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富馬酸亞鐵對虹鱒幼魚生長性能、血液生化指標(biāo)及微量元素含量的影響

2012-09-20 00:32:16馮德智張利民王際英李寶山馬晶晶蔣錦坤張德瑞姜柯君
關(guān)鍵詞:水平

馮德智 張利民 王際英 李寶山 馬晶晶 蔣錦坤 張德瑞 姜柯君

(1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,上海 201306;2.山東省海洋水產(chǎn)研究所,煙臺 264006)

鐵是維持機(jī)體正常生理功能,保證血紅蛋白(Hb)、肌紅蛋白、細(xì)胞色素和很多酶系統(tǒng)正常功能的必需微量元素。鐵還參與氧的運(yùn)輸、DNA合成及電子傳遞等一系列生化過程[1]。飼料中添加一定量的鐵可以提高棉籽粕替代魚粉的比例,降低肝臟中棉酚的含量[2-3]。魚類從水和餌料中都可獲得所需的鐵,但自然水體中可溶性鐵濃度很低,無法滿足魚體正常需求,所以餌料是魚類鐵的主要來源[4-5]。研究證明,飼料中缺鐵可導(dǎo)致魚類生長減緩,飼料利用率和存活率降低,組織鐵含量下降[6-10]。飼料中鐵含量過高會造成脂肪的氧化和酸敗,二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)及生育酚損失,影響飼料的穩(wěn)定性[11-12];此外,鐵含量過高會影響抗壞血酸的消化吸收[4],也可產(chǎn)生超氧化物陰離子進(jìn)而產(chǎn)生有毒性的羥基[13]且能引起魚體的潰爛[14]。有機(jī)形式的礦物元素比無機(jī)形式的礦物元素有更高的生物利用率[15]。大西洋鮭(Salmo salar L.)上的研究表明,血紅素鐵利用率顯著高于單質(zhì)鐵和硫酸亞鐵[4]。在鯉魚(Cyprinus carpio)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),富馬酸亞鐵比硫酸亞鐵更能提高鯉魚生長性能和抗病力[16]。不同價(jià)態(tài)的鐵在同一種動(dòng)物體內(nèi)表現(xiàn)出不同的生物利用率[10]。腸道黏膜是鐵吸收的主要部位[17],且主要以二價(jià)鐵的形式吸收[18]。羅非魚(Oreochromis niloticus×O.aureus)的研究中發(fā)現(xiàn),檸檬酸鐵是硫酸亞鐵效率的1/2[10],因此,本試驗(yàn)選擇有機(jī)形式的二價(jià)鐵富馬酸亞鐵作為添加鐵源。飼料中添加鐵對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的影響已有相關(guān)報(bào)道[11,18],但側(cè)重于鐵作為強(qiáng)還原劑對飼料穩(wěn)定性的影響和鐵對虹鱒生理調(diào)節(jié)的影響,虹鱒鐵需要量研究尚未見報(bào)道。虹鱒飼料中鐵的添加量通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來添加[11],并無科學(xué)指導(dǎo),仍需試驗(yàn)確定虹鱒準(zhǔn)確的鐵需要量[18]。本試驗(yàn)通過在飼料中添加不同含量富馬酸亞鐵,研究鐵對虹鱒生長、血液生化指標(biāo)和微量元素的影響,進(jìn)而確定虹鱒幼魚鐵的需要量,以期為虹鱒配合飼料的制作和鐵代謝的生理生化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及飼料

選擇體質(zhì)健壯、體重(89.2±0.2)g的虹鱒幼魚360尾,隨機(jī)分成6組,每組3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)20尾魚,以酪蛋白和明膠為蛋白質(zhì)源,魚油為脂肪源,配制粗蛋白質(zhì)含量為42.48%、粗脂肪含量為18.50%的基礎(chǔ)飼料。以富馬酸亞鐵(C4H2FeO4)作為鐵源,實(shí)測純度99%,分別在每千克基礎(chǔ)飼料中添 加 0、60.71、121.43、242.86、485.71 和1 457.14 mg富馬酸亞鐵(含鐵 0、20、40、80、160和480 mg),以富馬酸亞鐵替代相同質(zhì)量的羧甲基纖維素鈉,配制成6種精制試驗(yàn)飼料,依次為D0、D20、D40、D80、D160 和 D480組,D0 組為對照組。試驗(yàn)飼料組成及營養(yǎng)水平見表1。經(jīng)原子吸收分光光度計(jì)(AA800型,PerkinElmerTM)測得飼料中實(shí)際鐵含量分別為 62.60、79.50、99.60、139.30、215.20和538.40 mg/kg。配制飼料時(shí),所有原料粉碎過80目篩,逐級擴(kuò)大混勻后經(jīng)螺旋擠壓機(jī)加工成直徑4 mm的硬顆粒飼料,經(jīng)70℃烘干后放于陰涼干燥處保存、備用。

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物及飼養(yǎng)管理

飼養(yǎng)試驗(yàn)在山東省海洋水產(chǎn)研究所淡水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行。試驗(yàn)開始前,虹鱒幼魚暫養(yǎng)30 d,攝食基礎(chǔ)飼料,待其完全適應(yīng)精制飼料和試驗(yàn)條件后,選擇體質(zhì)健壯、體重(89.2±0.2)g的虹鱒幼魚,分別放養(yǎng)于18個(gè)圓柱形玻璃鋼養(yǎng)殖桶中(直徑60 cm,高80 cm,水深50 cm)。養(yǎng)殖試驗(yàn)持續(xù)60 d,每天投喂2次(08:00,16:30),日投喂量為體重的1.5% ~2.0%,投喂結(jié)束30 min后從系統(tǒng)自帶的排水口將殘餌排出,計(jì)算殘餌量。試驗(yàn)期間控制水溫(14.5±0.5)℃,溶氧>8 mg/L,氨氮<0.4 mg/L。

1.3 樣品收集

生長試驗(yàn)結(jié)束后,饑餓24 h,稱每桶魚總重,計(jì)算增重率。用間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽(MS-222)麻醉后,隨機(jī)從每桶中取14尾魚,稱體重,量體長,其中2尾作全魚用于微量元素測定,剩余12尾尾靜脈采血,用于收集血清和制備全血。取血后的魚分離內(nèi)臟、肝胰臟、消化道后稱重,計(jì)算肝體比和臟體比,并取背肌用于微量元素測定。整個(gè)操作在冰盤中進(jìn)行,采樣完畢,將樣品放入-70℃的超低溫冰箱中保存,待測。解剖后的魚體放入微波爐中加熱分離脊椎骨,用超純水沖洗后,105℃烘干2 h,烘干后的脊椎骨樣品粉碎后以乙醚抽提12 h去除脂肪并再次烘干,用于微量元素含量的測定。

1.4 測定指標(biāo)

增重率(WGR,%)=[(Wt-W0)/W0]×100;

飼料系數(shù)(FCR)=F/(Wt-W0);

肝體比(HSI,%)=(肝臟質(zhì)量/Wt)×100;

臟體比(VSI,%)=(內(nèi)臟質(zhì)量/W)t×100;

肥滿度(CF,%)=(體重/體長3)×100;

存活率(SR,%)=(成活尾數(shù)/總尾數(shù))×100。

式中:W0為試驗(yàn)初魚體重量(g),Wt為試驗(yàn)?zāi)~體重量(g),F(xiàn)為攝食干飼料重(g),d為養(yǎng)殖天數(shù)。

紅細(xì)胞數(shù)量(RBC)采用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù),血細(xì)胞比容(Hct)用微量血細(xì)胞比容法,血紅蛋白、溶菌酶(LZM)和過氧化氫酶(CAT)均采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行測定,鐵、鋅和銅含量先用微波消解儀(ETHOST)消解,再用原子吸收光譜儀(AA800型,PerkinElmerTM)測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA),當(dāng)處理之間差異顯著(P<0.05)時(shí),用Duncan氏檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較分析,數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。血紅蛋白及肝臟鐵含量與飼料鐵水平之間的相關(guān)關(guān)系均采用折線回歸分析法。

表1 試驗(yàn)飼料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table1 Composition and nutrient levels of experimental diets(DM basis) %

2 結(jié)果

2.1 飼料鐵水平對虹鱒生長性能的影響

由表2可見,飼料中不同的鐵水平對虹鱒幼魚的增重率、特定生長率、飼料系數(shù)、存活率、肝體比、臟體比和肥滿度均無顯著影響(P>0.05)。

2.2 飼料鐵水平對虹鱒血液指標(biāo)的影響

由表3可見,隨著飼料中鐵含量的增加,血紅蛋白和紅細(xì)胞數(shù)量呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢,D40、D80、D160和 D480組顯著高于 D0和 D20組(P<0.05),而4組之間差異不顯著(P>0.05)。各組間血細(xì)胞比容沒有顯著差異(P>0.05)。以血紅蛋白為參考指標(biāo),通過折線模型回歸分析,虹鱒幼魚鐵需要量為99.8 mg/kg飼料(圖1)。

表2 飼料鐵水平對虹鱒生長性能和飼料利用的影響Table2 Effects of dietary iron level on growth performance and feed utilization of rainbow trout(n=3)

表3 飼料鐵水平對虹鱒血液指標(biāo)的影響Table3 Effects of dietary iron level on blood parameters of rainbow trout(n=3)

圖1 飼料鐵水平對虹鱒血紅蛋白含量的影響Fig.1 Effects of dietary iron level on hemoglobin content of rainbow trout

2.3 飼料鐵水平對虹鱒全魚及組織中鐵、鋅和銅含量的影響

由表4可見,全魚鐵含量隨著飼料中鐵水平的升高呈上升趨勢。脊椎骨和肌肉鐵含量隨著飼料中鐵水平的升高而逐漸升高,D0和D20組鐵含量顯著低于其他各組(P<0.05),而兩者之間無顯著差異(P>0.05)。肝臟鐵含量隨著飼料中鐵水平的增加呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢,D40、D80、D160和D480組顯著高于D0和D20組(P<0.05),而4組之間差異不顯著(P>0.05)。以肝臟鐵為參考指標(biāo),采用折線回歸分析可得,虹鱒幼魚鐵需要量為100.4 mg/kg飼料(圖2)。

飼料鐵水平對全魚鋅含量影響不顯著(P>0.05),但D0組脊椎骨和肌肉鋅含量顯著高于其他各組(P<0.05)。D0和D20組肝臟鋅含量顯著高于 D40、D80、D160和 D480組(P <0.05),而兩者之間差異不顯著(P>0.05)。

全魚銅含量隨著飼料中鐵水平的升高呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。飼料鐵水平對脊椎骨銅含量影響不顯著(P>0.05)。肌肉銅含量隨著鐵水平的升高出現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢,在D40組達(dá)到平臺,D0組顯著低于其他各組(P<0.05)。

表4 飼料鐵水平對虹鱒全魚和組織鐵、鋅和銅含量的影響Table4 Effects of dietary iron level on contents of iron,zinc and copper of whole body and tissues of rainbow trout(n=3) mg/kg

圖2 飼料鐵水平對虹鱒肝臟鐵含量的影響Fig.2 Effects of dietary iron level on hepatic iron content of rainbow trout

2.4 飼料鐵水平對血清溶菌酶和過氧化氫酶活性的影響

由表5可見,D0組溶菌酶活性顯著低于D20、D40、D80和 D160組(P<0.05),但與 D480組差異不顯著(P>0.05)。過氧化氫酶活性隨著鐵添加量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在D40組達(dá)到最大(P<0.05)。

3 討論

3.1 飼料鐵水平對虹鱒生長性能的影響

本試驗(yàn)研究表明,飼料中不同鐵添加量對虹鱒幼魚的增重率、特定生長率、飼料效率、和存活率等無顯著影響,這與金頭鯛(Sparusaurata)[19]、大西洋鮭[4,20]、溪紅點(diǎn)鮭(Salvelinus fontinalis)[21]、鯉魚[22]、真鯛(Chrysophrys major)[23]和南美白對蝦(Penaeus vannamei)[24]等的研究結(jié)果相一致,Rigos等[19]認(rèn)為不能用生長性能來作為評價(jià)金頭鯛飼料鐵添加量的標(biāo)準(zhǔn),Andersen等[20]指出生長性能并不完全適宜用于評價(jià)礦物元素的需要量。然而,對 石 斑 魚(Epinephelus coioides)[7]、羅 非魚[10]、中華鱉(Pelodiscus sinensis)[25-26]、斑點(diǎn)叉尾(Ictalurus punctatus)[6,27]、建 鯉 (Cyprinus carpio var.Jian)[28]、鱸 魚 (Lateolabrax japonicus)[29]、大黃魚(Pseudosciaena crocea R.)[29]和軍曹魚(Rachycentron canadum)[30]的研究均顯示未添加鐵飼料組出現(xiàn)魚類生長抑制現(xiàn)象,其中增重率或特定生長率在羅非魚[10]、中華鱉[26]、鱸魚[29]和大黃魚[29]中用于評價(jià)鐵需要量。產(chǎn)生以上不同結(jié)果的原因可能是基礎(chǔ)飼料組鐵含量已經(jīng)滿足魚類生長的需求,也可能是鐵對魚類生長具有一定的種屬特異性。試驗(yàn)魚的大小、投喂次數(shù)、投喂環(huán)境等諸多因素也會造成上述不同結(jié)果。有研究指出,斑點(diǎn)叉尾鮰存活率在飼喂缺鐵飼料達(dá)13 周以上時(shí)明顯下降[8,31],而本試驗(yàn)期為 60 d,虹鱒生長無顯著性差異可能與試驗(yàn)周期較短有關(guān),具體關(guān)系還有待進(jìn)一步確認(rèn)。

表5 飼料鐵水平對虹鱒血清溶菌酶和過氧化氫酶活性的影響Table5 Effects of dietary iron level on activities of serum lysozyme and catalase of rainbow trout

3.2 飼料鐵水平對虹鱒血液學(xué)指標(biāo)的影響

血液指標(biāo)是通常被用來檢測魚類是否缺鐵的重要指標(biāo)。飼料中鐵水平過低會造成貧血,檢測貧血的重要指標(biāo)是血紅蛋白[4]。本試驗(yàn)血紅蛋白和紅細(xì)胞數(shù)量隨著飼料鐵水平的升高呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢,說明基礎(chǔ)飼料中鐵含量偏低,難以維持血液指標(biāo)的正常,還需要向基礎(chǔ)飼料中額外添加鐵,這與斑點(diǎn)叉尾[6]、真鯛[9,23]、羅非魚[10]、大西洋鮭[20]和中華鱉[25-26]的研究結(jié)果類似。以血紅蛋白作為評價(jià)指標(biāo),通過折線模型分析得出虹鱒幼魚鐵需要量為99.8 mg/kg,這與大西洋鮭(60 ~100 mg/kg)[20]、鱸魚(95.2 mg/kg)[29]和大黃魚(101.2 mg/kg)[29]鐵需要量相吻合,高于斑點(diǎn)叉尾(30 mg/kg)[6]的鐵需要量,但低于真鯛(150 mg/kg)[23]、中華鱉(266 ~ 325 mg/kg)[25]、羅非魚(150 mg/kg)[10]和建鯉(147.4 mg/kg)[28]的鐵需要量,這可能與魚體種類和大小等因素有關(guān)。飼料中添加不同價(jià)態(tài)或劑型的鐵源也是鐵需要量出現(xiàn)差異的重要原因,大西洋鮭對單質(zhì)鐵需要量高于硫酸亞鐵,對硫酸亞鐵需要量高于血紅素鐵[4],真鯛對檸檬酸鐵的需要量高于氯化亞鐵和氯化鐵[9],羅非魚對檸檬酸鐵的需要量高于硫酸亞鐵[10]。

3.3 飼料鐵水平對虹鱒全魚及組織中鐵、鋅和銅含量的影響

全魚鐵含量隨著飼料中鐵水平的升高呈上升趨勢。D0和D20組全魚鐵含量顯著低于D40、D80和D160組,說明D0和D20組飼料鐵水平可能已經(jīng)不足以應(yīng)對機(jī)體對鐵的需求,需要?jiǎng)佑蒙眢w原先儲備的鐵來滿足機(jī)體正常的生理功能[29],因此造成鐵含量的降低。飼料鐵水平偏低的D0和D20組全魚鐵含量明顯降低,與大西洋鮭[4]和石斑魚[7]的研究結(jié)果相一致。D480組全魚鐵含量繼續(xù)升高,顯著高于其他各飼料組,可能是吸收的鐵在各組織間轉(zhuǎn)移的結(jié)果。Carriquiriborde等[18]在研究鐵代謝時(shí)發(fā)現(xiàn),提高飼料鐵水平會促進(jìn)組織中鐵的積累,尤其引起胃、腸道和血液中鐵水平的提高。雖然肝臟作為鐵儲存器官,但過多的鐵會轉(zhuǎn)移到胃和腸道中,造成高鐵飼料組腸道鐵含量是正常組的13倍之多,全魚鐵含量是對照組鐵含量的3.7倍。

肝臟是魚類儲存鐵的主要器官,隨著飼料中鐵添加量的增加而逐漸升高[32-33]。肝臟中鐵含量已經(jīng)廣泛用于評價(jià)鐵需要量,在石斑魚[7]、羅非魚[10]和中華鱉[25-26]中均有相關(guān)報(bào)道。本試驗(yàn)肝臟鐵含量呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢,符合折線模型應(yīng)用條件,因此用折線模型回歸分析得出虹鱒幼魚鐵需要量為100.4 mg/kg,與用血紅蛋白作為評價(jià)指標(biāo)時(shí)得出的結(jié)果相近,與石斑魚(100 mg/kg)[7]的研究結(jié)果也類似。

飼料鐵水平的改變對其他金屬元素的代謝有明顯的影響[34]。鐵與鋅都是二價(jià)離子,在腸道內(nèi)競爭性吸收,并占用部分共同的轉(zhuǎn)運(yùn)通道[35]。食用缺鋅或高鐵的食物都會出現(xiàn)可循環(huán)鋅水平降低[36]。Carriquiriborde 等[18]指出低鐵飼料組肌肉鋅水平在第4周出現(xiàn)上升。Ogino等[37]研究虹鱒鋅需要量時(shí)發(fā)現(xiàn),不額外添加鋅飼料組全魚、脊椎骨、腸道和肝臟鐵水平明顯高于添加鋅飼料組。本試驗(yàn)中D0組脊椎骨和肌肉鋅含量明顯高于其他各組,D0和D20組肝臟鋅含量也顯著高于其他各組,說明鐵與鋅是拮抗關(guān)系,與前人研究結(jié)果相一致。

銅作為造血反應(yīng)的促媒,催化鐵合成血紅蛋白和幫助生成紅細(xì)胞。銅也參與鐵的轉(zhuǎn)運(yùn),參與生成銅藍(lán)蛋白(又稱亞鐵氧化酶),可以將二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵結(jié)合到去鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白上合成轉(zhuǎn)鐵蛋白[38]。Lanno 等[39]指出隨著飼料中銅添加量的增加,肝臟中銅和鐵水平都相應(yīng)的增加。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著飼料中鐵水平的增加,全魚和肌肉中銅含量也顯著增加,可能是鐵水平增加需要參與轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的銅(如銅藍(lán)蛋白)也相應(yīng)增加的緣故。然而,Ye等[7]發(fā)現(xiàn)飼料鐵水平對石斑魚肝臟中銅含量并沒有顯著影響,Conrad等[40]報(bào)道二價(jià)鐵和三價(jià)鐵都不共用銅的運(yùn)輸通道,但是Gunshin等[36]指出DCT1(一種金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體)可以共同轉(zhuǎn)運(yùn)鐵和銅。綜上所述,鐵與銅的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

3.4 飼料鐵水平對虹鱒血清溶菌酶和過氧化氫酶活性的影響

溶菌酶是一項(xiàng)非特異性免疫指標(biāo),可以降低微生物病菌的活力,裂解細(xì)胞壁上的肽聚糖,造成病菌微生物的溶解,提高魚體的抗感染能力。研究指出,一定程度上血清中溶菌酶活性變化與白細(xì)胞數(shù)目變化相一致,白細(xì)胞數(shù)目多溶菌酶活性就強(qiáng),二者呈正相關(guān)[41]。Hoepelman 等[42]指出鐵可以修復(fù)白細(xì)胞多形核粒細(xì)胞,所以適當(dāng)?shù)蔫F水平會提高溶菌酶活性。本試驗(yàn)中D0組溶菌酶活力顯著低于D20、D40、D80和D160組,說明隨著飼料鐵水平的增加溶菌酶活性提升,這與美國紅魚(Sciaenops ocellatus)[43]的研究結(jié)果一致。在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中額外添加180 mg/kg鐵,斑點(diǎn)叉尾死亡率提高[44]。本試驗(yàn)D480組溶菌酶活性出現(xiàn)略微的下降,但與添加鐵試驗(yàn)組差異不顯著,可能鐵水平過高會提高微生物病菌感染的風(fēng)險(xiǎn)[45]。

過氧化氫酶能催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣(O2)和水(H2O),是細(xì)胞抗氧化防御體系的重要組成部分[33]。鐵是保持過氧化氫酶活性必不可少的輔助因子[29]。隨著飼料鐵水平的提高,過氧化氫酶呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,與牙鲆(Paralichthys olivaceus)[46]、大黃魚和鱸魚[29]的研究結(jié)果一致。有研究表明,缺鐵性貧血組氧化物活性顯著高于正常組,抗氧化活性和過氧化氫酶活性顯著低于正常組,在補(bǔ)充鐵后各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)正常[47],本試驗(yàn)中D0、D20和D40組過氧化氫酶活性隨著飼料鐵水平的升高逐漸升高,與前人結(jié)果一致。抗壞血酸在鐵代謝中作為還原劑保證二價(jià)鐵的高效吸收和利用[31]。有研究指出,飼料鐵水平的提高會導(dǎo)致體內(nèi)維生素C含量明顯下降[4],同時(shí)還有研究表明維生素C含量低的飼料組血清過氧化氫酶活性明顯降低[48],維生素C利用率的不同也會造成過氧化氫酶活性的差異[33],所以本試驗(yàn)中過氧化氫酶在D40~D480組出現(xiàn)下降現(xiàn)象可能是飼料中鐵水平的升高致使體內(nèi)維生素C含量下降或利用率降低造成過氧化氫酶活性下降,具體機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

①飼料中添加富馬酸亞鐵對虹鱒幼魚生長性能無顯著影響,但適量添加可以提高血紅蛋白、血細(xì)胞比容和紅細(xì)胞數(shù)量,保證全魚和組織中鐵、鋅和銅含量處于相對穩(wěn)定的狀態(tài),提高血清溶菌酶和過氧化氫酶活性,從而增強(qiáng)機(jī)體免疫力。

②本試驗(yàn)條件下,以血紅蛋白和肝臟鐵含量為評價(jià)指標(biāo),虹鱒幼魚對飼料中鐵需要量分別為99.8和100.4 mg/kg。

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