Dynamiques du phosphore chez la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) : impacts de la chélation intestinale et adaptations physiologiques en cas de carence

L’aquaculture dans le monde est la production animale qui connaît la plus forte croissance ces vingt dernières années. Cependant, cette croissance est freinée par des considérations d’ordre environnementales parmi lesquelles la pollution associée au phosphore (P) occupe une place importante. L’excès de P dans les écosystèmes d’eau douce dû à l’excrétion des poissons, augmente la production primaire qui, non contrôlée, peut conduire à une eutrophisation, accélérant le processus de vieillissement des cours d’eau récepteurs. Ainsi, beaucoup d’efforts ont été déployés dans la recherche afin de réduire la pollution au P. Pour limiter les émissions de P résultant de l’alimentation des poissons, nous proposons d’incorporer des agents chélatants micro-encapsulés dans les aliments de la truite arc-en-ciel. Dans une première expérience, l’alun et le sulfate de fer ont été encapsulés dans une matrice lipidique hydrogénée par pulvérisation et refroidissement rapide « spray chilling ». Ces éléments actifs incorporés dans les aliments permettent une réduction de plus de la moitié du P inorganique remis en suspension par les fèces. L’incorporation de ces éléments actifs encapsulés n’a pas montré ni une baisse des performances de croissance avec ces aliments, ni une intoxication liée à la présence de ces métaux. Ces observations montrent la pertinence de l’utilisation de l’encapsulation comme approche visant à cibler l’endroit de libération d’un ion. Confronté à la nécessité de déterminer la composition proximale des poissons lors des expérimentations, la précision du DXA (dual-energy X-ray absorptiometry) comme outil de mesure a été testé. Les résultats montrent une bonne précision de cet appareil pour déterminer la composition en protéines, cendre, eau, P, et en calcium (Ca) chez les truites arc-en-ciel en pré-grossissement. Il a été ainsi possible de déterminer avec précision la rétention en P pour chaque type d’aliment et évaluer les rejets pour cet élément. Pour réduire les rejets en P dans les fermes salmonicoles, le teneur en P dans les aliments a été réduite considérablement. Cette approche peut induire des carences en P chez les truites arc-en-ciel en élevage. Ainsi, la capacité des truites arc-en-ciel carencées en P à absorber le P dans le milieu ambiant a été investiguée. Cette adaptation a été considérée comme inexistante du fait des niveaux faibles de cet élément dans le milieu naturel. En soumettant des truites arc-en-ciel carencées à des niveaux de P inorganique élevés dans l’eau, il a été mis en évidence une absorption significative corrélée à une surexpression de cotransporteurs de sodium-phosphates dans les branchies. Les résultats présentés dans cette thèse apportent à la fois des outils pratiques dans les efforts de réduction de la pollution au P dans les fermes aquicoles et des connaissances dans la compréhension pour l’intégration de l’ensemble des maillons entrant dans l’homéostasie de ce nutriment chez la truite arc-en-ciel.

Aquaculture is the world’s fastest growing animal production. This growth is limited by environmental concerns, among which P pollution is a major concern. Excess phosphorus (P) released into freshwater ecosystems from feeding fish increases primary production; left uncontrolled, this can lead to eutrophication, accelerating the aging process of the receiving streams. Significant research efforts have been undertaken to understand and reduce P pollution. To limit P emissions from feeding fish, we propose incorporating microencapsulated chelating agents into rainbow-trout feed. In the first experiment, alum and iron sulfate were encapsulated by spraying a molten hydrogenated lipid matrix followed by rapid cooling (spray chilling). The active elements incorporated in fish feed resulted in a reduction by more than 50% of the soluble P released from the feces. The incorporation of these encapsulated agents did not show either a decrease in the fish growth performance or a toxic effect related to the presence of these metals. These observations demonstrate the relevance of using encapsulation as an approach to target the release of a compound of interest. In order to have a precise and simplified tool to determine the whole-body proximal content of fish under study, the accuracy of dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) was evaluated. The results revealed that DXA provided accurate estimates for protein, ash, moisture, P, and Ca content of juvenile rainbow trout carcasses. Furthermore, using the established models, it was possible to accurately determine the P and Ca retention for each diet used in the trout growth study. Reducing P-dietary is the main approach used to reduce phosphorus pollution in fish farm sector. This stategy can lead to P-deficiency in fish. The ability of fish to absorb P from the environment is considered non-existent due to the low level of this element in freshwater systems. Our study showed that rearing P-deficient trout in water having a relatively high Pi concentration, revealed that P-deficient fish develop the ability to absorb P from the water. This regulation was highly correlated with overexpression of sodium phosphate cotransporters in gills of P-deficient trout, suggesting that fish can actively absorb Pi from their environment. The results presented in this thesis provide both practical tools in the efforts to reduce P pollution in fish farms and knowledge in understanding for the best integration of all the links involved in the P homeostasis in rainbow trout.