投喂策略对黄鳍鲷镉累积过程的影响及其生物动力学机制

The bioaccumulation of heavy metals in marine fish is a gross result of bioassimilation and bioelimination. It directly affects the quality and safety of aquatic products. Feeding strategy has substantial effects on physiological traits of fish such as growth, diet digestion, metabolism and immune response. However, it is unclear how feeding strategy affects the bioaccumulation of heavy metals in marine fish. By using biokinetic model, stable isotope tracing technique and heavy metal subcellular partitioning model, the present study will originally test whether yellowfin sea bream (Acanthopagrus latus, an important commercial culture candidate) shows different patterns in growth and feed utilization, absorption, bioaccumulation, detoxification and elimination of aqueous or dietary cadmium (a popular heavy metal pollutant) when fed with different feeding strategy (different feeding rate and frequency). The proposed study will demonstrate effects of feeding strategy on bioaccumulation of heavy metals in marine fish. The results may facilitate a better feeding strategy with the aim at controlling or reducing the residue of heavy metals in marine fish and promote the quality and safety of aquatic products.

鱼体内重金属累积由重金属生物吸收和生物清除两个过程共同决定，直接影响水产品的质量安全。投喂策略能显著影响鱼类的生长、食物消化、代谢、免疫等多个生理过程，但目前还不清楚它会怎样影响鱼类对重金属污染物的生物吸收和生物清除过程。本项目拟以海洋经济鱼类黄鳍鲷（Acanthopagrus latus）和重金属污染物镉为研究对象，综合运用生物动力学数学模型、同位素示踪技术、重金属亚细胞分布模型等研究方法和技术手段，比较黄鳍鲷在不同投喂策略（不同投喂量和投喂频率）下生长、饲料利用及其对水相或食物相镉吸收、累积、解毒和清除过程的异同，阐明投喂策略对海洋鱼类重金属污染物生物累积过程的影响及其相关的生物动力学机制。项目创新性地结合了生态毒理学和营养生理学的研究方法，研究结果将为优化投喂策略、防控海洋养殖鱼类重金属污染物累积提供必要的理论支持，促进水产品质量安全控制。

本项目以黑鲷、蜥形副平牙虾虎鱼和重金属污染物镉（Cd）研究对象，综合运用生物动力学数学模型、同位素示踪技术等研究方法和技术手段，比较不同投喂策略（不同投喂量和投喂频率）对Cd暴露下实验鱼生长、饲料利用的影响；对实验鱼必需元素含量的影响；对实验鱼水相或食物相Cd吸收、累积的影响。项目探讨了投喂策略对海洋鱼类重金属污染物生物累积过程的影响及其相关的生物动力学机制。为优化投喂策略、防控海洋养殖鱼类重金属污染物累积提供必要的理论支持，促进水产品质量安全控制。主要研究结果如下：.1）投喂策略能够显著的影响海洋鱼类Cd的累积，其中饥饿导致海洋鱼类从水相吸收Cd的量和速率大幅升高，而摄食对水相Cd吸收的保护作用；在饥饿状态下，海洋鱼类肠道是水相Cd吸收的重要部位，重要性甚至超过鳃。过低的投喂频率（如投喂1次每天）也会导致海洋鱼类从水相吸收Cd的速率显著高于正常投喂频率（2次每天）。（Guo et al., 2015, Aquaculture Environment Interactions 7: 135–145）。.2) 食物镉暴露下，低摄食量导致肠道和全鱼中钠含量显著地升高，高摄食量组肌肉钠显著地高于其他组；摄食量没有影响鱼体镁的含量；每天投喂1次组肌肉中钙含量较高，每天投喂二次组肌肉钙的含量最低。水相镉暴露下，低摄食量组肌肉和全鱼中钠含量显著地高，高的摄食频率组黑鲷钠的含量明显高；摄食量明显影响黑鲷肠道镁含量（投喂量为零的组肠道镁含量显著高于其他两个组），而摄食量低的组黑鲷肌肉钾含量显著高，摄食频率没有影响鱼体钾含量。.3) 在鱼类肠道中，水相Cd和食物相Cd有相互影响。首先，高浓度水相Cd会对鱼类肠道食物相的Cd的吸收产生影响，但是这种影响只有当食物相中Cd也较高时才显示出来。其次，食物相Cd会影响肠道中水相Cd的吸收，这种影响主要跟食物消化过程有关，跟食物中Cd浓度关系不大（Guo et al., 2017, Environmental Pollution 223: 31-41)。.这些研究结果对养殖生产过程中如何通过管理投喂策略防控养殖鱼类重金属累积、环境监测和保护中鱼体重金属含量季节差异的诠释等方面有重要意义。