重金属——钒在家禽生产中的影响 ( 一 )

  摘 要   所有的矿物元素在动物摄入量过高时都可能产生有害作用。因此，饲料中的必需微量元素水平必须满足 2 个条件，一是确保产生适宜的应答效应，二是确保动物或消费动物肉、蛋产品的人类摄入的其他矿物元素量没有超 过安全水平。饲料中矿物元素的最高耐受剂量是保证动物和人类健康的安全指南。尽管在家禽饲料中存在一些潜在 的有毒有害元素，但通过饲料加工厂中正确的质量控制程序、良好的生产工艺并辅以经验丰富的营养学家可以大大 降低有毒有害重金属的污染情况。当前美国的污染物主要来源于有害垃圾排放地区、工业污染区以及城市垃圾处理系统周围的地下水源。

 

  关键词 矿物元素 ；生产性能 ；毒性 ；营养

 

  中图分类号 ：S816.72       文献标识码 ：A      文章编号：1006-6314 （2013 ）01-0054-04

 

1  引言

  一些矿物元素属于家禽和家畜饲料的必需营养物质。根据在其动物体内的含量，可分为 2 类，一类被称为 “ 常量元素”，包括钙、磷、钠、氯、镁、钾和硫 ；另一类被 称为 “ 微量元素 ” ，为动物生长所必需，但其需要量远远 低于常量元素，包括铁、锰、铜、锌、硒、碘、钴、钼和铬。 此外，还有一些微量元素也已被证明是动物生长所必需 的，包括氟、钒、镍、锡、硅、铅、硼和砷。在家畜生产中，由于这类元素的缺乏症尚未被证实，因此也使得其毒性效应备受关注。“重金属”这个名词沿用已久，概念模糊不清，目前科学家们和管理机构并不认可这一概念。重金属指具有潜在毒性效应的元素，由营养学家分类的重金属元素包括 ：镉、铅、汞和砷。而词典里对重金属的定义为 ：一种比重大于 5 的元素。按此定义，一些具有营养作用的元素也属于重金属，包括钒、钴、铜、铁、钼、锌和铬。

 

2  矿物元素需要与家禽的生产性能

  矿物元素( 包括必需的或具有潜在毒性的元素) 在饲料中的浓度超过一定水平后，对家禽都存在有害作用。随着饲料矿物元素水平的增加，动物的生产性能 ( 增重、产蛋率等 ) 的典型应答效应曲线为钟形曲线。在曲线的开 始部分效应呈线性增加，代表该矿物元素含量不足 ；随即为效应平台期，代表该矿物元素摄入量达到正常范围 ；当达到毒性剂量时，动物生产性能开始下降，最终导致 死亡。当动物的生产性能表现出最适的应答效应时，饲料中该矿物元素水平为最低需要量，并且这个值是可变 的。矿物元素表现出毒性的水平也是可变的。动物不会 仅需要某一种矿物元素，也不会无限耐受任何一种矿物 元素而不产生毒性效应。实际上，动物体存在着对各种 元素的最低需要量和最大耐受剂量，并随着动物种类及 生长阶段的不同而发生变化。影响动物对某种矿物元素 的最低需要量以及最大耐受剂量的因素如下 ：①矿物元 素的溶解性 ；②动物的生长潜力 ；③生理功能 ( 生长、产 蛋率等 ) ；④前期的营养状况 ；⑤年龄 ；⑥环境 ；⑦其他 营养物质的平衡状况 ；⑧疾病。

 

3  矿物元素耐受剂量的确立

 

   一般通过饲养试验来确定家禽对矿物元素的耐受水平，即通过设计不同梯度水平的矿物元素和观察特定的标识指标来确定。在理想条件下，饲养试验应该在一个完整的生产周期中进行，一般使用种禽开展两代及两代 以上的研究。但根据矿物元素的种类不同，并不是所有的元素都需要大量开展这类的试验研究。在实际生产中， 试验的时间通常较短，并以生长速度、生化损伤、死亡 率和该矿物元素在肉和鸡蛋中的沉积率作为考察指标。 并且通常采用可溶性的试剂级元素产品作为研究对象， 这种产品容易产生不利反应。把试验数据应用到实际生 产时，必须考虑试验所采用的矿物元素的形式、试验期 的长短、考察指标和家禽种类。

表 1 微量元素在家禽日粮中需要量 ^a 和最大耐受剂量 (mg/kg)^b

  注：  

    a NRC(1994) ，同种类型下所有日龄动物的范围。

    bNRC(1980)。

    c没有给出。

    d 分别对火鸡和鸡而言。作为氯化钠或具有同样溶解性的原料。磷酸盐中的氟具有较低的毒性。

 

  NRC  发布的家禽饲料中某些矿物元素的最大耐受水平和需要量见表 1(NRC ， 1980 、 1994) 。表中最大耐受水平的定义为 ：在饲喂一定时期后，不损害动物生产并且在畜产品中残留量不影响人类健康的饲料矿物元素水平。 该值并不等同于急性毒理试验中的半数致死剂量  LD50( 导致群体 50% 死亡的剂量 ) 。必须强调的是，中毒反应取决 于浓度和时间。良好的营养标准要求饲料的矿物元素水 平最好低于其最大耐受水平。对一些有毒有害的元素如铅、镉和汞，应尽量使其在动物饲料中的水平越低越好，以减少其进入到人类食物中的量。

 

4  关注矿物元素的过量摄入

 

  家禽过量摄入矿物元素的原因很多。未经处理的水中可能含有高浓度的硫、氟、钠、镁和铁。此外，大量的有毒元素 ( 特别是重金属) 能通过垃圾堆放地区、工业污染和城市垃圾处理系统而污染地下水。  20 世纪 80 年代早期，在美国旧金山的凯斯特森野生动物保护家园中发现，从天然土壤过滤出的矿物元素对野禽具有潜在的毒性效应。因此，在修建家禽场前，必须由有资质的实验室对地下水质进行检测，而且还要继续定期监测。每一位生产者都有责任检测该地潜在污染源。对水资源污染的提前检测是很有商业价值的投资，当地的推广部门、农业大学或地方政府的消费者保护机构应该提供支持并建立一个适宜的商业实验室来开展分析工作。

  一些矿物元素( 例如锰、硒和钼)  在植物体内的浓度很高，足以导致采食这些植物的动物产生中毒效应。这对放牧的草食动物的潜在威胁很大，也可能危及放养的鸟类或平胸鸟类。植物表面也可能被锌、铅、氟和其他一些来自工厂的重金属污染，从而导致动物中毒。另一种潜在污染源来自人类在运输、饲料混合的过程中的错误操作。这种意外事故可能导致动物急性中毒，这与动物长时间采食剂量较高的某种矿物元素而产生的慢性中毒完全不同。良好的生产工艺和质量控制能减少此类问题的发生。

  许多选用天然原料配制的饲料可能缺乏一种或几种必需元素，需要通过额外添加来补充。一般情况下，元素都不会以单质的形式来提供。一些可能以未经过加工和纯化的矿石来补充，而有些可能是来源于工业副产物。矿物元素的污染程度主要取决于其来源和加工工艺，其中有些杂质可能是家禽必需的，而有些则可能是有害的。家禽饲料中常见的微量元素添加剂的化学组成见表 2(Ammerman 等， 1977) ，这些数据也显示了不同矿物元素原料的变异情况。 AAFCO(1999)  给出了一些矿物元素中污染物的标准 ( 表 3) 。美国的矿物元素原料中典型的 污染物浓度见表 4。从表 2可见 ， 某些样品中的数值已超过表4 的水平。    

  注 ：

    a   每一行代表一个样品   (Ammerman   等， 1977) 。

 

  近期，一系列有关饲料中磷酸盐的经济重要性和其中氟、钒等其他潜在有毒有害金属的存在情况的文章得以发表，表 5 到表 8 给出了这些文章对于不同磷酸盐组成的数据 (Sullivan 等， 1994 ； Lima 等， 1995) 。

 

表  3 每一种矿物元素原料对其污染物控制的官方标准 ^a

  注 ：

    a AAFCO(1999) 。

  注 ：

    a AAFCO (1999) 。参照   NFIA Mineral Ingredients

 

  动物垃圾和某些副产品饲料的使用已经导致了动物对矿物元素的摄入过高。随着动物对有机营养物质消化利用率的提高，排泄物中的微量元素含量也相对提高。家禽垫料中含有一些活的或已死亡的微生物，这些微生物可以通过积累和生物吸附的方式除去饲料中的铅 (Gupta 和 Keegan ， 998) 。因此，垫料可能会排除因偶然错误而进入饲料的污染物，但若将其作为家畜的饲料原料则可能带来潜在危险。

  注 ： 

    a Lima 等 (1995) 。

    b 试剂水平的脱水磷酸二氢钙。

  在肉骨粉的工业生产中，铁作为絮凝剂使用，这就可能导致家禽饲料中的铁水平过高。在使用这类原料 时，如果同时使用了铁含量较高的磷酸盐或水源，就可 能使动物产生铁中毒。因此，对于营养学家来说，最关 键的就是在设计饲料配方之前必须全面分析除玉米和豆 粕外的所有原料的组成成分，并调整电脑配方程序。

  Kan(1994) 综述了在家禽饲养中可能存在有毒有害物质 ( 包括重金属 ) 的危险，讨论了减少其毒性的方法。 然而，某些引起动物中毒的重金属的分析需要特定的仪器和技术，而一些大学和商业实验室均不具备此类设备。此外，多数实验室使用标准的火焰原子吸收分光光度计虽然可以检测大多数阳离子，但汞的分析需要冷蒸气系统，精确检测饲料原料中砷或硒浓度需要氢化物发射器和石墨炉原子吸收分光光度计 (Fecher 和 Ruhnke ， 1998) 。要精确测定复杂生物样品中浓度特别低的钒、铅、镉也必须使用石墨炉 (Blake 和 Bourqui ， 1998) 。有报道曾描述了测定复杂样品中氟含量的实验室方法  (Venkateswarlu ， 1983) 。铁电极现在广泛运用在氟的测定过程中。饲料原料和水的样品分析必须在实验室由专门人员进行，遵循一套规范的操作方法，并采用内标物来校正方法的精确性和准确性。

 

5   重金属对家禽的影响

  20 世纪 60 ～ 70 年代，开展了大量的关于矿物元 素毒性的研究。 Walsh   在   20   世纪   50   年代中期发明的原子 吸收分光光度计，使得许多阳离子的检测变得快速和相对 简单，也兴起了许多金属代谢及其各方面的研究。另外，当时对放射性跟踪方法、污染物和动物的处理管理规定没 有现在这么严格。因此，开展了大量研究多种矿物元素   (   包括不同有毒重金属   )   的代谢动力学的动物试验。 通过现代的试验手段，研究矿物元素对动物毒性机制不一定需要大规模的动物试验，可以采用细胞培养和 核酸分析的方法进一步精细的研究。过去的研究已经足 够建立动物生产中矿物元素的安全标准。随着动物权利 保护运动呼声高涨和细胞技术的提高，今后，大学的动 物保护机构也许不会再批准采用家禽和家畜等动物作为 试验对象来进行矿物元素的毒性试验。

 

表   6 磷酸一氢钙原料内存在的潜在有毒有害金属 (mg/kg) ^a

  注 ：

    a Sullivan 等   (1994) 。

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