Влияние света разной интенсивности на рост и развитие артемии (Artemia salina) в искусственной экосистеме

Введение. Артемии – жаброногие ракообразные, населяющие морские мелководья и гипергалинные озера. Это планктонные организмы, которые питаются фитопланктоном, фильтруя воду с помощью грудных конечностей. Наиболее известный вид – Artemia salina .

Артемия имеет большое значение для развития мировой аквакультуры. Представители этого рода являются общепризнанным кормовым объектом, который используется в качестве живых стартовых кормов для рыб, ракообразных, моллюсков и других гидробионтов в аквакультуре [1].

Науплии жаброногого рачка рода Artemia содержат уникальные биологически активные вещества, обеспечивающие выживаемость, рост и развитие рыб и других гидробионтов на критических стадиях развития, когда предли-чинки переходят на экзогенное питание после истощения запасов желтка.

Однако мировая добыча цист артемии в естественных природных экосистемах удовле- творяет мировой спрос всего на 40 %. Спрос настолько высок, что 95 % добываемой в России артемии экспортируется в Европу и страны Азии, прежде всего в Китай. Цены на цисты артемии в России находятся на уровне мировых, и этот природный продукт мало доступен для отечественных рыбоводных предприятий, в первую очередь для фермерских хозяйств [2]. Поэтому, учитывая высокий спрос на жаброногих рачков, культивирование артемии в искусственной экосистеме актуально для развития аквакультуры в целом, имеет большую практическую значимость и является важным звеном в системе искусственного воспроизводства и выращивания гидробионтов.

На цикл развития артемии и ее морфологические параметры в естественной и искусственной экосистеме оказывает влияние комплекс абиотических факторов среды.

Рачки рода Artemia проявляют высокую адаптационную пластичность, имеют широ- кую экологическую валентность. Они обладают способностью противостоять неблагоприятным факторам среды, однако это противостояние не проходит бесследно. В неблагоприятных условиях артемии снижают свою плодовитость, количество циклов воспроизводства и продолжительность жизни [3, 4].

При культивировании артемии есть все возможности создать максимально благоприятную среду для наиболее полной реализации ее генетического потенциала продуктивности.

В России ареал артемии ограничен гипер-галинными водоемами Алтая, Сибири, Крыма, заливами и лиманами Каспийского, Азовского и Черного морей. Все эти районы – места промысла цист артемии.

Однако видовой состав артемии на территории России до сих пор не изучен, принято условно выделять Artemia salina и ее расы (экоморфы) в зависимости от особенностей абиотических факторов места их обитания [5].

К числу основных абиотических факторов, оказывающих влияние на цикл развития и репродуктивный потенциал артемии, можно отнести температуру, рН, соленость и освещенность среды обитания.

В природных экосистемах артемии обладают высокой устойчивостью к химическому загрязнению, в частности к высоким концентрациям сероводорода. Известно, что сероводород для остальных гидробионтов смертелен даже в незначительных количествах. Поэтому артемии являются единственными обитателями (кроме микроорганизмов) богатых сероводородными илами озер [6].

В каждом из мест обитания артемии существует единый устоявшийся комплекс абиотических факторов, обусловленных климатическими условиями и сезонностью, вызывающей их циклические колебания.

В искусственной экосистеме имеются необходимые условия, чтобы избежать колебаний абиотических факторов среды и оптимизировать их, устранить сезонность, повысить возможность наиболее полной реализации генетического потенциала организма артемии. Это позволяет получать науплии и цисты артемии круглогодично, а не только в летний период.

Артемии теплолюбивы, оптимальная для разных рас температура лежит в пределах 20–30 °С [7], но рачки могут существовать и при температуре от 2 до 35–37 °С. Однако некоторые таиландские и вьетнамские расы артемий адаптированы и к более высокой температуре, близкой к 40 °С [8]. При температуре ниже 5 °С движение рачков замедляется и прекращается их рост.

Артемия считается достаточно хорошо изученным природным объектом. Но это касается артемии из естественных природных ги-пергалинных водных экосистем. По отношению к артемии, выращиваемой в искусственной экосистеме, этого утверждать нельзя. Культивируемая артемия используется преимущественно в качестве живых стартовых кормов на личиночных стадиях онтогенеза рыб и других гидробионтов. При этом и, как правило, in situ используется методология культивирования, максимально приближенная к усредненным условиям внешней среды естественных экосистем без учета сезонных особенностей. На практике условия искусственного круглогодичного разведения артемии в аквакультуре, как показали исследования, по большинству абиотических факторов не оптимизированы [9]. Особенно отчетливо это проявляется при разведении артемии по замкнутому циклу [10]. Как оказалось, факторы среды, обеспечивающие размножение артемии по типу живорождения в аквакультуре, отличаются от условий, необходимых и достаточных для продуцирования цист [11]. Поэтому процесс культивирования артемии нуждается в оптимизации абиотических факторов, что сделало бы его максимально эффективным. Световой фактор в этом процессе играет ведущую роль.

Анализ современных литературных источников показывает, что искусственное воспроизводство артемии по замкнутому циклу находится на недостаточно высоком уровне [12]. Пока продуктивность артемии в условиях аквакультуры остается низкой.

Культивирование и воспроизводство артемии по замкнутому циклу, по сравнению с традиционным получением науплий артемии, – не до конца изученный процесс. По- этому оптимизация абиотических факторов среды в условиях искусственного разведения артемии относится к числу актуальных проблем, требующих решения [13, 14].

Наша работа посвящена исследованию влияния одного из абиотических факторов среды – света разной интенсивности – на этапы метаморфоза определенной расы (экоморфы) артемии – А. var. Principalis – в искусственно созданной экосистеме.

Цель исследования. Оценить влияние режимов освещенности на особенности метаморфоза А. var. Principalis в искусственной экосистеме.

Материалы и методы. Для исследования использовалась артемия расы А. var. Principalis из Алтайских гипергалинных озер, поставщиком цист являлось предприятие «Барром». Цвет цист был бежево-коричневым с преобладанием коричневого.

Для получения науплий цисты артемии культивировались в аппарате Вейса в искусственно созданной экосистеме со следующими параметрами: соленость воды – 30 г/л (NaCl), температура воды – 26–28 °С, рН – 8,2, плотность посадки цист – 2,5 г/л, насыщение воды кислородом – 80–90 %. Применялись разные режимы освещенности.

Для изучения влияния света на онтогенез и продуктивность артемии в аквакультуре были заложены три серии опытов. Освещение в 1-м и 2-м опытах обеспечивалось блоками с лампами дневного света OSRAM L 18w/765, световой поток и цветовая температура каждой из которых составляли 1050 Лм и 5000 К соответственно. Для освещения в третьем опыте использовался светодиодный источник света IEK CDO 06-100 6500K со световым потоком 8000 Лм. Измерение освещенности выполнялось фотометром/люксометром MASTECH MS6610 с выносным датчиком измерения освещенности.

В первом опыте, который служил контролем, освещенность (E) культивируемой артемии составляла 1,5 клк, во втором опыте – 2,5 клк, в третьем – 4 клк.

Морфометрические показатели изучались по стандартным методикам. Для исследования рачки фиксировались в 4 % растворе форма- лина. Измерение проводилось с помощью микроскопа МБС-10, оборудованного окулярным микрометром.

При работе использовались также микроскоп «Микромед 2» (вар. 3-20), аналитические весы ViBRA HT-224RCE с точностью до 0,0001 г, чашки Петри, бинокуляр Levenhuk 3ST, компрессор Resum AIR-3000, препаровальные иглы.

Достоверность различий выборок оценивалась по критерию Стьюдента. Проводилась традиционная биометрическая обработка данных.

Результаты и обсуждение. На первом этапе работы исследовалось влияние разных режимов освещенности на развитие эмбриона и ранних личинок артемии – науплий; изучались морфометрические параметры артемии в раннем онтогенезе.

Перед загрузкой цист (рис. 1) артемии в аппарат Вейса определялось их качество. При микроскопии было установлено, что доля цист с вмятинами в исследованных образцах достигала 20–30 %.

Исследование размеров сухих цист артемии показало, что средний диаметр цист составил 0,227±0,016 мм. Полученные результаты достаточно хорошо согласуются с данными других исследований, по результатам которых диаметр сухих цист колеблется от 230 до 400 мкм [15–17]. Разброс размеров цист был достаточно высоким. Неоднородность цист артемии обусловлена колебаниями факторов среды естественных экосистем в местах их добычи.

Artemia salina в зависимости от факторов среды обитания формирует определенные расы (экоморфы), характеризующиеся морфологическими различиями.

Известно, что эмбрион в цисте находится в стадии недифференцированной гаструлы и полностью неметаболичен при влажности ниже 10 %.

Если же влажность превышает 10 % и кислород присутствует в достаточном количестве, то к эмбриону возвращается жизнеспособность [18]. Вылупившиеся эмбрионы артемии и их метаморфоз в науплии изображены на рис. 2.

Рис. 2. Свободные эмбрионы и появление науплий

Fig. 2. Free embryos and nauplii formation

Рис. 1. Сухие цисты артемии

Fig. 1. Dry artemia cysts

Морфометрия вылупившихся эмбрионов показала, что абсолютные значения их размеров в контрольной (освещенность 1,5 клк) и экспериментальных группах (2-я группа – ос- вещенность 2,5 клк; 3-я группа – освещенность 4 клк) находились в пределах 236– 288 мкм (рис. 3).

Рис. 3. Усредненный размер свободного эмбриона, мкм

Fig. 3. Average size of a free embryo, microns

При сравнительном анализе размеров эмбриона было установлено, что во второй экспериментальной группе они на 6,3 %, а в третьей на 11,03 % превышали показатели контроля.

Таким образом, увеличение уровня освещенности оказало положительное влияние на размер эмбриона.

На начальных этапах развития, на стадии ортонауплий, артемии быстро растут за счет резервов желтка. Науплии I личиночной стадии находятся на эндогенном питании и не способны потреблять корма, их пищеварительная система не функционирует, так как рот и анус еще закрыты.

Спустя 8–12 ч после первой линьки завершается науплиальный период и личинки артемий переходят в метанауплиальную стадию. У личинок I метанауплиальной стадии начинает функционировать пищеварительный тракт и появляется возможность отфильтровывать частицы размером 1–40 мкм.

В течение последующих 8–10 дней рачки проходят три следующие метанауплиальные стадии, характеризующиеся различной степенью сегментации тела. После пятой линьки ме-танауплиальный период заканчивается и начинается ювенальный с семью стадиями развития, сопровождающийся преобразованием антенн и развитием торакопод (грудных ножек).

После тринадцатой линьки начинается предвзрослый период, состоящий из пяти стадий развития. Этот период характеризуется формированием генитальных структур: вторая пара антенн претерпевает половую диффе- ренциацию. У самцов развиваются крючковатые хвататели, в то время как у самок антенны редуцируются в сенсорные придатки.

При длине рачка 6 мм и более уже можно различить будущих самцов и самок. После семнадцатой линьки завершается постэмбриональное развитие, рачки имеют все половые признаки.

Наблюдения за динамикой выклева науп-лий в искусственной среде в зависимости от освещенности приведены в табл. 1.

Из культивируемой артемии из групп с разным освещением через 8, 12, 18, 25, 30, 34, 38, 42, 48 ч отбирались образцы, которые фиксировались формалином и исследовались под микроскопом.

Индивидуальная масса только что вылупившихся науплий колебалась в пределах 0,01–0,023 мг (рис. 4), что согласуется с литературными данными [19].

О О.ОО5 0.01       0.015       0.02       0.025 мг (mg)

Рис. 4. Индивидуальная масса только что вылупившихся науплий в зависимости от освещенности

Fig. 4. Individual weight of newly hatched nauplii depending on illumination

Динамика выклева науплиусов в зависимости от уровня освещенности

Таблица 1

Table 1

Dynamics of nauplii hatching, depending on illumination level

Период наблюдения Observation period	I группа (контрольная) (освещенность 1,5 клк) Group I (control) Illumination 1,5 klx	II группа (экспериментальная) (освещенность 2,5 клк) Group II (experimental) Illumination 2,5 klx	III группа (экспериментальная) (освещенность 4 клк) Group III (experimental) Illumination 4 klx
Через 8 ч 8 hours later	Изменений не происходит No changes	Циста начинает трескаться. Доля таких цист 0,18–0,24 % The cyst begins cracking. The proportion of such cysts is 0.18–0.24 %	Цисты напитываются водой и раздуваются, активируется развитие эмбриона. Хорион у 0,24–0,28 % цист начинает трескаться

Период наблюдения Observation period	I группа (контрольная) (освещенность 1,5 клк) Group I (control) Illumination 1,5 klx	II группа (экспериментальная) (освещенность 2,5 клк) Group II (experimental) Illumination 2,5 klx	III группа (экспериментальная) (освещенность 4 клк) Group III (experimental) Illumination 4 klx
			Cysts are saturated with water and inflate; embryo development is activated. Chorion in 0.24–0.28 % of cysts begins to crack.
Через 12 ч 12 hours later	Изменений не происходит No changes	Хорион разрывается, появляются эмбрионы, которые все еще завернуты в инкубационную мембрану. В течение нескольких часов эмбрионы остаются сцепленными с оболочкой цисты. Доля таких форм составляет 12,7 % The chorion ruptures, leaving the embryos still wrapped in the incubation membrane. For several hours, the embryos remain linked to the cyst membrane. The proportion of such forms is 12.7 %	Оболочки цист продолжают растрескиваться, и эмбрион выходит из хориона. В течение определенного времени эмбрионы остаются сцепленными с оболочкой. Доля таких форм достигает 16,6 % Cysts continue to crack; the embryo leaves the chorion. For some time, the embryos are still linked to the shell. The proportion of such forms is 16.6 %
Через 18 ч 18 hours later	Хорион лопается Chorion ruptures	Часть особей (21,9 %) находятся на стадии «парашютика» Hatchling (21.9 %) is at a “parachute” stage	Часть особей (28,7 %) находятся на стадии «парашютика» Hatchling (28.7 %) is at a “parachute” stage
Через 25 ч 25 hours later	Хорионы лопаются, эмбрионы выходят из цисты, их доля составляет 1,8 % Chorions rupture, embryos leave the cyst. The proportion of such cysts is 1.8 %	Выклюнувшиеся из хориона личинки I стадии развития (прозрачные ортонауплии) составляют 33,1 %, в длину достигают 0,5 мм. Доля более развитых, свободно плавающих науплий составляет 7,6 % The larvae hatched from the chorion, 1st stage of development (transparent orthonauplii), make up 33.1 %. Their length is up to 0.5 mm. The proportion of more developed, free-swimming nauplii is 7.6 %	Вылупившиеся из хориона личинки, завершившие эмбриональную стадию, составляют 38,1 %. Они прозрачные, их длина 0,5 мм. Более развитые, свободно плавающие науплии составляют 9,1 % The larvae hatched from the chorion, which completed the embryonic stage, account for 38.1 %. They are transparent, their length is 0.5 mm. More developed, free-swimming nau-plii account for 9.1 %

Период наблюдения Observation period	I группа (контрольная) (освещенность 1,5 клк) Group I (control) Illumination 1,5 klx	II группа (экспериментальная) (освещенность 2,5 клк) Group II (experimental) Illumination 2,5 klx	III группа (экспериментальная) (освещенность 4 клк) Group III (experimental) Illumination 4 klx
Через 30 ч 30 hours later	Появились выклюнувшиеся науплии. На их долю приходится 24,8 % The proportion of hatched nauplii is 24.8 %	Доля выклюнувшихся науплий возросла до 52,7 %. Науплии имеют прозрачное тело, две антенны, усики по бокам головы. На голове расположен примитивный глаз, различающий свет от тени. Проявляется положительный фототаксис The proportion of hatched nauplii is 52.7 %. Their bodies are transparent; they have two antennae and antennules. On the head there is a primitive eye that distinguishes light from shadow. Positive phototaxis is observed	Доля вылупившихся науплий составляет 59,3 %. Они имеют небольшое продолговатое тело и две антенны, на голове расположен примитивный глаз. Проявляют положительный фототаксис The proportion of hatched nau-plii is 59.3 %. They have a small elongated body and two antennae, there is a primitive eye on the head. Positive phototaxis is observed
Через 34 ч 34 hours later	Доля выклюнувшихся науплий составляет 36,2 % The proportion of hatched nauplii is 36.2 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 61,1 % The proportion of hatched nauplii is 61.1 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 69,4 % The proportion of hatched nauplii is 69.4 %
Через 38 ч 38 hours later	Доля выклюнувшихся науплий составляет 53,7 % The proportion of hatched nauplii is 53.7 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 68,5 % The proportion of hatched nauplii is 68.5 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 77,8 % The proportion of hatched nauplii is 77.8 %
Через 42 ч 42 hours later	Доля выклюнувшихся науплий составляет 68,2 % The proportion of hatched nauplii is 68.2 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 79,6 % The proportion of hatched nauplii is 79.6 %	Доля выклюнувшихся науплий составляет 82,4 % The proportion of hatched nauplii is 82.4 %
Через 48 ч 48 hours later	Итоговый выклев – 70,3 % Final hatch is 70.3 %	Итоговый выклев – 81,9 % Final hatch is 81.9 %	Итоговый выклев – 84,5 % Final hatch is 84.5 %

Необходимо отметить, что спустя 8 ч после начала инкубации в контрольной группе изменений не произошло. Во второй группе на яйцах начали появляться трещины. Количество треснувших яиц в пробах составило от 0,18 % до 0,24 %. В третьей группе отмечены первые цисты с треснувшим хорионом (рис. 5). Их количество составило 0,24–0,28 %. Раз- ница между экспериментальными группами по количеству цист с треснувшим хорионом составила 33,3 %. Это говорит о том, что в небольшом количестве цист эмбриогенез завершился и начался процесс выхода науплий из хориона.

Через 12 ч после начала инкубации в контрольной группе изменений также не произо- шло. В экспериментальных группах количество цист с треснувшим хорионом увеличилось и составило во второй группе 12,7 %, в третьей – 16,6 %.

Через 18 ч в контрольной группе цисты начинали лопаться. В экспериментальных группах процесс усилил свою интенсивность: доля особей на стадии «парашютика» во второй группе составила 21,7 %, в третьей – 28,7 % (рис. 6). Таким образом, количество цист с треснувшим хорионом в третьей группе было больше, чем во второй, на 32,3 %.

Через 25 ч после начала инкубации в кон- трольной группе наблюдался процесс растрескивания хорионов (рис. 7), эмбрион появлялся из скорлупы в 1,8 % случаев. Во второй группе на долю выклюнувшихся науплий приходилось 33,1 %. Отмечены первые свободно плавающие науплии (7,6 %) (рис. 7, 8). В третьей группе эти показатели составили соответственно 38,1 % и 9,1 %. Таким образом, в обеих экспериментальных группах встречались вылупившиеся науплии, однако их количество было разным, что свидетельствует о влиянии интенсивности освещенности на скорость выклева науплий.

Рис. 5. Цисты с треснувшим хорионом и свободные эмбрионы

Fig. 5. Cysts with a cracked chorion and free embryos

Рис. 6. Интактные и треснувшие цисты, стадия «парашютика»

Fig. 6. Intact and cracked cysts, “parachute” stage

Спустя 30 ч количество выклюнувшихся науплий в контрольной группе достигло 24,8 %, во второй группе – 52,7 % (в 2,7 раза больше, чем в контроле), в третьей – 59,3 % (почти в 3 раза больше, чем в контроле). Таким образом, через 30 ч после начала инкуба- ции в экспериментальных группах отмечался массовый выход эмбрионов (рис. 7), при этом разница между второй и третьей группами составила 12,5 %.

Итоговый выклев науплий в зависимости от освещенности представлен на рис. 9.

Рис. 7. Треснувшие хорионы и свободно плавающие науплии, массовый выклев науплий

Fig. 7. Cracked chorions and free-floating nauplii, mass nauplii hatch

Рис. 8. Науплии

Fig. 8. Nauplii

Рис. 9. Итоговый выклев науплий в зависимости от освещенности

Fig. 9. Final nauplii hatch depending on the illumination

Полученные в результате исследования данные свидетельствуют об активирующем влиянии освещенности на динамику и интенсивность выклева, а также развитие артемии на начальных этапах. Наиболее выраженный эффект отмечался при освещенности 4 клк.

Наблюдение за артемиями в процессе их метаморфоза показало, что варьирование условий культивирования цист позволяет добиться различных результатов: от ускорения вылупления науплий до получения более развитых и крепких рачков.

Как показали результаты исследований, высокая интенсивность освещения не только повышает скорость выклева, но и достоверно увеличивает выход личинок, а также влияет на скорость метаморфоза в личиночном периоде.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что освещение является активирующим фактором для инкубации цист артемии и ее последующего культивирования. Установлено, что уровень освещенности приобретает наибольшее значение на заключительных стадиях эмбриогенеза и начальных этапах постэмбрионального развития. В эти периоды артемия наиболее чувствительна к световому воздействию.

Для получения максимального выхода науплий повышенную освещенность необходимо поддерживать на протяжении всего периода инкубации.

Заключение. В перечне стратегических направлений развития РФ отдельно отмечен переход к развитию экологически чистой аквакультуры. Развитие и совершенствование биотехнологий культивирования гидробионтов в искусственно созданной экосистеме – это основное направление развития современной аквакультуры.

Важность выбранного нами направления исследований обусловлена тем, что артемия, в частности живые науплии, является признанным лидером в числе стартовых кормов для рыб и других гидробионтов в мировом рыбоводстве. Живые науплии – короткоживущий объект, поэтому их необходимо получать in situ в каждом из предприятий аквакультуры, занимающихся разведением и выращиванием рыбы, ракообразных или моллюсков. Поэтому технология культивирования артемии должна быть оптимизирована по всему спектру абиотических факторов, необходимых и достаточных для ее выращивания в искусственно созданной среде.

Наше внимание было сосредоточено на таком абиотическом факторе, как интенсивность освещения, который мы варьировали, стабилизировав при этом соленость, рН и температуру среды.

Результаты наших исследований показали, что интенсивность освещения оказывала влияние на эмбриогенез, стадии метаморфоза личинок и рост науплий артемии. В частности, было установлено, что для максимального проявления генетического потенциала продуктивности, реализующегося в количестве выклюнувшихся науплий, при культивировании артемии в аквакультуре важно на начальных этапах ее онтогенеза использовать режим освещенности 4 клк.

Исследование выполнено при поддержке программы развития Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова «Приоритет – 2030».