Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аквакультура морских губок - это процесс выращивания морских губок в контролируемых условиях. Он проводился в Мировом океане на протяжении веков с использованием ряда методов аквакультуры . На скорость роста губок влияет множество факторов, таких как свет, соленость , pH , растворенный кислород и накопление продуктов жизнедеятельности. Преимущества аквакультуры морских губок реализуются в результате простоты ее создания, минимальных требований к инфраструктуре и возможности использования ее в качестве источника дохода для населения, проживающего в развивающихся странах. Морские губки производятся в промышленных масштабах для использования в качестве губок для ванн или для извлечения биологически активных веществ.которые встречаются у некоторых видов губок. Такие методы, как метод веревки и мешка, используются для выращивания губок независимо или в рамках интегрированной многотрофической системы аквакультуры. В регионе Микронезии произрастают одни из немногих по-настоящему устойчивых морских губок, культивируемых в мире , с использованием ряда методов выращивания и производства для обеспечения и поддержания постоянной устойчивости этих выращиваемых видов.

История [ править ]

Более 8000 видов морских губок обитают в океанических и пресноводных местообитаниях. [1] Лов губки исторически был важной и прибыльной отраслью, с годовым выловом с 1913 по 1938 год, который регулярно превышал 181 тонну и приносил более 1 миллиона долларов США. Однако этот спрос на морские губки достиг пикового уровня вылова, и в 2003 году спрос на губки для ванн составил 2 127 тонн, при этом мировое производство за счет промысла удовлетворяет лишь четверть этого объема. [2]

Ранние исследования аквакультуры по оптимизации методов аквакультуры морских губок использовали ряд методов ведения сельского хозяйства. [3] [4] Однако коммерческое выращивание губок столкнулось с серьезным сопротивлением и вмешательством со стороны рыбаков, которые считали, что их постоянный доход находится под угрозой. Противодействие коммерческих производителей губки привело к низкому проникновению на рынок и неудовлетворительному восприятию потребителями губчатых продуктов аквакультуры. [3]

Преимущества [ править ]

Преимущества коммерческой аквакультуры губок очевидны для тех, кто живет в развивающихся странах. [5] В этих странах аквакультура губок является одновременно легким и прибыльным бизнесом, который приносит пользу местному сообществу и окружающей среде, сводя к минимуму давление вылова на дикие запасы и ущерб окружающей среде. [6]

Простой [ править ]

Выращивание губок - простой процесс, требующий небольших специальных знаний. Кроме того, простота выращивания губок означает, что в производственный процесс может быть вовлечена вся семья. Это приводит к прибыльному семейному бизнесу, который соответствует традиционным представлениям о «семейных фермах», что увеличивает вероятность внедрения аквакультуры морских губок. Кроме того, фермы по выращиванию морских губок обычно располагаются рядом с семейными домами, что обеспечивает постоянный доступ, мониторинг, модификацию и выполнение работ на ферме. [6]

Получение дохода [ править ]

Аквакультура морских губок также обеспечивает семьи постоянным источником дохода круглый год, который можно выполнять как на полную ставку, так и на неполный рабочий день в дополнение к существующему доходу. [5]

Использует [ редактировать ]

Банные губки [ править ]

В последние два десятилетия возобновился интерес к потенциалу аквакультуры губок для удовлетворения растущего мирового спроса на губки для ванн. Губки для ванн - это наиболее распространенное использование морских губок в аквакультуре. Банные губки можно определить как губки любого вида, имеющие только губчатые волокна, которые представляют собой упругие волокна, сделанные из белка коллагена . [7]

Коммерческое использование губок для ванн варьируется от косметических , ванн или промышленных целей, при этом качество губки основывается на анализе качества каркаса губки, причем губки с мягкими, прочными и эластичными волокнами имеют самую высокую цену. [7]

Биоактивное использование [ править ]

Присутствие в губке вторичных метаболитов, продуцируемых симбиотическими микроорганизмами, способствует ее росту и выживанию. [8] Тысячи вторичных метаболитов, полученных из губок, были успешно выделены из губок, при этом многие метаболиты обладают потенциальными лечебными свойствами, такими как цитотоксичность , противовоспалительная и противовирусная активность. [8] Таким образом, они обладают значительным потенциалом в фармацевтической промышленности как средства создания новых лекарств. [8] Эти вторичные метаболиты, однако, часто присутствуют только в следовых количествах, и это единственные методы использования этих метаболитов в качестве терапевтических средств.в зависимости от масштабирования соединений посредством химического синтеза или аквакультуры. [9]

Менструальные губки [ править ]

Хотя это все еще что-то вроде нишевого рынка, несколько компаний начали производить и продавать небольшие губки как многоразовые продукты женской гигиены . Они продаются под торговыми марками Sea Pearls [10] в США и Jam Sponge [11] в Соединенном Королевстве. Губки вводятся во влагалище примерно так же, как тампон.есть, но когда они заполнены, они удаляются, очищаются и используются повторно, а не выбрасываются. Преимущества альтернативы многоразовым тампонам включают экономичность и сокращение отходов. (Поскольку губки поддаются биологическому разложению, даже когда срок службы абсорбирующей жидкости менструальной губки истек, ее можно компостировать.) Некоторые женщины также обеспокоены рисками для здоровья, связанными с традиционными тампонами, и считают, что для здоровья полезнее использовать натуральный материал. Хотя никаких известных случаев синдрома токсического шока не было связано с использованием менструальных губок, известно, что губки содержат песок, песок и бактерии, и поэтому необходимо учитывать возможность синдрома токсического шока. Губки обладают большей способностью поглощать менструальные выделения, чем большинство тампонов; хотя их все равно следует менять не реже, чем каждые восемь часов. [цитата необходима ]

Факторы, влияющие на рост губок [ править ]

Соленость, pH, температура и свет [ править ]

Морские губки следует культивировать при солености.35ppt (соленость морской воды). Гиперсоленость (высокая концентрация соли) в окружающей среде, окружающей губку, приводит к дегидратации клеток губки, тогда как среда с пониженным содержанием соли (низкая концентрация соли) разбавляет внутриклеточную среду губки. PH воды должен соответствовать pH морской воды (pH 7,8–8,4), чтобы производство губки было максимальным. Губки чувствительны к температуре, а резкие колебания температуры окружающей среды могут негативно сказаться на здоровье морских губок. Высокие температуры приводят к сбоям в выращивании губчатых культур. Симбиотические бактерии, которые обычно населяют морских губок, начинают размножаться с неустойчивой скоростью, когда температура воды повышается на несколько градусов. Затем эти бактерии атакуют и разрушают клетки и ткань губки.Было высказано предположение, что губки следует выращивать при температуре воды немного ниже температуры окружающей воды в регионе, из которого губка была первоначально изолирована.[12]

Фотосинтезирующие эндосимбионты населяют множество тропических губок, и им нужен свет, чтобы выжить. В результате определенные губки зависят от наличия и интенсивности света для удовлетворения своих потребностей в питании. [13] Однако у некоторых видов свет может привести к задержке роста, поскольку они чувствительны к ультрафиолетовому излучению. [13] За исключением случаев, когда губка связана с фотосинтезирующими бактериями, оптимальный рост морской губки происходит в темноте. [13]

Растворенный кислород [ править ]

Растворенный кислород поглощается водоносной системой. Кислород в морских губках расходуется со скоростью 0,2–0,25 мкмоль O 2 ч -1 / см 3 объема губки. [12] Атмосферные вещества, поддерживаемые в лабораторных условиях, также могут переносить гипоксические условия в течение коротких периодов времени, что может отражать их приспособляемость к растворенному кислороду. [14]

Удаление отходов [ править ]

В закрытых системах культивирования некоторые виды губок могут продуцировать биоактивные и цитотоксические метаболиты, которые могут быстро накапливаться и подавлять дальнейший рост губок. [13] Однако биофильтры, вероятно, будут неэффективны при удалении вторичных метаболитов, выведенных из губки. Адсорбционные методы, при которых биомолекулы прилипают к адсорбату , вероятно, будут эффективным способом удаления этих соединений. [13]

Заболевания [ править ]

Вспышки болезней губок для мытья посуды часто бывают серьезными и могут уничтожить как дикие, так и выращиваемые в аквакультуре популяции губок. Основные факторы, которые приводят к вспышкам заболеваний, могут быть связаны с возбудителями, такими как вирусы, грибы, цианобактерии и штаммы бактерий. [7] [15] [16]

Выбор сайта [ править ]

При выборе места для аквакультуры морских губок необходимо учитывать факторы, способствующие росту и выживанию культивируемых видов губок. Губки в значительной степени полагаются на пассивный поток воды, чтобы обеспечить пищу, такую ​​как бактерии и микроводоросли , поэтому хороший поток воды увеличивает рост и качество губок. [17] Более высокий расход воды, чем обычно, может потенциально повредить выращиваемые губки. [17] Идеальное место для фермы по выращиванию морской губки - это защищенная территория, которая получает достаточный поток воды и доступность пищи для оптимизации роста губки. [7]

Способы выращивания [ править ]

Использование эксплантов [ править ]

Аквакультура губок для производства губок или метаболитов использует высокие регенеративные способности клеток тотипотентной губки за счет использования эксплантов (отрезанных кусочков родительской губки, которые затем вырастают в полноценную губку) в качестве средства культивирования губок. [17] [18] Губки имеют неопределенный рост , при этом максимальный рост определяется ограничениями окружающей среды, а не генетикой . Во время первоначального создания фермы эксплантаты губок будут выбраны по их фенотипическим характеристикам, а именно: быстрый рост и высокое качество спонгина или метаболитов.

Интегрированная мульти-трофическая аквакультура [ править ]

Интенсивная морская аквакультура за последнее десятилетие значительно увеличилась и привела к значительным неблагоприятным воздействиям на окружающую среду. [19] Большие объемы сброса органических веществ из несъеденных кормов и выделений аквакультурных видов привели к высоким уровням питательных веществ в прибрежных водах. Большие количества азота (~ 75%), выделяемые двустворчатыми моллюсками , лососем и креветками , попадают в прибрежную среду, что может привести к цветению водорослей и снижению растворенного кислорода в воде.

Интегрированная аквакультуре система состоит из нескольких видов на различных трофических уровнях в пищевой цепи . Таким образом, образующиеся отходы (питающиеся организмы), такие как рыба и креветки, соединяются с экстрактивными организмами, такими как морские ушки, губки или морские ежи, в качестве механизма удаления избыточных питательных веществ из водной толщи. Морские губки имеют явное преимущество в качестве экстрактивных организмов в интегрированной мульти-трофической системе аквакультуры, поскольку они могут действовать как биоремедиатор для удаления как патогенных бактерий, так и органических веществ. [19] Губка Hymeniacidon perlevis продемонстрировала отличную способность удалятьобщий органический углерод (ТОС) из морской воды в интегрированных условиях аквакультуры [19] и может быть потенциально полезным инструментом биоремедиации для систем аквакультуры в регионах с высоким уровнем загрязнения воды. Кроме того, органическое обогащение, происходящее от выращиваемой поблизости рыбы, может стимулировать рост губок, что приводит к более эффективной аквакультуре морских губок. [6]

Аквакультура из банных губок [ править ]

Многие коммерческие фермы по выращиванию морских губок размещают свои участки аквакультуры на более глубокой воде (> 5 м), чтобы максимально увеличить количество выращиваемых эксплантов губок и повысить продуктивность. [7] Два основных метода аквакультуры с использованием банных губок были опробованы: губки выращивались либо на веревке, либо внутри сетчатого мешка.

Веревочный метод [ править ]

Выживаемость губок, выращенных на веревках, как правило, ниже, так как при «продевании» веревки на эксплантат происходит необратимое повреждение. [7] [20] Кроме того, губки, выращенные на веревке, могут быть оторваны от веревки во время шторма, когда поток воды значительно увеличивается, или отрастают от веревки и образуют неликвидную, дешевую, характерную губку в форме пончика. Различия в росте и здоровье губок действительно наблюдаются у видов, для которых характерны различия в регенеративной способности, восприимчивости к инфекции после срезания, выносливости и потенциале роста. [7]

Метод мешка [ править ]

Более низкие уровни повреждений у некоторых видов губок, выращиваемых через сетчатые мешки, могут привести к более высокому уровню выживаемости. Скорость роста может быть снижена, поскольку сетка на мешках может уменьшить поток воды, ограничивая доступность пищи. [21] Накопление на сетке биообрастающих агентов, таких как мшанки , асцидии и водоросли, может еще больше ограничить поток воды. Тонкие сетчатые нити с большими зазорами и хорошо расположенным участком могут действовать как средство против биообрастания и снижения скорости потока. [7]

Комбинация методов [ править ]

Комбинируя подходы к аквакультуре с использованием банных губок и веревок, и сеток, в «период разведения» может произойти повышение качества и производства. В методе периода выращивания губки сначала выращивают в сетчатых мешках, пока эксплантаты не заживут и не регенерируют, чтобы эффективно фильтровать воду. Регенерированные эксплантаты переносятся на веревку для обеспечения оптимального роста до сбора урожая. Эта стратегия трудоемкая и дорогостоящая, при этом темпы роста и выживаемость, как установлено, не выше, чем при выращивании только с использованием метода мешков с сеткой. [7]

Более экономически целесообразным методом выращивания губок для ванн было бы перенос губок в более крупные сетчатые мешки по мере роста губки, чтобы обеспечить адекватный поток воды и связывание питательных веществ. [7]

Производство банных губок в Микронезии [ править ]

Губки для ванн в настоящее время производятся с использованием губки Coscinoderma matthewsi с производством около 12 000 губок, которые продаются на местном уровне жителям и туристам в Понпеи , Федеративные Штаты Микронезии . Эти губки - одни из единственных в мире морских губок, выращиваемых в условиях устойчивого развития. [5] Губки выращиваются с помощью веревочного метода с низкими инвестиционными затратами в несколько тысяч долларов на сельскохозяйственное и техническое оборудование, производящие 100% натуральные губки без добавления агрессивных химикатов во время обработки. [22]

Производство губок C. matthewsi в аквакультуре было предпринято Институтом морских и экологических исследований Понпеи (MERIP), чтобы попытаться обеспечить устойчивый доход для местных жителей, у которых мало возможностей заработать. Губки достигают годного для сбора размера примерно за два года, при этом фридайверы обычно вручную удаляют водоросли и биообрастающие вещества. Эти губки обрабатываются естественным путем, где их оставляют сушиться на воздухе, а затем помещают в корзины и возвращают в лагуну, где они были выращены. Этот процесс удаляет все органические вещества из губки, оставляя после себя готовую губку для ванн. Дальнейшая обработка происходит путем смягчения губки, но без использования отбеливателей, кислот и красителей. [5]

Биоактивная аквакультура губок [ править ]

Исследования по выращиванию морских губок на предмет биологически активных метаболитов проводятся в Средиземноморском, Индо-Тихоокеанском и Южно-Тихоокеанском регионах. Основными целями являются оптимизация биоактивных методов производства, процессов аквакультуры и условий окружающей среды для максимального увеличения их производства.

Новые методы [ править ]

В аквакультуре для биоактивных веществ окончательная форма эксплантата не имеет значения, что позволяет использовать дополнительные методы производства. Новые методы биоактивного культивирования включают «метод сетчатой ​​решетки», который использует столб воды для вертикального подвешивания сетчатой ​​трубки с отдельными эксплантами, помещенными в чередующиеся карманы. [7] [23]

Количество губок, необходимых для создания биоактивных веществ в аквакультуре, сокращается, поскольку вторичные метаболиты губок могут собираться повторно в течение многих лет, что снижает затраты и необходимую инфраструктуру. Несколько губок, выбранных для производства метаболитов, будут иметь высокие скорости продуцирования целевого метаболита для оптимизации производства и прибыли. [7]

Факторы, влияющие на выработку вторичных метаболитов [ править ]

На продукцию метаболитов губок влияет ряд факторов, причем концентрация метаболитов сильно варьируется между соседними эксплантами. Локальные различия в интенсивности света и биологическом обрастании являются физическими и биологическими факторами, которые, как было установлено, значительно влияют на биосинтез метаболитов в губках. [24] Изменения факторов окружающей среды могут изменить микробные популяции и впоследствии повлиять на биосинтез метаболитов.

Понимание факторов окружающей среды, которые влияют на биосинтез метаболитов или экологическую роль метаболита, может быть использовано в качестве конкурентного преимущества для максимального увеличения производства метаболитов и общего выхода. Например, если экологическая роль вторичного целевого метаболита заключалась в отпугивании хищников, имитация хищничества путем ранения губки перед сбором урожая может быть эффективным методом для максимального увеличения производства метаболита. [24]

Некоторые губки, вырабатывающие метаболиты, очень быстро растут, что позволяет предположить, что губки, выращиваемые в сельском хозяйстве, могут быть жизнеспособной альтернативой производству биологически активных веществ, которые в настоящее время не могут быть синтезированы химическим путем. Хотя выращивание губок для получения биоактивных веществ является более прибыльным из-за его более высокой добавленной стоимости свойств, есть несколько проблем, которые не возникают при аквакультурном выращивании губок для ванн, таких как высокие затраты, связанные с экстракцией и очисткой метаболитов. [7]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ван Сост, RWM; Альварес Б; Hajdu E; Pisera AB; Vacelet J; Manconi R; Шенберг C; Janussen D; Табачник К.Р .; Клаутау М (2008). «Всемирная база данных Porifera» . Проверено 25 июля 2011 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  2. ^ Стор, JF (1957). «Индустрия губки Флориды». Штат Флорида, Совет по охране природы . Серия № 9.
  3. ^ а б Мур, HF (1910). «Практический метод выращивания губок». Бюллетень Управления рыболовства США . 1. 28 : 545–585.
  4. ^ Crawshay, LR (1939). «Исследования на рынке губок. I. Рост из посаженных черенков» (PDF) . Журнал Морской биологической ассоциации Соединенного Королевства . 23 : 553–574. DOI : 10.1017 / s0025315400014077 .
  5. ^ a b c d «Устойчивые губки» . Экологичные губки.
  6. ^ a b c Осинга, R; Сидри М; Cerig E; Гокалп СЗ; Гокалп М (2010). «Испытания губчатой ​​аквакультуры в восточной части Средиземного моря: новые подходы к прежним идеям» . Открытый журнал морской биологии . 4 : 74–81. DOI : 10.2174 / 1874450801004010074 .
  7. ^ Б с д е е г ч я J к л м Дакворт, А. Р. (2009). «Сельскохозяйственные губки для снабжения биоактивных метаболитов и банные губки - обзор». Морская биотехнология . 11 (6): 669–679. DOI : 10.1007 / s10126-009-9213-2 . PMID 19585169 . S2CID 20472973 .  
  8. ^ a b c Блант, JW; Copp BR; Ху WP; Munro MHG; Northcote PT; Принсеп MR (2009). «Морские натуральные продукты: обзор». Отчеты о натуральных продуктах . 26 (2): 170–244. DOI : 10.1039 / b805113p . hdl : 10289/10318 . PMID 19177222 . 
  9. Перейти ↑ Schmitz, FJ (1993). Противоопухолевые и цитотоксические соединения из морских организмов . Нью-Йорк: Пленум. С. 197–308.
  10. ^ http://jadeandpearl.com/sea-pearls/#.Uvb3tvv-aZF
  11. ^ http://www.jamsponge.co.uk/
  12. ^ а б Беларби, ЭН; Домингес MR; Carcia MCC; Gomez AC; Camacho G; Грима Е.М. (2003). «Выращивание эксплантов морской губки крамбла в закрытых системах». Биомолекулярная инженерия . 20 (4–6): 333–337. DOI : 10.1016 / s1389-0344 (03) 00043-1 . PMID 12919817 . 
  13. ^ a b c d e Тейлор, МВт; Radax R; Steger D; Вагнер М (2007). «Микроорганизмы, ассоциированные с губками: эволюция, экология и биотехнологический потенциал» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 71 (2): 295–347. DOI : 10.1128 / MMBR.00040-06 . PMC 1899876 . PMID 17554047 .  
  14. ^ Gunda, VG; Джанапала, ВР (сентябрь 2009 г.). «Влияние уровней растворенного кислорода на выживание и рост in vitro Haliclona pigmentifera (Demospongiae)». Cell Tissue Res . 337 (3): 527–35. DOI : 10.1007 / s00441-009-0843-5 . PMID 19653007 . S2CID 36473715 .  
  15. Перейти ↑ Webster, NS (2007). «Болезнь губок: глобальная угроза?». Экологическая микробиология . 9 (6): 1363–1375. DOI : 10.1111 / j.1462-2920.2007.01303.x . PMID 17504474 . 
  16. ^ Pronzato R (1999). «Губочный промысел, болезни и земледелие в Средиземном море». Сохранение водных ресурсов: морские и пресноводные экосистемы . 9 (5): 485–493. DOI : 10.1002 / (sici) 1099-0755 (199909/10) 9: 5 <485 :: aid-aqc362> 3.0.co; 2-н .
  17. ^ a b c Дакворт, штат Арканзас; Battershill CN; Шиль Д.Р. (1997). «Влияние процедур эксплантации и факторов окружающей среды на успешность культивирования трех губок». Аквакультура . 156 (3–4): 251–267. DOI : 10.1016 / s0044-8486 (97) 00131-2 .
  18. ^ Ayling, AL (1983). «Скорость роста и регенерации у слабо покрытых коркой Demospongiae из умеренных вод». Биология Бык . 25 : 75–82.
  19. ^ a b c Fu, Q; Wu Y; Sun L; Чжан В (2007). «Эффективная биоремедиация общего органического углерода (ТОС) в интегрированной системе аквакультуры с помощью морской губки Hymeniacidon perleve». Биотехнология и биоинженерия . 97 (6): 1387–1397. DOI : 10.1002 / bit.21352 . PMID 17274061 . 
  20. ^ Верденаль, В (1990). Культивирование губок на вертикальных веревках в северо-западной части Средиземного моря. В: Rutzler K (ed) Новые перспективы в биологии губок . Вашингтон, округ Колумбия: Пресса Смитсоновского института. С. 416–424.
  21. ^ Дакворт, АР; Баттерсхилл CN (2003). «Губная аквакультура для производства биологически активных метаболитов: влияние протоколов выращивания и окружающей среды». Аквакультура . 221 (1–4): 311–329. DOI : 10.1016 / s0044-8486 (03) 00070-х .
  22. ^ OEA. «Профиль аквакультуры Понпеи Федеративных Штатов Микронезии». Управление по экономическим вопросам . Штат Понпеи.
  23. ^ Де Voogd, Нью - Джерси (2007). «Марикультурный потенциал индонезийской рифовой губки Callyspongia (Euplacella) biru: рост, выживаемость и биологически активные соединения». Аквакультура . 262 : 54–64. DOI : 10.1016 / j.aquaculture.2006.09.028 .
  24. ^ a b Пейдж, MJ; Northcote PT; Уэбб В.Л .; Mackey S; Хэндли SJ (2005). «Исследования в аквакультуре по производству биологически активных метаболитов новозеландской губки Mycale hentscheli». Аквакультура . 250 : 256–269. DOI : 10.1016 / j.aquaculture.2005.04.069 .
  • Беларби, Э. (2003). «Изготовление лекарств из морских губок». Достижения биотехнологии . 21 (7): 585–598. DOI : 10.1016 / S0734-9750 (03) 00100-9 . PMID  14516872 .