The effect of feeding with Acartia tonsa on the ontogeny of the skeleton and digestive system in greater amberjack (Seriola dumerili) and seabream (Sparus aurata) larvae

Abstract

The present work studied the effect on the ontogeny of the digestive system and the skeleton of feeding greater amberjack (Seriola dumerili) and gilthead seabream (Sparus aurata) with copepod nauplii (Acartia tonsa). Three main experiments were conducted during this study. The first experiment with greater amberjack was conducted in a marine hatchery where four cylindroconical tanks of 2,700 L were stocked with about 150 ×103 greater amberjack larvae in each. The larvae were initially fed from 3-17 DAH in two tanks with copepod nauplii and rotifers (Brachionus sp.) (Copepods group), while in the other two tanks, they were fed only with rotifers (Control group) during the same period. All the tanks were fed with rotifers (3-27 DAH), Artemia nauplii (12-22 DAH), enriched Artemia metanauplii (20-30 DAH), and formulated diet (25-40 DAH). The next two experiments were run in the Department of Biology at the University of Patras using tanks of 100 L. The tanks in both experiments were stocked with about 10×103 gilthead seabream eggs per tank. In the first gilthead seabream experiment, the larvae from the Control group (two tanks) were fed for the first time with rotifers on 4 DAH and until the end of the trial (17 DAH). In addition, Artemia nauplii were added from 13 to 17 DAH. The feeding protocol was the same in the Copepods group (two tanks) with the addition of nauplii of the copepod Acartia tonsa from 4 DAH and until the end of the experiment (17 DAH). In the second gilthead seabream experiment, three tanks were included in the Control group and three tanks in the Copepods group. Rotifers were used in both feeding protocols up to 25 DAH, newly hatched Artemia nauplii were used from 16 to 20 DAH and enriched Artemia metanauplii were used from 18 to 25 DAH. In the Copepods group, the larvae were fed also with nauplii of Acartia tonsa from 3 to 17 DAH. In both gilthead seabream experiments, from day 2 we applied the green water technique. For all three experiments, samples were taken regularly for histological analysis, while for the greater amberjack and second gilthead seabream trial fish were sampled also for skeletal analysis. In the greater amberjack trial, pyloric caeca appeared earlier in the Copepods group compared with the Control, while the length and surface of the villi, the abundance of goblet cells/100 μm of intestine length, and the area covered with lipid vacuoles in the liver were significantly higher in the Copepods group (p<0.05). In both gilthead seabream trials, the length and surface of the villi as well as the fat accumulation in the liver was higher in the copepod-fed fish (p<0.05). In addition, in the second experiment, only the fish from one of the three tanks of the Control group had goblet cells in the intestine on DAH 24, while on the same day, in the fish from all the tanks from the Copepods group the goblet cells emerged. Therefore, the fish from the Copepods group had a larger area for digesting food and absorbing nutrients due to the larger villi in terms of both length and surface and the early appearance of pyloric caeca in the case of greater amberjack. The increased number of goblet cells and, by extension, the produced mucus in the copepod-fed larvae, also contributed to easier digestion and more efficient absorption of nutrients from the food. The mucus also amplified their immune system and combined with the higher percentages of stored fat in the liver, protected the fish from periods of poor nutrition, such as the weaning period. The reduction of the fat accumulation in the liver of the fish from the Copepods group during the last two samplings could be explained by its use for body growth and is reflected in the significantly higher total length of those fish. Regarding the osteological analysis, in greater amberjack, most of the structures (both membranous and replacement bones) appeared and completed their formation earlier in the fish from the Copepods group. In addition, all the chosen structures completed their calcification earlier in the Copepods group. In the gilthead seabream trial, all the chosen structures appeared and completed their formation earlier in the Copepods group and the only completely calcified structure (the cleithrum in the pectoral fins) was observed exclusively in copepod-fed fish. In both species, the number of skeletal deformities was significantly lower in the Copepods group (p<0.05). Furthermore, in the greater amberjack trial, more severe deformities in the vertebral column and the caudal fin were observed in the Control group, while in the gilthead seabream trial, the number of the fish with successfully inflated swim bladder was significantly lower in the Control group (p<0.05). The high nutritional value of copepods had significant positive effects on the ontogeny of the digestive system and the skeleton as well as the number and severity of skeletal deformities both in a fast-growing species such as greater amberjack as well as in a species with slower growth rates such as gilthead seabream.

Η παρούσα εργασία μελέτησε την επίδραση της χρήσης κωπηπόδων Acartia tonsa στην οντογένεση του πεπτικού συστήματος και του σκελετού του μαγιάτικου (Seriola dumerili) και της τσιπούρας (Sparus aurata). Κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης πραγματοποιήθηκαν τρία κύρια πειράματα. Το πρώτο πείραμα με μαγιάτικο διεξήχθη σε εκκολαπτήριο όπου σε τέσσερις κυλινδροκωνικές δεξαμενές των 2.700 L τοποθετήθηκαν περίπου 150 × 103 αυγά στην κάθε μία. Οι ιχθυονύμφες των δύο δεξαμενών ταΐστηκαν αρχικά από την ημέρα 3 μέχρι την ημέρα 17 μετά την εκκόλαψη (DAH) με ναύπλιους κωπηπόδων και τροχόζωα (Brachionus sp.) (ομάδα Copepods), ενώ την ίδια περίοδο στις άλλες δύο δεξαμενές ταΐστηκαν μόνο με τροχόζωα (ομάδα Control). Όλες οι δεξαμενές ταΐστηκαν με τροχόζωα (3-27 DAH), ναύπλιοι Artemia (12-22 DAH), εμπλουτισμένες μεταναύπλιοι Artemia (20-30 DAH) και ξηρά τροφή (25-40 DAH). Τα επόμενα δύο πειράματα διεξήχθησαν στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών χρησιμοποιώντας δεξαμενές των 100 L. Στις δεξαμενές και στα δύο πειράματα προστέθηκαν περίπου 10×103 αυγά τσιπούρας ανά δεξαμενή. Στο πρώτο πείραμα με τσιπούρα, οι ιχθυονύμφες από την ομάδα Control (δύο δεξαμενές) ταΐστηκαν για πρώτη φορά με τροχόζωα 4 DAH και μέχρι το τέλος της δοκιμής (17 DAH). Επιπλέον, προστέθηκαν ναύπλιοι Artemia από 13 έως 17 DAH. Το πρωτόκολλο τροφοδοσίας ήταν το ίδιο στην ομάδα Copepods (δύο δεξαμενές) με την προσθήκη ναυπλιών του κωπηπόδου Acartia tonsa από 4 DAH και μέχρι το τέλος του πειράματος (17 DAH). Στο δεύτερο πείραμα με τσιπούρα, τρεις δεξαμενές συμπεριλήφθηκαν στην ομάδα Control και τρεις δεξαμενές στην ομάδα των Copepods. Τα τροχόζωα χρησιμοποιήθηκαν και στα δύο πρωτόκολλα τροφοδοσίας έως 25 DAH, οι νεοεκκολαφθέντες ναύπλιοι Artemia χρησιμοποιήθηκαν από 16 έως 20 DAH και οι εμπλουτισμένοι μεταναύπλιοι Artemia χρησιμοποιήθηκαν από 18 έως 25 DAH. Στην ομάδα των Copepods, οι ιχθυονύμφες τράφηκαν επίσης με ναύπλιους Acartia tonsa από 3 έως 17 DAH. Και στα δύο πειράματα με τσιπούρα, από τη 2η ημέρα εφαρμόσαμε την τεχνική του πράσινου νερού. Και για τα τρία πειράματα, τα δείγματα ελήφθησαν τακτικά για ιστολογική ανάλυση, ενώ στο πείραμα με το μαγιάτικο και στο δεύτερο πείραμα με την τσιπούρα ελήφθησαν δείγματα και για σκελετική ανάλυση. Στη δοκιμή του μαγιάτικου, τα πυλωρικά τυφλά εμφανίστηκαν νωρίτερα στην ομάδα των Copepods σε σύγκριση με την ομάδα Control, ενώ το μήκος και η επιφάνεια των λαχνών, η αφθονία των καλυκοειδών κυττάρων/100 μm μήκους εντέρου και η περιοχή που καλύπτεται με λιπιδικά κενοτόπια στο ήπαρ, ήταν σημαντικά υψηλότερα στην ομάδα των Copepods (p<0,05). Και στις δύο δοκιμές με τσιπούρα, το μήκος και η επιφάνεια των λαχνών καθώς και η συσσώρευση λίπους στο συκώτι ήταν υψηλότερα στα ψάρια που τρέφονταν με κωπήποδα (p<0,05). Επιπλέον, στο δεύτερο πείραμα με τσιπούρα, μόνο τα ψάρια από μία από τις τρεις δεξαμενές της ομάδας Control είχαν καλυκοειδή κύτταρα στο πρόσθιο έντερο την ημέρα 24 μετά την εκκόλαψη, ενώ την ίδια μέρα, στα ψάρια από όλες τις δεξαμενές από την ομάδα των Copepods είχαν εμφανιστεί τα καλυκοειδή. Ως εκ τούτου, τα ψάρια από την ομάδα των Copepods είχαν μεγαλύτερη περιοχή για την πέψη της τροφής και την απορρόφηση θρεπτικών συστατικών λόγω των μεγαλύτερων λαχνών τόσο σε μήκος όσο και σε επιφάνεια και στην πρώιμη εμφάνιση των πυλωρικών τυφλών στην περίπτωση του μαγιάτικου. Ο αυξημένος αριθμός των καλυκοειδών κυττάρων και, κατ' επέκταση, η παραγόμενη βλέννα στις ιχθυονύμφες που τρέφονταν με κωπήποδα, συνέβαλαν επίσης στην ευκολότερη πέψη και στην αποτελεσματικότερη απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών. Η βλέννα ενίσχυσε επίσης το ανοσοποιητικό τους σύστημα και σε συνδυασμό με τα υψηλότερα ποσοστά αποθηκευμένου λίπους στο συκώτι, προστάτευε τα ψάρια από περιόδους κακής διατροφής, όπως η περίοδος απογαλακτισμού. Όσον αφορά την οστεολογική ανάλυση, στο μαγιάτικο, οι περισσότερες δομές (τόσο μεμβρανικά όσο και οστά αντικατάστασης) εμφανίστηκαν και ολοκλήρωσαν τον σχηματισμό τους νωρίτερα στα ψάρια από την ομάδα των Copepods. Επιπλέον, όλες οι επιλεγμένες δομές ολοκλήρωσαν την ασβεστοποίησή τους νωρίτερα στην ομάδα των Copepods. Στη δοκιμή της τσιπούρας, όλες οι επιλεγμένες δομές εμφανίστηκαν και ολοκλήρωσαν τον σχηματισμό τους νωρίτερα στην ομάδα των Copepods και η μόνη εντελώς ασβεστοποιημένη δομή (το κλήθρο στα θωρακικά πτερύγια) παρατηρήθηκε αποκλειστικά σε ψάρια που τρέφονται με κωπήποδα. Και στα δύο είδη, ο αριθμός των σκελετικών παραμορφώσεων ήταν σημαντικά χαμηλότερος στην ομάδα των Copepods (p<0,05). Επιπλέον, στη δοκιμή του μαγιάτικου, παρατηρήθηκαν πιο σοβαρές παραμορφώσεις στη σπονδυλική στήλη και στο ουραίο πτερύγιο στην ομάδα ελέγχου, ενώ στη δοκιμή τσιπούρας, ο αριθμός των ψαριών με επιτυχώς συμπληρωμένη τη νηκτική κύστη ήταν σημαντικά χαμηλότερος στην ομάδα Control. (p<0,05). Η υψηλή θρεπτική αξία των κωπηπόδων είχε σημαντικές θετικές επιδράσεις στην οντογένεση του πεπτικού συστήματος και του σκελετού καθώς και στον αριθμό και τη σοβαρότητα των σκελετικών παραμορφώσεων τόσο σε ένα ταχέως αναπτυσσόμενο είδος όπως το μαγιάτικο όσο και σε ένα είδος με πιο αργούς ρυθμούς ανάπτυξης όπως η τσιπούρα.