饲粮添加铜、铁和锌对牛组织和血液铅和镉含量的影响

蔡 秋 张明忠 刘康书 朱 明 舒丹丘 王兴宁 卢存仁 栾君明

(1.贵州出入境检验检疫局技术中心，贵阳 550004;2.贵州省农业厅，贵阳 550002;3.贵州大学，贵阳 550004)

重金属污染是全球正在面临的一项严峻的环境问题，在所有的污染元素中，铅(Pb)和镉(Cd)以迁移性强、毒性高成为较受关注的对象，它可长期持续在动物体内积累而呈现毒性作用，其主要的靶器官是肾脏、肝脏等，可造成这些器官的损伤，使动物繁殖能力降低甚至死亡［1］。金属元素间的关系是极为复杂的。铅和镉的毒性作用大多与一些必需微量元素密不可分，有研究表明，铁(Fe)、铜(Cu)和锌(Zn)等必需微量元素均可影响人体和动物镉的代谢和积累，能抑制铅和镉毒性或产生拮抗作用［2－6］。但目前有关经口摄入铜、锌和铁对家畜组织中铅和镉含量的影响报道很少，特别是在自然养殖状态下，添加铜、铁和锌对家畜体内铅和镉影响研究更少。为了探讨必需微量元素铜、铁和锌与动物体内铅和镉含量的交互作用和关系，为降低铅和镉在食物链中的迁移和蓄积的控制技术提供依据，本研究以西门塔尔牛和威宁黄牛的杂交肉牛为研究对象，在饲粮中补充铜、铁和锌，探讨在自然养殖状态下铜、铁和锌对牛组织和血液中铅和镉含量的影响，为消除动物产品的安全隐患、降低环境污染对动物源性食品安全带来的影响提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地点与周边环境

本试验在贵阳城郊某肉牛养殖基地进行，周边无工厂、生活污水等环境污染，养殖区内土壤铅本底值为44.35mg/kg、镉的本底值为0.36 mg/kg，达到国家《土壤环境质量标准》二级土壤标准，水源铅和镉含量达到国家生活饮用水标准。

1.1.2 试验动物

选取出生环境条件、饲养条件一致的12月龄西门塔尔牛和威宁黄牛的杂交肉用公牛20头。1.1.3 铜、铁和锌饲料添加剂

本试验采用的铜、铁和锌分别以硫酸铜(CuSO4·5H2O)、硫酸亚铁(FeSO4·H2O)、硫酸锌(ZnSO4·H2O)形式添加在精饲料中，产品为饲料级，添加量参照文献［7］中育肥牛矿物质需求标准。

1.1.4 基础饲粮

粗饲料为玉米青贮或青草，精饲料按肉牛营养需要配制，制成粉状配合饲料，基础精饲料组成及营养水平见表1。基础精饲料铅的平均含量为0.168 mg/kg(0.005～0.320 mg/kg);镉平均含量为0.051 mg/kg(0.003～0.107 mg/kg)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

20头肉牛随机分为2组，对照组和试验组分别饲喂基础精饲料和基础精饲料中添加铜20 mg、铁200 mg和锌200 mg的试验精饲料，每组10头。1.2.2 饲养试验

试验牛圈养于同一牛舍中。预试期90 d，预试期对试验牛打耳号，统一驱虫、健胃、注射疫苗。正试期150 d，每天08:30和17:00各饲喂1次，精饲料饲喂量为牛体重的1.2%，粗饲料自由采食，饲喂量以每天有少量剩料为准。每次喂料先喂精饲料，待精饲料采食完后再投喂粗饲料，每天09:00、12:00和18:00各饮水1次。

试验期内以组为单位记录喂料量和剩料量，每30 d清晨空腹逐头称重，连续称2 d，取平均值，计算牛的平均日采食量、平均日增重和料重比。每30 d从颈静脉采集血样50 mL待测。

表1 基础精饲料组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels ofthe basal concentrate(air－dry basis)

1.2.3 屠宰试验

饲养试验结束后，禁食24 h，期间自由饮水，而后进行屠宰，取肾脏、肝脏、心脏、胰脏、脾脏、大肠、瘤胃和背肌组织各约300 g，置于－30℃保存待测。

1.2.4 脏器和肌肉组织以及血液样品铅和镉含量的测定

组织样品解冻后，去掉结缔组织，粉碎均匀。血液和组织样品中的铅和镉含量参照GB/T 5009.12—2003和 GB/T 5009.15—2003方法检测，样品经湿法消化处理，用火焰原子吸收光谱仪(VARIAN AA240，美国)和石墨炉原子吸收光谱仪(PE AA600，美国)进行测定。

1.2.5 数据处理

结果以平均值±标准差表示，数据处理与分析采用SPSS 17.0软件进行。差异显著性比较采用单因素方差分析(One way－ANOVA)，2组间比较用 S－N－K(Student Newman－Keuls) 法 进 行。以P＜0.05和P＜0.01分别作为差异显著和极显著的判断标准。

2 结果

2.1 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛生长性能的影响

从表2可知，精饲料中添加铜、铁和锌分别极显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 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛生长性能的影响Table 2 Effects of dietary supplementation with Cu，Fe and Zn on growth performance of beef cattles

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P＜0.01)，无字母肩标表示差异不显著(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 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛脏器和肌肉组织中铅和镉含量的影响

从表3可知，在精饲料中添加铜、铁和锌后，牛各组织中铅和镉的变化不尽相同，除胰脏和瘤胃中铅含量极显著增加(P＜0.01)和脾脏中的铅含量显著降低(P＜0.05)外，其余组织中铅的变化不显著(P＞0.05)。铅畜积的器官主要是胃，其次是肾脏和肝脏。镉含量的变化为:心脏中镉含量极显著降低(P＜0.01)，肾脏、肝脏、脾脏、瘤胃和大肠等组织中的镉含量极显著增加(P＜0.01)，背肌组织中镉含量无显著变化(P＞0.05)。镉蓄积的器官主要是肾脏，其次是肝脏，其他组织镉含量很低。

表3 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛组织中铅和镉含量的影响Table 3 Effects of dietary supplementation with Cu，Fe and Zn on Pb and Cd contents in tissues of beef cattles mg/kg

2.3 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛血液中铅和镉含量的影响

从表4可知，在精饲料中添加铜、铁和锌对牛血液中铅和镉的影响不尽一致。第31天血液中铅含量开始下降并达到显著水平(P＜0.05)，到第61天后达到极显著水平(P＜0.01);试验组血液

中镉在第31和61天时与对照组相比变化不大，到 第91天时，已显著高于对照组(P＜0.05)。

表4 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛血液中铅和镉含量的影响Table 4 Effects of dietary supplementation with Cu，Fe and Zn on Pb and Cd contents in blood of beef cattles

3 讨论

3.1 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛生长性能的影响

本试验结果表明，饲粮添加铜、铁和锌显著提高了肉牛的平均日增重和降低了料重比。这与陈绍国等［8］研究的结果相似，该研究在肉牛饲粮中添加硫酸铁、硫酸铜、硫酸锌等使肉牛的平均日增重提高了28.8%，饲料报酬提高了11.0%。杨正德［9］在每千克饲粮中使用5～10 mg铜，使西门塔尔牛杂种阉牛平均日增重提高了9.74%～11.23%。铜、铁和锌对生长性能的影响机理还不是很清楚，可能是由于铜、铁和锌是动物正常生长繁殖所必需的微量元素，通过饲粮添加铜、铁和锌，改善了饲粮中各种微量元素的比例，满足了肉牛生长发育的需要。铜还参与了瘤胃微生物的代谢，饲粮适宜的铜含量将促进瘤胃微生物的生长，抑制原虫生长，进而提高动物的生产性能，提高饲料利用率，促进肉牛的生长［10－13］。

3.2 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛组织铅含量的影响

本试验结果表明，在自然养殖的条件下，饲粮中添加铜、铁和锌使胰脏和瘤胃中铅的含量增加，血液和脾脏中铅的含量降低，改变了铅在肉牛脏器和肌肉组织中的分布，但不能有效降低动物组织中的铅含量，还可能引起铅在瘤胃等器官中蓄积，这与陆兴熠等［14］、朱圣陶等［15］试验结果基本一致。

目前，有2种代表性的假说常被用来解释重金属离子的相互作用对重金属离子在生物体内积累的影响，一种是竞争位点理论，另一种是金属硫蛋白(MT)的诱导作用。本试验在饲粮中添加铜、铁和锌使铅在肉牛瘤胃中含量增加的原因可能与金属硫蛋白诱导有关。金属硫蛋白的生物学功能是调节动物体内自由金属离子的浓度，减少重金属离子特别是铅和镉的毒害作用。铜、铁和锌等金属离子能激活肝脏和肾脏金属硫蛋白基因的转录，从而使金属硫蛋白基因得到大量表达，使肾脏和肝脏组织中金属硫蛋白含量较高［16－17］，硫蛋白与游离二价铅离子(Pb2+)结合形成复合物，从而促进铅在某些组织中的蓄积，同时使血液和另一些组织中铅含量降低。

3.3 饲粮添加铜、铁和锌对肉牛组织镉含量的影响

有关锌、铁和铜与镉在人体及动物体内的相互作用已有大量研究。有研究结果显示，铁和锌能与镉生成复合物减少镉含量，人体中铜、铁和锌的不足可导致动物机体对镉的吸收和富集［18－19］。但本试验结果表明，饲粮中添加锌、铁和铜后肉牛肾脏、肝脏、脾脏和瘤胃组织中镉的含量显著增加。这与 Rambeck 等［20］和 Rothe等［21］在猪饲粮中提高铜的添加量促进了镉在组织中的蓄积的结果一致。针对本试验的结果，分析铜、铁和锌与镉离子的相互作用和镉离子在这些器官和组织中的蓄积情况，可能是铜、铁和锌等金属离子诱导了肾脏和肝脏中金属硫蛋白产生，使游离二价镉离子(Cd2+)与金属硫蛋白结合，降低动物体内游离Cd2+的浓度和毒性，从而使心脏等组织中镉含量的降低，但同时导致了镉在肾脏、肝脏等组织中的蓄积。在以往的研究中发现，即使使用相同的2种重金属离子，对其他重金属离子的吸收和积累的影响在不同的生物和组织中的作用也是不一样的。因此，有关动物组织中镉与铜、铁和锌之间的关系及其机理有待进一步探讨。

4 结论

在饲粮中添加铜、铁和锌可以改善肉牛的生长性能，但不能有效减少脏器及肌肉组织中铅和镉的蓄积。

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