ThemenThemen in in dieserdieser PresentationPresentation
Die globale Produktion von Aquakulturprodukten hat sich in den letzten 15Die globale Produktion von Aquakulturprodukten hat sich in den letzten 15 Jahren etwa verdoppelt. Welche Fischarten stecken dahinter?
Welche Faktoren kennzeichnen die in der Aquakultur erfolgreichen Arten?Welche Faktoren kennzeichnen die in der Aquakultur erfolgreichen Arten?
Welche Rolle spielt das Larvenstadium in der Aquakultur?
Wie ist der Stand des Wissens zur Larvenphysiologie bei Fischen in Bezugzur Aquakultur?
Wo liegt der Focus in der gegenwärtigen Larvenforschung? Was kann die Forschung leisten?
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
GlobaleGlobale AquakulturproduktionAquakulturproduktion
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
ProduktionProduktion derder wichtigstenwichtigstenAquakulturfischeAquakulturfische in in EuropaEuropa
Weltweit werden über 240 Fischarten gezüchtet
Composition of EU-27 aquaculture production by species
Weltweit werden etwa 240 Wirtschafts-Fischarten gezüchtet (davon etwa 60
marine Arten).
Insgesamt sind zur Zeit 32.000 Arten beschrieben (fishbase.org).
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
LänderLänder‐‐ZuwachsZuwachs in in derderAquakulturproduktionAquakulturproduktion 19991999‐‐20082008
Der enorme Zuwachs in der Aquakulturproduktion, gerade auch in Europa, lässt sich auf den Anstieg bei einigen wenigen Arten reduzieren.
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
WelcheWelche EigenschaftenEigenschaftenkennzeichnenkennzeichnen die in die in derder AquakulturAquakultur
erfolgreichenerfolgreichen FischartenFischarten? ?
Legally cultured Minor Existing Commercial Fisheries. Biology, ecology, and life history known Culture methods known Perceived market value Perceived market value Supply and demand Availability of brood stock or larvae Ability to culture at high population densities in a controlled environmentAbility to culture at high population densities in a controlled environment Ability to consume and efficiently grow on artificial formulated diets Able to mimic natural life cycle in a controlled environment Possibility of captive breeding and closing the life cycle in a controlled
environment Market size is attainable in economically feasible period of time Minimal vulnerability to pathogens
Die fett markierten Punkte stehen inDie fett markierten Punkte stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit derProduktion von Juvenilen.
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Herkunft der Larven und Fingerlinge in Herkunft der Larven und Fingerlinge in der Aquakulturder Aquakultur
Brutfischbestand wird langfristig gehältert und liefert die Gameten;
Elternfische werden aus natürlichen Beständen entnommen und die Gameten von diesen Fischen (einmalig) gewonnen;
Entnahme von Postlarven und Juvenilen direkt aus der natürlichen Umgebung;
Alle Verfahren können im weiteren Ablauf offene Aquakulturanlagen und Kreislaufanlagen verwenden;
Trend von "capture‐based to hatchery‐basedaquaculture".
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
NachhaltigkeitNachhaltigkeit beibei derderJuvenilenproduktionJuvenilenproduktion
WelcheWelche VerfahrenVerfahren zurzur LarvengewinnungLarvengewinnung sindsind erfolgreicherfolgreich imim SinneSinne einereinernachhaltigennachhaltigen FischproduktionFischproduktion ausaus AquakulturenAquakulturen? ? gg pp qq
Mit der Etablierung eines Brutfischbestandes ist dauerhaft eine kontrollierbare Larvenqualität möglichdauerhaft eine kontrollierbare Larvenqualität möglich sowie eine Streckung der natürlichen Laichzeiten (z.B. Steinbutt, Wolfsbarsch, Goldbrasse).
Die Entnahme von Elternfischen aus natürlichen Beständen ist zeitlich nicht immer kalkulierbar (Klima..) und die Qualität der Larven kann unterschiedlich seinund die Qualität der Larven kann unterschiedlich sein (z.B. Dorsch).
Die Entnahme von Larven/Fingerlingen direkt aus derDie Entnahme von Larven/Fingerlingen direkt aus der natürlichen Umgebung ist eher die Ausnahme; kann bei Übernutzung ökologisch nachteilige Folgen haben (z.B. europäischer Aal Milchfische: auf etwa 2 Milleuropäischer Aal, Milchfische: auf etwa 2 Mill. entnommene Larven von Chanos chanos kommen etwa 10 Mill. Larven anderer Arten als Discard).
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
NachhaltigkeitNachhaltigkeit beibei derderJuvenilenproduktionJuvenilenproduktion
Etwa 30% der in der EU erzeugten Setzlinge für die Hauptfischarten wurden 2005 in Recirculation Aquaculture Systems (RAS) erzeugt.
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
ErfüllenErfüllen modernemoderne Hatcheries die Hatcheries die AnforderungenAnforderungen derder "Grow"Grow‐‐Out" Out" FarmenFarmen? ?
Die Überlebensraten der Larven sind selbst bei den etablierten Arten noch unbefriedigend und liegen selten höher als 25% bis zum Fingerling. Das kritischsteunbefriedigend und liegen selten höher als 25% bis zum Fingerling. Das kritischste Stadium ist die "First‐feeding" Phase.
Die Bereitstellung von Lebendfutterketten verursacht hohe Kosten und ist nicht immer zuverlässig, die Ansprüche vieler Arten sind durch Rotatorien und Artemia‐Nauplien nicht adäquat zu decken; hier ist die zuverlässige Bereitstellung von Copeoden‐Nauplien und in der Zukunft möglicherweise Micro‐Diets die H f dHerausforderung.
Standardisierte Verfahren zur Vorhersage und Bestimmung der Qualität und Vitalität eines Larvenbatches werden noch nicht überall eingesetzteines Larvenbatches werden noch nicht überall eingesetzt.
Zuchtprogramme zur verbesserten Berücksichtigung des "Maternal effects" (Brutfischselektion) sind noch nicht überall Standard und teilweise verbesserungsbedürftig.
Die Umgebungsbedingungen in Hatcheries sind oft noch optimierungsbedürftig hi i h li h d h i i h bi i h d bi i h F khinsichtlich der hygienischen, biotischen und abiotischen Faktoren.
Trotz der jährlichen Produktion von etwa einer Milliarde Setzlingen von marinen Arten Trotz der jährlichen Produktion von etwa einer Milliarde Setzlingen von marinen Arten in Europa ist die Antwort eher ein "Nein"in Europa ist die Antwort eher ein "Nein"
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
in Europa ist die Antwort eher ein Nein .in Europa ist die Antwort eher ein Nein .
WoWo liegenliegen die die ChancenChancen derderAquakulturAquakultur in in EuropaEuropa??
Volumenmässig kann Europa nicht mit Asien konkurrieren, dort werden etwa 90% der Aquakulturfische produziert. Da Europa bereits jetzt schon etwa 60% des Bedarfs an Fi h d S f d i ti t i t i V b d P d kti i EFisch und Seafood importiert, ist eine Verbesserung der Produktion in Europa wünschenswert!
Europas Chancen in der Aquakultur liegen neben dem Ausbau der etablierten Arten vorEuropas Chancen in der Aquakultur liegen neben dem Ausbau der etablierten Arten vor allem auch bei nachhaltig produzierten (z.B. unter Nutzung von RAS), qualitativ hochwertigen und hochpreisigen (Nischen)Produkten.
Dazu muss das Portfolio an Arten in der Europäischen Aquakultur erweitert werden, hierbei ist die zuverlässige Bereitstellung von genügend Fingerlingen der in Frage kommenden Arten die Grundlage für einen Erfolg (Beispiel Aal).
Optionen, Beispiele : Grouper, Barramundi, Mahimai (Coryphaena hippurus), Zungen, Zahnbrassen (Dentex), Pompano, Cobia, Bluefin und Yellowfin Tuna, Snakehead (Channastriata) Asian knifefish (Notopterus notopterus) Tambaqui (Colossoma macropomum)striata), Asian knifefish (Notopterus notopterus), Tambaqui (Colossoma macropomum), Zander….
Bei vielen interessanten, marinen Bei vielen interessanten, marinen Arten ist das Problem derArten ist das Problem derArten ist das Problem der Arten ist das Problem der zuverlässigen zuverlässigen SetzlingsproduktionSetzlingsproduktionunter den lokalen Bedingungen unter den lokalen Bedingungen jedoch noch nicht gelöstjedoch noch nicht gelöst
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
jedoch noch nicht gelöst.jedoch noch nicht gelöst.
GlobaleGlobale AquakulturproduktionAquakulturproduktion
"Farming down the foodweb""Farming down the foodweb"Farming down the foodwebFarming down the foodweb
Der Tambaqui erreicht bis über 100 cm Körper Länge und ein maximales GewichtDer Tambaqui erreicht bis über 100 cm Körper‐Länge und ein maximales Gewicht von 45 kg! Diese salmlerartigen Fische sind Pflanzenfresser und fressen untergetauchte Pflanzen, hartschalige Samen und Früchte.
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
VoraussetzungVoraussetzung fürfür neueneue ArtenArten in in derdermarinenmarinen AquakulturAquakultur
N A t d E f l h b dN A t d E f l h b d
"The fish larva: a transitional life form, the foundation for aquaculture and fisheries"."The fish larva: a transitional life form, the foundation for aquaculture and fisheries".
Neue Arten werden nur Erfolg haben, wenn der Neue Arten werden nur Erfolg haben, wenn der Reproduktionszyklus beherrscht wird.Reproduktionszyklus beherrscht wird.
Di E f h i d V h it h b B b i K b ljDie Erfahrungen in der Vergangenheit haben z.B. bei Kabeljau, Heilbutt, Wolfsbarsch, Dorade und anderen Arten gezeigt, dass die ausreichende Verfügbarkeit der frühen Lebensstadien der wesentliche "Bottleneck" war für den Start einer kommerziellwesentliche Bottleneck war für den Start einer kommerziell interessante Produktion von Speisefisch.
Nicht nur die Überlebensrate der Larven ist interessant, sondern ,auch eine gute Performance in den späteren Lebensstadien; die Weichen werden in den frühesten Lebensabschnitten gestellt.
k l h h lf d d dHier kann gezielte Forschung helfen die Erwartungen der Industrie an zuverlässige und qualitativ hochwertige Setzlinge für "neue" Arten zu erfüllen.
Ein Screening mit innovativen Indikatoren bei potentiellen Arten für die Aquakultur kann sinnvoll sein, um frühzeitig die Eignung für eine Massenaufzucht einschätzen zu können(z.B. die Trypsinkapazität).
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Massenaufzucht einschätzen zu können(z.B. die Trypsinkapazität).
GlobaleGlobale AquakulturproduktionAquakulturproduktion
SpeciesSpecies‐‐specificspecific tryptictryptic enzymeenzyme activityactivity
50Turbot
0 10
50Turbot
0 10ar
va-1
) 40
0-10 Days
Sea bass0-40 Days
arva
-1) 40
0-10 Days
Sea bass0-40 Days
tic a
ctiv
ity×
min
.-1 ×
La
30Cod
0-40 Days
tic a
ctiv
ity×
min
.-1 ×
La
30Cod
0-40 Days
Tryp
nMol
MC
A ×
10
20
Sea bream0-19 Days
Sardine
Tryp
nMol
MC
A ×
10
20
Sea bream0-19 Days
Sardine(n
0
10 Sardine0-13 Days
(n
0
10 Sardine0-13 Days
Larval length (mm SL)
5 10 15Herring
0-50 DaysLarval length (mm SL)
5 10 15Herring
0-50 Days
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Optimierungsbedarf bei der Optimierungsbedarf bei der Larvenqualität Larvenqualität
Felder für notwendige Forschungen sind die Entwicklung der Endokrinen Organe, Respiration und Excretion, "Maternal Effects" , Entwicklung Sensorische Organe, EntwicklungVerdauungsystem, Verhalten.
Zur Optimierung der Larvenqualität und Verringerung von Mortalitäten sind nun eine genaueAnalyse und das Verständnis der zugrundeliegenden biologischen Mechanismen notwendig.
Effect of stocking density on the survival rate of Barramundi
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
g ylarvae (Lates Clcarifer) after 28 DPH. Effects oft various feeding protocols and growth in
Barramundi larvae
Beispiel: Forschung zur Beispiel: Forschung zur TrypsinkapazitätTrypsinkapazität bei Fischlarven. bei Fischlarven.
Objective: to overcome the ontogenetic deficiencies in individual larval development by applying appropriate substitutes with artificial feeddevelopment by applying appropriate substitutes with artificial feed.
Investigations on the endocrine organs development.
min
.-1)
250
300
5
10
15
min
.-1)
250
300
5
10
15
"Bottleneck": High tivity
Lar
va-1
ate
MC
A n
Mol
150
200
Phas
e II
I
0 5 10 150
5
tivity
Lar
va-1
ate
MC
A n
Mol
150
200
Phas
e II
I
0 5 10 150
5
Bottleneck : High „natural“ mortality in first feeding stages.
Tryp
tic a
ctro
lised
Sub
stra
50
100
se II
Phase ITryp
tic a
ctro
lised
Sub
stra
50
100
se II
Phase I
0 5 10 15 20 25 30 35
(Hyd
0
Phas
Phase IV
0 5 10 15 20 25 30 35
(Hyd
0
Phas
Phase IV
Larval age (Days after hatching)Larval age (Days after hatching)
Ontogenetic deficiencies in establishing adequate digestive capacity (Trypsin) in growing fish larvae
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
p y ( yp ) g g
Beispiel: Forschung zur Beispiel: Forschung zur TrypsinkapazitätTrypsinkapazität bei Fischlarven. bei Fischlarven.
The specific activities of proteases assayed wholelarvae homogenates in groups A (), B () and C
Chymotrypsin
rot)
4000
3000g g p ( ), ( )
(). Results are expressed as means ±SD (n=5).
esifi
c ac
tivity
(mU
/mg
p 3000
2000
1000
Groups
Group A
Days After Hatching
302520151050
Spe 1000
0
Group B
Group C
Pepsin
rot)
12000
10000
Trypsin120
ctiv
ity (m
U/m
g pr
8000
6000Groups
(mU
/mg
prot
) 100
80
Groups
Spes
ific
ac
4000
2000
0
Group A
Group B
Group C
pesi
fic a
ctiv
ity
60
40
p
Group A
G B
Days After Hatching
3025201510500 Group C
Taken from:
302520151050
Sp 20
0
Group B
Group C
Taken from:EFFECTS OF LIGHT INTENSITY ON EARLY LIFE DEVELOPMENT AND DIGESTIVE ENZYME ACTIVITIES IN COMMON PANDORA (DORADE) Pagellus erythrinus. Cüneyt SUZER; Şahin SAKA; Kürşat FIRATEge University Faculty of Fisheries Aquaculture Department; 35100
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Days After HatchingEge University, Faculty of Fisheries, Aquaculture Department; 35100 Bornova, Izmir, TURKEY
Beispiel: Forschung zur Beispiel: Forschung zur TrypsinkapazitätTrypsinkapazität bei Fischlarven. bei Fischlarven.
Key Key factorfactor CCK (CCK (CholecystokininCholecystokinin) ) identifiedidentified..
Tryptic activity
rva
nmol
/min
)
0,6
0,7
rva
[fmol
]
0,9
1,0
y yCCK
cod larvae
stomach
ic a
ctiv
ity /
labs
trate
MC
A,
0 3
0,4
0,5
entra
tion
/ lar
0 6
0,7
0,8cod larvae
PS pyloric sphin.M
ean
trypt
roly
sate
d su
b
0,1
0,2
0,3
an C
CK
con
ce
0,4
0,5
0,6
Yolk finished
pancreas
Age (days after hatching)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
(hyd
r
0,0 Mea
0,3
Gutlumen
foodCC
Underlying mechanisms of CCK‐trypsinregulation?
liverGB
enCCK
Which agents do have an impact on CCK production in early larvae?
Manipulation of CCK‐Level‐Trypsin f
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
production feasible?
Beispiel: Forschung zur Beispiel: Forschung zur TrypsinkapazitätTrypsinkapazität bei Fischlarven. bei Fischlarven.
"Tube "Tube FeedingFeeding""
Microscope
Micro-injector
Manipulator
Capillary
Prof. I. Rønnestad, University of Bergen, Norway
Schematische Darstellung des experimentellen Designs und der Anwendung der Mikroinjektionstechnik
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Schematische Darstellung des experimentellen Designs und der Anwendung der Mikroinjektionstechnik.
Beispiel: Forschung zur Beispiel: Forschung zur TrypsinkapazitätTrypsinkapazität bei Fischlarven. bei Fischlarven.
Research Tasks NEMO TP 4:Research Tasks NEMO TP 4: How is the relation between tryptic activity and CCK level during
larval development, especially during the first days of exogenous food intake?
How does PHA (Phytohemagglutinin) and CCK‐8 affect the CCK level and the secretion of tr psin? Is it possible to enhance or optimi e the efficienc of lar alsecretion of trypsin? Is it possible to enhance or optimize the efficiency of larval digestion by using these substances as feed substitutes and would this make an economic sense under consideration of possible side effects?
What are the differences of tryptic activity and CCK concentration in larvae of various fish species?
P d i d i f i di d id i f h l f h Production and testing of micro diets under consideration of the results of the above mentioned investigations and physical aspects (leaching, stabilityfloatability, acceptance).
High Quality Research withEuropean Dimensions
Wolfsbarschlarven 3 Wochen nach
European Dimensions.
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Wolfsbarschlarven, 3 Wochen nach Schlupf, Standardfutterprotokoll (oben) , kommerzielle Microdiets (unten)
Zusammenfassung I Zusammenfassung I
d d k l bl d d d Für die in der Aquakultur in Europa etablierten marinen und diadromen Artensind Besatzfische ausreichend verfügbar; auf veränderten Bedarf der "Grow‐Out" Industrie kann normalerweise bedarfsgerecht reagiert werden; Kilic Group’s Bafa Hatchery hat alleine eine Kapazität zur Produktion von etwa 200 MillionenBafa Hatchery hat alleine eine Kapazität zur Produktion von etwa 200 MillionenSeabass und Seabream Fingerlinge.
Es gibt jedoch auch für diese Arten noch viel Raum für Verbesserungen bei derEs gibt jedoch auch für diese Arten noch viel Raum für Verbesserungen bei derAufzucht von Larven zu Juvenilen. Viele grundlegende biologische Prozesse in der larvalen Phase von Fischen sind noch nicht aufgeklärt (Bedarf an Nährstoffen(Beispiel Aal), Deformationen, "Maternal Effects", Edokrinologie, Entwicklungsensorische System, Respiration und Exkretion, Mikrobiologische Faktoren).
Der grösste "Bottleneck" ist immer noch die Lebendfutterqualität in der larvalenPh V b i d N h (C d li MiPhase. Verbesserungen in der Nahrungsversorgung (Copepodennauplien, Micro Diets..) können zusammen mit anderen Verbesserungen die Mortalitätensignifikant verringern helfen, die Vitalität der Juvenilen verbessern und das Weaning‐Zeitfenster optimiert werden (und damit die wirtschaftliche EffizienzWeaning Zeitfenster optimiert werden (und damit die wirtschaftliche Effizienzvon Hatcheries und "On‐growing" Farmen).
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Zusammenfassung II Zusammenfassung II
Besondere Aufmerksamkeit sollte in diesemZusammenhang der Entwicklung von Reaktoren zur automatisierten ProduktionReaktoren zur automatisierten Produktionvon Copepodennauplien gewidmet werden(Beispiel Blue Fin Thun).
Für neue Arten gilt es auf der Basis des "Stand des Wissens" bei etablierten Artenzuverlässige Reproduktionsprotokolle zu
DHA content in halibut larvae fedArtemia sp. and T. longicornis.
entwickeln.
Zunehmender Trend zur Zertifizierungnachhaltiger Aquakultur Produktion mussnachhaltiger Aquakultur Produktion muss auch schon im Larvenstadium berücksichtigtwerden.
Kilic Group’s Bafa hatchery in derT k i i t i d ö t
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
Turkei ist eine der grösstenHatcheries der Welt
More Information: "Improving the quality of fish larvae used in aquaculture":
LarvaNet: Critical success factors for fish larval production in European Aquaculture: a multidisciplinary network.p q p y
NEMO‐WP‐4 is partner of the European Network LarvaNet
(COST A ti FA0801 2008 2012)(COST Action FA0801, 2008 – 2012)
LarvaNetLarvaNet Reviews in preparation: Reviews in preparation:
Review 1: Review 1: Fish larval nutrition and feed formulation ‐ knowledge gaps and bottlenecks for advances in larval rearing
Review 2: Review 2: Digestive physiology and feeding behavior ‐ knowledge gaps and bottlenecks for advances in larval rearing
Dr. Bernd Ueberschär, IFM‐GEOMAR, Kiel, NEMO‐Projekt
www.larvanet.org