宋波瀾,許忠能,王占全
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)系,河北 秦皇島 066003;2.暨南大學(xué) 水生生物研究所/熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心,廣東 廣州 510632;3.北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所,北京 100068)
近年來養(yǎng)殖動(dòng)物藥物殘留等水產(chǎn)品質(zhì)量安全問題倍受關(guān)注,作為與此相關(guān)的理論基礎(chǔ),影響藥物殘留消除的因素已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究結(jié)果表明,影響藥物殘留消除的因素主要為溫度、鹽度等環(huán)境條件和藥物種類、給藥方式、動(dòng)物種類及其不同組織等[1-6]。水流是魚類生活環(huán)境中的一種重要生態(tài)因子,能夠通過刺激魚類的感覺器官,使其產(chǎn)生相應(yīng)的行為反應(yīng)和活動(dòng)方式,進(jìn)而影響魚類的攝食、生長(zhǎng)、代謝等生命活動(dòng)[7]。近年來,有關(guān)養(yǎng)殖魚類游泳行為與生理活動(dòng)關(guān)系已有一些研究[8-9],而有關(guān)水流因子對(duì)魚體內(nèi)行為,抗氧化酶和抗生素殘留的影響研究則尚不多見[10]。西伯利亞鱘(Acipenser baerii)屬鱘科(Acipenseridae)鱘屬(Acipenser),具有食譜廣、易馴養(yǎng)、苗種培育成活率高、生長(zhǎng)快等特點(diǎn)[11],本文以西伯利亞鱘為研究對(duì)象,以鹽酸恩諾沙星作為抗生素代表,研究不同水流條件下西伯利亞鱘的行為學(xué)指標(biāo),抗氧化酶活力變化和抗生素在體內(nèi)的殘留及消除規(guī)律,擬為進(jìn)一步探討影響藥物殘留的生理生態(tài)因子以及生產(chǎn)上確定合理休藥期提供科學(xué)依據(jù)。
本研究于2011 年4—6 月于北京水產(chǎn)科學(xué)研究所河北灤平鱘魚試范基地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)用魚為灤平鱘魚試范基地的西伯利亞鱘幼魚,選擇健康活躍且規(guī)格相近的幼魚350 尾作為試驗(yàn)用魚[體質(zhì)量(82.1±4.9)g,體長(zhǎng)(25.3±1.1)cm]。實(shí)驗(yàn)在特定的藍(lán)色圓形玻璃鋼盆內(nèi)進(jìn)行,鋼盆直徑2 m,深50 cm,一字排列。上部供水,每盆供水采取獨(dú)立噴頭式噴水管注水。噴水管外有球形閥門開關(guān)可調(diào)水流速度和水量,從而獲得不同的試驗(yàn)盆中相異的流速。中央底孔排水,排水口具攔魚設(shè)施。從進(jìn)水口到排水口可形成環(huán)形水流。水深可通過水位調(diào)節(jié)管進(jìn)行調(diào)節(jié),池底邊緣到底孔形成傾斜中央坡。實(shí)驗(yàn)前將幼魚在圓形玻璃鋼盆馴化7 d,每天投喂2 次飼料,時(shí)間為09:00 和18:00,投喂鱘魚配合飼料(粗蛋白質(zhì)≥45%,脂肪≥10%,粗纖維≤3%,粗灰分≤17%)為北京漢業(yè)飼料公司生產(chǎn)。為避免因水流量的不同而造成的溶氧水平的差異,利用增氧機(jī)保持各組溶氧水平基本一致。投喂1 h 后吸去殘餌,并換水1/3。水源充分曝氣以保持充足的氧氣(≥6.2 mg/L),水溫恒定(19.0±1.0)℃,pH 7.2~7.4。
1.2.1 不同流速下擺尾頻率和趨流率 實(shí)驗(yàn)設(shè)定0 BL/s(體長(zhǎng)/秒)和1.0 BL/s,2.0 BL/s 3 個(gè)流速梯度,即0、0.25 和0.5 m/s 流速。靜水實(shí)驗(yàn)組實(shí)際上由于換水的需要通過水交換保持微流狀態(tài),流速實(shí)測(cè)值為0.03 BL/s,近似為0 BL/s 流速。流速采用流速水位計(jì)(澳大利亞,Unidata M6526c)在供水口20 cm水下測(cè)定。每個(gè)流速條件設(shè)3 個(gè)平行玻璃鋼盆,每一玻璃鋼盆放置10 尾魚。2 個(gè)流速組每天于2次投喂時(shí)各停止水流2 h,投喂時(shí)間為09:00 和18:00。每次投喂暫養(yǎng)期相同配合飼料直到實(shí)驗(yàn)魚不再攝食。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30 d,(19.0±1.0)℃。實(shí)驗(yàn)期間分別于第1 天(實(shí)驗(yàn)開始之前)、第15 天、第30 天08:00 開始測(cè)定實(shí)驗(yàn)魚的行為學(xué)指標(biāo)。使用攝像機(jī)從鋼盆正上方拍攝魚的游泳行為,每次拍攝持續(xù)600 s,然后將所拍錄像轉(zhuǎn)換成MPEG4 視頻文件在計(jì)算機(jī)上分析擺尾頻率,趨流率[7]。
計(jì)算公式如下:
擺尾率:TBF(Hz)=TBT/t;
趨流率:RF(%)=Σni/Nj;
擺尾率TBF 指每尾魚在被觀察期間的擺尾次數(shù)t 為觀察時(shí)間(s)。
趨流率RF 指實(shí)驗(yàn)魚逆流游泳次數(shù)占總觀察次數(shù)的百分比,式中ni 指第i(i=1…,12)條實(shí)驗(yàn)魚在觀察期間逆流游泳的次數(shù)(每10 s 觀察記錄1 次,觀察時(shí)間為600 s),Nj 指總的觀察次數(shù)。測(cè)定靜水組實(shí)驗(yàn)魚“趨流率”時(shí)設(shè)定第1 次觀察時(shí)實(shí)驗(yàn)魚的游泳方向即為“逆流”方向。
1.2.2 不同流速下抗氧化酶 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同行為學(xué)指標(biāo)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)期間分別于第1 天(實(shí)驗(yàn)開始)、第15 天、第30 天上午拍攝之后,投喂之前取樣。實(shí)驗(yàn)分組前直接從挑選備用的魚當(dāng)中取9 尾作為第1 天樣品。每個(gè)流速水平設(shè)3 個(gè)平行組,實(shí)驗(yàn)中期(15 d)和結(jié)束時(shí)(30 d)從各平行組取3 尾魚作樣品,測(cè)定實(shí)驗(yàn)魚的抗氧化酶指標(biāo)。
用2 mL 一次性無菌注射器從尾動(dòng)脈抽取0.8~1.0 mL,不加抗凝劑,直接裝入1.5 mL 離心管。4℃冰箱過夜,緩慢搖晃均勻,3 000 r/min 離心15 min 制備血清,-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和 丙二醛(MDA)的測(cè)定采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行測(cè)定,具體測(cè)定方法按照試劑盒的說明進(jìn)行。SOD 活力測(cè)定采用羥胺法。酶活力單位的定義為:每毫升反應(yīng)液中SOD 抑制率達(dá)50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的SOD 量為1 個(gè)SOD 活力單位),單位U/mL。CAT 活性采用鉬酸銨顯色測(cè)定法。CAT 活力單位的定義為:每毫升血清每秒鐘分解1 umoL 雙氧水的量為1 個(gè)活力單位,單位U/mL。丙二醛(MDA)采用TBA 法。MDA 活力單位的定義為:每毫升血清每秒鐘與1 umoL TBA 反應(yīng)的量為1 個(gè)活力單位。
1.2.3 不同流速下肌肉抗生素殘留 實(shí)驗(yàn)分為靜水組、1.0 和2.0 BL/s 流速組。實(shí)驗(yàn)前將西伯利亞鱘幼魚隨機(jī)分成40 組,每組5 尾魚。其中1—10 組作為靜水采樣組,從2 h~20 d(2 h、6 h、1 d、2 d、4 d、6 d、8 d、12 d、16 d 和20 d)共進(jìn)行10 次采樣;11—20 組為作為1.0 BL/s 流速采樣組,20—30 組為作為2.0 BL/s流速采樣組,從2 h~20 d 分別進(jìn)行10 次采樣;同時(shí)設(shè)立10 組不投喂藥餌的靜水空白對(duì)照組。本實(shí)驗(yàn)所用恩諾沙星標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99.5%)購于Sigma 公司,鹽酸恩諾沙星原粉(純度不低于98%),由浙江國(guó)邦獸藥有限公司生產(chǎn)。采用混飼給藥法,藥餌按鹽酸恩諾沙星原粉含量10 g/kg 的配比,采用鹽酸諾氟沙星原粉和不含藥物的配合飼料原粉以及粘合劑混合后制作顆粒。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行27 d。實(shí)驗(yàn)前魚在實(shí)驗(yàn)盆內(nèi)適應(yīng)一周,此間投喂用不含藥物的飼料原粉制成的顆粒餌料。實(shí)驗(yàn)開始后給藥組開始投喂藥餌,按魚體質(zhì)量以每天50 mg/kg 口服鹽酸恩諾沙星原粉的劑量折算投喂藥餌量,每天投喂1 次。每次投飼時(shí)先投藥餌,待魚攝食干凈后再補(bǔ)充不含藥物飼料,直至飽食。在連續(xù)投喂藥餌7 d 后開始停藥,以后改為投喂不含藥飼料,繼續(xù)養(yǎng)殖20 d??瞻讓?duì)照組則每天投喂1 次不含藥飼料。實(shí)驗(yàn)期間每天換水1/3,并記錄投飼量和水溫、溶解氧值等水質(zhì)指標(biāo),保持水質(zhì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)期間溶解氧6.2~8.0 mg/L;pH 值7.2~7.4;水溫(19.0±1.0)℃;光照為室內(nèi)自然光照。
實(shí)驗(yàn)組停藥后每隔一定時(shí)間取樣檢測(cè)肌肉藥物殘留。靜水組、1.0 和2.0 BL/s 流速組于停藥后的2 h、6 h、1 d、2 d、4 d、6 d、8 d、12 d、16 d 和20 d 分別取樣,每一時(shí)間點(diǎn)分別各取1 個(gè)水盆5 尾魚,分作5 個(gè)平行樣品處理,在每個(gè)時(shí)段另取空白靜水對(duì)照組水槽5 尾未給藥的魚作對(duì)照,同樣處理。取樣后破壞其腦脊髓,解剖取背部肌肉,用濾紙吸凈組織表面的血液和水分。全部樣品-20 ℃冷凍保存用于藥物殘留分析。
肌肉組織解凍后,稱取2 g 樣品使用手術(shù)剪刀剪成小塊,加1 mL pH7.4 的磷酸鹽緩沖液后勻漿,然后精確稱取1 g 組織勻漿于50 mL 具塞離心管中。加入4 mL 乙睛作為萃取劑,為提高回收率,需重復(fù)萃取2 次。于漩渦振蕩器上充分混勻,然后以4 000 r/min 離心20 min,取上清液于70 ℃水浴并以氮?dú)饬鞔蹈?。于剩余殘?jiān)袦?zhǔn)確加入400 μL 流動(dòng)相,正己烷去脂肪,下層液用0.22 μm 微孔濾膜過濾,取20 μL濾液,采用島津LC-20A 高效液相色譜(HPLC)儀測(cè)定藥物濃度。
色譜條件:色譜柱:SHIM-PACK ODS C18 分析柱;流動(dòng)相:0.05 mol/L 磷酸溶液、三乙胺+乙腈=82 mL+18 mL;流速:0.8 mL/min;熒光檢測(cè)器:激發(fā)波長(zhǎng)280 nm,發(fā)射波長(zhǎng)480 nm;進(jìn)樣量20 μL;方法檢出限:25 μg/kg。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 進(jìn)行常規(guī)計(jì)算后,用SPSS17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析,并利用LSD多重比較法比較各組的差異。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,顯著性水平為(P<0.05)。
實(shí)驗(yàn)錄像分析表明,流速對(duì)西伯利亞鱘的游泳行為產(chǎn)生明顯的影響(表1)。靜水組西伯利亞鱘大多分散活動(dòng)且游泳方向隨機(jī),極少聚集向同一方向游動(dòng);3 個(gè)時(shí)間段趨流率均在60%左右,差異不顯著(P>0.05),而各時(shí)間段1.0 BL/s 組明顯出現(xiàn)群體逆流游泳現(xiàn)象,趨流行為達(dá)到98%以上,顯著高于靜水對(duì)照組(P<0.05)。各時(shí)間段2.0 BL/s 流速下有部分西伯利亞鱘出現(xiàn)后退行為和順流行為,但趨流行為仍達(dá)到了96%以上。顯著高于靜水對(duì)照組(P<0.05),但和1.0 BL/s 對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)。
不同流速下西伯利亞鱘擺尾頻率有隨流速增加顯著上升的趨勢(shì)(表1),2.0 BL/s 流速下有最高的擺尾頻率2.84 和3.27 Hz。實(shí)驗(yàn)期間無論哪個(gè)時(shí)段2 個(gè)實(shí)驗(yàn)組下西伯利亞鱘擺尾頻率均顯著大于靜水組(P<0.05),1.0 BL/s 流速條件下15 d 和30 d 擺尾頻率分別比靜水實(shí)驗(yàn)組增加了160.1%和151%。2.0 BL/s流速條件下15 d 和30 d 擺尾頻率分別比靜水實(shí)驗(yàn)組增加了279%和284%。靜水條件下西伯利亞鱘擺尾頻率隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)變化不大,第1 天和15 天,第30 天擺尾頻率無顯著性的差異;2 個(gè)流速實(shí)驗(yàn)組魚擺尾頻率同樣隨時(shí)間的延長(zhǎng)變化不明顯,第15 天和30 天差異均不顯著(P>0.05)。
表1 不同流速對(duì)西伯利亞鱘趨流率和擺尾頻率的影響Tab.1 Effect of water velocity on the RF and TBF in Siberian Sturgeon
表2 不同流速對(duì)西伯利亞鱘抗氧化酶的影響Tab.2 Effect of water velocity on antioxidant enzyme in Siberian Sturgeon
不同流速下西伯利亞鱘3 種抗氧化酶隨時(shí)間變化趨勢(shì)相同(表2),均隨流速增加顯著上升(P<0.05)。同一時(shí)間段不同流速比較,15 d 和30 d 取樣的1.0 BL/s 流速實(shí)驗(yàn)組CAT,SOD 和MDA 相比靜水對(duì)照組均顯著上升(P<0.05),15 d 和30 d 2.0 BL/s 流速實(shí)驗(yàn)組CAT,SOD 和MDA 3 種酶活力均最高,顯著大于1.0 BL/s 流速實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。靜水組魚抗氧化酶隨飼養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)除MDA 外變化不明顯,靜水組1 d,15 d 和30 d 取樣的SOD 和CAT 差異不顯著(P>0.05),靜水組30 d 取樣MDA 顯著小于1 d,15 d 取樣;而2 個(gè)流速組西伯利亞鱘隨時(shí)間延長(zhǎng)3 種抗氧化酶差異均不顯著(P>0.05)。
以測(cè)得的鹽酸恩諾沙星峰面積Ai 對(duì)每個(gè)濃度Ci 作回歸,在0.01~1.00 g/mL 的濃度范圍內(nèi)鹽酸恩諾沙星在肌肉組織中藥物濃度(Y)與平均峰面積(X)有良好線性相關(guān),回歸方程為:Y=467.2X-14.5(r=0.997);本實(shí)驗(yàn)條件下,最低檢測(cè)限為0.025 μg/mL,平均回收率(89.3±2.2)%,表明測(cè)定方法具有較高的準(zhǔn)確性。
表3 不同流速對(duì)西伯利亞鱘肌肉組織鹽酸恩諾沙星影響Tab.3 Effect of water velocity on enrofloxacin-HCl level in muscle of Siberian Sturgeon
以50 mg/kg 體質(zhì)量的投喂量連續(xù)7 d 混飼給藥,停藥后在魚肌肉組織中鹽酸恩諾沙星殘留量的時(shí)間變化見表3。停藥初期靜水組鹽酸恩諾沙星顯著上升,從2 h 時(shí)點(diǎn)的4.13 μg/g 上升到6 h 時(shí)的9.32 μg/g,增加了125%,隨后迅速下降,24 h 后減少到6 h 峰值時(shí)的56.5%。與靜水組相比,1.0 BL/s流速組肌肉中藥物殘留消除速度明顯加快,停藥2 h 到6 h 間含量增加了149%,然后開始降低,1 d、2 d、4 d 和8 d 后殘留濃度均顯著低于靜水組(P<0.05),12 d 后已低于檢測(cè)限。2.0 BL/s 流速組肌肉中藥物殘留消除最快,變化趨勢(shì)與其他兩組類似,6 h 后顯著下降,1 d、2 d 和4 d 后殘留濃度均顯著低于靜水組,8 d 后已低于檢測(cè)限。而靜水對(duì)照組停藥6 d 后其殘留濃度仍為0.90 μg/g,停藥12 d 為0.11 μg/g,直至20 d 后才低于檢測(cè)限。實(shí)驗(yàn)期間空白對(duì)照組的測(cè)定結(jié)果均低于最低檢測(cè)濃度,可以視為無殘留。
養(yǎng)殖條件下,水流作為魚類生活的一種環(huán)境因子,能夠使其產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)方式及相應(yīng)生理機(jī)制。生活在流水中的中上層魚類大多具有趨流性,它們傾向于對(duì)抗水流,能根據(jù)流速和流向調(diào)整自身的游泳速度和方向,使其保持逆流游泳狀態(tài)或停留在某一特定位置上。游泳魚類這種逆流游泳時(shí)表現(xiàn)出的頭部頂流的行為稱為趨流性,是魚類的一種天性[12]。本研究發(fā)現(xiàn)和靜水對(duì)照組相比,2 個(gè)水流組西伯利亞鱘擺尾頻率和趨流率均顯著上升,1.0 BL/s 組流速下有最高的趨流率。今井義弘等[13]對(duì)遠(yuǎn)東多線魚和六線魚,張碩等[14]對(duì)黑鲪等海洋魚類,李丹等[9]對(duì)雜交鱘在回形水槽中進(jìn)行了趨流性和耐流性的研究,同樣發(fā)現(xiàn)在靜水和流速較低的情況下,趨流率為48%~82%,隨著流速的增加魚的趨流率不斷增加,當(dāng)流速達(dá)到0.5~0.6 m/s 時(shí),趨流率接近100%。歐洲研究人員對(duì)鯊魚、歐蝶魚等海洋魚類的研究也表明在一定的流速范圍內(nèi),魚類的趨流率隨著流速增大而升高[15]。隨著趨流率增加,這些魚類擺尾頻率也相應(yīng)增加,這和本研究結(jié)果相似。這是因?yàn)槲馋捠囚~類主要運(yùn)動(dòng)器官,隨著流速和趨流率的增加,逆流游泳所需動(dòng)力也相應(yīng)增加,為此必須通過加大擺尾頻率才能保持逆流狀態(tài)。
CAT,SOD 和MDA 均為廣泛存在于生物體內(nèi)的抗氧化防御性功能酶,是機(jī)體清除氧自由基的重要抗氧化保護(hù)酶[16-17]。水流最主要的作用就是影響魚類的游泳運(yùn)動(dòng),而運(yùn)動(dòng)的增加將影響其新陳代謝和生理功能。本研究結(jié)果表明,不同流速對(duì)雜交鱘血清中3 種抗氧化酶活性的影響表現(xiàn)出一定劑量效應(yīng)關(guān)系:即血清中的CAT,MDA 和SOD 活性隨著流速濃度的增加而升高。這有可能因?yàn)檫m當(dāng)?shù)牧魉俅龠M(jìn)了運(yùn)動(dòng)功能[8],額外的運(yùn)動(dòng)使代謝增強(qiáng)[10],誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生過量的活性氧。而生物體內(nèi)對(duì)應(yīng)激化抗氧化酶系統(tǒng),從而消除活性氧損傷?;蚴谴龠M(jìn)了血清酶原激活系統(tǒng)的激活,從而使其活力升高。而3 種酶隨著時(shí)間的延長(zhǎng)變化不明顯,說明魚類已經(jīng)適應(yīng)了相應(yīng)水流的影響。
抗生素在動(dòng)物體內(nèi)殘留量的影響因素很多[1-6,10]。其中水溫是影響殘留藥物代謝和排泄速率的主要環(huán)境因素之一[1,3]。一般認(rèn)為,溫度變化通過影響生物整體代謝速率進(jìn)而影響藥物在體內(nèi)的吸收、代謝和排泄,溫度改變1 ℃,藥物代謝速度將變化10%[18]。同樣,流速的增加能刺激西伯利亞鱘的逆流游泳運(yùn)動(dòng),其擺尾頻率也隨之加大,從而使代謝速率提高。因而水流的刺激和溫度變化效果一樣影響到抗生素在魚體內(nèi)的代謝和排泄[10]。本研究結(jié)果表明,停藥后各時(shí)間點(diǎn)流速組魚體內(nèi)藥物殘留濃度均顯著低于靜水組,2.0 BL/s 流速組魚肌肉鹽酸恩諾沙星在停藥第8 天已低于檢出限,1.0 BL/s 流速組魚在停藥第12 天低于檢出限,而靜水對(duì)照組則在停藥20 d 才低于檢出限。說明適當(dāng)?shù)乃饕蜃哟碳?,能通過誘導(dǎo)魚類進(jìn)行逆流游泳運(yùn)動(dòng),促進(jìn)魚體藥物代謝和加速藥物殘留的排除。
休藥期(WDT)指從停止給藥到允許動(dòng)物屠宰或其產(chǎn)品上市的時(shí)間間隔,可看作從停止給藥到保證所有食用組織中總殘留濃度降至安全濃度以下所需的時(shí)間[19]。而本研究結(jié)果可為生產(chǎn)上確定和調(diào)整休藥期,例如在必要時(shí)為經(jīng)過藥物治療康復(fù)后的養(yǎng)殖魚類縮短其休藥期提供有效的技術(shù)手段。有報(bào)道稱歐盟要求水產(chǎn)品恩諾沙星殘留低于30 μg/kg;日本厚生勞動(dòng)省自2007 年5 月30 日起,將從我國(guó)進(jìn)口的水產(chǎn)品恩諾沙星殘留限量標(biāo)準(zhǔn)由100 μg/kg 調(diào)整為10 μg/kg[20]。我國(guó)規(guī)定的恩諾沙星最高殘留限量為100 μg/kg(肌肉)[21]。據(jù)此,對(duì)于養(yǎng)殖西伯利亞鱘時(shí),若以本研究的給藥方式和劑量,停藥后在2.0 BL/s流速下養(yǎng)殖的魚8 d 就可達(dá)到要求,1.0 BL/s 流速下需12 d,而靜水養(yǎng)殖條件下其休藥期則需20 d 以上。本研究結(jié)果為進(jìn)一步探討流水養(yǎng)殖模式和降低抗生素殘留的生理學(xué)機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ),并可為流水養(yǎng)殖雜交鱘提供參考。
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