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Publication
Management of the purple sea urchin (Paracentrotus lividus, Lamark 1816) gametogenic cycle through the manipulation of photoperiod, temperature and feeding
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Sea urchins’ gonads are considered as a delicacy, with certain countries such as Japan, Honk Kong and United States, having the highest import rate worldwide. The rising demand has led to an unsustainable exploitation of the wild sea urchins’ stocks. This situation led to the development of echinoculture, covering the ongoing demand and alleviating the fishing pressure. Past studies have shown encouraging results on the somatic and gonadal development, when the feed availability isn’t a limiting factor. In this study, 308 individuals of Paracentrotus lividus were tested in four (4) distinguished methods: a) natural (non-manipulated) photoperiod and temperature, corresponding to the experiment’s time period, with natural diet (Ulva spp.), b) natural photoperiod and temperature with a formulated diet (pellets), c) manipulated photoperiod and temperature with natural diet (Ulva spp.), corresponding to the environmental conditions starting from January until June and d) manipulated conditions with pellets as feed. Data regarding monthly: feed intake, gonadosomatic index and the state of the gonad maturation, were gathered and statistically analyzed. GSI was increased in all the groups regardless of the treatment. Significant differences were found in the sea urchins fed with pellets which had the highest final GSI, compared to the sea urchins fed with Ulva spp. There was no correlation between GSI and the natural or manipulated environmental conditions. The sea urchins in manipulated photoperiod and temperature, after the spawning period in December 2021 – January 2022, had advanced in their gametogenic cycle, compared to the sea urchins in natural environmental conditions. Overall, the experiment verified past studies in were by manipulating the rearing conditions (photoperiod, water temperature), the gametogenic cycle of P. lividus progressed faster, supporting the world echinoculture industry.
A indústria da aquacultura tem sido capaz de cobrir a crescente procura global de produtos da pesca. Em 2018, a indústria aquícola mundial atingiu o recorde de 114,5 milhões de toneladas de peso vivo, com valor de mercado de 263,6 milhões de dólares. O crescimento da aquacultura é notável, partindo de 25,7% em 2000 e chegando a 45% em 2018. É evidente que os produtos da aquacultura têm grande impacto nas estratégias globais de segurança alimentar e nutrição.As gónadas dos ouriços-do-mar são consideradas uma iguaria, sendo o Japão, Honk Kong e Estados Unidos, os países com maior taxa de importação em todo o mundo. Do ponto de vista nutricional, este produto é considerado uma valiosa fonte de proteínas, ácidos gordos (nomeadamente os poliinsaturados, PUFA), carbohidratos e carotenóides. O aumento da procura destes organismos para consumo levou a uma exploração insustentável das populacões de ouriços-do-mar selvagens. Esta situação levou ao desenvolvimento da equinocultura, cobrindo a procura e aliviando a pressão da pesca. Pesquisas anteriores mostraram resultados animadores sobre o desenvolvimento somático e das gonadas, quando a disponibilidade alimentar não é um fator limitante. Além disso, parâmetros físicos como o fotoperíodo e temperatura podem afetar positivamente o crescimento das gónadas, com a temperatura a apresentar maior significância neste aumento. Neste estudo, são investigadas as condições ambientais e de alimentação adequadas na equinocultura de Paracentrus lividus, em condições de laboratório no período de outubro de 2021 a fevereiro de 2022. No ensaio, 308 indivíduos de P. lividus foram sujeitos a 4 tratamentos: a) fotoperíodo (não manipulado) e temperatura naturais, durante o período de tempo do ensaio, com dieta natural (Ulva spp., NUC), b) fotoperíodo e temperatura natural, com dieta formulada (“pellets”, NPC), c) fotoperíodo e temperatura manipulados (simulando as condições ambientais de janeiro a junho) e com dieta natural (Ulva spp., MUC), e d) condições manipuladas com “pellets” como ração (MPC). Para as condições ambientais naturais, o fotoperíodo foi de 9,4L:14,6D a 10,4L:13,6D, enquanto a temperatura variou entre 13,92-19,22°C. Em relação às condições ambientais manipuladas, o fotoperíodo variou entre 10,1L:13,9D e 13,5L:11,5D. A temperatura para as condições manipuladas foi de 14,58-18,01 °C. Para cada tratamento foram estabelecidas três (3) replicados, em tanques com dimensões de 0,45*0,7*0,45 m totalizando um volume de 100 L. Os ouriços-do-mar foram colocados dentro de caixas plásticas de dimensões 0,57*0,38*0,08 m, com uma rede plástica divisora no meio para diferenciar os ouriços-do-mar consoante o seu regime de alimentar. A temperatura da água foi regulada com o uso de refrigeradores-aquecedores programados e o fotoperíodo com o uso de uma cubertura preta e iluminação temporizada. A renovação da água foi de aproximadamente 112,5 L/h, com arejamento garantido com pedras difusoras. A temperatura da água e os níveis de oxigénio foram medidos diariamente com o auxílio de uma sonda multi-paramétrica da Estação Piloto de Piscicultura de Olhão (EPPO). Os “pellets” utilizados neste ensaio, foram desenvolvidos e fabricados pela SPAROS, I&D (Olhão, Portugal), enquanto que a Ulva spp. foi recolhida de um tanque de terra nas instalações da EPPO. Os ouriços-do-mar foram alimentados uma vez a cada 3-4 dias e a quantidade de ração foi adaptada de acordo com a biomassa total existente. A amostragem mensal foi realizada determinando o peso total de cada replicado. Foram recolhidos 5 indivíduos para avaliação gonadossomática e para processamento histológico e posterior análise. O peso total das gónadas foi registado. Os estados de desenvolvimento das gónadas de P. lividus foram identificados de acordo com a escala de maturação de Byrne (1990) em seis estados: recuperação (I), crescimento (II), prematuro (III), maduro (IV), postura (V) e pós-postura (VI) Mensalmente foram recolhidos e analisados estatisticamente os seguintes dados: consumo de ração, índice gonadossomático e estado de maturação das gónadas. Os dados foram testados para normalidade (Shapiro-Wilk) e para variâncias iguais (teste de Levene) antes de compará-los para diferenças significativas. Em continuação para as medidas de consumo de ração e GSI, o teste t de Welch Two Sample e o teste não paramétrico de Kruskal-Wallis foram usados com um contraste adicional post hoq ANOVA Tukey, quando o teste não paramétrico foi significativo (p<0,05). Os ouriços-do-mar alimentados com ração granulada apresentaram um consumo de ração menor em comparação com os ouriços-do-mar alimentados com Ulva spp., sendo o consumo médio máximo de ração de 0,427 e 1,406 g/dia/SU, respectivamente. Este resultados pode ser atribuído ao fato de que os ouriços-do-mar, devido a um mecanismo de adaptação, poderem consumir menos ração e atingir o crescimento adequado quando a ração é rica em proteína bruta. Não houve diferenças estatisticamente significativas em relação ao consumo de ração e às condições ambientais (naturais e manipuladas). O Indice Gonadossomático (IGS) inicial foi de 0,63 ± 0,44%. Sendo que os ouriços-do-mar alimentados com ração apresentaram maiores valores de IGS, quando comparados ao grupo com Ulva spp. O maior valor final foi medido nos ouriços-do-mar alimentados com pellets em condições manipuladas (16,81 ±1,82%), enquanto o menor foi observado nos ouriços-do-mar alimentados com Ulva spp. em condições manipuladas (11,08 ±4,41). Os fagócitos nutritivos nas gónadas podem acumular os nutrientes de forma mais eficiente, quando a dieta contém altas percentagens de proteína. Não se verificou efeito significativo das condições ambientais naturais ou manipuladas no IGS. Após o período de desova (dezembro de 2021 a janeiro de 2022), o IGS não diminuiu significativamente, o que pode ser atribuído ao duplo papel das gónadas como órgãos reprodutivos e armazenamento de nutrientes. Em relação à maturação das gónadas os dados foram analisados qualitativamente. A amostragem inicial foi composta por 8 indivíduos, tendo-se verificado que todos eram imaturos. A razão sexual (masculino:feminino) foi de 1:1. Durante o período de dezembro de 2021 a janeiro de 2022, através da análise histológica verificou-se a ocorrência de desova não registada. A manipulação das condições ambientais (temperatura, fotoperíodo) promoveram um aceleramento do ciclo gametogenético. Durante o mês de janeiro de 2022, para o tratamento com as condições ambientais manipuladas para os dois regimes alimentares (Ulva spp. e ração) tiveram menos individuos em avançado estado de maturação. Assim, para os grupos alimentados com Ulva spp. (MUC) os estados de desenvolvimento encontrados foram (I, II, III e VI), enquanto que para o grupo alimentado com ração (MPC) os estados foram (I, II e VI). Em contraste, para o mesmo mês houve mais estados presentes para o tratamento com condições ambientais naturais no regime alimentar Ulva spp (NUC). Nos grupos (NUC) e (NPC), os estados de maturação presentes foram I-IV e II-VI, respectivamente. Com a manipulação das condições ambientais, os ouriços-do-mar conseguiram progredir mais rapidamente e ter um fenómeno de "estratificação" menos evidente durante o mês de janeiro, promovendo a sincronização das gónadas. Esta técnica de reprodução pode produzir resultados positivos na produção indústrial de ouriços-do-mar. Trabalhos futuros deverão ser concentrados no impacto das condições ambientais (vários regimes de temperatura e fotoperíodo), em comparação com condições constantes, para facilitar a anáolise de dados.
A indústria da aquacultura tem sido capaz de cobrir a crescente procura global de produtos da pesca. Em 2018, a indústria aquícola mundial atingiu o recorde de 114,5 milhões de toneladas de peso vivo, com valor de mercado de 263,6 milhões de dólares. O crescimento da aquacultura é notável, partindo de 25,7% em 2000 e chegando a 45% em 2018. É evidente que os produtos da aquacultura têm grande impacto nas estratégias globais de segurança alimentar e nutrição.As gónadas dos ouriços-do-mar são consideradas uma iguaria, sendo o Japão, Honk Kong e Estados Unidos, os países com maior taxa de importação em todo o mundo. Do ponto de vista nutricional, este produto é considerado uma valiosa fonte de proteínas, ácidos gordos (nomeadamente os poliinsaturados, PUFA), carbohidratos e carotenóides. O aumento da procura destes organismos para consumo levou a uma exploração insustentável das populacões de ouriços-do-mar selvagens. Esta situação levou ao desenvolvimento da equinocultura, cobrindo a procura e aliviando a pressão da pesca. Pesquisas anteriores mostraram resultados animadores sobre o desenvolvimento somático e das gonadas, quando a disponibilidade alimentar não é um fator limitante. Além disso, parâmetros físicos como o fotoperíodo e temperatura podem afetar positivamente o crescimento das gónadas, com a temperatura a apresentar maior significância neste aumento. Neste estudo, são investigadas as condições ambientais e de alimentação adequadas na equinocultura de Paracentrus lividus, em condições de laboratório no período de outubro de 2021 a fevereiro de 2022. No ensaio, 308 indivíduos de P. lividus foram sujeitos a 4 tratamentos: a) fotoperíodo (não manipulado) e temperatura naturais, durante o período de tempo do ensaio, com dieta natural (Ulva spp., NUC), b) fotoperíodo e temperatura natural, com dieta formulada (“pellets”, NPC), c) fotoperíodo e temperatura manipulados (simulando as condições ambientais de janeiro a junho) e com dieta natural (Ulva spp., MUC), e d) condições manipuladas com “pellets” como ração (MPC). Para as condições ambientais naturais, o fotoperíodo foi de 9,4L:14,6D a 10,4L:13,6D, enquanto a temperatura variou entre 13,92-19,22°C. Em relação às condições ambientais manipuladas, o fotoperíodo variou entre 10,1L:13,9D e 13,5L:11,5D. A temperatura para as condições manipuladas foi de 14,58-18,01 °C. Para cada tratamento foram estabelecidas três (3) replicados, em tanques com dimensões de 0,45*0,7*0,45 m totalizando um volume de 100 L. Os ouriços-do-mar foram colocados dentro de caixas plásticas de dimensões 0,57*0,38*0,08 m, com uma rede plástica divisora no meio para diferenciar os ouriços-do-mar consoante o seu regime de alimentar. A temperatura da água foi regulada com o uso de refrigeradores-aquecedores programados e o fotoperíodo com o uso de uma cubertura preta e iluminação temporizada. A renovação da água foi de aproximadamente 112,5 L/h, com arejamento garantido com pedras difusoras. A temperatura da água e os níveis de oxigénio foram medidos diariamente com o auxílio de uma sonda multi-paramétrica da Estação Piloto de Piscicultura de Olhão (EPPO). Os “pellets” utilizados neste ensaio, foram desenvolvidos e fabricados pela SPAROS, I&D (Olhão, Portugal), enquanto que a Ulva spp. foi recolhida de um tanque de terra nas instalações da EPPO. Os ouriços-do-mar foram alimentados uma vez a cada 3-4 dias e a quantidade de ração foi adaptada de acordo com a biomassa total existente. A amostragem mensal foi realizada determinando o peso total de cada replicado. Foram recolhidos 5 indivíduos para avaliação gonadossomática e para processamento histológico e posterior análise. O peso total das gónadas foi registado. Os estados de desenvolvimento das gónadas de P. lividus foram identificados de acordo com a escala de maturação de Byrne (1990) em seis estados: recuperação (I), crescimento (II), prematuro (III), maduro (IV), postura (V) e pós-postura (VI) Mensalmente foram recolhidos e analisados estatisticamente os seguintes dados: consumo de ração, índice gonadossomático e estado de maturação das gónadas. Os dados foram testados para normalidade (Shapiro-Wilk) e para variâncias iguais (teste de Levene) antes de compará-los para diferenças significativas. Em continuação para as medidas de consumo de ração e GSI, o teste t de Welch Two Sample e o teste não paramétrico de Kruskal-Wallis foram usados com um contraste adicional post hoq ANOVA Tukey, quando o teste não paramétrico foi significativo (p<0,05). Os ouriços-do-mar alimentados com ração granulada apresentaram um consumo de ração menor em comparação com os ouriços-do-mar alimentados com Ulva spp., sendo o consumo médio máximo de ração de 0,427 e 1,406 g/dia/SU, respectivamente. Este resultados pode ser atribuído ao fato de que os ouriços-do-mar, devido a um mecanismo de adaptação, poderem consumir menos ração e atingir o crescimento adequado quando a ração é rica em proteína bruta. Não houve diferenças estatisticamente significativas em relação ao consumo de ração e às condições ambientais (naturais e manipuladas). O Indice Gonadossomático (IGS) inicial foi de 0,63 ± 0,44%. Sendo que os ouriços-do-mar alimentados com ração apresentaram maiores valores de IGS, quando comparados ao grupo com Ulva spp. O maior valor final foi medido nos ouriços-do-mar alimentados com pellets em condições manipuladas (16,81 ±1,82%), enquanto o menor foi observado nos ouriços-do-mar alimentados com Ulva spp. em condições manipuladas (11,08 ±4,41). Os fagócitos nutritivos nas gónadas podem acumular os nutrientes de forma mais eficiente, quando a dieta contém altas percentagens de proteína. Não se verificou efeito significativo das condições ambientais naturais ou manipuladas no IGS. Após o período de desova (dezembro de 2021 a janeiro de 2022), o IGS não diminuiu significativamente, o que pode ser atribuído ao duplo papel das gónadas como órgãos reprodutivos e armazenamento de nutrientes. Em relação à maturação das gónadas os dados foram analisados qualitativamente. A amostragem inicial foi composta por 8 indivíduos, tendo-se verificado que todos eram imaturos. A razão sexual (masculino:feminino) foi de 1:1. Durante o período de dezembro de 2021 a janeiro de 2022, através da análise histológica verificou-se a ocorrência de desova não registada. A manipulação das condições ambientais (temperatura, fotoperíodo) promoveram um aceleramento do ciclo gametogenético. Durante o mês de janeiro de 2022, para o tratamento com as condições ambientais manipuladas para os dois regimes alimentares (Ulva spp. e ração) tiveram menos individuos em avançado estado de maturação. Assim, para os grupos alimentados com Ulva spp. (MUC) os estados de desenvolvimento encontrados foram (I, II, III e VI), enquanto que para o grupo alimentado com ração (MPC) os estados foram (I, II e VI). Em contraste, para o mesmo mês houve mais estados presentes para o tratamento com condições ambientais naturais no regime alimentar Ulva spp (NUC). Nos grupos (NUC) e (NPC), os estados de maturação presentes foram I-IV e II-VI, respectivamente. Com a manipulação das condições ambientais, os ouriços-do-mar conseguiram progredir mais rapidamente e ter um fenómeno de "estratificação" menos evidente durante o mês de janeiro, promovendo a sincronização das gónadas. Esta técnica de reprodução pode produzir resultados positivos na produção indústrial de ouriços-do-mar. Trabalhos futuros deverão ser concentrados no impacto das condições ambientais (vários regimes de temperatura e fotoperíodo), em comparação com condições constantes, para facilitar a anáolise de dados.
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p. lividus Reprodução Fotoperíodo Temperatura Equinocultura