Моделирование среды, как экологический способ решения актуальных проблем аквакультуры

Одним из важнейших рыбохозяйственных водоемов России до недавнего времени, отличающегося высокой биологической продуктивностью и уникальным видовым составом ихтиофауны являлось Каспийское море. Особый статус, среди водных биологических ресурсов этого водоёма принадлежит осетровым рыбам [1]. Однако в связи с ощутимым антропогенным воздействием на водные экосистемы крайне актуальной становится проблема сохранения биологического разнообразия рыб этого водоёма. Ежегодно снижаются запасы практически всех экологических групп рыб, в том числе и осетровых.

Между тем осетровые рыбы – интересны не только как предмет исследования эволюционных преобразований животного мира, но и как исключительно ценный объект промысла, объем вылова, которых значительно сократился за последние десятилетия. В результате сильного антропогенного воздействия (браконьерство на путях нерестовых миграций, нарушение гидрологического режима на нерестилищах и т.д.) естественное воспроизводство осетровых на основных реках Каспийского бассейна находится на критическом уровне. В условиях снижения эффективности естественного воспроизводства этих рыб ведущую роль в восстановлении их запасов в настоящее время играет искусственное воспроизводство, масштабы которого сокращаются [2].

Основными причинами сокращения искусственного воспроизводства являются: снижение уловов осетровых рыб, плохое качество производителей естественной генерации и низкая эффективность работы рыбоводных заводов за счёт устаревшей технологии. Для совершенствования

методов искусственного воспроизводства с целью сохранения и восстановления запасов этих рыб необходимо проведение комплексных физиологических и рыбоводно-биологических исследований.

В связи с этим важнейшим условием получения качественной рыбоводной продукции при выращивании молоди осетровых в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ) явилось создание таких условий, при которых параметры искусственной среды соответствовали бы естественным. Это предполагало, выращивание молоди в 5‰ солевой среде, более эффективное регулирование других гидрохимических показателей, очистку от метаболитов и постоянный физиологический контроль за состоянием рыб. Выращивание молоди в среде максимально приближённой к естественным условиям позволяло ожидать более высокую выживаемость молоди осетровых рыб после её интродукции в Северный Каспий [3].

Многолетние исследования солеустойчивости осетра, белуги, севрюги на ранних этапах онтогенеза свидетельствуют об их широкой эвригалинности. Ранняя эвригалинность формируется за счет органов, участвующих в водно-солевом обмене (хлоридсекретирующие клетки жабр, почки, интерреналовая и щитовидные железы, гипотала-мо-гипофизарный комплекс) и расценивается, как адаптация, направленная на снижение смертности потомства. Изменение солености вызывает у молоди активные поведенческие реакции, наблюдается избирание оптимальных солевых зон, изменение в двигательной и пищевой активности [410]. Однако, подобные исследования ориентировались в первую очередь на изучение выживаемости молоди в различных градиентах солености. При этом не всегда учитывалась динамика осмоляльности крови, а так же изменения её основных биохимических показателей, характеризующих белковый, жировой и окислительный обмены.

Успех адаптации к солёности во многом зависит от способности рыб перестраивать свой водно-солевой обмен. У русского осетра в Южном Каспии осмоляльность сыворотки крови находится в пределах 264-368 мосм/кг Н 2 О. При миграции рыб из более солёного Южного Каспия в опреснённый Северный Каспий наблюдается постепенное снижение осмоляльности сыворотки крови. Если в более южных участках моря этот показатель незначительно превышает осмолярность морской воды или почти равен ей, то в Северном Каспии наблюдается гипертония, осмолярность сыворотки крови превышает её уровень в среде обитания и колеблется в пределах 219-322 мосм/кг Н 2 О [10].

Проведенные ранее исследования на молоди гибридных форм осетровых (русско-ленский осетр, стербел) так же свидетельствовали об их высоком уровне адаптивности к оптимальной солевой среде [3,11]. Выявлено стимулирующее влияние солёности на пластический обмен и уменьшение последствий воздействия искусственных условий выращивания в УЗВ на физиологическое состояние молоди.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование влияния солевой среды на молодь осетровых было выполнено в 2013 году в лаборатории водных биоресурсов и аквакультуры на базе экспериментального аквариального комплекса «Кагальник» Южного научного центра РАН. В качестве объекта исследований использовали молодь русского осетра (Acipenser gueldens-taedttii Brandt, 1896).

Экспериментальная молодь содержалась в 2-х пластиковых бассейнах (ИЦА-1) с пресной (контроль) и солёной (опыт) водой в диапазоне оптимальных параметров водной среды. Солевая среда – это раствор поваренной соли (NaCl) солёностью 5 ‰ (5 г/л). Концентрация соли контролировалась рефрактометром Klilong RHS-10ATC. Ежедневно 5% объёма экспериментальной среды обновлялось.

В течение всего периода исследования проводили наблюдения за термическим и гидрохимическим режимами. Температуру, кислород и рН измеряли три раза в сутки. Для этого использовали специальные приборы: термооксиметр Сyber Scan DO 300, рН-метр HANNA. Исследуемые гидрохимические показатели находились в пределах, допустимых для выращивания молоди осетровых рыб. Температурный режим поддерживался на уровне 20-22 °С, кислородный режим изменялся в пределах 90-100%, значения рН составляло 7-8 ед.

Для контроля и измерения содержания биогенных элементов в водной среде использовали экспресс-метод фирмы Tetra. Исследование ос- новных показателей качества воды выявило некоторое увеличение уровня нитритов (до 0,3 мг/л) и аммиака (до 0,5 мг/л). Систематически осуществлялся контроль за темпом роста рыбы. Взвешивание и измерение рыбы проводили согласно разработанным рекомендациям [12].

Состояние исследуемых рыб оценивали на основании морфологических показателей, выживаемости, коэффициента массонакопления [13], коэффициента упитанности по-Фультону. Среднесуточную скорость роста вычисляли по формуле сложных процентов [14]. Наблюдения за темпом роста осуществляли по мере выращивания рыб в опытах.

Физиологическое состояние рыб оценивали по концентрации гемоглобина в крови, СОЭ, уровню холестерина и общих сывороточных липидов, концентрации общего сывороточного белка. Взятие крови для исследований осуществляли прижизненно путем пункции хвостовой вены. Количество гемоглобина определяли колориметрическим способом, концентрацию холестерина в сыворотке крови энзиматическим колориметрическим методом, общий сывороточный белок определяли на рефрактометре ИРФ-22 [15], СОЭ определяли методом Панченкова. Общие липиды в сыворотке крови определяли с помощью набора реактивов фирмы PLIVA – Lachema [16,17]. Осмоляльность сыворотки крови определяли криоскопическим методом на осмометре ОСКР-1.

Рыб кормили гранулированным кормом «Bio-Mar» (1-2мм) по стандартным нормам с корректировками по поедаемости.

В исследованиях использовано 90 одновозрастных особей русского осетра, с обработкой 68 гематологических и биохимических проб. Выполнено 270 взвешиваний и измерений молоди русского осетра. Результаты исследований обработаны с применением общепринятых методов биологической статистики и программы Microsoft Exel. Уровень различий оценивали с помощью критерия достоверности Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

До начала эксперимента вся рыба находилась в пресной воде. Средняя масса молоди русского осетра, используемой в эксперименте, составляла 5,19±0,19 г (контрольный бассейн) и 5,52±0,21 г (опытный бассейн). Коэффициент упитанности по-Фультону находился на одном уровне и составлял 0,36±0,01 и 0,39±0,03 ед. в контрольном и опытном бассейнах соответственно. Исследование влияния солевой среды на темп роста молоди русского осетра проводили в несколько этапов. За весь период эксперимента наблюдалось стабильное увеличение массы, при любых условиях эксперимента (таблица 1).

В течение первых 10-ти дней исследования (1й этап) масса рыб, выращиваемых в пресной воде, увеличилась примерно на 21%. При выращивание в солености 5-‰ отмечено увеличение массы на 11%. Такие удельные массовые характеристики, как среднесуточный прирост, среднесуточная скорость роста, коэффициент массонакопления в контрольном бассейне были примерно в два раза выше, чем у рыб в бассейне с экспериментальной солевой средой.

Таблица. 1. Рыбоводно-биологические показатели молоди русского осетра в соленой (числитель) и пресной (знаменатель) воде

Рыбоводно-биологические показатели	1 этап	2 этап	3 этап
Средняя масса, г	6,3 ± 0,3 6,1 ± 0,31	±0,40 ±0,40	8,7 ± 0,50 8,5 + 0,50
Абсолютный прирост, г	1,11 0^58	1,8 15	0.6 06
Среднесуточный прирост, г	0,11 Об	0,2 0^	0,1 од
Среднесуточная скорость роста, %	106	2,6	0,7 0.8
Коэффициент массонакопления, ед.		0,05 05	0,01 0^02
Коэффициент упитанности по Фультону, ед.	0,31 ± 0,01 0,30 + 0,01	0,27 + 0,01 0,28 + 0,01	0,27 ± 0,01 0,29+ 0,01
Продолжительность выращивания, сут.	10	10	7

Однако, наблюдалось некоторое снижение показателя упитанности рыб в обоих вариантах эксперимента. Такая динамика массовых характеристик в контроле и опыте, вероятно, была связана с адаптацией молоди не только к новым условиям содержания (температурный и кислородный режим, солёность среды обитания), но и кормлению.

На втором этапе исследования наблюдался более интенсивный темп роста молоди русского осетра в обоих вариантах. Однако в солевой среде такие удельные массовые характеристики, как среднесуточная скорость роста, среднесуточный прирост увеличились на 60 и 70%, соответственно, тогда как в пресной воде увеличение этих показателей произошло на 45 и 23%, соответственно.

На завершающем этапе исследования (3-й этап) темп роста массы значительно снизился, как при выращивании в пресной, так и в солевой среде. Вероятной причиной тотального снижения темпа роста рыбы в обоих вариантах на данном этапе экспериментальных работ могло быть некоторое ухудшение экологической ситуации в бассейнах за счёт не достаточно эффективной работы фильтров нейтрализующих азотистые соединения в условиях замкнутого цикла.

Рис. 1. Динамика гемоглобина и СОЭ у русского осетра в экспериментальных условиях (n=18)

5 9'Оо Пресная вода ■ В начале опыта □ В конце опыта

Рис. 2. Динамика общих сывороточных белков (г/л) у русского осетра в экспериментальных условиях (n=18)

С целью выявления изменений в обменных процессах изучалось физиологическое состояние выращиваемых объектов. Молодь, поступившая в эксперимент была изначально физиологически гетерогенна и по ряду показателей отличалась не только между собой, но и от рыб, исследованных в Северном Каспии. В частности выявлено достоверное различие (р<0,05) по концентрации гемоглобина в крови и сывороточных липидов. Концентрация холестерина и общих сывороточных липидов у рыб в обоих вариантах эксперимента превышала значения, характерные для осетровых рыб Северного Каспия. Повышенный уровень показателей липидного обмена характерен для рыб питающихся искусственными кормами.

В тоже время низкие показатели скорости оседания эритроцитов и гемоглобина, у экспериментальных рыб содержащихся изначально в пресной воде в сравнении с рыбами из естественной среды, свидетельствовали о недостаточном уровне гидратации крови и низкой активности окислительного обмена. При обитании разновозрастных осетровых в естественной среде нормой принято считать следующие значения этих показателей: гемоглобин – 50–80 г/л, сывороточный белок – 28–40 г/л, сывороточные липиды – 3–4 г/л, холестерин – 1,0–2,8 ммоль/л, СОЭ – 2–4 мм/час [18].

На заключительном этапе эксперимента молодь осетра, содержащаяся 27 дней в солёной воде, по исследуемым физиологическим параметрам достоверно не отличалась от рыб, содержащихся аналогичный период в пресной воде.

Однако, если сравнивать функциональное состояние рыб выдержанных в солевой среде с их исходным состоянием (пресная вода), то отмечено, что за весь период выращивания в условиях эксперимента наблюдается достоверное повышение концентрации гемоглобина и существенное снижение концентрации сывороточных липидов (р≤0,001). Уровень холестерина изменился незначительно и находился в пределах, характерных для осетровых в Каспийском море. Выявленную динамику физиологических показателей у рыб выращенных в солёной воде можно рассматривать, как положительную тенденцию стабилизации их функционального состояния. Что под- тверждается динамикой массовых характеристик у опытных рыб.

У молоди осетра выращенной в пресной воде, наоборот, по завершении эксперимента от исходных значений снизился уровень окислительного обмена и, практически не изменилась достаточно высокая концентрация сывороточных липидов. К тому же у всей экспериментальной молоди в пресной воде достоверно (р≤0,001) снизился уровень холестерина, который является предшественником гормонов и входит в состав оболочек клеток. Выращивание в пресной воде не приводит к положительным сдвигам в физиологическом состоянии этих рыб.

■ В начале опыта

Рис. 3. Динамика биохимических показателей крови русского осетра в экспериментальных условиях (n=18)

Сравнительная оценка физиологического статуса выращиваемой молоди по концентрации осмотически активных веществ в сыворотке крови выявила гипертоничность особей по отношению к внешней среде, что характерно для разновозрастных осетровых в опреснённой зоне Северного Каспия (230-270 ммоль/кг H 2 O). В частности осмоляльность сыворотки крови в исходном состоянии (пресная вода) находилась на одном уровне у рыб в контрольном и опытном бассейнах, и составила соответственно 221,0±7,8 ммоль/кг H 2 O и 226,0±4,2 ммоль/кг H 2 O (р>0,05). В течение эксперимента осмоляльность сыворотки крови достоверно не изменилась как в опытном 228,0±1,41 ммоль/кг H 2 O, так и в контрольном вариантах 239,0±9,2ммоль/кгH 2 O (р>0,05). Осмоляльность солевой среды составила 134 ммоль/кг H 2 O, пресной воды – 20,0 ммоль/кг H 2 O. Гипертоничность среде обитания естественное состояние водно-солевого обмена у каспийских осетровых поддерживать которую в слабосолёной среде значительно легче, чем в пресной по причине излишней гидратации организма.

Таким образом, ранее установленный факт более высокого темпа роста у гибридных форм осетровых в солёной воде [11,19] подтвердился и при выращивании молоди русского осетра. Однако, наблюдаемое торможение прироста массы при выращивании в пресной и в солевой среде, возможно связано с более высокой чувствительностью русского осетра и его гибридов с сибирским осетром к параметрам окружающей среды и в частности к условиям выращивания в УЗВ.

Это свидетельствует о том, что своевременное вселение чистых линий проходных осетровых рыб в опреснённые участки моря становится объективным условием высокой выживаемости этих рыб и эффективного решения проблем пастбищной аквакультуры. Стимулирующее влияние ионов натрия на интенсивность всасывания пищевых компонентов в кишечнике рыб в данном случае рассматривается, как дополнительный аргумент в пользу ранней интродукции проходных видов осетровых в море [20,21].

При длительном выращивании особенно чистых линий осетровых в УЗВ искусственно создаваемые параметры водной среды должны приближаться к оптимальным значениям, что предполагает более эффективное регулирование и очистку от метаболитов. Необходимым условием выращивания качественной продукции в УЗВ является использование посадочного материала только с хорошим исходным физиологическим состоянием.