JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
环境科学

Дизайн и использование аппарата для количественной оценки двустворчатых подвеска кормления на море

Published: September 05, 2018
doi:
10.3791/58213
, , , , ,
1Northeast Fisheries Science Center (NEFSC),National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Fisheries Service

Summary

Поток через устройство для использования метода biodeposition для количественного определения поведения фильтрации и кормления двустворчатых моллюсков был изменен для использования на судне. Двумерный карданного таблицы построен вокруг устройства изолирует аппарат от движения лодки, тем самым позволяя точной количественной оценке переменных двустворчатых фильтрации на участках аквакультуры морских моллюсков.

Abstract

Как моллюски аквакультуры прибрежных заливах и лиманы переезжает в оффшорных зонах, необходимость количественной оценки экосистемы взаимодействия выращиваемых двустворчатые (т.е., мидии, устрицы и моллюски) представляет новые вызовы. Количественных данных на кормление поведение подвеска кормления моллюсков необходимо определить важные экосистемы взаимодействия морских моллюсков ферм, включая их пропускная способность, конкуренция с сообщество зоопланктона, Наличие трофических ресурсов на разных глубинах и осаждения на бентос. Метод biodeposition используется для количественного определения кормления переменные в подвеска кормления двустворчатых моллюсков в естественной обстановке и представляет более реалистичным прокси чем лабораторных экспериментов. Этот метод, однако, опирается на стабильную платформу для удовлетворения требований, которые воды скорости потока для моллюсков остаются постоянными и двустворчатые спокойно. Поток через устройство и процесс с использованием метода biodeposition для количественного определения кормления двустворчатых моллюсков были изменены на суше формата для использования судовых построения двумерных карданного таблицы вокруг устройства. Планиметр данные показывают минимальный шаг и рыскания палат, содержащий тестовый моллюсков несмотря на лодке движения, скорости потока в камерах остаются постоянными, и операторы в состоянии собрать biodeposits (Кала и pseudofeces) с достаточной последовательность для получения точных измерений двустворчатых Распродажа, фильтрации, отбора, при приеме внутрь, неприятие и поглощения на морских моллюсков аквакультуры сайтов.

Introduction

Дикий-промысла снижается во всем мире1. Соответственно будущий рост поставок морепродуктов должна исходить от расширения аквакультуры. Производство аквакультуры морепродуктов был растет и будет продолжать быстро расти до 2025 года, делая водных, сельскохозяйственных системы производства продовольствия наиболее быстро растущей2. Разведение кормление подвеска двустворчатых моллюсков (мидии, устрицы, морские гребешки и моллюски) считается среди наиболее экологически безопасные формы аквакультуры, потому что эти организмы требуют без дополнительного кормления, но вместо этого получить питание от естественной фитопланктона производство и передачу органических важны для бентических организмов в3,4. Действительно Моллюски аквакультуры рассматривается как законное средство для улучшения качества воды и трофической структуры в эвтрофных лиманы5,6. Несмотря на в целом благоприятные перспективы для расширения Моллюски аквакультуры в прибрежных заливах и лиманы конфликты с другими прибрежные морские интересы коммерческого и рекреационного рыболовства, рекреационной деятельности и эстетического желания прибрежных землевладельцев социальных ограничений объединяются под термином «социальной грузоподъемностью»-привели некоторых смотреть в «океане» для крупномасштабного расширения моллюсков, сельское хозяйство7.

Перемещение моллюсков земледелия оффшор, в открытых водах, предлагает большой потенциал для Моллюски аквакультуры расширения, но и представляет беспрецедентные вызовы для организмов в океанических экосистем8. Во-первых, самых выращиваемых, подвеска кормления двустворчатых видов являются устьевых организмов, которые развивались в условиях, которые отличаются во многих отношениях от экосистем открытого океана9. Сезонные и суточные временные колебания солености, температуры и химического состава воды и интенсивной биологической активности стимулируется высоким и переменная наличия питательных веществ в прибрежных водах выбрали для поведенческие и физиологические характеристики в мидии, устрицы, морские гребешки и моллюсков, которые могут наделять мало пользы в относительно постоянной, разбавляют океана окружающей среды10. Двустворчатые моллюски известны ответить на эти экологические изменения, регулируя их фильтрации воспользоваться периодов хорошее качество воды и оптимизировать их приобретения продовольствия11,12. В среде более постоянным, например открытых водах неясно, если двустворчатые будет регулировать их накачки и фильтрации ставки эффективно поддержать положительный энергетический баланс для быстрого роста. Вторая задача, стоящая перед морских моллюсков сельского хозяйства также связана с относительно низкой Сестона продовольствием в океане. С плотностью фитопланктона, будучи намного меньше оффшорных, чем в лиманах, двустворчатых видов в настоящее время обрабатывали успешно в эстуарии найти достаточно пищи для поддержания метаболизма и роста? Нынешняя практика использования линии, носки, клетки или другие корпуса провести моллюсков в лиманах привести к трехмерной фильтры, разрушающим фитопланктона локально, даже в эвтрофных, прибрежные воды,13,14. Предположения о культуре снаряжение дизайн, чулок плотность, расстояние между линиями, и урожай время цикла, возможно, потребуется пересмотреть в открытом океане управлять производством пропускной способности фермы и экологическая пропускной способности местной морской экосистемы 15 , 16. интенсивные моллюсков сельское хозяйство как практикуется nearshore, возможно, потребуется модифицировать, чтобы быть совместимым с разбавленной окружающей среды океана.

Для продвижения нашего понимания как прибрежные моллюсков земледелия практики может потребоваться изменение для успеха оффшор, количественные данные о как моллюсков взаимодействуют в настоящей Сестона оффшорных зонах предложил как потенциальных сайтов фермы имеют важное значение. Ряд методов для количественного определения фильтрации, распродажа, при приеме внутрь, неприятие и поглощения частиц подвеска кормления двустворчатых моллюсков были развитые17,18. Некоторые из этих методов были оптимизированы для обнаружения вариации на очень короткие сроки, выбор между частиц различных типов, или физиологические реакции различных экологических вариаций19,20,21 . Недавно уточнения того, что называют метод biodeposition привели к принятию такого подхода как законное средство для количественного определения наиболее важных фильтрации и кормления переменные в мидии и устрицы, моллюски17,22 .

Метод biodeposition, в общем, использует подход масс баланса, с компонентом неорганических Сестона отклоненным трассировщик, поддается секционирование по отдельным моллюсков Сестона органических и неорганических компонентов в плен, пропорции, внутрь, и всасывается через шкалы часов17. Этот подход быть точным критически важно, что скорости потока воды доставлены в отдельных моллюски являются постоянными и точно известна и что моллюсков не беспокоили физически, таким образом, что они поддерживают их постоянной фильтрации поведение. Это также необходимо для синхронизации доступа к коллекции воды в то время двустворчатых заглатывания с коллекцией образцов Кала выполненным после переваривания (например, щажению). Эти два процесса (при приеме внутрь и щажению), компенсируется количество времени, необходимое для твердых частиц для транзита через двустворчатых кишечник. Кишечнике транзит представляет время, время, прошедшее между употреблением в пищу продуктов питания и выпуска непереваренных материала в виде фекалии. Кроме того с практической точки зрения, biodeposits должны быть собраны количественно исследователем, прежде чем они дезагрегируются по движению воды. По этим причинам, аппарат и процедур для количественной оценки двустворчатых фильтрации с помощью метода biodeposition были ограничены очень прибрежных мест где стабильной платформы-сушу или фиксированной Пирс-это достаточно близко к моллюсков населения, расследование. Для метода biodeposition для использования оффшорных было необходимо найти способ, чтобы удовлетворить требования метод для стабильной платформы на борту лодки.

Много веков назад, моряки, стремясь решить же основные проблемы как для изоляции судовых статей от движения судна разработал карданного. Карданов подвес вводит один или больше поворачивается между платформы придает корабль и статьи изоляции, позволяя изолированные статьи больше реагировать на тяжести чем движения судна. Мы использовали возможно простым карданного дизайн контактный поворачивается на 90° углы в дизайн аппарата изменения от того, сообщили22Galimany и коллег. В настоящем докладе, эффективные функции аппарата проверяется посредством измерения: 1) движение таблицы с моллюсков камер по сравнению с движения лодки, 2) соответствия скорости потока через 20 реплицировать камеры во время в море и 3 Фильтрация данных из мидий испытания в трех морских местах на борту трех различных судов.

Protocol

1. Карданная таблицы и питание устройства Построить и собрать карданного таблицы состоит из двух фреймов, карданного таблицы и балластные цистерны, как показано на рисунке 1a. Постройте внешний кадр 130 см длиной, 92 см, широкий и 90 см высотой, с помощью фондового поливинилхлорид (ПВХ) 0,65 см. Использование нержавеющей стали гайки и болты для формирования кадра. Постройте внутренним кадром (125 см длиной и шириной 80 см) от 4 см х 10 см поливинилхлорид (ПВХ) запасов. Соответствовать сильно армированных разделах в верхней части короткие стороны кадра, чтобы получить кадр внутренняя карданного. Навсегда исправьте булавки из нержавеющей стали позволяет внутренней рамки для свинга свободно в пределах внешней рамки. Аналогичным образом включают усиленные разделы внутренней рамки для размещения булавки из нержавеющей стали, монтируется в таблицу карданов подвес, позволяя ему свободно качаться на длинних сторонах. Фондовая ПВХ куб с съемным балласта. Заполните балласт танк с 85 кг морской воды и вставить 50-кг цинка вес в нижней части балластные цистерны; Он действует как противовес ослабить, но не ограничивать, колебание таблицы.Примечание: Балластные цистерны прикрепляется к таблице карданов подвес из нержавеющей стали гайки и болты. Рисунок 1: Карданная таблицы и питание устройств разработана для количественной оценки двустворчатых подвеска кормления, с помощью метода biodeposition на борту лодки. () Эта группа показывает изображение таблице собраны карданного питания устройства. (b) этой панели показана схема собрал питания устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Строительство и монтаж питания устройства, которое состоит из головы танк и 2 комплекта из 10 питание камер (рисунок 1b). Постройте головы танк с помощью 6,5 мм ПВХ 70 см Длина x 30 см в ширину x 12 см в высоту (рис. 2a). Просверлите отверстие диаметром 25-мм в центре левой 30 см на 3 см от верха. Просверлите 10 13 мм в диаметре через каждую из частей ПВХ-70см прямоугольника таким образом, что центр каждого отверстия 2,5 см от основания. Просверлите отверстие первых 40 мм со стороны головы цистерны; затем центры подряд отверстия являются 69 мм друг от друга. Место Соединители пластиковые перегородки 7 мм внутренний диаметр резьбовые в каждое отверстие, чтобы позволить воде покидать головы танк. Внутренний диаметр на разъемы подходят силиконовой трубки 6,5 мм. В середине каждой трубы, между головы танк и кормления камер соединить трубки для управления потоком ввода питания камеры регулировкой клапанов.Примечание: Чтобы обеспечить, что частицы остаются приостановлено в главный резервуар для воды и равномерно распределены по кормления камер, добавить аэрации на протяжении танк с помощью воздуха камни или воздушных труб. Внутренние меры каждого кормления палаты являются 17,5 см Длина x 6 см в ширину x 6 см в высоту (рис. 2b). Сверлят одно отверстие диаметром 13 мм в центре одной из сторон 6-cm, таким образом, что центр отверстия 15 мм от дна. На противоположной стороне 6см каждой палаты Просверлите отверстие диаметром 13 мм 45 мм от дна. Включать перегородки внутри каждого кормления камеры; перегородки — это ПВХ, 3 см в высоту и 6 см в ширину и должен быть помещен 3,5 см, 6 см от со стороны питания камеры, которая имеет отверстия, просверленные 15 мм от дна. Клей дефлектор в нижней части камеры, так что вода течет над ним. Включают в себя второй кусок дефлектор, подвижна, 50 мм длиной и Т-образный кусок (58 мм в нижней части T, на расстоянии 15 мм от верхней; она расширяется до шириной 72 мм). Форма позволяет дефлектор для отдыха на вершине кормления стены камеры и для воды течь под дефлектор в камере (рис. 2 c). Место передвижной перегородки 1-2 см перед двустворчатых, который заставляет поток воды непосредственно на двустворчатых в нижней части камеры. Соответствовать головы камеры и кормления устройство верхней таблице карданного и держать их в месте с противоскользящие маты. Таким образом, Модульная система призвана облегчить упаковки, перемещения и хранения. Рисунок 2: подробные измерения головы бака и кормления камер. () это рисунок головы бака с детальные измерения. (b) это рисунок одного кормления камеры с детальные измерения. Полосатый линия указывает расположение фиксированной перегородки. (c) это рисунок и измерения передвижные перегородки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. 2. поток калибровка для питания камеры Для калибровки расхода, место 100 мл стеклянных или пластиковых мерный цилиндр на выходе питание камеры. Сразу же начнете запись время с секундомер. После 30 сек, удалите мерного цилиндра и проверить объем собранной воды. В идеале собирайте 100 мл воды, которая равна поток из главного резервуара для питания камеры 12 L h-1.Примечание: Скорость потока 12 L h-1 определяется предыдущим лабораторных экспериментов приносить равномерное распределение частиц между аквариумах без рециркуляции воды. Если объем воды, собранных находится не в 5 мл 100 мл целевого, отрегулируйте поток путем закрытия или открытия клапана, расположенного между головы танк и питание камеры. Снова проверьте новый скорость потока, собирая воду для 30 s и повторить этот шаг до тех пор, пока требуемый расход получается. Повторите ту же процедуру калибровки для каждого кормления камеры, включая контроль камер, до начала сбора данных. 3. Подготовка фильтров для метода Biodeposition Примечание: Определение общего, органических и неорганических твердых частиц в воде, pseudofeces и фекалий осуществляется с помощью фильтров волокна стекла GF/C-диаметром 25 мм. До взятия образца убедитесь, что фильтры промывают, сушат, сожжены и preweighed. Всегда используйте щипцы с плоским подсказка для обработки фильтры во всех процессах. Если фильтр разрывы или имеет отверстие, отменить его без его использования. Мыть фильтры, во-первых, добавить около 10 фильтры в стакан с 200 мл дистиллированной воды и перемешайте их вручную. После 15 s, обратите внимание, что ранее чистая вода имеет белые волокна в нем; они являются потерять пылевидных стекловолокна, выпущенная фильтры. Остановите перемешивание. Декант воды в стакан и снова добавьте 200 мл дистиллированной воды. Мыть фильтры 3 x в общей сложности. Повторите процесс стирки до тех пор, пока достаточно фильтры доступны для проведения полного кормления эксперимент, то есть, около 48 фильтры для фильтрации воды, если эксперимент продолжается 2 ч и вода собираются каждые 15 мин, и 32 фильтры для фекалий и pseudofeces 16 двустворчатых моллюсков . Сухие фильтры при 60 ° C для по крайней мере 1 h. сжечь сухие фильтры в муфельной печи при температуре 450 ° C для 4 h удалить любые загрязнения органического материала. Удалить фильтры из печи, перенести их в эксикаторе и разрешить фильтры приехать в комнатной температуре. Весят фильтры на аналитический баланс и записывать весов. Ниже приводятся два возможных способа для отслеживания фильтра весов. Номер каждого фильтра на самом краю, за пределами района, который будет получать образца при фильтрации, используя мягким карандашом. Взвешивания фильтр после нумерации его, записать его количество и вес в записной книжке и хранить фильтры после взвешивания их в их оригинальной коробке фильтра. Взвесить каждый фильтр индивидуально и затем оберните его в кусок приглушенный алюминиевой фольги и записывать соответствующий вес на фольге. Храните оболочку фильтры до тех пор, пока используется в поле и запишите вес в записной книжке, после проб. 4. кишка транзитное время Место пять двустворчатые индивидуально в стеклянные или пластиковые стаканы заполнены с 300 мл окружающего, нефильтрованное морской воды. Добавить 2 мл Tetraselmis sp. монокультуры в каждый стакан и записывать при открытии каждого индивидуального двустворчатых, который сигнализирует оболочки зияют.Примечание: Tetraselmis sp. используется для определения времени транзита кишки, потому что он легко попадает двустворчатых видов, и результирующая фекалии, темно-зеленый цвет, отличающую их от коричневый кал, произведенных после переваривания естественным сообщество планктона. Проверьте каждый стакан каждые 3-5 мин для двустворчатых оставались открытыми и производству фекалии. Проверьте, что фекалии являются жесткой, плотно упакованные строками, обусловленные процессом пищеварения двустворчатых моллюсков (рис. 3) и сохранить их структуру, когда накапаны. Обеспечения того, чтобы собранные месторождения фекалии и не pseudofeces (рис. 3), которые, если производится, производятся непосредственно в результате избыток Tetraselmis sp; pseudofeces являются слегка Упакованные, облако как месторождения не попадает частиц, которые быстро Ресуспензируйте когда собранные с пипеткой. Рисунок 3: Иллюстрация визуальные различия между двустворчатых фекалии и pseudofeces. Панели слева показывает ребристый мидий (Geukensia demissa), со стрелками, указывающими производимых фекалии и pseudofeces. Правой панели будет показано в деталях зеленый кал и pseudofeces, произведенных после фильтрации Tetraselmis sp. монокультуры и коричневый кал и pseudofeces, произведенных после фильтрации естественной фитопланктона сообщества. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Когда появится зеленый кал, запишите время для каждого индивидуального двустворчатых. Продолжительность времени между его производства зеленый кал и открытия двустворчатых является его кишки время транзита. Среднее время транзита кишки всех пяти двустворчатых реплицирует для получения средней кишки транзитное время для использования в времени смещение между сбор проб воды и фекальных проб.Примечание: Использование пяти реплицирует в случае, если один или несколько двустворчатых моллюсков не открыть или производить калом. В идеале время транзита средняя кишка будет основываться на более чем три реплицирует. 5. образец коллекции Сбор проб воды, переполнен из головы бака воды из управления камерами, которые содержат пустые гильзы же двустворчатых видов, используемых в экспериментах (два с каждой стороны) и Кала и pseudofeces, подготовленные каждой двустворчатых. Очистите двустворчатых моллюсков, epibionts и другие корковые организмов избежать фильтрации других фауны перед размещением двустворчатых моллюсков в питание камеры.Примечание: Двустворчатые моллюски, помещены в питании камер может передвигаться, поэтому для облегчения сбора фекалий и pseudofeces, исправить их в место внутри каждой камеры, с помощью застежки (например, Velcro). Сбор 300 мл воды каждые 15 мин на 2 ч. отдельно фильтр переполнения вода и вода из двух наборов управления камеры через preweighed фильтры (т.е., 3 фильтры на момент времени). Промойте фильтры с ~ 5 мл изотонического аммония Формиат пока фильтры еще на коллекторе фильтрации. Отсрочить начало коллекции biodeposit из коллекции воды по длине средней кишки транзитного времени, которое было определено как описано в разделе 4 протокола. Например если средняя кишка транзитное время 1 h, начало сбора воды как только двустворчатых моллюсков в питание камеры. После 1 h снимите камеры все фекалии и pseudofeces, которые были подготовлены и, затем, начать сбор всех последующих фекалий и pseudofeces. Тень двустворчатых моллюсков в питание камеры и кишечнике транзитных контейнеров увеличить количество двустворчатых моллюсков, которые открыты для канала. Сбор Кала и pseudofeces отдельно с стеклянной пипетки и держать biodeposits в отдельном контейнере (настой или трубки) для каждого двустворчатых на протяжении всего периода сбора 2-h. Фильтр biodeposits в каждом контейнере отдельно на preweighed фильтр и промойте их с 5 мл изотонического аммония формате.Примечание: В конце коллекции 2-h, там будет 16 контейнеров с калом собраны и 16 контейнеров с pseudofeces, собранных, в общей сложности 32 контейнеров для фильтрации. Храните фильтры в чашках Петри или приглушенный алюминиевой фольги для перевозки в лабораторию. Если приглушенный алюминиевая фольга используется для транспорта, первый раз фильтры в два раза, с фильтрующий материал внутри складки, чтобы предотвратить потерю отфильтрованных материала через контакт с фольгой. Храните все фильтры кулер со льдом. В лаборатории высушите все фильтры в духовке при температуре 60 ° C в течение 24 часов. Reweigh каждый фильтр, используя аналитический баланс. Вычтите начальный вес от окончательного веса для определения общего твердых частиц. Записать все фильтры в муфельной печи при температуре 450 ° C, 4 ч. удалить фильтры из печи, перенести их в эксикатор, и разрешить фильтры приехать в комнатной температуре. Взвешивания фильтры снова на аналитический баланс. Вычтите вес сожгли фильтра от веса сушеных фильтра для определения неорганических частиц.Примечание: Органических частиц является разница между общей твердых частиц и неорганических частиц.

Representative Results

Biodeposition метод количественного определения двустворчатых кормления хорошо отлажена и предоставляет механизм для получения всеобъемлющих данных о фильтрации и кормления производительности двустворчатые, с использованием натуральных Сестона в полевых условиях. Предыдущих приложений метод biodeposition может быть проведена только в местах на берегу потому, что этот метод требует устойчивый платформы. Изучение двустворчатых фильтрации и кормления в прибрежных водах требует измерений, основанных на корабль, и корабли не являются достаточно стабильными даже в спокойных условиях. Мы разработали и испытаны добавлением карданного таблицы к существующей фильтр кормления аппарат, чтобы создать устойчивый платформы, необходимо надлежащим образом использовать метод biodeposition. Наряду с стабильную платформу для двустворчатых моллюсков для фильтрации, мы сообщаем данные демонстрируют даже частиц через отдельных камер в течение кормления аппарат (p = 0,997 от обобщение Уэлча тест на 20% сокращены средства23 ; Рисунок 4). Это даже распределение взвеси указывает, что доставка частиц из головы танк для отдельных камер является последовательной; Таким образом все двустворчатые подвергаются таким же количеством пищи и качество и может считаться, что реплицирует значение true. Рисунок 4: средняя изобилие клеток в каждой палате кормления во время испытаний распределения частиц пустых камер. Эта панель показывает среднее количество фитопланктона клеток/мл (± SD) в морской воде, собранных из трубки выхода каждого кормления камеры (с пометкой 1-20) во время испытаний гарантии качества для обеспечения равномерного распределения частиц в системе через поток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Четыре судовых испытания были проведены с тремя видами мидий в трех местах с очень разные Сестона количества и состава (рис. 5). Изученных различных видов потенциально может быть, или настоящее, выращиваемых от берега; Мы использовали несколько видов для проверки общей применимости аппарата. В первом эксперименте Коннектикут (CT) и в штате Массачусетс (MA), были использованы голубые мидии (Mytilus edulis). Ребристые мидии (Geukensia demissa), были использованы во втором эксперименте CT. Средиземноморские мидии (Mytilus galloprovincialis) были использованы в эксперименте Калифорния (CA). Два эксперименты были проведены в прибрежных CT, в Лонг-Айленд, 1,5 км офф Milford по 12 июня 2013 г. и 19 июня 2013 г. Третий эксперимент был проведен в прибрежных мА, в виноградник звук, 1 км офф Menemsha 23 июля 2013 г. Четвертый эксперимент был проведен в оффшорных CA, 10 км от Лонг-Бич, 20 августа 2012. Условия в этих трех местах охватывают диапазон от того, что можно ожидать в оффшорной среде под оценки для аквакультуры моллюсков. Общая твердых частиц воды был высоким в CT, ниже в мА и самые низкие в CA (все p≤ 0,001 с обобщением Дуннетт T3 процедуры для обрезанных средства и загрузки -t техника23). В противоположность этому содержание органических Сестона был высоким в CA, ниже в мА и самые низкие в CT (все p≤ 0.01 от обобщение Дуннетт T3 процедуры для обрезанных средства и загрузки -t техника23; Рисунок 5). Рисунок 5: состав и количество твердых частиц в воде на трех экспериментальных объектах. Эта группа показывает средний органических частиц (POM) (± SD; данные и планки погрешностей в серый) и средний неорганических частиц (PIM) (± SD; данные в белом и планки погрешностей в черном) от воды, собранных в 3 различных экспериментальных местах. Полный бар (серый + белый) указывает общее твердых частиц (TPM). 1 CT = Коннектикут эксперимент 1; 2 CT = Коннектикут эксперимент 2; Ма = Массачусетс эксперимент; CA = Калифорнии эксперимент. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Кормление поведение в двустворчатые моллюски, зависящих от видов и зависит от условий окружающей среды. Люди корректировать их кормления поведение согласно различия в количество и тип (органические и неорганические) твердых частиц в воде. Таким образом результаты четырех экспериментов фильтр кормления из трех мест отражать оба пластиковые физиологическая реакция количества продовольствия и качества, а также видов различия через три из четырех экспериментов. Эффективность поглощения мидий был значительно выше в первом эксперименте CT, чем во второй и выше, в первом эксперименте CT чем в CA, но всех других парных сравнений не были значительными, скорее всего является следствием высокой изменчивости наблюдается в обоих Ма и CA измерений (значение испытания при α = 0,05, скорректированы для управления для нескольких тестов; от обобщение Дуннетт T3 процедуры для обрезанных средства и способ загрузки -t ; 23Рисунок 6). Доля отфильтрованного материала, который был отклонен был высоким в CT, ниже в мА и ноль в CA (все p≤ 0,005 от обобщение Дуннетт T3 процедуры для обрезанных средства и загрузки -t техника23). Рисунок 6: отказ от всего твердых частиц и поглощения органического вещества, мидии в судовых испытаний. Эта панель показывает процент отказа и поглощения (± SD) мидии в трех экспериментальных местах. 1 CT = Коннектикут эксперимент 1; 2 CT = Коннектикут эксперимент 2; Ма = Массачусетс эксперимент; CA = Калифорнии эксперимент. Голубые мидии (Mytilus edulis) были использованы в CT 1 и ма. Ребристые мидии (Geukensia demissa) были использованы в 2 CT. Средиземноморские мидии (Mytilus galloprovincialis) были использованы в CA. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Эксперименты в мА и CA иллюстрированный общие проблемы, которые могут возникнуть при изменении условий окружающей среды. Открытом море государства привели к высокой относительной изменчивость в измеренное содержание органических pseudofeces в мА. Рисунок 7: содержание органических воды, фекалии и pseudofeces в трех экспериментальных местах. Эта панель показывает средний процент органических веществ (± SD) в воду и фекалии и pseudofeces трех видов мидий в четырех различных эксперименты, проведенные в трех местах. 1 CT = эксперимент 1 Коннектикут с голубой мидии (Mytilus edulis); 2 CT = эксперимент 2 Коннектикут с ребристым мидии (Geukensia demissa); Ма = Массачусетс эксперимент с голубой мидии; CA = Калифорнии эксперимент с средиземноморские мидии (Mytilus galloprovincialis). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Аналитические проблемы, обычно связанные с районами низкой твердых частиц были проиллюстрированы в кормлении поведение результаты от ЦС, где некоторые небольшие pseudofeces изначально были ошибочно принимают за калом. Рисунок 8: последствия неверной biodeposits на кормление поведение данных из мидий в судовых испытаний. Эта панель показывает образец данных из Калифорнии, показаны последствия неправильного представления небольших кал как pseudofeces в среде низкой общей твердых частиц (TPM). В этом случае доверенный платформенный модуль был слишком низким для того, чтобы вызвать pseudofeces производства, но фекалии были настолько малы, что некоторые были ошибочно принимают за pseudofeces. Данные были исправлены путем объединения веса фекалии и «pseudofeces» и только расчета пути при приеме внутрь. CR = Распродажа скорость, количество воды, которая циркулирует через жабры мидий (L/h); FR = скорости фильтрации, количество частиц, сохранена в жабры (мг/ч); AR = коэффициент поглощения, количество попадает твердых частиц, которое поглощается в мидии пищеварительной системы (мг/ч). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Тематические исследования, показано на рисунке 7 и 8 цифра описаны более подробно в разделе обсуждения .

Discussion

Различные подходы использовались для изучения фильтрации и кормления двустворчатых моллюсков в лаборатории и на местах. Измерения, произведенные при использовании природных Сестона даст кормления ставки наиболее аналогичны в природной среды24. Существующих портативных загрузочных устройств для измерения двустворчатых кормления25,26 зависят от стабильной платформы, такие как земля или фиксированной док; Таким образом, количественной оценки двустворчатых фильтрации и кормления в поле до сих пор, было ограничено очень вблизи прибрежных вод. Роман аппарат и метод, представленные здесь представляют собой надежный инструмент для количественной оценки питания производительность двустворчатых моллюсков в прибрежных водах, где ранее были плохо описано взаимодействий между двустворчатые моллюски и окружающей среды.

Важнейшие шаги в рамках оффшорной применения метода biodeposition включают в себя следующее: (1) аэрации головы цистерны и калибровки расхода через все питание камер для обеспечения даже распределение частиц для двустворчатых моллюсков; (2) точного определения времени транзита экспериментальной кишки до коллекции biodeposits; (3 выявления, отделения и полная коллекция всех фекалий и pseudofeces, производимые двустворчатые моллюски, в том числе коллекции достаточно biodeposits, чтобы превысить предел обнаружения для органических и неорганических частиц. Высокий дебит необходимо избежать рециркуляции воды в питание камер, которые могут увеличить явление сокращения концентрации пищи из-за refiltration18,25,27,28.

Точная идентификация и разделение фекалий и pseudofeces может быть сложным в оффшорной среде. Сбор Кала и pseudofeces в водах Массачусетс был вероятно пострадавших от тяжелых морей в последний час измерения. Измерения с помощью этого метода будет ограничиваться государством моря, влияющих на способность выбора аккуратно отделить и точно различать Кала, pseudofeces и других твердых материалов (то есть, ила или частицы) на хранение в питание камеры. Этот экспериментальный проблема может наблюдаться в итоговые данные, где содержание органических pseudofeces имеет большую вариабельность результатов от штата Массачусетс, чем от других двух местах (рис. 7).

Места с очень низкой твердых частиц, таких как Калифорния, представит аналитический вызов, потому что частиц, собранных в этот эксперимент был очень близко к пределу обнаружения, даже несмотря на то, что 2 Л воды было отфильтровано для каждого образца воды. Метод количественного определения органических и неорганических вклад всего частиц основана на баланс массы; Таким образом небольшой аналитический ошибки вблизи предела обнаружения может привести к физиологически невозможно моллюсков, кормления результаты, такие как отрицательное отклонение или Распродажа ставки. Данные, получаемые от этого типа ошибки и соответствующее исправление, проиллюстрированы в рисунке 8, который участков среднее значение скорости очищения, скорости фильтрации и скорость поглощения от Калифорнии эксперимент. Количествах фекалии были настолько малы, в этом месте, что некоторые были ошибочно принимают за pseudofeces по biodeposit сборщиков. Очень небольшое количество «pseudofeces» собраны были очень близко к пределу обнаружения по весу, и результирующие данные дали отрицательные моллюсков фильтрации и кормления данных для нескольких реплицирует, которые физиологически невозможно и, таким образом, Очевидно, что неправильно. Близко к пределу обнаружения частиц также принесли высокой изменчивости, общей для этого измерения. Эти результаты могут быть вызваны ошибкой взвешивания фильтры, но более вероятно, было обусловлено неправильной идентификации pseudofeces. Последняя возможность дополнительно подкрепляется наблюдения, что общая твердых частиц воды был слишком низким для того, чтобы вызвать pseudofeces производство22,23. Данные были исправлены путем отбрасывания неправильный pseudofeces данных и только расчета пути при приеме внутрь (рис. 8).

Аппарат для количественной оценки двустворчатых подвеска кормления, с помощью метода biodeposition на борту лодки могут быть модифицировать и адаптировать к несколько видов двустворчатых. Размер кормления камер может незначительно отличаться для размещения более широким или узким двустворчатых раковин. Важно отметить, однако, что изменение размеров питания камеры от описанных здесь требуют, что даже частиц через питание камеры устанавливается до проведения любого измерения. Объем воды фильтруют должна быть скорректирована в зависимости от местных условий. Низкий Сестона средах, таких как Калифорния требуется больший объем воды, отфильтрованы, чтобы превысить предел обнаружения для анализа на основе веса. В то же время, если слишком много вода фильтруется, то засорить фильтры, и необходимо увеличить время сушки (не температура) в духовке. Аналогичным образом коллекции biodeposit может потребоваться быть удлинен в средах с низким Сестона собрать достаточно материала, чтобы превысить предел аналитического обнаружения. Еще одним показателем проблематичным biodeposit коллекции является относительной органическое содержание воды против pseudofeces и калом. Фекалии и pseudofeces не могут содержать значительно больший процент органического вещества, чем воды; они являются продуктом отфильтрованных и обработанные частиц из воды. При некоторых условиях органическое содержание biodeposits может быть немного больше, чем воды вследствие органических инвестиций, что двустворчатых моллюсков для обработки частицы пищи; Однако эта инвестиция самое большее, даст незначительное увеличение в фекалиях органического вещества. Доля органического вещества сообщили здесь намного выше процент, который может присваиваться метаболических фекальные потери. Pseudofeces образцы из Массачусетса иллюстрируют эту потенциальную проблему. Содержание органических pseudofeces был вполне переменной, как отмечалось выше, но некоторые из реплицирует принесли органическое содержание, которое значительно превышает число соответствующих проб воды. Вполне возможно, что во время тяжелых морей за последний час biodeposit коллекции, pseudofeces были объединены с экзогенные органические вещества, которые искусственно повышенное содержание органических и принесли результаты физиологически невозможно (рис. 7) . Если высокое море государства являются вероятным в будущем рекомендуется применения этого метода, Добавление более реплицирует через дополнительных камер.

Ограничения метода является, что этот аппарат предназначен для количественного определения кормления взрослых особей. Точной и полной коллекции фекалий и pseudofeces от двустворчатых семян затруднено из-за небольшого размера (псевдо) фекалии и потребует гораздо больше экспериментов, чтобы получить достаточно материала, чтобы превысить предел аналитического обнаружения. Если используются малые люди, некоторые могут выполняться в одной камере для увеличения скорости фекалии и pseudofeces производства на камеру. Кроме того устройства может быть переработан с гораздо меньше экспериментальной камеры. Погода и море государства также могут быть важные ограничения, как они будут влиять на точность biodeposit проб. Экстремальные температуры и дождь могут уменьшить количество двустворчатых реплицирует, которые питаются. Глубина, на которой воды, которые развертываются насосов может изменяться между эксперименты для обеспечения Сестона, используемых в экспериментах отражают Сестона типичным глубины, на которой будет происходить двустворчатых культивирования. Несмотря на эти потенциальные ограничения метод предоставляет уникальную возможность для изучения фильтрации и кормления двустворчатых моллюсков в естественных условиях, с естественным Сестона, в отличие от смоделированных условиях в лаборатории. Полученные данные являются гораздо более реалистичными, чем лабораторных экспериментов и скорее всего, отражает производительность двустворчатых моллюсков в месте интерес. Новый метод для проведения судовых измерений значительно расширяет потенциальный географический охват.

Растущий интерес к мидий оффшорных аквакультурой представляет группу идеально пользователя для будущего применения этого метода. Сторон, заинтересованных в оптимизации размещения новых оффшорных аквакультурой операций можно использовать этот подход для изучения двустворчатых производительность в предлагаемых местах. Примером приложения, которое планируется является для проверки гипотезы о оптимальной глубины для сине мидий подвеска культуры в прибрежных водах южной части Новой Англии (Мидзута и Wikfors, в обзоре).

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы признать NEFSC и NOAA рыболовства службы управления аквакультуры для финансирования. Авторы благодарны их академических и отраслевых партнеров, Скотт Линдел, специалист исследования океанографического института Вудс отверстие и Фил Cruver, Генеральный директор Каталина море ранчо, который аранжированы и обеспечили доступ к морских районов выращивания мидий. Работы не было бы возможным без следующих рабочих платформ; R/V Капитан Джек принадлежащие Каталина море ранчо, R/V Джемма принадлежат и управляются морской биологической лаборатории, и R/V Виктор Loosanoff управляется NOAA рыболовства, северо-востоке научный центр рыболовства. Мы также благодарим капитанов лодке Джим Cvitanovich и Билл Klim за их опыт. Вернер Шрайнера представила его технического опыта в проектировании и изготовлении рамы, карданного таблицы и балластные цистерны, Главный танк и экспериментальной камеры.

Materials

GF/C glass microfibre filters Whatman 1822-025 25 mm diameter circles
Submersible Utility Pump Utilitech PPSU33 1/3 HP
Filtration manifold Sterlitech 313400 3-place manifold, PVC
Filter forceps Millipore XX6200006P
Filter funnel Ace Glass D140942 300 ml; glass
Frit support Fisher Scientific 09-753-14 25mm diameter; glass
Vacuum Filter Holders Fisher Scientific 09-753-4 For 25mm filter funnels and frit supports
Drying Oven Fisher Scientific 15-103-0503 Gravity convection
Box Furnace Oven ThermoFisher Scientific BF51794C
Ammonium formate Fisher Scientific A666-500
Tetraselmis sp. National Center for Marine Algae and Microbiota 119 strains of Tetraselmis sp. are available for sale by NCMA, and specific strain should be selected based on temperature of planned experiments. As such, we have not recommended a specific catalog number here.
Glass petri dish Fisher Scientific 08-747A 60 mm diameter
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pauly, D., Zeller, D. Catch reconstructions reveal that global marine fisheries catches are higher than reported and declining. Nature Communications. 7, 10244 (2015).
  2. Diana, J. S. Aquaculture production and biodiversity conservation. BioScience. 59 (1), 27-38 (2009).
  3. Gallardi, D. Effects of bivalve aquaculture on the environment and their possible mitigation: a review. Fisheries and Aquaculture Journal. 5, 105 (2014).
  4. Newell, R. I. E. Ecosystem influences on natural and cultivated populations of suspension-feeding bivalve molluscs: A review. Journal of Shellfish Research. 23 (1), 51-61 (2004).
  5. Lindahl, O., Kollberg, S. Can the EU agri-environmental aid program be extended into the coastal zone to combat eutrophication. Hydrobiologia. 629 (1), 59-64 (2009).
  6. Rose, J. M., Bricker, S. B., Tedesco, M. A., Wikfors, G. H. A role for shellfish aquaculture in coastal nitrogen management. Environmental Science & Technology. 48 (5), 2519-2525 (2014).
  7. McKindsey, C. W., Thetmeyer, H., Landry, T., Silvert, W. Review of recent carrying capacity models for bivalve culture and recommendations for research and management. Aquaculture. 261 (2), 451-462 (2006).
  8. Cheney, D., Langan, R., Heasman, K., Friedman, B., Davis, J. Shellfish culture in the open ocean: lessons learned for offshore expansion. Marine Technology Society Journal. 44 (3), 55-67 (2010).
  9. Shumway, S. E. . Shellfish aquaculture and the environment. , (2011).
  10. Dame, R. F. . Ecology of marine bivalves: An ecosystem approach. , (2011).
  11. Bayne, B. L., et al. Feeding behaviour of the mussel, Mytilus edulis: responses to variations in quantity and organic content of the seston quantity and organic content of the seston. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 73 (4), 813-829 (1993).
  12. Ward, J. E., Shumway, S. E. Separating the grain from the chaff: particle selection in suspension- and deposit-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 300 (1-2), 83-130 (2004).
  13. Heck, K. L., Valentine, J. F. The primacy of top-down effects in shallow benthic ecosystems. Estuaries and Coasts. 30 (3), 371-381 (2007).
  14. Prins, T. C., Smaal, A. C., Dame, R. F. A review of the feedbacks between bivalve grazing and ecosystem processes. Aquatic Ecology. 31 (4), 349-359 (1998).
  15. Ferreira, J. G., Saurel, C., Lencarte e Silva, J. D., Nunes, J. P., Vazquez, F. Modelling of interactions between inshore and offshore aquaculture. Aquaculture. 426, 154-164 (2014).
  16. Stevens, C., Plew, D., Hartstein, N., Fredriksson, D. The physics of open-water shellfish aquaculture. Aquacultural Engineering. 38 (3), 145-160 (2008).
  17. Iglesias, J. I. P., Urrutia, M. B., Navarro, E., Ibarrola, I. Measuring feeding and absorption in suspension-feeding bivalves: an appraisal of the biodeposition method. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 219 (1-2), 71-86 (1998).
  18. Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves – the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
  19. Møhlenberg, F., Riisgård, H. U. Efficiency of particle retention in 13 species of suspension feeding bivalves. Ophelia. 17, 239-246 (1978).
  20. Shumway, S. E., Cucci, T. L., Newell, R. C., Yentsch, C. M. Particle selection, ingestion, and absorption in filter-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 91 (1-2), 77-92 (1985).
  21. Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
  22. Galimany, E., Ramón, M., Ibarrola, I. Feeding behavior of the mussel Mytilus galloprovincialis (L.) in a Mediterranean estuary: A field study. Aquaculture. 314 (1-4), 236-243 (2011).
  23. Wilcox, R. R. . Understanding and applying basic statistical methods using R. , (2017).
  24. Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
  25. Filgueira, R., Labarta, U., Fernández-Reiriz, M. J. Flow-through chamber method for clearance rate measurements in bivalves: design and validation of individual chambers and mesocosm. Limnology and Oceanography Methods. 4, 284-292 (2006).
  26. Grizzle, R. E., Greene, J. K., Luckenbach, M. W., Coen, L. D. A new in situ method for measuring seston uptake by suspension-feeding bivalve molluscs. Journal of Shellfish Research. 25 (2), 643-649 (2006).
  27. Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves – the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
  28. Newell, C. R., Wildish, D. J., MacDonald, B. A. The effects of velocity and seston concentration on the exhalant siphon area, valve gape and filtration rate of the mussel Mytilus edulis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 262 (1), 91-111 (2001).

Tags

Bivalve Suspension FeedingShellfish EcologyAquacultureEcosystem ServicesGimbal TableBallast TankFeeding ChamberFlow Rate CalibrationField Experiment

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Galimany, E., Rose, J. M., Dixon, M. S., Alix, R., Li, Y., Wikfors, G. H. Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea. J. Vis. Exp. (139), e58213, doi:10.3791/58213 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image