Det arvelige grunnlaget for smoltifisering hos oppdrettslaks og villaks - en grunnleggende studie

Transkript

1 Store programmer HAVBRUK - En næring i vekst Faktaark Det arvelige grunnlaget for smoltifisering hos oppdrettslaks og villaks - en grunnleggende studie Delprosjekt 1: Osmoreguleringsevnen til laks ved sjøvannsoverføring - en komparativ studie av smolt fra vill- og oppdrettsstamme Resultatene har vist mindre forskjeller mellom oppdrettet og vill laksesmolt mhp. smoltutvikling (gjelle Na +, K + -ATPase aktivitet, hypo-osmoregulerings evne) og akklimeringstid/tilslag etter overføring til sjøvann. Akklimeringstid etter overføring til sjøvann var imidlertid påvirket av sjøtemperaturen. Det var klare forskjeller i vekst mellom oppdrettsstammer og villstammer. Oppdrettsfisken hadde videre gjennomgående høyere fôrutnyttelse. Årsaken til disse forskjellene er antatt å være det intensive avlsprogrammet norsk oppdrettslaks har vært gjennom. I norsk oppdrettsnæring har smoltstørrelsen økt fra ca. 50 til 120 g. Oppdrettstiden i ferskvann har også blitt betydelig kortere. Våre resultat indikerer at årsaken til denne fremgangen skyldes en kombinasjon av avl og optimalisering av oppdrettsmiljøet, herunder bruk av både lys og oppvarmet vann i settefiskperioden. I tillegg har det foregått en betydelig utvikling av nytt og bedre fôr, hvilket også bidrar til å forklare den høye veksten til dagens smolt. Studier av smoltifiseringsforløpet hos stammer av oppdrettslaks viser at det optimale tidspunkt for utsett av smolt varierer alt etter temperaturbetingelsene. For anlegg som bruker kaldt vann betyr dette en forsinket smoltifisering sammenliknet med anlegg som har tilgang på varmere vann. Likeledes viser resultatene at den enkelte smoltprodusent hvert år bør ta hensyn til temperaturregimet gjennom vinteren/våren ved planlegging av årets utsett. En tidlig vår med høyere snitt temperaturer tilsier et tidligere utsett sammenliknet med en sein vår og lavere temperaturer. Økt kunnskap omkring disse mekanismene vil derfor bidra til å redusere faren for utsett av fisk som ikke er tilstrekkelig smoltifisert med påfølgende risiko for høy dødelighet og lav vekst i sjøvann. Bakgrunn og mål: Tidligere undersøkelser har vist at laksesmolt gjennomgår en rekke dyptgripende fysiologiske og endokrine endringer under og etter overgangen til sjøvann (Hoar 1988). Enkelt sagt vil smolten umiddlerbart etter overgang til sjøvann begynne å tape vann og ta opp ioner. Dette kan måles som en økning i ioneinnhold i blod (McCormick et al. 1989, Handeland et al. 2000) og reduksjon i muskelvann (Blackburn and Clarke 1987,

2 Handeland et al. 1996a). I løpet av kort tid vil fisken begynne å drikke saltvann for å kompensere vanntapet (Bath & Eddy 1979), samtidig som enzymet Na +,K + -ATPase i gjellene aktiveres for å øke utpumpingen av ioner fra blodet (Solbakken et al. 1994, Berge et al. 1995). GH synes å være nært koblet til nivåene av gjelle Na+,K+-ATPase i den tidlige sjøvannsfasen (Björnsson et al. 1988). Nyere kunnskap har vist at sjøtemperaturen er avgjørende for hvordan smolt takler overgangen fra ferskvann til sjøvann samt hvor lang tid det tar før fiskene begynner å spise (Koskela et al. 1997, Handeland et al. 2000). Videre har studier av vill smolt vist at utvandringen til sjø er presist timet i forhold til tidpunktet når sjøtemperaturen når 8-9 C (N.A. Hvidsten, NINA, pers. med., juni 1997). Sett i sammenheng antyder disse resultatene at laks har en optimal temperatur for overgang til sjøvann. Målet med arbeidet har vært å kartlegge eventuelle forskjeller i osmoreguleringsevne, vekst og fôrutnyttelse hos oppdrettet og vill laksesmolt etter overføring til sjøvann ved tre ulike temperaturer. Metode: Lakseunger av AquaGen og Namsen stammer ble hentet fra Dirdal forskningsstasjon i midten av mai 1998 (ca. to uker før sjøvannsoverføring). For å oppnå noenlunde like størrelse mellom stammene ble det valgt ut små fisk fra AquaGen materialet og middels store fisk fra Namsen stammen. En subpopulasjon på 40 individ i hvert kar ble individuelt merket for studier av vekst. Hver stamme ble delt inn i tre like grupper i et 2X3 faktorielt design hvor vanntemperatur (4, 9 og 14 C) og stamme (AquaGen, Namsen) varierte. Overgangen fra 10 C (naturlig temperatur) og til de ulike eksperimentelle temperaturer ble gjennomført trinnvis i ferskvann over en periode på 10 dager. Etter fullført temperaturakklimering ble fiskene overført til sjøvann med samme temperatur. Resultat: Plasmaklorid nivå etter overgang til sjøvann Resultatene viste kun mindre forskjeller i osmoreguleringsevne mellom oppdrettet og vill laksesmolt i sjøvann (Fig. 1A og 1B, Tabell 1). Temperaturen derimot påvirket både grad og varighet til det osmotiske stresset under og etter sjøvannsoverføring. Etter 12 timer i sjøvann var plasmaklorid nivået i både 9 og 14 C gruppene signifikant høyere enn i de to 4 C gruppene. I tidsrommet mellom 12 timer og 4 dager viste både 4 og 9 C gruppene en nedgang/stabilisering av plasmaklorid nivået. 4 C gruppen derimot viste en tidsforsinkelse i reguleringsresponsen og fortsatte å ha et forhøyet ionenivå frem til dag 8 hos oppdrettsstammen og dag 14 hos villstammen. Videre frem til dag 30 viste begge stammene en nedgang i plasmaklorid nivået, med en stabilisering på samme nivå som hos de andre gruppene.

3 Figur 1A og 1B. Plasmaklorid nivå hos vill og oppdrettet smolt overført til sjøvann ved tre ulike temperaturer. Stjerne indikerer signifikante forskjeller mellom de to stammene. Namsen AkvaGen Dager i SW 4 C 9 C 14 C 4 C 9 C 14 C 0 (FW) 14.8 (1.7) 13.4 (1.6) 11.2 (1.3) 14.5 (2.1) 11.2 (1.8) 12.5 (2.0) (0.8) a 19.6 (1.0) b 20.0 (0.8) b 14.2 (1.2) 15.1 (1.3) 18.1 (0.8)

4 (1.6) a 4.3 (0.7) ab 2.7 (0.4) b 4.6 (0.4) 4.4 (0.8) 3.7 (0.7) Tabell 1. Gjelle Na +, K + -ATPase aktivitet hos vill og oppdrettet smolt overført til sjøvann ved tre temperaturer (4, 9 and 14 C, n=12, SE). Signifikante forskjeller mellom de ulike temperaturene er vist med ulike bokstaver (p<0.05). Veksthormon Sirkulerende nivå av veksthormon (GH) var påvirket av både tid i sjøvann, temperaturen og stamme (Fig 2A og 2B). I tillegg ble det funnet en interaksjon mellom tid og stamme. For alle gruppene ble det observert en økning i GH de første to dagene etter overføring til sjø. Videre viste resultatene en klar temperatureffekt på GH nivå etter 12 timer i sjøvann samt etter 2, 4, 8, 16 og 30 dager med sjøvannseksponering. Ved alle disse uttakene viste 4 C gruppene lavere nivå enn 14 C gruppene. Stammeforskjeller ble avdekket etter 2, 8 og 60 dager sjøvannseksponering. Her viste resultatene et høyere GH nivå hos oppdrettsfisken etter 2 dager i sjøvann hvoretter villfisken viste viste høyest GH nivå etter dag 8 og 60.

5 Figur 2A og 2B. Sirkulerende veksthormon nivå hos vill og oppdrettet smolt overført til sjøvann ved tre ulike temperaturer. Signifikante forskjeller mellom de to stammene er gitt med stjerne. Vekst I perioden fra mars til mai (ferskvann) ble det ikke observert vekstforskjeller mellom oppdrettet og villsmolt (Tabell 2). Etter to måneder i sjøvann viste imidlertid oppdrettsfisken høyere vekstrate ved alle temperaturer. For begge stammene øket veksten i sjøvann med økende temperatur (Fig. 3A). Dette er i samsvar med resultatene fra tidligere prosjekt 'Smoltkvalitet, sesonguavhengig utsetting og tidlig sjøfase' (108848/120) som viste at laks vokser best når temperaturen i sjøen er 14.4 C. Overstiges denne temperaturen avtar veksten. Figur 3B viser vekstratene til post-smolt etter to måneder i sjøen fra fire ulike forsøk utført ved IFM i perioden fra 1994 til For begge laksestammene ble optimal veksttemperatur i sjøvann bereknet til 13.1 C. Dette er 2.6 C over temperaturen for optimal fôrutnyttelse som i dette forsøket ble bereknet til 10.5 C (Tabell 3). En interessant observasjon fra forsøket er den høyere fôrutnyttelse som en ser hos oppdrettsfisken, spesielt ved temperaturer utenfor optimum, sammenliknet med villfisken (Tabell 3). Årsaken til denne forskjellen kan skyldes det intensive avlsprogrammet norsk oppdrettslaks har vært gjennom. Parameter Namsen AkvaGen 20 Mars 13 Mai 20 Mars 13 Mai Lengde 15.1 (0.6) 16.2 (0.6) 16.4 (0.5) 17.7 (0.5) Vekt 40.8 (5.8) 45.6 (6.7) 50.4 (4.9) 56.7 (7.2) Kondisjon 1.17 (0.06) 1.05 (0.07) 1.12 (0.06) 1.04 (0.06) SGR 0.20 (0.02) 0.21 (0.02) Gjelle Na+,K+-ATPase 4.4 (2.3) 15.7 (1.2) 4.5 (2.0) 16.4 (0.8)

6 Tabell 2. Forandring i lengde, vekt, kondisjon, vekstrate (20. mars 13. mai) og gjelle Na+,K+-ATPase aktivitet hos vill og oppdrettet smolt i perioden fra 20. mars til 13. mai. Figur 3A og 3B. A. Vekstmønster i perioden fra mars til mai (ferskvann) samt de to første månedene i sjøvann hos villsmolt og oppdrettet smolt. B. Vekstratene til post-smolt etter to måneder i sjøen fra fire ulike forsøk utført ved IFM i perioden fra 1994 til Temperatur ( C) AkvaGen Namsen

7 Tabell 3. Forandringer i fôrutnuttelsen hos vill (Namsen) og oppdrettet (AkvaGen) postsmolt ved tre ulike sjøvemperaturer (4, 9 and 14 C). Diskusjon og konklusjon: Resultatene fra dette forsøket viste kun mindre forskjeller mellom oppdrettet og vill laksesmolt m.h.p. smoltutvikling (gjelle Na+, K+-ATPase aktivitet, hypo-osmoregulerings evne) og akklimeringstid/tilslag etter overføring til sjøvann. Akklimeringstid etter overføring til sjøvann var imidlertid signifikant påvirket av sjøtemperaturen. Hva vekst angår viste resultatene klare forskjeller mellom de ulike stammene. Forskjellene synes å være størst mellom vill og oppdrettet smolt. Resultatene viser videre at optimal temperaturen for vekst i sjøvann er 13.1 C. Den tilsvarende temperaturen for fôrutnyttelse ble bereknet til 10.5 C. En interessant observasjon fra forsøket er den høyere fôrutnyttelse hos oppdrettsfisken sammenliknet med villfisken. Dette er i samsvar med resultatene til Thodesen et al. (1999) som viste at post-smolt fra oppdrettsstamme hadde en høyere vekst og bedre fôrutnyttelse sammenliknet med post-smolt fra villstamme. Årsaken til disse forskjellene ble antatt å være det intensive avlsprogrammet norsk oppdrettslaks har vært gjennom. Delprosjekt 2: Betydningen av lys og temperatur på vekst og smoltifisering hos lakseunger fra oppdrettsstamme og villstamme Resultatene har vist mindre forskjeller mellom oppdrettet og vill laksesmolt mhp. smoltutvikling (gjelle Na +, K + -ATPase aktivitet, hypo-osmoregulerings evne) og akklimeringstid/tilslag etter overføring til sjøvann. Akklimeringstid etter overføring til sjøvann var imidlertid påvirket av sjøtemperaturen. Det var klare forskjeller i vekst mellom oppdrettsstammer og villstammer. Oppdrettsfisken hadde videre gjennomgående høyere fôrutnyttelse. Årsaken til disse forskjellene er antatt å være det intensive avlsprogrammet norsk oppdrettslaks har vært gjennom. I norsk oppdrettsnæring har smoltstørrelsen økt fra ca. 50 til 120 g. Oppdrettstiden i ferskvann har også blitt betydelig kortere. Våre resultat indikerer at årsaken til denne fremgangen skyldes en kombinasjon av avl og optimalisering av oppdrettsmiljøet, herunder bruk av både lys og oppvarmet vann i settefiskperioden. I tillegg har det foregått en betydelig utvikling av nytt og bedre fôr, hvilket også bidrar til å forklare den høye veksten til dagens smolt. Studier av smoltifiseringsforløpet hos stammer av oppdrettslaks viser at det optimale tidspunkt for utsett av smolt varierer alt etter temperaturbetingelsene. For anlegg som bruker kaldt vann betyr dette en forsinket smoltifisering sammenliknet med anlegg som har tilgang på varmere vann. Likeledes viser resultatene at den enkelte smoltprodusent hvert år bør ta hensyn til temperaturregimet gjennom vinteren/våren ved planlegging av årets utsett. En tidlig vår med høyere snitt temperaturer tilsier et tidligere utsett sammenliknet med en sein vår og lavere temperaturer. Økt kunnskap omkring disse mekanismene vil derfor bidra til å redusere faren for utsett av fisk som ikke er tilstrekkelig smoltifisert med påfølgende risiko for høy dødelighet og lav vekst i sjøvann. Bakgrunn og mål: Bruk av lys i settefiskfasen har vært en viktig del av grunnlaget for differensieringen av smoltproduksjonen som har funnet sted i Norge de seneste årene. Tidligere prosjekter finansiert av NFFR, NTNF og igangværende prosjekter under Norges forskningsråd har støttet denne forskningen. Erfaringer med liknende produksjonsregimer, som bl.a. inkludererer bruk av kontinuerlig lys i deler av parrstadiet, fra andre laksestammer viser at laks av ulikt opphav responderer forskjellig på lysstimulering (Stefansson et al., 1990, 1991). Slike forskjeller kan skyldes tilpasninger til forskjellige breddegrader og dermed

8 lysperioder, men det er også forhold som taler for at det norske avlsprogrammet kan ha endret (styrket) laksens forutsetninger for å respondere på slik lysstimulering. Målet med delprosjekt 2 har vært å gi en komparativ beskrivelse av de grunnleggende fysiologiske og vekstmessige effektene av kontinuerlig belysning under de siste månedene før smoltifisering hos lakseunger fra oppdrettsstamme og villstamme. Metode: Forsøket besto av et 2X2 faktoriellt design hvor en varierte både genetisk bakgrunn (AquaGen og Imsa stamme) og lysperiode (LDN og LD24:0) under smoltifiseringen. Forsøket startet i januar samtidig som de ulike eksperiementelle gruppene ble etablert. Villfisken ble hentet inn fra NINA sin forskningsstasjon på Ims mens oppdrettsfisken kom fra Nutreco ARC sin forskningsstasjon på Lerang. Alle fiskene var individuellt merket (Carlin merker) for studie av individuellt vekstmønster. Under hele forsøket ble fiskene fôret med et spesial fôr som inneholdt røntgentette kuler. Dette muliggjorde direkte måling av individuellt fôropptak på levende fisk. Resultat: Vekst og fôrinntak Resultatene viste klare forskjeller i vekst både mellom stammene og som følge av lysbehandlingen (Fig. 4A). Derimot var det ingen forskjell i fôrinntak mellom stammene, men en klar sammenheng mellom bruk av kontinuerlig lys og økt fôrinntak (Fig. 4B). Årsaken til at fisken på LD24:0 vokste bedre enn LDN gruppen skyldes derfor trolig at lyset stimulerer fiskene til et høyere fôrinntak. Generelt viser resultatene videre at oppdrettsstammen vokser bedre enn villstammen under de samme lysbetingelser, i stor grad som følge av bedre fôrutnyttelse. Virkningen av lys på vekst kommer i tillegg til betydningen av avl, dvs. at en grovt sett kan addere vekstgevinsten ved å bruke lys til den avlsmessige framgangen.

9 Figur 4A og 4B. Vekst og fôrinntak hos Imsa og AquaGen smolt under kontinuerlig lys (LD24:0) og simulert naturlig lys (LDN). Veksthormon Under naturlige lysbetingelser ble det for begge stammene observert en økning i GH i perioden under smoltifisering (Fig 4C). Hos fisken som gikk på kontinuerlig lys ble det derimot registrert en signifikant økning i GH nivå de første ukene etter lyspåslag hvoretter GH nivået sank frem til forsøket ble avsluttet den 25. mai. Det ble ikke funnet noen forskjeller i GH mellom stammene innen hver lysgruppe. Figur 4C. Veksthormon (GH) nivå hos Imsa og AkvaGen smolt under kontinuerlig lys (LD24:0) og simulert naturlig lys (LDN). Diskusjon og konklusjon: Resultatene viste en klart bedre vekst hos oppdrettsstammen i de siste månedene fram mot smoltifisering. Videre ble konstant lys funnet å ha en klart positiv effekt på vekst.

10 Det ble imidlertid ikke registrert noen forskjell i fôrinntak mellom stammene, men derimot en klar sammenheng mellom bruk av lang dag og inntak av fôr. Årsaken til at fisken som gikk på konstant lys vokste bedre enn naturlig lys gruppen er derfor trolig er at bruk av tilleggslys stimulerer til et høyere fôrinntak. I hvilken grad det høyere fôrinntak er koblet til den observerte GH respons i gruppen er usikkert. Generellt viser resultatene at oppdrettsstammen vokser bedre enn villstammen under like lysbetingelser. Virkningen av lys på vekst kommer i tillegg til betydningen av avl, dvs. at en grovt sett kan addere gevinsten ved å bruke lys for å regulere veksten til den avlsmessige framgangen. Dette skyldes trolig de ulike virkemåtene av arv og miljø på vekst. Den avlsmessige framgang ser i stor grad ut til å ha sin årsak i økt fôrutnmyttelse, mens bruk av lysstimulering av vekst ser ut til å virke gjennom økt fôrinntak. Resultatene indikerer at en viktig del av årsaken til fremgangen i norsk settefisproduksjon er en kombinasjon av avl og optimalisering av oppdrettsmiljøet, herunder bruk av både lys og oppvarmet vann i settefiskfasen. Referanser delprosjekt 1 Bath, R. N. and Eddy, F. B., Salt and water balance in rainbow trout (Salmo gairdneri) rapidly transferred from freshwater to sea water. J. exp. Biol. 83: Berge, Å. I., Berg, A., Fyhn, H. J., Barnung, T., Hansen, T. and Stefansson, S. O., Developement of salinity tolerance in underyearling smolts of Atlantic salmon (Salmon salar) reared under different photoperiods. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 52: Björnsson, B. Th., Ogasawara, T., Hirano, T., Bolton, J. P. and Bern, H. A., Elevated growth hormone levels in stunted Atlantic salmon, Salmo salar. Aquaculture, 73: Blackburn, J. and Clarke, W. C., Revised procedure for the 24 hour seawater challenge test to measure seawater adaptability of juvenile salmonids. Can. Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci., 1515 (35 pp). Handeland, S. O., Berge, Å., Björnsson, B. Th. and S. O. Stefansson Seawater adaptation of Atlantic salmon (Salmo salar L.) at different temperatures. Aquaculture, 181: Handeland, S. O., Järvi, T., Fernö, A. and Stefansson, S. O., 1996a. Osmotic stress, antipredatory behaviour and mortality of Atlantic salmon (Salmo salar L.) smolts. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 53: Handeland, S. O., Å. Berge, T. A. Giskegjerde, L. Tvenning & S. O. Stefansson, 1996b. Standardisert sjøvannstest - Temperatur effekter på osmoreguleringsevnen til laksesmolt. Norsk Fiskeoppdrett, 21: Hoar, W. S., The physiology of smolting salmonids. In : Hoar, W. S. and D. J. Randall, (ed.). Fish Physiology vol XIB. p Academic Press: London. Koskela, J., Pirhonen, J. and Jobling, M., Variations in feedintake and growth of baltic salmon and brown trout exposed to continous light at constant low temperature. J. Fish. Biol., 50: McCormick, S. D., Moyes, C. D. and Ballantyne, J. S., Influence of salinity on the energetics of gill and kidney of Atlantic salmon (Salmo salar). Fish Physiol. Biochem. 6: Solbakken, V. A., Hansen, T. and Stefansson, S. O., Effects of photoperiod and temperature on growth and parr-smolt transformation in Atlantic salmon (Salmo salar L.) and subsequent performance in seawater. Aquaculture, 121: Referanser delprosjekt 2 Stefansson, S. O., G. Nævdal and T. Hansen, Growth of different families of Atlantic salmon (Salmo salar) under three experimental photoperiods. Aquaculture 86: Stefansson, S. O., T. Björnsson, T. Hansen, C. Haux, G. L. Taranger and R. L. Saunders, Growth, parr-smolt transformation and changes in growth hormone of Atlantic

11 salmon (Salmo salar) reared under different photoperiods. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 48: /120 Institusjon: Institutt for fiskeri- og marinbiologi, Universitetet i Bergen Samarbeidende institusjoner: Fish Endocrinology Lab., Zoologiska institusjonen, Göteborg Universitet (Dr. Björn Thrandur Björnsson), MarineHarvest/Hydro Seafood (Rita Brokstad, Eirik Wilkinson) Prosjektleder: Prof. Sigurd Stefansson Kontaktperson: Prof. Sigurd Stefansson. Adresse: Institutt for fiskeri- og marinbiologi, Universitetet i Bergen, Høyteknologisenteret, 5020 bergen. Telefon: , Sigurd.Stefansson@ifm.uib.no