增加,臨床表現(xiàn)為骨軟化、骨質(zhì)疏松[3-6]。M.NISHIJO等[7]研究了不同地區(qū)、不同年齡段成年男性和女性長時間暴露在低鎘環(huán)境中的血液鎘,尿鎘和骨損傷之間的關(guān)系,結(jié)果顯示鎘暴露尤其是血鎘會影響骨骼重塑,而M.H.Bhattacharyya等[8]證明鎘暴露使雌鼠椎體骨密度峰值降低,尿鈣排泄增加,鈣排泄分?jǐn)?shù)增大,降低細(xì)胞內(nèi)鈣的積累和鈣化結(jié)節(jié)的形成。在鵪鶉日糧中添加不同劑量的鎘會使鵪鶉的產(chǎn)蛋率、蛋重、蛋殼強(qiáng)度降低[9]。在蛋雞飼糧中添加鎘會降低蛋雞生產(chǎn)性能、產(chǎn)蛋率,使蛋殼變薄、軟殼蛋數(shù)增多[10]。鎘暴露引起的人類和動物的鈣代謝失衡,如尿鈣增多、骨質(zhì)減少、骨質(zhì)疏松癥、骨軟化癥等已被廣泛報道[2,4,8,11-12],而鈣是雞蛋中的營養(yǎng)物質(zhì),且是蛋殼的主要組成成分,鎘影響蛋雞鈣吸收會直接影響蛋品質(zhì)和蛋雞健康。因此,本試驗(yàn)擬通過在蛋雞玉米-豆粕型基礎(chǔ)飼糧中添加不同劑量的鎘(CdCl2形式),測定蛋雞血液、脛骨、糞尿、蛋黃、蛋清及蛋殼中鎘鈣含量、蛋殼品質(zhì)及脛骨強(qiáng)度,明確飼糧鎘暴露對產(chǎn)蛋高峰期蛋雞鈣代謝和蛋品質(zhì)的影響,對明確鎘對蛋雞健康和蛋品質(zhì)的毒性作用及為鎘影響蛋雞鈣代謝的機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)動物

        本實(shí)驗(yàn)動物選用150只處于產(chǎn)蛋高峰期(40周齡)的健康的粉殼羅曼蛋雞。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備及試劑

        1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

        ContrAA 700高分辨率連續(xù)光源原子吸收光譜儀(配有MPE60自動進(jìn)樣器),(德國Analytik Jena公司);CEM-MARS6型智能微波消解儀(美國CEM公司);BHW-09Y型智能趕酸儀(上海博通化學(xué)科技有限公司);MILLIPORE實(shí)驗(yàn)室超純水系統(tǒng)(美國密理博公司);TA-XT plus型物性測定儀(英國SMS公司);CP-224s型萬分之一電子天平(德國賽多利斯公司);EMT-5200型蛋品質(zhì)分析儀(日本TOUHOKURHYTHM公司);移液器(德國Eppendorf公司);玻璃器皿均用體積分?jǐn)?shù)為5%的硝酸溶液浸泡24 h以上。

        1.2.2 試驗(yàn)試劑

        鎘、鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家有色金屬及電子材料分析測試中心);濃硝酸HNO3(四川西隴化工有限公司);鹽酸(四川西隴化工有限公司);高氯酸(天津市鑫源化工有限公司);過氧化氫H2O2;實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級純(GR);實(shí)驗(yàn)用水為18.2 MΩ·cm的超純水。

        1.3 試驗(yàn)設(shè)計

        將40周齡150只處于產(chǎn)蛋高峰期的健康粉殼羅曼蛋雞隨機(jī)分為5個處理組,每個處理3個重復(fù),每個重復(fù)10只雞。處理組1為對照組,飼喂玉米-豆粕型基礎(chǔ)飼糧(參照NRC1994標(biāo)準(zhǔn)配制),飼糧組成和營養(yǎng)水平見表1。處理組2~5為試驗(yàn)組,飼喂在基礎(chǔ)飼糧中分別添加 10、30、50、70 mg/kg鎘(CdCl2)的試驗(yàn)飼糧,試驗(yàn)方案見表2。試驗(yàn)前期,預(yù)飼1周,試驗(yàn)期8周,試驗(yàn)期內(nèi),蛋雞自由采食和飲水,試驗(yàn)?zāi)┢冢占u蛋,每個重復(fù)選取三只雞,屠宰。

        表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets(air-dry basis)%

        表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案Table 2 Experimental design

        1.4 飼養(yǎng)管理

        試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)所試驗(yàn)場進(jìn)行?采用三層全階梯籠養(yǎng),自然光照與人工照明相結(jié)合,保證每天16 h光照,舍內(nèi)溫度控制在25℃左右,雞舍內(nèi)采用機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)和換氣,試驗(yàn)全期自由飲水,每日飼喂 2 次(09:00;13:00),并觀察雞有無異常行為。定期打掃圈舍衛(wèi)生,按常規(guī)方法進(jìn)行飼養(yǎng)管理及免疫。

        1.5 樣品采集

        第八周末試驗(yàn)結(jié)束后,從每個重復(fù)中隨機(jī)選取3只雞(每個處理組9只,共45只),禁食12小時后采用肝素鈉抗凝管翅靜脈采血3 000 r/min離心10 min分離血漿,斷頭法處死,取其脛骨、糞尿樣品冷凍保存。收集第8周末的雞蛋,從每個重復(fù)組中隨機(jī)選取5枚雞蛋分離蛋清和蛋黃,將5個雞蛋的蛋清和蛋黃分別混勻,混勻后從中取出50克左右冷凍保存。5枚蛋殼用棉簽清理蛋清后稱重,冷凍保存。

        1.6 指標(biāo)測定與方法

        1.6.1 測定指標(biāo)

        測定血漿、脛骨、糞便、蛋清、蛋黃、蛋殼中的Cd、Ca含量、蛋殼質(zhì)量以及脛骨強(qiáng)度。

        1.6.2 指標(biāo)測定方法

        血漿、糞便、脛骨、蛋清、蛋黃、蛋殼中鎘和鈣測定采用原子吸收光譜法[13],脛骨、蛋殼中鈣含量參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[14]中高錳酸鉀滴定法測定。脛骨強(qiáng)度:采用物性測定儀測定。

        蛋殼品質(zhì):蛋殼重、蛋殼強(qiáng)度、蛋殼厚度、蛋殼比率均采用蛋品質(zhì)分析儀測定。

        1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

        所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007整理,采用SAS 9.4中One-way ANOVA進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn),結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,當(dāng)P<0.05時為差異顯著,P<0.01時為差異極顯著。再根據(jù)Linear或Quadra是否顯著,顯著者用SAS進(jìn)行一元多階回歸分析,線性表示為Y=a+bX,其中a表示截距,b表示直線的斜率,R2表示決定系數(shù),二次表示為Y=aX2+bX+c,其中a表示二項系數(shù),決定拋物線開口方向,b表示一項系數(shù),和a共同決定對稱軸位置,c為常數(shù)項。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 飼糧鎘對蛋雞糞尿、脛骨、血漿、蛋清、蛋黃、蛋殼中鎘殘留量的影響

        糞尿、脛骨、血漿、蛋清、蛋黃中鎘含量結(jié)果見表3。糞尿中鎘殘留量為mg/kg級,隨飼糧鎘添加量的增加呈一次線性增加(y=0.624 7+0.009 7x,R2=0.903 9,P<0.000 1),各處理組糞尿中鎘殘留量極顯著高于對照(0 mg/kg)組,除50 mg/kg組和70 mg/kg組外,其余各處理組間均差異極顯著(P<0.01);脛骨中鎘殘留量為mg/kg級,隨飼糧鎘添加量的增加呈一次線性增加(y=0.091 1+0.018 3x,R2=0.726 7,P<0.000 1),對照組(0 mg/kg)、10 mg/kg 組和 30、50、70 mg/kg組差異顯著(P<0.05)。血漿中鎘殘留量為μg/L級別,隨飼糧鎘添加量的增加呈一次線性增加(y=1.232 5+0.023 2x,R2=0.772 4,P<0.000 1),各處理組與對照組(0 mg/kg)相比差異極顯著(P<0.01);蛋黃蛋清鎘殘留量為μg/kg級,蛋黃鎘殘留量高于蛋清,隨飼糧鎘添加量的增加呈一次線性增加(y=2.599+0.405 7x,R2=0.920 7,P<0.000 1);30、50、70 mg/kg 組的蛋黃鎘殘留量極顯著高于對照組(0 mg/kg)和10 mg/kg組(P<0.01),10 mg/kg組和對照組(0 mg/kg)間差異不顯著(P>0.05);蛋清中的鎘殘留量各處理組間差異均不顯著(P>0.05),蛋殼中鎘含量過低未檢出(課題組前期建立的石墨爐快速測定鎘含量的方法中鎘的檢出限為0.244 ng/mL)。

        2.2 飼糧鎘對蛋雞糞尿、脛骨、血漿、蛋殼中鈣含量的影響

        糞尿、脛骨、血漿、蛋清、蛋黃中鈣含量結(jié)果見表4。由表4可知,血漿中鈣含量變化無明顯趨勢(P>0.05);糞尿中鈣含量隨飼糧中鎘添加量的增大而增大,呈一次線性增加(y=19.7269+1.3221x,R2=0.8505,P<0.000 1),30 mg/kg、50 mg/kg、70 mg/kg 組鎘含量極顯著高于對照組(0 mg/kg)和 10 mg/kg組(P<0.01);脛骨中鈣含量隨飼糧中鎘添加量增加呈一次線性減少(y=194.319 2-1.106 6x,R2=0.737 0,P<0.000 1),10 mg/kg、30 mg/kg、50 mg/kg、70 mg/kg 組脛骨中鈣含量顯著低于對照組(0 mg/kg),70 mg組顯著低于其他組(P<0.05);但蛋殼中鈣含量無明顯變化。

        表3 飼糧鎘對蛋雞糞尿、脛骨、血漿、蛋清、蛋黃、蛋殼中鎘殘留量的影響Table 3 Effects of dietary cadmium on cadmium residues in feces,urine,tibia,plasma,egg white,egg yolk and egg shell of laying hens

        2.3 飼糧鎘對蛋殼品質(zhì)的影響

        蛋雞蛋殼質(zhì)量結(jié)果如表5所示,由表5可知,與對照組(0 mg/kg)相比,10 mg/kg組的蛋殼厚度增加(P>0.05),30 mg/kg、50 mg/kg、70 mg/kg 組蛋殼厚度無顯著變化(P>0.05);蛋殼重、蛋殼比重?zé)o顯著變化(P>0.05);30 mg/kg組、50 mg/kg組蛋殼強(qiáng)度顯著低于對照組(0 mg/kg),但70 mg/kg組的蛋殼強(qiáng)度與其他處理組差異均不顯著(P>0.05)。

        2.4 飼糧鎘對脛骨強(qiáng)度的影響

        蛋雞脛骨強(qiáng)度變化如表6所示,由表6可知,各處理組蛋雞脛骨中端的強(qiáng)度無明顯變化趨勢(P>0.05);與對照組(0 mg/kg)相比,10 mg/kg、30 mg/kg、50 mg/kg、70 mg/kg組蛋雞脛骨兩端的強(qiáng)度下降但差異不顯著(P>0.05)。

        表4 飼糧鎘對蛋雞糞尿、脛骨、血漿、蛋清、蛋黃、蛋殼中鈣含量的影響Table 4 Effects of dietary cadmium on calcium content in feces,urine,tibia,plasma,egg white,yolk and shell of laying hens

        表5 飼糧鎘對蛋殼品質(zhì)的影響Table 5 Effect of cadmium of feed on egg-shell quality

        表6 飼糧鎘對脛骨強(qiáng)度的影響Table 6 Effects of dietary cadmium on tibial strength kg·cm-2

        3 討論與結(jié)論

        本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明,隨著鎘添加量的增加,蛋雞糞尿、血漿、骨骼、雞蛋中鎘含量均呈線性增加,但雞蛋中的鎘含量遠(yuǎn)低于我國鮮蛋衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 2743-2003)的規(guī)定(0.05 mg/kg)。孫濤[15]等在蛋雞飼糧中添加 0 mg/kg、5 mg/kg、10 mg/kg、20 mg/kg的鎘(CdCl2形式),發(fā)現(xiàn)蛋清、蛋黃中的鎘含量隨鎘添加量的增加而增多,但均是μg/kg級別,這可能與母體對胎盤的保護(hù)機(jī)制有關(guān)[16]。R.Swiergosz等[17]在秋水雞的飼糧中添加 0.05 μg/g、40 μg/g、70 μg/g(CdCl2形式),發(fā)現(xiàn)股骨和血液中的鎘殘留量與飼糧中鎘添加量和飼喂時間成正比,這些研究表明鎘一旦進(jìn)入機(jī)體很難被排出,會在機(jī)體組織內(nèi)蓄積,造成不可逆的組織損傷。

        在本研究中,蛋殼中鈣含量無明顯變化趨勢,但蛋殼強(qiáng)度呈下降趨勢,可能是因?yàn)殒k離子Cd2+能夠干擾其他二價離子如Ca2+、Cu2+等的代謝,導(dǎo)致蛋殼形成過程中所需要的元素不能有效地被利用[10]。而O.Olgun等[18]也發(fā)現(xiàn),在蛋雞飼糧中添加0、5、15、和45 mg/kg的鎘(CdCl2形式)會引起雞蛋蛋殼厚度升高,降低蛋殼重和蛋殼強(qiáng)度。本試驗(yàn)的研究結(jié)果與之一致。糞尿中鈣含量隨飼糧中鎘添加量的增大呈線性增加,脛骨中鈣含量隨飼料中鎘含量增加呈線性減少;脛骨兩端的強(qiáng)度也隨鎘添加量的增加而呈降低趨勢。這表明鎘的攝入可能影響了蛋雞各組織之間的鈣含量和轉(zhuǎn)移。去卵巢小鼠經(jīng)水鎘染毒(0 mg/L、20 mg/L、100 mg/L、200 mg/L)導(dǎo)致糞鈣及尿鈣排泄明顯增加,骨鈣下降,鎘染毒可明顯降低去卵巢大鼠股骨頸的骨密度,高劑量組的骨密度顯著低于其余各組,骨損傷與鎘劑量之間呈顯著性負(fù)相關(guān)[19],且鎘染毒人群或試驗(yàn)動物尿液中鈣含量增加,骨骼中鈣含量減少[20],以正常鈣水平飼養(yǎng)的成年大鼠為實(shí)驗(yàn)動物,鎘的注射不僅干擾了骨骺軟骨細(xì)胞的成熟,而且增加了脛骨小梁區(qū)破骨細(xì)胞和巨核細(xì)胞的數(shù)量[21]。說明鎘的攝入對機(jī)體的鈣代謝產(chǎn)生了影響,本試驗(yàn)的研究結(jié)果與之一致。鎘離子和鈣離子具有相似的理化性質(zhì),這使得鎘離子可直接在質(zhì)膜、線粒體膜、微粒體膜等鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存的特殊位置上競爭性取代鈣離子[22]。鎘可通過多種途徑或與多種蛋白作用于細(xì)胞,直接或間接改變鈣穩(wěn)態(tài),誘導(dǎo)鈣穩(wěn)態(tài)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。鎘通過和鈣競爭與鈣調(diào)素結(jié)合,干擾鈣調(diào)素及其調(diào)控的生理生化過程,取代鈣與肌動蛋白、微絲、微管結(jié)合,損害細(xì)胞功能,與鈣調(diào)蛋白結(jié)合,激活某些蛋白激酶,進(jìn)而干擾與鈣相關(guān)的信息傳遞系統(tǒng)[23],但不同細(xì)胞的作用路徑不同[24]。鎘也被認(rèn)為可以通過與鈣的吸收競爭來直接降低胃腸道對鈣的吸收,并通過抑制腎臟中維生素D的激活來間接降低鈣的吸收[25],但也有研究認(rèn)為鎘降低1,25(OH)2D3水平與鎘對腎臟和骨骼的影響無關(guān)系[26],因此有關(guān)鎘對機(jī)體鈣代謝和鈣沉積的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

        4 結(jié)論

        在蛋雞飼糧中添加不同濃度的鎘可引起血液、脛骨、糞尿、雞蛋中鎘含量增加(蛋殼鎘含量過低未檢出),而鎘可能抑制了蛋雞腸道鈣吸收,增加了糞尿中鈣排泄,導(dǎo)致機(jī)體鈣負(fù)平衡,最終導(dǎo)致脛骨中鈣下降。

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