斜带石斑鱼吸收镉过程中水相与食物相镉的相互作用

Heavy metal pollution has been highly addressed as an important environment and food safety issue in China. In aquatic environments, animals often simultaneously accumulate heavy metals from water and diet. Historically, however, most studies examined metal bioaccumulation from the waterborne and/or dietary routes in separate experiments. The present state of knowledge deriving from the separate single route of metal exposure is incomplete in informing the picture of the simultaneous uptake and interaction of metals from multiple routes as it occurs in the environment. Using integrated tools of biokinetic modeling and dual Cd stable isotopes tracing technique, the present study will first characterize simultaneous uptake of waterborne and dietary cadmium in orange-spotted grouper (Epinephelus coioides), and then determine the interaction between waterborne and dietary cadmium during the cadmium uptake in intestines and gills, mainly including the influence of waterborne cadmium on dietary cadmium uptake in intestines, and influences of dietary cadmium on waterborne Cd uptake in intestines and gills. The findings will demonstrate the simultaneous uptake of heavy metals in marine fish, and also reveal the advantages/disadvantages of historical study methods with the aim to promoting the development of study methods for heavy metal bioaccumulation in marine fish. Moreover, the study will provide the basic theory for the conservation of the declined natural groupers in China.

重金属污染已成为我国非常重视的生态环境和食品安全问题。水生动物一般通过水体和食物两个途径吸收环境中的重金属元素，以前的研究往往将这两个吸收途径分开探讨，而对水生动物同时从这两个途径吸收重金属元素的过程不甚了解，也不清楚在此过程中两个途径的重金属元素之间有怎么样的相互作用。本项目拟以经济价值高但野生资源量锐减的斜带石斑鱼和高毒性的重金属镉为研究对象，运用生物动力学模型和双重稳定同位素示踪技术，首先研究试验鱼同时吸收水相和食物相镉过程中水相和食物相镉的相互影响，包括水相镉对食物相镉在肠道吸收的影响、食物相镉对水相镉在鳃和消化道吸收的影响。在此基础上，研究斜带石斑鱼同时吸收水相和食物相镉的生物动力学特征，建立其生物动力学累积模型。项目将揭示斜带石斑鱼等海洋鱼类同时从不同途径吸收重金属元素的规律。研究结果将有助于完善或改进传统的重金属生物累积模型，同时为我国野生石斑鱼资源保护提供理论基础。

1.首次研究了斜带石斑鱼胚胎发育过程对不同价态铬累积特点，揭示与其斜带石斑鱼胚胎早期生活史敏感阶段对重金属的生物累积量及吸收率的规律，能为石斑鱼早期资源的保护提供理论依据；.2.本研究获发现，豹纹鳃棘鲈对于葡萄糖的耐受能力较差，而腹腔注射三价铬溶液有助于提升它对葡萄糖的耐受能力,这些数据可为在基因层面上研究三价铬调节东星斑鱼体糖代谢提供参考，为三价铬可作为渔业饲料高糖平衡剂提供数据参考以及理论支持。.3.采用微生物组学、转录组学以及代谢组学等研究方法，探讨不同价态水相铬对豹纹鳃棘鲈的毒理效应机制，发现铬在豹纹鳃棘鲈体内的累积具有组织特异性，在外周组织（鳃、皮肤和肠道）中的含量显著高于内周组织（肝脏、肾脏和肌肉），并且不同价态铬在同一组织中的累积也不相同。高浓度的铬暴露会引起豹纹鳃棘鲈肠道代谢紊乱。，结果显示豹纹鳃棘鲈肝脏的差异代谢物主要与磷酸甘油脂代谢、溶血卵磷脂代谢、赖氨酸降解、赖氨酸生物合成、精氨酸生物合成、苯丙氨酸生物合成以及酪氨酸和色氨酸生物合成等生物过程相关是豹纹鳃棘鲈响应铬暴露的主要方式。.4. 对于不同形态的食物相铬的累积和生理毒理学研究发现:铬在鱼体的累积不均匀地分布于组织中，以大脑和肾脏等器官含量最高，具有组织特异性,呈现的规律为全脑 > 肾脏 > 肝脏 > 肌肉 > 骨骼。通过转录组研究发现,东星斑应对不同铬源饲料胁迫所调控的基因共同点是主要都聚集在cellular process（10.62%、13.04%、6.86%），single-organism process (12.39%、10.14%、7.43%)，catalytic activity (12.39%、11.59%、8.57%)，binding (12.39%、15.22%、13.71%)等生物学GO簇。 东星斑肝脏的类固醇生物合成途径、萜类骨架生物合成途径、类固醇激素生物合成途径参与了不同铬源饲料胁迫的调控。通过比较代谢组学的分析，发现东星斑肝脏的SDMs主要与磷酸甘油脂代谢、溶血卵磷脂代谢、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、牛磺酸代谢等相关。