稻米来源镉对生长育肥猪组织重金属沉积规律的影响

■ 黎 俊 夏耀耀 杨焕胜 冯泽猛 龙次民 黄瑞林 印遇龙

（1.湖南师范大学生命科学学院动物营养与人体健康实验室，湖南长沙410081；2.中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖研究中心中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室湖南省畜禽健康养殖工程技术研究中心农业部中南动物营养与饲料科学观测实验站，湖南长沙410125；3.中国科学院大学，北京100049；4.湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙410128）

随着我国工业化进程的加速，土壤重金属污染问题日益严重，镉污染尤其引发关注[1]。水稻对镉具有较强的生理耐受和富集能力，镉污染地区收获的稻谷大部分镉含量超标，不能供人类直接食用[2]。镉具有很强的生物迁移特性，可通过食物链的富集作用蓄积于人体各组织器官中，且排泄速度极慢，半衰期长达16～30年，严重危害人类健康[3]。研究表明，镉中毒可通过破坏人体肾脏结构，抑制肾脏对钙和磷酸盐的运输功能，影响甲状旁腺激素和维生素D的代谢，以及加速Ca2+尿液排出等途径影响骨骼生长和发育[4]。当机体血镉和尿镉含量升高时，还可导致外周动脉疾病发病率上升，引发动脉系统脉冲压力降低、动脉硬化性血管壁增厚及主动脉脉搏波速度下降等一系列症状[5-7]。

关于镉吸收进入细胞的途径，主要有钙离子通道学说和阴离子交换学说[8-9]。近年来研究表明，二价金属离子转运蛋白1(divalent metalt ransporter 1，DMT1)在镉的吸收过程中也扮演着重要角色。DMT1参与机体细胞多种二价金属离子的转运，包括Fe2+、Zn2+、Mn2+、Ca2+及Cd2+等[10]。镉通过竞争性替换Ca2+、Fe2+、Zn2+等金属离子在DMT1上的结合位置，改变细胞膜通透性，进入细胞[11]。目前，有关镉的毒性研究报道，主要集中在无机氯化镉的添加对组织器官的毒性，而关于稻米来源镉与二价金属元素在哺乳动物机体内的相互作用研究很少。本研究的目的在于探究稻米来源镉对猪体内各组织二价重金属沉积规律影响及其它们之间的相互作用，为寻求降低镉在机体内残留的措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验组镉超标稻米从污染区农户处收购获得，对照组稻米从非污染区农户处收购获得，收购前均反复进行检测以保证镉含量（见表1）；动物饲养试验在湖南新五丰股份有限公司永安分公司猪场进行。

1.2 试验设计与饲粮

采用单因子试验设计，选择育肥猪场同栋栏舍、同一批次体重在（31.57±2.82）kg二元杂(长白×大白)生长猪28头，按体重随机分为2组：对照组和试验组。试验分2个阶段进行，生长阶段每个处理6个重复，生长育肥阶段每个处理8个重复，每个重复1头猪。参考NRC(2012)配制肥育猪基础饲粮，饲粮组成及营养水平见表2。单栏饲养，自由采食、饮水，生长阶段饲喂至均重达60 kg，生长育肥全阶段饲喂至均重达90 kg。

表1 试验稻米及全价饲粮中镉含量(n=6,mg/kg)

表2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.3 样品采集

生长阶段试验猪直接进行心脏放血屠宰；生长育肥阶段试验猪在屠宰场电晕后再进行心脏放血屠宰，分别采集样品。

1.3.1 血液样品

提前加好肝素钠的10 ml离心管接心脏血1管，上下颠倒摇匀后于-20℃保存，待测铁、锌、铜、锰、镁的含量。

1.3.2 组织样品

生长及肥育阶段：分别取心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胃、小肠、大肠、腿肌、背肌、皮、脂肪、骨骼各200 g于-20℃保存，待测铁、锌、铜、锰、镁含量。

1.4 指标检测与测定方法

1.4.1 屠宰性能

试验猪屠宰后，按常规方法进行胴体分割，分别称取左胴体、肌肉、皮脂和骨骼重量，计算屠宰率（胴体重/活猪体重×100%）、瘦肉率（肌肉重/左胴体重×100%）、皮脂率（皮脂重/左胴体重×100%）、骨骼率（骨骼重/左胴体重×100%）。

1.4.2 器官指数

器官指数(g/kg)=器官重量(g)/猪体重(kg)；包括：心脏指数(Heart index,HI)、肝脏指数(Liver index,LI)、脾脏指数(Spleen index,SI)、肾脏指数(Kidney index,KI)。

1.4.3 金属元素含量检测

样品中各金属元素的检测严格按照国标法食品中金属元素检测标准，分别为：铁（GB/T 9695.3—2009）、锌（GB/T 9695.20—2008）、铜（GB/T 9695.22—2009）、锰（GB/T 5009.90—2003）、镁（GB/T 9695.21—2008）。配制相关标准曲线，利用720系列电感耦合等离子光谱发生仪(ICP-OES)进行检测。

1.5 数据处理与分析

试验数据经EXCEL 2010初步整理后，采用SPSS 19.0软件进行t检验统计分析，以P＜0.05作为数据结果差异是否显著的判断标准，结果用“平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 稻米来源镉对生长育肥猪屠宰性能的影响（见表3）

表3 稻米来源镉对生长肥育猪屠宰性能的影响(%)

表3结果表明：与对照组相比，生长育肥猪日粮中添加稻米来源镉后，两阶段的屠宰率和瘦肉率均略有升高，皮脂率略有降低，但均无显著差异（P＞0.05）。

2.2 稻米来源镉对生长育肥猪器官指数的影响（见表4）

表4 稻米来源镉对生长育肥猪器官指数的影响(g/kg)

表4结果表明：与对照组相比，饲粮中添加稻米来源镉后，各器官指数均无显著差异(P＞0.05)；但全阶段饲喂超标稻米饲粮后，肝脏和肾脏器官指数有上升的趋势。

2.3 稻米来源镉对生长育肥猪体内重金属沉积规律的影响

2.3.1 稻米来源镉对生长育肥猪体内铁沉积的影响（见表5）

表5 稻米来源镉对生长育肥猪体内铁沉积的影响(mg/kg)

表5结果表明：铁在体内主要存在于血液和肝脏、脾脏中；与对照组相比，生长阶段饲粮中添加稻米来源镉后，肝脏中铁沉积量显著增加(P＜0.05)；而在生长育肥全阶段，肝脏和肾脏中铁的沉积量均显著下降(P＜0.05)；其他组织中铁的沉积量无明显差异(P＞0.05)。

2.3.2 稻米来源镉对生长育肥猪体内锌沉积的影响（见表6）

表6 稻米来源镉对生长育肥猪体内锌沉积的影响(mg/kg)

表6结果表明：锌在体内主要存在于肝脏、肾脏和骨骼中；与对照组相比，饲粮中添加稻米来源镉后，生长阶段肝脏和肾脏中锌沉积量显著降低(P＜0.05)，其余组织中无显著差异(P＞0.05)；而在生长育肥全阶段，肝脏和肾脏中锌沉积量显著增加(P＜0.05)，其他组织中均无显著差异(P＞0.05)。

2.3.3 稻米来源镉对生长育肥猪体内铜沉积的影响（见表7）

表7 稻米来源镉对生长育肥猪体内铜沉积的影响(mg/kg)

表7结果表明：铜主要沉积于肾脏、肝脏和心脏；与对照组相比，饲粮中添加稻米来源镉后，生长阶段，肝脏和肾脏中的铜沉积量均显著降低(P＜0.05)；育肥阶段，肾脏中铜的沉积量显著增加(P＜0.05)，其他组织中铜的沉积量无显著差异(P＞0.05)。

2.3.4 稻米来源镉对生长育肥猪体内锰沉积的影响（见表8）

表8 稻米来源镉对生长育肥猪体内锰沉积的影响(mg/kg)

表8结果表明：锰在体内主要存在于肝脏、肾脏中；与对照组相比，饲粮中添加稻米来源镉后，生长阶段仅肝脏和骨骼中锰的沉积量显著增加(P＜0.05)，其余组织中无显著差异(P＞0.05)；而在生长育肥全阶段，各组织中锰的沉积量均无显著差异(P＞0.05)。

2.3.5 稻米来源镉对生长育肥猪体内镁沉积的影响（见表9）

表9 稻米来源镉对生长育肥猪体内镁沉积的影响(mg/kg)

表9结果表明：镁主要存在于骨骼中，皮和脂肪中含量较少；与对照组相比，无论生长阶段，还是生长育肥全阶段，饲粮中添加稻米来源镉后，镁在机体各组织中的沉积量均无显著差异(P＞0.05)。

3 讨论

3.1 稻米来源镉对生长育肥猪屠宰性能的影响

考量生猪屠宰性能的指标很多，包含胴体重、屠宰率、净肉重、骨骼重量、胴体长、胴体深、眼肌面积、背膘厚等。我们主要选取部分分割指标进行测定，包括屠宰率、瘦肉率、皮脂率及骨骼率。目前关于镉对生长肥育猪屠宰性能影响的研究极少，该试验中，稻米来源镉对试验猪的屠宰率，瘦肉率具有一定的改善作用，但差异不显著(P＞0.05)，这与许多其他重金属对生猪屠宰性能影响的研究结果基本一致[12-14]。由此可表明，本试验选用的稻米来源镉日粮含量（0.55 mg/kg）对生长肥育猪的生长并未达到明显毒性剂量，对屠宰性能指标的影响亦很小。

3.2 稻米来源镉对生长育肥猪器官指数的影响

大量研究表明，日粮镉含量影响畜禽的各器官指数。生长猪饲粮添加10 mg/kg镉，可使其肝脏和脾脏、胸腺、肠系膜淋巴结的相对重量显著提高[15]。镉可显著增加北京鸭胰腺、肾脏的重量，而且公鸭肾的重量变化比母鸭大[16]。而野鸭饲喂含20 mg/kg镉的饲粮12周并未出现肝重的变化[17]。可见镉对内脏器官的影响可能与动物种类、性别、添加水平等有关。本试验中，饲粮中添加稻米来源镉，各器官指数均无显著差异(P＞0.05)；但随着饲喂时间的延长，肝脏和肾脏器官指数有上升的趋势，这与上述研究结果类似，可能与镉在肝脏和肾脏不断沉积，从而刺激组织中的金属硫蛋白(MT)合成有关。

3.3 稻米来源镉对生长育肥猪体内重金属沉积规律的影响

动物机体为了维持正常的生命活动，必须从饲粮中吸收一些微量金属元素，如铜、铁、锰、锌等。许多研究表明，镉与微量元素之间存在着极其复杂的相互关系，既有颉颃又有协同作用。它们直接参与机体组成以及影响酶的活性，与许多疾病的发生、发展以及动物生长发育过程都有着非常重要的关系。这些金属元素在机体内的吸收、沉积及排出过程也具有一定的互作关系，镉作为机体非必需元素，可以借助这些必需元素的吸收通道进入机体[18-19]。

哺乳动物中，经较低剂量、较长时间饲喂镉后，对其体内铁、铜、锌等元素分布的影响所知较少。镉主要是通过与小肠铁吸收密切相关的黏膜铁传递蛋白发生结合[20]，而吸收的少量镉却直接与小肠铁蛋白结合与铁产生竞争[21]。研究发现，较高剂量的镉可降低小肠对铁的吸收，减少铁在组织中的存留，甚至引发缺铁性贫血[22]。饲粮铁低于标准水平时，镉也会抑制铁的吸收[23]；相同条件下，饲粮缺铁更易导致雏鸡出现镉暴露中毒症状，如降低其肾脏中铁的浓度[24]，本试验中发现稻米来源镉也可以降低生长育肥猪肾脏中铁的含量。本试验中稻米来源镉导致生长阶段肝脏和肾脏中锌沉积量显著减少(P＜0.05)，而在生长育肥全阶段，肝脏和肾脏中锌沉积量显著增加(P＜0.05)，这说明机体对于镉和锌的吸收、沉积确实存在一定的相关性，其可能原因是镉和锌是同族元素且理化性质相似，致使机体对镉和锌的识别存在一定误区，从而产生协同或者颉颃作用。同时，该试验结果还表明，镉对于锌在体内沉积的影响与饲喂时间存在关联，这可能与机体对于镉的累积效应有关，当组织中镉达到一定量时，表现为颉颃作用。镉对铜和锰在体内沉积量的影响也体现在肝脏和肾脏这两个代谢器官中，本试验中，生长阶段肝脏和肾脏中铜含量显著降低(P＜0.05)，生长育肥全阶段肾脏中铜含量显著增加(P＜0.05)，这与锌的沉积规律相似。而锰的沉积差异主要体现在生长阶段肝脏和骨骼组织中，超标组显著增加(P＜0.05)，其他组织中均无差异(P＞0.05)。镁是机体内必需的常量元素，含量较多，尤其骨骼中沉积较多，其分布规律受镉的影响很小。由此可见，镉主要影响微量二价元素铁、锌和铜在体内肝脏和肾脏中的分布。研究表明，肾脏MT中的镉、锌和铜的分子比例与镉和MT的浓度密切相关[25]，肾脏镉浓度低时MT主要与锌结合，而肾脏镉浓度高时MT则主要与镉结合，这也在一定程度上可以说明镉、锌、铜三者之间的互作效应，同时说明本次试验稻米来源镉的含量相对额外的无机添加量较低。本试验中，饲料中虽然含有足量的铁、铜、锌，但稻米来源镉仍对三者在猪体内代谢器官中的分布产生了影响，应引起重视。

总之，在生长育肥猪饲粮中添加稻米来源镉(0.55 mg/kg)后，对其屠宰性能和器官指数均未产生显著影响。稻米来源镉主要影响铁、锌、铜在肝脏和肾脏及锰在骨骼中的分布规律，其余组织中主要二价金属元素的沉积量并无显著变化。微量元素间相互关系极其复杂，并因动物品种而异，畜禽营养上值得对此进行深入地研究。