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 ]
- ^ 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 ) - ^ Стор, JF (1957). «Индустрия губки Флориды». Штат Флорида, Совет по охране природы . Серия № 9.
- ^ а б Мур, HF (1910). «Практический метод выращивания губок». Бюллетень Управления рыболовства США . 1. 28 : 545–585.
- ^ 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 .
- ^ a b c d «Устойчивые губки» . Экологичные губки.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- Перейти ↑ Schmitz, FJ (1993). Противоопухолевые и цитотоксические соединения из морских организмов . Нью-Йорк: Пленум. С. 197–308.
- ^ http://jadeandpearl.com/sea-pearls/#.Uvb3tvv-aZF
- ^ http://www.jamsponge.co.uk/
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Ayling, AL (1983). «Скорость роста и регенерации у слабо покрытых коркой Demospongiae из умеренных вод». Биология Бык . 25 : 75–82.
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ OEA. «Профиль аквакультуры Понпеи Федеративных Штатов Микронезии». Управление по экономическим вопросам . Штат Понпеи.
- ^ 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 .
- ^ 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 .