Садчиков А.П.
Садчиков А.П. Культивирование водных и наземных беспозвоночных (принципы и методы). – М.: Изд-во МАКС Пресс, 2009. 272 с. ISBN 978-5-317-02931-9
Садчиков А.П. Биотехнология культивирования водных беспозвоночных. – М.: Изд-во МАКС Пресс, 2008. 160 с.
Среди жаброногих раков наиболее известной является артемия. Артемия – очень древние существа, обитают на планете уже 195 млн. лет, существенно не изменяясь. Это настоящие живые ископаемые. Артемия населяет морские и континентальные водоемы с диапазоном солености от 20 до 340‰ (промиля – это количество граммов соли в одном литре воды). При этом она выдерживает не только высокие концентрации поваренной соли, но и кислую, и щелочную среду. В некоторых водоемах артемия является единственным представителем животного мира, поскольку никакие другие организмы не выживают при таких условиях.
Питаются рачки водорослями, бактериями, простейшими и различной взвесью (детритом). Способ питания – фильтрация. При недостатке планктона рачки взмучивают ножками донный ил, и затем отфильтровывают его.
В оптимальных условиях самка артемии откладывает яйца с тонкой оболочкой, которые развиваются в выводковом мешке и наружу выходят уже активные личинки – науплиусы. При неблагоприятных условиях формируются яйца с прочной многослойной оболочкой. Именно эти яйца способны выдерживать суровые условия в течение длительного времени.
Жизнь во временных периодически высыхающих или промерзающих водоемах определила специфические черты биологии этих рачков, полезные для искусственного разведения. Одним из важных биологических особенностей является высокая плодовитость, способность переносить неблагоприятные факторы среды и способность существовать при высоких плотностях. При массовой откладке покоящихся яиц становится возможным их сбор для получения корма на ранних стадиях развития рыб. Наиболее доступными для сбора являются покоящиеся яйца жаброногого рачка Artemia salina, обитающего в ультрагалинных водоемах. Науплии артемий размером 0,4 мм являются хорошим кормом для личинок разных видов рыб. Этот рачок широко распространен в ультрагалинных водоемах побережья Черного, Азовского, Каспийского морей, в соленых озерах Западной Сибири, Алтайского края и Дальнего Востока.
Наиболее удобным для культивирования является Artemia salina, хотя некоторые специалисты считают, что этот вид вымер (водоем, в котором он обитал, высох). В России известно более 50 рас A.salina, различающиеся по морфологическим, физиологическим и биохимическим показателям и представляющих один полиморфный вид. За рубежом чаще всего используют название Artemia parthenogenetica (Barigozzi 1974, Bowen and Sterling 1978), который обитает в Европе, Африке, Азии, Австралии. Или же – Artemia species Pilla and Beardmore 1994, который является космополитом, обитает везде, кроме Африки. Название «species» свидетельствует о том, что для данного вида систематика разработана не полностью.
Размер A.salina достигает – 12-15 мм. На брюшке самки находится яйцевой мешок, где развивается яйца и молодь.
Эмбрионы в покоящихся яйцах переносят самые неблагоприятные условия. В лаборатории яйца охлаждали до температуры -200°C. Другие яйца ненадолго опускали в кипяток. Тем не менее, из этих яиц все же вылуплялись науплиусы. Яйца, пролежавшие более 50 лет в ящике, могут ожить в соответствующих условиях. Не исключено, что даже тысячелетия спустя некоторые зимние яйца остаются жизнеспособными. Зимние яйца артемий могут более года сохранять жизнеспособность при отсутствии кислорода. При этом процент выхода молоди из таких яиц остается достаточно высоким.
Артемии хорошо адаптированы к суточным и сезонным колебаниям неблагоприятных факторов среды. Это позволило им расселиться по всему земному шару и образовывать популяции с высокой численностью. Но отсутствие каких-либо защитных приспособлений позволяет им существовать лишь в местах, лишенных хищников. В морях они не встречаются, обитают в основном в небольших водоемах.
Таким водоемами для артемии являются мелкие соленые водоемы (озера, лужи, лагуны), в которых отсутствуют их хищники. Нижняя граница солености, при которой встречается в естественных условиях артемия, является пределом солевой устойчивости ее врагов.
В местах обитания артемии концентрация солей обычно от 10-20‰ до 180-220‰ и более. В лабораторных условиях артемия живет и при значительном опреснении, даже в пресной воде. Это делает ее удобным объектом для скармливания в живом виде пресноводным рыбам.
Для выклева науплиусов, их роста, формирования молоди и существования живородящих самок наиболее благоприятна соленость 30-80‰. Откладка диапаузирующих яиц происходит наиболее интенсивно при солености воды выше 90‰.
Под влиянием солености A.salina образует различные морфологические расы, характеризующиеся изменением общей длины тела, соотношения длины и ширины, морфологическими особенностями различных выростов. Это приводит к большой путанице в систематике рода Artemia.
Жаброноги выдерживают значительный дефицит кислорода и могут нормально существовать при его концентрации 1-2 мг/л. В этом случае рачки приобретают красный цвет, что связано с повышенным содержанием гемоглобина в крови. Нижней летальной границей для взрослых артемий является концентрация кислорода 0,17 мг/л. Молодь артемии также выносит существенное понижение содержания кислорода. Оптимальное содержание кислорода для артемии на ранних стадиях жизни около 6-8 мг/л. В период формирования зародыша требуется повышенное содержание кислорода, на дыхание и окисление запасных питательных веществ.
Артемия относится к летним формам, т.к. развитие их яиц и созревание рачков происходит при умеренных и высоких температурах. Артемия теплолюбива и не живет ниже 5оС. Оптимальная температура для нее 25-27оС. Температуру выше 30оС артемия переносит достаточно легко и даже может существовать при 35-37оС.
Жаброноги раздельнополы. У артемии яйцевой удлиненный мешок. На свободном конце мешок имеет отверстие, через которое выбрасываются яйца или развившиеся науплии.
В естественных водоемах артемия представлена несколькими расами. Среди существующих популяций артемий одни размножаются половым путем, другие – партеногенетически (т.е. без участия самцов). В этом случае развиваются только самки. У некоторых самок развитие яиц может полностью протекать в яйцевом мешке, и в среду выметываются не яйца, а молодь на стадии науплия. Живорождение наблюдается как при половом, так и партеногенетических способах размножения. При ухудшении условий среды самки прекращают живорождение и откладывают яйца, покрытые плотной коричневой оболочкой. Чередование живорождения и яйценошения может протекать неоднократно в течение жизни у одной и той же самки.
У артемий различают два типа яиц:
– летние, или тонкоскорлуповые, развивающиеся без оплодотворения;
– толстоскорлуповые, нуждающиеся в оплодотворении.
Последние могут формироваться как летом (при заметном изменении факторов среды), так и в конце лета и осенью.
Одна самка может давать в среднем до 170 яиц или науплиусов за одну кладку и около 30 кладок в течение своей жизни.
***
Существуют несколько режимов содержания артемий, позволяющих регулировать способ размножения.
В среде поддерживается благоприятное содержание кислорода. Рачки при этом не вырабатывают гемоглобина и окрашены в бледно-розовый или желтоватый цвет. При питании водорослями они становятся зеленые. Продуцируемые яйца имеют тонкую бесцветную оболочку, и размножение чаще всего происходит живорождением.
В среде наблюдаются низкие концентрации кислорода. Это обусловлено наличием больших количеств органического вещества. Питание рачков осуществляется за счет бактерий, детрита, дрожжей и т.д. при полном исключении водорослевого корма. В этом случае рачки синтезируют гемоглобин, в результате чего тело окрашивается в красный цвет. Рачки размножаются живорождением.
Содержание кислорода в среде низкое. Питание – за счет зеленых водорослей. Рачки синтезируют гемоглобин, который в присутствии хлорофилла выводится из организма при помощи скорлуповой железы. Секрет железы, имеющий коричневую окраску, идет на построение плотной оболочки яиц. Самки переходят к яйценошению. Самцы и неполовозрелые самки окрашены в коричневый цвет (в результате смешения в крови двух пигментов – красного гемоглобина и зеленого хлорофилла). Взрослые самки становятся коричнево-зеленые.
В природных условиях каждая самка откладывает от 7 до 80 яиц или науплиусов с интервалом от 3 до 11 дней. С повышением солености водоема происходит снижение интенсивности размножения.
Яйца артемий мелкие, диаметр 0,20 мм, а масса от 2,8 до 4,0 мг. При живорождении полное развитие яиц заканчивается за 5-6 дней, после чего их оболочка разрывается, и из мешка самок выходят науплии. Покоящиеся яйца имеют плотную оболочку, масса которой составляет 1/3 массы всего яйца.
Покоящиеся яйца (в сухом состоянии) могут не терять жизнеспособность в течение нескольких лет. Попадая вновь в воду, они способны к дальнейшему развитию. Чтобы прервать диапаузу, яйца артемии, предварительно должны быть высушены или находиться в условиях повышенной солености. Развитие эмбриона завершается через 24-38 часов после погружения сухих яиц в воду. Яйца артемии не всегда проклевываются при первом «обводнении», даже если условия оптимальны. Некоторые яйца нуждаются в неоднократном повторении цикла – «сухо-мокро».
Артемия продуцирует и такие яйца, которые развиваются сразу после их попадания в среду, без прохождения стадии диапаузы и высушивания. Вылупившиеся из яиц рачки находится на стадии науплиуса. Они имеют нерасчлененное тело, окрашенное в ярко-красный цвет, который определяется значительным содержанием каротиноидов в жировых каплях, обильно рассеянных в теле рачка. Науплии быстро развиваются и переходят в Ι и ΙΙ стадии метанауплиусов, расходуя резервы желтка. В течение следующих 7-10 дней жизни рачки проходят ΙΙΙ и ΙV метанауплиальные стадии, различающиеся степенью сегментации тела, преобразованием второй пары антенн и появлением грудных ножек. Длина их тела за этот период увеличивается от 0,5 до 2,5-4,0 мм.
По мере роста рачки утрачивают красную окраску и становятся бледно-розовыми и желтоватыми. При наступлении ювенильной стадии при длине тела 5-6 мм артемии принимают облик взрослых особей. Половозрелыми рачки становятся в возрасте 20-35 дней при длине тела 8-10 мм. В дальнейшем рост рачков замедляется. Максимальные размеры имеют старые особи, которые достигают длины 15-16 мм и массы 6-7 мг.
Рост артемии сопровождается линьками. Всего от яйца до половозрелого состояния рачки проходят 15 стадий, соответственно, столько раз и линяют.
Наиболее интенсивно рачки растут при температуре 20-27оС. При 10оС рост замедляется и прекращается уже на 11-й день жизни. Интенсивность роста артемий также замедляется с повышением солености воды. Темп роста рачков также определяется условиями питания.
У артемии – фильтрационный тип питания. Фильтрационный аппарат жаброногов задерживает любые частицы, имеющие органическое и неорганическое происхождение. Питаются они различными одноклеточными водорослями, простейшими, бактериями. Потребление пищи увеличивается по мере повышения концентрации пищевых частиц в среде, однако существует определенный предел, выше которого рачки не способны увеличивать интенсивность питания.
При высокой концентрации корм и возрастающей величине рациона снижается усвояемость пищи. При недостатке корма у артемии резко снижается скорость роста и развития, сокращается количество продуцируемых яиц, нарушается ритм кладок, снижается продолжительность жизни, снижается темп роста рачков.
Химический состав тела жаброногов изменяется с возрастом. Половозрелые рачки отличаются значительным содержанием зольных элементов, тогда как у науплиусов количество золы значительно ниже и совсем мало ее в яйцах.
Артемия отличается высоким и относительно стабильным содержанием в теле белка – до 50-60% от сухой массы рачка, значительным уровнем незаменимых аминокислот, гормонов, каротиноидов, витаминов, ценных непредельных жирных кислот. Количество жира достигает 16-18%, 10-12% углеводов и 18-20% зольных элементов. Науплиальные стадии характеризуются высоким содержанием жира. Химический состав артемий во многом зависит от качества корма и условий обитания.
На африканском континенте некоторые народы используют артемий в пищу, перерабатывают их в питательную пасту. Так же как мы используем в пищу океанический криль.
***
Науплиусы артемии используются для кормления личинок рыб в качестве стартового корма. Интерес к артемии обусловлен некоторыми особенностями ее биологии, прежде всего – исключительно быстрым ростом: за две недели при благоприятных условиях обитания рачки увеличивают длину в 20 раз, а массу в 500 раз. Большое значение имеет ускоренное половое созревание и высокая плодовитость. Уже через 20-30 суток рачки становятся половозрелыми. Артемия может обитать при экологических условиях, непригодных для жизни других животных.
Биотехника разведения артемий или массового получения науплиусов требует массового сбора яиц. Этот процесс включает в себя следующие основные этапы: заготовка и очистка яиц, их хранение, активация и инкубация. Эти процессы тесно связаны между собой и представляют единый технологический процесс. В США, к примеру, начиная с 50-х годов, яйца артемии в больших количествах собирают на нескольких соленых озерах штата Юта (в том числе на оз. Mono Lake). Это происходит с июля по сентябрь. Тонны яиц отправляются в рыборазводни и оптовым торговцам по всему свету.
Основным фактором, влияющим на массовую откладку рачками покоящихся яиц, является увеличение солености воды за пределы оптимума. С момента массового появления диапаузирующих яиц в природных водоемах становится возможным их сбор. Вылов яиц из воды можно осуществлять, начиная со второй половины лета, все осенние и зимние месяцы, а также ранней весной до прогревания воды до 10-14оС, когда происходит выклев первых науплиев. Однако наилучшим временем сбора яиц артемии является осень.
Под действием ветра, высокой концентрации солей, течений, в зависимости от конфигурации береговой линии яйца могут концентрироваться в прибрежье, как в толще воды, так и на поверхности (в виде лент, пятен) или выбрасываться на берег, образуя скопления. Эти скопления за счет волновых процессов могут снова рассеиваться по акватории озера или смываться с берегов.
Сбор яиц непосредственно на берегу не представляет большой сложности. Наиболее доступны для заготовки многолетние мощные выбросы яиц. Однако в этом сырье очень низкий процент хороших яиц (всего 1-2%). Большую его часть составляет мусор, песок, пустые оболочки и отмершие яйца.
Яйца из свежих береговых выбросов или из толщи воды намного чище; количество живых яиц в них составляет 80-95% общей их массы. Свежие выбросы следует искать на пологих подветренных берегах; особенно много яиц скапливается в естественных ловушках (косы, небольшие заливы, бухты). Выбросы яиц обычно имеют вид полосы, расположенной параллельно береговой линии. Свежие выбросы легко отличить от старых по цвету. Первые имеют желтовато-розовую окраску, вторые – серую или коричневую.
Прежде чем приступить к заготовке яиц, следует определить степень их доброкачественности. Следует иметь в виду, что мертвые яйца и нераскрошившаяся скорлупа даже при осмотре под лупой схожи с доброкачественными яйцами.
Обычно применяют три способа экспресс-метода определения качества сбора:
-
Яйца раздавливают между предметными стеклами и рассматривают в лупу (увеличение в 10-15 раз) их содержимое. Наличие жирных пятен указывает, что яйца живые. Неопытный сборщик может спутать такие яйца с пятнами, оставшимися при раздавливании скорлупы яиц, заполненной вязким светлым илом.
-
Часть яиц опускают в прозрачный сосуд (пробирка, стакан) с пресной водой. Пустая скорлупа всплывает к поверхности, а доброкачественные яйца опускаются на дно. Недостаток способа заключается в том, что заполненные илом скорлупки также опускаются на дно сосуда и при значительном количестве могут внести соответствующую ошибку в результаты анализа.
-
Небольшое количество яиц, зажимают между подушечками двух пальцев, затем делают несколько перетирающих движений. Яйца просматривают непосредственно на пальце через лупу. Если материал скатывается в веретенца или рассыпается на чешуйки – сбор недоброкачественный, если же он остался в виде отдельных яиц – доброкачественный.
Свежие яйца из выбросов на берегу осторожно собирают совочком, стараясь не захватывать грунт. Собирать яйца на воде можно сачками разных размеров и иных конструкций (имеется много различных приспособлений).
Для очистки яиц артемии от механических примесей предложено несколько устройств. Большинство из них сводится к подбору различных сит, последовательно задерживающих сначала грубые, потом мелкие примеси и на последнем этапе задерживающие яйца вместе с близкими к ним по размеру примесями.
Необходимо иметь в виду, что механический способ очистки яиц артемии даже при рациональном подборе сит не обеспечивает удаление всех нежелательных примесей. В яйцах, очищенных таким способом, остаются близкие к ним или идентичные по размеру примеси, такие как, пустые скорлупки, песчинки и др. Степень очистки яиц во многом зависит от засоренности исходного материала. У яиц, собранных непосредственно в воде, степень чистоты будет наибольшая, у яиц из старых выбросов на берегу – наименьшая.
Собранные в мешки и вытащенные на берег яйца могут храниться в таком виде не более 1-2 суток. В этот момент яйца необходимо предохранять от попадания пресной воды (к примеру, в виде дождя). Наличие больших количеств примесей (органического происхождения) приводит к саморазогреванию содержимого мешка.
После механической очистки по размеру применяют разделение по удельной массе в пресной и соленой воде. В пресной воде легкие пустые скорлупки всплывают наверх, а яйца и частицы песка оседают на дно. В соленой воде живые яйца всплывают в верхние слои воды, а песок оседает на дно.
Производить очистку яиц артемии пресной и соленой водой можно в любых емкостях. Наиболее удобны для этих целей аппараты Вейса, изготовленные из органического стекла. В них можно визуально фиксировать момент разделения фракций и удобно изымать отделившуюся фракцию через нижнее сливное отверстие. Затем воду с яйцами сливают в мешок из сита и после этого высушивают. В промышленных масштабах для обработки яиц используют баки и другие большие емкости. Сочетание механической очистки и очистки по удельной массе позволяет получать достаточно чистые свободные от примесей яйца.
Яйца, собранные летом и осенью, дают без специальной обработки только 3-5% выклева, несмотря на высокое содержание в них живых эмбрионов. Всхожесть яиц, собранных в естественных водоемах ранней весной (до массового выклева науплиусов), бывает сравнительно высокой, и достигает 60-70%, однако при их хранении процент выклева резко снижается.
Способность покоящихся яиц давать высокий процент выклева при инкубации зависит от условий хранения. Хранение большого количества покоящихся яиц целесообразно проводить в сухом виде. В этом случае процент живых эмбрионов в течение полутора лет не снижается. После активации отмечался чуть ли не 100%-ный выклев науплиусов от общего количества живых яиц.
Высушивание очищенных яиц артемии производится в помещении с принудительным воздуховодом. Сушку производят либо в барабанных сушилках, либо разложив яйца тонким слоем (1-1,5 см) на стеллажах. При сушке на стеллажах помещение оборудуют тепловентилляцией и вытяжкой, от которых теплый воздух подается к стеллажам. Температура воздуха не должна превышать 40оС. В процессе сушки необходимо ворошить яйца для обеспечения равномерного их высыхания. Процесс сушки на стеллажах длится, как правило, 1-2 дня. Влажность яиц не должна превышать 5%. При непродолжительном хранении допустимо увеличение влажности до 10%.
Высушенные яйца ссыпают в мешки из плотной материи и в таком виде хранят в сухом помещении при комнатной или более низкой температуре.
Активация яиц артемии – основной момент биотехники массового получения науплиусов в рыбоводных целях. Установлено, что активирующее действие на яйца оказывают свет, некоторые химические реактивы (сода, бура и др.), органические растворители – ацетон, бутанол, этиловый спирт и др.
Предложен метод повышения выклева яиц артемии путем декапсулирования их в растворе гипохлорита. Яйца артемии гидратируют в течение 1 часа в пресной или соленой воде, после чего помещают на 7-10 минут в 2,12%-ный раствор гипохлорита. После этого яйца промывают пресной или соленой водой для удаления остатков гипохлорита. Обработанные таким образом яйца в дальнейшем инкубируют в соленой или пресной воде.
Для инкубации яиц необходимо высокое содержание кислорода в воде, которое обеспечивается ее продуванием воздухом. Плотность загрузки инкубационных устройств при хорошей аэрации может достигать 10 г сухих яиц на 1 литр инкубационной среды.
Для инкубации яиц предложены различные способы и устройства. Наиболее пригодны для массовой инкубации аппараты (обычно стеклянные сосуды), в которых процесс инкубации и отделения выклюнувшихся науплиусов от скорлупы и яиц происходит в одной и той же емкости.
В качестве примера можно привести инкубатор, в котором отделение науплиусов от скорлупы и яиц происходит по разности удельных масс. Более легкая скорлупа всплывает к поверхности, непроклюнувшиеся яйца опускаются в нижние слои, а науплиусы плавают в толще воды в средней части инкубатора. Перед началом инкубации яиц сосуд заливают солевым раствором, близким к составу морской воды. После включения компрессора воздух по воздуховоду через диффузор поступает в воду в виде мелких пузырьков. Они помимо аэрации поддерживают яйца во взвешенном состоянии и не позволяют им опускаться на дно сосуда. В инкубатор закладывают яйца. После 48 ч инкубации и выключения компрессора скорлупа яиц всплывает на поверхность, непроклюнувшиеся яйца оседают на дно, а молодь рачков находятся в толще воды. При массовой инкубации яиц используют стеклянные сосуды объемом от 6 до 40 литров. Они обеспечивают хорошее перемешивание раствора и яиц.
А.П.Садчиков, профессор Московского государственного университета