Lys og temperatur og litt til. Tom Hansen

Transkript

1 Lys og temperatur og litt til Tom Hansen

2 Lyset styrer viktige utviklingsmessige prosesser hos laksen Vekst Smoltifisering Kjønnsmodning - som parr - som postsmolt - som voksen

3 Lyset gir kalenderinformasjon Lysperioden (daglengden) er den viktigste tidgiveren (zeitgeber) hos laks?? Vokse? Gyte?

4 Rytmer Hos dyr finner vi rytmer av ulik variget Døgnrytmer Månedsrytmer (f.eks menstruasjon) Årsrytmer A-mennesker har en rytme nær 24 timer, mens B-mennesker har en rytme nær 25 timer

5 Prosess Endring i daglengde kan brukes til å forskyve rytmene D F A M J A O D Måned

6 Daglengde Daglengde og indre rytmer styrer veksthastighet og tidspunkt for gyting og smoltifisering. 22 Framskynder Forsinker 14 Forsinker Framskynder 6 vinter vår sommer høst vinter

7 Hvordan mottar fisken lys? Lyset virker både på øyet og pinealkjertelen Pinealkjertelen produserer mørkehormonet melatonin Melatoninrytmen formidler infomasjonen om daglengde til organismen Pineal window Pineal Pituitary S. Mortensen

8 Lysfarge Testet i kar Blågrønnt lys går langt i sjøvann Hvordan påvirkes melatoninrytmen? NFR prosjekt GL Taranger, T Hansen, H Migaud

9 Melatonin og lysfarge hos laks Blå Grønn Gul Rød Lys/mørke Hvitt lys Hvitt lys Taranger, Migaud og Hansen, upubl

10 Startfôring 24 Kontinuerlig Naturlig Vår Sommer Høst Vinter Vår

11 Vekt Effekt av daglengde på vekst hos parr Vekt etter tre uker fôring 0,4 0,35 0,3 0,25 0, Daglengde

12 Effekt av lysintensitet på vekst hos parr 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0, LUX

13 SGR Lys om natten Alle grupper ble holdt på 1000 lux om dagen (8 timer) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Lysintensitet om natten

14 Parrmodning/Dverghanner Dverghanner finnes i størrelse fra 5-16 cm og kan opptre i store mengder (obs. 76% i forsøk). Disse sorteres vanligvis ut og avlives Årsakforholdet er usikkert, men både arv og miljø spiller inn.

15 % MATURATION Fotoperioden virker inn på dverghann modningen May June July August BEHANDLING TREATMENT Skilbrei, NFR /120

16 Oppsummering Lang dag stimulerer til vekst Lysintensiteten er ikke så viktig. Godt arbeidslys er OK. Forsinkende lysperioder øker kjønnsmodningen

17 Arv og miljø Aquagen kontinuerlig Imsa kontinuerlig Aquagen naturlig Imsa naturlig Høyere vekst i Imsa kontinuerlig en i Aquagen naturlig

18 Ferskvann H 2 0 ioner H 2 O Smoltifisering ioner ioner Sjøvann H 2 0 ioner H 2 0

19 Hvilke endringer skjer i smoltifiseringen? Morfologi (utseende) Sølvfarget Gjennomsiktige finner med svarte kanter Kondisjonsfaktor går ned Jan Feb March Apr May June

20 Sjøvannstoleranse gjeller tarm nyrer Adferd Stimadferd Medstrøms svømming Preges på lukten i miljøet Og Na +, K + -ATPase Cl - Na + og Cl - (mm) Na + Jan Feb Mar April Mai Juni

21 Høsten En forberedelse til smoltifiseringen 12 8 Naturlig Vår Sommer Høst Vinter Vår

22 Utvikling i K-faktor 1,30 Kontinuerlig 1,25 1,20 Naturlig 1,15 1,10 OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL

23 Klorid Utvikling i sjøvannstoleranse hos laks oppdrettet under naturlig og kontinuerlig lys Kontinuerlig Naturlig OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN

24 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, ,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,

25 Lengde Fotoperiode og synkronisering Kort jun jul aug AUG sep Kontinuerlig jun jul aug AUG sep-89

26 Fotoperiode 24 Kontinuerlig 20 Okt Feb Des 8 Naturlig F M A M J J A S O N D J F M A M J

27 Utvikling i K-faktor hos laks som flyttes fra kontinuerlig til naturlig lys på ulike tidspunkt 1,32 1,30 1,28 1,26 1,24 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12 Naturlig Oktober Desember OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL

28 Utvikling i K-faktor hos laks som flyttes fra kontinuerlig til naturlig lys på ulike tidspunkt 1,32 1,30 1,28 1,26 1,24 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12 Natural February October December OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL

29 Klorid Utvikling i sjøvannstoleranse hos laks som flyttes fra kontinuerlig til naturlig lys på ulike tidspunkt Oktober Desember Naturlig utsett Naturlig 120 OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN

30 Halvtårssmolt Okt Naturlig Des F M A M J J A S O N D J F M A M J

31 Utvikling i K-faktor hos laks flyttet fra naturlig til kontinuerlig lys 1,35 1,30 Naturlig 1,25 1,20 1,15 1,10 OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL

32 Utvikling i K-faktor hos laks flyttet fra naturlig til kontinuerlig lys 1,35 1,30 Kontinuerlig i oktober 1,25 1,20 Naturlig 1,15 1,10 OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL

33 Utvikling i K-faktor hos laks flyttet fra naturlig til kontinuerlig lys 1,35 Kontinuerlig i oktober 1,30 1,25 1,20 Kontinuerlig i desember 1,15 1,10 OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL Naturlig

34 Fotoperioder brukt på 0-åringer 24 Photoperiod LL LDN (61N) LD(Mar) LD(Feb) LD(May) 8 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Month Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun

35 Vintersignalet gir god smoltkvalitet LL LD(May) LD(Mar) LD(Feb) 0 Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month

36 Gill NaK-ATPase activity 8 Vintersignalet gir god smoltkvalitet 7 6 LL LD(May) LD(Mar) LD(Feb) Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month

37 Fotoperiode 0+ smolt smoltifisering J F M A M J J A S O N D J F M A M J Måned

38 Kontinuerlig lys Stimulerer vekst også ved kortere fôringsperioder (f.eks 12 timer fôring) i startfôringen: Økt vekst Redusert dødelighet Hindrer parrmodning Kontinuerlig fôring bedrer resultatet for parr og smolt: Økt vekst Men asynkron smoltifisering/ pseudo-smolt ( ) 24L

39 Prosess Endring i daglengde forskyver rytmene D F A M J A O D Måned

40 Prosess Endring i temperatur endrer hastigheten D F A M J A O D Måned

41 Temperatur og smoltifisering Temperaturen påvirker hastigheten på utvikling av typiske smoltkarakterer Temperaturregimet i smoltifiseringen kan påvirke både tidspunktet for sjøvannstoleranse og lengden på smoltvinduet.

42 Gjelle Na +,K + -ATPase aktivitet ved tre temperaturer (Handeland et al., Universitetet i Bergen) o C Ambient o C 8.9 o C Mowi a a a a * a Gill Na +, K + -ATPase activity a ab b a b b a b b b b b a b b c a b c 0 12 Jan 3 Feb 26 Feb 18 Mar 30 Mar 15 Apr 27 Apr 11 May 28 May 10 Jun 23 Jun 29 Jul Høy temperatur framskynder toppen i gjelle Na +, K + -ATPase. Ved 12 o C kommer toppen 4-6 uker tidligere

43 Temperaturen i FW påvirker smoltens utvikling Smoltvindu, desmoltifisering Sjøvannstoleransen tapes raskere ved høy temperatur Vinduet er ca 350 d C ( d C) Desmoltifisering ca 500 d C Finnes det en lav temperatur grense? 30 Mars

44 Temperaturen påvirker utviklingen Ved lav temperatur går det sakte. Smolten sliter i lang tid. Ved normale temperaturer får en hurtig tilpasning, en kort periode med moderat osmotisk stress og god vekst Høy temperatur (>optimum) gir en lang periode med osmotisk stress og redusert vekst Så husk at når en produserer smolt må en ta hensyn til både ferskvannstemp og sjøvannstemp C ca 4.5 C ca 19 C

45 Hva med brakkvann? Hvorfor? 1. Øke temperaturen 2. Forbedre vannkvaliteten 3. Stimulere smoltifisering? Økt T er positivt, men Det kan påvirke smoltifiseringen Redusere veksten i sjøvann Hvert enkelt anlegg må vurdere fordeler og ulemper Fisk i ferskvann gjør det best Ingen positive effekter i sjøvann

46 Postsmolt modning Potensielt stort problem ved produksjon av stor smolt Temperatur RAS? Postsmoltmodning kan starte både under smoltifisering og tidlig sjøfase Finner modne gyteklare postsmolt i mai

47

48

49 Kontinuerlig lys og høy temperatur starter modning under smoltifiseringen Ulik temp og lys 6 siste ukene i ferskvann 5C 10C 16C

50 Kjønnsmodning hos to familier og to smoltstørrelser Kontinuerlig lys og 16 grader Familie A Familie B Middels stor smolt (4%) (9%) Stor smolt (9%) (53%)

51 ATPase Smolt produsert på kontinuerlig lys Vekt (g)

52 Kontinuerlig lys Usynkron smoltifisering Fisken klarer seg fordi den er stor Kortdagsbehandlet Synkron smoltifisering Har alle forutsetninger for god vekst og overlevelse

53 Utvikling i K-faktor 1,30 Kontinuerlig 1,25 1,20 Naturlig 1,15 1,10 OKT NOV DES JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL

54

55

56 Anadromy what and why Spawning/fertilization (autumn) yolk larvae Freshwater Juvenile (first spring) Smoltification (second/third spring) Seawater Migration to seawater Return to river Seawater/Growth 1-5 years

57 Størrelse, genetikk og temperatur postsmolt modning Smolt Rearing conditions Smolt size (g) Mature Maturation link Reference type males (%) 1+ Natural photoperiod and temperature Smolt size Fjelldal et al., Natural photoperiod and 10C Temperature Sambraus im prep. 1+ Natural photoperiod and 16C Natural photoperiod and 8C Temperature and photoperiod Imsland et al., Natural photoperiod and 12C LD24:0 and 8C LD24:0 and 12C LD24:0 and 16C Temperature and photoperiod Fjelldal et al., LD18:6 and 16C LD24:0 and 10C LD18:6 and 10C LD24:0, 16C and Family A large smolt Genetics and smolt size Fraser et al., LD24:0, 16C and Family B large smolt LD24:0, 16C and Family A medium smolt LD24:0, 16C and Family B medium smolt LD24:0 and 16C SW ~50% of males were maturing Melo et al., LD24:0 and 16C FW 81 already at experimental start-up, 0+ LD12:12 and 16C SW 70 after beeing held at LD24:0 and 0+ LD12:12 and 16C FW 70 12C during smoltification

58 Anadromous strategy High survival for offspring in Anadromy the best of two worlds Reproduction in Fresh Water, growth in Sea Water The best from both worlds Freshwater (FW) Low productivity (low potential for growth) Few predators (low risk) Seawater (SW) High productivity (high potential for growth) Many predators (high risk)

59 01.jan 01.feb 01.mar 01.apr 01.mai 01.jun 01.jul K-faktor (100w/l 3 ) SGR (% pr. dag) SW FW Growth, metabolism Vekstmønster lakseparr 2,5 2 1,5 1 0,5 Interaction - fish size, growth rate, photoperiod VO Lengde (cm) Endringer i kondisjonsfaktor hos laks 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 + Protein synthesis + Lipid Catabolism

60 Environment changes in day length Melatonin Pineal Eye Hyp pituitary Smolt vindu GH Hormones Thyroxine IGF- I Cortisol April May June

61 Smolt holdt ved 16C og LL i 6 uker in FW frem til 14 januar, og deretter ved 9C og LL i SW 1 Date Parameter Category P-value Mature Immature Immature Jan 14 th Length 24.3 ± 0.3 a 22.1 ± 0.2 b 21.9 ± 0.3 b Weight ± 8.7 a ± 3.5 b ± 6.1 b <0.001 CF 1.44 ± 0.02 a 1.13 ± 0.02 b 1.16 ± 0.02 b <0.001 GSI 1.45 ± 0.22 a ± b ± b <0.001 N Incidence (%) March 3 rd Length 26.8 ± ± ± Weight ± 12.8 a ± 5.2 b ± 4.8 b <0.001 CF 1.31 ± 0.02 a 1.10 ± 0.01 b 1.12 ± 0.01 b <0.001 GSI a 7.32 ± 0.46 a ± b ± b <0.001 N Incidence (%) Weight gain 0.43 ± 0.09 a 0.92 ± 0.14 b 0.97 ± 0.06 b Length growth 0.52 ± ± ±

62 Temperatur andre utfordringer Vacc. SW Seacage X-ray (2 kg) 16 C 10 C 0 6 uker 12 uker

63 Temperatur andre utfordringer

64 gsi Dato: 25/5/10 Dato: 25/3/10 Dato: 4/3/10 Dato: 12/2/ Day 0 Day 20 Day Day kj: m vekt

65

66 0+ (autumn) smolt display normal smolt physiology Development of gill Na +, K + - ATPase activity governed by 24 photoperiod Photoperiod (hours of light pr. day) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Month LL LDN (61N) LD(Mar) LD(Feb) LD(May) Gill Na+,K+-ATPase Activity Plasma Na+ (umol Pi/mg prot./hr.) (mm) Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month LL LD(May) LD(Mar) LD(Feb) 160 Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month LL LD(May) LD(Mar) LD(Feb)

67 Parr-smolt transformation Photoperiod & temperature Smolt window GH Thyroxine IGF -I Cortisol Feb April May June NKA NKA Preparatory morphological, physiological and behavioral changes for a marine life CFTR NKA Ion uptake (FW) NKCC Ion secretion (SW)

68 Parr Gill chloride cell phenotypes F W FW SW Smolt SW Smolt

69 Nilsen et al. 2007; McCormick et al. 2013, JEB

70 Smoltifisering og temperatur Smoltutviklingen er delvis kontrollert av ferskvannstemperaturen, hvor høye temperaturer fører til at utviklingen går fortere og økningen i gjelle Na +,K + -ATPase aktivitet og sjøvannstoleranse kommer tildigere I Handeland sitt arbeid kom toppen i gjelle ATPase aktivitet 350 døgngrader etter starten på den smoltifiseringsrelaterte økningen I aktivitet Smoltvinduet ble beregnet til å være ca 250 døgngrader og var fulgt av en nedgang i aktivitet slik at aktiviteten var på presmoltnivå ca 510 døgngrader etter toppen Høye temperaturer fører til et hurtigere tap av sjøvannstoleranse

71 Temperature in FW influences rate of development Physiological changes occurs faster at higher temperatures (summer, autumn) Shorter smolt window at high temperature Low temperature (winter) may inhibit smolt development Production strategies may depend on water source, natural temperature, amount of water available

72 Temperature in FW influences rate of development

73 B Control Smolt A Parr C LL

74 Chloride cell Gill Gill NKA enzyme activity Gill NKA mrna expression NKA enzyme activity NKA a1b NKA a1a NKA enzyme 0 0 Feb Apr May June

75 Environment Photoperiod manipulation Season independent smolts Changes in day length governs smolt development Main principles Start feeding on long day length (24L) Bimodality Sort by size, upper mode become smolt Photoperiod manipulation permits production of season independent smolt Photoperiod manipulation Short simulated photoperiod Square photoperiod Used by all commercial smolt producers and most enhancement facilities Hours of light pr. day Hours of light pr. day Jan Photoperiod cycles for production of 0+, 1+ and 2+ smolts Jun Jul Jan Feb Mar Apr May Suggested light regimes for production of 0+ smolt Jun Jul Dec Jan 10 weeks LD12:12 Month Aug Sep Oct Month Jun Jul 6 weeks LD24:0 Nov Dec Jan Dec Jan Feb Mar Apr Jun May Jun

76 Daglengde I naturen 0+ smolt 1 årssmolt D F A M J A O D F A M J A O D F A M J A O D F A M J A O Gyting Egg og pl.sekk Ferskvann Sjøvann

77 Vekt (g) Vekst hos regnbueørret under konstante daglengder i ferskvann a ab b c d jun jul aug sep okt nov

78 Gill ATPase activity and plasma ions Jan Feb Mar Apr May June

79 Daglengde og dverghanmodning Fisken ble startfôret på LD12:12 til de var 5 og 8 cm Deretter kontinuerlig lys Færre og større

80 01.jan 15.feb 01.apr 15.mai 01.jul Plasma Na + (mm) 01.jan 15.feb 01.apr 15.mai 01.jul Na,K-ATPase (aktivitet) Methods evaluation of smolt quality Na +,K + -ATPase activity Biochemical measurement of enzyme activity Quick and accurate method No welfare issues Na,K-ATPase aktivitet i gjellevev hos laks 10 Sea water challenge test 35, hours (temperature dependent) Plasma ion (Na +, Cl ) levels Welfare issues associated with challenge tests Plasma Na + etter 24t i 35ppt sjøvannstest Industry asks for improved and more sensitive methods to assess smolt quality

81 Sammenhengen mellom Na +, K + -ATPase aktivitet og døgngrader fra 30 mars. Dette er ca datoen hvor enzymaktiviteten begynner å øke. (data fra Handeland et al., Universitetet i Bergen) > 90 % aktivitet 250 d o C Mowi, 12.0 o C Mowi, 8.9 o C Mowi, Ambient AquaGen, 12.0 o C AquaGen, 8.9 o C AquaGen, Ambient Gill Na +, K + -ATPase activity d o C d o C Degreedaysfrom30March

82 Ion regulation ~300 mosm L -1 ~ 350 mosm L -1 High GFR 1-5 ml kg -1 h -1 Low GFR active passive active FW ~ 0 mosm L -1 passive SW ~ 1000 mosm L -1 passive High GFR Marine elasmobranch ~1050 mosm L -1 (urea mm)