К СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНИКОЙ ЗАВОДСКОГО ВОСПРОИЗВОДСТВА ЦЕННЫХ ВИДОВ РЫБ НА ОСНОВЕ НЕЙРОЭНДОКРИНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Аннотация. На основе конструктивной рабочей схемы нейроэндокринной регуляции размножения рыб разработаны новые методы биотехники управления размножением, выживаемостью производителей, темпами роста молоди в виде 9 изобретений и 1 заявки на изобретение. Они составляют систему управления биотехникой воспроизводства популяций ценных видов рыб.

Ключевые слова: Гипоталамо-гипофизарная нейросекреторная система рыб, нейроэндокринная регуляция размножения, биотехника разведения осетровых и лососевых рыб, заводское воспроизводство популяций рыб.

Abstract. New methods of biotech management of breeders reproduction and survival, growth rates of youngs in the form of 9 inventions and 1 application for invention were developed on the basis of a constructive working scheme neuroendocrine regulation of fish reproduction. They form a managing system of valuable fish populations reproduction.

Key words: hypothalamo-hypophyseal neurosecretory system of fish, neuroendocrine regulation of fish reproduction, sturgeon and salmon farm biotechnology, farm reproduction of fish populations.

Эколого-гистофизиологическими и экспериментальными полносистемными исследованиями гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) с применением морфометрических методов световой, электронной микроскопии и иммуноцитохимии впервые установлено ее участие в размножении рыб [7]. В начале миграций проходных осетровых и лососевых рыб происходит активация синтеза нейросекреторных продуктов в нейросекреторных клетках преоптического ядра (ПЯ) и транспорт их в нейрогипофиз, где, однако, происходит их массовая аккумуляция. Такое нарушение длительно адаптированного нагульного типа осморегуляции является основным физиологическим стимулом смены среды обитания. Одновременно наблюдается выведение нонапептидных нейрогормонов из дендритов и нейросекреторных терминалей в ликвор III желудочка мозга, что вызывает их нейротропный эффект в поведенческих центрах ЦНС в виде доминантного состояния возбуждения ‒ «миграционного импульса» [6]. В начале нереста установлена сильная активация ГГНС с последующим снижением её функциональной активности, что отражает её участия в защитно-приспособительных реакциях организма на естественный физиологический стресс. В итоге, впервые в мировой литературе установлено, что функциональная роль гипоталамической нейросекреторной системы в размножения рыб заключается: 1. В инициации процессов миграции и нереста ‒ энергозатратных процессов миграционного и нерестового поведения и 2. В их завершении путем подавления гиперактивности желез-мишеней, которое обеспечивает переход организма на энергосберегающий пластический обмен. Анализ такой ключевой роли нейросекреторной системы в интеграции размножения рыб по принципу саморегуляции позволил разработать его конструктивную рабочую схему (Рис. 1).

На основе этой схемы были сформулированы принципы и разработаны новые методы управления размножением, выживаемостью производителей и темпами роста молоди с целью повышения эффективности заводского воспроизводства популяций рыб. Эти методы, сочетающие воздействия комплексов экологических и гормональных факторов, составляют систему управления биотехникой воспроизводства популяций рыб. Она предлагается к использованию в рыбохозяйственной и природоохранной областях.

Конкретно, с целью повышения степени (%) рыбоводного использования производителей рыб путем стимуляции их полового созревания был разработан и внедрен в осетроводство препарат изолированной передней доли гипофиза [8]. Для этого же разработан способ стимуляции созревания самцов рыб изолированной задней долей гипофиза в дозах, обеспечивающих безотходную технологию обоих способов [10]. Производственными проверками эффективности этих препаратов на осетровых рыбоводных заводах нижней Волги и Дона было доказано: повышение степени рыбоводного использования производителей в среднем на 15% и экономия до 40% исходного биологического материала (Рис. 2).

С целью задержки полового созревания производителей разработан метод их длительной промышленной резервации в среде критической солености 4-8‰, оптимальной для содержания ремонтно-маточных стад рыб [9]. В ней, даже при верхних нерестовых температурах, впервые была установлена наиболее высокая степень выживаемости и задержка полового созревания производителей, причем не только в морской воде, но и в растворах промышленной поваренной соли той же концентрации (Рис. 3).

На этой основе для заводского воспроизводства популяций промысловых рыб с разной сезонностью нереста первоначально была разработана биотехнология управления их размножением [4]. Эколого-физиологический принцип управления заключается в резервировании производителей в универсальной для разных видов рыб "критической" солености при видоспецифических преднерестовых пороговых значениях “сигнальных” факторов (температуры и освещенности) и в последующей стимуляции их созревания и выращивании молоди путем плавного перевода в комплекс оптимальных экологических условий (Рис. 4 а).

Новый полносистемный метод искусственного воспроизводства популяций ценных видов рыб разработан на основе дополнительного использования систем видовых филогенетических адаптаций морского нагула, которые обеспечивают наибольшую продуктивность популяций [5]. Благодаря максимальному проявлению и использованию приспособительных видовых потенций размножения, выживаемости и роста метод позволяет преодолеть главные недостатки биотехники искусственного воспроизводства лососевых рыб: низкую выживаемость в природе (до 0,4%) годовалой заводской молоди (конечной массой до 26г) и заводскую заготовку производителей на нерестилищах в ущерб естественному воспроизводству. Метод осуществляют путем массовой заготовки производителей на рыбопромысловых участках в море, садковом содержании маточных стад в солоноватой морской воде и получения здесь потомства. Затем, после заводской инкубации икры и выращивания личинок и молоди в реке до признаков готовности к миграции, заводскую молодь доращивают в морских садках массой свыше 40г., что обеспечит их необходимую (не менее 2%) выживаемость (Рис. 4 б). Многолетними производственными проверками метода впервые были установлены 3 важнейших рыбоводно-биологических эффекта выращивания промысловых рыб в среде критической солености: 1) наиболее высокая выживаемость, 2) длительное сохранение высоких рыбоводных качеств производителей, 3) акселерация развития и роста молоди (Рис. 5 а).

Однако, исключение речного промысла (заготовки производителей) на нерестилищах (Рис. 4 б) затрагивает интересы рыбоводных заводов (лососевых и сиговых) и поэтому для реализации компенсаторного механизма обратной связи в этой системе улучшенного природопользования впервые предложено использовать инновации в области рекреационной аквакультуры [11].

Для дальнейшего развития метода в аквакультуре, особенно круглогодичного рыборазведения в континентальных установках замкнутого водоснабжения (УЗВ), начата разработка универсального способа содержания и выращивания рыб в искусственно модифицированной биостимулирующей среде [1, 12]. Его сущность заключается в резервировании производителей, получении потомства и последующим выращивании молоди в растворе поваренной соли концентрацией близкой к изотонической среде, ускоряющей темпы роста молоди (Рис. 5 б, в).

С целью промышленного внедрения всей предложенной биотехники, развития круглогодичной аквакультуры и защиты продукции от загрязнений разработаны системы замкнутого водоснабжения рыбоводных заводов и хозяйств, основанные на внесезонном подземном гидрокондиционирования среды выращивания [2, 3]. Эти системы, по сути крупномасштабные промышленные УЗВ, функционируют по новому биотехнологическому принципу управления воспроизводством и на природно-промышленных принципах инженерной экологии (Рис. 6).

Такая система водоснабжения (принципиально новая отечественная УЗВ) позволяет в изолированных от климата условиях впервые (согласованно) разрешить ранее альтернативные объемо-зависимые проблемы УЗВ - энергозатрат и очистки воды, требующие снижения, либо увеличения объемов воды в резервуарах-отстойниках [3]. Главный принцип работы этой системы заключается в заполнении одного из резервуаров "холодной" водой (3-7°C), а другого - "теплой" (9-15°C) в соответствующие сезоны года (рис. 4 а) и в дополнительном водоснабжении ими наземных рыбоводных емкостей по системам УЗВ. Рассмотрены и различные варианты, и приемы управления составом воды, длительной межсезонной термостабилизацией ее подземными водными источниками с помощью системы заглубленных теплообменников [2].

Технико-экономическими расчетами было показано, что скорость теплопередачи от резервуаров в грунт уменьшается до 0,1°C/мес., а степень очистки воды максимально возрастает (только лишь за счет эффекта отстаивания) уже при объеме воды в резервуаре свыше 10тыс. м³ [7]. И с увеличением объема резервуаров пропорционально возрастает продуктивность системы и снижается ее удельная себестоимость при максимальной надежности подобных простых конструкций.

Список литературы:

1. Гарлов П.Е. «Способ выращивания молоди рыб в искусственной биостимулирующей среде» (Заявка на изобретение № 2020121859 от 26.06.2020).

2. Гарлов П.Е. Система водоснабжения рыбоводных заводов. 1982. Авт. свид. СССР № 982614. Опубл.: Бюллетень Госкомизобретений и открытий № 47. ‒ С. 6.

3. Гарлов П.Е. Система водоснабжения рыбоводных хозяйств. 2008. Патент на изобретение № 2400975. Опубл.: Бюлл. № 28.

4. Гарлов П.Е. Способ воспроизводства популяции рыб. 1977. Авт. свид. СССР № 682197. Опубл.: Бюлл № 32. ‒ С. 11.

5. Гарлов П.Е., Бугримов Б.С., Рыбалова Н.Б., Турецкий В.И., Торганов С.В. 2016. Способ воспроизводства популяций севрюги и балтийского лосося. Патент на изобретение № 2582347. Опубл.: Бюлл. № 12.

6. Гарлов П.Е., Мосягина М.В., Рыбалова Н.Б. 2019. Эколого-гистофизиологический обзор участия гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы в размножении рыб. // Труды ЗИН РАН. Т. 323. № 4. ‒ С. 476-497. https://doi.org/10.31610
/trudyzin/2019.323.4.476

7. Гарлов П.Е., Нечаева Т.А., Мосягина М.В. «Механизмы нейроэндокринной регуляции размножения рыб и перспективы искусственного воспроизводства их популяций». СПб:«Проспект науки». 2018. ‒ 335с. https://www.rfbr.ru/rffi/ru
/libsearch/o_2079550#1

8. Гарлов П.Е., Поленов А.Л. Способ приготовления гормонального препарата для стимуляции созревания производителей рыб. 1976. Авт. свид. СССР № 719571. Опубл.: Бюлл. № 9. ‒ С. 13-14.

9. Гарлов П.Е., Поленов А.Л., Алтуфьев Ю.В., Деревягина Н.Г. Способ резервации производителей рыб. 1977. Авт. свид. СССР № 965409. Опубл.: Бюлл. № 38. ‒ С. 6.

10. Гарлов П.Е., Поленов А.Л., Алтуфьев Ю.В., Попов О.П., Буренин О.К. Способ стимуляции полового созревания самцов рыб. 1983. Авт. свид. СССР № 1163817. Опубл.: Бюлл. № 24. ‒ С. 5.

11. Гарлов П.Е., Рыбалова Н.Б., Нечаева Т.А., Темирова С.У., Торганов С.В. 2019. Стационарная рыбная ловушка для рекреационной аквакультуры. Патент на изобретение № 2707909. Патентообладель ФГБОУ ВО СПбГАУ (RU); по заявке МПК А01К 69/00 № 2017120877 от 14 июня 2017. Опубликовано: 02.12.2019. Бюл. № 34.

12. Гарлов П.Е., Шинкаревич Е.Д., Рыбалова Н.Б., Нечаева Т.А., Темирова С.У., Бугримов Б.С., Шутова Г.А. Способ содержания производителей рыб в искусственной биостимулирующей среде Патент на изобретение № 2726107. Патентообладель ФГБОУ ВО СПбГАУ (RU); по заявке МПК А01К 61/00 № 201910644/(012451) от 06. марта 2020. Зарегистрировано в Гос. Реестре РФ 09 июля 2020. Срок действия патента истекает 06 марта 2039г. Опубликовано: 09.07.2020. Бюлл. № 19.