Esplorare il potenziale biologico e socioeconomico delle nuove specie ittiche candidate emergenti per l'espansione dell'industria dell'acquacoltura europea:il progetto DIVERSIFY (EU FP7-GA603121)

di Rocio Robles, Responsabile della diffusione (CTAQUA, Spagna), Costantino C Mylonas, Coordinatore del progetto (HCMR, Grecia), Costas Tsigenopoulos, Riproduzione e genetica - leader lucioperca (HCMR, Grecia), Ivar Lund, Nutrizione - leader lucioperca (DTU, Danimarca), Pasquale Fontaine, Allevamento di larve - leader lucioperca (UL, Francia), Patrick Kestemont, Coltiva l'allevamento - leader lucioperca (FUNDP, Belgio)

Il progetto DIVERSIFY si è svolto tra il 2013 e il 2018 e ha incluso sei specie di pesci europei (vedi il numero di aprile International Aquafeed). La combinazione di biologico, Le attività di ricerca tecnologica e socioeconomica sviluppate nell'ambito di DIVERSIFY dovrebbero sostenere la diversificazione del settore dell'acquacoltura dell'UE e contribuire all'espansione della produzione, aumento dei prodotti dell'acquacoltura e sviluppo di nuovi mercati.

A seguito delle precedenti edizioni internazionali di Aquafeed sul progetto DIVERSIFY in cui abbiamo presentato i risultati del progetto su halibut e meagre, questo mese presentiamo i risultati del progetto sul lucioperca (Sander lucioperca).

Luccioperca NEL PROGETTO DIVERSIFICARE

Lucioperca, S. lucioperca, è un pesce d'acqua dolce considerato con il più alto potenziale in Europa per la diversificazione dell'acquacoltura interna (Fig.1). La polpa del lucioperca ha un sapore neutro che si presta a diverse forme di preparazione. Inoltre, i filetti non hanno ossa --a differenza delle carpe, che compete sullo stesso segmento di mercato. La produzione annuale di lucioperca richiede la produzione in RAS (Sistemi di acquacoltura a ricircolo). Le RAS consentono inoltre di produrre ad alte densità, 80-100 kg m-3. Riconosciuto da un sondaggio rivolto agli allevatori di pesce, DIVERSIFY ha identificato i principali colli di bottiglia per l'ulteriore espansione della coltura di lucioperca oggi:(a) mancanza di conoscenza della variabilità genetica dei riproduttori utilizzati, (b) bassa sopravvivenza larvale (tipicamente 5-10%); un'elevata incidenza di deformità, e (c) elevata sensibilità ai fattori di stress, pratiche di manipolazione e allevamento che si traducono in mortalità elevate e improvvise. Tutti questi colli di bottiglia sono stati affrontati dalla ricerca condotta in DIVERSIFY.

Genetica

Identificazione di relazioni genetiche tra diversi riproduttori, i fenomeni di consanguineità e la perdita di eterozigosi sono importanti in acquacoltura, poiché può comportare un successivo fallimento riproduttivo e produttivo (ridotta sopravvivenza della progenie, crescita, efficienza di conversione degli alimenti e aumento della frequenza delle deformità). È anche importante sapere in che modo gli stock domestici differiscono dalle loro controparti selvatiche, che potrebbe potenzialmente essere una futura fonte di pesce da includere nei programmi di allevamento. Superare i colli di bottiglia di cui sopra è molto importante per ridurre i costi di produzione e, perciò, espandere la produzione di acquacoltura di lucioperca nell'UE.

Il primo compito di DIVERSIFY per lucioperca è stato quello di valutare la variabilità genetica dei riproduttori in cattività in allevamenti commerciali in Europa operanti in RAS, e poi confrontare questa variabilità con quella delle popolazioni selvatiche. Sono state campionate e analizzate un totale di 21 popolazioni/riproduttori, che comprendeva 13 riproduttori in cattività e otto popolazioni di origine selvatica. I risultati hanno indicato che alcuni riproduttori hanno un'adeguata variazione genetica, ma poiché alcuni di essi provengono da pochi pesci, si dovrebbe prestare attenzione in futuro a stabilire programmi di allevamento. Generalmente, c'era un accordo con l'origine del ceppo ei nostri studi hanno fornito prove che le popolazioni di lucioperca in Europa fanno parte di almeno due gruppi geneticamente differenziati. Il primo gruppo si trova nell'Europa settentrionale dai Paesi Bassi/Danimarca all'ovest, Polonia (almeno) a est, e la Finlandia a nord. Il secondo gruppo comprende tutte le restanti popolazioni dell'Europa centrale fino alla Tunisia (e probabilmente Spagna, Italia e Grecia settentrionale). Sulla base di questo raggruppamento, si può affermare che la maggior parte delle popolazioni analizzate sembrava contenere pesci di un'unica origine; tuttavia, in poche popolazioni domestiche questo rapporto variava dal 5-19%, probabilmente a causa della miscelazione di pesce da più fonti.

Nutrizione

Nel campo della nutrizione del lucioperca, gli studi hanno dimostrato che le larve di lucioperca richiedono sia livelli elevati di inclusione alimentare di fosfolipidi che PUFA essenziali a catena lunga (LC) per funzionare in modo ottimale. Questo requisito è insolito per le larve di pesci d'acqua dolce ed è più comunemente osservato nelle specie marine. Il livello di fosfolipidi è generalmente basso negli oli alimentari utilizzati nei mangimi per pesci, ma alcuni oli di pesce possono avere alte concentrazioni. I fosfolipidi possono essere particolarmente importanti nelle larve di pesce, poiché questi lipidi hanno una funzione importante durante lo sviluppo larvale e sono particolarmente presenti nel cervello larvale e nelle membrane cellulari. I fosfolipidi possono migliorare la digestione e l'utilizzo del mangime lipidico e avere benefici positivi nello sviluppo larvale. Era quindi importante determinare livelli ottimali di fosfolipidi e livelli di FA essenziale (EFA) nei mangimi secchi per le larve di lucioperca sulle prestazioni e sullo sviluppo.

Tre livelli dietetici di fosfolipidi sono stati testati nelle diete di mangime secco larvale:livello totale di fosfolipidi compreso tra 3,7% ww (PL1), 8,2% ww (PL2) e 14,4% ww (PL3) per valutare il loro effetto sulla crescita e lo sviluppo larvale. Inoltre, è stata testata l'integrazione di EFA in altre tre diete (PL1H1-PL3H3):0,5 % ww PL1H1, 2% ww PL2H2 e 3,4% ww PL3H3. Le larve sono state alimentate con diete a secco da 10 giorni fino a 30 giorni dopo la schiusa.

I risultati hanno mostrato un effetto specifico dell'EFA, Acidi grassi Ω-3 o un effetto combinato di fosfolipidi e acidi grassi. Integrazione combinata fino al 14,5% di fosfolipidi con EFA, Gli acidi grassi Ω-3 portano alla crescita più alta (Fig. 2) e alle anomalie più basse. La sopravvivenza era molto più bassa per i gruppi di larve allevati con il livello più basso di fosfolipidi PL1 e PLH1. Il più alto livello di fosfolipidi EFA ha migliorato l'attività enzimatica nel tratto digestivo larvale, probabilmente a causa di una maggiore maturazione dell'intestino seguita da un miglioramento della crescita. Molte delle proteine ​​espresse nel fegato (che è il principale organo metabolico del corpo) come la FAS (acido grasso sintasi) hanno mostrato un marcato aumento, quando le larve venivano alimentate con bassi livelli di EFA nelle diete, suggerendo una maggiore richiesta energetica di queste larve più piccole. Un aumento dei fosfolipidi alimentari dal 3,7 all'8,2% non ha ridotto l'incidenza delle deformità scheletriche, ma l'inclusione del 14,5% di fosfolipidi ha ridotto significativamente l'incidenza di gravi anomalie scheletriche, ed era più basso nelle larve alimentate con il 14,5% di fosfolipidi + EFA.

Le combinazioni di esigenze nutrizionali e condizioni di allevamento durante l'ontogenesi precoce sono poco studiate nel lucioperca. La sostituzione degli oli marini con oli vegetali ha ridotto la tolleranza allo stress e ha causato alterazioni neurofisiologiche nelle larve di lucioperca, ma gli effetti dei segnali ambientali sono limitati. L'acqua salina influenza una serie di funzioni fisiologiche durante l'ontogenesi larvale precoce dei pesci e può influenzare il metabolismo degli FA, in modo che le larve siano maggiormente in grado di convertire gli acidi grassi non essenziali in acidi grassi essenziali e quindi abbiano un minor fabbisogno di acidi grassi essenziali forniti dal cibo (Fig. 3).

Risultati di un esperimento con larve di lucioperca alimentate con diverse fonti di acidi grassi non essenziali e allevate a tre diverse salinità (0, 5 e 10 ppt) hanno mostrato che la salinità non aveva alcun effetto sulle prestazioni di crescita delle larve. Le larve possedevano una marcata specificità per incorporare ed esterificare gli acidi grassi essenziali Ω-3, in particolare l'ARA (acido arachidonico), EPA (acido eicosapentanoico) e DHA (acido docosaesanoico) in lipidi. La salinità non ha avuto alcun effetto sulla capacità delle larve di esterificare e incorporare precursori di PUFA insaturi e quindi di biosintetizzare classi lipidiche contenenti acidi grassi essenziali. Uno stress test di confinamento ha causato un'elevata mortalità acuta in tutti i gruppi (50-70%), tuttavia significativamente più basso per un gruppo di controllo dato alti livelli di acidi grassi essenziali Ω-3. La prevalenza di gravi anomalie scheletriche era generalmente elevata, interessando oltre il 75% della popolazione larvale con effetti negativi per aumento della salinità.

Si raccomanda che i grassi essenziali Ω-3 (EPA + DHA) siano forniti nelle diete delle larve di lucioperca per il normale sviluppo e per ridurre la sensibilità allo stress. I risultati hanno evidenziato un'elevata incidenza di deformità e una maggiore incidenza a salinità più elevate.

Allevamento di larve

Finora diverse strozzature hanno influenzato il ridotto successo dell'allevamento larvale di lucioperca. Sono stati identificati tre principali colli di bottiglia:(1) elevata mortalità dovuta principalmente al cannibalismo, (2) alto tasso di deformità e (3) una grande eterogeneità tra coorti di larve a vari stadi di sviluppo ontogenico. Utilizzando un sistema di allevamento larvale su scala pilota (RAS, dieci serbatoi da 700 litri, Fig. 4) e sulla base dei protocolli esistenti utilizzati dalle PMI, esperimenti successivi sono stati condotti utilizzando disegni fattoriali (4 fattori testati con 8 unità sperimentali) che sono metodi efficienti per ottimizzare con successo i protocolli larvali. Tale metodologia consente (i) di integrare gli effetti di ciascun semplice fattore testato e le interazioni tra di essi, (ii) classificare e valutare gli effetti indotti da fattori o interazioni, (iii) identificare rapidamente una combinazione ottimale di fattori che aumentano la sopravvivenza delle larve, e (iv) stabilire una prima modellizzazione del complesso determinismo multifattoriale delle variabili di output. Questo metodo è già stato applicato con successo nella larvicoltura ittica. Il nostro obiettivo era quello di studiare successivamente gli effetti dell'ambiente, variabili nutrizionali e di popolazione. Per ogni esperimento, la scelta di questi fattori è stata un compromesso tra i dati disponibili in letteratura e i vincoli del nostro sistema (ovvero l'impossibilità di variare la temperatura in ciascun serbatoio). Da ogni esperimento, in base ai risultati ottenuti, i fattori e le modalità più influenti sono stati conservati e integrati nell'esperimento successivo al fine di ottimizzare il protocollo.

Effetti dei fattori ambientali:gli effetti dell'intensità della luce (5 o 50 lx), tasso di rinnovo dell'acqua (50 o 100% all'ora), sono stati studiati la direzione della corrente dell'acqua (al fondo o alla superficie della vasca) e il tempo di pulizia della vasca (mattina o pomeriggio). Il disegno sperimentale multifattoriale si è basato sull'applicazione di 8 combinazioni di fattori. Dalla progenie di un riproduttore domestico 500, 000 larve appena schiuse (<1 dph) sono state ottenute dalla PMI Asialor (Pierrevillers, Francia). Successivamente le larve sono state distribuite in 8 vasche (62, 500 per serbatoio, 90 larve L-1), dove la temperatura dell'acqua è stata inizialmente mantenuta a 15-16°C. Il fotoperiodo è stato fissato a 12 h di luce e 12 h di buio con un progressivo aumento dell'intensità luminosa (da 0 a 5 o 50 lx) dalle 07:30 alle 08:00 e una diminuzione dell'intensità luminosa (da 50 o 5 a 0 lx) dalle 19:30 alle 20:00. La temperatura aumentava progressivamente di 1°C al giorno fino a 20°C. La frequenza di alimentazione era un pasto ogni 1,5 ore durante il periodo di luce. L'ossigeno disciolto è stato mantenuto al di sopra di 6 mg L-1.

In questo esperimento (39 giorni), è stato dimostrato che i giovani svezzati di 0,50±0,06 g di peso corporeo medio possono essere prodotti in 5 settimane, ma i tassi di sopravvivenza (0,3-2,6%) erano molto bassi. Finalmente, sembra che un ingresso d'acqua sul fondo della vasca sia meglio per ridurre l'eterogeneità dimensionale. Considerando i risultati di crescita, si consiglia di applicare un'intensità luminosa di 50 lx, un tasso di rinnovo dell'acqua del 100%, una pulizia della vasca nel pomeriggio e un'immissione dell'acqua al livello inferiore. Secondo il comportamento, questo primo esperimento ci ha permesso di sapere che è possibile determinare la 'personalità' sui giovani di lucioperca e magari evidenziare in un futuro esperimento il legame tra personalità e cannibalismo.

Effetti dei fattori nutrizionali:è stato effettuato un secondo esperimento (53 giorni) per valutare gli effetti di quattro fattori di alimentazione:il momento dell'inizio dello svezzamento (a 10 o 16 giorni all'ora), il metodo di distribuzione del cibo (continuo o discontinuo durante il periodo di illuminazione), l'attuazione o meno di un approccio di co-alimentazione (6 giorni prima dello svezzamento) e la durata dello svezzamento (3 o 9 giorni). larve (240, 000, 30, 000 larve per vasca ca. 43 larve L-1) sono state ottenute dalla PMI Asialor (Pierrevillers, Francia). I risultati suggeriscono, che un inizio più tardivo e una durata più lunga dello svezzamento seguita da un'alimentazione discontinua miglioreranno la sopravvivenza delle larve, crescita e ridurre le deformità nelle popolazioni di lucioperca.

Effetti dei fattori di popolazione:testato un terzo esperimento (52 giorni), gli effetti della densità iniziale delle larve (50 o 100 larve L-1), smistare i maglioni di pesce (sì o no), allevamento gruppo larvale fratello o non fratello (larve da una o due femmine) e peso della femmina (<2,8 kg o> 3,3 kg). larve (420, 000) sono stati ottenuti dalla SARL Asialor (Pierrevillers, Francia) e trasferito alla piattaforma sperimentale UL (UR AFPA, Vandœuvre-lès-Nancy, Francia). I risultati ottenuti nelle strutture larvali della piattaforma suggeriscono che la maggiore biomassa finale potrebbe essere correlata ad una maggiore densità di larve iniziale (100 larve L-1) e all'utilizzo di larve fornite da femmine più grandi, ma indipendentemente dallo smistamento dei ponticelli e dall'uso della popolazione di pari livello.

Identificazione di combinazioni ottimali di fattori

Secondo i migliori risultati ottenuti negli esperimenti precedenti, è stata proposta una combinazione ottimale di fattori (Tabella 1) per migliorare l'allevamento delle larve di lucioperca e testata nello stesso sistema di allevamento utilizzando 7 repliche (52 giorni).

Le condizioni ambientali crescono

l'area di crescita, gli studi hanno identificato le condizioni ottimali per migliorare la crescita e il benessere del lucioperca in acquacoltura e hanno caratterizzato gli effetti dei principali fattori zootecnici e ambientali sulla crescita e sullo stato fisiologico di questa specie. un esperimento di screening, otto fattori considerati rilevanti per il benessere del lucioperca sono stati confrontati in due modalità utilizzando un disegno multifattoriale frazionario (28-4). Ogni unità sperimentale rappresentava una combinazione di otto fattori in due modalità che includevano la classificazione, densità di allevamento (15 vs 30 kg/m3), tipo di alimentazione (flottante vs affondante), intensità luminosa (10 contro 100 lux), spettro luminoso (rosso vs bianco), fotoperiodo (lungo vs corto), ossigeno disciolto (60 vs 90%) e temperatura (21 vs 26°C). Il campionamento dei pesci è avvenuto nei giorni 36 e 63. Indicatori di stress – glucosio, sono stati valutati il ​​cortisolo e l'attività serotoninergica cerebrale, nonché i cambiamenti nelle attività immunitarie umorali e nell'espressione genica immunitaria nel rene. L'intensità della luce e il tipo di alimentazione sono apparsi chiaramente come fattori direttivi per la coltura del lucioperca (Fig. 5). L'utilizzo di un mangime affondante ha portato ai migliori risultati in termini di peso individuale finale, il tasso di crescita specifico e l'eterogeneità ponderale. L'elevata intensità della luce ha influito sulla sopravvivenza. L'influenza principale sullo stato fisiologico e immunitario è stata imposta dalle caratteristiche della luce, compresa l'intensità, spettro e fotoperiodo, così come la temperatura.

Lucioperca è sensibile al suo ambiente luminoso. La sua preferenza per gli ambienti bui è spiegata da adattamenti specifici della sua retina, compreso un tapetum lucidum che è uno specifico tessuto anatomo-istologico che amplifica notevolmente la sensibilità dell'occhio alla luce. È stato dimostrato che l'intensità della luce e i colori della luce possono entrambi influenzare la visione di varie specie di pesci, influenzando l'assunzione di cibo, riproduzione, crescita e persino sopravvivenza. È quindi essenziale mantenere i pesci in un ambiente luminoso ottimale. Però, gli effetti della luce ambientale, compresa l'intensità della luce e lo spettro luminoso, sulla fisiologia e l'immunità del lucioperca, e più in generale di teleostei, sono scarsamente documentati. E considerando i risultati dell'esperimento multifattoriale, è stato eseguito un esperimento in vivo per convalidare e approfondire ulteriormente gli effetti dell'intensità della luce e degli spettri luminosi sullo stato di stress, risposta immunitaria innata umorale e profili di espressione di geni immuno-rilevanti nel lucioperca.

Uno stock di 1000 giovanili di lucioperca è stato distribuito in 24 vasche al coperto da 100 litri di un sistema di acquacoltura a ricircolo. Dopo un'acclimatazione di 30 giorni in condizioni costanti (spettro:bianco; intensità luminosa alla superficie dell'acqua:10 lx; ​​fotoperiodo:12L (8:00-20:00)/12D) sono state applicate nuove condizioni di luce, con sei serbatoi per condizione sperimentale:10-lx bianco; 10-lx rosso; 100-lx bianco; e 100 lx rosso. L'intensità della luce è stata misurata sulla superficie dell'acqua e gli spettri includevano un bianco (bianco industriale - Osram, bianco freddo 840 Lumilux) e un colore rosso (filtro rosso, 610nm; Loomi). I campioni si sono verificati durante la scotofase alle 04:00 e la fotofase alle 16:00, sia al giorno 1 che al giorno 30. Per evitare eventi stressanti ripetitivi sui pesci e potenziali artefatti sui risultati, Ad ogni campionamento sono stati assegnati 12 serbatoi (tre per condizione).

I risultati hanno definito che l'uso di un'elevata intensità luminosa è stato seguito da stress a lungo termine e da una soppressione immunitaria. Lo spettro luminoso ha solo poche influenze. Inoltre, i risultati hanno dimostrato che uno stato di stress elevato può aver avuto un impatto sulla produzione e sulla secrezione di melatonina da parte dell'organo pineale. Il calo della melatonina circolante e l'aumento dello stato di stress possono essere entrambi coinvolti nella soppressione immunitaria.