Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

טכניקות יעילות להאכלה ולתרבית אקס-סיטו של אלמוג סקלרטיני, Pocillopora acuta

Published: June 23, 2023 doi: 10.3791/65395
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 1,2
1Department of Planning and Research, National Museum of Marine Biology & Aquarium, 2Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University

Summary

שינויי האקלים משפיעים על מערכות אקולוגיות של שוניות אלמוגים ברחבי העולם. אלמוגים שמקורם במערכות חקלאות ימית לשעבר יכולים לסייע בתמיכה במאמצי שיקום ומחקר. להלן מתוארות טכניקות האכלה ותרבית אלמוגים שניתן להשתמש בהן כדי לקדם תחזוקה ארוכת טווח של אלמוגים סקלרטיניים ex-situ .

Abstract

שינויי האקלים משפיעים על הישרדותם, צמיחתם וגיוסם של אלמוגים ברחבי העולם, עם שינויים בקנה מידה גדול בשפע ובהרכב הקהילה הצפויים במערכות אקולוגיות של שוניות במהלך העשורים הקרובים. ההכרה בהידרדרות השונית הניעה מגוון התערבויות אקטיביות חדשניות מבוססות מחקר ושיקום. חקלאות ימית Ex situ יכולה למלא תפקיד תומך באמצעות הקמת פרוטוקולים חזקים של תרביות אלמוגים (למשל, לשיפור הבריאות והרבייה בניסויים ארוכי טווח) ובאמצעות אספקת מלאי ברודסטוק עקבי (למשל, לשימוש בפרויקטים של שיקום). כאן, טכניקות פשוטות להאכלה ולתרבית אקס-סיטו של אלמוגים סקלרטיניים מתוארות באמצעות האלמוג הנפוץ והנחקר היטב, Pocillopora acuta, כדוגמה. כדי להדגים גישה זו, מושבות אלמוגים נחשפו לטמפרטורות שונות (24 מעלות צלזיוס לעומת 28 מעלות צלזיוס) וטיפולי הזנה (מוזנים לעומת לא מוזנים) והושוו תפוקת הרבייה והתזמון, כמו גם ההיתכנות של הזנת ארטמיה נאופלי לאלמוגים בשתי הטמפרטורות. תפוקת הרבייה הראתה שונות גבוהה בין מושבות, עם מגמות שונות שנצפו בין טיפולי הטמפרטורה; ב 24 °C (75 °F), מושבות מוזנות הפיקו יותר זחלים מאשר מושבות לא מוזנות, אבל ההפך נמצא במושבות תרבית ב 28 °C (75 °F). כל המושבות התרבו לפני הירח המלא, והבדלים בתזמון הרבייה נמצאו רק בין מושבות לא מוזנות בטיפול של 28 מעלות צלזיוס לבין מושבות מוזנות בטיפול של 24 מעלות צלזיוס (יום ירח ממוצע של רבייה ± סטיית תקן: 6.5 ± 2.5 ו-11.1 ± 2.6, בהתאמה). מושבות האלמוגים ניזונו ביעילות מארטמיה נאופלי בשתי טמפרטורות הטיפול. טכניקות האכלה ותרבות מוצעות אלה מתמקדות בהפחתת עקה של אלמוגים ובקידום אריכות ימים של הרבייה באופן חסכוני וניתן להתאמה אישית, עם ישימות רב-תכליתית הן במערכות חקלאות ימית זורמת והן במערכות חקלאות ימית.

Introduction

מערכות אקולוגיות רבות של שוניות אלמוגים ברחבי העולם אובדות ומתדרדרות כתוצאה מעקה בטמפרטורה גבוהה המונעת על ידי שינויי אקלים 1,2. הלבנת אלמוגים (כלומר, התפרקותסימביוזה 3 של אלמוגים-אצות) נחשבה לנדירה יחסיתב-4 השנים האחרונות, אך כיום היא מתרחשת בתדירות גבוהה יותר5, כאשר הלבנה שנתית צפויה להתרחש באזורים רבים עד אמצע המאהה-6,7. קיצור תקופת הביניים בין אירועי הלבנה עלול להגביל את יכולת עמידות השונית8. ההשפעות הישירות של עקה בטמפרטורה גבוהה על מושבות אלמוגים (למשל, נזק לרקמות9; דלדול אנרגיה10) קשורות באופן מהותי להשפעות עקיפות ברמת סולם השונית, שירידה ביכולת הרבייה/גיוס מדאיגה במיוחד11. זה דרבן מגוון של מחקרים יישומיים שחקרו, למשל, את השיפור הפעיל באתרו של גיוס (למשל, זריעת שוניות12), טכנולוגיות חדשות להרחבת שיקום אלמוגים 13, והדמיה של רמזי רבייה כדי לגרום לרבייה במערכות ex-situ 14. משלימים התערבויות פעילות אלה הם ההכרה האחרונה ביתרונות של הזנה הטרוטרופית באלמוגים תחת לחץ טמפרטורה גבוהה15 וחקר התפקיד שאספקת מזון עשויה למלא ברבייה16.

הזנה הטרוטרופית ידועה כמשפיעה על הביצועים של אלמוגים17 ונקשרה באופן ספציפי לגדילה מוגברת של אלמוגים18,19, כמו גם עמידות תרמית ועמידות20,21. עם זאת, היתרונות של הטרוטרופיה אינם נפוצים בקרב מיני אלמוגים22 ויכולים להשתנות בהתאם לסוג המזון הנצרך 23, כמו גם רמת החשיפה לאור24. בהקשר של רבייה של אלמוגים, האכלה הטרוטרופית הראתה תוצאות משתנות, עם תצפיות של25 גבוה יותר כמו גם נמוך יותר26 יכולת רבייה לאחר האכלה הטרוטרופית דווחו. ההשפעה של הזנה הטרוטרופית על רבייה של אלמוגים על פני ספקטרום של טמפרטורות מוערכת רק לעתים רחוקות, אך באלמוגים הממוזגים Cladocora caespitosa, הטרוטרופיה נמצאה חשובה יותר לרבייה בתנאי טמפרטורה נמוכים יותר27. הבנה טובה יותר של תפקיד הטמפרטורה וההזנה על תפוקת הרבייה נדרשת ככל הנראה כדי לקבוע אם שוניות ספציפיות (למשל, שוניות הקשורות לזמינות מזון גבוהה28) הן בעלות יכולת גיוס גבוהה יותר תחת שינויי אקלים.

בדומה לתפוקת הרבייה, השפעת הטמפרטורה וההזנה על תזמון הרבייה באלמוגים עדיין לא נחקרה מספיק, למרות שסנכרון הרבייה עם תנאים אביוטיים/ביוטיים הוא שיקול חשוב להצלחת הגיוס באוקיינוס מתחמם29. טמפרטורות חמות יותר הוכחו כגורמות לרבייה מוקדמת יותר במחקרי מיזוג תרמי של אלמוגים שנערכו במעבדה30, וזה נצפה גם באלמוגים שנאספו משוניות טבעיות לאורך עונות31. עם זאת, באופן מעניין, מגמה הפוכה נצפתה לאחרונה באלמוגים מוזנים שגודלו בתרבית במשך שנה אחת במערכת זרימה ex-situ (כלומר, רבייה התרחשה מוקדם יותר במחזור הירח בטמפרטורות חורף קרירות יותר ומאוחר יותר במחזור הירח בטמפרטורות קיץ חמות יותר)32. תוצאה מנוגדת זו מצביעה על כך שתזמון הרבייה עשוי לסטות מדפוסים אופייניים בתנאים הקשורים לשפע משאבים אנרגטיים.

ניסויים מבוקרים ארוכי טווח בתרחישי טמפרטורה שונים יכולים לתרום להבנה טובה יותר של השפעת הטרוטרופיה על רבייה באלמוגים סקלרטיניים. עם זאת, שמירה על מושבות אלמוגים מתרבה בתנאי ex-situ עבור מחזורי רבייה מרובים יכולה להיות מאתגרת (אך ראו מחקר קודם32,33). להלן מתוארות טכניקות פשוטות ויעילות להאכלה פעילה (מקור מזון: Artemia nauplii) ולתרבית ארוכת טווח של אלמוג מתנדנד (Pocillopora acuta) במערכת חקלאות ימית זורמת; עם זאת, יש לציין כי כל הטכניקות המתוארות יכולות לשמש גם במחזור מערכות חקלאות ימית. כדי להדגים טכניקות אלה, נערכה השוואה ראשונית של תפוקת הרבייה והתזמון של מושבות אלמוגים המוחזקות ב -24 מעלות צלזיוס ו -28 מעלות צלזיוס תחת טיפולים "מוזנים" ו"לא מוזנים". טמפרטורות אלה נבחרו כדי להעריך את טמפרטורות מי הים בחורף ובקיץ, בהתאמה, בדרום טייוואן30,34; טמפרטורה גבוהה יותר לא נבחרה מכיוון שקידום תרבית אקס-סיטו ארוכת טווח, במקום בדיקת תגובת האלמוגים לעקה תרמית, היה המטרה העיקרית של ניסוי זה. יתר על כן, צפיפות ארטמיה נאופלי לפני ואחרי מפגשי ההאכלה כומתה כדי להשוות את ההיתכנות של הזנה הטרוטרופית בשני טיפולי הטמפרטורה.

באופן ספציפי, 24 מושבות של P. acuta (הרחבה ליניארית כוללת ממוצעת ± סטיית תקן: 21.3 ס"מ ± 2.8 ס"מ) התקבלו ממכלי זרימה במתקני המחקר של המוזיאון הלאומי לביולוגיה ימית ואקווריום, בדרום טייוואן. Pocillopora acuta הוא מין אלמוג נפוץ בעל השרצה משודרת, אך בדרך כלל אסטרטגיית רבייה35,36. מושבות האב של אלמוגים אלה נאספו במקור משונית המוצא (21.931°E, 120.745°N) כשנתיים קודם לכן לניסוי נוסף32. כתוצאה מכך, מושבות האלמוגים ששימשו בניסוי הנוכחי גודלו במשך כל חייהן בתנאי תרבית אקס-סיטו; באופן ספציפי, המושבות נחשפו לטמפרטורת הסביבה ולמחזור אור כהה של 12 שעות:12 שעות ב-250 μmol quanta m−2·s-1 והוזנו בארטמיה נאופלי פעמיים בשבוע. אנו מכירים בכך שתרבות אקס-סיטו ארוכת טווח זו יכלה להשפיע על האופן שבו הגיבו המושבות לתנאי הטיפול בניסוי זה. לכן, ברצוננו להדגיש כי המטרה העיקרית כאן היא להמחיש כיצד ניתן להשתמש ביעילות בטכניקות המתוארות לתרבית אלמוגים ex-situ על ידי הדגמת דוגמה יישומית שבה הוערכו ההשפעות של טמפרטורה והזנה על רבייה של אלמוגים.

מושבות האלמוגים חולקו באופן שווה על פני שישה מכלי תרבית של מערכת זרימה (אורך פנימי של המיכל x רוחב x גובה: 175 ס"מ x 62 ס"מ x 72 ס"מ; משטר אור מיכל: 12 שעות:12 שעות אור: מחזור כהה ב-250 מיקרומול קוונטה m−2·s−1) (איור 1A). הטמפרטורה בשלושה מהטנקים נקבעה על 28 °C (75 °F), והטמפרטורה בשלושת הטנקים האחרים נקבעה על 24 °C (75 °F); לכל מכל היה חוטב עצים שרשם את הטמפרטורה כל 10 דקות (ראו טבלת חומרים). הטמפרטורה נשלטה באופן עצמאי בכל מכל באמצעות צ'ילרים ותנורי חימום, וזרימת המים נשמרה באמצעות מנועי זרימה (ראה טבלת חומרים). מחצית מהמושבות בכל טנק (n = 2 מושבות / טנק) הוזנו בארטמיה נאופלי פעמיים בשבוע, בעוד שהמושבות האחרות לא ניזונו. כל מפגש האכלה נמשך 4 שעות והתנהל בשני מכלי הזנה עצמאיים ספציפיים לטמפרטורה. במהלך ההאכלה, כל המושבות הועברו למכלי ההאכלה, כולל המושבות הלא מוזנות, כדי לתקנן את אפקט הלחץ הפוטנציאלי של העברת המושבות בין המכלים. המושבות בטיפולים המוזנים והלא מוזנים מוקמו בתא משלהן באמצעות מסגרת מרושתת בתוך מיכלי ההזנה הספציפיים לטמפרטורה, כך שרק המושבות במצב המוזן קיבלו מזון. תפוקת הרבייה של האלמוגים ועיתוי הוערכו עבור כל מושבה מדי יום בשעה 09:00 בבוקר על ידי ספירת מספר הזחלים ששוחררו למכלי איסוף הזחלים במהלך הלילה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. מושבות אלמוגים תלויותבמיכלי חקלאות ימית אקס סיטו

  1. מקמו מוט מחורץ (אורך X רוחב X גובה: 75 ס"מ x 1 ס"מ x 3 ס"מ), המכונה להלן "מוט תלייה", על פני מיכל התרבית לקראת תליית מושבות האלמוגים.
    הערה: מוט התלייה ששימש בניסוי זה נעשה בהתאמה אישית, אך צינור PVC פשוט עם ברגים בולטים (כלומר, לשמש כחריצים) יספיק כל עוד ניתן למקם אותו בצורה יציבה לאורך החלק העליון של מכל התרבית והוא חזק מספיק כדי להחזיק את האלמוגים.
  2. מדדו פיסת חוט דיג (ראו טבלת חומרים) לאורך ~1.5 מ', ואז קפלו אותה לשניים פעמיים.
    הערה: יש לבחור את האורך ההתחלתי של קו הדיג על סמך המיקום הסופי הרצוי של מושבת האלמוגים במיכל התרבית.
  3. צור קשר קטן בסוף קו הדיג המקופל שיש לו את הקצוות הראשונים של קו הדיג.
    הערה: לאחר ביצוע הקשר, צריכות להיות שתי לולאות גדולות בחלק התחתון ולולאה אחת קטנה בחלק העליון.
  4. מקמו את מושבת האלמוגים באמצע שתי הלולאות הגדולות כך שהלולאות ימוקמו סביב המושבה ויוכלו להחזיק היטב את האלמוג כאשר הוא תלוי במים.
  5. חברו את הלולאה העליונה הקטנה של חוט הדיג לחריץ על מוט התלייה (איור 1B).

2. האכלת אלמוגים

  1. ביצוע מיכל האכלה
    1. בניית מסגרת מלבנית באמצעות צינור אקרילי (אורך X רוחב X גובה: 25 ס"מ x 60 ס"מ x 25 ס"מ). צרו שני תאים נפרדים במסגרת שבה אלמוגים שניזונים ואלמוגים שלא ניזונו יכולים להיות ממוקמים בהתאמה (איור 1C).
      הערה: צינור אקרילי שימש מכיוון שהוא קל משקל (כלומר, בניגוד לצינור PVC כבד יותר) ולכן יכול להקל על תנועה קלה יותר של מיכל ההזנה פנימה / החוצה ממיכלי התרבית.
    2. השתמש באקדח דבק חם כדי להדביק 100 מיקרומטר של רשת פלנקטון לתחתית ולצדדים של המסגרת.
    3. קדח סך של ~10 חורים קטנים (בקוטר 0.5 ס"מ) לתוך הצינורות (במיוחד לאורך הצדדים ותחתית המסגרת) כדי למנוע ממיכל ההזנה לצוף כאשר הוא ממוקם במיכל התרבית.
    4. קודחים חורים (~ בקוטר 0.5 ס"מ) דרך רשת הפלנקטון בכל פינה של מיכל ההזנה.
    5. הניחו צינור בקוטר 8 ס"מ בקוטר 8 ס"מ דרך חורי הפינות, והשתמשו באקדח דבק חם כדי לקבע אותו למקומו.
      הערה: צינורות אלה יחוברו למשאבת אוויר ולאבני בועות במהלך ההזנה (ראה שלב 2.3.2 לפרטים נוספים).
  2. טיפוח ארטמיה
    1. אספו 2 ליטר של מי ים ממכל הזנה עצמאי, ושפכו את מי הים למכל בקיעה של ארטמיה (איור 1D).
      הערה: בניסוי הנוכחי ששימש להדגמת הפרוטוקולים, נעשה שימוש בשני מיכלי הזנה עצמאיים ספציפיים לטיפול, מה שהצריך הכנה של שני מיכלי בקיעה לגידול ארטמיה .
    2. חברו משאבת אוויר לצנרת המחוברת לתחתית מיכל הבקיעה למשך כ-10 דקות לפני הוספת ציסטות ארטמיה .
    3. בזמן ההמתנה, השתמשו באיזון כדי למדוד 8 גרם של ציסטות ארטמיה (ראו טבלת חומרים).
      הערה: כדי לקבל צפיפות ממוצעת של 35 ארטמיה nauplii/mL בודדים, כפי שהוצע על ידי Huang et al.19, השתמש ביחס של 4 גרם של ציסטות ארטמיה ל 1 ליטר של מי ים.
    4. לאחר 10 דקות, יוצקים את 8 גרם של ציסטות ארטמיה לתוך מיכל בקיעה.
    5. לדגור על ציסטות ארטמיה במשך 48 שעות.
  3. הכנת מיכל ההאכלה
    1. הכניסו את מיכל ההזנה למיכל ההזנה כך שחלקו העליון של המיכל יהיה מעל פני המים.
    2. חברו את החלק החיצוני של הצינור הפינתי של מיכל ההזנה למשאבת אוויר, שתספק אוויר לאבני בועות כדי להקל על זרימת המים במהלך ההאכלה.
    3. הפעל את משאבת האוויר ~ 5 דקות לפני תחילת ההאכלה.
  4. ארטמיה נאופלי העשרה ואיסוף
    1. יש להוסיף 1.5 מ"ל של דיאטת העשרה (ראו טבלת חומרים) למיכל הבקיעה שעתיים לפני זמן ההאכלה הרצוי.
      הערה: יחס של 0.75 מ"ל של דיאטת העשרה ל 1 ליטר מי ים מומלץ על ידי Huang et al.19.
    2. לאחר שעתיים, כבה את השסתום המספק אוויר למיכל הבקיעה.
    3. מכסים את מיכל הבקיעה בקופסת קרטון כדי למנוע אור סביבתי, ומניחים מקור אור (פנס טלפון סלולרי מספיק) בבסיס מיכל הבקיעה למשך 5 דקות כדי למשוך ארטמיה נאופלי לתחתית המיכל ובכך להקל על הפרדת ארטמיה נאופלי חיה מקונכיות ריקות.
    4. לאחר 5 דקות, הסירו את הקופסה ואת מקור האור.
    5. מניחים כד מדידה בנפח 3 ליטר מתחת למיכל הבקיעה.
    6. לנתק את הצינור ממיכל הבקיעה כדי לאפשר לתמיסת ארטמיה נאופלי ומי ים לזרום לתוך כד המדידה; לאסוף 1 ליטר של ארטמיה nauplii ותמיסת מי ים.
      הערה: אסוף רק מחצית מהנפח במיכל הבקיעה כדי לא לכלול קליפות ריקות לא רצויות.
    7. בעודכם עומדים בקרבת מיכל ההאכלה, שפכו את תמיסת ארטמיה נאופלי ומי הים דרך מסננת של 100 מיקרומטר כדי להפריד את ארטמיה נאופלי (שתישאר במסננת) ממי הים.
    8. שטפו את ארטמיה נאופלי המוחזקת בתוך המסננת פעמיים במים ממיכל ההאכלה.
    9. הארטמיה נאופלי מוכנה כעת לשימוש.
  5. האכלת מושבות האלמוגים
    1. פרקו את ארטמיה נאופלי על ידי הכנסת המסננת משלב 2.4.8 למיכל ההאכלה.
    2. מערבבים את המים במיכל ביד כדי להפיץ באופן שווה את Artemia nauplii.
      הערה: אסוף דגימות לכימות "טרום האכלה" של צפיפות Artemia nauplii לאחר שלב זה (ראה שלב 3.1 לפרטים נוספים).
    3. העבירו כל מוט תלייה (כאשר מושבות האלמוגים עדיין תלויות מהמוט) ממיכל התרבית למיכל ההאכלה, ומקמו את המוט כך שהוא מונח בבטחה על חלקו העליון של מיכל ההאכלה. משך הזמן שבו האלמוגים נחשפים לאוויר צריך להישמר קצר ככל האפשר.
      הערה: ודא שהמושבות אינן נוגעות זו בזו ויש להן מספיק מקום ללכוד מזון (למשל, ~ 5 ס"מ זו מזו).
    4. כבו את האורות במיכלי ההאכלה, או השתמשו במכסה לא אטום כדי לכסות את מיכל ההאכלה כדי למנוע הפרעות קלות במהלך ההאכלה.
    5. אפשרו למושבות להאכיל ללא הפרעה במשך 4 שעות.
    6. לאחר 4 שעות, אספו את הדגימות לכימות "לאחר האכלה" של צפיפות Artemia nauplii (ראה שלב 3.1 לפרטים נוספים).
  6. ניקוי לאחר האכלה
    1. לאחר סיום ההאכלה, הסירו את מושבות האלמוגים. הוציאו את הסורגים התלויים ממיכל ההאכלה בנפרד, ושטפו ביסודיות כל אלמוג במי ים ממיכל התרבית המתאים לו כדי להסיר שאריות ארטמיה נאופלי.
      הערה: שטפו את המושבות על משטח יציב ולא בזמן התלייה כדי להפחית את הסיכון לנזק שעלול להתרחש אם המושבות יתנדנדו קדימה ואחורה במהלך השטיפה. בהתאם להעברה הראשונית, שמרו על משך זמן קצר ככל האפשר שבו האלמוגים נחשפים לאוויר.
    2. החזירו את הסורגים התלויים (עם אלמוגים תלויים) למיכלי התרבית.
    3. נתקו את הצינורות המחברים את מיכל ההזנה למשאבת האוויר, והוציאו את מיכל ההזנה ממיכל ההזנה.
    4. שטפו היטב את מיכל ההזנה במים מתוקים כדי להסיר את כל שאריות ארטמיה נאופלי.

3. כימות צפיפות ארטמיה נאופלי לפני ואחרי האכלה

  1. איסוף הדגימות
    1. אספו דגימות בשתי נקודות זמן: ראשית, כאשר ארטמיה נאופלי נפרקה וחולקה באופן שווה במיכל ההזנה (שלב 2.5.2), ושוב לאחר השלמת מפגש ההאכלה (שלב 2.5.6).
    2. עבור כל נקודת זמן, השתמש בשלושה מזרקים כדי לשאוב 20 מ"ל מים מפני השטח, מהשכבה האמצעית ומהשכבה התחתונה של מיכל ההזנה, בהתאמה.
  2. דילול מדגם
    1. עבור כל מזרק, להעביר את 20 מ"ל של דגימת מים לתוך עצמאית 500 מ"ל.
    2. הוסף 180 מ"ל מים חמים (~ 60 ° C) לכוס (דילול 1: 10).
      הערה: המים החמים משמשים כדי לשתק את Artemia nauplii כדי להגדיל את דיוק הספירה.
    3. מוסיפים 2 מ"ל של דגימת המים מהכוס לכל באר של צלחת 9 בארות.
      הערה: מערבבים את הדגימה בכד כדי לפזר את ארטמיה נאופלי באופן שווה בעמודת המים לפני ציור 2 מ"ל הדגימה.
    4. ספרו את מספר ארטמיה נאופלי בכל באר תחת מיקרוסקופ סטריאו באמצעות הגדלה פי 6.5 (ראו טבלת חומרים).
  3. חישוב צפיפות ארטמיה נאופלי
    1. חלק את מספר Artemia nauplii בכל באר ב -2 כדי לקבל את מספר Artemia nauplii לכל מ"ל. לאחר מכן, הכפילו את המספר הזה ב-10 (כדי לקחת בחשבון את הדילול) כדי לחשב את צפיפות ארטמיה נאופלי.
    2. חשב את הצפיפות הממוצעת של Artemia nauplii (כלומר, צפיפות ממוצעת על פני 27 באר משוכפל לפני לעומת אחרי האכלה) כדי להשוות את צפיפות Artemia nauplii בין לפני ואחרי האכלה.

4. איסוף זחלי אלמוגים

  1. יצירת מיכל איסוף הזחלים (איור 1E)
    1. בחרו בקבוק מים מפלסטיק בנפח 6 ליטר וחתכו את תחתית הבקבוק לחלוטין.
      הערה: פתח זה ישמש להעברת המושבות אל מיכל איסוף הזחלים וממנו.
    2. צור שני חלונות על ידי חיתוך מלבן ~ 15 ס"מ x 20 ס"מ מכל צד של הבקבוק.
      הערה: בקבוק מים מפלסטיק 6 ליטר מתאים לאלמוגים בקוטר ~15 ס"מ; שנו את גודל הבקבוק בהתבסס על גודל האלמוגים הנחקרים.
    3. השתמש באקדח דבק חם ולאחר מכן אפוקסי כדי להדביק רשת פלנקטון 100 מיקרומטר על כל אחד מהחלונות.
    4. צור שני חורים קטנים (~ 0.5 ס"מ קוטר) בכל צד של תחתית הבקבוק.
    5. הכניסו חוט דרך שני החורים הקטנים, וקשרו את שני הקצוות כדי ליצור ידית לחיבור מיכל איסוף הזחלים למוט התלייה.
    6. לפני השימוש הראשוני, הכניסו את הבקבוקים למיכל זרימה (ללא אלמוגים) למשך 24 שעות לפחות כדי להסיר שאריות דבק.
  2. הכנה לאיסוף אלמוגים
    1. לטבול את מיכל איסוף הזחלים לחלוטין לתוך מיכל התרבית.
    2. הכניסו את המושבה למיכל איסוף הזחלים תוך שמירה על המושבה והמיכל שקועים במים.
    3. חברו את ידית מיכל איסוף הזחלים אל מוט התלייה.
      הערה: לאחר התלייה, ודא שהחלק העליון של מיכל האיסוף נמצא ~ 3 ס"מ מעל המים.
    4. חזור על שלבים 4.2.1-4.2.3 עד שכל המושבות נמצאות במיכלי איסוף הזחלים שלהן.
  3. איסוף וספירת זחלי האלמוגים
    1. הכינו כד מדידה 3 ליטר, קערה, פיפטה 3 מ"ל וצינורות 50 מ"ל.
    2. שחררו את חוט הדיג ממוט התלייה, והוציאו מושבה אחת ממיכל איסוף הזחלים שלה. החזירו את המושבה מיד למיכל התרבית.
      הערה: יש לוודא שמשך החשיפה לאוויר קצר ככל האפשר.
    3. הניחו יד אחת על קצה הפקק של מיכל איסוף הזחלים.
      הערה: כאשר מיכל איסוף הזחלים מלא במים, הוא יכול להיות כבד. ללא תמיכה מתאימה, המיכל יכול להישבר כאשר הוא מוסר מהמים.
    4. שחררו את "ידית" מיכל איסוף הזחלים ממוט התלייה.
    5. הרימו באיטיות את מיכל איסוף הזחלים מהמים.
    6. החזיקו את מיכל האיסוף בזווית של כ-45° מעל מיכל התרבית למשך מספר שניות כדי לאפשר לעודפי מים לזרום חזרה למיכל דרך חלונות מיכל איסוף הזחלים.
      הערה: אין לסובב את המיכל מעבר ל-45° כדי להקטין את הסיכוי לשפוך זחלים מראש המיכל.
    7. הוציאו את מיכל איסוף הזחלים מהמיכל, והניחו אותו על גבי כד המדידה.
    8. לפני פתיחת הפקק, השתמש באצבע אחת כדי להפעיל כמות מתונה של לחץ על הפקק, ולאחר מכן פתח את הפקק.
      הערה: מים בתוך מיכל האיסוף יכולים להשתחרר במהירות בעת הסרת הפקק אם הם אינם נתמכים תחילה על ידי האצבע (כלומר, עלול לגרום לאובדן זחלים).
    9. מעבירים מעט מהמים שבתוך קנקן המדידה לקערה.
    10. ספרו ידנית את מספר הזחלים בקערה באמצעות פיפטה של 3 מ"ל כדי להעביר את הזחלים לתוך צינור של 50 מ"ל.
      הערה: שימו לב שחלק מהזחלים עלולים להיתקע בתוך הפיפטה. אם זה קורה, שאבו מעט מי ים לתוך הפיפטה, ונערו בעדינות תוך כדי אטימת הפיפטה באצבע אחת כדי לשחרר את הזחלים.
    11. המשך שלב 4.3.9 ושלב 4.3.10 עד שכל הזחלים ייספרו. בשלב זה, הזחלים יכולים לשמש בניסויים הבאים.
    12. חזור על שלבים 4.3.2-4.3.10 עבור כל מושבות האלמוגים האחרות.
      הערה: יש לשטוף את כד המדידה והקערה בין מושבות.
    13. לאחר סיום הספירה, שטפו היטב כל מיכל איסוף במים מתוקים, במיוחד בחלונות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הפרוטוקולים המתוארים אפשרו (1) השוואה של תפוקת הרבייה והתזמון של מושבות אלמוגים בודדות בין טיפולי הזנה וטמפרטורה שונים ו-(2) הערכת ההיתכנות של הזנת ארטמיה נאופלי בטמפרטורות שונות. להלן סקירה קצרה של הממצאים, אך יש לנקוט משנה זהירות ביחס לפרשנות הרחבה של ההשפעות המדווחות של טמפרטורה והזנה על רבייה של אלמוגים בשל אופיו קצר הטווח של ניסוי זה (כלומר, מחזור רבייה אחד בלבד) והשימוש במושבות אלמוגים המותאמות לתנאי ex-situ .

כל מושבה התרבתה במהלך תקופת הניטור שלנו (ספטמבר הירחי 2022), ותפוקת הרבייה החודשית הכוללת הראתה שונות גבוהה בין המושבות. המספר הכולל של הזחלים ששוחררו על ידי מושבות נע בין 6 ל -319, למעט מושבה אחת (בטיפול לא מוזן של 24 מעלות צלזיוס) שייצרה 528 זחלים; נתונים עבור כל המושבות מוצגים באיור 2, אך המושבה החריגה בעלת ההפקה הגבוהה לא נכללה בניתוח הנתונים. תפוקת הרבייה הושפעה מטמפרטורה (מודל השפעות מעורבות ליניארי כללי; z = 5.35, p < 0.001) והאכלה (z = 3.01, p < 0.003), עם אינטראקציה משמעותית שנמצאה בין הטמפרטורה לבין טיפולי האכלה (z = 12.22, p < 0.001). מושבות שגודלו בתרבית בטמפרטורה של 28 מעלות צלזיוס שחררו יותר זחלים כאשר לא הוזנו (ממוצע ± סטיית תקן; 151 ± 82) מאשר כאשר הוזנו (131 ± 133) (מודל אפקטים מעורבים ליניארי כללי, ניגודיות פוסט-הוק; z = 3.01, p = 0.014), אך המגמה ההפוכה נמצאה במושבות שתורבתו ב-24 מעלות צלזיוס, כאשר מושבות המוזנות (80 ± 78) ייצרו יותר זחלים מאשר המושבות הלא מוזנות (12 ± 6) (z = 11.91, עמ' < 0.001).

הרבייה בכל המושבות התרחשה לפני הירח המלא (יום הירח 15) (איור 3). יום הירח הממוצע (MLD) של שחרור הזחלים (משוקלל על ידי תפוקת הרבייה) נע בין יום הירח 6.5 ליום הירח 11.1, עם הבדל משמעותי בין טיפולים שזוהו רק בין מושבות "28 מעלות צלזיוס לא מוזנות", אשר התרבו מוקדם יותר במחזור הירח, לבין מושבות "מוזנות 24 מעלות צלזיוס", אשר התרבו מאוחר יותר במחזור הירח (מודל אפקטים מעורבים ליניאריים, ניגודיות פוסט-הוק, t = 4.10, p = 0.006).

בחודש שקדם לניטור הרבייה הרשמי (אוגוסט הירחי 2022), צפיפות ארטמיה נאופלי הוערכה לפני ואחרי מפגשי האכלה; זה חזר על עצמו בשלוש נקודות זמן: בתחילת תרבית האלמוגים עבור הניסוי הזה (T0) ושבועיים וארבעה שבועות לתוך תרבית אלמוגים בתנאי טיפול (איור 4). ההערכה הראשונית ב-T0 לא הראתה הבדל בין הצפיפות לפני ואחרי ההזנה של ארטמיה נאופלי בשני טיפולי הטמפרטורה. לאחר שבועיים ו-4 שבועות של תרבית, צפיפות ארטמיה נאופלי הייתה נמוכה יותר לאחר האכלה בשני טיפולי הטמפרטורה (שבוע 2: ANOVA דו-כיווני, F 1,104 = 128.45, p < 0.001; שבוע 4: ANOVA דו-כיווני, F1,104 = 294.71, p < 0.001). לא נמצא הבדל בצפיפות לפני ההזנה בין טיפולי טמפרטורה (p > 0.05) או בצפיפות שלאחר האכלה בין טיפולי טמפרטורה (p > 0.05) באף אחת משלוש נקודות הזמן שהוערכו.

כל הניתוחים נערכו ב-R באמצעות החבילות lme4 37, lmerTest38, emmeans39, car 40 ו-Hmisc41. הנתונים וסקריפט R המשמשים לניתוחים זמינים לציבור ב- GitHub (https://github.com/CJ-McRae/Lam-et-al_JoVE-submission).

Figure 1
איור 1: סכמטיות של תכנון ניסויי וחומרים מייצגים להאכלה ולתרבית אקס-סיטו של אלמוג סקלרטיני. (A) מושבות של Pocillopora acuta תורבתו במכלי חקלאות ימית זורמים בטמפרטורה של 24 מעלות צלזיוס או 28 מעלות צלזיוס בתנאים מוזנים ולא מוזנים; העיגולים השחורים מייצגים את המושבות. (ב) על המושבות נתלו חוטי דיג כדי להפחית את עומס הטיפול ולקדם תנועה יעילה בין מכלי התרבות וההאכלה. (C) במהלך מפגשי האכלה, כל המושבות הועברו למסגרת מרושתת בתוך מכלי הזנה ספציפיים לטמפרטורה. מושבות פד מוקמו בתא אחד של המסגרת, ומושבות לא מוזנות מוקמו בתא השני של המסגרת; רק מושבות מוזנות קיבלו מזון. (D) ארטמיה נאופלי מועשרת ניתנה למושבות בטיפול הפד פעמיים בשבוע. (E) המושבות הוכנסו למכלי איסוף זחלים למשך הלילה כדי לכמת את תפוקת הרבייה מדי יום במהלך מחזור ירח אחד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תפוקת הרבייה של מושבות Pocillopora acuta בטמפרטורות שונות (24°C לעומת 28°C) וטיפולי הזנה (מוזנים לעומת לא מוזנים). המכתבים מייצגים הבדלים משמעותיים בתפוקת הרבייה בין הטיפולים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תזמון הרבייה של מושבות Pocillopora acuta בטמפרטורות שונות (24°C לעומת 28°C) וטיפולי האכלה (מוזנים לעומת לא מוזנים). הקו המקווקו האנכי מציג את יום הירח הממוצע (MLD) של רבייה עבור כל טיפול. גווני הצבע בתוך כל פס של החלקות הספציפיות לטיפול (A-D) מצביעים על תרומתן של מושבות בודדות לרבייה הכוללת היומיומית. המכתבים מייצגים הבדלים משמעותיים בתזמון הרבייה בין הטיפולים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: צפיפות ארטמיה נאופלי לפני ואחרי מפגשי האכלת אלמוגים בתוך טיפולי טמפרטורה של 24°C ו-28°C. צפיפות טרום ההאכלה חושבה לפני האכלת האלמוגים, והצפיפות שלאחר ההאכלה חושבה לאחר השלמת מפגש האכלת אלמוגים של 4 שעות. צפיפות ארטמיה נאופלי הוערכה בתחילת תרבית האלמוגים (T0) ולאחר שבועיים וארבעה שבועות בתנאי טיפול במערכת חקלאות ימית זורמת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הערכה ראשונית זו של השפעת הטמפרטורה וההזנה על רבייה של אלמוגים חשפה הבדלים בתפוקת הרבייה ובתזמון בין מושבות שתורבתו בתנאי טיפול שונים. יתר על כן, נמצא כי הזנת ארטמיה נאופלי למושבות אלמוגים נראתה יעילה בטמפרטורות קרירות יחסית (24 מעלות צלזיוס) כמו גם חמות (28 מעלות צלזיוס). ממצאים משולבים אלה מדגישים את הישימות של טכניקות פשוטות אלה להאכלה ולתרבות של רבייה של אלמוגים סקלרטיניים (תוך שימוש ב- P. acuta כדוגמה) במערכות חקלאות ימית ex-situ .

בהקשר של תפוקת הרבייה, נמצא כי להאכלה יש השפעה שונה בהתאם לטיפול הטמפרטורה שבו תורבתו המושבות, כאשר נראה כי להאכלה הייתה השפעה חיובית בלבד על תפוקת הרבייה במושבות שהוחזקו בטיפול של 24 מעלות צלזיוס. תוצאה זו מפתיעה במידת מה, שכן באורגניזמים ימיים אחרים, אספקת מזון מוגבלת בטמפרטורות גבוהות הראתה השפעה שלילית על הרבייה (למשל, ירידה בהשרצה בדאנוכי42) ונקשרה להתפתחות לקויה בשלב החיים המוקדם (למשל, תמותה גבוהה יותר וגדילה מופחתת של סרטנים במהלך מטמורפוזה43). באלמוגים, הערכות ספציפיות של ההשפעות האינטראקטיביות של הזנה וטמפרטורה התמקדו בעיקר בביצועים הפוטוכימיים של סימביונטות האצות של האלמוגים44,45, וההשפעות האינטראקטיביות האלה נחקרות רק לעתים רחוקות בהקשר של רבייה. יש צורך במחקרים עתידיים המתמקדים בהערכה מקיפה של ההשפעות מבוססות הרבייה של הזנה בטמפרטורות שונות על פני מחזורי רבייה מרובים. אולם זו לא הייתה מטרת הניסוי הנוכחי. במקום זאת, ניסוי זה שימש בעיקר כדי להדגים את היעילות של טכניקות ההזנה והתרבית המוצגות. באמצעות שימוש בטכניקות אלה, ניתן להעריך בקלות מגמות רבייה ברורות של מושבות בודדות, וזה חשוב, שכן השונות בין המושבות בתפוקת הרבייה אינה נדירה. לדוגמה, מגוון רחב של תפוקת רבייה נמצא בקרב מושבות, כמו גם לאורך זמן עבור אותה מושבה בודדת, במחקרים מרובים 30,32,46,47. הסברים אפשריים לשונות הגבוהה בתפוקת הרבייה כוללים פלסטיות באסטרטגיות רבייה ו / או שינויים בתעדוף הקצאת האנרגיה48,49. טכניקות המאפשרות הערכות ספציפיות למושבה של תפוקת הרבייה, כמו אלה המתוארות בניסוי זה, יכולות לסייע בזיהוי המניעים הסביבתיים/גנטיים של יכולת הרבייה, הרלוונטיים להבנתנו את גיוס האלמוגים (כלומר, רלוונטיים לחוסן השונית הטבעית) ואת פוטנציאל אספקת האלמוגים (כלומר, רלוונטי לגידול אקס-סיטו שמטרתו לתמוך בשיקום אלמוגים).

הערכת תזמון הרבייה בניסוי זה גילתה כי רק המושבות בטיפול "28 מעלות צלזיוס לא מוזנות" שחררו זחלים מוקדם משמעותית מהמושבות בטיפול "מוזן 24 מעלות צלזיוס"; העיתוי נותר דומה בין שאר הטיפולים. פלסטיות מונעת טמפרטורה בתזמון הרבייה נצפתה על פני מיני אלמוגים רבים, עם תזמון מתקדם שנצפה בטמפרטורות חמות יותר50,51,52. שינוי זה בתזמון מוסבר ככל הנראה על ידי ההתפתחות המואצת של הגמטות והעוברים בטמפרטורות חמות יותר53, אשר תחת שינויי האקלים, יכולה בסופו של דבר להיות השפעה אדפטיבית או משבשת על רבייה וגיוס אלמוגים54,55,56. ניסויים הבוחנים במפורש את הקשר האינטראקטיבי האפשרי בין הזנה לטמפרטורה על תזמון הרבייה יכולים לספק הבנה טובה יותר של ההשלכות של שינויי תזמון ויכולים גם לבחון את המעשיות של הגדלת התדירות של מחזורי הרבייה כדי לשפר את ייצור החקלאות הימית ex-situ.

טכניקות האכלה יעילות ex situ נדרשות כדי לערוך ניסויים מבוקרים לחקור את הקשר האינטראקטיבי הפוטנציאלי בין טמפרטורה והזנה על רבייה אלמוגים. בניסוי זה, מושבות אלמוגים הוזנו במיכלי הזנה ספציפיים לטמפרטורה ב-24°C וב-28°C, ודפוסים דומים בצפיפות לפני ואחרי ההזנה של Artemia nauplii נמצאו בכל טיפולי הטמפרטורה (כלומר, צפיפות נמוכה יותר של Artemia nauplii לאחר האכלה לעומת טרום-האכלה). זה מעיד על שלוש נקודות חשובות: (1) נראה כי הטיפול בטמפרטורה לא השפיע על בריאותה של ארטמיה נאופלי; (2) שיעורי ההזנה של מושבות האלמוגים היו זהים בקירוב בשתי הטמפרטורות; ו-(3) מושבות האלמוגים צרכו ארטמיה נאופלי במהלך מפגשי האכלה בשתי הטמפרטורות (למעט נקודת הזמן T0, שעשויה להעיד על לחץ המושבה בעת הסתגלות לתנאי הניסוי). חשוב לציין כי הפרשנות של מגמות הצפיפות בין טיפולי הטמפרטורה ולאורך זמן משמשת רק כהערכה מבוססת פרוקסי. יהיה צורך בחקירה מקיפה כדי לאשר האכלה (למשל, בדיקת תכולת מעיים57) ופיזיולוגיה של ארטמיה נאופלי (למשל, ביטוי חלבון הלם חום58) כדי להגיע למסקנות סופיות לגבי היתכנות ההאכלה; הערכה מסוג זה הייתה מחוץ לתחום הניסוי הזה. עם זאת, בהתבסס על נתוני הניסוי יחד עם אישור חזותי במהלך ההאכלה, אנו בטוחים שמושבות האלמוגים בניסוי זה ניזונו באופן פעיל בשתי טמפרטורות הטיפול. אלמוגים יכולים להראות תגובות מנוגדות להאכלה בטמפרטורות גבוהות, כאשר חלק מהמינים מראים ירידה ואחרים מראים עלייה בקצב ההזנה45. לכן, יש לקחת בחשבון סבילות לטמפרטורה ספציפית למינים ולמיקום בעת קביעת טמפרטורות האכלה בניסויים עתידיים.

טכניקות ההזנה והתרבית המתוארות מספקות מספר יתרונות המבקשים לשפר הן את איכות בריאות האלמוגים והן את תוחלת החיים של הרבייה בחקלאות ימית ex-situ. מטרת העל שהנחתה גישה מתוארת זו התבססה על מזעור מקורות פוטנציאליים של עקה אלמוגית. ראשית, הצורך בטיפול ישיר במושבות האלמוגים בוטל על ידי שימוש בקווי דיג לתליית האלמוגים. הדבר מאפשר תנועה יעילה של מושבות בין תרבית למכלי האכלה ומאפשר התאמות פשוטות ומהירות למיקום המושבה (למשל, קיצור או הארכת קו הדיג כדי לשנות את עומק המושבה במיכל). בניגוד למושבות המונחות על מעמד או בתחתית מכל תרבות, תליית המושבות מעודדת צמיחה בכל הממדים, מפחיתה את הצטברות האצות ויוצרת מרחב שימושי יותר במיכל (למשל, אלמוגים מרובים יכולים להיות תלויים אנכית על קו דיג יחיד במידת הצורך)59. בנוסף להפחתת הצורך בפשרות אנרגטיות60, שיכולות לסייע בקידום רבייה ארוכת טווח32, טכניקות ההזנה המתוארות גם סייעו להפחית את עקה האלמוגים. האכלה במכלים עצמאיים מומלצת19,61 (בניגוד ישירות במיכלי התרבית) כדי להפחית את החשיפה של האלמוגים לרמות תזונתיות גבוהות פוטנציאליות, מה שעלול להזיק לבריאות האלמוגים ולהוביל לצמיחת אצות בשפע62,63,64,65. יתר על כן, אם מתעוררות בעיות באיכות המים, תחזוקה ושינוי של המים בתוך מיכלי ההזנה יכולים להיעשות בקלות מבלי להפריע למושבות האלמוגים. מיכלי איסוף הזחלים תוכננו גם הם תוך התחשבות בהפחתת עקה של אלמוגים, כך שניתן יהיה להשיג רבייה ספציפית למושבה ללא טיפול ישיר או צורך בתרבית במכלים חד-מושבתיים. ריבוי מושבות במיכלי תרבית גדולים עשוי לסייע בשיפור תוחלת החיים של הרבייה (במיוחד במינים של אלמוגים עם מצבי רבייה מעורבים49), אשר הוכח כיורד עם הזמן במערכות ex-situ 66,67. בנוסף, השימוש בבקבוקי פלסטיק גדולים כמיכלי איסוף לזחלים מספק לזחלים מקום בשפע, מה שיכול להפחית את ההתיישבות במיכל האיסוף עצמו; התיישבות מהירה יכולה להיות בעייתית כאשר משתמשים במיכלי איסוף קטנים (מקריי ולאם, תצפיות אישיות). לבסוף, טכניקות האכלה ותרבות אלה משתמשות בחומרים חסכוניים, קלים להכנה, וניתנים להתאמה אישית בהתאם לצרכים ספציפיים לניסוי.

המגבלות העיקריות של טכניקות ההזנה והתרבות המתוארות כוללות: 1) הגבלה סופית על מספר המושבות שניתן לגדל בתרבית עקב דרישות שטח המיכל, 2) חוסר היכולת לתקנן את מצב הרבייה (מיני לעומת א-מיני) עקב ריבוי מושבות המתורבתות בתוך אותו מיכל, ו-3) שימוש במין יחיד מאתר שוניות יחיד כדי לבחון את יעילות הטכניקות המתוארות. מחקר עתידי יפיק תועלת מבדיקת הביצועים של מיני אלמוגים אחרים באמצעות טכניקות האכלה ותרבית אלה, כמו גם בחינת השימוש בסוגי מזון אחרים כדי לספק בצורה הטובה ביותר את הצרכים התזונתיים הספציפיים למין.

לסיכום, ידוע כי ביקורת על התערבויות פעילות אחרות68,69,70 ישימות ככל הנראה גם לקידום תרבות אקס-סיטו לרבייה של אלמוגים, שכן מגבלות המפתח (למשל, מדרגיות, מגוון גנטי) נותרו רלוונטיות. עם זאת, בדומה להתערבויות אקטיביות אחרות, תרבית אלמוגים אקס-סיטו לא נועדה להיתפס כפתרון יחיד אלא כגישה תומכת שיש לבחון בד בבד עם מיתון משמעותי של שינויי האקלים. באמצעות השימוש בטכניקות המתוארות, ניתן להפחית את עקה אלמוגית כדי לשפר את תוחלת החיים של אלמוג סקלרטיני, P. acuta, במערכות חקלאות ימית ex-situ, שמהן המושבות (וצאצאיהן) יכולות לתרום למאמצי המחקר והשיקום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים או ניגודי עניינים אחרים.

Acknowledgments

מחקר זה מומן על ידי משרד המדע והטכנולוגיה (טייוואן), מספרי המענקים MOST 111-2611-M-291-005 ו- MOST 111-2811-M-291-001.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Artemia cysts  Supreme plus NA Food source 
Chiller Resun CL650 To cool down water temperature if needed
Conductivity portable meter WTW Cond 3110 To measure salinity
Enrichment diets Omega NA Used in Artemia cultivation
Fishing line Super Nylon monofilament To hang the coral colonies
Flow motors Maxspect GP03 To create water flow
Heater 350 W ISTA NA Heaters used in tanks
HOBO pendant temperature logger Onset Computer UA-002-08 To record water temperature
LED lights Mean Well FTS: HLG-185H-36B NA
Light portable meter LI-COR LI-250A Device used with light sensor to measure light intensity in PAR
Light sensor LI-COR LI-193SA NA
Plankton net 100 µm mesh size Omega NA To collect larvae and artemia 
Primary pump 6000 L/H Mr. Aqua BP6000 To draw water from tanks into chiller
Propeller-type current meter KENEK GR20 Device used with propeller-type detector to measure flow rate
Propeller-type detector KENEK GR3T-2-20N NA
Stereo microscope Zeiss Stemi 2000-C  To count the number of artemia 
Temperature controller 1000 W Rep Park O-RP-SDP-1 To set and maintain water temperature

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hughes, T. P., et al. Coral reefs in the Anthropocene. Nature. 546 (7656), 82-90 (2017).
  2. Special Report on the Ocean and Cryosphere in a changing climate. Intergovernmental Panel on Climate Change. , Available from: https://www.ipcc.ch/srocc/ (2019).
  3. van Oppen, M. J. H., Lough, J. M. Synthesis: Coral bleaching: patterns, processes, causes and consequences. Coral Bleaching: Patterns, Processes, Causes and Consequences. , Springer. Cham, Switzerland. 343-348 (2018).
  4. Glynn, P. W. Coral reef bleaching: Ecological perspectives. Coral Reefs. 12 (1), 1-17 (1993).
  5. Hughes, T. P., et al. Spatial and temporal patterns of mass bleaching of corals in the Anthropocene. Science. 359 (6371), 80-83 (2018).
  6. Grottoli, A. G., et al. The cumulative impact of annual coral bleaching can turn some coral species winners into losers. Global Change Biology. 20 (12), 3823-3833 (2014).
  7. Frieler, K., et al. Limiting global warming to 2 °C is unlikely to save most coral reefs. Nature Climate Change. 3 (2), 165-170 (2013).
  8. Montefalcone, M., Morri, C., Bianchi, C. N. Long-term change in bioconstruction potential of Maldivian coral reefs following extreme climate anomalies. Global Change Biology. 24 (12), 5629-5641 (2018).
  9. Traylor-Knowles, N. Heat stress compromises epithelial integrity in the coral, Acropora hyacinthus. PeerJ. 7, e6510 (2019).
  10. Anthony, K. R. N., Hoogenboom, M. O., Maynard, J. A., Grottoli, A. G., Middlebrook, R. Energetics approach to predicting mortality risk from environmental stress: a case study of coral bleaching. Functional Ecology. 23 (3), 539-550 (2009).
  11. Ward, S., Harrison, P., Hoegh-Guldberg, O. Coral bleaching reduces reproduction of scleractinian corals and increases susceptibility to future stress. Proceedings of the 9th Coral Reef Symposium. , 1123-1128 (2002).
  12. Suzuki, G., et al. Enhancing coral larval supply and seedling production using a special bundle collection system "coral larval cradle" for large-scale coral restoration. Restoration Ecology. 28 (5), 1172-1182 (2020).
  13. Schmidt-Roach, S., et al. Novel infrastructure for coral gardening and reefscaping. Frontiers in Marine Science. 10, 1110830 (2023).
  14. Craggs, J., et al. Inducing broadcast coral spawning ex situ: Closed system mesocosm design and husbandry protocol. Ecology and Evolution. 7 (24), 11066-11078 (2017).
  15. Conti-Jerpe, I. E., et al. Trophic strategy and bleaching resistance in reef-building corals. Science Advances. 6 (15), 5443 (2020).
  16. Bellworthy, J., Spangenberg, J. E., Fine, M. Feeding increases the number of offspring but decreases parental investment of Red Sea coral Stylophora pistillata. Ecology and Evolution. 9 (21), 12245-12258 (2019).
  17. Houlbrèque, F., Ferrier-Pagès, C. Heterotrophy in tropical scleractinian corals. Biological Reviews. 84 (1), 1-17 (2009).
  18. Ferrier-Pagès, C., Witting, J., Tambutté, E., Sebens, K. P. Effect of natural zooplankton feeding on the tissue and skeletal growth of the scleractinian coral Stylophora pistillata. Coral Reefs. 22 (3), 229-240 (2003).
  19. Huang, Y. -L., Mayfield, A. B., Fan, T. -Y. Effects of feeding on the physiological performance of the stony coral Pocillopora acuta. Scientific Reports. 10 (1), 19988 (2020).
  20. Tagliafico, A., et al. Lipid-enriched diets reduce the impacts of thermal stress in corals. Marine Ecology Progress Series. 573, 129-141 (2017).
  21. Huffmyer, A. S., Johnson, C. J., Epps, A. M., Lemus, J. D., Gates, R. D. Feeding and thermal conditioning enhance coral temperature tolerance in juvenile Pocillopora acuta. Royal Society Open Science. 8 (5), 210644 (2021).
  22. Grottoli, A. G., Rodrigues, L. J., Palardy, J. E. Heterotrophic plasticity and resilience in bleached corals. Nature. 440 (7088), 1186-1189 (2006).
  23. Conlan, J. A., Bay, L. K., Severati, A., Humphrey, C., Francis, D. S. Comparing the capacity of five different dietary treatments to optimise growth and nutritional composition in two scleractinian corals. PLoS One. 13 (11), 0207956 (2018).
  24. Treignier, C., Grover, R., Ferrier-Pagés, C., Tolosa, I. Effect of light and feeding on the fatty acid and sterol composition of zooxanthellae and host tissue isolated from the scleractinian coral Turbinaria reniformis. Limnology and Oceanography. 53 (6), 2702-2710 (2008).
  25. Gori, A., et al. Effects of food availability on the sexual reproduction and biochemical composition of the Mediterranean gorgonian Paramuricea clavata. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 444, 38-45 (2013).
  26. Séré, M. G., Massé, L. M., Perissinotto, R., Schleyer, M. H. Influence of heterotrophic feeding on the sexual reproduction of Pocillopora verrucosa in aquaria. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 395 (1), 63-71 (2010).
  27. Rodolfo-Metalpa, R., Peirano, A., Houlbrèque, F., Abbate, M., Ferrier-Pagès, C. Effects of temperature, light and heterotrophy on the growth rate and budding of the temperate coral Cladocora caespitosa. Coral Reefs. 27 (1), 17-25 (2008).
  28. Fox, M. D., et al. Gradients in primary production predict trophic strategies of mixotrophic corals across spatial scales. Current Biology. 28 (21), 3355-3363 (2018).
  29. Shlesinger, T., Loya, Y. Breakdown in spawning synchrony: A silent threat to coral persistence. Science. 365 (6457), 1002-1007 (2019).
  30. McRae, C. J., Huang, W. -B., Fan, T. -Y., Côté, I. M. Effects of thermal conditioning on the performance of Pocillopora acuta adult coral colonies and their offspring. Coral Reefs. 40 (5), 1491-1503 (2021).
  31. Fan, T. Y., et al. Plasticity in lunar timing of larval release of two brooding pocilloporid corals in an internal tide-induced upwelling reef. Marine Ecology Progress Series. 569, 117-127 (2017).
  32. Lam, K. -W., et al. Consistent monthly reproduction and completion of a brooding coral life cycle through ex situ culture. Diversity. 15 (2), 218 (2023).
  33. O'Neil, K. L., Serafin, R. M., Patterson, J. T., Craggs, J. R. K. Repeated ex situ Spawning in two highly disease susceptible corals in the family Meandrinidae. Frontiers in Marine Science. 8, 669976 (2021).
  34. Keshavmurthy, S., et al. Coral Reef resilience in Taiwan: Lessons from long-term ecological research on the Coral Reefs of Kenting national park (Taiwan). Journal of Marine Science and Engineering. 7 (11), 388 (2019).
  35. Smith, H. A., Moya, A., Cantin, N. E., van Oppen, M. J. H., Torda, G. Observations of simultaneous sperm release and larval planulation suggest reproductive assurance in the coral Pocillopora acuta. Frontiers in Marine Science. 6, 362 (2019).
  36. Yeoh, S. -R., Dai, C. -F. The production of sexual and asexual larvae within single broods of the scleractinian coral, Pocillopora damicornis. Marine Biology. 157 (2), 351-359 (2010).
  37. Bates, D., Mächler, M., Bolker, B., Walker, S. Fitting linear mixed-effects models using lme4. Journal of Statistical Software. 67 (1), 1-48 (2015).
  38. Kuznetsova, A., Brockhoff, P. B., Christensen, R. H. B. lmerTest package: Tests in linear mixed effects models. Journal of Statistical Software. 82 (13), 1-26 (2017).
  39. Length, R. Emmeans: Estimated marginal means, aka least-squares means. R Package Version 1.7.4-1. , (2022).
  40. Fox, J., Weisberg, S. An R Companion to Applied Regression. Third edition. , SAGE Publications, Inc. Newbury Park, CA. (2019).
  41. Harell, F. E. Hmisc: Harrell Miscellaneous_. R package version 4.7-1. , (2022).
  42. Donelson, J. M., Munday, P. L., McCormick, M. I., Pankhurst, N. W., Pankhurst, P. M. Effects of elevated water temperature and food availability on the reproductive performance of a coral reef fish. Marine Ecology Progress Series. 401, 233-243 (2010).
  43. Torres, G., Giménez, L. Temperature modulates compensatory responses to food limitation at metamorphosis in a marine invertebrate. Functional Ecology. 34 (8), 1564-1576 (2020).
  44. Borell, E. M., Bischof, K. Feeding sustains photosynthetic quantum yield of a scleractinian coral during thermal stress. Oecologia. 157 (4), 593-601 (2008).
  45. Ferrier-Pagès, C., Rottier, C., Beraud, E., Levy, O. Experimental assessment of the feeding effort of three scleractinian coral species during a thermal stress: Effect on the rates of photosynthesis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 390 (2), 118-124 (2010).
  46. Harriott, V. J. Reproductive seasonality, settlement, and post-settlement mortality of Pocillopora damicornis (Linnaeus), at Lizard Island, Great Barrier Reef. Coral Reefs. 2 (3), 151-157 (1983).
  47. Shefy, D., Shashar, N., Rinkevich, B. The reproduction of the Red Sea coral Stylophora pistillata from Eilat: 4-decade perspective. Marine Biology. 165 (2), 27 (2018).
  48. Rinkevich, B., Loya, Y. Variability in the pattern of sexual reproduction of the coral Stylophora pistillata at Eilat, Red Sea: a long-term study. The Biological Bulletin. 173 (2), 335-344 (1987).
  49. Combosch, D. J., Vollmer, S. V. Mixed asexual and sexual reproduction in the Indo-Pacific reef coral Pocillopora damicornis. Ecology and Evolution. 3 (10), 3379-3387 (2013).
  50. Fan, T. -Y., Dai, C. -F. Reproductive plasticity in the reef coral Echinopora lamellosa. Marine Ecology Progress Series. 190, 297-301 (1999).
  51. Crowder, C. M., Liang, W. -L., Weis, V. M., Fan, T. -Y. Elevated temperature alters the lunar timing of planulation in the brooding Coral Pocillopora damicornis. PLoS One. 9 (10), e107906 (2014).
  52. Lin, C. -H., Nozawa, Y. The influence of seawater temperature on the timing of coral spawning. Coral Reefs. 42, 417-426 (2023).
  53. O'Connor, M. I., et al. Temperature control of larval dispersal and the implications for marine ecology, evolution, and conservation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (4), 1266-1271 (2007).
  54. Nozawa, Y. Annual variation in the timing of coral spawning in a high-latitude environment: Influence of temperature. The Biological Bulletin. 222 (3), 192-202 (2012).
  55. Bouwmeester, J., et al. Solar radiation, temperature and the reproductive biology of the coral Lobactis scutaria in a changing climate. Scientific Reports. 13 (1), 246 (2023).
  56. Bouwmeester, J., et al. Latitudinal variation in monthly-scale reproductive synchrony among Acropora coral assemblages in the Indo-Pacific. Coral Reefs. 40 (5), 1411-1418 (2021).
  57. Lai, S., et al. First experimental evidence of corals feeding on seagrass matter. Coral Reefs. 32 (4), 1061-1064 (2013).
  58. Iryani, M. T. M., et al. Cyst viability and stress tolerance upon heat shock protein 70 knockdown in the brine shrimp Artemia franciscana. Cell Stress and Chaperones. 25 (6), 1099-1103 (2020).
  59. Nedimyer, K., Gaines, K., Roach, S. Coral Tree Nursery©: An innovative approach to growing corals in an ocean-based field nursery. Aquaculture, Aquarium, Conservation & Legislation. 4, 442-446 (2011).
  60. Leuzinger, S., Willis, B. L., Anthony, K. R. N. Energy allocation in a reef coral under varying resource availability. Marine Biology. 159 (1), 177-186 (2012).
  61. Chang, T. C., Mayfield, A. B., Fan, T. Y. Culture systems influence the physiological performance of the soft coral Sarcophyton glaucum. Science Reports. 10 (1), 20200 (2020).
  62. Forsman, Z. H., Kimokeo, B. K., Bird, C. E., Hunter, C. L., Toonen, R. J. Coral farming: Effects of light, water motion and artificial foods. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 92 (4), 721-729 (2012).
  63. Costa, A. P. L., et al. The effect of mixotrophy in the ex situ culture of the soft coral Sarcophyton cf. glaucum. Aquaculture. 452, 151-159 (2016).
  64. Marubini, F., Davies, P. S. Nitrate increases zooxanthellae population density and reduces skeletogenesis in corals. Marine Biology. 127 (2), 319-328 (1996).
  65. Bartlett, T. C. Small scale experimental systems for coral research: Considerations, planning, and recommendations. NOAA Technical Memorandum NOS NCCOS 165 and CRCP 18. , 68 (2013).
  66. Galanto, N., Sartor, C., Moscato, V., Lizama, M., Lemer, S. Effects of elevated temperature on reproduction and larval settlement in Leptastrea purpurea. Coral Reefs. 41 (2), 293-302 (2022).
  67. Nietzer, S., Moeller, M., Kitamura, M., Schupp, P. J. Coral larvae every day: Leptastrea purpurea, a brooding species that could accelerate coral research. Frontiers in Marine Science. 5, 466 (2018).
  68. Edwards, A. J., et al. Direct seeding of mass-cultured coral larvae is not an effective option for reef rehabilitation. Marine Ecology Progress Series. 525, 105-116 (2015).
  69. Boström-Einarsson, L., et al. Coral restoration - A systematic review of current methods, successes, failures and future directions. PLoS One. 15 (1), 0226631 (2020).
  70. Anthony, K. R. N., et al. Interventions to help coral reefs under global change-A complex decision challenge. PLoS One. 15 (8), e0236399 (2020).

Tags

טכניקות האכלה תרבית Ex Situ אלמוגים סקלרטיניים מהורהרים Pocillopora acuta שינויי אקלים השפלת שוניות פרוטוקולים של תרביות אלמוגים בריאות ורבייה אספקת ברודסטוק פרויקטים של שיקום השפעות טמפרטורה טיפולי האכלה תפוקת רבייה
טכניקות יעילות להאכלה ולתרבית <em>אקס-סיטו</em> של אלמוג סקלרטיני, <em>Pocillopora acuta</em>
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lam, K. W., McRae, C. J., Liu, Z.… More

Lam, K. W., McRae, C. J., Liu, Z. T., Zhang, X. C., Fan, T. Y. Effective Techniques for the Feeding and Ex Situ Culture of a Brooding Scleractinian Coral, Pocillopora acuta. J. Vis. Exp. (196), e65395, doi:10.3791/65395 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter