Gestaltung und Nutzung eines Apparates zur Quantifizierung der zweischaligen Suspension Fütterung auf hoher See

Environment
 

Summary

Ein Flow-through-Gerät nach der Biodeposition Methode zur Quantifizierung der Filtration und Fütterung Verhalten von zweischaligen Mollusken war für die an Bord angepasst. Eine zweidimensionale Gimbal Tabelle gebaut, um das Gerät isoliert den Apparat aus Boot Bewegung, wodurch die genaue Quantifizierung von zweischaligen Filtration Variablen an Offshore-Schalentiere Aquakulturanlagen.

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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).

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Abstract

Als Schalentiere Aquakultur aus küstennahen Embayments und Flussmündungen in Offshore-Standorten verschiebt, stellt die Notwendigkeit zu quantifizieren Ökosystem Interaktionen von gezüchteten Muscheln (d.h., Muscheln, Austern und Muscheln) neue Herausforderungen. Quantitative Daten über das Fressverhalten der Aussetzung-Fütterung Mollusken ist notwendig, wichtiges Ökosystem Interaktionen der Offshore-Muscheln Betriebe, einschließlich ihrer Tragfähigkeit, den Wettbewerb mit der Gemeinschaft von Zooplankton, bestimmen die Verfügbarkeit von trophischen Ressourcen in verschiedenen Tiefen und die Ablagerung auf dem Benthos. Die Biodeposition-Methode wird verwendet, um Fütterung Variablen in Suspension-Fütterung Muscheln in einer natürlichen Umgebung zu quantifizieren und stellt einen realistischeren Proxy als Labor-Experimente. Diese Methode stützt sich jedoch auf eine stabile Plattform erfüllen die Anforderungen, die Flussraten geliefert, die Schalentiere Wasser konstant bleiben und die Muscheln sind ungestört. Ein durchströmten Gerät und Prozess nach der Biodeposition Methode zur Quantifizierung der Fütterung von zweischaligen Mollusken waren aus einem Land-basierten Format für den Einsatz an Bord von Schiffen durch Erstellen eines zweidimensionalen Gimbal um das Gerät herum verändert. Planimeter Daten zeigen eine minimale Steigung und Gier der Kammern mit Test Schalentiere trotz Boot-Bewegung, die Volumenströme in den Kammern bleiben konstant und Betreiber sind in der Lage, die Biodeposits (Kot und Pseudofeces) zu sammeln, mit ausreichend Konsistenz, genaue Messungen von zweischaligen Abstand, Filtration, Auswahl, Aufnahme, Ablehnung und Absorption bei Offshore-Schalentiere Aquakulturanlagen zu erhalten.

Introduction

Wild-Fischfang sind weltweit1rückläufig. Dementsprechend muss das zukünftige Wachstum im Meeresfrüchte-Versorgung von einer Ausweitung der Aquakultur kommen. Die Aquakulturproduktion Meeresfrüchte wurde wächst und wird weiterhin schnell wachsen, bis 2025, aquatische Landwirtschaft das am schnellsten wachsende Lebensmittel Produktion System2machen. Die Aufzucht von Suspension-Fütterung zweischaligen Mollusken (Muscheln, Austern, Jakobsmuscheln und Muscheln) gilt unter den umweltfreundlichsten gutartigen Formen der Aquakultur, weil diese Organismen keine zusätzliche Fütterung erfordern, aber stattdessen Ernährung erhalten aus der natürlichen Phytoplankton Materie Herstellung und der Weitergabe organischen benthosorganismen3,4. In der Tat ist Schalentiere Aquakultur als ein legitimes Instrument zur Verbesserung der Wasserqualität und trophische Struktur in eutrophen Flussmündungen5,6angesehen. Trotz der insgesamt günstigen Aussichten für den Ausbau der Schalentiere Aquakultur in küstennahen Embayments und Flussmündungen Konflikte mit anderen küstennahen Meer interessiert wie kommerzielle und Sportfischerei, Freizeitaktivitäten und die Ästhetik Wünsche der Küste Grundbesitzer-gesellschaftliche Einschränkungen zusammengefasst unter dem Begriff "soziale Tragfähigkeit"-haben dazu geführt, dass einige auf der "offenen Ozean" für den großflächigen Ausbau der Muschelzucht7freuen.

Muschelzucht offshore, in offenen Gewässern bietet großes Potenzial für Schalentiere Aquakultur Erweiterung aber auch noch nie da gewesenen Herausforderungen für die Organismen in der ozeanischen Ökosystem-8. Erste, am meisten gezüchteten, Fahrwerk-Fütterung zweischalige Arten sind Flussmündungen Organismen, die in Umgebungen entwickelt haben, die sich in vielerlei Hinsicht von den offenen Ozean Ökosystem9unterscheiden. Saisonale und tagaktive zeitliche Variationen im Salzgehalt, Temperatur und Wasserchemie und die intensive biologische Aktivität angeregt durch die hohen und Variable nährstoffverfügbarkeit in Küstengewässern wurden für Verhaltens- und physiologische ausgewählt. Merkmale in Muscheln, Austern, Jakobsmuscheln und Muscheln, die wenig Nutzen in der relativ konstant, konferieren können verdünnen Ozean Umwelt10. Muscheln sind dafür bekannt, auf diese Veränderungen der Umwelt reagieren durch die Regulierung ihrer Filtration zu Zeiten der guten Wasserqualität nutzen und optimieren ihre Nahrung Erwerb11,12. In einer konstanteren Umgebung wie offenen Gewässern ist es unklar, ob Muscheln ihre Pumpen und Filtration Preise effektiv, um eine positive Energiebilanz für ein schnelles Wachstum regulieren werden. Die zweite Herausforderung Offshore-Muschelzucht bezieht sich auch auf die relativ niedrigen Seston Nahrungsangebot im Meer. Mit Phytoplankton Dichte wird viel niedriger bewirtschaftet Offshore-als in Flussmündungen, die zweischaligen Arten derzeit werden erfolgreich in Flussmündungen finden genug zu essen, um Stoffwechsel und Wachstum aufrechtzuerhalten? Aktuelle Praktiken beschäftigt Linien, führen Socken, Käfige oder andere Gehäuse, Schalentiere in Flussmündungen zu halten dreidimensionale Effekte, die Phytoplankton lokal auch in eutrophen, küstennahen Gewässern13,14erschöpfen können. Annahmen über Kultur Gang Design, Besatzdichte, den Abstand der Linien, und Ernte Zykluszeit müssen überdacht werden, im offenen Meer, die Produktion Tragfähigkeit der Farm und die ökologische Tragfähigkeit des lokalen marinen Ökosystems zu verwalten 15 , 16. intensive Schalentiere Landwirtschaft als praktizierte Nearshore geändert werden, um kompatibel mit der verdünnten Umwelt des Ozeans zu sein muss kann.

Unser Verständnis von wie Küsten Muschelzucht wechseln, den Praktiken können geändert werden müssen, um erfolgreich offshore, quantitative Daten zur Interaktion von Schalentieren und im Seston vorgeschlagen Offshore-Standorten als mögliche Standorte sind. Eine Reihe von Techniken für die Quantifizierung Filtration, Räumung, Einnahme, Ablehnung und Aufnahme von Partikeln durch Aussetzung-Fütterung zweischaligen Mollusken wurden entwickelten17,18. Einige dieser Methoden wurden optimiert, um Variationen über sehr kurze Zeiträume, die Auswahl zwischen verschiedenen Partikeltypen oder physiologischen Reaktionen auf verschiedene Umweltveränderungen19,20,21 zu erkennen . Vor kurzem führten Verfeinerungen der so genannten ist der Biodeposition-Methode auf die Akzeptanz dieses Ansatzes als ein legitimes Instrument zu quantifizieren, die meisten der wichtigen Filtration und Fütterung Variablen in Muscheln, Austern und Muscheln17,22 .

Die Biodeposition-Methode, in der Regel verwendet, die ein Masse-Balance-Ansatz mit der anorganischen Seston Komponente als Tracer, zu quantifizieren, die Partitionierung von einzelnen Muscheln von organischen und anorganischen Seston Komponenten in Proportionen erfasst, abgelehnt, eingenommen, und über einen Zeitraum von Stunden17absorbiert. Für diesen Ansatz um genau zu sein ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Wasser Durchflussmengen an einzelnen Schalentiere konstant und genau bekannt sind und dass die Muscheln nicht physisch gestört werden, so dass sie ihre ständige Filterung Verhalten geliefert. Es ist auch notwendig, die Sammlung des Wassers zu synchronisieren Proben zum Zeitpunkt der zweischaligen Aufnahme mit Kot Probenahmen nach Verdauung (d.h. Freimachung) produziert. Diese beiden Prozesse (Einnahme und Freimachung) werden durch die Länge der Zeit braucht es für eine Feinstaub für den Transit durch den zweischaligen Darm ausgeglichen. Der Darm transit Zeit darstellt, die verstrichene Zeit zwischen der Nahrungsaufnahme und die Freisetzung von Unverdautem Material in Form von Kot. Darüber hinaus müssen aus praktischer Sicht, Biodeposits vom Forscher quantitativ erfasst werden, bevor sie nach Wasserbewegung aufgeschlüsselt sind. Aus diesen Gründen Apparate und Verfahren zur Quantifizierung der zweischaligen Filtration mithilfe der Biodeposition-Methode wurden auf sehr Nearshore Standorte beschränkt wo eine stabile Plattform-Festland oder ein fester Steg-ist nahe genug, um die Schalentiere Bevölkerung wird untersucht. Für die Biodeposition-Methode, um vor der Küste eingesetzt werden war es notwendig, einen Weg finden, die Methode Anforderungen für eine stabile Plattform an Bord eines Schiffes zu erfüllen.

Vor Jahrhunderten entwickelten Seeleute suchen die gleichen grundlegenden Problems der an Bord Artikel aus dem Schiff Bewegung zu isolieren das Gimbal. Eine kardanische stellt ein oder mehrere Gelenke zwischen der Plattform befestigt, das Schiff und die Artikel isoliert, so dass die isolierte Artikel mehr auf Schwerkraft als auf dem Schiff Bewegung reagieren. Wir Beschäftigten vielleicht die einfachste Gimbal Design-poligen schwenkt um 90° Winkel in das Design eines Apparates vom berichtet von Galimany und Mitarbeiter22geändert. In dem vorliegenden Bericht wird die effektive Funktion des Gerätes durch Messung überprüft: (1) die Bewegung des Tisches mit Schalentieren Kammern im Vergleich zu den Boot-Bewegung (2) die Konsistenz der Fördermengen bis 20 replizieren Kammern während auf hoher See, und (3) die Filtration-Daten aus Muscheln getestet an drei Offshore-Standorten auf den drei verschiedenen Schiffen.

Protocol

(1) kardanisch Tisch und Zuführeinrichtung

  1. Konstruieren Sie und montieren Sie die Gimbal-Tabelle, um aus zwei Frames, Gimbal Tisch und ein Ballasttank bestehen, wie in Figur 1adargestellt.
    1. Bauen Sie den äußersten Rahmen 130 cm lang, 92 cm breit und 90 cm hoch mit 0,65 cm Polyvinylchlorid (PVC) bestand. Verwenden Sie Edelstahl-Schrauben und Muttern, um den Rahmen bilden.
    2. Bauen Sie den innersten Rahmen (125 cm lang und 80 cm breit) von 4 cm x 10 cm Polyvinylchlorid (PVC) Lager. Passen Sie die stark verstärkte Abschnitte an der Spitze der kurzen Seiten des Rahmens, um die innere Gimbal-Frame empfangen. Edelstahl-Bolzen um den inneren Rahmen, innerhalb des äußeren Rahmens frei schwingen können dauerhaft zu beheben.
    3. Ebenso gehören Sie verstärkte Abschnitte an den Längsseiten des inneren Rahmens, Edelstahl-Stifte in die Gimbal-Tabelle, so dass sie frei schwingen montiert unterzubringen.
    4. Brühwürfel PVC mit einem abnehmbaren Vorschaltgerät. Füllen Sie Ballasttank mit 85 kg Meerwasser und legen Sie eine Gewicht von 50 kg Zink an der Unterseite des Ballasttank; Es fungiert als ein Gegengewicht zu dämpfen, aber nicht zu beschränken, das Schwingen des Tisches.
      Hinweis: Ballasttank ist der Gimbal-Tabelle mit Edelstahl-Schrauben und Muttern befestigt.

Figure 1
Abbildung 1: Gimbal Tisch und Fütterung Geräte entwickelt zur Quantifizierung der zweischaligen Aussetzung Fütterung mit der Biodeposition-Methode an Bord eines Bootes. (ein) zeigt dieses Fenster ein Bild des Tisches montiert Gimbal mit zuführeinrichtung. (b) dieses Panel zeigt eine schematische Darstellung des montierten zuführeinrichtung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Konstruieren Sie und montieren Sie der zuführeinrichtung, bestehend aus einem Kopf Tank und 2 Sätze von 10 Fütterung Kammern (Abbildung 1 b).
    1. Bauen Sie den Kopf Tank mit 6,5 mm PVC 70 cm in der Länge X 30 cm Breite X 12 cm in der Höhe (Abb. 2a) sein. Bohren Sie ein 25-mm-Durchmesser-Loch in der Mitte der 30-cm Links 3 cm von der Spitze.
    2. Bohren Sie 10 von 13 mm Durchmesser durch die 70-cm-PVC-Stücke des Rechtecks, so dass jedes Loch 2,5 cm von der Basis liegt. Die erste Bohrung 40 mm von der Seite des Kopfes Tanks; dann sind die Zentren der aufeinander folgenden Löcher 69 mm voneinander entfernt.
    3. Platz Kunststoff SCHOTT Anschlüsse 7 mm Innendurchmesser in jedes Loch mit Gewinde, Wasser den Kopf Tank zu verlassen lassen. Passen Sie Silikon Schlauch von 6,5 mm Innendurchmesser auf die Anschlüsse. In der Mitte jedes Rohr zwischen dem Kopf Tank und die Fütterungen Kammern schließen Sie einstellbare Ventile an den Schlauch in der Fütterungen Kammern Steuerung an.
      Hinweis: Um sicherzustellen, dass die Partikel verbleiben im Kopf Tank Wasser suspendiert und gleichmäßig über die Fütterungen Kammern verteilt, hinzufügen Belüftung in den Tank mit Steinen Luft oder Luft-Schläuche.
    4. Inneren Maßnahmen der einzelnen Füllraum sind 17,5 cm in der Länge X 6 cm Breite X 6 cm in der Höhe (Abb. 2 b). Bohren Sie ein 13-mm-Durchmesser-Loch in der Mitte einer der 6-cm-Seiten, so dass der Mittelpunkt der Bohrung 15 mm von unten ist. Bohren Sie auf der gegenüberliegenden Seite der 6 cm jeder Kammer ein Loch mit 13 mm Durchmesser 45 mm von unten.
    5. Schließen Sie eine Schallwand im Inneren jedes füllraum; die Schallwand ist ein PVC-Stück, die ist 3 cm in der Höhe und 6 cm breit und 3,5 cm 6 cm seitlich von der Füllraum platziert werden soll, die die Bohrung 15 mm von unten hat. Kleben Sie die Schallwand auf den Boden der Kammer, so dass Wasser drüber läuft.
    6. Enthalten einen zweiten Schallwand-Stück, das beweglich ist, 50 mm lang und t-förmige Stück (58 mm breit an der Unterseite des T, bei 15 mm von oben; es verbreitert sich auf einer Breite von 72 mm). Die Form ermöglicht die Schallwand auf die Fütterung Kammerwände und Wasser fließen in die Schallwand in der Kammer (Abbildung 2 c) ruhen. Ort der beweglichen Schallwand 1-2 cm vor die Muscheln, die den Wasserfluss direkt auf die Muscheln am unteren Rand der Kammer zwingt.
    7. Kopf-Kammer und zuführeinrichtung auf den Gimbal-Tisch und halten sie mit Anti-Rutsch-Matten. Das System soll so modularen Verpackung, Umzug und Lagerung zu erleichtern.

Figure 2
Abbildung 2: detaillierte Messungen des Kopfes Tanks und Fütterung Kammern. (ein) Dies ist eine Zeichnung des Kopfes Tanks mit detaillierten Messungen. (b) Dies ist eine Zeichnung von einer Fütterung Kammer mit detaillierten Messungen. Die gestreifte Linie zeigt den Speicherort der die festen Schallwand. (c) Dies ist eine Zeichnung und die Messungen der beweglichen Schallwand. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

2. Durchfluss Kalibrierung für die Fütterung der Kammern

  1. Um Strömungsgeschwindigkeiten zu kalibrieren, legen Sie einen 100-mL-Glas oder Kunststoff Messzylinder am Ausgang des einen Füllraum. Sofort beginnen Sie die Aufnahmezeit mit einer Stoppuhr.
  2. Nach 30 s, entfernen Sie den Messzylinder und überprüfen Sie die Lautstärke des gesammelten Wassers. Im Idealfall sammeln Sie 100 mL Wasser, was eine Strömung aus dem Kopf Tank an die Fütterung 12 L h-1entspricht.
    Hinweis: Der Volumenstrom von 12 L h-1 wurde von früheren Laborexperimente bestimmt, um eine homogene Verteilung der Partikel zwischen Aquarien ohne Wasserrückführung zu erzielen.
    1. Wenn das Volumen des aufgefangenen Wassers nicht innerhalb von 5 mL 100 mL-Ziel ist, einstellen Sie den Fluss durch Schließen oder Öffnen des Ventils befindet sich zwischen dem Kopf Tank und den Füllraum. Überprüfen Sie die neue Durchflussmenge erneut durch das Sammeln von Wasser für 30 s und wiederholen Sie diesen Schritt, bis die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit erreicht ist.
  3. Wiederholen Sie den Vorgang der Kalibrierung für jede Füllraum, einschließlich die steuerkammern vor Beginn der Datenerhebung.

3. Vorbereitung der Filter für die Biodeposition-Methode

Hinweis: Die Bestimmung von Gesamt, organischen und anorganischen Partikeln im Wasser, Pseudofeces und Fäkalien erfolgt mit 25-mm-Durchmesser GF/C Glasfaser filtern. Sicherzustellen Sie vor der Probenentnahme, dass die Filter gewaschen, getrocknet, gebrannt und preweighed sind. Verwenden Sie immer flach-Tip Pinzette, um die Filter bei allen Prozessen zu behandeln. Wenn ein Filter bricht oder ein Loch hat, ohne sie verwerfen.

  1. Um die Filter waschen, zuerst einen Becher mit 200 mL destilliertem Wasser ca. 10 Filter hinzu und rühren Sie sie manuell. Nach 15 s, beachten Sie, dass das früher klare Wasser weiße Fasern; Diese sind lose staubartigen Fiberglas freigegeben durch die Filter. Nicht mehr rühren.
  2. Abgießen Sie das Wasser im Becherglas und fügen Sie 200 mL destilliertem Wasser wieder. Waschen Sie die Filter 3 X insgesamt. Wiederholen Sie der Waschvorgang bis genügend Filter zur Verfügung, um eine vollständige Fütterung durchzuführen sind experimentieren, d. h. etwa 48 Filter für Wasserfiltration wenn das Experiment 2 h dauert und Wasser gesammelt alle 15 min und 32 Filter für den Kot und Pseudofeces von 16 Muscheln .
  3. Trocken die Filter bei 60 ° C für mindestens 1 Stunde brennen die getrockneten Filter in einem Muffelofen bei 450 ° C für 4 h kontaminierenden organisches Material zu entfernen. Entfernen Sie die Filter aus dem Ofen, übertragen Sie sie auf einem Exsikkator und lassen Sie der Filter auf Raumtemperatur kommen.
  4. Wiegen Sie die Filter auf einer Analysenwaage und notieren Sie die Gewichte. Zwei mögliche Methoden für die Verfolgung der Filter-Gewichte sind wie folgt.
    1. Nummer jeder Filter am äußersten Rand, außerhalb des Bereichs, die die Probe während der Filtration, mit einem weichen Bleistift erhalten. Wiegen Sie den Filter nach Nummerierung es, erfassen Sie die Anzahl und das Gewicht in einem Notebook und speichern Sie der Filter nach dem wiegen sie in ihrer Originalverpackung Filter zu.
    2. Wiegen Sie jeder Filter einzeln und dann wickeln Sie es in ein Stück Alufolie gedämpft und nehmen Sie das entsprechende Gewicht auf die Folie. Speichern Sie die verpackte Filter bis in das Feld und notieren Sie das Gewicht in einem Notebook verwendet, nach der Erfassung der Stichprobe.

(4) Darm Transitzeit

  1. Platz fünf Muscheln individuell aus Glas oder Kunststoff Becher mit 300 mL von ambient, ungefiltertes Meerwasser gefüllt.
  2. Jeder Becher 2 mL Tetraselmis SP. Monokultur hinzu, und notieren Sie die Zeit, die jeder einzelne Muscheln geöffnet wird, die durch eine Schale Gape signalisiert wird.
    Hinweis: Tetraselmis SP. ist für die Bestimmung der Laufzeit Darm verwendet, weil es wird leicht von zweischaligen Arten aufgenommen, und die daraus resultierende Kot dunkelgrün in der Farbe sind, von der braunen Kot produziert nach der Verdauung eines natürlichen zu unterscheiden Plankton-Gemeinschaft.
  3. Überprüfen Sie jedes Becherglas alle 3-5 min um sicherzustellen, dass die Muscheln geöffnet und produzierenden Fäkalien bleiben.
    1. Überprüfen Sie den Kot sind dicht gepackt, engen Strings aus der Verdauung der Muscheln (Abbildung 3) und pflegen ihre Struktur beim pipettieren.
    2. Sicherzustellen Sie, dass die gesammelten Einlagen sind Kot und nicht Pseudofeces (Abbildung 3), die, wenn produziert, sofort durch ein Übermaß an Tetraselmis sp hergestellt werden; Pseudofeces sind leicht verpackt, Cloud-artige Ablagerungen von nicht eingenommen Partikeln, die schnell aufzuwirbeln, wenn mit einer Pipette gesammelt.

Figure 3
Abbildung 3: Darstellung der visuellen Unterschiede zwischen zweischaligen Kot und Pseudofeces. Die linke Tafel zeigt eine gerippte Muschel (Geukensia Demissa), mit Pfeilen, die die produzierte Kot und Pseudofeces. Im Rechte Bereich zeigt im Detail die grünen Kot und Pseudofeces nach einer Filtration Tetraselmis SP. Monokultur und dem braunen Kot produziert und Pseudofeces nach einer Filtration einer natürlichen Phytoplankton-Gemeinschaft produziert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Wenn grüne Kot erscheinen, nehmen Sie die Zeit für jeden einzelnen Muscheln. Die Länge der Zeit zwischen der Eröffnung die Muscheln und die Produktion von grünen Kot ist seinen Darm Transitzeit. Durchschnittliche Darm-Laufzeiten von allen fünf Muscheln repliziert um die mittlere Darm Transitzeit im timing des Versatzes zwischen der Sammlung von Wasserproben und Stuhlproben verwenden zu erhalten.
    Hinweis: Verwenden Sie fünf Wiederholungen für den Fall, dass eine oder mehrere Muscheln öffnen oder Kot produzieren scheitern. Im Idealfall wird die mittlere Darm Transitzeit auf mehr als drei Wiederholungen beruhen.

5. die Probenahme

  1. Sammeln Sie Proben des Wassers aus dem Kopf Tank von Wasser aus den steuerkammern, die leere Schalen zweischaligen Artgenossen verwendet in den Experimenten (zwei pro Seite) und der Kot und Pseudofeces von einzelnen Muscheln produziert enthalten überfüllt. Reinigen Sie die Muscheln des Epibionts und anderer encrusting Organismen Filtration durch andere Fauna zu vermeiden, vor dem Einlegen der Muscheln in der Fütterungen Kammern.
    Hinweis: Muscheln in der Fütterung gelegt Kammern können bewegen, fixieren also um die Kot und Pseudofeces Sammlung zu erleichtern ihnen in jeder Kammer mit Verbindungselementen (z.B. Velcro).
    1. Sammeln Sie 300 mL Wasser alle 15 min für 2 h separat Filter das Überlaufwasser und das Wasser aus den beiden sets von steuerkammern durch preweighed Filter (d.h. 3 Filter pro Zeitpunkt). Spülen Sie die Filter mit ~ 5 mL isotonische Ammonium-Formiat, während der Filter noch auf die Filtration-Verteiler sind.
    2. Verzögern Sie das Auftreten der Biodeposit Sammlung aus der Wassergewinnung durch die Länge der Laufzeit bedeuten Darm, die bestimmt war, wie beschrieben in Abschnitt 4 des Protokolls. Z. B. wenn die mittlere Darm Laufzeit 1 h, starten Sie die Wassergewinnung, sobald die Muscheln in der Fütterungen Kammern öffnen. Deaktivieren Sie nach 1 h die Kammern aller Kot und Pseudofeces, die hergestellt wurden, und dann beginnen die Sammlung aller nachfolgenden Kot und Pseudofeces.
      1. Schattieren Sie die Muscheln in die Fütterungen Kammern und der Darm Transit Container zur Erhöhung der Zahl der Muscheln, die sich öffnen um zu ernähren.
    3. Sammeln Sie die Kot und Pseudofeces separat mit einer Glaspipette und halten Sie die Biodeposits in einem separaten Behälter (Flasche oder Tube) für jede Muscheln während des Zeitraums der 2-h. Filtern Sie die Biodeposits in jedem Container einzeln auf ein preweighed Filter und spülen Sie sie mit 5 mL isotonische Ammonium-Formiat.
      Hinweis: Am Ende der 2-h-Sammlung werden 16 Container mit Kot gesammelt und 16 Container mit Pseudofeces für insgesamt 32 Container Filtern gesammelt.
    4. Speichern Sie die Filter in Petrischalen oder dumpfe Aluminiumfolie für den Transport ins Labor. Wenn Alufolie gedämpft ist für den Transport eingesetzt, zunächst die Filter in der Mitte falten, mit dem Filtermaterial auf der Innenseite der Klappe, um Datenverluste zu verhindern gefiltert Material durch den Kontakt mit der Folie. Speichern Sie alle Filter in eine Kühlbox mit Eis.
    5. Trocknen Sie alle Filter im Backofen bei 60 ° C für mindestens 24 h im Labor.
    6. Jeder Filter mit einer Analysenwaage Vakuumtrockenschrank. Subtrahieren Sie das Ausgangsgewicht von das Endgewicht der gesamten Feinstaub zu bestimmen.
    7. Brennen Sie alle Filter im Muffelofen bei 450 ° C, für 4 Std. entfernen Sie die Filter aus dem Ofen, übertragen Sie sie auf einem Exsikkator und lassen die Filter auf Raumtemperatur kommen. Wiegen Sie den Filter erneut auf einer Analysenwaage. Subtrahieren Sie die gebrannten Filter Gewicht aus dem getrockneten Filter Gewicht festzustellen, die anorganischen Partikeln.
      Hinweis: Die organischen Partikel ist der Unterschied zwischen der gesamten Feinstaub und anorganischen Partikeln.

Representative Results

Die Biodeposition-Methode, zweischaligen Fütterung zu quantifizieren ist gut etabliert und bietet einen Mechanismus, um umfassende Daten über die Filtration und die Fütterung Leistung von Muscheln mit natürlichen Seston in einer Feld-Umgebung zu erhalten. Bisherige Anwendungen der Biodeposition-Methode konnte nur an landseitigen Standorten durchgeführt werden, weil die Methode eine stabile Plattform erfordert. Die Studie von zweischaligen Filtration und Fütterung in off-Shore-Gewässern erfordert schiffsgestützt Messungen und Schiffe sind nicht stabil genug, auch den ruhigsten Bedingungen. Wir haben entworfen und getestet die Zugabe einer Gimbal-Tabelle vorhandenen Filter Fütterung Apparat, erstelle ich die stabile Plattform benötigt, um ordnungsgemäß die Biodeposition-Methode verwenden.

Zusammen mit die stabile Plattform für die Muscheln filtern, berichten wir Daten, die zeigen eine sogar Partikelverteilung in einzelnen Kammern innerhalb der Fütterung Apparat (p = 0.997 aus eine Verallgemeinerung der Welch Test für 20 % getrimmten Mittel23 ; ( Abbildung 4). Diese gleichmäßige Verteilung der Schwebstoffe zeigt an, dass die Lieferung von Partikeln aus dem Kopf Tank an einzelnen Kammern vereinbar ist; so, alle Muscheln sind die gleichen Lebensmittel Quantität und Qualität ausgesetzt und in Betracht, dass wahre repliziert.

Figure 4
Abbildung 4: durchschnittliche Zelle Fülle in jeder Füllraum während Partikel Verteilung Tests von leeren Kammern. Dieses Panel zeigt die durchschnittliche Anzahl von Phytoplankton Zellen/mL (± SD) im Meerwasser aus dem Rohr Ausgang jeder Fütterung Kammer (mit der Bezeichnung 1-20) gesammelt, während hochwertige Qualitätssicherung Studien um eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen in den Durchfluss-System zu gewährleisten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Vier wurden an Bord Studien mit drei Arten der Muschel an drei Standorten mit sehr unterschiedlichen Seston Menge und Zusammensetzung (Abbildung 5). Die verschiedenen Arten untersucht können oder sind derzeit landwirtschaftlich genutzten off-Shore; Wir haben mehrere Arten, um die allgemeine Anwendbarkeit des Geräts zu testen. Miesmuscheln (Mytilus Edulis) wurden in den ersten Versuch von Connecticut (CT) und in Massachusetts (MA) verwendet. Gerippte Muscheln (Geukensia Demissa) dienten in der zweiten CT-Experiment. Mediterrane Miesmuscheln (Mytilus Galloprovincialis) dienten in Kalifornien (CA)-Experiment. Zwei Experimente fanden in der Küstenstadt CT im Long Island Sound, 1,5 km von Milford am 12. Juni 2013, und 19. Juni 2013 statt. Das dritte Experiment wurde in Küsten MA im Vineyard Ton, 1 km von Menemsha am 23. Juli 2013 durchgeführt. Das vierte Experiment wurde in Offshore-CA, 10 km von Long Beach auf 20. August 2013 durchgeführt.

Die Bedingungen an diesen drei Standorten umfassen den Bereich von was in Offshore-Umgebungen unter Auswertung für Schalentiere Aquakultur erwartet werden konnte. Das Wasser total Feinstaub war in CT, niedriger in MA, und am niedrigsten in CA (alle p≤ 0,001 aus eine Verallgemeinerung der Dunnett T3 Verfahren für getrimmte Mittel und ein Bootstrap -t Technik23) am höchsten. Im Gegensatz dazu wurde der organische Anteil der Seston höchsten in CA, niedriger in MA, und am niedrigsten in CT (alle p≤ 0,01 aus eine Verallgemeinerung der Dunnett T3 Verfahren für getrimmte Mittel und ein Bootstrap -t Technik23; ( Abbildung 5).

Figure 5
Abbildung 5: Zusammensetzung und Menge von Partikeln im Wasser an den drei Standorten der experimentellen. Dieses Panel zeigt die durchschnittliche organische Partikel (POM) (± SD; Daten und Fehler Balken in grau) und die durchschnittliche anorganischer Feinstaub (PIM) (± SD; Daten in schwarz weiß und Fehler Bars) aus dem Wasser bei 3 verschiedenen experimentellen Positionen gesammelt. Die komplette bar (grau + weiß) zeigt die gesamte Feinstaub (TPM). CT 1 = Connecticut Experiment 1; CT 2 = Connecticut Experiment 2; MA = Massachusetts Experiment; CA = California Experiment. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Fressverhalten in Muscheln ist Spezies-abhängig und Umweltbedingungen abhängig. Personen anpassen ihre Fütterung Verhalten nach Unterschiede in der Menge und Art (organische und anorganische) von Partikeln im Wasser. So spiegeln die Ergebnisse der vier Filter-Fütterung Experimente aus den drei Standorten sowohl die Kunststoff physiologische Reaktion auf Essen Quantität sowie Qualität und Artenunterschiede auf drei der vier Experimente. Muschel Absorptionswirksamkeit war signifikant höher in der ersten CT-Experiment in der zweiten und höher in der ersten CT-Experiment als in Kalifornien, aber alle anderen paarweise Vergleiche waren nicht signifikant, wahrscheinlich eine Folge der hohen Variabilität in beide beobachtet die MA und die CA-Maße (die Bedeutung getestet bei α = 0,05, angepasst an Kontrolle für mehrere Tests; aus eine Verallgemeinerung der Dunnett T3 Verfahren für getrimmte Mittel und eine Bootstrap -t Technik; 23Abbildung 6). Der Anteil der gefilterte Material, das abgelehnt wurde war in CT, MA, niedriger am höchsten und NULL in CA (alle p≤ 0,005 aus eine Verallgemeinerung der Dunnett T3 Verfahren für getrimmte Mittel und ein Bootstrap -t Technik23).

Figure 6
Abbildung 6: Ablehnung von insgesamt Feinstaub und Absorption von organischer Substanz durch die Muscheln in den Studien an Bord. Dieses Panel zeigt die prozentuale Ablehnung und Absorption (± SD) durch Muscheln in drei experimentellen Standorten. CT 1 = Connecticut Experiment 1; CT 2 = Connecticut Experiment 2; MA = Massachusetts Experiment; CA = California Experiment. Miesmuscheln (Mytilus Edulis) dienten in CT 1 und MA. Gerippte Muscheln (Geukensia Demissa) wurden in CT 2 verwendet. Mediterrane Miesmuscheln (Mytilus Galloprovincialis) dienten in CA. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Die Experimente in MA und CA illustriert häufige Probleme, die auftreten können, während sich verändernde Umweltbedingungen. Der hohe Seegang ergab eine hohe relative Variabilität in der gemessenen organische Anteil des Pseudofeces in MA.

Figure 7
Abbildung 7: organische Anteil Wasser, Kot und Pseudofeces in den drei experimentellen lagen. Dieses Fenster zeigt den durchschnittlichen Anteil an organischer Substanz (± SD) im Wasser und Kot und Pseudofeces drei Muschel-Arten in vier verschiedenen Experimenten an 3 Standorten. CT 1 = Connecticut Experiment 1 mit Miesmuscheln (Mytilus Edulis); CT 2 = Connecticut Experiment 2 mit gerippten Muscheln (Geukensia Demissa); MA = Massachusetts Experiment mit Miesmuscheln; CA = California Experiment mit mediterranen Miesmuscheln (Mytilus Galloprovincialis). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Analytische Fragestellungen, die häufig im Zusammenhang mit Bereichen von niedrigen Feinstaub wurden illustriert in der Fütterung Verhalten Ergebnisse aus CA, wo einige kleine Pseudofeces Kot zunächst verwechselt wurden.

Figure 8
Abbildung 8: Auswirkungen der Fehlidentifizierung der Biodeposits auf die Fütterung Verhalten Daten aus Muscheln in den Studien an Bord. Dieses Fenster zeigt die Beispieldaten aus Kalifornien, die Wirkung der kleinen Kot als Pseudofeces in einer niedrigen Summe Feinstaub (TPM) Umgebung ermöglichte. In diesem Fall das TPM war zu gering, um eine Pseudofeces Produktion auslösen, aber der Kot war so gering, dass einige für Pseudofeces gehalten wurden. Die Daten wurden durch die Kombination der Kot und "Pseudofeces" Gewichte und nur Berechnung des Einnahme Weges korrigiert. CR = Clearance-Rate, die Menge des Wassers, die zirkuliert durch die Kiemen der Muscheln (L/h); FR = Filtrationsrate, die Anzahl der Partikel zurückgehalten in den Kiemen (mg/h); AR = Absorption Rate, die Menge der aufgenommenen Feinstaub, die in die Muscheln Verdauungssystem (mg/h) absorbiert wird. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Fallstudien, die in Abbildung 7 und Abbildung 8 gezeigt werden in die Diskussion Abschnitt näher erläutert.

Discussion

Verschiedene Ansätze wurden verwendet, um die Filtration und Fütterung der Muscheln im Labor und im Feld zu studieren. Messungen bei der Verwendung von natürlichen Seston Fütterung erbringt Preise sehr ähnlich wie in der natürlichen Umgebung24. Bestehenden Fütterung Mobilgeräte für Mess Muscheln Fütterung25,26 sind abhängig von einer stabilen Plattform wie Land oder einem festen Dock; so, Quantifizierung der zweischaligen Filtration und Fütterung im Feld hat, bisher beschränkt sich auf sehr küstennahen Gewässern. Das neuartige Gerät und die hier vorgestellte Methode repräsentieren ein zuverlässiges Werkzeug, die Fütterung Leistung der Muscheln in Offshore-Gewässern zu quantifizieren, wo Interaktionen zwischen Muscheln und Umwelt bisher schlecht beschrieben gewesen.

Die entscheidenden Schritte in der Offshore-Anwendung der Biodeposition Methode gehören die folgenden: (1) die Belüftung des Kopfes Tanks und die Kalibrierung der Volumenströme über alle Fütterung Kammern darauf ein sogar Kornverteilung, die Muscheln; (2) eine genaue Bestimmung der Laufzeit experimentelle Darm vor der Sammlung von Biodeposits; (3) die Identifikation, die Trennung und die komplette Sammlung aller Kot und Pseudofeces produziert von Muscheln, darunter die Sammlung von genügend Biodeposits, die Nachweisgrenze für organische und anorganische Partikel zu übertreffen. Hohe Volumenströme sind wesentlich für die Wasserrückführung in der Fütterungen Kammern zu vermeiden, die das Phänomen der Nahrung Konzentration Reduzierung aufgrund Refiltration18,25,27,28erhöhen kann.

Die genaue Identifizierung und Trennung von Kot und Pseudofeces können in Offshore-Umgebungen schwierig sein. Wahrscheinlich war die Sammlung von Kot und Pseudofeces in Massachusetts Gewässern Seegang während der letzten Stunde der Messung betroffen. Messungen, die mit dieser Methode werden durch den Zustand des Meeres, Auswirkungen auf die Fähigkeit der Pflücker zu sauber trennen und genau zu unterscheiden zwischen Kot, Pseudofeces und andere Partikel (d.h., Schluff oder Partikel) abgelagerten Materials eingeschränkt. die Fütterungen Kammern. Dieses experimentelle Problem kann in der resultierenden Daten beobachtet werden, wo der organische Anteil der Pseudofeces eine größere Variabilität in den Ergebnissen von Massachusetts als von den anderen beiden Standorten (Abbildung 7 hat).

Standorte mit sehr niedrigen Feinstaub, wie Kalifornien, präsentieren eine analytische Herausforderung, weil die Partikel gesammelt in diesem Experiment war sehr nahe an der Nachweisgrenze, obwohl 2 L Wasser für jede Wasserprobe gefiltert wurde. Die Methode zur Quantifizierung der organischen und anorganischen Beiträge zu der gesamten Feinstaub basiert auf Massenbilanz; So können kleine analytische Fehler nahe der Nachweisgrenze in physiologisch unmöglich Schalentieren Fütterung Ergebnisse, z. B. Ablehnung oder Clearance negativzinsen führen. Daten, die aus dieser Art von Fehler, und die entsprechende Korrektur sind in Abbildung 8dargestellt, die Grundstücke den Durchschnittswert für die Abschlussquote, die Filtrationsrate und die Absorptionsrate von California-Experiment. Die Kot-Mengen wurden an dieser Stelle, dass einige Pseudofeces durch die Biodeposit-Kommissionierer verwechselt wurden so klein. Die sehr geringen Mengen an "Pseudofeces" gesammelt waren sehr nahe an der Nachweisgrenze von Gewicht, und die daraus resultierenden Daten ergab negativen Schalentiere, Filtration und Fütterung Daten für mehrere Wiederholungen, die physiologisch unmöglich ist und somit offensichtlich falsch. Feinstaub in der Nähe der Nachweisgrenze ergab auch eine hohe Variabilität insgesamt für diese Messung. Diese Ergebnisse konnten durch einen Fehler beim Wägen die Filter verursacht werden, aber mehr war wahrscheinlich, durch die falsche Identifizierung der Pseudofeces. Die letztgenannte Möglichkeit wurde weiter durch die Beobachtung unterstützt, dass das Wasser total Feinstaub zu niedrig Pseudofeces Produktion22,23ausgelöst wurde. Die Daten wurden korrigiert, indem die falsche Pseudofeces Daten verwerfen und nur Berechnung des Einnahme Weges (Abbildung 8).

Die Vorrichtung zur Quantifizierung der zweischaligen Aussetzung Fütterung mit der Biodeposition-Methode an Bord eines Bootes kann geändert und an mehreren zweischaligen Arten angepasst werden. Die Größe der Fütterungen Kammern kann leicht variieren, breitere oder schmalere zweischalige Muscheln angepasst. Es ist wichtig zu beachten, das Ändern der Dimensionen der Fütterungen Kammern aus den hier beschriebenen erfordern jedoch, dass sogar Partikelgrößenverteilung über die Fütterungen Kammern ansässig ist, vor der Durchführung von Messungen vornehmen. Das Volumen des Wassers gefiltert sollte je nach den örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Low-Seston Umgebungen wie Kalifornien erfordern ein größeres Volumen des Wassers gefiltert, um die Nachweisgrenze für die Gewichts-basierten Analyse übersteigen. Zur gleichen Zeit, wenn zu viel Wasser gefiltert wird, dann die Filter verstopfen und die Trocknungszeit (nicht Temperatur) in den Ofen muss erhöht werden. Ebenso müssen die Biodeposit-Sammlung in niedrig-Seston Umgebungen sammeln genug Material, um die analytischen Nachweisgrenze überschreiten verlängert werden. Ein weiterer Indikator für eine problematische Biodeposit Sammlung ist der relative organischen Gehalt an Wasser vs. Pseudofeces und Kot. Kot und Pseudofeces kann einen wesentlich größeren Anteil an organischer Substanz als das Wasser nicht enthalten; Sie sind ein Produkt der Partikel aus dem Wasser gefiltert und verarbeitet. Unter bestimmten Bedingungen kann der organische Anteil der Biodeposits etwas größer als die des Wassers wegen der ökologischen Investitionen sein, die Muscheln machen, Speisereste zu verarbeiten; jedoch, diese Investition allenfalls eine geringfügige Zunahme der Kot organischen Substanz ergeben. Der Anteil an organischer Substanz berichtet hier liegt weit über dem Prozentsatz, der metabolischen fäkale Verlust zugeschrieben werden könnte. Die Pseudofeces Proben aus Massachusetts veranschaulichen dieses potentielle Problem. Der organische Anteil der Pseudofeces war sehr variabel, wie oben erwähnt, aber einige von den Wiederholungen ergab Bio Inhalte, die der entsprechenden Wasserproben überstiegen. Es ist möglich, dass während der Seegang der letzten Stunde der Biodeposit Sammlung, Pseudofeces mit exogenen organischer Substanz, kombiniert wurden, die künstlich erhöhte den organischen Anteil und physiologisch unmöglich Ergebnisse (Abbildung 7) . Bei hohem Seegang in Zukunft wahrscheinlich möglich sind sind Anwendungen dieser Methode, die Zugabe von mehr Wiederholungen durch zusätzliche Kammern empfehlen.

Eine Einschränkung der Methode ist, dass dieser Apparat zu quantifizieren, die Fütterung von Erwachsenen Personen ausgelegt ist. Die genaue und vollständige Sammlung von Kot und Pseudofeces aus zweischaligen Samen ist schwierig wegen der Kleinheit der (Pseudo-) Kot und müsste viel länger Experimente, genug Material, um die analytischen Nachweisgrenze überschreiten zu erhalten. Wenn kleine Personen verwendet werden, könnten mehrere in einer Kammer zu einer erhöhten Rate von Kot und Pseudofeces Produktion pro Kammer gebündelt werden. Alternativ können die Geräte mit viel kleineren experimentelle Kammern neu gestaltet werden. Die Wetter- und Seebedingungen Zustand möglicherweise wichtige Einschränkungen, da diese beeinflussen die Genauigkeit der Biodeposit Musterkollektion. Temperaturextreme und Regen können die Anzahl der zweischaligen Wiederholungen reduzieren, die ernähren. Die Tiefe an dem Wasser, das Pumpen eingesetzt werden zwischen Experimenten darauf Seston, die in den Experimenten verwendet variiert werden kann reflektieren die Seston typisch für die Tiefe an der zweischalige Anbau auftreten wird. Trotz dieser möglichen Einschränkungen bietet die Methode die einmalige Gelegenheit, die Filtration und Fütterung von Muscheln unter natürlichen Bedingungen, mit natürlichen Seston, im Gegensatz zu simulierten Bedingungen im Labor zu untersuchen. Die generierten Daten sind viel realistischer als Laborexperimente und eher die Leistung der Muscheln in der gewünschten Position zu reflektieren. Die neue Methode durchzuführen an Bord Messungen stark erweitert den möglichen geographischen Umfang.

Das wachsende Interesse an Offshore-Muschel Aquakultur stellt eine ideale Benutzergruppe für zukünftige Anwendungen dieser Methode. Interessierten bei der Optimierung der Standortwahl des neuen Offshore-Aquakulturbetriebe können mithilfe dieses Ansatzes, um der zweischaligen Umrahmung der vorgeschlagenen Standorte zu prüfen. Ein Beispiel für eine Anwendung, die geplant wird ist zum Testen von Hypothesen über die optimale Tiefe für eine blau-Muschel SUSPENSIONSKULTUR in den Küstengewässern von südlichen Neuengland (Mizuta und Wikfors, im Rückblick).

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren möchten NEFSC und der NOAA Fischerei Service Büro der Aquakultur für die Finanzierung zu bestätigen. Die Autoren sind dankbar für ihre akademischen und Partnern aus der Industrie, Scott Lindell Research Specialist bei Woods Hole Oceanographic Institute, und Phil Cruver, CEO von Catalina Sea Ranch, angeordnet und bot Zugang zum Offshore-Muschel-Anbaugebieten. Die Arbeit wäre nicht möglich ohne die folgende Arbeitsbühnen gewesen; R/V Captain Jack im Besitz von Catalina Sea Ranch, R/V Gemma Besitz und verwaltet von The Marine Biological Laboratory, und R/V Victor Loosanoff von NOAA Fischerei, Nordosten Fisheries Science Center betrieben. Wir danken auch Kapitäne Jim Cvitanovich und Bill Klim für ihr Know-how. Werner Schreiner vorgesehen sein technische Know-how in der Entwicklung und Herstellung von Rahmen, Gimbal Tabelle und Ballasttank, Kopf Tank und experimentelle Kammern.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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