不同鸟类卵壳元素含量的差异比较

孙冬婷 李 静 吴秀山 冯 妍 杜 洋 刘学锋 贾 婷 由玉岩*

(1.圈养野生动物技术北京市重点实验室，北京，100044；2.北京动物园，北京，100044)

鸟类(Aves)卵壳是一个极为重要的结构物，它为胚胎提供一个相对独立的生长环境，保护其免受外界不良因素影响并使胚胎进行正常的发育[1-4]。卵壳的结构、形态及组成成分等依不同种类鸟类而具有较稳定的特异性；卵壳相似度越高，亲缘关系越近[2，5]。组成卵壳的化学成分或微量元素不仅是胚胎发育中的必要供给，有时还能反应雌鸟的营养状况及生长环境的污染程度[2，6-7]。因此，对卵壳结构的研究可对鸟类的地理分布、系统演化及分类等领域的研究提供有价值的科学资料[2]。

微量元素广泛存在于生物体内[8-12]，对生物胚胎发育和幼体、成体的生长有着重要影响并参与许多重要的生命过程[8]。目前，国内有关鸟类卵壳所含元素的研究多数集中在研究栖息地环境、繁殖特性、食性分析等[8]，根据卵壳元素组成差异进行物种聚类的相关研究尚未见报道。本研究以12种鸟类物种为研究对象，采用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES法)测定样品中的微量元素，并对其元素的组成和含量进行分析研究，为今后利用卵壳进行物种聚类提供科学依据。

1 实验内容

1.1 主要仪器与试剂

测试采用ICP-OES法，仪器为美国安捷伦公司725系列。仪器误差：1 ppm；工作条件：工作气体氩气，辅助气流量0.2 L/min，水冷，雾化器压力0.55 Mpa，頻射功率1 300 W，雾化器流量0.6 L/min，所有试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 实验材料与方法

实验材料：北京动物园斑头雁(Anserindicus)、加拿大雁(Brantacanadensis)、赤麻鸭(Tadornaferruginea)、白冠长尾雉(Syrmaticusreevesii)、白鹇(Lophuranycthemera)、红腹角雉(Tragopantemminckii)、暗腹雪鸡(Tetraogallushimalayensis)、红腹锦鸡(Chrysolophuspictus)卵壳，杭州西湖大天鹅(Cygnuscygnus)、绿头鸭(Anasplatyrhynchos)卵壳，湖北武汉青头潜鸭(Aythyabaeri)卵壳，北京梅里亚维通实验动物技术有限公司京白蛋鸡卵壳。研究由于待探讨样本量很少，很难收集多个生物重复，因此，样本按照鸡形目(Galliformes)与雁形目(Anseriformes)分为2组，进行两目间差异比较。

样品处理：待处理样品卵壳用蒸馏水充分洗净，利用电子天平准确称取各物种1 g卵壳样品，将17份卵壳样品(其中，鸡形目8种，雁形目9种)分别置于100 mL干净烧杯中，加入2 mL HClO4和8 mL浓HNO3，置于电炉上用适宜温度加热，待溶液颜色呈无色透明，继续消化到液体临近蒸干状态。冷却片刻后，加入5 mL去离子水，在电热板加热至溶液近干，取下再冷却。取50 mL容量瓶，将消化液转入其中，烧杯中残留液体用2% HNO3冲洗3次合并于消化液中，定容到50 mL待测。

标准溶液：将2 mL HClO4和8 mL浓HNO3加入100 mL干净烧杯中，用表面皿盖住，置于电热板加热至近干状态，取下冷却后转入到50 mL容量瓶中定容。

1.3 结果分析

元素检测结果采用软件IBM SPSS Statistics 22中的系统聚类法，根据元素含量对样品进行物种聚类分析，对聚类后分组物种进行元素的组间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 元素含量

由表1可见，采用ICP-AES法，定量分析17份卵壳样品中共含有15种矿质元素，分别为Ca、S、Na、P、Sr、Mg、K、Si、Fe、Ba、Al、Zn、Ce、Cu及Ta，常量元素主要有K、Ca、Mg、Na、S、P，微量元素有Cu、Fe、Sr、Zn、Al、Ba、Ce、Ta、Si。

分析结果表明，17份卵壳样品中Ca 元素的含量最高，S、Na、P、Sr、Mg、K含量较高，Zn、Ce、Cu、Ta只有极少数物种的卵壳检出微量。可见，不同物种的主要卵壳元素组成差异不大。

表1 17份卵壳中微量元素的含量

2.2 聚类分析

由聚类图1可见，17份卵壳样品分成2个群体，白冠长尾雉、红腹锦鸡、红腹角雉、京白鸡、白鹇及暗腹雪鸡为群1，斑头雁、加拿大雁、大天鹅、绿头鸭、赤麻鸭及青头潜鸭为群2。群1物种均属鸡形目，群2物种均属雁形目。结果表明，通过卵壳元素含量差异可区分鸡形目与雁形目，因此，对两目间卵壳组成元素进行差异分析。

2.3 元素差异显著性

通过对鸡形目与雁形目卵壳元素含量结果进行差异分析(表2)，结果表明，存在于卵壳样品中15个元素，其中5个元素表现为差异显著(0≤P≤0.05)，分别为Mg、K、Ba、Sr及Si(图2，图3)。

3 讨论

卵壳的结构、形态及组成成分等根据鸟类不同种类具有较稳定的特异性，亲缘关系越近，卵壳相似度越高[2，5]。本研究利用ICP-OES法对不同种鸟类进行卵壳元素的检测，通过软件IBM SPSS Statistics 22中的系统聚类法得到聚类图，由图可见，样本分为两大类，鸡形目鸟类与雁形目鸟类，这与卵壳基本特征完全一致。

图1 17份卵壳微量元素聚类图Fig.1 Cluster graph of trace elements in the eggshells of 17 samples

表2 鸡形目与雁形目间各元素差异性

图2 鸡形目与雁形目差异显著元素(Sr，K，Mg)Fig.2 Significant elements of Galliformes and Anseriformes(Sr，K，Mg)

图3 鸡形目与雁形目差异显著元素(Ba，Si)Fig.3 Significant elements of Galliformes and Anseriformes(Ba，Si)

鸡形目与雁形目鸟类卵壳元素组成之间存在差异(表2)。鸡形目鸟类以陆栖和树栖为主，食性很杂，主要取食植物，以昆虫及其他小动物为辅[13]。雁形目鸟类属游禽，在各种水域环境中栖息，食性多样，繁殖季节大部分以鱼虾、甲壳类和软体动物为食，在迁徙和越冬时，以水草等植物性食物充饥。其中，雁类多数以水草为食，而各种鸭类因精于潜水，则靠捕鱼为食[14]。鸟类卵壳元素的组成及含量可以间接反映雌鸟的营养状况，并可作为评价其生存环境质量的一个客观指标[7，15-17]。

检出组成卵壳的15种元素中，平均含量较高的元素有Ca、Mg、P、S、Na、Sr、K，w>100 mg/kg；而Si、Fe、Ba、Zn、Ta、Cu、Al、Ce的w<100 mg/kg，属于微量元素。雁形目中，斑头雁和加拿大雁卵壳中Na、Mg元素含量较其他雁形目物种偏高，青头潜鸭卵壳中S元素较其他雁形目物种偏高；鸡形目中，暗腹雪鸡卵壳中S、Na、K元素较其他鸡形目物种偏高，白鹇卵壳中P元素较其他鸡形目物种偏高，这可能与不同物种的采食习惯有着密切的联系。

鸡形目与雁形目卵壳元素的组成基本相同，但通过差异分析得出，其中5个元素表现为差异显著(0≤P≤0.05)，分别为Mg、K、Ba、Sr及Si。虽然这些元素在卵壳中的含量较少，但它们是机体生长发育及新陈代谢必不可少的因素。Mg、K是生物体的必需元素，缺乏会引发心血管疾病、肌肉无力、神经紊乱、骨骼发育不良等症状[18]；Ba促进脂类消化吸收及胆汁分泌，对胆固醇有代谢作用[18]；Si参与软骨和结缔组织中粘多糖的合成，加速动物的生长发育，但大量摄入会造成体内结石[18-19]；Sr与Ca、P代谢有密切关系，过多摄入会导致骨质变形、关节粗大并伴有疼痛[19]。卵壳含有98%的结晶钙，以碳酸钙的结构形式存在于卵壳中。其他微量元素在卵壳中的比例也不容忽视，为配合饲养工作，可按元素比例计算趋势，明确各物种所需营养情况，以指导生产。保持饲料营养水平的均衡对维持人工养殖动物的健康十分重要，特别是与提高动物的繁殖率密切相关。