白牦牛與黑牦牛被毛礦物元素的比較分析

房少新,羅文學

(西北民族大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州730030)

研究表明,礦物元素作為動物的必需營養素之一,不僅在新陳代謝過程中作為底物、輔酶或輔因子,而且在調節編碼各種蛋白質,如酶、載體、受體和生物體的結構成分的基因等方面發揮作用[1]。測定動物體礦物元素含量及相關活性物質的變化,是評定動物礦物元素營養狀況最為理想的方法。雖然有許多因素可能影響被毛中元素的含量,但其采樣方便,在控制一些已知的影響因素(部位、毛樣的處理、測定方法等)時,被毛仍是能反映動物體多種礦物質元素營養狀況的標識物,對進行廣泛的營養調查更具應用價值,特別適合一些放養的兇猛家畜。被毛具有取樣容易、對受檢者無損、能長期保存不變質及分析方便等優點[2]。本文就通過對甘肅省天祝縣白牦牛和黑牦牛頭部被毛礦物元素測定分析,從而探討白牦牛和黑牦牛體內礦物元素的差別以及所造成的可能原因,以及對有害元素Cd是否對當地牦牛的健康造成了危害作出評價。

1 材料與方法

1.1 材料 取自甘肅省天祝藏族自治縣2～7歲健康的白牦牛、黑牦牛各10頭,各剪取頭頂部被毛2～3 g。

1.2 主要試驗儀器 電子天平,德國產賽多利斯(SARTORIAS)BP221S型。原子吸收光譜儀,美國熱電(Thermo Elemental)S4型(儀器工作條件見表1),試驗所用均為優級純試劑,試驗用水為去離子水。

表1 原子吸收光譜儀工作參數

1.3 試驗原理 樣品材料經濕消化后,導入原子吸收光譜儀中,經火焰原子化后,各元素根據其在吸收光譜中的波長不同,吸收各自的共振線,其吸收量與其本身的含量成正比,與標準系列比較定量[3]。

1.4 材料樣品的處理 用洗發水浸泡30 min,再用自來水清洗至無泡、澄清,然后用去離子水洗滌3～4次,放入烘箱中烘干。

1.5 材料樣品的消化 取烘干的材料(牦牛毛)剪碎,稱取1.0 g。置于50 mL高型燒杯中,加入硝酸與鹽酸的混合酸(1∶2)5～10 mL搖勻浸泡,放置過夜。次日,置于電熱板上加熱消解至試液變清,再加2 mL硝酸和0.5 mL高氯酸,加熱至冒白煙,用數毫升去離子水沖洗杯壁,加熱至白煙冒盡。再加幾毫升去離子水,加熱以除去多余的硝酸。最后置于100 mL容量瓶中,用去離子水定容。

同時,取與消化樣品相同量的混合酸消化液,按上述操作做試劑空白試驗測定。

1.6 測定 用校正液做出標準曲線,然后進行測定(將消化好了的樣液,試劑空白液和各元素的標準濃度系列分別導入火焰進行測定)。以火焰原子吸收法測定 Cu 、Fe、Ca、Mg、Zn、Mn、Co、Cd 的含量。

2 結果

見表2。

3 分析與討論

3.1 分析 經對白牦牛和黑牦牛頭部被毛元素的比較分析,白牦牛頭部被毛中 Cu元素含量為125.96 ±15.36 μ g/g,黑牦牛為 104.02±24.23 μ g/g;差異顯著(P＜0.05),表明白牦牛體內Cu含量高于黑牦牛。白牦牛頭部被毛中Mg、Mn元素含量分別為 271.44 ±86.42 μ g/g、6.28 ±2.31 μ g/g,黑牦牛分別為498.50±69.25 μ g/g、20.10±8.12 μ g/g;差異極顯著(P＜0.01),表明白牦牛體內Mg、Mn含量低于黑牦牛 。Fe 、Ca、Zn 、Co、Cd 5種元素差異不顯著(P＞0.05)。

表2 天祝縣黑、白牦牛頭部被毛中元素的測定結果 (μ g/g)

3.2 討論 元素在動物體內都有著重要的生理作用,對維持動物機體正常代謝及生命活動至關重要。銅缺乏可引起骨質中的膠原纖維合成受阻,骨骼發育受影響,骨質疏松,長骨易碎。此外,銅還與動物血管的正常發育和正常功能、中樞神經系統、繁殖機能有關,銅缺乏時生長發育停滯、神經紊亂、共濟失調、四肢軟弱無力;犢牛缺銅出生時,便為先天性佝僂病;心臟衰弱而造成疾病或突然死亡等[4]。如果銅攝取量過高便會中毒,對動物機體產生毒害,影響健康及生長[5]。銅與被毛生長和品質、毛發的著色和角化有關。Reinhold研究認為[6]:在人有色頭發中的銅濃度遠高于無色頭發。而本試驗證明,白牦牛毛中的銅濃度高于黑牦牛毛。

微量元素鋅和銅能夠誘導肝、腦、腎合成金屬硫蛋白(MT)。每分子MT蛋白可結合7～12個金屬離子,這種結合無專一性。如果動物體內有充足的鋅,就可以誘導合成大量的MT。此時有毒的重金屬鎘、汞、鉛進入機體就能立即與MT結合。這些金屬與MT結合便失去毒性[5]。

鎂是一種參于生物體正常生命活動及代謝過程必不可少的元素。鎂在糖和蛋白質的代謝中起著重要的作用。能影響肌肉及神經的興奮性,也是構成骨骼的成分。鎂影響細胞的多種生物功能:影響鉀離子和鈣離子的轉運,調控信號的傳遞,參與能量代謝、蛋白質和核酸的合成。可以通過絡合負電荷基團,尤其核苷酸中的磷酸基團來發揮維持物質的結構和功能;催化酶的激活和抑制及對細胞周期、細胞增殖及分化的調控;鎂還參與維持基因組的穩定性,并且還與機體氧化應激和腫瘤發生有關[5]。

錳是動植物必需的微量元素之一,錳在動物體內含量很低,但錳元素對動物機體有至關重要的作用[7]。錳是精氨酸酶、脯氨酸酶的活性基團,參與動物體內烏氨酸循環和尿素合成過程;錳又是多種酶的激活劑,參與體內重要新陳代謝過程,可增強蛋白質代謝和維生素B、C、E的合成;錳在膽堿代謝過程中有抗脂肪肝的作用;錳對動物生殖機能有重要影響,缺錳能使性激素合成受到抑制;錳還參與硫酸軟骨素的形成,如果缺少錳就會身材矮小,骨質疏松;錳與鈣、磷、鎂、碘、鋅、銅等元素的代謝都有關系。如果錳中毒會使動物運動功能改變、緊張、焦慮等[5,7]。Omary研究認為[6]:在家畜,黑色被毛中錳的含量高于白色被毛,這與本試驗結果一致。

微量元素之間有協同及拮抗作用。協同作用:銅、鐵、鈷、錳有協同作用,銅能加速鐵的吸收和利用;銅缺乏時能減少腸道鐵的吸收,錳能促進銅的利用,錳過多能抑制鐵的吸收。鈷缺乏時,對鐵的利用能力降低,而發生鐵的沉積。拮抗作用:鎘和鋅的拮抗作用,鎘能減少鋅的吸收,鋅能拮抗鎘的毒性,鎘與鐵也有拮抗作用。鎂與鈣的拮抗作用,鎂能減少鈣的吸收[8-9]。而本試驗中黑牦牛被毛中的Mn、Mg兩種元素含量高于白牦牛,白牦牛被毛中的Cu元素含量高于黑牦牛,但白牦牛和黑牦牛被毛中的Zn 、Fe、Ca、Co、Cd 5 種元素的含量都無顯著差異。這說明白牦牛和黑牦牛對不同的微量元素可能有不同的吸收與代謝機能,從而造成了它們體內微量元素含量的差異。

本試驗呈現出同一地區牦牛被毛中某些礦物質元素的含量有明顯的差異,可能與牦牛的品種有關。許多礦物元素都與基因的表達調控有關[10],例如動物機體中的銅作為一些酶的組成成分及酶的激活劑對基因表達的調控有重要作用;鋅是動物細胞內最豐富的礦物元素,對生長發育有重要作用。其作用包括催化、結構和調節3個方面,都與基因表達有關。遺傳基因控制著毛色色素的形成和類型,從而決定哺乳動物的毛色,不同種屬的哺乳動物毛色由許多基因決定,這些基因不僅在發生突變后影響毛色的形成,而且通過相互間的作用控制毛色的產生。隨著分子生物學的不斷發展,飼料營養素作為動物的外部環境因子與其基因表達存在著廣泛的互助作用。據報道[2],動物種之間,甚至同一動物種的不同品種間,在進化過程中所經歷的途徑和所處的環境不同,機體的礦物元素含量也往往存在差異,但尚未見被毛礦物質元素含量存在種或品種間差異的報道。本試驗結果顯示出,被毛礦物元素雖受多種因素的影響,但一定程度上仍可反映同種動物不同毛色之間礦物元素吸收與代謝的差異。

本試驗還測出,無論是白牦牛還是黑牦牛被毛中都含有一定量的Cd元素。這可能與當地這幾年用煤炭取代以前的牛糞和羊糞作為燃料,而使土壤和空氣造成了一定的污染。牧草中重金屬含量具有較明顯的季節性變化,冬春季較高,夏秋季較低,這與冬春季天氣煤煙型污染相對較重或沙塵氣候有關[11],本次試驗,牦牛被毛的采集正好在春季,可能會造成被毛中鎘元素的升高。房少新(2006)[12]測定健康白牦牛被毛中元素Cd與Zn的比為1∶15。這與本試驗測定結果,黑牦牛Cd與Zn之比1∶19、白牦牛之比為1∶20接近。這從一個方面說明Cd并未明顯危害到當地的牦牛健康。

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