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不同鸟类卵壳元素含量差异对比研究
摘要：本研究以12个鸟类物种为研究对象，采用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES法)测定样品中的微量元素，并对其元素的组成和含量进行分析研究。分析结果表明，17份卵壳样品中Ca元素的含量最高，S、Na、P、Sr、Mg、K含量较高，Zn、Ce、Cu、Ta只有极少数物种的卵壳检出微量。元素检测结果采用软件IBMSPSSStatistics22中的系统聚类法，根据元素含量对样品进行物种聚类分析，利用变异数分析法对聚类后分组物种进行元素的组间差异显著性分析。由聚类图可见，17份卵壳样品分成2个群体，群1物种均属鸡形目，群2物种均属雁形目。结果表明，通过卵壳元素含量差异可区分鸡形目与雁形目，因此，对两目间卵壳组成元素进行差异分析。鸟类卵壳元素的组成及含量可以间接反映雌鸟的营养状况，并可作为评价其生存环境质量的一个客观指标。保持饲料营养水平的均衡对维持人工养殖动物的健康十分重要，特别是与提高动物的繁殖率密切相关。
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鸟类(Aves)卵壳是一个极为重要的结构物，它为胚胎提供一个相对独立的生长环境，保护其免受外界不良因素影响并使胚胎进行正常的发育[1,2,3,4]。卵壳的结构、形态及组成成分等依不同种类鸟类而具有较稳定的特异性;卵壳相似度越高，亲缘关系越近[2,5]。组成卵壳的化学成分或微量元素不仅是胚胎发育中的必要供给，有时还能反应雌鸟的营养状况及生长环境的污染程度[2,6,7]。因此，对卵壳结构的研究可对鸟类的地理分布、系统演化及分类等领域的研究提供有价值的科学资料[2]。
微量元素广泛存在于生物体内[8,9,10,11,12]，对生物胚胎发育和幼体、成体的生长有着重要影响并参与许多重要的生命过程[8]。目前，国内有关鸟类卵壳所含元素的研究多数集中在研究栖息地环境、繁殖特性、食性分析等[8]，根据卵壳元素组成差异进行物种聚类的相关研究尚未见报道。本研究以12种鸟类物种为研究对象，采用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES法)测定样品中的微量元素，并对其元素的组成和含量进行分析研究，为今后利用卵壳进行物种聚类提供科学依据。
1、实验内容
1.1 主要仪器与试剂
测试采用ICP-OES法，仪器为美国安捷伦公司725系列。仪器误差:1ppm;工作条件:工作气体氩气，辅助气流量0.2L/min，水冷，雾化器压力0.55Mpa，頻射功率1300W，雾化器流量0.6L/min，所有试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。
1.2 实验材料与方法
实验材料:北京动物园斑头雁(Anserindicus)、加拿大雁(Brantacanadensis)、赤麻鸭(Tadornaferruginea)、白冠长尾雉(Syrmaticusreevesii)、白鹇(Lophuranycthemera)、红腹角雉(Tragopantemminckii)、暗腹雪鸡(Tetraogallushimalayensis)、红腹锦鸡(Chrysolophuspictus)卵壳，杭州西湖大天鹅(Cygnuscygnus)、绿头鸭(Anasplatyrhynchos)卵壳，湖北武汉青头潜鸭(Aythyabaeri)卵壳，北京梅里亚维通实验动物技术有限公司京白蛋鸡卵壳。研究由于待探讨样本量很少，很难收集多个生物重复，因此，样本按照鸡形目(Galliformes)与雁形目(Anseriformes)分为2组，进行两目间差异比较。
样品处理:待处理样品卵壳用蒸馏水充分洗净，利用电子天平准确称取各物种1g卵壳样品，将17份卵壳样品(其中，鸡形目8种，雁形目9种)分别置于100mL干净烧杯中，加入2mLHClO4和8mL浓HNO3，置于电炉上用适宜温度加热，待溶液颜色呈无色透明，继续消化到液体临近蒸干状态。冷却片刻后，加入5mL去离子水，在电热板加热至溶液近干，取下再冷却。取50mL容量瓶，将消化液转入其中，烧杯中残留液体用2%HNO3冲洗3次合并于消化液中，定容到50mL待测。
标准溶液:将2mLHClO4和8mL浓HNO3加入100mL干净烧杯中，用表面皿盖住，置于电热板加热至近干状态，取下冷却后转入到50mL容量瓶中定容。
1.3 结果分析
元素检测结果采用软件IBMSPSSStatistics22中的系统聚类法，根据元素含量对样品进行物种聚类分析，对聚类后分组物种进行元素的组间差异显著性分析。
2、结果与分析
2.1 元素含量
由表1可见，采用ICP-AES法，定量分析17份卵壳样品中共含有15种矿质元素，分别为Ca、S、Na、P、Sr、Mg、K、Si、Fe、Ba、Al、Zn、Ce、Cu及Ta，常量元素主要有K、Ca、Mg、Na、S、P，微量元素有Cu、Fe、Sr、Zn、Al、Ba、Ce、Ta、Si。
分析结果表明，17份卵壳样品中Ca元素的含量最高，S、Na、P、Sr、Mg、K含量较高，Zn、Ce、Cu、Ta只有极少数物种的卵壳检出微量。可见，不同物种的主要卵壳元素组成差异不大。
表117份卵壳中微量元素的含量
2.2 聚类分析
由聚类图1可见，17份卵壳样品分成2个群体，白冠长尾雉、红腹锦鸡、红腹角雉、京白鸡、白鹇及暗腹雪鸡为群1，斑头雁、加拿大雁、大天鹅、绿头鸭、赤麻鸭及青头潜鸭为群2。群1物种均属鸡形目，群2物种均属雁形目。结果表明，通过卵壳元素含量差异可区分鸡形目与雁形目，因此，对两目间卵壳组成元素进行差异分析。
2.3 元素差异显著性
通过对鸡形目与雁形目卵壳元素含量结果进行差异分析(表2)，结果表明，存在于卵壳样品中15个元素，其中5个元素表现为差异显著(0≤P≤0.05)，分别为Mg、K、Ba、Sr及Si(图2，图3)。
3、讨论
卵壳的结构、形态及组成成分等根据鸟类不同种类具有较稳定的特异性，亲缘关系越近，卵壳相似度越高[2,5]。本研究利用ICP-OES法对不同种鸟类进行卵壳元素的检测，通过软件IBMSPSSStatistics22中的系统聚类法得到聚类图，由图可见，样本分为两大类，鸡形目鸟类与雁形目鸟类，这与卵壳基本特征完全一致。
图117份卵壳微量元素聚类图
表2鸡形目与雁形目间各元素差异性
图2鸡形目与雁形目差异显著元素(Sr,K,Mg)
图3鸡形目与雁形目差异显著元素(Ba,Si)
鸡形目与雁形目鸟类卵壳元素组成之间存在差异(表2)。鸡形目鸟类以陆栖和树栖为主，食性很杂，主要取食植物，以昆虫及其他小动物为辅[13]。雁形目鸟类属游禽，在各种水域环境中栖息，食性多样，繁殖季节大部分以鱼虾、甲壳类和软体动物为食，在迁徙和越冬时，以水草等植物性食物充饥。其中，雁类多数以水草为食，而各种鸭类因精于潜水，则靠捕鱼为食[14]。鸟类卵壳元素的组成及含量可以间接反映雌鸟的营养状况，并可作为评价其生存环境质量的一个客观指标[7,15,16,17]。
检出组成卵壳的15种元素中，平均含量较高的元素有Ca、Mg、P、S、Na、Sr、K,w>100mg/kg;而Si、Fe、Ba、Zn、Ta、Cu、Al、Ce的w<100mg/kg，属于微量元素。雁形目中，斑头雁和加拿大雁卵壳中Na、Mg元素含量较其他雁形目物种偏高，青头潜鸭卵壳中S元素较其他雁形目物种偏高;鸡形目中，暗腹雪鸡卵壳中S、Na、K元素较其他鸡形目物种偏高，白鹇卵壳中P元素较其他鸡形目物种偏高，这可能与不同物种的采食习惯有着密切的联系。
鸡形目与雁形目卵壳元素的组成基本相同，但通过差异分析得出，其中5个元素表现为差异显著(0≤P≤0.05)，分别为Mg、K、Ba、Sr及Si。虽然这些元素在卵壳中的含量较少，但它们是机体生长发育及新陈代谢必不可少的因素。Mg、K是生物体的必需元素，缺乏会引发心血管疾病、肌肉无力、神经紊乱、骨骼发育不良等症状[18];Ba促进脂类消化吸收及胆汁分泌，对胆固醇有代谢作用[18];Si参与软骨和结缔组织中粘多糖的合成，加速动物的生长发育，但大量摄入会造成体内结石[18,19];Sr与Ca、P代谢有密切关系，过多摄入会导致骨质变形、关节粗大并伴有疼痛[19]。卵壳含有98%的结晶钙，以碳酸钙的结构形式存在于卵壳中。其他微量元素在卵壳中的比例也不容忽视，为配合饲养工作，可按元素比例计算趋势，明确各物种所需营养情况，以指导生产。保持饲料营养水平的均衡对维持人工养殖动物的健康十分重要，特别是与提高动物的繁殖率密切相关。
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主管单位：中国科学技术学会
主办单位：中国科学院西北高原生物研究所,中国动物学会兽类学分会
出版地方：青海
专业分类：生物
国际刊号：1000-1050
国内刊号：63-1014/Q
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2020-11-10
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