Lysstyring - kjønnsmodning laks og torsk

Lysstyring - kjønnsmodning laks og torsk Geir Lasse Taranger, Ørjan Karlsen, Eva Andersson, Miklos Pall, Erik Vikingstad, Cathrine Kristoffersen, Frode Oppedal, Sigurd Stefansson*, Herve Migaud**, Rüdiger Schulz***,Tom Hansen og Birgitta Norberg, *Universitetet i Bergen **Universitetet i Stirling ***Universitetet i Utrecht 1 1

Problem med tidlig modning laks Hovedproblem: tert (som blir moden etter 1,5 år i sjø) økende problem også på høstsmolt? I seinere år også problemer med postsmoltmodning og mer problemer i Nord-Norge Også økt modningsproblem på lyssatt fisk i Sør-Norge i varme år (grunnet økt temperatur??) Modning gir tapt vekst fra juni og utover Redusert kvalitet (pigmenter, fettnivå mm) Økt dødelighet i sjøvann (typisk 70%) økt sykdomsrisiko Velferdsproblem hvis en holder fisken i sjøvann Økt risko for genetiske og økologiske effekter ved røming 2 2

Hvorfor får vi tidlig modning? Vekst/kroppstørrelse Hurtig vekst = tidlig pubertet Potensiell gytesesong Tegning dr. Ove Skilbrei Time 3 3

Lys styrer viktige utviklingsbiologiske Vekst prosesser hos laks Smoltifisering Modning: - parrmodning; - Voksen;

100 Lys (LL) kan redusere andel kjønnsmodning (% modne) 80 60 40 ** *** 20 0 *** Hannfisk Hofisk NL LL mars LL jan *** (Taranger m. fl. 1998) 5 5

Typisk lysregime brukt i sjøvann vårsmolt Timer lys per dag 24 18 12 TL NL 6 Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Måned 6 6

Ulik lysintensitet tertmodning og vekst 5.0 4.5 Naturlig lys LL lav Levende vekt (kg) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 Lys på LL middels LL høy Kjønnsmodning Naturlig lys: 6% Lav intensitet: 0% Middels int.: 0% Høy int.: 0% JAN FEB MAR APR MAI JUN Frode Oppedal m. fl. 1997, NFR 107537/120 7 7

Lys gir kalenderinformasjon Lysperioden (daglengde) ser ut til å være den viktigste tidsgiveren for laks 24 Vokse? 18?? 12 6 des apr jul okt Month Gyte?

Lyskontroll av vekst og modning Lys Hvordan påvirker lys fiskens hormonsystem og gener som regulerer vekst og modning? Gonader Gonader Lever 9 9

Ytre signal: lys temperatur feromoner atferd... Indre signal Ernæringsstatus Størrelse... +/- tilbakekobling steroider/ peptidhormoner Hjerne-hypofyse-gonadeaksen Dopamin GnRH - + Gonadotropiner Hjerne Hypofyse Kjønnssteroider Petidhormoner Lokale signaler kjønnceller Gonader 10 10

Histologiske studier av gonadene Spermatogense Oogenese Testikler - hannfisk Ovarier - hunnfisk 11 11

Testisutvikling i lysstyrt hannlaks A Feb 18 #22 (NL low ) C Jun 11 #167 (NL high ) B Mar 19 #90 (LL low ) D Jun 11 #156 (LL high ) Laksetestis på ulike tidspunkt etter lysbehandling (LL) eller kontroll (NL). (Schulz, Andersson and Taranger, PUBERTIMING). 12 12

Lysperiode brukt på laks i merder (NL = naturlig lys, ALM and ALJ = LL fra mars og januar) 24 ALJ ALM Modning sjekket Timer lys/dag 18 12 NL 6 Jan Mar May Jul Sep Nov Jan 13 13

Plasma FSH i lysstyrt hofisk 7 Plasma FSH (ng/ml) 6 5 4 3 2 ALJ NL mf ALM mf ALM f ALJ f ALM 1 0 n.d. Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Chum salmon antistoff Month Haux et al 14 14

Lysperiode og indre rytmer: styrer tidspunkt for reproduksjon, smoltifisering, og vekst 22 Framskynde Forsinke Lysperiode 14 6 Forsinke Framskynde D F A M J A O D Måned 15 15

Lys, genetikk, fôr/fôring Lysstyring gir ikke alltid ønsket effekt på modning hvorfor? Genetikk/stamme? Vekst/størrelse Vekstmønster Fettlagre/Kondisjon Fôrtype Temperatur Merdstørrelse Saltholdighet? 16 16

Sammenheng vintervekt og tertmodning i AquaGen AS materiale; vekt standardisert i forhold til familiesnitt 100 Frequency of grilsing (%) 80 60 40 20 0-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 Standardized January body weight Frequency of grilse maturation in relation to standardized winter body weights transformed from data from Vikingstad et al 2006. Values along the X-axis represent individual winter body weights in relation to their family s mean (point 0). Each category along the X-axis represents one standard deviation. 17 17

PUB 2004: Forsøk med redusert fôring (60%) fra september og lysstyring fra januar med individmerket postsmolt i triplikate småmerder i Matre (5 x 5x 8m) 18 18

6000 Vekst lys og fôring laks Kroppsvekt (g) 5000 4000 3000 2000 slutt lav fôring- & start lysbehandling *** *** *** 1000 0 Sep 03 Jan 04 Jul 04 Aug 04 Normal fôring/naturlig lys Normal fôring/kontinuerlig lys Lav fôring/naturlig lys Lav fôring/kontinuerlig lys Pall, Vikingstad, Andersson, Norberg og Taranger 19 19

1.4 Kondisjon lys og fôring laks Kondisjonsfaktor 1.3 1.2 1.1 slutt lav fôring- & start lysbehandling kun LF/NL vs NF/KL *** ** 1.0 Sept 03 Jan 04 July 04 August 04 Normal fôring/naturlig lys Lav fôring/naturlig lys Normal fôring/kontinuerlig lys Lav fôring/kontinuerlig lys Pall, Vikingstad, Andersson, Norberg og Taranger 20 20

Effekt av lys og fôr på modning laks % Modning 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 n=162 * n=186 ** n=164 n=175 Hannfisk Normal fôring/naturlig lys Lav fôring/naturlig lys n=161 n=163 *** n=162 n=166 Hunnfisk Normal fôring/kontinuerlig lys Lav fôring/kontinuerlig lys Pall, Vikingstad, Andersson, Norberg og Taranger 21 21

STEROID LEVELS IN ATLANTIC SALMON FROM DIFFERENT FEEDING REGIMES 25 20 11-ketotestosterone in Males Normal Feed Matured (n = 20) Low Feed Matured (n = 22) Hormonprofiler Pub-2004 forsøk 20 15 Testosterone in Males ng/ml 15 10 ng/ml 10 5 5 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Estradiol in Females Testosterone in Females 8 6 Normal Feed Matured (n = 15) Low Feed Matured (n = 17) Normal Feed Immature (n = 8) Low Feed Immature (n = 4) 24 20 16 ng/ml 4 ng/ml 12 8 2 4 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Pall, Vikingstad, Andersson, Norberg og Taranger 22 22

Tidlig kjønnsmodning hos torsk Tidlig modning er fremdeles et hovedproblem i matfiskoppdrett Vanligvis 100% modning ved 2 års alder i oppdrett - både med kysttorsk og skrei! Også en del modning ved ett år hos hannfisk (økende problem) Sesonguavhengig utsett også modning på 600g hofisk! Villfisk typisk 4-6 år ved 1. modning Modning gir tapt vekst og redusert kvalitet seint i sesongen kan også gi dødelighet Også dårligere fôrutnyttelse og mindre fleksibilitet mhp slaktetid og størrelse Gyting i merd kan gi potensielt gi uheldig genetisk virkning på villfisk 38 38 Havforskningsinstituttet 2006 23 23

26 Kontinuerlig lys (LL) i innendørskar Austevoll 2004-2005 LL Lysperiode 22 18 14 10 NL LL-NL NL-LL 6 des mar jun sep jan apr jul nov feb Måned Flyttet fisk mellom NL og LL 21. desember 2004 Havforskningsinstituttet 2006 24 24

Lysforsøk i kar - hanntorsk 2004-2005 GSI % 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 NL LL NL-LL LL-NL 0 JULY AUG. SEPT. OCT NOV. DEC JAN FEB MARCH APRIL MAY JUNE JULY AUG. Måned Sjokkmodning, utsatt modning eller full stopp? Havforskningsinstituttet 2006, Ø Karlsen, GL Taranger, C Mittelholzer, B Norberg, 25 25

Forsinket gonademodning hos lyssatt torsk i merd - men stopper ikke modning helt! 18 16 3.2 14 2.8 GSI(%) 12 10 8 6 LL hunnfisk LL hannfisk NL hunnfisk NL hannfisk Kroppsvekt (kg) 2.4 2.0 1.6 1.2 LL NL 4 0.8 2 0 0.4 Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov J J A S O N D J F M A M J J A Måned Måned GL Taranger og Ø Karlsen, 2005 Havforskningsinstituttet 2006 26 26

Torsk i 3m kar på Austevoll 2002-2004 Fire grupper i replikate kar fra juni 2002 til januar 2004: Naturlig lys (NL) (med skyggenett) Kontinuerlig lys (LL) ca. 300 lux (i lystette kar) NL + tilleggslys ca. 300 lux (med skyggenett) NL + tilleggslys ca. 900 lux (med skyggenett) 27 27

Lysstyring i utendørs kar Lysperiode 26 22 18 14 10 LL NL + TL 900 lux NL + TL 300 lux NL 6 2år 3år des jun jan jul feb aug Måned Havforskningsinstituttet 2006 28 28

Gonadeutvikling hanntorsk i utendørskar 16 14 12 10 NL + 900 lux NL + 300 lux 8 6 4 2 GSI (%) 0-2 16 14 12 27/06/02 20/01/03 30/06/03 20/11/03 LL 27/06/02 20/01/03 30/06/03 20/11/03 Naturlig 10 8 6 4 2 0-2 27/06/02 20/01/03 30/06/03 20/11/03 27/06/02 20/01/03 30/06/03 20/11/03 Ø. Karlsen, C. Kristoffersen og GL. Taranger Havforskningsinstituttet 2006 29 29

Gonadeutvikling ikke helt stoppet! LL-høy LL-lav Noen få cyster har utviklet seg i gonaden på høy lysintensitet, men har ellers umodne celler mens det er flere utviklede celler i gonaden fra lav lysintensitet (Foto: GL Taranger). Ø. Karlsen og G.L. Taranger; HI-nytt 2003 Havforskningsinstituttet 2006 30 30

Spermdannelse hos torsk Fernanda de Almeida, Cathrine Kristoffersen, Geir Lasse Taranger, Rüdiger W. Schulz 31 31

Hvordan leser fisk lyset? Lysreseptorer finnes både i pinealorganet (epifyse) og øye (retina) Pinealorganet produserer (mesteparten av) mørkehormonet melatonin Melatonin er med på å oversette lysperiodesignal til fysiologiske responser Innledende forsøk i merder tydet på at lyset var for svakt til å senke melatonin i torsk (Ø Karlsen, GL Taranger og M Porter) Fisk mest følsom for blått/grønt lys?? Havforskningsinstituttet 2006 Tegning S. Mortensen

Melatoninprofiler hos lysstyrt torsk i utendørs kar Austevoll (3m), januar 2003 (etter 6 mnd med lys) 60 50 LL LL-high LL-low NL Plasma Melatonin (pg/ml) 40 30 20 10 0 13:00 18:00 00:00 05:45 07:30 10:00 Time Migaud, Kristoffersen, Karlsen & Taranger Havforskningsinstituttet 2006 33 33

Melatoninprofil laks i merd med tilleggslys (TL) Plasma melatonin (pg/ml) 300 250 200 150 100 50 TL-Høy TL-Middels TL-Lav NL TL NL 0 Oppedal, Porter, Bromage og Taranger, upubl. 1200 1600 1945 0000 0520 1000 1400 Tid på døgnet 34 34

Hvor mye lys trenger vi? Forsøksoppsett Matre laks og torsk i replikate 1,5m kar med kunstig lys Testet ulik lysintensitet om natten: 400 lux dag: 0 lux natt (LD12:12) 400 lux dag: 0,4 lux natt 400 lux dag: 4 lux natt 400 lux dag: 40 lux natt 400 lux dag: 400 lux natt (LL) Målte plama melatoninprofil ca. en uke etter at lysbehandling startet Havforskningsinstituttet 2006 35 35

Melatoninprofil hos laks i kar med ulike lysintensiteter 900 Melatonin (pg.ml -1 ) 800 700 600 500 400 300 100% 10% 1% 0,1% 0% 50% 60% 200 100 0 400 Lux 18 0 2 4 7 10 Klokkeslett 400 Lux Migaud, Taranger et al. Submitted J Pin Res 36 36

Ulik intensitet om natten hos torsk i innedørskar - prosent av intensitet om dagen (LD12:12) Melatonin (pg/ml) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 17 22 1 Time (h) 4 7 10 0 (LD) 0.1% 1% 10% 100% (LL) Torsken er veldig lysfølsom! Taranger, Migaud & Hansen Havforskningsinstituttet 2006 37 37

Lysfarge laks og torsk Testet blå og grønne lysdiodelys i kar - gir mye lys pr kw Blått-grønt lys går langt i sjøvann Hvordan virker smalspektret lys inn på mealtoninprofil? Effekt på modning? NFR prosjekt GL Taranger, T Hansen, H Migaud Havforskningsinstituttet 2006 38 38

Melatonin i laks gjennom en natt 500 450 400 350 300 250 Blue Green Yellow Red LD 200 150 100 50 0 1630 2230 130 630 Taranger, Migaud og Hansen, upubl 39 39

Blått og grønt lys; tendens til større effekt på melatonin tidlig om natten hos torsk 80 70 60 pg/ml/group: Blue pg/ml/group: Green pg/ml/group: Yellow pg/ml/group: Control pg/ml/group: Red Plasma melatonin (pg/ml) 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Time of day Taranger, Hansen og Migaud in prep Havforskningsinstituttet 2006 40 40

Konklusjoner Lysstyring stopper gonadevekst effektivt både i innendørs og utendørs kar hos torsk! Ikke så gode resultat selv med relativt mye lys (ca14 w/m 2 ) i torskemerder men omfang og konsekvenser av modning ser ut til å være redusert i forhold til naturlig lys I laksemerder virker lysstyring normalt godt men vi har fremdeles ikke god forklaring på avvikende resultat i enkelte år/forsøk De endokrine og molekylære mekanismene er bare delvis kartlagt Sammenhengen vekst, fettdeponering og modning er ikke så enkel som først antatt! Både torsk og laks er svært følsomme for lys vurdert med melatonin Blå LED lys ser så langt ut til å være mindre effektive enn forventet både på laks og torsk (PUBERTIMING og LYSTORSK) Nye erfaringer på at fordeling av fisk og lys i merden er hovedproblemet med lysstyring av torsk merder Videre undersøkelser på gang i nye NFR og Skattefunn-prosjekt 41 41

Takk for oppmerksomheten! Geirt@imr.no Institute of Marine Research, Matre, Norway More information on www.pubertiming.imr.no and www.imr.no Supported by Norwegian Research Council, Ministry of Fisheries & Coastal Affairs, Innovasjon Norge, EU FP5 (PUBERTIMING), EU LSF (University of Striling), University of Bergen, University of Utrecht 42 42

Takk for oppmerksomheten!