Способ повышения устойчивости стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТАНДАРТНОЙ МОЛОДИ ОСЕТРОВЫХ РЫБ К ДЕФИЦИТУ КИСЛОРОДА(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Учреждение образования Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия(72) Авторы Барулин Николай Валерьевич Шалак Михаил Владимирович Плавский Виталий Юльянович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Учреждение образования Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия(56)1218504 А 1, 1992.1542 С 1, 1996.2035858 1, 1995.2172103 1, 2001. ШЕВЛЯКОВА Н.В. и др. Влияние перфтордекалина на эмбриогенез и выживаемость молоди осетровых рыб при моделировании гипоксии // Российский биомедицинский журнал(57) Способ повышения устойчивости стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода, основанный на стимулирующем действии лазерного излучения, отличающийся тем, что на эмбрионы осетровых рыб на стадии органогенеза воздействуют в непрерывном режиме поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 в течение 30-90 с. Изобретение относится к рыбоводству, а именно к способам выращивания молоди осетровых рыб, и может найти широкое применение как в технологии прудового, так и индустриального осетроводства. Известен способ воспроизводства и выращивания осетровых рыб, включающий содержание половозрелых производителей рыб в бассейнах с оптимальным гидрохимическим, кислородным, температурным режимами обитания, кормления, преднерестовое содержание производителей, получение икры и личинок 1. В случае дефицита растворенного в воде кислорода у заводской молоди может наблюдаться ряд морфологических отклонений 12355 1 2009.08.30 уродства головы микроцефалия (снижение размеров мозга) недоразвитость жабр дефекты органов обоняния и др. Как правило, такая рыба значительно отстает в размерновесовых показателях от нормально развивающихся особей. Для исключения дефицита кислорода в водной среде используют биологические методы поддержание численности фитопланктона на уровне с максимальной продукцией 2 (15-20 мг/л беззольного вещества) поддержание оптимальных для фитопланктона концентраций биогенных элементов - 0,5 мг/л фосфора и 2 мг/л азота регулирование уровня освещенности, фотопериода и спектрального состава света поддержание оптимальной для фотосинтеза температуры воды 2. Наиболее близким к заявленному способу является способ, основанный на периодических колебаниях освещенности во время выращивания золотой рыбки 3. В работе 3,выбранной нами в качестве прототипа, исследовано несколько режимов воздействия на рыбу в воде, обеспечивающих снижение объемов потребления кислорода рыбой а) непрерывное облучение лампами накаливания с освещенностью 400 лк б) облучение в колебательном режиме, при котором интенсивность освещения изменяется в диапазоне от 200 до 600 лк. Колебания освещенности осуществляются в автоматическом режиме путем включения и выключения части из используемых ламп накаливания другая часть ламп не выключается. Причем в колебательном режиме проанализировано несколько вариантов периода колебания освещенности 1 2 3 и 12 ч. Суммарная длительность варьирования освещенности - до 13 суток. Среднесуточное потребление кислорода, являющегося показателем интенсивности дыхания рыб, определяется электрометрическим методом прерванного потока. Согласно 3, в переменном световом режиме рыбы растут быстрее, уменьшают потребление кислорода и пищи, улучшают использование потребленной пищи на рост,снижают расход кислорода на прирост единицы массы тела, чем при стационарном облучении, хотя в том и другом случае среднесуточная освещенность составляет 400 лк. Выявлена реакция золотой рыбки на частоту колебания освещенности, а также на смену стационарного светового режима колебательным 3. Наиболее быстро процесс снижения скорости дыхания рыб (потребления кислорода) наблюдается, когда период колебания освещенности составляет 1 ч. С его увеличением до трех часов интенсивность дыхания снижается не столь быстро еще медленнее этот процесс протекает при 12-часовом периоде колебаний. Минимум потребления кислорода наступает при 1-часовом периоде через сутки после начала освещения в колебательном режиме при 3- и 12-часовом периоде колебаний - соответственно через 4 и 5 суток. Недостатком известного способа является его низкая эффективность. Так, максимальный фотобиологический эффект (регистрируемый по объему потребления кислорода рыбой) не превышает 129 . Кроме того, для повышения устойчивости рыб к недостатку кислорода продолжительность освещения в колебательном световом режиме должна составлять от 1 до 4-5 суток. При этом метод светового воздействия, основанный на сильном колебании интенсивности освещенности (интенсивность света колеблется в 3 раза от 600 до 200 лк), создает ряд неудобств обслуживающему персоналу. Задачей заявленного изобретения является получение жизнестойкого потомства, повышение эффективности искусственного воспроизводства и выращивания осетровых рыб,также оптимизация технологии товарной аквакультуры. Поставленная задача решается следующим образом. В способе повышения устойчивости стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода, основанном на стимулирующем действии оптического излучения, на стадии органогенеза на эмбрионы осетровых рыб воздействуют поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра в непрерывном режиме с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности 2,90,2 мВт/см 2 в течение 30-90 с. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Увлажненную оплодотворенную икру возвратного гибрида бестера (стерлядьбестер (1 на стадии органогенеза подвергают воздействию поляризованного лазерного излучения. Облучение осуществляют с помощью аппарата лазерного терапевтического Сенс-815, созданного на базе полупро 2 12355 1 2009.08.30 водникового лазера. Излучение лазера расфокусируют линзой с фокусным расстоянием 18 мм таким образом, чтобы размер светового пятна соответствовал размеру монослоя облучаемой икры. Технические характеристики аппарата Сенс-815 обеспечивают возможность воздействия лазерным излучением в непрерывном (частота модуляции 0 Гц) и модулированном режимах при частоте модуляции 1 2 5 10 Гц. Мощность лазерного излучения после линзыконтролируют с помощью измерителя средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-3 С. Плотность мощности (в мВт/см 2) лазерного излучения, воздействующего на монослой, определяют по формуле Р/, где- средняя мощность лазерного излучения (в мВт)- площадь светового пятна (в см) на уровне монослоя икры. При воздействии лазерным излучением в непрерывном режиме и режиме модуляции средняя мощность излучения составляет Р 2505 мВт. Выравнивание средней мощности излучения в непрерывном и модулированном режимах осуществляют с панели управления аппаратом путем регулировки тока, протекающего через полупроводниковый лазер,и контролируют измерителем мощности ИМО-3 С. Для определения оптимального времени воздействия, оказывающего максимальный стимулирующий эффект на устойчивость стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода, облучение икры проводят в течение 30 60 90 180 300 600 с. Полученные зависимости стимулирующего действия лазерного излучения (, ) от времени воздействия для различных режимов модуляции излучения представлены на фигуре. На фигуре по оси абсцисс отложено время облучения (в с), а по оси ординат - величина стимулирующего действия лазерного излучения(2 к / 2 о)100 , где 2 к - пороговая концентрация растворенного в воде кислорода, вызывающая гибель стандартной молоди осетровых рыб, эмбрионы которой не подвергались воздействию лазерного излучения, то есть пороговая концентрация растворенного кислорода для контрольной группы 2 о - пороговая концентрация растворенного в воде кислорода, вызывающая гибель стандартной молоди осетровых рыб, эмбрионы которой на стадии органогенеза подвергались воздействию поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра, то есть пороговая концентрация растворенного кислорода для опытной группы. Причем кривая 1 на фигуре соответствует варианту воздействия на эмбрионы на стадии органогенеза непрерывным(частота модуляции 0 Гц) инфракрасным лазерным излучением 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2. Кривая 2 получена при облучении эмбрионов инфракрасным лазерным излучением 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2,модулированным по интенсивности с частотой 1 Гц кривая 3 - с частотой модуляции 2 Гц кривая 4 - с частотой модуляции 5 Гц кривая 5 - с частотой модуляции 10 Гц. Контрольные (интактные) образцы икры выдерживают в тех же условиях, что и опытные образцы. Количество икринок в опытной и контрольной группах составляет 300 шт. количество повторностей - 3. Статистическую обработку полученных данных проводят по стандартной методике с использованием пакета. Достоверность полученных данных оценивают по критерию Стьюдента. Температура икры в момент ее облучения лазером (а также в контрольных образцах) составляла 161 С. Икру после лазерного облучения помещают в уменьшенные образцы аппаратов Вейса,предназначенные для инкубирования оплодотворенной икры, где, достигнув завершения эмбрионального развития, происходил выклев предличинок. Каждые опытные и контрольные группы содержат в отдельных аппаратах Вейса. В процессе инкубирования икры обеспечивается постоянство гидрохимических условий. Выклюнувшихся предличинок переносят в отдельные садки для каждой исследуемой группы. Плотность предличинок составляет 5000 шт./м 2. Переход на активное питание происходит через 101 суток. При этом плотность посадки личинок сокращают в 2 раза и она составляет 2500 шт./м 2. В первые 10 дней после перехода на активное питание кормление осуществлялось науплиями 3 12355 1 2009.08.30 артемии и стартовыми комбикормами в соотношении 6040 в последующем - 100 сухими комбикормами. Кормление осуществляют каждые 2 часа. В период выращивания температура воды составляет 202 С. Контроль над гидрохимическим режимом осуществляют ежедневно. Достигнув 50 суток, стандартных для рыбопосадочного материала осетровых рыб, выращенных в заводских условиях, проводят тесты на устойчивость к дефициту кислорода. Определение пороговых концентраций осуществляют в двухлитровых емкостях с притертыми пробками, в которые вмонтированы свежеоткалиброванные электронные датчики на содержание кислорода Экотест-2000. Перед началом опыта определяют исходное содержание кислорода в воде, а затем в емкости помещают по 30 шт. стандартной молоди. При определении кислородного порога емкости помещают в аквариум с водой, чтобы избежать резких перепадов температуры. В момент наступления удушья каждой особи фиксируют концентрацию кислорода в воде. Критерием гибели молоди является остановка движения жаберных крышек. Установлено, что воздействие на эмбрионы осетровых рыб на стадии органогенеза поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 способно оказывать стимулирующее действие на устойчивость стандартной заводской молоди осетровых рыб к дефициту кислорода. В таблице приведены значения пороговых концентраций растворенного кислорода (в мг/л), вызывающих гибель стандартной молоди осетровых рыб, эмбрионы которой на стадии органогенеза не подвергались (контрольная группа) и подвергались(опытная группа) воздействию поляризованного лазерного излучения инфракрасной области спектра. Значения пороговых концентраций растворенного в воде кислорода (в мг/л),вызывающих гибель стандартной молоди осетровых рыб, эмбрионы которой на стадии органогенеза не подвергались (контрольная группа) и подвергались(опытная группа) воздействию поляризованного лазерного излучения инфракрасной области спектра с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 различных параметров Время Пороговая конРежим воздействия, частота облуче- центрация кимодуляции ния, с слорода, мг/л Контроль 0 2,130,02 Непрерывный,0 Гц 30 1,640,02 Непрерывный,0 Гц 60 1,400,01 Непрерывный,0 Гц 90 1,680,03 Непрерывный,0 Гц 180 1,770,02 Модулированный,1 Гц 180 1,800,02 Модулированный,2 Гц 300 1,720,04 Модулированный,5 Гц 300 1,630,04 Модулированный,10 Гц 60 1,780,02 Достоверность отличий от контроля Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Р 0,001 Из представленных данных следует, что облучение эмбрионов осетровых рыб на стадии органогенеза приводит к значительному снижению пороговых концентраций растворенного в воде кислорода, при которых наблюдается гибель стандартной молоди. Так, если в контрольной (необлученной) группе пороговая концентрация кислорода, при которой наблюдается гибель стандартной молоди осетровых рыб, составляет О 2 к 2,130,02 мг/л, то для группы рыб, эмбрионы которой подвергались воздействию непрерывного лазерного излучения с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 в течение 60 с, О 2 о 1,400,01 мг/л (достоверность отличий от контроля Р 0,001). 4 12355 1 2009.08.30 То есть гибель молоди, эмбрионы которой подвергалась воздействию оптического излучения,наблюдается при более низкой концентрации, чем у необлученных особей. Отметим, что при воздействии модулированного излучения с теми же параметрами (0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2) максимальное отличие от контроля наблюдается при 5 Гц,300 с. В данном варианте воздействия 2 о 1,780,02 мг/л (достоверность отличий от контроля Р 0,001). Таким образом, представленные данные свидетельствуют, что воздействие поляризованным лазерным излучением, как в непрерывном, так и модулированном режимах, на эмбрионы осетровых рыб на стадии органогенеза обеспечивает повышение устойчивости стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода. Величина стимулирующего эффекта устойчивости к дефициту кислорода зависит от времени и режима воздействия лазерным излучением. На фигуре приведены зависимости величины стимулирующего эффектаот времени воздействия на эмбрионы осетровых рыб на стадии органогенеза непрерывного лазерного излучения (частота модуляции 0 Гц), а также излучения, модулированного с частотой 1 2 5 10 Гц. Как следует из фигуры, кривая 1, максимальное повышение устойчивости к дефициту кислорода наблюдается при воздействии лазерным излучением в непрерывном режиме в течение 60 с и составляет 152,40,6(достоверность отличий от контроля Р 0,001). Увеличение или уменьшение времени воздействия в непрерывном режиме приводит к снижению стимулирующего эффекта. Так, при времени воздействия 30 с стимулирующий эффект составляет 129,73,1 , а при 90 с 136,72,9 . Из данных, показанных на фигуре кривая 1, следует, что дальнейшее увеличение времени облучения эмбрионов непрерывным излучением приводит к значительному сокращению эффекта стимуляции. Таким образом, при облучении эмбрионов осетровых рыб на стадии органогенеза поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра с длиной волны 0,810,02 мкм плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 максимальное стимулирующее действие устойчивости стандартной молоди к дефициту кислорода наблюдается при времени воздействия 30-90 с. Стимуляция устойчивости стандартной молоди осетровых рыб к дефициту кислорода наблюдается также и при воздействии модулированным лазерным излучением. Однако,как следует из фигуры во всех вариантах модулированного воздействия 1 Гц (кривая 2) 2 Гц (кривая 3) 5 Гц (кривая 4) 10 Гц (кривая 5) стимулирующий эффект значительно ниже, чем в непрерывном режиме. Обращает на себя внимание, что оптимальное время воздействия для стимуляции устойчивости к дефициту кислорода зависит от частоты модуляции. Так, если для непрерывного излучения (0 Гц) максимальный эффект стимуляции наблюдается для 60 с, то при частоте модуляции 1 Гц - для 180 с при 2 и 5 Гц - для 300 с а при 10 Гц - для 60 с. Таким образом, максимальное стимулирующее действие к дефициту кислорода при облучении оплодотворенной икры на стадии органогенеза поляризованным лазерным излучением инфракрасной области спектра с длиной волны 0,810,02 мкм наблюдается для немодулированного режима воздействия плотностью мощности Р 2,90,2 мВт/см 2 в течение 30-90 с. Отличительной особенностью заявляемого способа повышения устойчивости стандартной молоди рыб к дефициту кислорода является его значительно более выраженный стимулирующий эффект, чем у прототипа сокращение времени воздействия, а также возможность его применения как в технологии прудового, так и индустриального осетроводства. Действительно, если для прототипа максимальный стимулирующий эффект светового воздействия составляет 129 , то при использовании заявляемого способа 152,40,6 . При этом длительность воздействия для получения оптимального результата при использовании прототипа составляет не менее 1 суток, тогда как при применении заявляемого способа - 30-90 с. Следует также отметить, что поскольку воздействующее 5 12355 1 2009.08.30 излучение является инфракрасным, то его применение в условиях искусственного воспроизводства и выращивания молоди осетровых рыб не создает (в отличие от прототипа) неудобств обслуживающему персоналу. Отдаленные результаты показали, что использование заявленного изобретения позволяет получить жизнестойкое потомство, обладающее более высокой устойчивостью к дефициту кислорода и характеризующееся более высокими размерно-весовыми показателями по сравнению с необлученными особями. Таким образом, заявляемый способ позволяет обеспечить повышение эффективности искусственного воспроизводства и выращивания молоди осетровых рыб, а также оптимизацию технологии прудового и индустриального осетроводства. Источники информации 1. Патент РФ 2290791, МПК А 01 К 61/00, 2007. 2. Герасимов Ю.Л. Основы рыбного хозяйства. Учебное пособие. - Самара Издательство Самарский университет, 2003. - С. 21. - С. 44. 3. Константинов А.С., Зданович В.В., Пушкарь В.Я., Соловьева Е.А. Влияние колебаний освещенности на рост и энергетику золотой рыбки. // Известия РАН. Сер. биол. 2002. -2. - С. 209-213. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6