Utforska den biologiska och socioekonomiska potentialen hos nya kandidatfiskarter för expansionen av den europeiska vattenbruksindustrin – DIVERSIFY-projektet (EU FP7-GA603121)
av Rocio Robles, Spridningsledare (CTAQUA, Spanien), Constantinos C Mylonas, Projektkoordinator (HCMR, Grekland), Costas Tsigenopoulos, Reproduktion och genetik - gösledare (HCMR, Grekland), Ivar Lund, Nutrition - gösledare (DTU, Danmark), Pascal Fontaine, Larvuppfödning - gösledare (UL, Frankrike), Patrick Kestemont, Grow out-skötsel - gösledare (FUNDP, Belgien)
DIVERSIFY-projektet pågick mellan 2013 och 2018 och omfattade sex europeiska fiskarter (se aprilnumret International Aquafeed). Kombinationen av biologiska, tekniska och socioekonomiska forskningsaktiviteter som utvecklats i DIVERSIFY förväntas stödja diversifieringen av EU:s vattenbruksindustri och hjälpa till att utöka produktionen, ökade vattenbruksprodukter och utveckling av nya marknader.
Efter de tidigare internationella Aquafeed-utgåvorna om projektet DIVERSIFY där vi presenterade projektresultaten på hälleflundra och mager, denna månad presenterar vi projektresultaten om gös (Sander lucioperca).
GÄSEN I MÅNGFALD PROJEKTET
Gös, S. Lucioperca, är en sötvattensfisk som anses ha den högsta potentialen i Europa för diversifiering av vattenbruk i inlandet (Fig.1). Göss kött har en neutral smak som lånar ut till olika former av beredning. Dessutom, filéerna har inga ben --till skillnad från karp, som konkurrerar på samma marknadssegment. Helårsproduktion av gös kräver produktion i RAS (Recirculation Aquaculture Systems). RAS tillåter också att producera vid höga densiteter, 80-100 kg m-3. Erkänd av en undersökning riktad till fiskodlare, DIVERSIFY identifierade de stora flaskhalsarna för ytterligare expansion av göskulturen idag:(a) bristande kunskap om den genetiska variationen hos de använda avelsbestånden, (b) låg larveröverlevnad (typiskt 5-10%); en hög förekomst av missbildningar, och (c) hög känslighet för stressfaktorer, hantering och skötsel som leder till höga och plötsliga dödsfall. Alla dessa flaskhalsar har åtgärdats av den forskning som utförts i DIVERSIFY.
Genetik
Identifiering av genetiska samband mellan olika avelsbestånd, inavelsfenomen och förlust av heterozygositet är viktigt inom vattenbruk, eftersom det kan resultera i efterföljande reproduktions- och produktivt misslyckande (minskad avkommans överlevnad, tillväxt, matomvandlingseffektivitet och ökad frekvens av missbildningar). Det är också viktigt att veta hur de tama bestånden skiljer sig från sina vilda motsvarigheter, som potentiellt kan vara en framtida fiskkälla att inkludera i avelsprogram. Att övervinna ovanstående flaskhalsar är mycket viktigt för att minska produktionskostnaderna och, därför, utöka vattenbruksproduktionen av gös i EU.
Den första uppgiften för DIVERSIFY för gös var att bedöma den genetiska variationen hos avelsstockar i fångenskap i kommersiella gårdar i Europa som verkar i RAS, och jämför sedan denna variation med den för vilda populationer. Totalt 21 populationer/stammar togs och analyserades, som inkluderade 13 avelsstockar i fångenskap och åtta populationer med vild ursprung. Resultaten har visat att vissa avelsbestånd har tillräcklig genetisk variation, men eftersom några av dem kommer från få fiskar, uppmärksamhet bör ägnas i framtiden för att upprätta avelsprogram. I allmänhet, det rådde överensstämmelse med beståndets ursprung och våra studier gav bevis för att göspopulationerna i Europa är en del av minst två genetiskt differentierade grupper. Den första gruppen finns i norra Europa från Nederländerna/Danmark till väst, Polen (åtminstone) österut, och Finland i norr. Den andra gruppen omfattar alla återstående befolkningar i Centraleuropa så söder som Tunisien (och förmodligen Spanien, Italien och norra Grekland). Baserat på denna gruppering, det kan konstateras att de flesta analyserade populationer verkade innehålla fisk av ett enda ursprung; ändå, i få domesticerade populationer varierade detta förhållande från 5-19 %, möjligen på grund av blandning av fisk från flera källor.
Näring
När det gäller gösnäring, försök har visat att göslarver kräver både höga inklusionsnivåer av fosfolipider i kosten och essentiella långkedjiga (LC) PUFAs för att fungera optimalt. Detta krav är ovanligt för sötvattensfisklarver och är vanligare hos marina arter. Fosfolipidhalten är i allmänhet låg i dietoljor som används i fiskfoder, men vissa fiskoljor kan ha höga koncentrationer. Fosfolipider kan vara särskilt viktiga i fisklarver, eftersom dessa lipider har en viktig funktion under larvutvecklingen och är särskilt närvarande i larvens hjärna och cellmembran. Fosfolipider kan förbättra matsmältningen och lipidfoderutnyttjandet och ha positiva fördelar i larvutvecklingen. Det var därför viktigt att fastställa optimala fosfolipidnivåer och nivåer av essentiell FA (EFA) i torrfoder för göslarver på prestanda och utveckling.
Tre dietnivåer av fosfolipider testades i larvertorrfoder:Den totala fosfolipidnivån varierade 3,7 % vikt (PL1), 8,2 % vikt (PL2) och 14,4 % vikt (PL3) för att utvärdera deras effekt på larvtillväxt och utveckling. Dessutom, tillskott av EFA i tre andra dieter (PL1H1-PL3H3) testades:0,5 % vikt PL1H1, 2 viktprocent PL2H2 och 3,4 viktprocent PL3H3. Larverna matades med torrfoder från 10 dagar till 30 dagar efter kläckningen.
Resultaten visade antingen en specifik effekt av EFA, Ω-3 fettsyror eller en kombinerad effekt av fosfolipider och fettsyror. Kombinerat tillskott av upp till 14,5 % fosfolipider med EFA, Ω-3-fettsyror leder till den högsta tillväxten (Fig. 2) och lägsta anomalier. Överlevnaden var mycket lägre för larvgrupper uppfödda på de lägsta fosfolipidnivåerna PL1 och PLH1. Den högsta fosfolipid-EFA-nivån förbättrade enzymaktiviteten i larvens matsmältningskanal, vilket sannolikt berodde på en högre mognad av tarmen följt av tillväxtförbättring. Flera av de proteiner som uttrycks i levern (som är det huvudsakliga metaboliska organet i kroppen) såsom FAS (fettsyrasyntas) visade en markant ökning, när larverna matades med låga nivåer av EFA i kosten, vilket tyder på ett högre energibehov hos dessa minsta larver. En ökning av fosfolipider i kosten från 3,7 upp till 8,2 % sänkte inte förekomsten av skelettdeformiteter, men inkludering av 14,5 % fosfolipider minskade signifikant incidensen av allvarliga skelettavvikelser, och var lägst i larver som matades med 14,5 % fosfolipider + EFA.
Kombinationer av näringsbehov och uppfödningsförhållanden under tidig ontogeni är dåligt studerade hos gös. Ersättningen av marina oljor med vegetabiliska oljor har minskat stresstoleransen och orsakat neurofysiologiska förändringar hos göslarver, men effekterna av miljösignaler är begränsade. Saltvatten påverkar en rad fysiologiska funktioner under tidig fisklarverontogeni och kan påverka FA-metabolismen, så att larverna bättre kan omvandla icke-essentiella fettsyror till essentiella fettsyror och därmed har mindre behov av essentiella fettsyror från maten (fig. 3).
Resultat av ett experiment med göslarver som matades med olika källor till icke-essentiella fettsyror och föds upp med tre olika salthalter (0, 5 och 10 ppt) visade att salthalten inte hade någon effekt på larvernas tillväxtprestanda. Larver hade en markant specificitet för att införliva och förestra essentiella Ω-3-fettsyror, särskilt ARA (arakidonsyra), EPA (eikosapentansyra) och DHA (dokosahexansyra) till lipider. Salthalten hade ingen effekt på larvers förmåga att förestra och inkorporera omättade PUFA-prekursorer och därmed att biosyntetisera lipidklasser som innehåller essentiella fettsyror. Ett stresstest orsakade hög akut dödlighet i alla grupper (50-70 %), dock signifikant lägst för en kontrollgrupp givet höga nivåer av essentiella Ω-3-fettsyror. Prevalensen av allvarliga skelettavvikelser var generellt hög, påverkar över 75 % av larvpopulationen med negativa effekter genom ökad salthalt.
Det rekommenderas att essentiella Ω-3-fetter (EPA + DHA) måste tillföras i dieter av göslarver för normal utveckling och för att minska stresskänsligheten. Resultaten pekade på en hög förekomst av missbildningar och ökad förekomst vid högre salthalter.
Larvskötsel
Hittills har flera flaskhalsar påverkat den minskade framgången för uppfödning av göslarver. Tre stora flaskhalsar har identifierats:(1) hög dödlighet främst på grund av kannibalism, (2) hög grad av deformiteter och (3) en stor heterogenitet mellan larverkohorter vid olika ontogena utvecklingsstadier. Använder ett larvuppfödningssystem i pilotskala (RAS, tio 700 liters tankar, Fig. 4) och baserat på befintliga protokoll som används av små och medelstora företag, successiva experiment utfördes med hjälp av faktordesigner (4 faktorer testade med 8 experimentella enheter) som är effektiva metoder för att framgångsrikt optimera larvprotokoll. Sådan metod tillåter (i) att integrera effekterna av varje enkel faktor som testas och interaktioner mellan dem, (ii) att rangordna och utvärdera de effekter som induceras av faktorer eller interaktioner, (iii) att snabbt identifiera en optimal kombination av faktorer som ökar larveröverlevnaden, och (iv) att upprätta en första modellering av den komplexa multifaktoriella determinismen av utdatavariabler. Denna metod har redan tillämpats framgångsrikt i fisklarvsodling. Vårt mål var att successivt studera effekterna av miljö, närings- och befolkningsvariabler. För varje experiment, valet av dessa faktorer var en avvägning mellan data som finns tillgängliga i litteraturen och begränsningarna i vårt system (dvs. omöjligheten att variera temperaturen i varje tank). Från varje experiment, enligt erhållna resultat, de mest inflytelserika faktorerna och modaliteterna bevarades och integrerades i följande experiment för att optimera protokollet.
Effekter av miljöfaktorer:Effekterna av ljusintensitet (5 eller 50 lx), vattenförnyelsehastighet (50 eller 100 % per timme), vattenströmriktningen (i botten eller ytan av tanken) och tidpunkten för tankrengöring (morgon eller eftermiddag) studerades. Den multifaktoriella experimentella designen baserades på tillämpningen av 8 kombinationer av faktorer. Från leken av en domesticerad avelsstock 500, 000 nykläckta larver (<1 dph) erhölls från SME Asialor (Pierrevillers, Frankrike). Sedan fördelades larverna i 8 tankar (62, 500 per tank, 90 larver L-1), där vattentemperaturen initialt hölls vid 15-16°C. Fotoperioden fixerades till 12 timmars ljus och 12 timmars mörker med en progressiv ökning av ljusintensiteten (från 0 till 5 eller 50 lx) från 07:30 till 08:00 och en minskning av ljusintensiteten (från 50 eller 5 till 0 lx) från 19:30 till 20:00. Temperaturen ökade stegvis med 1°C per dag till 20°C. Utfodringsfrekvensen var en måltid var 1,5 timme under ljusperioden. Upplöst syre hölls över 6 mg L-1.
I detta experiment (39 dagar), det visades att avvanda unga ungdjur med en genomsnittlig kroppsvikt på 0,50±0,06 g kan produceras på 5 veckor, men överlevnaden (0,3-2,6%) var mycket låg. Till sist, det verkar som att ett vattenintag i botten av tanken är bättre för att minska storleksheterogeniteten. Med tanke på tillväxtresultaten, vi rekommenderar att du applicerar en ljusintensitet på 50 lx, en vattenförnyelsehastighet på 100 %, en rengöring av tanken under eftermiddagen och ett inlopp av vattnet vid bottennivån. Enligt beteende, detta första experiment gjorde det möjligt för oss att veta att det är möjligt att bestämma "personligheten" på unga gösar och kanske lyfta fram kopplingen mellan personlighet och kannibalism i ett framtida experiment.
Effekter av näringsfaktorer:ett andra experiment (53 dagar) gjordes för att utvärdera effekterna av fyra matningsfaktorer:tidpunkten för början av avvänjningen (vid 10 eller 16 dph), metoden för matdistribution (kontinuerlig eller diskontinuerlig under belysningsperioden), genomförandet eller inte av en samutfodringsmetod (6 dagar före avvänjningsperioden) och avvänjningens varaktighet (3 eller 9 dagar). Larver (240, 000, 30, 000 larver per tank ca. 43 larver L-1) erhölls från SME Asialor (Pierrevillers, Frankrike). Resultaten tyder på, att en senare start och längre varaktighet av avvänjning följt av diskontinuerlig utfodring kommer att förbättra larveröverlevnaden, tillväxt och minska deformiteter i göspopulationer.
Effekter av populationsfaktorer:Ett tredje experiment (52 dagar) testades, effekterna av den initiala larverdensiteten (50 eller 100 larver L-1), sortera ut fiskhoppare (ja eller inte), utsättning syskon eller inte syskon larvgrupp (larver från en eller två honor) och honvikt (<2,8 kg eller> 3,3 kg). Larver (420, 000) erhölls från SARL Asialor (Pierrevillers, Frankrike) och överfördes till UL:s experimentella plattform (UR AFPA, Vandœuvre-lès-Nancy, Frankrike). Resultat som erhållits i larveranläggningarna på plattformen tyder på att den högre slutliga biomassan kan korreleras till en högre initial larverdensitet (100 larver L-1) och till användningen av larver från större honor, men oberoende av hopparsortering och användning av syskonpopulation.
Identifiering av optimala kombinationer av faktorer
Enligt de bästa resultaten som erhållits i de tidigare experimenten, en optimal kombination av faktorer (tabell 1) föreslogs för att förbättra göslarveruppfödningen och testades i samma uppfödningssystem med 7 replikat (52 dagar).
Miljöförhållanden växer ut
området för att växa ut, studierna identifierade de optimala förutsättningarna för att förbättra tillväxten och välfärden för gös i vattenbruket och karakteriserade effekterna av viktiga djurhållnings- och miljöfaktorer på tillväxt och fysiologisk status för denna art. ett screeningsexperiment, åtta faktorer som ansågs vara relevanta för gösens välbefinnande jämfördes i två modaliteter med en fraktionerad multifaktoriell design (28-4). Varje experimentell enhet representerade en kombination av åtta faktorer i två modaliteter som inkluderade betygssättning, beläggningsdensitet (15 vs 30 kg/m3), fodertyp (flytande kontra sjunkande), ljusintensitet (10 vs 100 lux), ljusspektrum (rött vs vitt), fotoperiod (lång vs kort), löst syre (60 vs 90 %) och temperatur (21 vs 26°C). Fiskprov togs dag 36 och 63. Stressmarkörer – glukos, kortisol och hjärnans serotonerg aktivitet - och förändringar i humorala immunaktiviteter och immungenuttryck i njurar bedömdes. Ljusintensitet och fodertyp framträdde tydligt som styrande faktorer för gösodlingen (Fig. 5). Användningen av ett sjunkande foder ledde till de bästa resultaten när det gäller slutlig individuell vikt, den specifika tillväxthastigheten och viktheterogeniteten. Hög ljusintensitet påverkade överlevnaden. Det huvudsakliga inflytandet på fysiologisk och immunstatus påtvingades av ljusegenskaper, inklusive intensitet, spektrum och fotoperiod, samt temperatur.
Gösen är känslig för sin ljusmiljö. Dess preferens för mörka miljöer förklaras av specifika anpassningar av dess näthinna, inklusive ett tapetum lucidum som är en specifik anatomohistologisk vävnad som kraftigt förstärker ögats känslighet för ljus. Det visades att ljusintensitet och ljusfärger båda kan påverka synen på olika fiskarter, påverkar matintaget, fortplantning, tillväxt och till och med överlevnad. Det är därför viktigt att hålla fisken i optimal ljusmiljö. Dock, effekterna av ljusmiljön, inklusive ljusintensiteten och ljusspektrumet, om gösens fysiologi och immunitet, och mer allmänt av teleost, är dåligt dokumenterade. Och med tanke på resultaten från det multifaktoriella experimentet, ett experiment in vivo utfördes för att ytterligare validera och fördjupa effekterna av ljusintensiteten och ljusspektra på stressstatus, humorala medfödda immunsvar och uttrycksprofiler av immunrelevanta gener hos gös.
Ett bestånd av 1000 gösungar fördelades i 24 inomhus 100-L tankar i ett återcirkulerande vattenbrukssystem. Efter en acklimatisering på 30 dagar under konstanta förhållanden (spektrum:vitt; ljusintensitet vid vattenytan:10 lx; fotoperiod:12L(8:00–20:00)/12D) tillämpades nya ljusförhållanden, med sex tankar per experimenttillstånd:10-lx vit; 10-lx röd; 100-lx vit; och 100-lx röd. Ljusintensiteten mättes vid vattenytan och spektra inkluderade en vit (industriell vit—Osram, kall vit 840 Lumilux) och en röd färg (rött filter, 610 nm; Loomis). Provtagningar skedde under scotophase kl. 04:00 och fotofas kl. 16:00, både dag 1 och 30. För att undvika upprepade stressande händelser på fisk och potentiella artefakter på resultat, 12 tankar (tre per tillstånd) tilldelades vid varje provtagningstillfälle.
Resultaten definierade att användningen av en hög ljusintensitet följdes av långvarig stress och en immundämpning. Ljusspektrum har bara små influenser. Dessutom, Resultaten visade att hög stressstatus kan ha påverkat melatoninproduktionen och utsöndringen av tallkottkörteln. Minskningen av cirkulerande melatonin och ökningen av stressstatus kan båda vara inblandade i immunförsvaret.
