Untitled - Latin American Journal of Aquatic Research

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Latin American Journal of Aquatic Research
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ISSN 0718 -560X
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CHIEF EDITOR
Sergio Palma
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile
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ASSOCIATE EDITORS
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Universidad de Magallanes, Chile
Álvaro J. Almeida-Bicudo
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Universidade do Vale do Itajaí, Brasil
Patricio Arana
Pontifícia Universidad Católica de Valparaíso, Chile
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Claudia S. Bremec
Instituto de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina
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Centro Nacional Patagónico, Argentina
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Universidad Católica del Norte, Chile
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Instituto de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina
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Brasil
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Universidad Nacional del Comahue
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Universidad Austral de Chile
Chile
Guido Plaza
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile
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Universidad Autónoma de Nayarit, México
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Instituto de Investigaciones Marinas, España
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Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Chile
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Centro de Investigación Científica y Educación Superior
de Ensenada, México
Fernando Vega-Villasante
Universidad de Guadalajara, México
Ingo Wehrtmann
Universidad de Costa Rica, Costa Rica
Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
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LATIN AMERICAN JOURNAL OF AQUATIC RESEARCH
Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1) 2016
CONTENTS
Reviews
Juan Pablo Alcántar-Vázquez
Fisiología de los peces triploides. Physiology of triploid fish………………………………………….………………..….…….1-15
Marco Antonio Retamal & Patricio M. Arana
Record of stomatopods and decapods, including descriptions of the species of commercial interest from the submarine rises and surrounding waters of the Chilean oceanic islands (southeastern Pacific Ocean). Registro de estomatópodos y decápodos, incluyendo la descripción de especies de interés comercial en cordilleras submarinas y aguas circundantes a islas oceánicas chilenas (Océano Pacífico suroriental).……………………………………………………….……….…….16-33
Research Articles
Isabela Bacalhau de Oliveira, Sergio Rodrigues da Silva-Neto, Henrique Lavander, Priscilla Lima & Alfredo Olivera-Gálvez
Growth and survival of Anomalocardia brasiliana larvae (Bivalvia: Veneridae) fed with microalgal diets. Crecimiento y
supervivencia de larvas de Anomalocardia brasiliana (Bivalvia: Veneridae) alimentadas con dietas de microalgas.…….....34-38
Rafael Lazzari, Tatiana Emanuelli, Daniel Maschio, Cristiano C. Ferreira, Eduardo K. Battisti & João Radünz-Neto
The inclusion of soybean oil in the diets of silver catfish (Rhamdia quelen) in relation to growth quality and fillet
aceptability. Inclusión de aceite de soya y su relación con la calidad del crecimiento y aceptabilidad de los filetes del bagre
plateado (Rhamdia quelen) ………………………..……………………………………………………………………….……….…39-45
Michelle Duarte, Carlos Ventura & Edson Silva
Genetic variation in color morphs of the endangered species, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae). Variación genética en morfotipos de color de la especie en peligro de extinción, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae).
……………………………………………………………………………………………………………………………………………..46-55
Crisantema Hernández, Alan González-Santos, Martín Valverde-Romero, Blanca González-Rodríguez & Patricia DomínguezJiménez
Partial replacement of fishmeal with meat and bone meal and tuna byproducts meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper Lutjanus guttatus. Reemplazo parcial de la harina de pescado con harina de carne y hueso, y harina de
subproductos de atún en dietas para juveniles de pargo lunarejo Lutjanus guttatus…………………………………………….56-64
Armando Mujica, María Luisa Nava, Ken Matsuda & Alejandra Vargas
Distribution and abundance of Engraulis ringens eggs along the north-central Chilean coastline (25.0-31.5ºS) during
February 2008 to 2014. Distribución y abundancia de huevos de Engraulis ringens en la zona centro-norte de Chile (25,0º31,5ºS) en febrero 2008-2014…………………………………..………………………………………………………………………65-75
Camila Sayes, Yanett Leyton & Carlos E. Riquelme
Bacteria Pseudoaltermonas sp. con potencial probiótico para cultivos larvales de peces. Bacterium Pseudoalteromonas
sp. probiotic potential for larval fish culture……………………………………………………………………………………………76-84
Jesús Padilla-Serrato, Juana López-Martínez, Jesús Rodríguez-Romero, Daniel Lluch-Cota, Felipe Galván-Magaña &
Alejandro Acevedo-Cervantes
Composición y aspectos biogeográficos del ensamble de peces de la laguna costera Las Guásimas, Sonora, México.
Composition and biogeography of the fish assemblage associated with the coastal Las Guásimas Lagoon, Sonora,
Mexico……………………………..……………………………………………………………………………………………..….……85-98
Eileen Pérez, César Lodeiros, Dulce Semidey, Eduardo Uribe & Luis Freites
Crecimiento, supervivencia e influencia de factores ambientales en tres cohortes de la ostra perla Pinctada imbricata,
en cultivo suspendido en el Golfo de Cariaco, Venezuela. Growth, survival and environmental effects on three cohorts of
the pearl oyster Pinctada imbricata, under suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela………………..…….………..….99-112
www.scielo.cl/imar.htm
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Antonella Sardi-Saavedra, Enrique J. Peña-Salamanca, Carlos A. Madera-Parra & Víctor A. Cerón-Hernández
Diversidad de las comunidades de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa fotosintética para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios. Diversity of algal communities associated with a photosynthetic high rate algal
system for bioremediation landfill leachate…………………………..………..………………………………………………..…113-120
Mario Hernández-Acosta, Gilberto J. Gutiérrez-Salazar, Francisco M. Guzmán-Sáenz, Gabriel Aguirre-Guzmán, Carlos A.
Alvarez-González, Edgar A. Lopez-Acevedo & Kevin Fitzsimmons
The effects of Yucca schidigera and Quillaja saponaria on growth performance and enzymes activities of juvenile
shrimp Litopenaeus vannamei cultured in low-salinity water. Los efectos de Yucca schidigera y Quillaja saponaria sobre el
crecimiento y actividad enzimática de camarones juveniles de Litopenaeus vannamei cultivados a baja salinidad.……..121-128
Weslley F. Braga, Janaína G. Araújo, Graciela P. Martins, Silvio L. Oliveira & Igo G. Guimarães
Dietary total phosphorus supplementation in goldfish diets. Suplemento de fósforo total en dietas para carpa
dorada.….……………………………………………………………………………………………………….…………………..…129-136
Ana L. Gómez, José A. López, Armida Rodríguez, Judith Fortiz, Luis R. Martínez, Alejandro Apolinar & Luis F. Enríquez
Producción de compuestos fenólicos por cuatro especies de microalgas marinas sometidas a diferentes condiciones
de iluminación. Production of phenolic compounds by four species of marine microalgae under different light conditions……………………………………………………………………………………………………………………………...……..137-143
Cristián M. Canales, Joan B. Company & Patricio M. Arana
Population structure of nylon shrimp Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea) and its relationship with environmental
fluctuations off Chile. Estructura poblacional del camarón nailon Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea) y su relación con
las fluctuaciones ambientales frente a Chile……………………………………………………………………………..……..…144-154
Short Communications
Armando T. Wakida-Kusunoki, David De Anda-Fuentes & Norma A. López-Téllez
Presence of giant tiger shrimp Penaeus monodon (Fabricius, 1798) in eastern Peninsula of Yucatan coast, Mexico.
Presencia del camarón tigre Penaeus monodon (Fabricius, 1798) en el oriente de la costa de la Península de Yucatán,
México……………………………………………………………………………………………………………………..…..……….155-158
Mariana Alcalá-Carrillo, Sergio G. Castillo-Vargasmachuca & Jesús T. Ponce-Palafox
Efectos de la temperatura y salinidad sobre el crecimiento y supervivencia de juveniles de pargo Lutjanus guttatus.
Effects of temperature and salinity on growth and survival of the spotted rose snapper Lutjanus guttatus juvenile………159-164
Jesaias Costa, Roñan Freitas, Ana Lúcia Gomes, Geraldo Bernadino, Dalton Carneiro & María Inez Martins
Effect of stocking density on economic performance for Colossoma macropomum (Cuvier, 1816), juvenile in earthen
ponds. Efecto de la densidad de siembra sobre el rendimiento económico de juveniles de Colossoma macropomum (Cuvier,
1816) en estanques……………..…………………………………………………………………..…………………..……………165-170
Andrea Valenzuela, Marcela P. Astorga, Pablo A. Oyarzún & Jorge E. Toro
Caracterización genética de híbridos entre las especies Mytilus edulis platensis y Mytilus galloprovincialis (Mytilidae:
Bivalvia) en la costa chilena. Genetic characterization of hybrids between species Mytilus edulis platensis and Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) in the Chilean coast……………………………………………..…………………..…………..171-176
Juan Fernando García-Trejo, Guillermo Abraham Peña-Herrejon, Genaro Martín Soto-Zarazúa, Adán Mercado-Luna, Oscar
Alatorre-Jácome & Enrique Rico-García
Effect of stocking density on growth performance and oxygen consumption of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) under greenhouse conditions. Efecto de la densidad de siembra sobre el crecimiento y el consumo de oxígeno de la tilapia del
Nilo (Oreochromis niloticus) bajo condiciones de invernadero…..…………………..…………..………………………………177-183
Yureidy Cabrera, Consuelo Aguilar, Gaspar González-Sansón & Juan Fernando Márquez-Farías
Ocurrencia de una hembra preñada de tiburón mako Isurus oxyrinchus al noroeste de Cuba. Occurrence of an Isurus
oxyrinchus pregnant female to the northwest of Cuba…………...………………....…………..…………………..……………184-189
Paulina Bustos, Diana Gaete, Patricio Villalobos & Pablo Conejeros
Immobilization of marine toxins on carboxylic acid modified surfaces. Inmovilización de toxinas marinas en superficies
modificadas con ácido carboxílico…………...…………………………………………………….…………………..……………190-192
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 1-15, 2016
DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-1
Fisiología de peces triploides
1
Review
Fisiología de los peces triploides
Juan Pablo Alcántar-Vázquez1
1
Laboratorio de Acuicultura, Des: Ciencias Agropecuarias, Universidad del Papaloapan (UNPA)
Ciudad Universitaria, Loma Bonita, Oaxaca, C.P. 68400, México
Corresponding author: Juan Pablo Alcántar-Vázquez ([email protected])
RESUMEN. La triploidía se ha convertido en una herramienta recomendable para la acuicultura, ya que los
problemas asociados con la maduración gonadal pueden ser eliminados o bien reducidos mediante la producción
de peces triploides, los cuales son funcionalmente estériles. Aunque la posibilidad de esterilizar una gran
cantidad de individuos ha convertido a la triploidía en un tema relevante económicamente, los cambios
fisiológicos provocados por la adición de un tercer juego de cromosomas, ofrecen la posibilidad de estudiar
procesos básicos en peces con diferente nivel de ploidía. A nivel fisiológico, la triploidía está estrechamente
relacionada con el incremento del tamaño celular y sus repercusiones en varios procesos metabólicos y
bioquímicos. El objetivo del presente trabajo es describir las principales consecuencias fisiológicas reportadas
para peces marinos y dulceacuícolas, resultado de la inducción a la triploidía. Comprender estas consecuencias
es de vital importancia para maximizar el desempeño de los peces triploides durante el cultivo.
Palabras clave: triploidía, esterilidad, tamaño celular, crecimiento, eritrocito, desarrollo gonadal.
Physiology of triploid fish
ABSTRACT. Triploidy has become a recommended tool for aquaculture since problems associated with
gonadal maturation can be eliminated or reduced by producing triploid fish, which are functionally sterile.
Although the possibility of sterilizing a large number of individuals has helped for triploidy to become an
important issue economically, the physiological changes caused by the addition of a third set of chromosomes
provides the opportunity to study basic processes in fish with a higher ploidy status. At physiological level the
consequences of triploidy are closely related to the increase of cell size and its subsequent impact on various
metabolic and biochemical processes. The aim of this work is to describe the main physiological consequences
reported for marine and freshwater fishes resulting from the induction of triploidy. Understanding these
consequences is of vital importance to maximize the performance of triploid fish under culture.
Keywords: triploidy, sterility, cell size, growth, erythrocyte, gonadal development.
INTRODUCCIÓN
La poliploidía consiste en el incremento del
complemento cromosómico diploide normal causado
por la presencia de tres o más juegos completos de
cromosomas dentro de las células somáticas de un
organismo, lo cual origina también un incremento
proporcional en el tamaño del genoma o ADN nuclear
(Futuyma, 2005; Thorpe et al., 2007; Hegarty &
Hiscock, 2008; Maxime, 2008). Los beneficios
producidos por la poliploidía en plantas y en las últimas
décadas en algunas especies de peces dulceacuícolas,
han hecho que durante el final del siglo pasado el hom___________________
Corresponding editor: Guido Plaza
bre busque transferir esos beneficios a peces marinos
(los de mayor valor económico), mediante la inducción
experimental de poliploidía, en particular la triploidía y
tetraploidía (Fig. 1). Los beneficios particulares de la
triploidía la han hecho una materia relevante para el
hombre, no solo por sus posibles repercusiones dentro
de la acuicultura, donde poseen un gran potencial para
explotación comercial, especialmente en la producción
de peces de mayor tamaño, sino como modelos para la
investigación básica sobre procesos genéticos, fisiológicos y evolutivos dentro de muchos grupos de peces
(Tiwary et al., 2004; Maxime, 2008).
2
Figura 1. Representación gráfica del número de cromosomas observados en organismos triploides y tetraploides en
comparación con organismos diploides. Modificado de Strachan & Read (1996).
En la acuicultura, el cultivo de peces con propósitos
comerciales enfrenta serios problemas relacionados con
la maduración gonadal, la cual ocurre frecuentemente a
expensas del crecimiento somático, debido principalmente a una reducción en la tasa de crecimiento, así
como un deterioro en la calidad de la carne (Piferrer et
al., 2000, 2009; Felip et al., 2001; Kizak et al., 2013).
Adicionalmente, el aporte de alimento de alta calidad
junto con rápidas tasas de crecimiento, a menudo
reducen la edad a la cual la maduración sexual da inicio
en organismos cultivados; comparado con el desempeño
de los silvestres de la misma especie. La maduración
temprana, representa un problema potencial para el
cultivo de una especie; ya que se producen poblaciones
de individuos maduros pero de pequeño tamaño, con un
bajo potencial de crecimiento (Basavaraju et al., 2002;
Manning et al., 2004; Piferrer et al., 2009).
La inducción artificial de la triploidía se ha
convertido en una herramienta recomendable para la
acuicultura, debido a que la literatura indica que en
algunas especies los triploides son estériles. Por dicha
característica, la triploidía ha sido útil en algunas
especies para el control de sobrepoblación de los
estanques, en adición pueden emplearse para controlar
el crecimiento de plantas acuáticas, principalmente
mediante el uso de carpas triploides (Papoulias et al.,
2010).
Por otro lado, se ha observado que los triploides
tienen mejor supervivencia, ya que en muchas
ocasiones se observan mortalidades relacionadas con la
maduración gonádica en individuos diploides, como en
el caso de la trucha común (Salmo trutta) y el turbot
(Scophthalmus maximus) (Benfey, 1999; FAO, 2005;
Cal et al., 2006). Un individuo triploide posee un
conjunto adicional de cromosomas proveniente del
segundo cuerpo polar que es de origen materno en el
caso de los peces o del primero para los invertebrados,
como es el caso especial de las almejas, ostras y
camarones (Nell et al., 1996; Eudeline et al., 2000;
Maxime, 2008). El cuerpo polar es básicamente un
conjunto materno de cromosomas y normalmente es
expulsado del ovocito poco después de la fusión de los
pronúcleos materno y paterno para que se mantenga el
número de cromosomas a nivel diploide (Beaumont &
Zourus, 1991; Alcántar-Vázquez, 2010).
La triploidía ha sido inducida en varias especies
bloqueando la primera o segunda división meiótica a
través de tratamientos (también llamados choques)
físicos o químicos (Fig. 2) (Tiwary et al., 2004; Piferrer
et al., 2009). Dentro de los tratamientos físicos se
encuentra la presión hidrostática y la temperatura. La
presión hidrostática es un método efectivo, especialmente para huevos de pequeño tamaño, ya que todos los
huevos reciben un tratamiento uniforme. Sin embargo,
este tratamiento solo se puede aplicar a un reducido
volumen de huevos al mismo tiempo mediante una
prensa hidráulica (Benfey & Donaldson, 1988;
Teskeredzic et al., 1993; Volckaert et al., 1994; Peruzzi
& Chatain, 2000; Gillet et al., 2001; Loopstra &
Hansen, 2008). La temperatura puede ser utilizada,
dependiendo de la temperatura normal de cultivo, en
forma de choque en caliente, con rangos de 26 a 36ºC o
de choque en frío, con rangos de -1 y hasta 12ºC
(Lincoln et al., 1974; Valenti, 1975; Thorgaard et al.,
1982; Utter et al., 1983; Cassani & Caton, 1985; Don
& Avtalion, 1988; Baldwin et al., 1990; Dubé et al.,
1990; Felip et al., 1997; Razak et al., 1999; Piferrer et
al., 2003; Hammed et al., 2010; Olele & Tighiri, 2013;
Pradeep et al., 2014). La temperatura inhibe la formación de microfilamentos y microtúbulos, lo cual
ocasiona que la división celular se detenga debido a que
los cromosomas no pueden desplazarse (Downing &
Allen, 1987). Dentro de los tratamientos químicos se
3
Figura 2. Representación de la expulsión de los dos cuerpos polares, fertilización y momento de aplicación del shock para
inducir la triploidía en peces. Con información de Tiwary et al. (2004) y Maxime (2008).
encuentra la colchicina, que es un alcaloide que tiene la
habilidad de inhibir reversiblemente la división celular
interrumpiendo la polimerización de los microtúbulos
(Taylor, 1965; Smith & Lemoine, 1979; Yoshimatsu et
al., 1997); la citocalacina B, un antibiótico fuertemente
tóxico obtenido del hongo Helmintosporium dematioideum, que inhibe la polimerización de la actina
necesaria para la formación del cuerpo polar (Longo,
1972; Refstie et al., 1977; Allen & Stanley, 1979;
Downing & Allen, 1987; Zhenmin et al., 1994; Guo et
al., 1996; Kang et al., 2013); la 6-dimetilaminopurina
o 6-DMAP, que puede ser disuelta en agua e inhibe la
rotación del huso durante la división y por ende la
expulsión del cuerpo polar (Desrosiers et al., 1993;
Szöllösi et al., 1993; Gérard et al., 1999; Norris &
Preston, 2003; Norris et al., 2005); el óxido nitroso, que
pertenece a un grupo de químicos con una habilidad
bien documentada para perturbar de manera reversible
la ultraestructura y ciclo celular (Shelton et al., 1986;
Okazaki et al., 2005), y por último, la cafeína utilizada
para obtener hasta un 70% de triploides en el bagre
africano (Clarias gariepinus) (Turan & Gucarac,
2014).
En el caso de los agentes químicos, solo el óxido
nitroso y la cafeína han mostrado potencial para inducir
la triploidía en peces; mientras que el resto se han
empleado en moluscos (Stanley et al., 1984; Allen &
Downing, 1986; Benfey & Donaldson, 1988; Allen &
Bushek, 1992; Garrido-Ramos et al., 1996; Stepto &
Cook, 1998; Maldonado et al., 2004; Liu et al., 2004;
Okumura et al., 2007; Piferrer et al., 2009). Sin
embargo, de los diferentes métodos el más fácil, barato
y efectivo parece ser el choque de temperatura frío o
caliente, según la especie que se trate, ya que no
requiere el uso de químicos, tampoco de aparatos
costosos y puede ser utilizado para tratar una gran
cantidad de huevos (Lemoine & Smith, 1980; Arai &
Wilkins, 1987; Benfey & Donaldson, 1988; Tiwary et
al., 2004; Piferrer et al., 2009; Kizak et al., 2013). El
choque en frío ha sido muy efectivo en especies de
aguas templadas a cálidas, como es el caso de una gran
cantidad de especies explotadas actualmente, como el
pez gato de canal, Ictalurus punctatus (Wolters et al.,
1982), la carpa herbívora, Ctenopharyngodon idella
(Cassani & Caton, 1985), el misgurno chino,
Misgurnus mizolepis (Kim et al., 1994), el fletán,
Hippoglossus hippoglossus (Holmerfjord & Refstie,
1997), la lubina, Dicentrarchus labrax (Felip et al.,
1997), el rodaballo, Scophthalmus maximus (Piferrer et
al., 2003) y la cabrilla arenera, Paralabrax maculatofasciatus (Alcántar-Vázquez et al., 2008).
El éxito de un programa de inducción a la triploidía
es medido por el número de triploides que se presentan
dentro de la población que ha sido expuesta al shock.
Debido a que diploides y triploides presentan una
apariencia externa idéntica en la mayoría de las
especies (con excepción de algunos híbridos
interespecíficos), se han empleado varias técnicas se
han empleado para facilitar su identificación (Maxime,
2008). Estas técnicas están basadas en el incremento en
el número de cromosomas, o bien en el incremento
4
resultante en el tamaño de la célula o del núcleo
(Benfey & Donaldson, 1988; Nai-Hsien et al., 1993;
Thomas & Morrison, 1995; Tiwary et al., 2004;
Maxime, 2008; Alcántar-Vázquez, 2010). Algunas de
estas técnicas incluyen análisis de cariotipos
(Thorgaard et al., 1981; Thorgaard, 1983; Arai et al.,
1991; Tiwary et al., 1997), medición celular y nuclear
de eritrocitos (Benfey et al., 1984; Arai et al., 1991;
Purdom, 1993; Pradeep et al., 2011; Olele & Tighiri,
2013), método de tinción de nucléolos con plata (Gold
& Ellison, 1982; Al-Sabti, 1995; Thititananukij et al.,
1996), citometría de flujo (Allen, 1983; Chao et al.,
1993; Lamatsch et al., 2000; Alcántar-Vázquez et al.,
2008), electroforesis de proteínas (Balsano et al., 1972;
Liu et al., 1978; Shimizu et al., 1993), examinación de
rasgos morfológicos (Thorgaard, 1983; Gomelsky et
al., 1992; Hussain et al., 1995; Tiwary et al., 1999) y
por último, citofotometría microscópica (Komen et al.,
1988). La citometría de flujo es actualmente la técnica
más moderna en la determinación de cantidades de
ADN dentro de células, permitiendo una separación
precisa entre triploides y diploides. Sin embargo, la
medición nuclear y celular de eritrocitos es una de las
técnicas más utilizadas para identificar entre diploides
y triploides cuando no se dispone de un citómetro de
flujo.
El objetivo principal de la presente revisión
bibliográfica es describir los principales aspectos
fisiológicos que se han estudiado en peces triploides,
tanto marinos como dulceacuícolas. En las primeras
secciones de esta revisión se aborda el incremento del
tamaño de las células y sus repercusiones sobre la
tolerancia a factores ambientales y el crecimiento,
mientras que en la segunda parte se analiza el desarrollo
gonadal de los peces triploides (Fig. 2).
Incremento del tamaño de la célula
Los cambios genéticos que trae consigo la triploidía son
variados (rearreglos cromosómicos como inver-siones
y translocaciones) (Mable, 2004; Otto, 2007). Sin
embargo, a nivel fisiológico los efectos de la
triploidización están relacionados principalmente con
el incremento en el tamaño del núcleo debido al
incremento en el número de cromosomas que contiene.
Lo anterior provoca que para mantener el radio
núcleo/citoplasma en valores normales, los peces
triploides incrementen, a su vez, el volumen del
citoplasma celular, lo cual resulta en células más
grandes en la mayoría de los tejidos (sangre, cartílago,
músculo, epitelio) y órganos (cerebro, retina, hígado,
riñón, testículos y ovarios) en comparación con los
peces diploides (Small & Benfey, 1987; Benfey, 1999;
Maxime, 2008). El volumen celular generalmente se
incrementa conforme lo hace el tamaño del genoma,
aunque la relación exacta entre el nivel de ploidía y el
tamaño de la célula varía entre ambientes y especies
(Ballarin et al., 2004; Mable, 2004; Otto, 2007). En
general, de acuerdo a Benfey (1999), en peces
triploides el volumen celular se incrementa a
aproximadamente 1,4 veces el tamaño observado en
peces diploides de la misma especie. Este incremento
en el tamaño celular puede alterar procesos fisiológicos
y de desarrollo que dependen de sistemas regulatorios
cuidadosamente balanceados (Mable, 2004; Otto,
2007). Sin embargo, muchos animales, incluidos los
peces, son capaces de acomodar y compensar los
cambios en el desarrollo y/o regulatorios en procesos
fisiológicos asociados con la elevación del nivel de
ploidía (Mable, 2004).
Los peces pueden emplear diferentes estrategias
para lidiar con el incremento de tamaño de las células
que acompaña a la triploidía (Comai, 2005). Aunque el
tamaño de las células es típicamente más grande en
organismos triploides, el tamaño corporal de estos no
se altera (Otto, 2007). Como generalización, es
probable que la triploidización produzca incremento en
el tamaño corporal en invertebrados, comparado con lo
mostrado por los vertebrados donde no se ha logrado
observar tal aumento (Comai, 2005; Otto, 2007). Esto
es cierto particularmente en nemátodos (e.g.,
Caenorhabditis elegans), donde el tamaño corporal se
relaciona directamente con el tamaño celular y el nivel
de ploidía (Gu et al., 2002). No obstante, este caso
parece ser la excepción, incluso dentro de otros
invertebrados. Observaciones realizadas en vertebrados, indican que el tamaño de las células triploides
(o de mayores niveles de ploidía) no necesariamente
resulta en tamaños corporales mayores. En estos casos,
existen mecanismos de desarrollo (ver el siguiente
párrafo) que regulan el crecimiento para compensar el
tamaño celular (Mable, 2004; Comai, 2005).
De manera general, al sufrir un evento de
triploidización, un gran número de especies de peces
reduce el número global de células y mantienen un
tamaño de órganos, así como corporal, similar al de sus
progenitores diploides (Mable, 2004; Maxime, 2008).
Lo anterior es posible, en casos donde gradientes
morfógenos (sustancias o elementos que controlan el
patrón de desarrollo de un tejido o bien la posición de
células especializadas dentro de un tejido) guían el
desarrollo del organismo, ya que la adición de un tercer
juego de cromosomas no afecta la densidad global de
material celular, es decir el número de células por
unidad de área, solo como éste es empaquetado (en
células ~0.5 veces más grandes y que contienen un
tercio más de ADN) (Day & Lawrence, 2000; Otto,
2007). En contraste, cuando el crecimiento es
determinado por interacciones célula-célula o donde
existe un número fijo de células en especímenes
adultos, la triploidía al alterar el tamaño de la célula
debería directamente influenciar el tamaño corporal,
como por ejemplo, en invertebrados como los
nemátodos y copépodos (Gregory et al., 2000; Comai,
2005). Sin embargo, en el caso de los peces dichos
resultados no han sido observados con tal fenómeno.
Los cambios en el tamaño de la célula son
alcanzados generalmente sin alteraciones significativas
en la fisiología de los triploides; especialmente en los
casos donde el número total de células por unidad de
área no es reducido. Se ha sugerido que probablemente
existe límite en el número de células necesarias para
formar tejidos y órganos que depende de cada especie
(Otto, 2007). Esto hace posible que los peces puedan
regular la cantidad de células y de esta forma lidiar
satisfactoriamente con los cambios en la regulación de
la proporción de la expresión genética y en los patrones
de desarrollo acarreados por la triploidización. Sin
embargo, se ha observado que en animales con niveles
de ploidía muy elevados, el incremento en el tamaño
celular parece traer consigo desventajas con
organismos que tienen comparativamente niveles
inferiores de ploidía (Mable, 2004; Comai, 2005; Otto,
2007).
Capacidad respiratoria y metabolismo
El ambiente acuático exhibe variación espacial y
temporal con respecto a los factores físicos y químicos
tales como el oxígeno, temperatura y salinidad, los
cuales influencian fuertemente la fisiología de los
individuos (Maxime, 2008). En los últimos años
estudios realizados experimentalmente se han centrado
en determinar de manera precisa si los peces triploides
son más sensibles a tales variaciones; es decir si los
efectos fisiológicos del incremento en el tamaño de la
célula causados por la adición de un tercer juego de
cromosomas traen consigo adaptaciones fisiológicas
favorables para enfrentar los factores ambientales.
Los peces triploides poseen eritrocitos más grandes
que los diploides, pero el número total de eritrocitos se
reduce para mantener el hematocrito al nivel mostrado
por los organismos diploides (Small & Benfey, 1987;
Aliah et al., 1991; Parsons, 1993; Benfey et al., 1997;
Gao et al., 2007; Kizak et al., 2013). Sin embargo, en
algunos casos no se ha observado la reducción
característica en el número de eritrocitos triploides
(Virtanen et al., 1990) e incluso se han detectado
niveles de hemoglobina significativamente más altos en
triploides (Benfey & Sutterlin, 1984a; Aliah et al.,
1991; Parsons, 1993; Gao et al., 2007). Debido al
mayor tamaño de los eritrocitos, la proporción área
superficial-volumen se reduce conforme se incrementa
el tamaño de las células y por ende el área superficial
5
en los eritrocitos disponible para el intercambio
gaseoso es menor, lo cual ha sido señalado como una
posible limitación de la capacidad aeróbica de los peces
triploides (Small & Benfey, 1987; Benfey et al., 1997;
Gao et al., 2007). Adicionalmente, la reducción de
eritrocitos, el contenido de hemoglobina; así como la
proporción hemoglobina-oxígeno se ven afectados, lo
cual puede resultar como se mencionó previamente en
un decremento de la capacidad aeróbica y finalmente
en una limitada capacidad de suministrar oxígeno a los
tejidos (Virtanen et al., 1990; Ojolick et al., 1995). Se
ha reportado que los peces triploides se desenvuelven
pobremente cuando se encuentran sometidos a altas
temperaturas por largos periodos (estrés crónico), pero
esto depende de cada especie en particular. Esto se debe
a que el incremento de la temperatura, además de
reducir la solubilidad del oxígeno en el agua, produce
un incremento en la demanda metabólica de oxígeno
por parte del pez, así como un decremento en la
afinidad hemoglobina-oxígeno (Benfey et al., 1997).
Por lo tanto, periodos de exposición crónica resultan en
un incremento de la mortalidad comparado con los
diploides. Sin embargo, Benfey et al. (1997) no
encontraron diferencias significativas en la temperatura
máxima critica comparando diploides contra triploides
de la trucha de río Salvelinus fontinalis. Adicionalmente, Sadler et al. (2000) no encontraron diferencias
significativas en la capacidad de captación de oxígeno,
así como en la respuesta hematológica de organismos
triploides del salmón del Atlántico Salmo salar
expuestos a estrés. Por otro lado, Gao et al. (2007)
observaron en el misgurno (Misgurnus anguillicaudatus) que los eritrocitos triploides son más
resistentes al estrés osmótico en comparación con los
eritrocitos diploides. Sadler et al. (2000) mencionan
que los eritrocitos de los individuos triploides son más
grandes a lo largo (eje longitudinal) y a lo ancho (eje
transversal) comparados con los de sus homólogos
diploides. Sin embargo, no tienen más altura
(profundidad), lo cual hace factible que la difusión de
oxígeno a través de la superficie del eritrocito no se vea
afectada en las branquias y el resto de los tejidos. Esto
concuerda con Cal et al. (2006), al señalar que el
incremento del tamaño celular no afecta homogéneamente la longitud de todos los ejes celulares; pues
el eje que más se ve afectado es el eje longitudinal (eje
mayor), por ello, la célula se vuelve más elipsoidal. Un
ejemplo de lo anterior, se puede observar en la cabrilla
arenera (P. maculatofasciatus). En este caso, los peces
diploides presentan un largo para el eje longitudinal de
5,36 ± 0,04 µm y un largo para el eje transversal de 3,41
± 0,1 µm. Mientras que los triploides presentan, para el
eje transversal presentan un largo de 6,76 ± 0,1 µm y
3,96 ± 0,1 µm para el eje transversal (AlcántarVázquez, 2010).
6
A pesar de las diferencias en el tamaño de las
células, la capacidad aeróbica y cardiovascular de los
triploides, especialmente en salmónidos, es similar a la
de los diploides (Maxime, 2008). Adicionalmente,
diferentes estudios no han observado diferencias
cuando se compara la tasa metabólica entre diploides y
triploides (Benfey & Sutterlin, 1984a; Aliah et al.,
1991; Altamiras et al., 2002), la velocidad crítica
durante el nado, la presión dorsal aórtica y la frecuencia
de ventilación (Altamiras et al., 2002). Por último
Hyndman et al. (2003), no observaron limitaciones en
el almacenamiento y uso de energía por parte de
triploides de la trucha de río (Salvenilus fontinalis). Sin
embargo, si observaron que a altas temperaturas la
habilidad de los triploides de utilizar vías metabólicas
anaerobias se vio comprometida. Lo anterior sugiere
que los cambios en las vías metabólicas son más
dependientes de la temperatura en triploides que en
diploides.
Varios aspectos hematológicos se encuentran bien
caracterizados en peces triploides, pero existen otros
factores que afectan el transporte del oxígeno y se
relacionan directamente con las dimensiones de los
eritrocitos (Sadler et al., 2000). Estas características
incluyen la viscosidad, la capacidad de deformación de
los eritrocitos (deformabilidad) y la regulación de la
afinidad de la sangre (eritrocitos) por el oxígeno que se
encuentra bajo el control del pH y de la concentración
de ATP. Aunque dichas particularidades se encuentran
escasamente comprendidas en los triploides, se ha
observado que son importantes en la regulación de la
entrega de oxígeno durante situaciones de estrés
ambiental como son los cambios de temperatura y
oxígeno (Sadler et al., 2000). Otros procesos poco
estudiados en triploides, son los procesos metabólicos
básicos relacionados con la membrana plasmática.
Estos incluyen el intercambio, ya sea a través de
difusión o intercambio activo (afectando la bioquímica
de los receptores celulares), la transducción de señales
y las actividades enzimáticas relacionadas con la
membrana (Sadler et al., 2000; Ballarin et al., 2004;
Maxime, 2008).
Crecimiento
El crecimiento es uno de los procesos más importantes
para un organismo, ya que determina la velocidad con
la cual un individuo alcanza su etapa reproductiva
(Alcántar-Vázquez, 2010). Células más grandes
tienden a tener un área superficial más pequeña en
relación al volumen, un fenómeno que puede ocasionar
un crecimiento más lento en células triploides (Mable,
2004). Este crecimiento más lento se puede observar a
partir etapas muy tempranas del desarrollo, asumiendo
que la tasa de división mitótica se vea afectada por la
triploidía. Lo anterior se podría esperar dado que el
transporte a través de la membrana limita el
crecimiento bajo ciertas circunstancias (Oliva-Teles &
Kaushik, 1990; Mable, 2004). Sin embargo, en algunas
ocasiones se ha observado una tasa más rápida de
desarrollo embrionario en individuos triploides (Happe
et al., 1988). Si la geometría celular afecta o no la tasa
de crecimiento, depende de las características
biológicas de la especie cultivada, de las condiciones
ambientales (especialmente la temperatura) en las
cuales se desarrolla y la calidad del alimento
suministrado (Qin et al., 1998). Quizá como una
consecuencia del decremento de las tasas metabólicas;
los peces triploides tienden a exhibir un desarrollo más
lento. Sin embargo, este patrón no es siempre cierto y
puede ser revertido, ya que existen especies donde los
peces triploides son más grandes que sus contrapartes
diploides (Fast, 1998; Otto, 2007; Maxime, 2008).
Varios estudios se han realizado para determinar el
desempeño de los triploides producidos experimentalmente y sus contrapartes diploides (Galbreath et al.,
1994; Pradeep et al., 2012a, 2012b), obteniéndose
resultados altamente variables incluso entre individuos
de la misma especie (Felip et al., 2001; Maxime, 2008).
Los datos obtenidos en diversas especies muestran que
la tasa de crecimiento, así como la conversión
alimenticia de organismos triploides, puede superar en
algunas ocasiones, las observadas en los organismos
diploides (Fast, 1998; Qin et al., 1998). Diversos
autores han atribuido lo anterior a que los peces
triploides derivan energía metabolizable hacía el
crecimiento somático en lugar de utilizarla para la
producción de gametos (Carter et al., 1994; Sadler et
al., 2000; Felip et al., 2001; Maxime, 2008). A este
respecto, Fast et al. (1995) reportan que los triploides
del bagre de Asia (Clarias macrocephalus) crecieron
más de 50% en comparación con los diploides.
Resultados similares se han observado en otras especies
de bagre como es el caso del bagre chino (C. fuscus)
(Fast, 1998). Sin embargo, en otras especies del mismo
género, como es el caso del bagre africano (C.
gariepinus), Henken et al. (1987) no reportan
diferencias significativas en el crecimiento de diploides
y triploides cultivados hasta los 150 g de peso. Fast
(1998) menciona que la variación observada en los
resultados obtenidos en especies relacionadas, indica
que los beneficios potenciales de la triploidía son
altamente especie-específicos. La realidad es, que
excluyendo a algunas especies de tilapias y bagres
(Wolters et al., 1982; Tiwary et al., 1997; Fast, 1998),
los organismos triploides raramente crecen más rápido
que los organismos diploides en las primeras etapas de
cultivo, previas a la maduración sexual. Dunham
(2004) menciona que generalmente los organismos
diploides crecen más rápido hasta el inicio de la
maduración y hasta entonces, los organismos triploides
comienzan a crecer más rápido y a tener mejores tasas
de conversión alimenticia.
Los peces triploides generalmente no pueden
reproducirse, por lo que se pensó inicialmente que la
energía que no se canalizaría a la reproducción
aumentaría la tasa de crecimiento somático (Wolters et
al., 1982; Carter et al., 1994; Felip et al., 2001;
Maxime, 2008), sin embargo, esto no ha demostrado ser
el caso en muchas especies. Varias hipótesis han tratado
de explicar las diferencias en el crecimiento entre
triploides y diploides. Una de ellas afirma que los
procesos asociados con la inducción a la triploidía
pueden tener efecto negativo sobre el crecimiento,
debido a aberraciones cromosómicas o bien por
acciones bioquímicas provocadas por proteínas
específicas intracelulares. Otra hipótesis afirma que la
falta del efecto anabólico de los esteroides sexuales
debido a la reducción de la gónada en los individuos
triploides puede anular cualquier ventaja sobre el
crecimiento provocada por la triploidía (Felip et al.,
2001; Piferrer et al., 2003).
Se ha observado que los factores más importante a
la hora de evaluar si los peces triploides ofrecen o no
ventajas en el crecimiento, son las condiciones
experimentales, en especial si los triploides son
cultivados de manera comunal (en el mismo estanque
diploides y triploides) o por separado. Maxime (2008)
menciona que cultivando los triploides de forma
comunal es la mejor manera de observar si realmente
los triploides crecen o no más rápido que sus
contrapartes diploides, ya que de esta forma se eliminan
las posibles diferencias entre estanques. En general se
ha observado un pobre desempeño de peces triploides
bajo cultivo comunal (Cassani & Caton, 1986; Carter et
al., 1994; Galbreath et al., 1994; Derayat et al., 2013;
Taylor et al., 2014). Este crecimiento inferior por parte
de los peces triploides se ha atribuido a la competencia
por recursos dentro del estanque, la cual expone la baja
agresividad y habilidad por competir por alimento por
parte de los triploides (Utter et al., 1983; Cassani &
Caton, 1986; Fast, 1998; Maxime, 2008). A este
respecto, Aliah et al. (1990) mencionan que las
diferencias observadas durante el cultivo comunal de
peces triploides y diploides pueden estar relacionadas
con una reducción en el número de células sensoriales,
lo cual reduciría la sensibilidad de los peces triploides
a la luz y al sonido. Por otro lado, cuando los peces
diploides y triploides son cultivados por separado, por
lo general no se observan diferencias en el crecimiento
o bien los triploides exhiben un crecimiento superior al
final del experimento (Oliva-Teles & Kaushik, 1990;
Na-Nakorn & Lakhaanantakum, 1993; Galbreath et al.,
7
1994; Bramick et al., 1995; Sheehan et al., 1999; Felip
et al., 2001; Johnson et al., 2004; Hernández-Urcera et
al., 2012).
Desarrollo gonadal y proporción de sexos
El desarrollo gonadal a menudo es un tema delicado en
individuos triploides. De manera interesante, durante
un evento de triploidización no todos los rasgos de la
célula escalan conforme lo hace el nivel de ploidía, lo
cual puede tener consecuencias secundarias importantes. Se ha sugerido que los cambios en el nivel de
ploidía alteran las relaciones geométricas entre
componentes claves del sistema utilizado para segregar
los cromosomas durante la meiosis, lo cual puede
explicar potencialmente la alta tasa de fallas (no
disyunción) observadas en la unión de cromosomas
(Turner, 1984; Mable, 2004; Otto, 2007).
En el caso de los peces triploides, estos son
funcionalmente estériles debido a una falla en el
movimiento y unión (sinapsis) de los cromosomas
homólogos al momento de aparearse durante la meiosis
I (Cassani & Caton, 1985; Arai & Wilkins, 1987;
Aldridge et al., 1990; Benfey, 2001; Pradeep et al.,
2012a). En este caso, las células goniales
(espermatogonias y oogonias) son el único tipo de
células afectadas, ya que todos los tipos celulares
restantes se dividen por mitosis en lugar de meiosis. La
diferencia entre estos dos tipos de división celular es
que solo en la meiosis los cromosomas homólogos se
unen sinápticamente antes de realizar la división
(Benfey & Donaldson, 1988).
Una gran cantidad de estudios realizados a nivel
experimental han comprobado la reducción del
desarrollo gonadal en peces triploides, especialmente
en las hembras (Wolter et al., 1982; Benfey & Sutterlin,
1984b; Hussain et al., 1995; Pradeep et al., 2012b;
Derayat et al., 2013; Kizak et al., 2013). De manera
general, en los peces, los ovarios de las hembras
triploides permanecen en un estado primario de
desarrollo (Benfey & Donaldson, 1988; Felip et al.,
1999) probablemente asociado a los bajos niveles de
gonadotropinas y otros esteroides sexuales, incluido el
estradiol-17β, observados en algunas especies (Lincoln
& Scott, 1984; Benfey et al., 1989; Tiwary & Ray,
2000; Felip et al., 2001). Lo anterior, finalmente, se
refleja en una producción baja de vitelogenina por parte
del hígado (Manning et al., 2004; Tiwary et al., 2004).
A este respecto, Cal et al. (2006) mencionan que la
triploidía altera el desarrollo gonadal, especialmente en
las hembras donde la meiosis ocurre muy temprano en
el desarrollo de los ovocitos. En contraste, el desarrollo
gonadal y los niveles de andrógenos en machos
triploides pueden alcanzar niveles comparables con los
de machos diploides (Tiwary et al., 2004). Lo anterior
8
se debe probablemente a que la división de las
espermatogonias por mitosis, la formación de cistos y
la división de células esteroidogénicas son eventos premeióticos en los machos, lo cual permite un desarrollo
normal hasta este punto. Al respecto, Thorgaard (1983)
menciona que el estado triploide no interfiere con un
gran número de divisiones mitóticas requeridas en los
testículos. Adicionalmente, se ha reportado actividad
meiótica en machos triploides, incluyendo procesos
espermatogénicos activos con la subsiguiente
producción de espermatozoides funcionales pero
aneuploides, los cuales producen por consiguiente
embriones aneuploides cuando son usados para
fertilizar huevos haploides. Estos embriones por lo
general solo sobreviven hasta la eclosión (Benfey &
Donaldson, 1988; Felip et al., 1999). Al respecto, en los
salmones machos triploides se ha observado un mayor
desarrollo gonadal en comparación con las hembras
(Johnson et al., 1986; Cotter et al., 2000), así como
elevados niveles de andrógenos durante la temporada
reproductiva. Sin embargo, los pocos espermas
producidos son aneuploides, lo cual significa que son
funcionalmente estériles (Johnstone, 1985). De igual
forma, en la carpa herbívora (Ctenopharyngodon
idella), aunque es posible observar una producción de
espermatocitos secundarios en los testículos, estos
espermatocitos son irregulares y no desarrollan flagelo.
Estudios posteriores confirmaron que solo el 0,00002%
del esperma total producido por los machos triploides
era euploide y que la densidad espermática de los
machos triploides era solo 1/50 comparado con la de un
macho diploide (Thompson et al., 1987). Resultados
similares se han observado por Papoulias et al. (2010)
en la carpa herbívora y en la carpa negra
(Mylopharyngodon piceus) triploides introducidas para
el control de plantas acuáticas e invertebrados,
respectivamente. En base a lo anterior, se considera de
manera general que los machos triploides son
fisiológicamente fértiles pero genéticamente estériles,
lo cual los vuelve en última instancia funcionalmente
estériles. Mientras que las hembras son enteramente
estériles y por lo tanto, pueden retener la apariencia y
tasa de crecimiento de un pez en estadio juvenil
(Chourrout, 1984; Galbreath et al., 1994). Sin embargo,
el modelo anterior no es una regla y existen especies en
las cuales los machos triploides exhiben un desarrollo
gonadal similar al observado en las hembras triploides,
como es el caso de bagre de la India (Heteropneustes
fossilis) (Tiwary et al., 2001) y el salmón plateado
(Oncorhynchus kisutch) (Piferrer et al., 1994).
En algunas especies de peces variables ambientales, como la temperatura y el pH han demostrado
tener un efecto en la determinación del sexo (Devlin &
Nagahama, 2002). Adicionalmente, se han detectado
muchos tipos de determinación sexual en peces que son
controlados por factores genéticos, algunos de estos
tipos incluyen, XX-XY, XX-XO, X1X2X1X2, XXXY1Y2 (macho heterogamético) y ZW-ZZ (hembra
heterogamética) (Devlin & Nagahama, 2002). La
adición de un tercer juego de cromosomas, producto de
la triploidización puede alterar el patrón de
determinación sexual de la especie en particular y con
esto cambiar la proporción de sexos dentro de la
población triploide. Lo anterior es causado probablemente por la alteración de factores sexuales epistáticos
o autosómicos (Devlin & Nagahama, 2002; Piferrer et
al., 2009). Si las hembras son el sexo homogamético
XX, y los machos el sexo heterogamético XY, solo dos
tipos de triploides podrán producirse, XXX y XXY.
Ambos tipos estarían representados en una proporción
de 1:1. En cambio, si la hembra es el sexo heterogamético WZ, y el macho el sexo homogamético ZZ, la
descendencia resultante será completamente WZZ, es
decir hembra. Este tipo de alteraciones en el patrón
normal de determinación sexual han sido reportadas
previamente por diferentes autores en varias especies,
incluyendo el bagre de canal (Ictalurus punctatus), la
dorada (Sparus aurata), el esturión híbrido (Huso huso,
hembra x Acipenser ruthenus, macho), el turbot y la
cabrilla arenera (P. maculatofasciatus) (Wolters et al.,
1982; Haffray et al., 2005; Omoto et al., 2005; Cal et
al., 2006; Alcántar-Vázquez, 2010), y pueden ayudar a
descifrar el tipo de determinación del sexo presente en
dichas especies.
Uso potencial de triploides para el control reproductivo y genético de peces cultivados
A pesar que la producción de peces de mayor tamaño a
través de la triploidía no se transformó en una realidad,
la triploidía tiene gran variedad de aplicaciones dentro
de la acuacultura, ya que de acuerdo a las regulaciones
de USA y de la comunidad europea (Directiva
90/220/CEE del 23 de Abril 1990) los especímenes
poliploides, incluyendo triploides y los híbridos no son
considerados organismos genéticamente modificados
(OGM´s), por lo tanto están exentos de las estrictas
regulaciones actualmente aplicadas para el uso y
resguardo de OGM´s en las granjas acuícolas
(Rasmussen & Morrissey, 2007; Piferrer et al., 2009).
Aunque la superioridad de los organismos triploides no
siempre ha sido observada, el uso de peces triploides
puede ser una solución cuando existen restricciones
sobre el cultivo de peces diploides (Galbreath et al.,
1994), especialmente, cuando estos se cultivan fuera de
su área natural de distribución. Aunque la triploidización es comúnmente reconocida como la forma
más práctica y efectiva de producir peces estériles a
gran escala (Maxime, 2008), en algunas ocasiones no
es posible asegurar que toda la progenie es 100%
estéril, pues algunos individuos pueden producir
gametos maduros (Rasmussen & Morrissey, 2007). Sin
embargo, cuando se consigue establecer una población
estéril gracias a la triploidización, los peces triploides
pueden prevenir el cruzamiento de organismos que
escapan del cultivo con organismos de poblaciones
naturales, de la misma especie o bien a través de la
hibridación y de esta forma evitar la interferencia con
adaptaciones evolutivas presentes en el pool genético
de poblaciones silvestres, las cuales pueden ocasionar
la pérdida de diversidad genética natural (alterar
frecuencias alélicas, interrupción del flujo genético
interpoblacional, ruptura de complejos genéticos
localmente co-adaptados). Al mismo tiempo, se
previene el establecimiento de poblaciones no deseadas
ajenas al ecosistema, y con esto, la competencia
interespecífica con poblaciones nativas o bien la
depredación de estas últimas (Utter et al., 1983;
Thorgaard, 1986; Seeb et al., 1993; Galbreath et al.,
1994; Withler et al., 1998; Rasmussen & Morrissey,
2007; Cassani et al., 2008; Piferrer et al., 2009;
Douglas & Brown, 2010). El valor de los peces
triploides para reducir o evitar interacciones genéticas
entre peces cultivados y silvestres requiere una
evaluación de su comportamiento y desempeño en el
ambiente natural. Sin embargo, existe escasa
información disponible acerca de peces triploides en el
ambiente natural (Piferrer et al., 2009).
CONCLUSIONES
Las consecuencias fisiológicas de la triploidía se
encuentran ligadas directamente al incremento del
tamaño de las células. Sin embargo, este incremento
tiene un efecto sinérgico en todos los procesos
relacionados con la célula, incluyendo la respiración y
metabolismo. Actualmente, a pesar del número
creciente de estudios en peces triploides, las consecuencias funcionales de la triploidización se encuentran
poco investigadas, con un número escaso de trabajos al
respecto. La mayoría de los trabajos se han centrado en
evaluar la supervivencia de la progenie, crecimiento,
utilización de oxígeno disuelto y fisiología
reproductiva en diferentes estadios del desarrollo.
Debido a que los triploides poseen rasgos fisiológicos
“anormales”, ofrecen la oportunidad de descubrir
nuevos mecanismos moleculares o bioquímicos, lo cual
hace relevante el estudio de otros aspectos como, la
transmisión de señales en tejidos y órganos con menor
número de células de mayor tamaño, así como los
procesos de transporte a través de la membrana celular.
Comprender estas consecuencias es de vital importancia, no solo desde el punto de vista de biología
básica, sino para maximizar el desempeño de los peces
triploides durante el cultivo.
9
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Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands
161
Review
Record of stomatopods and decapods, including descriptions of the species of
commercial interest from the submarine rises and surrounding waters of the
Chilean oceanic islands (southeastern Pacific Ocean)
Marco Antonio Retamal1 & Patricio M. Arana2
Departamento de Oceanografía, Universidad de Concepción, Concepción, Chile
2
Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile
1
Corresponding author: Marco Antonio Retamal ([email protected])
ABSTRACT. The Chilean oceanic islands are located in the southeastern Pacific Ocean and include Easter
Island, Salas y Gómez Island, Desventuradas Islands (San Félix Island and San Ambrosio Island), and the Juan
Fernández Archipelago. They are of volcanic origin and are the emerged peaks of seamounts that form part of
the Salas y Gómez and Nazca ranges that rise up from the Nazca tectonic plate. The islands are at a great distance
from each other and from the South American continent, and their surrounding areas have depths around 4000
m to the ocean floor. The objective of this study is to update stomatopods and decapods records from these
islands, from their surrounding waters and from the seamount ranges of which they are part of. Given that there
is little information on some of these sites, and the records are disperse, a literature review is carried out,
analysing different sources including both published reports and reports with limited circulation. To date, three
families of Stomatopoda with five species and 57 families of Decapoda with 194 species have been recorded.
Of this total, three species represent potential resources to develop fisheries and only another three are exploited
to differing degrees (Jasus frontalis, Panulirus pascuensis and Chaceon chilensis). Their more relevant aspects,
including their exploitation status, are described.
Keywords: Stomatopoda, Decapoda, taxonomical records, exploited crustaceans, Chilean oceanic islands.
Registro de estomatópodos y decápodos, incluyendo la descripción de especies
de interés comercial en cordilleras submarinas y aguas circundantes
a islas oceánicas chilenas (Océano Pacífico suroriental)
RESUMEN. En la región suroriental del Océano Pacífico se encuentran las islas oceánicas chilenas, que
corresponden a Isla de Pascua, Isla Salas y Gómez, Islas Desventuradas (I. San Félix e I. San Ambrosio) y
Archipiélago Juan Fernández. Todas son de origen volcánico y corresponden a las cumbres emergidas de montes
submarinos que forman parte de las cordilleras Salas y Gómez, y Nazca que se levantan sobre la placa tectónica
de Nazca. Estas islas tienen como características comunes estar alejadas entre sí y del continente sudamericano,
con profundidades en su entorno, de alrededor de 4.000 m hasta el piso oceánico. El presente trabajo tiene como
objetivo actualizar el registro de las especies de Stomatopoda y Decapoda en estas islas, en aguas circundantes
y en la cadena de montes submarinos de las que forman parte. Dada la escasa información en algunos de estos
lugares y que los registros se encuentran dispersos, se ha efectuado la revisión de literatura proveniente de
diferentes fuentes, tanto publicadas como de informes de circulación restringida. A la fecha se han registrado
tres familias de Stomatopoda con cinco especies y 57 familias de Decapoda con 194 especies. De este total, tres
especies constituyen especies potenciales y otras tres son explotadas con diferente intensidad (Jasus frontalis,
Panulirus pascuensis and Chaceon chilensis). Se describen sus aspectos más relevantes y su estado actual de
explotación.
Palabras clave: Stomatopoda, Decapoda, registros taxonómicos, crustáceos explotados, islas oceánicas
chilenas.
__________________
Corresponding editor: Ingo Wehrtmann
17
2
INTRODUCTION
The sub-basin of the eastern Pacific Ocean comprises
the area east of the East Pacific Rise where the centre
of expansion gradually creates the Cocos, Nazca and
Antarctic plates, moving them in a generally eastern
direction. The eastern border of the basin is defined by
the South American plate, whose movement towards
the west is the result of the expansion of the MidAtlantic Ridge (Frutos & Lara, 2010). The macroregion of this large water mass represents one of the
least explored areas of the world, with relatively little
information on the ocean floors, waters characteristics
and dynamics, and of the and the marine flora and fauna
that live there. It is also sporadically influenced by the
occurrence of the El Niño Southern Oscillation
(ENSO).
Crustaceans are a group of invertebrates of great
importance to science and taxonomy, and some have
economic relevance. In Chilean waters a total of around
400 marine species have been identified between
depths of 0 and 6000 m. They have been described and
cited in innumerable national and foreign publications
(Retamal, 2010). In the southeastern Pacific Ocean,
Chile has four island territories of the highest interest
to science and other fields, due to their geographic
location, geological formation and isolation: Easter
Island, Salas y Gómez Island, the Desventuradas
Islands (San Félix Island and San Ambrosio Island),
and the Juan Fernández Archipelago. They are of
volcanic origin and represent the emerged peaks of
seamounts that form part of the Salas y Gómez and
Nazca ranges on the Nazca tectonic plate.
There is a widespread global increase in concern for
research of oceanic biodiversity, aiming to identify
species composition and distribution, information that
is required before implementing any measures to
protect marine ecosystems, many of which are
currently considered endangered. On a national level,
one of the highest priorities is to establish an inventory
of the fauna present in Chilean waters, especially those
of the Chilean oceanic islands due to their high degree
of endemism resulting from their isolation and from the
limited human intervention taking place. The aim of the
present review is to contribute to this goal, reporting the
decapod and stomatopod species (including those of
commercial interest) from these islands, as well as
describing the environmental characteristics of each
location.
MATERIALS AND METHODS
The available literature (publications, expedition
reports, fishing records and technical reports) was used
to create the list of stomatopod and decapod species
from the Chilean oceanic islands: Easter Island, Salas y
Gómez Island, the Desventuradas Islands and the Juan
Fernández Archipelago, and the seamount chains to
which these islands belong. On the basis of this
information, the main characteristics of each island, the
species reported and their economic importance was
described.
The main publications consulted for Easter Island
and Salas y Gómez Island were: Garth (1973), Retamal
(1981, 2004), DiSalvo et al. (1988); Parin et al. (1997),
Poupin (2003), Guzmán (2008), Fernández et al.
(2014), and Boyko & Liguori (2014); for the Juan
Fernández Archipelago: Dupré (1975), Andrade
(1985), Retamal & Arana (2000), and Palma et al.
(2004). The references used for Salas y Gómez Island
were Retamal & Navarro (1966), Retamal (1999,
2004), Retamal & Gorny (2004), and Fernández et al.
(2014). The list of fauna from the seamounts was
prepared using the contributions of Parin et al. (1997)
and Poupin (2003). The record for the Desventuradas
Islands was obtained from Parin et al. (1997) and the
“Pristine Seas Expedition” carried out by National
Geographic and Oceana in 2014.
The material collected by the first author from
Easter Island and Salas y Gómez Island was deposited
at the Museum of Zoology of the University of
Concepcion, while that of the Juan Fernández
Archipelago and the seamount range of this archipelago
was deposited at the National Museum of Natural
History in Santiago de Chile (Báez & Ruiz, 1985).
Other specimens collected during many different
expeditions to the waters around Easter Island, Salas y
Gómez Island and the seamount ranges in the southeastern Pacific Ocean can be found in different
museums around the world (Poupin, 2003; Fernández
et al., 2014).
The literature regarding these islands was reviewed
to identify species of commercial interest, their current
level of exploitation, and any future fishery potential of
these species.
THE CHILEAN OCEANIC ISLANDS
The Chilean oceanic islands are small territories located
in the southeastern Pacific Ocean far away from the
South American mainland (Fig. 1). They are of
volcanic origin and are associated with the action of
hotspots. These islands are the emerged peaks of
seamounts along the Nazca tectonic plate (Díaz-Naveas
& Frutos, 2010). The Nazca Plate has a boundary to the
north with the Galapagos Rise and to the south with the
Chile Rise, to the west, with the accreting ridge of the
East Pacific Rise, and to the east with the subduction
Figure 1. Chilean oceanic islands in the southeastern
Pacific Ocean.
line on the Peru-Chile Trench, which separates it from
the South-American Plate (Díaz-Naveas & Frutos,
2010).
Easter Island (Fig. 1) is located in the middle of the
eastern Pacific Ocean, half way to Polynesia from
America. It is therefore considered one of the most
isolated islands in the world. It is situated around 400
km from the uninhabited islet of Salas y Gómez and
3700 km from continental Chile. To the west, it is 2250
km from Pitcairn Island and to the east 3140 km
separated from the Juan Fernández Archipelago,
making it one of the most isolated places in the world.
Easter Island, together with New Zealand and the
Hawaii Archipelago, are the vertices of a triangle
containing the Polynesian Islands.
Easter Island has a triangular shape, with a
perimeter of 65 km, an area of 164 km2, and a
183
maximum height of 400 m, forming part of a long
seamount range running eastwards that also includes
Salas y Gómez Island (Rodrigo et al., 2014).
The Desventuradas Islands (Fig. 1) are an island
group made up of San Félix Island, San Ambrosio
Island and several islets (González Islet and
Peterborough Cathedral). It is on the same seamount
range as Easter Island and Salas y Gómez Island, south
of the Nazca Ridge, located roughly 850 km from
continental South America and 780 km north of the
Juan Fernández Archipelago.
The Juan Fernández Archipelago (Fig. 1) is
comprised of three volcanic islands: Alejandro Selkirk
Island (33º46.9’S, 80º46.1’W) with a surface of 85 km2
and a maximum height of 1650 m; Robinson Crusoe
Island (33º38.9’S, 78º51.7’W) 167 km from the former
island, with a surface of 93 km2 and a maximum height
of 915 m; and Santa Clara Island (33º42’S, 78º56.5W)
with an area of 5 km2 and a maximum height of 375 m.
The latter is separated from Robinson Crusoe Island by
a narrow channel. The island group is formed by
emerged peaks of the submarine Juan Fernández rise,
which draws a perpendicular line to the central coast of
Chile. Robinson Crusoe Island is 670 km from the
continent and is the only island of the group that is
permanently inhabited. Alejandro Selkirk Island is
inhabited only by fishermen from Robinson Crusoe
Island during the months of the Juan Fernández lobster
fishing season.
The region of the ocean where Easter Island and
Salas y Gómez Island are located is approximately the
centre of the subtropical gyre of the Pacific Ocean. The
surface waters around the island are oligotrophic, with
reduced biomass and low primary production (Moraga
& Olivares, 1996; Andrade et al., 2014a; Von Dassow
& Collado-Fabbri, 2014). According to T-S charts, the
upper level of the waters around Easter Island is
composed by Subtropical Waters (STW) up to a depth
of around 300 m, with temperatures between 15 and
27ºC, high salinity between 35.0 and 36.7 (Silva, 1993;
Moraga & Olivares, 1996) and oxygen content between
5 and 6 m L-1. Below this water mass and up to a depth
of 800 m, there are Antarctic Intermediate Waters
(AAIW) with temperatures between 4 and 10ºC,
salinity between 34.3 and 34.6, and dissolved oxygen
of around 5 m L-1 (Reid, 1973; Olivares & Moraga,
1993; Silva, 1993; Moraga & Olivares, 1996;
Fuenzalida et al., 2007). Below this layer is Deep
Pacific Waters (DPW).
The Desventuradas Islands and the Juan Fernández
Archipelago are situated close to the eastern edge of the
Humboldt Current System. According to the results of
11 oceanographic stations (October 2000) in waters
around San Félix Island and San Ambrosio Island
419
(Moraga & Argandoña, 2001; Schneider et al., 2001),
the surface layer up to a depth of around 199 m is
composed by STW with temperatures between 14 and
17ºC and salinities of 34.6 to 34.8. Below this layer and
down to 180 m prevails Subantarctic Waters (SAAW)
with temperatures between 10 and 13ºC and salinity of
34.2 to 34.5, followed by Equatorial Subsurface Water
(ESSW) with salinity of 34.5 to 34.7 and minimum
dissolved oxygen of 1 to 3 m L-1 down to a depth of 300
m. Below 400 m, AAIW were found with temperatures
between 5 and 10ºC, salinity between 34.5 and 34.5,
and dissolved oxygen between 3 and 4 m L-1.
The oceanographic characteristics of the Juan
Fernández Archipelago have been studied by Silva &
Sievers (1973), Sievers (1975), Silva (1985), Moraga &
Argandoña (2001). Between the surface and a depth of
1500 m, four water masses can be distinguished, with
clearly differentiated physical and chemical properties
that reflect their place of origin. The surface layer is the
mass of SAAW, located approximately between 0 and
200 m, with temperatures between 10 and 19ºC, salinity
of 34.0 to 34.2, high surface values for dissolved
oxygen of 4 to 6 m L-1. Below this water of subantarctic
origin and up to a depth of around 400 m, there is
ESSW with temperatures varying between 10 and 7ºC,
salinity between 34.4 and 34.5, low oxygen content (14 m L-1).
Further down, there is the layer of AAIW up to an
approximate depth of 1000 m, with low temperatures (7
to 4ºC) and reduced salinity values (34.3-34.4), and a
higher dissolved oxygen (3-4 m L-1). Below a depth of
1000 m, there are DPWs, whose temperatures range
from 5.9 to 3.5ºC, with relatively higher salinity (34.634.7) and lower oxygen content than the layer above
(~3.0 m L-1).
The surface waters in this area can experience
seasonal alterations due to the southern movement of
the mass of STW. According to the results obtained by
the cruise ship Juan Fernández II (April 1973), this
water mass was found in a surface layer up to a depth
of 50 m, moving the mass of SAAW to deeper levels.
The apparent anomaly may have been related to the El
Niño phenomenon, which was recorded that year with
exceptionally marked characteristics along the
Peruvian and northern Chilean coasts.
According to (Andrade et al., 2012, 2014a, 2014b,
2014c), the region around the Juan Fernández
Archipelago is affected by large anticyclonic surface
and subsurface eddies, mainly during autumn. The
Island Mass Effect occurs around this archipelago
(Doty & Ogury, 1956), leading to a local increase of
chlorophyll-α as a result of an increase in nutrients due
to the combined effect of mesoscale eddies and the
topography of the islands (Andrade et al., 2014c).
SPECIES RECORD
The nomenclature used for the locations where species
were recorded is as follows: EI = Easter Island, SG =
Salas and Gómez Island, DI = Desventuradas Islands
(San Félix Island and San Ambrosio Island), and JFA =
Juan Fernández Archipelago (Robinson Crusoe, Santa
Clara and Alejandro Selkirk Islands). Each area is
considered to include the seamounts around the islands
in question. The taxonomic order was performed
following De Grave et al. (2009). In the taxonomic list
below we indicated for each species its author, followed
by the main documents in which the species is
described in the area indicated.
Class Malacostraca
Subclass Hoplocarida
Order Stomatopoda
Family Odontodactylidae
Odontodactylus hawaiiensis Manning, 1967. (DiSalvo
et al., 1988; Retamal, 2002; Poupin, 2003). EI, SG.
Family Pseudoquillidae
Pseudoquilla oculata (Brullé, 1837). (DiSalvo et al.,
1988; Manning, 1995; Poupin, 2003). EI.
Raoulserenea oxyrhyncha (Borradaile, 1898). (Gravier,
1936; Manning ,1995; Poupin, 2003). EI.
Family Gonodactylidae
Hemisquilla ensiger (Owen, 1832). (Bahamonde, 1968;
Retamal, 1981). JF.
Pseudoquillospsis (Pseudoquillopsis) lessoni (Guérin,
1830). (Bahamonde, 1968). JF.
Order Decapoda
Suborder Dendrobranchiata
Family Aristeidae
Aristaeomorpha foliacea (Risso, 1827). (Parin et al.,
1997; Guzmán, 2008). SG.
Family Benthesycimidae
Benthogennema pasithea (De Man, 1907).
(Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG.
Benthesicymus investigatoris Alcock & Anderson,
1899. (Parin et al., 1997). SG.
Gennadas barbari Vereshchaka, 1990. (Guzmán,
2004). SG, EI.
Gennadas brevirostris Bouvier, 1905. (Guzmán, 2004,
2008). JF.
Gennadas gilchristi Calman, 1925. (Guzmán, 2004,
2008). EI.
Gennadas incertus (Balss, 1927). (Guzmán &
Wicksten, 2000; Guzmán, 2008). SG.
Gennadas propinquus Rathbun, 1906. SG.
Gennadas scutatus Bouvier, 1906. (Retamal, 1981).
SG.
Gennadas tinayrei Bouvier, 1906. (Guzmán, 2004,
2008). JF.
Family Penaeidae
Metapenaeopsis stockmani Burukovsky, 1990. (Parin
et al., 1997; Poupin, 2003). SG, EI.
Family Solenoceridae
Hadropenaeus lucassi (Bate, 1881). (Burukovsky,
1990; Parin et al., 1997). SG.
Hymenopenaeus halli Bruce, 1966. (Burukovsky,
1990). SG.
Family Sicyoniidae
Sicyonia nasica Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997;
Poupin, 2003). SG.
Family Sergestidae
Allosergestes pectinatus (Sund, 1920). (Guzmán, 2003,
2004, 2008). EI, SG.
Deosergestes
corniculum
(Kröyer,
1855).
Neosergestes
brevispinatus
(Judkins,
1978).
Neosergestes consobrinus (Milne, 1968). (Guzmán,
2003; Poupin, 2003). EI.
Parasergestes extensus (Hamamura, 1983). (Guzmán,
2003). SG.
Parasergestes hallia (Faxon, 1893). (Vereshchaka,
1990; Guzmán, 2008). SG.
Sergestes cornutus Kröyer, 1855. (Vereshchaka, 1990).
SG.
Sergestes gibbilobatus Judkins, 1978. (Vereshchaka,
1990). SG.
Sergestes atlanticus H. Milne Edwards, 1830.
(Vereshchaka, 1990). SG.
Sergestes pestafer Burkenroad, 1937. (Vereshchaka,
1990; Guzmán, 2003). SG.
Sergia bigemmea (Burkenroad, 1940). (Guzmán,
2003). SG.
Sergia gardineri (Kemp, 1913). (Vereshchaka, 2000,
Poupin, 2003). SG.
Sergia potens (Burkenroad, 1940). (Vereshchaka,
1990; Poupin, 2003). SG.
Sergia regalis (Gordon, 1939). (Vereshchaka, 2000:
Poupin, 2003). SG.
Sergia scintillans (Burkenroad, 1940). (Vereshchaka,
2000). SG.
Sergestes vigilax Stimpson, 1860. (Vereshchaka,
1990). SG.
Suborder Pleocyemata
Infraorder Stenopodidea
Family Spongicolidae
Spongicola parvispina Zarenkov, 1990. (Parin et al.,
1997). SG.
Family Stenopodidae
Stenopus hispidus (Olivier, 1811). (DiSalvo et al.,
1988; Retamal, 2004). EI.
205
Infraorden Caridea
Family Pasiphaeidae
Pasiphaea americana Faxon, 1893. (Burukovsky,
1990; Vereshchaka, 1990; Parin et al., 1997). SG.
Pasiphaea chacei Yaldwyn, 1962. (Vereshchaka, 1990;
Guzmán, 2008). SG.
Pasiphaea cristata Bate, 1888. (Vereshchaka, 1990;
Guzmán, 2008). SG.
Pasiphaea flagellata Rathbun, 1906. (Burukovsky,
1990; Parin et al., 1997). SG.
Pasiphaea kaiwiensis Rathbun, 1906. (Vereshchaka,
1990). SG.
Family Acanthephyridae
Acanthephyra cucullata Faxon, 1893. (Vereshchaka,
1990; Guzmán, 2008). SG.
Acanthephyra curtirostris Wood Mason, 1891.
Acanthephyra eximia Smith, 1884. (Burukovsky, 1990;
Parin et al., 1997). SG.
Acanthephyra trispinosa Kemp, 1939. (Vereshchaka,
1990; Guzmán, 2008). SG.
Ephyrina hoskynii Wood-Mason, 1891. (Vereshchaka,
1990; Guzmán, 2008). SG.
Ephyrina ombago Crosnier & Forest, 1973. SG.
Meningodora mollis Smith 1892. (Vereshchaka, 1990).
SG.
Notostomus elegans A. Milne Edwards, 1881.
(Vereshchaka, 1990; Retamal & Ulloa, 2015). SG.
Systellaspis cristata (Faxon, 1893). (Vereshchaka,
1990). SG.
Systellaspis debilis A. Milne Edwards, 1881.
Family Oplophoridae
Oplophorus gracilirostris A. Milne Edwards, 1881.
Oplophorus spinosus (Brullé, 1839). (Burukovsky,
1990; Vereshchaka, 1990; Parin et al., 1997; Guzmán,
2004). EI, SG.
Family Disciadidae
Discias pascuensis Fransen, 1987. (DiSalvo et al.,
1988). EI.
Discias serrifer Rathbun, 1902. (Arana et al., 1976;
Andrade, 1985). JF.
Family Nematocarcinidae
Nematocarcinus gracilis Bate, 1888. (Burukovsky,
1990; Poupin, 2003). SG.
Nematocarcinus pseudocursor Burukovsky, 1990.
(Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG.
Family Rhynchocinetidae
Rhynchocinetes balsii Gordon, 1936. (Bahamonde,
1965; Holthuis, 1972; Arana et al., 1976; Retamal,
1981; DiSalvo et al., 1988). EI, DI, JF.
21
6
Family Stylodactylidae
Stylodactylus pubescens Burukovsky, 1990. (Parin et
al., 1997; Poupin, 2003). SG (25º04’-25º09’S, 96º18’97ª26’W).
Synalpheus ¿ paraneomeris Coutière, 1905. (DiSalvo
et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Synalpheus tumidomanus (Paulson, 1875), (DiSalvo et
al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Family Gnathopyllidae
Gnathopyllum americanum Guérin, 1837. (Fransen,
1987; DiSalvo et al., 1988). EI.
Family Hippolytidae
Hippolyte sp. in Fransen, 1987. (DiSalvo et al., 1988;
Poupin, 2003). EI.
Lysmata trisetacea (Heller, 1861). (Holthuis, 1972;
Retamal, 1981). EI (Rano Raraku, Vaihu).
Thor amboiensis (De Man, 1888). (Fransen, 1987;
DiSalvo et al., 1987; Poupin, 2003). EI (Hanga Roa,
Moto Tautara, Tahai, Motu Nui).
Thor spinosus Boone, 1935. (Fransen, 1987; DiSalvo et
al., 1988; Poupin, 2003). EI (west coast of Tahai, Motu
Tautara).
Family Palaemonidae
Brachycarpus biunguiculatus (Lucas, 1846). (Holthuis,
1972: Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin,
2003). EI.
Cuapetes rapanui Fransen, 1987. (DiSalvo et al.,
1988). EI.
Harpiliopsis beaupressi (Audouin, 1826). (Holthuis,
1972; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI.
Leander sp. in Vereshchaka, 1990. (Poupin, 2003). SG.
Palaemonella disalvoi Fransen, 1987. (DiSalvo et al.,
1988). EI.
Palaemonella spinulata Yokoya, 1936. (DiSalvo et al.,
1988). EI.
Periclimenes alcocki Kemp, 1922. (Burukovsky, 1990;
Periclimenes sp. in Vereshchaka, 1990. (Retamal &
Gorny, 2004). EI, SG.
Family Alpheidae
Alpheopsis chilensis Coutière, 1896. (Arana et al.,
1976; Retamal, 1981). JF.
Alpheopsis equalis Coutière, 1896. (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Alpheus chilensis Coutière, 1902. (Retamal, 1981,
2004). EI.
Alpheus collumianus Stimpson, 1860. (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Alpheus crockeri (Amstrong, 1941). (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Alpheus lanceostylus Banner, 1959. (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Alpheus lottini Guérin-Meneville, 1829. (Fransen,
1987; DiSalvo et al., 1988; Retamal & Navarro 2001)
(sic); Poupin, 2003; Retamal, 2004; Retamal &
Navarro, 2001). EI.
Alpheus pacificus Dana, 1852. (DiSalvo et al., 1988;
Poupin, 2003). EI.
Alpheus romensky Burukovsky, 1990. (Parin et al.,
1997). SG.
Athanas ¿ marshallensis Chace, 1955. (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Metabetaeus minutus (Whitelegge, 1897). (Saavedra et
al., 1996). EI.
Metalpheus paragracilis (Coutière, 1897). (DiSalvo et
al., 1988, Poupin, 2003). EI.
Metalpheus rostratipes (Pocock, 1890). (DiSalvo et al.,
1988; Crosnier & Forest, 1966; Poupin, 2003). EI.
Family Processidae
Processa pygmaea Burukovsky, 1990. (Parin et al.,
1997). SG.
Family Pandalidae
Heterocarpus laevigatus Bate, 1888. (Burukovsky,
1986, 1990; Poupin, 2003). SG.
Heterocarpus sibogae De Man, 1917. (Burukovsky,
1990; Parin et al., 1997). SG.
Pandalina nana Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997;
Poupin, 2003). SG.
Plesionika edwardsii (Brandt, 1851). (DiSalvo et al.
1988; Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). EI, SG.
Plesionika ensis A. Milne Edwards, 1881.
(Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003).
SG.
Plesionika fenneri Crosnier, 1986. (Burukovsky, 1990;
Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG.
Plesionika ocellus (Bate, 1888). (Burukovsky, 1990;
Plesionika williamsi Forest, 1964. (Burukovsky, 1990;
Family Crangonidae
Pontocaris rathbuni (De Man, 1918). (Burukovsky,
1990; Parin et al., 1997). SG (25º04’S-97º26’W).
Pontophilus gracilis junceus Bate, 1888. (Burukovsky,
1990; Parin et al., 1997). SG (24º58’-25º07’, 88º31’99º35’W).
Pontophilus nikiforovi Burukovsky, 1990. (Parin et al.,
1997). SG (25º03’S-97º27’W).
Pontophilus? in Vereshchaka, 1990. SG (25º04S97º26’W).
Family Glyphocrangonidae
Glyphocrangon wagini Burukovsky, 1990. (Parin et al.,
1997). SG (24º56’-25º33’S, 88º31’-99º35’W).
Infraorder Thalassinidea
Family Callianassidae
Callianassa sp. in Vereshchaka, 1990. SG (25º04’S97º26’W).
Rayllianassa amboinensis (de Man, 1888). EI.
Infraorder Palinura
Family Polychelidae
Stereomastis surda Galil, 2000. (Poupin, 2003). SG.
Family Palinuridae
Jasus frontalis (H. Milne Edwards, 1837). (Arana et al.,
1976; Retamal, 1981; Arana et al., 1985). JF, DI.
Panulirus pascuensis Reed, 1954. (Holthuis, 1972;
Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI,
SG.
Projasus bahamondei George, 1976. (Retamal, 1981;
Rudjakov et al., 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003).
SG, JF, DI.
Family Scyllaridae
Acantharcturus delfíni (Bouvier, 1909). (Holthuis,
1967; Arana et al., 1976; Retamal, 1981; Andrade,
1985; Palma et al., 2004). JF.
Arctides regalis Holthuis, 1963. (DiSalvo et al., 1988;
Retamal, 2000; Poupin, 2003). EI.
Parribacus perlatus Holthuis, 1967. (Retamal, 1981;
DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Scyllarides rogeenveeni Holthuis, 1967. (Retamal,
1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Infraorder Anomura
Family Galatheidae
Phylladiorhynchus integrirostris (Dana, 1853). (Di
Salvo et al., 1988; Baba, 1991; Poupin, 2003). EI.
Family Munididae
Munida sp. in Vereshchaka, 1990. (Poupin, 2003). SG
(24º40’-25º58’S, 85º28’-100º41’W).
Family Porcellanidae
Petrolisthes coccineus (Owen, 1839). (Báez & Ruiz,
1985). EI.
Petrolisthes extremus Kropp & Haig, 1994. (Poupin,
2003). EI (Anakena, Motu Iti).
Petrolisthes granulosus (Guérin, 1835). (Retamal,
1981; Andrade, 1985). JF.
Family Albuneidae
Albunea bulla Boyko, 2002. (Poupin, 2003). EI.
Family Diogeneidae
Calcinus imperialis Whitelegge, 1901. (DiSalvo et al.,
1988; Poupin, 2003). EI.
Calcinus pascuensis Haig, 1974. (Haig, 1974; Retamal,
1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Calcinus vachoni Forest, 1958. (Poupin, 2003; Retamal
& Moyano, 2010). EI.
Family Paguridae
Porcellanopagurus foresti Zarenkov, 1990. (Parin et
al., 1997; Poupin, 2003; Retamal & Moyano, 2010). SG
(25º40’S, 85º27’W).
Porcellanopagurus platei Lenz, 1902. (Arana et al.,
1976; Retamal, 1981; Andrade, 1985). JF.
227
Pylopaguropsis garciai McLaughlin & Haig, 1989.
(DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Family Parapaguridae
Oncopagurus haigae (de Saint Laurent, 1972). In
Retamal & Gorny (2004) as Oncopagurus sp. JF.
Oncopagurus cf. haigae (de Saint Laurent, 1972).
(Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG.
Oncopagurus mironovi Zhadan, 1997. SG.
Oncopagurus stockmani Zhadan, 1997. SG.
Paragiopagurus boletifer (de Saint Laurent, 1972).
(Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997; Zhadan, 1997;
Poupin, 2003). SG.
Parapagiopagurus ruticheles (A. Milne Edwards,
1891). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG.
Parapagiopagurus wallisi (Lemaitre, 1994). (Zhadan,
1997; Poupin, 2003). SG.
Parapagurus holthuisi Lemaitre, 1989. JF.
Strobopagurus aff. gracilipes (A. Milne Edwards,
1891). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG.
Sympagurus affinis (Henderson, 1888). (Parin et al.,
1997; Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG.
Sympagurus dofleini (Balss, 1912). (Zarenkov, 1990;
Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG.
Tylaspis anomala Henderson, 1888. (Lemaitre, 1988).
EI (19º11’S, 102º24’W).
Infraorder Brachyura
Family Dromiidae
Lauridromia dehaani (Rathbun, 1923). (Zarenkov,
1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG (25º40’S,
85º27’W).
Lewindromia unidentata (Rüppel, 1830). (Garth, 1973;
Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI (Anakena).
Family Dynomenidae
Dymomenidae sp. DiSalvo et al. (1987), (Poupin,
2003). EI.
Family Homolidae
Homologenus orientalis Zarenkov, 1990. (Guinot &
Richer de Forges, 1995; Parin et al., 1997; Poupin,
2003). SG (25º07.9’S, 99º26.8’W).
Paromola rathbunae Porter, 1908. (Arana et al., 1976;
Retamal, 1981; Zarenkov, 1990; Retamal & Arana,
2000). SG, DI, JF.
Family Latreillidae
Latreillidae sp. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003).
EI.
Latreilla metanesa Williams, 1982. (Zarenkov, 1990;
Family Calappidae
Calappidae sp. (DiSalvo et al., 1988). (Poupin, 2003).
EI.
Mursia gaudichaudii (H. Milne Edwards, 1837).
(Zarenkov, 1990; Galil, 1993; Parin et al., 1997;
Retamal et al., 2013). SG, JF.
23
8
Family Leucosiidae
Ebalia sculpta Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG.
Randallia nana Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997).
SG.
Family Majidae
Majidae spp. DiSalvo et al. (1997). EI.
Ageitomaia baeckstroemi (Balss, 1924). (Retamal,
1981, 2004; Poupin, 2003). SG.
Family Inachidae
Cyrtomaia danielae Zarenkov, 1990. (Parin et al.,
1997). SG.
Cyrtomaia platypes Yokoya, 1933. (Zarenkov, 1990;
Family Epialtidae
Huenia pacifica Miers, 1979. (Poupin, 2003; Retamal,
2004). SG.
Family Hymenosomatidae
Hymenosomatidae sp. (DiSalvo et al., 1997). (Poupin,
2003). EI.
Family Parthenopidae
Daldorfia horrida (Linné, 1758). (Garth, 1985;
DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.
Garthambrus allisoni (Garth, 1993). (Ng, 1996;
Poupin, 2003). SG.
Garthambrus mironovi (Zarenkov, 1990). (Garth,
1993; Parin et al., 1997). SG.
Heterocrypta epibranchialis Zarenkov, 1990. (Parin et
al., 1997). SG.
Family Atelecyclidae
Atelecyclidae sp. (DiSalvo et al., 1988). EI.
Family Geryonidae
Chaceon chilensis Chirino-Gálvez & Manning, 1989.
(Retamal, 1981; Zarenkov, 1990; Retamal & Arana,
2000). SG, DI, JF.
Family Portunidae
Portunidae (7) spp. (DiSalvo et al., 1988). (Poupin,
2003). EI.
Laleonectes nipponensis Sakai, 1938. (Bokyo &
Linguori, 2014). EI
Ovalipes elongatus Stephenson & Rees, 1968. (Bokyo
& Linguori, 2014). EI
Ovalipes trimaculatus (de Haan, 1833). (Retamal,
1981; DiSalvo et al., 1988). JF, EI.
Portunus pubescens (Dana, 1852). (Garth, 1973). EI.
Thalamita auauensis Rathbun,1906. (Bokyo &
Linguori, 2014). EI.
Thalamita bevisi (Stebbing, 1921). (Retamal,1999,
2004; Poupin, 2003). SG.
Thalamita seurati Nobili, 1906. (Bokyo & Linguori,
2014). EI.
Family Carpiliidae
Carpilius convexus (Forskäl, 1775). (Garth, 1973;
Retamal, 1981, 2004). EI.
Family Goneplacidae
Progeryon mararae Guinot & Richer de Forges, 1981.
(Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997). SG.
Family Trapeziidae
Trapezia areolata Dana, 1852. (Garth, 1973; Retamal,
1981; Castro, 1997; Poupin, 2003). EI.
Trapezia bidentata (Förskall, 1775). (Retamal, 1981;
Garth, 1985; Poupin, 2003). EI (La Pèrouse).
Trapezia cymodoce (Herbst, 1801). EI.
Traezia danai Ward, 1939. (Garth, 1973; Retamal,
1994). EI.
Trapezia punctimanus Odinetz, 1984. (Rathbun, 1907;
Poupin, 2003). EI.
Trapezia tigrina Eydoux & Souleyet, 1842. (Garth,
Family Xanthidae
Actaea allisoni Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI.
Banareia parvula (Krauss, 1843). (Garth, 1973;
Chlorodiella cytherea (Dana, 1852). (Garth, 1973;
Retamal, 1981, 2004). EI, SG.
Etisus electra (Herbst, 1801). (Garth, 1973; Retamal,
1981). EI (Bahía Anakena).
Forestia pascua Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI (Bahía
La Pèrouse).
Liomera laperoussi Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI
(Bahía La Pèrouse).
Liomera monticulosa (A. Milne Edwards, 1873).
(Garth, 1985; Poupin, 2003). EI (Bahía La Pèrouse).
Liomera rugata (A. Milne Edwards, 1865). (Garth,
1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI (Hotu Iti).
Lophozozymus dodone (Herbst, 1801). (Garth, 1973;
Retamal, 1981, 2004). EI (Bahía Anakena).
Monodaeus pettersoni Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI
(Bahía La Pèrouse).
Platepistoma balssii (Zarenkov, 1990). (Parin et al.,
1997; Poupin, 2003). SG.
Pseudoliomera remota (Rathbun, 1907). (Garth, 1973;
Retamal, 1981, 2004). EI.
Xanthidae spp. (8). (DiSalvo et al., 1988). (Poupin,
2003). EI.
Family Pilumnidae
Pilumnus sp. Retamal (2004). SG.
Family Cryptochiridae
Cryptochiridae spp. (2). (DiSalvo et al., 1988; Poupin,
2003). EI.
Family Pinnotheridae
Pinnotheridae spp. ? (DiSalvo et al., 1988). EI.
24
9
Family Grapsidae
Geograpsus crinipes (Dana, 1851). (Garth, 1973;
Grapsus grapsus (Linnaeus, 1758). Arana et al., 1976;
Retamal, 1981). JF.
Leptograpsus
variegatus
(Fabricius,
1793).
(Bahamonde, 1965; Garth, 1973; (Arana et al., 1976;
Retamal, 1981). EI, DI, JF.
Pachygrapsus transversus (Gibbes, 1850). (Rathbun,
1907; Garth, 1973; Retamal, 1981). EI.
Family Varunidae
Cyclograpsus longipes Stimpson, 1858. (Garth, 1973;
Retamal, 1981). EI (Vaihu).
Ptychograpsus easteranus Rathbun, 1907. (Garth,
Family Percnidae
Percnon pascuensis Retamal, 2002. (Poupin, 2003). EI.
Family Plagusiidae
Guinusia chabrus (Linnaeus, 1758). (Retamal, 1981;
Báez & Ruiz, 1985; Poupin, 2003). EI, JF.
Guinusia dentipes (de Haan, 1835). (Rathbun, 1907;
Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI.
Plagusia integripes Garth, 1973. (Retamal, 1981;
Poupin, 2003). EI.
CRUSTACEANS OF COMMERCIAL INTEREST
Jasus frontalis (Fig. 2)
International name: Juan Fernández spiny rock lobster
Local name: Langosta de Juan Fernández.
Distribution: Around the islands of JFA and the DI, at
depths between 0 and 200 m (Holthuis, 1991; Retamal
& Arana, 2000; Navarrete, 2012).
General species background: It is the most important
marine resource of the JFA, because the main economic
activity on these islands is based on the exploitation of
this resource. Since the end of the 19th century, this
species has been continuously extracted by fishers on
Robinson Crusoe Island, who travel each year to
Alejandro Selkirk Island and sporadically to San Félix
Island and San Ambrosio Island to exploit this species.
The fishing operations include around 140 fishers,
using around 60 boats (7 to 9 m in length), some of
which are made of wood and others of fibreglass and
fitted with outboard motors. The species is caught with
wooden traps, which are rectangular (140x80x40 cm)
and baited with local fish. Normally, 35-30 traps are
used per boat and they are checked every 24-72 h,
mainly depending on the weather conditions.
The landing statistics for the last 65 years from the
Desventuradas Islands show pronounced annual
variations, caused by natural changes in abundance, envi-
Figure 2. Juan Fernández spiny rock lobster (Jasus
frontalis).
ronmental factors that affect the larval cycle, puerulus
settlements and recruitment, weather conditions that
influence fishing activities and volumes extracted. After
several years of persistent decreases in landing figures,
since 2005 the numbers began to increase notably,
reaching values above 75 ton year-1 in recent years
(SERNAPESCA, 2000-2014).
Captured rock lobsters are kept alive in floating
nurseries until they are transported to the continent either
by sea (Alejandro Selkirk Island, Robinson CrusoeSanta Clara Islands, Desventuradas Islands) or by air
(Robinson Crusoe Island). They are sold live and their
main export destinations are the markets in Europe and
more recently in China.
Fishery management: The first measures towards
regulation of this industry were put into place at the
beginning of the last century, representing one of the
oldest fishery managed in Chile. The species is
currently protected by the following measures: a)
safeguards on young individuals, limiting the sale of
any specimen measuring less than or equal to 115 mm
from the base of the antenna to the lower edge of the
shell; b) protection during the reproduction period,
prohibiting the capture of lobsters carrying eggs and
individuals below the minimum legal length, which
must be returned immediately to the sea in the same
place where they were captured; c) closed seasons,
prohibiting any lobster fishing on the JFA between May
15th and September 30th of each year, and on the DI
from June 1st to September 30th of each year; d) to hold,
25
10
transport or sell any individuals of this species during
the closed season, the catches must be declared before
May 15th and sold fresh until to September 20th of the
same year; e) to avoid interaction between different
fishing methods, the only apparatus authorized for the
capture of this species are traps; and f) registration of
new fishers at the Artisanal Register of the Region of
Valparaíso and Oceanic Islands is temporarily
suspended for all categories of the section “Juan
Fernández lobster fishing”, because the resource
reached at these islands a level of full exploitation.
Others remarks: In 2011, the National Institute of
Industrial Patents (INAPI) included Jasus frontalis in
the category Geographic Indication, recognizing the
species as exclusive to the JFA and the DI (Arana,
2011). In 2014, the fisheries of this species for
Robinson Crusoe-Santa Clara, Alejandro Selkirk and
the Desventuradas Islands were certified by the Marine
Stewardship Council (Arana & Scott, 2014). This
certification is the first in Chile and one of the few
artisanal operations, which obtained it in Latin
America.
Projasus bahamondei (Fig. 3)
International name: Chilean jagged lobster
Local name: Langosta enana
Distribution: This species is found in abundance on the
Nazca Submarine Ridge, especially east of 84°W, off
Peru (Prosvirov, 1990; Rudjakov et al., 1990; Parin et
al., 1997) where it has been commercially fished by
industrial vessels (Arana & Venturini, 1991; Parin et
al., 1997). This lobster is also found on the DI, on the
seamounts of the JFA (George & Grindley, 1964;
Dupré, 1975; George, 1976; Retamal, 1981, 1994;
Andrade, 1985; Báez & Ruiz, 1985; Retamal & Arana,
2000), and on the O’Higgins Seamount (39°55'S,
73°52'W) off the central coast of Valparaiso, Chile
(Báez & Weinborn, 1983). Additional but sporadically
reports stem from off the Chilean coastal mainland,
approximately between Huasco (28º28'S) and
Constitución (35°20'S) (Andrade & Báez, 1980;
Retamal, 1981, 1994; Andrade, 1987).
On the Nazca Ridge, this species has been recorded
between 225 and 420 m (Arana & Venturini, 1991;
Arana & Soto, 1994; Parin et al., 1997; Arana, 2014a),
and around Robinson Crusoe and Santa Clara at depths
of 250 m (Arana & Vega, 2000). In the South American
continental slope, the bathymetric range inhabited by
this species is between 175 and 550 m (Dupré, 1975;
Andrade & Báez, 1980; Báez & Weinborn, 1983).
General species background: This species has been
exploited for several years in the region to the east of
the Nazca Ridge using former USSR boats and by a
Figure 3. Chilean jagged lobster (Projasus bahamondei).
Chilean-Russian company in 1990 and 1991 (Parin et
al., 1997). Subsequently, another Chilean company
obtained for a full year good results in the same region
(Arana & Venturini, 1991; Arana & Soto, 1994). Since
these fishing operations must take place far away from
the coast, the extraction requires the use of factory ships
for the conservation and transport of the catches.
Attempts have also been made to develop artisanal
fishing with this species at certain locations at the coast
of central Chile (Arancibia, 2001). Despite of
acceptable results obtained by experimental and
exploratory fishing operations with a fleet of artisanal
fishing boats, the costs of exploitation and the low
abundance impeded a development of permanent
fishing operations with this species.
In February 2013, an expedition (National
Geographic & Oceana, 2014) discovered the presence
of this species around San Ambrosio Island (DI) at
depths between 286 to 400 m, on rock and sand sea
beds. The concentrations observed from a submarine
make this lobster species a potential resource, though
more information is required to determine its actual
abundance and exploitation feasibility.
Fishery management: No administrative regulation
measures are in place.
Chaceon chilensis (Fig. 4)
International name: Juan Fernández golden crab
Local name: Cangrejo dorado de Juan Fernández
Distribution: This crab inhabits the waters around the
JFA and the DI. Some individuals of this species have
been seen also off Zapallar and Quintero, at the central
coast of continental Chile (Andrade & Báez, 1980;
Andrade, 1987; Báez & Andrade, 1987), while Parin et
al. (1997) reported the presence of C. chilensis on the
Nazca submounts, mainly east of 90ºW.
The depths at which the golden crab lives can vary
depending on the area: around Robinson Crusoe and
Santa Clara: between 100 and 1000 m (Arana, 2000a;
Retamal & Arana, 2000); on the Nazca submounts:
between 420 and 800 m (Parin et al., 1997).
General species background: The first concrete
evidence of the existence of the golden crab on the Juan
Fernández seamounts was obtained during the Mar
Chile IX expedition, when some specimens were
collected by exploratory fishing operations using traps.
However, the actual importance of this species was
identified during 1996 and 1997 as a result of an
exploratory fishing campaign conducted by the
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso around
Robinson Crusoe and Santa Clara (Arana, 2000a,
2000b; Arana & Vega, 2000). The abundance estimated
around the islands and the large size of the individuals
caught resulted in the classification of this crab as a
potential resource, making it a real option for
exploitation by the fishers on this archipelago.
The exploitation of C. chilensis is carried out by a
small number of fishers (20) and boats (10), either
during the closed season of the Juan Fernández spiny
rock lobster (Jasus frontalis) or parallel to lobster
fishing operations, alternating between each species.
However, due to the increased loss of fishing
equipment as a result of operating further from the
island and at greater depths than those required to catch
the lobster, many fishers consider the extraction of the
golden crab to be risky and more costly.
The species is caught using rectangular traps
(140x80x40 cm) baited with local fish species, similar
to the method used to catch lobster on the same islands.
Each boat uses from 8 to 12 traps, which are inspected
every 2 to 4 days, depending on the climate conditions.
The development of this new fishing operation
brings a need for changes to the extraction system. The
bathymetric distribution of the resource (at depths
greater than 400 m) implies the need to equip boats with
mechanical or hydraulic turning equipment to facilitate
fishing operations and the use of GPS to determine the
location of fishing grounds and to make sailing safer.
These technological developments have been also applied
to the Juan Fernández spiny rock lobster fishing
operations.
26
11
Figure 4. Juan Fernández golden crab (Chaceon
chilensis).
According to official statistics on landings
(SERNAPESCA, 2000-2014), the development of
golden crab fishing in Juan Fernández began in 2000,
recording catches totalling 13 ton. The amount
extracted increased in subsequent years, peaking in 2004
with 49 ton. In recent years a sharp drop in landing
figures have been observed, with no recorded landings
since 2009. The catches are made mainly on Robinson
Crusoe Island, and the frozen crab meat is sold, while a
small number of C. chilensis is transported alive to the
continent for sale.
Fishery management: Though authorities have not set a
minimum length for landing, there is a local voluntary
rule to use only specimens with a carapace length of
around 114 mm.
Others remarks: In 2012, this species was included by
the National Institute of Industrial Patents (INAPI) in
the category of Geographic Indication, recognizing it as
exclusive to the JFA and the DI (Arana, 2012).
Panulirus pascuensis (Fig. 5)
International name: Easter Island lobster
Local name: Langosta de Isla de Pascua or “ura” (Rapa
Nui name)
Distribution: This species is distributed in shallow
waters (depths of 0-10 m) around EI, SG and Pitcairn
in the southern Pacific Ocean.
General species background: Extraction of this species
was conducted by ancient Rapa Nui islanders by
underwater diving during the day or by attracting them
with torches at night (Arana, 2014b). The introduction
of traps began in 1953 when they were first brought
from the JFA. However, for many years individual
divers caught these lobsters, rapidly decreasing the
population by overfishing.
Though this resource is commonly caught on EI,
there are no reliable statistics on the catch volume. In
27
12
Figure 5. Easter Island lobster or “ura” (Panulirus
pascuensis).
Figure 7. Crayfish or “ura rape rape” (Scyllarides
rogeenveeni). Figure redrawn from Holthuis (1991).
landings. The species is currently fished for local
consumption only; the fishing is carried out by 15
fishers using diving and traps.
Fishery management: Since 1979, a closed season
(November 1st to March 1st of each year) has been
established for Easter Island lobster fishery. Landings
are also restricted to a carapace length of over 10 cm. It
is prohibited to catch impregnated females or any
female with visible eggs, which, if caught, must be
returned to the sea at the place of capture.
Together with the aforementioned measures, it is
also prohibited to extract the lobsters by independent
diving or through the use of nets, hooks, harpoons,
knives or similar tools. In addition, it is prohibited to
transport the lobster from the island to any other part of
the country, although tourists may take a maximum of
two lobsters during the period in which extraction is
authorised.
Figure 6. Crayfish or “rape rape” (Parribacus perlatus).
Parribacus perlatus (Fig. 6)
International name: Crayfish, cigalle
Local name: “Rape rape” (Rapa Nui name)
the mid-70s, around 7.5 ton year-1 were caught, most of
which were consumed in hotels on the island. A few
years later, a clear decrease in the size of individuals of
this species was observed, which coincided with reduced
Distribution: The species is only known from shallow
waters of EI (Holthuis, 1991) and SG.
General species background: Information regarding
this species is scarce. It is sporadically caught by diving
28
13
or by traps set for the Easter Island lobster. Due to its
size and the fact that its meat is similar to the lobster, it
is sought after for local consumption, though its real
potential for exploitation is unknown.
Scyllarides rogeenveeni (Fig. 7)
International name: Crayfish, cigalle
Local name: “Ura rape rape” (Rapa Nui name)
Distribution: Endemic species found only in shallow
waters of EI (Holthuis, 1991) and SG.
General species background: Information regarding
this species is scarce. It is sporadically caught by diving
or by traps set for the Easter Island lobster. The species
is locally consumed due to its size and lobster-like taste;
however, its real potential for exploitation is unknown.
CONCLUSIONS
On Chilean island territories, three families of
stomatopods and 57 of decapods have been recorded,
comprising a total of 204 species, where the decapods
are more abundant (194 species) (Table 1). The highest
number of species was identified on Salas y Gómez
Island (52.6%) and on Easter Island (45.6%), whilst the
lowest number was recorded on the Desventuradas
Islands (3.1%). The low number of species seen on the
latter islands is to be expected as they have not been
researched in a systematic manner, and they urgently
require consideration as a priority for future study.
Through the analysis of similarity dendrograms
with the zoogeographical aspects of 431 species of
crustaceans, Retamal & Moyano (2010) found that
Easter Island has the lowest level of affinity (10%)
compared to the other areas, which is attributed to its
geographic isolation. Salas y Gómez Island showed
higher affinity with species reported from the Nazca
Ridge than with those from Easter Island. The
Desventuradas Islands and the Juan Fernández
Archipelago have a high similarity (>60%) with a
scarce relation to continental species (Retamal &
Moyano, 2010).
Despite the high number of species recorded, only
six are of interest to human consumption (Table 2). Of
these, three are exploited by artisanal fishing operations: the Juan Fernández lobster (Jasus frontalis), the
Easter Island lobster (Panulirus pascuensis) and the
golden crab (Chaceon chilensis). However, only J.
frontalis represents an established fishing operation
with catch volumes of a certain level from the
Desventuradas Island and the Juan Fernández
Archipelago, constituting the main economic resources
of the people that catch and export live crustaceans to
the continent and abroad. The other three (Projasus
bahamondei, Parribacus perlatus and Scyllarides
Table 1. Geographical distribution of families and species of Stomatopoda and Decapoda registered from Chilean oceanic
islands.
Geographical distribution
Salas y
Desventuradas
Easter Island
Gómez Island
Islands
Families
2 (66.6%)
1 (33.3%)
0
Species
3 (60.0%)
1 (20.0%)
0
Families 39 (68.4%)
36 (63.1%)
5 (8.8%)
Species
89 (45.9%) 102 (52.6%)
6 (3.1%)
Taxonomic classification
Stomatopoda
Decapoda
Juan Fernández
Archipelago
1 (33.3%)
2 (40.0%)
16 (28.0%)
20 (10.3%)
Total
3
5
57
194
Table 2. Chilean oceanic islands decapods of commercial interest. Ex: species currently exploited; FP: species of interest
to fishing; PA: present in the area.
Geographical distribution
Species
Jasus frontalis
Projasus bahamondei
Panulirus pascuensis
Parribacus perlatus
Scyllarides rogeenveeni
Chaceon chilensis
Easter Island
Salas y Gómez
Island
Ex
PA
PA
PA
PA
PA
Desventuradas
Islands
Ex
Juan Fernández
Archipelago
Ex
PA
Ex
Ex
29
14
rogeenveeni) are potential or secondary resources, as
they are exploited at low levels or only occasionally,
and mainly for local consumption only.
Finally, it should be reiterated that there is a need to
promote research to generate precise inventories of the
fauna present on the seamount ranges on the
southeastern Pacific Ocean and in the waters around
Chilean oceanic islands. It is very likely that the real
riches of this carcinofauna are currently underestimated. This knowledge is necessary not only for
science and for practical purposes, but also for
decision-making regarding the conservation and/or
management of these species.
ACKNOWLEDGMENTS
The authors gratefully acknowledge the assistance of
Professor Nelson Silva in the definition of the
oceanographic characteristics around the Chilean
oceanic islands. We also recognize the suggestions and
comments of the anonymous reviewers who
contributed to improving this document. The authors
especially appreciate the assistance provided by Dr.
Ingo Wehrtmann.
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Received: 4 May 2015; Accepted: 18 December 2015
Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 34-38, 2016 Anomalocardia brasiliana larvae fed with microalgal diets
34
1
Research Article
Growth and survival of Anomalocardia brasiliana larvae (Bivalvia: Veneridae)
fed with microalgal diets
Isabela Bacalhau de Oliveira1, Sérgio Rodrigues da Silva Neto2, Henrique Lavander2
Priscilla Lima2 & Alfredo Olivera-Gálvez2
1
Instituto Federal de Sergipe, Aracaju-SE, Brazil
2
Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), Recife-PE, Brazil
Corresponding author: Isabela Bacalhau ([email protected])
ABSTRACT. Effects of different microalgal diets on the growth and on the survival of Anomalocardia
brasiliana larvae between trochophore and pediveliger stages were evaluated. Diets were evaluated in two
separate experiments. The first tested the microalgae Isochrisys galbana (Ig), Phaeodactylum tricornutum
(Phaeo), Chaetoceros calcitrans (Cca) and the combinations (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) and (Cca+Phaeo). The
second tested the microalgae C. calcitrans (Cca), Pavlova lutheri (Pl) and the combination (Cca+Pl). When
provided alone, I. galbana resulted in survival and growth rates lower than the rest of the diets, and the best
results achieved were obtained with P. tricornutum and C. calcitrans supplied alone or combined with other
microalgae. However, in the second experiment the diet Cca+Pl resulted in better growth and survival rates
(261.67 ± 9.64 μm and 31.50 ± 0.87%) than all diets tested in both experiments, therefore it is recommended for
A. brasiliana larvae.
Keywords: Anomalocardia brasiliana, larval culture, microalgae diets, aquaculture.
Crecimiento y supervivencia de larvas de Anomalocardia brasiliana
(Bivalvia: Veneridae) alimentadas con dietas de microalgas
RESUMEN. Se evaluó el efecto de diferentes dietas de microalgas en el crecimiento y supervivencia de larvas
de Anomalocardia brasiliana entre etapas trocófera y pedivelíger. Las dietas se evaluaron en dos experimentos
separados. En el primero se probaron la microalgas Isochrisys galbana (Ig), Phaeodactylum tricornutum
(Phaeo), Chaetoceros calcitrans (Cca) y las combinaciones (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) y (Cca+Phaeo). En el
segundo, se probaron las microalgas C. calcitrans (Cca), Pavlova lutheri (Pl) y la combinación (Cca+Pl).
Cuando I. galbana se administró sola, dió menor supervivencia y crecimiento que el resto de las dietas, y los
mejores resultados se obtuvieron con P. tricornutum y C. calcitrans suministradas solas o combinadas con otras
microalgas. Sin embargo, en el segundo experimento la dieta Cca+Pl dio un mayor crecimiento y supervivencia
(261,67 ± 9,64 μm y 31,50 ± 0,87%) que todas las dietas probadas en ambos experimentos y, por lo tanto, se
recomienda para las larvas de A. brasiliana.
Palabras clave: Anomalocardia brasiliana, cultivo larvario, dietas de microalgas, acuicultura.
INTRODUCTION
The entire production of cultured marine mollusks in
2010 was of 13.9 million ton, and represented 75.5% of
all cultured marine organisms worldwide (FAO, 2012).
However, mollusk culture in Brazil is limited to a few
species including the Mytilidae Perna perna, the
Ostreidae Crassostrea gigas, C. rhizophorae, C. brasi__________________
Corresponding editor: Cesar Lodeiros
liana and the Pectinidae Nodipecten nodosus. Taking
this into account, there is a great potential for
cultivating other species, diversifying the national
aquaculture.
Northeastern Brazil has favorable climatic
conditions for the development of mollusk culture, but
there is still a need for new technologies to grow native
species, such as the bivalve Anomalocardia brasiliana
235
(Gmelin,1791). A. brasiliana is an important fishery
resource for Brazilian coastal communities (SilvaCavalcanti & Costa, 2009; Oliveira et al., 2011), and
laboratory production of its seed could serve for
restocking heavily exploited populations along
Brazilian coastline.
One of the obstacles to establish successful larval
cultures is the availability of an appropriate diet (Ponis
et al., 2006; Liu et al., 2009; Pettersen et al., 2010).
Microalgae are the main food source for larvae and
seeds in bivalve hatchery (Helm & Bourne, 2004). The
promotion of greater shellfish larvae survival and
growth rates depends directly on the offered food.
There is no information on the best or at least adequate
algae species for A. brasiliana, being the purpose of this
study to evaluate survival and growth of larvae of A.
brasiliana when fed with different microalgal diets.
A total of 500 clams, longer than 20 mm, were collected
on the beach of Mangue Seco (7º49.70’S, 35º50.05’W),
Igarassu municipality, 30 km away from Recife, State
of Pernambuco, Brazil. They were transported to the
Laboratory of Sustainable Mariculture (LAMARSU),
and kept during 24 h in 500 L tanks at 25ºC, 30 salinity
and 6 mg L-1mean dissolved oxygen.
After this period, they were fed twice daily with a
mixture of Isochrysis galbana and Chaetoceros
calcitrans at a cell ratio of 1:1, with a total ration of
20x104 cells mL-1 day-1. In the first experiment, after 10
days spawning occurred spontaneously, and the
fertilized eggs were filtered through a 50 µm mesh.
Concerning the second experiment, animals arrived
with fully mature gonads, so that the acclimation
process in the laboratory was not necessary, spawns
occurred on the same day, through induction; by
releasing gametes into the warter and gradually raising
water temperature (1ºC h-1).
After 24 h D-veliger larvae (n = 30) had an average
length of 69.94 ± 1.54 mm and were stocked with an
initial density of 5 larvae mL-1, in triplicate plastic
containers with two liters of seawater (3 µm filtered and
UV-treated).
Temperature and salinity were measured daily,
oxygen twice a day and the water of larval cultures was
renewed completely in each third day. Feeding was
carried out once a day; the microalgae supplied were
from three days-old cultures, in exponential growth.
The microalgae used were obtained from
LAMARSU stock strains. The seawater with salinity of
32 ± 2 went through 1 μm porous filter paper,
autoclaved, and enriched with Conway sterilized
medium (Walne, 1966), supplemented with sodium
metasilicate (40 mg L-1) to provide a silica source for
the two diatoms.
The effect of microalgal diets on larval growth of A.
brasiliana was evaluated in two completely
randomized experiments. The first experiment tested
the microalgae I. galbana (Ig), Phaeodactylum
tricornutum (Phaeo) and Chaetoceros calcitrans (Cca)
and the combinations (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) and
(Cca+Phaeo). The larval rearing period was of 15 days,
starting with the D-veliger larval stage and ending with
pediveliger larvae. The total algal density provided was
30x103 cells mL-1 and for bialgal diets a 1:1 ratio was
used. The second experiment evaluated the algae C.
calcitrans (Cca), P. lutheri (Pl) and the combination
(Cca+Pl). The methodology and algal density provided
in the second experimet were the same adopted for the
first experiment.
To assess larval survival at the end of experiment
the entire volume of each experimental unit was
filtered. The larvae were concentrated in a 50 mL
container, from which 1 mL samples were drawn. The
larval counting was done with a Sedgewick-Rafter
counting chamber and optical microscope, three
samples of each experimental unit were analyzed.
For the evaluation of larval growth, 1 mL samples
were taken from each experimental unit on the first and
last days of the experiment; images of 30 larvae
randomly chosen were obtained using an optical
microscope coupled to a camera, and their length
(maximum anterior-posterior dimension) and width
(maximum dorsal-ventral dimension) were measured
using the software ImageTool, version 2.0 (Texas
University, Health Science Center, San Antonio, USA).
Relative growth (K) was calculated using the
equation K = (lnL2 - lnL1) / t, where L1, L2 respectively
stand for the lengths in µm at the beginning and end of
the experiment, while t stands for the duration of the
experiment in days.
Data on survival, length, width and relative growth
in each type of diet was generated in both experiments;
the data was previously checked for normality using the
Kolmogorov-Smirnov test and for homogeneity of
variance by Cochran's C test. Analysis of Variance
(ANOVA) was used to determine the effect of diets on
the growth and survival of larvae through out the time
of cultivation. Duncan's test was performed to detect
the mean levels which differed significantly between
treatments. The level of significance was P < 0.05.
RESULTS
The temperature (ºC), salinity and dissolved oxygen
(mg L-1) of the water were maintained within accep-
Anomalocardia brasiliana larvae fed with microalgal diets
table limits for shellfish growing. The tempe-rature
ranged from 25.05 to 25.60ºC; salinity from 29.88 to
30.18, and dissolved oxygen had a minimum of 5.89 mg
L-1 and a maximum of 6.66 mg L-1.
First experiment
The highest survival rate, of approximately 25%, was
achieved with the Phaeo diet, and the lowest with diets
Ig and Cca+Phaeo, 6.8% and 5.3% respectively.
Intermediate values were achieved with the other diets
(Table 1). No significant variation in shell width was
found in larvae fed with the different algal diets tested
(Table 1), but diets Cca and Ig+Phaeo accomplished
higher growth rate ant shell legth than the Ig diet.
Second experiment
The highest survival rate, 31.5%, was achieved with the
Cca+Pl diet, and the lowest with Cca diet. Shell width,
shell legth and growth rate were always higher with the
Cca+Pl diet, significantly different from Cca diet
(Table 2); Pl diet achieved intermediate values in all
growth data.
DISCUSSION
The diet nutritional value is of great importance for
growing shellfish larvae. The relative growth of larvae
fed with Cca and Ig+Phaeo diets were higher only than
that of larvae fed with Ig diet; no significant differences
to the other diets tested were found. C. calcitrans is the
most suitable for feeding bivalve larvae (Brown &
Robert, 2002), not only because of its biochemical
composition, but also because of its cell size,
digestibility and absence of toxins (Pettersen et al.,
2010).
Studies have found that the use of P. tricornutum for
feeding other bivalves causes slow growth (Epifanio et
al., 1981; Albentosa et al., 1996; Rivero-Rodriguez et
al., 2007); it is difficult to digest (Rivero-Rodriguez et
al., 2007), probably due to its lack of tryptophan
(Epifanio et al., 1981). Tang et al. (2006) achieved a
relatively low growth in Meretrix meretrix larvae fed
with Phaeodactylum tricornutum and Pavlova viridis.
At the end of the cultivation, longer shells were
achieved with a diet composed of the microalgae C.
calcitrans. Crassostrea corteziensis seeds showed
significant growth when feed with C. calcitrans alone
or in combination with other algae; when this microalga
is present in the diet, the seeds' growth was up to twice
bigger. This is probably related to the fact that C.
calcitrans contains high levels of arachidonic acid
(Rivero-Rodriguez et al., 2007). Similar results were
found by Liu et al. (2009)
363
In the second experiment, findings indicate that
there was an increase in the survival of A. brasiliana
larvae when C. calcitrans and P. lutheri microalgae
were used in combination, reaching average survival
rates above 31%. Ponis et al. (2008), evaluating the
effect of P. lutheri in Crassostrea gigas larvae,
obtained survival rates above 78% when C. calcitrans
was added to the diet. This sustains our findings that
after 15 days of culture, larvae fed with Cca+Pl diet had
better survival. This is significantly different from the
other diets. Other studies have also found positive
results in adding other species of diatom microalgae to
the diet (Epifanio, 1979; Romberger & Epifanio, 1981;
Laing & Millican, 1986; O'Connor & Heasman, 1997);
this has been attributed to better essential nutrient
balance (Webb & Chu, 1983).
Bialgal diets are often used in feeding bivalve
larvae, and it is common to combine species, using a
flagellate with a diatom, to maximize growth and larval
development (Martínez-Fernández & Southgate, 2007;
Liu et al., 2009; Galley et al., 2010). The flagellated
species commonly used are Isochrysis galbana and
Pavlova lutheri and the diatoms include Chaetoceros
calcitrans. Spolaore et al. (2006) affirm that the
combination of different algae species offers a better
nutritional balance and improves animal growth when
compared to monoalgal diets; this is in accordance
whith the result of this study, which found that the
bialgal diet (Cca+Pl) led to better growth. MartínezFernández & Southgate (2007) suggest that feeding P.
margaritifera larvae with a single specie of microalgae
may be more practical during the first 10 days in a
hatchery. However, the addition of diatom microalgae
to the diet increased growth rate and survival in
umbonate larvae of P. margaritifera in comparison
with treatments without diatoms.
Protein and vitamin content are important factors
for determining the nutritional value of microalgae.
Furthermore, high amounts of polyunsaturated fatty
acids (e.g., eicosapentaenoic [EPA], arachidonic acid
[ARA] and docosahexaenoic acid [DHA]) (Hemaiswarya
et al., 2011) can lead to better larvae growth and
survival when fed with the microalgae P. lutheri, which
is rich in DHA/EPA, and C. calcitrans, which is used
to increase vitamin levels (Hemaiswarya et al., 2011).
This study found that monoalgal and bialgal diets
present satisfactory results in terms of survival.
Prymnesiophyceae P. lutheri is commonly used in
aquaculture as live food for marine invertebrates and
particularly for bivalves (larvae, juveniles and breeding
stock) (Webb & Chu, 1983; Borowitzka, 1997; Wikfors
& Onho, 2001; Brow, 2002; Rico-Villa et al., 2006),
but its use alone may achieve a low growth rate when
compared to the use in combination with other diatoms
(Rico-Villa et al., 2006; Ponis et al., 2008).
437
Table 1. Mean (± SE) survival, width, length and relative growth (K) of larvae of A. brasiliana fed different diets over 15
days of culture. Cca: Chaetoceros calcitrans, Ig: Isochrysis galbana; Phaeo: Phaeodactylum tricornutum, mixed diets
Cca+Ig: C. calcitrans and I. galbana; Cca+Phaeo: C. calcitrans and P. tricornutum, and Ig+Phaeo: I. galbana and P.
tricornutum. Different letters in the same column indicate significant difference (one-way ANOVA, P < 0.05).
Diets
Ig
Cca
Phaeo
Ig+Cca
Ig+Phaeo
Cca+Phaeo
Survival (%)
6.83 ± 1.92b
12.33 ± 5.84ab
24.83 ± 3.03ª
13.50 ± 4.91ab
18.27 ± 2.42ab
5.27 ± 1.36b
Width (µm)
212.33 ± 6.79
229.00 ± 5.19
222.33 ± 5.27
226.33 ± 5.04
226.00 ± 7.81
220.00 ± 6.49
Length (µm)
230,00 ± 7,42b
251,33 ± 5,66a
246,33 ± 5,98ab
241,33 ± 6,39ab
249,00 ± 7,16ab
239,67 ± 6,24ab
K (µm day-1)
0.0779 ± 0.0022b
0.0848 ± 0.0015a
0.0830 ± 0.0020ab
0.0821 ± 0.0020ab
0.0839 ± 0.0019a
0.0807 ± 0.0020ab
Table 2. Mean (±SE) survival, width, length and relative growth (K) of larvae of A. brasiliana fed different diets over 15
days of culture. Cca: Chaetoceros calcitrans, Pl: Pavlova lutheri, mixed diet Cca+Pl: C. calcitrans and P. lutheri. Different
letters in the same column column indicate significant difference (one-way ANOVA, P < 0.05).
Diets
Cca
Pl
Cca+Pl
Survival (%)
4.42 ± 1.58c
16.80 ± 5.63b
31.50 ± 0.87a
Width (µm)
211.67 ± 8.60b
219.33 ± 6.69ab
242.00 ± 10.02a
Our findings confirm the potential of the microalgae
C. calcitrans in the growth of mollusc larvae. The
combination of the microalgae C. calcitrans and P.
lutheri proved to be an excellent diet for the larval
culture of A. brasiliana; there seem to be a synergistic
effect when they combined.
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211.67 ± 8,60b
219.33 ± 6,69ab
242.00 ± 10,02a
K (µm day-1)
0.0781 ± 0.0028b
0.0805 ± 0.0021ab
0.0867 ± 0.0024a
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39
Research Article
The inclusion of soybean oil in the diets of silver catfish (Rhamdia quelen) in
relation to growth quality and fillet acceptability
Rafael Lazzari1, Tatiana Emanuelli2, Daniel Maschio3, Cristiano C. Ferreira4
Eduardo K. Battisti3 & João Radünz-Neto3
1
Departamento de Zootecnia e Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
Aven. Independência, 3751, Palmeira das Missões, RS, Brazil
2
Departamento de Tecnologia e Ciências dos Alimentos, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
Av. Roraima, 1000, Santa Maria, RS, Brazil
3
Departamento de Zootecnia, Laboratório de Piscicultura, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
Av. Roraima, 1000, Santa Maria, RS, Brazil
4
Departamento de Zootecnia, Laboratório de Ictiologia, Universidade Federal de Pelotas
(UFPEL), Pelotas, RS, Brazil
Corresponding author: Rafael Lazzari ([email protected])
ABSTRACT. The aim of this study was to evaluate the inclusion of soybean oil in the diet of female silver
catfish (Rhamdia quelen) and its effect on the growth, composition, lipid profile and fillet acceptability thereof.
In this experiment, 144 fish (237.75 ± 22.35 g) were distributed among 18 tanks (280 L) for 80 days. The use of
10% soybean oil in the fishes’ diet promoted higher weights (373.82 g) and better feed conversion ratios (1.5)
for female silver catfish. The soybean oil levels tested did not interfere with fillet acceptability. Increasing
soybean oil in the diet increased the quantity of unsaturated fatty acids in the fillets, which enhanced their
nutritional quality. The use of 10% soybean oil is recommended for the female silver catfish diet.
Keywords: Rhamdia quelen, silver catfish, diet, fatty acids, lipid profile, nutritional quality, aquaculture.
Inclusión de aceite de soya y su relación con la calidad del crecimiento y aceptabilidad
de los filetes del bagre plateado (Rhamdia quelen)
RESUMEN. El objetivo de este estudio fue el de evaluar la inclusión de aceite de soya en dietas, sobre el
crecimiento, la composición, el perfil lipídico y la aceptabilidad de los filetes de hembras de bagre plateado
(Rhamdia quelen). En este experimento realizado durante 80 días, se utilizaron un total de 144 peces (237,75 ±
22,35 g) distribuidos en 18 tanques (280 L). Se observó que el uso de 10% de aceite de soya en la dieta promueve
mayor peso (373,82 g) y una mejor relación de conversión alimenticia (1,5) para las hembras de bagre plateado.
Los niveles de aceite de soya de las muestras no interfirieron en la aceptabilidad del filete. El aumento de aceite
de soya en la dieta aumentó la cantidad de ácidos grasos insaturados en el filete, mejorando así su calidad
nutricional. Se recomienda el uso de 10% de aceite de soya en la dieta para las hembras de bagre plateado.
Palabras clave: Rhamdia quelen, dieta, ácidos grasos, perfil lipídico, calidad nutricional, acuicultura.
INTRODUCTION
Lipids are the main energy and fatty acid source in a
fish’s diet, and they affect growth and nitrogen
excretion. A lipid-deficient diet results in protein
catabolism for energy production. However, excess
energy can suppress appetite as well as reduce growth
and feed efficiency (Kim et al., 2004; Craig et al., 2006).
_____________________
Corresponding editor: Jesús Ponce
Currently, in aquaculture, due to environmental and
economic considerations, alternatives to marine
ingredients are increasingly used, and fish oil is
commonly replaced by vegetable oils (Olsen, 2011).
The demand for fish oil will likely exceed available
resources over the next decade (Tacon, 2005). Due to
high cost, limited availability and difficulty of
maintenance, this source has been replaced by vegeta-
40
ble sources. Increasingly substituting fish oil in
aquafeed not only modifies the fatty acid composition
in feed, but simultaneously and progressively reduces
cholesterol levels (Norambuena et al., 2013). Prime
examples include soybean, sunflower, rice, canola and
linseed oils. Among these oils, soybean oil is more
available in Brazil because it is produced at high levels.
The increase in whole-body fatness may reduce fish
fillet quality, which is a process that can be influenced
by dietary lipid digestibility depending on the lipid’s
fatty acid profile (Caballero et al., 2002).
Several studies on Rhamdia quelen have investigated the protein requirements, and only lipid sources,
such as vegetable oils, cod liver oil and lard, were tested
(Losekann et al., 2008). For Rhamdia quelen females,
the level of digestible energy above 2.700 kcal kg-1 with
diets containing vegetable ingredients not affect
reproductive performance (Bombardelli et al., 2015).
Due to limited information on silver catfish nutrition,
the aim of this study was to evaluate the growth,
composition, lipid profile and fillet acceptability of
females in this species that were fed diets containing
soybean oil.
This experiment was conducted for 80 days in a
recirculating water system with 18 tanks (280 L). The
system included thermostats for temperature control,
biofilters for biological filtration and a backwash
system for waste disposal (Radünz-Neto et al., 1987).
A total of one hundred forty four adult females (237.75
± 22.35 g - 8 fish/tank) were used. The water flow rate
in each tank was approximately 2.8 L min-1. Soybean
oil treatments in the fishes’ diets were tested at 0, 2, 4,
6, 8 and 10% (six treatments in triplicate) (Table 1). The
fish were fed daily (09:00 h) until apparent satiation.
The daily feed, residue and feces remains were
removed through siphoning, and 10% of the water
volume was replaced.
For analysis, water was collected at the entrance of
the first biological filter prior to feeding. The dissolved
oxygen and temperature were measured using an
oximeter (YSI-YSI Inc., Yellow Springs, OH, USA).
The total ammonia levels, nitrites, pH, alkalinity and
hardness were determined using a colorimetric kit
(Alfakit®). The observed water quality did not affect the
results.
At the end of the experiment, five fish per
experimental unit were subjected to fasting (24 h),
anesthetized and slaughtered by hypothermia (water x
ice 1:1). Initially, six animals per treatment were
eviscerated for weighing and to determine the carcass
yield. The fish fillets were removed to collect samples,
determine the yield as well as lipid profile and obtain
samples for an acceptability evaluation using a sensory
panel.
At the beginning and end of the experiment, the
weights (g) and lengths (cm) of the fish were measured
after the fish were anesthetized with triphenoxyethanol
(0.03%). For this procedure, a digital balance (precision
0.001 g) and ichthyometer were used. From these data,
the following values were calculated: condition factor
= body weight (g)/body length3 (cm); feed conversion
ratio = feed supplied (g)/weight gain (g); biomass =
mean weight x total fish remaining at the end of
treatment; and daily intake.
The fillets’ moisture, ash and protein (using the
Kjeldahl method, conversion factor = 6.25) were
determined following the methods described in AOAC
(1995). The fat was extracted and quantified using the
Bligh & Dyer (1959) method. To determine the lipid
profile, fat samples were extracted and methylated in
accordance with Hartman & Lago (1973) and analyzed
using gas chromatography (Hewlett-Packard chromatograph model HP 6890 equipped with a flame
ionization detector-FID) using a capillary column DB23 (Agilent-60 m x 0.25 mm x 0.25 mM).
The preference-ordering test (ABNT-NBR 13170,
1994) was used to ascertain the sensory differences
between the fillet samples. In this procedure, a sensorial
evaluation was conducted using 23 untrained judges
who received six fresh fillet samples coded with
random numbers and were asked to rank the samples
according to preference in descending order relative to
the following attributes: appearance, flavor and texture.
The fillet samples from the female silver catfish were
roasted in an electric oven at 250°C for 30 min. The
preferred sample received the lowest score in the
evaluation. The results of each review were submitted
to the Friedman test (ABNT-NBR 13170, 1994).
To test normality of data, the Shapiro-Wilk test was
used. When the data showed a normal distribution, the
means were compared with the control diet using
Dunnett's test. The variables that did not show
normality were analyzed using a non-parametric
ANOVA (Kruskal-Wallis). SAS software version 8.02
was used to test the data. The means of the final weight,
biomass and feed conversion ratio were subjected to an
analysis of covariance using the feed intake as the
covariate, and the Pdiff test was used to compare the
adjusted means.
RESULTS
Temperature (22.4 ± 1.97ºC), dissolved oxygen (4.74 ±
0.43 mg L-1), total ammonia (0.42 ± 0.11 mg L-1), nitrite
(0.13 ± 0.04 mg L -1), pH (6.8 ± 0.56), total alkalinity
Soybean oil related to growth quality and fillet acceptability
41
Table 1. Composition of diferent diets (D) used in the experiment (%).
Ingredients
Meat and bone meal
Soybean meal
Wheat bran
Corn (grain)
Soybean oil
Inert
Vitamins and mineralsa
Bicalcium phosphate
Sodium chloride
Antioxidant (BHT)
D1
16
22
22
25.9
0
10
2
1
1
0.01
Moisture
Crude Protein
Digestible energy (kcal kg-1)b
Energy (kcal DE) / protein (g)
Minerals
Ether extract
Crude fiber
Calcium
Phosphorus
5,22
26,28
2491
9,47
11,10
4,09
3,53
2,27
1,43
Diets (% soybean oil)
D2
D3
D4
D5
16
16
16
16
22
22
22
22
22
22
22
22
25.9 25.9 25.9 25.9
2
4
6
8
8
6
4
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
0.01 0.01 0.01 0.01
Composition analyzed
5,09 5,13 5,13 5,24
26,31 26,99 25,36 26,23
2635 2784 2845 2974
10,01 10,31 11,21 11,33
10,11 10,00 9,91 9,56
6,09 8,56 10,31 12,17
3,13 3,59 3,52 3,65
2,30 2,15 2,25 2,02
1,41 1,41 1,37 1,38
D6
16
22
22
25.9
10
0
2
1
1
0.01
5,07
25,52
3046
11,93
9,84
13,68
3,34
2,22
1,45
a
Composition of vitamin and mineral kg-1 product (SUPRE MAIS ®) mixture: folic
acid: 1200 mg, Ác. nicotinic: 24000 mg, Ác. pantothenic: 12000 mg, cobalt: 10 mg,
copper: 3000 mg, choline chloride: 108 g, iron: 50000 mg, biotin 48 mg, iodine: 100
mg, manganese: 20000 mg, selenium 100 mg, vit. A: 1200000UI, vit. B1: 4800 mg,
vit. B2: 4800 mg, vit. B6: 4800 mg, vit. B12: 4800 mcg, vit. C: 48 g vit. D3:
200000UI, vit. E: 12000 mg vit. K3: 2400 mg, and zinc: 3000 mg. bDigestible energy
calculated, considering the following: lipid = 9 kcal g-1, protein = 5 kcal g-1, and
carbohydrates = 4 kcal g-1 with the digestibility values 85, 90 and 50%, respectively.
(36.3 ± 8.98 mg CaCO3 L-1), and hardness (88.5 ± 36.1
mg CaCO3 L-1) were determined.
The female silver catfish weight was influenced by
adding soybean oil to the diet (Table 2). The best
weight (373.82 g) was obtained by females fed diets
containing 10% soybean oil as the lipid source (Table
2). The three lower levels tested (0, 2 and 4% soybean
oil) resulted in lower fish weights (P < 0.05).
The silver catfish feed intake and feed conversion
decreased with an increasing level of dietary soybean
oil (8 and 10%, Table 2). The daily feed intake ranged
from 3 to 5% of body weight in this study.
The total biomass increased with increasing levels
of dietary soybean oil, but the length and condition
factor did not exhibit a significant effect (Table 2).
Survival was lower with increasing levels of oil (P <
0.01). The female carcass yield was greater with 6%
soybean oil in the diet (88.25%).
The fillet moisture was greater in fish fed the diet
containing 6% soybean oil (79.31%) (P = 0.04). The
fillet lipid (P = 0.02) and protein (P = 0.009) quantities
varied among the treatments (Table 3).
Dietary levels of soybean oil modified the fatty acid
composition of the fillets (Table 3). The quantity of
MUFA (40.87%) was higher in the fillets of fish fed a
diet without soybean oil (Table 3). Fish fed the diet
containing 8% oil exhibited higher levels of PUFA in
the fillets (30.71%, P < 0.0001).
Higher quantities of omega-3 UFA were observed
in fillets from fish fed a diet with 4% soybean oil (P <
0.01), but the fillets of fish fed diet with 8% of oil
exhibited more omega 6 UFA (P < 0.0001). Fillets from
female fish fed a diet containing 4% soybean oil
exhibited a higher value for the ratio n-3/n-6 (0.21)
(Table 3).
A paired comparison using the sensory panel
revealed no significant differences in appearance,
flavor or texture between the fillet samples (Table 4).
The samples did not reach the critical values 37 and 38;
note that this critical value was established at the
predetermined minimum significance (P < 0.05).
42
Table 2. Performance parameters of female silver catfish fed soybean oil in the diet. W: final weight; FCR: feed conversion
ratio; DI: daily intake; L: length; CF: condition factor; SU: survival; CY: carcass yield; FY: fillet yield; * P < 0.05; ** P <
0.01; sem: standard error of mean; NS: not significant (P > 0.05). aVariables with adjusted means, where different letters
indicate a significant difference using the Pdiff test. bMeans marked with # indicate a significant difference from the control
diet using the Dunnett test.
W (g)a
FCR
DI (%)b
Biomass (g)
L (cm)
CF
SU (%)
CY (%)
FY (%)
0
0317.35b
0003.16a
0003.22
2549.4c
0032.03
0001.04
100
0081.16
0030.70
2
323.16b
0002.77ab
2.80
2652.8bc
31.74
0.98
97.22
88.20#
32.06
Soybean oil level (%)
4
6
333.03b
346.70ab
2.45b
1.97b
3.07
2.76
2918.9b
3155.7ab
31.70
32.02
1.03
0.98
91.67
88.89#
84.77
88.25#
31.41
31.56
8
340.39ab
2.37b
3.06
3017.0b
31.59
1.03
91.66
86.11
30.64
10
373.82a
1.50c
2.57#
3471.5a
31.86
1.06
86.11#
83.06
29.76
sem
22.62
0.62
0.21
330.41
0.78
0.04
8.04
2.92
2.35
P
*
**
**
**
NS
NS
*
*
NS
Table 3. Chemical composition (%) and lipid profile (% of fatty acids in the total lipids) of female silver catfish fillets fed
diets containing soybean oil. aMeans marked with # indicate a significant difference from the control diet using Dunnett's
test; means with different letters indicate significant differences using ANOVA Kruskal-Wallis; * P < 0.05; ** P < 0.01;
*** P < 0.001; ser: standard error of mean; and NS: not significant (P > 0.05). aLinear effect: Y = 26.06 – 0.28X, r2 = 0.60,
b
Monounsaturated fatty acids, cPolyunsaturated fatty acids and dUnsaturated fatty acids/saturated fatty acids, linear effect:
Y = 1.69 +0.03X, r2 = 0.70.
0
2
Chemical composition
Moisture (%)
Ash (%)
Lipid (%)
Protein (%)
75.43
01.08
06.63
20.82
76.38
1.18
5.10
20.41
C14:0
C16:0a
C18:0
C16:1n-7c
C18:1n-9c
C20:1n-9
∑MUFAb
C18:2n-6c
C18:3n-3
C20:4n-6
C22:5n-3
C22:6n-3
∑PUFAc
∑n – 3
∑n – 6
n-3/n-6
UFA/SFAd
1.55
26.31
8.80
05.93a
33.94a
0.99a
40.87
17.46c
1.15d
1.28bc
0.57b
1.57bc
22.05
3.30
18.75b
0.17
1.70
1.38#
25.00
9.11
5.14ab
33.56a
0.99a
39.71
18.84bc
1.29d
1.58ab
0.64ab
2.04ab
24.44
4.01
20.42b
0.19
1.79
Soybean oil level (%)
4
6
77.25
79.31
1.20
0.94
4.55
4.44
19.45
16.71
Lipid profile
1.48
1.42
24.81
25.26
8.95
8.69
4.10b
5.29a
b
32.17
33.34a
a
0.98
1.02a
#
37.25
39.67
20.48b
19.57bc
1.46c
1.30d
a
1.74
1.39b
a
0.79
0.59b
a
2.51
1.89b
#
27.01
24.75
4.78#
3.79
22.23ab
20.96b
0.21#
0.18
1.79
1.81
8
10
sem
P
76.18
1.11
4.73
20.60
74.65
1.15
6.19
20.57
1.99
0.10
1.24
1.20
*
NS
*
**
1.25#
23.11
8.98
3.74b
31.41b
0.71b
35.86#
24.81a
2.05a
1.31b
0.62b
1.91b
30.71#
4.58#
26.13a
0.17
1.99
1.40
23.41
8.40#
5.08ab
33.73a
0.87a
39.69
22.13b
1.73b
1.21c
0.60b
1.39c
27.07#
3.73
23.33ab
0.16
2.01
0.09
0.82
0.36
1.10
1.13
0.21
1.54
2.07
0.14
0.33
0.20
0.57
1.66
0.52
5.08
0.02
0.07
**
***
*
**
**
**
***
***
***
**
**
**
***
**
***
**
***
Table 4. Sensory ranking test scores based on the
preference of female silver catfish fillets fed different
levels of soybean oil. The results refer to the analysis
performed by 23 tasters. The critical value for 23 tasters
and 6 samples is 38 with a 5% significance (ABNT - NBR
13170, 1994).
Soybean oil (%)
0
2
4
6
8
10
Appearance
76
78
89
89
103
90
Flavor
83
77
85
100
92
88
Texture
85
77
82
92
91
98
DISCUSSION
The quality of water was maintained within the proper
limits for fish farming (Poli & Arana, 2003; Zaniboni,
2003). The protein-sparing effect is the use of as much
available dietary protein as possible for conversion into
muscle protein instead of energy production
(Ljubojević et al., 2015) This effect is well-known for
catfish, including silver catfish (Meyer & Fracalossi,
2004; Salhi et al., 2004.). Adding 12% soybean oil to
of surubim catfish juveniles (Pseudoplatystoma
coruscans) diets, results in excellent performance of the
fish with enhanced body protein deposition (Martino et
al., 2002). In this study, the best results for weight in
female silver catfish (10% soybean oil) reinforces the
notion that increasing dietary lipid level has a sparing
effect on protein (protein sparring effect) and enhances
the use of this nutrient for weight gain.
Feed energy affects feed intake and lipid deposition
in the carcass (Médale et al., 1995). For fish fed higher
levels of lipid, the voluntary feed intake decreases
(Brauge et al., 1994; Skalli et al., 2004), which was
observed in the female silver catfish in this study. The
daily feed intake values observed in this experiment are
similar to the African catfish (Fagbenro & Davies,
2001). Studies using malabar groupers (Epinephelus
malabaricus) (Tuan & Williams, 2007) and surubim
juveniles (Pseudoplatystoma corruscans) (Martino et
al., 2002) reported less feed intake where the levels of
dietary energy increased.
For most species of farmed fish, using vegetable oils
(soybean, canola, rice, and linseed) does not affect fish
growth; however, it modifies body composition and the
fillet lipid profile (Regost et al., 2003a, 2003b). In a
study on Atlantic salmon (Salmo salar), including
rapeseed oil at up to 50% of the supplemented lipid
significantly decreases the (n-3)/(n-6) PUFA ratio as
well as EPA and DHA concentrations in the fish (Bell
43
et al., 2001). Although raised in a closed system, the
female silver catfish herein exhibited higher levels of
UFA (60-65%) compared with fish from rivers (53%)
(Ramos et al., 2008). Using soybean oil in aquatic diets
may be limited by the lack PUFA and high n-6 levels
(Rombenso et al., 2015).
The lipid profile (fatty acid composition in a fillet)
is important for assessing the nutritional quality of the
fish. In this context, not only are the composition and
availability of the FA linolenic acid (18:3n-3) and
linoleic (18:2n-6) important, but the elongation and
desaturation products are also important (Steffens,
1997). The capacity and mechanisms of desaturation/
elongation of precursors to the FA linoleic and linolenic
are unknown to silver catfish (Vargas et al., 2008). In
work on silver catfish fingerlings, these authors showed
that this species exhibits desaturation and elongation
capacity to generate unsaturated FA.
The (n-3)/(n-6) ratio of silver catfish is affected by
several factors (Weber et al., 2008). According to the
World Health Organization (WHO, 2008), the
appropriate value for the n-3/n-6 ratio in the total diet
should be less than 0.25. Considering the results
obtained in the fillets of female Rhamdia quelen, 0.16
to 0.21, ingesting this fish almost completes the daily
need for human consumption.
The American Heart Association (2014) suggests
that healthy people should consume at least two
servings of fish per week. In addition to modulating the
metabolism of lipoproteins, dietary supplementation
with fish (rich in n-3 FA) can treat obesity and
metabolic syndrome (Raposo, 2010). Further, the fatty
acids eicosa-pentaenoic and docosahexaenoic (n-3) as
well as arachidonic acid (n-6) prevent the decrease in
LDL receptor protein expression caused by cholesterol
in fibroblast culture cells and HepG2 (Yu-Poth et al.,
2005).
The sensory properties are decisive in determining
consumer interest and market demand (Kubota &
Emanuelli, 2004). Training judges is critical for
obtaining sensory profiles in a practical industry
context (Labbe et al., 2004). For the feed industry and
its stringent time restrictions, the performance
evaluation from a panel of judges is a difficult quality
tool to apply (Silva et al., 2012). Consumer
acceptability of and preference for meat from a species
is based on four criteria: smell, texture, color and flavor
(Alasalvar et al., 2001). These factors can be altered by
nutritional factors and explain consumer satisfaction
for a particular product.
Often the taste of wild fish (derived from natural
rivers and lakes) is more accepted by consumers. This
difference is related to feed composition in these
44
environments, where phytoplankton abundance, which
is a rich source of polyunsaturated fatty acids (PUFAs),
provides a more palatable characteristic fat (Steffens,
1997). Adding vegetable oils, such as soybean, does not
affect the sensory characteristics of "Seabass" fillets
(Izquierdo et al., 2003). However, levels of 11%
soybean oil may decrease the sensory evaluation scores
(Guillou et al., 1995).
The present work demonstrates that silver catfish
females fed diets with soybean oil can be associated
with good nutritional quality and consumer acceptance.
Finally, female silver catfish, at least 10% soybean
oil in the diet is recommended. Increasing the soybean
oil in the female silver catfish diet increases the
quantity of PUFA in the fillets.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 46-55, 2016 Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi
Research Article
Genetic variation in color morphs of the endangered species,
Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae)
Michelle Duarte1, Carlos Ventura2 & Edson Silva1
Departamento de Biologia Marinha, Instituto de Biologia, Universidade Federal Fluminense
Niterói, Rio de Janeiro, C.P. 24001-970, Brazil
2
Departamento de Invertebrados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Museu Nacional
Rio de Janeiro, C.P. 20940-040, Brazil
1
Corresponding author: Edson Silva ([email protected])
ABSTRACT. Paracentrotus gaimardi is a sea urchin reaching a maximum of 42 mm of diameter. It presents
five morphotypes in sympatry characterized by their distinctive spine colors (e.g., green, black, gray, brown and
rose). P. gaimardi is considered as a vulnerable species and it is included on the list of endangered species of
the Brazilian coastline. In this work, allozyme electrophoresis was used to study the genetic variation among the
five color morphotypes, from two different geographic locations along the coast of Rio de Janeiro State: Itaipu
and Prainha, both in sympatry and allopatry. The underlying null hypothesis is that the different spine colors
that define the morphotypes, represent only intraspecific variation of P. gaimardi. Eight polymorphic loci (Cat,
α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi, Pgm and Xod) were assayed. Departures from Hardy-Weinberg equilibrium
were tested at each locus in each morphotype from each locality. P. gaimardi species showed high levels of
genetic variation (0.171-0.343) in accordance with the patterns observed for marine invertebrates. Diagnostic
loci were not found among any of the five morphotypes and neither for the different geographic locations. A UMann Whitney test showed values significantly lower in sympatry than in allopatry for both Nei’s Genetic
Identities and 2 x 2 θ F-statistics. Furthermore, performance of AMOVA analysis considering hierarchical levels
of individuals indicates that the differences in genetic variation are sorted among collection sites rather than
color morphotypes.
Keywords: echinoderms, morphotypes, allozymes, genetic variation, biochemical systematic, endangered
species.
Variación genética en morfotipos de color de la especie en peligro de extinción,
Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae)
RESUMEN. Paracentrotus gaimardi es un pequeño erizo de mar que presenta un diámetro máximo de 42 mm.
Este erizo presenta cinco morfotipos en simpatría caracterizados por sus distintivas espinas coloreadas (e.g.,
verde, negra, gris, café y rosa). P. gaimardi es considerada una especie vulnerable y está incluida en el listado
de especies en peligro de la costa brasilera. En este trabajo se usaron caracteres aloenzimáticos para estudiar la
variación genética entre cinco morfotipos de color, en dos localidades geográficas diferentes de la costa del
Estado de Río de Janeiro: Itaipu y Prainha, ambas en simpatría y alopatría. La hipótesis nula analizada fue: si
las diferentes espinas de color definen los morfotipos, representan solamente una variación intraespecífica de P.
gaimardi. Ocho loci polimórficos (Cat, α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi, Pgm and Xod) fueron examinados. Las
salidas del equilibrio de Hardy-Weinberg fueron examinadas en cada locus para cada morfotipo en cada
localidad. P. gaimardi presenta grandes niveles de variación genética (0,171-0,343), lo cual concuerda con los
parámetros observados para invertebrados marinos. No se encontró ningún loci diagnóstico en ninguno de los
cinco morfotipos para ninguna de las áreas geográficas. La prueba del U-Mann Whitney mostró valores con baja
significancia en simpatría y alopatría para las identidades genéticas de Nei y la prueba de 2x2 θ F.
Adicionalmente, un análisis de AMOVA sugirió niveles jerárquicos para los individuos, indicando que las
diferencias genéticas están organizadas alrededor de los sitios de colecta, más que en los morfotipos de color.
Palabras clave: equinodermos, morfotipos, aloenzimas, variación genética, síntesis bioquímica, especies en
peligro.
_____________________
Corresponding editor: Diego Giberto
461
47
2
INTRODUCTION
The genus Paracentrotus belongs to the family
Echinidae which includes only two species: Paracentrotus lividus (Lamarck, 1816) and Paracentrotus
gaimardi (Blainville, 1825) (Mortensen, 1943). P.
gaimardi is a small sea urchin reaching a maximum of
42 mm in diameter and is characterized by its delicate
and fragile spines (Tommasi, 1966). This organism is
distributed along the southeastern Brazilian coast,
Angola and the Guinea Gulf (Africa) (Mortensen,
1943). Knowledge on this species is limited
(Boudouresque & Yoneshigue, 1987; Villaça &
Yoneshigue, 1987; Ventura & Barcellos, 2004;
Calderón et al., 2009, 2010).
Along the southeast Brazilian coast P. gaimardi
exists in five morphotypes in sympatry that are
characterized by the colors of their spines (green, black,
gray, brown and rose) (Fig. 1) (Tommasi, 1966). Color
variation is a feature that has been regarded as
important at the time of defining taxonomic status for
different species groups (Endler et al., 2005), including
different groups of marine invertebrates such as the
starfish genus, Echinaster (Tuttle & Lindahl, 1980), the
anemone, Actinia equine (Linnaeus, 1767) (Quicke et
al., 1983), the sponge, Oscarella lobularis (Schmidt,
1862) (Boury-Esnault et al., 1992); the soft coral,
Alcyonium coralloides (Pallas, 1766) (McFadden,
1999), and the nemertean genus, Quasitetrastemma
(Zaslavskaya et al., 2010). In all of these cases,
allozyme electrophoresis was the method used for
species identification.
P. gaimardi is considered a vulnerable species and
is included on the list of endangered species of the
Brazilian coastline (Machado et al., 2008), especially
because its over-exploitation and threats to its native
habitat due to pollution (habitat destruction). In recent
years, there has been a dramatic increase in the number
of endangered species and hence extinction can no
longer be regarded as a natural phenomenon. The
endangerment of species usually occurs due to the
destructiveness of human activities of natural
resources, leading to a loss of biodiversity. Adequate
information on the nature and the extent of genetic
diversity in such species is a useful requirement for
developing a suitable strategy for its conservation and
management.
In the present work, allozyme electrophoresis was
used to study genetic variation among the five color
morphotypes of P. gaimardi that occur on the southeast
Brazilian coast, both in sympatry and allopatry. The
underlying null hypothesis is that the different colors of
spines that define the morphotypes represent only
intraspecific variation of P. gaimardi.
Study sites
Samples of all P. gaimardi morphotypes were collected
from two localities along the coast of Rio de Janeiro
State (Fig. 2): Itaipu (22o58'26''S, 43o02'49''W) and
Prainha (22o57'37''S, 42o01'10''W); the linear distance
between the two localities is approximately 110 km.
The sea urchins were transported alive to the
laboratory and were sorted by morphotypes, dissected,
the tissues (gonad, guts and lantern muscle) washed
with sea water, and kept at -20oC until electrophoresis.
Specimens examined in this study comprise a total of
172 individuals (109 from Itaipu and 63 from Prainha).
Allozyme electrophoresis
Horizontal gel electrophoresis was performed by
standard methods using 12.5% starch gels (Harris &
Hopinkson, 1978). The gels were stained for 30 enzyme
systems using three tissues and four buffers. Eight
enzymes gave useful results, interpreted as the
expression of nine gene loci with two tissues and three
buffers. The buffer systems used were discontinuous
Tris-citrate/borate (pH 8.1/8.7) (Poulik, 1957) for the
enzyme loci peptidase (Pep, E.C. 3.4.11.1), superoxide
dismutase (Sod, E.C. 1.15.1.1) and xanthine oxidase
(Xod, E.C. 1.2.3.2) with gut tissue; discontinuous
lithium hydroxide pH 8.0 (Selander et al., 1971) for the
enzyme loci alpha-esterase (α-Est, E.C. 3.1.1.1), malate
dehydrogenase (Mdh, E.C. 1.1.1.37) and phosphoglucomutase (Pgm, E.C. 2.7.5.1) with gut tissue, and TrisEDTA maleate (pH 7.4) (Brewer, 1970) for the enzyme
loci catalase (Cat, E.C. 1.11.1.6) and glucose phosphate
isomerase (Pgi, E.C. 5.3.1.9) with lantern muscle
tissue. Alleles were labeled alphabetically, in order of
decreasing electrophoretic mobility of their corresponding allozymes.
Statistical analyses
Data analyses were carried out using the programs
BYOSIS-2 (Swofford & Selander, 1997), GENEPOP
3.3 (Raymond & Rousset, 2001) FSTAT 2.9.3 (Goudet,
2001), Arlequin 3.5.1.3 (Excoffier et al., 2005) and
SPSS (SPSS Inc, 2001).
Genetic variation was estimated at the morphotypelocality level through the number of polymorphic loci,
number of alleles per locus and the mean number of
observed and expected heterozygotes (HOBS and HEXP,
respectively) per locus (Nei, 1978).
Genotypic frequencies observed in each morphotype from each locality at all loci analyzed were tested
for conformation to Hardy-Weinberg equilibrium using
an exact test (Rousset & Raymond, 1995). The null hypo-
483
Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi
Figure 1. Morphotypes of Paracentrotus gaimardi characterized by their distinctive spine colors: a) green, b) black,
c) gray, d) brown and e) rose.
An analysis of molecular variance (AMOVA) was
performed using differential hierarchical levels of
genetic structure (within individuals, within populations and within groups of populations, among
groups). Significance was tested using 10.000
permutations. Unbiased pairwise genetic identities
were calculated according to Nei (1972), and used to
cluster morphotypes-locality by the unweighted pairgroup method with arithmetic averaging (UPGMA).
The results for Genetic Identities and 2 x 2 θ were used
to test if differences in genetic variation are sorted
among collection sites or color morphotypes with an UMann Whitney test.
Figure 2. Sample sites on the coast of the Rio de Janeiro State:
ITA: Itaipu and PRA: Prainha.
RESULTS
thesis tested was a random union of the gametes and the
alternative hypothesis was heterozygote deficit or
excess. The P-values obtained by the exact Markov
chain method (Guo & Thompson, 1992) were corrected
for multiple testing with the Bonferroni technique
(Rice, 1989).
Linkage disequilibrium was analyzed by performing exact tests using a Markov chain method and
correcting P-values obtained with the Bonferroni
technique (Rice, 1989). The null hypothesis tested was
that genotypes at one locus are independent from
genotypes at the other locus within each morphotypelocality.
F-statistics analysis was used to partition genetic
variation within morphotype-locality (f) and between
morphotypes-locality () components using Weir &
Cockerham´s (1984) method, which takes into account
the differences in size among samples. Standard errors
and an unbiased  were obtained by jackknifing over
loci and confidence intervals by bootstrapping over
loci. Significance tests of F-estimates were carried out
as described by Krebs (1989).
From the nine enzyme loci assayed, eight were
polymorphic (Cat, α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi,
Pgm and Xod) and only one (Sod) was monomorphic
(Table 1). The average percentage of polymorphic loci
was 73.4% (varied from 55.6% for Prainha rose
morphotype to 88.9% for Prainha brown and black
morphotypes) and the number of alleles per locus
varied from 1.7 to 2.1 (mean value overall loci and
populations = 1.9). The sampled morphotype-locality
did not show exclusive alleles for any loci in sympatric
or allopatric morphotypes.
Observed heterozygosities ranged from 0.171 to
0.343 (Table 1) and the mean value overall of all loci
and morphotype-locality was 0.232, indicating high
levels of heterozygosity. When observed and expected
heterozygosities were compared, observed heterozygosities were generally smaller than expected heterozygosities (Table 1), although this heterozygote deficit
was not statistically significant.
Departures from Hardy-Weinberg equilibrium were
tested at each locus in each morphotype from each
locality. After the Bonferroni correction (α = 0.00098)
(Rice, 1989), only one enzyme for one morphotype
49
4
Table 1. Allele frequencies at nine gene loci* in P. gaimardi from sites on the Rio de Janeiro coast, Brazil. I: Itaipu, P:
Prainha, N: sample size, A,B,C: alleles, HOBS: Observed heterozygosities, HEXP: expected heterozygosities.
Sample
Locus
I-Brown I-Gray I-Black I–Rose I-Green P-Brown P-Gray P-Black P-Rose P-Green
α-Est-1*
α-Est-2*
Cat*
Mdh*
Pep*
Pgi*
Pgm*
Sod*
Xod*
Mean
A
B
C
N
HOBS
HEXP
A
B
N
HOBS
HEXP
A
B
N
HOBS
HEXP
A
B
C
N
HOBS
HEXP
A
B
N
HOBS
HEXP
A
B
C
N
HOBS
HEXP
A
B
N
HOBS
HEXP
A
N
A
B
N
HOBS
HEXP
HOBS
HEXP
0.063
0.874
0.063
8
0.250
0.242
0.286
0.714
14
0.286
0.423
0.583
0.417
12
0.333
0.507
0.325
0.650
0.025
20
0.300
0.483
1.000
0.000
11
0.000
0.000
0.133
0.700
0.167
15
0.467
0.480
0.000
1.000
3
0.000
0.000
1.000
35
0.885
0.115
13
0.077
0.212
0.190
0.261
0.750
0.250
0.000
2
0.500
0.500
0.900
0.100
5
0.200
0.200
0.500
0.500
4
0.500
0.571
0.125
0.875
0.000
4
0.250
0.250
1.000
0.000
10
0.000
0.000
0.286
0.714
0.000
7
0.286
0.440
0.000
1.000
1
0.000
0.000
1.000
13
0.643
0.357
7
0.429
0.495
0.240
0.273
0.400
0.400
0.200
5
0.400
0.711
0.750
0.250
4
0.500
0.429
0.800
0.200
5
0.400
0.356
0.227
0.728
0.045
11
0.182
0.437
1.000
0.000
7
0.000
0.000
0.091
0.773
0.136
11
0.091
0.394
0.000
1.000
1
0.000
0.000
1.000
18
0.833
0.167
3
0.333
0.333
0.212
0.296
0.250
0.750
0.000
4
0.500
0.429
0.750
0.250
4
0.500
0.429
0.389
0.611
9
0.333
0.503
0.200
0.700
0.100
5
0.200
0.511
1.000
0.000
3
0.000
0.000
0.111
0.667
0.222
9
0.222
0.523
0.500
0.500
3
1.000
0.600
1.000
9
0.833
0.167
3
0.333
0.333
0.343
0.370
0.091
0.773
0.136
11
0.455
0.394
0.714
0.286
14
0.286
0.423
0.500
0.500
8
0.500
0.533
0.227
0.750
0.023
22
0.091
0.394
1.000
0.000
19
0.000
0.000
0.083
0.834
0.083
12
0.333
0.304
0.333
0.667
6
0.333
0.485
1.000
34
0.750
0.250
6
0.500
0.409
0.278
0.327
0.042
0.583
0.375
12
0.250
0.540
0.658
0.342
19
0.368
0.462
0.812
0.188
8
0.375
0.325
0.344
0.593
0.063
16
0.188
0.542
0.944
0.056
18
0.000
0.000
0.000
0.786
0.214
7
0.143
0.363
0.667
0.333
3
0.000
0.533
1.000
22
0.944
0.056
9
0.111
0.111
0.159
0.332
0.333
0.500
0.167
6
0.333
0.667
0.750
0.250
6
0.167
0.409
0.125
0.875
4
0.250
0.250
0.083
0.917
0.000
6
0.167
0.167
1.000
0.000
9
0.000
0.000
0.000
0.750
0.250
4
0.500
0.429
1.000
0.000
2
0.000
0.000
1.000
9
0.937
0.063
8
0.125
0.125
0.171
0.227
0.200
0.500
0.300
5
0.200
0.689
0.444
0.556
9
0.444
0.523
0.500
0.500
2
0.000
0.667
0.333
0.445
0.222
9
0.556
0.680
0.909
0.091
11
0.182
0.173
0.625
0.375
0.000
4
0.750
0.336
0.833
0.167
3
0.333
0.333
1.000
10
0.875
0.125
4
0.250
0.250
0.302
0.428
0.000
0.500
0.500
3
0.333
0.600
0.000
1.000
3
0.000
0.000
0.250
0.750
2
0.500
0.500
0.200
0.700
0.100
5
0.600
0.511
1.000
0.000
5
0.000
0.000
0.125
0.750
0.125
4
0.500
0.464
1.000
0.000
2
0.000
0.000
1.000
5
0.900
0.100
5
0.200
0.200
0.237
0.253
0.167
0.833
0.000
3
0.333
0.333
0.375
0.625
8
0.250
0.500
0.400
0.600
10
0.200
0.505
0.389
0.611
0.000
9
0.111
0.503
0.937
0.063
8
0.125
0.125
0.300
0.600
0.100
5
0.400
0.600
1.000
0.000
2
0.000
0.000
1.000
16
0.750
0.250
8
0.250
0.400
0.185
0.330
505
showed significant deviations from the expected
genotypic distribution (Mdh in Itaipu green morphotype), due to heterozygote deficiency. Significant
linkage disequilibrium was not detected for any
combination of loci among any morphotype-locality.
The genetic structure of morphotypes from the
different localities was analyzed by means of Weir &
Cockerham´s (1984) method, the overall -value and value were 0.062 and 0.329, respectively, which were
not significantly different from zero, showing lower
genetic differentiation among morphotypes and
localities (Table 2). The 2x2  shows values which
were not significant in sympatry (U-Mann Whitney
test, P = 0.353), but showed a difference for Itaipu (-U
Mann Whitney test, P = 0.008) and near signi-ficance
for Prainha (U-Mann Whitney test, P = 0.083). In the
same way, Nei’s Genetic Identities (GI) between
morphotypes showed high values for sympatric
morphotypes (ranging from a maximum of 1 and a
minimum of 0.887) and low values for allopatric
morphotypes (ranging from a maximum of 0.986 and a
minimum of 0.686) (Table 3). U-Mann Whitney test for
Genetic Identities also showed values which were not
significant for sympatry (P = 0.473) but different in
allopatry for both cases (Itaipu, P = 0.003 and Prainha,
P = 0.007). These results indicate that the differences
in genetic variation are sorted among collection sites
rather than color morphotypes (Table 3). Results
obtained from the analysis of molecular variance
(AMOVA) also indicated the greatest genetic variance
within regional populations (10.07%, P = 0.00684)
rather than morphotypes (-7.34%, P = 0.86510) (Table
4). The UPGMA dendrogram illustrates samples
grouped by sites and not by morphotypes (Fig. 3), the
only exception is Prainha brown morphotype which is
clustered within Itaipu group.
DISCUSSION
The present study could not identify any diagnostic loci
among the nine loci sampled for the five morphotypes
of P. gaimardi from two different geographic locations.
Furthermore, the results clearly indicate that in this
species, spine color variation represents an intraspecific
polymorphism, since genetic identities (GI) were
significantly high for morphotypes living in sympatry
and low for morphotypes living in allopatry. Analysis
of molecular variance (AMOVA) is clear cut
concerning this conclusion which is well represented by
the dendrogram, which showed morphotypes clustered
by sampling locations instead of color of spines. The
only exception is Prainha brown morphotype, which is
not an unexpected result since cluster analysis done by
the UPGMA algorithm is sensitive to high values of
Table 2. F-statistics (Weir & Cockerham, 1984) for eight
polymorphic enzyme loci in P. gaimardi. *(P < 0.05).
Locus
-Est-1
-Est-2
Cat
Mdh
Pep
Pgi
Pgm
Xod
Average
F
Θ
F
0.3359
0.0525 0.3708
0.2716
0.1466 0.3783
0.2820
0.0575 0.3233
0.5092* -0.0195 0.4996
0.3988 -0.0185 0.3877
0.2518
0.0070 0.2570
0.2871
0.3909 0.5658
0.1684 -0.0140 0.1568
0.3297
0.0620 0.3713
genetic identities as is the case for morphotypes and
localities studied here. Calderón et al. (2010) and Lopes
& Ventura (2012) showed some asymmetry in relation
to crossings between morphotypes of P. gaimardi.
Despite any such preferential crossings, allozyme data
clearly indicate that this restriction to gene flow has not
been enough to determine a relevant isolation between
these morphotypes. Asymmetric gametic isolation
cannot stop gene flow between morphotypes. If genes
from one morphotype freely enter the genome of the
other in sympatry, even in one direction, recombination
would be sufficient to prevent the formation of a new
species (Lessios, 2011).
Diversity in coloration is a frequent phenomenon in
marine invertebrates, but its ecological significance is
often not fully understood. Variations in color may be
related to age (Medioni et al., 2001), to light or wave
exposure (Stoletzki & Schierwater, 2005), to diet
(Tlusty & Hyland, 2005) or to behavioural patterns
(Pryke, 2007). In sea urchins color variation is
widespread (Millot, 1964; Gras & Weber, 1977;
Growns & Ritz, 1994; Coppard & Campbell, 2004).
Some species are capable of changing the intensity of
their dermal coloration (Kleinholz, 1938; Millot, 1968;
Jensen, 1974), whereas others maintain the same color
throughout their lives. As with most marine
invertebrates, the ecological implications of color
variation specific to echinoids remain poorly understood.
Binks et al. (2011a, 2011b) show that for the
Western Australian sea urchin Heliocidaris erythrogramma (Valenciennes, 1846), in addition to color
variation, there are extensive variations in spine
morphology. P. gaimardi shows no obvious differences
in other aspects of morphology, habitat preferences,
light or wave exposure or diet between the different
color morphotypes, all of which can be found on the
same rock (Calderón et al., 2010). Therefore, despite
the fact that color variation has been used in taxonomic
classification for several groups of marine invertebrates
(Meroz-Fine et al., 2003; Tarjuelo et al., 2004; Hizi-
651
Table 3. Nei’s (1978) unbiased measures of genetic identity (above diagonal) and pairwise θ values (below diagonal) for
the populations of P. gaimardi. I: Itaipu, P: Prainha.
Population I-Brown
I–Brown
I–Gray
I–Black
I–Rose
I–Green
P–Brown
P–Gray
P–Black
P–Rose
P–Green
****
0.1798
0.0552
0.0525
0.0578
0.0876
0.2313
0.1163
0.1567
0.0589
I-Gray I-Black
I-Rose I-Green P-Brown P-Gray P-Black P-Rose P-Green
0.887
0.956
0.951
****
0.999
0.955
-0.0373
****
0.966
0.0132 0.0119
****
0.0188 -0.0103 -0.0566
0.1074 -0.0326 0.0174
0.1521 0.1363 -0.0104
0.1346 0.0882 0.0284
0.3272 0.2144 0.1320
0.1378 0.0998 -0.0167
0.965
0.949
0.980
1.000
****
0.0202
0.0797
0.1122
0.1827
0.0546
0.905 0.783
0.872
0.827
0.850 0.822
0.825
0.686
0.942 0.807
0.856
0.740
0.986 0.983
0.976
0.895
0.974 0.917
0.929
0.861
**** 0.917
0.968
0.902
0.0981
****
0.940
0.932
0.0254 0.0991
****
0.978
0.1011 0.1528 0.0111
****
0.0539 0.0598 -0.0586 -0.0221
0.853
0.770
0.795
0.973
0.923
0.939
0.959
1.000
0.979
****
Table 4. Analyses of molecular variance (AMOVA) among 10 samples of P. gaimardi separated into two regional
populations (Itaipu and Prainha) and five morphotypes (green, black, gray, brown and rose). df: degrees of freedom,
*Significant (P < 0.05).
Source of variation
Panmixia
Among populations
Among individuals within populations
Within individuals
Total
Regional
Among groups
populations Among populations within groups
Within individuals
Total
Morphotypes Among groups
Among populations within groups
Within individuals
Total
Degany et al., 2007; Pérez-Portela et al., 2007; Pleijel
et al., 2009; Ozgo, 2011; Freckelton et al., 2012), this
seems not to be the case for P. gaimardi color variation.
Thus, although color variation can be an important
feature in defining taxonomic status for different
species groups, this trait does not necessarily indicate
evolutionary divergence, especially as coloration can
evolve rapidly, outpacing other morphological
characters (Endler et al., 2005).
P. gaimardi showed high levels of genetic variation,
however, within the range of heterozygosities found for
other marine invertebrates (Nei, 1978; Nevo, 1978;
Beaumont & Beveridge, 1984; Schaeffer et al., 1985;
Benzie & Ballment, 1994; Diehl & Biesiot, 1994;
Manchenko et al., 2000; Addison & Hart, 2004) and
echinoderms (Marcus, 1977; Williams & Benzie, 1998;
Uthicke et al., 1998, 2001; Benzie, 1999; Moberg &
df
9
200
210
419
1
8
200
210
419
4
5
200
210
419
Variance
% variation Fixation indices
P
components
-0.01436
-7.28
ST = -0.07281 0.99881
-0.13128
-66.57
0.34286
173.85
0.19722
0.17473
10.07
ΦCT = 0.10080 0.00684*
0.06454
3.72
0.46843
27.02
102.570
59.17
173.340
-0.12076
-7.34
ΦCT = -0.07341 0.86510
0.27170
16.51
0.46843
28.47
102.570
62.35
164.507
Burton, 2000; Manchenko & Yakolev, 2001; Matsuoka
& Asano, 2003). Where the species is still common and
maintain preserved its habitat it can occur in relative
high densities (Matsuoka et al., 1995) and, therefore, in
these cases, high levels of genetic variation can be
easily explained by a neutral model. However,
biochemical and ecological studies, as well as the use
of different molecular markers are desirable in order to
properly evaluate the role of selection and genetic drift
in shaping the patterns of biochemical genetic variation
observed for natural populations of P. gaimardi.
Results obtained for echinoderms generally are
consistent with a model of high dispersion and high
genetic homogeneity. Benzie & Wakeford (1997)
studying six populations of the Australian sea star,
Acanthaster planci (Linnaeus, 1758), in the Great Coral
Barrier (130 km apart), found for nine allozymic loci
527
Figure 3. UPGMA cluster analysis of five morphs from two populations of P. gaimardi based on Nei’s (1972) genetic
identity. I: Itaipu, P: Prainha.
no significant values of FST as low as 0.001. Similarly,
Uthicke et al. (2001) studying four populations of the
sea cucumber, Holothuria atra Jaeger, 1833, and five
populations of the sea cucumber, Stichopus chloronotus
Brandt, 1835, also in the Australiam region, found no
significant FST, although these were higher than that
those found for A. planci in the Great Coral Barrier
(0.06 and 0.306, respectively). The results presented
here for P. gaimardi are similar to those results (Benzie
& Wakeford, 1997; Uthicke et al., 2001) showing that
for this tropical species evidence of high dispersion and
high genetic homogeneity is also present.
The P. gaimardi species have high levels of genetic
variation, in accordance to generally observed patterns
for marine invertebrates. Diagnostic loci were not
found among morphotypes, and genetic variation is
clearly distributed following sampling sites rather than
color pattern. Allozyme results also clearly indicate
evidence of high dispersion and genetic homogeneity
within a distance of 110 km. Finally, it is important to
remember that for solving taxonomic problems, a
multidisciplinary approach should be applied,
including allozyme analysis which is still an excellent
method for solving problems concerning species
systematics and is especially relevant for genetic
orientated problems in population genetics.
ACKNOWLEDGMENTS
We gratefully acknowledge the help of Dr. N.A.
Ratcliffe who revised the English and improved greatly
the quality of this paper with his suggestions. We
appreciate the help of Vanessa Fernández Rodríguez in
preparing the abstract in Spanish. We are thankful to
the staff of the Instituto de Estudos do Mar Alte. Paulo
Moreira (IEAPM–Brazilian Navy), for providing
facilities and support during field work. C.R.R. Ventura
thanks the Brazilian Scientific Council (CNPq) for the
Research Productivity Fellowship and financial support
(Proc. 474485/2004-8).
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2016
Animal
protein source in juvenile spotted rose snapper feed
561
Research Article
Partial replacement of fishmeal with meat and bone meal and tuna byproducts
meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper Lutjanus guttatus
Crisantema Hernández1, Alan González-Santos1, Martín Valverde-Romero1
Blanca González-Rodríguez1& Patricia Domínguez-Jiménez1
1
Laboratory of Nutrition, Food Research and Development Center A.C.
Mazatlán, Sinaloa, C.P. 89010, México
Corresponding author: Crisantema Hernández ([email protected])
ABSTRACT. A 120 days feeding trial was conducted to evaluate diets in which fish meal (FM) was replaced
with meat and bone meal (MBM) or tuna byproduct meal (TBM) on growth performance, apparent digestibility
and hematological parameters of juvenile spotted rose snapper (SRS) L. guttatus. Three isonitrogenous
compounds (47.6-49.0%) and isoenergetic (20.9-22.9 kJ g-1) diets were formulated. A control diet contained
FM as a main protein source (D-FM) and two diets with 35% of fish meal protein replaced by MBM or TBM
protein (D-MBM, D-TBM). Each diet was fed to triplicate groups of 20 SRS juvenile (initial weight 8.2 ± 0.02
g) to apparent satiation three times a day. Growth performance, hematological parameters and apparent
digestibility of SRS fed D-MBM or D-TBM diets were not significantly different from D-FM diet. However,
the whole body crude protein was significantly higher in D-MBM group than D-TBM group, and the values
were comparable to D-FM group. Based on these results, the meat and bone meal is an economical and viable
option, as tuna byproduct meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper.
Keywords: Lutjanus guttatus, snapper, growth, animal protein, aquaculture.
Reemplazo parcial de la harina de pescado con harina de carne y hueso, y harina de
subproductos de atún en dietas para juveniles de pargo lunarejo Lutjanus guttatus
RESUMEN. Se realizó un experimento de alimentación durante 120 días para evaluar dietas en las cuales la
harina de pescado (FM) fue reemplazada por la harina de carne y hueso (MBM) o la harina de subproductos de
atún (TBM) sobre el rendimiento productivo, parámetros hematológicos y digestibilidad aparente en juveniles
de pargo lunarejo (SRS) L. guttatus. Se formularon tres dietas compuestas isonitrogenadas (47,6-49,0% CP) e
isoenergéticas (20,9-22,9 kJ g-1). La dieta control fue elaborada con (FM) como principal fuente de proteína (DFM) y dietas con el 35% de la proteína de la FM reemplazada por la proteína de MBM o TBM (D-MBM, DTBM). Cada dieta fue ofrecida a grupos por triplicado de 20 juveniles de SRS (promedio de 8,2 ± 0,02 g) a
saciedad aparente, tres veces al día. El rendimiento productivo, parámetros hematológicos y digestibilidad
aparente de SRS alimentados con las dietas D-MBM o D-TBM no fueron significativamente diferentes de la
dieta D-FM. Sin embargo, la proteína cruda del cuerpo fue significativamente menor en el grupo de D-TBM y
más alta en el grupo D-MBM; los valores fueron comparables al grupo de D-FM. Sobre la base de estos
resultados, la harina de carne y hueso es una opción económica y viable así como la harina de subproductos de
atún en dietas prácticas para juveniles de pargo lunarejo.
Palabras clave: Lutjanus guttatus, pargo lunarejo, crecimiento, proteína animal, acuicultura.
INTRODUCTION
The spotted rose snapper (SRS) Lutjanus guttatus is a
carnivorous marine fish found along the Pacific coast
from the Gulf of California to Peru, including the
Galapagos Islands (Allen, 1985). It is an economically
important artisanal fishery along the northwest coast of
__________________
Corresponding editor: Alvaro Bicudo
Mexico. Protocols for SRS reproduction in captivity,
larval rearing and commercial grow out using
aquaculture production system (e.g., floating sea cages)
have been developed and tested (CastilloVargasmachuca et al., 2007; Ibarra-Castro & AlvarezLajonchére, 2011; Hernández et al., 2015). Despite the
knowledge gained on this species, it is well known that
257
limitation in marine based protein sources exist in the
world and the reducing fish meal in fish diets may
increase the profitability of aquaculture operations.
Diet costs generally constitute up to 60% of the total
farm production costs. Therefore, it is important for
researchers to identify some less expensive and more
sustainable ingredients to utilize in SRS diets, and these
diets must have an equal or even better nutritional
quality compared to diets based mainly on fish meal.
Previous study in SRS juvenile, showed that FM can be
replace by tuna by products meal (TBM) up to 30%, in
8 weeks trial, where a long-term growth studies is
recommended to confirm this conclusion (Hernández et
al., 2014a). Although TBM it is a fishery by products
and is still fishery dependent protein source, locally
constant supply exist. On the other hand, render product
such as poultry by products (PBM) in SRS showed that
fish meal can be replaced up to 50% by feed grade
PBM, or up to higher level with PBM pet grade that
presents higher nutritional value, while fish meal can be
replaced up to 90% in SRS diets (Hernández et al.,
2014b, 2014c). Another potential render ingredient that
could be alternative ingredients to partial replace FM in
practical diets for SRS is meat and bone meal (MBM)
as previous reported for other marine fishes (Robaina et
al., 1997; Ai et al., 2006; Rossi & Davis, 2014). Thus,
the purpose of this study was to evaluate the growth
performance, protein efficiency, body composition,
apparent digestibility and hematological parameters of
L. guttatus juveniles fed practical diets containing
MBM or TBM meal as a partial replacement of fish
meal.
Over the duration of the study, these water quality
parameters average (±SD): water temperature, 24.8 ±
2°C; dissolved oxygen, 6 ± 0.5 mg L-1; salinity, 34.6 ±
0.4; pH, 8.1 ± 0.3.
The fish were weighed every two weeks to calculate
mean body weight and the biomass in each tank. The
fish were caught with scoop nets and anesthetized with
2-phenoxyethanol (Sigma®, St. Louis, MO, USA) at a
concentration of 0.3 mL-1. Then the specimens were
weighed individually on a digital scale (accurate to
±0.01 g).
The growth and economic performance and feed
efficiency of the fish were assessed by calculating the
weight gain (WG), specific growth rate (SGR), feed
conversion ratio (FCR), survival (SUR), feed intake
(FI), protein efficiency ratio (PER), and profit index
(PI), as follows:
WG%=
final weight - initial weight
x 100
initial weight
ln final weight- ln initial weight
SGR = [
] x 100
number of days
Survival = (
FI = ∑ n [
i
final number
) x 100
initial number
total feed consumption (g)
] / number of days
number of fish
PER =
weight gain
protein intake
The economic performance of the diets was calculated from the method of Vincke (1969) as
PI =
Fish and growth trial
SRS juveniles were produced in a pilot-scale hatchery
at Centro de Investigación en Alimentación y
Desarrollo A.C. (CIAD), Mazatlán, Mexico, following
the established protocols for spawning and larval
rearing according to Abdo de la Parra et al. (2010). The
fish were randomly distributed at a stocking density of
20 fish (weight 8.2 ± 0.02 g) per tank among nine tanks
(volume 350 L). Each of the tanks had a central 50 mm
drain covered with a 0.5 cm mesh net to prevent fish
escape and to allow the tanks to be cleaned. Each tank
had supplemental aeration and a continuous flow of sea
water at a rate of 1.5 L min-1. Triplicate groups were fed
by hand to apparent satiation three times a day (07:00,
13:00 and 17:00 h) during 120 days. Uneaten feed was
collected from the bottom of the tank with a siphon 30
min after the onset of feeding and was dried in an oven
at 60°C. Feed intake was calculated as the amount of
feed supplied minus the amount of unconsumed feed.
Feed intake (g)
weight gain (g)
FCR =
value of fish (kg)
cost of feed (US$)
Digestibility determination
Almost at the end of the growth trial, the same three
replicates with experimental animals were used to
measure the apparent digestibility coefficient of dry
matter and nutrients for each of the experimental diets.
The fish were adapted to the marked diets (with
chromic oxide) for 15 days before the collection of
feces. Fecal samples were collected 5 h after feeding by
the stripping technique (Austreng, 1978), every three
days until sufficient feces were collected to analysis.
Chromic oxide concentration of the feed and feces
samples was measured using the acid digestion
technique (Furukawa & Tsukahara, 1996). The
absorbance was read on a spectrophotometer
(Shimadzu UV-1800, Kyoto, Japan) at 350 nm, after
colorimetric reaction.
Animal protein source in juvenile spotted rose snapper feed
The ADC of dry matter, protein or energy was
calculated as the ratio of nutrients and markers in the
feed and feces (Maynard & Loosli, 1969):
ADC dry matter (%) = 100 - [(
ADC nutrients
(%) = 100-100 [(
Cr2O3 in feed
) x 100]
% Cr2O3 in feces
% Cr2O3 in feed
% nutrient in feces
)x(
)]
% Cr2O3 in feces
% nutrient in feed
Ingredients and experimental diets
The Monterrey sardine (Sardinops sagax caerulea)
fishmeal was produced by Selecta de Guaymas, S.A. de
C.V., Guaymas, Sonora, Mexico. Meat and bone meal
(MBM) was obtained from a rendering plant (Griffin
Industries, Cold Spring, KY, USA). Tuna by-product
meal (TBM) was locally sourced for this study (PINSA,
S.A de C.V., Mazatlán, Sin., Mexico). Biochemical
analyses of these meals are presented in Table 1.
Three diets were formulated to be complete with
regard to known the nutrient requirements of SRS
(Abdo de la Parra et al., 2010), contained 47.6-49.0%
crude protein, and gross energy 20.9-22.9 kJ g-1. The
control diet (D-FM) had 52.6% sardine fish meal as
described Silva-Carrillo et al. (2012). In the
experimental diets, 35% of FM was replaced with
MBM or TBM (D-MBM, D-TBM) (Table 2). The
experimental diets were balanced for essential amino
acids using L. guttatus whole body amino acids profile
as a target value (Table 3). The dietary levels of other
feed ingredients (squid meal, krill meal, carophyll pink,
antioxidants, soy lecithin, sodium alginate and vitamin
and mineral premixes) were held constant, while corn
flour was used to adjust to 100%. Chromic oxide
(0.5%) was used as an indigestible marker into the
control and experimental diets for the evaluation of
apparent digestibility. Dry ingredients were ground in a
hammer mill to a particle size of 250 μm. The macro
ingredients were mixed in a Hobart mixer (model A200 Troy, OH, USA) followed by micro ingredients
mix and fish oil and then boiling water were added until
a homogeneous mixture was obtained. The chromic
oxide was added manually before fish oil and boiling
water. The resulting mash was passed through a meat
grinder (Tor-rey ® Model 22) to produce pellets. The
moist pellets were dried in a forced air oven at a
temperature of 38°C for about 12 h. Subsequently, the
pellets were crumbled and sieve to the desired size
before use. The pellets were stored in labeled, sealed
containers and were held at -20°C until utilization.
Chemical analysis
Ten randomly fish were sampled from the initial
population to determine the initial carcass composition.
To analyze the final composition, two fish were
583
selected at random from each tank for a total sample
size of six fish per treatment group. Moisture, protein,
lipid and ash levels of test ingredients, diets, carcasses
and fecal samples were determined using standard
methods (AOAC, 2000).
The samples were homogenized and dried at 105°C
for 24 h prior to chemical analyses. The level of crude
protein was determined by the Dumas combustion
method (Ebling, 1968) using a Leco FP-528 nitrogen
analyzer (Leco Instrument Corporation, St. Joseph, MI,
USA). The lipid content was analyzed using a micro
Foss Soxtec Avanti 2050 Automatic System (Foss
Soxtec, Hoganäs, Sweden) after extraction with
petroleum ether. The ash content was determined by
calcination of the samples in a muffle furnace at 550°C
(Fisher Scientific International, Inc. Pittsburgh, PA,
USA). The gross energy content was measured by
combustion in a Parr bomb calorimeter 1241 (Parr,
Instrument Company, Moline, IL, USA). The amino
acid composition of ingredients, experimental diets and
whole-body of the fish was quantified following
Vázquez-Ortiz et al. (1995) by high performance liquid
chromatography (HPLC, Varian 9012, Walnut Creek,
CA, USA).
Blood chemistry parameters
At the end of the feeding experiment, the fish were
carefully handled to minimize stress, anesthetized with
0.3 mL L-1 of 2-phenoxyethanol, and in less than 3 min,
blood samples were collected from the caudal vein
using 1 mL non-anticoagulant insulin syringes 21 G x
32 mm (Terumo Mexico, DF, Mexico). Three fish were
selected randomly from each tank (nine fish for each
treatment group for blood sampling). A volume of 400
μL of blood from each fish was extracted and placed in
placed into two Eppendorf tubes. The first tube, with no
anticoagulant, was immediately centrifuged for 10 min
at 7000 rpm in a Clay-Adams micro centrifuge, and the
serum was stored in a -20°C freezer for further analysis
of the total protein concentration and glucose levels.
The second tube included K2 EDTA (BD Microtainer,
Franklin Lakes, NJ, USA) to prevent coagulation. This
tube was used to determine the hematocrit and
hemoglobin concentrations.
To calculate the hematocrit levels, tubes were
placed for 10 min in a microhematocrit centrifuge
(SOL-BAT P600, Mexico, DF, Mexico). The packed
cells were measured using a hematocrit reader and
reported as a percentage (Del Rio-Zaragoza et al.,
2008). The hemoglobin concentration in erythrocytes
was determined using the cyanmethemoglobin method
(HemogloWiener reactive, Wiener Lab., Riobamba,
Rosario, Argentina) following the manufacturer’s
instructions.
59
4
Table 1. Chemical composition and concentrations of
essential amino acids (% AA per 100 g of protein) of the
tested ingredients: sardine fishmeal (FM), meat and bone
meal (MBM) and tuna by product meal (TBM). *Essential
amino acids.
Ingredients
Proximate analysis (% dry matter)
Crude protein Nx6.25
Crude fat
Ash
Amino acid (AA%/100 g protein)
Alanine
Arginine*
Aspartic acid
Glutamic acid
Glycine
Histidine*
Isoleucine*
Leucine*
Lysine*
Methionine*
Phenylalanine*
Serine
Threonine*
Tyrosine
Valine*
FM
67.4
10.0
15.4
MBM
49.0
13.0
28.0
TBM
58.0
12.0
25.0
7.5
6.6
9.2
16.6
11.5
3.5
4.9
6.5
6.7
2.4
3.9
3.2
2.3
3.6
4.5
7.1
6.7
7.0
12.0
12.3
2.0
3.2
6.1
5.8
1.5
2.9
2.4
3.2
3.0
4.2
7.3
9.1
7.0
12.2
12.1
2.0
4.8
6.5
5.9
2.6
6.1
2.4
4.3
6.4
3.9
Statistical analysis
The data for each parameter were tested for normality
and homoscedasticity. Percentage data were arcsinetransformed before one-way analysis of variance
(ANOVA) was used for all parameters with diet as the
independent variable. Tukey’s HSD test was used for
post-hoc identification of significant differences among
the dietary treatment groups at a significance level of
5% (Zar, 1984). All of the statistical procedures were
performed using SigmaPlot 11.0 software.
RESULTS
Growth performance and nutrient utilization
The growth performance and feed efficiency of SRS
juveniles fed the control and experimental diets are
presented in Figure 1 and Table 4. Survival ranged
between 89.7-98.3% for all diets showing no significant
differences (P > 0.05). The partial replacement of FM
with MBM or TBM did not affect weight gain (WG%),
specific growth rate (SGR), feed intake (FI), protein
efficiency ratio (PER) or feed conversion ratio (FCR)
(P > 0.05) among treatment groups. Profit index (PI)
showed that replacing FM with MBM or TBM lowered
the cost diets, therefore, the profit indices of the fish fed
these animal proteins increased (Table 4).
Table 2. Ingredient and proximate composition of
experimental diets for the spotted rose snapper L. guttatus.
a
Fish meal was obtained from Selecta de Guaymas, S.A.
de C.V., Guaymas, Sonora, México, bThis product was
imported by Proteínas marinas y Agropecuarias, S.A. of
C.V., Guadalajara, Jalisco, México, cMaz Industrial, S.A
de C.V., Mazatlan, Sinaloa, México, dPROAQUA, S.A. de
e
C.V.,
Mazatlán,
Sinaloa,
México,
Droguería
Cosmopolita, S.A. de C.V., México D.F., México, fSigmaAldrich Chemical, S.A. de C.V. Toluca, Mexico State.
Mexico, gTrouw Nutrition México S.A. de C.V. (by
cortesy), *Vitamins premix composition: Vitamin A,
10,000,000 IU o mg g-1; Vitamin D3, 2,000,000 IU;
Vitamin E, 100,000 g; Vitamin K3, 4.00 g; Thiamine B1,
8.00 g; Riboflavin B2, 8.70 g; Pyridoxine B6, 7.30;
Vitamin B12, 20.00 mg; Niacin, 50.00 g; Pantothenic
Acid, 22.20 g; Inositol, 153.80 g; Folic Acid, 4.00 g; 80
mg; Biotin, 500 mg; Vitamin C, 100.00 g; Choline 300.00
g.g**Mineral premix composition: Manganese, 100 g;
Zinc, 160 g; Iron, 200 g; Copper, 20 g; Iodine, 5 g;
Selenium,400.00 mg; Cobalt 600.00 mg. hDSM
Nutritional Products Mexico S.A. de C.V., El Salto,
Jalisco, México. iButyl hydroxytoluene (Dresen, Quimica,
S.A. de C.V.). jSigma-Aldrich Chemical, S.A. C.v.
Toluca, Mexico State, Mexico. kNitrogen-free extract
(including fiber) = 100 - (% protein + % lipid + % ash).
Diet
Ingredients* (% as
D-FM
feed basis)
a
Fish meal (sardine)
52.60
Meat & bone mealb
Tuna meal by-productc
Squid mealb
6
Krill meald
7.50
Fish oile
8.70
Dextrinee
17.14
Alginatef
3.00
Wheat glutenf
2.00
Vitamin premixg *
0.60
Minerals premixg **
0.23
Carotenoidsh
0.08
Soybean lecithin (70%)e
1.50
Vitamin Ch
0.10
Antioxidantsi
0.05
Chromic oxidej
0.50
Composition (% as feed basis)
Moisture
6.53
Crude protein
48.98
Crude lipid
15.99
Ash
12.24
NFEk
22.79
P/E
23.70
Cost of feed (US$)
1.74
D-MBM
D-TBM
34.50
25.20
6
7.50
8.20
10.54
3.00
2.00
0.60
0.23
0.08
1.50
0.10
0.05
0.50
34.50
21.30
6
7.50
7.80
14.84
3.00
2.00
0.60
0.23
0.08
1.50
0.10
0.05
0.50
5.71
48.12
17.29
13.69
20.90
23.70
1.72
7.32
47.63
17.41
13.38
21.58
23.80
1.59
605
Table 3. Amino acid content of experimental diets (% AA
per 100 g of protein) for juvenile spotted rose snapper L.
guttatus containing fishmeal (FM), meat and bone meal
(MBM) or tuna by-product meal (TBM). *Essential amino
acids. aTryptophan was not determined by the analytical
method used; bWhole body composition of spotted rose
snapper provided for comparison.
Amino acida Bodyb D-FM D-MBM D-TBM
6.1 6.4
Alanine
6.6
6.4
Arginine*
5.9 6.1
7.0
6.3
Aspartic acid
9.3 8.9
9.4
8.9
Glutamic acid 13.1 15.2 17.5
15.0
Glycine
9.8 10.6 14.4
12.9
Histidine*
1.9 2.3
2.3
2.5
Isoleucine*
4.3 4.4
4.9
4.7
Leucine*
7.0 7.8
8.1
7.5
Lysine*
6.0 7.7
5.2
8.4
Methionine*
2.4 2.6
2.3
2.4
Phenylalanine* 5.4 4.7
4.6
4.3
Serine
1.4 2.9
2.4
2.9
Threonine*
2.3 3.6
4.1
4.0
Tyrosine
1.5 3.3
5.1
5.0
Valine*
4.9 4.1
4.3
4.3
120
D-TBM
Mean body weigth (g)
100
D-FM
D-MBM
80
60
40
20
0
0
15
30
45
60 75 90 105 120
Time (day)
Figure 1. Growth of spotted rose snapper juvenile fed the
experimental diets over a 120-day trial.
Digestibility determination
The ADCs of the experimental diets are listed in Table
5. The replacement of FM with MBM or TBM did
affect the dry matter digestibility coefficients of the diet
(P < 0.05). The ADCs for protein or energy were not
affected (P > 0.05).
Whole-body composition and hematological characteristics
The whole-body proximate composition of the fish is
shown in Table 6. There were significant differences (P
< 0.05) in protein, lipid, moisture and ash contents of
the fish fed different diets, where MBM showed higher
protein values and lower lipid values than other diets.
The measured blood parameters, including hematocrit,
hemoglobin (g dL-1) and total protein did not differ
significantly among the treatments (P > 0.05), except
glucose (Table 7).
DISCUSSION
Following the trend of replacing FM in fish feeds to
support sustainable growth of the aquaculture industry
(Tacon & Metian, 2008), this study provides useful
information regarding the replacement of FM by MBM
and TBM in 35% of ingredient in feeds for the spotted
rose snapper. FM was reduced from 526 to 345 g kg -1
without compromising the health or growth performance of the spotted rose snapper juvenile. Previous
studies in SRS by 8 weeks trial (Hernandez et al.,
2014a), support the use of TBM up to 30% of
ingredient, therefore, the present study confirm and
improve previous reports, accepting plus 5% of TBM
in diets during longer trial (120 days).
The amino acid profile of the MBM revealed lower
levels of methionine, isoleucine and phenylalanine
compared to FM and TBM. Nevertheless, partial
substitution of FM with MBM or TBM, did not affect
final profile of amino acids in diets, thus, the diets meet
with the amino acid pattern of the whole body tissue of
L. guttatus. MBM is generally considered to be an
inferior animal protein source to fishmeal in the diet for
fish culture (Lee et al., 2012), however, in the present
study similar weight gain and SGR of SRS fed the DMBM diet compared to D-FM or D-TBM diets is
obtained, showing a good balance of nutrients in all
diets.
The potential to utilize MBM ingredient as FM
substitutes in fish diet varies among fish species. Meat
and bone meal is commonly successfully use in low
levels inclusion and/or in combination with other
protein sources, without affecting growth parameters,
where Florida pompano, Trachinotus carolinus L.
accepted MBM inclusions of 100 g kg-1 in practical diets
(Rossi & Davis, 2014), rainbow trout, Oncorhynchus
mykiss accepted 240 g kg-1 of MBM in diets (Bureau et
al., 2000), cuneate drum, Nibea miichthioides was able
to accept 105 g kg-1 in practical diets (Guo et al., 2007),
Korean rockfish Sebastes schlegeli accepted 123 g kg-1
substitution of MBM by FM (Yan et al., 2014), juvenile
gibel carp Carassius auratus gibelio accepted 110 g kg-1
of FM by substitution of MBM (Hu et al., 2008), olive
flounder Paralichthys olivaceus was able to substitute
20% of fish meal (120 g kg-1) (Lee et al., 2012), while
yellowtail Seriola quinqueradiata showed reduced
growth performance when fed with practical diets of
661
Table 4. Growth and feed performance indices of juvenile spotted rose snapper L. guttatus fed experimental diets for 120
days. IBW: initial body weight, FBW: final body weight, WG: weight gain, FI: feed intake, FCR: feed conversion ratio,
SGR: specific growth rate, SUR: survival, PER: protein efficiency ratio; PI: profit index. Price of 1 kg of fish is fixed at
US$ 8.00.
Diet
Parameter
IBW (g)
FBW (g)
WG (%)
FI (g fish-1)
FCR
SGR (% day-1)
SUR (%)
PER
PI (US$)c
D-FM
8.23 ± 0.01
98.61 ± 2.1
1098.58 ± 23.7
121.92 ± 6.9
1.35 ± 0.08
2.07 ± 0.02
98.33 ± 0.9
1.51 ± 0.09
4.59
D-MBM
8.23 ± 0.02
95.04 ± 6.5
1054.54 ± 8.5
133.98 ± 5.6
1.54 ± 0.2
2.04 ± 0.1
89.67 ± 18.9
1.36 ± 0.1
5.03
D-TBM
8.23 ± 0.02
98.32 ± 0.8
1095.34 ± 8.4
126.89 ± 8.7
1.41 ± 0.1
2.07 ± 0.01
91.67 ± 7.6
1.48 ± 0.11
4.65
P-value
0.76
0.52
0.1
0.64
0.24
0.49
0.52
0.30
-
Table 5. Coefficients of apparent digestibility of dry matter, crude protein and energy of the experimental diets for juvenile
spotted rose snapper L. guttatus. The values in the same row (mean ± SD) with different superscripts denote significant
differences among the treatments (P < 0.05) using evidence from the Tukey’s HSD test.
Diet
Parameter
D-FM
D-MBM
D-TBM
P-value
Dry matter
84.4 ± 0.5a 76.6 ± 1.5b 79.3 ± 0.3b <0.001
Crude protein 83.3 ± 2.5 84.0 ± 0.6 85.3 ± 0.5
0.496
Energy
85.4 ± 1.6 85.5 ± 0.7 86.2 ± 1.1
0.761
Table 6. Whole body composition of juvenile spotted rose snapper L. guttatus fed experimental diets for 120 days. The
values in the same row (mean ± SD) with different superscripts denote significant differences among the treatments (P <
0.05) using evidence from the Tukey’s HSD test.
Diet
Parameter
Moisture (%)
Lipid (%)
Ash (%)
Protein (%)
Initial
69.5 ± 0.2
7.31 ± 0.1
6.09 ± 0.1
17.10 ± 0.3
D-FM
63.10 ± 0.1b
12.63 ± 0.03a
5.24 ± 0.1a
18.43 ± 0.02ab
192 g kg-1 fish meal substituted by MBM (Shimeno et
al., 1993).
Nevertheless, other fish species have accepted
higher inclusion of MBM in practical diets, such as
large yellow croaker Pseudosciaena crocea, able to
substitute 325 g kg-1 of FM by MBM, representing 45%
of protein (Ai et al., 2006), juvenile hybrid striped bass
Morone chrysops x M. saxatilis did not showed growth
affections by inclusion of 450 g kg-1 (Bharadwaj et al.,
2002), Sutchi catfish, Pangasius hypophthalmus was
able to digest up to 67% of total protein concentrate
substitution without hampering the growth and feed
D-MBM
63.90 ± 0.1a
10.05 ± 0.2b
5.37 ± 0.1a
19.42 ± 0.01a
D-TBM
63.33 ± 0.2b
12.53 ± 0.1a
4.96 ± 0.1b
18.1 ± 0.1b
P-value
<0.001
<0.001
<0.001
<0.001
utilization (Kader et al., 2011) and gilthead seabream
Sparus aurata was able to accept 280 g kg-1 (40%
replacement of FM) in their diet, however, fish where
compromised in liver tissue alterations, recommending
an inclusion of 20% of replacement (Robaina et al.,
1997). Therefore, the single level inclusion of MBM in
diet of L. guttatus has been shown that it is a potential
ingredient, up to 252 g kg-1 inclusion in diets (35% of
protein diet). Based on this observation, we suggest that
is needed to be conducted a further study considering
evaluate higher inclusion levels with amino acid
balance to find the optimum level inclusion. Differen-
627
Table 7. Hematological parameters of spotted rose snapper L. guttatus fed experimental diets for 120 days. aThe values in
the same row (mean ± SD) with different superscripts denote significant differences among the treatments (P < 0.05) using
evidence from the Tukey’s HSD test.
Parameter
Hematocrit (%)
Hemoglobin (g dL-1)
Total protein (g L-1)
Glucose (mg dL-1)
D-FM
69.6 ± 6.9
14.6 ± 0.7
56.6 ± 1.6
69.6 ± 1.6a
ces in the results among species might be attributed to
variations in the nutritional quality of the ingredient. As
with other animal by-products, the nutritive value of
meat and bone meal can be affected by variations of
both, the raw materials used and processing conditions
during rendering (Skurray & Herbert, 1974).
The apparent digestibility coefficients of dry matter
showed a very high differences between D-FM diet and
experimental diets (D-MBM, D-TBM), nevertheless
ADC for crude protein and energy of D-MBM or DTBM diets were similar than D-FM diet, therefore the
quantity and chemical composition of the test
ingredients of meals were adequate to feed SRS.
Additionally, it should be noted in terms of absolute
quantity, the difference of same protein digested
coming from 84, 76 and 79% of dry matter digestibility.
Reports in other species show that apparent ADC in
diets for juvenile hybrid striped bass did not show
differences up to 40% MBM inclusion (ADC of protein
values of 81.2 %) (Bharadwaj et al., 2002), while ADC
of dry matter, protein and energy of diets (76.6%,
93.2% and 86.6% respectively) with MBM inclusions
in Korean rockfish did not show differences in ADC
compared with D-FM control diet (Yan et al., 2014).
Nevertheless, is reported for large yellow croaker that
ADC values of dry matter, protein, lipid and energy for
MBM (52.4, 82.3, 70.2 and 70.2% respectively) were
significantly lower compared with those of FM (70.0,
92.4, 90.5 and 82.6% respectively) (Ai et al., 2006).
Therefore growth and feed efficiency depends on fish
physiological and biochemical capacities to digest and
absorb nutrients in diets (Furné et al., 2008) where
independent of fish habits, digest capacity is directly
related to diet composition (Pérez-Jiménez et al.,
2009).
In the present study, the ash and protein of whole
body composition were higher in fish fed D-MBM than
D-TBM, but the fish fed D-MBM were comparable to
D-FM diet. Ai et al. (2006) found that fish body
composition of yellow croaker showed that the carcass
protein had a decreasing trend (from 16.3 to 14.8%),
and the ash had an increasing trend (from 3.5 to 3.6%)
with increasing dietary MBM, but no significant
Diet
D-MBM
56.8 ± 7.4
14.2 ± 1.9
54.5 ± 1.3
61.2 ± 2.3b
D-TBM
50.6 ± 9.0
13.0 ± 1.5
54.7 ± 1.1
70.4 ± 1.6ª
P-value
0.058
0.263
0.196
<0.001
difference in the carcass protein and ash contents were
observed among dietary treatments. This confirmed
that there were not imbalances with this partial
inclusion (35% of protein). A number of studies found
a negative relationship between ash content and the
digestibility dietary protein (or dry matter) (Bureau et
al., 1999). Based in this observation, Robaina et al.
(1997) suggested that more than 12.5% ash content in
the diets would lead to lower digestibility of protein. In
the present study, ash content more than 12.5% resulted
in protein digestibility around of 84%.
Furthermore, hematological parameters of fish
receiving the different diets indicated that the condition
and health status were comparable to those reported for
clinically healthy snappers of the same species (Del
Rio-Zaragoza et al., 2011), where reduced hematocrit
and hemoglobin concentration may be attributed to
depression in erythropoiesis (McCue, 2010) and may
impact the immune response of fish (Zhou et al., 2005).
Previous reports in the specie, show hemoglobin values
ranging from 8.9 to 11.7 g dL-1, and hematocrit values
ranging from 43 to 48% (Hernández et al., 2014b,
2014c), those values are similar to the range of the
present study.
SRS seems to be able to utilize good quality meat
and bone meal, making it a promising alternative
protein source in spotted rose snapper culture, with
inclusions up to 35%, nevertheless, higher inclusion
levels could be probe with inclusion of limiting amino
acids to optimize the use of this ingredient. At same
time, the present study confirm the viability of TBM
substitution up to 35% in SRS diets, as an alternative
byproduct source that partially replace high quality FM.
From the economic standpoint, replacement of fish
meal with cheaper animal byproduct meal in a practical
diet for SRS can alleviate the problem of low fish meal
availability and high cost.
ACKNOWLEDGMENTS
This research was co-funded by FORDECYT Project
No. 147325: “Development of technology for on-
863
growing snapper in floating cages: A productive
alternative to the shores of the Mexican northwest
forward to Any mention of trade names or commercial
products in this article are solely for the purpose of
providing specific information and does not indicate a
recommendation or endorsement by CIAD, A.C.
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Engraulis ringens eggs along north-central Chile
65
Research Article
Distribution and abundance of Engraulis ringens eggs along the north-central
Chilean coastline (25.0-31.5ºS) during February 2008 to 2014
Armando Mujica1, María Luisa Nava1, Ken Matsuda2 & Alejandra Vargas1
Departamento de Acuicultura, Universidad Católica del Norte, Coquimbo, Chile
2
Departamento de Matemáticas, Universidad de La Serena, La Serena, Chile
1
Corresponding author: Armando Mujica ([email protected])
ABSTRACT. In the north-central Chilean coast (25.5-31.5ºS), zooplankton samples were analyzed in 100
oceanographic stations from six oceanographic cruises made in February of 2008, 2009, 2010, 2011, 2013 and
2014. Engraulis ringens eggs were separated and counted, thus providing data on distribution, abundance,
interannual variation, and relationships with ocean surface temperature and chlorophyll-a. The egg distribution
was preferentially coastal, with maximum concentrations at stations next to Esmeralda Cove (26ºS) and
Chañaral Cove (29ºS). In this time series, which includes cold and warm periods, it was established the
relationship of these biological variables with defined ranges of temperature (16,1º-18,0ºC).
Keywords: Engraulis ringens, eggs, temperature, interannual distribution, north-central Chile.
Distribución y abundancia de huevos de Engraulis ringens en la zona centro-norte
de Chile (25,0º-31,5ºS) en febrero 2008-2014
RESUMEN. En la zona centro-norte de Chile (25,0º- 31,5ºS), se analizaron muestras de zooplancton en 100
estaciones oceanográficas de seis cruceros oceanográficos efectuados en febrero de los años 2008, 2009, 2010,
2011, 2013 y 2014. De las muestras se separaron y contabilizaron los huevos de Engraulis ringens, para
determinar su distribución, abundancia, variación interanual y la relación con la temperatura superficial del mar
y concentración de clorofila-a. La distribución de los huevos fue preferentemente costera, con máximas
concentraciones en estaciones ubicadas próximo a Caleta Esmeralda (26ºS) y Caleta Chañaral (29ºS). En esta
serie de tiempo, que incluye periodos fríos y cálidos, se estableció la relación de estas variables biológicas con
rangos definidos de temperatura (16,1º-18,0ºC).
Palabras clave: Engraulis ringens, huevos, temperatura, distribución interanual, centro-norte de Chile.
INTRODUCTION
Engraulis ringens is an anchovy species with a wide
latitudinal distribution across the southwestern Pacific
and an important standing in the regional fishing
industry (Castro et al., 2000; Canales & Leal, 2009;
Soto-Mendoza et al., 2010). Three E. ringens
populations have been found, with the distribution of
these populations being 1) northern and central Peru, 2)
southern Peru, and 3) northern and south-central Chile
(Canales & Leal, 2009). Canales & Leal (2009) also
found a fishing stock of this species in north-central
Chile (25 and 32ºS) that has an independent population
unit that recruits, grows, and reproduces in the area.
__________________
Corresponding editor: Guido Plaza
This species spawns near the ocean surface (0-40
m). Maximum spawning for E. ringens primarily
occurs along the coastline at a depth of 20 m (Lett et
al., 2007; Braun et al., 2007, 2008, 2009) between
August and March, with peaks occurring at the end of
the Austral winter (August-September) and during the
Austral summer (February-March) (Cubillos et al.,
1999; Perea et al., 2011; Hernández-Santoro et al.,
2013). The spawning, abundance, and egg distribution
in plankton of E. ringens have been related to a number
of environmental variables, including temperature,
salinity, chlorophyll-a levels, and upwelling (Escribano
et al., 1996; Braun et al., 2007; Tarifeño et al., 2008;
Soto-Mendoza et al., 2010; Claramunt et al., 2012).
66
Nevertheless, spawning has not been uniquely
associated with any of these or other environmental
variables, which is a product of this species wide
latitudinal distribution, broad spawning period, and the
existence of discrete populations within the distribution
area. These variances, in turn, are the result of the
diverse range of environmental variables existing
within the geographical areas of this species.
Among the determined environmental variables, the
temperature at which spawning occurs has evidenced
recurring patterns, with spawning in northern Chile
occurring between 15 and 18°C and in south-central
Chile, between 12 and 15°C (Tarifeño et al., 2008).
Tarifeño et al. (2008) additionally linked spawning
with the lower temperatures that occur in upwelling
zones, which are also nutrient rich.
By evaluating the second spawning (February) of E.
ringens over a number of years, the present study
associated E. ringens egg abundances and distributions
with ocean surface temperature and chlorophyll-a
concentration.
Zooplankton samples were taken onboard the research
vessel B/C Abate Molina of the Instituto de Fomento
Pesquero (IFOP) in February 2008, 2009, 2010, 2011,
2013, and 2014 (Fishery Improvement Project [FIP]:
Evaluación hidroacústica del reclutamiento de
anchoveta entre la III y IV Regiones). Samples were
collected at 80 oceanographic stations located 1, 5, 10
and 20 nm (nautical miles) from the coast and at an
additional 20 oceanographic stations located 1 nm from
the coast. All stations were distributed within 20
transects perpendicular to the coast between Paposo
(25.0ºS) and Puerto Oscuro (31.5ºS), Chile (Fig. 1). The
stations were always sampled from north to south
during the first and last days of February each year (25
consecutive days).
Bongo nets (59 cm diameter, 300 µm mesh)
equipped with flowmeters were used to collect
zooplankton between the surface and a depth of 70 m,
or 10 m from the bottom at sites with a lesser depth.
The samples were preserved with a formalin solution in
5% seawater, from which E. ringens eggs were
separated and quantified (number of eggs 100 m -3). The
abundance, dominance, and frequency of E. ringens
eggs were determined overall and in regards to site
distance from the coast (1, 5, 10, and 20 nm).
Ocean surface temperature and integrated
chlorophyll-a (chl-a) levels (0-100 m), obtained from
Castillo et al. (2009a, 2009b, 2010, 2012, 2013) and
Leiva et al., (2014), were related to E. ringens egg
abundances, distributions, and frequencies through Q
coefficient analysis (Van der Lingen et al., 2001;
Bernal et al., 2007; Claramunt et al., 2012). For this,
five temperature ranges (≤14; 14.1-16; 16.1-18; 18.120; and >20°C) and six chl-a ranges (≤20; 20.1-40;
40.1-60; 60.1-80; 80.1-100; and > 100 mg m-2) were
established.
(𝑛°ℎ𝑟 ∗ 100)⁄𝑛°ℎ𝑡
𝑄=
(𝑛°𝑒𝑠𝑡𝑟 ∗ 100)⁄𝑛°𝑒𝑠𝑡𝑡
where n°hr: number of eggs in the r range (temperature
or chlorophyll-a), n°ht: total number of eggs, n°estr:
number of sampling stations in the r range, and n°estt:
total number of sampling stations.
To determine statistically significant differences of
Q within the distinct temperature ranges, chl-a ranges,
and sampling years, the normal distribution of the
dependent variable (Q) was confirmed by the
Kolmogorov-Smirnov test while homoscedasticity was
verified by the Lavene test (P < 0.05).
Following this, randomized blocks of the sampling
years (2008, 2009, 2010, 2011, 2013, and 2014) were
tested with an analysis of variance, using years,
temperature range, chl-a, and the variable response to
Q as factors. Significantly different variables were later
analyzed by a Tukey test.
Since the maximum values of the Q coefficient were
found within different chl-a range in different sampling
years, Bootstrap analysis was used to confirm
randomization and to verify if the maximum Q value
was significant for each year.
RESULTS
The greatest total abundance of E. ringens eggs
(>150,000 eggs 100 m-3) was found during February
2010, reaching an order of magnitude greater than the
other years (Table 1). Egg frequency was within 15 and
32% at each sampling station. Egg distributions showed
similar patterns for all years, with preferential distribution towards coastal sites. The dominance at stations
1 nm from the coast was always greater than 94%.
Engraulis ringens eggs were collected along the
coastline from the extreme northern zone of the study
area (25°S) to the Bay of Tongoy (30°10’S). Only in
February 2008 were eggs collected south of the Bay of
Tongoy, and the distribution of eggs at these sites was
notably different than at more northern sites,
evidencing the minimum recorded values of abundance
and frequency found over the years studied (Fig. 2).
The zone between Caldera and Chañaral Cove (2729ºS) generally showed low egg abundances, and in
February 2008, no E. ringens eggs were found. However,
in February 2010, 2013, and 2014, eggs were found in
67
Figure 1. Sampling stations location. Samples were taken during February 2008, 2009, 2010, 2011, 2013, and 2014.
these zone even at the most coastally distant stations
(Fig. 2).
The maximum egg abundances were always
recorded at stations 25 and 70, both of which were
coastal and located south of Esmeralda Cove (26ºS) and
Chañaral Cove (29ºS), respectively. Only in February
2013 were eggs not collected from station 70 (Figs. 12).
The surface temperature at the different stations was
between 13 and 24°C, with a clear north-to-south
gradient and extreme values in February 2013 (Castillo
et al., 2009a, 2009b, 2010, 2012, 2013; Leiva et al.,
2014) (Fig. 3). Regarding integrated chl-a, maximum
values (>400 mg m-2) were recorded in February 2013.
In the first three years of study (2008, 2009, and 2010),
chl-a values were between 20 and 100 mg m-2 (Fig. 4).
In general, the lowest ocean surface temperatures and
highest integrated chl-a were related to a greater
upwelling index (Castillo et al., 2009a, 2009b, 2010,
2012, 2013; Leiva et al., 2014).
68
Table 1. E. ringens egg abundance (number of eggs 100 m-3), dominance (%), and frequency (%) at the sampling stations,
grouped by distance from the coast.
1 nm Abundance
Dominance
Frequency
5 nm Abundance
Dominance
Frequency
10 nm Abundance
Dominance
Frequency
20 nm Abundance
Dominance
Frequency
Total Abundance
Frequency
Feb-08
19,363
99.79
30.00
41
0.21
15.00
0
0.00
0.00
0
0.00
0.00
19,405
15.00
Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13
35,014 164,038 66,791 79,04
97.79
95.62 94.35 94.15
45.00
32.5
43.59 43.59
551
402
3,428 1,333
1.54
0.23
4.84
1.59
20.00
15.00 42.11 31.58
238
2,777 568
3,457
0.66
1.62
0.80
4.12
10.00
25.00 20.00 11.76
4
4,331
5
122
0.01
2.52
0.01
0.15
5.26
35.00
5.00 26.67
35,806 171,548 70,791 83,951
25.25
28.00 30.61 32.22
The Q coefficient was established between
temperature ranges and the presence of E. ringens eggs
over the years at all stations and at stations 1 nm from
the coast. Values greater than 1 (greater affinity
between variables) were found for temperature ranges
between 16 and 18°C, with the exception of February
2013, where a greater association was established with
a range of 18-20°C (Table 2).
On the other hand, the relationship established by
the Q coefficient between the presence of eggs and the
ranges of integrated chl-a levels (0-100 m), for all
stations and for those located 1 nm from the coast,
generated values higher than those established for the
temperature ranges. This was especially notable for
2009 and 2010 (60-80 mg m-2). In these years, the
majority of the eggs (65 and 44%) were found at
stations 4 and 3, respectively (Table 3).
When using randomized blocks in the analysis of
variance, statistically significant differences were
established between the values of the Q coefficient and
the temperature ranges for all years and in an integrated
time-series, results which are contrary to that
established for the ranges of chl-a (Table 4). After
applying the Tukey test to the integrated time-series, it
was possible to establish that the greatest affinities
occurred between the temperature ranges 16-18°C and
18-20°C (Table 5). In contrast, the chl-a ranges did not
evidence significant differences, with the highest
affinities found for all ranges ≥3 (>40 mg m-2).
Given that the maximum values of the Q coefficient
were found within different chl-a range over the studied
years, a Bootstrap analysis was used to verify that the
maximum Q value was significant for each year, in
Feb-14
55,622
94.76
34.21
2,414
4.11
20.00
488
0.83
15.00
17
0.03
5.26
58,701
23.71
addition to confirming randomization. For this, 1000
bootstrap replications were performed, from which the
maximum Q values were determined for each study
year and for both the range of total chl-a for all stations
and for stations 1 nm from the coast. This also indicated
the respective frequency (F), probability (P), and 5%
confidence interval for the estimated proportion of Q
values (Tables 6-7).
The occurrence probabilities for each Q value were
found greater than 5% for all stations and for those
located 1 nm from the coast. The maximum Q of the
information for each sampling year was estimated by
1000 bootstrap replications, and, for 2008, 694 were
found to be greater than or equal to 9,801. This result
indicates that the occurrence probability of this value is
694/1000, or, in other words, that 69.4% of the
iterations of the Q values were equal to 9,801. These
calculations determined that the Q value was significant
for 2008 and that this depended on the distribution of
environmental and biological variables. Similar
observations were made for the remaining sample years
(Tables 6-7).
DISCUSSION
The sampling period (February) of E. ringens coincided
with the second spawning of this species (Cubillos et
al., 1999; Perea et al., 2011; Hernández-Santoro et al.,
2013). Due to this, the obtained data regarding
distribution, abundance, and interannual variation of
the number of eggs collected are representative of the
second spawning period.
69
Figure 2. Engraulis ringens egg distribution and abundance within the sampling area. Samples were taken during February
2008, 2009, 2010, 2011, 2013, and 2014.
70
Figure 3. Ocean surface temperature (°C) of the sampling area. Samples were taken during February 2008, 2009, 2010,
2011, 2013, and 2014.
71
Figure 4. Chlorophyll-a (mg m-2) integrated values (0-100 m) within the sampling zone. Samples were taken during
February 2008, 2009, 2010, 2011, 2013, and 2014.
72
Table 2. Q coefficient values presented for all sampling stations and those 1 nm from the coast, grouped by temperature
range (°C).
T range (°C)
≤14.0
14.1 - 16.0
16.1 - 18.0
18.1 - 20.0
>20.0
Stations at 1 nm
≤14.0
14.1 - 16.0
16.1 - 18.0
18.1 - 20.0
>20.0
All stations
Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14
0.344 0.000 0.000 0.000 0.001 0.074
0.074 1.227 0.084 0.036 0.105 0.009
2.008 1.796 2.163 2.174 0.514 2.514
0.009 0.044 0.213 0.638 3.338 0.212
0.000 0.000 0.139 0.001 0.386 0.000
0.138 0.000 0.000 0.000 0.000 0.048
0.077 1.056 0.068 0.024 0.089 0.007
1.459 1.447 2.041 2.128 0.646 2.002
0.013 0.065 0.000 0.952 2.891 0.390
0.000 0.000 0.000 0.000 0.569 0.000
Table 3. Q coefficient values presented for all sampling stations and those 1 nm from the coast, grouped by integrated
chlorophyll-a levels (0-100 m; mg m-2).
Chlorophyll-a range Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14
≤20.0
0.021 0.059 0.022 0.000 0.000 0.000
20.1 - 40.0
0.024 0.868 0.921 0.000 0.087 0.000
40.1 - 60.0
9.801 0.137 0.246 0.241 0.130 0.040
All stations
60.1 - 80.0
0.020 16.092 14.637 0.892 1.623 0.030
80.1 - 100
0.000 0.369 0.000 1.210 8.649 5.342
>100
2.447 3.238 0.000 4.197 1.048 0.928
≤20.0
0.019 0.070 0.019 0.000 0.000 0.000
20.1 - 40.0
0.029 0.875 0.931 0.000 0.001 0.000
40.1 - 60.0
5.050 0.076 0.000 0.043 0.202 0.113
Stations at 1 nm
60.1 - 80.0
0.016 8.865 6.123 0.821 2.608 0.029
80.1 - 100
0.000 0.004 0.000 0.908 5.572 3.832
> 100
0.981 1.338 0.000 2.357 0.784 0.402
Table 4. Randomized blocks in analysis of variance applied to the Q coefficient values for temperature and chlorophyll-a.
Variation source
SS
GL
Years
7.584
5
Range
14.651 4
Error
172.884 109
Chlorophyll-a
Years
9.419
5
Range
20.388 5
Error
484.778 133
Temperature
The primarily coastal distribution of E. ringens eggs
found by this study is consistent with Braun et al.
(2007, 2008, 2009) and Soto-Mendoza et al. (2010).
These authors reported the presence of E. ringens eggs
near the ocean surface along the coastal zone within the
entire distribution area of this species, with maximum
presence found in northern Chile and southern Peru. In
turn, the similar interannual distribution pattern of eggs
corresponded with those areas showing greater adult
MC
1.517
3.663
1.586
1.884
4.078
3.645
F
P
0.956 0.448
2.309 0.052
0.517 0.763
1.119 0.354
abundances of this species, with two coastal sites (2527º40’ and 29-30º10’S) consistently found as focal
points for E. ringens (Castillo et al., 2009a, 2009b,
2010, 2012, 2013; Leiva et al., 2014).
The highest concentration of eggs was found in
February 2010, coinciding with the lowest total
abundance acoustically detected for this species,
although the total biomass was the highest found over
the sampling years (Castillo et al., 2010). A similar
Table 5. Affinity and significance (Tukey test, P < 0.05)
between the temperature ranges of the Q coefficient values
in the time-integrated series.
Temperature
Range
1
5
2
3
4
n
24
24
24
24
24
Subset
P
0.00991 0.0492
0.46533
0.71292
0.91992
0.97329
73
tendency was found in February 2013 (Castillo et al.,
2013), thus involving the greatest proportion of adults
in the biomass, which would explain the abundance of
eggs. Regarding this, the distributions and abundances
of the eggs collected over the different years of study
were related to the highest proportions of adults, as
acoustically detected over the same sampling periods
(Castillo et al., 2009a, 2009b, 2010, 2012, 2013, Leiva
et al., 2014). Moreover, the adult distribution of this
species is in line with the sites that had the highest egg
concentrations; the coast south of Esmeralda Cove (26ºS)
Table 6. Bootstrap analysis between the Q coefficient values of chlorophyll-a range in the time-integrated series for all
stations.
Feb-08
Feb-09
Feb-10
Feb-11
Feb-13
Feb-14
Chlorophyll-a range for all stations
Max Q F
P
Iterations Lower limit Upper limit
9.801 694 0.694
1000
693.97
694.03
16.092 665 0.665
1000
664.97
665.03
14.637 686 0.686
1000
685.97
686.03
4.197 680 0.680
1000
679.97
680.03
8.649 630 0.630
1000
629.97
630.03
5.342 656 0.656
1000
655.97
656.03
Table 7. Bootstrap analysis between Q coefficient values of the chlorophyll-a range in the time-integrated series for stations
at 1 nm.
Feb-08
Feb-09
Feb-10
Feb-11
Feb-13
Feb-14
Max Q
5.05
8.865
6.123
2.357
5.572
3.832
F
671
677
655
646
641
666
P
Iterations Lower limit Upper limit
0.671
1000
670.97
671.03
0.677
1000
676.97
677.03
0.655
1000
654.97
655.03
0.646
1000
645.97
646.03
0.641
1000
640.97
641.03
0.666
1000
665.97
666.03
and Chañaral Cove (29º40’S), corresponding to stations
25 and 70, respectively. The exception to this tendency,
in February 2013 at station 70, could be a result of the
predominance of juvenile recruits acoustically detected
during this year (Castillo et al., 2013).
A number of authors have related spawning and the
abundance of E. ringens eggs with environmental
variables and oceanographic events. Escribano et al.
(1996) found that in northern Chile, E. ringens
spawning is associated with lower seawater
temperatures related to upwelling events. In contrast,
Claramunt et al. (2012) indicates that temperature is not
a relevant variable for determining the geographic
position of spawning sites for E. ringens and that high
chlorophyll-a concentration is the variable that
determines changes in the spawning site. On the other
hand, in the zone between Constitución (35º20’S) and
Talcahuano (36º42’), Soto-Mendoza et al. (2010) did
not find a relationship between salinity and the
abundance of E. ringens eggs and larvae, observing
instead that greater egg concentrations can be found
outside of the continental water plumes.
Within the period assessed by the present study,
Castillo et al. (2013) detected colder (February 2008,
2009, and 2011) and warmer (February 2010 and 2013)
years, which can be related to the interannual variation
of the Humboldt current (Escribano et al., 2002).
Associated with this, greater abundances of E. ringens
eggs were found during the warmer years within the
evaluated time period.
The integrated chl-a value generally followed the
previously indicated interannual ocean surface temperature variations. However, some latitudinal variations
were found for chl-a level that did not align with egg
74
distributions and abundances in the evaluated years.
Regarding this, Claramunt et al. (2012) found wide
variations between temperature and chl-a ranges and
the spawning sites of this species, in relation to both the
zones analyzed (northern and southern Chile) and
whether the studied year evidenced the El Niño
phenomenon or not.
The wide latitudinal distribution of this species
along the coasts of the south Pacific (Castro et al., 2000;
Canales & Leal, 2009; Soto-Mendoza et al., 2010;
Medina et al., 2015), the two reported spawning periods
(August-September and February-March) (Perea et al.,
2011), and the association of spawning with different
temperatures (Escribano et al., 1996; Claramut et al.,
2007; Soto-Mendoza et al., 2010) indicate that different
fractions of the E. ringens stock spawn under different
environmental conditions. During the assessed period,
which covered a wide area of distribution (25-31ºS) in
February (summer spawning) of consecutive years, use
of the Q coefficient established that the abundance of
eggs was related to ocean surface temperature (16.118.0ºC in February 2008, 2009, 2010, 2011, and 2014),
as well as to the total number of stations and those
located 1 nm from the coast. In February 2013,
abundance was related to a temperature range of 18.120.0ºC.
The relationship between egg abundances and the
indicated temperature ranges, as supported by the Q
coefficient and statistical analyses, is consistent with
previous studies, where during the same study period
Castillo et al. (2013) identified hotter and colder years.
ACKNOWLEDGEMENTS
This study was funded by projects awarded by the
Fondo de Investigación Pesquera (FIP) 2007-03; 200802; 2009-03; 2010-03; 2012-13; and 2013-04
(Evaluación hidroacústica del reclutamiento de
anchoveta entre la III y IV Regiones). The authors
would also like to thank the support provided by the
Instituto de Fomento Pesquero (IFOP) that, in
partnership with the Universidad Católica del Norte,
permitted us to obtain the information used as a starting
point for this study. We would also like to thank the
crew of the IFOP research vessel B/C Abate Molina and
the personnel who aided in sample collection.
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Pseudoalteromonas sp. potencial probiótico de peces
76
1
Research Article
Bacteria Pseudoalteromonas sp. con potencial probiótico para
cultivos larvales de peces
Camila Sayes2, Yanett Leyton1 & Carlos E. Riquelme2
Departamento de Biotecnología, Facultad de Ciencias del Mar y Recursos Biológicos
Universidad de Antofagasta, Antofagasta, Chile
2
Centro de Bioinovación, Facultad de Ciencias del Mar y Recursos Biológicos
Universidad de Antofagasta, Antofagasta, Chile
1
Corresponding author: Camila Sayes ([email protected])
RESUMEN. El pez dorado, Seriola lalandi, es una especie marina pelágica de alta demanda comercial a nivel
nacional e internacional. La sobrevivencia larval en cultivo es baja, lo cual es atribuido, entre otros factores, a
la baja calidad de las larvas. El uso en cantidades adecuadas de bacterias probióticas en el cultivo larval de
diferentes organismos ha evidenciado que mejora la sobrevivencia del hospedador. En base a estos antecedentes
el objetivo fue aislar e identificar bacterias desde la microbiota de S. lalandi que cumplan con características de
potenciales probióticos. Para lo cual se aislaron 46 cepas desde juveniles y larvas de S. lalandi, que fueron
identificadas a nivel molecular mediante el análisis del gen 16S RNAr. Además, se realizaron pruebas
filogenéticas, antibacterianas, hemolíticas, lipolíticas y proteolíticas. Los resultados demostraron que del total
de bacterias aisladas, el 42% pertenece al género Pseudoalteromonas, nueve de las cuales presentaron actividad
inhibitoria contra bacterias patógenas, de éstas, solo una resultó negativa para hemolisis, proteolisis y lipolisis.
De acuerdo a los resultados obtenidos se propone incorporar la bacteria Pseudoalteromonas sp. como potencial
probiótico mezclado con microalgas para alimentar rotíferos y artemias (vectores) usados tradicionalmente en
cultivos larvales de S. lalandi.
Palabras clave: Pseudoalteromonas sp., Seriola lalandi, larvas, probióticos, inhibición, acuicultura.
Bacterium Pseudoalteromonas sp. potential probiotic for larval fish culture
ABSTRACT. Seriola lalandi is a pelagic marine species with high market demand national and internationally.
However the larval survival in culture is low, which is attributed, among other factors, to the low quality of the
larvae. The use of probiotic bacteria in appropriate amounts, in the larval culture of different organisms, has
shown to improve the survival of the host. Based on this background our objective was to isolate and identify
the bacteria from S. lalandi microbiota that show potential probiotic characteristics. For this purpose, 46 strains
were isolated from S. lalandi juveniles and larvae, identified at the molecular level by analyzing the 16S rRNA
gene. The following tests were performed as well: phylogenetic, antibacterial, hemolytic, proteolytic and
lipolytic. The results showed that the total isolated bacteria, 42% belong to the genus Pseudoalteromonas, and
nine presented inhibitory activity against pathogenic bacteria, of these, only one was negative for hemolysis,
proteolysis and lipolysis. Based on the results, it is proposed to incorporate the bacteria Pseudoalteromonas sp.
as potential probiotic adding it mixed with microalgae that are fed rotifers and artemia (vectors), which are
traditionally used in the larval cultures of S. lalandi.
Keywords: Pseudoalteromonas sp., Seriola lalandi, larvae, probiotic, inhibition, aquaculture.
INTRODUCTION
Seriola lalandi es una especie marina cuya actividad
acuícola depende de la captura de juveniles del medio
natural y se desarrolla principalmente en Japón,
Australia y Nueva Zelanda (Moran et al., 2007a). Esta
especie es migratoria y llega al norte de Chile como
__________________
Corresponding editor: Sandra Bravo
juvenil y adulto, especialmente entre Antofagasta y
Coquimbo, donde se localiza su mayor actividad
pesquera de tipo artesanal. Entre las características que
hacen atractivo su cultivo se mencionan: altas tasas de
crecimiento, altos niveles de conversión alimenticia,
resistencia a altas densidades de cultivo, docilidad y
demanda internacional creciente (Poortenaar et al., 2001).
77
2
La obtención de su ciclo de vida completo se ha visto
limitada por su baja sobrevivencia en las etapas de
cultivo, atribuida a la producción de huevos y
embriones de baja calidad (Carnevali et al., 2001).
Los probióticos se definen como: microorganismos
vivos que administrados en cantidades adecuadas como
alimento o suplemento alimenticio tienen efectos beneficiosos sobre el equilibrio microbiológico intestinal
del hospedador (Sihag & Sharma, 2012; Saad et al.,
2013). Hay varios estudios que indican que los
probióticos, ya sea individualmente o en combinación,
pueden mejorar el sistema inmunológico de los peces
convirtiéndose en una alternativa válida en su
larvicultura para reducir su alta mortalidad.
(Dimitroglou et al., 2011). De la especificidad del
probiótico, depende el aumento de beneficios sobre el
hospedero. Al respecto Bhandari et al. (2010) y Klose
et al. (2010) sugieren que el aislamiento de cepas
nativas probióticas específicas de cada especie,
favorece su establecimiento en el intestino y las
interacciones con la microbiota residente. En esta
microbiota se encuentran microorganismos que pueden
estar cumpliendo importantes funciones para el
huésped (Nayak, 2010).
Estudios realizados en una amplia variedad de
especies de peces, sugieren que esta microbiota puede
establecerse después de la primera etapa de alimentación (Hovda et al., 2012; Navarrete et al., 2012). En
consecuencia, mejorar la calidad del alimento puede
mejorar la calidad nutricional de las larvas, reducir los
brotes de enfermedades y mejorar el sistema inmunológico de los peces (Kim & Austin, 2006; Mohideen et
al., 2010; Wang & Gu, 2010). Por otro lado, hay que
considerar otros beneficios como la reducción de los
costos de cultivo mediante la mejora del crecimiento y
el uso eficiente del alimento (Yanbo & Zirong, 2006;
Faramarzi et al., 2011; Mohapatra et al., 2012; Peterson
et al., 2012). De igual forma, la aplicación de los
probióticos puede conducir a mejorar la calidad del
agua (Velmurugan & Rajagopal, 2009; Ngan & Phu,
2011; Nimrat et al., 2012).
En base a estos antecedentes el objetivo de este
trabajo fue aislar e identificar bacterias desde la
microbiota asociada a larvas y juveniles de S. lalandi, y
evaluar su potencialidad probiótica para su potencial
uso en su cultivo larval.
de las larvas, se procesó completamente un total de 14
organismos en Stomacher (Lab-Blender 80). Para los
juveniles se aislaron desde gónada, branquias, mucus y
digestivo, los que fueron igualmente procesados en
Stomacher. De cada muestra se tomó 1 mL, se
realizaron diluciones en solución salina marina y se
sembraron en extendido en medio de cultivo Tryptone
Soya Agar (TSA Oxoid Ltd., Basingstoke, Hampshire,
England) suplementado con 2 NaCl%. Las placas se
incubaron a 20ºC por una semana y luego se aislaron
las unidades formadoras de colonias (CFU) cuyo
criterio se basó en la apariencia de las colonias como
forma, pigmentación, elevación, superficie y borde. Las
cepas obtenidas se guardaron a -80ºC en perlas
criobank (copancryom).
MATERIALES Y MÉTODOS
Identificación de bacterias aisladas
Desde un cultivo en triptona soya agar (TSA) se obtuvo
la biomasa bacteriana de todas las cepas aisladas, se
realizó las extracción de DNA genómico con el kit de
extracción PowerSoil DNA MO BIO, según las
instrucciones del fabricante. Luego se amplificó el gen
16S ARNr mediante reacción en cadena de la
polimerasa (PCR, siglas en inglés) (Buffer Green 10x,
MgCl225 mM, dNTPs 10 mM, 1 μM de cada
oligonucleótido y 0,23 U μL-1 GoTaqADN polimerasa
(promega), usando partidores universales, una primera
amplificación se realizó con los partidores 27F (5`-AG
AGTTTGATCCTGGCTCAG-3`) y 1542R (5`-AG
GAGGTGATCCAGCCGCA-3`) previamente descritos por Brosius et al. (1981), luego se realizó tres
procesos más para obtener la secuenciación completa
del 16S ARNr usando los partidores 358F (5`-CCTA
CGGGAGGCAGCAG-3`), 907R (5`-CCGTCAATTC
CTTTRAGTTT-3`) y 1492R (5`-GGTTACCTTGTT
ACGACTT-3`). La amplificación de los productos se
realizó en un termociclador Px2 (ThermoCorporation),
las condiciones de PCR fueron 5 min a 94ºC y luego 30
ciclos de 45 s a 94ºC, 45 s a 55ºC, 130 s a 72ºC y 5 min
a 72ºC, los productos amplificados fueron visualizados
en gel de agarosa 1%. El producto de PCR fue
purificado con el kit de purificación (UltraCleanTM15
DNA, MoBio Laboratories, CA, USA) siguiendo las
instrucciones del fabricante. La secuenciación de los
fragmentos se realizó en Macrogen Inc., Korea. Las
secuencias fueron analizadas usando el programa
Chromas Pro y Blast en GenBank (www.ncbi.nlm.
nih.gov/blast/Blast.cgi) y RDP Data Base. Los alineamientos fueron realizados con Chromas Pro y la
secuencia fue comparada con aquellas que se encontraron disponibles en la base de datos.
Aislamiento de bacterias
Se realizaron aislamientos de cepas bacterianas desde
larvas (9 cm de longitud y 6 g peso) y juveniles (26 cm
de longitud y 177 g peso). Debido al pequeño tamaño
Análisis filogenético
Se realizó un análisis filogenético a todas las cepas
aisladas, usando la aplicación de modelos (find DNA
best model) del programa MEGA6 (Molecula
Evolutionary Genetics Analysis) (Kumar et al., 2001).
Las relaciones de similitud entre las secuencias de
genes 16S de cada bacteria se visualizaron con la
herramienta de Phylogeny de Biedit para la
construcción del árbol filogenético con un valor de
bootstrap de 1000.
Pruebas de inhibición bacteriana
Los ensayos de inhibición se realizaron mediante el
método de “doble capa” (Dopazo et al., 1988) a las 46
cepas identificadas, inoculando 10 µL (7,1x104 cél mL-1)
de cada cepa aisladas desde S. lalandi desde un cultivo
de 18 h, en el centro de una placa petri con medio
Mueller-Hinton (Difco) suplementado con 2% de
cloruro de sodio (NaCl), y se incubó a 20°C por 48 h.
Después de este tiempo, la macrocolonia formada se
sometió a vapores de cloroformo por 45 min.
Posteriormente, se agregó una segunda capa de agar
semisólido previamente inoculada con la bacteria
patógena Vibrio cholerae, Yersinia ruckeri, Enterococcus faecalis, Enterobacter cloacae, Klebsiella sp.,
Vibrio anguilarum, a una concentración de 2x104 cél
mL-1, los patógenos se usaron en forma independiente.
Los cultivos fueron incubados a 20°C por 48 h. La
presencia de un halo de inhibición definido alrededor
de la macrocolonia fue considerada como actividad
antibacteriana. El estudio se realizó en triplicado y el
grado de inhibición se determinó midiendo el diámetro
del halo, considerando como inhibición los valores
mayores a 5 mm, según Leyton & Riquelme. (2010).
Como control negativo se evaluó el efecto del
cloroformo, inoculando la bacteria patógena sin el
inóculo de la bacteria antagonista.
Pruebas enzimáticas
Se efectuaron las siguientes pruebas enzimáticas a
todas las cepas que presentaron actividad inhibitoria
contra bacterias patógenas:
a) Prueba hemolisis: La actividad hemolítica se
determinó inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde
S. lalandi en el centro de placas agar sangre, la
actividad hemolítica se observó entre las 24 y 48 h de
incubación y el criterio usado para considerarlos
positivos fue la presencia de un halo alrededor del
inóculo bacteriano que indica lisis de eritrocitos en la
sangre. Las cepas se identificaron como α-hemolisis, βhemolisis y γ-hemolisis (Rodríguez, 2009).
b) Prueba de lipasa: La actividad lipasa se determinó
inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde S. lalandi
en el centro de las placas con medio de cultivo triptona
soja agar con 1% (v/v) de tween 80 y 1% (v/v) de tween
20% y 0.001% (p/v) de cloruro de calcio. La actividad
lipolítica se observó a las 24 y 48 h de incubación. Para
783
una reacción positiva se consideró la formación de un
halo de precipitación alrededor de la colonia formado
por cristales de calcio que indica la degradación de
lípidos (Sierra, 1957).
c) Prueba de proteasa: La actividad proteasa se
determinó inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde
S. lalandi en el centro de las placas con medio de
cultivo triptona soja agar suplementado con 1% v/v de
leche descremada. La actividad proteolítica se observó
entre las 24 y 48 h de incubación. Para una reacción
positiva se consideró la aparición de un halo con
precipitado alrededor de la colonia (Cowan & Steel,
1993).
RESULTADOS
Bacterias aisladas desde S. lalandi
Se aisló un total de 46 cepas bacterianas, de las cuales
se observó que el género dominante correspondió a
Pseudoalteromonas con un 47% (22 cepas), respecto
al total de aislados. Además, se observó una variedad
de otros 9 géneros bacterianos pertenecientes a Enterobacter (15%), Klebsiella (13%), Pseudomonas (7%),
Photobacterium (4%), Staphylococcus (4%), Vibrio
(4%), Alcanivorax (2%), Bacillus (2%) y Zooshikella
(2%).
Identificación de bacterias aisladas
Las secuencias obtenidas fueron editadas y
ensambladas utilizando el programa Chromas Pro. Se
realizó un blast en GenBank y RDP Data Base, y se
compararon con las disponibles en estas bases de datos,
seleccionando las que tuvieron un porcentaje de
similitud >85% (Tabla 1).
Análisis filogenético
Para identificar las relaciones evolutivas y similitudes
entre las especies aisladas desde S. lalandi se realizó el
análisis filogenético a las 46 secuencias obtenidas,
compuestas por una longitud entre 1000 y 1300 pb del
16S RNAr. Para verificar su ascendencia en común, se
utilizó el Programa MEGA 6 para el alineamiento y
análisis filogenético. Los resultados filogenéticos
demostraron que las cepas aisladas e identificadas
como Pseudoalteromonas sp. (SLP: 23, 17, 29, 39, 32,
14, 19, 45, 4, 49, 58, 46, 48, 51, 42, 28, 5, 36, 37, 44,
50, 35) forman un clado con la especie Pseudoalteromonas sp. encontradas en la base de datos. Esta
similitud refuerza que estas cepas bacterianas son
Pseudoalteromonas sp. (Fig. 1).
Pruebas de inhibición bacteriana
Los resultados de inhibición demostraron que 10 cepas
aisladas desde S. lalandi presentaron inhibición mayor
a 15 mm contra bacterias patógenas, las cuales prove-
479
Tabla 1. Identificación de bacterias aisladas desde Seriola lalandi a través de GenBank & RDP Data Base.
Nº Strain
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
SLP 1
SLP 4
SLP 5
SLP 6
SLP 8
SLP 9
SLP 10
SLP 11
SLP 12
SLP 13
SLP 14
SLP 15
SLP 16
SLP 17
SLP 19
SLP 21
SLP 22
SLP 23
SLP 25
SLP 27
SLP 28
SLP 29
SLP 30
SLP 31
SLP 32
SLP 33
SLP 34
SLP 35
SLP 36
SLP 37
SLP 38
SLP 39
SLP 40
SLP 42
SLP 44
SLP 45
SLP 46
SLP 48
SLP 49
SLP 50
SLP 51
SLP 52
SLP 53
SLP 57
SLP 58
SLP 59
Closest relative in GenBank & RD
Database
% similitud
Pseudoalteromonas sp. (4221175)
Photobacterium sp. (2301304)
Klebsiella pneumoniae (NR036794)
Enterobacter cloacae (1264371)
Enterobacter cloacae (NR028912)
Alcanivorax dieselolei (NR043106)
Staphylococcus sp. (483980)
Pseudoalteromonas sp. (NR044803)
Pseudomonas cissicola (NR044803)
Staphylococcus sp. (619957)
Photobacterium damselae (NR040831)
Pseudomonas sp. (464935)
Pseudomonas sp. (464935)
Vibrio pomeroyi (NR025547)
Bacillus pumilus (NR043242)
Zooshikella ganghwensis (NR025668)
Vibrio sp. (1795478)
100
100
100
100
99
99
99
100
100
100
99
100
99
99
99
100
99
100
99
100
100
100
100
100
100
100
99
100
100
100
100
99
100
100
100
100
99
100
100
100
100
88
93
99
100
97
nían de branquias, gónada, digestivo, mucus y larvas
(Tabla 2). La cepa que presentó un mayor halo de
inhibición representativo fue SLP 1 con 35 mm.
Pruebas enzimáticas
Los resultados de hemolisis demostraron que 8 cepas
presentaron capacidad para hemolizar glóbulos rojos de
la sangre. Siendo la cepa SLP 1 la única que no generó
80
5
Figura 1. Árbol filogenético basado en secuencias de 16S RNAr de la microbiota aislada desde Seriola lalandi realizado
con una repetición de 1000 veces. Los números representan las secuencias aisladas y los nombres fueron identificados a
través de blast.
hemolisis (Tabla 3), así como también la única que fue
negativa para los análisis de proteolisis y lipolisis.
DISCUSIÓN
El mar, que abarca más del 70% de la superficie del
planeta, contiene una excepcional diversidad biológica
que representa más del 95% de la biosfera (Spizek et
al., 2010). Por lo tanto, constituye una piscina infinita
de diversidad microbiana, lo que representa una valiosa
fuente de recursos para la biotecnología (Fenical &
Jensen, 2006). Durante las últimas décadas, los
microorganismos marinos y en particular las bacterias,
han demostrado su potencialidad en la producción de
antimicrobianos (Berdy, 2005). Debido a la persistente
problemática de la presencia de microorganismos
patógenos en los sistemas de cultivos, existe la
necesidad urgente de buscar nuevos agentes antimi-
crobianos y nuevas estrategias para contrarrestar los
microrganismos.
La información disponible sobre la composición de
la microbiota del género Seriola, es escasa y existen
algunos estudios de la microbiota de Seriola
quinqueradiata reportada por Sakata et al. (1978),
quienes con métodos de cultivo clásicos encontraron
que el tracto gastrointestinal se compone principalmente de Vibrio spp., así como géneros de Proteobacteria y Pseudomonas. Aguilera et al. (2013)
describen la población bacteriana cultivable asociada al
tracto intestinal de S. lalandi, identificando un total de
16 géneros aislados, donde Pseudomonas, Vibrio y
Staphylococcus fueron predominantes. En el presente
estudio se observó que los aislados de S. lalandi correspondieron a: Pseudoalteromonas, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Photobacterium, Staphylococcus,
Vibrio, Alcanivorax y Bacillus. En otras especies de
peces como Epinephelus alexandrinus y Dicentrachus
681
Tabla 2. Actividad inhibidora de las cepas bacterianas aisladas desde Seriola lalandi.
Patógeno
Yersinia ruckeri
Vibrio cholerae
Vibrio anguilarum
Enterobacter cloacae
Enterococcus feacalis
Klebsiella sp.
Bacteria
SLP 1
SLP 13
SLP 9
SLP 13
SLP 14
SLP 45
SLP 23
SLP 40
SLP 46
SLP 49
Especie
Pseudoalteromonas sp.
Klebsiella pneumoniae
Photobacterium damselae
Pseudomonas sp.
Vibrio pomeroyi
Halo de inhibición(mm)
35
30
20
20
20
16
26
25
20
20
Origen
Juveniles (digestivo)
Larvas
Juveniles (mucus)
Larvas
Larvas
Larvas
Tabla 3. Actividad enzimática de las cepas aisladas desde Seriola lalandi.
Bacteria
Especie
SLP 1
SLP 13
SLP 9
SLP 14
SLP 45
SLP 23
SLP 40
SLP 46
SLP 49
Klebsiella pneumoniae
Photobacterium damselae
Pseudomonas sp.
Vibrio pomeroyi
labrax se aislaron cepas como Enterobacter aerogenes,
Klesiella sp., Klebsiella peumoniae, Enterobacter
cloacae y Klebsiella ozanae (Nawaz et al., 2012). Al
respecto, la presencia de los géneros Klebsiella y
Enteobacter en S. lalandi, indica que estos géneros
bacterianos también son comunes en otras especies de
peces.
Además, se encontró que de las 46 cepas bacterianas
identificadas 9 presentaron actividad inhibidora contra
bacterias que han sido señaladas como patógenos de
diferentes organismos como: Vibrio cholerae (Peters et
al., 2015), Yersinia ruckeri (Austin & Austin, 2007),
Enterococcus faecalis (Dufourcq et al., 2013),
Enterobacter cloacae (Keller et al., 1998), Klebsiella
sp. (Echeverri et al., 2010) y Vibrio anguilarum (ProlGarcía & Pintado, 2013.). De estos resultados se
concluye que del total de los aislados, el 17% posee
actividad antimicrobiana contra los patógenos
estudiados, siendo la cepa SLP 1 (Pseudoalteromonas
sp.) la bacteria que presentó los mejores resultados de
inhibición.
La identificación del nombre de la especie de la cepa
SLP 1 como Pseudoalteromonas sp. coincide con los
resultados obtenidos en los análisis filogenéticos. Al
respecto, se ha señalado la actividad benéfica de
Pseudoalteromonas sp. en otros estudios (Gram et al.,
Hemolisis
Lipolisis
Proteolisis
Hemolisis γ
Hemolisis α
Hemolisis α
Hemolisis α
Hemolisis β
Hemolisis α
Hemolisis β
Hemolisis α
Hemolisis β
Negativo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
2010), como uso de probióticos en peces (Sherman et
al., 2005), inhibidor del patógeno V. harveyi (Morya et
al., 2014), probióticos en moluscos (Kesarcodi-Watson
et al., 2014) y en crustáceos (Pham et al., 2014).
También, varios autores han demostrado que las
bacterias marinas del género Pseudoalteromonas son
productoras de metabolitos con actividad biológica
como enzimas extracelulares, polímeros, péptidos,
antivirales, sustancias y proteínas de bajo y alto peso
molecular con actividades antimicrobianas (Bowman,
2007; Thomas et al., 2008; López et al., 2012).
Además, Longeon et al. (2004) indican que la proteína
P-153 secretada por Pseudoalteromonas sp. X153
muestra buena actividad inhibitoria frente a cepas
patógenas humanas. Dufourcq et al. (2013) también
encontraron que Pseudoalteromonas sp. es inhibidora
del patógeno E. feacalis.
La cepa SLP 1 (Pseudoalteromonas sp.) también
resultó negativa a las pruebas enzimáticas de hemolisis,
proteolisis y lipolisis. Al no tener actividad hemolítica
y no destruir los glóbulos rojos, no actuaría como una
especie virulenta o patógena en el hospedador. Al
respecto, Bravo et al. (2009) señalan que la actividad
hemolítica es producida por la acción de una enzima
llamada hemolisina que lisa los eritrocitos de la sangre,
y que esta propiedad es indeseable según los criterios
de selección para una cepa probiótica. De acuerdo a
esto, Neu et al. (2014) discuten igualmente que la
aplicación de probióticos requiere que no cause efectos
secundarios, tales como toxicidad en organismos
eucariotas. Al respecto, Ma et al. (2014) encontraron
que Pseudoalteromonas sp. complementada en la dieta
del pepino de mar Apostichopus japonicus, mejora la
actividad enzimática digestiva y estimula la respuesta
inmune mejorando la resistencia a la infección de
Vibrio splendidus.
Las bacterias probióticas pueden ser una buena
alternativa para evitar el uso de antibióticos. Además,
pueden proporcionar beneficios para el huésped a
través de la modulación directa o indirecta de la
microbiota intestinal, mejorando el sistema inmune y el
crecimiento, proporcionando una mejor resistencia a
enfermedades (Merrifield et al., 2010a). Autores, como
Bhandari et al. (2008) y Klose et al. (2010) sugieren
que el aislamiento de probióticos nativos de cada
especie de interés favorecería su establecimiento en el
intestino y las interacciones con la microbiota
residente.
Estos
antecedentes
indican
que
Pseudoalteromonas sp. aislada en este trabajo podría
ser utilizada como probiótico en la fase larval del
cultivo de S. lalandi, ya que fue aislada de esta misma
especie. Una alternativa es adicionarla en el alimento
vivo de las larvas como rotíferos y artemias, actuando
como vector del probiótico. Además, este potencial
probiótico presentó actividad inhibidora contra
patógenos, no es una especie hemolítica por lo tanto no
sería una especie virulenta. Finalmente, esta cepa SLP
1 podría ser una buena candidata para ser utilizada en
etapas larvales, más aun cuando Pseudoalteromonas
sp. es una bacteria dominante en el tracto digestivo de
S. lalandi.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al programa FONDEFCONICYT proyecto D10I1050 por el financiamiento
de esta investigación. Así como, a los revisores
anónimos y editor por sus comentarios y propuestas
para mejorar este manuscrito.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 85-98, 2016Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México
Research Article
Composición y aspectos biogeográficos del ensamble de peces de la laguna
costera Las Guásimas, Sonora, México
Jesús Padilla-Serrato1, Juana López-Martínez1, Jesús Rodríguez-Romero2, Daniel Lluch-Cota2
Felipe Galván-Magaña3 & Alejandro Acevedo-Cervantes4
1
Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C. (CIBNOR)
P.O. Box 349, Guaymas, Sonora, C.P. 85454, México
2
Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C. (CIBNOR)
P.O. Box 128, La Paz, B.C.S., C.P. 23000, México
3
Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, (CICIMAR), IPN
P.O. Box 592, La Paz, Baja California Sur, C.P. 23000, México
4
Instituto Tecnológico de Guaymas (ITG), Guaymas, Sonora, C.P. 85480, México
Corresponding author: Juana López-Martínez ([email protected])
RESUMEN. Se presenta la composición de especies de peces y sus aspectos biogeográficos de la Laguna Las
Guásimas, localizada en el sector central del Golfo de California. Se realizaron siete campañas estacionales de
muestreo y las colectas se efectuaron con tres artes de pesca: atarraya, chinchorro de línea y red de arrastre. Se
observaron 95 especies representadas por 16 órdenes, 38 familias y 67 géneros. Las familias mejor representadas
por su número de especies fueron: Carangidae, Sciaenidae, Haemulidae, Paralichthydae, Engraulidae y
Gerreidae. Además se identificaron tres especies endémicas del Golfo de California (Micropogonias megalops,
Leuresthes sardina y Pleuronichthys ocellatus). El análisis de afinidad biogeográfica mostró una alta
dominancia de especies distribuidas en el Pacífico Oriental Tropical (Provincia de Cortés y Panámica) y especies
transicionales entre la Provincia de California y el Pacífico Oriental Tropical (POT). Utilizando investigaciones
sobre peces efectuadas anteriormente en la localidad, se realizó una comparación entre las especies previamente
registradas en la localidad y las registradas en esta investigación, utilizando como indicadores la vulnerabilidad
y resiliencia. Se observaron cambios en la estructura de la comunidad a lo largo de tiempo, que pudieran ser
inducidos por cambios ambientales, actividades antropogénicas como la pesca y/o la dinámica del ecosistema.
La mayoría de las especies que son nuevos registros (84%), mostraron vulnerabilidades de moderadas a altas,
enfatizando la alta importancia de la laguna como área de crianza y protección de estas especies.
Palabras clave: peces, biodiversidad, afinidad biogeográfica, Laguna Las Guásimas, Golfo de California.
Composition and biogeography of the fish assemblage associated with the coastal
Las Guásimas Lagoon, Sonora, Mexico
ABSTRACT. We presented the species composition and biogeography at the Las Guásimas Lagoon, located in
the central portion of the Gulf of California. We perform seven sampling and the seasonal collections were made
with three gear: cast nets, seine and trawl line. We recorded 95 species represented by 16 orders, 38 families
and 67 genera. The families in number of species were: Carangidae, Sciaenidae, Haemulidae, Paralichthydae,
Engraulidae and Gerreidae. Besides were identified three endemic species of the Gulf of California
(Micropogonias megalops, Leuresthes sardina and Pleuronichthys ocellatus). Biogeographic affinity analyzes
showed results that indicate a high dominance of species distributed in the Eastern Tropical Pacific (Province
of Cortes and Panamic) and transitional species between the California Province and the Eastern Tropical Pacific
(ETP). We use previous research on fish in the locality and make a comparison between the previously recorded
species and new species observed, using as indicators of vulnerability and resilience. Changes in community
structure over time, which might be induced by environmental changes, human activities such as fishing and/or
ecosystem dynamics were observed. Most of the species that are new records in the coastal lagoon (84%) they
showed moderate to high vulnerabilities, emphasizing the fact of the high importance of the lagoon as a nursery
and protection of these species.
Keywords: fish, biodiversity, biogeographic affinity, Las Guásimas Lagoon, Gulf of California.
__________________
Corresponding editor: Oscar Sosa
85
86
INTRODUCCIÓN
Las lagunas costeras son ecosistemas que se
caracterizan por la gran diversidad de especies que
utilizan estos sistemas en diferentes etapas de su vida,
siendo primordialmente los peces los más representativos por su riqueza y abundancia (Arceo-Carranza et
al., 2010), hecho que se explica por la disponibilidad de
alimento, tipo de hábitat y gradientes ambientales.
Castro-Aguirre et al. (1999) describen las lagunas
funcionalmente como sitios donde es factible encontrar
conjuntos de seres vivos en diversas fases de su vida;
en especial los peces, los cuales han logrado incursionar
y colonizar de manera efectiva estos ecosistemas con
condiciones hidrológicas que varían de manera considerable.
Existen diferentes factores que provocan cambios
en la estructura y composición de las comunidades de
peces, entre ellos se encuentran los gradientes
latitudinales, tamaño del estuario, diversidad del
hábitat, configuración de la boca de la laguna, factores
físicos y químicos como salinidad y temperatura
(Franca et al., 2011) y actividades humanas como
asentamientos humanos y sobrepesca (Cabral et al.,
2001). Sin embargo, para explicar los cambios en la
composición y estructura de las comunidades de peces,
los estudios faunísticos son fundamentales, ya que
permiten generar conocimiento de la biodiversidad,
evaluar el impacto ambiental, efectuar estudios
biogeográficos y son esenciales para la administración
de las pesquerías (Siqueiros-Beltrones & De la CruzAgüero, 2004; Rodríguez-Romero et al., 2008).
En particular en los sistemas lagunares y estuarinos,
la ictiofauna se caracteriza por presentar bajo endemismo
en comparación con la ictiofauna de hábitats rocosos y
coralinos, si bien la riqueza de especies es ligeramente
mayor. El bajo endemismo se debe a que las especies
de estos ecosistemas presentan una distribución amplia
y continua (Castro-Aguirre et al., 1994). Es por ello
deseable conocer, además del elenco sistemático de la
laguna, la composición biogeográfica de las especies de
peces que ahí habitan, ya que nos habla de potenciales
cambios estacionales en la estructura de la comunidad.
La laguna costera de Las Guásimas, es una zona de
gran importancia económica que soporta pesquerías
importantes como camarón, jaiba y diferentes especies
de peces. Está caracterizada por presentar áreas de
manglar y su fondo está compuesto principalmente por
lodo y arena (Hernández & Arreola-Lizárraga, 2007).
En este ecosistema, Yépiz-Velázquez (1990), RodríguezFélix (2010) y Ontiveros-Granillo (2011) realizaron
estudios de la ictiofauna enfocados en cambios
estacionales, estos trabajos se efectuaron con datos
obtenidos a finales de la década de los 80’s y 90’s, esto
es, hace ya cerca de 25 años, periodo en que la laguna
ha sido objeto de innumerables cambios por asentamientos humanos en sus márgenes y el mismo clima ha
cambiado debido al calentamiento global, por lo cual
resulta importante revisar nuevamente la composición
íctica para evaluar los cambios a través del tiempo.
Basados en lo anterior, se supone que la ictiofauna
de la localidad presentará cambios en su composición
específica y que además, las especies que ahí habitan se
caracterizarán por presentar una amplia distribución.
Por lo anterior, este trabajo tiene como objetivo obtener
el elenco sistemático de las especies que se encuentran
actualmente, para realizar un análisis comparativo entre
las especies actualmente encontradas con las previamente
reportadas para determinar cambios en la composición
específica.
Área de estudio
La laguna costera Las Guásimas se localiza entre
27º49’-27º55’N y 110º29’-110º40’W. Presenta un área
de 51 km2 con sus dos esteros (Bachoco y Mapoli), en
los límites de la boca hay dos barreras arenosas, una en
la parte sur y otra en la parte norte. Entre ambas se
encuentra un canal de entrada de 3,25 km de ancho a
través del que mantiene comunicación permanente con
el Golfo de California (Fig. 1) (Chávez-López & ÁlvarezArellano, 2006). Tiene un clima seco semidesértico con
temperatura del agua mínimos de 13-14°C y máximos
de 32-33°C; la salinidad presenta un intervalo anual de
36 a 42. Los sedimentos están compuestos en su
mayoría por tipo arenoso-limoso y limoso, predominando las arenas en áreas con mayor circulación de
agua (Villalba-Atondo et al., 1989). No existe aporte de
agua dulce de manera permanente, únicamente se
presentan escurrimientos durante los eventos de lluvia
y la profundidad promedio es de 0,7 m (ArreolaLizárraga et al., 2003).
Colecta de muestras
Se realizaron siete muestreos estacionales (otoño 2010,
primavera 2011, verano 2011, otoño 2011, invierno
2012, primavera 2012 y verano 2012) del ensamble de
peces asociados a la Laguna Las Guásimas. En cada
estación del año se efectuó un muestreo de 24 h a bordo
de embarcaciones pesqueras. Para la extracción de los
organismos y para obtener un mayor número de
especies, se usaron tres artes de pesca comúnmente
utilizados en la captura de camarón: chinchorro de
línea, atarraya y red de arrastre (llamado también
chango), los artes no se utilizaron en todos los
muestreos a excepción del chinchorro de línea, que es
el único arte que se utiliza con mayor frecuencia. Los
Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México
puntos de extracción de las muestras variaron estacionalmente, debido a que los muestreos dependieron de
las actividades extractivas de los pescadores de la
localidad (Fig. 1). Se recolectó el total de la muestra de
los peces capturados, los cuales se colocaron en bolsas
etiquetadas y se preservaron en hielo para su transporte
al Laboratorio de Pesquerías del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR S.C.),
donde se efectuaron los muestreos biológicos que
incluyeron identificación a nivel de especie y medición
de los organismos.
La identificación taxonómica de las especies se
realizó mediante las claves y descripciones de Jordan &
Evermann (1896-1900), Meek & Hildebrand (19231928), Miller & Lea (1976), Eschmeyer et al. (1983),
Fischer et al. (1995), Castro-Aguirre et al. (1999),
Robertson & Allen (2015) y Frose & Pauly (2015).
En el inventario de la diversidad biológica, a
menudo resulta imposible registrar la totalidad de las
especies presentes en un área determinada. Este es un
grave problema, dado que la riqueza de especies es la
principal variable descriptiva de la biodiversidad. Las
curvas de acumulación de especies, en las que se
representa el número de especies acumulado en el
inventario frente al esfuerzo de muestreo empleado, son
una potente metodología para estandarizar las
estimaciones de riqueza obtenidas en distintos trabajos
de inventario. Además, permiten obtener resultados
más fiables en análisis posteriores y comparar
inventarios en los que se han empleado distintas
metodologías y/o diferentes niveles de esfuerzo
(Jiménez-Valverde & Hortal, 2003). Por ello, con la
finalidad de estimar el número de especies esperadas en
el ecosistema a partir de un muestreo, se realizó una
curva de acumulación de especies, ajustando las
especies observadas por el método Mao Tao (Colwell
et al. 2004) con un esfuerzo de muestreo de 52 lances
de pesca, mientras que la predicción del número total
de especies en el ecosistema se evaluó por medio de los
métodos no paramétricos de Chao2 y Jacknife2,
utilizando el programa Primer 6 (Clarke & Gorley,
2005) (Primer-E, Plymouth, UK). Con este análisis se
determinó la proporción del inventario de las especies
observadas, en relación al número de especies
esperadas.
El análisis de afinidad biogeográfica se realizó de
acuerdo a Boschi (2000) y Robertson & Cramer (2009)
donde la provincia Mexicana y Panámica forman una
sola provincia, de tal manera que las divisiones son las
siguientes: PO: Provincia Oregoniana, considerada
como templada-fría que va de 48 a 36ºN; PCA:
Provincia Californiana: presenta peces que se encuentran
en la zona templada-cálida, cuyos límites son de 36 a
23ºN; PC: Provincia de Cortés (=sinuscaliforniana de
87
Castro-Aguirre et al. 1999), que incluye el sector sur de
Baja California y el sector central y sur del Golfo de
California, zona templado-cálida y subtropical. En la
costa este del golfo, la provincia se extiende tanto al
norte de Mazatlán, Sinaloa; PP: Provincia Panámica, se
extiende hacia el sur desde El Salvador hasta el sur de
Mazatlán, entre 23ºN y 6ºS; POT: Pacífico Oriental
Tropical, esta región incluye la costa oeste del
continente americano entre 25ºN en el sector sur de
Bahía Magdalena, hasta 5ºS en Cabo Blanco sector
norte de Perú, en ésta se incluyen especies de amplia
distribución (Fig. 2). Además, se siguió el criterio de
Castro-Aguirre (1983) y Castro-Aguirre et al. (2005),
para la clasificación de los conjuntos ícticos según su
distribución geográfica: AN: anfiamericanas, especies
con distribución a ambos lados del istmo
Centroamericano, POT y Atlántico occidental; CT:
circumtropicales, son las especies ícticas con amplia
distribución en mares tropicales; y CO: cosmopolitas,
especies que se distribuyen en mares tropicales,
subtropicales y templados.
Los listados faunísticos previos de peces de la
localidad, se obtuvieron en los muestreos efectuados en
los periodos 1985-1986 capturados con atarraya
(Yépiz-Velázquez 1990), 1996-1997 y 1998-2000
capturados con atarraya (Rodríguez-Félix, 2010) y
1998-1999 capturados con red de arrastre (OntiverosGranillo, 2011). Se efectuó una comparación de las
especies reportadas en estos trabajos y las registradas
en el presente estudio, resaltando los nuevos registros.
Para determinar las características que permitieran
discriminar potenciales causas de la aparición o
desaparición de especies, se obtuvo información de la
vulnerabilidad y resiliencia por especie de la base de
datos de Fishbase (entendiendo por vulnerabilidad la
capacidad de una especie para responder y adaptarse a
las nuevas condiciones de hábitat, de manera que
aquellas especies que tengan una capacidad de
respuesta limitada, serán las más vulnerables
(McKinney, 1997) y por resiliencia la habilidad de una
especie de continuar funcionando y recuperarse
después de una perturbación (Brown, 2014). La
vulnerabilidad se mide de acuerdo a criterios de la
Sociedad Americana de Pesca (AFS) (Frose & Pauly,
2015), que determina los niveles de vulnerabilidad y
resiliencia a través de un sistema experto de teoría
fuzzy, que evalúa la vulnerabilidad de extinción de
peces marinos basados en información demográfica,
como ciclo de vida, tasa intrínseca de crecimiento
poblacional, longevidad, edad de primera madurez,
fecundidad y velocidad de crecimiento individual
(Cheung et al., 2005). Los niveles de resiliencia se
clasifican en alta, media, baja y muy baja (Dulvy et al.,
2004; Cheung et al., 2005). Por lo tanto, una especie
88
Figura 1. Área de estudio en la Laguna Las Guásimas, Sonora, México.
Figura 2. Provincias biogeográficas del Pacífico Este de
acuerdo a Boschi (2000) y Robertson & Cramer (2009).
muy longeva, con crecimiento lento, talla de primera
madurez muy grande, fecundidad baja y que éste bajo
un fuerte estrés de pesca, presentará una resiliencia baja
y mayor vulnerabilidad a desaparecer.
RESULTADOS
Se colectaron 3.769 peces en 52 lances de pesca
efectuados en seis campañas de muestreo. Los
ejemplares pertenecieron a 38 familias, 67 géneros y 95
especies, donde los elasmobranquios (Chondrichthyes) estuvieron representados por 2 órdenes, 4
familias, 4 géneros y 5 especies; los teleósteos (Actinopterygii) se integraron por 14 órdenes, 34 familias,
63 géneros y 90 especies (Tabla 1).
El orden Perciformes fue el más diverso con 14
familias, 33 géneros y 49 especies, seguido en
importancia por Pleuronectiformes (5 familias, 9
géneros y 14 especies) y Clupeiformes (2 familias, 6
géneros y 8 especies). Las familias con mayor número
de especies fueron: Carangidae y Sciaenidae con 12 y
10 especies respectivamente; Gerreidae, Haemulidae,
Paralichthyidae y Engraulidae aportaron 25 especies
(Fig. 3). Los géneros mejor representados en número de
especies fueron Caranx con cuatro especies, Anchoa,
Eucinostomus y Cynoscion con tres especies. De las
especies registradas, ninguna está bajo protección
especial en México de acuerdo con la NOM-059SEMARNAT-2010 (SEMARNAT, 2010). Sin embargo,
se obtuvieron dos especies incluidas en la lista roja de
la Unión Internacional para la Conservación de la
Naturaleza IUCN (2015) en la categoría de casi
amenazadas: el gavilán dorado Rhinoptera steindachneri Evermann & Jenkins, 1891 y el pejerrey
sardina Leuresthes sardina (Jenkins & Evermann,
1889). En el caso de R. steindachneri se incluyó en esta
lista porque es una especie afectada por la pesca
artesanal. Además, se desconocen datos importantes de
su biología como longevidad, tasa de crecimiento,
estructura poblacional y talla de madurez, presentan
una productividad muy baja, ya que su gestación dura
entre los 10-12 meses y tiene una sola cría, esto hace
que sean susceptibles de sobre-explotación. En el caso
de L. sardina que presenta un área de distribución
restringida en el Alto Golfo de California y la
dependencia de playas arenosas para su desove, la hace
una especie vulnerable, ya que estos hábitat están bajo
amenaza (IUCN Red list, 2015).
El presente trabajo adiciona 37 nuevos registros de
especies (Tabla 1) para la Laguna Las Guásimas,
conteniendo en total 140 especies. Las tres familias con
el mayor número de especies dentro de los nuevos
registros fueron: Carangidae (7), Scianidae (7) y
Haemulidae (4). Se identificarondas tres especies
89
endémicas de la Provincia de Cortés; el chano norteño
Micropogonias megalops (Gilbert, 1890), la platija
ocelada Pleuronichthys ocellatus Starks & Thompson,
1910 y el pejerrey sardina Leuresthes sardina (Jenkins
& Evermann, 1889).
De acuerdo con los resultados del análisis de curvas
de acumulación de especies, con el esfuerzo de
muestreo realizado se obtuvo una riqueza de especies
del 71,9% de la riqueza esperada por los métodos de
Chao2 y Jacknife2 para la laguna. El valor máximo de
riqueza esperada (136 especies) se obtuvo por el
método Jacknife2, mientras que el valor mínimo de
especies probables a encontrar (126 especies) se obtuvo
por el método de Chao2 (Fig. 4).
De acuerdo a la afinidad biogeográfica y distribución, se determinó una especie cosmopolita (CO)
(1,05%), una anfiamericana (AN) (1,05%), una
circumtropical (CT) (1,05%), tres especies exclusivas
de la Provincia de Cortés (PC) (3,15%), tres especies
distribuidas en la Provincia Californiana y Cortés
(PCA-PC) (3,15%), tres especies que se distribuyen
desde la Provincia Oregoniana, Californiana, Cortés y
Panámica (PO-PCA-PC-PP) (3,15%), cuatro especies
con afinidad en la Provincia Oregoniana, Californiana
y Cortés (PO-PCA-PC) (4,16%) y 53 especies del
Pacífico Oriental Tropical (POT) (PC-PP) (55,8%).
Además, se observaron 26 especies que presentan una
distribución tanto en el POT, como en la Provincia
Californiana (PCA-PC-PP) (Fig. 5).
Comparativamente con investigaciones previas, en
la laguna estaban reportadas 45 especies que no se
registraron en el presente trabajo. Se observó que el
9,1% de esas 45 especies presentaron vulnerabilidad
muy alta, 13,6% vulnerabilidad alta, 54,5% vulnerabilidad moderada y 22,7% vulnerabilidad baja, esto es,
el 77% de la especies que no se registraron en este
trabajo eran vulnerables (Fig. 6a), mientras que el 6,8%
mostró resiliencia muy baja, 15,9% resiliencia baja,
43,2% resiliencia media y 34.1% resiliencia alta (Fig.
6b).
De las especies registradas en este trabajo y que no
habían sido reportadas (37), el 2,7% presentó
vulnerabilidad muy alta, 13,5% vulnerabilidad alta,
67,6% vulnerabilidad moderada y 16,2% vulnerabilidad baja (Fig. 6a), siendo entonces el 83,7% de las
especies de moderada a baja vulnerabilidad. En cuanto
a la resiliencia, el 8.3% mostró una resiliencia baja,
52,7% media y 38,9% alta (Fig. 6b).
DISCUSIÓN
La riqueza de especies observada (95 especies) es el
mayor registro para la misma localidad comparado con
Yépiz-Velázquez (1990) que reportó 31 especies,
Rodríguez-Félix (2010) 79 y Ontiveros-Granillo (2011)
90
Tabla 1. Composición de peces de Laguna Las Guásimas, Sonora, nuevos registros de especies y afinidad zoogeográfica.
PO: Provincia Oregoniana, PCA: Provincia de California, PC: Provincia de Cortés, PP: Provincia Panámica,
AN: Anfiamericanas, CT: Circumtropical, CO: Cosmopolitas.
Especie
Phylum Chordata
Subphylum Craniata
Clase Chondrichthyes
Subclase Elasmobranchii
Subdivision Selachii
Orden Carcharhiniformes
Familia Carcharhinidae
Carcharhinus cerdale Gilbert in Jordan & Evermann, 1898
Subdivision Batoidea
Orden Myliobatiformes
Familia Urolophidae
Urobatis halleri (Cooper, 1863)
Urobatis maculatus Garman, 1913
Familia Gymnuridae
Gymnura marmorata (Cooper, 1864)
Familia Rhinopteridae
Rhinoptera steindachneri Evermann & Jenkins, 1891
Clase Actinopterygii
Subclase Neopterygii
Division Teleostei
Orden Elopiformes
Familia Elopidae
Elops affinis Regan, 1909
Orden Albuliformes
Familia Albulidae
Albula esuncula (Garman, 1899)
Orden Anguiliformes
Suborden Congroidei
Familia Congridae
Ariosoma gilberti (Ogilby, 1898)
Familia Ophichthidae
Ophicthus zophochir Jordan & Gilbert, 1882
Orden Clupeiformes
Suborden Clupeoidei
Familia Engraulidae
Anchoa ischana (Jordan & Gilbert, 1882)
Anchoa lucida (Jordan & Gilbert, 1882)
Anchoa nasus (Kner & Steindachner, 1867)
Anchovia macrolepidota (Kner, 1863)
Cetengraulis mysticetus (Günther, 1867)
Familia Clupeidae
Harengula thrissina (Jordan & Gilbert, 1882)
Lile stolifera (Jordan & Gilbert, 1882)
Opisthonema libertate (Günther, 1867)
Orden Siluriformes
Familia Ariidae
Ariopsis seemanni (Günther, 1864)
Ariopsis sp.
Occidentarius platypogon (Günther, 1864)
Orden Aulopiformes
Suborden Synodontoidei
Familia Synodontidae
Nuevos registros
Afinidad biogeográfica
X
PC-PP
PCA-PC-PP
PCA-PC
PCA-PC-PP
X
PC-PP
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X
PC-PP
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PC-PP
PC-PP
PC-PP
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PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
91
Continuación
Especie
Synodus lucioceps (Ayres, 1855)
Synodus scituliceps Jordan & Gilbert, 1882
Orden Batrachoidiformes
Familia Batrachoididae
Porichthys analis Hubbs & Schultz, 1939
Porichthys notatus Girard, 1854
Orden Mugiliformes
Familia Mugilidae
Mugil cephalus Linnaeus, 1758
Mugil curema Valenciennes in Cuvier & Valenciennes, 1836
Orden Atheriniformes
Familia Atherinopsidae
Leuresthes sardina (Jenkins & Evermann, 1888)
Atherinops affinis (Ayres, 1860)
Orden Beloniformes
Suborden Belonoidei
Familia Belonidae
Strongylura exilis (Girard, 1854)
Orden Scorpaeniformes
Suborden Scorpaenoidei
Familia Scorpaenidae
Scorpaena sonorae Jenkins & Evermann, 1889
Orden Perciformes
Suborden Percoidei
Familia Centropomidae
Centropomus robalito Jordan & Gilbert, 1882
Familia Serranidae
Diplectrum pacificum Meek & Hildebrand, 1925
Paralabrax maculatofasciatus (Steindachner, 1868)
Familia Nematistiidae
Nematistius pectoralis Gill, 1862
Familia Carangidae
Carangoides otrynter Jordan & Gilbert, 1883
Caranx caballus Günther, 1868
Caranx caninus Günther, 1867
Caranx vinctus Jordan & Gilbert, 1882
Chloroscombrus orqueta Jordan & Gilbert, 1883
Oligoplites altus (Günther, 1868)
Oligoplites refulgens Gilbert & Starks, 1904
Oligoplites saurus (Bloch & Schneider, 1801)
Selene brevoortii (Gill, 1863)
Selene peruviana (Guichenot, 1866)
Trachinotus kennedyi Steindachner, 1876
Trachinotus rhodopus Gill, 1863
Familia Lutjanidae
Hoplopagrus guentherii Gill, 1862
Lutjanus argentiventris (Peters, 1869)
Familia Gerreidae
Diapterus brevirostris (Sauvage, 1879)
Eucinostomus currani Zahuranec, 1980
Eucinostomus dowii (Gill, 1863)
Eucinostomus entomelas Zahuranec, 1980
Eugerres axillaris (Günther, 1864)
Familia Haemulidae
Haemulon maculicauda (Gill, 1862)
Nuevos registros
X
X
PO-PCA-PC
PC-PP
PCA-PC-PP
PO-PCA-PC-PP
CO
CT
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PC
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PCA-PC-PP
PCA-PC-PP
PCA-PC-PP
PCA-PC-PP
PC-PP
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PC-PP
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PCA-PC-PP
PC-PP
PC-PP
X
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PCA-PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
X
PCA-PC-PP
92
Continuación
Especie
Haemulon sexfasciatum Gill, 1862
Haemulopsis elongatus (Steindachner, 1879)
Haemulopsis nitidus (Steindachner, 1869)
Orthopristis reddingi Jordan & Richardson, 1895
Pomadasys branickii (Steindachner, 1879)
Pomadasys macracanthus (Günther, 1864)
Pomadasys panamensis (Steindachner, 1876)
Familia Polynemidae
Polydactylus approximans (Lay & Bennett, 1839)
Familia Sciaenidae
Bairdiella icistia (Jordan & Gilbert, 1882)
Cheilotrema saturnum (Girard, 1858)
Cynoscion parvipinnis Ayres, 1861
Cynoscion squamipinnis (Günther, 1867)
Cynoscion xanthulus Jordan & Gilbert, 1882
Larimus pacificus Jordan & Bollman, 1890
Menticirrhus panamensis (Steindachner, 1877)
Micropogonias altipinnis (Günther, 1864)
Micropogonias megalops (Gilbert, 1890)
Umbrina analis Günther, 1868
Familia Mullidae
Pseudupeneus grandisquamis (Gill, 1863)
Suborden Gobioidei
Familia Gobiidae
Bollmannia stigmatura Gilbert, 1892
Gobionellus microdon (Gilbert, 1892)
Suborden Acanthuroidei
Familia Ephippidae
Chaetodipterus zonatus (Girard, 1858)
Suborden Scombroidei
Familia Sphyraenidae
Sphyraena ensis Jordan & Gilbert, 1882
Familia Scombridae
Auxis thazard (Lecépède, 1800)
Scomberomorus sierra Jordan & Starks in Jordan, 1895
Orden Pleuronectiformes
Suborden Pleuronectoidei
Familia Paralichthyidae
Citharichthys fragilis Gilbert, 1890
Citharichthys gilberti Jenkins & Evermann, 1889
Cyclopsetta querna Jordan & Bollman, 1890
Etropus crossotus Jordan & Gilbert, 1882
Etropus peruvianus Hildebrand, 1946
Paralichthys woolmani Jordan & Williams, 1897
Syacium ovale (Günther, 1864)
Familia Pleuronectidae
Hypsopsetta guttulata (Girard, 1856)
Pleuronichthys ocellatus Starks & Thompson, 1910
Familia Bothidae
Bothus leopardinus (Günther, 1862)
Familia Achiridae
Achirus mazatlanus (Steindachner, 1869)
Familia Cynoglossidae
Symphurus chabanaudi Mahadeva & Munroe, 1990
Symphurus fasciolaris Gilbert, 1892
Nuevos registros
X
X
X
PCA-PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PCA-PC-PP
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X
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PC-PP
PO-PCA-PC
PCA-PC
PC-PP
PCA-PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC-PP
PC
PC-PP
PC-PP
X
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PC-PP
PC-PP
PCA-PC-PP
X
PC-PP
X
PCA-PC-PP
PCA-PC-PP
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PO-PCA-PC
PC-PP
PC-PP
AN
PC-PP
PCA-PC-PP
PC-PP
X
PO-PCA-PC
PC
PC-PP
PCA-PC-PP
PC-PP
PC-PP
93
Continuación
Especie
Symphurus leei Jordan & Bollman, 1890
Orden Tetradontiformes
Suborden Balistoidei
Familia Balistidae
Balistes polylepis Steindachner, 1876
Suborden Tetraodontoidei
Familia Tetradontidae
Sphoeroides annulatus (Jenyns, 1842)
74. También fue mayor en comparación con otras
lagunas del estado de Sonora (Thomson, 1973; YépizVelázquez, 1990; Castro-Longoria et al., 1991) a
excepción de Grijalva-Chon et al. (1996) que
reportaron 96 especies para la laguna costera La Cruz,
una especie más que en este análisis. En otras lagunas
del noroeste, Rodríguez-Romero et al. (1998) y
Rodríguez-Romero et al. (2011) han reportado 55 y 62
especies en Baja California Sur. Danemann & De la
Cruz-Agüero (1993) reportaron 81 en Laguna San
Ignacio. Posteriormente De la Cruz-Agüero & CotaGómez (1998) adicionaron 26 especies, siendo un total
107 especies reportadas para esta laguna.
Las diferencias en el número de especies tienen
relación con el método de extracción, ya que al utilizar
un solo método se puede cometer un sesgo de
selectividad del arte, por lo tanto, no se tendría bien
representado el ensamble de peces en el ecosistema.
Sosa-López et al. (2007) hacen mención de este sesgo
y utilizaron dos artes de pesca para la captura de peces.
En trabajos previos para Las Guásimas, YépizVelázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010) y Ontiveros
-Granillo (2011) utilizaron un solo arte de pesca, lo cual
explica la diferencia en el número de especies. Las
especies observadas constituyen 10,8% de las
reportadas para el Golfo de California (911 especies;
Hastings et al., 2010) y 7,1% del total de especies de
peces para el Pacífico Oriental Tropical (POT)
(Robertson & Allen, 2002). La dominancia del orden
Perciformes según el número de especies (49 especies),
es un comportamiento característico de este grupo en
todos los mares del mundo (Nelson, 2006).
De acuerdo con Sarkar (2002) y Magurran (2004),
la forma más directa de medir la biodiversidad es por
medio de la riqueza. Sin embargo, la mayoría de los
inventarios faunísticos son forzosamente incompletos.
La imposibilidad de registrar el total de especies
durante un trabajo de muestreo es un problema
metodológico importante en los estudios de la
biodiversidad (Jiménez-Valverde & Hortal, 2003). Por
esto es altamente deseable utilizar curvas de
acumulación de especies que permiten tener una
Nuevos registros
X
PC-PP
PO-PCA-PC-PP
PO-PCA-PC-PP
aproximación realista de probables especies a encontrar
en el ecosistema y al mismo tiempo, son una medida
del grado de confiabilidad del muestreo aplicado.
Del 100% de las especies probables de encontrar, se
obtuvo el 71,9%, este porcentaje es una relación entre
estas especies obtenidas y las estimadas por los
métodos de Chao2 y Jacknife2. Por lo tanto, este porcentaje mostró que faltan por encontrar más especies,
por lo que es deseable aumentar el esfuerzo de
muestreo, incluyendo áreas de la misma laguna tales
como zonas de manglar, que comúnmente concentran
alta cantidad de especies y cuyos resultados pueden
jugar un papel fundamental en la riqueza. En el presente
estudio, por el tipo de artes de pesca usados no se pudo
obtener especies que puedan estar asociadas a estos
sistemas y de acuerdo con González-Acosta et al.
(2005), los peces utilizan las áreas de manglar para
refugiarse, crecer y alimentarse. Además de lo anterior,
es importante ampliar la estacionalidad de los muestreos.
En la práctica, la medida exacta y precisa de la
riqueza no es una labor sencilla (Magurran, 2004), pues
el número de especies aumentará con el esfuerzo de
muestreo. Aun con esta limitación, los análisis efectuados son válidos, ya que la intensidad de muestreo fue
alta (52 lances y 6 muestreos estacionales), además del
uso simultáneo de varios artes de pesca, ayuda a evitar
el sesgo de la selectividad del arte cuando se usa solo
un arte de pesca. Por otra parte, según JiménezValverde & Hortal (2003), el porcentaje mínimo de
especies muestreadas para que un análisis sea válido
para hacer inferencias a nivel ecosistémico, debe ser del
70% de las especies esperadas, cifra que fue superada
en este trabajo (71,9%).
El presente estudio muestra la comunidad de peces
dominada por las familias Carangidae y Sciaenidae. Este
comportamiento se asocia con el ciclo biológico de
algunas especies; como es el caso de los carángidos,
que en su etapa juvenil penetran a ríos y lagunas como
etapa de su ciclo de vida (Castro-Aguirre et al., 1999).
En cuanto a los sciaénidos se debe a las características
del hábitat, ya que son más frecuentes en ambientes
someros, lodosos y arenosos (Myers, 1960), caracte-
94
rísticas de la laguna costera Las Guásimas (ChávezLópez & Álvarez-Arellano, 2006). Esta misma
dominancia también fue observada por CastellanosGalindo et al. (2013), que encontraron el predominio de
estas dos familias en ocho ambientes estuarinos con
áreas de manglar del Pacífico Oriental Tropical (POT).
El número de especies reportadas para Las Guásimas
por Yépiz-Velázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010),
Ontiveros-Granillo (2011) y este estudio, muestran el
segundo mayor inventario para una laguna de la costa
oriental del Golfo de California, ya que Amezcua et al.
(2006) reportaron 173 especies en Santa María la
Reforma, región suroriental del Golfo de California.
Las especies observadas en Las Guásimas, son de
fondos blandos y ambientes tropicales que utilizan la
laguna con fines de protección, alimentación y crianza
(Vasconcelos et al., 2011). Estas características causan
diferencias en la riqueza con otras zonas del Golfo de
California, debido a que un ecosistema con características diferentes juega un papel importante en la
diversidad específica (Galván-Magaña et al., 2000). El
área de estudio carece de hábitats rocosos y coralinos,
lo cual restringe el asentamiento de especies de
ambientes pedregosos, tales como blenidos, labrisómidos, y góbidos entre otros, por lo que se considera un
filtro faunístico (Castro-Aguirre et al., 1995), que
disminuye la riqueza de las especies.
El número de especies endémicas observadas (3),
como Micropogonias megalops, Pleuronichthys
ocellatus (Palacios-Salgado et al., 2012) y Leuresthes
sardina, es bajo si se considera que en el Golfo de
California existen 92 especies endémicas (Thomson et
al., 2000). Es poco probable que las especies endémicas
sean recurrentes en este ecosistema, debido a que los
fondos lodosos y arenosos tienen menos elementos
endémicos en comparación con los fondos rocosos,
observándose que las familias restringidas a estos
hábitats son: Scianidae, Rhinobatidae, Urolophidae,
Clupeidae, Engraulidae, Achiridae, Mugilidae,
Gerreidae y Centropomidae (Castro-Aguirre et al.,
1995), explicando así la dominancia de las familias
Sciaenidae, Carangidae, Gerreidae y Engraulidae (Fig.
3), además las especies de estuarios presentan distribución
amplia y continua (Castro-Aguirre et al., 1994).
Las divisiones biogeográficas utilizadas en este
estudio, siguieron lo propuesto por Briggs (1974), que
el Golfo de California es una provincia independiente
denominada Provincia de Cortés (equivalente a las
sinus-californiana de Castro-Aguirre, 1983), debido a
sus características peculiares que como consecuencia
indica la formación de conjuntos ictiofaunísticos muy
singulares, tanto en su origen como en su composición
específica (Castro-Aguirre et al., 1995). La eliminación
de los filtros faunísticos como la brecha de Sinaloa y la
Figura 3. Dominancia de las familias de peces en relación
al número de especies.
Figura 4. Curva de acumulación de especies de peces
observadas (riqueza observada) y curvas de riqueza de
especies estimadas con los modelos no parametricos de
Chao2 y Jacknife2.
Figura 5. Porcentaje de afinidad biogeográfica de los
peces de laguna Las Guásimas Sonora.
de América central y la unificación de la Mexicana y
Panámica se debe a lo señalado por Robertson &
Cramer (2009), argumentando que algunos subconjuntos de la fauna íctica están vinculados tanto al norte
con la Provincia de Cortés y al sur con la Provincia
Panámica y el número de especies endémicas locales en
la Provincia Mexicana son pocas, reflejando la escasez
de especies endémicas locales y la presencia de especies
con amplia distribución, coincidiendo con lo observado
Figura 6. Frecuencia porcentual por nivel de a) vulnerabilidad y b) resiliencia de las nuevas especies registradas
en este estudio y de las especies ausentes registradas en
estudios previos en la laguna Las Guásimas, Sonora.
en este trabajo, donde la proporción de especies de
amplia distribución fue alta.
Las tres investigaciones previas de peces en esta
localidad aportan en total 107 especies, de las cuales 45
especies no se observaron en esta investigación, por lo
tanto es probable que estas especies ya no frecuentan la
laguna, una potencial explicación podría tener relación
con cambios ambientales (De la Cruz-Agüero et al.,
1994), o bien con cambios en el ecosistema derivados
de actividades antropogénicas (Arellano-Martínez et
al., 1996), las cuales ocasionarían cambios en el hábitat
de las especies. En el caso de la laguna costera Las
Guásimas, las actividades que pudieran influir son la
pesca efectuada en la laguna y la acuicultura
desarrollada en sus márgenes que vierte sus residuos al
ecosistema. Por otra parte, durante el tiempo que
transcurrió entre los muestreos efectuados por YepizVelázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010) y
Ontiveros-Granillo (2011) y los aquí reportados, en los
márgenes de la laguna se incrementó sustancialmente
los asentamiento urbanos, específicamente de la tribu
Yaqui, que por su precaria condición económica,
cuenta con escasa infraestructura para el manejo de
residuos urbanos.
Las 45 especies obtenidas por Yépiz-Velázquez
(1990), Rodríguez-Félix (2010) y Ontiveros-Granillos
95
(2011), mostraron vulnerabilidades de moderadas a
altas, estando por lo tanto más expuestas a perturbaciones. Queda por definir las causas de la potencial
desaparición de especies en la laguna o si su ausencia
es resultado de la dinámica del ecosistema, además de
las características biológicas de las especies (Pessanha
et al., 2003). Por otra parte, resalta el hecho de que el
84% de las especies que se reportan como nuevos
registros en el área tienen vulnerabilidades moderadas
a muy altas, destacando la importancia de la laguna
como área de protección y crianza de estas especies
vulnerables.
A pesar que Las Guásimas fue decretada como sitio
RAMSAR en 2008, desde su declaratoria no se han
observado cambios en el control y cuidado del área que
ayuden a la preservación de las especies que dieron
origen a la declaratoria (aves y manglares, entre otros),
hecho que se traduciría necesariamente en cuidado al
ecosistema completo, lo cual pudo coadyuvar a reducir
la abundancia de las especies que no aparecieron en los
muestreos.
La proporción de especies con mayor vulnerabilidad
y baja resiliencia en trabajos previos influyó en que
estas no se registraran en este estudio. Este comportamiento de baja resiliencia y mayor vulnerabilidad está
relacionado, pues Cheung et al. (2005) mencionan que
los niveles de resiliencia determinarán la vulnerabilidad
de las especies, es decir que a menor resiliencia la
vulnerabilidad será mayor. El mayor porcentaje de
especies observadas en esta investigación fueron de
distribución amplia, con escaso endemismo, coincidiendo con Castro-Aguirre et al. (2005) quienes
mencionan que las lagunas costeras son zonas no
propicias para el endemismo debido a que son sistemas
altamente variables ambientalmente.
AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue financiada por el proyecto de
Ciencia Básica CONACYT CB-2008-01-000000
000106787 y el proyecto SEMARNAT-CONACYT
249458. Jesús Padilla es becario CONACYT. A Eloísa
Herrera Valdivia del Laboratorio de Pesquería del
CIBNOR Guaymas, donde fueron analizadas las
muestras. FGM agradece al Instituto Politécnico
Nacional por el apoyo de becas de investigador
(COFAA, EDI).
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 99-112, 2016Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido
Research Article
Crecimiento, supervivencia e influencia de factores ambientales en tres
cohortes de la ostra perla Pinctada imbricata, en cultivo suspendido en el
Golfo de Cariaco, Venezuela
Eileen Pérez1,2, César Lodeiros2,3, Dulce Semidey2, Eduardo Uribe4 & Luis Freites2
1
Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas, Nueva Esparta
Ministerio del Poder Popular para la Agricultura y Tierras, Porlamar, Venezuela
2
Laboratorio de Acuicultura, Instituto Oceanográfico de Venezuela
Universidad de Oriente, Cumaná, Venezuela
3
Escuela Superior Politécnica del Litoral, Centro Nacional de Acuicultura e Investigaciones Marinas
Guayaquil, Ecuador
4
Departamento de Acuicultura, Universidad Católica del Norte, Sede Coquimbo, Chile
Corresponding author: César Lodeiros ([email protected])
RESUMEN. Se evaluó el crecimiento y supervivencia de ejemplares de la ostra perla Pinctada imbricata
(semillas de 16-24 mm de longitud antero-posterior de la concha) pertenecientes a tres cohortes (CI, CII y CIII)
durante tres períodos ambientales diferentes, en cultivo suspendido en el Golfo de Cariaco, Venezuela. Los
cultivos se realizaron en cestas japonesas suspendidas en una línea a 2-3 m de profundidad. La CI fue cultivada
de octubre 2007 a abril 2008 (comprende periodos de surgencia y relajación), la CII de junio 2008 a febrero
2009 (dominado por la relajación de la surgencia costera) y la CIII de febrero a julio 2009 (dominado por
surgencia costera). Mensualmente se registró el número de gasterópodos del género Cymatium reclutados en las
cestas, longitud de la concha, supervivencia de las ostras, masa de la concha, músculo, resto de tejidos y
organismos incrustantes (fouling) en las conchas. La temperatura del agua se registró continuamente, mientras
que la salinidad, clorofila-a, seston y oxígeno disuelto fue quincenalmente. Los resultados sugieren que las
variables que afectaron significativamente la tasa de crecimiento, fueron la temperatura y disponibilidad de
alimento, mientras que la disminución de la supervivencia se asoció a la incidencia de Cymatium spp. Las
mayores tasas de crecimiento y supervivencia se observaron en los ejemplares cultivados en el periodo de
surgencia costera (CIII), caracterizado por alta disponibilidad fitoplanctónica y baja temperatura.
Palabras clave: cultivo de bivalvos, temperatura, fitoplancton, surgencia costera, Cymatium, Mar Caribe.
Growth, survival and environmental effects on three cohorts of the pearl oyster
Pinctada imbricata, under suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela
ABSTRACT. The growth and survival of individuals of the pearl oyster Pinctada imbricata (spats of 16-24
mm antero-posterior shell length) belonging to three different cohorts (CI, CII and CIII) were evaluated in
suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela, during three contrasting environmental periods. The cultures
were made in pearl nets suspended at 2-3 m from a long line. Cohort CI was cultured from October 2007 to
April 2008 (covering the period of stratification and upwelling waters of the area), the CII from June 2008 to
February 2009 (dominated by the remission of the coastal upwelling and the start of the same) and the CIII from
February 2009 to July 2009 (coastal upwelling period). Monthly determinations included the number of
gastropods of the genus Cymatium spp., recruited in the culture baskets, shell length, oyster survival, and mass
of the shell, muscle and other tissues, as well as, the fouling mass on the shells. Water temperature was
continuously recorded, while salinity, chlorophyll, and dissolved oxygen seston biweekly. Results obtained from
the different cohorts studied suggest that the variables that significantly affect growth rates were temperature
and food availability, whereas the survival rate was inversely associated with incidence of Cymatium spp. The
highest rates of growth and survival were observed in individuals of P. imbricata that were grown in the
influenced by coastal upwelling period (CIII). This evidence suggests that at this period characterized by higher
availability of phytoplanktonic food and low temperatures is the most suitable for the cultivation of the P.
imbricata in the southeastern Caribbean.
Keywords: bivalve culture, temperature, coastal upwelling, temperature, phytoplankton, Cymatium, Caribbean
Sea.
____________________
Corresponding editor: Sergio Palma
99
100
INTRODUCCIÓN
Desde tiempos de la conquista de América la ostra perla
Pinctada imbricata (Röding, 1798) constituyó un
recurso marino que fue objeto de desmedida extracción
para la obtención de perlas, lo cual provocó el agotamiento de la mayoría de los bancos naturales del Mar
Caribe (Cervigón, 1997). Este recurso fue explotado
para la obtención de perlas hasta mediados del siglo
pasado, cuando el interés cambió para el consumo de su
carne. En la actualidad, en algunas comunidades de la
zona costera de Venezuela (oriente y occidente) el
recurso representa cierta importancia socioeconómica
como sustento, por cuanto su producción anual alcanza
a 800 ton, provenientes principalmente del banco de
Isla de Cubagua, Estado Nueva Esparta que presenta
signos de sobrexplotación y desplazamiento por
colonización de la pepitona Arca zebra (Lodeiros &
Prieto, 2013).
Pinctada imbricata es una de las especies con
mayor interés para su cultivo en el Caribe (Lovatelli &
Sarkis, 2011), particularmente en Colombia y
Venezuela, donde algunos estudios muestran su
factibilidad bioló-gica para lograrlo (Velasco et al.,
2008; Lodeiros & Freites, 2008). El cultivo a mediana
escala podría ser sustentado con semillas y juveniles
recolectados a partir de sustratos artificiales, donde se
ha observado reclutamientos de cierta importancia
(Jiménez et al., 2000). No obstante, para una
producción masiva se necesita la obtención de semillas
con reproducción inducida en condiciones controladas.
En cualquiera de los casos, la optimización del
crecimiento en condiciones de cultivo exterior es clave
para la producción sostenida de esta especie (Lodeiros
et al., 2011; Lodeiros & Prieto, 2013).
El bivalvo P. imbricata es dioico, con individuos
protándricos, su reproducción es asincrónica con
actividad durante casi todo el año (Marcano, 2005;
León et al., 1987). En el Caribe los porcentajes mayores
de individuos maduros se han observado en los
períodos de marzo-abril y de junio-septiembre,
mientras que los períodos de mayor intensidad de desove
ocurren en mayo-junio, septiembre-octubre y diciembrefebrero. Por lo tanto, se considera que es una especie
con una estrategia reproductiva oportunista o
conservadora, dependiendo de la disponi-bilidad
trófica, característica de varias especies de bivalvos
tropicales (Freites et al., 2014).
Uno de los principales problemas que han enfrentado
los estudios para determinar la factibilidad biológica
del cultivo de varias especies de bivalvos en el Mar
Caribe, ha sido la incidencia de algunas especies de
gasterópodos depredadores de la familia Rannellidae (=
Cymatidae), que han causado importantes mortalida-
des en bivalvos cultivados, como Euvola ziczac (Freites
et al., 2000), Pinna carnea (Narváez et al., 2000;
Velasco & Borrero, 2004), Crassostrea rhizophorae
(Núñez et al., 2010; Malavé et al., 2012b) y Pinctada
imbricata (Lodeiros et al., 2002; Semiday et al., 2010;
Malavé et al., 2012a). Esto se debe a que algunas
especies de la familia Ranellidae presentan una etapa
planctónica en su desarrollo temprano, característica
que les permite acceder a las cestas de cultivo
suspendidas en la columna de agua, desarrollando allí
su capacidad depredadora (Malavé et al., 2012a).
De manera general, se tiene establecido que los
mares tropicales, como el Mar Caribe, son sistemas
oligotróficos. No obstante, en algunas zonas costeras
donde existe un aporte orgánico y nutrientes
provenientes de descargas de ríos o procesos de surgencia
costera asociados a los vientos alisios, producen un
aumento en la producción, como sucede en el noreste
venezolano (Miloslavich & Klein, 2008), alcanzando
valores >231 mg C m-2 (Mandelli & Ferráz-Reyes,
1982). Durante el periodo de surgencia que domina la
primera mitad del año (enero-julio), la temperatura
varía de 21-25ºC y el fitoplancton es muy superficial,
con mayor densidad en los primeros 20 m y máximos
de 300 cel mL-l, pero en ocasiones se han registrado
hasta 2600 cel mL-l, siendo los máximos de clorofila-a
superficial de 8 µg L-1 (Varela et al., 2003). En
contraste, el periodo de relajación de la surgencia
costera (agosto-noviembre), se caracteriza por la
estratificación de la columna de agua, baja productividad
primaria y altas temperaturas (26-29ºC) (Mandelli &
Ferráz, 1982; Ferráz-Reyes, 1989).
Debido a la variabilidad ambiental que ocurre en el
sureste del Caribe, los procesos fisiológicos de muchos
invertebrados marinos se ven afectados, en particular
los moluscos bivalvos (Lodeiros & Himmelman, 1994,
2000). Por lo tanto, se puede esperar que las cohortes
de P. imbricata reclutadas en diferentes periodos del
año estarían influenciadas de distinta manera por los
parámetros ambientales que modulan el crecimiento de
los moluscos bivalvos, como temperatura y disponibilidad trófica. En el presente estudio se evaluó el
crecimiento y supervivencia de tres cohortes de la ostra
perla P. imbricata cultivadas en periodos con
condiciones ambientales contrastantes.
Las semillas de P. imbricata se recolectaron manualmente de diferentes mallas de remplazo que fueron
colocadas como parte del mantenimiento de jaulas de
cultivo experimental de peces, instaladas en la bahía de
Charagato, Isla de Cubagua, Venezuela, en tres
periodos diferentes del año (10 octubre 2007, 16 junio
Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido
2008 y 27 febrero 2009), en que se establecieron tres
cohortes experimentales (CI, CII y CIII). El mismo día
de la colecta se transportó cada cohorte vía marítima
hasta la Estación Hidrobiológica de Turpialito, Instituto
Oceanográfico de Venezuela, Universidad de Oriente,
Estado de Sucre, para establecer el cultivo en la
ensenada de Turpialito, Golfo de Cariaco (10º26’56”N,
64º02’00”W).
Antes del inicio de cada bioensayo, las semillas de
las diferentes cohortes se mantuvieron durante 8 días en
cestas perleras japonesas (pearl nets; 35×35×40 cm)
para su aclimatación. Estas cestas se suspendieron en
una línea de cultivo (long line) a 2-3 m de profundidad.
Posteriormente, los individuos de cada cohorte se
seleccionaron por talla para obtener un grupo más
homogéneo y así minimizar las diferencias al inicio de
los experimentos (CI: 16,8 ± 1,96; CII: 16,9 ± 1,55 y
CIII: 24,6 ± 2,24 mm de longitud de la concha). En
todos los bioensayos se utilizó un criterio de siembra
del 25-30% de la base de la cesta, según lo
recomendado por Ventilla (1982), que para los
individuos de rango de talla de 15-25 mm correspondió
a 60 ind/cesta para CIII y 130 ind/cesta para CI y CII.
En un total de 15 cestas por cohorte se colocaron 3900
individuos (CI y CII) y 915 individuos (CIII). La
disminución de la densidad del cultivo (desdoble) se
realizó mensualmente siguiendo el mismo criterio de
ocupación inicial de la base de la cesta.
El cultivo experimental de la CI se desarrolló de
octubre 2007 a abril 2008, abarcando el final del
periodo de estratificación de la columna de agua y parte
del periodo de surgencia continua en la región. La CII
se desarrolló de junio 2008 a febrero 2009, incluyendo
el periodo completo de estratificación e inicio de
surgencia costera, y la CIII el periodo de febrero-julio
2009, durante casi la totalidad del periodo de surgencia
costera.
Mensualmente se extrajeron tres réplicas o cestas de
cada cohorte experimental. El crecimiento se determinó
en una submuestra de 10 a 15 ejemplares colectados al
azar en cada réplica, a los cuales se les extrajeron los
epibiontes y se les midió la longitud de la concha en su
eje antero-posterior máximo con un vernier digital
Mitutoyo (0,01 mm de precisión). Mediante la
deshidratación en una estufa a 60-70ºC por 72 h se
determinó la masa seca de la concha, músculo y resto
de tejido con una balanza analítica (0,0001 g de
precisión).
El porcentaje de ostras vivas en cada muestreo
(supervivencia) se determinó en cada réplica. Los
individuos muertos y muestreados fueron sustituidos
por aquellos que fueron mantenidos en 10 réplicas
colocadas para este fin. Estas cestas se mantuvieron en
101
idénticas condiciones que las réplicas experimentales
(densidad, tipo de cesta, profundidad, desdobles, etc.).
Para evaluar la influencia de los parámetros
ambientales sobre el crecimiento y supervivencia, se
registró la temperatura de manera continua cada 30 min
utilizando termógrafos electrónicos (Sealog, Vemco
Ltd., Halifax, Canadá) sumergidos a 2 m, en paralelo
con los cultivos. El resto de los parámetros ambientales
se determinó quincenalmente. Para ello se tomaron
muestras de agua por triplicado con una botella Niskin
de 2 L a la profundidad del cultivo. Se utilizaron
submuestras de agua para determinar el contenido de
oxígeno disuelto por el método de Winkler (Strickland
& Parson, 1972) y la salinidad se midió con un
refractómetro Atago S/Mill: 0-100.
El resto de agua de mar de cada réplica se filtró con
un tamiz de 153 µm, para eliminar el macroplancton.
Luego se trasladó al laboratorio en contenedores de
plástico opaco de 2 L, donde se filtró al vacío con filtros
Whatman GFF (0,7 µm de diámetro de poro), con un
equipo Millipore. Luego se lavó el filtro con la muestra
con formiato de amonio al 3% para eliminar las sales.
Estos filtros fueron deshidratados a 60ºC por 24 h para
determinar el seston total, orgánico e inorgánico por
métodos gravimétricos. La biomasa fitoplanctónica se
estimó mediante la concentración de clorofila-a,
siguiendo el método espectrofotométrico (Strickland &
Parson, 1972).
Los organismos incrustantes definidos como los
epibiontes y material depositado en la concha del
bivalvo fouling, se consideraron como un factor biótico
ambiental. Se retiraron mensualmente de la concha para
determinar su masa seca mediante deshidratación en
una estufa a 60ºC por 72 h. Además, en cada cesta de
cultivo se registró el número de Cymatium spp.,
gasterópodos que han sido caracterizados como
depredadores de bivalvos en la región (Freites et al.,
2000; Malavé et al., 2012).
A partir de los incrementos intermensuales en la
longitud de la concha de las réplicas experimentales de
cada cohorte, se determinaron los parámetros K
(velocidad de crecimiento) y L∞ (longitud infinita) por
el método de Fabens (1965), para determinar el
parámetro de desempeño ’ (Phi prima), que integra K
y L∞ en la relación de ’= log K + 2 Log L∞, utilizada
como un índice de condición de crecimiento en peces e
invertebrados marinos (Pauly & Munro, 1984). Tanto
’, como las tasas de crecimiento y supervivencia al
final del experimento, se analizaron mediante un
ANOVA simple, considerando las cohortes como factor
(Zar, 1984). A las variables que presentaron diferencias
significativas se aplicó un análisis a posteriori de
Duncan. La normalidad y homogeneidad de varianzas
fueron previamente determinadas (observación gráfica
102
de la dispersión de residuales). Para estimar la
condición de los organismos en las diferentes cohortes
se realizaron regresiones entre la longitud de la concha
y la masa de tejidos somáticos (resto de tejidos y
músculo), utilizando todos los organismos. Las
pendientes de cada una de las regresiones fueron contrastadas mediante las comparaciones de pendientes,
siguiendo las recomendaciones en Zar (1984). Para
todos los análisis y pruebas estadísticas se utilizó la
probabilidad de P = 0,05.
Para identificar la influencia de los parámetros
ambientales sobre el crecimiento se realizó un análisis
de regresión múltiple, determinando modelos descriptivos de los parámetros de crecimiento (componentes
del cuerpo), expresados como la tasa de crecimiento
específica en cada periodo de muestreo en función de
los parámetros ambientales (variables independientes),
expresados como la media en el periodo de muestreo.
En este análisis se utilizaron regresiones paso a paso o
“stepwise”, para cada parámetro de crecimiento,
siguiendo las recomendaciones de Hair et al. (1992).
Previamente, para determinar los parámetros ambientales
que tuvieron mayor influencia sobre el crecimiento y
biomasa de las ostras, se realizaron matrices de
correlación parcial y solamente las variables significativamente correlacionadas (Pearson, P ˂ 0,05) con cada
parámetro de crecimiento se utilizaron para la regresión
paso a paso.
RESULTADOS
Dimensión de la concha
La cohorte CII estuvo expuesta al periodo más extenso
de cultivo (8 meses) y los individuos presentaron el
menor incremento en la longitud de la concha (0,13 mm
día-1), mientras que los individuos de las CI y CIII
mostraron valores de 0,18 mm día-1 (6 meses de
cultivo) y 0,15 mm día-1 (5 meses de cultivo). Sin
embargo, estas diferencias no fueron significativas (P ˃
0,05). Los individuos de la CII mostraron un
estancamiento del crecimiento de agosto a mediados de
diciembre 2008 (0,04 mm día-1), pero en los últimos dos
meses de cultivo (fines de diciembre 2008-febrero
2009), el crecimiento fue progresivo, presentando
incrementos mayores a los reportados en los meses
anteriores (0,25 mm día-1). Contrariamente, los
individuos de la CIII comenzaron su crecimiento con
tasas elevadas, pero al final del periodo (mediados de
mayo-julio 2009) presentaron una disminución en el
incremento de la longitud (0,015 mm día -1). Los
individuos de la CI crecieron de forma continua durante
todo el periodo cultivo (octubre 2007-abril 2008). Al
final de cada periodo de crecimiento, las cohortes CI,
CII y CIII alcanzaron tallas de 49,6 ± 3,77; 50,7 ± 2,37
y 49,1 ± 1,33 mm, respectivamente (Fig. 1).
La CIII presentó el mayor índice de desempeño de
crecimiento (Φʹ) con un valor medio entre las réplicas
de 4,8 ± 0,07, presentando el crecimiento más rápido en
longitud desde el inicio del cultivo. Este valor fue
significativamente mayor (P ˂ 0,05) al de las cohortes
CI y CII (4,5 ± 0,17 y 4,1 ± 0,52 mm).
Masa seca de la concha y de los tejidos blandos
Contrariamente a lo descrito para la longitud de la
concha, las cohortes CII y CIII presentaron diferencias
significativas en sus incrementos en masa (P ˂ 0,05),
con valores de 0,02 y 0,04 g día-1 respectivamente. El
aumento en masa de la concha de la CIII se manifestó
durante todo el periodo de cultivo (Fig. 2). En forma
similar a las variaciones observadas en los incrementos
de longitud de la concha, se observó un menor
incremento en peso de la concha en los individuos de la
CII, con promedio de 0,006 g día -1 de agosto a
mediados de diciembre 2008. Las ostras de la CII
alcanzaron la menor masa de la concha (5,3 ± 0,68 g),
respecto a las CIII y CI, con valores de 6,9 ± 0,17 y 6,3
± 0,62 g, respectivamente.
El patrón de crecimiento de la masa del resto de
tejidos se correlacionó significativamente con el
músculo (P ˂ 0,05; r = 0,43), durante los periodos de
cultivo de las diferentes cohortes. La biomasa del resto
de los tejidos y del músculo de los individuos de las
diferentes cohortes (Figs. 3a-3b), mostró diferencias
significativas en el incremento del crecimiento durante
los tres periodos de cultivo (P ˂ 0,05). Al final del
estudio, los individuos de las CI y CIII presentaron
masas superiores en ambos tejidos. Así la CIII presentó
los mayores valores (0,6 ± 0,04 g resto de tejidos y 0,2
± 0,01 g músculo); seguida por la CI (0,4 ± 0,02 g resto
de tejidos y 0,2 ± 0,01 g músculo), mientras que la CII
presentó los menores valores (0,3 ± 0,09 g resto de
tejidos y 0,1 ± 0,01 g músculo).
Al evaluar la relación entre la longitud de la concha
y la masa de tejidos (músculo y resto de tejidos) del
total de las ostras colectadas para cada cohorte, se
encontró una regresión lineal significativa (P < 0,05) y
positiva en todas las relaciones. Las pendientes (b) de
la relación longitud de la concha respecto a la masa de
los tejidos fueron significativamente diferentes (tStudent, P ˂ 0,05) en las tres cohortes, manteniendo
la relación de mayor a menor valor de CIII>CI>CII
con coeficientes de 0,51; 0,28 y 0,09 respectivamente.
Tasa de supervivencia
La cohorte CIII tuvo una tasa de supervivencia mensual
elevada con valores de 90-100%, mientras que las CI y
CII presentaron una disminución de la supervivencia
desde el inicio del cultivo, con aumentos en algunos
103
Figura 1. Longitud del eje antero-posterior máximo de la concha de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata,
cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
Figura 2. Masa seca de la concha de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata, cultivadas en la Estación de
Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
meses de estudio (Fig. 4). La CI presentó una marcada
caída de la supervivencia a mediados de diciembre
2007, entre enero y mediados de febrero 2008 y marzo
2008, con el menor valor de supervivencia en marzo (26
± 1,2%). La CII presentó una leve disminución de la
supervivencia desde el inicio del cultivo en junio hasta
mediados de agosto 2008 (de 100% a 82%), luego en
noviembre 2008 y al final del experimento (febrero
2009), momento en que presentó los menores valores
de 52 ± 5,1 y 40 ± 3,6%, respectivamente.
Factores ambientales
Durante los primeros meses de cultivo de la cohorte CI
(octubre 2007-marzo 2008), los epibiontes se
mantuvieron bajos 1,8 ± 0,76 g; pero al final del periodo
(abril 2008) se observó un aumento abrupto de 7,2 ±
2,34 g (Fig. 6). En contraste, la CII presentó valores
muy bajos (1,1 ± 0,22 g) durante todo el periodo de
cultivo, mientras que la CIII presentó valores intermedios, que no superaron 4,5 ± 1,34 g. Al final del
experimento, todas las medias de las cohortes fueron
significativamente diferentes (P < 0,05).
La incidencia del gasterópodo Cymatium spp., se
observó en las cestas de cultivo de todas las cohortes
(Fig. 5). Durante el periodo de crecimiento de la CI, se
observó una alta incidencia de Cymatium spp. (21
ind/cesta), específicamente en diciembre 2007,
presentando una notable incidencia comparativamente
con la CII y CIII. Después de dos meses (marzo 2008)
se registraron solo 2 ind/cesta. La supervivencia de las
104
Figura 3. Variabilidad en a) la masa seca del resto de tejido somático y b) músculo de las cohortes CI, CII y CIII de P.
imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
Figura 4. Supervivencia de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo
de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
ostras disminuyó notablemente en dos oportunidades,
la primera, un mes después de registrado el mayor número de Cymatium spp. (enero 2008) y la segunda
durante marzo 2008, cuando se registró un nuevo
aumento en el número de depredadores. Durante los
periodos de cultivo de las CII y CIII se cuanti-
105
Figura 5. Presencia del gasterópodo Cymatium spp. (individuos/cesta) durante los periodos de cultivo de las cohortes CI,
CII y CIII de P. imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
Figura 6. Variaciones en la masa de epibiontes fijados sobre las conchas fouling de P. imbricata, de las cohortes CI, CII y
CIII cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
ficó un máximo mensual de 2-3 ind/cesta. No obstante,
a pesar de esta relativa baja incidencia de depredadores,
la supervivencia de P. imbricata disminuyó de manera
marcada, en presencia de éstos.
La temperatura registrada durante los dos primeros
meses de cultivo de la cohorte CI fue elevada (octubre
y noviembre 2007), con temperaturas >28ºC (Fig. 7a),
luego disminuyó gradualmente hasta mediados de
mayo y abril 2008, cuando se registraron las menores
temperaturas (22-23ºC). Durante el periodo de
crecimiento de CII, la temperatura se mantuvo entre
25,7 y 26,4°C desde agosto a diciembre 2008, luego
comenzó a descender progresivamente hasta 23,8ºC en
febrero 2009. A partir de este mes, se inició el periodo
de cultivo de la cohorte CIII con temperaturas bajas
(23,3-24,6ºC) hasta junio 2009 y un aumento en julio a
26,1ºC.
La salinidad mostró escasa variabilidad durante los
periodos de cultivo de las cohortes, manteniéndose
entre 35 y 38 (Fig. 7b). La concentración de oxígeno
disuelto fluctuó entre 4 y 8 mg L-1 (Fig. 7c), observándose las menores concentraciones (<5 mg L-1) durante
el período de estratificación de la columna de agua. En
cambio en las épocas frías (surgencia) los valores de
oxígeno fueron >7 mg L-1.
Los valores de clorofila-a mostraron una asociación
negativa con la temperatura, durante los cuatro
primeros meses del periodo de muestreo de la cohorte
CI y se mantuvieron bajo 0,52 µg L-1 hasta fines de diciembre 2007. Posteriormente, en marzo aumentaron
106
Figura 7. Variabilidad de a) temperatura, b) salinidad y c) concentración de oxígeno disuelto en la Estación de Turpialito,
Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.
hasta 1,72 µg L-1 y en abril disminuyeron a 0,75 µg L-1
(Figs. 7a-8a). Durante el periodo de crecimiento de la
CII la clor-a se mantuvo baja (0,05 y 0,43 µg L-1) desde
junio 2008 a enero 2009, pero a fines del cultivo
(febrero 2009), se incrementó rápidamente hasta 0,72
µg L-1. Posteriormente, de febrero a abril 2009 (periodo
de cultivo de la cohorte CIII), la clor-a alcanzó
máximos de 1,02 µg L-1 en marzo.
El seston total (orgánico e inorgánico) mostró un
comportamiento variable durante el periodo de cultivo.
Durante el cultivo de la CI se estimaron valores de 6 a
24 mg L-1 con máximos en noviembre 2007, febrero y
abril 2008; sin embargo, mantuvo menor variabilidad
con valores de 1 a 6 mg L-1 (Fig. 8b). Durante el cultivo
de la CII, el seston total fluctuó de 6-28 mg L-1,
mientras que el seston orgánico fue de 1 a 11 mg L -1.
Durante el cultivo de la CIII se registraron los mínimos
de seston total (0,7 mg L-1) a fines de junio 2009,
aunque a fines de abril se obtuvieron valores de hasta
20 mg L-1. El seston orgánico durante este periodo, no
fue registrado debido a errores en la manipulación de
las muestras.
Relación entre los factores ambientales y los
parámetros de crecimiento
Los modelos desarrollados por los análisis múltiples de
la variabilidad de las tasas de crecimiento provenientes
de todas las cohortes, en función de las variables
ambientales, indicaron que la disponibilidad de
alimento (clor-a y seston total), explicó la mayor
variabilidad en el crecimiento, otros factores, aunque
no incluidos en todos los modelos, fueron los
organismos incrustantes y la temperatura, ambos con
coeficientes negativos (Tabla 1).
107
Figura 8. Variabilidad de a) clorofila-a, b) seston total y orgánico en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado
Sucre, Venezuela.
DISCUSIÓN
El incremento diario de la longitud de la concha no
mostró diferencias significativas entre las cohortes
estudiadas. No obstante, estas diferencias se observaron
en la integración de su tasa de crecimiento y la longitud
asintótica esperada de las curvas de crecimiento de
estas cohortes, parámetros que fueron establecidos a
través del índice de desempeño del crecimiento Φʹ. Este
índice mostró comportamientos diferentes para cada
cohorte, que claramente fue afectado por el momento
en que se realizó la siembra y las condiciones
ambientales presentes durante su cultivo. Durante el
periodo de surgencia costera, se desarrollaron las
condiciones más favorables debido a las bajas
temperaturas y alta disponibilidad de alimento, y las
menos favorables fueron en el período de
estratificación de la columna debido a las mayores
temperaturas y baja disponibilidad de alimento. La
temperatura es uno de los factores fundamentales que
influyen en las tasas fisiológicas, crecimiento y
mortalidad de la ostra perlera (Yukihira et al., 2000),
debido a que es una importante variable exógena que
afecta el funcionamiento fisiológico de los organismos
poiquilotermos (Newell & Branch, 1980, Bayne &
Newel1, 1983). La relación entre el aumento de la
disponibilidad de fitoplancton y el incremento en las
tasas de crecimiento ha sido observada en muchos
bivalvos cultivados en aguas tropicales como el Golfo
de Cariaco (Lodeiros & Himmelman, 1994; Vélez et
al., 1995) y la Bahía de Mochima (Mengual et al.,
2011), así como en aguas templadas (Bernard, 1983;
Bayne & Newell, 1983; Griffiths & Griffiths, 1987;
Thompson & MacDonald, 1991). Así, los bajos valores
en la tasa de crecimiento de la masa de P. imbricata se
registraron de julio a diciembre, periodo con altas
temperaturas y baja disponibilidad fitoplanctónica,
asociada a una estratificación en la columna de agua,
sugiriendo una elevada demanda metabólica causada
por las mayores temperaturas. Esta condición no pudo
ser compensada por el alimento debido a su escasa
disponibilidad, y en consecuencia conlleva a una menor
formación de tejidos.
La cohorte CIII con un Φʹ = 4,8 mostró un crecimiento de mayor desempeño debido a un prolongado
desarrollo en la época de surgencia y por tanto, mayor
disponibilidad trófica. La CI con un Φʹ= 4,5 mantuvo
un crecimiento intermedio debido a que su desarrollo
se efectuó durante el período de estratificación; no
obstante, aprovechó el corto periodo de surgencia
acontecida al final de su periodo experimental. En
contraste, la CII presentó el menor índice (Φʹ= 4,1)
como consecuencia de un crecimiento relativamente
108
Tabla 1. Modelo del análisis de regresión múltiple “stepwise” que describe la relación entre la tasa de crecimiento especifica
de la longitud de la concha, masa de la concha, resto de tejidos somáticos y músculo de Pinctada imbricata de todas las
cohortes cultivadas y las variables ambientales. Clor-a: clorofila-a, Seston T: seston total, Temp: temperatura, r 2: coeficiente
de regresión.
Parámetros de crecimiento
Modelo
r2
P
Longitud de la concha
Masa seca del resto de tejidos
Masa seca del músculo
-0,01 + 1,93 (Clor-a) + 0,72 (incrustante)
-0,37 + 2,09 (Clor-a)
8,15 - 0,47 (Seston T) - 5,02 (Temp)
22
18
27
0,010
0,007
0,003
lento debido a que esta cohorte se cultivó durante el
periodo de estratificación. Estos resultados concuerdan
con los obtenidos por Lodeiros et al. (2002) en
poblaciones de cultivo y Marcano et al. (2005) en
poblaciones naturales, que obtuvieron un incremento en
el crecimiento de los individuos durante el periodo de
surgencia costera por el aumento de fitoplancton.
Además, Lodeiros & Himmelman (2000) mostraron
que la concentración de clor-a fue un buen predictor del
crecimiento para la cohorte del pectínido Euvola ziczac,
cultivado en pleno periodo de surgencia costera en la
misma zona de estudio.
Las tasas de crecimiento de las cohortes de Pinctada
imbricata cultivadas en el Golfo de Cariaco resultaron
mayores a las de poblaciones naturales del Caribe,
como la de Guamachito en la Península de Araya (Φʹ=
4,0) y la Guajira Colombiana (Φʹ= 3,8) (Urban, 2000;
Marcano et al., 2005) e incluso mayores a las
reportadas por Verginelli & Prieto (1991) en la
población de Pariche (Φʹ= 4,0), Golfo de Cariaco. Estos
resultados sugieren que las condiciones presentes en el
cultivo suspendido son más favorables para el
crecimiento de P. imbricata que las disponibles en
condiciones naturales. Esta afirmación coincide con los
resultados mostrados por Lodeiros et al. (2002) quienes
señalaron un mayor crecimiento de P. imbricata en
cultivo suspendido que en el fondo marino.
Algunas de las disminuciones observadas en la
masa de CII fueron particularmente evidentes en el
resto de tejidos y en el músculo, sobre todo entre
agosto-septiembre y noviembre-diciembre. Aunque en
el diseño experimental no se consideró la condición
reproductiva de los individuos, probablemente las
variaciones observadas estuvieron relacionadas con la
transferencia de reservas energéticas desde los tejidos
somáticos a la producción de tejido reproductivo. Esta
interpretación se basa en los resultados de Villalba
(1995), que señala en el mismo periodo del año, una
caída en la masa del tejido somático de P. imbricata y
un incremento del tejido reproductivo, sugiriendo la
transferencia de energía desde el tejido somático a la
gónada, para maximizar el esfuerzo reproductivo de la
especie, durante un periodo de escasa disponibilidad
trófica. El gasto energético en la actividad reproductiva,
las altas temperaturas que afectarían la tasa metabólica
de los individuos cultivados y la relativa escasez de
alimento fitoplanctónico observado durante este
periodo (agosto-noviembre), explican el escaso
incremento observado en los diferentes parámetros
biométricos de P. imbricata.
En general, las mortalidades observadas en las
diferentes cohortes se podrían atribuir, en su casi
totalidad, a la depredación causada por los gasterópodos de la familia Rannellidae. Esta afirmación se basa
en que solo se observaron ejemplares de Cymatium spp.
en las cestas de cultivo. El gasterópodo Thais
haemastoma floridana (Conrad, 1837) también ha sido
observado en las cestas de cultivo en aguas del Mar
Caribe, atribuyéndole mortalidades importantes
(Brown & Richardson, 1988). Sin embargo, esta
especie no se observó en ninguna de las cohortes
estudiadas, al igual que otros invertebrados marinos,
como algunos decápodos depredadores de los géneros
Mythrax sp. y Pilumnus sp. (Freites et al., 2000), pero
se diferencian en su acción de Cymatium porque
quiebran las conchas de los bivalvos, y esto tampoco se
observó en los ejemplares muertos de P. imbricata. Los
gasterópodos de la familia Ranellidae, entre los cuales
se encuentra el género Cymatium, representa una de las
principales amenazas para el cultivo de moluscos
bivalvos en el Mar Caribe, al ejercer una acción
depredadora en los juveniles bajo cultivo (Freites et al.,
2000; Lodeiros & Freites, 2008).
En este sentido, los organismos de las cohortes CI y
CII registraron los menores porcentajes de
supervivencia (58 y 71% respectivamente), siendo
relacionados con la presencia de Cymatium spp. En el
caso de la cohorte CI, este depredador invadió las cestas
de cultivo durante el inicio del periodo de surgencia
afectando su supervivencia. Malavé et al. (2012a) en su
estudio del reclutamiento del gasterópodo en las cestas
de cultivo, obtuvo reclutas durante casi todo el año, con
mayor abundancia durante el periodo de surgencia
costera de febrero a julio.
En CII, el número de Cymatium spp. registrados en
las cestas no fue tan elevado, pero sí suficiente como
para causar mortalidades en las ostras, que
probablemente se encontraban estresadas por la baja
disponibilidad trófica y altas temperaturas. Freites et al.
(2000) mostraron una tasa de depredación >90% en
juveniles del pectínido E. ziczac ocasionada por solo 1
Cymatium/cesta. Esta alta tasa se debe al método de
ataque que desarrollan estos gasterópodos, que consiste
en la proyección de la probóscide que inocula una
toxina que mata al bivalvo de manera casi inmediata,
sin necesidad de perder tiempo en la perforación de la
concha observada en otras especies de gasterópodos
depredadores de bivalvos, Esta habilidad convierte a las
especies de Cymatium en eficientes depredadores
(Freites et al., 2000).
Contrariamente, los organismos de la cohorte CIII
mostraron los porcentajes mayores de supervivencia a
lo largo de todo el periodo de cultivo (98%), a pesar de
la presencia de los Cymatium spp. en las cestas. Esto se
atribuiría a una mayor cantidad de organismos
incrustantes, tales como otras especies de bivalvos o
invertebrados, que también son presas de estos
depredadores y que probablemente pudieron satisfacer
las demandas del depredador, disminuyendo así su
efecto sobre las ostras de cultivo.
Otro factor que puede influir negativamente en el
crecimiento y supervivencia de las ostras perleras en
cultivos suspendidos son los epibiontes fijados a la
concha (Alagarswami & Chellam, 1976; Mohammad
1976; Taylor et al., 1997). Según Scardino et al. (2003),
P. imbricata mostró niveles de incrustantes
relativamente altos bajo en condiciones de cultivo y
además, su densidad se correlacionó positivamente con
la edad de la concha. Estos epibiontes, como moluscos
bivalvos, balanos, ascidias, briozoarios, esponjas y
algunas especies de poliquetos forman verdaderas
comunidades sobre las conchas y superficies de las cestas
de cultivo. La mayoría son filtradores y pueden
competir por partículas suspendidas con los bivalvos
cultivados (Claereboudt et al., 1994). Además, los
epibiones de las conchas de algunos bivalvos marinos
como los pectínidos, pueden interferir con su
funcionamiento vital (por ejemplo, la correcta apertura
y cierre de las valvas y una tasa de filtración reducida)
y en consecuencia, afectar su crecimiento (Lodeiros &
Himmelman, 1996). En este estudio, los epibiontes de
las conchas de P. imbricata aumentaron progresivamente en los períodos de cultivo de las cohortes CI y
CIII, coincidiendo con los meses de mayor biomasa
fitoplanctónica y surgencia. Sin embargo, los epibiontes
no parecen haber afectado al crecimiento y sobrevivencia de los individuos de estas cohortes, que
presentaron el mayor crecimiento y menor mortalidad,
109
a pesar de la gran cantidad de epibiontes. Según
Lodeiros (2002) la fijación o disposición vertical de P.
imbricata, impide el efecto negativo de los epibiontes
por causa del peso, a diferencia de otros organismos de
disposición horizontal, como el pectínido Euvola
ziczac.
Los resultados del análisis de regresión múltiple
confirman la influencia de los parámetros ambientales
sobre el crecimiento de P. imbricata bajo condiciones
de cultivo, particularmente la disponibilidad de
alimento (clorofila-a y seston total), ya que fue la
variable común en los modelos predictivos. La
concentración de oxígeno disuelto y la salinidad
mantuvieron escasa variación: 3-8 mg L-1 y 34-38,
respectivamente. Estas concentraciones se encuentran
dentro del intervalo fisiológico normal donde se
desarrollan los moluscos bivalvos (Bernard, 1983;
Griffiths & Griffiths, 1987; Segnini, 2003, O'Connor &
Lawler, 2004), por lo tanto, esto explicaría su falta de
participación significativa en la explicación de la
varianza observada en las variables biométricas.
Las tres cohortes estudiadas alcanzaron tallas
similares de la concha y estuvieron comprendidas entre
49 y 50 mm. De éstas cabe destacar la cohorte CIII
porque los individuos de P. imbricata solo necesitaron
en la práctica 5 meses para alcanzar 49,1 mm de
longitud. Esta tasa de crecimiento se puede considerar
elevada si se considera que la CI y CII, tardaron entre 7
y 8 meses para alcanzar una talla similar. Estos
resultados son similares a los determinados por
Lodeiros et al. (2002) en esta misma especie, que
registraron tallas máximas de 55 mm de longitud dorsoventral de la concha, en 8 meses de cultivo suspendido
(junio 1998-febrero 1999). En contraste, Márquez et al.
(2011) encontraron que en la Bahía de Mochima,
Estado Sucre, Venezuela, los ejemplares de P.
imbricata no alcanzaron tallas comerciales de 50 mm
en 7 meses de cultivo, hecho que fue asociado a la baja
disponibilidad trófica.
Los resultados muestran que las cohortes de P.
imbricata en cultivo suspendido estuvieron influenciadas por la variabilidad de los parámetros ambientales
del Golfo de Cariaco, mostrando un mayor o menor
crecimiento en las épocas de surgencia o relajación,
respectivamente. Esto evidencia que este periodo
caracterizado por una alta disponibilidad de alimento
fitoplanctónico y bajas temperaturas es el más
adecuado para el cultivo de esta especie.
AGRADECIMIENTOS
El estudio fue financiado por el Fondo Nacional de
Ciencia Tecnología e Innovación (FONACIT) de
110
Venezuela a través del programa Misión Ciencia y el
proyecto UDO-FONACIT 2011000344. Parte de la
participación de C. Lodeiros se realizó durante su
vinculación al Centro Nacional de Acuicultura e
Investigaciones Marinas de la Escuela Superior
Politecnica del Litoral, a través del Proyecto Prometo
de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia,
Tecnología e Innovación de Ecuador.
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Comunidad de algas en un sistema algal de alta tasa fotosintética
113
Research Article
Diversidad de las comunidades de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa
fotosintética para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios
Antonella Sardi-Saavedra1, Enrique J. Peña-Salamanca1
Carlos A. Madera-Parra2 & Víctor A. Cerón-Hernández3
1
Departamento de Biología, Universidad del Valle, Cali, Colombia
2
Escuela EIDENAR-Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Cali, AA 25360, Colombia
3
Instituto Cinara, Universidad del Valle Cali, AA 25157, Colombia
Corresponding author: Víctor A. Cerón ([email protected])
RESUMEN. Los sistemas algales de alta tasa fotosintética se caracterizan por la mejora en el crecimiento de la
biomasa y capacidad de tratamiento de lixiviados. Las microalgas involucradas en estos sistemas son utilizadas
para la biorremediación de contaminantes, y también pueden indicar cambios en el sistema acuático al presentar
variaciones en la estructura y crecimiento de las comunidades. Este estudio tuvo como objetivo evaluar la
diversidad de la comunidad de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa fotosintética empleado en la
biorremediación del lixiviado del relleno de San Pedro, Valle del Cauca, Colombia. Para ello se tomaron
muestras biológicas y medición de parámetros físicos y químicos durante tres fases del tratamiento entre
noviembre 2012 y julio 2013. Se utilizaron los índices de Shannon y Simpson para evaluar la diversidad del
sistema. En total se registraron 28 especies, siendo Chilomonas insignis y Euglena sp. 1 las más abundantes. El
estudio reveló variaciones tanto en abundancia como en composición de especies durante todas las fases de
desarrollo del sistema. En la primera fase dominaron individuos del phylum Cryptophyta y en la segunda y
tercera, individuos del phylum Euglenophyta. La dominancia de los individuos estuvo asociada a la
concentración de compuestos orgánicos y nutrientes en el agua. Los índices mostraron una baja diversidad (entre
0 y 2), siendo la segunda fase el momento de mayor diversidad (H’ = 1,77). Finalmente, el conocimiento de la
estructura y dinámica del fitoplancton es clave para el mantenimiento y desempeño de este sistema.
Palabras clave: fitoplancton, composición, diversidad, eutroficación, biorremediación.
Diversity of algal communities associated with a photosynthetic high rate algal system
for bioremediation landfill leachate
ABSTRACT. The photosynthetic high rate algal systems are characterized by improved growth in biomass and
leachate treatment capacity. Microalgae involved in these systems are used for bioremediation of pollutants and
can also indicate changes in the aquatic system by displaying variations in the structure, function and growth of
communities. This study aimed to appraise the structure and dynamics of the community of microalgae
associated with a high rate algal system used in bioremediation landfill leachate of San Pedro, Valle del Cauca,
Colombia. Biological sample sand measuring physical and chemical parameters were taken during three phases
of treatment between November 2012 and July 2013. Shannon and Simpson indices were used to assess the
diversity of the system. A total of 28 especies were recorded, with Chilomonas insignis and Euglena sp. 1 as the
most abundant. The study revealed variations in abundance and species composition during all phases of the
system development. The first phase was dominated by Cryptophyta and the second and third phases were
dominated by Euglenophyta. The dominance of organisms was associated with organics and nutrients
concentration in the water. The indices showed a low diversity (between 0 and 2) due to high levels of
eutrophication, the second phase was the moment of greatest diversity (H' = 1.77). Finally, knowledge of the
structure and dynamics of phytoplankton is the key to maintenance and performance of this system.
Keywords: phytoplankton, composition, diversity, eutrophication, bioremediation.
__________________
Corresponding editor: Erich Rudolph
114
INTRODUCCIÓN
Los lixiviados de relleno sanitario son un agua residual
compleja generados debido a la percolación de las
aguas de lluvias a través de los desechos y a las diversas
reacciones bioquímicas que pueden ocurrir en el
interior del relleno entre el contenido sólido y acuoso,
y pueden comprender materia orgánica, nutrientes,
metales pesados, compuestos recalcitrantes y xenobióticos (Renou et al., 2008). Los metales pesados, a
diferencia de los contaminantes orgánicos, son persistentes en la naturaleza y dada su disposición en el suelo
se podría llegar a predecir su presencia en un horizonte
de más de 100 años (Obersteiner et al., 2007; De Feo &
Malvano, 2009). Se ha propuesto el uso de la
biorremediación como la tecnología más conveniente
que utiliza individuos para la desintoxicación o
eliminación de contaminantes del medio ambiente. En
los últimos años, el uso de microalgas en la biorremediación ha sido de gran interés, debido a su papel
central en la fijación de dióxido de carbono y al
tratamiento de contaminantes, de manera simultánea
(Chekroun et al., 2014; Raja et al., 2014).
Por su parte, se denominan sistemas algales de alta
tasa fotosintética por la mejora en el rendimiento o
productividad en la biomasa y en la capacidad de
tratamiento de aguas residuales, en comparación con
otros sistemas como las lagunas facultativas (García et
al., 2000; Valigore, 2011), ya que el tiempo de
retención celular es mucho mayor que el tiempo de
retención hidráulico. Las lagunas algales de alta tasa
fotosintética, facilitan el tratamiento de aguas
residuales, debido a la alta producción de biomasa algal
y oxígeno, mediante una tasa fotosintética elevada,
proporcionando un ambiente favorable para que las
bacterias realicen la degradación de la materia orgánica
(Pagand et al., 2000; Park & Craggs, 2010). Este tipo
de sistemas se considera como un ecosistema estresado
por las altas concentraciones de contaminantes y
materia orgánica. Además del tratamiento biológico, la
biomasa producida de algas tiene un uso potencial
como alimento, biofertilizantes y biocombustible
(bioetanol) y al mismo tiempo, contribuye en la captura
de dióxido de carbono presente en el medio ambiente
(Park & Craggs, 2011).
Los individuos algales que se encuentran con
frecuencia son: Desmodesmus sp., Micractinium sp.,
Actinastrum sp., Pediastrum sp., Dictyosphaerium sp.
y Coelastrum sp. Estos suelen formar grandes colonias
que sedimentan (diámetro: 50-200 μm), que permite
una cosecha rentable y sencilla de la biomasa, por
gravedad (García et al., 2000; Craggs et al., 2011; Park
et al., 2011). Park & Craggs (2010) reportan que los
individuos dominantes en la laguna de alta tasa
fotosintética durante 5 meses fueron colonias de
Scenedesmus sp., Microactinium sp. y Pediastrum sp.,
y pocas células observadas de Ankistrodesmus sp. las
que formaron bioflocos de gran tamaño (diámetro >500
mm).
El objetivo de este estudio fue evaluar la diversidad
de la comunidad de algas de un sistema algal de alta
tasa fotosintética empleado en la biorremediación de
lixiviados del relleno sanitario de San Pedro, Valle del
Cauca, Colombia.
Área de estudio
Se instaló una laguna algal de alta tasa fotosintetica en
el relleno sanitario regional Presidente, localizado en el
municipio de San Pedro, Valle del Cauca, Colombia
(3º56’01,54”N, 76º26’26,05”W). La zona tiene una
temperatura promedio de 24,3°C, precipitación de 2,3
mm día-1 y humedad exterior de 74,8% (Tabla 1). El
sistema algal de alta tasa fotosintética (LALAT) (Tabla
2) recibió el efluente de un acople tecnológico
compuesto por un Bioreactor Laguna Anaerobia de
Alta Tasa (BLAAT®) y un Humedal subsuperficial de
flujo horizontal, a escala piloto que trataban lixiviado
(2 m3día-1) del relleno de Presidente. En este relleno se
disponen ~490 ton día-1 de residuos sólidos, donde
cerca del 77% es material orgánico y se genera entre 2
y 5 L s-1 de lixiviado (Bugaseo S.A., 2009).
La laguna algal operó en tres fases diferenciadas, las
cuales dependieron del proceso y operación del
sistema. La primera fase del sistema consistió en dejar
en batch (sin afluente y efluente) el sistema entre
noviembre de 2012 e inicio de febrero de 2013 (110
días en total). La segunda fase consistió en la entrada
del efluente del sistema previo (humedal de flujo
subsuperficial) al sistema algal a final de febrero (10
días), donde se permitió la entrada de un caudal
aproximado de 0,24 m 3 día-1. La tercera y última fase
se definió como la ambientación que presentaron las
poblaciones algales a las nuevas condiciones de la laguna
Tabla 1. Especificaciones de diseño y operación de la
laguna algal de alta tasa fotosintética.
Forma
Caudal
Tiempo de retención hidráulico
Carga orgánica superficial
Volumen
Ancho
Largo
Altura
Configuración (Ovalo)
0,24 m3 día-1
2 días
6,5 g m-2 día-1
0,3 m3
0,6 m
2,4 m
0,2 m
115
Tabla 2. Datos promedio meteorológicos de la zona de estudio de febrero a julio de 2013.
Meses
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Temperatura
exterior
ºC
24,6
23,9
24,1
24,6
24,3
23,9
Humedad
exterior
%
78,3
79,2
78,2
78,3
75,3
59,6
Velocidad
del viento
m s-1
0,4
0,5
0,5
0,5
0,7
0,4
hasta el final del experimento (marzo-julio 2013; 153
días en total).
La toma de muestras y datos en el LALAT se
realizaron en la superficie a 0,05 m de profundidad
aproximadamente. A estas muestras se les determinaron
los siguientes parámetros físicos y químicos: PO43(fosfatos), SSV (sólidos suspendidos volátiles), SST
(sólidos suspendidos totales, COD (carbono orgánico
disuelto), DQO total y filtrada (demanda química de
oxígeno), NTK (nitrógeno total Kjeldahl), NH4+
(nitrógeno amoniacal) y NO3- (nitratos), según lo
sugieren el IDEAM (2009) y APHA et al. (2012).
Asimismo, se tomaron datos in situ de temperatura, pH,
conductividad y oxígeno disuelto (OD) con un medidor
multiparamétrico WTW Modelo 340i. La clorofila-a se
determinó empleando un fluorómetro AquaFluor
TMTuner.
Toma e identificación de muestras biológicas
Las muestras de algas se colectaron entre noviembre de
2012 y julio de 2013, para un total de once muestras.
Se tomaron ~500 mL en recipientes de plástico en el
punto de muestreo medio (al interior del sistema), se
fijaron con 10 mL formol al 4% como agente de
preservación según las recomendaciones de Zaixso
(2002). La identificación de los individuos se realizó
con apoyo de claves y descripciones taxonómicas de
Wehr & Scheath (2003) y Bicudo & Menezes (2006),
hasta el nivel más alto posible.
Para la cuantificación del fitoplancton, se utilizó una
cámara Sedgwick-Rafter y se hizo el conteo por
campos en un microscopio invertido (Nikon Eclipse
T5100), siguiendo los métodos de Villafañe & Reid
(1995) y Wetzel & Likens (2000). Se empleó la fórmula
propuesta por Wetzel & Likens (2000) para el conteo
de fitoplancton:
N (ind mL-1) = C* [A/ a*S*V]
donde: N: número de individuos mL-1, C: número de
individuos, A: área de la cámara de conteo (mm2), a:
área del campo o banda (mm2), S: número de campos o
Precipitación
Radiación solar
mm día-1
2,4
1,1
3,2
5,9
0,5
0,5
W m-2
184,9
177,6
191,9
177,1
Evapo-transpiración
mm h-1
0,05
0,09
0,04
0,034
bandas contadas, V: volumen de la cámara de conteo
(mL).
Se calculó la diversidad de microalgas mediante el
índice de diversidad de Shannon (H’) y el índice de
dominancia de Simpson (1-D) utilizando el programa
Past 2.12.
RESULTADOS
Calidad del agua
La Tabla 3 muestra que el pH siempre fue alcalino
manteniéndose por encima de 8,0. La laguna presentó
un comportamiento de reactor aerobio, alcanzando
niveles de concentración de oxígeno disuelto de 9,1 mg
L-1 en promedio. El monitoreo de la clorofila-a durante
el tiempo de experimentación mostró una estabilidad
del sistema, alcanzando concentraciones de hasta 3659
µg L-1. Los nutrientes mostraron niveles altos, PO43hasta 5,28 mg L-1, NH4+ hasta 131 mg L-1 y NO3- hasta
15 mg L-1.
Se observó una clara diferencia de los parámetros
físicos y químicos en las tres fases. La fase I se
caracterizó por tener los valores más bajos en PO 4-3,
DQO, DQO fil, NH4+, conductividad eléctrica y Chl-a,
así como los valores más altos de SST y NO3-. Mientras
que en la fase II se presentaron los valores más altos de
PO4-3, DQO, NTK, NH4+, NH4org, conductividad
eléctrica y temperatura y los valores más bajos de SST,
SSV, NO3-, OD y pH. El COD, DQO fil, y Clor-a
aumentaron a lo largo del tiempo, siendo la fase III
donde se obtuvieron los valores mayores (Tabla 3).
Composición de fitoplancton
En total se registraron 28 especies distribuidas en seis
phylum, ocho clases y 21 familias (Tabla 4). Los
individuos encontrados se agruparon en los siguientes
phyla: Euglenophyta (10), Bacillariophyta (6),
Chlorophyta (5), Cryptophyta (3), Cyanobacteria (2) y
Charophyta (2) (Fig. 1). La comunidad de microalgas
estuvo compuesta por un bajo número de especies abun-
116
Tabla 3. Variables físicas y químicas en el sistema algal de alta tasa fotosintética durante el periodo estudiado.
Tabla 4. Listado de especies y sus densidades en el sistema algal de alta tasa fotosintética, durante el periodo de estudio.
Phylum
Charophyta
Chlorophyta
Cryptophyta
Cyanobacteria
Euglenophyta
Bacillariophyta
Clase
Conjugatophyceae
Conjugatophyceae
Chlorophyceae
Trebouxiophyceae
Chlorophyceae
Chlorophyceae
Ulvophyceae
Cryptophyceae
Cryptophyceae
Cryptophyceae
Cyanophyceae
Cyanophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Euglenophyceae
Bacillariophyceae
Bacillariophyceae
Bacillariophyceae
Bacillariophyceae
Bacillariophyceae
Bacillariophyceae
Familia
Closteriaceae
Desmidiaceae
Chlamydomonadaceae
Chlorellaceae
Scenedesmaceae
Selenastraceae
Ulotrichaceae
Campylomonadaceae
Chroomonadaceae
Cryptomonadaceae
Chroococaceae
Phormidiaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Euglenaceae
Phacaceae
Phacaceae
Cymbellaceae
Gomphonemataceae
Naviculaceae
Bacillariaceae
Pinnulariaceae
Indeterminada
Figura 1. Riqueza total por phylum en el sistema algal de
alta tasa fotosintética, durante el periodo de estudio.
Especie
Closterium sp.
Cosmarium sp.
Chlamydomonas sp.
Chlorella vulgaris Beyerinck (Beijerinck)
Scenedesmus sp.
Selenastrum sp.
Ulothrix sp.
Chilomonas insignis (Skuja) Javornicky
Chroomonas coerulea (Geitler) Skuja
Cryptomonas sp.
Chroococcus sp.
Phormidium sp.
Euglena sp. 1
Euglena sp. 2
Euglena sp. 3
Euglena sp. 4
Euglena sp. 5
Euglena sp. 6
Euglena sp. 7
Cryptoglena sp.
Lepocinclis sp.
Phacus sp.
Encyonopsis sp.
Gomphonema sp.
Navicula sp.
Nitzschia sp.
Pinnularia sp.
Indeterminada
Individuos mL-1
3,53E+02
5,88E+01
3,45E+04
8,24E+02
1,22E+04
4,12E+02
8,88E+03
9,12E+05
9,71E+04
1,76E+03
4,53E+03
4,71E+02
4,08E+05
3,53E+02
7,06E+02
1,79E+04
1,85E+05
1,76E+02
4,66E+04
2,12E+04
2,16E+04
1,06E+03
6,47E+02
7,06E+02
3,53E+02
1,41E+03
5,88E+01
1,18E+02
dantes (4 spp.) y un gran número de especies raras (22
spp.). Las especies más abundantes fueron Chilomonas
insignis (Skuja) Javornicky y Euglena sp. 1. Los phyla
Euglenophyta y Cryptophyta fueron los mejor
representados en abundancia (Fig. 2), mientras que en
riqueza de especies fueron Euglenophyta, Chlorophyta y
Bacillariophyta.
En la primera fase, se encontraron pocos individuos
de Chlorophyta (1,26E+04 ind mL-1) y Cyanophyta
(5,88E+01 ind mL-1), representados por los géneros
Scenedesmus, Chlorella y Chroococcus. Además,
presentó un primer máximo de alta densidad (3,32E+
05 ind mL-1), dominado por especies del phylum Crypto-
117
Figura 2. Abundancia total por Phylum en el sistema
algal de alta tasa fotosintética, durante el periodo de
estudio.
phyta, cuyas especies más abundantes fueron C.
insignis y Chroomonas coerulea (Geitler) Skuja. En la
segunda fase, el inicio del funcionamiento del sistema
de tratamiento tuvo como consecuencia el descenso en
la cantidad de fitoplancton y el incremento de la
riqueza, con 15 especies, correspondientes a 5 de los 6
phylum reportados en este trabajo. Por último, en la
tercera etapa, se presentó el segundo máximo de alta
densidad. A medida que aumentaban las cargas de
materia orgánica, la comunidad algal fue reemplazada
por microalgas del phylum Euglenophyta, siendo
Euglena sp. 1 y Euglena sp. 7 las especies más
abundantes (Figs. 3-4).
Diversidad algal
A lo largo del periodo de estudio los valores de la
riqueza variaron, se registraron 11 especies en la primera
fase, 15 en la segunda y 9 en la tercera, con un promedio
de 11,6 especies por fase. La segunda fase se destacó
por tener la mayor diversidad (H’ = 1,766) y la menor
dominancia (Índice de Simpson 1-D = 0,765), seguida
por la tercera fase (H’ = 0,969; 1-D = 0,431) y por
último la primera fase (H’= 0,436; 1-D = 0,2067) que
fue la de menor diversidad.
DISCUSIÓN
Calidad del agua
Las condiciones de la laguna variaron en las diferentes
fases. En la primera fase se registraron las menores
concentraciones de nutrientes. El inicio del funcionamiento del sistema, por el contrario, ocasionó el
incremento en la concentración de nutrientes y conductividad eléctrica, mientras que en la estabilización de la
laguna aumentó la concentración de materia orgánica y
clorofila-a (Clor-a). La laguna fue alcalina durante todo
el periodo evaluado, lo cual indica que hubo una mayor
Figura 3. Variaciones de la riqueza de especies de
fitoplancton en el sistema algal de alta tasa fotosintética,
durante las fases de estudio.
Figura 4. Variaciones de la abundancia de fitoplancton en
el sistema algal de alta tasa fotosintética, entre durante las
fases de estudio.
actividad fotosintética y como consecuencia altas
concentraciones de OD, que permitieron el crecimiento
continuo de bacterias heterótrofas, importantes en la
degradación de materia orgánica (Park & Craggs,
2011).
Cabe resaltar que los altos niveles de fosfato y
nitrógeno de este estudio reflejan el enriquecimiento de
nutrientes de la laguna y por tanto su eutrofización.
Esto trae como resultado el crecimiento de la
producción primaria y como consecuencia, cambios en
la composición y estructura de la comunidad algal de la
laguna.
118
Composición de fitoplancton
De acuerdo con los resultados obtenidos, la comunidad
algal tuvo variaciones tanto en abundancia como en
composición de especies. En la primera fase, en que se
obtuvieron las menores concentraciones de nutrientes y
materia orgánica (Tabla 3), coincidió con el mayor
número de phyla registrados en el estudio (6) y el mayor
número de individuos (1,03E+06 ind mL-1). En la
primera fase, la comunidad presentó una baja densidad
de individuos (1,27E+04 ind mL-1) de los géneros
Scenedesmus y Chroococcus, y una dominancia de
especies del phylum Cryptophyta, las más abundantes
en el estudio, indicadoras de altas concentraciones de
materia orgánica en descomposición (Bicudo &
Menezes, 2006). El inicio del sistema, en la segunda
fase, presentó la mayor concentración de nutrientes,
que favoreció la mayor riqueza de especies (15
especies) durante todo el estudio. En contraste, la
tercera fase presentó los mayores valores de materia
orgánica que correspondió a la dominancia de
Euglenophyta. En esta fase, la riqueza nuevamente
disminuyó y como resultado en cada muestreo
dominaron entre dos o tres especies de los phyla
Euglenophyta y Chlorophyta. La dominancia de unas
pocas especies puede ser más ventajosa en este tipo de
sistemas que una gran riqueza de especies, pues el
objetivo es tener una alta cantidad de biomasa de
fitoplancton que pueda eliminar los nutrientes del agua
en el tratamiento de lixiviados (Assemany et al., 2015).
Es importante resaltar que la composición a nivel de
phylum concuerda con la obtenida por Khattabi et al.
(2006) en las lagunas de tratamiento de lixiviados,
donde los phyla más importantes fueron Euglenophyta, Bacillariophyta y Chlorophyta. No obstante,
al comparar con la composición obtenida por los
autores Amengual-Morro et al. (2012), Pham et al.
(2014) y Calero et al. (2015) para las lagunas de
tratamiento de aguas residuales se encontraron mayores
similitudes, ya que ellos reportan cinco de los seis phyla
mencionados en este estudio, Euglenophyta,
Bacillariophyta Chlorophyta, Cyanophyta y Cryptophyta. Esta mayor aproximación a la composición con
las lagunas de tratamiento de aguas residuales que con
el tratamiento de lixiviados se debería por una parte a
que hay muy pocos estudios de tratamiento de
lixiviados con que comparar y por otra parte, a la
calidad del agua de la laguna en el estudio de Khattabi
et al. (2006), la cual es de menor potencial
contaminador que el lixiviado tratado en el presente
estudio.
Los géneros registrados en esta investigación
corresponden a los encontrados en estudios de
tratamiento de aguas residuales y lixiviados (Tabla 5),
donde los géneros dominantes son Chlamydomonas y/o
Euglena (Khattabi et al., 2006; Shanthala et al., 2009;
Amengual-Morro et al., 2012; Pham et al., 2014). Sin
embargo, los autores Shanthala et al. (2009),
Amengual-Morro et al. (2012) y Assemany et al.
(2015) reportaron otros géneros como Chlorella y
Scenedesmus que si bien corresponden a los reportados
en este estudio, no son los más representativos.
Asimismo, Park et al. (2011), plantearon resultados
contrastantes, reportando los géneros Pediastrum,
Demodesmus, Micractinium y Dictyosphaerium como
los más abundantes, pero estos no se reportaron en este
estudio. Por el contrario, al comparar con los géneros
registrados por Pham et al. (2014), se encuentra una
gran similitud tanto en la composición como en la
dominancia de los géneros Chlaydomonas, Chroomonas,
Euglena y Lepocinclis y en la presencia aunque con
pocos individuos de Chlorella, Scenedesmus, Navicula
y Nitzchia. Además de que los dos estudios tienen
condiciones de contaminación semejantes, esta alta
similitud se explicaría por las condiciones climáticas,
ya que los dos países son tropicales, con condiciones
más estables de temperatura a lo largo del año, lo cual
puede proporcionar ambientes óptimos para que un
mayor número de especies se establezcan.
Diversidad algal
La riqueza total de especies (28) corresponde a las
reportada por Pham et al. (2014) y Assemany et al.
(2015) en condiciones similares. Sin embargo, esta
riqueza varía a lo largo del tiempo, teniendo en
promedio 11,6 especies por fase, la cual es muy baja.
Los valores del índice de diversidad de Shannon
mostraron valores bajos (entre 1 y 2) para la segunda
fase y muy bajos (entre 0 y 1) para la primera y tercera
fase. Esto indica que a lo largo del periodo de estudio
la diversidad fue muy baja, según Margalef (1983)
cuando en los sistemas lacustres continentales el
fitoplancton presenta una diversidad <1, sugiere que el
ambiente es muy eutrófico. La eutrofización causa un
incremento en el crecimiento del fitoplancton, que
ocasiona el descenso en la transparencia del agua y
como consecuencia, la disminución de individuos de
otras especies que no están adaptadas a sobrevivir en
estas condiciones.
En la primera fase donde la calidad del agua era
menos contaminada (se trabajó con efluente de una
planta de ósmosis inversa cuya concentración de DQO
promedio fue de 286 mg L-1) y en esa fase de batch, se
obtuvo la menor diversidad (H’ = 0,436) y la mayor
dominancia (1-D = 0,2067). En esta fase se obtuvieron
los menores valores de COD, PO43-, NTK y NH4+,
condiciones que favorecieron la dominancia de
especies como C. insignis y Chroomonas sp. y el esta-
119
Tabla 5. Géneros dominantes en lagunas de tratamiento de lixiviados y aguas residuales. ATF: alta tasa fotosintética.
Lugar geográfico
Géneros dominantes
Sistema
Referencias
Etuffont, Belfort (Francia)
Chlamydomonas,Phacus,
Coelastrum y Euglena
Chlorella, Scenedemus,
Ankistrodesmus y Euglena
Pediastrum, Demodesmus,
Micractinium y Dictyosphaerium
Chlorella, Scenedesmus,
Chlamydomonas, Micractinium,
Euglena, Ankistrodesmus,
Oscillatoria y Microcystis
Chlamydomonas, Planktosphaeria,
Schroederia, Cyclotella,
Cryptomonas, Euglena, Lepocinclis,
Phacus, Strombomonas y
Trachelomonas
Chlorella y Desmodesmus
Euglena, Chilomonas, Chroomonas,
Chlamydomonas, Lepocinclis,
Cryptoglena
Lagunas de tratamiento de
lixiviados
Laguna de estabilización
de aguas residuales
Laguna algal de ATF
Khattabi et al. (2006)
Laguna de estabilización
de aguas residuales
Amengual et al. (2012)
Lagunas de estabilización
de aguas residuales,
facultativa y madura
Pham et al. (2014)
Laguna de ATF
Laguna algal de ATF
Assemany et al. (2015)
Este estudio
Shimoga, Karnataka (India)
Centro de Investigación Ruakura,
Hamilton (Nueva Zelanda)
Islas Baleares (España)
Parque Ucubamba, La Cuenca
(Ecuador)
Viçosa-MG (Brasil)
San Pedro, Valle del Cauca
(Colombia)
blecimiento de especies como Scenedesmus sp. y
Chroococcus sp. A medida que se comenzó a emplear
afluente al sistema con lixiviados (segunda fase), la
calidad del agua en términos de DQO pasó de 286 a 787
mg L-1, lo cual es un indicador de un aumento de tres
veces la concentración de materia orgánica en el agua,
condición que incide en la obtención de la mayor
diversidad H’ = 1,766 y en que especies como C.
insignis, Scenedesmus sp. y Chroomonas sp.
desaparecen y aparecen especies de los géneros
Euglena, Phacus, Gomphonema, Chlamydomonas y
Ulothrix. En la tercera fase, en que la laguna recibió un
afluente prolongado de lixiviados, la calidad del agua
presentó una concentración de DQO promedio de 598
mg L-1, que incide en que especies de géneros como
Ulothrix y Gomphonema desaparezcan y especies de
los géneros Euglena, Phacus y Chlamydomonas se
mantengan y toleren estas nuevas condiciones. Estos
últimos géneros son muy conocidos por su resistencia a
altas concentraciones de materia orgánica e incluso son
considerados indicadores de altos niveles de
contaminación (Peña et al., 2005).
Shantala et al. (2009)
Park et al. (2011)
el aumento considerable en la densidad de phylum
Cryptophyta. La segunda fase se caracterizó por tener
las concentraciones más altas de nutrientes asociadas a
la mayor diversidad de microalgas del estudio.
Finalmente, la tercera fase presentó los mayores valores
de concentración de materia orgánica, que coincidieron
con la dominancia de phylum Euglenophyta. Por tanto
las especies que dominaron en la laguna algal de alta
tasa fotosintetica estuvieron determinadas tanto por la
presencia de nutrientes y compuestos orgánicos como
por los cambios en sus concentraciones. Por último, se
puede señalar que estos estudios son importantes ya que
el conocimiento de la composición y diversidad de las
comunidades algales permite la toma de decisiones en
el mantenimiento y buen desempeño de estos sistemas.
AGRADECIMIENTOS
A Colciencias y a la Universidad del Valle por su apoyo
económico a través del programa “Jóvenes Investigadores e Innovadores”.
REFERENCIAS
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos, se concluye que
hubo cambios significativos en la calidad de agua y en
la comunidad algal de la laguna de alta tasa
fotosintética a lo largo del periodo de estudio. En la
primera fase se obtuvieron las menores concentraciones
de compuestos orgánicos y nutrientes que coincidió con
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2016 schidigera and Quillaja saponaria on shrimp growth
121
Research Article
The effects of Yucca schidigera and Quillaja saponaria on growth performance
and enzymes activities of juvenile shrimp Litopenaeus vannamei
cultured in low-salinity water
Mario Hernández-Acosta1,2, Gilberto J. Gutiérrez-Salazar2, Francisco M. Guzmán-Sáenz2
Gabriel Aguirre-Guzmán2, Carlos A. Alvarez-González3
Edgar A. López-Acevedo2 & Kevin Fitzsimmons4
1
Universidad Tecnológica del Mar de Tamaulipas Bicentenario, La Pesca, Tamaulipas, 87678, México
2
Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Autónoma de Tamaulipas
Tamaulipas, 87000, México
3
Laboratorio de Acuicultura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
División Académica de Ciencias Biológicas, Villahermosa, Tabasco, 86039, México
4
Environmental Research Laboratory, University of Arizona, Tucson, AZ 85706, USA
Corresponding Author: Gabriel Aguirre-Guzmán: ([email protected])
ABSTRACT. The inclusion of Yucca schidigera and Quillaja saponaria extracts (NTF) in aquatic organisms
display a positive response on production and organism’s physiology. Fifteen tanks (140 L) with low-salinity
water (S = 5) were stocked with 10 juvenile shrimp (Litopenaeus vannamei, 2.6 g of mean weight) feeding with
0, 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF of basal diet (triplicate treatment). The shrimp were cultured in a close
recirculation system (control condition) and fed ad libitum daily for 40 days. General growth parameters (body
weight, growth, body length, feed conversion rate, survival) and hepatopancreatic digestive enzyme activities
(alkaline protease, alkaline phosphatase, α-amylase, leucine aminopeptidase, and lipase) were evaluated after
40 days of shrimp culture. The final mean body weight, individual mean body, weight gain, and feed conversion
ratio from shrimp feeding with 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF have a significant (P < 0.05) result compared to other
treatments. The highest values of alkaline protease, lipase, and α-amylase were detected in shrimp feeding with
0.5 g kg-1 of NTF, where a high level of leucine aminopeptidase and alkaline phosphatase were detected with
0.25 g kg-1 of NTF treatment. However, any significant differences in enzyme activities were detected between
the control group and treatments. The increase effect in shrimp growth and any decrease effect in enzyme activity
detected in present study suggest that NTF shows potential as a feed additive for shrimp cultured at low-salinity.
Keywords: Litopenaeus vannamei, growth, enzyme activity, low-salinity, aquaculture.
Los efectos de Yucca schidigera y Quillaja saponaria sobre el crecimiento y actividad
enzimática de camarones juveniles de Litopenaeus vannamei cultivados a baja salinidad
RESUMEN. El uso de extractos de Yucca schidigera y Quillaja saponaria (NTF) en organismos acuáticos ha
mostrado una respuesta positivas en la producción y fisiología de los mismos. Quince estanques (140 L) con
agua a baja salinidad (S = 5) fueron preparados con 10 camarones juveniles (Litopenaeus vannamei, 2,6 g de
peso promedio), alimentados con 0; 0,25; 0,5; 1,0 y 2,0 g de NTF kg-1 en la dieta base (tratamientos por
triplicado). Los camarones fueron cultivados en un sistema cerrado de recirculación (condiciones controladas)
y alimentados ad libitum diariamente por 40 días. En los organismos se evaluaron los parámetros generales de
crecimiento (peso y longitud del cuerpo, crecimiento, conversión alimenticia, supervivencia, etc.) y la actividad
de enzimas digestivas hepatopancreáticas (proteasa y fosfatasa alcalina, α-amilasa, leucina aminopeptidasa y
lipasas). El peso promedio final e individual, ganancia de peso, y conversión alimenticia fue superior en los
camarones alimentados con 1,0 y 2,0 g kg-1 de NTF con valores significativamente positivos (P < 0,05),
comparado con los otros tratamientos. El valor más alto de proteasa alcalina, lipasa y α-amilasa fue detectada
en camarones alimentados con 0,5 g kg-1 de NTF. Un valor alto de leucina aminopeptidasa y fosfatasa alcalina
se detectó en el tratamiento con 0,25 g kg-1 de NTF. Sin embargo, no se observó diferencia significativa entre
tratamientos. El efecto positivo en el crecimiento y carencia de efectos negativos en la actividad enzimática
122
mostrada en el presente trabajo sugieren que el NTF puede ser empleado potencialmente como aditivo
alimenticio en camarones cultivados a baja salinidad.
Palabras clave: Litopenaeus vannamei, crecimiento, actividad enzimática, baja salinidad, acuicultura.
____________________
Corresponding editor: Jesús Ponce-Palafox
INTRODUCTION
The shrimp culture activities in the world display a
high economic importance in the international market,
which have been generating significant advances in the
culture of several shrimp species (Pérez-Rostro &
Ibarra, 2003). This enhancement in shrimp culture is
mainly due to the improved knowledge about genetics,
health, nutrition, physiology, and reproduction of the
cultured organisms (Martín et al., 2006).
The relevance of shrimp industry, its technology,
and a better understanding of the shrimp’s physiology
may help to develop a small industry of shrimp in lowsalinity water (Pérez-Castañeda et al., 2015). Currently,
different countries display evidence of those farms that
work at a commercial scale. The postlarvae are cultured
in greenhouses at low densities for a better control of
the environmental conditions and where they are
adapted daily to low-salinity water (2-10). Poste-riorly,
early juvenile shrimp continue growing up until they
reach a harvest size to be transferred to grow-out in
ponds with low-salinity water (Araneda et al., 2013;
Pérez-Castañeda et al., 2015).
A regular stock of adequate shrimp feed (quality and
quantity) and the correct supplying process are
elements that will sustain the development of this
industry. Both are important aspects to be considered in
shrimp culture, which can represent a significant
reduction on the production cost in semi-intensive and
intensive systems of shrimp farms. The use of additives
in the shrimp feed as antioxidants, amino acids,
immunostimulants, pigments, plant extracts, vitamins,
etc. have enhanced the shrimp growth, survival, stress
and feed conversion ratio (Lyle-Fritch et al., 2006;
Venkatramalingam et al., 2007). Also, a better
understanding of the enzymes of the shrimp
hepatopancreas (amylases, proteinases, lipases, etc.)
and changes generated by diets, help to get a better
shrimp production. At present, researches about the
application of natural growth promotors as feed
additive are carried out. Yucca (Yucca schidigera) and
Soapbark (Quillaja saponaria) are used as feed additive
in animal production with results on growth and health
of livestock species (Qi-hui et al., 2015). Those
products are sources of polysaccharides, polyphenols,
and steroidal saponin extracts. Few studies have been
conducted on the use in shrimp production and other
aquatic animal feed (Francis et al., 2002; Qi-hui et al.,
2015). A result was observed in shrimp growth (L.
vannamei) when those products were incorporated in
the diet (Casillas-Hernández et al., 2009). In addition,
Y. schidigera and Q. saponaria induce progressive
effects on growth performance and haematological
parameters, and decrease total ammonia-nitrogen
excretion in Pangasianodon hypophthalmus (Güroy et
al., 2014). Martínez et al. (2008) evaluated the effect of
yucca extract in diets of L. vannamei (0, 1, 2 and 3 g
kg-1) where a significant result was found in shrimp
growth at 2 g kg-1 of diet of yucca extract (Y.
schidigera) compared to control diet. Also, a lower
total ammonia-nitrogen result in water of shrimp
production was found in diet with yucca extract.
The objective of the present work was to evaluate
the effects of several inclusion levels of commercial
product with Y. schidigera and Q. saponaria on the
growth parameters of Pacific white shrimp L. vannamei
cultured at low-salinity water (S = 5).
Experimental diet
Nutrafito plus (NTF)TM is a mixture of Yucca
schidigera and Quillaja saponaria, which is a source
of polyphenols and steroidal saponin (3% of active
product). This is a commercial feed additive for
aquafeeds (Desert King International Company, San
Diego, CA, USA).
A commercial shrimp diet (40% protein, 8% lipid,
Rangen Inc., USA) was ground to a powder and used
as basal diet. Five experimental diets containing the
basal diet with different levels of NFT inclusion were
elaborated (0, 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF basal
diet). Experimental diets were manufactured in the
laboratory at the University of Arizona, Tucson,
Arizona, USA. The corresponding NTF level was
diluted in distilled water at room temperature using a
magnetic stirrer, where 7 g kg-1 of grenetin was added
as agglutinant. The solution was mixed (20 min) with
basal diet in a Hobart food mixer. Each diet was then
passed through a meat grinder (3 mm of diameter),
where a spaghetti-like strings was obtained. After
pelleting, the experimental diets were dried in an
drying cabinet using an air blower at 80°C overnight
Yucca schidigera and Quillaja saponaria on shrimp growth
until the moisture level was <10%, broken up (6 mm
length), and stored at 4°C until be used. The control diet
was manufacture similar to experimental diet but
without Nutrafito plus (NTF)TM.
The diet stability in low-salinity water (S = 5) was
done according to Obaldo et al. (2002) protocol, where
5 g of each diet was exposed to water (2 h). The pellets
were removed, dried (80°C, previous description) and
weighed. The stability rate was calculated using the
following formula: weight of initial pellet-weight of
final pellet remaining divided by weight of initial pellet
multiplied by 100.
Shrimp and experimental protocol
Shrimp postlarvae (L. vannamei) were obtained from a
private company (Shrimp Improvement Systems, FL,
USA). Those organisms were transported in seawater
(Temp. = 27C, pH = 7.8-8.2, and S = 32) to University
of Arizona, Tucson, Arizona, USA. Upon arrival, they
were acclimated at low-salinity water in fiberglass tank
where, changes in salinity were performed at a rate of 1
per hour (Laramore et al., 2001; McGraw et al., 2002).
The shrimp postlarvae were cultured to juvenile age,
feed with a commercial shrimp diet, provided with
continues air supply (≥5 mg L-1), and a 30% of water
exchange. The low-salinity water was prepared with
freshwater + commercial available artificial seawater
(Crystal Sea Marine Mix, Baltimore, USA).
The experiment was carried out in a greenhouse at
the Environmental Research Laboratory, University of
Arizona, where shrimp (2.6 ± 0.5 g mean weight, 7.3 ±
0.3 cm mean body length) were selected and randomly
distributed into fifteen fiberglass tanks (140 L, 10 ind
tank-1) with a recirculating system with low-salinity
water (S = 5), biofilter, continues air supply (≥5 mg L-1),
and a daily water exchange (>200%).
The shrimp were fed for 40 days using the control or
corresponding experimental diets. Three replicates
were assigned to each of the five diets (n = 5). Daily,
the shrimp were fed ad libitum for 2 h (only one time
for day, 18:00) at a rate of 6-10% of body weight using
a feed tray (20 cm of diameter). The daily feed ration
was adjusted according to feed consumption. The diet
excess was removed after feeding period (2 h), dried at
80°C, weighted for daily feed ration, and stored at
-20°C until be used for calculating the feed conversion
ratio. Fecal, molt exoskeletons and dead shrimps were
removed every day before the feeding period.
At the end of the experiment (40 days), the shrimp
were counted, sized and weighed to determine general
growth parameters as: 1) IBW (g ind-1): initial mean
body weight; 2) FBW (g ind-1): final mean body weight;
3) IGW (g ind-1): individual mean body weight gain:
123
(FBW-IBW); 4) WG (weight gain, %): 100 x (FBWIBW)/IBW; 5) IBL (g ind-1): initial mean body length;
6) FBL (cm ind-1): final mean body length; 7) ILG (cm
ind-1): individual mean body length gain (FBL-IBL); 8)
LG (length gain, %): 100 x (FBL-IBL)/IBL; 9) SGR
(specific growth rate, %day-1): 100 x [ln(FBW)ln(IBW)]/days; 10) FCR (feed conversion ratio): total
feed consumed / total weight gain; and 11) survival
(%): 100 x (final shrimp number)/(initial shrimp
number). The shrimp size was measured using the
length from rostrum to telson.
Water quality parameters such as temperature, pH,
and dissolved oxygen (oximeter, YSI) were measured
daily. Ammonia, nitrite, and nitrate were monitored
once every 10 d with a test kit (Hach model DR/890).
Enzymes activities
Shrimp hepatopancreas (HP) were removed after 24-h
of starvation, frozen immediately in liquid nitrogen,
lyophilized, and stored at 5ºC. Pools of three
hepatopancreas per replicate were homogenized 1:10
w/v in ice-cold 50 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5 (35 mg
mL-1), centrifuged at 16,000 g for 15 min at 5°C, and
their cold HP supernatant (HPs) used for evaluation of
enzymatic activity a microplate spectrometer. Protein
level of HPs pool samples were evaluated by Bradford
method with bovine serum albumin (1 mg mL-1) as the
standard protein.
Alkaline protease activity of HPs samples was
evaluated using casein substrate (0.5%) in 50 mM
Tris/HCl buffer, pH 9.0. The mixture was incubated at
37°C for 30 min and reaction was stooped with
trichloroacetic acid (TCA) at 20%. The samples were
placed for 60 min at 4°C, and their absorbance
evaluated at 280 nm. One unit of enzyme activity was
defined as 1 µg of tyrosine min-1 at a coefficient molar
extinction (CME) of 0.005 mL µg-1 cm-1 (Martínez et
al., 1999; Alvarez-González et al., 2006; Perera et al.,
2008).
Leucine aminopeptidase of HPs samples were
determined using leucine p-nitroanilide as substrate
(0.1 mM in DMSO) diluted in sodium phosphate
buffer ( 50 mM, pH 7.2). The mixture was incubated
at 25°C for 30 min and reactions were stopped with
acetic acid (30%). The samples were placed for 60 min
at 4°C, and their absorbance evaluated at 410 nm. One
unit of enzyme activity was defined as 1 µg of
nitroanilide min-1 at a CME of 8.2 mL µmol-1 cm-1
(Cuenca-Soria et al., 2014)
Lipase activity of HPs samples were determined
using β-naphtyl caprylate (0.1 mM in DMSO) as
substrate. The mixture (30 µL 100 mM sodium
taurocholate, 570 µL 50 mM Tris·HCl at pH 8, 6 µL
124
enzyme extract, and 6 µL 200 mM β-naphthyl
caprylate) was incubated at 25°C for 30 min. Then 6 µL
of 100 mM fast blue BB dissolved in DMSO was
added. The reaction was stooped with TCA at 0.72 N.
The samples were placed for 60 min at 4°C, and their
absorbance evaluated at 540 nm. One unit of activity
was defined as 1 µg of naphtol min-1 at a CME of 0.02
mL µg-1 cm-1 (Alvarez-González et al., 2006; RiveraPérez et al., 2010).
The α-amylase activity of HPs samples was carried
using soluble starch (1%) as substrate in Tris-HCl
buffer 50 mM pH 7.5. The mixture was incubated at
25°C for 30 min. For revelation, sodium carbonate (2N)
and DNS reactive were added. The reaction was
stopped by boiling for 15 min, and their absorbance
evaluated at 550 nm. One unit of activity was defined
as the amount of enzyme able to produce 1 µg of
maltose min-1 (Martínez et al., 1999; AlvarezGonzález et al., 2006).
Alkaline phosphatase activity of HPs samples were
determined using 4-nitrophenyl phosphate in acid
citrate buffer (pH 5.5) as substrate (w/w). The mixture
was incubated at 25°C for 30 min, and reaction was
stooped with 0.05 N NaOH. The samples were placed
for 60 min at 4°C, and their absorbance evaluated at 405
nm. One unit of activity was defined as 1 µg of
nitrophenyl released min-1 at a CME of 0.0185 mL µg-1
cm-1 (Alvarez-González et al., 2006).
Specific activity of extracts was determined
according next equations: Units per mL = [ (∆abs x
reaction final volume (mL)] / (CME x min) x extract
volume (mL), and Units per mg of protein = units per
mL/mg of soluble protein.
Results were analyzed by one-way Analysis of
Variance (ANOVA) followed by Tukey’s multiple
range tests (P < 0.05). Digestive enzymes activities
between treatments were analyzed with Kruskal-Wallis
test. Those results were performed using the Statistical
software (version 7.0).
RESULTS
Shrimp diet and bioassay
The manufacture pellets with experimental ingredient
(0, 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF of basal diet)
display an uniform texture, color, 6 mm of length size,
and 3 mm of diameter. The pellets stability ranged
from 84.42 ± 0.06 to 85.94 ± 0.05% at low-salinity
water (S = 5), where a significant (P < 0.05) lower
stability was observed with 0.5 and 1.0 g kg-1 of NTF
of basal diet (T2 and T3) compared to others diets 0.25
and 2.0 g kg-1 of NTF of basal diet (T1 and T4). The
higher stability value was detected with T1. Water
quality parameters show low variation, the water
temperature during shrimp experiment ranged from
24.3 to 27.5°C, dissolved oxygen from 5.7 to 6.3 mg L-1,
and pH from 7.1 to 7.4. Total ammonia ranged from
0.12 to 0.34 mg L-1, nitrite from 0.25 to 0.33 mg L-1,
and nitrate from 5.13 to 19.23 mg L-1. Salinity was 5
along shrimp experiment (40 days).
The general growth parameters (means ± SD) of
juvenile shrimp (L. vannamei) are detected in Table 1,
where a not significant difference was found in IBW
and IBL (P > 0.05) for all treatment. Production results
showed a significant increase (P < 0.05) for FBW,
IWG, WG, and FCR in shrimp treatments with 1.0 and
2.0 g kg-1 of NTF of basal diet (T3 and T4, Table 1)
compared to others experimental treatments (CD, T1,
and T2), where a best result was observed in the higher
NTF incorporation level. Other general growth
parameters show a not significant difference among
treatments (P > 0.05). However, treatments 3 and 4
display the best values. The survival of juvenile shrimp
cultured in low-salinity water fluctuated from 96 to
100% (Table 1) without significant difference between
treatments (P > 0.05).
Digestive enzymes activities
The activity levels of the hepatopancreas digestive
enzymes of juvenile shrimp (L. vannamei) cultured in
low-salinity water are observed in Figure 1. A clear
variation in the activity of all enzymes was observed.
The alkaline protease show an activity of 142.9-188.7 U
mg protein-1, lipase of 191.8-383 U mg protein-1, and αamylase of 44.7-84.1 U mg protein-1. The treatment 2
displays the higher values and treatments 3 and 4 the
lowest (Fig. 1). In all cases, not significant differences
(P > 0.05) were detected between treatments. Both,
lipase and α-amylase display a similar activity (Fig 1).
The level of alkaline phosphatase displayed values of
0.31-0.55 U mg protein-1 and leucine aminopeptidase
0.15-0.29 U mg protein-1 (Fig. 1), where higher levels
are detected in treatment 2. No significant values were
detected for the rest of the digestive enzymes (P >
0.05).
DISCUSSION
The shrimp aquaculture has been a very significant
alternative to increase the shrimp production for human
consumption. The opportunity to increase the
development of shrimp aquaculture is evident (PérezCastañeda et al., 2015). L. vannamei show a high
tolerance to a wide range of salinity from 1 to 50
(Ponce-Palafox et al., 1997). Recently, some shrimp
farms grow L. vannamei in low-salinity water
conditions (2-15) (Laramore et al., 2001), where L.
vannamei is a species with similar growth from low to
marine salinity (Rosas et al., 2001; Ortega-Salas &
125
Table 1. Growth parameters (means ± SD) of juvenile shrimp L. vannamei cultured in low-salinity and feeding with Yucca
schidigera and Quillaja saponaria (40 days). Values within the same row with different letters are significantly different
(P < 0.05). Initial mean body weight (IBW), final mean body weight (FBW), individual weight gain (IWG), weight gain
(WG), initial mean body length (IBL), final mean body length (FBL), individual length gain (ILG), length gain (LG),
specific growth rate (SGR), feed conversion ratio (FCR), and survival. (a) Letters in same line indicate significantly
different subsets as defined by one-way Analysis of Variance (ANOVA) followed by Tukey’s multiple range tests (P <
0.05).
General growth
parameters
IBW (g ind-1)
FBW (g ind-1)
IWG (g ind-1 )
WG (%)
IBL (cm ind-1)
FBL (cm ind-1)
ILG (cm ind-1)
LG (%)
SGR (% day-1)
FCR
Survival (%)
Shrimp treatment (g kg-1 of NTF basal diet)
Control (0)
2.67 ± 0.17
11.64 ± 0.81
8.97 ± 0.97
338.95 ± 58.96
7.41 ± 0.17
12.03 ± 0.35
4.63 ± 0.50
62.58 ± 8.17
3.68 ± 0.33
1.53 ± 0.06
96.60 ± 0.58
T1 (0.25)
2.56 ± 0.12
12.04 ± 1.15
9.48 ± 1.21
371.80 ± 57.82
7.31 ± 0.11
12.16 ± 0.42
4.85 ± 0.46
66.36 ± 6.84
3.87 ± 0.32
1.31 ± 0.07
96.60 ± 0.58
Rendón, 2013; Pérez-Castañeda et al., 2015). Unfortunately low information is detected about the culture
effect on general growth parameters, physiological
responses, and digestive enzyme activity from shrimp
hepatopancreas.
All ingredients used in shrimp diet affect the
stability of water quality and this factor shows an
important effect on general growth parameters of
shrimp. The shrimp feed requires a minimum of an hour
of stability into the water and during this period the
pellets should maintain their integrity with a minimum
of nutrient leaching (Subramanyam, 1994), as shrimp
are benthic feeders and slow to recognize the food
source. Leaching of aquaculture diets may result in the
loss of nutrients, increase water contamination, and
economic losses (Cruz et al., 2002). Cruz-Suárez et al.,
(2008) report losses of dry matter near to 15-17% when
different additives have been used in shrimp diets and
without significant effect on shrimp growth. The
shrimp diet was elaborated with NFT inclusion of 0,
0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF basal diet. All
experimental diets in this study display stability from
85-86% did not showed significant difference (P > 0.05)
in diets with 0 and 2.0 g kg-1 of NTF basal diet. Those
suggest that inclusion of the NFT additive in the shrimp
diet did not reduce significantly this feed parameter
(stability) when shrimp diet is used in low-salinity
water. However, the use of this type of water for the
stability test probably increases the loss of matter of
shrimp diet and this is an important characteristic for
future diet formulation.
T2 (0.5)
2.60 ± 0.09
11.78 ± 0.50
9.18 ± 0.53
354.20 ± 28.88
7.32 ± 0.09
12.14 ± 0.22
4.82 ± 0.21
65.86 ± 3.02
3.78 ± 0.16
1.31 ± 0.05
96.60 ± 0.58
T3 (1.0)
2.61 ± 0.15
13.63 ± 0.18a
11.02 ± 0.33a
424.29 ± 36.31a
7.33 ± 0.09
12.32 ± 0.05
4.99 ± 0.13
68.07 ± 2.54
4.14 ± 0.18a
1.10 ± 0.07a
100 ± 0.00
T4 (2.0)
2.68 ± 0.08
13.46 ± 0.34a
10.78 ± 0.29a
402.35 ± 10.01a
7.42 ± 0.11
12.24 ± 0.17
4.82 ± 0.09
64.93 ± 1.09
4.03 ± 0.05b
1.22 ± 0.04a
100 ± 0.00
Previous studies about the use of Y. schidigera and
Q. saponaria as feed additives for fish and shrimp
organisms from aquaculture industry are limited
(Castillo-Vargasmachuca et al., 2015; Qi-Hui et al.,
2015). In the present study, the NTF supplementation
in shrimp diet presented a significant increase (P <
0.05) of the FBW, IWG, and WG, also a decrease of
the FCR in shrimp, where 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF of
basal diet show the best values (Table 1). Other studies
show similar effect. For example, Valle et al. (2006)
shows an increase of 23% in growth and 26% in
production, with the use of Q. saponaria in L. vannamei
diets (1.5 g of Hibotec®/kg of diet). Similarly, effects
of inclusion of Y. schidigera extract in the diet of L.
vannamei were evaluated by Martínez et al. (2008)
where 2 g kg-1 of diet of yucca extracts significant
increases the shrimp growth compared to control diets.
Also, the FCR show a 1.6 value (3 g kg-1 of diet of
yucca extract) compared to control group (2.32 values).
In this study, the Y. schidigera and Q. saponaria use in
shrimp diet display a low FCR (1.1-1.31) in all
treatments compared to control diet (1.53) (Table 1).
Present research show an effect of Yucca schidigera
and Q. saponaria on general growth parameters (FBW,
IWG, WG, FCR, etc.) of L. vannamei cultured at lowsalinity. The increase of growth and reduction of FCR
in response to Y. schidigera and Q. saponaria supplementation (1-2 g kg-1 of extract doses) in the diet may
be related to increased protein synthesis, promotion of
nutrient absorption in epithelial cells of digestive tract
that help in the nutrient absorption, cell membrane per-
126
Figure 1. Juvenile shrimp (L. vannamei) hepatopancreas enzyme activity (means ± SD), cultured in low-salinity and feeding
with Y. schidigera and Q. saponaria (40 days).
meability to amino acid and other nutrient as suggest
Francis et al. (2005), Citarasu (2010), Güroy et al.
(2014) and Qi-Hui et al. (2015). Best uses of feed diet
generate a reduction of organic matter discharge from
shrimp excretion with a probable decrease of ammonia,
nitrate and nitrite levels in culture water. Similar effects
were observed for Qi-Hui et al. (2015) and CastilloVargasmachuca et al. (2015) were use Y. schidigera
extract on water quality and survival of Lutjanus peru
and L. vannamei.
The shrimp hepatopancreas is the principal
digestive gland and is a sensitive indicator for shrimp
metabolism, where digestive enzyme activity plays an
important role in nutritional physiology and shrimp
growth. A clear variation in the activity of all enzymes
from juvenile shrimp (L. vannamei) cultured in lowsalinity water (S = 5) was observed, where treatment 2
display the higher values of alkaline protease, lipase,
and α-amylase compared to other treatments (Fig. 1).
However, the addition of Y. schidigera and Q.
saponaria (Nutrafito plusTM) in shrimp diet not affect,
significantly, the hepatopancreatic enzyme activity (P
> 0.05) (Fig. 1). Qi-Hui et al. (2015) reported a
significantly increase of hepatopancreatic protease
activity (P < 0.05) without effect on lipase and amylase
when use Y. schidigera in L. vannamei diet (0.2 and
0.3%). The values of alkaline protease activity detected
in present study (142.9-188.7 U mg protein-1) were
similar to that observed for Qi-Hui et al. (2015) (136.4151.1 U mg-1). Gamboa-Delgado et al. (2003) reported
lipase value in shrimp juvenile of L. vannamei (10-12
g) near to 100 U mg protein-1, which is low value to
detect in present document (191.8-383 U mg protein-1)
for same shrimp weight. A suggested mechanism of
action of saponins from plants as Y. schidigera and Q.
saponaria include helping of intestinal absorption of
dietary amino acid and fatty acid obtained after
enzymatic digestion.
The increase of general growth parameter and FCR
reduction reported in present document suggest that Y.
schidigera and Q. saponaria supplementation in
shrimp diet may affect those parameters. Probably, those
are associated to increase the protein synthesis,
promotion of nutrient absorption in epithelial cells of
digestive tract, or cell membrane permeability to amino
acid and other nutrients as suggest Francis et al. (2005),
Citarasu (2010), Güroy et al. (2014) and Qi-Hui et al.
(2015). Also, may related with the low-salinity water
which affect the enzyme activity as compensatory
alternative to energy loss for osmoregulation, or could
be associated to a possible strategy to take advantage of
the capacity of obtaining energy from amino acids
metabolism as suggest by Li et al. (2008) that report a
higher enzyme activity from hepatopancreas of L.
vannamei cultured at compared to other treatments
(salinity of 17 and 32).
Further studies about the use of Y. schidigera and
Quillaja saponaria on shrimp production (pilot or
commercial scale) are recommended to determine the
viability of those products, and their properties on
growth, immunostimulation, and intestinal gut cells of
L. vannamei.
ACKNOWLEDGMENTS
The PhD grant was funded by the Programa de
Mejoramiento del Profesorado (SEP-Promep) Universidad Autónoma de Tamaulipas. Also, the
University of Arizona supported this work with
technical assistance and installation.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 129-136, 2016Dietary phosphorus supplementation in goldfish diets
129
Research Article
Dietary total phosphorus supplementation in goldfish diets
Weslley F. Braga1,2, Janaína G. Araújo1, Graciela P. Martins1
Silvio L. Oliveira1 & Igo G. Guimarães1
1
Laboratório de Pesquisa em Aquicultura, Universidade Federal de Goiás
Campus Jataí, Jataí, GO, C.P. 37580-615, Brazil
2
Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, C.P. 37200-000, Brazil
Corresponding author: Igo G. Guimarães ([email protected])
ABSTRACT. Although goldfish (Carassius auratus) is an important species for the ornamental fish industry,
few data are available regarding the nutrient requirement of this species, with emphasis to mineral nutrition.
Thus, we designed a 45-day feeding trial to evaluate the effect of dietary total phosphorus (P) levels on growth
performance and carcass mineral composition of goldfish fingerlings. 210 goldfish with 1.18 ± 0.04 g were
randomly stocked into 30 3L-aquaria in a completely randomized design. Test diets were formulated to contain
the following dietary total P levels: 3.5, 6.5, 9.5, 12.5 and 15.5 g kg-1. Dietary P affected all growth parameters
and carcass macrominerals deposition, however, the micromineral carcass composition was not affected. No P
deficiency signs were observed throughout the experiment. The linear broken-line model best fitted to daily
weight gain, feed conversion ratio, specific growth rate, protein efficiency ratio, P retention, and whole-body P
concentration at 8.2, 11.4, 8.2, 11.4, 15.5 and 7.1 g kg-1 dietary P, respectively. An exponential model best fitted
to phosphorus utilization data with an estimated requirement of 8.6 g kg-1. In sum, the use of total P levels
between 7.13 and 11.4 g kg-1 in goldfish diets seems to meet the requirement for maximum growth, feed
utilization and proper whole-body mineralization.
Keywords: Carassius auratus, phosphorus requirement, minerals, nutrition, ornamental fish, aquaculture.
Suplemento de fósforo total en dietas para carpa dorada
RESUMEN. Aunque la carpa dorada Carassius auratus es una especie importante para la industria de peces
ornamentales, existen escasos estudios sobre las necesidades nutricionales de esta especie, con énfasis en la
nutrición mineral. Por lo tanto, se diseñó un estudio de alimentación de 45 días para evaluar el efecto de los
niveles dietarios de fósforo (P) total sobre el crecimiento y la composición mineral del esqueleto de los alevines
de C. auratus. 210 peces con peso inicial promedio de 1,18 ± 0,04 g se colocaron aleatoriamente en 30 acuarios
de 3 L en un diseño completamente al azar. Las dietas se formularon para contener los siguientes niveles de
fósforo dietario total: 3,5; 6,5; 9,5; 12,5 y 15,5 g kg-1. El fósforo dietario afectó todos los parámetros de
crecimiento y la deposición de minerales en el esqueleto; sin embargo, la composición del elemento traza en la
carcasa no fue afectada. No se observaron signos de deficiencia de fósforo a lo largo del experimento. El modelo
lineal de línea quebrada mostró el mejor ajuste para la ganancia diaria en peso, conversión alimenticia, tasa de
crecimiento específico, tasa de eficiencia proteica, retención de P y concentración de P en todo el cuerpo con el
siguiente requerimiento estimado: 8,2; 11,4; 8,2; 11,4; 15,5 y 7,1 g kg-1, respectivamente. El modelo exponencial
presentó el mejor ajuste a los datos de utilización de fósforo, con un requerimiento estimando de 8,6 g kg -1. El
uso de los niveles de fósforo entre 7,13 y 11,4 g kg-1 en las dietas de C. auratus cumple con los requisitos para
el crecimiento máximo, utilización de alimento y adecuada mineralización del cuerpo.
Palabras clave: Carassius auratus, requerimiento de fósforo, minerales, nutrición, peces ornamentales,
acuicultura.
INTRODUCTION
Ornamental fish industry is an aquaculture sector which
has been growing in the last decades and has become a
____________________
main economic alternative in some developing
countries. Marine and freshwater species have been
used as pets and are kept in homes under several types
of environments using different shapes and sizes of
130
aquaria. Among the ornamental fish species, goldfish is
one of the top five most produced freshwater fishes
worldwide. This species has been used not only as a pet,
but as a model in several fish physiology studies and
selective breeding because of its long-time domestication and easy handling (Rosa et al., 1994; FAO,
2007).
Despite the importance of goldfish for the
ornamental fish industry, few nutrient requirement data
are available. Until the present time, there are reports
mainly concerning on protein and amino acids
requirement (Lochmann & Phillips, 1994; Fiogbé &
Kestemont, 1995; Snellgrove & Alexander, 2011).
However, the micronutrients requirement data are scant
for the goldfish, mainly in respect to mineral nutrition.
Although the importance of phosphorus nutrition is
well known among fish nutritionists, mainly due to its
effect on bone development and kinetics of energy
transfer in the cell (Lall, 2002; Uyan et al., 2007; NRC,
2011), few studies are available on the quantitative
phosphorus requirement for ornamental fish, including
goldfish. Besides the importance of phosphorus
nutrition for the adequate growth of fish and bone
mineralization, it is well established that the excess
phosphorus in fish diets may promote eutrophication of
water bodies and thus, reducing the sustainability of
aquaculture production (Lall, 2002). Quantitative
phosphorus requirement for fish is between 2.5 and 10
g kg-1 diet. The requirement may be variable according
to the life stage, phosphorus source and the statistical
approach used to estimate the requirement (Pezzato et
al., 2006; NRC, 2011). Additionally, there are strong
evidences that digestive tract differences among fishes
may influence the quantitative requirement of
phosphorus (Hua & Bureau, 2006, 2010). Thus, studies
on phosphorus nutrition for ornamental fish is of utmost
importance once when diets are formulated with
adequate phosphorus levels and sources, reduced
phosphorus loading to the environment is expected,
improving the welfare and lifespan of the fish.
Therefore, it is important to develop proper formulated
diets for this species, considering that the consumers
may be more prone to pay higher prices for a diet which
reduces the algae bloom in aquaria and increases the
life span of the fish. Based on the lack of information
on mineral nutrition, with emphasis to phosphorus, and
its importance for the growth and health maintenance
of the fish, we designed an experiment to determine the
effects of phosphorus supplementation on growth
performance and carcass mineral composition of
goldfish fingerlings. Additionally, we provide an
estimate of the total P requirement for this species.
All experimental procedures were approved by the
Animal Ethics Committee of the Universidade Federal
de Goiás (protocol 301/10-CEUA).
Experimental procedure
Five hundred goldfish with 90 days-old spawned from
our wild variety of goldfish broodstocks were selected
and acclimatized to the laboratory conditions in two
500 L-aquaria. These fish were fed twice daily with a
commercial diet (280 g kg-1) to satiation for two weeks.
The feeding trial was conducted in a recirculating
system; accumulated feces were removed by siphon. A
homogenous group of 210 goldfish was selected by
weight (1.18 ± 0.04 g) and randomly stocked into 30
3L-aquaria.
Each diet was fed to six groups of fish for 45 days.
Fish were fed until apparent satiation at 07:00, 12:00,
and 17:00 h. During the feeding trial water quality
parameters were maintained in the optimum range for
fish rearing (pH 6.8  0.3, dissolved oxygen 5.8  0.7
mg L-1 and ammonia (NH3) 124 g L-1). Water
temperature was heater-controlled and kept at 26 ±
0.7ºC. All aquaria were maintained under natural
photoperiod. Dissolved P levels in the water varied
from 0.34 to 0.63 mg L-1.
During the experiment, fish mortality was recorded.
At the beginning and at the end of the feeding
experiment, fish were starved for 24 h, and then
weighed by group.
Experimental diets
Diets were manufactured using conventional feed
ingredients to contain the same digestible energy (12.54
MJ DE kg-1 diet) and protein content (280 g kg-1)
according to previous studies conducted in our
laboratory (Souto et al., 2013). An unsupplemented diet
with no adding dicalcium phosphate was formulated as
the control diet and by adding dicalcium phosphate the
following dietary total P level were obtained: 6.5; 9.5;
12.5 and 15.5 g kg-1 (Table 1). The unsupplemented
diet contained 3.5 g kg-1 total P.
All ingredients were grounded until sieve in a mesh
diameter of 500 m. Diets were mechanically mixed
with water (25% dry weight) and the moist mixture was
extruded in a 4 mm die of a meat grinder. Diets were
oven dried until present moisture <100 g kg-1, and
stored at -18ºC until further use. At the beginning of the
experiment diets were ground and sieved in a mesh
diameter according to fish size.
Dietary phosphorus supplementation in goldfish diets
131
Table 1. Experimental diets composition and proximate analysis.
Ingredient
Total phosphorus levels (g kg-1)
3.5
Soybean meal
517.0
Yeast
20.0
Cottonseed meal
20.0
Corn
276.2
Broken rice
90.0
DL-Methionine
2.0
Soybean oil
30.0
Dicalcium phosphate
0.0
Limestone
38.2
Vitamin C
0.4
NaCl
1.0
Vitam/min mix1
5.0
BHT2
0.2
Total
1000
Proximate composition (g kg-1)
Digestible energy3 (MJ kg-1) 12.62
Digestible protein3
251.9
Crude protein4
280.9
Crude fiber4
48.3
Starch4
307.6
Lipid4
60.3
Calcium4
20.9
Phosphorus4
4.4
6.5
517.0
20.0
20.0
272.2
90.0
2.0
30.0
16.0
26.2
0.4
1.0
5.0
0.2
1000
9.5
517.0
20.0
20.0
266.0
90.0
2.0
31.0
32.5
14.9
0.4
1.0
5.0
0.2
1000
12.5
519.0
20.0
20.0
255.0
90.0
2.0
34.4
48.5
4.5
0.4
1.0
5.0
0.2
1000
15.5
522.0
20.0
22.0
233.0
90.0
2.0
39.4
65.0
0.0
0.4
1.0
5.0
0.2
1000
12.57
251.6
280.6
48.2
305.1
60.1
20.3
6.9
12.54
251.3
280.1
48.1
301.2
60.9
20.0
10.9
12.57
251.4
280.1
48.0
294.6
63.8
20.0
13.6
12.56
252.0
280.2
48.3
281.3
67.9
22.3
18.2
1Vitamin
and mineral mix provided the following (mg or IU kg-1 of mixture): folic acid 600
mg, biotin 24 mg, choline chloride 54 g, niacin 12000 mg, calcium pantothenate 6000 mg,
vitamin A 600000 UI, vitamin B1 2400 mg, vitamin B12 2400, mg, vitamin B2 2400 mg,
vitamin B6 2400 mg, vitamin C 24 g, vitamin D3100000 UI, vitamin E 6000 mg, vitamin
K3 1200 mg. Co 1 mg Cu 300 mg, Fe 5000 mg, I 10 mg, Mg 2000 mg, Se 10 mg, Zn 3000
mg. 2 Antioxidant: butylated hydroxytoluene. 3Calculated according to reported values for
carp and tilapia (Pezzato et al., 2006; NRC, 2011), 4Analysed values.
Proximal and mineral analysis
A group of 20 fish at the beginning of the experiment
and four fish per aquaria at the end were collected and
euthanized with high benzocaine concentration (193
mg L-1). Fish were ground in a meat mincer and
samples stored frozen (-18°C) to determine the wholebody chemical composition and mineral content.
Proximate composition analysis and mineral content of
feed ingredients, experimental diets and whole fish
were performed by the standard methods of AOAC
(1995). Samples of diets were dried to a constant
weight at 105°C to determine moisture. Protein was
determined by measuring nitrogen (N x 6.25) using the
Kjeldahl method, lipid by ether extraction using
Soxhlet, ash by combustion at 550°C, crude fiber by
fritted glass crucible method after treated with H2SO4
and NaOH. Samples of fish whole-body were analyzed
to determine calcium (Ca), magnesium (Mg),
manganese (Mn), iron (Fe) and zinc (Zn) concentrations by flame atomic absorption spectrophotometry
on a Shimadzu AA-6800 (Shimadzu, Japan), while total
P concentration was analyzed by a colorimetric
process, using the vanado-molybdate reagent.
Data analysis
The following variables were calculated: feed intake FI
= feed consumption (g)/((FW +IW)/2)×t); daily weight
gain DWG = (FW−IW)/t; feed conversion ratio FCR =
dry feed fed in g/wet weight gain in g; specific growth
rate SGR = (ln FW−ln IW)×100/t ; protein efficiency
ratio PER = wet weight gain in g/protein intake in g;
phosphorus utilization PU = weight gain in g/phosphorus intake, g; protein productive value PPV = (FW ×
CP1−IW × CP2)/(Id × CP); phosphorus retention PR =
(FW × P1−IW × P2)/(Id × P).
Where FW is final body weight, IW is initial body
weight, t is experimental duration in days, Id is feed
intake on a dry matter basis. CP, CP1 and CP2 represent
protein contents in diet; final fish body and initial fish
body, respectively, P, P1 and P2 represent phosphorus
content in diet, final fish body and initial fish body,
respectively.
132
The experiment followed a completely randomized
design with five treatments and six replicates. The data
were verified for normality (Kolmogorov-Smirnov
test) and homogeneity of variances (Levene’s F test).
The concentration of dietary total P was the fixed factor
in this study. Data were analyzed using PROC GLM
(SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA) for a one-way
analysis of variance (ANOVA) and GraphPad Prism
6.02 (Graphpad software, San Diego, CA) was used for
graphs preparation. When the quadratic term in the
model was statistically significant, the relationship
between analyzed phosphorus level and the measured
parameter was further evaluated using PROC NLIN to
determine the response curve and estimate the
phosphorus requirement in relation to the measured
parameter. The models used to estimate the requirement
were selected based on the least sum of squared
differences between the values of the observed and
predicted values of the dependent variable (Shearer,
2000). For response variables that were significantly
different and no model was able to be fitted, pairwise
comparisons between treatments means were made
using the Student Newman Keuls Multiple Range Test.
A significance level of P < 0.05 was used for all
statistical analyses.
RESULTS
After 45 days of feeding the experimental diets, all
growth parameters were significantly affected by the
phosphorus levels, except for the feed intake (Table 2).
Analyzed total phosphorus levels were 4.4; 6.9; 10.9;
13.6 and 18.2 g kg-1 for diets formulated to contain 3.5;
6.5; 9.5; 12.5 and 15.5 g kg-1, respectively. No signs of
phosphorus deficiency were observed in this study
throughout the experimental period.
The linear broken-line model best fitted to the
DWG, FCR and SGR (Fig. 1). The estimated
requirement for these parameters was 8.2, 11.4 and 8.2
g kg-1 total P, respectively. Feed intake was not affected
by the dietary levels of total phosphorus in goldfish
diets (P > 0.05).
Except for the PPV (P < 0.05), the dietary levels of
phosphorus significantly affected the utilization of
phosphorus and protein in goldfish (Table 3). The
estimated requirement based on the linear broken-line
model was 11.4, 15.5 and 7.1 for PER (Fig. 2a), PR
(Fig. 2c) and whole-body phosphorus content (Fig. 2c),
respectively. An exponential model best fitted to the
phosphorus utilization (PUR) data and the estimated
requirement (95% of the plateau) was 8.6 g kg-1 (Fig.
2b).
P supplementation significantly affected the macro
mineral composition of goldfish carcass (P < 0.05).
However, this effect was not evident for Mn, Fe and Zn
(Table 4) (P > 0.05). Goldfish fed the unsupplemented
diet showed the lowest whole-body calcium (Ca)
content while fish fed diets with the highest P level
(18.2 g kg-1) had the highest Ca concentration. The
broken-line model best fitted to the whole-body P
content with an estimated requirement of 7.1 g kg-1
total P (Fig. 2d).
DISCUSSION
In this study, a slightly higher P requirement is reported
for goldfish (8.2 g kg-1) compared to the other species
of the same group. Total P requirement for culture
cyprinid fishes, specifically for common carp
(Cyprinus carpio) and grass carp (Ctenopharyngodon
idella), has been reported to range from 6.0 to 8.49 g
kg-1 (Nwanna et al., 2010; NRC, 2011; Liang et al.,
2012), which is very close to the values observed in our
study. The same P requirement observed in this study
for both DWG and SGR indicates the close relationship
of these growth parameters for goldfish. These small
differences on P requirement among studies can be
attributed to the rearing system used in the
experimental procedure, P availability in different
sources and ingredients and statistical model used to
estimate the requirement.
No effect of total P levels on feed intake of goldfish
was observed in this study. Although some studies with
fish have reported similar results (Oliva‐Teles &
Pimentel‐Rodrigues, 2004; Ribeiro et al., 2006; Furuya
et al., 2008; Nwanna et al., 2010), others have reported
a significant effect of phosphorus on this parameter
(Yang et al., 2006; Furuya et al., 2008). These
differences among studies may be related to different
ingredient composition of the experimental diets.
The estimated requirement based on FCR (11.4 g
kg-1) was 39% higher than the requirement estimated
for growth. This supports the results of previous studies
with other fish species which observed a significant
improvement on feed utilization when diets were
supplemented with P in the form of dicalcium
phosphate (Dato-Cajegas & Yakupitiyage, 1996;
Pezzato et al., 2006). However, there are no reports
showing any effect on feed utilization among Psupplemented diets (Pimentel-Rodrigues & OlivaTeles, 2001; Luo et al., 2009; Nwanna et al., 2010).
Differences among studies are most likely to occur
when the experimental diets are formulated with plant
protein ingredients since fish species may digest these
products differently (Gatlin et al., 2007; Hardy, 2010).
Furuya et al. (2004) reported that Nile tilapia improved
133
Table 2. Growth performance of goldfish fingerlings fed diets containing different levels of total phosphorus (n = 6, mean
± SD). Feed intake (FI), daily weight gain (DWG), feed conversion ratio (FCR), specific growth rate (SGR).
P levels (g kg-1)
3.50
6.50
9.50
12.50
15.50
ANOVA P-value
Regression
Quadratic P-value
Broken-line P-value
FI (g)
DWG (mg day-1)
FCR
SGR (% day-1)
7.96 ± 0.85
8.13 ± 0.31
8.70 ± 0.60
8.56 ± 0.51
7.84 ± 0.55
0.1315
3.81 ± 0.90
4.51 ±0.27
5.52 ± 0.73
6.16 ± 0.73
5.27 ± 0.36
0.0421
6.86 ± 1.28
5.75 ± 0.50
5.07 ± 0.76
4.47 ± 0.68
4.73 ± 0.28
0.0007
0.46 ± 0.10
0.53 ± 0.04
0.64 ± 0.08
0.72 ± 0.08
0.61 ± 0.05
0.0002
0.0592
0.1051
0.0362
0.0429
<0.0001
0.0015
0.0001
0.0156
Figure 1. Daily weight gain (a), specific growth rate (b),
and feed conversion ratio (c) of goldfish fingerlings fed
diets containing graded levels of phosphorus. Each point
is a mean of 6 aquaria ± SD.
FCR comparable to fish meal-based diets when not
only limiting amino acids but also phosphorus was
supplemented to plant-based diets. Thus, the higher
requirement for FCR observed for goldfish in this study
may be related to the plant-based diet used.
The lowest growth performance and feed utilization
of goldfish fed the P unsupplemented diet (4.4 g kg-1
total P) may be a result of P deficiency, causing a
slightly reduction in feed intake and feed utilization,
and leading to a reduced energy supply to support
growth of fish, and therefore, reducing the growth
performance. Similar results were reported for Nile
tilapia when fish were fed P-deficient diets (Watanabe
et al., 1980; Dato-Cajegas & Yakupitiyage, 1996;
Miranda et al., 2000).
P supplementation significantly affected the protein
utilization of goldfish (Fig. 1a, Table 3) and the dietary
level of 11.4 g kg-1 was sufficient to prevent this
deficiency symptom. The reduced protein utilization in
goldfish fed the unsupplemented P diet may be
attributable to the impaired fatty acid utilization in the
β-oxidation, once this mineral is an important co-factor
for activation of some regulatory enzymes in this
metabolic pathway. Therefore, leading to the use of
protein as an energy source to support the basal
metabolism (Roy & Lall, 2003). Earlier studies have
reported that low levels of P in carp diets may affect the
amino acid utilization for protein synthesis diverting
their use for energy supply via gluconeogenesis (Onishi
et al., 1981). However, the effect of P on nitrogen
utilization of fish seems to be extremely variable
among studies. For instance, European sea bass
(Dicentrarchus labrax) (Oliva‐Teles & Pimentel‐
Rodrigues, 2004) and gilthead sea bream (Sparus
aurata) (Pimentel-Rodrigues & Oliva-Teles, 2001)
seems to have the same P requirement for maximum
growth (5.7 and 6.5 g kg-1, respectively) and improved
nitrogen utilization, however, reduced protein utilization
134
Figure 2. Protein efficiency ratio (a), phosphorus utilization rate (b), phosphorus retention (c) and whole-body P content
(d) of goldfish fingerlings fed diets containing graded levels of phosphorus. Each point is a mean of 6 aquaria ± SD.
Table 3. Protein and phosphorus utilization of goldfish fed diets containing different levels of total phosphorus (n = 6, mean
± SD). Means followed by the different letters in the column are different at P < 0.05 by SNK test. Protein efficiency ratio
(PER), phosphorus utilization rate (PUR), protein productive value (PPV), phosphorus retention (PR), *the exponential
model best fitted to PUR data with a P-value of 0.0015.
P levels (g kg -1)
1
3.50
6.50
9.50
12.50
15.50
ANOVA P-value
Regression
Quadratic P-value
Broken-line P-value
PER (%)
PUR (%)
PPV (%)
PR (%)
c
0.50 ± 0.09
0.58 ± 0.05
0.70 ± 0.11
0.76 ± 0.13
0.73 ± 0.04
0.0014
34.08 ± 6.35
25.37 ± 2.21
18.44 ± 2.95
16.79 ± 2.93
11.65 ± 0.69
<.0001
9.93 ± 1.70
14.32 ± 0.43a
14.44 ± 1.18a
11.43 ± 1.12b
14.26 ± 0.72a
<.0001
40.49 ± 2.21
28.20 ± 5.78
29.28 ± 1.74
19.62 ± 2.59
17.17 ± 1.65
<.0001
0.0001
0.0179
<.0001
0.0571*
0.0817
0.3417
<.0001
0.0024
was reported for these species when fish were fed Pdeficient diets.
A linear decrease on P utilization was observed in
this study. Similar results were reported for gilthead sea
bream (Pimentel-Rodrigues & Oliva-Teles, 2001) and
rainbow trout (Bureau & Cho, 1999; Coloso et al.,
2003). The improved P utilization in fish fed low P
levels may be a physiological adaptation to the low P
content through an increased rate of P absorption as a
way to maintain P homeostasis. Increased P absorption
has been reported in P-deficient rainbow trout with
linear reduction on P digestibility according to the
increase of dietary P levels (Rodehutscord et al., 2000;
Sugiura et al., 2000). Although the effect of P levels on
P digestibility has not yet been reported for goldfish, we
can assume that the same physiological mechanism
may be present in the cyprinids. However, further
studies are needed to base our hypothesis.
Whole-body and bone mineral composition is one
of the most used parameter to determine bone integrity
and P utilization in fish. In this study, no effect of P
supplementation on micro mineral composition was
observed. However, P supplementation significantly
affected whole-body macro mineral composition (Ca, P
and Mg) of goldfish. Although a significant effect of P
on whole-body micro mineral composition of a
cyprinid fish has been reported (Nwanna et al., 2010),
a highly variable response has been observed among
studies.
The dietary requirements for bone or whole-body
mineralization in fish is higher than the estimated
requirement for growth (Lall, 2002; Yang et al., 2006;
Zhang et al., 2006). However, the requirement for bone
mineralization was lower (7.13 g kg-1) than those values
estimated for growth (8.2 g kg-1). This low P
requirement for goldfish may be related to a low bone
density of this ornamental species since several
varieties of this fish has thinner bones and increased
abdominal mass. However, further studies are needed
to determine the bone density mass in goldfish lines and
if these factor can influence the mineral requirement for
bone or whole-body mineralization.
The results of this study indicate that P is required
to maintain normal growth, nutrient utilization, and
whole-body mineralization of goldfish fingerlings.
Additionally, the use of proper dietary P levels may
improve production efficiency, reduce signs of mineral
deficiency and reduce P excretion to the water in both
commercial production systems and in aquaria used to
keep these fish as pets. To the best of our knowledge,
this is the first report on mineral requirement for
goldfish and further studies are needed to properly
comprehend the mineral metabolism in this species.
In conclusion, the use of total P levels between 7.13
and 11.4 g kg-1 in goldfish fingerlings diets meets the
requirement for maximum growth, feed utilization and
proper whole-body mineralization.
ACKNOWLEDGEMENTS
The authors are thankful to Carolinne S. Mota for the
support on the chemical analysis of fish and feed at the
PUC-GO laboratory and to M.Sc. Marcos H.S. de Assis
for his technical support on mineral analysis. None of
the authors had any financial or personal conflicts of
interest. All co-authors provided critical work on
revising the manuscript before submission.
135
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 137-143, 2016 Compuestos fenólicos de cuatro microalgas marinas
137
Research Article
Producción de compuestos fenólicos por cuatro especies de microalgas marinas
sometidas a diferentes condiciones de iluminación
Ana L. Gómez1, José A. López1, Armida Rodríguez2 , Judith Fortiz 2, Luis R. Martínez1
Alejandro Apolinar3 & Luis F. Enríquez1
1
DICTUS, Universidad de Sonora, Colosio s/n, Hermosillo, Sonora, México
2
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, La Victoria
Hermosillo, Sonora, México
3
DIFUS, Universidad de Sonora, Colosio s/n, Hermosillo, Sonora, México
Corresponding author: José Antonio López ([email protected])
RESUMEN. Algas y microalgas son productoras de compuestos antioxidantes como respuesta protectora al
daño producido por estrés (radiación UV, variación de temperatura, iluminación excesiva, entre otros). En el
presente estudio, se evaluó en condiciones de laboratorio el contenido de fenoles totales en cuatro especies de
microalgas marinas: Chaetoceros muelleri (Lemmermann, 1898), Thalassiosira weissflogii (Grunow, 1977),
Dunaliella tertiolecta (Butcher, 1959) y Tetraselmis chuii (Butcher, 1959), sometidas a diferentes condiciones
de iluminación por efecto del material de las unidades de cultivo (recipientes de vidrio transparente y de plástico
azul). Los fenoles totales fueron extraídos y se cuantificaron mediante espectrofotometría. Independiente de la
condición de iluminación, el mayor número de células se encontró en D. tertiolecta y C. muelleri con 904.000
y 965.000 cél mL-1, respectivamente. La concentración de fenoles totales (mgEAG g -1 peso seco) fue diferente
entre especies; sin embargo, no se encontraron diferencias significativas respecto a la condición de iluminación.
Los extractos de D. tertiolecta cultivada en vidrio y T. chuii cultivada en plástico, mostraron el mayor contenido
de fenoles (1,54 y 1,52 mgEAG g-1 peso seco, respectivamente). Se concluye que la producción de compuestos
fenólicos fue mayor en los cultivos con microalgas verdes, independientemente de la condición de iluminación.
Palabras clave: microalgas verdes, diatomeas, fenoles, biomasa, acuicultura.
Production of phenolic compounds by four species of marine microalgae
under different light conditions
ABSTRACT. Algae and microalgae produce protective antioxidant compounds in response to damage for stress
(UV radiation, temperature variation, excessive light and others). In the present study, the total phenol content
in four species of marine microalgae Chaetoceros muelleri (Lemmermann, 1898), Thalassiosira weissflogii
(Grunow, 1977), Dunaliella tertiolecta (Butcher, 1959) y Tetraselmis chuii (Butcher, 1959), grown at different
illumination rates due to the materials of the containers (carboy of clear glass and carboy of blue plastic), was
evaluated under laboratory conditions. The total phenols were quantified by spectrophotometry. Independently
of illumination condition, the greatest number of cells was found in D. tertiolecta and C. muelleri (904,000 and
965,000 cells mL-1, respectively). The concentration of total phenols (mg EAG g-1) was different among species,
but not among illumination condition. Extracts of D. tertiolecta grown in glass and T. chuii grown in plastic
containers, showed the highest content of phenols (1.54 and 1.52 mg EAG g -1, respectively). It was concluded
that the production of phenolic compounds were higher in green microalgae, independently of the illumination
condition.
Keywords: green microalgae, diatoms, phenols, biomass, aquaculture.
INTRODUCCIÓN
Actualmente las microalgas son comercializadas como
alimento natural o suplemento en la alimentación del
ser humano; se venden frecuentemente en las presenta__________________
Corresponding editor: Erich Rudolph
ciones de tabletas, cápsulas y líquidos. También son
incorporadas en pastas, bocadillos, dulces en barra y en
bebidas, ya sea como suplemento nutricional o como
fuente de colorante natural para estos alimentos
(Akpolat, 2008). En los cultivos larvarios de crustáceos
138
y moluscos se emplean como alimento las microlgas
Chaetoceros muelleri, Dunaliella tertiolecta y
Tetraselmis chuii (López-Elías et al., 2013a).
Thalassiosira pseudonana (Cleve, 1873) ha sido
aplicada con éxito en la acuacultura de peneidos
(García et al., 2012). Los principales sistemas de
producción de microalgas son los estáticos secuenciales
y se utilizan como unidades de producción recipientes
de vidrio y de plástico. Los fotobiorreactores son
diseñados indistintamente en cualquiera de estos
materiales (Ugwo et al., 2008). Según Gómez et al.
(1994) y De Oliveira et al. (1999) el crecimiento
celular es similar en ambos tipos de recipientes. Las
microalgas producen gran variedad de compuestos
conocidos como metabolitos secundarios. Entre estos
últimos se encuentran compuestos bioactivos producidos por vegetales como mecanismos de defensa; su
importancia radica en la acción antioxidante y
antagonista de radicales libres. Actualmente el estudio
de las microalgas se enfoca principalmente en sus
compuestos fenólicos (Martínez et al., 2002). Estos
compuestos, diversos en estructura y función, son
sintetizados por el organismo en cultivo al final de la
fase de crecimiento exponencial y en la fase
estacionaria (Robbins, 2003).
La producción de los compuestos fenólicos ha sido
relacionada al efecto de la iluminación, siendo afectada
tanto por exceso de la misma como por la radiación
ultravioleta (UV). Según Copia et al. (2012) la
radiación UV produce, como una defensa antioxidante,
un incremento en la producción de los compuestos
fenólicos en Chlorella sp. Los resultados de AbdalaDíaz et al. (2014) sugieren que el aumento de
compuestos fenólicos observados en Cystoseira
tamariscifolia (Hudson, 1950) estaría asociado a su
exposición a alta iluminación y a radiación UV. Los
compuestos fenólicos han sido investigados debido a
sus diversos beneficios para la salud humana y de otros
animales, ya que actúan como antioxidantes,
antiinflamatorios, agentes cardiovasculares, y como
productos para el tratamiento del cáncer y la diabetes
(Acosta-Estrada et al., 2014). Los compuestos
fenólicos son parte del complejo mecanismo de defensa
de las microalgas y por lo tanto son acumulados en
respuesta al estrés por luz UV (Duval et al., 2000), entre
otros factores. A la fecha se ha evaluado la actividad
antioxidante de algunas especies de microalgas
pertenecientes a los géneros Botryococcus, Chlorella,
Dunaliella, Nostoc, Phaeodactylum, Polysiphonia,
Scytosiphon, Spirulina (Hajimahmoodi et al., 2010;
Medina et al., 2014). A pesar de su actividad
antioxidante, los compuestos fenólicos de las microalgas
no han recibido suficiente atención debido a sus bajas
concentraciones. Solo algunos estudios recientes han
investigado sistemas más eficientes en la producción de
compuestos fenólicos para uso farmacéutico (Kepekçi
& Saygideger, 2012). Estos estudios se han enfocado
en mejorar las técnicas de extracción y en concentrar en
las microalgas dichos compuestos fenólicos (Custódio
et al., 2012; Saranya et al., 2014).
En este trabajo se evaluó la biomasa y concentración
de compuestos fenólicos de cuatro microalgas marinas
utilizadas en el cultivo larvario de especies acuícolas:
Chaetoceros muelleri, Thalassiosira weissflogii,
Dunaliella tertiolecta y Tetraselmis chuii, sometidas a
diferente condiciones de iluminación.
Las cepas de las microalgas utilizadas en este trabajo
provienen del cepario de microalgas del Centro de
Investigación Científica y de Educación Superior
(CICESE) de Ensenada, Baja California, México. En
este estudio se utilizó un diseño experimental factorial
de 2x4 en un arreglo completamente al azar (dos
condiciones de iluminación producto de los materiales
de cultivo y cuatro especies de microalgas), por
cuadriplicado. Las microalgas se cultivaron en un
medio estándar (f/2 de Guillard & Ryther, 1962). Los
cultivos se desarrollaron bajo condiciones de
laboratorio por seis días. Se utilizó una fuente de luz
fría, que emitió 274,2 µmol m-2 s-1. Como unidades de
cultivo se usaron recipientes de vidrio transparente
(RVT) y de plástico azul (RPA). La intensidad
luminosa al interior de ellos se midió con un fotómetro
Light Meter. Para los dos tipos de materiales se midió
la absorbancia con un espectrofotómetro a longitudes
de onda entre 400 y 700 nm. Los recuentos celulares se
realizaron cada 24 h con un hematocitómetro de 0,1 mm
de profundidad bajo un microscopio compuesto. La
fórmula para realizar el cálculo fue:
nº cel mL-1 = (nº células totales/nº de cuadros contados)
x 10.000
Determinación de la biomasa
Al concluir los cultivos se floculó la biomasa,
utilizando sulfato de aluminio (0,15 g L-1); posteriormente la biomasa se congeló a -80°C en un
ultracongelador. Las muestras congeladas, debido su
alto contenido de humedad, se liofilizaron a -40°C hasta
peso constante durante 7 a 10 días. Para homogenizarlas se molieron en un mortero, se colocaron en
frascos de plástico de boca ancha forrados con papel
aluminio, se adicionó gas nitrógeno, se cerraron y las
tapas se sellaron con papel parafilm; luego se
almacenaron en un congelador a -40°C. El peso seco de
Compuestos fenólicos de cuatro microalgas marinas
la muestra se ajustó para eliminar el equivalente al
sulfato de aluminio agregado al momento de la
floculación.
Extracción de fenoles
Para la extracción de fenoles, se pesaron por triplicado
2 g de la microalga liofilizada en una balanza analítica
(precisión 0,01 mg). Se agregaron 10 mL de etanol al
100% y se homogenizaron a 13.500 rpm por 1 min en
un homogenizador de tejidos. A continuación se
sonicaron por 1 h, se centrifugaron a 4.500 rpm por 10
min a 10°C en una centrífuga refrigerada. Se filtraron
en papel Wathman Nº1, se recolectó el filtrado en
recipientes de 50 mL y se adicionó gas nitrógeno para
crear una atmósfera inerte. Los residuos se extrajeron
de acuerdo a la metodología propuesta por Kähkönen et
al. (1999) y López et al. (2011).
139
Concentraciones celulares
El crecimiento poblacional no presentó diferencias
significativas (F = 18, P > 0.05) entre los cultivos
realizados en RVT y en aquellos realizados en RPA;
solo se observó una ligera tendencia a ser mayor en los
primeros (Fig. 1). La densidad celular final en D.
tertiolecta fue de 1,24x106 y 0,74x106 cél mL-1 al ser
cultivada en RVT y en RPA, respectivamente. Mientras
que para T. chuii fue de 1,01x106 y 0,50x106 cél mL-1
para ambos tipos de contenedores, respectivamente.
Así mismo, en las diatomeas se observó que la densidad
celular final en los cultivos de T. weissflogii fue de
2,25x106 cél mL-1 en RVT y 2,02x106 cél mL-1 en RPA.
Mientras que para C. muelleri fue de 1x106 cél mL-1 y
0,93x106 cél mL-1 en los cultivos en RVT y RPA,
respectivamente (Fig. 2). El número de células
obtenidas al final del cultivo, fue mayor en los RVT que
en los RPA (F = 10, P < 0,001), independiente de la
Cuantificación de los compuestos fenólicos
La determinación de los compuestos fenólicos se
realizó en el Laboratorio de Biología y Bioquímica de
Plantas del Centro de Investigación en Alimentación y
Desarrollo A.C. (CIAD), de acuerdo al método
colorimétrico descrito por Singleton et al. (1999). Los
resultados se expresaron como miligramos de
equivalentes de ácido gálico por gramo de peso seco
(mg EAG g-1 peso seco).
Análisis de datos
Las curvas de crecimiento se trazaron con los datos
promedio. Previo al análisis de datos se aplicó la prueba
de normalidad y homogeneidad de varianza. Para el
análisis del contenido de compuestos fenólicos se
realizó un análisis de varianza de dos vías a un nivel de
significancia de P < 0,05; donde los factores fueron la
condición de iluminación (material de los contenedores
para los cultivos) y la especie de microalga. Cuando
hubo diferencia significativa, se efectuaron comparaciones de medias por la prueba de rangos múltiples de
Tukey a un nivel de significancia del 5%. Los datos
fueron procesados con el programa estadístico
Statistica (StatSoft) para Windows.
Figura 1. Concentraciones finales diarias de los cultivos
de D. tertiolecta y T. chuii en recipientes de vidrio
transparente y de plástico azul.
RESULTADOS
Absorbancia de las unidades de cultivo
Los valores de absorbancia de las unidades de cultivo
(RVT y RPA), presentaron diferencias. Para los RVT
se registró una absorbancia entre 0,71 y 0,81 y para
RPA de 0,20 a 0,28. Por consiguiente, la intensidad
luminosa varió entre 111 y 114 µmol m-2 s-1 en los RVT
y entre 86 y 87 µmol m-2 s-1 en los RPA.
Figura 2. Concentraciones finales diarias de los cultivos
de C. muelleri y T. weissflogii en recipientes de vidrio
transparente y de plástico azul.
140
especie de microalga; aunque fue más evidente en el
caso de las microalgas verdes (D. tertiolecta y T. chuii).
El mayor número de células se observó en los RPA y
en los RVT en D. tertiolecta con 0,75 y 1,06x106 cél
mL-1 y en C. muelleri con 0,93 y 1,0x106 cel. mL-1,
respectivamente (F = 58, P < 0.01). La biomasa húmeda
recuperada de los cultivos fue similar en ambas
condiciones de iluminación (RVT y RPA). Sin
embargo, al comparar la biomasa producida entre
especies de microalga, se encontraron diferencias
significativas (F = 18, P < 0,05). La menor biomasa se
logró con las microalgas verdes D. tertiolecta y T. chuii
cuyos promedios fueron 266 y 346 g L-1,
respectivamente; mientras que la mayor se obtuvo con
las diatomeas C. muelleri y T. weissflogii con
promedios 839 y 865 g L-1, respectivamente (Tabla 1).
El contenido de fenoles totales de las diferentes
especies de microalgas, en las dos condiciones de
cultivo, fluctuó entre 0,32 y 1,54 mg EAG g-1 de peso
seco. Se encontraron diferencias significativas (P <
0,05) entre las especies de microalgas (F = 34,46, P <
0,001). Los extractos de D. tertiolecta cultivada en
RVT y T. chuii cultivada en RPA, mostraron el mayor
contenido de fenoles, 1,54 y 1,52 mg EAG g-1,
respectivamente. El menor contenido se encontró en C.
muelleri cultivada en RPA con 0,32 mg EAG g-1 y T.
weissflogii cultivada en RVT con 0,58 mg EAG g-1. Al
contrastar las condiciones de iluminación, no se
encontraron diferencias significativas en cuanto al
contenido de fenoles, aunque se apreció una tendencia
a ser ligeramente más alto en los RVT.
DISCUSIÓN
Se ha documentado que la condición de iluminación
tiene un efecto directo en el desarrollo de las microalgas, por su incidencia en la actividad fotosintética así
como en la producción de componentes celulares
específicos. Singh & Singh (2015) encontraron que
algunas especies de microalgas verdes, rojas, diatomeas
y cianobacterias se desempeñan mejor dentro de un
cierto rango de iluminación y que cantidades mayores
o menores de estas microalgas, se traducen en una
menor tasa de replicación y/o crecimiento celular. En
esta investigación no se presentó estrés por iluminación, sin embargo, se encontró que la mayor
producción de biomasa y compuestos fenólicos se
registró en los recipientes de vidrio, que fue el material
que permitió el mayor paso de la irradiancia. Además,
se encontró que las clorófitas mantienen la cantidad de
biomasa y compuestos fenólicos totales similares en los
RVT y en los RPA, lo cual sugiere que su rango óptimo
de desarrollo, está comprendida entre las condiciones
de iluminación prevalentes en ambos recipientes. En
vegetales se ha encontrado que la cantidad y la calidad
de la iluminación inducen al metabolismo de los
compuestos secundarios (compuestos fenólicos como
el ácido benzóico y el cinámico que son originados de
la biosíntesis del aminoácido aromático l-fenil-alanina)
por activación de los fotoreceptores (Robbins, 2003).
En Cystoseira tamariscifolia (Hudson, 1950) la mayor
concentración de compuestos fenólicos se encontró en
la sección apical, probablemente debido a que estos
compuestos fenólicos funcionan como un mecanismo
de protección para esta sección que está más expuesta
a una mayor intensidad luminosa y de radiación UV
(Abdala-Díaz et al., 2014).
En general, la concentración celular fue más alta en
condiciones de mayor iluminación (RVT) en
comparación a condiciones de menor iluminación
(RPA). De Oliveira et al. (1999) reportan la misma
tendencia en dos especies de Spirulina, al comparar
cultivos efectuados en recipientes de plástico y de
vidrio. Por otro lado Lemus et al. (2006) reportaron
para C. muelleri, cultivada en recipientes de vidrio en
sistema semicontinuo, concentraciones celulares de 1,8
a 2,2x106 cél mL-1, estos valores son mayores a los
obtenidos en esta investigación. Esta diferencia se
puede atribuir al sistema de cultivo estático utilizado en
el presente trabajo. Moheimani (2013), cultivó las
microalgas verdes Chlorella sp. y Tetraselmis suecica
(Kylin) Butch, 1959, en fotobioreactores al exterior. La
concentración celular final promedio de los cultivos de
T. suecica fue de 1,02x106 cél mL-1 a los 10 días de
cultivo, mientras que en los cultivos de Chlorella sp. se
registraron valores entre 16 y 22x106 cél mL-1. Los
resultados obtenidos con T. suecica fueron similares al
obtenido en el presente trabajo para T. chuii a los 6 días
de cultivo en RVT al interior. Esto indica que en
cultivos bajo condiciones de laboratorio, se pueden
lograr densidades celulares similares a las obtenidas al
exterior, siempre y cuando los recipientes sean de
materiales como el vidrio transparente, donde la
absorbancia sea baja y permita un mayor paso de luz.
La concentración celular reportada por López-Elías
et al. (2013b), en un cultivo de D. tertiolecta en RVT al
interior fue de 1,28x106 cél mL-1, valor similar al
registrado en el presente estudio para Dunalliela sp.
(1,24x106 cél mL-1). Por otro lado, Rosales-Loaiza et
al. (2008) cultivaron Dunaliella viridis (Teodoresco,
1906) en un sistema semicontinuo al exterior bajo dos
condiciones de iluminación (116 ± 8 y 139 ± 22 μmoles
m-2 seg-1), obteniendo a baja iluminación concentraciones entre 1,49x109 y 1,99x109 cél L-1 día-1. Moheimani
(2013) cultivó microalgas verdes al exterior, y obtuvo en
T. suecica una biomasa de 121 hasta 170 mg L-1 día-1.
Esta biomasa es menor a la que se logró en T. chuii en
este trabajo, que como promedio llegó a 345 mg L-1 día-1.
141
Tabla 1. Biomasa, número de células y fenoles totales producidos por especie cultivada en recipientes de vidrio trasparente
y de plástico azul. RPA: recipientes de plástico azul, RVT: recipientes de vidrio transparente. Letras distintas indican
diferencias significativas (P < 0.05).
Especie
Thalassiosira weissflogii
Tetraselmis chuii
Dunalliela tertiolecta
Chaetoceros muelleri
Número de células (cel mL-1)
RPA
RVT
203,000 ± 68,000 a
504,000 ± 93,000 ab
746,000 ± 208,000 bcd
931,000 ± 132,000 cd
226,000 ± 11,000 a
686,000 ± 32,000 bc
1,063,000 ± 160,000 d
1,000,000 ± 26,200 cd
Estas diferencias probablemente se deban a que en este
estudio las condiciones fueron controladas y más
estables. La cantidad de compuestos fenólicos totales
fue dependiente de la especie de microalga. Además, se
observó una tendencia a ser mayores en los cultivos
efectuados en los RVT, debido a que la iluminación
recibida fue más alta (112 µmol m2 s-1). Esto concuerda
con lo reportado por Kepekçi & Saygideger (2012)
quienes encontraron en cultivos de Spirulina platensis
(Gomont) Geiter, 1925, efectuados en una cámara con
fotoperiodo de 12 h luz y 12 h oscuridad con radiación
de 40, 60 y 120 μmol m-2 s-1 a 30°C, que a iluminaciones mayores de 120 µmol m2 s-1, obtuvieron las
mayores cantidades de compuestos fenólicos con un
promedio de 49,83 mg EAG g-1. Arezki et al. (2001)
mencionan que la iluminación favorece el incremento
en compuestos fenólicos y una disminución de la
actividad de la peroxidasa, que causa un decremento del
crecimiento y en un posterior aumento de compuestos
antioxidantes como los fenoles.
En las plantas se ha encontrado que a mayor
iluminación, aumenta en sus vacuolas la cantidad de
compuestos fenólicos del tipo de los flavonoides. La
producción de fenoles es un mecanismo de defensa
contra el exceso de oxígeno producido durante el
proceso de fotosíntesis. Estos compuestos son
generados cuando los organismos fotosintéticos son
expuestos a cantidades altas de irradiancia. Además, el
exceso de iluminación provoca un aumento en la
formación de radicales libres, por lo que la respuesta de
defensa de los organismos fotosintéticos consiste en un
aumento de la expresión genética para la biosíntesis de
compuestos flavonoides, que a su vez son compuestos
antioxidantes (Agati et al., 2013). Por ello, es factible
encontrar un aumento de estos compuestos a
iluminaciones mayores, como ocurrió en este trabajo en
el caso de las irradiancias registradas con los recipientes de vidrio transparentes. En las escasas
investigaciones relacionadas al efecto de la irradiancia
en la producción de carotenos y compuestos fenólicos
en diatomeas, se ha visto que aumentan las cantidades
de compuestos antioxidantes, debido a que en su hábitat
natural requieren de estos compuestos para protegerse
Biomasa (g mL-1)
RPA
RVT
639 ± 309abc
352 ± 121ab
250 ± 35a
866 ± 243c
1,091 ± 433c
339 ± 76ab
281 ± 59a
812 ± 97bc
Fenoles totales (mg EAG g-1)
RPA
RVT
0.58 ± 0.0571ab
1.52 ± 0.0837c
1.25 ± 0.1125bc
0.32 ± 0.0296a
0.84 ± 0.0837a
1.52 ± 0.0837c
1.54 ± 0.1133c
0.64 ± 0.0482a
del exceso de irradiancia y de la radiación UV (Kadono
et al., 2015).
Saranya et al. (2014) encontraron que Chaetoceros
calcitrans (Paulsen), Isochrysis galbana (Parke, 1949)
y Chlorella salina (Butcher, 1952) producen compuestos
antioxidantes como carotenos y otros compuestos
fenólicos que tienen propiedades antioxidantes. Goiris et
al. (2012) evaluaron la capacidad antioxidante,
contenido de carotenoides y fenoles totales de tres
especies de microalgas, encontrando un contenido de
fenoles totales de 1,71 mg EAG g-1 en T. suecica y 1,84
mg EAG g-1 en C. calcitrans. Estos resultados son
similares a los obtenidos en esta investigación para las
mismas especies. Wang et al. (2009) comprobaron que
la extracción de los compuestos fenólicos de la biomasa
de muchas especies de algas fue mayor con acetona al
70% que solamente con agua, por ello en esta
investigación también se hizo una extracción con
acetona. Li et al. (2007) evaluaron la capacidad
antioxidante y contenido de fenoles totales en 23
especies de microalgas, encontrando valores de 3,59 a
60,35 mg EAG g-1, lo que concuerda con los valores
obtenidos en este estudio. Finalmente, los resultados
obtenidos sobre fenoles totales (0,32-1,54 mg EAG g-1),
son superiores a los obtenidos por Copia et al. (2012)
(0,1 y 0,4 mg EAG g-1) en Chlorella sp. bajo estrés por
radiación UV.
CONCLUSIONES
La mayor concentración de células totales se obtuvo en
los cultivos de D. tertiolecta y C. muelleri, independientemente del tipo de recipiente de cultivo. La
concentración más alta de fenoles totales se encontró en
los cultivos de las microalgas verdes, independiente de
las condiciones de iluminación durante el cultivo.
AGRADECIMIENTOS
A los técnicos del laboratorio del DICTUS, Srs. Álvaro
Murguía y Lauro Mercado por su ayuda durante el
cultivo de las microalgas.
142
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Received: 5 November 2014; Accepted: 17 December 2015
Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 144-154, 2016 Population structure of nylon shrimp Heterocarpus reedi
1441
Research Article
Population structure of nylon shrimp Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea)
and its relationship with environmental variables off Chile
Cristian M. Canales1,3, Joan B. Company2 & Patricio M. Arana4
1
Departamento de Evaluación de Recursos, División de Investigación Pesquera
Instituto de Fomento Pesquero, Valparaíso, Chile
2
Departamento de Recursos Vivos Renovables, Instituto de Ciencias del Mar, Barcelona, España
3
Facultad de Geología, Universidad de Barcelona, Barcelona, España
4
Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile
Corresponding author: Cristian Canales ([email protected])
ABSTRACT. The population structure of fishery resources and the impact of environmental factors over its
productivity are important processes to be considered in fisheries management. Environmental factors could
determine both, the success of larval drift as the population spatial structure and its changes of biomass. In this
paper we show the environmental effect over distribution, abundance and spatial structure of nylon shrimp
population (Heterocarpus reedi) off central Chile (25°-37°S) from trawling surveys carried out between 1996
and 2011. Environmental variables considered where sea surface concentration of chlorophyll-a and dissolved
organic matter. Results show a geographical separation in population around 32°S. Shrimp density is higher in
the southern zone, where concentration of chlorophyll-a and dissolved organic matter are high due to presence
of river tributaries and coastal upwelling zones. In this area, the bulk of the adult population is concentrated,
which could act as "source" population and thereby its influence on larval drift could explain both, the
preponderance of juveniles in the northern area as the smallest size of its population (“pseudo-sink” population).
In the southern area, a process of spatial and bathymetric expansion had driven the increase in population size
over time, where the colonization and individual somatic growth had been the main mechanisms. We found that
periods of good environmental conditions explain high densities of shrimp with a delay of two years, which
might be related mainly with larval survival and enhanced recruitment and somatic growth. The aim of this study
was to understand the spatial-temporal variability of the nylon shrimp density in the study area.
Keywords: Heterocarpus reedi, nylon shrimp, abundance, distribution, environment, metapopulation, river
tributaries.
Estructura poblacional del camarón nailon Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea)
y su relación con variables ambientales frente a Chile
RESUMEN. La estructura poblacional de recursos de interés pesquero y el impacto de los factores ambientales
sobre su productividad son procesos claves a considerar en la gestión pesquera. Los factores ambientales pueden
determinar tanto el éxito de la deriva larval como la estructura espacial de la población y sus cambios de biomasa.
Se muestra el efecto del medio ambiente sobre la distribución, abundancia y estructura espacial de la población
de camarón nailon (Heterocarpus reedi) en Chile central (25°-37°S), considerando como variables la
concentración de clorofila-a y la materia orgánica disuelta, respecto a los cruceros de arrastre realizados entre
1996 y 2011. Los resultados muestran una separación geográfica de la población alrededor de 32°S. En la zona
sur, la densidad del camarón es mayor, donde los altos niveles de concentración de clorofila-a y de materia
orgánica disuelta se deben, entre otros, a la presencia de afluentes de ríos y a surgencia costera. En esta área, se
concentra la mayor parte de la población adulta, que podría actuar como población "fuente" y por lo tanto, su
influencia en la deriva larval podría explicar tanto la preponderancia de juveniles en la zona norte, como el
tamaño más pequeño de su población (población "pseudo-sumidero”). En la zona sur, un proceso de expansión
espacial y batimétrica habría impulsado el aumento de tamaño de la población a través del tiempo, donde los
principales mecanismos habrían sido la colonización y crecimiento somático individual. Se determinó que los
períodos de buenas condiciones ambientales explican las altas densidades de camarones con un retraso de dos
años, aspecto que estaría relacionado principalmente con la supervivencia larval, reclutamiento y crecimiento
145
2
somático. El objetivo de este estudio es comprender la variabilidad espacio-temporal de la densidad de camarón
nailon en el área de estudio.
Palabras clave: Heterocarpus reedi, camarón nailon, abundancia, distribución, medio ambiente, metapoblación, aporte fluvial.
____________________
INTRODUCTION
Nylon shrimp (Heterocarpus reedi) is a decapod
crustacean Caridea, distributed off the coasts of Chile,
between 25° and 38°S, on clay, sedimentary rock,
sandy and muddy bottoms. This species inhabit mainly
the external border of the continental shelf and the
upper slope, at a depth range that varies between 100
and 500 m. It can be found in the intersection area of
Equatorial Subsurface Water (ESSW) and Antarctic
Intermediate Water (AAIW), which are cold (10-12°C)
and saline (34.5-34.9) (Bahamonde & Henríquez, 1970;
Arana, 2012; Silva, 2012). This species is described as
a predatory detritivore with an omnivore diet (Andrade
& Báez, 1980), while in its larval stage; the diet is
mainly based on phyto and zooplankton. As described
by authors such as Bahamonde & Henríquez (1970),
Arana et al. (1975), and Roa & Ernst (1996), the
carapace length (CL) of H. reedi varies in the range 1540 mm, being the females larger than males and slightly
predominant in the catches. Mature females carry eggs
in the pleopods by a couple of month, within a
reproductive season that takes place between May and
December and whose peak is registered between June
and September (Arana et al., 1975, 1976; Acuña et al.,
1997). Mean size at maturity is reported between 24.325.1 mm CL (Arana & Tiffou, 1970; Arana et al., 1976;
Canales et al., 1999). The presence of Caridea larvae in
the plankton -with H. reedi being the most abundant
species of the group-, has been reported in different
areas (e.g., Palma, 1980; Mujica et al., 2011),
particularly in the middle of the southern spring, with
the highest percentages on October.
The fishery of H. reedi is one of the oldest and most
important among the group of demersal crustaceans in
Chile, along with the red squat lobster (Pleuroncodes
monodon) and the yellow squat lobster (Cervimunida
johni). This resource started to be exploited in the
1950’s, with catches showing important fluctuations:
the highest values around 10,000 annual tonnes in the
middle of the 1990’s, while the lowest has been
recorded over the last decade around 4,000 ton yr -1, due
to regulations on fishing quotas caused by the reduction
in the population of H. reedi (Wehrtmann et al., 2012).
One of the most important sources of scientific
information is the trawling survey programme carried
out since the mid-1990s. The data derived from these
surveys allow to study changes in magnitude and
spatial-temporal distribution of the population across
years. Estimates of biomass of these surveys show
important variations, whose highest increase is
registered southward of 32°S since 2006 (Acuña et al.,
2012). This increase could have been facilitated, among
others, by the reduction in exploitation levels, the
closure of some fishing areas since 2000, and depletion
of the common hake (Merluccius gayi), species that has
been noted as an important predator of H. reedi (Arana
& Williams, 1970; Bahamonde & Henríquez, 1970;
Arancibia & Neira, 2008). In the same time period,
northward of this parallel, estimates show a smaller
population about half the biomass estimates in the south
zone (Table 1).
The relationship between environmental variables
and abundance have been reported in some crustaceans
(e.g., Loneragan & Bunn, 1999; Mujica, 2008; De Juan
& Cartes, 2011; Encarnacão et al., 2013), but the
relationship between spatial and temporal distribution
in H. reedi, as well as the environmental aspects and
those related to its population structure, are still under
incipient research; particularly, and as an example,
those related to the impact that environmental effects of
river discharges and coastal upwelling could have on
early life stages, given the evidence found on the
studies of fisheries of penaeid crustaceans in waters of
the Indian-Pacific (Grimes & Kingsford, 1996; Evans
et al., 1997; Myers, 1998; Loneragan & Bunn, 1999)
and in the Eastern Pacific (Mora-Lara et al., 1984;
Gracia, 1989; Mendo & Tam, 1993). In this context,
this paper summarizes the information collected by
scientific surveys during thirteen years and surface
environmental data coming from dissolved organic
matter, detritus and chlorophyll-a obtained by satellite
telemetry, aiming to study relationships between
variations in distribution and abundance of H. reedi,
regarding environmental conditions off Chile, and its
connection with the population structure of this
important crustacean.
Survey information
The information used corresponds to records from
trawling scientific surveys on the continental shelf off
central Chile (25°30´, 37°30´S) between 1996 and
2011. The data were provided by the Fisheries Research
146
3
Population structure of nylon shrimp Heterocarpus reedi
Table 1. Biomass of Heterocarpus reedi by zone and general details of assessment surveys carried out off
Chilean coast between 1996 and 2011. In years, 1997, 2007 and 2010 surveys were not carried out. Zone 1:
24°00 -32°10'S, Zone 2: 32°10'-37°00'S, fp: female proportion.
Year
1996
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2008
2009
2011
Biomass (ton) Hauls Effort Biological samples Depth (m)
Zone 1 Zone 2 (n)
(km)
(n)
(fp)
(min) (max)
24557 10873 297 400
74587
0.45
170
440
2593 6809 274 456
36415
0.70
46
649
876 20872 248 439
18449
0.67
122
505
725 21086 780 1427
152816
0.65
74
604
3224 19575 348 740
23989
0.58
84
617
8348 18256 1156 2308
97860
0.66
51
584
7465 18079 442 805
266416
0.63
148
497
8281 21545 502 855
151041
0.60
120
562
14382 27561 562 1235
208964
0.57
110
640
19486 37111 407 376
19045
0.50
118
648
15809 28772 515 531
54991
0.51
125
518
27718 38058 490 513
49567
0.56
108
575
23515 35048 379 538
39662
0.56
131
652
Fund (FIP, for Fondo de Investigación Pesquera),
corresponding to 6.400 geo-referenced trawling hauls
(Fig. 1, Table 1). As reported by Canales & Arana
(2010), these surveys have been conducted to assess the
exploitable biomass of the H. reedi using the swept area
method, conducted by commercial vessels and following sampling designs, such as systematic sampling
where the hauls follow a set of parallel transect (each
10° of latitude) and perpendiculars to the coast (Canales
& Arana, 2009), complemented since 2006 by an
adaptive sampling strategy, where the number of
transects is increased in those areas where a predefined
minimum capture is obtained (Acuña et al., 2012).
Sampling method has been throughout the time, in
which vessels have had few technological innovation
(Quiroz et al., 2005), which suggests that the fishing
efficiency have not had major variations in time and
thus without major impact on catch rates as measures
of relative abundance. For each trawling survey, hauls
duration is standardized to 30 min and speed of 2.0-2.5
knots. The start and end position of each fishing haul
were recorded, at the time of stop and turn on the cable
winch of the fishing net.
These fishing surveys have been carried out during
the second half of each year, and although one of the
shortcomings in these have been the variations in the
month of start and end of each survey (Table 1), the
period -winter and spring at southern hemispherecoincides with the season that intensifies the process of
egg carrying by females of H. reedi (Arana et al., 1975;
Acuña et al., 1997) and increases the flow of the main
rivers that discharge in the area where this species
inhabits. Given the above and that the reproductive
Latitude (°S)
(min) (max)
25.9 38.5
21.6 38.2
21.7 38.5
23.0 37.0
21.7 38.3
23.0 37.0
23.0 36.7
23.0 36.9
25.2 37.0
24.2 36.7
25.3 36.7
25.1 36.7
25.2 36.7
Period
start
end
May - Aug
Aug - Dec
Jul - Sept
Jun - Oct
Jun - Jul
Aug - Oct
Aug - Sept
Jul - Sept
Jul - Aug
Oct - Dec
Jun - Dec
Aug - Nov
Oct - Dec
period in this species is mainly extended in the second
semester, for practical purposes, measurements of
relative abundance and biological attributes of H. reedi
derived from survey data assumed to be representative
of reproductive activity peak.
Biological sampling recorded carapace length (CL),
sex, and presence of eggs at pleopods of females and
individuals weight. The information collected shows
that, on the average, around 92,000 individuals have
been analysed by survey, 60% of which were females
(Table 1). It is important to highlight that the 2002
survey was particularly aimed at assessing three
commercial decapod crustaceans at the same time
(Pleuroncodes monodon, Cervimunida johni and
Heterocarpus reedi), which required changes of the
sampling design/strategy along with a significant
increase in the number of fishing hauls, which could
have explained some results shown later.
Environmental data
The geo-referenced environmental surface information
was taken from free-access database, obtained from
satellite telemetry available since 1997 in NASAGiovanni Portals website, particularly the data referred
to absorption coefficients of organic matter and
dissolved detritus (OMD), as well as the concentration
of chlorophyll-a (Chl-a) between 1997 and 2011, under
the assumption they represent indirectly the food
availability for larvae and adults of H. reedi. This
information was selected for the geographic quadrant
26°-36°S, 70°-73°W and represents the accumulated
value between September and December of each year
after the surveys were carried out (Table 1), coinciding
147
4
30°S
A
Ame
r
Sou
th
A
B
32°S
B
Pac
ific O
cean
34°S
36°S
500
m
200
Sou
th
26°S
100
m
24°S
Sou
th P
acifi
c Oc
ean
ica
22°S
30°S
72°W
71°W
Chi
le
Chi
le
28°S
38°S
70°W
74°W
73°W
72°W
71°W
Figure 1. Study area and geographic location of fishing hauls (dots) of Heterocarpus reedi in trawl surveys carried out at
the central southern zone of Chile between 1996 and 2011.
with the peak of the reproductive cycle of this species
and where both coastal upwelling as the effluents of
rivers increase, both variation sources of OMD and
Chl-a.
both converted to radians; sub-indices 1 and 2 refer to
the respective variable measure at the beginning and
end of the fishing haul; while R = 6,371 corresponds to
the radius of the Earth measured in km.
Abundance index
As a measure of relative abundance, the ratio between
the catch (kg) and the linear distance travelled on every
fishing haul was considered. The advantages of this
measure are: it is independent of net-opening performance, it is standardized to the distance travelled by the
vessel, and it is not influenced by the criteria of time or
effective hauling (Canales & Arana, 2010). The
distance travelled in linear kilometres is measured once
the geographic coordinates of start and end of the haul
are known through the Haversine equation, 𝐷 =
2 𝑅 𝑎𝑠𝑖𝑛 √𝑎 2 + 𝑏2 𝑐𝑜𝑠(𝑙𝑎𝑡1 )𝑐𝑜𝑠(𝑙𝑎𝑡2 ), where a = sin
0.5(lat2-lat1) and b = sin[0.5(long2-long1)], where lat
and long represent latitude and longitude, respectively,
Exploratory analysis
In order to explore abundance patterns and link them
with depth and environmental conditions, both the
fishing hauls information (abundance and CL) as
environmental data were stratified by year, geographic
latitude (each 30 nautical miles) and depth range (each
100 m). For each of these nodes (year-latitude-depth),
a simple average was computed with the purpose to
represent in a discrete scale, changes in abundance,
individual size (CL) and environmental variables
(OMD and Chl-a). From this, a kriging representation
was used to explore spatial-temporal patterns in the
data and summarize the extensive information
available. On the other hand, and in order to explore the
relationship between environment and shrimp abun-
1485
a
ific O
26°S
Pac
28°S
30°S
32°S
CH I
LE
Elqui
34°S
Maipo
Rapel
Mataquito
Maule
36°S
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Year
210
170
140
70
c ea n
b
ific O
26°S
185
28°S
Pac
30°S
Elqui
RESULTS
32°S
CHI
L
E
dance, a correlation analysis was conducted between
anomalies of environmental variables and anomalies of
relative abundance of H. reedi, with a temporal lag
between 0 and 3 years.
The use of anomalies was preferred because more
accurately describes climate variability over larger
areas, and they give a frame of reference that allows
more meaningful comparisons between locations and
more accurate calculations of environmental trends.
These anomalies for each year were calculated as A =
(V-E(V)) / E(V) where V represents the average of the
interest variable for each year while E(V) corresponds
to the expected value represented here by a simple
average. The Pearson correlation coefficient was used
as statistic, while its significance level was verified
with Pyper & Peterman (1998) methodology, who
proposed a critical correlation (r*) based on an effective
sample size (N*), used as hypothesis test considering
the autocorrelation degree of the explanatory variables
(OMD and Chl-a). The analysis was also complemented by F-Fisher and P-value tests.
ce a n
Environmental conditions and Heterocarpus reedi
distribution
The surface distribution of organic matter and dissolved
detritus (OMD) and Chl-a between 1997-2011 showed
concentration zones near the affluent of the main rivers
and at coastal upwelling areas mentioned by Silva &
Valdenegro (2003), and Moraga et al. (2001), and as a
result of this, a higher number of OMD and Chl-a
concentration areas were registered southward of 32°S
(Fig. 2). The accumulated value of OMD and Chl-a per
latitude and year (Sept-Dec) shows three foci near the
coast and located around the 30°S (Elqui River),
33°30’S (Maipo and Rapel rivers) and 35°S (Mataquito
and Maule rivers) respectively (Fig. 2). The spatialtemporal variability of these indices show that
southward 32°S the highest concentrations of OMD
and Chl-a were recorded in 2000 and 2004-2007, while
north and off the Elqui River (30°S) high
concentrations were recorded in 2002, 2006-2007 and
2010-2011 (Fig. 2).
In terms of H. reedi depth distribution, the
bathymetric information shows that the highest nylon
shrimp abundance (>50 kg km-linear-1) is located in
depths of 200-400 m and between the 25°30’ and
37°00’S, showing a pattern in which, at a lower
latitude, the foci of highest abundance are obtained at
deeper depths (Fig. 3). The temporal variations in the
bathymetric range indicate that since 2004, the
abundance has gradually expanded towards higher
depths, reaching a peak in 2008.
34°S
Maipo
Rapel
Mataquito
Maule
36°S
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Year
13
11
10
8
2
Figure 2. a) Isopleths of absorption coefficient of
chlorophyll-a concentration (mg m-3), and b) organic
matter and dissolved detritus (m-1). Dots represent the
information nodes. Over the map the main river names are
displayed. The small black arrows correspond to main
upwelling zones.
In addition, across most of years analysed, an
important discontinuity is observed in the abundance of
H. reedi, whose reference points are around parallel
32°S. The increase in abundance reported since 2006,
affected all the distribution area, but the increase
southward 32°S was the most important reaching
maximum values over 220 kg km-linear-1 in 2009
around the 33°S, and after in 2011 near the 35°30´S
(Fig. 4a). In the southern zone, the displacement of the
isopleth of 120 kg km-linear-1 registered a gradual
northward movement according to the increase of
abundance from 2006 around 35°S, to near 32°S in
2011 (Fig. 4a).
Spatial-temporal changes in size composition
In general, larger individuals have been found south
32°S reaching over 27 mm CL as average, while in the
6149
26°S
a
Depth (m)
200
28°S
30°S
400
Elqui
32°S
600
26°S
28°S
30°S
32°S
34°S
36°S
Maipo
Rapel
34°S
Mataquito
Latitude
Maule
36°S
1998
200
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Depth (m)
Year
280
220
160
120
80
40
400
26°S
b
600
28°S
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Year
Figure 3. Isopleths of abundance (kg km-lineal-1) of
Heterocarpus reedi estimated in surveys using swept area
method by depth, latitude, and year. Dots represent the
information nodes.
30°S
Elqui
32°S
34°S
north zone, size of H. reedi has varied almost always
below the 25 mm CL (Fig. 4b). The information shows
an important spatial-temporal dynamic in this variable
southward 32°S, where isopleths of 25 and 26 mm CL
show a displacement in the south-to-north axis since
2001, similar to the behaviour of the isopleth of relative
abundance of 120 kg km-linear-1 mentioned above.
This situation coincides with the increase of population
abundance and is explained by the individual somatic
growth alongside the contribution of juveniles located
towards the borders of the population expansion. An
example of this, is the gradual increase that shows the
average CL through years at the 34-36S latitudinal
range, which goes up from 24 mm in 2000 to 28 mm
CL in 2011 (Fig. 4b). Is important to note that in this
species the growth rate is moderate (Roa & Ernst,
1996), so that the mean CL by year is enough robust to
minimize the impact of lack of temporal coincidence at
the survey period, as was described earlier.
Relative abundance vs sea surface environmental
variables
Since 2006 and particularly southward 32°S, both the
relative abundance of H. reedi as the environmental
variables (OMD and Chl-a) have registered positive
anomalies, but with different inter annual variability
and some temporal lag between them (Fig. 5). In spatial-
Maipo
Rapel
Mataquito
Maule
36°S
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Year
28
27
26
25
24
22
Figure 4. a) Isopleths of abundance (kg km-lineal-1), and
b) mean carapace length (mm) (both genders) of
Heterocarpus reedi estimated in surveys using swept area
method by latitude and year. Dots represent the
information nodes.
temporal terms, the environmental and population
abundance distribution suggest a spatial correlation,
which not only means latitudinal coherence in the
concentration nuclei of this species, but also episodes
where favourable environmental conditions are
followed by high abundances of H. reedi.
Different year-lags were analyzed (0-3 years). The
partial correlation analysis shows that the highest level
of linear relationship (0.43-0.67) between the
environmental variables and the population abundance
southward 32°S are obtained when a 2-year lag is
considered (Table 2). This situation improves significantly when the survey of 2002 (year 2000 for
environmental variable) is addressed as an out layer and
excluded from the analysis, in which case the annual
Figure 5. Anomalies of environmental variables and
abundance of Heterocarpus reedi by year in zone 32°36°S. The white and gray bars represent Chl-a and organic
matter and dissolved detritus (OMD), respectively. The
black line corresponds to shrimp abundance. Error bars
represent two times the standard error.
variability of relative abundance of H. reedi presents a
considerable and significant positive correlation with
respect to the anomalies of OMD and Chl-a, reaching
coefficients of r = 0.78 (P-value = 0.0086, F = 11.93)
and r = 0.86 (P-value = 0.0012, F = 24.06) respectively
(Fig. 6). The significance level is also confirmed
because the correlation coefficients are larger than the
critical correlation (r*) of Pyper & Peterman (1998),
estimated in 0.75 (N* = 3.67, t(0.975,11) = 2.02) for OMD
and 0.79 (N* = 2.90) for Chl-a. Here, two probable
reasons could explain the lack of a relationship between
the environmental conditions in 2000 and the
abundance of H. reedi in 2002: modifications in the
survey sampling design as mentioned earlier, or the
population inelasticity to respond the large positive
environmental anomaly recorded in 2000.
DISCUSSION
The highest increase of population biomass of H. reedi
over the last years is registered since 2006, mainly
southward 32°S (Table 1), increase that was joined by
the south-to-north geographic expansion through a
colonization of less dense areas and expanding the
range of its bathymetric distribution (Figs. 3, 4). This
agreed with report in Roa & Bahamonde (1993), who
observed the same orientation in the population
expansion of red squat lobster (Pleuroncodes
monodon) at the central-southern zone of Chile. The
colonisation of areas as expansion mechanism of
populations has been extensively discussed on the
scientific literature (e.g., Rockwood, 2006), and
1507
particularly on crustaceans decapods by authors such as
Fogarty & Botsford (2006), Fëlix-Hackradt et al.
(2010) and Lavesque et al. (2010).
The main nuclei of aggregations of the H. reedi
were located nearby the mouths of rivers and upwelling
zones, which is a characteristics in other coastal
decapods by Haas et al. (2001); Medina-Reyna (2001);
Ramírez-Rodríguez et al. (2003) and Carvalho et al.
(2011). In this context, at the southern area of the
distribution of H. reedi where the main river effluents
and upwelling zones are located (southward 32°S), a
significant correlation between abundance and
concentrations of OMD and surface Chl-a was found
(Table 2, Fig. 6). This correlation was maximum (r =
0.78-0.86) when a two-year lag was considered among
the variables, which coincides with the age at which the
shrimp reach around 11.5 mm CL size (e.g., Ziller,
1993; Roa & Ernst, 1996; Canales et al., 1999) and
starts to be available at recruitment zone and/or fishing
gear. Similar findings have been reported by Company
et al. (2008) and Díaz-Ochoa & Quiñones (2008), who
found important correlations with temporal lags,
between environmental variables and abundance of
depth crustaceans.
The possible explanation to the relationship found is
that, when there are good surface environmental
conditions of OMD and Chl-a, derived probably from
the discharge of rivers and the coastal upwelling
mentioned above (Fig. 2), the conditions would be
favourable for feeding and spawning of adults and for
the survival of larvae and post-larvae. Later, these
would settle following the course of the larval drift and
would recruit to the fishing gear or zone as juveniles of
two years old. As a consequence of the south-to-north
direction of the Humboldt Current System (Glantz,
1998; Lorca et al., 2004; Fuenzalida et al., 2008; Silva,
2012), whose mean maximum surface speed can be
higher than 15 cm s-1 (Fuenzalida et al., 2008), larvae
could be transported more than one thousand km in
three months, which would explain the direction and
orientation of the spatial expansion of the H. reedi
population indicated above.
One of the most important differences in the
population characteristics is the predominance of adults
(>25 mm de CL) southwards 32°S (Fig. 4b), where
most biomass increases are explained by somatic
growth and a higher abundance, thus constituting the
bulk of the parental population. Here, the absence of
main predators as common hake (Arancibia & Neira,
2008) could have facilitated a faster growth in the
shrimp population. Following the idea of Pulliam
(1988), Hanski & Gilpin (1997), and Hanski (1998),
this area could be compatible with the concept of
“source habitat”, while the zone northward 32°S could
151
8
Table 2. Autocorrelation's coefficients for explanatory variables and Pearson’s correlation coefficients of environmental
variables organic matter and dissolved detritus (OMD) and chlorophyll-a (Chl-a) vs Heterocarpus reedi abundance in zone
32°-36°S for two analysis cases. In bold the highest scores are indicated.
Autocorrelation coefficients
lag (yr) OMD Chl-a Abundance
0
1
2
3
1.00
-0.05
-0.58
-0.29
1.00
0.18
-0.49
0.00
1.00
0.89
0.89
0.93
Correlation coefficients
All data
Excluding year 2000
OMD
Chl-a
OMD
Chl-a
-0.15
0.29
0.15
0.49
-0.05
0.36
0.15
0.51
0.43
0.67
0.78
0.86
0.24
0.57
0.43
0.70
Figure 6. Linear relationship between anomalies of shrimp abundance Heterocarpus reedi vs a) organic matter and
dissolved detritus (OMD), and b) chlorophyll-a (Chl-a). Environmental variables are delayed two years relative to the
abundance anomalies. The year labels are related to environmental variables. Continuous line represents the situation when
year 2000 is excluded from analysis.
receive part of the contribution of larval drift coming
from the southern zone, conforming a “pseudo-draining
habitat”, which may explain the lower population size
and the higher presence of juveniles in that area. In this
context, Rockwood (2006) indicated that a
heterogeneous quality of the habitat can generate larger
and more productive populations as a source of
migrants towards poorer zones, and that the spatial
expansion and colonization in decapods is ruled by the
process of larval dispersion (Epifanio et al., 1984; Ernst
et al., 2005; Fogarty & Botsford, 2006, 2007).
Therefore, both the dynamics of length compositions as
the spatial patterns in the population abundance suggest
that the H. reedi could constitute a metapopulation,
with at least two sub-populations located northward and
southward of 32°S. The most important of them would
locate between the mouths of Maipo and Maule rivers
(33°43’-35°18’S), and the smallest one with a nucleus
located between the mouths of Elqui River and Punta
Lengua de Vaca (30°23’-31°12’S). This proposal of
population structure could be complemented by the
basin model of McCall (1990), in which there is a
central nuclei with the highest density of individuals,
and the population growth is generated by the
"overflow" of biomass toward areas less dense. In this
model, advection it is one of the mechanisms described
and therefore larval drift could give support to the
metapopulation hypothesis. Another evidences were
given by Acuña et al. (1997), who investigated
morphometric aspects in H. reedi and found out
significant differences between the sample coming
from the region Caldera-Coquimbo (27°03’-29°58’S)
and from the region Quintero-Tomé (32°46’-36°35’S).
These authors complemented their results with a
genetic analysis, determining that population heterogeneity would be explained by a migratory process
along the spatial distribution, but at rates that are
insufficient to revert the effect of dispersive-genetic
factors.
CONCLUSIONS
The extensive amount of information analysed in this
paper, which was obtained from thirteen years of
trawling surveys on H. reedi off Chile, correlated with
data of environmental variables (Chl-a and OMD)
obtained through satellite telemetry, shed light on
aspects of population dynamics of this species.
Noticeable patterns in environmental conditions along
shrimp distribution were identified, mainly in those
areas close to rivers mouth and upwelling zones
southward 32S, which would be related with
fluctuations in abundance and distribution of H. reedi.
This evidence was supported by good correlation
levels between abundance and distribution of
environmental variables, and whose explanation could
be given by the relationship between good environmental conditions, larval survival success and its later
settlement before to reach the recruitment size at two
years old. The shrimp population is likely to be
constituted by a metapopulation structure with at least
two subunits located each north and southward 32S,
and whose connectivity would be explained by larvae
drift through Humboldt Current System in south-north
direction, situation very relevant for fishery management when them are considered as independent stock
units. In this sense, given the level of relationship found
between the environmental variables and the
abundance of the H. reedi, including the population
structure, it is concluded that is need to further
investigate and strengthen this evidence, since this
could become as a forecasting tool in the management
of this fishery when poor environmental anomalies be
detected. To reinforce that, also it is suggested to
develop a more detailed research on the early development stages of this crustacean related to its larval drift
along the coast of Chile and its dependence with
environmental factors.
ACKNOWLEDGEMENTS
We thank the Fondo de Investigación Pesquera (FIP) of
Chile for providing the data base related with trawl
survey's information of nylon shrimp (Heterocarpus
reedi) carried out in central-south of Chile between
1996 and 2011. Also, we thank the anonymous
reviewers whose comments allowed us to improve the
analysis and discussion of results.
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Giant tiger shrimp in the Peninsula of Yucatan
155
Short Communication
Presence of giant tiger shrimp Penaeus monodon (Fabricius, 1798) in eastern
Peninsula of Yucatan coast, Mexico
Armando T. Wakida-Kusunoki1, David De Anda-Fuentes1 & Norma A. López-Téllez2
Instituto Nacional de Pesca, Centro Regional de Investigación Acuícola y Pesquera de Yucalpetén
Yucalpetén, Yucatán, C.P. 97320, México
2
Instituto Nacional de Pesca, Centro Regional de Investigación Acuícola y Pesquera de Lerma, Campeche
Lerma, Campeche, C.P. 24500, México
1
Corresponding author: Armando Wakida ([email protected])
ABSTRACT. Giant tiger shrimp Penaeus monodon has been declared as an invader in the western coast of
Atlantic Ocean. We report the first records of P. monodon in the eastern Peninsula of Yucatan, Mexico. On 14
October and 25 November 2014, three giant tiger shrimps were caught in Río Lagartos Lagoon. The total lengths
of the shrimp were between 210 and 290 mm and weighed between 111.6 and 200 g. Further sampling and
monitoring are required in other coastal lagoons in Yucatan State to assess the invasion area and the origin as
well as the probable invasion route of this species.
Keywords: Penaeus monodon, giant tiger shrimp, invasive species, Río Lagarto, Mexico.
Presencia del camarón tigre Penaeus monodon (Fabricius, 1798) en el oriente de la
costa de la Península de Yucatán, México
RESUMEN. El camarón tigre gigante Penaeus monodon se ha reportado como una especie invasora en la costa
occidental del Océano Atlántico. Se presenta el primer registro de P. monodon en la zona oriental de la península
de Yucatán, México. El 14 de octubre y 25 de noviembre de 2014, se capturaron tres especímenes de camarón
tigre gigantes en laguna de Río Lagartos. La longitud total de los camarones estuvo entre 210 y 290 mm de
longitud total y pesaron entre 111,6 y 200 g. Se requiere campañas de muestreo y monitoreo en otras lagunas
costeras del estado de Yucatán para evaluar el área de la invasión y el origen, como también la ruta de invasión
probable de esta especie.
Palabras clave: Penaeus monodon, camarón tigre gigante, especie invasiva, Río Lagartos, México.
The geographic range of giant tiger shrimp Penaeus
monodon (Fabricius, 1798) is the Indo-West Pacific,
ranging from the eastern coast of Africa and the
Arabian Peninsula, as far as southeastern Asia, the Sea
of Japan and northern Australia (Holthuis, 1980).
The giant tiger shrimp has been reported from the
western coast of the Atlantic Ocean. In the USA, it was
reported for the coasts of North Carolina, South
Carolina, Georgia, Florida, Alabama, Mississippi,
Louisiana, and Texas (Fuller et al., 2014), as well as in
the Mexican states of Tamaulipas, Tabasco, and
Campeche (Wakida-Kusunoki et al., 2013). In the
Caribbean, it has been recorded from the Dominican
Republic, Puerto Rico and Cuba (Knott et al., 2012;
__________________
Corresponding editor: Ingo Wehrtmann
Ramos, 2012; Giménez-Hurtado et al., 2013); in
Central America, in Belize and Costa Rica (Bauman,
2014; Alfaro-Montoya et al., 2015); and in South
America from Colombia to Brazil (Fausto-Filho, 1987;
Coelho et al., 2001; Santos & Coelho, 2002; Aguado &
Sayegh, 2007; Altuve et al., 2008; Gómez-Lemos &
Campos, 2008; Cintra et al., 2011).
Introductions of P. monodon into the western
Atlantic are most likely explained by escapement of
specimens from aquaculture facilities, by migration
from areas where the tiger shrimp have previously
become established in the wild, or via discharge of
ballast water (Altuve et al., 2008; Knott et al., 2012).
156
This paper is the first report of giant tiger shrimp on
the Yucatan coast. These shrimps were accidentally
caught by artisanal fishermen, one of the shrimp was
caught using a gillnet on 14 October 2014 and the other
two with a shrimp trawl net on 25 November 2014, all
in the areas of the Río Lagartos Lagoon in the Yucatan
State (21º35, 29’N, 88º03,15’S).
These specimens were identified using the
identification keys published by Dall et al. (1990) and
Pérez-Farfante & Kensley (1997). The sex of the
specimen was determined by observing the presence of
petasma in males and thelycum in females. Total length
(TL) and total weight (TW) were measured; TL was
assessed with the aid of an ichthyometer (±0.05 mm)
and a caliper, and a precision scale was used to obtain
the TW. The specimens were fixed with formaldehyde
10% and alcohol 70% for preservation, and deposited
in the Crustacean Collection of Yucatan, UNAM-Sisal
(catalog number YUC-CC-255-11-001601).
The total lengths of the captured tiger shrimps were
210 and 290 mm and the total weights 111.6 and 200 g.
The two specimens were one male and one female; they
showed an overall rusty brown color as well as the
distinctive black and white banding across the back and
on the tail (Fig. 1).
The presence of giant tiger shrimp in Río Lagartos
Lagoon, Yucatan, is the first report in a zone near the
Mexican Caribbean Sea. The pathway or pathways of
the P. monodon introduction in this zone are unclear.
Fuller et al. (2014) mentioned that introductions into
the southeastern USA have three potential sources: 1)
the release of larvae in ballast water taken onboard
within their native range, 2) migration from areas in the
Atlantic or Caribbean Sea where wild populations have
become established (most likely as a result of prior
aquaculture escape), and 3) escape from active and
ongoing aquaculture facilities in the western Atlantic.
Approximately 1,000 tourist cruises arrive every
year in the Rivera Maya (SEDETUR, 2014), and this
area is around 200 km to the east of the area where the
specimens were collected. Other authors hypothesized
that ballast water discharge might be the origin of the
P. monodon introduction in other regions of America
(Campos & Türkay, 1989; Severino-Rodrigues et al.,
2000)
Two routes of dispersion of giant tiger shrimp in the
western Atlantic Ocean can be observed: the first route
is from the USA coast, with movement towards the
Gulf of Mexico (Knott et al., 2012) and probably to the
Caribbean Sea; the second route is from Brazil and
Venezuela with dispersion towards the north and the
Caribbean Sea (Altuve et al., 2008; Aguirre-Pabón et
al., 2015).
Figure 1. Lateral view of the giant tiger shrimp Penaeus
monodon caught in Río Lagartos Lagoon, Yucatan,
Mexico, 14 October 2014 YUC-CC-255-11-001601
(Photograph by D. De Anda-Fuentes).
The geographic origin of the Río Lagartos Lagoon
specimens is most probably in Central America or the
Caribbean Sea, because there are no reports of P.
monodon from the western waters of Yucatan State
(Humberto-Medina, pers. comm.). This hypothesis
cannot be corroborated until a genetic analysis can be
conducted with the specimens caught in the different
invasion areas.
The ecological impacts of the presence of P.
monodon in areas where it has been introduced remain
to be studied; however, the species is a more aggressive
predator of soft-bodied invertebrate benthic organisms
than other native shrimp species (Marte, 1980), and it
could be a potential predator of native shrimp species
(Knott et al., 2012). Alfaro-Montoya et al. (2015)
mentioned that the presence of this species may alter
the food web, thereby affecting ecosystem functioning.
Río Lagartos Lagoon is a nursery of two commercially important shrimp, Farfantepenaeus brasiliensis
and F. notialis (May-Kú & Ordóñez-López, 2006).
There is concern that P. monodon can reduce the
abundance of native shrimps by predation (Molnar et
al., 2008).
Another negative impact involves the spread of
alien pathogens and parasites, and there is concern that
shrimp viruses associated with P. monodon, such as
White Spot Syndrome Virus (WSSV) and Yellow Head
Virus (YHV), may infect gulf native shrimp
populations (Durand et al., 2000; Chapman et al.,
2004).
It was not possible to find evidence of P. monodon
becoming established in this zone of the Yucatan coast;
however, according to local fishermen, this species is
constantly appearing in the catches. Additional sampling
and long-term monitoring (including reproductive
biology parameters) are required to assess the potential
Giant tiger shrimp in the Peninsula of Yucatan
impacts of the presence of P. monodon on the native
shrimp species.
ACKNOWLEDGEMENTS
We would like to thank to Guadalupe Maldonado
Rosado and fisherman Gaspar Marfil for donating the
tiger shrimp specimen. Fernando T. Wakida provided
valuable comments. The Instituto Nacional de Pesca
supported financially this study. The authors appreciate
the valuable comments made by the editor Dr. Ingo
Wehrtmann and anonymous reviewers.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 159-164, 2016
Efecto temperatura-salinidad en juveniles de pargo lunarejo
159
Short Communication
Efectos de la temperatura y salinidad sobre el crecimiento y supervivencia
de juveniles de pargo Lutjanus guttatus
Mariana Alcalá-Carrillo1, Sergio G. Castillo-Vargasmachuca1 & Jesús T. Ponce-Palafox1
1
Posgrado CBAP-Escuela Nacional de Ingeniería Pesquera, Laboratorio de Bioingeniería Costera
Universidad Autónoma de Nayarit, San Blas, Nayarit, C.P. 63740, México
Corresponding author: Sergio G. Castillo-Vargasmachuca ([email protected])
RESUMEN. En América Latina las especies de pargos han mostrado un gran potencial para la maricultura,
entre las cuales se encuentra L. guttatus, pero se requiere estudiar aspectos fisiológicos relacionados con su
producción. En el presente trabajo se determinó los efectos de la temperatura (24, 29 y 34°C) y salinidad (15,
25, 35, 45) sobre el crecimiento y supervivencia de juveniles de L. guttatus. Todos los experimentos se realizaron
en un sistema de recirculación con recambio de agua diario del 300%, con estanques cilíndricos de 80 L y tres
réplicas por tratamiento. Los experimentos se realizaron con 360 especímenes. Los resultados mostraron que
hay diferencias significativas (P < 0,05) en la interacción salinidad-temperatura. La mayor tasa específica de
crecimiento se determinó en el tratamiento de 34°C y 15 de salinidad. La mayor ganancia en peso medio se
obtuvo en el tratamiento de 34°C y 25 de salinidad. La mayor supervivencia se registró en los tratamientos de
24°C y salinidades de 15 a 35. La tolerancia a bajas salinidades encontrada para esta especie muestra que L.
guttatus tiene un alto potencial para crecer en sistemas lagunares-estuarinos con salinidades bajas (15) y no
mayores a 35.
Palabras clave: Lutjanus guttatus, tasa de crecimiento, longitud, peso, supervivencia, acuicultura.
Effects of temperature and salinity on growth and survival of the spotted
rose snapper Lutjanus guttatus juvenile
ABSTRACT. In Latin America snapper species have shown great potential for mariculture, including L.
guttatus, but it is necessary to study physiological aspects regarding its production. The purpose of this study
was to determine the effects of temperature (24, 29 and 34°C) and salinity (15, 25, 35, 45) on the growth and
survival of juvenile L. guttatus. All experiments were performed in a recirculation system with daily 300%
change of water; in cylindrical 80 L tanks, and three replicates per treatment. 360 specimens were used for the
experiments. Experiments were performed with 360 specimens. The results showed that there are differences (P
< 0.05) in salinity-temperature interaction. The highest specific growth rate appeared in the treatment of 34°C
and salinity of 15. The greatest gain in average body weight was obtained in the treatment of 34°C and salinity
of 25. The longer survival was recorded in the treatment of 24°C and salinities of 15 to 35. The low salinity
tolerance for this species found shows that L. guttatus has a high potential to grow in lagoon-estuarine systems
of low salinity (15) and no more than 35.
Keywords: Lutjanus guttatus, specific growth rate, length, weight, survival, aquaculture.
El crecimiento y cultivo de los peces en el mar puede
ser afectado por diferentes factores, como temperatura
y salinidad que afectan directamente el metabolismo
(Castillo-Vargasmachuca et al., 2013), siendo fundamentales en la siembra de organismos acuáticos
marinos.
__________________
Corresponding editor: Alvaro J. Almeida-Bicudo
El cultivo de peces marinos en agua salobre es muy
común en el sureste de Asia e India desde fines de los
años 40 (Job & Chacko, 1947). Además, numerosas
especies de peces marinos han sido evaluadas para su
aclimatación en agua dulce. Los resultados de estas
experiencias indican que algunos peces marinos, requie-
160
ren de 3 a 12 días para aclimatarse en agua dulce; sin
embargo, el pez sabalote (Chanos chanos) puede
tolerar cambios de salinidad en cuestión de horas sin
mortalidad aparente (Tang et al., 2009). Por tanto, el
cultivo exitoso de peces marinos en agua dulce
depende, principalmente, de la velocidad con la cual
fueron aclimatados a su nuevo ambiente, sin ocasionar
mortalidades durante este proceso.
Son escasos los estudios recientes sobre el género
Lutjanus relacionados con la temperatura y salinidad.
Stewart-Fielder et al. (2005), obtuvieron en larvas de
pargo australiano (Pagrus auratus) mayor supervivencia y crecimiento en salinidades de 20-35 y 11-35,
respectivamente, siendo mayor su crecimiento a temperaturas >24°C. Castillo-Vargasmachuca et al. (2013),
evaluaron juveniles de huachinango (L. peru),
obteniendo una supervivencia mayor a 75% en
salinidades de 35-45 y temperaturas de 25-30°C. Abdode la Parra et al. (2011), estudiaron el efecto de la
salinidad sobre la incubación de huevos y eclosión de
larvas del pargo flamenco (L. guttatus), encontrando
una eclosión superior al 70% en salinidades de 15-40.
Los pargos han sido evaluados y recomendados para
la maricultura, por no ser agresivos, fáciles de
manipular y aceptar alimento artificial (Ibarra-Castro &
Duncan, 2007; Boza-Abarca et al., 2008; VargasChacoff et al., 2011). El cultivo de estas especies en
jaulas flotantes o sumergidas en zonas protegidas o mar
abierto y estanques de tierra, se considera que tiene un
alto potencial en Latinoamérica (Bergheim, 2012;
Castillo-Vargasmachuca et al., 2013). Por tal motivo,
el objetivo del presente estudio fue determinar el efecto
de la temperatura y salinidad sobre el crecimiento y
supervivencia de juveniles de pargo lunarejo (Lutjanus
guttatus) en condiciones de laboratorio.
Los ejemplares se obtuvieron de un lote de juveniles
de una sola puesta de L. guttatus (peso de 1,1 ± 0,14 g
y longitud de 42,2 ± 0,18 mm) en el Centro de
Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD),
ubicado en la ciudad de Mazatlán, Sinaloa, México. Los
organismos se mantuvieron durante 10 días en el
Laboratorio de Bioingeniería Costera de la Escuela
Nacional de Ingeniería Pesquera en San Blas, Nayarit,
México, en un estanque de fibra de vidrio de 300 L
equipado con un difusor de aire de ⅛ Hp, para mantener
a los peces antes del experimento, a temperatura
ambiente de 28,7 ± 0,22°C, salinidad de 35,0 y oxígeno
disuelto de 6,81 ± 0,40 mg L-1; se suministró alimento
comercial Silver Cup (45% proteína). La iluminación
artificial fue suministrada para un fotoperiodo 12L:12O
h; la fase de la luz de día se inició a las 07:00 AM.
Posteriormente, se seleccionaron 360 ejemplares
con un peso de 1,77 ± 0,09 g y longitud de 51,1 ± 0,22
mm, que se distribuyeron en 36 estanques (80 L cada
uno) a una densidad de 221,25 g m-3, de acuerdo a un
diseño factorial de 3x4 donde se probaron tres
temperaturas (24, 29 y 34°C) y cuatro salinidades (15,
25, 35 y 45), cada uno de los 12 tratamientos contó con
tres réplicas. El sistema de recirculación consistió en
tres estanques de polietileno de 100 L cada uno,
aforados a 80 L con flujo de agua y aireación continua,
el efluente del sistema descendió a un contenedor de 60
L que sirvió de reservorio y la carga de trabajo fue de
40 L. El agua de los estanques fue impulsada por
gravedad hasta el reservorio, pasando a un filtro
mecánico, carbón activado, y posteriormente a la
sección de conchas y bio-esferas, el agua fue retornada
al sistema con una bomba sumergible conectada a la
tubería de entrada de agua que proporciona un flujo
uniforme para los tres estanques del sistema. El agua de
mar fue suministrada a cada sistema experimental
después de ser filtrada mecánica (40 µ) y biológicamente. Para disminuir la salinidad del agua de mar se
utilizó agua dulce previamente declorada y se elevó la
salinidad con sal de grano sin yodo (PEGASO ®). Para
elevar las temperaturas a 29 y 34°C se utilizaron
calentadores y termostatos sumergibles de 200 watts
(Sunny®), mientras que para la temperatura de 24°C los
estanques fueron instalados en una sala climatizada con
aire acondicionado tipo minisplit de 2 ton (Mirage®).
Previo al inicio del experimento, los organismos se
aclimataron a temperatura durante tres días y medio,
posteriormente a salinidad durante diez días y finalmente se dieron cinco días de reposo (Serrano-Pinto &
Caraveo-Patiño 1999; Wuenschel et al., 2005). Los
peces fueron alimentados cuatro veces durante el día
(cada 4 h), de acuerdo a Castillo-Vargasmachuca
(2013), iniciando a las 07:00 AM y finalizando a las
07:00 PM, se suministró alimento balanceado Silver
Cup, con 45% de proteína y 16% de lípidos, se ofreció
al 10% de su biomasa. A las 09:30 AM se sifoneaban
los tanques para remover heces y restos de comida. Los
organismos se mantuvieron con un fotoperiodo de
12L:12O h, hasta llegar a 25 g.
En cada estanque se midió diariamente la salinidad
(refractómetro AtagoHoney), pH (potenciómetro
Hanna HI98107), oxígeno disuelto y temperatura
(Oxímetro YSI® 550A). El amonio, nitrito y nitrato se
midieron semanalmente con un Photometro YSI 9500.
La evaluación biométrica de los ejemplares de cada
réplica, se realizó al inicio del experimento y posteriormente cada 14 días, la longitud se midió en
centímetros utilizando un ictiómetro y el peso con una
báscula electrónica Ohaus® (0,01g).
Los juveniles se cultivaron durante 154 días bajo
estas condiciones. Los indicadores de crecimiento se
calcularon de acuerdo a Hashim et al. (2002): peso
promedio inicial (g); peso promedio final (g); ganancia
de peso (g semana-1), longitud promedio inicial (cm);
longitud promedio final (cm), tasa específica de
crecimiento (TCE; % día-1) = [(ln (peso final del cuerpo
húmedo) – ln (peso inicial del cuerpo húmedo))/tiempo
(días)]*100; factor de conversión de alimento (FCA) =
alimento consumido (g)/ganancia en peso vivo (g);
factor de condición de Fulton (K) = peso individual
(g)/(longitud total; cm)3 y supervivencia (%). La
relación del peso total-longitud total se calculó a partir
de la siguiente ecuación alométrica WT = a LTb (Ricker,
1975), donde el WT corresponde al peso corporal total
(g), LT a la longitud total (cm), a y b son coeficientes
de la regresión funcional entre WT y LT.
La media y desviación estándar de las variables de
calidad del agua (temperatura, oxígeno disueltos, pH,
amonio, nitrato y nitrito) se calcularon para cada prueba
y para el grupo total de pruebas. Se analizó la
homogeneidad de varianzas y distribuciones normales
de las variables físicas, químicas y biométricas del
experimento. Para determinar la interacción de la salinidad y temperatura. Las medias entre las condiciones
experimentales fueron comparadas con ANDEVA de 2
vías. Las medias se compararon mediante la prueba de
Tukey (Montgomery, 1984) con un intervalo de
confianza del 95% (P < 0,05). Adicionalmente, los
resultados de peso final y tasa específica de
crecimiento, se analizaron mediante la interpretación de
gráficas de contorno (Minitab 16).
La temperatura del agua, salinidad y oxígeno
disuelto mostraron una variación de 1°C, 1 y 1 mg L -1,
respectivamente, durante los 154 días del experimento.
El pH varió de 7,1-8,0; amonio de 0,15-0,36 mg L-1;
nitritos de 0,13-0,19 mg L-1 y nitratos de 0,20-0,53 mg
L-1. No se encontraron diferencias significativas (P >
0,05) entre los tratamientos en la temperatura y oxígeno
disuelto (Tabla 1). En cambio, se encontró en la
concentración de nitritos, nitratos y amonio (P < 0,05).
El mayor crecimiento (P < 0,05) se obtuvo en el
tratamiento a 15 de salinidad (Fig. 1) y el menor a 45
durante los 154 días del experimento. Los mayores
crecimientos para todos los tratamientos se presentaron
a 34°C y los menores a 24°C. En general, se encontró
que los ejemplares incrementaron su peso promedio ~1
g /ºC de 24 a 34°C.
La relación longitud y peso para cada tratamiento se
indica en la Tabla 2. Los ejemplares cultivados en
salinidad de 25 tuvieron una tendencia homogénea a
acercarse al coeficiente isométrico de 3. Las mayores
diferencias en el coeficiente de crecimiento se presentaron en el experimento a 45 de salinidad.
Las mayores tasas de crecimiento, crecimiento
específico y coeficiente de condición de Fulton se
presentaron a 34°C (P < 0,05) y los menores pesos fina-
161
Figura 1. Crecimiento en longitud total y peso de juveniles de L. guttatus a diferentes temperaturas y salinidades, en sistemas de recirculación.
les a 24°C (Tabla 3). El porcentaje de supervivencia en
los juveniles fue afectado por la temperatura (24, 29 y
34°C) y salinidad (15, 25, 35 y 45). La supervivencia
disminuyó conforme aumentó la salinidad, obteniendo
una mayor supervivencia en salinidades de 15-25. La
mortalidad a la salinidad de 45 con 34°C fue de 100%.
En relación a la interacción salinidad-temperatura se
encontraron diferencias significativas (P < 0,05),
obteniendo el mayor peso final promedio (22,43 g) de
los ejemplares cultivados a salinidad de 25 y temperatura de 34°C, mientras que el menor peso final prome-
Tabla 3. Parámetros de crecimiento, producción y supervivencia de juveniles de L. guttatus a diferentes temperaturas y salinidades. NS: no sobrevivió. Las medias
con igual letra en el misma columna no tienen diferencias (P > 0,05). TCE: tasa específica de crecimiento, TC: tasa de crecimiento, K: factor de condición, FCA:
factor de conversión alimentaria.
Tabla 2. Parámetros estimados de la relación entre longitud (LT) - peso (WT), de juveniles de L. guttatus a diferentes temperaturas y salinidades. Se muestran los
valores de la pendiente (b). *b: factor alométrico; R2: coeficiente de determinación.
Tabla 1. La calidad del agua en sistemas de recirculación para el cultivo de juveniles de Lutjanus guttatus a diferentes temperaturas y salinidades. Las medias con
igual letra la misma fila no presentaron diferencias significativas (P > 0,05).
162
dio (6,57 g) fue de los peces cultivados a salinidad de
45 y temperatura de 24°C. La mayor tasa específica de
crecimiento se determinó en los rangos de 40-45 y 3134°C, presentando el mayor crecimiento a salinidad de
15 y temperatura de 34°C (1,70% día -1), mientras que
en los rangos de 40-45 y 31-34°C la tasa específica de
crecimiento no resultó la más adecuada (Fig. 2). Se
observó que cuando aumentó la salinidad y disminuyó
temperatura, los organismos disminuyeron su
crecimiento.
Las temperatura, salinidad y pH no presentaron
diferencias entre los tratamientos durante todo el
período experimental, el oxígeno disuelto fue mayor a
la menor temperatura (24°C) y el amonio, nitrito y
nitrato fueron diferentes en los tratamientos. Las
concentraciones registradas principalmente de amonio
se encontraron en los intervalos aceptables de cultivo
para esta especie (Castillo-Vargasmachuca et al., 2012,
2015). Los resultados del presente estudio indican que
la salinidad y temperatura afectó el crecimiento y
supervivencia del pargo lunarejo. Los ejemplares
cultivados a altas salinidades y temperaturas (45 y
34°C) tuvieron el 100% de mortalidad, debido a que en
pargos, las salinidades altas no solo alteran la
activación de las hormonas de la osmorregulación, sino
también el consumo de alimento y el metabolismo
(Vargas-Chacoff et al., 2011). La respuesta de los
organismos en estas condiciones extremas muestra que
la especie tiene una tendencia a aguas templadas y baja
salinidad, lo cual está de acuerdo a la tendencia a bajas
salinidades encontrada en edades tempranas por Abdo
de la Parra et al. (2011), reportando también bajas
supervivencias debido a deformidades en larvas de L.
guttatus a salinidades de 45. La supervivencia fue
mayor en temperaturas de 24 y 29°C y en salinidades
de 15, 25 y 35, lo que concuerda con los porcentajes de
supervivencia obtenidos por Anguas-Véles et al. (2003),
163
Stewar-Fielder et al. (2005) y Castillo-Vargasmachuca
et al. (2013), y en otras especies de pargos, mientras
que en temperaturas menores a 24°C disminuyeron su
crecimiento, sin afectar la supervivencia.
Serrano et al. (2010) encontraron que el pargo gris
L. griseus en condiciones de laboratorio, prefiere
salinidades intermedias en el rango de 9-23 y en
salinidades extremas reduce su actividad en
compensación del mayor gasto energético por
osmorregulación. Los resultados de este experimento
mostraron que de 86,8 a 90,0% de los juveniles de
pargo lunarejo, sin exposición previa a la salinidad,
fueron capaces de sobrevivir a una transferencia directa
de salinidad 15 hasta 35. Serrano et al. (2011)
obtuvieron resultados similares con el pargo gris,
confirmando que los juveniles se aclimataron
exitósamente a ambientes hipo e hipersalinos (0 a 60)
después de 96 h, y por lo tanto debe ser considerado
como una especie eurihalina, tal como el pargo lunarejo
del Pacífico.
El conocimiento de la tolerancia a la salinidad de los
peces es importante en aspectos fisiológicos y de
manejo productivo. Aunque el cultivo de esta especie
se realiza en forma incipiente, los resultados obtenidos
sugieren que puede crecer con éxito en salinidades de
24 a 34, lo que está de acuerdo con lo señalado por
Castillo-Vargasmachuca et al. (2007) para esta especie
en jaulas flotantes en el mar y para otra especie muy
cercana como lo es L. peru (Castillo-Vargasmachuca et
al., 2012, 2013).
En este estudio las altas tasas de crecimiento
específico se encuentran a temperaturas de 29 a 34°C y
las mayores supervivencias se registraron a 24°C y en
salinidades de 25 a 35. Hubo una tendencia a mejorar
el crecimiento en salinidades ≤30. La tolerancia a bajas
salinidades, muestra que L. guttatus tiene un alto
potencial para crecer en aguas lagunar-estuarinas y
representa una alternativa para incrementar la
acuicultura marina y costera.
REFERENCIAS
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Figura 2. Tasa específica de crecimiento (% día-1), a
diferentes temperaturas y salinidades, en el cultivo de
juveniles de L. guttatus.
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164
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Stocking density of Colossoma macropomum
165
1
Short Communication
Effect of stocking density on economic performance for Colossoma macropomum
(Cuvier, 1816), juvenile in earthen ponds
Jesaias Costa1, Roñan Freitas2, Ana Lúcia Gomes3, Geraldo Bernadino2
Dalton Carneiro1 & María Inez Martins1
1
Aquaculture Center Road Prof. Paulo Donato Castellane, S/N 14884-900 Jaboticabal, Brazil
2
Secretaria Executiva de Pesca e Aquicultura, Secretaria de Estado da Produção Rural-AM
Distrito Industrial 69075-000, Manaus, AM, Brazil
3
Department of Parasitology, Federal University of Amazonas
Coroado I, 69077-000, Manaus, AM, Brazil
Corresponding author: Jesaias Costa ([email protected])
ABSTRACT. The seeding rate is a factor that affects water quality, biological, physiological parameters,
incidence of parasites and economic indicators. 72,000 fish of ± 1.9 ± 0.1 cm and 0.4 ± 0.01 g were planted in
12 ponds of 600 m² in densities of 5, 10 and 15 fish m-2. The fish were fed twice a day until apparent satiation,
with a commercial feed with 36% crude protein, for 56 days. The cost was determined based on the total
production cost and total operational cost, showing unit values per hectare of water surface. Performance
indicators were compared with ANOVA test with polynomial regression. The final number of fish showed a
positive linear behavior, while the other performance parameters were not affected by density, thus suggesting
that the pond’s maximum stocking density was not reached. On investment and production costs the most
representative items were nursery building and fry acquisition, respectively, which denotes that increasing
seeding density positively affected the production process, improving all the economic indicators.
Keywords: Colossoma macropomum, tambaqui, fish-farming, performance, economic evaluation, production
cost, Brazil.
Efecto de la densidad de siembra sobre el rendimiento económico de juveniles de
Colossoma macropomum (Cuvier, 1816) en estanques
RESUMEN. La densidad de siembra es un factor que afecta la calidad del agua, indicadores biológicos,
parámetros fisiológicos, incidencia de parásitos e indicadores económicos. 72,000 peces de 1,9 ± 0,01 cm y 0,4
± 0,01 g, fueron sembrados en 12 estanques de 600 m² en densidades de siembra de 5, 10 y 15 peces m-2. Los
peces fueron alimentados dos veces al día hasta su aparente saciedad, con alimento comercial con 36% proteína
bruta por 56 días. El costo fue determinado con base al costo total y costo operacional de producción, mostrando
los valores en unidad por hectárea de superficie de agua. Los indicadores de rendimiento fueron comparados
con la prueba de ANOVA con regresión polinómica. El número final de peces mostró un comportamiento lineal
positivo, mientras que los otros parámetros de rendimiento no fueron afectados por la densidad de siembra,
sugiriendo que la máxima densidad de siembra de los estanques no se alcanzó. En la inversión y en los costos
de producción los elementos más representativos fueron la construcción de viveros y la adquisición de alevines,
respectivamente. De esta manera, se determinó que el aumento de la densidad de siembra afectó positivamente
el proceso de producción, mejorando todos los indicadores económicos.
Palabras clave: Colossoma macropomum, cachama negra, piscicultura, rendimiento, evaluación económica,
costo de producción, Brasil.
Tambaqui (Colossoma macropomum), fish native to the
Amazon and Orinoco basin (Honda, 1974), can reach
up to 1 m in length and 30 kg (Goulding & Carvalho,
_________________
1982). Stocking density is an important factor because
it directly influences water quality (Gomes et al.,
2003); production performance parameters (Brandão et
2166
al., 2004); physiological parameters and the incidence
of parasites (Souza-Filho & Cerqueira, 2003); and
farming economic indices (Brandão et al., 2004). There
is little information about the conventional excavated
ponds system and lack of information regarding
economic and biological indices under this system.
In fish farming, production indices along with
economic indicators are an important tool to assist
managers in the decision making process. Studies have
reported on the cost of various production systems
(Martin et al., 1995; Pereira et al., 2009) and the various
farmed fish species (Martin et al., 1995; Crivelenti et
al., 2006). Thus, this study evaluates the influence of
stocking density on the economic indices and
performance parameters during the growing phase of
tambaqui farmed in excavated/earthen ponds.
The 72,000 juveniles, measuring 1.9 ± 0.01 cm long
(mean ± standard error) and weighing 0.4 ± 0.01 g
(mean ± standard error), were stocked at densities of 5,
10 and 15 fish m-2 (T05, T10, T15, respectively) in 12
ponds of 600 m². The experimental design was
completely randomized with four replications. The fish
were fed twice daily to apparent satiation with a
commercial ration containing 36% crude protein (CP),
for a period of 56 days. The growth performance of the
animals was evaluated based on the values of survival,
fish final number (FFN) and feed conversion rate
(FCR).
The operational costs were estimated for a
production cycle of 80 days, of which 12 days for the
nursery preparation, 56 rearing days and 12 days for
harvesting the fish. The initial investment considered
the construction of a 7200 m² area, with 12 ponds of
600 m² (direct investment) and a support building with
an office, accommodation, feed storage and fingerlings
cleaning and shipping shed used for the entire fish
farming activity (8 ha of ponds). Thus, the proportion
of each support item was determined, considering the
area of the experiment to the fish farm area ratio, to
determine the relative initial investment. The relative
values of these investments were then recalculated to
be expressed in US$ ha -1. Investment did not take into
account the spending on land acquisition.
The costs were determined based on the structure of
the total operacional cost (TOC) and total production
cost (TPC) for the production, whose values were
expressed per hectare of water surface. The TPC differs
from the TOC by considering opportunity costs. These
can be defined as the best investment option in land
value, fixed and circulating capital and labor of the
entrepreneur. Due to the subjectivity and difficulty of
their determination, Matsunaga et al. (1976) developed
a new cost structure that disregard this item. The TOC
is the sum of operating cost effective (OCE) and
depreciation. OCE are considered as all disbursements
necessary for development of the activity. All costs
were expressed per hectare of water surface.
Labor cost considered two permanent staff
members: a field manager and a helper, with a monthly
cost of US$ 874.88 and US$ 473.89, respectively: also,
day laborers were hired per contract during ponds
preparation and harvesting at a daily cost of US$ 14.78.
The costs of vehicles (tractor and truck) were
considered as follows, fuel of diesel, insurance, garage,
maintenance and repairs. For mowing, we considered
fuel of gasoline, maintenance and repairs. These
vehicles and mowing expenses were appropriated per
treatment.
Depreciation of infrastructure, equipment and tools
was calculated using the linear method. The TPC was
calculated by adding fixed costs (FC) and variable costs
(VC). The fixed cost was obtained from the sum:
compensation of land (rental value per hectare for
development of fattening tambaqui obtained in Barros
et al. (2011); remuneration of the entrepreneur (value
U$ 1,477.83 monthly for the entrepreneur for all
farmed); remuneration of fixed capital (return rate of
6% per annum on the average value of fixed capital)
and the depreciation. The variable cost was obtained by
adding the OCE and interest on working capital (at an
interest rate of 4% per year related to interest rate
funding for aquaculture, on the average value of
payment).
After production costs were calculated, the
following economic indicators were used for the
economic analyses:
Production, initial investment, TOC, TPC, Unitary or
Average Costs, Gross Revenue (GR), Operation profit
(OP) = GR - TOC, profit (P) = GR - TPC,
OP
Profitabil ity index (%) 
100
GR
P
Profit margin (%) 
100
GR
GR
Revenue index (%) 
100
I
The mean and standard errors were determined for
all performance parameters. Data were checked for
normality using the Cramer-von Mises (α = 5%) and
homogeneity by Levene's test (α = 5%). When the
assumptions were met, the results were submitted to
ANOVA. Polynomial regression analysis was performed
when statistical differences were determined. The
statistical analysis was performed using the R 2.15.0
software.
Stocking density influenced only average fish final
number (Table 1), which is represented by the following
167
3
Table 1. Results of statistical indicators and tambaqui performance parameters during 56 days, at different stocking
densities. Significant at P < 0.05, FFN: fish final number, FCR: feed conversion rate.
Performance parameters
Mean final weight (g)
Survival (%)
FFN (fish m-2)
FCR
T05
37.10 ± 3.33
87.84 ± 4.09
4.40 ± 0.20
0.67 ± 0.08
Density
T10
35.47 ± 2.58
93.25 ± 5.73
9.30 ± 0.10
0.61 ± 0.04
equation: FFN = 0.4611 + 0.8363 density (R² = 95.59).
This variable has a direct relationship with survival. As
the stocking density did not influence survival, the final
number of fish increases when fish density increases.
For the all densities, the values of FCR were less than
one. The survival of C. macropomum is affected by
exposition to toxic substances (Salazar-Lugo et al.,
2011), parasite infestation, predation, declining water
quality, plus the possibility of theft (Arbelaez-Rojas et
al., 2002). However, none of these factors were
observed in this work, showing that in addition to
meeting the requirements of the species regarding feed
quality and quantity, the growing conditions was also
appropriate. As well as the work of Silva et al. (2013),
who noted there influenciencia of stocking density in
tambaquis that were in good growing conditions.
The low FCR values found for tambaqui in this
work, is because the fingerlings has a greater efficiency
in turning food into muscle, justifying lower FCR
values during rearing and spawning phases compared
to the grow-out. Also when is calculate the FCR not is
considered that fish has more humidity that feed, thus
the value of FCR is less that one. Similar results were
found in the literature for Gadus morhua farming,
whith value varied between 0.7 to 1.0 (Bjornsson et al.,
2012), for tambaqui reared in cages that varied between
0.92 and 1.27 (Brandão et al., 2004) and for tambaqui
reared in irrigation channels under differents densities,
with values between 0.96 and 1.05 (Silva et al., 2013).
However, the results differed from those reported by
Arbelaez-Rojas et al. (2002) for tambaqui grow-out
phase, which were 1.35 and 1.80 when farmed in
excavated ponds and stream channels, respectively.
The initial investment for building the 12 ponds and
the support structure (for 8 ha of water surface) was
estimated at US$130,404.01. Therefore, proportionally, the necessary investment is US$ 54,360.22 for
the 12 ponds and US$ 75,500.31 per hectare for the
supporting facilities (Table 2). For pond construction
the initial investment is high due to the need for heavy
machinery to clean the area, earthmoving, formation of
embankments and compaction of the ponds. The
construction of supply and drainage systems, depen-
T15
30.30 ± 4.63
96.46 ± 14.93
12.80 ± 0.60
0.58 ± 0.11
Statistics
P
F
0.194
1.93
0.5971 0.298
<0.001 216.50
0.426
0.68
ding on the model used, can further increase costs
(Martin et al., 1995). This item can represent between
27 and 84% of the initial investment, depending on the
area of installation, the supply and drainage system
used, the size of fish farms and the degree of soil
movement needed (Martin et al., 1995; Cavero et al.,
2009; Pereira et al., 2009; Barros & Martins, 2012).
However, in this study, the pond construction
represented 86.16% of the initial investment. This was
due to the construction of a greater number of ponds per
area, compared to fish grow-out ponds, plus the need
for installing a net cover to protect the fish against
winged predators, a necessity during fingerling and
rearing stages.
Values of TOC and TPC increased with increasing
stocking density (Table 3). The purchase of fingerlings
was the largest participation item in the cost
composition, increasing with fish density. All other
costs, with the exception of feeding and fingerlings
acquisition, decreased with increasing stocking density.
Feeding costs was the biggest participation item in the
cost composition for the density of 10 fish m-2. Between
5 and 10 fish m-2 densities, TOC increased 38.9% while
between 10 and 15 fish m-², TOC increased 14.5% only.
Moreover, between the lowest and highest density,
TOC increased 59.0%.
Feeding costs have relatively low participation in
the cost composition, which results from the small
quantities of feed required to feed fingerlings that
display high growth rate, using available food very
efficiently. Also, total feed requirement is less
compared to the grow-out phase because the production
cycle is shorter. Jomori et al. (2005) reported that feed
expenditures are directly related with the cultivation
time; increasing the longer the fish remain in the
production system.
This study showed that in tambaqui farming, the
purchase of fingerlings is the most costly item of the
production cost composition, especially because
development during this phase is faster and feeding
requirements are lower when compared to the grow-out
phase. Fingerlings expenditure is influenced mainly by
existing breeding techniques, i.e., species that have well
4168
Table 2. Investment for a tambaqui farm. August 2012, (US$ 1 = R$ 2.03).
Value (US$ ha-1)
Itemization
Supporting structure
House (office, accommodation, toilets)
Feed deposit
Fingerlings cleaning and distribution shed
Equipment, tools and appliances
Vehicles
Ponds
Total
1,456.89
492.61
1,477.83
2,396.32
4,646.70
65,054.73
75,500.31
%
13.84
1.91
0.65
1.96
3.17
6.14
86.16
Table 3. Production cost and economic indicators for a tambaqui farm during a 80-day growing period. August 2012. (US$
1 = R$ 2.03).
Itemization
A-effective operating cost (US$)
Fingerlings
Feed 36%
Vehicles and equipment expenditures
Lime
Urea
Wheat meal
Superphosphate
Office materials
Consumables
Labor
B-Depreciation
C=A+B-Total operating cost (US$)
D=A+D1-Variable cost
D1-Interest on working capital
E=B+E1-Fixed cost
E1=Opportunity costs
F=D+E-Total production cost (US$)
Initial investment (US$)
Production (number of fingerlings)
Average TOC (US$/fingerling)
Average TPC (US$/fingerling)
Revenue (US$)
Operating profit (US$)
Profit (US$)
Profitability index (%)
Profit margin (%)
Revenue index (%)
developed breeding technologies also have increased
fingerling availability, thus lower prices and rearing
costs compared to species whose technology is still
being developed. Because tambaqui species is easy to
reproduce and to obtain fingerlings, the purchase cost
of fingerlings in grow-out ponds does not represent
more than 12% of the TOC (Merola & Paganfont, 1988;
Barros & Martins, 2012; Loose et al., 2014).
Stocking densities
T05
T10
T15
7,095.26 10,743.92 12,625.41
2,463.05
4,926.11
6,568.14
1,168.14
2,158.73
2,201.99
635.82
635.82
635.82
100.99
100.99
100.99
10.10
10.10
10.10
620.69
620.69
620.69
19.21
19.21
19.21
32.33
32.33
32.33
119.05
119.05
119.05
1,925.89
2,120.91
2,317.10
1,137.73
1,137.73
1,137.73
8,232.99 11,881.66
13,763.15
5,467.08
9,127.72
10,986.92
58.92
98.55
118.53
3,460.93
3,460.93
3,460.93
2,323.20
2,323.20
2,323.20
8,928.01 12,588.65
14,447.85
75,500.31 75,500.31
75,500.31
43,920.00 93,250.00 127,550.00
00.19
00.13
00.11
00.20
00.13
00.11
10,817.94 22,967.98
31,416.26
2,937.84 11,086.32
17,653.11
1,889.93 10,379.33
16,968.41
13.4
43.3
52.60
17.47
45.19
54.01
14.33
30.42
41.61
For tambaqui farming, the practice of liming and
fertilization of ponds is extremely important to generate
suitable conditions for fish farming and feeding. But the
cost of these items, despite their importance for
cultivation, is not significant and represents only 3.56%
of TOC and 2.6% of the TPC, as reported by Merola &
Paganfont (1988) respectively, during the grow-out
phase. However, Loose et al. (2014) found a greater
participation in the cost of this item (7%), but this fact
can be associated that the authors considered as
expenses only, depreciation, purchase of fingerlings,
food, liming, fertilizing and cleaning of the tanks.
The manpower/labor cost represented between 15
and 24% of costs, corroborating the results of ScorvoFilho et al. (2008), who reported that the item
represents from 18 to 22% of OCE, depending on the
management technique adopted. During tambaqui
grow-out phase in ponds, labor accounts for 5.07% of
TOC and 4.2% of TPC by Merola & Paganfont (1988),
respectively. On the other hand, Jomori et al. (2005)
reported that labor participation in TOC ranged from
32.7% to 56.0% for pacu larvae, depending on the
management adopted and food supplied. The intensive
production systems have been continuously attracting
more investors; however, one must consider that the
risks also increase, while it becomes necessary to hire
specialized labor, to understand the technology and
keep close control of water quality (Arbelaez-Rojas et
al., 2002). A very important component for the success
of the activity is to count on skilled labor that for small
production units may be the most participating item in
the cost composition (Martins et al., 2001).
The increasing stocking density optimized the use
of infrastructure and reduced average costs due to
increasing production. This result agrees with a
common observation for every enterprise, variable
costs gain importance as the production process is
optimized. Conversely, the fixed costs participation
tends to decrease in the cost composition because their
use is optimized (Gomes et al., 2006; Bjornsson et al.,
2012).
Revenue increased 112.31% when stocking density
increased from T05 to T10, 36.78% when density
increased from T10 to T15, and 190.41% between the T05
and T15 densities (Table 3). Profitability and revenue
indicators increased with stocking density. Thus, the
increase of stocking density is desirable since it
translates into increased yield per unit area/volume and
reduced costs thus yielding better economic indicators.
Gomes et al. (2006) also stated that profitability and
revenue indicators increase with stocking density;
however, when density starts to affect production
negatively, these indicators also tend to be affected by
increasing at a slower pace, stabilizing and even
decreasing. Despite the fact that low stocking densities
provide better growth rates, in most fish species
(Souza-Filho & Cerqueira, 2003; Santos et al., 2007),
productivity tends to be low, thus making the activity
less profitable (Gomes et al., 2006).
The increasing stocking density did not affect fish
performance and improved the production process
while positively impacting all economic indicators. The
169
5
highest density (T15) showed the highest profit and
lowest average TPC, as was to be expected since the
maximum density was not obtained in this work. The
50% density increase (T10 to T15) was sufficient to
reduce by 16% the average operation production cost
and increase the profit by 63.48%.
ACKNOWLEDGEMENTS
To financial support from DARPA/FINEP-Project
Development of Aquaculture and Fisheries Resources
FAPESP process number: 2011/15170-3.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 171-176, 2016 Genética de híbridos de Mytilus en la costa chilena
171
1
Short Communication
Caracterización genética de híbridos entre las especies Mytilus edulis platensis y
Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) en la costa chilena
Andrea Valenzuela1, Marcela P. Astorga2, Pablo A. Oyarzún3,4 & Jorge E. Toro4
1
Doctorado en Ciencias de la Acuicultura, Universidad Austral de Chile
P.O. Box 1327, Puerto Montt, Chile
2
Instituto de Acuicultura, Universidad Austral de Chile, P.O. Box 1327, Puerto Montt, Chile
3
Doctorado en Biología Marina, Universidad Austral de Chile, Independencia 641, Valdivia, Chile
4
Instituto de Ciencias Marinas y Limnológicas, Universidad Austral de Chile
Independencia 641, Valdivia, Chile
Correspondencia: Andrea Valenzuela ([email protected])
RESUMEN. Dada la capacidad de hibridación entre Mytilus edulis platensis y M. galloprovincialis, se planteó
evaluar la variabilidad genética de la descendencia híbrida en relación a las especies puras a partir de 8 loci de
microsatélites. Se observaron diferencias genéticas entre la descendencia híbrida en comparación a las especies
puras, siendo la descendencia híbrida la que presenta los mayores valores de heterocigosidad observada
promedio (Ho = 0,63 ± 0,28), con valores de endogamia que tienden mayoritariamente hacia valores de Fis
negativos, evidenciando un exceso de heterocigotos en los híbridos en comparación a los individuos puros,
quienes presentaron desvíos significativos hacia valores de Fis positivos. El análisis de componentes principales
muestra tres grupos claramente diferenciados entre las muestras analizadas, identificando a la descendencia
híbrida como un grupo intermedio entre las especies puras.
Palabras clave: Mytilus edulis platensis, Mytilus galloprovincialis, híbridos, caracterización genética,
microsatélites.
Genetic characterization of hybrids between species Mytilus edulis platensis and
Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) in the Chilean coast
ABSTRACT. Given the hybridization ability between species Mytilus edulis platensis and M. galloprovincialis,
this research proposed to assess the genetic variability of the hybrid offspring in relation to pure species, using
8 loci microsatellites. The study found differences between hybrid offspring comparing to pure species. The
hybrid offspring had the highest observed mean heterozygosity values (Ho = 0,63 ± 0,28) and low values of
inbreeding, which tend to significant deviations to negative values of (Fis), demonstrating excess of heterozygote
in hybrids comparing with pure species, which displayed significant deviations towards positive values of Fis.
The principal component analysis shows three distinct groups among the samples analyzed, identifying the
hybrid offspring as an intermediate group between pure species.
Keywords: Mytilus edulis platensis, Mytilus galloprovincialis, hybrids, genetic characterization, microsatellites.
El género Mytilus (Mytilidae, Bivalvia) se distribuye de
forma antitropical en todos los océanos y principales
mares del mundo (McDonald et al., 1991; Hilbish et al.,
2000). Muchas de sus poblaciones han sido causa de
procesos de colonización reciente hacia nuevas
ubicaciones (McDonald et al., 1991; Westfall & Gardner,
__________________
Corresponding editor: Cristian Aldea
2013), permitiendo la posibilidad de hibridación,
cuando éstas se encuentran en simpatría, debido a la
estrecha relación evolutiva de este grupo de especies.
Se ha podido encontrar zonas naturales de
hibridación en sectores donde co-habita más de una especie (Rawson et al., 1999; Westfall & Gardner, 2010).
172
2
Estos ambientes proveen una excelente oportunidad
para estudiar la interacción genómica natural, como la
selección en zonas de hibridación (Wilhelm & Hilbish,
1998), procesos de introgresión genética (Brannock et
al., 2009), viabilidad reproductiva (Brannock &
Hilbish, 2010) y diferencias fisiológicas (Hilbish et al.,
1994; Oyarzún et al., 2012), entre otras.
En Chile, se encuentra Mytilus edulis platensis
D’Orbigny, 1846 (Mollusca: Mytilidae), conocida
históricamente como Mytilus chilensis, que ha estado
sujeta a una continua revisión taxonómica por parte de
varios autores (Koehn et al., 1991; McDonald et al.,
1991; Gerard et al., 2008; Borsa et al., 2012; Astorga et
al., 2015), quienes encontraron que la mayoría de las
poblaciones del Hemisferio Sur representan a un linaje
diferente a las poblaciones del Hemisferio Norte. Esta
especie es un recurso de importancia económica,
debido a los altos valores de desembarques producto de
la acuicultura, los que han aumentado en la últimas
décadas, variando de 3.352 ton en 1992 a 258.188 ton
en el 2013 (SERNAPESCA, 2014). Se distribuye desde
la costa Pacífica chilena hasta la Patagonia Argentina,
en las Islas Falkland e Islas Kerguelen (McDonald et
al., 1991). Algunos autores establecen la presencia de
dos especies en la costa chilena. Daguin & Borsa (2000)
demostraron la presencia de M. galloprovincialis en la
zona de Chile central mediante marcadores de ADN
nuclear; Toro et al. (2004) mencionan la presencia de
esta especie en la región del Bio-Bío (36°S) mediante
análisis de isoenzimas y Westfall et al. (2010)
mencionan su presencia también en la región del BioBío, mediante PCR-RFLP y gen Me15/16. Luego,
Astorga (2012) mediante secuenciación de ADN logra
diferenciar M. galloprovincialis de M. edulis platensis
en la costa chilena, confirmando su presencia en dicha
zona. Adicionalmente, los últimos reportes de Oyarzún
et al. (2015) sugieren la presencia de M. edulis en la
región de Magallanes (52°S) junto con M. edulis
platensis y M. galloprovincialis por medio de PCRRFLP y el gen Me15/16. Además, en su trabajo
reportan por primera vez alelos de M. trossulus en el
Hemisferio Sur y establecen el primer registro de una
zona híbrida natural entre M. edulis y M. edulis
platensis.
Mytilus galloprovincialis, originaria del Mediterráneo
y con conexión hacia el Atlántico, además de encontrarse
en algunas localidades de Australia y del Hemisferio
Sur (McDonald et al., 1991; Daguin & Borsa 2000;
Hilbish et al., 2000), se considera una especie altamente
invasiva, siendo capaz de desplazar a otros mitílidos
autóctonos donde ha sido introducida (Branch &
Steffani, 2004). Tiene la capacidad de hibridar con
especies congenéricas cuando se encuentran en
simpatría (Lowe et al., 2000). Dicha especie, ha sido
introducida por la acuicultura y el transporte marítimo,
dentro del rango de distribución de M. trossulus,
resultando en extensas zonas híbridas entre ambas
especies en distintas localidades, como: California
(Rawson et al., 1999), Puget Sound en Estados Unidos
(Anderson et al., 2002), Rusia (Skurikhina et al., 2001)
y Japón (Inoue et al., 1995; Brannock et al., 2009),
demostrando que los híbridos F1 entre M. galloprovincialis y M. trossulus se producen en alta cantidad y
que la incompatibilidad de gametos entre ambas
especies es prácticamente inexistente. Este hallazgo es
consistente con estudios previos de laboratorio, que no
reportan dificultades en la formación de los híbridos F1
de los cruces entre M. galloprovincialis y M. trossulus
(Matson et al., 2003). También se han reportado
estudios en el Atlántico nororiental, donde se ha
detectado que M. edulis y M. galloprovincialis pueden
hibridar, provocando de esta forma un mosaico de
poblaciones de M. edulis, M. galloprovincialis y sus
híbridos (Skibinski et al., 1983; Bierne et al., 2003).
También se ha demostrado el éxito de fecundación y
desarrollo en laboratorio de la descendencia híbrida, en
este caso, entre M. edulis platensis y M.
galloprovincialis desde muestras obtenidas de la costa
chilena (Toro et al., 2012).
A partir del éxito de hibridación de manera
experimental entre M. edulis platensis y M. galloprovincialis en Chile, se plantea como objetivo evaluar los
niveles de variabilidad genética de la descendencia
híbrida y de las especies puras a través de 8 loci de
microsatélites, para caracterizar la descendencia
hibrida y determinar a futuro su posible presencia en el
medio natural.
Se compararon 20 individuos adultos de M. edulis
platensis provenientes de bancos naturales de Yaldad
(43°06’S, 73°43’W) y 20 ejemplares adultos de M.
galloprovincialis procedentes de bancos naturales de
Caleta Tumbes (36°43’S, 73°08’W, con 20 individuos
híbridos correspondientes a la F1 de cruzamientos
individuales entre un macho de una especie con una
hembra de la otra especie y viceversa. Para esto los
individuos fueron acondicionados en laboratorio, en
contenedores separados para evitar fecundación no
planificada, e inducidos al desove. Posterior al desove
se diseñó el cruzamiento exclusivo entre machos y
hembras de las diferentes especies, asegurando una
descendencia 100% híbrida, de acuerdo a Toro et al.
(2012).
La extracción de ADN de los adultos de las especies
puras y de los juveniles de la F1 de la descendencia
híbrida, se realizó siguiendo el método de extracción
estándar fenol/cloroformo/alcohol isoamílico y precipitación con etanol (Doyle & Doyle, 1987). Para el aná-
1733
Genética de híbridos de Mytilus en la costa chilena
Tabla 1. Descriptivos genéticos para M. edulis platensis, M. galloprovincialis y descendencia híbrida a partir de 8 loci de
microsatélites. Na: número de alelos, Ra: rango alélico, Ho: heterocigosidad observada y He: heterocigosidad esperada según
EH-W. DE: desviación estándar, Valores significativos en negrita. *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001.
M. edulis platensis
M. galloprovincialis
Descendencia híbrida
Locus
Na
Ra
Ho
MCH1
6
16 0,55
MCH2
2
48 0,20
MCH3
7
44 0,45
MCH5
7
96 0,55
MCH6
2
8
0,10
MCH8
5
20 0,45
MCH9
4
68 0,70
MCH10
3
4
0,05
Promedio 4,50 38,00 0,38
DE
2,07 32,21 0,24
He
0,56
0,47
0,67
0,78
0,26
0,65
0,68
0,54
0,58
0,16
P-valor Na
Ra
Ho
0,715
4
10 0,10
0,015*
2
2
0,25
0,013*
7
38 0,60
0,117
8
108 0,65
0,031*
2
8
0,05
0,004** 7
32 0,30
0,001** 5
68 0,50
0,001** 2
18 0,35
4,63 35,50 0,35
2,50 36,19 0,22
lisis genético se utilizaron 8 loci de microsatélites
diseñados específicamente para M. edulis platensis y
se realizó siguiendo las condiciones mencionadas por
Ouagajjou et al. (2011). El producto de amplificación
fue leído en un secuenciador automático y se evaluó
mediante el programa Peak Scanner v.1.0.
Para estimar la presencia de alelos nulos y eliminar
errores de lectura, se utilizó el programa Microchecker
v.2.2.3 (Van Oosterhout et al., 2004). La comparación
entre especies puras y descendencia híbrida se realizó
mediante la comparación de los estadísticos genéticos:
número de alelos por locus, frecuencias alélicas y
heterocigosidad, que fueron calculados usando el
programa Arlequin v.3.5.1.2 (Schneider et al., 2000).
Se realizó un análisis multivariado de componentes
principales, mediante el programa Genetix 4.05
(Belkhir et al., 2004).
Al evaluar la caracterización genética a partir de los
8 loci de microsatélites seleccionados se identificó un
total de 59 alelos entre los individuos de M. edulis
platensis, M. galloprovincialis y la descendencia
híbrida. Se encontraron valores mayores de heterocigosidad observada promedio en la descendencia
híbrida (0,63 ± 0,28), en relación a las especies puras
M. edulis platensis (0,38 ± 0,24) y M. galloprovincialis
(0,35 ± 0,22). No se observaron mayores fluctuaciones
en los valores del número de alelos promedio por locus
(MEP: 4,5; MGA: 4,6 y HB: 4,4) y rango alélico (MEP:
38,00; MGA: 35,50 y HB: 43,00) entre los tres grupos
(Tabla 1).
Por su parte, el coeficiente de endogamia (Fis)
promedio total con una P < 0,05 para los individuos de
M. edulis platensis, M. galloprovincialis fue de 0,380 y
0,412, respectivamente, donde la descendencia híbrida
He
0,31
0,45
0,78
0,75
0,22
0,78
0,69
0,41
0,55
0,23
P-valor Na
Ra
Ho
0,001**
3
8
0,40
0,115
2
48 0,20
0,224
8
48 0,85
0,038*
5
52 0,80
0,010*
3
58 0,75
0,000*** 7
26 0,85
0,000*** 3
52 0,30
0,591
4
52 0,90
4,38 43,00 0,63
2,13 17,04 0,28
He
0,5
0,33
0,83
0,62
0,55
0,81
0,27
0,75
0,58
0,21
P-valor
0,128
0,129
0,787
0,045*
0,090
0,648
1,000
0,055
evidenció un Fis inferior a -0,058. En los individuos de
M. edulis platensis, 5 loci presentaron desvíos
significativos del equilibrio Handy-Weinberg (H-W),
hacia valores de Fis positivos, y un loci presentó desvío
hacia valores negativos, sugiriendo que en la mayoría
de los loci existiría una deficiencia de heterocigotos
para los individuos de esta especie. En los individuos
de M. galloprovincialis, 5 loci presentaron desvíos
signifi-cativos del equilibrio H-W hacia valores de Fis
positivos, sugiriendo igualmente una deficiencia de
heterocigotos en este grupo. En cambio, en la
descendencia híbrida, 2 loci presentaron desvíos
significativos del equilibrio H-W con valores de Fis
negativo, el resto de los valores no fueron
significativos, pero tienden hacia valores de Fis
negativos, evidenciando un exceso de heterocigotos en
la descendencia híbrida en relación a las especies puras
(Tabla 2).
El análisis multivariado de componentes principales
mostró que en los tres grupos, tanto la descendencia
híbrida, como las especies puras M. edulis platensis y
M. galloprovincialis, tienden a segregarse en base al
conjunto de loci analizados, logrando diferenciar la
descendencia hibrida como un grupo genéticamente
intermedio entre las especies puras (Fig. 1).
Diversos estudios sobre la producción de híbridos
en laboratorio han sido reportados para diferentes
especies de mitílidos en el mundo (Zouros et al., 1992;
Matson et al., 2003; Beaumont et al. 2005).
Recientemente, se comprobó el éxito de hibridación
entre M. edulis platensis y M. galloprovincialis, donde
se evaluó el desarrollo larval temprano y crecimiento
entre las líneas puras e híbridas, observando que tanto
las larvas como los juveniles de los híbridos crecieron
174
4
Tabla 2. Coeficiente de endogamia (Fis) para la hipótesis nula Fis = 0 en los 8 loci polimórficos para M. edulis platensis,
M. galloprovincialis y descendencia híbrida. Significancia para hipótesis nula Fis = 0: *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001.
M. edulis platensis
M. galloprovincialis
Descendencia híbrida
Locus
Fis
MCH1
0,017
MCH2
0,578
MCH3
0,332
MCH5
0,300
MCH6
0,624
MCH8
0,309
MCH9
-0,027
MCH10
0,910
Promedio 0,380
P-valor
0,7013
0,0151*
0,0059**
0,1171
0,0298*
0,0044**
0,0012**
0,0001***
Fis
0,687
0,451
0,231
0,136
0,782
0,621
0,282
0,147
0,412
P-valor
0,0008***
0,1133
0,2149
0,0353*
0,0104**
0,0001***
0,0007***
0,5919
Fis
0,200
0,397
-0,021
-0,291
-0,370
-0,057
-0,123
-0,202
-0,058
P-valor
0,1304
0,1285
0,7805
0,0409*
0,0956
0,6606
1,0000
0,0500*
Figura 1. Análisis de componentes principales para individuos de M. edulis platensis (YAL), M. galloprovincialis (TUM)
y descendencia híbrida (HIB).
significativamente más que las larvas de las especies
puras (Toro et al., 2012), lo cual se explicaría por la
mayor variabilidad observada en dicho grupo.
El mayor número de loci heterocigotos en la
descendencia híbrida se debería al cruzamiento entre
individuos de especies puras que aportan alelos
privados a la descendencia híbrida, similar a lo
reportado por Hilbish et al. (2002) en zonas híbridas
entre M. edulis y M. galloprovincialis, donde también
se observó que las poblaciones de híbridos se
caracterizan por presentar alta frecuencia de individuos
con genotipos heterocigotos, con evidente aumento en
la longitud de la concha en comparación a las especies
puras. A su vez, que los individuos puros de M. edulis
platensis y M. galloprovincialis presenten valores de
Fis positivos, indicaría un déficit de heterocigotos en
estas especies, que resulta coincidente con la literatura,
al reportar que muchas de las poblaciones de mejillones
en ambientes naturales presentan un déficit de
heterocigotos producto de la consanguinidad y mezcla
de sus poblaciones (Raymond et al., 1997).
El éxito de hibridación entre estas especies se estaría
dando por el reconocimiento de gametos entre especies
estrechamente relacionadas como M. galloprovincialis
y M. edulis platensis (McDonald et al., 1991). La
separación genética observada en este trabajo entre
Genética de híbridos de Mytilus en la costa chilena
especies puras y éstas con los híbridos, confirma que a
pesar de la baja separación entre especies, éstas sí
presentan algún grado de diferenciación genética
posible de medir con este tipo de marcadores de alta
resolución, como los microsatélites.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el financiamiento que hizo
posible esta investigación, realizado por el proyecto
FONDECYT 1120419 y el patrocinio de CONICYT
por financiamiento de Tesis.
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Oxygen consumption and stocking density in Nile tilapia culture
Short Communication
Effect of stocking density on growth performance and oxygen consumption
of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) under greenhouse conditions
Juan Fernando García-Trejo1, Guillermo Abraham Peña-Herrejon1, Genaro Martín Soto-Zarazúa2
Adán Mercado-Luna3, Oscar Alatorre-Jácome1 & Enrique Rico-García1
1
Cuerpo Académico Ingeniería de Biosistemas, Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, C.P. 76010, México
2
Cuerpo Académico de Sistemas Embebidos y Aplicaciones, Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, C.P. 76010, México
3
Centro de Investigaciones y Desarrollo de Tecnología Agrícola, Acuícola y Forestal
Campus Conca, Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, C.P. 76410, México
Corresponding author: Juan García-Trejo ([email protected])
ABSTRACT. The effects of stocking density on oxygen consumption and growth in Nile tilapia (Oreochromis
niloticus) under greenhouse conditions were investigated in this experiment. Fingerlings with 1.57 ± 0.14 g
mean body weight were stocked in 972 L, rectangular plastic tanks placed inside a polyethylene greenhouse 504
m2, at three densities 90 (T1), 180 (T2), and 270 (T3) ind m-3 (biomass of 0.14, 0.28, and 0.42 kg m-3). Fish were
feeding with a commercial diet for Nile tilapia (Api-Tilapia 1, MaltaCleyton® with 50%, protein and 12% lipid)
to apparent satiation, three times a day, for 60 days. Fish in each treatment were selected randomly in order to
measure aerobic metabolism using closed respirometric chamber technique with constant temperature and
volume (1 L). It was found that growth rate of T1 (0.38 g day-1; 4.65% day-1) and T2 (0.21 g day-1; 3.68% day-1)
was significantly higher than T3 (0.11 g day-1; 2.67% day-1). Oxygen consumption measurements over 24 h
showed that a significant difference exist between treatments T1 = 350 ± 170, T2 = 260 ± 170, and T3 = 200 ±
130 (mgO2 kg-1 h-1). Thus, according to the results the culture of tilapia at a density of 90 ind m-3 can be used
for increase production of O. niloticus under greenhouse conditions.
Keywords: Oreochromis niloticus, density, growth, oxygen consumption, aquaculture.
Efecto de la densidad de siembra sobre el crecimiento y el consumo de oxígeno
de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) bajo condiciones de invernadero
RESUMEN. El efecto de la densidad y el consumo de oxígeno sobre el crecimiento de la tilapia (Oreochromis
niloticus) fueron analizados. Alevines con un peso húmedo promedio de 1,57 ± 0,14 g se colocaron en estanques
rectangulares de plástico de 972 L, dentro de un invernadero de polietileno con un área de 504 m2, las densidades
utilizadas fueron 90 (T1), 180 (T2), and 270 (T3 ind m-3 (con una biomasa promedio total por tanque de 0,14,
0,28 y 0,42 kg m-3). Para la alimentación se utilizó alimento comercial (Api-Tilapia 1, MaltaCleyton® con 50%
proteína y 12% de lípidos), que se suministró hasta la aparente saciedad tres veces al día durante un periodo de
60 días. Al finalizar este periodo se seleccionaron aleatoriamente individuos de cada tratamiento para determinar
el metabolismo aerobio, que se determinó por el método de cámaras semicerradas mantenidas a temperatura
constante y volumen conocido (1 L). Se determinó que la tasa de crecimiento de T1 (0,38 g día-1; 4,65% día-1)
y T2 (0,21 g día-1; 3,68% día-1) fue significativamente más alta que T3 (0,11 g d-1; 2,67% día-1). El consumo de
oxígeno en el ciclo de 24 h mostró diferencias significativas entre los tratamientos T1 = 350 ± 170, T2 = 260 ±
170, and T3 = 200 ± 130 (mgO2 kg-1 h-1). De acuerdo con los resultados obtenidos, el cultivo de tilapia bajo
condiciones de invernadero a una densidad de 90 ind m-3 puede ser utilizado para incrementar la productividad
de O. niloticus.
Palabras clave: Oreochromis niloticus, densidad, crecimiento, consumo de oxígeno, acuicultura.
_____________________
1
177
178
2
Nile tilapia (Oreochromis niloticus Linnaeus, 1758)
occupies an important place in aquaculture and is the
main cultured fish in Mexico. Traditionally, its
cultivation has been made in semi-intensive and
extensive systems (Fitzsimmons, 2000). Currently,
some producers have adopted intensive culture in tanks
under green-house conditions, using recirculation
systems (Soto-Zarazúa et al., 2010, 2011). According
to Edward & Domaine (1997) failures in small-scale
farmer endeavors are due to inadequate knowledge,
such as stocking fry at a very small size and at too high
density. Optimal stocking densities have been
established using growth performance parameters such
as weight gain or survival rate (El-Sherif & El-Feky,
2009a, 2009b; Gullian-Klanian & Arámburu-Adame,
2013). However, this procedure leaves apart important
variables such as oxygen consumption which gives an
indirect measure of metabolism and physiological
condition (Beamish, 1970; Cech, 1990). Oxygen
consumption is an indirect measure of metabolism,
rather than direct measures of heat released through
metabolism calorimetry (Steffensen, 1989; Mamun et
al., 2012) which has been widely studied on Nile tilapia
(De Silva et al., 1986; Iwama et al., 1997; Kumar et al.,
2011). Thus, the purpose of this study was to determine
the optimal stocking density on fingerlings of tilapia
under greenhouse conditions.
The experiment was performed in an aquaculture
system producing Nile tilapia inside a polyethylene
greenhouse 504 m2 in area (18×28 m) in Amazcala,
Queretaro State, Mexico. The fish were placed in nine
rectangular plastic tanks distributed using a Latin
square scheme in order to avoid spatial effects. The
tank´s dimensions were of 0.9 m depth, 0.9 m wide and
1.2 m long, with a water storage capacity of 972 L.
Three triplicated treatments for each experiment were
applied using a fish stocking density of T1 = 90, T2 =
180, and T3 = 270 ind m-3, respectively. The handling
of tanks involved the feces removal and weekly partial
water changes (30%).
Measures of temperature (ºC), dissolved oxygen
(mg L-1), pH, Secchi disk (cm), nitrite (NO2) and nitrate
(NO3) were recorded weakly throughout the
experimental period. The temperature and dissolved
oxygen were measured with HQ40D multi dual-input
meter, brand HACH, USA, with LDO101-03 probe
sensor; and the pH was monitored using the water proof
pH tester 10, Brand EUTECH, USA Instruments.
Visibility was measured using a common Secchi disk;
the nitrite and nitrate were measured with a DR/6000
spectrophotometer (HACH) utilizing the 8153, 8192
Hatch Methods. The water temperature was measurement in tanks while environmental temperature and
relativity humidity was recorded with a data logger
(WatchDog series 1000, USA) each hour during a
whole experiment time. The fish were feed with a
commercial diet for Nile tilapia (Api-Tilapia 1, Malta
Cleyton® with 50% protein, 12% lipid, 13% ash, 3%
fiber, 12% moisture) throughout the experiment.
Feeding frequency was adjusted to three portions
offered three times daily starting at 08:00, 13:00 and
18:00 h. Meristic data, humid weight (HW) and
standard length (SL) were measured with a digital
caliper (Truper Stainless steel), this measures were
acquired only at the beginning (1 day), and at the end
(60 days). After 60 days, all fish of each tank were
taken, counted, and weighed with an analytical balance
(Sartorius AY303 Milligram Scale). The following
parameters were used to evaluate tilapia growth
performance according to Kumar et al. (1995): body
weight gain (WG) = 100 (W1-W0); mean daily body
weight gain (ADG) = (W1–W0)/t; specific growth rate
(%/day) (SGR) = ((ln W1-ln W0) × 100)/t); survival rate
(%) (SR) = Ni × 100/N0 . Where: W1 = final wet weight,
W0 = Initial wet weight, t = time interval in days, Ni =
number of fishes at the end, N0 = number of fishes
initially stocked.
Four individuals from each treatment were
randomly selected in order to measure aerobic
metabolism (oxygen consumption = QO2) using closed
respirometric chamber technique with constant temperature and a known water volume (Timmons et al.,
2002, Soto-Zarazúa et al., 2010). Measurements of
dissolved oxygen and temperature were taken every
four hours (14:00, 18:00, 22:00, 02:00, 06:00, and
10:00 h) during a 24 h cycle. All the fish used to
determine QO2 were euthanized on ice immediately
after finishing the experiment in order to determine its
dry weight and to get the relation of the oxygen
consumed by biomass (Steffensen, 1989).
Weight, standard length, and performance growth
data were analyzed with one-way ANOVA in order to
determine the differences between densities for each
treatment and least square differences (LSD) this test
was applied when significant differences were found.
For average standard length and average standard
weight data, the coefficient of variability (CV) was
calculated as CV = (SD x 100)/mean, in order to
compare initial and final data. To determine the effect
of density on oxygen consumption a multivariate
analysis were used (Statgraphics routine centurion XV,
ver. 15.2.06), environmental variables were also
considered in order to determine which factor explains
variations best.
Water temperature inside the tanks did not show a
wide variation as the environmental temperature did,
showing an average of 18.50 ± 11.92°C, while the
temperature in treatments tanks had an average of 24.68
1793
Figure 1. Inside greenhouse temperature cycle (24 h). Treatments (continuous line) and environment (dotted line).
Figure 2. Dissolved oxygen inside the tanks during a 24 h cycle.
± 3.0° C (Fig. 1). Dissolved oxygen in water showed a
wide variation during a 24 h cycle (Fig. 2). The
minimum concentration was observed at 04:00 h (0.5
mg L-1), and the maximum concentration was
registered at 14:00 h (8.3 mg L-1). Physical and
chemical parameters measured inside the treatment
water during the whole experiment, every week at
12:00 h, are shown in Table 1. All parameters of the
water quality showed acceptable values for aquaculture
activity (Barker, 2002; Timmons et al., 2002). The
visibility in water tanks showed a decrease along time,
specifically in high density (T3).
The results of biological measurements showed
significant differences (P < 0.05) between density
treatments 90, 180 and 270 ind m-3, especially in some
growth performance parameters. Survival rate (%)
showed high value in T2 and minimal value in T3
contrary to weight gain which shows maximum value
for T1 and minimal value for T3 (Table 2).
There is no significant difference between initials
mean standard lengths values in all treatments, but there
is a significant difference (P < 0.05) between the finals
mean standard lengths (Table 2). T1 is the maximum
length and the minimum T3, this behavior is the same
180
4
Table 1. Weekly values of physical and chemical parameters in treatment water throughout whole experiment. Minimum
(Min), maximum (Max), and average values are shown at the last column for each one of the parameters. T1 = 90 ind m-3,
T2 = 180 ind m-3, T3 = 270 ind m-3.
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
Dissolved oxygen (O2 mg L-1)
1
2
3
4
5
6
7
8
7.50 7.20 7.00 6.90 6.80 5.20 5.00 5.50
7.60 7.10 6.80 6.60 6.40 5.30 5.20 5.10
7.50 7.00 6.80 6.50 6.60 5.40 4.30 4.60
Temperature (°C)
29.6 28.4 30.0 26.0 28.0 29.0 31.0 32.3
30.5 29.4 32.0 28.0 29.0 29.0 32.0 31.4
30.0 30.2 31.0 28.0 28.0 28.5 31.5 31.3
Potential hydrogen (pH)
8.5
8.8
9.3
9
8.6
8.8
8.7
8.8
8.4
8.8
9.5
9.5
8.8
9
8.8
9.1
8.5
8.9
9.8
9.4
8.9
9.1
9.1
9.1
Nitrate (NO3- mg L-1)
1.3
0.11 2.3
2.2
2.4
2.9
3.6
3.7
1.4
0.15 2.5
2.5
3.6
3.1
4.7
4.6
1.3
0.15 2.5
2.3
3.8
3.8
3.65 5.8
Nitrite (NO2- mg L-1)
0.03 0.11 0.11 0.12 0.15 0.16 0.14 0.13
0.03 0.2
0.13 0.15 0.15 0.85 0.8
0.9
0.03 0.22 0.15 0.18 0.18 1.16 1.18 1.16
Ammonia (NH4+ mg L-1)
0.05 0.11 0.06 0.50 0.70 0.80 0.70 0.75
0.05 0.20 0.20 0.70 0.80 0.70 0.75 0.80
0.05 0.22 0.30 0.90 0.00 0.85 0.80 0.90
Secchi disk (cm)
90.00 65.00 75.00 50.00 45.00 35.00 30.00 28.00
90.00 50.00 35.00 25.00 20.00 18.00 18.00 18.00
90.00 44.00 15.00 8.00 5.00 5.00 5.00 5.00
Average
6.39
6.26
6.09
Min
5.00
5.10
4.30
Max
7.50
7.60
7.50
29.2
30.1
29.8
26.0
28.0
28.0
32.3
32.0
31.5
8.8
8.9
9.1
8.5
8.4
8.5
9.3
9.5
9.8
2.31
2.82
2.91
0.11
0.15
0.15
3.70
4.70
5.80
0.12
0.40
0.53
0.03
0.03
0.03
0.16
0.90
1.18
0.46
0.53
0.50
0.05
0.05
0.00
0.80
0.80
0.90
52.25
34.25
22.13
28.00 90.00
18.00 90.00
5.00 90.00
Table 2. Growth performance parameters for treatments of stocking density during 60 days (mean ± SD). Mean values for
each treatment followed by different superscript letters differ significantly (P < 0.05). For final average number (n) data
were rounded.
Performance parameters
Initial number (n)
Final mean number (n)
Initial total weight (g)
Final total weight (g)
Initial individual mean weight (g)
Final individual mean weight (g)
Initial individual mean length (mm)
Final individual mean length (mm)
Length gain (mm)
Length gain (%)
Weight gain (g)
Weight gain (%)
Specific growth rate (SGR; % day-1)
Survival rate (%)
T1
90
82.6 ± 1.15
135.0 ± 18.0
2017.09 ± 71.3
1.50 ± 0.20a
24.41 ± 1.08a
34.52 ± 1.94a
82.22 ± 3.0a
47.69 ± 4.88a
138.94 ± 22.05a
1882.09 ± 55.94a
1408.15 ± 161.89a
4.64 ± 0.15a
91.11 ± 1.28a
T2
180
166 ± 8
282.4 ± 17.6
2363.8 ± 76.1
1.57 ± 0.10a
14.25 ± 1.10b
33.93 ± 1.40a
66.68 ± 5.04b
32.75 ± 6.34b
97.12 ± 22.87b
2081.48 ± 87.47a
740 ± 74.04b
3.67 ± 0.2b
92.40 ± 4.32a
T3
270
236 ± 8
447.9 ± 34.6
1954.6 ± 35.1
1.66 ± 0.13a
8.24 ± 0.72c
35.62 ± 1.38a
51.88 ± 3.65c
16.26 ± 2.37c
45.55 ± 5.24c
1507.1 ± 225.48b
337.78 ± 50.87c
2.67 ± 0.14c
87.65 ± 2.83a
for the mean humid weights (Table 2). Total mortality
for each treatment at the end of the experiment is shown
in Table 2. T1 has a 52.5 ± 1.28%; T2 had minimal
mean value between treatments 7.52 ± 4.31% and T3
with 12.53 ± 5.12, the analysis showed a significant
difference (P < 0.05) between T1 and the other
treatments.
The determination of oxygen consumption during a
24 h cycle showed a similar behavior for the three
treatments (Fig. 3). There is a consumption peak at
02:00 h on the three treatments (T1 = 460 ± 110, T2 =
650 ± 179 and T3 = 600 ± 226 QO2 kg-1 h-1). Rate of
daily oxygen consumption was obtained for each
treatment (T1 = 8470 ± 170; T2 = 6430 ± 170, and T3
= 4990 ± 130 mg kg-1 day-1) and significant differences
were founded (P = 0.008).
According to the multivariate analysis, the results
variations were mainly due to dissolved oxygen
(44.4%) and temperature (17.3%), while pH, nitrate,
nitrite, visibility and ammonia explain the 38.3%. The
main purpose of a greenhouse is to exclude
environmental factors, as shown in Figure 1 this is
achieved in the present study. While environmental
temperature variation was between 5 and 40°C,
temperature inside the tanks showed a variation
between 20 and 30°C, which is a recommended for Nile
tilapia culture (Timmons et al., 2002). Cultivation
under greenhouse diminishes the effect of this factor
and is a helpful tool for water temperature control.
Soto-Zarazúa et al. (2011) mentions, the tank position
and temperature from the environment and soil inside a
greenhouse exert an important influence on the water.
However, in this experimental design no significant
1815
differences were found for temperature, perhaps for the
small space needed for tanks.
As can be seen in Figure 2, dissolved oxygen inside the
tanks shows an irregular behavior during a 24 h cycle,
minimal values were found during night, between
20:00 and 08:00 h and recommended values were found
during the day 08:00 to 20:00 h. Maximum values for
oxygen consumed (QO2) were found during night
(02:00 h) with the same behavior for the three
treatments; T1 shows minimal consumption (460 mg
kg-1 h-1) at this time, while treatments T2 and T3 show
higher values (650 and 600 mg kg-1 h-1 respectively).
Studies on tilapia metabolism shows a contrary results
to the results obtained in this experiment. According to
Ross & McKinney (1988) during the light period
oxygen consumption is higher than dark period.
However, under hypoxic conditions tilapia acquires the
oxygen gasping at the water surface, which leads to
spend extra energy. Also this behavior could be
supported with the results of Mishrigi & Kubo (1978)
in an experiment where the main objective was to test
the effect of territoriality. According to this author,
intraspecific competition modify fish activity and oxygen consumption, so it can be said that increasing
density affects metabolism and the recommendation
would be to keep low densities. However, mortality
was higher in lower density T1 (81.1%) which also
could be associated to behavioral conduct found in
territorial fish, according to this idea fish have the
chance to grow faster in low densities, so biggest fish
can chose better conditions inside the tanks.
Figure 3. Oxygen consumption (mg kg-1 h-1) for each treatment during a 24 h cycle, whisker shows standard error (SE).
6182
Results for final individual mean weight (g), and
final individual mean length (mm), clearly show that
low density treatments (T1) have maximum value at the
end of experiment while high densities (T3) have
minimal values (Table 2). Similar results are founded
in El-Sayed (2002), experiment in which he worked
with larvae of Nile tilapia, O. niloticus, at stocking
densities of 3, 5, 10, 15, and 20 ind L-1 for 30 days and
stocked in 20 L fiberglass tanks, in a closed
recirculating indoor system. The conclusion was that
the optimum density for O. niloticus under these
conditions was around five ind L-1 with a 100% of
survival rate. This result could be extrapolated in order
to have a recommended density of 5000 ind m-3;
however it is only for 30 days. Several investigations
mention different results for stocking density according
to the system used. Danaher et al. (2007) proof the
effect of two densities stocking of caged monosex Nile
tilapia when is culture in polyculture and mentions that
low densities, (100 ind m-3), shows higher weights and
better control of quality parameters in water. Osofero et
al. (2009) suggest a 150 juvenile cage-1 with a mean
final weight of 82.74 g fish-1 in a culture system of
bamboo cage. Yakubu (2012) proposed fingerlings
stocking density between 300 and 450 ind m-3 in water
flow through systems. Our results suggest that low
densities in a culture under greenhouse are recommendable, specifically for this case a density between 90
and 180 ind m-3 should be consider.
ACKNOWLEDGMENTS
We specially thank to Dr. Adriana Medellín and, Dr.
Mario Rodríguez García, for their comments and help
with edition of this article. This work was partially
financed by CONACYT for awarding the scholarship
48329/48329 for doctoral studies and also economic
support by CIDAF in FOMIX 2014 project.
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Ocurrencia de hembra preñada de Isurus oxyrinchus en Cuba
184
1
Short Communication
Ocurrencia de una hembra preñada de tiburón mako Isurus oxyrinchus
al noroeste de Cuba
Yureidy Cabrera1, Consuelo Aguilar2, Gaspar González-Sansón2 & Juan Fernando Márquez-Farías3
1
Dirección de Regulaciones Pesqueras y Ciencias, Ministerio de la Industria Alimentaria
La Habana, C.P. 11300, Cuba
2
Departamento de Estudios para el Desarrollo Sustentable de Zonas Costeras
Centro Universitario de la Costa Sur, C.P. 48980, San Patricio-Melaque, Cihuatlán, México
3
Facultad de Ciencias del Mar, Universidad Autónoma de Sinaloa
Mazatlán Sinaloa, C.P. 82000, México
Corresponding author: Yureidy Cabrera ([email protected])
RESUMEN. Isurus oxyrinchus constituye una de las especies mayormente capturadas en pesquerías palangreras
pelágicas. En este estudio se reporta la ocurrencia de una hembra preñada de I. oxyrinchus capturada al noroeste
de Cuba; se describe por vez primera el estadio de desarrollo de los embriones para esta región y se compara su
fase de desarrollo con reportes previos realizados en otras regiones. El espécimen adulto midió 365 cm LT y
presentaba 12 embriones. De la camada, solo un macho de 39,3 cm (LT) y una hembra de 39,2 cm (LT) se
lograron examinar detalladamente. La característica más evidente en los embriones fue el desarrollo de un
enorme abdomen lleno de pequeños folículos con vitelo, correspondiente a la fase oofágica. Esto provee la
energía necesaria para su crecimiento y desarrollo durante el período de gestación. El presente reporte constituye
el primer registro de la segunda fase o camada de término medio del desarrollo embrionario de I. oxyrinchus en
aguas cubanas y complementa la información sobre el conocimiento de la biología reproductiva de esta especie.
Palabras clave: Isurus oxyrinchus, desarrollo embrionario, ciclo de vida, noroeste de Cuba.
Occurrence of an Isurus oxyrinchus pregnant female to the northwest of Cuba
ABSTRACT. Isurus oxyrinchus is a species mostly caught on pelagic longline fisheries. In this study, the
occurrence of I. oxyrinchus pregnant female caught to northwest of Cuba is reported; we describe for the first
time the development stage of the embryos for this region and compare its development phase with previous
surveys carried out in other regions. The adult specimen measured 365 cm TL and had 12 embryos. Regarding
the whole litter only a male of 39.3 cm (TL) and a female of 39.2 cm (TL) could be examined. The most evident
feature about the embryos was the development of a big abdomen full of small follicles with yolk, corresponding
to the oophagic phase. This provides enough energy for their growth and development during the gestation
period. This current paper is the first record about second phase or half-term litter of embryonic development
for I. oxyrinchus in Cuban waters and it complements the information concerning the knowledge of the
reproductive biology of this species.
Keywords: Isurus oxyrinchus, embryonic development, natural history, northwestern Cuba.
Isurus oxyrinchus (Rafinesque, 1810) es conocida por
los pescadores artesanales en Cuba como “dientuso
azul” (deformación de “dentudo”, según Guitart, 1979)
y como mako a nivel mundial. Es una de las cinco
especies de la familia Lamnidae que comprende a los
géneros Isurus, Carcharodon y Lamna (Compagno,
___________________
Corresponding editor: Diego Giberto
1984; Nelson, 2006). Tiene una distribución global en
mares tropicales y templados (Compagno, 1984, 2001).
Esta especie es frecuentemente capturada en pesquerías
palangreras pelágicas junto con otras especies de peces
de pico y túnidos (Pepperell, 1992). Debido a su ciclo
de vida y su incidencia en pesquerías a nivel mundial,
2185
su estado de conservación actual lo ubica en la
categoría de “Vulnerable” (Cailliet et al., 2009). En
comparación con los peces óseos, el conocimiento
sobre la biología y demografía de los condrictios es
muy limitado. Esto es particularmente cierto en lo
referente a especies pelágicas por la dificultad de
obtener muestras y a la naturaleza migratoria de las
especies. La limitada información representa una
preocupación sobre el estado de salud de las
poblaciones debido a su participación en importantes
pesquerías oceánicas y artesanales alrededor del
mundo.
En Cuba, al igual que en otros países latinoamericanos, la captura de tiburón es una actividad
tradicional y fuente generadora de empleo y alimento
para el país (Castillo-Geniz et al., 1998; Aguilar et al.,
2014). No obstante, la captura promedio anual de
tiburón en Cuba fue de 2.500 ton en el periodo 20052011 (FAO, 2013). Los estudios sobre tiburones en
aguas cubanas se habían limitado a la identificación de
especies (Guitart, 1979) y algunos aspectos socioeconómicos de la pesquería (Guitart, 1975). Solo
recientemente se han presentado datos sobre la
estructura de la población de las especies susceptibles
de captura (Aguilar et al., 2014).
I. oxyrinchus es capturada con relativa frecuencia,
en pesquerías pelágicas palangreras de tiburón, a nivel
mundial. A pesar de esto, pocas hembras preñadas han
sido documentadas (Bonfil, 1994; Duffy & Francis,
2001). Aunque existe literatura sobre la biología (Duffy
& Francis, 2001; Carrier et al., 2004; Hamlett, 2005) y
demografía (Mollet et al., 2000, 2002), las investigaciones sobre su desarrollo embrionario son escasas.
El periodo de gestación y el área de crianza son aún
inciertos (Mollet et al., 2000). En el presente estudio se
reporta la ocurrencia de una hembra preñada de
dientuso azul capturada al noroeste de Cuba; se
describe por primera vez el estadio de desarrollo de los
embriones para esta región y se compara su fase de
desarrollo con reportes previos realizados en otras
regiones, para contribuir a completar el conocimiento
sobre su ciclo embrionario.
En septiembre de 2005 un ejemplar de I. oxyrinchus,
fue desembarcado en una base de pesca deportiva al
norte de La Habana (82º24’41,04”N, 23º07’54,84”W)
frente al pueblo de Cojímar a una distancia de 3,5 mn
de la costa (Fig. 1). La captura se realizó en una
embarcación de madera de 6 m de eslora empleando
palangre de deriva a una profundidad de 9 m. El
ejemplar adulto fue identificado de acuerdo con Guitart
(1979), Compagno (1984, 2001) y Castro (2011). En el
sitio de desembarque, una vez medido (longitud total,
LT) el ejemplar fue disecado y se comprobó que se
trataba de una hembra preñada con embriones en desa-
Figura 1. Mapa representativo de la zona de pesca y la
base de pesca deportiva donde fue procesado el
espécimen.
rrollo. Se extrajeron cuidadosamente los embriones
para evitar dañarlos, se contaron y fotografiaron.
Debido al corto tiempo y la rapidez de los pescadores
para procesar el animal (ya que los embriones son
utilizados como carnada durante la pesca dirigida a
peces de pico y tiburones), fue imposible trabajar con
todos los embriones y determinar las características
morfométricas y sexo individual. Solo dos embriones
se trasportaron al laboratorio, donde se determinó la LT
(cm) con la aleta caudal en posición extendida. El peso
total (PT) se obtuvo con una balanza analítica de 1 mg
de precisión. Los embriones fueron sexados y
conservados en formol al 4%. El estadio de desarrollo
embrionario se asignó siguiendo el criterio de Gilmore
et al. (2005) para Carcharias taurus.
El ejemplar examinado fue una hembra de I.
oxyrinchus de 365 cm LT con 12 embriones. Se
pensaba que la talla de maduración de la especie era
cercana a 180 cm LT (Cailliet et al., 1983); sin
embargo, se comprobó no solo que las hembras
maduran a tallas mayores que los machos, sino que a un
intervalo mayor al previamente reportado, 270-280 cm
LT (Cliff et al., 1990). El número de embriones
encontrados coincide con lo señalado para la especie
por otros autores. Stevens (1983) reporta camadas de 416 embriones para las hembras en Australia, mientras
que Cliff et al. (1990), reportan de 9-14 crías para
Sudáfrica. Las camadas de I. oxyrinchus en otras partes
del mundo varían de 6-18 individuos (Mollet et al.,
2002), con excepción de una camada de 25-30
embriones en el Mar Mediterráneo (Sanzo, 1912).
Mollet et al. (2000) señalan que existe una relación
funcional entre la fecundidad y el tamaño de la madre.
De acuerdo con la relación reportada por estos autores,
una hembra adulta de 317,5 cm LT tendría una
fecundidad de 12 embriones. En el presente estudio, la
hembra midió 365 cm LT y contenía 12 embriones. Una
posible explicación a tal diferencia sería que parte de la
camada fue abortada durante la captura o simplemente,
es la variabilidad natural de su fecundidad. I.
oxyrinchus es la especie que presenta mayor fecundidad
y camadas más numerosas de la familia Lamnidae
(Francis, 1996; Mollet et al., 2000; Gilmore et al.,
2005).
Los embriones examinados fueron un macho de
39,3 cm y 1133,12 g y una hembra de 39,2 cm y
1184,80 g. Las dimensiones de longitud y ancho del
estómago fueron de 23,2x18 cm y de 19,3x15,6 cm para
el macho y hembra, respectivamente. La longitud total
de ambos embriones está muy por debajo de la talla de
nacimiento reportada (65-75 cm LT) para el oeste del
Atlántico Norte (Pratt & Casey, 1983). Gilmore et al.
(2005), demostraron que la tasa de crecimiento
embrionario en los géneros Isurus y Alopias es menor
que en C. taurus, siendo un estimado para I. oxyrinchus
de 3,7 cm por mes (Francis & Stevens, 2000). El peso
del embrión hembra superó al del macho en 51,68 g, en
contraste con los valores de largo y ancho del estómago
que fueron ligeramente menores en la hembra. Esto se
debería a un mayor consumo de huevos vitelinos no
fertilizados y a una alta metabolización del vitelo. No
obstante, se necesita un estudio más profundo para
probar esta hipótesis.
El sexo de los embriones fue definido por la
presencia de un incipiente clasper, apenas perceptible a
la vista, emergiendo de cada aleta pélvica (Fig. 2a). Los
embriones presentaban un estómago muy distendido,
lleno de oocitos no fértiles de color amarillo (Figs. 2b2c). Estómago vascularizado particularmente en la
parte inferior. El cuerpo de ambos embriones presentó
escasa pigmentación, excepto por pequeñas manchas de
color grisáceo en la región dorsal y lateral (Fig. 2d). No
obstante, la coloración predominante es rosada debido
a la presencia de vasos sanguíneos debajo de la piel. En
ambos individuos, los dientes pequeños estaban
completamente fuera en ambas mandíbulas y
presentaban una forma filosa, ligeramente curvada y
espaciada entre sí (Fig. 2e). Las aletas eran pequeñas,
blandas y sin pigmentación (Figs. 2f-2g). Se observó
una línea lateral a todo lo largo del cuerpo. Las
1863
hendiduras branquiales de forma acampanada de gran
dimensión, coloración rojiza intensa, abarcando la
mayor parte de la región cefálica y sin filamentos
externos. Los embriones con un hocico alargado y
puntiagudo con ojos muy pequeños pigmentados a
ambos lados (Fig. 2h). Considerando las características
previamente descritas, se consideró que los embriones
se encontraban en fase V (oofágica), de acuerdo a
Gilmore et al. (2005) para un miembro de la Familia
Odontaspididae, Carcharias taurus.
En esta investigación, solo se hizo referencia a la
fase oofágica por no contar con suficientes ejemplares
hembras en todas las etapas embrionarias para
determinar el ciclo reproductivo. Las características
morfológicas de los embriones analizados resultaron
muy similares a lo descrito por otros autores para otras
especies del orden Lamniformes en diferentes regiones.
Gilmore et al. (2005), describió para C. taurus seis
estadios de desarrollo de los embriones y consideró que
esta clasificación pudiera ser válida para otras especies
del orden. Estos autores categorizaron el estadio V
como oofágico para embriones de 335-1000 mm LT.
En términos generales, esto se cumple para I.
oxyrinchus, exceptuando el desarrollo de los pliegues
labiales (superior e inferior) en C. taurus, que no se
observaron en los especímenes analizados.
Mollet et al. (2000) definieron tres etapas de
desarrollo embrionario para I. oxyrinchus según la talla
del embrión: I) camada de desarrollo temprano (0-20
cm LT), II) camada de término medio (20-45 cm LT) y
III) camada terminal (45-70 cm LT). Estos autores solo
documentaron detalladamente el desarrollo embrionario temprano y terminal de la especie. Según esta
clasificación, estos embriones se clasificarían en la fase
de término medio. No se encontró literatura que
detallara la segunda fase del desarrollo embrionario
para esta especie.
Una de las características más evidente de esta fase,
según Gilmore et al. (2005), es el desarrollo de un
enorme abdomen lleno de huevos con vitelo. Durante
la fase oofágica los embriones ingieren los óvulos y
almacenan el vitelo en el estómago, obteniendo la
energía necesaria para su crecimiento y desarrollo
durante el período de gestación. Esto es típico de otros
lámnidos como C. taurus, sin embargo, los embriones
del género Alopias presentan estómagos vitelinos
ligeramente extendidos (Mollet et al., 2000). La
oofagia constituye una forma de viviparidad aplacentaria matrotrófica descrita para todos los lámnidos
(Gilmore, 1993; Francis, 1996; Hamlett & Koob, 1999;
Mollet et al., 2000; Gilmore et al., 2005; Musick &
Ellis, 2005). No se encontró evidencia de canibalismo
entre embriones al interior de la hembra analizada lo
que coincide con lo encontrado por otros autores
4187
Figura 2. Estructuras morfológicas del embrión de Isurus oxyrinchus. a) Macho con claspers incipientes en el borde interior
de la aleta pélvica, b) embrión con estómago vitelino, c) gotas de vitelo almacenados en el estómago, d) región dorsal y
lateral con escasa pigmentación (pequeñas manchas de color gris), e) forma de la boca y mandíbulas con dientes, f) aleta
dorsal y línea lateral a lo largo de todo el cuerpo, g) aletas pectorales pequeñas, h) hocico alargado y hendiduras branquiales
de forma acampanada.
(Gilmore 1993; Musick & Ellis, 2005). Ellos señalan
que la presencia de camadas de gran tamaño puede ser
una evidencia circunstancial fuerte de que la
adelfofagia no ocurre en esta especie. Joung & Hsu
(2005) encontraron que en I. oxyrinchus pueden llegar
a coexistir al menos 10 embriones en cada útero y que
en ciertas ocasiones, cuando hay embriones muertos
dentro del mismo útero, el embrión más grande puede
practicar canibalismo.
En los ejemplares analizados los dientes podrían ser
utilizados para sujetar y romper la membrana de los
huevos no fertilizados, lo cual facilita la nutrición y
desarrollo de los embriones como lo han descrito otros
autores (Gilmore, 1993; Francis & Stevens, 2000;
Mollet et al., 2000; Gilmore et al., 2005). En la
literatura consultada, el término de dientes
embriológicos se utiliza para los dientes que están
presentes en la fase embrionaria y sus características
difieren de los dientes del adulto (Gilmore, 1993),
aunque los embriones cercanos al nacimiento presentan
dientes muy parecidos a sus progenitores (Mollet et al.,
2000).
Hamlett (1983) estimó que los embriones de C.
taurus pueden ingerir hasta 17.000 óvulos infértiles de
10 mm de diámetro durante el período de gestación.
Gilmore et al. (2005), plantearon que una tasa de
consumo de 19.157 óvulos contiene cerca de 18.000
calorías. La ingestión de esta gran cantidad de huevos
no fertilizados excede la demanda metabólica, por lo
que una porción es almacenada en el estómago (Castro,
2009). No se ha encontrado literatura que documente la
cantidad de huevos ingeridos por la especie estudiada.
Sin embargo, la ausencia de huevos no fertilizados en
la hembra capturada pudiera deberse a que los
embriones ya los habían consumido y se requiere de un
estudio más detallado para sacar conclusiones al
respecto.
Estudios previos señalan que el ciclo reproductivo
de I. oxyrinchus es de 3 años con un periodo de
gestación de 18 meses, con parto estacional que va de
fines de invierno a principios de primavera (Mollet et
al., 2000). De acuerdo con esto, y dada la talla y estado
de desarrollo de los embriones examinados en el
presente estudio, se considera que el nacimiento
hubiera ocurrido en invierno, lo cual se ajusta a los
modelos de desarrollo reportados. El presente reporte
constituye el primer registro de una camada de término
medio del desarrollo embrionario para I. oxyrinchus en
aguas cubanas y complementa la información sobre el
conocimiento de la biología reproductiva de esta
especie.
Es importante destacar que en Cuba, la mayoría de
los tiburones oceánicos capturados en las pesquerías
son especies altamente migratorias y sus poblaciones
muestran gran conectividad ecológica con el Golfo de
México y aguas adyacentes (Aguilar et al., 2014). De
ahí, la importancia de realizar estos estudios y otros
vinculados a la biología pesquera que permitan
sustentar el Plan de Acción Nacional de Conservación
y Manejo de Condrictios de la República de Cuba
(PAN-Tiburones), a objeto de lograr el desarrollo de
una pesca sostenible en elasmobranquios.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a los pescadores por proporcionarnos la
información relacionada con la captura y permitirnos
1885
procesar el espécimen. Especial agradecimiento a la
M.Sc. Ivet Hernández por su apoyo en la obtención de
los datos morfométricos. A Environmental Defense
Fund (EDF) por financiar parcialmente la estadía del
Dr. Fernando Márquez (UAS) en Cuba.
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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 190-192, 2016
Immobilization of marine toxins
190
1
Short Communication
Immobilization of marine toxins on carboxylic acid modified surfaces
Paulina Bustos1, Diana Gaete1, Patricio Villalobos2 & Pablo Conejeros1
1
Centro de Investigación y Gestión de Recursos Naturales, Instituto de Biología
Facultad de Ciencias, Universidad de Valparaíso, Gran Bretaña 1111, Valparaíso, Chile
2
Centro de Biotecnología, Universidad Federico Santa María
Corresponding author: Pablo Conejeros ([email protected])
ABSTRACT. Saxitoxin and gonyautoxin 2 and 3 are among the most toxic components of the Paralytic
Shellfish Poison from red tides. Being small molecules, they often require to be immobilized in order to be
handled experimentally. Here is presented a methodology for covalently binding the toxins to carboxilatemodified surfaces. Both toxins were successfully bound to magnetic beads and saxitoxin was additionally bound
to a modified golden surface in order to perform a surface plasmon resonance analysis. Success of binding to
magnetic beads was evaluated through a standard immune-based toxin assay. Despite the different methods used
for each toxin, the maximum binding yield for both toxins occurred when using concentration of 120 µM.
Keywords: PSP, ELISA, magnetic beads, plasmon, resonance, saxitoxin, gonyautoxin.
Inmovilización de toxinas marinas en superficies modificadas con ácido carboxílico
RESUMEN. Saxitoxina y gonyaulatoxina 2 y 3 están entre los componentes más tóxicos del Veneno Paralizante
de Mariscos de las mareas rojas. Al ser moléculas pequeñas, a menudo requieren ser inmovilizadas para
manipularlas experimentalmente. Se presenta una metodología para la unión covalente de las toxinas a
superficies modificadas con carboxilatos. Ambas toxinas fueron exitosamente unidas a perlas magnéticas y la
saxitoxina fue unida además a una superficie de oro modificada para realizar un análisis de resonancia de
plasmones de superficie. El éxito de la unión a perlas magnéticas se evaluó mediante un inmunoensayo estándar
contra las toxinas. A pesar que cada toxina requirió métodos diferentes, el rendimiento máximo de ligamiento
para ambas ocurrió cuando se utilizaron concentraciones de 120 µM.
Palabras clave: VPM, ELISA, perlas magnéticas, resonancia, plasmones, saxitoxina, gonyaulatoxina.
Paralytic Shellfish Poison (PSP) is a mixture of toxins
that are synthesized by certain dinoflagellates mainly
from the genus Alexandrium (Landsberg et al., 2006).
During a PSP outbreak, these dinoflagellates are
consumed and concentrated by bivalve mollusks and
the toxins can reach concentrations that can be fatal
upon human consumption (Shumway, 1990; James et
al., 2010). PSP is composed mainly by saxitoxin
derivatives that bind with nanomolar affinity to sodium
channels, ultimately leading to muscle paralysis and
death by asphyxia (Mons et al., 1998; Wang, 2008).
Since saxitoxin derivatives are molecules of only
about 300 Da, immobilization methodologies have
been developed to arrange them into formats that allow
easier handling. For example, saxitoxins have been bound
__________________
to proteins, such as Keyhole limpet hemocyanin (KLH)
and/or to specific antibodies (Micheli et al., 2002;
Handy et al., 2013).
Here we present a methodology to bind saxitoxins
directly to carboxylate-modified surfaces, which are
available in a number of brands and formats. Binding
was achieved for two of the major saxitoxin
components of PSP, saxitoxin (STX) and gonyautoxin
2/3 (GTX), via two different binding protocols. For the
first time, the toxins were successfully bound to
carboxylate-modified magnetic beads (MB) and STX
in particular was also immobilized directly to a
carboxylate-modified gold chip for surface plasmon
resonance analysis (SPR).
191
2
Saxitoxin derivatives are regularly dissolved in
chloridric or acetic acid for better stability, so before
the fixation procedure, the toxins were lyophilized and
resuspended in 25 mM MES buffer (Sigma-Aldrich,
MO).
MB (Dynabeads® M-270 Carboxylic Acid,
Invitrogen) were washed three times in an equal
volume of MES buffer 25 mM by collecting them on a
Bilatest Magnetic separator (Sigma-Aldrich, MO). For
STX binding, MB were resuspended in a fresh solution
of 25 mg mL-1 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) and 25 mg mL-1 of Nhydroxysuccinimide (NHS). For GTX binding, MB
were washed with distilled water and then resuspended
in 100 µL EDC at 70 mg mL-1. After one hour
incubation MB were washed with MES buffer 50 mM.
Then MB were incubated during one hour with 100 µL
of STX or GTX solutions. Finally, the beads were
collected and incubated one hour with 100 µL of TBS
pH 7.4. After that the MB were washed four times with
MES 25 mM and resuspended in TBS pH 7.4.
A similar procedure to MB binding was used to bind
STX to a four channel CM5 golden chip for SPR. All
the fixation reagents were passed through the channels
at 5 µL min-1. Solutions of EDC and NHS (25 mg mL-1)
were pumped together during 10 min and then STX was
pumped for 20 min at 4 µg mL-1. SPR was performed
on a Biacore 3000, reporting a curve of resonance units
(RU) in time, compared to the control channel.
Toxins bound to MB were detected with a
commercial kit for saxitoxin detection in solution
(Ridascreen Fast PSP SC, R-Biopharm AG, Germany)
according to manufacturer instructions. The kit, is a
competitive immune detection system that yields an
inversed correlation between the amount of toxin and
absorbance, measured in an ELISA plate reader. Toxins
immobilized on MB (MB-STX and MB-GTX)
resuspended in TBS, were diluted 1:1 with the buffer
supplied by the kit for toxin detection. Positive controls
corresponded to the purified toxins at 5 µM
concentration and the negative controls corresponded
to the MB subjected to the same immobilization
procedure, but adding water instead of the toxins.
All assays performed with the above protocol ended
with the successful fixation of the toxins to the MB. The
levels of absorbance obtained were similar to those of
the free toxin (positive control). However, since the
MB probably influenced the efficiency of the test, the
exact concentration of bound-toxin cannot be extrapolated. Performing the above fixation procedure with
different toxin concentrations yielded different results,
but the maximum fixation rate was achieved when
using 120 µM of toxin. Higher toxin concentrations
achieved similar readings in the detection kit. Up from
120 µM, MB-STX yielded an average absorbance of
0.18 and MB-GTX yielded 0.33. Negative controls
yielded absorbances of 1.2 and 2.0 for MB-STX and
MB-GTX, respectively. The difference in absorbance
between MB-GTX and MB-STX is probably due to the
fact that while the kit is designed specifically for STX
detection, it is known to cross react with GTX with an
approximately yield of 70%.
Stability of the MB-toxin complex was evaluated by
storing it for two month at 4°C before performing the
Ridascreen Fast PSP SC detection. In this condition the
complex MB-toxin did not greatly diminish their
activity towards the antibody, presenting similar
absorbance than that of the MB-toxin that was freshly
prepared.
SPR analysis confirmed binding of STX to the CM5
chip with the present methodology, presenting a stable
signal of a 560 RU differential after binding. Figure 1
shows the stages of binding for the SPR procedure.
Saxitoxin derivatives are very small, most of them
with molecular weights around the 300 Da. Therefore
it is usually necessary to derive these toxins into bigger,
easier to handle formats. For example, they have been
conjugated with agarose (Watanabe et al., 2006),
microtiter plates (Kralovec et al., 1996), horseradish
peroxidase (Usleber et al., 1991), biotin (Koehn et al.,
1981). Methods for in vitro and in vivo selection have
required strategic handling as well. For example, for the
development of specific antibodies, STX has been
conjugated to KLH, which allows it to elicit a proper
immune response in the host (Micheli et al., 2002). Recently, the same conjugated STX-KLH was used to select
aptamers in vitro, through the immobilization of the
Figure 1. SPR graphic for the saxitoxin immobilization
procedure. After priming the CM5 chip, NHS/EDC is
added to the cannel (a). Then, STX is added (b) and then
washed with MES (c). Persistence of the Resonance units
differential after washing (d) indicated successful STX
binding.
Immobilization of marine toxins
STX-KLH conjugate with an anti-KLH antibody which
was previously conjugated with MB (Handy et al.,
2013). While the last method might seem cumbersome,
the authors needed to collect the immobilized STX
though several selection steps. Here we proposed a
much simpler method to achieve the immobilization
and ulterior collection, by binding the toxins directly to
the MB. The methodology is simple and of low cost,
and it avoids hiding the molecule within a much bigger
construct. In fact, the immune assays performed here,
indicated that the immobilized toxin is available for
antibody binding, and thus it should be accessible
enough for further binding reactions. The obvious
advantage of having these toxins immobilized onto MB
is the versatility of its use, allowing it to be washed and
exposed to a variety of reagents and then be recovered
with a standard magnet.
ACKNOWLEDGMENTS
Support for the work was provided by FONDECYT
grant 11110050 and PIA grant ACT1108 from
CONICYT Chile. The authors would also like to
acknowledge the help provided by Alessandro Pinto,
Ciara O´Sullivan, Ioanis Katakis and Juan Kuznar.
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