Zastosowania biotechnologii w

Zastosowania biotechnologii w

akwakulturze przemysłowej

akwakulturze przemysłowej

dr inż. Dariusz Kaczmarczyk

http://www.mar.dfo-mpo.gc.ca/sabs/Aquaculture/Aquaculture_Image/aqua_haddock.JPG

2010_112

Cele i zagrożenia wynikające z stosowania

Cele i zagrożenia wynikające z stosowania

biotechnologii w akwakulturze przemysłowej

biotechnologii w akwakulturze przemysłowej

Cele - zwiększenie biomasy produkowanych organizmów lub
poprawienie ekonomiki ich produkcji

• Wprowadzenie

biotechnologii wymaga
przeanalizowania ich
potencjalnego wpływu na
środowisko

• Nie istnieje niezawodne

zabezpieczenie przed
przedostaniem się ryb do
ekosystemu

• Niekiedy skutki

zastosowania
biotechnologii
(transgeneza) mogą
potencjalnie stanowić
zagrożenie dla środowiska
naturalnego

(photo: Devlin et al.
1994)

Rozmiar transgenicznych łososi
(po prawej ) i ryb nie
transgenicznych (po lewej)

2

Stada samicze:

• kawior,

• wysokie tempo wzrostu,

• późne dojrzewanie płciowe,

• niekiedy lepsza jakość mięsa,

• ochrona populacji lokalnych.

Stada jednopłciowe składają się z ryb tej samej płci,

wyróżniamy stada samicze oraz stada samcze.

Stada stada jednopłciowe

Stada stada jednopłciowe

Stada samcze:

• u niektórych gatunków osiągają większe rozmiary niż samicze

• zachowanie różnorodności gatunkowej (banki genów)

3

Stada stada jednopłciowe

Stada stada jednopłciowe

• pstrągi i łososie – wyższe

tempo wzrostu samic, lepsza
jakość mięsa, kawior,

• turbot, halibut – wysokie tempo

wzrostu samic,

• jesiotry i wiosłonos – wyższe

tempo wzrostu samic, kawior,

• tilapie – samce rosną szybciej

niż samice,

• okonie – samice rosną szybciej

niż samce,

• sum kanałowy – samce rosną

szybciej niż samice.

Gatunki, których stada jednopłciowe są bardziej cenne niż
obupłciowe:

4

pstrąg tęczowy (Francja, Szkocja, Japonia),

pstrąg potokowy (Francja),

łosoś atlantycki (Norwegia, Kanada),

kidzucz (USA, Kanada, Japonia),

łososie amago i masu (Japonia),

aju, zębnica (Japonia),

sum kanałowy (Chiny, USA),

tilapia nilowa (Chiny, Fiji, Filipiny, Tajlandia, USA,
Wietnam),

tilapia jordańska (Izrael),

halibut (Kanada).

Znaczenie stad jednopłciowych w akwakulturze

Znaczenie stad jednopłciowych w akwakulturze

Niektóre spośród gatunków hodowanych w oparciu o stada
jednopłciowe oraz najważniejsze miejsca ich produkcji:

5

•

Populacje jednopłciowe (w
Europie)

•

Rozmnaża się poprzez
gynogenezę

•

Osobniki potomne są
klonami osobnika
rodzicielskiego

•

Gatunek inwazyjny
(konkurent rodzimych ryb
karpiowatych)

Żródło http://www.efotogaleria.pl/zdjecia/3011.jpeg

Stada jednopłciowe występujące w środowisku naturalnym

Stada jednopłciowe występujące w środowisku naturalnym

Karaś srebrzysty Carassius gibelio

www.efotogaleria.pl/zdjecia/3011.jpeg

6

Metody tworzenia stad jednopłciowych

Metody tworzenia stad jednopłciowych

Stado jednopłciowe można otrzymać

na drodze:

• selekcji osobników obydwu płci na

podstawie cech zewnętrznych,

• manipulacji hormonalnej -

odwracanie płci fenotypowej,

• hybrydyzacji międzygatunkowych,

• gynogenezy i androgenezy.

http://www.happykoi.co.za/images/koi_for_sal
e/sep2009/marudoh_tategoi_chagoi_1.jpg

7

Akwakultura jednopłciowych stad ryb łososiowatych

Akwakultura jednopłciowych stad ryb łososiowatych

• Stada tworzone poprzez

hormonalne sterowanie płcią
fenotypową narybku (pasza z
dodatkiem estrogenów)

• Stado jednopłciowe (samicze) ryb

łososiowatych może zwiększyć
produkcję w porównaniu ze
stadem obupłciowym o prawie
13%

• W krajach takich jak Wielka

Brytania zdecydowania większość
produkcji

• W Polsce 2-3% (2007)

Year

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

P

er

ce

n

ta

g

e

o

f

o

va

t

yp

es

0

20

40

60

80

100

All-female
Triploid
Mixed sex

Hulata, G. (2001). Genetica, 111:

155-173.

Produkcja pstrąga tęczowego w Szkocji

Ciereszko i Ocalewicz 2007

8

źródło http://www.hofer-
forellen.de/produkte_e.htm#lachs

• Europa - wylęgarnie o

zasięgu
międzynarodowym,
sprzedaż
jednopłciowego
narybku samiczego
oraz ryb triploidalnych

• Możliwość zakupu

materiału obsadowego
online wraz z
dowozem do obiektu
produkcyjnego

Akwakultura jednopłciowych stad ryb łososiowatych

Akwakultura jednopłciowych stad ryb łososiowatych

9

Przybliżona roczna

produkcja tilapii
(w mln sztuk)
oparta na stadach
jednopłciowych

• Izrael - 15

• USA - 6,5

• Filipiny - 63

• Jamajka - 3

Tilapia – pod względem produkowanej biomasy jeden z
najważniejszych gatunków w akwakulturze (obecnie hodowany w
84 krajach) w znacznym stopniu w jako stada jednopłciowe
(samcze).

Technologie produkcji – hybrydyzacje międzygatunkowe,
hormonalna manipulacja płcią fenotypową.

Przyrost produkcji - do 40% w porównaniu ze stadami
obupłciowymi.

Samicze stada jednopłciowe w akwakulturze tilapii

Samicze stada jednopłciowe w akwakulturze tilapii

FAO 2007

10

Belton i in 2008

Produkcja tilapii w Tajlandii oparta o stada

Produkcja tilapii w Tajlandii oparta o stada

jednopłciowe

jednopłciowe

• W Tajlandii - kilkadziesiąt wylęgarni produkujących

jednopłciowy (samczy) narybek.

• Sprzedają ponad 84 mln sztuk narybku samczego miesięcznie

(2009).

• Szacuje się że około 40% produkcji tilapii w Tajlandii opartych

jest na stadach jednopłciowych.

11

Porównanie tempa wzrostu samców i samic halibuta

Porównanie tempa wzrostu samców i samic halibuta

atlantyckiego

atlantyckiego

W grudniu 2008 średnia masa ciała samic halibuta była o 750g wyższa niż
samców.

www.aansonline.ca

12

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Biotechnologia w akwakulturze halibuta atlantyckiego w Kanadzie

Biotechnologia w akwakulturze halibuta atlantyckiego w Kanadzie

Gynogeneza

Samicze

stada

jednopłciowe

Technika

hormonalnej

manipulacji płcią

http://web.ukonline.co.uk

Komercjalizacja

wyników badań-

akwakultura oparta

na stadach samiczych

Halibut atlantycki:
• ryba ceniona przez konsumentów,
• wysokie tempo wzrostu,
• próżno dojrzewająca płciowo (5-8 lat),
• coraz trudniejsza do pozyskania ze

środowiska naturalnego

• stada samicze otrzymywane na drodze

hormonalnej manipulacji płcią.

13

Co można uzyskać w przyszłości?

Co można uzyskać w przyszłości?

Węgorz
•

samica do 150cm długości masa ponad 6 kg

•

samiec długość ciała do 50 cm masa ciała do 350
g

Stada samicze:

•

Znacznie zwiększyły by opłacalność akwakultury tego
gatunku,

•

Idealny materiał zarybieniowy wód śródlądowych,

•

Sposób na uniezależnienie zarybień wód otwartych od
kosztownego materiału, uzyskiwanego u wybrzeży
Francji.

14

Otrzymywanie ryb poliploidalnych

1. Udar mejotyczny – ryby triploidalne

2. Podwojenie genomu - ryby tetraploidalne

3. Kojarzenie tetraploidów z rybami diploidalnymi – ryby

triploidalne

Ryby poliploidalne - osobniki których kariotyp liczy więcej niż 2n
chromosomów (co najmniej 3 chromosomy siostrzane)

Ryby poliploidalne

Ryby poliploidalne

www.aqua.stir.ac.uk/rep-gen/images/monosex.jpg

Erytrocyty ryby diploidalnej i triploidalnej

15

Ryby triploidalne i tetraploidalne w akwakulturze

Ryby triploidalne i tetraploidalne w akwakulturze

Ryby tetraploidalne

• Materiał do produkcji stad triploidalnych, należących

do gatunków ryb łososiowatych (pstrąg tęczowy) i
karpiowatych

Ryby triploidalne:

•

tempo wzrostu do 30% wyższe niż ryb diploidalnych,

•

nie ponoszą kosztów energetycznych rozrodu (cała energia
na wzrost),

•

genetycznie sterylne,

•

używane do hodowli towarowej, oraz na potrzeby rekreacji
(wędkarstwo)

•

materiał umożliwiający uniknięcie spontanicznego tarła w
nowym środowisku (amur, USA), lub przekrzyżowania się z
lokalnymi populacjami (pstrągi, USA)

•

są atrakcyjnym obiektem połowów wędkarskich

•

w 2010 roku wody stanu Washington (USA) planuje się
zarybić około 110 tys. sztuk narybku triploidalnych
pstrągów

Kuciński i Jankun 2008

16

Łuczyński M. 2008.

Porównanie tempa wzrostu pstrągów tęczowych uzyskanych od ryb
diploidalnych i tetraploidalnych

www.aquanic.org/publicat

Dlaczego warto hodować stada ryb poliploidalnych?

Dlaczego warto hodować stada ryb poliploidalnych?

17

Qin i inni 1998

diploidy (2N)

triploidy (3N)

samice samc

e

średni

a

samic

e

samc

e

śred

nia

masa ciała

(g)

246

306

276

293

331

312

masa

tułowia

(g)

199

285

242

264

306

285

Liczebność

próby

(szt)

25

28

53

30

28

58

Porównanie wyników produkcyjnych di- i triploidalnych

Porównanie wyników produkcyjnych di- i triploidalnych

stad suma chińskiego po 175 dniach podchowu

stad suma chińskiego po 175 dniach podchowu

18

•

ryby karpiowate, łososie, pstrągi, tilapie, sum chiński,

ryby karpiowate, łososie, pstrągi, tilapie, sum chiński,

szczupak oraz halibut, sola

szczupak oraz halibut, sola

•

Znaczenie sterylnych płciowo ryb triploidalnych wzrasta, gdy

Znaczenie sterylnych płciowo ryb triploidalnych wzrasta, gdy

konieczne jest zwiększenie liczebności populacji cennych

konieczne jest zwiększenie liczebności populacji cennych

wędkarsko i rybacko i ochrony odrębności genetycznej form

wędkarsko i rybacko i ochrony odrębności genetycznej form

autochtonicznych

autochtonicznych

Wprowadzanie do środowiska i obrót rybami poliploidalnymi jest

Wprowadzanie do środowiska i obrót rybami poliploidalnymi jest

objęte regulacjami prawnymi

objęte regulacjami prawnymi

•

Amur biały – gatunek wspomagający usuwanie niepożądanej

Amur biały – gatunek wspomagający usuwanie niepożądanej

roślinności wodnej

roślinności wodnej

•

W USA hodowla diploidalnych amurów na terenie 35 stanów

W USA hodowla diploidalnych amurów na terenie 35 stanów

jest prawnie zakazana.

jest prawnie zakazana.

•

Począwszy od stycznia 1992, na terenie USA triploidalne

Począwszy od stycznia 1992, na terenie USA triploidalne

amury, oraz inne sterylne allochtoniczne triploidy są

amury, oraz inne sterylne allochtoniczne triploidy są

dopuszczone do hodowli i sprzedaży, (po uzyskaniu

dopuszczone do hodowli i sprzedaży, (po uzyskaniu

odpowiedniego zezwolenia).

odpowiedniego zezwolenia).

Znaczenie ryb triploidalnych w akwakulturze

Znaczenie ryb triploidalnych w akwakulturze

19

Alaska Department of Fish

& Game Sport Fish

Hatcheries

New Hatchery Planning and

Use of Recirculating

Aquaculture

Przykład obiektu wylęgarniczego zaproponowanego do

Przykład obiektu wylęgarniczego zaproponowanego do

budowy na terenie USA z przeznaczeniem na potrzeby

budowy na terenie USA z przeznaczeniem na potrzeby

akwakultury i rekreacji

akwakultury i rekreacji

http://www.sf.adfg.state.ak.us

20

Poglądowy rysunek struktury i wyposażenia proponowanego obiektu

Poglądowy rysunek struktury i wyposażenia proponowanego obiektu

http://www.sf.adfg.state.ak.us

21

Planowana produkcja projektowanej wylęgarni

Planowana produkcja projektowanej wylęgarni

Czawycza (4 stada)

2700

Kiżucz (4 stada)

1700

Pstrąg tęczowy (samicze

osobniki triploidalne)

1130

Palia

42

Troć jeziorowa

42

Lipień

37

Liczba ryb 5609

Biomasa (t) 133,6

Stada tarłowe - biomasa (t)

9

Całkowita masa

produkowanych ryb (t)

142,6

http://www.sf.adfg.state.ak.us

Planowana produkcja wylęgarni (w tys. sztuk)

22

Beardmore J.A., Mair G.C. Lewis R.I. 2001. Monosex male production in finfish as exemplified
by tilapia: applications, problems, and prospects, Aquaculture 197 (2001), pp. 283–301.
Belton, B. Turongruang, D., Bhujel, R. Little, D.C. 2008. The history, status, and future
prospects of monosex tilapia culture in Thailand. Aquaculture Asia Magazine 2: 16-19
Ciereszko A., Ocalewicz K. 2007. Czas na pstrąga. Academia 2: 20-23.
FAO. 2007. Assesement of freshwater fish seed resources for sustainable aquaculture, FAO
Fisheries Technical Paper nr. 501, 40p.
Fischer G., Holmes K., Kaatz S. USDA-ARS “Production of Yellow Perch utilizing state of the art
technology” http://www.uwsp.edu/cls/aquaculture/docs/projects/Production%20of%20yellow
%20perch%20utilizing%20state%20of%20the%20art%20technology.pdf
Goudie C.A., Davis K.B, Simco B.A. 1994. Production of monosex fish populations: the channel
catfish model. Aquaculture 128 97-104
Kuciński M., Jankun M. 2008. Poliploidyzacja jako narzędzie w biotechnologii ważnych
gospodarczo i ekologicznie gatunków ryb na świecie. W: Biotechnologia w akwakulturze (red. Z.
Zakęś, J. Wolnicki, Demska-Zakęś K. Kamiński R. Ulikowski D) s. 15-30. Wydawnictwo IRS, Olsztyn,
410 str.
Łuczyński M. 2008. Biotechnologia w akwakulturze ryb słodkowodnych: inżynieria genomowa
jako narzędzie ochrony gatunków. W: Trendy biotechnologii środowiska (red. Wojnowska-Baryła) 11-
38 wyd. UWM Olsztyn 220p.
Qin J.G., Fast A.W., Ako H. 1998 Growth performance of diploid and triploid Chinese catfish
Clarias fuscus. Aquaculture 89: 351–364
Diversification - Species Review Halibut February 18, 2009 - DFO
www.aansonline.ca/.../Diversification%20-%20species%20review%20Halibut%20FEB%2018.ppt

.

Literatura

Literatura

23