Однако, несмотря на усилия рыбоводов по созданию и поддержанию оптимальных условий для выращивания, не всегда удается избежать гибели рыб при воздействии экстремальных условий (высокая летняя температура, недостаточное содержание кислорода, транспортировка, заболевания, рыбоводные манипуляции и др. стрессовые воздействия). В связи с этим изучение выживаемости рыб и способов ее повышения имеет особую актуальность.
Из-за сложности морфогенетических, физиологических и биохимических процессов жизнедеятельности в онтогенезе рыб наиболее уязвимыми являются начальные периоды развития: эмбриональный, личиночный и мальковый. Они являются «узкими местами» в рыбоводном процессе. Именно на ранних стадиях онтогенеза на многих рыбоводных хозяйствах возникает необходимость перевозки рыб, сопровождающейся ухудшением физиологического состояния и зачастую гибелью особей.
С 1957 года, благодаря усилиям исследователей Центральной производственно-акклиматизационной станции Главгосрыбвода по проведению массовых опытов для разработки и внедрения нового метода, с целью перевозки живой рыбы используются пакеты из пластических масс. Выживание рыб в пакетах во многом зависит от плотности посадки и длительности транспортировки, возраста и состояния рыбы, от соотношения воды, воздуха и кислорода, от высоты столба воды и площади соприкосновения воды и газов, от степени перемешивания воды, колебания температуры во время транспортировки и прочих факторов.
При расчете плотности посадки оплодотворенной икры и рыбы в герметически закрытый стандартный полиэтиленовый пакет, заполняемый водой и кислородом, необходимо учитывать также степень растворения кислорода в воде, пороговое содержание кислорода и фактор пространственного расположения перевозимого материала (для рыбы до 1 г принимается соотношение ее массы и воды от 1:8 до 1:10, а свыше 1 г - от 1:2 до 1:6). Оптимальная температура при перевозке икры белуги составляет 10-13 °С, осетра - 14-17 °С, севрюги - 18-22 °С; для транспортировки предличинок, личинок и молоди осетровых - 10-20 °С [7].
Известно, что при перевозке рыбы в открытых емкостях происходит естественное насыщение воды кислородом во время движения транспорта, при этом с уменьшением содержания кислорода в воде потребление его рыбами снижается. Исследования показали, что при слабом перемешивании воды в пакете, характерном для транспортировки на самолете или катере, насыщение воды составляет 160%, при перевозке на автомашине по асфальтированной дороге (среднее перемешивание) - 260%, на грузовой машине по грунтовой дороге (сильное перемешивание) - 360%. Таким образом, в пакетах содержание кислорода в воде значительно превосходит степень его насыщения, которая обычно наблюдается в естественных водоемах.
Считается, что перенасыщенность кислородом воды тормозит образование гемоглобина и рост жаберных лепестков, а также развитие селезенки. С началом движения рта в ротовой полости скапливается кислород в виде пузырька диаметром 1 мм, вследствие этого молодь держится у поверхности вертикально. При снижении концентрации кислорода это явление быстро исчезает, но следы его влияния на организацию молоди остаются непоправимыми [26].
Существует мнение, что высокое содержание кислорода в воде отрицательно влияет на рыб, и при низкой плотности личинок в пакете с кислородом и смесью кислорода с воздухом возможен большой их отход. Гибель личинок при этом сопровождается увеличением кровеносных сосудов в области сердца. Есть предположение, что гибель происходит от перенасыщения кислородом. Растворение его в воде происходит быстрее, чем потребление. Через несколько часов количество растворенного в воде кислорода достигает такого предела, при котором наступает гибель личинок или происходит нарушение физиологических процессов, приводящее к гибели через несколько дней. При соотношении 3 л кислорода к 3 л воды содержание растворенного кислорода в пакете при перемешивании воды достигает 23,4 мл/л, или 365% насыщения, что губительно сказывается на рыбе [20]. Добавление в пакет воздуха к уменьшенному объему кислорода или увеличение плотности посадки приводит к значительному увеличению продолжительности выживания.
Исследования Ю.И. Орлова [22] также показали, что при содержании водных организмов в воде с высоким насыщением кислорода никаких отклонений от нормального состояния не наблюдалось даже спустя длительное время после опытов, что, вероятно, объясняется возможностью организмов регулировать его поступление в организм. Результаты этих исследований позволили использовать чистый кислород для промышленных транспортировок водных организмов. За много лет не было ни одного случая гибели организмов из-за перенасыщения воды кислородом.
Осетровые рыбы характеризуются высокой чувствительностью к недостатку кислорода. Для нормальной жизнедеятельности концентрация кислорода должна быть 7-11 мг/л [4]. По данным Р.Ю. Касимова и З.К. Касимовой [8] кислородный порог у молоди осетровых в раннем онтогенезе варьируется от 0,8 до 2,5 мг/л. Исследования по определению интенсивности дыхания и пороговых содержаний кислорода для осетровых проводили также А.А. Кокоза [10] и Л.Б. Кляшторин [9]. Большинство исследователей пришли к общим выводам о неодинаковой интенсивности дыхания в различном возрасте, а также неодинаковой величине порогового насыщения кислорода как следствии различных требований развивающегося организма к окружающей среде. При этом повышение кислородного порога не всегда совпадает с повышенной интенсивностью дыхания [11]. Интенсивность потребления кислорода эмбрионами на этапах дробления, гаструляции, нейруляции и образования сердечной трубки низкая (18-30 мл/кг*ч), однако по мере приближения к 35 стадии и на выклеве значительно повышается (70-72 мл/кг*ч).
Во время нахождения в полиэтиленовых пакетах, особенно при низких температурах, личинки заметно отстают в росте по сравнению с личинками, выдерживаемыми в лотках, но потом догоняют их, и к моменту перехода на активное питание рост личинок становится одинаковым. Данные о торможении роста при ухудшении кислородных условий имеются в работах J.W. Andrews [33].
Для изучения интенсивности потребления кислорода зародышами рыб наиболее известен «метод закрытых сосудов» [14]. Однако данный метод имеет ряд недостатков [39]. Использование его связано с большой ошибкой, возникающей в результате соприкосновения пробы воды с воздухом. Чтобы избежать этого, T.G. Thompson и R.C. Miller [38] предложили специальную конструкцию сосудов, в которые реактивы могут добавляться без соприкосновения пробы воды с воздухом. К сожалению, такой метод не нашел широкого применения из-за большой трудоемкости. Наиболее удобным и точным для определения интенсивности потребления кислорода зародышами рыб считается микрометод Ван Дама с использованием шприцевой пипетки [35].
В живорыбных емкостях в скученном состоянии у рыб повышается распад белков, при котором в воду выделяется диоксид углерода и аммиак. Существуют разные точки зрения в отношении влияния на рыб малых концентраций СО2. Г.В. Никольский отмечает, что СО2 даже в сравнительно небольших дозах вызывает гибель рыбы [19]. Однако в литературе также имеются данные как о том, что небольшое содержание углекислоты в воде не имеет значения для животных, так и о том, что СО2 в небольших количествах положительно влияет на рост, развитие и выживаемость эмбрионов птиц, рептилий и млекопитающих. Доказано положительное влияние небольших концентраций диоксида углерода на жизнеспособность эмбрионов фитофильных рыб [2] и отрицательное на развивающуюся икру пелагофильных рыб [3], что объясняется различными условиями размножения и эмбрионального развития. Высокие концентрации диоксида углерода отрицательно влияют на дыхание и рост, а также питание и выживаемость как молоди, так и взрослых рыб.
Орлов Ю.И. и другие исследователи [21] считали, что при перевозке рыбы в открытых емкостях количество СО2 в воде не может достигнуть смертельной для рыб концентрации, так как поступающий в воду кислород или воздух (при аэрации), проходя сквозь толщу воды, захватывает и удаляет его из воды. В пакетах такого процесса не происходит, а накопление СО2 в них, по-видимому, происходит более интенсивно.
Диоксид углерода содержится в воде в основном в виде растворенных молекул СО2, и лишь малая часть его (около 1%) при взаимодействии с водой образует угольную кислоту:
Диоксид углерода, гидрокарбонатные и карбонатные ионы являются основными компонентами карбонатной системы. В растворе между ними существует подвижное равновесие:
Соотношение между компонентами в значительной мере определяется величиной рН. При рН 4,5 и ниже изо всех компонентов карбонатного равновесия в воде присутствует только свободная углекислота. В интервале рН 6-10 гидрокарбонатные ионы являются основной формой производных угольной кислоты (максимальное их содержание при рН 8,3-8,4). При рН более 10,5 главной формой существования угольной кислоты являются карбонатные ионы.
Установлено, что накопление диоксида углерода до критического уровня является фактором, лимитирующим выживаемость перевозимых организмов в герметически закрытых емкостях [21]. К моменту начала угнетения рыбы используется лишь часть кислорода, находящегося в пакете (при перевозке осетровых - 3-5%, лососевых - 5-10%). При соотношении в пакете воды и кислорода 1:1 и температуре воды 15 °С в воде остается 50% всего выделенного рыбами СО2. Объем выделяемого при дыхании водных организмов диоксида углерода соответствует объему потребленного кислорода. К моменту, когда количество диоксида углерода в пакете достигает гибельной величины, солевой аммиак еще не находится в критической концентрации.
Исследователи, изучавшие действие свободного СО2 на физиологические функции рыб, пришли к общему мнению о том, что повышенное его содержание отражается на способности крови связывать кислород, т.е. на интенсивности дыхания [34]. Данные по влиянию диоксида углерода в воде обобщены F.E. Fry [36]. Автор приходит к заключению, что рыба довольно слабо реагирует на повышение свободного СО2 в воде. Потребление кислорода сокращается только при высоком содержании диоксида углерода в воде.
Данные, полученные И.П. Чистяковой [31] при изучении молоди осетра, согласуются с результатами исследований А.Б. Лозинова [15] по севрюге и свидетельствуют о том, что небольшое повышение СО2 в воде при нормальной температуре и нормальном кислородном режиме не оказывает влияния на интенсивность обмена, и только повышение его содержания свыше 35-40 мг/л ведет к сокращению скорости потребления кислорода на 10-15%. Надо полагать, что под влиянием высокого содержания растворенного в воде диоксида углерода в организме рыб не происходит глубоких необратимых процессов. В данном случае он действует, как наркотик, и после того, как это воздействие снимается, личинки осетра вновь оказываются способными повысить скорость потребления кислорода.
Загрязнение воды токсическими соединениями азота в основном связано с выделением рыбами аммония - практически единственного азотсодержащего продукта катаболизма аминокислот [13]. В результате различных превращений аммония возникают другие токсические соединения азота - нитриты и нитраты, аммиак. Так, микроорганизмы, живущие в воде, используют азот для синтеза аминокислот. Этот процесс является двухстадийным. На первом этапе происходит восстановление нитратов до нитритов:
Затем нитриты восстанавливаются до аммиака:
Аммиак является главным стрессообразующим фактором. У рыб, наиболее подверженных стрессу (ослабленные экземпляры), блокируется дыхательный центр и наступают необратимые явления, приводящие к гибели. Фактором, лимитирующим выживаемость водных организмов, солевой аммиак становится лишь в хорошо аэрируемых емкостях открытого типа при длительных транспортировках.
Согласно существующему отраслевому стандарту (ОСТ 15.372-87) максимальное содержание азота в форме аммиака, нитратов и нитритов при выращивании осетровых не должно превышать соответственно 0,05, 1,0 и 0,02 г/м. Оптимальные условия выращивания осетровых характеризуются содержанием ионов аммония 0,5 мг/л, аммиака 0,07 мг/л, нитрит-ионов не более 0,088 мг/л [4].
Известно, что ионы аммония энергично адсорбируются цеолитом - широко распространенным в природе минералом из класса алюмосиликатов [37]. Эффективность очистки воды от соединений азота при помощи клиноптилолита - одного из наиболее распространенного цеолита, подтверждена исследованиями А.С. Константинова и М.Ю. Пелипенко [12]. Очевидно, что, поглощая аммиак, клиноптилолит ингибирует образование нитратов и нитритов как продуктов катаболизма протонированного аммиака, и таким образом создается низкий уровень загрязнения воды токсическими продуктами азотистого обмена. Использование природных цеолитов как сорбентов СО2 во время длительных транспортировок осетровых рыб увеличивает эффективность на 12-13% [1].
В настоящее время существует множество способов, направленных на повышение выживаемости рыб при транспортировке. Таковыми являются следующие: электронаркоз, влажная атмосфера, поддержание низких температур, увеличение давления в емкостях, применение антибиотиков, использование пены, аэрозолей и др. Однако до сих пор эти способы не нашли широкого применения в практике.
Для увеличения выживания транспортируемых объектов рекомендовано очищение воды от хлора, который содержится в водопроводной воде. Известны следующие способы освобождения воды от хлора: отстаивание или подогревание воды, использование фильтров с активированным углем, а также добавление в воду гипосульфита.
В слабоаэрируемых емкостях с повышением содержания СО2 вода подкисляется. Резкое изменение значений рН может приводить к гибели водных организмов. Следовательно, стабилизация активной реакции воды может снижать отрицательное действие диоксида углерода и способствовать увеличению длительности перевозки. Предлагалось для подкисления воды использовать торф, а для подщелачивания - соду. В Индии для уменьшения колебаний рН в воду добавляют краснозем [27]. Имеются сведения об использовании фосфорнокислого натрия [30] и добавлении в воду NaCl [25].
Жесткость воды влияет на выживаемость водных организмов и особенно на процесс размножения. Эффективным способом увеличения жесткости воды является добавление в нее растворов хлористого кальция и магния [5]. Смягчают воду кипячением.
Применение анестезирующих веществ может значительно удлинить время содержания рыб в полиэтиленовых пакетах благодаря более медленному накоплению продуктов жизнедеятельности. Так, применение барбитала натрия увеличивает длительность выживания рыбы почти в два раза [28]. Однако у наркотизированных рыб значительно повышается кислородный порог и гибель начинается при более низком значении углекислоты и аммиака.
С целью получения жизнестойкого потомства высокого качества и повышения выживаемости при искусственном воспроизводстве объектов аква- и марикультуры используют экзогенные биорегуляторы. Одним из таких биорегуляторов является эпибрассинолид, показавший свои положительные качества на осетровых рыбах [32].
Повышения жизнестойкости эмбрионов, личинок и молоди рыб можно достигнуть при воздействии биологически активных веществ. Так, установлено положительное влияние двузамещенного фосфата калия на оплодотворяемость икры и выживаемость эмбрионов [6]. Установлен хороший эффект при воздействии на эмбрионы осетровых биологически активной водой «Релакс» (активирована электростатическим полем по запатентованной методике) и лецитиново-холестериновыми липосомами, в отличие от которых восстановленный глутатион (L-гамма-глутамил-L-цистеинилглицином) в концентрации 10 мл/л снижает выживаемость эмбрионов и ухудшает некоторые физиологические показатели личинок [16; 17].
Перспективным считают применение в рыбоводстве кротонолактона, который повышает естественную резистентность рыб к болезням, оказывает бактерицидное и бактериостатическое действие [29]. Положительное влияние на развитие и жизнестойкость рыб оказывают различные витамины (каротиноиды, токоферол, цианокобаламин), синтетический аналог лей-энкефалина-даларгин, пара-аминобензойная кислота [18], а также вещества антиоксидантного действия. Теоретической основой их использования является концепция о цепных реакциях свободнорадикального окисления липидов биологических мембран живой клетки.
Интерес представляют данные об увеличения выживаемости осетровых рыб и уменьшении торможения их развития на ранних стадиях онтогенеза при добавлении в воду 10 об.% перфторорганических соединений [24], обладающих газотранспортной функцией и высокой биологической активностью в целом. Однако высокая стоимость данных препаратов не позволяет широко использовать их в рыбоводной практике.
Несмотря на большое количество исследований, направленных на изучение проблемы повышения выживаемости осетровых рыб, предлагаемые методы обладают рядом недостатков. В связи с этим необходимо их совершенствование и поиск новых подходов к решению данной проблемы путем создания инновационных технологий.
Рецензенты:
- Лазько А.Е., д.м.н., профессор, зав. кафедрой патологической анатомии Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань.
- Пономарев С.В., д.б.н., профессор, зав. кафедрой «Аквакультура и водные биоресурсы», ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» Федерального агентства по рыболовству, г. Астрахань.