Procambarus clarkii, communément appelée écrevisse, est la plus grande crevette d'eau douce élevée en Chine, avec une superficie de plus de 1,28 million de m2 en 2019, une production totale de 2,0896 millions de tonnes et une valeur économique totale de 411 milliards de yuans[1]. Pendant l'élevage et le transport, les écrevisses sont exposées à différentes formes de facteurs de stress, tels que la température de l'eau, la salinité, l'oxygène dissous, l'ammoniaque, le pH, les nitrites et la pollution de l'eau [2].
Parmi ces facteurs, le stress dû à une température élevée est le plus courant et le plus nocif. La température optimale de croissance des écrevisses est de 21 à 28 ℃ [3], les résultats d'études antérieures montrent qu'une température de l'eau supérieure à 30 ℃ peut provoquer un stress chez les organismes des écrevisses, entraînant des troubles physiologiques chez les écrevisses [4], ce qui conduit à une baisse significative de leur immunité et de leur résistance aux maladies [5]. Comment éviter ou atténuer les effets néfastes causés par le stress dû aux températures élevées et améliorer la résistance au stress des écrevisses est un problème urgent à résoudre.
Le glutathion, c'est-à-dire la γ-L-glutamyl-L-cysteinylglycine (GSH), est un composé tripeptidique biologiquement actif avec des groupes γ-glutamyl et sulfhydryl formé par la condensation peptidique de l'acide L-glutamique, de la L-cystéine et de la glycine, et c'est un antioxydant naturel. Le glutathion est un antioxydant naturel qui peut renforcer la capacité immunitaire et antioxydante des animaux[6] . Le glutathion existe dans la nature sous forme de glutathion réduit (GSH) et de glutathion oxydé (GSSG), le glutathion réduit étant le principal ingrédient actif. Le GSH est un substrat unique pour la glutathion peroxydase et la glutathion transférase dans les cellules, et il peut favoriser la synthèse de ces deux substances pour éliminer les peroxydes et les radicaux oxygénés. Le GSH est un substrat unique pour la glutathion peroxydase et la glutathion transférase dans la cellule, qui peut promouvoir la synthèse des deux et éliminer les peroxydes et les radicaux oxygénés pour maintenir la fonction physiologique normale de la cellule[8] . L'objectif de cette expérience était d'évaluer l'effet du GSH sur la résistance au stress à haute température et la croissance des écrevisses, et de fournir une base théorique pour l'application industrielle.
1 Matériel et méthodes
1.1 Matériel expérimental
Les écrevisses proviennent de la base expérimentale de l'Institut de recherche halieutique du fleuve Yangtze au lac Liangzi. Des écrevisses saines, vigoureuses et uniformes, d'un poids corporel initial de (7,74 ± 0,5) g, ont été sélectionnées pour l'expérience. Le glutathion réduit a été acheté à Shanghai Yuanye Biotechnology Co.
1.2 Expériences d'élevage
L'expérience de culture a été divisée en 6 groupes, dont 5 groupes d'additifs et 1 groupe de contrôle vierge, chacun avec 3 groupes parallèles et 30 écrevisses dans chaque groupe parallèle. Le groupe témoin vierge a été nourri avec des aliments commerciaux disponibles dans le commerce (sans GSH), tandis que le groupe additif a été nourri avec 0,06, 0,12, 0,18, 0,24, 0,3 g/kg de GSH dans les aliments commerciaux. Les crevettes expérimentales ont été nourries à 5,0 % de leur poids corporel après une semaine d'élevage temporaire. Les crevettes ont été nourries une fois par jour à 8:00~8:30 et 19:00~19:30, et ont été élevées dans l'eau d'une rivière locale, avec un apport d'oxygène continu 24 heures sur 24 et l'élimination des eaux usées en temps voulu pendant la période d'élevage. Avant le début et après la fin de l'expérience de culture, chaque groupe de crevettes expérimentales a été pesé et le taux moyen de gain de poids et le coefficient d'alimentation ont été calculés.
Taux de gain de poids = ( masse de crevettes à la fin de l'expérience - masse de crevettes avant l'expérience)/masse de crevettes avant l'expérience × 100 % Coefficient d'alimentation = consommation d'aliments/gain de poids
1.3 Expériences de stress, collecte d'échantillons et mesures
Après 6 semaines d'alimentation, l'expérience de stress à haute température a commencé. Chaque groupe de crevettes expérimentales a été placé dans un pot expérimental avec une température de l'eau de 35℃ pendant 48 h. Pendant l'expérience de stress, l'oxygène a été continuellement augmenté et l'interférence humaine a été réduite. Avant (0 h) et 6, 12, 24 et 48 h après le stress, 3 crevettes ont été prélevées au hasard dans chaque groupe parallèle pour collecter de l'hémolymphe, et 9 échantillons ont été prélevés dans chaque groupe de concentration. Les crevettes ont été rapidement ramassées et l'hémolymphe a été immédiatement recueillie dans la cavité péricardique à l'aide d'une seringue de 1 ml et anticoagulée avec un volume égal de solution d'héparine de sodium (0,02 g/ml). L'hémolymphe a été centrifugée à 10 000 r/min à 4 ℃.
Après 10 minutes, le surnageant a été conservé à -80 ℃ pour une utilisation ultérieure. La glutathion transférase (GSH-T), la capacité antioxydante totale (T-AOC), la superoxyde dismutase totale (T-SOD), la catalase (CAT) et le malondialdéhyde (MDA) ont été déterminés à l'aide du kit de l'Institut de bio-ingénierie de Nanjing Jianjian.
1.4 Analyse des données
Les données ont été analysées par ANOVA à sens unique et comparaisons multiples de DUNCAN à l'aide du logiciel SPSS 20.0[9] , et tous les résultats sont exprimés en moyenne ± écart-type, P < 0,05 indiquant des différences significatives.
2 Résultats et analyses
2.1 Effet du glutathion sur les indices antioxydants de l'hémolymphe des écrevisses (Litopenaeus vannamei)
Les résultats du dosage de la glutathion transférase (tableau 1) ont montré qu'il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux de GSH-T dans l'hémolymphe des crevettes expérimentales dans chaque groupe expérimental avant le stress. Le groupe à la concentration de 0,30 g/kg a montré une augmentation significative des niveaux de GSH-T dans l'hémolymphe par rapport au groupe témoin après 6 h de stress, tandis que le groupe à la concentration de 0,24 g/kg a montré une augmentation significative des niveaux de GSH-T dans l'hémolymphe par rapport au groupe témoin après 12 h de stress, et l'effet du GSH sur le GSH-T n'était pas significatif à la concentration inférieure à la concentration. L'effet du GSH sur le GSH-T n'était pas significatif en dessous de cette concentration. Dans le groupe dopé, la teneur en GSH-T dans l'hémolymphe a montré une tendance à l'augmentation à partir de 24 h après le stress, puis a augmenté jusqu'à la valeur maximale à 24 h, avant de diminuer et de se stabiliser.
Les résultats de la capacité antioxydante totale (Tableau 2) ont montré qu'il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux de T-AOC dans l'hémolymphe des crevettes expérimentales dans chaque groupe avant le stress. Le groupe de concentration de 0,30 g/kg a montré une augmentation significative des niveaux de T-AOC dans l'hémolymphe par rapport au groupe témoin après 6 h de stress, tandis que le groupe de concentration de 0,24 g/kg a montré une augmentation significative des niveaux de T-AOC dans l'hémolymphe par rapport au groupe témoin après 12 h de stress, et l'effet du GSH sur le T-AOC n'a pas été significatif en dessous de cette concentration ajoutée. L'effet du GSH sur le T-AOC n'était pas significatif en dessous de cette concentration. La teneur en T-AOC dans l'hémolymphe du groupe dopé a montré une tendance générale à l'augmentation puis à la diminution après le stress, et a atteint la valeur la plus élevée 12 heures après le stress.
Les résultats du dosage de la superoxyde dismutase totale (tableau 3) ont montré qu'il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux de T-SOD dans l'hémolymphe des crevettes expérimentales dans les groupes de pré-stimulation. Par rapport au groupe témoin, les niveaux de T-SOD des groupes de concentration de 0,24 g/kg et 0,30 g/kg ont augmenté de manière significative 6 heures après le stress.
Dans le groupe 0,18 g/kg, le niveau de T-SOD a augmenté de manière significative 24 heures après le stress, alors que dans les groupes 0,06 g/kg et 0,12 g/kg, le niveau de T-SOD dans l'hémolymphe n'était pas significativement différent de celui du groupe témoin. Les niveaux de T-SOD dans l'hémolymphe des groupes dopés ont montré une tendance générale à l'augmentation puis à la diminution après le stress, atteignant un pic 6 heures après le stress, puis diminuant jusqu'à un niveau inférieur à celui d'avant le stress à 12 heures.
Les résultats du dosage de la catalase (Tableau 4) montrent qu'il n'y a pas de différence significative dans les niveaux de CAT dans l'hémolymphe des crevettes des groupes expérimentaux avant le stress. Par rapport au groupe témoin, les niveaux de CAT dans les groupes de concentration de 0,24 g/kg et 0,30 g/kg ont augmenté de manière significative 6 heures après le stress, tandis que les niveaux de CAT dans l'hémolymphe des groupes avec des concentrations inférieures à 0,24 g/kg n'étaient pas significativement différents de ceux du groupe témoin. Les niveaux de CAT dans l'hémolymphe de tous les groupes expérimentaux ont montré une tendance générale à l'augmentation puis à la diminution après le stress, et ont atteint leur maximum 12 heures après le stress, puis sont retombés au niveau d'avant le stress.
Les résultats du malondialdéhyde (tableau 5) ont montré qu'il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux de MDA dans l'hémolymphe des crevettes des groupes expérimentaux avant le stress. Les niveaux de MDA dans l'hémolymphe des crevettes de tous les groupes expérimentaux ont montré une tendance à l'augmentation puis à la diminution après le stress, et ont atteint la valeur maximale 12 h après le stress, puis ont progressivement diminué et sont devenus stables. Les groupes de concentration de 0,24 g/kg et 0,30 g/kg ont montré une diminution significative des niveaux de MDA 12 h après le stress par rapport au groupe témoin, et les niveaux de MDA des groupes de concentration de 0,12 g/kg et 0,18 g/kg ont montré une diminution significative des niveaux de MDA 24 h après le stress par rapport au groupe témoin. Les niveaux de MDA dans les groupes de concentration de 0,12 g/kg et 0,18 g/kg étaient significativement inférieurs à ceux du groupe témoin 24 heures après le stress, et les différences n'étaient pas significatives à 48 heures.
2.2 Effet du glutathion sur la croissance des écrevisses (Litopenaeus vannamei)
Le poids des crevettes expérimentales de chaque groupe a été mesuré à la fin de l'expérience de culture. Les résultats (tableau 6) montrent qu'à l'exception du groupe 0,06 g/kg, le taux de prise de poids des crevettes expérimentales n'était pas significativement différent de celui du groupe témoin, et que tous les autres groupes d'additifs ont montré une augmentation significative du taux de prise de poids ; les coefficients d'alimentation des groupes d'additifs 0,18, 0,24 et 0,30 g/kg étaient significativement inférieurs à ceux du groupe témoin. Le groupe 0,30 g/kg a eu le taux de gain de poids le plus élevé et le coefficient d'alimentation le plus bas.
3 Discussion
3.1 Effet du glutathion sur la capacité antioxydante des écrevisses (Procambarus clarkii)
Le stress animal génère des quantités excessives de radicaux réactifs de l'oxygène (ROR), ce qui entraîne des troubles métaboliques dans l'organisme et affecte considérablement la santé et l'état nutritionnel de l'animal. Les enzymes antioxydantes, telles que la glutathion sulfotransférase, la glutathion réductase, la superoxyde dismutase, la catalase, etc., peuvent éliminer les radicaux libres en excès, et l'augmentation de l'activité de ces enzymes antioxydantes peut contribuer à atténuer le stress oxydatif causé par l'oxydation des acides gras polyinsaturés, le stress nitrosatif, la famine et les changements de température[10] . Le MDA est l'un des produits les plus importants de la peroxydation des lipides membranaires, qui peut provoquer la réticulation et la polymérisation des macromolécules vitales, telles que les protéines et les acides nucléiques, et possède donc une forte cytotoxicité, qui peut endommager l'organisme[11,12] .
Par conséquent, la mesure de la MDA peut aider à comprendre le degré de peroxydation des lipides membranaires et à évaluer le danger du stress oxydatif. Dans la présente expérience, l'administration de glutathion a réduit de manière significative le niveau de MDA dans l'hémolymphe des écrevisses lors d'un stress dû à une température élevée, ce qui indique que le glutathion peut améliorer efficacement la résistance au stress de l'organisme et réduire les dommages oxydatifs causés par le stress dû à une température élevée. Les résultats de cette expérience sont cohérents avec les résultats d'autres études sur les animaux aquatiques. Selon les données de la recherche, l'ajout de glutathion au régime alimentaire de la carpe (Ctenopharyngodon idellus) peut augmenter de manière significative le niveau de glutathion dans le foie, l'activité de la glutathion peroxydase et l'activité de la superoxyde dismutase, et améliorer la capacité antioxydante, l'immunité non spécifique et les performances de croissance de la carpe [ 13 - 16 ]. Chez Oreochromis niloticus, l'ajout de 0,24 g/kg de glutathion a augmenté de manière significative l'activité de la glutathion transférase du foie, la capacité antioxydante totale, l'activité de la superoxyde dismutase, l'activité de la catalase et a réduit de manière significative la teneur en malondialdéhyde [17]. Le glutathion a augmenté de manière significative l'activité des enzymes antioxydantes et la capacité antioxydante totale dans l'hépatopancréas de Litopenae-us vannamei [18] et de Haliotis discus hannai Ino [19].
3.2 Effet du glutathion sur la croissance des écrevisses (Procambarus clarkii)
De nombreuses études ont montré que le glutathion a un effet stimulant sur la croissance des animaux aquatiques. Zhou Yanling[20] a constaté que le taux de gain de poids du Pelteobagrus ful- vidraco (Pelteobagrus ful- vidraco) avait tendance à augmenter puis à diminuer avec l'augmentation du glutathion dans l'alimentation, et que les indices de croissance atteignaient le maximum à 0,30 g/kg, ce qui était significativement plus élevé que celui du groupe de contrôle. L'ajout de glutathion au régime alimentaire a augmenté de manière significative le taux de croissance spécifique et le taux de survie de la carpe herbivore et a réduit le coefficient d'alimentation, et le taux de croissance spécifique était le plus élevé à 300 mg/kg, soit 10,08 % de plus que celui du groupe témoin [15]. Liu et al[21] ont montré que l'ajout de glutathion à l'alimentation de base des crevettes Penaeus vannamei pouvait augmenter de manière significative leur gain de poids et leur efficacité de conversion alimentaire, et que le taux de survie de tous les groupes était significativement plus élevé que celui du groupe témoin. Le taux de gain de poids maximal a été atteint lorsque le glutathion a été ajouté à l'alimentation à raison de 0,18 g/kg.
La présente expérience a également confirmé que l'ajout de glutathion à une concentration supérieure à 0,18 g/kg pouvait augmenter de manière significative le taux de croissance des écrevisses et réduire le coefficient d'appât. En ce qui concerne le mécanisme de promotion de la croissance du glutathion, il a été démontré que le glutathion peut augmenter l'expression des gènes du facteur de croissance analogue à l'insuline I et de l'hormone de croissance, et augmenter la sécrétion de l'hormone de croissance, de l'hormone thyroïdienne et du facteur de croissance analogue à l'insuline I pour promouvoir la croissance du tilapia [17,22,23]. Outre la promotion de la sécrétion de l'hormone de croissance, nous supposons que l'effet du glutathion sur la croissance est également lié à son effet anti-stress. D'après les résultats d'études antérieures, les écrevisses consomment de grandes quantités de glucose, de protéines et de graisses pour faire face aux effets néfastes du stress dû aux températures élevées[3], mais le glutathion peut réduire efficacement la réponse au stress de l'organisme, réduire la consommation des nutriments susmentionnés et favoriser indirectement l'accumulation de nutriments et le gain de poids corporel. Le mécanisme de promotion de la croissance du glutathion doit faire l'objet d'une étude plus approfondie du point de vue du métabolisme des matières et de l'énergie.
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