铅(lead,Pb)、镉(cadmium,Cd)均广泛分布于自然界,是环境中最为常见的慢性蓄积性化学毒物,小剂量Pb、Cd持续的进入机体后能逐渐积累而呈现毒害作用。由于人类的各种活动,特别是近代工业的发展,而使生存环境受到了广泛的Pb、Cd污染,尤其是金属冶炼过程工业“三废”中排放的Pb、Cd通过食物链系统对人和动物的危害日益受到重视。重金属对人和动物的毒害呈多系统和多器官性,并且具有致癌、致畸和致突变的作用[ 1 ],美国毒物管理委员会(ATSDR)将Cd列为第6位危及人体健康的有害物质。环境中的重金属不能降解,据监测环境中Pb、Cd等重金属含量呈不断增高的趋势[ 1,2 ]。目前Pb、Cd联合暴露对哺乳动物毒性研究较多[ 3,4,5 ],同时相关研究[ 6,7,8,9 ]发现Pb、Cd联合暴露的毒性效应存在品种和器官的差异,概括起来主要有3种:协同效应、拮抗效应和中间效应。在家禽生产中,Pb、Cd污染还未受到重视,然而未引起中毒症状剂量的Pb、Cd可能会降低家禽的生产性能、免疫能力以及肉蛋品质等,而且最终会通过食物链进入人体,对人体产生不良影响。本研究采用Pb、Cd单独和联合对40周龄海兰褐蛋鸡进行亚慢性饮水暴露,通过测定生产性能、蛋品质和鸡蛋中微量元素的变化探讨Pb、Cd联合对蛋鸡的影响,为揭示Pb、Cd对蛋鸡的联合毒性作用机理提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料氯化镉(CdCl2)、醋酸铅[Pb(Ac)2]均购自国药集团,分析纯,含量大于99%。试验地点为农业部家禽品质监督检验测试中心(扬州)国家家禽生产性能测定站,蛋鸡品种为商品海兰褐壳蛋鸡。
1.2 试验设计将120只体重生产性能基本一致的40周龄海兰褐壳蛋鸡随机分为4组,每组3个重复,每个重复10只鸡。对照组饮用纯净水,Cd组在饮水中添加50 mg/L Cd,Pb组在饮水中添加100 mg/L Pb,Pb+Cd组在饮水中添加100 mg/L Pb+50 mg/L Cd,添加浓度参考《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),Cd含量≤0.05 mg/L,Pb含量≤0.1 mg/L。在此限量标准的基础上分别提高1 000倍。试验所用基础饲粮为根据《鸡饲养标准》(NY/T 33—2004)中蛋鸡营养需要配制的常规玉米-豆粕型饲粮。经测定,该饲粮中Pb含量为(0.220±0.012) mg/kg,Cd含量为(0.065±0.003) mg/kg。采用3层全阶梯笼养,自由采食和饮水,预试期1周,正试期8周。
1.3 测定指标及方法 1.3.1 产蛋性能每天记录各组总产蛋数、总蛋重,每周统计1次采食量,并分别计算第1~2周、第3~4周、第5~6周、第7~8周和整个试验期日平均产蛋率、平均蛋重、平均日采食量和料蛋比。
1.3.2 蛋品质分别于试验的第2、4、6、8周末,每组采集鸡蛋20枚,用于测定蛋壳颜色、蛋形指数、哈氏单位、蛋黄色泽、蛋壳厚度和蛋壳强度,以上指标均采用日本产EMT5200蛋品质仪测定。
1.3.3 鸡蛋中Pb、Cd及微量元素含量分别于试验的第2、4、6、8周末,采集鸡蛋,将蛋黄和蛋清充分混匀,称取适量样品,采用微波消解法处理制备样品,消解液赶酸后用超纯水定容,置4 ℃保存,待测。采用电感耦合等离子质谱仪(X series 2,美国Thermo scientific)测定Pb、Cd、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、硒(Se)含量。每组测定6枚鸡蛋。
1.4 数据处理所有数据采用平均值±标准差表示,采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。
2 结 果 2.1 Pb、Cd及其联合暴露对蛋鸡生产性能的影响由表1可知,与对照组比较,Cd组自第4周开始,产蛋率极显著低于对照组(P<0.01),第1~2周、第3~4周、第5~6周、第7~8周分别比对照组下降了5.86%(P>0.05)、9.04%(P<0.05)、14.97%(P<0.01)、14.72%(P<0.01);Pb组分别比对照组下降了4.33%(P>0.05)、4.49%(P>0.05)、5.41%(P>0.05)、6.21%(P<0.05),Pb+Cd组自第2周即极显著下降(P<0.01),随着时间推移分别下降了18.71%(P<0.01)、24.29%(P<0.01)、28.14%(P<0.01)、27.50%(P<0.01)。平均蛋重和平均日采食量方面各组差异不显著(P>0.05);料蛋比方面,与对照组比较,Cd组和Pb+Cd组有升高的趋势,但差异不显著(P>0.05)。
| 表1 蛋鸡生产性能结果 Table 1 Results of performance of laying hens |
由表2可知,整个试验期间,与对照组比较,Pb组、Cd组、Pb+Cd组蛋形指数、蛋壳厚度与蛋壳强度无显著差异(P>0.05)。与对照组比较,第8周Cd组与Pb+Cd组的蛋壳颜色显著升高(P<0.05)。哈氏单位方面,与对照组比较,第2、4、6周Pb组略有下降,但差异不显著(P>0.05);Cd组和Pb+Cd组第4、6、8周均低于对照组,Cd组分别下降了8.8%(P<0.05)、9.8%(P<0.05)、11.1%(P<0.01);Pb+Cd组分别下降了17.0%(P<0.01)、19.6%(P<0.01)、26.3%(P<0.01)。试验期间,Pb+Cd组哈氏单位不同程度低于Pb组、Cd组,不同时间有显著或极显著差异(P<0.05或P<0.01)。蛋黄色泽方面,与对照组比较,各组均有不同程度的下降,差异显著或极显著(P<0.05或P<0.01)。其中第8周Pb组、Cd组、Pb+Cd组分别比对照组降低了17.1%(P<0.01)、24.9%(P<0.01)、35.7%(P<0.01)。
| 表2 蛋鸡蛋品质结果 Table 2 Results of egg quality of laying hens |
由表3可知,与对照组比较,不同时间Pb组、Cd组鸡蛋中Cu、Fe、Mn、Zn、Se含量显著或极显著降低(P<0.05或P<0.01)。以第8周为例,Pb组、Cd组和Pb+Cd组Cu含量分别低于对照组31.8%(P<0.01)、33.3%(P<0.01)、35.4%(P<0.01);Fe含量分别低于对照组15.3%(P<0.01)、5.7%(P>0.05)、33.4%( P<0.01);Zn含量分别低于对照组3.0%(P>0.05)、39.4%(P<0.01)、52.6%(P<0.01);Se含量分别低于对照组3.4%(P>0.05)、9.9%(P<0.05)、18.9%(P<0.01);Mn含量分别低于对照组18.7%(P<0.01)、22.9%(P< 0.01)、29.6%(P<0.01)。Pb组鸡蛋5种微量元素含 量的降低幅度依次为Cu>Mn>Fe>Se>Zn;Cd组鸡蛋5种微量元素含量的降低幅度依次为Zn>Cu>Mn>Se>Fe;Pb+Cd组鸡蛋中5种微量元素含量的降低幅度依次为Zn>Cu>Mn>Fe>Se。由此可见,Pb、Cd单独或联合3种暴露处理方式对鸡蛋中微量元素的含量变化规律不一致,Cd组与Pb+Cd组变化趋势基本一致,都以Zn含量的降幅最为明显,Pb组则以Cu含量的降幅最为明显。Pb+Cd组鸡蛋中5种微量元素含量均低于Pb组、Cd组,部分指标间有显著或极显著差异(P<0.05或P<0.01)。Pb、Cd单独或联合暴露在鸡蛋中的含量呈明显的时间效应,Pb+Cd组Pb、Cd含量与Pb组和Cd组有显著或极显著差异(P<0.05或P<0.01)。
| 表3 鸡蛋中微量元素及Pb、Cd含量结果 Table 3 Results of trace elements,lead and cadmium content in eggs (n=6) |
Pb、Cd均是生产和生活中接触频率大、暴露范围广的蓄积性毒物,对经济动物而言,主要会引起其生产性能下降。Vodela等[ 10 ]报道,蛋鸡饮用低染毒组(Cd 1.3 mg/kg、Pb 6.7 mg/kg)和高染毒组(Cd 13 mg/kg、Pb 67 mg/kg)的水,2个组产蛋鸡的采食量无差异,但高染毒组产蛋鸡的体重明显下降,低染毒组产蛋鸡的产蛋量和蛋重也显著降低。Czarnecki等[ 11 ]研究证明,在鸡的饲粮中添加30或60 mg/kg的Cd可降低体增重和采食量,提高料重比。Toman等[ 12 ]在雉鸡饮水中添加1.5 mg/kg的Cd,持续3个月后,对其产蛋率无明显影响。Shafiqur等[ 13 ]研究发现,在2~6周龄肉鸡的饮水中分别添加250、400 mg/kg醋酸铅均可显著降低肉鸡的平均日采食量和平均日增重,但对饲料转换率无显著影响。Jeng等[ 14 ]研究表明,在家养蛋鸭饲粮中分别添加10、20 mg/kg的Pb对蛋鸭的体重没有显著影响,也没有观察到与Pb毒性有关的症状,因此认为10和20 mg/kg的Pb在3个月的试验期内对蛋鸭没有临床上的毒性效果,这与Coburn等[ 15 ]在野生禽类上的报道存在一定的差异,可能是家养禽类较野生禽类可耐受更高剂量的Pb。Hermayer等[ 16 ]报道,在蛋鸡饲粮中添加100 mg/kg的Pb,56 d的试验期结束后未发现Pb对蛋鸡生产性能有显著的影响。但Vodela等[ 10 ]研究发现,饮水含Pb会降低肉鸡的平均日采食量和平均日增重,削弱免疫功能。以上研究结果表明,Pb的毒性要明显低于Cd,同时Pb、Cd的毒性效应与Pb、Cd暴露的方式、浓度和时间相关。在本研究采用的Pb、Cd暴露条件下同样发现Pb对蛋鸡生产性能的影响要弱于Cd,而Pb、Cd联合暴露使产蛋率明显低于对照组和Pb、Cd单独暴露组,呈叠加效应。Pb、Cd引起蛋鸡产蛋率的下降可能与蛋鸡体内激素分泌受干扰(血清雌二醇、孕酮等水平下降,数据未列出)有关。
3.2 Pb、Cd及其联合暴露对蛋鸡蛋品质的影响国内外有关Pb、Cd联合暴露对蛋鸡蛋品质的影响研究报道甚少。蛋品质指标,如蛋黄颜色、哈氏单位等是评价鸡蛋品质的重要指标,正常饲养情况下,蛋黄色泽越深,哈氏单位越大,常表示蛋的品质越好。《鲜鸡蛋、鲜鸭蛋分级》(SB/T 10638—2011)中明确列出了以哈氏单位作为鸡蛋分级的标准之一,而市场上蛋黄颜色越深的鸡蛋越受消费者的欢迎已经成为不争的事实。本研究结果发现,Pb、Cd及其联合暴露对蛋壳颜色,蛋形指数、蛋壳厚度及强度等指标均未产生显著影响,由此可见低剂量Pb、Cd暴露的危害不易被察觉。但Pb、Cd单独或联合暴露使哈氏单位和蛋黄色泽不同程度的低于对照组,且联合暴露下降的更为显著。在无明显中毒症状的情况下,哈氏单位和蛋黄颜色的下降可能与Pb、Cd暴露引起的氧化应激有关[ 17,18 ],蛋黄色泽与蛋鸡摄入的类胡萝卜素有关,Pb、Cd暴露后一方面可能降低类胡萝卜素的吸收率;另一方面Pb、Cd引起的脂质过氧化可能加快其消耗,从而减少色素在蛋黄中的沉积。哈氏单位的降低将严重影响鸡蛋的贮藏品质,蛋黄色泽的下降则将影响鸡蛋的销量。
3.3 Pb、Cd及其联合暴露对鸡蛋中微量元素含量的影响目前还没有关于Pb、Cd对家禽有任何生理功能的报道。Pb、Cd在鸡蛋中的沉积呈明显的时间效应,与Pb、Cd单独暴露组比较,Pb、Cd联合暴露组鸡蛋中沉积的Pb、Cd含量显著高于对照组。第8周鸡蛋中Pb、Cd的最高含量分别是146.576和17.007 μg/kg,但仍然低于我国鲜蛋卫生标准(GB 2743—2003)规定(Pb<200 μg/kg,Cd<50 μg/kg),表明Pb、Cd经蛋鸡消化道摄入后,经生物屏障过滤在鸡蛋中的沉积量非常少,这与相关研究报道结果[ 17 ]类似。
微量元素作为酶的活性部位或酶的激活剂参与体内正常的生化反应,在机体的抗氧化系统中发挥重要作用。Zn、Cu、Mn、Fe、Se是特定内源性抗氧化酶的必要组成部分,它们通过激活或抑制酶促反应而在多种生物学过程中发挥重要作用[ 19,20 ]。其中,Zn、Cu与Mn是超氧化物歧化酶(SOD)的活性中心,它们参与构成铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)与锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD),在其中作为SOD的辅酶催化超氧阴离子发生歧化反应[ 21 ]。Pb、Cd与Mn、Fe、Zn等同属二价金属元素,Pb的吸收途径主要是经呼吸道和消化道,Pb在肠道吸收过程中,与Zn、Cu、Mn、Fe等使用同一转运蛋白,相互间存在着竞争性抑制作用,Pb、Cd过量会竞争性抑制Mn、Fe、Cu、Zn的吸收,干扰Mn、Fe、Cu、Zn等的代谢过程,使机体无法正常吸收和利用这些元素。有研究发现,Cd中毒引起肉鸡组织器官中微量元素的变化,以肝脏为例,主要引起肝脏Cu、Zn含量升高,Fe含量下降[ 22 ]。鸡蛋中微量元素主要沉积于蛋黄中[ 23 ],卵黄前体在雌激素的作用下由肝脏逐渐合成,经过血液循环运输到发育卵泡,并通过特异的受体介导机制沉积在卵黄中[ 24 ]。肝脏是Pb、Cd毒性作用的主要靶器官[ 25 ],鸡蛋中微量元素的变化与Pb、Cd的肝脏毒性可能存在相关性。Pb、Cd联合暴露引起的鸡蛋中微量元素含量的变化原因有待进一步研究。
4 结 论① Pb、Cd及其联合暴露主要引起产蛋率和蛋品质的下降,受影响的蛋品质指标主要是哈氏单位和蛋黄颜色。
② Pb、Cd暴露对鸡蛋中微量元素含量产生干扰,降低Mn、Cu、Fe、Zn、Se在鸡蛋中的含量。
③ Pb、Cd联合暴露对蛋鸡产蛋率及蛋品质影响呈叠加效应(协同效应)。
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