《Applied Radiation and Isotopes》：Study of Heavy and Trace Metal Concentrations in Rabbit Teeth for Species Identification Using X-ray Fluorescence and Mass Attenuation Coefficients
编辑推荐：
本研究利用X射线荧光（XRF）和X射线质量衰减系数技术，分析六种家兔牙齿的元素浓度与衰减特性，发现Au、Br、Pb等元素浓度差异显著，证实放射学方法可有效鉴别家兔物种，提供非破坏性替代传统生物学方法。
Rozhan D. Haider | Asaad H. Ismail | Zakariya A. Hussein
科亚大学科学与健康学院物理系，伊拉克库尔德斯坦地区科亚KOY45
摘要
传统上，动物物种的鉴定依赖于生物学方法，如染色体分析。然而，在本研究中，采用两种放射学技术对兔种（Oryctolagus cuniculus）进行了鉴定：一是测量兔牙中X射线的质量衰减系数（μm）；二是利用X射线荧光（XRF）技术测定六种不同兔种牙齿中的元素浓度。本研究展示了利用放射学特性区分兔种的实用潜力。具体而言，研究了牙齿样本的元素组成和X射线质量衰减系数。XRF分析结果显示，所有六种兔种中都含有钙（Ca）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）、硫（S）、氩（Ar）、铝（Al）、硅（Si）、氯（Cl）、锶（Sr）、锌（Zn）、铁（Fe）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）和铜（Cu）等必需元素，且这些元素的浓度相对稳定。相比之下，金（Au）、溴（Br）、铅（Pb）、钫（Fr）、锡（Sn）、锑（Sb）和镉（Cd）等元素在不同兔种间的浓度存在显著差异，尤其是在以百万分之一（ppm）为单位进行测量时，这些元素具有很强的区分能力。这种放射学方法为物种鉴定提供了一种新的替代方案，具有非破坏性和更高的可行性。
引言
钙化组织（如骨骼和牙齿）是动物体内主要元素和微量元素的重要储存库。这些组织中含有钙（Ca）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）和硫（S）等必需元素，以及铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、硒（Se）和锌（Zn）等微量元素。此外，铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）和溴（Br）等微量元素也可能以微量形式存在于其中[1]、[2]。尽管大多数关于钙化组织的元素研究集中在主要元素上，因为它们在代谢和骨骼结构中起着关键作用，但微量元素同样具有生物学重要性。它们参与酶的激活、激素的合成、pH值的调节以及细胞代谢，对维持生理平衡至关重要[3]。
在钙化组织中，牙齿特别适合进行元素分析。与不断重塑和矿物质更新的骨骼不同，牙齿在形成过程中提供了稳定的元素掺入记录。这使得牙齿成为评估长期环境因素和饮食因素影响的理想生物基质。由于遗传差异和环境因素（如饮食和栖息地）的影响，不同物种的牙齿元素组成可能存在差异[4]、[5]。这些特性支持了牙齿可以作为动物物种可靠鉴定指标的假设。最近的研究探讨了利用牙齿元素分析进行物种甚至性别鉴定的可行性。在各种分析方法中，X射线荧光（XRF）已成为一种非破坏性、快速且准确的生物组织元素分析技术。虽然此前已有原子吸收光谱法（AAS）、质子诱导X射线发射光谱法（PIXE）、中子活化分析（NAA）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等分析方法用于元素分析[8]、[9]，但XRF在生物样本（包括骨骼和牙齿）中的应用日益广泛[6]、[7]。另一种用于鉴定动物特征的方法是测量质量衰减系数。先前的研究已在多种工业和医学材料中探讨了这些系数，尤其是在牙齿等生物组织中[10]。质量衰减系数是描述样品中X射线和伽马射线（光子）总衰减的重要参数，其衰减既受能量吸收影响，也受散射影响[10]。
在本研究中，我们旨在通过分析兔牙来评估使用XRF和X射线质量衰减系数区分六种兔种（Oryctolagus cuniculus）的可行性。我们假设不同物种之间的元素组成和衰减行为差异可作为物种鉴定的放射学标志。这种方法提供了一种基于稳定且可测量物理和化学特性的新型非生物学分类方法。
样本采集与制备
样本采集
实验遵循动物实验室的动物护理和使用指南进行。所有程序均获得了机构伦理委员会和实验动物护理委员会的批准和监督。本研究使用了六只遗传上不同的怀孕雌性兔子。每只兔子及其样本都被分配了一个唯一的编号，并已录入NCBI GenBank数据库，有关兔子的详细信息见表1。
结果与讨论
本研究通过X射线荧光（XRF）分析测定了六种兔基因型中的重金属浓度，具体结果见表2。
其中，英国安哥拉兔检测到了最多的元素（20种），包括：钙（Ca）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）、硫（S）、氩（Ar）、铝（Al）、硅（Si）、氯（Cl）、锶（Sr）、锌（Zn）、铁（Fe）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铜（Cu）、金（Au）、溴（Br）、铅（Pb）和钫（Fr）。其次是英国斑点兔和荷兰垂耳兔，每种兔子检测到了19种元素。英国斑点兔缺少钫（Fr），而荷兰垂耳兔缺少某些元素。
结论
研究表明，通过评估不同兔种牙齿样本的X射线质量吸收系数以及利用X射线衍射技术（XRF）测定某些元素的浓度，可以有效地鉴定兔种。这种方法为确定兔种提供了一种新的替代生物学方法。此外，研究结果还表明，重金属和微量元素在物种间存在特异性差异。
作者贡献声明
Rozhan Dilshad Haider： 负责撰写初稿、软件开发、资源准备、方法设计、实验实施及数据分析。
Zakariya A. Hussein： 负责审稿与编辑、数据可视化、项目监督及方法完善。
Asaad H. Ismail： 负责审稿与编辑、项目监督及数据分析。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
