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ISSN 0718 -560X

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CHIEF EDITOR Sergio Palma Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile [email protected] ASSOCIATE EDITORS

Cristian Aldea Universidad de Magallanes, Chile

Álvaro J. Almeida-Bicudo Universidad Federal Rural de Permambuco, Brasil

José Angel Alvarez Perez Universidade do Vale do Itajaí, Brasil

Patricio Arana Pontifícia Universidad Católica de Valparaíso, Chile

Eduardo Ballester Universidade Federal do Paraná, Brasil

Sandra Bravo Universidad Austral de Chile, Chile

Claudia S. Bremec Instituto de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina

Enrique A. Crespo Centro Nacional Patagónico, Argentina

Patricio Dantagnan Universidad Católica de Temuco, Chile

Enrique Dupré Universidad Católica del Norte, Chile

Diego Giberto Instituto de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina

José Luis Iriarte Universidad Austral de Chile, Chile

Maurício Laterça-Martins Universidade Federal de Santa Catarina Brasil

César Lodeiros-Seijo Instituto Oceanográfico de Venezuela Universidad de Oriente, Venezuela

Beatriz E. Modenutti Universidad Nacional del Comahue Argentina

Luis M. Pardo Universidad Austral de Chile Chile

Guido Plaza Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile

Jesús T. Ponce-Palafox Universidad Autónoma de Nayarit, México

Ricardo Prego Instituto de Investigaciones Marinas, España

Erich Rudolph Universidad de Los Lagos, Chile

Nelson Silva Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Chile

Oscar Sosa-Nishizaki Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada, México

Fernando Vega-Villasante Universidad de Guadalajara, México

Ingo Wehrtmann Universidad de Costa Rica, Costa Rica

Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Casilla 1020, Valparaíso, Chile - E-mail: [email protected]

LATIN AMERICAN JOURNAL OF AQUATIC RESEARCH Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1) 2016 CONTENTS Reviews Juan Pablo Alcántar-Vázquez Fisiología de los peces triploides. Physiology of triploid fish………………………………………….………………..….…….1-15 Marco Antonio Retamal & Patricio M. Arana Record of stomatopods and decapods, including descriptions of the species of commercial interest from the submarine rises and surrounding waters of the Chilean oceanic islands (southeastern Pacific Ocean). Registro de estomatópodos y decápodos, incluyendo la descripción de especies de interés comercial en cordilleras submarinas y aguas circundantes a islas oceánicas chilenas (Océano Pacífico suroriental).……………………………………………………….……….…….16-33 Research Articles Isabela Bacalhau de Oliveira, Sergio Rodrigues da Silva-Neto, Henrique Lavander, Priscilla Lima & Alfredo Olivera-Gálvez Growth and survival of Anomalocardia brasiliana larvae (Bivalvia: Veneridae) fed with microalgal diets. Crecimiento y supervivencia de larvas de Anomalocardia brasiliana (Bivalvia: Veneridae) alimentadas con dietas de microalgas.…….....34-38 Rafael Lazzari, Tatiana Emanuelli, Daniel Maschio, Cristiano C. Ferreira, Eduardo K. Battisti & João Radünz-Neto The inclusion of soybean oil in the diets of silver catfish (Rhamdia quelen) in relation to growth quality and fillet aceptability. Inclusión de aceite de soya y su relación con la calidad del crecimiento y aceptabilidad de los filetes del bagre plateado (Rhamdia quelen) ………………………..……………………………………………………………………….……….…39-45 Michelle Duarte, Carlos Ventura & Edson Silva Genetic variation in color morphs of the endangered species, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae). Variación genética en morfotipos de color de la especie en peligro de extinción, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae). ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..46-55 Crisantema Hernández, Alan González-Santos, Martín Valverde-Romero, Blanca González-Rodríguez & Patricia DomínguezJiménez Partial replacement of fishmeal with meat and bone meal and tuna byproducts meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper Lutjanus guttatus. Reemplazo parcial de la harina de pescado con harina de carne y hueso, y harina de subproductos de atún en dietas para juveniles de pargo lunarejo Lutjanus guttatus…………………………………………….56-64 Armando Mujica, María Luisa Nava, Ken Matsuda & Alejandra Vargas Distribution and abundance of Engraulis ringens eggs along the north-central Chilean coastline (25.0-31.5ºS) during February 2008 to 2014. Distribución y abundancia de huevos de Engraulis ringens en la zona centro-norte de Chile (25,0º31,5ºS) en febrero 2008-2014…………………………………..………………………………………………………………………65-75 Camila Sayes, Yanett Leyton & Carlos E. Riquelme Bacteria Pseudoaltermonas sp. con potencial probiótico para cultivos larvales de peces. Bacterium Pseudoalteromonas sp. probiotic potential for larval fish culture……………………………………………………………………………………………76-84 Jesús Padilla-Serrato, Juana López-Martínez, Jesús Rodríguez-Romero, Daniel Lluch-Cota, Felipe Galván-Magaña & Alejandro Acevedo-Cervantes Composición y aspectos biogeográficos del ensamble de peces de la laguna costera Las Guásimas, Sonora, México. Composition and biogeography of the fish assemblage associated with the coastal Las Guásimas Lagoon, Sonora, Mexico……………………………..……………………………………………………………………………………………..….……85-98 Eileen Pérez, César Lodeiros, Dulce Semidey, Eduardo Uribe & Luis Freites Crecimiento, supervivencia e influencia de factores ambientales en tres cohortes de la ostra perla Pinctada imbricata, en cultivo suspendido en el Golfo de Cariaco, Venezuela. Growth, survival and environmental effects on three cohorts of the pearl oyster Pinctada imbricata, under suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela………………..…….………..….99-112 www.scielo.cl/imar.htm

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Antonella Sardi-Saavedra, Enrique J. Peña-Salamanca, Carlos A. Madera-Parra & Víctor A. Cerón-Hernández Diversidad de las comunidades de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa fotosintética para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios. Diversity of algal communities associated with a photosynthetic high rate algal system for bioremediation landfill leachate…………………………..………..………………………………………………..…113-120 Mario Hernández-Acosta, Gilberto J. Gutiérrez-Salazar, Francisco M. Guzmán-Sáenz, Gabriel Aguirre-Guzmán, Carlos A. Alvarez-González, Edgar A. Lopez-Acevedo & Kevin Fitzsimmons The effects of Yucca schidigera and Quillaja saponaria on growth performance and enzymes activities of juvenile shrimp Litopenaeus vannamei cultured in low-salinity water. Los efectos de Yucca schidigera y Quillaja saponaria sobre el crecimiento y actividad enzimática de camarones juveniles de Litopenaeus vannamei cultivados a baja salinidad.……..121-128 Weslley F. Braga, Janaína G. Araújo, Graciela P. Martins, Silvio L. Oliveira & Igo G. Guimarães Dietary total phosphorus supplementation in goldfish diets. Suplemento de fósforo total en dietas para carpa dorada.….……………………………………………………………………………………………………….…………………..…129-136 Ana L. Gómez, José A. López, Armida Rodríguez, Judith Fortiz, Luis R. Martínez, Alejandro Apolinar & Luis F. Enríquez Producción de compuestos fenólicos por cuatro especies de microalgas marinas sometidas a diferentes condiciones de iluminación. Production of phenolic compounds by four species of marine microalgae under different light conditions……………………………………………………………………………………………………………………………...……..137-143 Cristián M. Canales, Joan B. Company & Patricio M. Arana Population structure of nylon shrimp Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea) and its relationship with environmental fluctuations off Chile. Estructura poblacional del camarón nailon Heterocarpus reedi (Crustacea: Caridea) y su relación con las fluctuaciones ambientales frente a Chile……………………………………………………………………………..……..…144-154 Short Communications Armando T. Wakida-Kusunoki, David De Anda-Fuentes & Norma A. López-Téllez Presence of giant tiger shrimp Penaeus monodon (Fabricius, 1798) in eastern Peninsula of Yucatan coast, Mexico. Presencia del camarón tigre Penaeus monodon (Fabricius, 1798) en el oriente de la costa de la Península de Yucatán, México……………………………………………………………………………………………………………………..…..……….155-158 Mariana Alcalá-Carrillo, Sergio G. Castillo-Vargasmachuca & Jesús T. Ponce-Palafox Efectos de la temperatura y salinidad sobre el crecimiento y supervivencia de juveniles de pargo Lutjanus guttatus. Effects of temperature and salinity on growth and survival of the spotted rose snapper Lutjanus guttatus juvenile………159-164 Jesaias Costa, Roñan Freitas, Ana Lúcia Gomes, Geraldo Bernadino, Dalton Carneiro & María Inez Martins Effect of stocking density on economic performance for Colossoma macropomum (Cuvier, 1816), juvenile in earthen ponds. Efecto de la densidad de siembra sobre el rendimiento económico de juveniles de Colossoma macropomum (Cuvier, 1816) en estanques……………..…………………………………………………………………..…………………..……………165-170 Andrea Valenzuela, Marcela P. Astorga, Pablo A. Oyarzún & Jorge E. Toro Caracterización genética de híbridos entre las especies Mytilus edulis platensis y Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) en la costa chilena. Genetic characterization of hybrids between species Mytilus edulis platensis and Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) in the Chilean coast……………………………………………..…………………..…………..171-176 Juan Fernando García-Trejo, Guillermo Abraham Peña-Herrejon, Genaro Martín Soto-Zarazúa, Adán Mercado-Luna, Oscar Alatorre-Jácome & Enrique Rico-García Effect of stocking density on growth performance and oxygen consumption of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) under greenhouse conditions. Efecto de la densidad de siembra sobre el crecimiento y el consumo de oxígeno de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) bajo condiciones de invernadero…..…………………..…………..………………………………177-183 Yureidy Cabrera, Consuelo Aguilar, Gaspar González-Sansón & Juan Fernando Márquez-Farías Ocurrencia de una hembra preñada de tiburón mako Isurus oxyrinchus al noroeste de Cuba. Occurrence of an Isurus oxyrinchus pregnant female to the northwest of Cuba…………...………………....…………..…………………..……………184-189 Paulina Bustos, Diana Gaete, Patricio Villalobos & Pablo Conejeros Immobilization of marine toxins on carboxylic acid modified surfaces. Inmovilización de toxinas marinas en superficies modificadas con ácido carboxílico…………...…………………………………………………….…………………..……………190-192 www.scielo.cl/imar.htm

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 1-15, 2016 DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-1

Fisiología de peces triploides

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Review

Fisiología de los peces triploides Juan Pablo Alcántar-Vázquez1

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Laboratorio de Acuicultura, Des: Ciencias Agropecuarias, Universidad del Papaloapan (UNPA) Ciudad Universitaria, Loma Bonita, Oaxaca, C.P. 68400, México Corresponding author: Juan Pablo Alcántar-Vázquez ([email protected])

RESUMEN. La triploidía se ha convertido en una herramienta recomendable para la acuicultura, ya que los problemas asociados con la maduración gonadal pueden ser eliminados o bien reducidos mediante la producción de peces triploides, los cuales son funcionalmente estériles. Aunque la posibilidad de esterilizar una gran cantidad de individuos ha convertido a la triploidía en un tema relevante económicamente, los cambios fisiológicos provocados por la adición de un tercer juego de cromosomas, ofrecen la posibilidad de estudiar procesos básicos en peces con diferente nivel de ploidía. A nivel fisiológico, la triploidía está estrechamente relacionada con el incremento del tamaño celular y sus repercusiones en varios procesos metabólicos y bioquímicos. El objetivo del presente trabajo es describir las principales consecuencias fisiológicas reportadas para peces marinos y dulceacuícolas, resultado de la inducción a la triploidía. Comprender estas consecuencias es de vital importancia para maximizar el desempeño de los peces triploides durante el cultivo. Palabras clave: triploidía, esterilidad, tamaño celular, crecimiento, eritrocito, desarrollo gonadal.

Physiology of triploid fish ABSTRACT. Triploidy has become a recommended tool for aquaculture since problems associated with gonadal maturation can be eliminated or reduced by producing triploid fish, which are functionally sterile. Although the possibility of sterilizing a large number of individuals has helped for triploidy to become an important issue economically, the physiological changes caused by the addition of a third set of chromosomes provides the opportunity to study basic processes in fish with a higher ploidy status. At physiological level the consequences of triploidy are closely related to the increase of cell size and its subsequent impact on various metabolic and biochemical processes. The aim of this work is to describe the main physiological consequences reported for marine and freshwater fishes resulting from the induction of triploidy. Understanding these consequences is of vital importance to maximize the performance of triploid fish under culture. Keywords: triploidy, sterility, cell size, growth, erythrocyte, gonadal development.

INTRODUCCIÓN La poliploidía consiste en el incremento del complemento cromosómico diploide normal causado por la presencia de tres o más juegos completos de cromosomas dentro de las células somáticas de un organismo, lo cual origina también un incremento proporcional en el tamaño del genoma o ADN nuclear (Futuyma, 2005; Thorpe et al., 2007; Hegarty & Hiscock, 2008; Maxime, 2008). Los beneficios producidos por la poliploidía en plantas y en las últimas décadas en algunas especies de peces dulceacuícolas, han hecho que durante el final del siglo pasado el hom___________________ Corresponding editor: Guido Plaza

bre busque transferir esos beneficios a peces marinos (los de mayor valor económico), mediante la inducción experimental de poliploidía, en particular la triploidía y tetraploidía (Fig. 1). Los beneficios particulares de la triploidía la han hecho una materia relevante para el hombre, no solo por sus posibles repercusiones dentro de la acuicultura, donde poseen un gran potencial para explotación comercial, especialmente en la producción de peces de mayor tamaño, sino como modelos para la investigación básica sobre procesos genéticos, fisiológicos y evolutivos dentro de muchos grupos de peces (Tiwary et al., 2004; Maxime, 2008).

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Latin American Journal of Aquatic Research

Figura 1. Representación gráfica del número de cromosomas observados en organismos triploides y tetraploides en comparación con organismos diploides. Modificado de Strachan & Read (1996).

En la acuicultura, el cultivo de peces con propósitos comerciales enfrenta serios problemas relacionados con la maduración gonadal, la cual ocurre frecuentemente a expensas del crecimiento somático, debido principalmente a una reducción en la tasa de crecimiento, así como un deterioro en la calidad de la carne (Piferrer et al., 2000, 2009; Felip et al., 2001; Kizak et al., 2013). Adicionalmente, el aporte de alimento de alta calidad junto con rápidas tasas de crecimiento, a menudo reducen la edad a la cual la maduración sexual da inicio en organismos cultivados; comparado con el desempeño de los silvestres de la misma especie. La maduración temprana, representa un problema potencial para el cultivo de una especie; ya que se producen poblaciones de individuos maduros pero de pequeño tamaño, con un bajo potencial de crecimiento (Basavaraju et al., 2002; Manning et al., 2004; Piferrer et al., 2009). La inducción artificial de la triploidía se ha convertido en una herramienta recomendable para la acuicultura, debido a que la literatura indica que en algunas especies los triploides son estériles. Por dicha característica, la triploidía ha sido útil en algunas especies para el control de sobrepoblación de los estanques, en adición pueden emplearse para controlar el crecimiento de plantas acuáticas, principalmente mediante el uso de carpas triploides (Papoulias et al., 2010). Por otro lado, se ha observado que los triploides tienen mejor supervivencia, ya que en muchas ocasiones se observan mortalidades relacionadas con la maduración gonádica en individuos diploides, como en el caso de la trucha común (Salmo trutta) y el turbot (Scophthalmus maximus) (Benfey, 1999; FAO, 2005; Cal et al., 2006). Un individuo triploide posee un conjunto adicional de cromosomas proveniente del segundo cuerpo polar que es de origen materno en el

caso de los peces o del primero para los invertebrados, como es el caso especial de las almejas, ostras y camarones (Nell et al., 1996; Eudeline et al., 2000; Maxime, 2008). El cuerpo polar es básicamente un conjunto materno de cromosomas y normalmente es expulsado del ovocito poco después de la fusión de los pronúcleos materno y paterno para que se mantenga el número de cromosomas a nivel diploide (Beaumont & Zourus, 1991; Alcántar-Vázquez, 2010). La triploidía ha sido inducida en varias especies bloqueando la primera o segunda división meiótica a través de tratamientos (también llamados choques) físicos o químicos (Fig. 2) (Tiwary et al., 2004; Piferrer et al., 2009). Dentro de los tratamientos físicos se encuentra la presión hidrostática y la temperatura. La presión hidrostática es un método efectivo, especialmente para huevos de pequeño tamaño, ya que todos los huevos reciben un tratamiento uniforme. Sin embargo, este tratamiento solo se puede aplicar a un reducido volumen de huevos al mismo tiempo mediante una prensa hidráulica (Benfey & Donaldson, 1988; Teskeredzic et al., 1993; Volckaert et al., 1994; Peruzzi & Chatain, 2000; Gillet et al., 2001; Loopstra & Hansen, 2008). La temperatura puede ser utilizada, dependiendo de la temperatura normal de cultivo, en forma de choque en caliente, con rangos de 26 a 36ºC o de choque en frío, con rangos de -1 y hasta 12ºC (Lincoln et al., 1974; Valenti, 1975; Thorgaard et al., 1982; Utter et al., 1983; Cassani & Caton, 1985; Don & Avtalion, 1988; Baldwin et al., 1990; Dubé et al., 1990; Felip et al., 1997; Razak et al., 1999; Piferrer et al., 2003; Hammed et al., 2010; Olele & Tighiri, 2013; Pradeep et al., 2014). La temperatura inhibe la formación de microfilamentos y microtúbulos, lo cual ocasiona que la división celular se detenga debido a que los cromosomas no pueden desplazarse (Downing & Allen, 1987). Dentro de los tratamientos químicos se

Fisiología de peces triploides

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Figura 2. Representación de la expulsión de los dos cuerpos polares, fertilización y momento de aplicación del shock para inducir la triploidía en peces. Con información de Tiwary et al. (2004) y Maxime (2008).

encuentra la colchicina, que es un alcaloide que tiene la habilidad de inhibir reversiblemente la división celular interrumpiendo la polimerización de los microtúbulos (Taylor, 1965; Smith & Lemoine, 1979; Yoshimatsu et al., 1997); la citocalacina B, un antibiótico fuertemente tóxico obtenido del hongo Helmintosporium dematioideum, que inhibe la polimerización de la actina necesaria para la formación del cuerpo polar (Longo, 1972; Refstie et al., 1977; Allen & Stanley, 1979; Downing & Allen, 1987; Zhenmin et al., 1994; Guo et al., 1996; Kang et al., 2013); la 6-dimetilaminopurina o 6-DMAP, que puede ser disuelta en agua e inhibe la rotación del huso durante la división y por ende la expulsión del cuerpo polar (Desrosiers et al., 1993; Szöllösi et al., 1993; Gérard et al., 1999; Norris & Preston, 2003; Norris et al., 2005); el óxido nitroso, que pertenece a un grupo de químicos con una habilidad bien documentada para perturbar de manera reversible la ultraestructura y ciclo celular (Shelton et al., 1986; Okazaki et al., 2005), y por último, la cafeína utilizada para obtener hasta un 70% de triploides en el bagre africano (Clarias gariepinus) (Turan & Gucarac, 2014). En el caso de los agentes químicos, solo el óxido nitroso y la cafeína han mostrado potencial para inducir la triploidía en peces; mientras que el resto se han empleado en moluscos (Stanley et al., 1984; Allen & Downing, 1986; Benfey & Donaldson, 1988; Allen & Bushek, 1992; Garrido-Ramos et al., 1996; Stepto & Cook, 1998; Maldonado et al., 2004; Liu et al., 2004; Okumura et al., 2007; Piferrer et al., 2009). Sin

embargo, de los diferentes métodos el más fácil, barato y efectivo parece ser el choque de temperatura frío o caliente, según la especie que se trate, ya que no requiere el uso de químicos, tampoco de aparatos costosos y puede ser utilizado para tratar una gran cantidad de huevos (Lemoine & Smith, 1980; Arai & Wilkins, 1987; Benfey & Donaldson, 1988; Tiwary et al., 2004; Piferrer et al., 2009; Kizak et al., 2013). El choque en frío ha sido muy efectivo en especies de aguas templadas a cálidas, como es el caso de una gran cantidad de especies explotadas actualmente, como el pez gato de canal, Ictalurus punctatus (Wolters et al., 1982), la carpa herbívora, Ctenopharyngodon idella (Cassani & Caton, 1985), el misgurno chino, Misgurnus mizolepis (Kim et al., 1994), el fletán, Hippoglossus hippoglossus (Holmerfjord & Refstie, 1997), la lubina, Dicentrarchus labrax (Felip et al., 1997), el rodaballo, Scophthalmus maximus (Piferrer et al., 2003) y la cabrilla arenera, Paralabrax maculatofasciatus (Alcántar-Vázquez et al., 2008). El éxito de un programa de inducción a la triploidía es medido por el número de triploides que se presentan dentro de la población que ha sido expuesta al shock. Debido a que diploides y triploides presentan una apariencia externa idéntica en la mayoría de las especies (con excepción de algunos híbridos interespecíficos), se han empleado varias técnicas se han empleado para facilitar su identificación (Maxime, 2008). Estas técnicas están basadas en el incremento en el número de cromosomas, o bien en el incremento

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Latin American Journal of Aquatic Research

resultante en el tamaño de la célula o del núcleo (Benfey & Donaldson, 1988; Nai-Hsien et al., 1993; Thomas & Morrison, 1995; Tiwary et al., 2004; Maxime, 2008; Alcántar-Vázquez, 2010). Algunas de estas técnicas incluyen análisis de cariotipos (Thorgaard et al., 1981; Thorgaard, 1983; Arai et al., 1991; Tiwary et al., 1997), medición celular y nuclear de eritrocitos (Benfey et al., 1984; Arai et al., 1991; Purdom, 1993; Pradeep et al., 2011; Olele & Tighiri, 2013), método de tinción de nucléolos con plata (Gold & Ellison, 1982; Al-Sabti, 1995; Thititananukij et al., 1996), citometría de flujo (Allen, 1983; Chao et al., 1993; Lamatsch et al., 2000; Alcántar-Vázquez et al., 2008), electroforesis de proteínas (Balsano et al., 1972; Liu et al., 1978; Shimizu et al., 1993), examinación de rasgos morfológicos (Thorgaard, 1983; Gomelsky et al., 1992; Hussain et al., 1995; Tiwary et al., 1999) y por último, citofotometría microscópica (Komen et al., 1988). La citometría de flujo es actualmente la técnica más moderna en la determinación de cantidades de ADN dentro de células, permitiendo una separación precisa entre triploides y diploides. Sin embargo, la medición nuclear y celular de eritrocitos es una de las técnicas más utilizadas para identificar entre diploides y triploides cuando no se dispone de un citómetro de flujo. El objetivo principal de la presente revisión bibliográfica es describir los principales aspectos fisiológicos que se han estudiado en peces triploides, tanto marinos como dulceacuícolas. En las primeras secciones de esta revisión se aborda el incremento del tamaño de las células y sus repercusiones sobre la tolerancia a factores ambientales y el crecimiento, mientras que en la segunda parte se analiza el desarrollo gonadal de los peces triploides (Fig. 2). Incremento del tamaño de la célula Los cambios genéticos que trae consigo la triploidía son variados (rearreglos cromosómicos como inver-siones y translocaciones) (Mable, 2004; Otto, 2007). Sin embargo, a nivel fisiológico los efectos de la triploidización están relacionados principalmente con el incremento en el tamaño del núcleo debido al incremento en el número de cromosomas que contiene. Lo anterior provoca que para mantener el radio núcleo/citoplasma en valores normales, los peces triploides incrementen, a su vez, el volumen del citoplasma celular, lo cual resulta en células más grandes en la mayoría de los tejidos (sangre, cartílago, músculo, epitelio) y órganos (cerebro, retina, hígado, riñón, testículos y ovarios) en comparación con los peces diploides (Small & Benfey, 1987; Benfey, 1999; Maxime, 2008). El volumen celular generalmente se incrementa conforme lo hace el tamaño del genoma,

aunque la relación exacta entre el nivel de ploidía y el tamaño de la célula varía entre ambientes y especies (Ballarin et al., 2004; Mable, 2004; Otto, 2007). En general, de acuerdo a Benfey (1999), en peces triploides el volumen celular se incrementa a aproximadamente 1,4 veces el tamaño observado en peces diploides de la misma especie. Este incremento en el tamaño celular puede alterar procesos fisiológicos y de desarrollo que dependen de sistemas regulatorios cuidadosamente balanceados (Mable, 2004; Otto, 2007). Sin embargo, muchos animales, incluidos los peces, son capaces de acomodar y compensar los cambios en el desarrollo y/o regulatorios en procesos fisiológicos asociados con la elevación del nivel de ploidía (Mable, 2004). Los peces pueden emplear diferentes estrategias para lidiar con el incremento de tamaño de las células que acompaña a la triploidía (Comai, 2005). Aunque el tamaño de las células es típicamente más grande en organismos triploides, el tamaño corporal de estos no se altera (Otto, 2007). Como generalización, es probable que la triploidización produzca incremento en el tamaño corporal en invertebrados, comparado con lo mostrado por los vertebrados donde no se ha logrado observar tal aumento (Comai, 2005; Otto, 2007). Esto es cierto particularmente en nemátodos (e.g., Caenorhabditis elegans), donde el tamaño corporal se relaciona directamente con el tamaño celular y el nivel de ploidía (Gu et al., 2002). No obstante, este caso parece ser la excepción, incluso dentro de otros invertebrados. Observaciones realizadas en vertebrados, indican que el tamaño de las células triploides (o de mayores niveles de ploidía) no necesariamente resulta en tamaños corporales mayores. En estos casos, existen mecanismos de desarrollo (ver el siguiente párrafo) que regulan el crecimiento para compensar el tamaño celular (Mable, 2004; Comai, 2005). De manera general, al sufrir un evento de triploidización, un gran número de especies de peces reduce el número global de células y mantienen un tamaño de órganos, así como corporal, similar al de sus progenitores diploides (Mable, 2004; Maxime, 2008). Lo anterior es posible, en casos donde gradientes morfógenos (sustancias o elementos que controlan el patrón de desarrollo de un tejido o bien la posición de células especializadas dentro de un tejido) guían el desarrollo del organismo, ya que la adición de un tercer juego de cromosomas no afecta la densidad global de material celular, es decir el número de células por unidad de área, solo como éste es empaquetado (en células ~0.5 veces más grandes y que contienen un tercio más de ADN) (Day & Lawrence, 2000; Otto, 2007). En contraste, cuando el crecimiento es determinado por interacciones célula-célula o donde

Fisiología de peces triploides

existe un número fijo de células en especímenes adultos, la triploidía al alterar el tamaño de la célula debería directamente influenciar el tamaño corporal, como por ejemplo, en invertebrados como los nemátodos y copépodos (Gregory et al., 2000; Comai, 2005). Sin embargo, en el caso de los peces dichos resultados no han sido observados con tal fenómeno. Los cambios en el tamaño de la célula son alcanzados generalmente sin alteraciones significativas en la fisiología de los triploides; especialmente en los casos donde el número total de células por unidad de área no es reducido. Se ha sugerido que probablemente existe límite en el número de células necesarias para formar tejidos y órganos que depende de cada especie (Otto, 2007). Esto hace posible que los peces puedan regular la cantidad de células y de esta forma lidiar satisfactoriamente con los cambios en la regulación de la proporción de la expresión genética y en los patrones de desarrollo acarreados por la triploidización. Sin embargo, se ha observado que en animales con niveles de ploidía muy elevados, el incremento en el tamaño celular parece traer consigo desventajas con organismos que tienen comparativamente niveles inferiores de ploidía (Mable, 2004; Comai, 2005; Otto, 2007). Capacidad respiratoria y metabolismo El ambiente acuático exhibe variación espacial y temporal con respecto a los factores físicos y químicos tales como el oxígeno, temperatura y salinidad, los cuales influencian fuertemente la fisiología de los individuos (Maxime, 2008). En los últimos años estudios realizados experimentalmente se han centrado en determinar de manera precisa si los peces triploides son más sensibles a tales variaciones; es decir si los efectos fisiológicos del incremento en el tamaño de la célula causados por la adición de un tercer juego de cromosomas traen consigo adaptaciones fisiológicas favorables para enfrentar los factores ambientales. Los peces triploides poseen eritrocitos más grandes que los diploides, pero el número total de eritrocitos se reduce para mantener el hematocrito al nivel mostrado por los organismos diploides (Small & Benfey, 1987; Aliah et al., 1991; Parsons, 1993; Benfey et al., 1997; Gao et al., 2007; Kizak et al., 2013). Sin embargo, en algunos casos no se ha observado la reducción característica en el número de eritrocitos triploides (Virtanen et al., 1990) e incluso se han detectado niveles de hemoglobina significativamente más altos en triploides (Benfey & Sutterlin, 1984a; Aliah et al., 1991; Parsons, 1993; Gao et al., 2007). Debido al mayor tamaño de los eritrocitos, la proporción área superficial-volumen se reduce conforme se incrementa el tamaño de las células y por ende el área superficial

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en los eritrocitos disponible para el intercambio gaseoso es menor, lo cual ha sido señalado como una posible limitación de la capacidad aeróbica de los peces triploides (Small & Benfey, 1987; Benfey et al., 1997; Gao et al., 2007). Adicionalmente, la reducción de eritrocitos, el contenido de hemoglobina; así como la proporción hemoglobina-oxígeno se ven afectados, lo cual puede resultar como se mencionó previamente en un decremento de la capacidad aeróbica y finalmente en una limitada capacidad de suministrar oxígeno a los tejidos (Virtanen et al., 1990; Ojolick et al., 1995). Se ha reportado que los peces triploides se desenvuelven pobremente cuando se encuentran sometidos a altas temperaturas por largos periodos (estrés crónico), pero esto depende de cada especie en particular. Esto se debe a que el incremento de la temperatura, además de reducir la solubilidad del oxígeno en el agua, produce un incremento en la demanda metabólica de oxígeno por parte del pez, así como un decremento en la afinidad hemoglobina-oxígeno (Benfey et al., 1997). Por lo tanto, periodos de exposición crónica resultan en un incremento de la mortalidad comparado con los diploides. Sin embargo, Benfey et al. (1997) no encontraron diferencias significativas en la temperatura máxima critica comparando diploides contra triploides de la trucha de río Salvelinus fontinalis. Adicionalmente, Sadler et al. (2000) no encontraron diferencias significativas en la capacidad de captación de oxígeno, así como en la respuesta hematológica de organismos triploides del salmón del Atlántico Salmo salar expuestos a estrés. Por otro lado, Gao et al. (2007) observaron en el misgurno (Misgurnus anguillicaudatus) que los eritrocitos triploides son más resistentes al estrés osmótico en comparación con los eritrocitos diploides. Sadler et al. (2000) mencionan que los eritrocitos de los individuos triploides son más grandes a lo largo (eje longitudinal) y a lo ancho (eje transversal) comparados con los de sus homólogos diploides. Sin embargo, no tienen más altura (profundidad), lo cual hace factible que la difusión de oxígeno a través de la superficie del eritrocito no se vea afectada en las branquias y el resto de los tejidos. Esto concuerda con Cal et al. (2006), al señalar que el incremento del tamaño celular no afecta homogéneamente la longitud de todos los ejes celulares; pues el eje que más se ve afectado es el eje longitudinal (eje mayor), por ello, la célula se vuelve más elipsoidal. Un ejemplo de lo anterior, se puede observar en la cabrilla arenera (P. maculatofasciatus). En este caso, los peces diploides presentan un largo para el eje longitudinal de 5,36 ± 0,04 µm y un largo para el eje transversal de 3,41 ± 0,1 µm. Mientras que los triploides presentan, para el eje transversal presentan un largo de 6,76 ± 0,1 µm y 3,96 ± 0,1 µm para el eje transversal (AlcántarVázquez, 2010).

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A pesar de las diferencias en el tamaño de las células, la capacidad aeróbica y cardiovascular de los triploides, especialmente en salmónidos, es similar a la de los diploides (Maxime, 2008). Adicionalmente, diferentes estudios no han observado diferencias cuando se compara la tasa metabólica entre diploides y triploides (Benfey & Sutterlin, 1984a; Aliah et al., 1991; Altamiras et al., 2002), la velocidad crítica durante el nado, la presión dorsal aórtica y la frecuencia de ventilación (Altamiras et al., 2002). Por último Hyndman et al. (2003), no observaron limitaciones en el almacenamiento y uso de energía por parte de triploides de la trucha de río (Salvenilus fontinalis). Sin embargo, si observaron que a altas temperaturas la habilidad de los triploides de utilizar vías metabólicas anaerobias se vio comprometida. Lo anterior sugiere que los cambios en las vías metabólicas son más dependientes de la temperatura en triploides que en diploides. Varios aspectos hematológicos se encuentran bien caracterizados en peces triploides, pero existen otros factores que afectan el transporte del oxígeno y se relacionan directamente con las dimensiones de los eritrocitos (Sadler et al., 2000). Estas características incluyen la viscosidad, la capacidad de deformación de los eritrocitos (deformabilidad) y la regulación de la afinidad de la sangre (eritrocitos) por el oxígeno que se encuentra bajo el control del pH y de la concentración de ATP. Aunque dichas particularidades se encuentran escasamente comprendidas en los triploides, se ha observado que son importantes en la regulación de la entrega de oxígeno durante situaciones de estrés ambiental como son los cambios de temperatura y oxígeno (Sadler et al., 2000). Otros procesos poco estudiados en triploides, son los procesos metabólicos básicos relacionados con la membrana plasmática. Estos incluyen el intercambio, ya sea a través de difusión o intercambio activo (afectando la bioquímica de los receptores celulares), la transducción de señales y las actividades enzimáticas relacionadas con la membrana (Sadler et al., 2000; Ballarin et al., 2004; Maxime, 2008). Crecimiento El crecimiento es uno de los procesos más importantes para un organismo, ya que determina la velocidad con la cual un individuo alcanza su etapa reproductiva (Alcántar-Vázquez, 2010). Células más grandes tienden a tener un área superficial más pequeña en relación al volumen, un fenómeno que puede ocasionar un crecimiento más lento en células triploides (Mable, 2004). Este crecimiento más lento se puede observar a partir etapas muy tempranas del desarrollo, asumiendo que la tasa de división mitótica se vea afectada por la

triploidía. Lo anterior se podría esperar dado que el transporte a través de la membrana limita el crecimiento bajo ciertas circunstancias (Oliva-Teles & Kaushik, 1990; Mable, 2004). Sin embargo, en algunas ocasiones se ha observado una tasa más rápida de desarrollo embrionario en individuos triploides (Happe et al., 1988). Si la geometría celular afecta o no la tasa de crecimiento, depende de las características biológicas de la especie cultivada, de las condiciones ambientales (especialmente la temperatura) en las cuales se desarrolla y la calidad del alimento suministrado (Qin et al., 1998). Quizá como una consecuencia del decremento de las tasas metabólicas; los peces triploides tienden a exhibir un desarrollo más lento. Sin embargo, este patrón no es siempre cierto y puede ser revertido, ya que existen especies donde los peces triploides son más grandes que sus contrapartes diploides (Fast, 1998; Otto, 2007; Maxime, 2008). Varios estudios se han realizado para determinar el desempeño de los triploides producidos experimentalmente y sus contrapartes diploides (Galbreath et al., 1994; Pradeep et al., 2012a, 2012b), obteniéndose resultados altamente variables incluso entre individuos de la misma especie (Felip et al., 2001; Maxime, 2008). Los datos obtenidos en diversas especies muestran que la tasa de crecimiento, así como la conversión alimenticia de organismos triploides, puede superar en algunas ocasiones, las observadas en los organismos diploides (Fast, 1998; Qin et al., 1998). Diversos autores han atribuido lo anterior a que los peces triploides derivan energía metabolizable hacía el crecimiento somático en lugar de utilizarla para la producción de gametos (Carter et al., 1994; Sadler et al., 2000; Felip et al., 2001; Maxime, 2008). A este respecto, Fast et al. (1995) reportan que los triploides del bagre de Asia (Clarias macrocephalus) crecieron más de 50% en comparación con los diploides. Resultados similares se han observado en otras especies de bagre como es el caso del bagre chino (C. fuscus) (Fast, 1998). Sin embargo, en otras especies del mismo género, como es el caso del bagre africano (C. gariepinus), Henken et al. (1987) no reportan diferencias significativas en el crecimiento de diploides y triploides cultivados hasta los 150 g de peso. Fast (1998) menciona que la variación observada en los resultados obtenidos en especies relacionadas, indica que los beneficios potenciales de la triploidía son altamente especie-específicos. La realidad es, que excluyendo a algunas especies de tilapias y bagres (Wolters et al., 1982; Tiwary et al., 1997; Fast, 1998), los organismos triploides raramente crecen más rápido que los organismos diploides en las primeras etapas de cultivo, previas a la maduración sexual. Dunham (2004) menciona que generalmente los organismos

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diploides crecen más rápido hasta el inicio de la maduración y hasta entonces, los organismos triploides comienzan a crecer más rápido y a tener mejores tasas de conversión alimenticia. Los peces triploides generalmente no pueden reproducirse, por lo que se pensó inicialmente que la energía que no se canalizaría a la reproducción aumentaría la tasa de crecimiento somático (Wolters et al., 1982; Carter et al., 1994; Felip et al., 2001; Maxime, 2008), sin embargo, esto no ha demostrado ser el caso en muchas especies. Varias hipótesis han tratado de explicar las diferencias en el crecimiento entre triploides y diploides. Una de ellas afirma que los procesos asociados con la inducción a la triploidía pueden tener efecto negativo sobre el crecimiento, debido a aberraciones cromosómicas o bien por acciones bioquímicas provocadas por proteínas específicas intracelulares. Otra hipótesis afirma que la falta del efecto anabólico de los esteroides sexuales debido a la reducción de la gónada en los individuos triploides puede anular cualquier ventaja sobre el crecimiento provocada por la triploidía (Felip et al., 2001; Piferrer et al., 2003). Se ha observado que los factores más importante a la hora de evaluar si los peces triploides ofrecen o no ventajas en el crecimiento, son las condiciones experimentales, en especial si los triploides son cultivados de manera comunal (en el mismo estanque diploides y triploides) o por separado. Maxime (2008) menciona que cultivando los triploides de forma comunal es la mejor manera de observar si realmente los triploides crecen o no más rápido que sus contrapartes diploides, ya que de esta forma se eliminan las posibles diferencias entre estanques. En general se ha observado un pobre desempeño de peces triploides bajo cultivo comunal (Cassani & Caton, 1986; Carter et al., 1994; Galbreath et al., 1994; Derayat et al., 2013; Taylor et al., 2014). Este crecimiento inferior por parte de los peces triploides se ha atribuido a la competencia por recursos dentro del estanque, la cual expone la baja agresividad y habilidad por competir por alimento por parte de los triploides (Utter et al., 1983; Cassani & Caton, 1986; Fast, 1998; Maxime, 2008). A este respecto, Aliah et al. (1990) mencionan que las diferencias observadas durante el cultivo comunal de peces triploides y diploides pueden estar relacionadas con una reducción en el número de células sensoriales, lo cual reduciría la sensibilidad de los peces triploides a la luz y al sonido. Por otro lado, cuando los peces diploides y triploides son cultivados por separado, por lo general no se observan diferencias en el crecimiento o bien los triploides exhiben un crecimiento superior al final del experimento (Oliva-Teles & Kaushik, 1990; Na-Nakorn & Lakhaanantakum, 1993; Galbreath et al.,

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1994; Bramick et al., 1995; Sheehan et al., 1999; Felip et al., 2001; Johnson et al., 2004; Hernández-Urcera et al., 2012). Desarrollo gonadal y proporción de sexos El desarrollo gonadal a menudo es un tema delicado en individuos triploides. De manera interesante, durante un evento de triploidización no todos los rasgos de la célula escalan conforme lo hace el nivel de ploidía, lo cual puede tener consecuencias secundarias importantes. Se ha sugerido que los cambios en el nivel de ploidía alteran las relaciones geométricas entre componentes claves del sistema utilizado para segregar los cromosomas durante la meiosis, lo cual puede explicar potencialmente la alta tasa de fallas (no disyunción) observadas en la unión de cromosomas (Turner, 1984; Mable, 2004; Otto, 2007). En el caso de los peces triploides, estos son funcionalmente estériles debido a una falla en el movimiento y unión (sinapsis) de los cromosomas homólogos al momento de aparearse durante la meiosis I (Cassani & Caton, 1985; Arai & Wilkins, 1987; Aldridge et al., 1990; Benfey, 2001; Pradeep et al., 2012a). En este caso, las células goniales (espermatogonias y oogonias) son el único tipo de células afectadas, ya que todos los tipos celulares restantes se dividen por mitosis en lugar de meiosis. La diferencia entre estos dos tipos de división celular es que solo en la meiosis los cromosomas homólogos se unen sinápticamente antes de realizar la división (Benfey & Donaldson, 1988). Una gran cantidad de estudios realizados a nivel experimental han comprobado la reducción del desarrollo gonadal en peces triploides, especialmente en las hembras (Wolter et al., 1982; Benfey & Sutterlin, 1984b; Hussain et al., 1995; Pradeep et al., 2012b; Derayat et al., 2013; Kizak et al., 2013). De manera general, en los peces, los ovarios de las hembras triploides permanecen en un estado primario de desarrollo (Benfey & Donaldson, 1988; Felip et al., 1999) probablemente asociado a los bajos niveles de gonadotropinas y otros esteroides sexuales, incluido el estradiol-17β, observados en algunas especies (Lincoln & Scott, 1984; Benfey et al., 1989; Tiwary & Ray, 2000; Felip et al., 2001). Lo anterior, finalmente, se refleja en una producción baja de vitelogenina por parte del hígado (Manning et al., 2004; Tiwary et al., 2004). A este respecto, Cal et al. (2006) mencionan que la triploidía altera el desarrollo gonadal, especialmente en las hembras donde la meiosis ocurre muy temprano en el desarrollo de los ovocitos. En contraste, el desarrollo gonadal y los niveles de andrógenos en machos triploides pueden alcanzar niveles comparables con los de machos diploides (Tiwary et al., 2004). Lo anterior

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se debe probablemente a que la división de las espermatogonias por mitosis, la formación de cistos y la división de células esteroidogénicas son eventos premeióticos en los machos, lo cual permite un desarrollo normal hasta este punto. Al respecto, Thorgaard (1983) menciona que el estado triploide no interfiere con un gran número de divisiones mitóticas requeridas en los testículos. Adicionalmente, se ha reportado actividad meiótica en machos triploides, incluyendo procesos espermatogénicos activos con la subsiguiente producción de espermatozoides funcionales pero aneuploides, los cuales producen por consiguiente embriones aneuploides cuando son usados para fertilizar huevos haploides. Estos embriones por lo general solo sobreviven hasta la eclosión (Benfey & Donaldson, 1988; Felip et al., 1999). Al respecto, en los salmones machos triploides se ha observado un mayor desarrollo gonadal en comparación con las hembras (Johnson et al., 1986; Cotter et al., 2000), así como elevados niveles de andrógenos durante la temporada reproductiva. Sin embargo, los pocos espermas producidos son aneuploides, lo cual significa que son funcionalmente estériles (Johnstone, 1985). De igual forma, en la carpa herbívora (Ctenopharyngodon idella), aunque es posible observar una producción de espermatocitos secundarios en los testículos, estos espermatocitos son irregulares y no desarrollan flagelo. Estudios posteriores confirmaron que solo el 0,00002% del esperma total producido por los machos triploides era euploide y que la densidad espermática de los machos triploides era solo 1/50 comparado con la de un macho diploide (Thompson et al., 1987). Resultados similares se han observado por Papoulias et al. (2010) en la carpa herbívora y en la carpa negra (Mylopharyngodon piceus) triploides introducidas para el control de plantas acuáticas e invertebrados, respectivamente. En base a lo anterior, se considera de manera general que los machos triploides son fisiológicamente fértiles pero genéticamente estériles, lo cual los vuelve en última instancia funcionalmente estériles. Mientras que las hembras son enteramente estériles y por lo tanto, pueden retener la apariencia y tasa de crecimiento de un pez en estadio juvenil (Chourrout, 1984; Galbreath et al., 1994). Sin embargo, el modelo anterior no es una regla y existen especies en las cuales los machos triploides exhiben un desarrollo gonadal similar al observado en las hembras triploides, como es el caso de bagre de la India (Heteropneustes fossilis) (Tiwary et al., 2001) y el salmón plateado (Oncorhynchus kisutch) (Piferrer et al., 1994). En algunas especies de peces variables ambientales, como la temperatura y el pH han demostrado tener un efecto en la determinación del sexo (Devlin & Nagahama, 2002). Adicionalmente, se han detectado muchos tipos de determinación sexual en peces que son

controlados por factores genéticos, algunos de estos tipos incluyen, XX-XY, XX-XO, X1X2X1X2, XXXY1Y2 (macho heterogamético) y ZW-ZZ (hembra heterogamética) (Devlin & Nagahama, 2002). La adición de un tercer juego de cromosomas, producto de la triploidización puede alterar el patrón de determinación sexual de la especie en particular y con esto cambiar la proporción de sexos dentro de la población triploide. Lo anterior es causado probablemente por la alteración de factores sexuales epistáticos o autosómicos (Devlin & Nagahama, 2002; Piferrer et al., 2009). Si las hembras son el sexo homogamético XX, y los machos el sexo heterogamético XY, solo dos tipos de triploides podrán producirse, XXX y XXY. Ambos tipos estarían representados en una proporción de 1:1. En cambio, si la hembra es el sexo heterogamético WZ, y el macho el sexo homogamético ZZ, la descendencia resultante será completamente WZZ, es decir hembra. Este tipo de alteraciones en el patrón normal de determinación sexual han sido reportadas previamente por diferentes autores en varias especies, incluyendo el bagre de canal (Ictalurus punctatus), la dorada (Sparus aurata), el esturión híbrido (Huso huso, hembra x Acipenser ruthenus, macho), el turbot y la cabrilla arenera (P. maculatofasciatus) (Wolters et al., 1982; Haffray et al., 2005; Omoto et al., 2005; Cal et al., 2006; Alcántar-Vázquez, 2010), y pueden ayudar a descifrar el tipo de determinación del sexo presente en dichas especies. Uso potencial de triploides para el control reproductivo y genético de peces cultivados A pesar que la producción de peces de mayor tamaño a través de la triploidía no se transformó en una realidad, la triploidía tiene gran variedad de aplicaciones dentro de la acuacultura, ya que de acuerdo a las regulaciones de USA y de la comunidad europea (Directiva 90/220/CEE del 23 de Abril 1990) los especímenes poliploides, incluyendo triploides y los híbridos no son considerados organismos genéticamente modificados (OGM´s), por lo tanto están exentos de las estrictas regulaciones actualmente aplicadas para el uso y resguardo de OGM´s en las granjas acuícolas (Rasmussen & Morrissey, 2007; Piferrer et al., 2009). Aunque la superioridad de los organismos triploides no siempre ha sido observada, el uso de peces triploides puede ser una solución cuando existen restricciones sobre el cultivo de peces diploides (Galbreath et al., 1994), especialmente, cuando estos se cultivan fuera de su área natural de distribución. Aunque la triploidización es comúnmente reconocida como la forma más práctica y efectiva de producir peces estériles a gran escala (Maxime, 2008), en algunas ocasiones no es posible asegurar que toda la progenie es 100% estéril, pues algunos individuos pueden producir

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gametos maduros (Rasmussen & Morrissey, 2007). Sin embargo, cuando se consigue establecer una población estéril gracias a la triploidización, los peces triploides pueden prevenir el cruzamiento de organismos que escapan del cultivo con organismos de poblaciones naturales, de la misma especie o bien a través de la hibridación y de esta forma evitar la interferencia con adaptaciones evolutivas presentes en el pool genético de poblaciones silvestres, las cuales pueden ocasionar la pérdida de diversidad genética natural (alterar frecuencias alélicas, interrupción del flujo genético interpoblacional, ruptura de complejos genéticos localmente co-adaptados). Al mismo tiempo, se previene el establecimiento de poblaciones no deseadas ajenas al ecosistema, y con esto, la competencia interespecífica con poblaciones nativas o bien la depredación de estas últimas (Utter et al., 1983; Thorgaard, 1986; Seeb et al., 1993; Galbreath et al., 1994; Withler et al., 1998; Rasmussen & Morrissey, 2007; Cassani et al., 2008; Piferrer et al., 2009; Douglas & Brown, 2010). El valor de los peces triploides para reducir o evitar interacciones genéticas entre peces cultivados y silvestres requiere una evaluación de su comportamiento y desempeño en el ambiente natural. Sin embargo, existe escasa información disponible acerca de peces triploides en el ambiente natural (Piferrer et al., 2009). CONCLUSIONES Las consecuencias fisiológicas de la triploidía se encuentran ligadas directamente al incremento del tamaño de las células. Sin embargo, este incremento tiene un efecto sinérgico en todos los procesos relacionados con la célula, incluyendo la respiración y metabolismo. Actualmente, a pesar del número creciente de estudios en peces triploides, las consecuencias funcionales de la triploidización se encuentran poco investigadas, con un número escaso de trabajos al respecto. La mayoría de los trabajos se han centrado en evaluar la supervivencia de la progenie, crecimiento, utilización de oxígeno disuelto y fisiología reproductiva en diferentes estadios del desarrollo. Debido a que los triploides poseen rasgos fisiológicos “anormales”, ofrecen la oportunidad de descubrir nuevos mecanismos moleculares o bioquímicos, lo cual hace relevante el estudio de otros aspectos como, la transmisión de señales en tejidos y órganos con menor número de células de mayor tamaño, así como los procesos de transporte a través de la membrana celular. Comprender estas consecuencias es de vital importancia, no solo desde el punto de vista de biología básica, sino para maximizar el desempeño de los peces triploides durante el cultivo.

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Received: 7 January 2015; Accepted: 2 December 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 16-33, 2016 DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-2

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

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Review

Record of stomatopods and decapods, including descriptions of the species of commercial interest from the submarine rises and surrounding waters of the Chilean oceanic islands (southeastern Pacific Ocean) Marco Antonio Retamal1 & Patricio M. Arana2 Departamento de Oceanografía, Universidad de Concepción, Concepción, Chile 2 Escuela de Ciencias del Mar, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile 1

Corresponding author: Marco Antonio Retamal ([email protected])

ABSTRACT. The Chilean oceanic islands are located in the southeastern Pacific Ocean and include Easter Island, Salas y Gómez Island, Desventuradas Islands (San Félix Island and San Ambrosio Island), and the Juan Fernández Archipelago. They are of volcanic origin and are the emerged peaks of seamounts that form part of the Salas y Gómez and Nazca ranges that rise up from the Nazca tectonic plate. The islands are at a great distance from each other and from the South American continent, and their surrounding areas have depths around 4000 m to the ocean floor. The objective of this study is to update stomatopods and decapods records from these islands, from their surrounding waters and from the seamount ranges of which they are part of. Given that there is little information on some of these sites, and the records are disperse, a literature review is carried out, analysing different sources including both published reports and reports with limited circulation. To date, three families of Stomatopoda with five species and 57 families of Decapoda with 194 species have been recorded. Of this total, three species represent potential resources to develop fisheries and only another three are exploited to differing degrees (Jasus frontalis, Panulirus pascuensis and Chaceon chilensis). Their more relevant aspects, including their exploitation status, are described. Keywords: Stomatopoda, Decapoda, taxonomical records, exploited crustaceans, Chilean oceanic islands.

Registro de estomatópodos y decápodos, incluyendo la descripción de especies de interés comercial en cordilleras submarinas y aguas circundantes a islas oceánicas chilenas (Océano Pacífico suroriental) RESUMEN. En la región suroriental del Océano Pacífico se encuentran las islas oceánicas chilenas, que corresponden a Isla de Pascua, Isla Salas y Gómez, Islas Desventuradas (I. San Félix e I. San Ambrosio) y Archipiélago Juan Fernández. Todas son de origen volcánico y corresponden a las cumbres emergidas de montes submarinos que forman parte de las cordilleras Salas y Gómez, y Nazca que se levantan sobre la placa tectónica de Nazca. Estas islas tienen como características comunes estar alejadas entre sí y del continente sudamericano, con profundidades en su entorno, de alrededor de 4.000 m hasta el piso oceánico. El presente trabajo tiene como objetivo actualizar el registro de las especies de Stomatopoda y Decapoda en estas islas, en aguas circundantes y en la cadena de montes submarinos de las que forman parte. Dada la escasa información en algunos de estos lugares y que los registros se encuentran dispersos, se ha efectuado la revisión de literatura proveniente de diferentes fuentes, tanto publicadas como de informes de circulación restringida. A la fecha se han registrado tres familias de Stomatopoda con cinco especies y 57 familias de Decapoda con 194 especies. De este total, tres especies constituyen especies potenciales y otras tres son explotadas con diferente intensidad (Jasus frontalis, Panulirus pascuensis and Chaceon chilensis). Se describen sus aspectos más relevantes y su estado actual de explotación. Palabras clave: Stomatopoda, Decapoda, registros taxonómicos, crustáceos explotados, islas oceánicas chilenas.

__________________ Corresponding editor: Ingo Wehrtmann

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Latin American Journal of Aquatic Research

INTRODUCTION The sub-basin of the eastern Pacific Ocean comprises the area east of the East Pacific Rise where the centre of expansion gradually creates the Cocos, Nazca and Antarctic plates, moving them in a generally eastern direction. The eastern border of the basin is defined by the South American plate, whose movement towards the west is the result of the expansion of the MidAtlantic Ridge (Frutos & Lara, 2010). The macroregion of this large water mass represents one of the least explored areas of the world, with relatively little information on the ocean floors, waters characteristics and dynamics, and of the and the marine flora and fauna that live there. It is also sporadically influenced by the occurrence of the El Niño Southern Oscillation (ENSO). Crustaceans are a group of invertebrates of great importance to science and taxonomy, and some have economic relevance. In Chilean waters a total of around 400 marine species have been identified between depths of 0 and 6000 m. They have been described and cited in innumerable national and foreign publications (Retamal, 2010). In the southeastern Pacific Ocean, Chile has four island territories of the highest interest to science and other fields, due to their geographic location, geological formation and isolation: Easter Island, Salas y Gómez Island, the Desventuradas Islands (San Félix Island and San Ambrosio Island), and the Juan Fernández Archipelago. They are of volcanic origin and represent the emerged peaks of seamounts that form part of the Salas y Gómez and Nazca ranges on the Nazca tectonic plate. There is a widespread global increase in concern for research of oceanic biodiversity, aiming to identify species composition and distribution, information that is required before implementing any measures to protect marine ecosystems, many of which are currently considered endangered. On a national level, one of the highest priorities is to establish an inventory of the fauna present in Chilean waters, especially those of the Chilean oceanic islands due to their high degree of endemism resulting from their isolation and from the limited human intervention taking place. The aim of the present review is to contribute to this goal, reporting the decapod and stomatopod species (including those of commercial interest) from these islands, as well as describing the environmental characteristics of each location. MATERIALS AND METHODS The available literature (publications, expedition reports, fishing records and technical reports) was used

to create the list of stomatopod and decapod species from the Chilean oceanic islands: Easter Island, Salas y Gómez Island, the Desventuradas Islands and the Juan Fernández Archipelago, and the seamount chains to which these islands belong. On the basis of this information, the main characteristics of each island, the species reported and their economic importance was described. The main publications consulted for Easter Island and Salas y Gómez Island were: Garth (1973), Retamal (1981, 2004), DiSalvo et al. (1988); Parin et al. (1997), Poupin (2003), Guzmán (2008), Fernández et al. (2014), and Boyko & Liguori (2014); for the Juan Fernández Archipelago: Dupré (1975), Andrade (1985), Retamal & Arana (2000), and Palma et al. (2004). The references used for Salas y Gómez Island were Retamal & Navarro (1966), Retamal (1999, 2004), Retamal & Gorny (2004), and Fernández et al. (2014). The list of fauna from the seamounts was prepared using the contributions of Parin et al. (1997) and Poupin (2003). The record for the Desventuradas Islands was obtained from Parin et al. (1997) and the “Pristine Seas Expedition” carried out by National Geographic and Oceana in 2014. The material collected by the first author from Easter Island and Salas y Gómez Island was deposited at the Museum of Zoology of the University of Concepcion, while that of the Juan Fernández Archipelago and the seamount range of this archipelago was deposited at the National Museum of Natural History in Santiago de Chile (Báez & Ruiz, 1985). Other specimens collected during many different expeditions to the waters around Easter Island, Salas y Gómez Island and the seamount ranges in the southeastern Pacific Ocean can be found in different museums around the world (Poupin, 2003; Fernández et al., 2014). The literature regarding these islands was reviewed to identify species of commercial interest, their current level of exploitation, and any future fishery potential of these species. THE CHILEAN OCEANIC ISLANDS The Chilean oceanic islands are small territories located in the southeastern Pacific Ocean far away from the South American mainland (Fig. 1). They are of volcanic origin and are associated with the action of hotspots. These islands are the emerged peaks of seamounts along the Nazca tectonic plate (Díaz-Naveas & Frutos, 2010). The Nazca Plate has a boundary to the north with the Galapagos Rise and to the south with the Chile Rise, to the west, with the accreting ridge of the East Pacific Rise, and to the east with the subduction

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

Figure 1. Chilean oceanic islands in the southeastern Pacific Ocean.

line on the Peru-Chile Trench, which separates it from the South-American Plate (Díaz-Naveas & Frutos, 2010). Easter Island (Fig. 1) is located in the middle of the eastern Pacific Ocean, half way to Polynesia from America. It is therefore considered one of the most isolated islands in the world. It is situated around 400 km from the uninhabited islet of Salas y Gómez and 3700 km from continental Chile. To the west, it is 2250 km from Pitcairn Island and to the east 3140 km separated from the Juan Fernández Archipelago, making it one of the most isolated places in the world. Easter Island, together with New Zealand and the Hawaii Archipelago, are the vertices of a triangle containing the Polynesian Islands. Easter Island has a triangular shape, with a perimeter of 65 km, an area of 164 km2, and a

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maximum height of 400 m, forming part of a long seamount range running eastwards that also includes Salas y Gómez Island (Rodrigo et al., 2014). The Desventuradas Islands (Fig. 1) are an island group made up of San Félix Island, San Ambrosio Island and several islets (González Islet and Peterborough Cathedral). It is on the same seamount range as Easter Island and Salas y Gómez Island, south of the Nazca Ridge, located roughly 850 km from continental South America and 780 km north of the Juan Fernández Archipelago. The Juan Fernández Archipelago (Fig. 1) is comprised of three volcanic islands: Alejandro Selkirk Island (33º46.9’S, 80º46.1’W) with a surface of 85 km2 and a maximum height of 1650 m; Robinson Crusoe Island (33º38.9’S, 78º51.7’W) 167 km from the former island, with a surface of 93 km2 and a maximum height of 915 m; and Santa Clara Island (33º42’S, 78º56.5W) with an area of 5 km2 and a maximum height of 375 m. The latter is separated from Robinson Crusoe Island by a narrow channel. The island group is formed by emerged peaks of the submarine Juan Fernández rise, which draws a perpendicular line to the central coast of Chile. Robinson Crusoe Island is 670 km from the continent and is the only island of the group that is permanently inhabited. Alejandro Selkirk Island is inhabited only by fishermen from Robinson Crusoe Island during the months of the Juan Fernández lobster fishing season. The region of the ocean where Easter Island and Salas y Gómez Island are located is approximately the centre of the subtropical gyre of the Pacific Ocean. The surface waters around the island are oligotrophic, with reduced biomass and low primary production (Moraga & Olivares, 1996; Andrade et al., 2014a; Von Dassow & Collado-Fabbri, 2014). According to T-S charts, the upper level of the waters around Easter Island is composed by Subtropical Waters (STW) up to a depth of around 300 m, with temperatures between 15 and 27ºC, high salinity between 35.0 and 36.7 (Silva, 1993; Moraga & Olivares, 1996) and oxygen content between 5 and 6 m L-1. Below this water mass and up to a depth of 800 m, there are Antarctic Intermediate Waters (AAIW) with temperatures between 4 and 10ºC, salinity between 34.3 and 34.6, and dissolved oxygen of around 5 m L-1 (Reid, 1973; Olivares & Moraga, 1993; Silva, 1993; Moraga & Olivares, 1996; Fuenzalida et al., 2007). Below this layer is Deep Pacific Waters (DPW). The Desventuradas Islands and the Juan Fernández Archipelago are situated close to the eastern edge of the Humboldt Current System. According to the results of 11 oceanographic stations (October 2000) in waters around San Félix Island and San Ambrosio Island

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Latin American Journal of Aquatic Research

(Moraga & Argandoña, 2001; Schneider et al., 2001), the surface layer up to a depth of around 199 m is composed by STW with temperatures between 14 and 17ºC and salinities of 34.6 to 34.8. Below this layer and down to 180 m prevails Subantarctic Waters (SAAW) with temperatures between 10 and 13ºC and salinity of 34.2 to 34.5, followed by Equatorial Subsurface Water (ESSW) with salinity of 34.5 to 34.7 and minimum dissolved oxygen of 1 to 3 m L-1 down to a depth of 300 m. Below 400 m, AAIW were found with temperatures between 5 and 10ºC, salinity between 34.5 and 34.5, and dissolved oxygen between 3 and 4 m L-1. The oceanographic characteristics of the Juan Fernández Archipelago have been studied by Silva & Sievers (1973), Sievers (1975), Silva (1985), Moraga & Argandoña (2001). Between the surface and a depth of 1500 m, four water masses can be distinguished, with clearly differentiated physical and chemical properties that reflect their place of origin. The surface layer is the mass of SAAW, located approximately between 0 and 200 m, with temperatures between 10 and 19ºC, salinity of 34.0 to 34.2, high surface values for dissolved oxygen of 4 to 6 m L-1. Below this water of subantarctic origin and up to a depth of around 400 m, there is ESSW with temperatures varying between 10 and 7ºC, salinity between 34.4 and 34.5, low oxygen content (14 m L-1). Further down, there is the layer of AAIW up to an approximate depth of 1000 m, with low temperatures (7 to 4ºC) and reduced salinity values (34.3-34.4), and a higher dissolved oxygen (3-4 m L-1). Below a depth of 1000 m, there are DPWs, whose temperatures range from 5.9 to 3.5ºC, with relatively higher salinity (34.634.7) and lower oxygen content than the layer above (~3.0 m L-1). The surface waters in this area can experience seasonal alterations due to the southern movement of the mass of STW. According to the results obtained by the cruise ship Juan Fernández II (April 1973), this water mass was found in a surface layer up to a depth of 50 m, moving the mass of SAAW to deeper levels. The apparent anomaly may have been related to the El Niño phenomenon, which was recorded that year with exceptionally marked characteristics along the Peruvian and northern Chilean coasts. According to (Andrade et al., 2012, 2014a, 2014b, 2014c), the region around the Juan Fernández Archipelago is affected by large anticyclonic surface and subsurface eddies, mainly during autumn. The Island Mass Effect occurs around this archipelago (Doty & Ogury, 1956), leading to a local increase of chlorophyll-α as a result of an increase in nutrients due to the combined effect of mesoscale eddies and the topography of the islands (Andrade et al., 2014c).

SPECIES RECORD The nomenclature used for the locations where species were recorded is as follows: EI = Easter Island, SG = Salas and Gómez Island, DI = Desventuradas Islands (San Félix Island and San Ambrosio Island), and JFA = Juan Fernández Archipelago (Robinson Crusoe, Santa Clara and Alejandro Selkirk Islands). Each area is considered to include the seamounts around the islands in question. The taxonomic order was performed following De Grave et al. (2009). In the taxonomic list below we indicated for each species its author, followed by the main documents in which the species is described in the area indicated. Class Malacostraca Subclass Hoplocarida Order Stomatopoda Family Odontodactylidae Odontodactylus hawaiiensis Manning, 1967. (DiSalvo et al., 1988; Retamal, 2002; Poupin, 2003). EI, SG. Family Pseudoquillidae Pseudoquilla oculata (Brullé, 1837). (DiSalvo et al., 1988; Manning, 1995; Poupin, 2003). EI. Raoulserenea oxyrhyncha (Borradaile, 1898). (Gravier, 1936; Manning ,1995; Poupin, 2003). EI. Family Gonodactylidae Hemisquilla ensiger (Owen, 1832). (Bahamonde, 1968; Retamal, 1981). JF. Pseudoquillospsis (Pseudoquillopsis) lessoni (Guérin, 1830). (Bahamonde, 1968). JF. Order Decapoda Suborder Dendrobranchiata Family Aristeidae Aristaeomorpha foliacea (Risso, 1827). (Parin et al., 1997; Guzmán, 2008). SG. Family Benthesycimidae Benthogennema pasithea (De Man, 1907). (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Benthesicymus investigatoris Alcock & Anderson, 1899. (Parin et al., 1997). SG. Gennadas barbari Vereshchaka, 1990. (Guzmán, 2004). SG, EI. Gennadas brevirostris Bouvier, 1905. (Guzmán, 2004, 2008). JF. Gennadas gilchristi Calman, 1925. (Guzmán, 2004, 2008). EI. Gennadas incertus (Balss, 1927). (Guzmán & Wicksten, 2000; Guzmán, 2008). SG. Gennadas propinquus Rathbun, 1906. SG. Gennadas scutatus Bouvier, 1906. (Retamal, 1981). SG. Gennadas tinayrei Bouvier, 1906. (Guzmán, 2004, 2008). JF.

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

Family Penaeidae Metapenaeopsis stockmani Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG, EI. Family Solenoceridae Hadropenaeus lucassi (Bate, 1881). (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Hymenopenaeus halli Bruce, 1966. (Burukovsky, 1990). SG. Family Sicyoniidae Sicyonia nasica Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Family Sergestidae Allosergestes pectinatus (Sund, 1920). (Guzmán, 2003, 2004, 2008). EI, SG. Deosergestes corniculum (Kröyer, 1855). (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Neosergestes brevispinatus (Judkins, 1978). (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Neosergestes consobrinus (Milne, 1968). (Guzmán, 2003; Poupin, 2003). EI. Parasergestes extensus (Hamamura, 1983). (Guzmán, 2003). SG. Parasergestes hallia (Faxon, 1893). (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Sergestes cornutus Kröyer, 1855. (Vereshchaka, 1990). SG. Sergestes gibbilobatus Judkins, 1978. (Vereshchaka, 1990). SG. Sergestes atlanticus H. Milne Edwards, 1830. (Vereshchaka, 1990). SG. Sergestes pestafer Burkenroad, 1937. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2003). SG. Sergia bigemmea (Burkenroad, 1940). (Guzmán, 2003). SG. Sergia gardineri (Kemp, 1913). (Vereshchaka, 2000, Poupin, 2003). SG. Sergia potens (Burkenroad, 1940). (Vereshchaka, 1990; Poupin, 2003). SG. Sergia regalis (Gordon, 1939). (Vereshchaka, 2000: Poupin, 2003). SG. Sergia scintillans (Burkenroad, 1940). (Vereshchaka, 2000). SG. Sergestes vigilax Stimpson, 1860. (Vereshchaka, 1990). SG. Suborder Pleocyemata Infraorder Stenopodidea Family Spongicolidae Spongicola parvispina Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Family Stenopodidae Stenopus hispidus (Olivier, 1811). (DiSalvo et al., 1988; Retamal, 2004). EI.

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Infraorden Caridea Family Pasiphaeidae Pasiphaea americana Faxon, 1893. (Burukovsky, 1990; Vereshchaka, 1990; Parin et al., 1997). SG. Pasiphaea chacei Yaldwyn, 1962. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Pasiphaea cristata Bate, 1888. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Pasiphaea flagellata Rathbun, 1906. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Pasiphaea kaiwiensis Rathbun, 1906. (Vereshchaka, 1990). SG. Family Acanthephyridae Acanthephyra cucullata Faxon, 1893. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Acanthephyra curtirostris Wood Mason, 1891. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2004). SG. Acanthephyra eximia Smith, 1884. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Acanthephyra trispinosa Kemp, 1939. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Ephyrina hoskynii Wood-Mason, 1891. (Vereshchaka, 1990; Guzmán, 2008). SG. Ephyrina ombago Crosnier & Forest, 1973. SG. Meningodora mollis Smith 1892. (Vereshchaka, 1990). SG. Notostomus elegans A. Milne Edwards, 1881. (Vereshchaka, 1990; Retamal & Ulloa, 2015). SG. Systellaspis cristata (Faxon, 1893). (Vereshchaka, 1990). SG. Systellaspis debilis A. Milne Edwards, 1881. (Vereshchaka, 1990). SG. Family Oplophoridae Oplophorus gracilirostris A. Milne Edwards, 1881. (Vereshchaka, 1990). SG. Oplophorus spinosus (Brullé, 1839). (Burukovsky, 1990; Vereshchaka, 1990; Parin et al., 1997; Guzmán, 2004). EI, SG. Family Disciadidae Discias pascuensis Fransen, 1987. (DiSalvo et al., 1988). EI. Discias serrifer Rathbun, 1902. (Arana et al., 1976; Andrade, 1985). JF. Family Nematocarcinidae Nematocarcinus gracilis Bate, 1888. (Burukovsky, 1990; Poupin, 2003). SG. Nematocarcinus pseudocursor Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Family Rhynchocinetidae Rhynchocinetes balsii Gordon, 1936. (Bahamonde, 1965; Holthuis, 1972; Arana et al., 1976; Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988). EI, DI, JF.

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Latin American Journal of Aquatic Research

Family Stylodactylidae Stylodactylus pubescens Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG (25º04’-25º09’S, 96º18’97ª26’W).

Synalpheus ¿ paraneomeris Coutière, 1905. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Synalpheus tumidomanus (Paulson, 1875), (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI.

Family Gnathopyllidae Gnathopyllum americanum Guérin, 1837. (Fransen, 1987; DiSalvo et al., 1988). EI.

Family Hippolytidae Hippolyte sp. in Fransen, 1987. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Lysmata trisetacea (Heller, 1861). (Holthuis, 1972; Retamal, 1981). EI (Rano Raraku, Vaihu). Thor amboiensis (De Man, 1888). (Fransen, 1987; DiSalvo et al., 1987; Poupin, 2003). EI (Hanga Roa, Moto Tautara, Tahai, Motu Nui). Thor spinosus Boone, 1935. (Fransen, 1987; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI (west coast of Tahai, Motu Tautara).

Family Palaemonidae Brachycarpus biunguiculatus (Lucas, 1846). (Holthuis, 1972: Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Cuapetes rapanui Fransen, 1987. (DiSalvo et al., 1988). EI. Harpiliopsis beaupressi (Audouin, 1826). (Holthuis, 1972; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Leander sp. in Vereshchaka, 1990. (Poupin, 2003). SG. Palaemonella disalvoi Fransen, 1987. (DiSalvo et al., 1988). EI. Palaemonella spinulata Yokoya, 1936. (DiSalvo et al., 1988). EI. Periclimenes alcocki Kemp, 1922. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Periclimenes sp. in Vereshchaka, 1990. (Retamal & Gorny, 2004). EI, SG. Family Alpheidae Alpheopsis chilensis Coutière, 1896. (Arana et al., 1976; Retamal, 1981). JF. Alpheopsis equalis Coutière, 1896. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Alpheus chilensis Coutière, 1902. (Retamal, 1981, 2004). EI. Alpheus collumianus Stimpson, 1860. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Alpheus crockeri (Amstrong, 1941). (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Alpheus lanceostylus Banner, 1959. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Alpheus lottini Guérin-Meneville, 1829. (Fransen, 1987; DiSalvo et al., 1988; Retamal & Navarro 2001) (sic); Poupin, 2003; Retamal, 2004; Retamal & Navarro, 2001). EI. Alpheus pacificus Dana, 1852. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Alpheus romensky Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Athanas ¿ marshallensis Chace, 1955. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Metabetaeus minutus (Whitelegge, 1897). (Saavedra et al., 1996). EI. Metalpheus paragracilis (Coutière, 1897). (DiSalvo et al., 1988, Poupin, 2003). EI. Metalpheus rostratipes (Pocock, 1890). (DiSalvo et al., 1988; Crosnier & Forest, 1966; Poupin, 2003). EI.

Family Processidae Processa pygmaea Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Family Pandalidae Heterocarpus laevigatus Bate, 1888. (Burukovsky, 1986, 1990; Poupin, 2003). SG. Heterocarpus sibogae De Man, 1917. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Pandalina nana Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Plesionika edwardsii (Brandt, 1851). (DiSalvo et al. 1988; Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). EI, SG. Plesionika ensis A. Milne Edwards, 1881. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Plesionika fenneri Crosnier, 1986. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Plesionika ocellus (Bate, 1888). (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG. Plesionika williamsi Forest, 1964. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Family Crangonidae Pontocaris rathbuni (De Man, 1918). (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG (25º04’S-97º26’W). Pontophilus gracilis junceus Bate, 1888. (Burukovsky, 1990; Parin et al., 1997). SG (24º58’-25º07’, 88º31’99º35’W). Pontophilus nikiforovi Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997). SG (25º03’S-97º27’W). Pontophilus? in Vereshchaka, 1990. SG (25º04S97º26’W). Family Glyphocrangonidae Glyphocrangon wagini Burukovsky, 1990. (Parin et al., 1997). SG (24º56’-25º33’S, 88º31’-99º35’W). Infraorder Thalassinidea Family Callianassidae Callianassa sp. in Vereshchaka, 1990. SG (25º04’S97º26’W). Rayllianassa amboinensis (de Man, 1888). EI.

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

Infraorder Palinura Family Polychelidae Stereomastis surda Galil, 2000. (Poupin, 2003). SG. Family Palinuridae Jasus frontalis (H. Milne Edwards, 1837). (Arana et al., 1976; Retamal, 1981; Arana et al., 1985). JF, DI. Panulirus pascuensis Reed, 1954. (Holthuis, 1972; Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI, SG. Projasus bahamondei George, 1976. (Retamal, 1981; Rudjakov et al., 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG, JF, DI. Family Scyllaridae Acantharcturus delfíni (Bouvier, 1909). (Holthuis, 1967; Arana et al., 1976; Retamal, 1981; Andrade, 1985; Palma et al., 2004). JF. Arctides regalis Holthuis, 1963. (DiSalvo et al., 1988; Retamal, 2000; Poupin, 2003). EI. Parribacus perlatus Holthuis, 1967. (Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Scyllarides rogeenveeni Holthuis, 1967. (Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Infraorder Anomura Family Galatheidae Phylladiorhynchus integrirostris (Dana, 1853). (Di Salvo et al., 1988; Baba, 1991; Poupin, 2003). EI. Family Munididae Munida sp. in Vereshchaka, 1990. (Poupin, 2003). SG (24º40’-25º58’S, 85º28’-100º41’W). Family Porcellanidae Petrolisthes coccineus (Owen, 1839). (Báez & Ruiz, 1985). EI. Petrolisthes extremus Kropp & Haig, 1994. (Poupin, 2003). EI (Anakena, Motu Iti). Petrolisthes granulosus (Guérin, 1835). (Retamal, 1981; Andrade, 1985). JF. Family Albuneidae Albunea bulla Boyko, 2002. (Poupin, 2003). EI. Family Diogeneidae Calcinus imperialis Whitelegge, 1901. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Calcinus pascuensis Haig, 1974. (Haig, 1974; Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Calcinus vachoni Forest, 1958. (Poupin, 2003; Retamal & Moyano, 2010). EI. Family Paguridae Porcellanopagurus foresti Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997; Poupin, 2003; Retamal & Moyano, 2010). SG (25º40’S, 85º27’W). Porcellanopagurus platei Lenz, 1902. (Arana et al., 1976; Retamal, 1981; Andrade, 1985). JF.

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Pylopaguropsis garciai McLaughlin & Haig, 1989. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Family Parapaguridae Oncopagurus haigae (de Saint Laurent, 1972). In Retamal & Gorny (2004) as Oncopagurus sp. JF. Oncopagurus cf. haigae (de Saint Laurent, 1972). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Oncopagurus mironovi Zhadan, 1997. SG. Oncopagurus stockmani Zhadan, 1997. SG. Paragiopagurus boletifer (de Saint Laurent, 1972). (Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997; Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Parapagiopagurus ruticheles (A. Milne Edwards, 1891). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Parapagiopagurus wallisi (Lemaitre, 1994). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Parapagurus holthuisi Lemaitre, 1989. JF. Strobopagurus aff. gracilipes (A. Milne Edwards, 1891). (Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Sympagurus affinis (Henderson, 1888). (Parin et al., 1997; Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Sympagurus dofleini (Balss, 1912). (Zarenkov, 1990; Zhadan, 1997; Poupin, 2003). SG. Tylaspis anomala Henderson, 1888. (Lemaitre, 1988). EI (19º11’S, 102º24’W). Infraorder Brachyura Family Dromiidae Lauridromia dehaani (Rathbun, 1923). (Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG (25º40’S, 85º27’W). Lewindromia unidentata (Rüppel, 1830). (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI (Anakena). Family Dynomenidae Dymomenidae sp. DiSalvo et al. (1987), (Poupin, 2003). EI. Family Homolidae Homologenus orientalis Zarenkov, 1990. (Guinot & Richer de Forges, 1995; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG (25º07.9’S, 99º26.8’W). Paromola rathbunae Porter, 1908. (Arana et al., 1976; Retamal, 1981; Zarenkov, 1990; Retamal & Arana, 2000). SG, DI, JF. Family Latreillidae Latreillidae sp. (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Latreilla metanesa Williams, 1982. (Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Family Calappidae Calappidae sp. (DiSalvo et al., 1988). (Poupin, 2003). EI. Mursia gaudichaudii (H. Milne Edwards, 1837). (Zarenkov, 1990; Galil, 1993; Parin et al., 1997; Retamal et al., 2013). SG, JF.

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Latin American Journal of Aquatic Research

Family Leucosiidae Ebalia sculpta Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Randallia nana Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Family Majidae Majidae spp. DiSalvo et al. (1997). EI. Ageitomaia baeckstroemi (Balss, 1924). (Retamal, 1981, 2004; Poupin, 2003). SG. Family Inachidae Cyrtomaia danielae Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Cyrtomaia platypes Yokoya, 1933. (Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997). SG. Family Epialtidae Huenia pacifica Miers, 1979. (Poupin, 2003; Retamal, 2004). SG. Family Hymenosomatidae Hymenosomatidae sp. (DiSalvo et al., 1997). (Poupin, 2003). EI. Family Parthenopidae Daldorfia horrida (Linné, 1758). (Garth, 1985; DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Garthambrus allisoni (Garth, 1993). (Ng, 1996; Poupin, 2003). SG. Garthambrus mironovi (Zarenkov, 1990). (Garth, 1993; Parin et al., 1997). SG. Heterocrypta epibranchialis Zarenkov, 1990. (Parin et al., 1997). SG. Family Atelecyclidae Atelecyclidae sp. (DiSalvo et al., 1988). EI. Family Geryonidae Chaceon chilensis Chirino-Gálvez & Manning, 1989. (Retamal, 1981; Zarenkov, 1990; Retamal & Arana, 2000). SG, DI, JF. Family Portunidae Portunidae (7) spp. (DiSalvo et al., 1988). (Poupin, 2003). EI. Laleonectes nipponensis Sakai, 1938. (Bokyo & Linguori, 2014). EI Ovalipes elongatus Stephenson & Rees, 1968. (Bokyo & Linguori, 2014). EI Ovalipes trimaculatus (de Haan, 1833). (Retamal, 1981; DiSalvo et al., 1988). JF, EI. Portunus pubescens (Dana, 1852). (Garth, 1973). EI. Thalamita auauensis Rathbun,1906. (Bokyo & Linguori, 2014). EI. Thalamita bevisi (Stebbing, 1921). (Retamal,1999, 2004; Poupin, 2003). SG. Thalamita seurati Nobili, 1906. (Bokyo & Linguori, 2014). EI.

Family Carpiliidae Carpilius convexus (Forskäl, 1775). (Garth, 1973; Retamal, 1981, 2004). EI. Family Goneplacidae Progeryon mararae Guinot & Richer de Forges, 1981. (Zarenkov, 1990; Parin et al., 1997). SG. Family Trapeziidae Trapezia areolata Dana, 1852. (Garth, 1973; Retamal, 1981; Castro, 1997; Poupin, 2003). EI. Trapezia bidentata (Förskall, 1775). (Retamal, 1981; Garth, 1985; Poupin, 2003). EI (La Pèrouse). Trapezia cymodoce (Herbst, 1801). EI. Traezia danai Ward, 1939. (Garth, 1973; Retamal, 1994). EI. Trapezia punctimanus Odinetz, 1984. (Rathbun, 1907; Poupin, 2003). EI. Trapezia tigrina Eydoux & Souleyet, 1842. (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Family Xanthidae Actaea allisoni Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI. Banareia parvula (Krauss, 1843). (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Chlorodiella cytherea (Dana, 1852). (Garth, 1973; Retamal, 1981, 2004). EI, SG. Etisus electra (Herbst, 1801). (Garth, 1973; Retamal, 1981). EI (Bahía Anakena). Forestia pascua Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI (Bahía La Pèrouse). Liomera laperoussi Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI (Bahía La Pèrouse). Liomera monticulosa (A. Milne Edwards, 1873). (Garth, 1985; Poupin, 2003). EI (Bahía La Pèrouse). Liomera rugata (A. Milne Edwards, 1865). (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI (Hotu Iti). Lophozozymus dodone (Herbst, 1801). (Garth, 1973; Retamal, 1981, 2004). EI (Bahía Anakena). Monodaeus pettersoni Garth, 1985. (Poupin, 2003). EI (Bahía La Pèrouse). Platepistoma balssii (Zarenkov, 1990). (Parin et al., 1997; Poupin, 2003). SG. Pseudoliomera remota (Rathbun, 1907). (Garth, 1973; Retamal, 1981, 2004). EI. Xanthidae spp. (8). (DiSalvo et al., 1988). (Poupin, 2003). EI. Family Pilumnidae Pilumnus sp. Retamal (2004). SG. Family Cryptochiridae Cryptochiridae spp. (2). (DiSalvo et al., 1988; Poupin, 2003). EI. Family Pinnotheridae Pinnotheridae spp. ? (DiSalvo et al., 1988). EI.

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

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Family Grapsidae Geograpsus crinipes (Dana, 1851). (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Grapsus grapsus (Linnaeus, 1758). Arana et al., 1976; Retamal, 1981). JF. Leptograpsus variegatus (Fabricius, 1793). (Bahamonde, 1965; Garth, 1973; (Arana et al., 1976; Retamal, 1981). EI, DI, JF. Pachygrapsus transversus (Gibbes, 1850). (Rathbun, 1907; Garth, 1973; Retamal, 1981). EI. Family Varunidae Cyclograpsus longipes Stimpson, 1858. (Garth, 1973; Retamal, 1981). EI (Vaihu). Ptychograpsus easteranus Rathbun, 1907. (Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Family Percnidae Percnon pascuensis Retamal, 2002. (Poupin, 2003). EI. Family Plagusiidae Guinusia chabrus (Linnaeus, 1758). (Retamal, 1981; Báez & Ruiz, 1985; Poupin, 2003). EI, JF. Guinusia dentipes (de Haan, 1835). (Rathbun, 1907; Garth, 1973; Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. Plagusia integripes Garth, 1973. (Retamal, 1981; Poupin, 2003). EI. CRUSTACEANS OF COMMERCIAL INTEREST Jasus frontalis (Fig. 2) International name: Juan Fernández spiny rock lobster Local name: Langosta de Juan Fernández. Distribution: Around the islands of JFA and the DI, at depths between 0 and 200 m (Holthuis, 1991; Retamal & Arana, 2000; Navarrete, 2012). General species background: It is the most important marine resource of the JFA, because the main economic activity on these islands is based on the exploitation of this resource. Since the end of the 19th century, this species has been continuously extracted by fishers on Robinson Crusoe Island, who travel each year to Alejandro Selkirk Island and sporadically to San Félix Island and San Ambrosio Island to exploit this species. The fishing operations include around 140 fishers, using around 60 boats (7 to 9 m in length), some of which are made of wood and others of fibreglass and fitted with outboard motors. The species is caught with wooden traps, which are rectangular (140x80x40 cm) and baited with local fish. Normally, 35-30 traps are used per boat and they are checked every 24-72 h, mainly depending on the weather conditions. The landing statistics for the last 65 years from the Desventuradas Islands show pronounced annual variations, caused by natural changes in abundance, envi-

Figure 2. Juan Fernández spiny rock lobster (Jasus frontalis).

ronmental factors that affect the larval cycle, puerulus settlements and recruitment, weather conditions that influence fishing activities and volumes extracted. After several years of persistent decreases in landing figures, since 2005 the numbers began to increase notably, reaching values above 75 ton year-1 in recent years (SERNAPESCA, 2000-2014). Captured rock lobsters are kept alive in floating nurseries until they are transported to the continent either by sea (Alejandro Selkirk Island, Robinson CrusoeSanta Clara Islands, Desventuradas Islands) or by air (Robinson Crusoe Island). They are sold live and their main export destinations are the markets in Europe and more recently in China. Fishery management: The first measures towards regulation of this industry were put into place at the beginning of the last century, representing one of the oldest fishery managed in Chile. The species is currently protected by the following measures: a) safeguards on young individuals, limiting the sale of any specimen measuring less than or equal to 115 mm from the base of the antenna to the lower edge of the shell; b) protection during the reproduction period, prohibiting the capture of lobsters carrying eggs and individuals below the minimum legal length, which must be returned immediately to the sea in the same place where they were captured; c) closed seasons, prohibiting any lobster fishing on the JFA between May 15th and September 30th of each year, and on the DI from June 1st to September 30th of each year; d) to hold,

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transport or sell any individuals of this species during the closed season, the catches must be declared before May 15th and sold fresh until to September 20th of the same year; e) to avoid interaction between different fishing methods, the only apparatus authorized for the capture of this species are traps; and f) registration of new fishers at the Artisanal Register of the Region of Valparaíso and Oceanic Islands is temporarily suspended for all categories of the section “Juan Fernández lobster fishing”, because the resource reached at these islands a level of full exploitation. Others remarks: In 2011, the National Institute of Industrial Patents (INAPI) included Jasus frontalis in the category Geographic Indication, recognizing the species as exclusive to the JFA and the DI (Arana, 2011). In 2014, the fisheries of this species for Robinson Crusoe-Santa Clara, Alejandro Selkirk and the Desventuradas Islands were certified by the Marine Stewardship Council (Arana & Scott, 2014). This certification is the first in Chile and one of the few artisanal operations, which obtained it in Latin America. Projasus bahamondei (Fig. 3) International name: Chilean jagged lobster Local name: Langosta enana Distribution: This species is found in abundance on the Nazca Submarine Ridge, especially east of 84°W, off Peru (Prosvirov, 1990; Rudjakov et al., 1990; Parin et al., 1997) where it has been commercially fished by industrial vessels (Arana & Venturini, 1991; Parin et al., 1997). This lobster is also found on the DI, on the seamounts of the JFA (George & Grindley, 1964; Dupré, 1975; George, 1976; Retamal, 1981, 1994; Andrade, 1985; Báez & Ruiz, 1985; Retamal & Arana, 2000), and on the O’Higgins Seamount (39°55'S, 73°52'W) off the central coast of Valparaiso, Chile (Báez & Weinborn, 1983). Additional but sporadically reports stem from off the Chilean coastal mainland, approximately between Huasco (28º28'S) and Constitución (35°20'S) (Andrade & Báez, 1980; Retamal, 1981, 1994; Andrade, 1987). On the Nazca Ridge, this species has been recorded between 225 and 420 m (Arana & Venturini, 1991; Arana & Soto, 1994; Parin et al., 1997; Arana, 2014a), and around Robinson Crusoe and Santa Clara at depths of 250 m (Arana & Vega, 2000). In the South American continental slope, the bathymetric range inhabited by this species is between 175 and 550 m (Dupré, 1975; Andrade & Báez, 1980; Báez & Weinborn, 1983). General species background: This species has been exploited for several years in the region to the east of the Nazca Ridge using former USSR boats and by a

Figure 3. Chilean jagged lobster (Projasus bahamondei).

Chilean-Russian company in 1990 and 1991 (Parin et al., 1997). Subsequently, another Chilean company obtained for a full year good results in the same region (Arana & Venturini, 1991; Arana & Soto, 1994). Since these fishing operations must take place far away from the coast, the extraction requires the use of factory ships for the conservation and transport of the catches. Attempts have also been made to develop artisanal fishing with this species at certain locations at the coast of central Chile (Arancibia, 2001). Despite of acceptable results obtained by experimental and exploratory fishing operations with a fleet of artisanal fishing boats, the costs of exploitation and the low abundance impeded a development of permanent fishing operations with this species. In February 2013, an expedition (National Geographic & Oceana, 2014) discovered the presence of this species around San Ambrosio Island (DI) at depths between 286 to 400 m, on rock and sand sea beds. The concentrations observed from a submarine make this lobster species a potential resource, though more information is required to determine its actual abundance and exploitation feasibility. Fishery management: No administrative regulation measures are in place. Chaceon chilensis (Fig. 4) International name: Juan Fernández golden crab

Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

Local name: Cangrejo dorado de Juan Fernández Distribution: This crab inhabits the waters around the JFA and the DI. Some individuals of this species have been seen also off Zapallar and Quintero, at the central coast of continental Chile (Andrade & Báez, 1980; Andrade, 1987; Báez & Andrade, 1987), while Parin et al. (1997) reported the presence of C. chilensis on the Nazca submounts, mainly east of 90ºW. The depths at which the golden crab lives can vary depending on the area: around Robinson Crusoe and Santa Clara: between 100 and 1000 m (Arana, 2000a; Retamal & Arana, 2000); on the Nazca submounts: between 420 and 800 m (Parin et al., 1997). General species background: The first concrete evidence of the existence of the golden crab on the Juan Fernández seamounts was obtained during the Mar Chile IX expedition, when some specimens were collected by exploratory fishing operations using traps. However, the actual importance of this species was identified during 1996 and 1997 as a result of an exploratory fishing campaign conducted by the Pontificia Universidad Católica de Valparaíso around Robinson Crusoe and Santa Clara (Arana, 2000a, 2000b; Arana & Vega, 2000). The abundance estimated around the islands and the large size of the individuals caught resulted in the classification of this crab as a potential resource, making it a real option for exploitation by the fishers on this archipelago. The exploitation of C. chilensis is carried out by a small number of fishers (20) and boats (10), either during the closed season of the Juan Fernández spiny rock lobster (Jasus frontalis) or parallel to lobster fishing operations, alternating between each species. However, due to the increased loss of fishing equipment as a result of operating further from the island and at greater depths than those required to catch the lobster, many fishers consider the extraction of the golden crab to be risky and more costly. The species is caught using rectangular traps (140x80x40 cm) baited with local fish species, similar to the method used to catch lobster on the same islands. Each boat uses from 8 to 12 traps, which are inspected every 2 to 4 days, depending on the climate conditions. The development of this new fishing operation brings a need for changes to the extraction system. The bathymetric distribution of the resource (at depths greater than 400 m) implies the need to equip boats with mechanical or hydraulic turning equipment to facilitate fishing operations and the use of GPS to determine the location of fishing grounds and to make sailing safer. These technological developments have been also applied to the Juan Fernández spiny rock lobster fishing operations.

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Figure 4. Juan Fernández golden crab (Chaceon chilensis).

According to official statistics on landings (SERNAPESCA, 2000-2014), the development of golden crab fishing in Juan Fernández began in 2000, recording catches totalling 13 ton. The amount extracted increased in subsequent years, peaking in 2004 with 49 ton. In recent years a sharp drop in landing figures have been observed, with no recorded landings since 2009. The catches are made mainly on Robinson Crusoe Island, and the frozen crab meat is sold, while a small number of C. chilensis is transported alive to the continent for sale. Fishery management: Though authorities have not set a minimum length for landing, there is a local voluntary rule to use only specimens with a carapace length of around 114 mm. Others remarks: In 2012, this species was included by the National Institute of Industrial Patents (INAPI) in the category of Geographic Indication, recognizing it as exclusive to the JFA and the DI (Arana, 2012). Panulirus pascuensis (Fig. 5) International name: Easter Island lobster Local name: Langosta de Isla de Pascua or “ura” (Rapa Nui name) Distribution: This species is distributed in shallow waters (depths of 0-10 m) around EI, SG and Pitcairn in the southern Pacific Ocean. General species background: Extraction of this species was conducted by ancient Rapa Nui islanders by underwater diving during the day or by attracting them with torches at night (Arana, 2014b). The introduction of traps began in 1953 when they were first brought from the JFA. However, for many years individual divers caught these lobsters, rapidly decreasing the population by overfishing. Though this resource is commonly caught on EI, there are no reliable statistics on the catch volume. In

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Figure 5. Easter Island lobster or “ura” (Panulirus pascuensis).

Figure 7. Crayfish or “ura rape rape” (Scyllarides rogeenveeni). Figure redrawn from Holthuis (1991).

landings. The species is currently fished for local consumption only; the fishing is carried out by 15 fishers using diving and traps. Fishery management: Since 1979, a closed season (November 1st to March 1st of each year) has been established for Easter Island lobster fishery. Landings are also restricted to a carapace length of over 10 cm. It is prohibited to catch impregnated females or any female with visible eggs, which, if caught, must be returned to the sea at the place of capture. Together with the aforementioned measures, it is also prohibited to extract the lobsters by independent diving or through the use of nets, hooks, harpoons, knives or similar tools. In addition, it is prohibited to transport the lobster from the island to any other part of the country, although tourists may take a maximum of two lobsters during the period in which extraction is authorised.

Figure 6. Crayfish or “rape rape” (Parribacus perlatus).

Parribacus perlatus (Fig. 6) International name: Crayfish, cigalle Local name: “Rape rape” (Rapa Nui name)

the mid-70s, around 7.5 ton year-1 were caught, most of which were consumed in hotels on the island. A few years later, a clear decrease in the size of individuals of this species was observed, which coincided with reduced

Distribution: The species is only known from shallow waters of EI (Holthuis, 1991) and SG. General species background: Information regarding this species is scarce. It is sporadically caught by diving

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Stomatopoda and Decapoda in Chilean oceanic islands

or by traps set for the Easter Island lobster. Due to its size and the fact that its meat is similar to the lobster, it is sought after for local consumption, though its real potential for exploitation is unknown. Fishery management: No administrative regulation measures are in place. Scyllarides rogeenveeni (Fig. 7) International name: Crayfish, cigalle Local name: “Ura rape rape” (Rapa Nui name) Distribution: Endemic species found only in shallow waters of EI (Holthuis, 1991) and SG. General species background: Information regarding this species is scarce. It is sporadically caught by diving or by traps set for the Easter Island lobster. The species is locally consumed due to its size and lobster-like taste; however, its real potential for exploitation is unknown. Fishery management: No administrative regulation measures are in place. CONCLUSIONS On Chilean island territories, three families of stomatopods and 57 of decapods have been recorded, comprising a total of 204 species, where the decapods are more abundant (194 species) (Table 1). The highest number of species was identified on Salas y Gómez Island (52.6%) and on Easter Island (45.6%), whilst the lowest number was recorded on the Desventuradas

Islands (3.1%). The low number of species seen on the latter islands is to be expected as they have not been researched in a systematic manner, and they urgently require consideration as a priority for future study. Through the analysis of similarity dendrograms with the zoogeographical aspects of 431 species of crustaceans, Retamal & Moyano (2010) found that Easter Island has the lowest level of affinity (10%) compared to the other areas, which is attributed to its geographic isolation. Salas y Gómez Island showed higher affinity with species reported from the Nazca Ridge than with those from Easter Island. The Desventuradas Islands and the Juan Fernández Archipelago have a high similarity (>60%) with a scarce relation to continental species (Retamal & Moyano, 2010). Despite the high number of species recorded, only six are of interest to human consumption (Table 2). Of these, three are exploited by artisanal fishing operations: the Juan Fernández lobster (Jasus frontalis), the Easter Island lobster (Panulirus pascuensis) and the golden crab (Chaceon chilensis). However, only J. frontalis represents an established fishing operation with catch volumes of a certain level from the Desventuradas Island and the Juan Fernández Archipelago, constituting the main economic resources of the people that catch and export live crustaceans to the continent and abroad. The other three (Projasus bahamondei, Parribacus perlatus and Scyllarides

Table 1. Geographical distribution of families and species of Stomatopoda and Decapoda registered from Chilean oceanic islands. Geographical distribution Salas y Desventuradas Easter Island Gómez Island Islands Families 2 (66.6%) 1 (33.3%) 0 Species 3 (60.0%) 1 (20.0%) 0 Families 39 (68.4%) 36 (63.1%) 5 (8.8%) Species 89 (45.9%) 102 (52.6%) 6 (3.1%)

Taxonomic classification Stomatopoda Decapoda

Juan Fernández Archipelago 1 (33.3%) 2 (40.0%) 16 (28.0%) 20 (10.3%)

Total 3 5 57 194

Table 2. Chilean oceanic islands decapods of commercial interest. Ex: species currently exploited; FP: species of interest to fishing; PA: present in the area. Geographical distribution Species Jasus frontalis Projasus bahamondei Panulirus pascuensis Parribacus perlatus Scyllarides rogeenveeni Chaceon chilensis

Easter Island

Salas y Gómez Island

Ex PA PA

PA PA PA

Desventuradas Islands Ex

Juan Fernández Archipelago Ex PA

Ex

Ex

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rogeenveeni) are potential or secondary resources, as they are exploited at low levels or only occasionally, and mainly for local consumption only. Finally, it should be reiterated that there is a need to promote research to generate precise inventories of the fauna present on the seamount ranges on the southeastern Pacific Ocean and in the waters around Chilean oceanic islands. It is very likely that the real riches of this carcinofauna are currently underestimated. This knowledge is necessary not only for science and for practical purposes, but also for decision-making regarding the conservation and/or management of these species. ACKNOWLEDGMENTS The authors gratefully acknowledge the assistance of Professor Nelson Silva in the definition of the oceanographic characteristics around the Chilean oceanic islands. We also recognize the suggestions and comments of the anonymous reviewers who contributed to improving this document. The authors especially appreciate the assistance provided by Dr. Ingo Wehrtmann. REFERENCES Andrade, H. 1985. Crustáceos decápodos marinos del archipiélago de Juan Fernández. In: P. Arana (ed.). Investigaciones Marinas en el Archipiélago de Juan Fernández. Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, pp. 109-116. Andrade, H. 1987. Distribución batimétrica y geográfica de macroinvertebrados del talud continental de Chile central. Cienc. Tecnol. Mar, 11: 61-94. Andrade, H. & P. Báez. 1980. Crustáceos decápodos asociados a la pesquería de Heterocarpus reedi Bahamonde, 1955 en la zona central de Chile. Bol. Mus. Nac. Hist. Nat. Chile, 37: 261-267. Andrade, I., S. Hormazábal & M.A. Correa-Ramírez. 2012. Ciclo anual de la clorofila-a satelital en el archipiélago de Juan Fernández (33ºS). Lat. Am. J. Aquat. Res., 40(3): 657-667. Andrade, I., S. Hormazábal & M.A. Correa-Ramírez. 2014a. Time-space variability of satelittal clorophyllα in the Easter Island Province, southeastern Pacific Ocean. Lat. Am. J. Aquat. Res., 42(4): 871-887. Andrade, I., S. Hormazábal & V. Combes. 2014b. Intrathermocline eddies at the Juan Fernández Archipelago, southeastern Pacific Ocean. Lat. Am. J. Aquat. Res., 42(4): 888-906. Andrade, I., P. Sangrà, S. Hormazábal & M.A. CorreaRamírez. 2014c. Island mass effect in the Juan

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Received: 4 May 2015; Accepted: 18 December 2015

Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 34-38, 2016 Anomalocardia brasiliana larvae fed with microalgal diets DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-3

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Research Article

Growth and survival of Anomalocardia brasiliana larvae (Bivalvia: Veneridae) fed with microalgal diets Isabela Bacalhau de Oliveira1, Sérgio Rodrigues da Silva Neto2, Henrique Lavander2 Priscilla Lima2 & Alfredo Olivera-Gálvez2 1 Instituto Federal de Sergipe, Aracaju-SE, Brazil 2 Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), Recife-PE, Brazil Corresponding author: Isabela Bacalhau ([email protected])

ABSTRACT. Effects of different microalgal diets on the growth and on the survival of Anomalocardia brasiliana larvae between trochophore and pediveliger stages were evaluated. Diets were evaluated in two separate experiments. The first tested the microalgae Isochrisys galbana (Ig), Phaeodactylum tricornutum (Phaeo), Chaetoceros calcitrans (Cca) and the combinations (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) and (Cca+Phaeo). The second tested the microalgae C. calcitrans (Cca), Pavlova lutheri (Pl) and the combination (Cca+Pl). When provided alone, I. galbana resulted in survival and growth rates lower than the rest of the diets, and the best results achieved were obtained with P. tricornutum and C. calcitrans supplied alone or combined with other microalgae. However, in the second experiment the diet Cca+Pl resulted in better growth and survival rates (261.67 ± 9.64 μm and 31.50 ± 0.87%) than all diets tested in both experiments, therefore it is recommended for A. brasiliana larvae. Keywords: Anomalocardia brasiliana, larval culture, microalgae diets, aquaculture.

Crecimiento y supervivencia de larvas de Anomalocardia brasiliana (Bivalvia: Veneridae) alimentadas con dietas de microalgas RESUMEN. Se evaluó el efecto de diferentes dietas de microalgas en el crecimiento y supervivencia de larvas de Anomalocardia brasiliana entre etapas trocófera y pedivelíger. Las dietas se evaluaron en dos experimentos separados. En el primero se probaron la microalgas Isochrisys galbana (Ig), Phaeodactylum tricornutum (Phaeo), Chaetoceros calcitrans (Cca) y las combinaciones (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) y (Cca+Phaeo). En el segundo, se probaron las microalgas C. calcitrans (Cca), Pavlova lutheri (Pl) y la combinación (Cca+Pl). Cuando I. galbana se administró sola, dió menor supervivencia y crecimiento que el resto de las dietas, y los mejores resultados se obtuvieron con P. tricornutum y C. calcitrans suministradas solas o combinadas con otras microalgas. Sin embargo, en el segundo experimento la dieta Cca+Pl dio un mayor crecimiento y supervivencia (261,67 ± 9,64 μm y 31,50 ± 0,87%) que todas las dietas probadas en ambos experimentos y, por lo tanto, se recomienda para las larvas de A. brasiliana. Palabras clave: Anomalocardia brasiliana, cultivo larvario, dietas de microalgas, acuicultura.

INTRODUCTION The entire production of cultured marine mollusks in 2010 was of 13.9 million ton, and represented 75.5% of all cultured marine organisms worldwide (FAO, 2012). However, mollusk culture in Brazil is limited to a few species including the Mytilidae Perna perna, the Ostreidae Crassostrea gigas, C. rhizophorae, C. brasi__________________ Corresponding editor: Cesar Lodeiros

liana and the Pectinidae Nodipecten nodosus. Taking this into account, there is a great potential for cultivating other species, diversifying the national aquaculture. Northeastern Brazil has favorable climatic conditions for the development of mollusk culture, but there is still a need for new technologies to grow native species, such as the bivalve Anomalocardia brasiliana

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(Gmelin,1791). A. brasiliana is an important fishery resource for Brazilian coastal communities (SilvaCavalcanti & Costa, 2009; Oliveira et al., 2011), and laboratory production of its seed could serve for restocking heavily exploited populations along Brazilian coastline. One of the obstacles to establish successful larval cultures is the availability of an appropriate diet (Ponis et al., 2006; Liu et al., 2009; Pettersen et al., 2010). Microalgae are the main food source for larvae and seeds in bivalve hatchery (Helm & Bourne, 2004). The promotion of greater shellfish larvae survival and growth rates depends directly on the offered food. There is no information on the best or at least adequate algae species for A. brasiliana, being the purpose of this study to evaluate survival and growth of larvae of A. brasiliana when fed with different microalgal diets. MATERIALS AND METHODS A total of 500 clams, longer than 20 mm, were collected on the beach of Mangue Seco (7º49.70’S, 35º50.05’W), Igarassu municipality, 30 km away from Recife, State of Pernambuco, Brazil. They were transported to the Laboratory of Sustainable Mariculture (LAMARSU), and kept during 24 h in 500 L tanks at 25ºC, 30 salinity and 6 mg L-1mean dissolved oxygen. After this period, they were fed twice daily with a mixture of Isochrysis galbana and Chaetoceros calcitrans at a cell ratio of 1:1, with a total ration of 20x104 cells mL-1 day-1. In the first experiment, after 10 days spawning occurred spontaneously, and the fertilized eggs were filtered through a 50 µm mesh. Concerning the second experiment, animals arrived with fully mature gonads, so that the acclimation process in the laboratory was not necessary, spawns occurred on the same day, through induction; by releasing gametes into the warter and gradually raising water temperature (1ºC h-1). After 24 h D-veliger larvae (n = 30) had an average length of 69.94 ± 1.54 mm and were stocked with an initial density of 5 larvae mL-1, in triplicate plastic containers with two liters of seawater (3 µm filtered and UV-treated). Temperature and salinity were measured daily, oxygen twice a day and the water of larval cultures was renewed completely in each third day. Feeding was carried out once a day; the microalgae supplied were from three days-old cultures, in exponential growth. The microalgae used were obtained from LAMARSU stock strains. The seawater with salinity of 32 ± 2 went through 1 μm porous filter paper, autoclaved, and enriched with Conway sterilized

medium (Walne, 1966), supplemented with sodium metasilicate (40 mg L-1) to provide a silica source for the two diatoms. The effect of microalgal diets on larval growth of A. brasiliana was evaluated in two completely randomized experiments. The first experiment tested the microalgae I. galbana (Ig), Phaeodactylum tricornutum (Phaeo) and Chaetoceros calcitrans (Cca) and the combinations (Ig+Cca), (Ig+Phaeo) and (Cca+Phaeo). The larval rearing period was of 15 days, starting with the D-veliger larval stage and ending with pediveliger larvae. The total algal density provided was 30x103 cells mL-1 and for bialgal diets a 1:1 ratio was used. The second experiment evaluated the algae C. calcitrans (Cca), P. lutheri (Pl) and the combination (Cca+Pl). The methodology and algal density provided in the second experimet were the same adopted for the first experiment. To assess larval survival at the end of experiment the entire volume of each experimental unit was filtered. The larvae were concentrated in a 50 mL container, from which 1 mL samples were drawn. The larval counting was done with a Sedgewick-Rafter counting chamber and optical microscope, three samples of each experimental unit were analyzed. For the evaluation of larval growth, 1 mL samples were taken from each experimental unit on the first and last days of the experiment; images of 30 larvae randomly chosen were obtained using an optical microscope coupled to a camera, and their length (maximum anterior-posterior dimension) and width (maximum dorsal-ventral dimension) were measured using the software ImageTool, version 2.0 (Texas University, Health Science Center, San Antonio, USA). Relative growth (K) was calculated using the equation K = (lnL2 - lnL1) / t, where L1, L2 respectively stand for the lengths in µm at the beginning and end of the experiment, while t stands for the duration of the experiment in days. Data on survival, length, width and relative growth in each type of diet was generated in both experiments; the data was previously checked for normality using the Kolmogorov-Smirnov test and for homogeneity of variance by Cochran's C test. Analysis of Variance (ANOVA) was used to determine the effect of diets on the growth and survival of larvae through out the time of cultivation. Duncan's test was performed to detect the mean levels which differed significantly between treatments. The level of significance was P < 0.05. RESULTS The temperature (ºC), salinity and dissolved oxygen (mg L-1) of the water were maintained within accep-

Anomalocardia brasiliana larvae fed with microalgal diets

table limits for shellfish growing. The tempe-rature ranged from 25.05 to 25.60ºC; salinity from 29.88 to 30.18, and dissolved oxygen had a minimum of 5.89 mg L-1 and a maximum of 6.66 mg L-1. First experiment The highest survival rate, of approximately 25%, was achieved with the Phaeo diet, and the lowest with diets Ig and Cca+Phaeo, 6.8% and 5.3% respectively. Intermediate values were achieved with the other diets (Table 1). No significant variation in shell width was found in larvae fed with the different algal diets tested (Table 1), but diets Cca and Ig+Phaeo accomplished higher growth rate ant shell legth than the Ig diet. Second experiment The highest survival rate, 31.5%, was achieved with the Cca+Pl diet, and the lowest with Cca diet. Shell width, shell legth and growth rate were always higher with the Cca+Pl diet, significantly different from Cca diet (Table 2); Pl diet achieved intermediate values in all growth data. DISCUSSION The diet nutritional value is of great importance for growing shellfish larvae. The relative growth of larvae fed with Cca and Ig+Phaeo diets were higher only than that of larvae fed with Ig diet; no significant differences to the other diets tested were found. C. calcitrans is the most suitable for feeding bivalve larvae (Brown & Robert, 2002), not only because of its biochemical composition, but also because of its cell size, digestibility and absence of toxins (Pettersen et al., 2010). Studies have found that the use of P. tricornutum for feeding other bivalves causes slow growth (Epifanio et al., 1981; Albentosa et al., 1996; Rivero-Rodriguez et al., 2007); it is difficult to digest (Rivero-Rodriguez et al., 2007), probably due to its lack of tryptophan (Epifanio et al., 1981). Tang et al. (2006) achieved a relatively low growth in Meretrix meretrix larvae fed with Phaeodactylum tricornutum and Pavlova viridis. At the end of the cultivation, longer shells were achieved with a diet composed of the microalgae C. calcitrans. Crassostrea corteziensis seeds showed significant growth when feed with C. calcitrans alone or in combination with other algae; when this microalga is present in the diet, the seeds' growth was up to twice bigger. This is probably related to the fact that C. calcitrans contains high levels of arachidonic acid (Rivero-Rodriguez et al., 2007). Similar results were found by Liu et al. (2009)

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In the second experiment, findings indicate that there was an increase in the survival of A. brasiliana larvae when C. calcitrans and P. lutheri microalgae were used in combination, reaching average survival rates above 31%. Ponis et al. (2008), evaluating the effect of P. lutheri in Crassostrea gigas larvae, obtained survival rates above 78% when C. calcitrans was added to the diet. This sustains our findings that after 15 days of culture, larvae fed with Cca+Pl diet had better survival. This is significantly different from the other diets. Other studies have also found positive results in adding other species of diatom microalgae to the diet (Epifanio, 1979; Romberger & Epifanio, 1981; Laing & Millican, 1986; O'Connor & Heasman, 1997); this has been attributed to better essential nutrient balance (Webb & Chu, 1983). Bialgal diets are often used in feeding bivalve larvae, and it is common to combine species, using a flagellate with a diatom, to maximize growth and larval development (Martínez-Fernández & Southgate, 2007; Liu et al., 2009; Galley et al., 2010). The flagellated species commonly used are Isochrysis galbana and Pavlova lutheri and the diatoms include Chaetoceros calcitrans. Spolaore et al. (2006) affirm that the combination of different algae species offers a better nutritional balance and improves animal growth when compared to monoalgal diets; this is in accordance whith the result of this study, which found that the bialgal diet (Cca+Pl) led to better growth. MartínezFernández & Southgate (2007) suggest that feeding P. margaritifera larvae with a single specie of microalgae may be more practical during the first 10 days in a hatchery. However, the addition of diatom microalgae to the diet increased growth rate and survival in umbonate larvae of P. margaritifera in comparison with treatments without diatoms. Protein and vitamin content are important factors for determining the nutritional value of microalgae. Furthermore, high amounts of polyunsaturated fatty acids (e.g., eicosapentaenoic [EPA], arachidonic acid [ARA] and docosahexaenoic acid [DHA]) (Hemaiswarya et al., 2011) can lead to better larvae growth and survival when fed with the microalgae P. lutheri, which is rich in DHA/EPA, and C. calcitrans, which is used to increase vitamin levels (Hemaiswarya et al., 2011). This study found that monoalgal and bialgal diets present satisfactory results in terms of survival. Prymnesiophyceae P. lutheri is commonly used in aquaculture as live food for marine invertebrates and particularly for bivalves (larvae, juveniles and breeding stock) (Webb & Chu, 1983; Borowitzka, 1997; Wikfors & Onho, 2001; Brow, 2002; Rico-Villa et al., 2006), but its use alone may achieve a low growth rate when compared to the use in combination with other diatoms (Rico-Villa et al., 2006; Ponis et al., 2008).

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Table 1. Mean (± SE) survival, width, length and relative growth (K) of larvae of A. brasiliana fed different diets over 15 days of culture. Cca: Chaetoceros calcitrans, Ig: Isochrysis galbana; Phaeo: Phaeodactylum tricornutum, mixed diets Cca+Ig: C. calcitrans and I. galbana; Cca+Phaeo: C. calcitrans and P. tricornutum, and Ig+Phaeo: I. galbana and P. tricornutum. Different letters in the same column indicate significant difference (one-way ANOVA, P < 0.05).

Diets Ig Cca Phaeo Ig+Cca Ig+Phaeo Cca+Phaeo

Survival (%) 6.83 ± 1.92b 12.33 ± 5.84ab 24.83 ± 3.03ª 13.50 ± 4.91ab 18.27 ± 2.42ab 5.27 ± 1.36b

Width (µm) 212.33 ± 6.79 229.00 ± 5.19 222.33 ± 5.27 226.33 ± 5.04 226.00 ± 7.81 220.00 ± 6.49

Length (µm) 230,00 ± 7,42b 251,33 ± 5,66a 246,33 ± 5,98ab 241,33 ± 6,39ab 249,00 ± 7,16ab 239,67 ± 6,24ab

K (µm day-1) 0.0779 ± 0.0022b 0.0848 ± 0.0015a 0.0830 ± 0.0020ab 0.0821 ± 0.0020ab 0.0839 ± 0.0019a 0.0807 ± 0.0020ab

Table 2. Mean (±SE) survival, width, length and relative growth (K) of larvae of A. brasiliana fed different diets over 15 days of culture. Cca: Chaetoceros calcitrans, Pl: Pavlova lutheri, mixed diet Cca+Pl: C. calcitrans and P. lutheri. Different letters in the same column column indicate significant difference (one-way ANOVA, P < 0.05). Diets Cca Pl Cca+Pl

Survival (%) 4.42 ± 1.58c 16.80 ± 5.63b 31.50 ± 0.87a

Width (µm) 211.67 ± 8.60b 219.33 ± 6.69ab 242.00 ± 10.02a

Our findings confirm the potential of the microalgae C. calcitrans in the growth of mollusc larvae. The combination of the microalgae C. calcitrans and P. lutheri proved to be an excellent diet for the larval culture of A. brasiliana; there seem to be a synergistic effect when they combined. REFERENCES Albentosa, M., A. Pérez-Camacho, V. Labarta & M.J. Fernández-Reiriz. 1996. Evaluation of live microalgal diets for the seed culture of Ruditapes decussatus using physiological and biochemical parameters. Aquaculture, 148: 11-23. Borowitzka, M.A. 1997. Microalgae for aquaculture: opportunities and constraints. J. Appl. Phycol. 9: 393401. Brown, M.R. 2002. Nutritional value of microalgae for aquaculture. In: L.E. Cruz-Suárez, D. Ricque-Marie, M. Tapia-Salazar, M.G. Gaxiola-Cortés & N. Simoes (eds.). Avances en nutrición acuícola VI. Memorias del VI Simposium Internacional de Nutrición Acuícola. 3 al 6 de Septiembre del 2002. Cancún, Quintana Roo, pp. 281-292. Brown, M. & R. Robert. 2002. Preparation and assessment of microalgal concentrates as feed for larval and juvenile Pacific oyster (Crassostrea gigas). Aquaculture, 207: 289-309.

Length (µm) 211.67 ± 8,60b 219.33 ± 6,69ab 242.00 ± 10,02a

K (µm day-1) 0.0781 ± 0.0028b 0.0805 ± 0.0021ab 0.0867 ± 0.0024a

Epifanio, C.E. 1979. Growth in bivalve molluscs: nutritional effects of two or more species of algae in diets fed to the American oyster Crassostrea virginica (Gmelin) and the hard clam Mercenaria mercenaria (L.). Aquaculture, 18: 1-12. Epifanio, C.E., C.C. Valenti & C.L. Turk. 1981. A comparison of Phaeodactylum tricornutum and Thalassiosira pseudonana as foods for the oyster Crassostrea virginica. Aquaculture, 23: 247-253. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). 2012. The state of world fisheries and aquaculture. FAO, Rome, 251 pp. Galley, T.H., F.M. Batista, R. Braithwaite, J. King & A.R. Beaumont. 2010. Optimisation of larval culture of the mussel Mytilus edulis (L.). Aquacult. Int., 18: 315-325. Helm, M.M. & N. Bourne. 2004. Hatchery culture of bivalve: a practical manual. FAO Fish. Tech. Paper, 471: 177 pp. Hemaiswarya, S., R. Raja, R. Ravi Kumar, V. Ganesan & C. Anbazhagan. 2011. Microalgae: a sustainable feed source for aquaculture. World J. Microbiol. Biotechnol., 27: 1737-1746. Laing I. & P.F. Millican. 1986. Relative growth and growth efficiency of Ostrea edulis L. spat fed various algal diets. Aquaculture, 54: 245-262. Liu, W., C.M. Pearce, A.O. Alabi & H. Gurney-Smith. 2009. Effects of microalgal diets on the growth and

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Received: 20 February 2014; Accepted: 10 June 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 39-45, 2016 Soybean oil related to growth quality and fillet acceptability DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-4

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Research Article

The inclusion of soybean oil in the diets of silver catfish (Rhamdia quelen) in relation to growth quality and fillet acceptability Rafael Lazzari1, Tatiana Emanuelli2, Daniel Maschio3, Cristiano C. Ferreira4 Eduardo K. Battisti3 & João Radünz-Neto3 1 Departamento de Zootecnia e Ciências Biológicas, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Aven. Independência, 3751, Palmeira das Missões, RS, Brazil 2 Departamento de Tecnologia e Ciências dos Alimentos, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Av. Roraima, 1000, Santa Maria, RS, Brazil 3 Departamento de Zootecnia, Laboratório de Piscicultura, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Av. Roraima, 1000, Santa Maria, RS, Brazil 4 Departamento de Zootecnia, Laboratório de Ictiologia, Universidade Federal de Pelotas (UFPEL), Pelotas, RS, Brazil Corresponding author: Rafael Lazzari ([email protected])

ABSTRACT. The aim of this study was to evaluate the inclusion of soybean oil in the diet of female silver catfish (Rhamdia quelen) and its effect on the growth, composition, lipid profile and fillet acceptability thereof. In this experiment, 144 fish (237.75 ± 22.35 g) were distributed among 18 tanks (280 L) for 80 days. The use of 10% soybean oil in the fishes’ diet promoted higher weights (373.82 g) and better feed conversion ratios (1.5) for female silver catfish. The soybean oil levels tested did not interfere with fillet acceptability. Increasing soybean oil in the diet increased the quantity of unsaturated fatty acids in the fillets, which enhanced their nutritional quality. The use of 10% soybean oil is recommended for the female silver catfish diet. Keywords: Rhamdia quelen, silver catfish, diet, fatty acids, lipid profile, nutritional quality, aquaculture.

Inclusión de aceite de soya y su relación con la calidad del crecimiento y aceptabilidad de los filetes del bagre plateado (Rhamdia quelen) RESUMEN. El objetivo de este estudio fue el de evaluar la inclusión de aceite de soya en dietas, sobre el crecimiento, la composición, el perfil lipídico y la aceptabilidad de los filetes de hembras de bagre plateado (Rhamdia quelen). En este experimento realizado durante 80 días, se utilizaron un total de 144 peces (237,75 ± 22,35 g) distribuidos en 18 tanques (280 L). Se observó que el uso de 10% de aceite de soya en la dieta promueve mayor peso (373,82 g) y una mejor relación de conversión alimenticia (1,5) para las hembras de bagre plateado. Los niveles de aceite de soya de las muestras no interfirieron en la aceptabilidad del filete. El aumento de aceite de soya en la dieta aumentó la cantidad de ácidos grasos insaturados en el filete, mejorando así su calidad nutricional. Se recomienda el uso de 10% de aceite de soya en la dieta para las hembras de bagre plateado. Palabras clave: Rhamdia quelen, dieta, ácidos grasos, perfil lipídico, calidad nutricional, acuicultura.

INTRODUCTION Lipids are the main energy and fatty acid source in a fish’s diet, and they affect growth and nitrogen excretion. A lipid-deficient diet results in protein catabolism for energy production. However, excess energy can suppress appetite as well as reduce growth and feed efficiency (Kim et al., 2004; Craig et al., 2006). _____________________ Corresponding editor: Jesús Ponce

Currently, in aquaculture, due to environmental and economic considerations, alternatives to marine ingredients are increasingly used, and fish oil is commonly replaced by vegetable oils (Olsen, 2011). The demand for fish oil will likely exceed available resources over the next decade (Tacon, 2005). Due to high cost, limited availability and difficulty of maintenance, this source has been replaced by vegeta-

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Latin American Journal of Aquatic Research

ble sources. Increasingly substituting fish oil in aquafeed not only modifies the fatty acid composition in feed, but simultaneously and progressively reduces cholesterol levels (Norambuena et al., 2013). Prime examples include soybean, sunflower, rice, canola and linseed oils. Among these oils, soybean oil is more available in Brazil because it is produced at high levels. The increase in whole-body fatness may reduce fish fillet quality, which is a process that can be influenced by dietary lipid digestibility depending on the lipid’s fatty acid profile (Caballero et al., 2002). Several studies on Rhamdia quelen have investigated the protein requirements, and only lipid sources, such as vegetable oils, cod liver oil and lard, were tested (Losekann et al., 2008). For Rhamdia quelen females, the level of digestible energy above 2.700 kcal kg-1 with diets containing vegetable ingredients not affect reproductive performance (Bombardelli et al., 2015). Due to limited information on silver catfish nutrition, the aim of this study was to evaluate the growth, composition, lipid profile and fillet acceptability of females in this species that were fed diets containing soybean oil. MATERIALS AND METHODS This experiment was conducted for 80 days in a recirculating water system with 18 tanks (280 L). The system included thermostats for temperature control, biofilters for biological filtration and a backwash system for waste disposal (Radünz-Neto et al., 1987). A total of one hundred forty four adult females (237.75 ± 22.35 g - 8 fish/tank) were used. The water flow rate in each tank was approximately 2.8 L min-1. Soybean oil treatments in the fishes’ diets were tested at 0, 2, 4, 6, 8 and 10% (six treatments in triplicate) (Table 1). The fish were fed daily (09:00 h) until apparent satiation. The daily feed, residue and feces remains were removed through siphoning, and 10% of the water volume was replaced. For analysis, water was collected at the entrance of the first biological filter prior to feeding. The dissolved oxygen and temperature were measured using an oximeter (YSI-YSI Inc., Yellow Springs, OH, USA). The total ammonia levels, nitrites, pH, alkalinity and hardness were determined using a colorimetric kit (Alfakit®). The observed water quality did not affect the results. At the end of the experiment, five fish per experimental unit were subjected to fasting (24 h), anesthetized and slaughtered by hypothermia (water x ice 1:1). Initially, six animals per treatment were eviscerated for weighing and to determine the carcass

yield. The fish fillets were removed to collect samples, determine the yield as well as lipid profile and obtain samples for an acceptability evaluation using a sensory panel. At the beginning and end of the experiment, the weights (g) and lengths (cm) of the fish were measured after the fish were anesthetized with triphenoxyethanol (0.03%). For this procedure, a digital balance (precision 0.001 g) and ichthyometer were used. From these data, the following values were calculated: condition factor = body weight (g)/body length3 (cm); feed conversion ratio = feed supplied (g)/weight gain (g); biomass = mean weight x total fish remaining at the end of treatment; and daily intake. The fillets’ moisture, ash and protein (using the Kjeldahl method, conversion factor = 6.25) were determined following the methods described in AOAC (1995). The fat was extracted and quantified using the Bligh & Dyer (1959) method. To determine the lipid profile, fat samples were extracted and methylated in accordance with Hartman & Lago (1973) and analyzed using gas chromatography (Hewlett-Packard chromatograph model HP 6890 equipped with a flame ionization detector-FID) using a capillary column DB23 (Agilent-60 m x 0.25 mm x 0.25 mM). The preference-ordering test (ABNT-NBR 13170, 1994) was used to ascertain the sensory differences between the fillet samples. In this procedure, a sensorial evaluation was conducted using 23 untrained judges who received six fresh fillet samples coded with random numbers and were asked to rank the samples according to preference in descending order relative to the following attributes: appearance, flavor and texture. The fillet samples from the female silver catfish were roasted in an electric oven at 250°C for 30 min. The preferred sample received the lowest score in the evaluation. The results of each review were submitted to the Friedman test (ABNT-NBR 13170, 1994). To test normality of data, the Shapiro-Wilk test was used. When the data showed a normal distribution, the means were compared with the control diet using Dunnett's test. The variables that did not show normality were analyzed using a non-parametric ANOVA (Kruskal-Wallis). SAS software version 8.02 was used to test the data. The means of the final weight, biomass and feed conversion ratio were subjected to an analysis of covariance using the feed intake as the covariate, and the Pdiff test was used to compare the adjusted means. RESULTS Temperature (22.4 ± 1.97ºC), dissolved oxygen (4.74 ± 0.43 mg L-1), total ammonia (0.42 ± 0.11 mg L-1), nitrite (0.13 ± 0.04 mg L -1), pH (6.8 ± 0.56), total alkalinity

Soybean oil related to growth quality and fillet acceptability

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Table 1. Composition of diferent diets (D) used in the experiment (%). Ingredients Meat and bone meal Soybean meal Wheat bran Corn (grain) Soybean oil Inert Vitamins and mineralsa Bicalcium phosphate Sodium chloride Antioxidant (BHT)

D1 16 22 22 25.9 0 10 2 1 1 0.01

Moisture Crude Protein Digestible energy (kcal kg-1)b Energy (kcal DE) / protein (g) Minerals Ether extract Crude fiber Calcium Phosphorus

5,22 26,28 2491 9,47 11,10 4,09 3,53 2,27 1,43

Diets (% soybean oil) D2 D3 D4 D5 16 16 16 16 22 22 22 22 22 22 22 22 25.9 25.9 25.9 25.9 2 4 6 8 8 6 4 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 0.01 0.01 0.01 0.01 Composition analyzed 5,09 5,13 5,13 5,24 26,31 26,99 25,36 26,23 2635 2784 2845 2974 10,01 10,31 11,21 11,33 10,11 10,00 9,91 9,56 6,09 8,56 10,31 12,17 3,13 3,59 3,52 3,65 2,30 2,15 2,25 2,02 1,41 1,41 1,37 1,38

D6 16 22 22 25.9 10 0 2 1 1 0.01 5,07 25,52 3046 11,93 9,84 13,68 3,34 2,22 1,45

a

Composition of vitamin and mineral kg-1 product (SUPRE MAIS ®) mixture: folic acid: 1200 mg, Ác. nicotinic: 24000 mg, Ác. pantothenic: 12000 mg, cobalt: 10 mg, copper: 3000 mg, choline chloride: 108 g, iron: 50000 mg, biotin 48 mg, iodine: 100 mg, manganese: 20000 mg, selenium 100 mg, vit. A: 1200000UI, vit. B1: 4800 mg, vit. B2: 4800 mg, vit. B6: 4800 mg, vit. B12: 4800 mcg, vit. C: 48 g vit. D3: 200000UI, vit. E: 12000 mg vit. K3: 2400 mg, and zinc: 3000 mg. bDigestible energy calculated, considering the following: lipid = 9 kcal g-1, protein = 5 kcal g-1, and carbohydrates = 4 kcal g-1 with the digestibility values 85, 90 and 50%, respectively.

(36.3 ± 8.98 mg CaCO3 L-1), and hardness (88.5 ± 36.1 mg CaCO3 L-1) were determined. The female silver catfish weight was influenced by adding soybean oil to the diet (Table 2). The best weight (373.82 g) was obtained by females fed diets containing 10% soybean oil as the lipid source (Table 2). The three lower levels tested (0, 2 and 4% soybean oil) resulted in lower fish weights (P < 0.05). The silver catfish feed intake and feed conversion decreased with an increasing level of dietary soybean oil (8 and 10%, Table 2). The daily feed intake ranged from 3 to 5% of body weight in this study. The total biomass increased with increasing levels of dietary soybean oil, but the length and condition factor did not exhibit a significant effect (Table 2). Survival was lower with increasing levels of oil (P < 0.01). The female carcass yield was greater with 6% soybean oil in the diet (88.25%). The fillet moisture was greater in fish fed the diet containing 6% soybean oil (79.31%) (P = 0.04). The

fillet lipid (P = 0.02) and protein (P = 0.009) quantities varied among the treatments (Table 3). Dietary levels of soybean oil modified the fatty acid composition of the fillets (Table 3). The quantity of MUFA (40.87%) was higher in the fillets of fish fed a diet without soybean oil (Table 3). Fish fed the diet containing 8% oil exhibited higher levels of PUFA in the fillets (30.71%, P < 0.0001). Higher quantities of omega-3 UFA were observed in fillets from fish fed a diet with 4% soybean oil (P < 0.01), but the fillets of fish fed diet with 8% of oil exhibited more omega 6 UFA (P < 0.0001). Fillets from female fish fed a diet containing 4% soybean oil exhibited a higher value for the ratio n-3/n-6 (0.21) (Table 3). A paired comparison using the sensory panel revealed no significant differences in appearance, flavor or texture between the fillet samples (Table 4). The samples did not reach the critical values 37 and 38; note that this critical value was established at the predetermined minimum significance (P < 0.05).

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Latin American Journal of Aquatic Research

Table 2. Performance parameters of female silver catfish fed soybean oil in the diet. W: final weight; FCR: feed conversion ratio; DI: daily intake; L: length; CF: condition factor; SU: survival; CY: carcass yield; FY: fillet yield; * P < 0.05; ** P < 0.01; sem: standard error of mean; NS: not significant (P > 0.05). aVariables with adjusted means, where different letters indicate a significant difference using the Pdiff test. bMeans marked with # indicate a significant difference from the control diet using the Dunnett test.

W (g)a FCR DI (%)b Biomass (g) L (cm) CF SU (%) CY (%) FY (%)

0 0317.35b 0003.16a 0003.22 2549.4c 0032.03 0001.04 100 0081.16 0030.70

2 323.16b 0002.77ab 2.80 2652.8bc 31.74 0.98 97.22 88.20# 32.06

Soybean oil level (%) 4 6 333.03b 346.70ab 2.45b 1.97b 3.07 2.76 2918.9b 3155.7ab 31.70 32.02 1.03 0.98 91.67 88.89# 84.77 88.25# 31.41 31.56

8 340.39ab 2.37b 3.06 3017.0b 31.59 1.03 91.66 86.11 30.64

10 373.82a 1.50c 2.57# 3471.5a 31.86 1.06 86.11# 83.06 29.76

sem 22.62 0.62 0.21 330.41 0.78 0.04 8.04 2.92 2.35

P * ** ** ** NS NS * * NS

Table 3. Chemical composition (%) and lipid profile (% of fatty acids in the total lipids) of female silver catfish fillets fed diets containing soybean oil. aMeans marked with # indicate a significant difference from the control diet using Dunnett's test; means with different letters indicate significant differences using ANOVA Kruskal-Wallis; * P < 0.05; ** P < 0.01; *** P < 0.001; ser: standard error of mean; and NS: not significant (P > 0.05). aLinear effect: Y = 26.06 – 0.28X, r2 = 0.60, b Monounsaturated fatty acids, cPolyunsaturated fatty acids and dUnsaturated fatty acids/saturated fatty acids, linear effect: Y = 1.69 +0.03X, r2 = 0.70.

0

2

Chemical composition Moisture (%) Ash (%) Lipid (%) Protein (%)

75.43 01.08 06.63 20.82

76.38 1.18 5.10 20.41

C14:0 C16:0a C18:0 C16:1n-7c C18:1n-9c C20:1n-9 ∑MUFAb C18:2n-6c C18:3n-3 C20:4n-6 C22:5n-3 C22:6n-3 ∑PUFAc ∑n – 3 ∑n – 6 n-3/n-6 UFA/SFAd

1.55 26.31 8.80 05.93a 33.94a 0.99a 40.87 17.46c 1.15d 1.28bc 0.57b 1.57bc 22.05 3.30 18.75b 0.17 1.70

1.38# 25.00 9.11 5.14ab 33.56a 0.99a 39.71 18.84bc 1.29d 1.58ab 0.64ab 2.04ab 24.44 4.01 20.42b 0.19 1.79

Soybean oil level (%) 4 6 77.25 79.31 1.20 0.94 4.55 4.44 19.45 16.71 Lipid profile 1.48 1.42 24.81 25.26 8.95 8.69 4.10b 5.29a b 32.17 33.34a a 0.98 1.02a # 37.25 39.67 20.48b 19.57bc 1.46c 1.30d a 1.74 1.39b a 0.79 0.59b a 2.51 1.89b # 27.01 24.75 4.78# 3.79 22.23ab 20.96b 0.21# 0.18 1.79 1.81

8

10

sem

P

76.18 1.11 4.73 20.60

74.65 1.15 6.19 20.57

1.99 0.10 1.24 1.20

* NS * **

1.25# 23.11 8.98 3.74b 31.41b 0.71b 35.86# 24.81a 2.05a 1.31b 0.62b 1.91b 30.71# 4.58# 26.13a 0.17 1.99

1.40 23.41 8.40# 5.08ab 33.73a 0.87a 39.69 22.13b 1.73b 1.21c 0.60b 1.39c 27.07# 3.73 23.33ab 0.16 2.01

0.09 0.82 0.36 1.10 1.13 0.21 1.54 2.07 0.14 0.33 0.20 0.57 1.66 0.52 5.08 0.02 0.07

** *** * ** ** ** *** *** *** ** ** ** *** ** *** ** ***

Soybean oil related to growth quality and fillet acceptability

Table 4. Sensory ranking test scores based on the preference of female silver catfish fillets fed different levels of soybean oil. The results refer to the analysis performed by 23 tasters. The critical value for 23 tasters and 6 samples is 38 with a 5% significance (ABNT - NBR 13170, 1994). Soybean oil (%) 0 2 4 6 8 10

Appearance 76 78 89 89 103 90

Flavor 83 77 85 100 92 88

Texture 85 77 82 92 91 98

DISCUSSION The quality of water was maintained within the proper limits for fish farming (Poli & Arana, 2003; Zaniboni, 2003). The protein-sparing effect is the use of as much available dietary protein as possible for conversion into muscle protein instead of energy production (Ljubojević et al., 2015) This effect is well-known for catfish, including silver catfish (Meyer & Fracalossi, 2004; Salhi et al., 2004.). Adding 12% soybean oil to of surubim catfish juveniles (Pseudoplatystoma coruscans) diets, results in excellent performance of the fish with enhanced body protein deposition (Martino et al., 2002). In this study, the best results for weight in female silver catfish (10% soybean oil) reinforces the notion that increasing dietary lipid level has a sparing effect on protein (protein sparring effect) and enhances the use of this nutrient for weight gain. Feed energy affects feed intake and lipid deposition in the carcass (Médale et al., 1995). For fish fed higher levels of lipid, the voluntary feed intake decreases (Brauge et al., 1994; Skalli et al., 2004), which was observed in the female silver catfish in this study. The daily feed intake values observed in this experiment are similar to the African catfish (Fagbenro & Davies, 2001). Studies using malabar groupers (Epinephelus malabaricus) (Tuan & Williams, 2007) and surubim juveniles (Pseudoplatystoma corruscans) (Martino et al., 2002) reported less feed intake where the levels of dietary energy increased. For most species of farmed fish, using vegetable oils (soybean, canola, rice, and linseed) does not affect fish growth; however, it modifies body composition and the fillet lipid profile (Regost et al., 2003a, 2003b). In a study on Atlantic salmon (Salmo salar), including rapeseed oil at up to 50% of the supplemented lipid significantly decreases the (n-3)/(n-6) PUFA ratio as well as EPA and DHA concentrations in the fish (Bell

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et al., 2001). Although raised in a closed system, the female silver catfish herein exhibited higher levels of UFA (60-65%) compared with fish from rivers (53%) (Ramos et al., 2008). Using soybean oil in aquatic diets may be limited by the lack PUFA and high n-6 levels (Rombenso et al., 2015). The lipid profile (fatty acid composition in a fillet) is important for assessing the nutritional quality of the fish. In this context, not only are the composition and availability of the FA linolenic acid (18:3n-3) and linoleic (18:2n-6) important, but the elongation and desaturation products are also important (Steffens, 1997). The capacity and mechanisms of desaturation/ elongation of precursors to the FA linoleic and linolenic are unknown to silver catfish (Vargas et al., 2008). In work on silver catfish fingerlings, these authors showed that this species exhibits desaturation and elongation capacity to generate unsaturated FA. The (n-3)/(n-6) ratio of silver catfish is affected by several factors (Weber et al., 2008). According to the World Health Organization (WHO, 2008), the appropriate value for the n-3/n-6 ratio in the total diet should be less than 0.25. Considering the results obtained in the fillets of female Rhamdia quelen, 0.16 to 0.21, ingesting this fish almost completes the daily need for human consumption. The American Heart Association (2014) suggests that healthy people should consume at least two servings of fish per week. In addition to modulating the metabolism of lipoproteins, dietary supplementation with fish (rich in n-3 FA) can treat obesity and metabolic syndrome (Raposo, 2010). Further, the fatty acids eicosa-pentaenoic and docosahexaenoic (n-3) as well as arachidonic acid (n-6) prevent the decrease in LDL receptor protein expression caused by cholesterol in fibroblast culture cells and HepG2 (Yu-Poth et al., 2005). The sensory properties are decisive in determining consumer interest and market demand (Kubota & Emanuelli, 2004). Training judges is critical for obtaining sensory profiles in a practical industry context (Labbe et al., 2004). For the feed industry and its stringent time restrictions, the performance evaluation from a panel of judges is a difficult quality tool to apply (Silva et al., 2012). Consumer acceptability of and preference for meat from a species is based on four criteria: smell, texture, color and flavor (Alasalvar et al., 2001). These factors can be altered by nutritional factors and explain consumer satisfaction for a particular product. Often the taste of wild fish (derived from natural rivers and lakes) is more accepted by consumers. This difference is related to feed composition in these

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Latin American Journal of Aquatic Research

environments, where phytoplankton abundance, which is a rich source of polyunsaturated fatty acids (PUFAs), provides a more palatable characteristic fat (Steffens, 1997). Adding vegetable oils, such as soybean, does not affect the sensory characteristics of "Seabass" fillets (Izquierdo et al., 2003). However, levels of 11% soybean oil may decrease the sensory evaluation scores (Guillou et al., 1995). The present work demonstrates that silver catfish females fed diets with soybean oil can be associated with good nutritional quality and consumer acceptance. Finally, female silver catfish, at least 10% soybean oil in the diet is recommended. Increasing the soybean oil in the female silver catfish diet increases the quantity of PUFA in the fillets. REFERENCES Alasalvar, C., K.D.A. Taylor, A. Öksüz, T. Garthwaite, M.N. Alexis & K. Grigorakis. 2001. Freshness assessment of cultured sea bream (Sparus aurata) by chemical, physical and sensory methods. Food Chem., 72: 33-40. American Heart Association. 2014. Fish and omega-3 fatty acids. Available from: [http://www.heart. org/HEAR-TORG/GettingHealthy/NutritionCenter/ HealthyDietGoals/Fish-and-Omega-3-Fatty-Acids_ UCM_303248_ Article.jsp]. Reviewed: 15 June 2014. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 1994. NBR 13170: teste de ordenação em análise sensorial. Rio de Janeiro, 7 pp. Association of Official Analyst Chemist (AOAC). 1995. Official methods of analysis. Arlington, 1234 pp. Bell, J.G., J. McEvoy, D.R. Tocher, F. McGhee, P.J. Campbell & J.R. Sargent. 2001. Replacement of fish oil with rapeseed oil in diets of Atlantic salmon (Salmo salar) affects tissue lipid compositions and hepatocyte fatty acid metabolism. J. Nutr., 131: 1535-1543. Bligh E.G. & W.J. Dyer. 1959. A rapid method of total lipid extraction and purification. Can. J. Biochem. Phys., 37(8): 911-917. Bombardelli, R.A., E.A. Sanches, L. Tessaro, A.H. Buzzi, C.V.B. Martins & F. Meurer. 2015. Digestible energy requirement for females of Rhamdia quelen on reproductive activity fed with ration based on vegetal ingredients. Lat. Am. J. Aquat. Res., 43(3): 566-574. Brauge, C., F. Médale & G. Corraze. 1994. Effect of dietary carbohydrate levels on growth, body composition and glycaemia in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss, reared in seawater. Aquaculture, 123: 109-120. Caballero, M.J., A. Obach, G. Rosenlund, D. Montero, M. Gisvold & M.S Izquierdo. 2002. Impact of different dietary lipid sources on growth, lipid digestibility,

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Received: 24 October 2014; Accepted: 7 September 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 46-55, 2016 Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-5

Research Article

Genetic variation in color morphs of the endangered species, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae) Michelle Duarte1, Carlos Ventura2 & Edson Silva1 Departamento de Biologia Marinha, Instituto de Biologia, Universidade Federal Fluminense Niterói, Rio de Janeiro, C.P. 24001-970, Brazil 2 Departamento de Invertebrados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Museu Nacional Rio de Janeiro, C.P. 20940-040, Brazil

1

Corresponding author: Edson Silva ([email protected])

ABSTRACT. Paracentrotus gaimardi is a sea urchin reaching a maximum of 42 mm of diameter. It presents five morphotypes in sympatry characterized by their distinctive spine colors (e.g., green, black, gray, brown and rose). P. gaimardi is considered as a vulnerable species and it is included on the list of endangered species of the Brazilian coastline. In this work, allozyme electrophoresis was used to study the genetic variation among the five color morphotypes, from two different geographic locations along the coast of Rio de Janeiro State: Itaipu and Prainha, both in sympatry and allopatry. The underlying null hypothesis is that the different spine colors that define the morphotypes, represent only intraspecific variation of P. gaimardi. Eight polymorphic loci (Cat, α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi, Pgm and Xod) were assayed. Departures from Hardy-Weinberg equilibrium were tested at each locus in each morphotype from each locality. P. gaimardi species showed high levels of genetic variation (0.171-0.343) in accordance with the patterns observed for marine invertebrates. Diagnostic loci were not found among any of the five morphotypes and neither for the different geographic locations. A UMann Whitney test showed values significantly lower in sympatry than in allopatry for both Nei’s Genetic Identities and 2 x 2 θ F-statistics. Furthermore, performance of AMOVA analysis considering hierarchical levels of individuals indicates that the differences in genetic variation are sorted among collection sites rather than color morphotypes. Keywords: echinoderms, morphotypes, allozymes, genetic variation, biochemical systematic, endangered species.

Variación genética en morfotipos de color de la especie en peligro de extinción, Paracentrotus gaimardi (Echinoidea: Echinidae) RESUMEN. Paracentrotus gaimardi es un pequeño erizo de mar que presenta un diámetro máximo de 42 mm. Este erizo presenta cinco morfotipos en simpatría caracterizados por sus distintivas espinas coloreadas (e.g., verde, negra, gris, café y rosa). P. gaimardi es considerada una especie vulnerable y está incluida en el listado de especies en peligro de la costa brasilera. En este trabajo se usaron caracteres aloenzimáticos para estudiar la variación genética entre cinco morfotipos de color, en dos localidades geográficas diferentes de la costa del Estado de Río de Janeiro: Itaipu y Prainha, ambas en simpatría y alopatría. La hipótesis nula analizada fue: si las diferentes espinas de color definen los morfotipos, representan solamente una variación intraespecífica de P. gaimardi. Ocho loci polimórficos (Cat, α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi, Pgm and Xod) fueron examinados. Las salidas del equilibrio de Hardy-Weinberg fueron examinadas en cada locus para cada morfotipo en cada localidad. P. gaimardi presenta grandes niveles de variación genética (0,171-0,343), lo cual concuerda con los parámetros observados para invertebrados marinos. No se encontró ningún loci diagnóstico en ninguno de los cinco morfotipos para ninguna de las áreas geográficas. La prueba del U-Mann Whitney mostró valores con baja significancia en simpatría y alopatría para las identidades genéticas de Nei y la prueba de 2x2 θ F. Adicionalmente, un análisis de AMOVA sugirió niveles jerárquicos para los individuos, indicando que las diferencias genéticas están organizadas alrededor de los sitios de colecta, más que en los morfotipos de color. Palabras clave: equinodermos, morfotipos, aloenzimas, variación genética, síntesis bioquímica, especies en peligro. _____________________ Corresponding editor: Diego Giberto

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Latin American Journal of Aquatic Research

INTRODUCTION

MATERIALS AND METHODS

The genus Paracentrotus belongs to the family Echinidae which includes only two species: Paracentrotus lividus (Lamarck, 1816) and Paracentrotus gaimardi (Blainville, 1825) (Mortensen, 1943). P. gaimardi is a small sea urchin reaching a maximum of 42 mm in diameter and is characterized by its delicate and fragile spines (Tommasi, 1966). This organism is distributed along the southeastern Brazilian coast, Angola and the Guinea Gulf (Africa) (Mortensen, 1943). Knowledge on this species is limited (Boudouresque & Yoneshigue, 1987; Villaça & Yoneshigue, 1987; Ventura & Barcellos, 2004; Calderón et al., 2009, 2010). Along the southeast Brazilian coast P. gaimardi exists in five morphotypes in sympatry that are characterized by the colors of their spines (green, black, gray, brown and rose) (Fig. 1) (Tommasi, 1966). Color variation is a feature that has been regarded as important at the time of defining taxonomic status for different species groups (Endler et al., 2005), including different groups of marine invertebrates such as the starfish genus, Echinaster (Tuttle & Lindahl, 1980), the anemone, Actinia equine (Linnaeus, 1767) (Quicke et al., 1983), the sponge, Oscarella lobularis (Schmidt, 1862) (Boury-Esnault et al., 1992); the soft coral, Alcyonium coralloides (Pallas, 1766) (McFadden, 1999), and the nemertean genus, Quasitetrastemma (Zaslavskaya et al., 2010). In all of these cases, allozyme electrophoresis was the method used for species identification. P. gaimardi is considered a vulnerable species and is included on the list of endangered species of the Brazilian coastline (Machado et al., 2008), especially because its over-exploitation and threats to its native habitat due to pollution (habitat destruction). In recent years, there has been a dramatic increase in the number of endangered species and hence extinction can no longer be regarded as a natural phenomenon. The endangerment of species usually occurs due to the destructiveness of human activities of natural resources, leading to a loss of biodiversity. Adequate information on the nature and the extent of genetic diversity in such species is a useful requirement for developing a suitable strategy for its conservation and management. In the present work, allozyme electrophoresis was used to study genetic variation among the five color morphotypes of P. gaimardi that occur on the southeast Brazilian coast, both in sympatry and allopatry. The underlying null hypothesis is that the different colors of spines that define the morphotypes represent only intraspecific variation of P. gaimardi.

Study sites Samples of all P. gaimardi morphotypes were collected from two localities along the coast of Rio de Janeiro State (Fig. 2): Itaipu (22o58'26''S, 43o02'49''W) and Prainha (22o57'37''S, 42o01'10''W); the linear distance between the two localities is approximately 110 km. The sea urchins were transported alive to the laboratory and were sorted by morphotypes, dissected, the tissues (gonad, guts and lantern muscle) washed with sea water, and kept at -20oC until electrophoresis. Specimens examined in this study comprise a total of 172 individuals (109 from Itaipu and 63 from Prainha). Allozyme electrophoresis Horizontal gel electrophoresis was performed by standard methods using 12.5% starch gels (Harris & Hopinkson, 1978). The gels were stained for 30 enzyme systems using three tissues and four buffers. Eight enzymes gave useful results, interpreted as the expression of nine gene loci with two tissues and three buffers. The buffer systems used were discontinuous Tris-citrate/borate (pH 8.1/8.7) (Poulik, 1957) for the enzyme loci peptidase (Pep, E.C. 3.4.11.1), superoxide dismutase (Sod, E.C. 1.15.1.1) and xanthine oxidase (Xod, E.C. 1.2.3.2) with gut tissue; discontinuous lithium hydroxide pH 8.0 (Selander et al., 1971) for the enzyme loci alpha-esterase (α-Est, E.C. 3.1.1.1), malate dehydrogenase (Mdh, E.C. 1.1.1.37) and phosphoglucomutase (Pgm, E.C. 2.7.5.1) with gut tissue, and TrisEDTA maleate (pH 7.4) (Brewer, 1970) for the enzyme loci catalase (Cat, E.C. 1.11.1.6) and glucose phosphate isomerase (Pgi, E.C. 5.3.1.9) with lantern muscle tissue. Alleles were labeled alphabetically, in order of decreasing electrophoretic mobility of their corresponding allozymes. Statistical analyses Data analyses were carried out using the programs BYOSIS-2 (Swofford & Selander, 1997), GENEPOP 3.3 (Raymond & Rousset, 2001) FSTAT 2.9.3 (Goudet, 2001), Arlequin 3.5.1.3 (Excoffier et al., 2005) and SPSS (SPSS Inc, 2001). Genetic variation was estimated at the morphotypelocality level through the number of polymorphic loci, number of alleles per locus and the mean number of observed and expected heterozygotes (HOBS and HEXP, respectively) per locus (Nei, 1978). Genotypic frequencies observed in each morphotype from each locality at all loci analyzed were tested for conformation to Hardy-Weinberg equilibrium using an exact test (Rousset & Raymond, 1995). The null hypo-

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Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi

Figure 1. Morphotypes of Paracentrotus gaimardi characterized by their distinctive spine colors: a) green, b) black, c) gray, d) brown and e) rose.

An analysis of molecular variance (AMOVA) was performed using differential hierarchical levels of genetic structure (within individuals, within populations and within groups of populations, among groups). Significance was tested using 10.000 permutations. Unbiased pairwise genetic identities were calculated according to Nei (1972), and used to cluster morphotypes-locality by the unweighted pairgroup method with arithmetic averaging (UPGMA). The results for Genetic Identities and 2 x 2 θ were used to test if differences in genetic variation are sorted among collection sites or color morphotypes with an UMann Whitney test. Figure 2. Sample sites on the coast of the Rio de Janeiro State: ITA: Itaipu and PRA: Prainha.

RESULTS

thesis tested was a random union of the gametes and the alternative hypothesis was heterozygote deficit or excess. The P-values obtained by the exact Markov chain method (Guo & Thompson, 1992) were corrected for multiple testing with the Bonferroni technique (Rice, 1989). Linkage disequilibrium was analyzed by performing exact tests using a Markov chain method and correcting P-values obtained with the Bonferroni technique (Rice, 1989). The null hypothesis tested was that genotypes at one locus are independent from genotypes at the other locus within each morphotypelocality. F-statistics analysis was used to partition genetic variation within morphotype-locality (f) and between morphotypes-locality () components using Weir & Cockerham´s (1984) method, which takes into account the differences in size among samples. Standard errors and an unbiased  were obtained by jackknifing over loci and confidence intervals by bootstrapping over loci. Significance tests of F-estimates were carried out as described by Krebs (1989).

From the nine enzyme loci assayed, eight were polymorphic (Cat, α-Est-1, α-Est-2, Mdh, Pep, Pgi, Pgm and Xod) and only one (Sod) was monomorphic (Table 1). The average percentage of polymorphic loci was 73.4% (varied from 55.6% for Prainha rose morphotype to 88.9% for Prainha brown and black morphotypes) and the number of alleles per locus varied from 1.7 to 2.1 (mean value overall loci and populations = 1.9). The sampled morphotype-locality did not show exclusive alleles for any loci in sympatric or allopatric morphotypes. Observed heterozygosities ranged from 0.171 to 0.343 (Table 1) and the mean value overall of all loci and morphotype-locality was 0.232, indicating high levels of heterozygosity. When observed and expected heterozygosities were compared, observed heterozygosities were generally smaller than expected heterozygosities (Table 1), although this heterozygote deficit was not statistically significant. Departures from Hardy-Weinberg equilibrium were tested at each locus in each morphotype from each locality. After the Bonferroni correction (α = 0.00098) (Rice, 1989), only one enzyme for one morphotype

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Latin American Journal of Aquatic Research

Table 1. Allele frequencies at nine gene loci* in P. gaimardi from sites on the Rio de Janeiro coast, Brazil. I: Itaipu, P: Prainha, N: sample size, A,B,C: alleles, HOBS: Observed heterozygosities, HEXP: expected heterozygosities. Sample Locus I-Brown I-Gray I-Black I–Rose I-Green P-Brown P-Gray P-Black P-Rose P-Green α-Est-1*

α-Est-2*

Cat*

Mdh*

Pep*

Pgi*

Pgm*

Sod* Xod*

Mean

A B C N HOBS HEXP A B N HOBS HEXP A B N HOBS HEXP A B C N HOBS HEXP A B N HOBS HEXP A B C N HOBS HEXP A B N HOBS HEXP A N A B N HOBS HEXP HOBS HEXP

0.063 0.874 0.063 8 0.250 0.242 0.286 0.714 14 0.286 0.423 0.583 0.417 12 0.333 0.507 0.325 0.650 0.025 20 0.300 0.483 1.000 0.000 11 0.000 0.000 0.133 0.700 0.167 15 0.467 0.480 0.000 1.000 3 0.000 0.000 1.000 35 0.885 0.115 13 0.077 0.212 0.190 0.261

0.750 0.250 0.000 2 0.500 0.500 0.900 0.100 5 0.200 0.200 0.500 0.500 4 0.500 0.571 0.125 0.875 0.000 4 0.250 0.250 1.000 0.000 10 0.000 0.000 0.286 0.714 0.000 7 0.286 0.440 0.000 1.000 1 0.000 0.000 1.000 13 0.643 0.357 7 0.429 0.495 0.240 0.273

0.400 0.400 0.200 5 0.400 0.711 0.750 0.250 4 0.500 0.429 0.800 0.200 5 0.400 0.356 0.227 0.728 0.045 11 0.182 0.437 1.000 0.000 7 0.000 0.000 0.091 0.773 0.136 11 0.091 0.394 0.000 1.000 1 0.000 0.000 1.000 18 0.833 0.167 3 0.333 0.333 0.212 0.296

0.250 0.750 0.000 4 0.500 0.429 0.750 0.250 4 0.500 0.429 0.389 0.611 9 0.333 0.503 0.200 0.700 0.100 5 0.200 0.511 1.000 0.000 3 0.000 0.000 0.111 0.667 0.222 9 0.222 0.523 0.500 0.500 3 1.000 0.600 1.000 9 0.833 0.167 3 0.333 0.333 0.343 0.370

0.091 0.773 0.136 11 0.455 0.394 0.714 0.286 14 0.286 0.423 0.500 0.500 8 0.500 0.533 0.227 0.750 0.023 22 0.091 0.394 1.000 0.000 19 0.000 0.000 0.083 0.834 0.083 12 0.333 0.304 0.333 0.667 6 0.333 0.485 1.000 34 0.750 0.250 6 0.500 0.409 0.278 0.327

0.042 0.583 0.375 12 0.250 0.540 0.658 0.342 19 0.368 0.462 0.812 0.188 8 0.375 0.325 0.344 0.593 0.063 16 0.188 0.542 0.944 0.056 18 0.000 0.000 0.000 0.786 0.214 7 0.143 0.363 0.667 0.333 3 0.000 0.533 1.000 22 0.944 0.056 9 0.111 0.111 0.159 0.332

0.333 0.500 0.167 6 0.333 0.667 0.750 0.250 6 0.167 0.409 0.125 0.875 4 0.250 0.250 0.083 0.917 0.000 6 0.167 0.167 1.000 0.000 9 0.000 0.000 0.000 0.750 0.250 4 0.500 0.429 1.000 0.000 2 0.000 0.000 1.000 9 0.937 0.063 8 0.125 0.125 0.171 0.227

0.200 0.500 0.300 5 0.200 0.689 0.444 0.556 9 0.444 0.523 0.500 0.500 2 0.000 0.667 0.333 0.445 0.222 9 0.556 0.680 0.909 0.091 11 0.182 0.173 0.625 0.375 0.000 4 0.750 0.336 0.833 0.167 3 0.333 0.333 1.000 10 0.875 0.125 4 0.250 0.250 0.302 0.428

0.000 0.500 0.500 3 0.333 0.600 0.000 1.000 3 0.000 0.000 0.250 0.750 2 0.500 0.500 0.200 0.700 0.100 5 0.600 0.511 1.000 0.000 5 0.000 0.000 0.125 0.750 0.125 4 0.500 0.464 1.000 0.000 2 0.000 0.000 1.000 5 0.900 0.100 5 0.200 0.200 0.237 0.253

0.167 0.833 0.000 3 0.333 0.333 0.375 0.625 8 0.250 0.500 0.400 0.600 10 0.200 0.505 0.389 0.611 0.000 9 0.111 0.503 0.937 0.063 8 0.125 0.125 0.300 0.600 0.100 5 0.400 0.600 1.000 0.000 2 0.000 0.000 1.000 16 0.750 0.250 8 0.250 0.400 0.185 0.330

505

Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi

showed significant deviations from the expected genotypic distribution (Mdh in Itaipu green morphotype), due to heterozygote deficiency. Significant linkage disequilibrium was not detected for any combination of loci among any morphotype-locality. The genetic structure of morphotypes from the different localities was analyzed by means of Weir & Cockerham´s (1984) method, the overall -value and value were 0.062 and 0.329, respectively, which were not significantly different from zero, showing lower genetic differentiation among morphotypes and localities (Table 2). The 2x2  shows values which were not significant in sympatry (U-Mann Whitney test, P = 0.353), but showed a difference for Itaipu (-U Mann Whitney test, P = 0.008) and near signi-ficance for Prainha (U-Mann Whitney test, P = 0.083). In the same way, Nei’s Genetic Identities (GI) between morphotypes showed high values for sympatric morphotypes (ranging from a maximum of 1 and a minimum of 0.887) and low values for allopatric morphotypes (ranging from a maximum of 0.986 and a minimum of 0.686) (Table 3). U-Mann Whitney test for Genetic Identities also showed values which were not significant for sympatry (P = 0.473) but different in allopatry for both cases (Itaipu, P = 0.003 and Prainha, P = 0.007). These results indicate that the differences in genetic variation are sorted among collection sites rather than color morphotypes (Table 3). Results obtained from the analysis of molecular variance (AMOVA) also indicated the greatest genetic variance within regional populations (10.07%, P = 0.00684) rather than morphotypes (-7.34%, P = 0.86510) (Table 4). The UPGMA dendrogram illustrates samples grouped by sites and not by morphotypes (Fig. 3), the only exception is Prainha brown morphotype which is clustered within Itaipu group. DISCUSSION The present study could not identify any diagnostic loci among the nine loci sampled for the five morphotypes of P. gaimardi from two different geographic locations. Furthermore, the results clearly indicate that in this species, spine color variation represents an intraspecific polymorphism, since genetic identities (GI) were significantly high for morphotypes living in sympatry and low for morphotypes living in allopatry. Analysis of molecular variance (AMOVA) is clear cut concerning this conclusion which is well represented by the dendrogram, which showed morphotypes clustered by sampling locations instead of color of spines. The only exception is Prainha brown morphotype, which is not an unexpected result since cluster analysis done by the UPGMA algorithm is sensitive to high values of

Table 2. F-statistics (Weir & Cockerham, 1984) for eight polymorphic enzyme loci in P. gaimardi. *(P < 0.05). Locus -Est-1 -Est-2 Cat Mdh Pep Pgi Pgm Xod Average

F

Θ

F

0.3359 0.0525 0.3708 0.2716 0.1466 0.3783 0.2820 0.0575 0.3233 0.5092* -0.0195 0.4996 0.3988 -0.0185 0.3877 0.2518 0.0070 0.2570 0.2871 0.3909 0.5658 0.1684 -0.0140 0.1568 0.3297 0.0620 0.3713

genetic identities as is the case for morphotypes and localities studied here. Calderón et al. (2010) and Lopes & Ventura (2012) showed some asymmetry in relation to crossings between morphotypes of P. gaimardi. Despite any such preferential crossings, allozyme data clearly indicate that this restriction to gene flow has not been enough to determine a relevant isolation between these morphotypes. Asymmetric gametic isolation cannot stop gene flow between morphotypes. If genes from one morphotype freely enter the genome of the other in sympatry, even in one direction, recombination would be sufficient to prevent the formation of a new species (Lessios, 2011). Diversity in coloration is a frequent phenomenon in marine invertebrates, but its ecological significance is often not fully understood. Variations in color may be related to age (Medioni et al., 2001), to light or wave exposure (Stoletzki & Schierwater, 2005), to diet (Tlusty & Hyland, 2005) or to behavioural patterns (Pryke, 2007). In sea urchins color variation is widespread (Millot, 1964; Gras & Weber, 1977; Growns & Ritz, 1994; Coppard & Campbell, 2004). Some species are capable of changing the intensity of their dermal coloration (Kleinholz, 1938; Millot, 1968; Jensen, 1974), whereas others maintain the same color throughout their lives. As with most marine invertebrates, the ecological implications of color variation specific to echinoids remain poorly understood. Binks et al. (2011a, 2011b) show that for the Western Australian sea urchin Heliocidaris erythrogramma (Valenciennes, 1846), in addition to color variation, there are extensive variations in spine morphology. P. gaimardi shows no obvious differences in other aspects of morphology, habitat preferences, light or wave exposure or diet between the different color morphotypes, all of which can be found on the same rock (Calderón et al., 2010). Therefore, despite the fact that color variation has been used in taxonomic classification for several groups of marine invertebrates (Meroz-Fine et al., 2003; Tarjuelo et al., 2004; Hizi-

651

Latin American Journal of Aquatic Research

Table 3. Nei’s (1978) unbiased measures of genetic identity (above diagonal) and pairwise θ values (below diagonal) for the populations of P. gaimardi. I: Itaipu, P: Prainha. Population I-Brown I–Brown I–Gray I–Black I–Rose I–Green P–Brown P–Gray P–Black P–Rose P–Green

**** 0.1798 0.0552 0.0525 0.0578 0.0876 0.2313 0.1163 0.1567 0.0589

I-Gray I-Black

I-Rose I-Green P-Brown P-Gray P-Black P-Rose P-Green

0.887 0.956 0.951 **** 0.999 0.955 -0.0373 **** 0.966 0.0132 0.0119 **** 0.0188 -0.0103 -0.0566 0.1074 -0.0326 0.0174 0.1521 0.1363 -0.0104 0.1346 0.0882 0.0284 0.3272 0.2144 0.1320 0.1378 0.0998 -0.0167

0.965 0.949 0.980 1.000 **** 0.0202 0.0797 0.1122 0.1827 0.0546

0.905 0.783 0.872 0.827 0.850 0.822 0.825 0.686 0.942 0.807 0.856 0.740 0.986 0.983 0.976 0.895 0.974 0.917 0.929 0.861 **** 0.917 0.968 0.902 0.0981 **** 0.940 0.932 0.0254 0.0991 **** 0.978 0.1011 0.1528 0.0111 **** 0.0539 0.0598 -0.0586 -0.0221

0.853 0.770 0.795 0.973 0.923 0.939 0.959 1.000 0.979 ****

Table 4. Analyses of molecular variance (AMOVA) among 10 samples of P. gaimardi separated into two regional populations (Itaipu and Prainha) and five morphotypes (green, black, gray, brown and rose). df: degrees of freedom, *Significant (P < 0.05).

Source of variation Panmixia

Among populations Among individuals within populations Within individuals Total Regional Among groups populations Among populations within groups Among individuals within populations Within individuals Total Morphotypes Among groups Among populations within groups Among individuals within populations Within individuals Total

Degany et al., 2007; Pérez-Portela et al., 2007; Pleijel et al., 2009; Ozgo, 2011; Freckelton et al., 2012), this seems not to be the case for P. gaimardi color variation. Thus, although color variation can be an important feature in defining taxonomic status for different species groups, this trait does not necessarily indicate evolutionary divergence, especially as coloration can evolve rapidly, outpacing other morphological characters (Endler et al., 2005). P. gaimardi showed high levels of genetic variation, however, within the range of heterozygosities found for other marine invertebrates (Nei, 1978; Nevo, 1978; Beaumont & Beveridge, 1984; Schaeffer et al., 1985; Benzie & Ballment, 1994; Diehl & Biesiot, 1994; Manchenko et al., 2000; Addison & Hart, 2004) and echinoderms (Marcus, 1977; Williams & Benzie, 1998; Uthicke et al., 1998, 2001; Benzie, 1999; Moberg &

df 9 200 210 419 1 8 200 210 419 4 5 200 210 419

Variance % variation Fixation indices P components -0.01436 -7.28 ST = -0.07281 0.99881 -0.13128 -66.57 0.34286 173.85 0.19722 0.17473 10.07 ΦCT = 0.10080 0.00684* 0.06454 3.72 0.46843 27.02 102.570 59.17 173.340 -0.12076 -7.34 ΦCT = -0.07341 0.86510 0.27170 16.51 0.46843 28.47 102.570 62.35 164.507

Burton, 2000; Manchenko & Yakolev, 2001; Matsuoka & Asano, 2003). Where the species is still common and maintain preserved its habitat it can occur in relative high densities (Matsuoka et al., 1995) and, therefore, in these cases, high levels of genetic variation can be easily explained by a neutral model. However, biochemical and ecological studies, as well as the use of different molecular markers are desirable in order to properly evaluate the role of selection and genetic drift in shaping the patterns of biochemical genetic variation observed for natural populations of P. gaimardi. Results obtained for echinoderms generally are consistent with a model of high dispersion and high genetic homogeneity. Benzie & Wakeford (1997) studying six populations of the Australian sea star, Acanthaster planci (Linnaeus, 1758), in the Great Coral Barrier (130 km apart), found for nine allozymic loci

Genetic variation in color of Paracentrotus gaimardi

527

Figure 3. UPGMA cluster analysis of five morphs from two populations of P. gaimardi based on Nei’s (1972) genetic identity. I: Itaipu, P: Prainha.

no significant values of FST as low as 0.001. Similarly, Uthicke et al. (2001) studying four populations of the sea cucumber, Holothuria atra Jaeger, 1833, and five populations of the sea cucumber, Stichopus chloronotus Brandt, 1835, also in the Australiam region, found no significant FST, although these were higher than that those found for A. planci in the Great Coral Barrier (0.06 and 0.306, respectively). The results presented here for P. gaimardi are similar to those results (Benzie & Wakeford, 1997; Uthicke et al., 2001) showing that for this tropical species evidence of high dispersion and high genetic homogeneity is also present. The P. gaimardi species have high levels of genetic variation, in accordance to generally observed patterns for marine invertebrates. Diagnostic loci were not found among morphotypes, and genetic variation is clearly distributed following sampling sites rather than color pattern. Allozyme results also clearly indicate evidence of high dispersion and genetic homogeneity within a distance of 110 km. Finally, it is important to remember that for solving taxonomic problems, a multidisciplinary approach should be applied, including allozyme analysis which is still an excellent method for solving problems concerning species systematics and is especially relevant for genetic orientated problems in population genetics. ACKNOWLEDGMENTS We gratefully acknowledge the help of Dr. N.A. Ratcliffe who revised the English and improved greatly the quality of this paper with his suggestions. We appreciate the help of Vanessa Fernández Rodríguez in

preparing the abstract in Spanish. We are thankful to the staff of the Instituto de Estudos do Mar Alte. Paulo Moreira (IEAPM–Brazilian Navy), for providing facilities and support during field work. C.R.R. Ventura thanks the Brazilian Scientific Council (CNPq) for the Research Productivity Fellowship and financial support (Proc. 474485/2004-8). REFERENCES Addison, J.A. & M.W. Hart. 2004. Analysis of population genetic structure of the green sea urchin (Strongylocentrotus droebachiensis) using microsatellites. Mar. Biol., 144: 243-251. Beaumont, A.R. & C.M. Beverifge. 1984. Electrophoretic survey of genetic variation in Pecten maximus, Chlamys opercularis, C. varia and C. distorta from the Irish Sea. Mar. Biol., 81: 299-306. Benzie, J.A.H. 1999. Major genetic differences between crown-of-thorns starfish (Acanthaster planci) in the Indian and Pacific oceans. Evolution, 53: 1782-1795. Benzie, J.A.H. & E. Ballment. 1994. Genetic differences among black-lipped pearl oyster (Pinctada margaritifera) populations in the western Pacific. Aquaculture, 127: 145-156. Benzie, J.A.H. & M. Wakeford. 1997. Genetic structure of crown-of-thorns starfish (Acanthaster planci) on the Great Barrier Reef, Australia: comparison of two sets of outbreak populations occurring ten years apart. Mar. Biol., 129: 149-157. Binks, R.M., J.P. Evans, W.J. Kennington & J. Prince. 2011a. Spatial patterns of variation in color and spine

853

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Received: 27 May 2015; Accepted: 25 September 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 56-64, 2016 Animal protein source in juvenile spotted rose snapper feed DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-6

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Research Article

Partial replacement of fishmeal with meat and bone meal and tuna byproducts meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper Lutjanus guttatus Crisantema Hernández1, Alan González-Santos1, Martín Valverde-Romero1 Blanca González-Rodríguez1& Patricia Domínguez-Jiménez1 1 Laboratory of Nutrition, Food Research and Development Center A.C. Mazatlán, Sinaloa, C.P. 89010, México Corresponding author: Crisantema Hernández ([email protected])

ABSTRACT. A 120 days feeding trial was conducted to evaluate diets in which fish meal (FM) was replaced with meat and bone meal (MBM) or tuna byproduct meal (TBM) on growth performance, apparent digestibility and hematological parameters of juvenile spotted rose snapper (SRS) L. guttatus. Three isonitrogenous compounds (47.6-49.0%) and isoenergetic (20.9-22.9 kJ g-1) diets were formulated. A control diet contained FM as a main protein source (D-FM) and two diets with 35% of fish meal protein replaced by MBM or TBM protein (D-MBM, D-TBM). Each diet was fed to triplicate groups of 20 SRS juvenile (initial weight 8.2 ± 0.02 g) to apparent satiation three times a day. Growth performance, hematological parameters and apparent digestibility of SRS fed D-MBM or D-TBM diets were not significantly different from D-FM diet. However, the whole body crude protein was significantly higher in D-MBM group than D-TBM group, and the values were comparable to D-FM group. Based on these results, the meat and bone meal is an economical and viable option, as tuna byproduct meal in practical diets for juvenile spotted rose snapper. Keywords: Lutjanus guttatus, snapper, growth, animal protein, aquaculture.

Reemplazo parcial de la harina de pescado con harina de carne y hueso, y harina de subproductos de atún en dietas para juveniles de pargo lunarejo Lutjanus guttatus RESUMEN. Se realizó un experimento de alimentación durante 120 días para evaluar dietas en las cuales la harina de pescado (FM) fue reemplazada por la harina de carne y hueso (MBM) o la harina de subproductos de atún (TBM) sobre el rendimiento productivo, parámetros hematológicos y digestibilidad aparente en juveniles de pargo lunarejo (SRS) L. guttatus. Se formularon tres dietas compuestas isonitrogenadas (47,6-49,0% CP) e isoenergéticas (20,9-22,9 kJ g-1). La dieta control fue elaborada con (FM) como principal fuente de proteína (DFM) y dietas con el 35% de la proteína de la FM reemplazada por la proteína de MBM o TBM (D-MBM, DTBM). Cada dieta fue ofrecida a grupos por triplicado de 20 juveniles de SRS (promedio de 8,2 ± 0,02 g) a saciedad aparente, tres veces al día. El rendimiento productivo, parámetros hematológicos y digestibilidad aparente de SRS alimentados con las dietas D-MBM o D-TBM no fueron significativamente diferentes de la dieta D-FM. Sin embargo, la proteína cruda del cuerpo fue significativamente menor en el grupo de D-TBM y más alta en el grupo D-MBM; los valores fueron comparables al grupo de D-FM. Sobre la base de estos resultados, la harina de carne y hueso es una opción económica y viable así como la harina de subproductos de atún en dietas prácticas para juveniles de pargo lunarejo. Palabras clave: Lutjanus guttatus, pargo lunarejo, crecimiento, proteína animal, acuicultura.

INTRODUCTION The spotted rose snapper (SRS) Lutjanus guttatus is a carnivorous marine fish found along the Pacific coast from the Gulf of California to Peru, including the Galapagos Islands (Allen, 1985). It is an economically important artisanal fishery along the northwest coast of __________________ Corresponding editor: Alvaro Bicudo

Mexico. Protocols for SRS reproduction in captivity, larval rearing and commercial grow out using aquaculture production system (e.g., floating sea cages) have been developed and tested (CastilloVargasmachuca et al., 2007; Ibarra-Castro & AlvarezLajonchére, 2011; Hernández et al., 2015). Despite the knowledge gained on this species, it is well known that

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limitation in marine based protein sources exist in the world and the reducing fish meal in fish diets may increase the profitability of aquaculture operations. Diet costs generally constitute up to 60% of the total farm production costs. Therefore, it is important for researchers to identify some less expensive and more sustainable ingredients to utilize in SRS diets, and these diets must have an equal or even better nutritional quality compared to diets based mainly on fish meal. Previous study in SRS juvenile, showed that FM can be replace by tuna by products meal (TBM) up to 30%, in 8 weeks trial, where a long-term growth studies is recommended to confirm this conclusion (Hernández et al., 2014a). Although TBM it is a fishery by products and is still fishery dependent protein source, locally constant supply exist. On the other hand, render product such as poultry by products (PBM) in SRS showed that fish meal can be replaced up to 50% by feed grade PBM, or up to higher level with PBM pet grade that presents higher nutritional value, while fish meal can be replaced up to 90% in SRS diets (Hernández et al., 2014b, 2014c). Another potential render ingredient that could be alternative ingredients to partial replace FM in practical diets for SRS is meat and bone meal (MBM) as previous reported for other marine fishes (Robaina et al., 1997; Ai et al., 2006; Rossi & Davis, 2014). Thus, the purpose of this study was to evaluate the growth performance, protein efficiency, body composition, apparent digestibility and hematological parameters of L. guttatus juveniles fed practical diets containing MBM or TBM meal as a partial replacement of fish meal. MATERIALS AND METHODS

Over the duration of the study, these water quality parameters average (±SD): water temperature, 24.8 ± 2°C; dissolved oxygen, 6 ± 0.5 mg L-1; salinity, 34.6 ± 0.4; pH, 8.1 ± 0.3. The fish were weighed every two weeks to calculate mean body weight and the biomass in each tank. The fish were caught with scoop nets and anesthetized with 2-phenoxyethanol (Sigma®, St. Louis, MO, USA) at a concentration of 0.3 mL-1. Then the specimens were weighed individually on a digital scale (accurate to ±0.01 g). The growth and economic performance and feed efficiency of the fish were assessed by calculating the weight gain (WG), specific growth rate (SGR), feed conversion ratio (FCR), survival (SUR), feed intake (FI), protein efficiency ratio (PER), and profit index (PI), as follows: WG%=

final weight - initial weight x 100 initial weight

ln final weight- ln initial weight SGR = [ ] x 100 number of days Survival = ( FI = ∑ n [ i

final number ) x 100 initial number

total feed consumption (g) ] / number of days number of fish PER =

weight gain protein intake

The economic performance of the diets was calculated from the method of Vincke (1969) as PI =

Fish and growth trial SRS juveniles were produced in a pilot-scale hatchery at Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. (CIAD), Mazatlán, Mexico, following the established protocols for spawning and larval rearing according to Abdo de la Parra et al. (2010). The fish were randomly distributed at a stocking density of 20 fish (weight 8.2 ± 0.02 g) per tank among nine tanks (volume 350 L). Each of the tanks had a central 50 mm drain covered with a 0.5 cm mesh net to prevent fish escape and to allow the tanks to be cleaned. Each tank had supplemental aeration and a continuous flow of sea water at a rate of 1.5 L min-1. Triplicate groups were fed by hand to apparent satiation three times a day (07:00, 13:00 and 17:00 h) during 120 days. Uneaten feed was collected from the bottom of the tank with a siphon 30 min after the onset of feeding and was dried in an oven at 60°C. Feed intake was calculated as the amount of feed supplied minus the amount of unconsumed feed.

Feed intake (g) weight gain (g)

FCR =

value of fish (kg) cost of feed (US$)

Digestibility determination Almost at the end of the growth trial, the same three replicates with experimental animals were used to measure the apparent digestibility coefficient of dry matter and nutrients for each of the experimental diets. The fish were adapted to the marked diets (with chromic oxide) for 15 days before the collection of feces. Fecal samples were collected 5 h after feeding by the stripping technique (Austreng, 1978), every three days until sufficient feces were collected to analysis. Chromic oxide concentration of the feed and feces samples was measured using the acid digestion technique (Furukawa & Tsukahara, 1996). The absorbance was read on a spectrophotometer (Shimadzu UV-1800, Kyoto, Japan) at 350 nm, after colorimetric reaction.

Animal protein source in juvenile spotted rose snapper feed

The ADC of dry matter, protein or energy was calculated as the ratio of nutrients and markers in the feed and feces (Maynard & Loosli, 1969): ADC dry matter (%) = 100 - [( ADC nutrients (%) = 100-100 [(

Cr2O3 in feed ) x 100] % Cr2O3 in feces

% Cr2O3 in feed % nutrient in feces )x( )] % Cr2O3 in feces % nutrient in feed

Ingredients and experimental diets The Monterrey sardine (Sardinops sagax caerulea) fishmeal was produced by Selecta de Guaymas, S.A. de C.V., Guaymas, Sonora, Mexico. Meat and bone meal (MBM) was obtained from a rendering plant (Griffin Industries, Cold Spring, KY, USA). Tuna by-product meal (TBM) was locally sourced for this study (PINSA, S.A de C.V., Mazatlán, Sin., Mexico). Biochemical analyses of these meals are presented in Table 1. Three diets were formulated to be complete with regard to known the nutrient requirements of SRS (Abdo de la Parra et al., 2010), contained 47.6-49.0% crude protein, and gross energy 20.9-22.9 kJ g-1. The control diet (D-FM) had 52.6% sardine fish meal as described Silva-Carrillo et al. (2012). In the experimental diets, 35% of FM was replaced with MBM or TBM (D-MBM, D-TBM) (Table 2). The experimental diets were balanced for essential amino acids using L. guttatus whole body amino acids profile as a target value (Table 3). The dietary levels of other feed ingredients (squid meal, krill meal, carophyll pink, antioxidants, soy lecithin, sodium alginate and vitamin and mineral premixes) were held constant, while corn flour was used to adjust to 100%. Chromic oxide (0.5%) was used as an indigestible marker into the control and experimental diets for the evaluation of apparent digestibility. Dry ingredients were ground in a hammer mill to a particle size of 250 μm. The macro ingredients were mixed in a Hobart mixer (model A200 Troy, OH, USA) followed by micro ingredients mix and fish oil and then boiling water were added until a homogeneous mixture was obtained. The chromic oxide was added manually before fish oil and boiling water. The resulting mash was passed through a meat grinder (Tor-rey ® Model 22) to produce pellets. The moist pellets were dried in a forced air oven at a temperature of 38°C for about 12 h. Subsequently, the pellets were crumbled and sieve to the desired size before use. The pellets were stored in labeled, sealed containers and were held at -20°C until utilization. Chemical analysis Ten randomly fish were sampled from the initial population to determine the initial carcass composition. To analyze the final composition, two fish were

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selected at random from each tank for a total sample size of six fish per treatment group. Moisture, protein, lipid and ash levels of test ingredients, diets, carcasses and fecal samples were determined using standard methods (AOAC, 2000). The samples were homogenized and dried at 105°C for 24 h prior to chemical analyses. The level of crude protein was determined by the Dumas combustion method (Ebling, 1968) using a Leco FP-528 nitrogen analyzer (Leco Instrument Corporation, St. Joseph, MI, USA). The lipid content was analyzed using a micro Foss Soxtec Avanti 2050 Automatic System (Foss Soxtec, Hoganäs, Sweden) after extraction with petroleum ether. The ash content was determined by calcination of the samples in a muffle furnace at 550°C (Fisher Scientific International, Inc. Pittsburgh, PA, USA). The gross energy content was measured by combustion in a Parr bomb calorimeter 1241 (Parr, Instrument Company, Moline, IL, USA). The amino acid composition of ingredients, experimental diets and whole-body of the fish was quantified following Vázquez-Ortiz et al. (1995) by high performance liquid chromatography (HPLC, Varian 9012, Walnut Creek, CA, USA). Blood chemistry parameters At the end of the feeding experiment, the fish were carefully handled to minimize stress, anesthetized with 0.3 mL L-1 of 2-phenoxyethanol, and in less than 3 min, blood samples were collected from the caudal vein using 1 mL non-anticoagulant insulin syringes 21 G x 32 mm (Terumo Mexico, DF, Mexico). Three fish were selected randomly from each tank (nine fish for each treatment group for blood sampling). A volume of 400 μL of blood from each fish was extracted and placed in placed into two Eppendorf tubes. The first tube, with no anticoagulant, was immediately centrifuged for 10 min at 7000 rpm in a Clay-Adams micro centrifuge, and the serum was stored in a -20°C freezer for further analysis of the total protein concentration and glucose levels. The second tube included K2 EDTA (BD Microtainer, Franklin Lakes, NJ, USA) to prevent coagulation. This tube was used to determine the hematocrit and hemoglobin concentrations. To calculate the hematocrit levels, tubes were placed for 10 min in a microhematocrit centrifuge (SOL-BAT P600, Mexico, DF, Mexico). The packed cells were measured using a hematocrit reader and reported as a percentage (Del Rio-Zaragoza et al., 2008). The hemoglobin concentration in erythrocytes was determined using the cyanmethemoglobin method (HemogloWiener reactive, Wiener Lab., Riobamba, Rosario, Argentina) following the manufacturer’s instructions.

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Table 1. Chemical composition and concentrations of essential amino acids (% AA per 100 g of protein) of the tested ingredients: sardine fishmeal (FM), meat and bone meal (MBM) and tuna by product meal (TBM). *Essential amino acids. Ingredients Proximate analysis (% dry matter) Crude protein Nx6.25 Crude fat Ash Amino acid (AA%/100 g protein) Alanine Arginine* Aspartic acid Glutamic acid Glycine Histidine* Isoleucine* Leucine* Lysine* Methionine* Phenylalanine* Serine Threonine* Tyrosine Valine*

FM 67.4 10.0 15.4

MBM 49.0 13.0 28.0

TBM 58.0 12.0 25.0

7.5 6.6 9.2 16.6 11.5 3.5 4.9 6.5 6.7 2.4 3.9 3.2 2.3 3.6 4.5

7.1 6.7 7.0 12.0 12.3 2.0 3.2 6.1 5.8 1.5 2.9 2.4 3.2 3.0 4.2

7.3 9.1 7.0 12.2 12.1 2.0 4.8 6.5 5.9 2.6 6.1 2.4 4.3 6.4 3.9

Statistical analysis The data for each parameter were tested for normality and homoscedasticity. Percentage data were arcsinetransformed before one-way analysis of variance (ANOVA) was used for all parameters with diet as the independent variable. Tukey’s HSD test was used for post-hoc identification of significant differences among the dietary treatment groups at a significance level of 5% (Zar, 1984). All of the statistical procedures were performed using SigmaPlot 11.0 software. RESULTS Growth performance and nutrient utilization The growth performance and feed efficiency of SRS juveniles fed the control and experimental diets are presented in Figure 1 and Table 4. Survival ranged between 89.7-98.3% for all diets showing no significant differences (P > 0.05). The partial replacement of FM with MBM or TBM did not affect weight gain (WG%), specific growth rate (SGR), feed intake (FI), protein efficiency ratio (PER) or feed conversion ratio (FCR) (P > 0.05) among treatment groups. Profit index (PI) showed that replacing FM with MBM or TBM lowered the cost diets, therefore, the profit indices of the fish fed these animal proteins increased (Table 4).

Table 2. Ingredient and proximate composition of experimental diets for the spotted rose snapper L. guttatus. a Fish meal was obtained from Selecta de Guaymas, S.A. de C.V., Guaymas, Sonora, México, bThis product was imported by Proteínas marinas y Agropecuarias, S.A. of C.V., Guadalajara, Jalisco, México, cMaz Industrial, S.A de C.V., Mazatlan, Sinaloa, México, dPROAQUA, S.A. de e C.V., Mazatlán, Sinaloa, México, Droguería Cosmopolita, S.A. de C.V., México D.F., México, fSigmaAldrich Chemical, S.A. de C.V. Toluca, Mexico State. Mexico, gTrouw Nutrition México S.A. de C.V. (by cortesy), *Vitamins premix composition: Vitamin A, 10,000,000 IU o mg g-1; Vitamin D3, 2,000,000 IU; Vitamin E, 100,000 g; Vitamin K3, 4.00 g; Thiamine B1, 8.00 g; Riboflavin B2, 8.70 g; Pyridoxine B6, 7.30; Vitamin B12, 20.00 mg; Niacin, 50.00 g; Pantothenic Acid, 22.20 g; Inositol, 153.80 g; Folic Acid, 4.00 g; 80 mg; Biotin, 500 mg; Vitamin C, 100.00 g; Choline 300.00 g.g**Mineral premix composition: Manganese, 100 g; Zinc, 160 g; Iron, 200 g; Copper, 20 g; Iodine, 5 g; Selenium,400.00 mg; Cobalt 600.00 mg. hDSM Nutritional Products Mexico S.A. de C.V., El Salto, Jalisco, México. iButyl hydroxytoluene (Dresen, Quimica, S.A. de C.V.). jSigma-Aldrich Chemical, S.A. C.v. Toluca, Mexico State, Mexico. kNitrogen-free extract (including fiber) = 100 - (% protein + % lipid + % ash). Diet Ingredients* (% as D-FM feed basis) a Fish meal (sardine) 52.60 Meat & bone mealb Tuna meal by-productc Squid mealb 6 Krill meald 7.50 Fish oile 8.70 Dextrinee 17.14 Alginatef 3.00 Wheat glutenf 2.00 Vitamin premixg * 0.60 Minerals premixg ** 0.23 Carotenoidsh 0.08 Soybean lecithin (70%)e 1.50 Vitamin Ch 0.10 Antioxidantsi 0.05 Chromic oxidej 0.50 Composition (% as feed basis) Moisture 6.53 Crude protein 48.98 Crude lipid 15.99 Ash 12.24 NFEk 22.79 P/E 23.70 Cost of feed (US$) 1.74

D-MBM

D-TBM

34.50 25.20 6 7.50 8.20 10.54 3.00 2.00 0.60 0.23 0.08 1.50 0.10 0.05 0.50

34.50 21.30 6 7.50 7.80 14.84 3.00 2.00 0.60 0.23 0.08 1.50 0.10 0.05 0.50

5.71 48.12 17.29 13.69 20.90 23.70 1.72

7.32 47.63 17.41 13.38 21.58 23.80 1.59

605

Animal protein source in juvenile spotted rose snapper feed

Table 3. Amino acid content of experimental diets (% AA per 100 g of protein) for juvenile spotted rose snapper L. guttatus containing fishmeal (FM), meat and bone meal (MBM) or tuna by-product meal (TBM). *Essential amino acids. aTryptophan was not determined by the analytical method used; bWhole body composition of spotted rose snapper provided for comparison. Amino acida Bodyb D-FM D-MBM D-TBM 6.1 6.4 Alanine 6.6 6.4 Arginine* 5.9 6.1 7.0 6.3 Aspartic acid 9.3 8.9 9.4 8.9 Glutamic acid 13.1 15.2 17.5 15.0 Glycine 9.8 10.6 14.4 12.9 Histidine* 1.9 2.3 2.3 2.5 Isoleucine* 4.3 4.4 4.9 4.7 Leucine* 7.0 7.8 8.1 7.5 Lysine* 6.0 7.7 5.2 8.4 Methionine* 2.4 2.6 2.3 2.4 Phenylalanine* 5.4 4.7 4.6 4.3 Serine 1.4 2.9 2.4 2.9 Threonine* 2.3 3.6 4.1 4.0 Tyrosine 1.5 3.3 5.1 5.0 Valine* 4.9 4.1 4.3 4.3 120 D-TBM

Mean body weigth (g)

100

D-FM

D-MBM

80 60 40 20 0

0

15

30

45

60 75 90 105 120 Time (day) Figure 1. Growth of spotted rose snapper juvenile fed the experimental diets over a 120-day trial.

Digestibility determination The ADCs of the experimental diets are listed in Table 5. The replacement of FM with MBM or TBM did affect the dry matter digestibility coefficients of the diet (P < 0.05). The ADCs for protein or energy were not affected (P > 0.05). Whole-body composition and hematological characteristics The whole-body proximate composition of the fish is shown in Table 6. There were significant differences (P < 0.05) in protein, lipid, moisture and ash contents of

the fish fed different diets, where MBM showed higher protein values and lower lipid values than other diets. The measured blood parameters, including hematocrit, hemoglobin (g dL-1) and total protein did not differ significantly among the treatments (P > 0.05), except glucose (Table 7). DISCUSSION Following the trend of replacing FM in fish feeds to support sustainable growth of the aquaculture industry (Tacon & Metian, 2008), this study provides useful information regarding the replacement of FM by MBM and TBM in 35% of ingredient in feeds for the spotted rose snapper. FM was reduced from 526 to 345 g kg -1 without compromising the health or growth performance of the spotted rose snapper juvenile. Previous studies in SRS by 8 weeks trial (Hernandez et al., 2014a), support the use of TBM up to 30% of ingredient, therefore, the present study confirm and improve previous reports, accepting plus 5% of TBM in diets during longer trial (120 days). The amino acid profile of the MBM revealed lower levels of methionine, isoleucine and phenylalanine compared to FM and TBM. Nevertheless, partial substitution of FM with MBM or TBM, did not affect final profile of amino acids in diets, thus, the diets meet with the amino acid pattern of the whole body tissue of L. guttatus. MBM is generally considered to be an inferior animal protein source to fishmeal in the diet for fish culture (Lee et al., 2012), however, in the present study similar weight gain and SGR of SRS fed the DMBM diet compared to D-FM or D-TBM diets is obtained, showing a good balance of nutrients in all diets. The potential to utilize MBM ingredient as FM substitutes in fish diet varies among fish species. Meat and bone meal is commonly successfully use in low levels inclusion and/or in combination with other protein sources, without affecting growth parameters, where Florida pompano, Trachinotus carolinus L. accepted MBM inclusions of 100 g kg-1 in practical diets (Rossi & Davis, 2014), rainbow trout, Oncorhynchus mykiss accepted 240 g kg-1 of MBM in diets (Bureau et al., 2000), cuneate drum, Nibea miichthioides was able to accept 105 g kg-1 in practical diets (Guo et al., 2007), Korean rockfish Sebastes schlegeli accepted 123 g kg-1 substitution of MBM by FM (Yan et al., 2014), juvenile gibel carp Carassius auratus gibelio accepted 110 g kg-1 of FM by substitution of MBM (Hu et al., 2008), olive flounder Paralichthys olivaceus was able to substitute 20% of fish meal (120 g kg-1) (Lee et al., 2012), while yellowtail Seriola quinqueradiata showed reduced growth performance when fed with practical diets of

661

Latin American Journal of Aquatic Research

Table 4. Growth and feed performance indices of juvenile spotted rose snapper L. guttatus fed experimental diets for 120 days. IBW: initial body weight, FBW: final body weight, WG: weight gain, FI: feed intake, FCR: feed conversion ratio, SGR: specific growth rate, SUR: survival, PER: protein efficiency ratio; PI: profit index. Price of 1 kg of fish is fixed at US$ 8.00. Diet Parameter IBW (g) FBW (g) WG (%) FI (g fish-1) FCR SGR (% day-1) SUR (%) PER PI (US$)c

D-FM 8.23 ± 0.01 98.61 ± 2.1 1098.58 ± 23.7 121.92 ± 6.9 1.35 ± 0.08 2.07 ± 0.02 98.33 ± 0.9 1.51 ± 0.09 4.59

D-MBM 8.23 ± 0.02 95.04 ± 6.5 1054.54 ± 8.5 133.98 ± 5.6 1.54 ± 0.2 2.04 ± 0.1 89.67 ± 18.9 1.36 ± 0.1 5.03

D-TBM 8.23 ± 0.02 98.32 ± 0.8 1095.34 ± 8.4 126.89 ± 8.7 1.41 ± 0.1 2.07 ± 0.01 91.67 ± 7.6 1.48 ± 0.11 4.65

P-value 0.76 0.52 0.1 0.64 0.24 0.49 0.52 0.30 -

Table 5. Coefficients of apparent digestibility of dry matter, crude protein and energy of the experimental diets for juvenile spotted rose snapper L. guttatus. The values in the same row (mean ± SD) with different superscripts denote significant differences among the treatments (P < 0.05) using evidence from the Tukey’s HSD test. Diet Parameter D-FM D-MBM D-TBM P-value Dry matter 84.4 ± 0.5a 76.6 ± 1.5b 79.3 ± 0.3b 20.0 Stations at 1 nm ≤14.0 14.1 - 16.0 16.1 - 18.0 18.1 - 20.0 >20.0 All stations

Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14 0.344 0.000 0.000 0.000 0.001 0.074 0.074 1.227 0.084 0.036 0.105 0.009 2.008 1.796 2.163 2.174 0.514 2.514 0.009 0.044 0.213 0.638 3.338 0.212 0.000 0.000 0.139 0.001 0.386 0.000 0.138 0.000 0.000 0.000 0.000 0.048 0.077 1.056 0.068 0.024 0.089 0.007 1.459 1.447 2.041 2.128 0.646 2.002 0.013 0.065 0.000 0.952 2.891 0.390 0.000 0.000 0.000 0.000 0.569 0.000

Table 3. Q coefficient values presented for all sampling stations and those 1 nm from the coast, grouped by integrated chlorophyll-a levels (0-100 m; mg m-2).

Chlorophyll-a range Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14 ≤20.0 0.021 0.059 0.022 0.000 0.000 0.000 20.1 - 40.0 0.024 0.868 0.921 0.000 0.087 0.000 40.1 - 60.0 9.801 0.137 0.246 0.241 0.130 0.040 All stations 60.1 - 80.0 0.020 16.092 14.637 0.892 1.623 0.030 80.1 - 100 0.000 0.369 0.000 1.210 8.649 5.342 >100 2.447 3.238 0.000 4.197 1.048 0.928 ≤20.0 0.019 0.070 0.019 0.000 0.000 0.000 20.1 - 40.0 0.029 0.875 0.931 0.000 0.001 0.000 40.1 - 60.0 5.050 0.076 0.000 0.043 0.202 0.113 Stations at 1 nm 60.1 - 80.0 0.016 8.865 6.123 0.821 2.608 0.029 80.1 - 100 0.000 0.004 0.000 0.908 5.572 3.832 > 100 0.981 1.338 0.000 2.357 0.784 0.402

Table 4. Randomized blocks in analysis of variance applied to the Q coefficient values for temperature and chlorophyll-a.

Variation source SS GL Years 7.584 5 Range 14.651 4 Error 172.884 109 Chlorophyll-a Years 9.419 5 Range 20.388 5 Error 484.778 133 Temperature

The primarily coastal distribution of E. ringens eggs found by this study is consistent with Braun et al. (2007, 2008, 2009) and Soto-Mendoza et al. (2010). These authors reported the presence of E. ringens eggs near the ocean surface along the coastal zone within the entire distribution area of this species, with maximum presence found in northern Chile and southern Peru. In turn, the similar interannual distribution pattern of eggs corresponded with those areas showing greater adult

MC 1.517 3.663 1.586 1.884 4.078 3.645

F P 0.956 0.448 2.309 0.052 0.517 0.763 1.119 0.354

abundances of this species, with two coastal sites (2527º40’ and 29-30º10’S) consistently found as focal points for E. ringens (Castillo et al., 2009a, 2009b, 2010, 2012, 2013; Leiva et al., 2014). The highest concentration of eggs was found in February 2010, coinciding with the lowest total abundance acoustically detected for this species, although the total biomass was the highest found over the sampling years (Castillo et al., 2010). A similar

Engraulis ringens eggs along north-central Chile

Table 5. Affinity and significance (Tukey test, P < 0.05) between the temperature ranges of the Q coefficient values in the time-integrated series.

Temperature

Range 1 5 2 3 4

n 24 24 24 24 24

Subset P 0.00991 0.0492 0.46533 0.71292 0.91992 0.97329

73

tendency was found in February 2013 (Castillo et al., 2013), thus involving the greatest proportion of adults in the biomass, which would explain the abundance of eggs. Regarding this, the distributions and abundances of the eggs collected over the different years of study were related to the highest proportions of adults, as acoustically detected over the same sampling periods (Castillo et al., 2009a, 2009b, 2010, 2012, 2013, Leiva et al., 2014). Moreover, the adult distribution of this species is in line with the sites that had the highest egg concentrations; the coast south of Esmeralda Cove (26ºS)

Table 6. Bootstrap analysis between the Q coefficient values of chlorophyll-a range in the time-integrated series for all stations.

Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14

Chlorophyll-a range for all stations Max Q F P Iterations Lower limit Upper limit 9.801 694 0.694 1000 693.97 694.03 16.092 665 0.665 1000 664.97 665.03 14.637 686 0.686 1000 685.97 686.03 4.197 680 0.680 1000 679.97 680.03 8.649 630 0.630 1000 629.97 630.03 5.342 656 0.656 1000 655.97 656.03

Table 7. Bootstrap analysis between Q coefficient values of the chlorophyll-a range in the time-integrated series for stations at 1 nm.

Feb-08 Feb-09 Feb-10 Feb-11 Feb-13 Feb-14

Max Q 5.05 8.865 6.123 2.357 5.572 3.832

F 671 677 655 646 641 666

P Iterations Lower limit Upper limit 0.671 1000 670.97 671.03 0.677 1000 676.97 677.03 0.655 1000 654.97 655.03 0.646 1000 645.97 646.03 0.641 1000 640.97 641.03 0.666 1000 665.97 666.03

and Chañaral Cove (29º40’S), corresponding to stations 25 and 70, respectively. The exception to this tendency, in February 2013 at station 70, could be a result of the predominance of juvenile recruits acoustically detected during this year (Castillo et al., 2013). A number of authors have related spawning and the abundance of E. ringens eggs with environmental variables and oceanographic events. Escribano et al. (1996) found that in northern Chile, E. ringens spawning is associated with lower seawater temperatures related to upwelling events. In contrast, Claramunt et al. (2012) indicates that temperature is not a relevant variable for determining the geographic position of spawning sites for E. ringens and that high chlorophyll-a concentration is the variable that determines changes in the spawning site. On the other hand, in the zone between Constitución (35º20’S) and

Talcahuano (36º42’), Soto-Mendoza et al. (2010) did not find a relationship between salinity and the abundance of E. ringens eggs and larvae, observing instead that greater egg concentrations can be found outside of the continental water plumes. Within the period assessed by the present study, Castillo et al. (2013) detected colder (February 2008, 2009, and 2011) and warmer (February 2010 and 2013) years, which can be related to the interannual variation of the Humboldt current (Escribano et al., 2002). Associated with this, greater abundances of E. ringens eggs were found during the warmer years within the evaluated time period. The integrated chl-a value generally followed the previously indicated interannual ocean surface temperature variations. However, some latitudinal variations were found for chl-a level that did not align with egg

74

Latin American Journal of Aquatic Research

distributions and abundances in the evaluated years. Regarding this, Claramunt et al. (2012) found wide variations between temperature and chl-a ranges and the spawning sites of this species, in relation to both the zones analyzed (northern and southern Chile) and whether the studied year evidenced the El Niño phenomenon or not. The wide latitudinal distribution of this species along the coasts of the south Pacific (Castro et al., 2000; Canales & Leal, 2009; Soto-Mendoza et al., 2010; Medina et al., 2015), the two reported spawning periods (August-September and February-March) (Perea et al., 2011), and the association of spawning with different temperatures (Escribano et al., 1996; Claramut et al., 2007; Soto-Mendoza et al., 2010) indicate that different fractions of the E. ringens stock spawn under different environmental conditions. During the assessed period, which covered a wide area of distribution (25-31ºS) in February (summer spawning) of consecutive years, use of the Q coefficient established that the abundance of eggs was related to ocean surface temperature (16.118.0ºC in February 2008, 2009, 2010, 2011, and 2014), as well as to the total number of stations and those located 1 nm from the coast. In February 2013, abundance was related to a temperature range of 18.120.0ºC. The relationship between egg abundances and the indicated temperature ranges, as supported by the Q coefficient and statistical analyses, is consistent with previous studies, where during the same study period Castillo et al. (2013) identified hotter and colder years. ACKNOWLEDGEMENTS This study was funded by projects awarded by the Fondo de Investigación Pesquera (FIP) 2007-03; 200802; 2009-03; 2010-03; 2012-13; and 2013-04 (Evaluación hidroacústica del reclutamiento de anchoveta entre la III y IV Regiones). The authors would also like to thank the support provided by the Instituto de Fomento Pesquero (IFOP) that, in partnership with the Universidad Católica del Norte, permitted us to obtain the information used as a starting point for this study. We would also like to thank the crew of the IFOP research vessel B/C Abate Molina and the personnel who aided in sample collection. REFERENCES Bernal, M., Y. Stratoudakis, S. Coombs, M.M. Angelico, A. Lago de Lanzós, C. Porteiro, Y. Sagarminaga, M. Santos, A. Uriarte, E. Cunha, L. Valdés & D. Borchers. 2007. Sardine spawning off the European Atlantic coast:

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Engraulis ringens eggs along north-central Chile

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Received: 3 March 2014; Accepted: 26 October 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 76-84, 2016 DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-8

Pseudoalteromonas sp. potencial probiótico de peces

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Research Article

Bacteria Pseudoalteromonas sp. con potencial probiótico para cultivos larvales de peces Camila Sayes2, Yanett Leyton1 & Carlos E. Riquelme2 Departamento de Biotecnología, Facultad de Ciencias del Mar y Recursos Biológicos Universidad de Antofagasta, Antofagasta, Chile 2 Centro de Bioinovación, Facultad de Ciencias del Mar y Recursos Biológicos Universidad de Antofagasta, Antofagasta, Chile

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Corresponding author: Camila Sayes ([email protected])

RESUMEN. El pez dorado, Seriola lalandi, es una especie marina pelágica de alta demanda comercial a nivel nacional e internacional. La sobrevivencia larval en cultivo es baja, lo cual es atribuido, entre otros factores, a la baja calidad de las larvas. El uso en cantidades adecuadas de bacterias probióticas en el cultivo larval de diferentes organismos ha evidenciado que mejora la sobrevivencia del hospedador. En base a estos antecedentes el objetivo fue aislar e identificar bacterias desde la microbiota de S. lalandi que cumplan con características de potenciales probióticos. Para lo cual se aislaron 46 cepas desde juveniles y larvas de S. lalandi, que fueron identificadas a nivel molecular mediante el análisis del gen 16S RNAr. Además, se realizaron pruebas filogenéticas, antibacterianas, hemolíticas, lipolíticas y proteolíticas. Los resultados demostraron que del total de bacterias aisladas, el 42% pertenece al género Pseudoalteromonas, nueve de las cuales presentaron actividad inhibitoria contra bacterias patógenas, de éstas, solo una resultó negativa para hemolisis, proteolisis y lipolisis. De acuerdo a los resultados obtenidos se propone incorporar la bacteria Pseudoalteromonas sp. como potencial probiótico mezclado con microalgas para alimentar rotíferos y artemias (vectores) usados tradicionalmente en cultivos larvales de S. lalandi. Palabras clave: Pseudoalteromonas sp., Seriola lalandi, larvas, probióticos, inhibición, acuicultura.

Bacterium Pseudoalteromonas sp. potential probiotic for larval fish culture ABSTRACT. Seriola lalandi is a pelagic marine species with high market demand national and internationally. However the larval survival in culture is low, which is attributed, among other factors, to the low quality of the larvae. The use of probiotic bacteria in appropriate amounts, in the larval culture of different organisms, has shown to improve the survival of the host. Based on this background our objective was to isolate and identify the bacteria from S. lalandi microbiota that show potential probiotic characteristics. For this purpose, 46 strains were isolated from S. lalandi juveniles and larvae, identified at the molecular level by analyzing the 16S rRNA gene. The following tests were performed as well: phylogenetic, antibacterial, hemolytic, proteolytic and lipolytic. The results showed that the total isolated bacteria, 42% belong to the genus Pseudoalteromonas, and nine presented inhibitory activity against pathogenic bacteria, of these, only one was negative for hemolysis, proteolysis and lipolysis. Based on the results, it is proposed to incorporate the bacteria Pseudoalteromonas sp. as potential probiotic adding it mixed with microalgae that are fed rotifers and artemia (vectors), which are traditionally used in the larval cultures of S. lalandi. Keywords: Pseudoalteromonas sp., Seriola lalandi, larvae, probiotic, inhibition, aquaculture.

INTRODUCTION Seriola lalandi es una especie marina cuya actividad acuícola depende de la captura de juveniles del medio natural y se desarrolla principalmente en Japón, Australia y Nueva Zelanda (Moran et al., 2007a). Esta especie es migratoria y llega al norte de Chile como __________________ Corresponding editor: Sandra Bravo

juvenil y adulto, especialmente entre Antofagasta y Coquimbo, donde se localiza su mayor actividad pesquera de tipo artesanal. Entre las características que hacen atractivo su cultivo se mencionan: altas tasas de crecimiento, altos niveles de conversión alimenticia, resistencia a altas densidades de cultivo, docilidad y demanda internacional creciente (Poortenaar et al., 2001).

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Latin American Journal of Aquatic Research

La obtención de su ciclo de vida completo se ha visto limitada por su baja sobrevivencia en las etapas de cultivo, atribuida a la producción de huevos y embriones de baja calidad (Carnevali et al., 2001). Los probióticos se definen como: microorganismos vivos que administrados en cantidades adecuadas como alimento o suplemento alimenticio tienen efectos beneficiosos sobre el equilibrio microbiológico intestinal del hospedador (Sihag & Sharma, 2012; Saad et al., 2013). Hay varios estudios que indican que los probióticos, ya sea individualmente o en combinación, pueden mejorar el sistema inmunológico de los peces convirtiéndose en una alternativa válida en su larvicultura para reducir su alta mortalidad. (Dimitroglou et al., 2011). De la especificidad del probiótico, depende el aumento de beneficios sobre el hospedero. Al respecto Bhandari et al. (2010) y Klose et al. (2010) sugieren que el aislamiento de cepas nativas probióticas específicas de cada especie, favorece su establecimiento en el intestino y las interacciones con la microbiota residente. En esta microbiota se encuentran microorganismos que pueden estar cumpliendo importantes funciones para el huésped (Nayak, 2010). Estudios realizados en una amplia variedad de especies de peces, sugieren que esta microbiota puede establecerse después de la primera etapa de alimentación (Hovda et al., 2012; Navarrete et al., 2012). En consecuencia, mejorar la calidad del alimento puede mejorar la calidad nutricional de las larvas, reducir los brotes de enfermedades y mejorar el sistema inmunológico de los peces (Kim & Austin, 2006; Mohideen et al., 2010; Wang & Gu, 2010). Por otro lado, hay que considerar otros beneficios como la reducción de los costos de cultivo mediante la mejora del crecimiento y el uso eficiente del alimento (Yanbo & Zirong, 2006; Faramarzi et al., 2011; Mohapatra et al., 2012; Peterson et al., 2012). De igual forma, la aplicación de los probióticos puede conducir a mejorar la calidad del agua (Velmurugan & Rajagopal, 2009; Ngan & Phu, 2011; Nimrat et al., 2012). En base a estos antecedentes el objetivo de este trabajo fue aislar e identificar bacterias desde la microbiota asociada a larvas y juveniles de S. lalandi, y evaluar su potencialidad probiótica para su potencial uso en su cultivo larval.

de las larvas, se procesó completamente un total de 14 organismos en Stomacher (Lab-Blender 80). Para los juveniles se aislaron desde gónada, branquias, mucus y digestivo, los que fueron igualmente procesados en Stomacher. De cada muestra se tomó 1 mL, se realizaron diluciones en solución salina marina y se sembraron en extendido en medio de cultivo Tryptone Soya Agar (TSA Oxoid Ltd., Basingstoke, Hampshire, England) suplementado con 2 NaCl%. Las placas se incubaron a 20ºC por una semana y luego se aislaron las unidades formadoras de colonias (CFU) cuyo criterio se basó en la apariencia de las colonias como forma, pigmentación, elevación, superficie y borde. Las cepas obtenidas se guardaron a -80ºC en perlas criobank (copancryom).

MATERIALES Y MÉTODOS

Identificación de bacterias aisladas Desde un cultivo en triptona soya agar (TSA) se obtuvo la biomasa bacteriana de todas las cepas aisladas, se realizó las extracción de DNA genómico con el kit de extracción PowerSoil DNA MO BIO, según las instrucciones del fabricante. Luego se amplificó el gen 16S ARNr mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR, siglas en inglés) (Buffer Green 10x, MgCl225 mM, dNTPs 10 mM, 1 μM de cada oligonucleótido y 0,23 U μL-1 GoTaqADN polimerasa (promega), usando partidores universales, una primera amplificación se realizó con los partidores 27F (5`-AG AGTTTGATCCTGGCTCAG-3`) y 1542R (5`-AG GAGGTGATCCAGCCGCA-3`) previamente descritos por Brosius et al. (1981), luego se realizó tres procesos más para obtener la secuenciación completa del 16S ARNr usando los partidores 358F (5`-CCTA CGGGAGGCAGCAG-3`), 907R (5`-CCGTCAATTC CTTTRAGTTT-3`) y 1492R (5`-GGTTACCTTGTT ACGACTT-3`). La amplificación de los productos se realizó en un termociclador Px2 (ThermoCorporation), las condiciones de PCR fueron 5 min a 94ºC y luego 30 ciclos de 45 s a 94ºC, 45 s a 55ºC, 130 s a 72ºC y 5 min a 72ºC, los productos amplificados fueron visualizados en gel de agarosa 1%. El producto de PCR fue purificado con el kit de purificación (UltraCleanTM15 DNA, MoBio Laboratories, CA, USA) siguiendo las instrucciones del fabricante. La secuenciación de los fragmentos se realizó en Macrogen Inc., Korea. Las secuencias fueron analizadas usando el programa Chromas Pro y Blast en GenBank (www.ncbi.nlm. nih.gov/blast/Blast.cgi) y RDP Data Base. Los alineamientos fueron realizados con Chromas Pro y la secuencia fue comparada con aquellas que se encontraron disponibles en la base de datos.

Aislamiento de bacterias Se realizaron aislamientos de cepas bacterianas desde larvas (9 cm de longitud y 6 g peso) y juveniles (26 cm de longitud y 177 g peso). Debido al pequeño tamaño

Análisis filogenético Se realizó un análisis filogenético a todas las cepas aisladas, usando la aplicación de modelos (find DNA best model) del programa MEGA6 (Molecula

Pseudoalteromonas sp. potencial probiótico de peces

Evolutionary Genetics Analysis) (Kumar et al., 2001). Las relaciones de similitud entre las secuencias de genes 16S de cada bacteria se visualizaron con la herramienta de Phylogeny de Biedit para la construcción del árbol filogenético con un valor de bootstrap de 1000. Pruebas de inhibición bacteriana Los ensayos de inhibición se realizaron mediante el método de “doble capa” (Dopazo et al., 1988) a las 46 cepas identificadas, inoculando 10 µL (7,1x104 cél mL-1) de cada cepa aisladas desde S. lalandi desde un cultivo de 18 h, en el centro de una placa petri con medio Mueller-Hinton (Difco) suplementado con 2% de cloruro de sodio (NaCl), y se incubó a 20°C por 48 h. Después de este tiempo, la macrocolonia formada se sometió a vapores de cloroformo por 45 min. Posteriormente, se agregó una segunda capa de agar semisólido previamente inoculada con la bacteria patógena Vibrio cholerae, Yersinia ruckeri, Enterococcus faecalis, Enterobacter cloacae, Klebsiella sp., Vibrio anguilarum, a una concentración de 2x104 cél mL-1, los patógenos se usaron en forma independiente. Los cultivos fueron incubados a 20°C por 48 h. La presencia de un halo de inhibición definido alrededor de la macrocolonia fue considerada como actividad antibacteriana. El estudio se realizó en triplicado y el grado de inhibición se determinó midiendo el diámetro del halo, considerando como inhibición los valores mayores a 5 mm, según Leyton & Riquelme. (2010). Como control negativo se evaluó el efecto del cloroformo, inoculando la bacteria patógena sin el inóculo de la bacteria antagonista. Pruebas enzimáticas Se efectuaron las siguientes pruebas enzimáticas a todas las cepas que presentaron actividad inhibitoria contra bacterias patógenas: a) Prueba hemolisis: La actividad hemolítica se determinó inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde S. lalandi en el centro de placas agar sangre, la actividad hemolítica se observó entre las 24 y 48 h de incubación y el criterio usado para considerarlos positivos fue la presencia de un halo alrededor del inóculo bacteriano que indica lisis de eritrocitos en la sangre. Las cepas se identificaron como α-hemolisis, βhemolisis y γ-hemolisis (Rodríguez, 2009). b) Prueba de lipasa: La actividad lipasa se determinó inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde S. lalandi en el centro de las placas con medio de cultivo triptona soja agar con 1% (v/v) de tween 80 y 1% (v/v) de tween 20% y 0.001% (p/v) de cloruro de calcio. La actividad lipolítica se observó a las 24 y 48 h de incubación. Para

783

una reacción positiva se consideró la formación de un halo de precipitación alrededor de la colonia formado por cristales de calcio que indica la degradación de lípidos (Sierra, 1957). c) Prueba de proteasa: La actividad proteasa se determinó inoculando 10 µL de las cepas aisladas desde S. lalandi en el centro de las placas con medio de cultivo triptona soja agar suplementado con 1% v/v de leche descremada. La actividad proteolítica se observó entre las 24 y 48 h de incubación. Para una reacción positiva se consideró la aparición de un halo con precipitado alrededor de la colonia (Cowan & Steel, 1993). RESULTADOS Bacterias aisladas desde S. lalandi Se aisló un total de 46 cepas bacterianas, de las cuales se observó que el género dominante correspondió a Pseudoalteromonas con un 47% (22 cepas), respecto al total de aislados. Además, se observó una variedad de otros 9 géneros bacterianos pertenecientes a Enterobacter (15%), Klebsiella (13%), Pseudomonas (7%), Photobacterium (4%), Staphylococcus (4%), Vibrio (4%), Alcanivorax (2%), Bacillus (2%) y Zooshikella (2%). Identificación de bacterias aisladas Las secuencias obtenidas fueron editadas y ensambladas utilizando el programa Chromas Pro. Se realizó un blast en GenBank y RDP Data Base, y se compararon con las disponibles en estas bases de datos, seleccionando las que tuvieron un porcentaje de similitud >85% (Tabla 1). Análisis filogenético Para identificar las relaciones evolutivas y similitudes entre las especies aisladas desde S. lalandi se realizó el análisis filogenético a las 46 secuencias obtenidas, compuestas por una longitud entre 1000 y 1300 pb del 16S RNAr. Para verificar su ascendencia en común, se utilizó el Programa MEGA 6 para el alineamiento y análisis filogenético. Los resultados filogenéticos demostraron que las cepas aisladas e identificadas como Pseudoalteromonas sp. (SLP: 23, 17, 29, 39, 32, 14, 19, 45, 4, 49, 58, 46, 48, 51, 42, 28, 5, 36, 37, 44, 50, 35) forman un clado con la especie Pseudoalteromonas sp. encontradas en la base de datos. Esta similitud refuerza que estas cepas bacterianas son Pseudoalteromonas sp. (Fig. 1). Pruebas de inhibición bacteriana Los resultados de inhibición demostraron que 10 cepas aisladas desde S. lalandi presentaron inhibición mayor a 15 mm contra bacterias patógenas, las cuales prove-

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Tabla 1. Identificación de bacterias aisladas desde Seriola lalandi a través de GenBank & RDP Data Base.

Nº Strain 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

SLP 1 SLP 4 SLP 5 SLP 6 SLP 8 SLP 9 SLP 10 SLP 11 SLP 12 SLP 13 SLP 14 SLP 15 SLP 16 SLP 17 SLP 19 SLP 21 SLP 22 SLP 23 SLP 25 SLP 27 SLP 28 SLP 29 SLP 30 SLP 31 SLP 32 SLP 33 SLP 34 SLP 35 SLP 36 SLP 37 SLP 38 SLP 39 SLP 40 SLP 42 SLP 44 SLP 45 SLP 46 SLP 48 SLP 49 SLP 50 SLP 51 SLP 52 SLP 53 SLP 57 SLP 58 SLP 59

Closest relative in GenBank & RD Database

% similitud

Pseudoalteromonas sp. (4221175) Photobacterium sp. (2301304) Pseudoalteromonas sp. (3289848) Pseudoalteromonas sp. (483980) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (388266) Enterobacter cloacae (1264371) Pseudoalteromonas sp. (483980) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Enterobacter cloacae (NR028912) Enterobacter cloacae (NR028912) Pseudoalteromonas sp. (483946) Alcanivorax dieselolei (NR043106) Enterobacter cloacae (NR028912) Staphylococcus sp. (483980) Klebsiella pneumoniae (NR036794) Pseudoalteromonas sp. (619957) Enterobacter cloacae (NR028912) Pseudoalteromonas sp. (NR044803) Pseudoalteromonas sp. (483980) Enterobacter cloacae (NR028912) Pseudomonas cissicola (NR044803) Staphylococcus sp. (619957) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Enterobacter cloacae (NR028912) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Photobacterium damselae (NR040831) Pseudomonas sp. (464935) Pseudomonas sp. (464935) Vibrio pomeroyi (NR025547) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Pseudoalteromonas sp. (483980) Bacillus pumilus (NR043242) Zooshikella ganghwensis (NR025668) Vibrio sp. (1795478) Pseudoalteromonas sp. (483980)

100 100 100 100 99 99 99 100 100 100 99 100 99 99 99 100 99 100 99 100 100 100 100 100 100 100 99 100 100 100 100 99 100 100 100 100 99 100 100 100 100 88 93 99 100 97

nían de branquias, gónada, digestivo, mucus y larvas (Tabla 2). La cepa que presentó un mayor halo de inhibición representativo fue SLP 1 con 35 mm.

Pruebas enzimáticas Los resultados de hemolisis demostraron que 8 cepas presentaron capacidad para hemolizar glóbulos rojos de la sangre. Siendo la cepa SLP 1 la única que no generó

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80 5

Figura 1. Árbol filogenético basado en secuencias de 16S RNAr de la microbiota aislada desde Seriola lalandi realizado con una repetición de 1000 veces. Los números representan las secuencias aisladas y los nombres fueron identificados a través de blast.

hemolisis (Tabla 3), así como también la única que fue negativa para los análisis de proteolisis y lipolisis. DISCUSIÓN El mar, que abarca más del 70% de la superficie del planeta, contiene una excepcional diversidad biológica que representa más del 95% de la biosfera (Spizek et al., 2010). Por lo tanto, constituye una piscina infinita de diversidad microbiana, lo que representa una valiosa fuente de recursos para la biotecnología (Fenical & Jensen, 2006). Durante las últimas décadas, los microorganismos marinos y en particular las bacterias, han demostrado su potencialidad en la producción de antimicrobianos (Berdy, 2005). Debido a la persistente problemática de la presencia de microorganismos patógenos en los sistemas de cultivos, existe la necesidad urgente de buscar nuevos agentes antimi-

crobianos y nuevas estrategias para contrarrestar los microrganismos. La información disponible sobre la composición de la microbiota del género Seriola, es escasa y existen algunos estudios de la microbiota de Seriola quinqueradiata reportada por Sakata et al. (1978), quienes con métodos de cultivo clásicos encontraron que el tracto gastrointestinal se compone principalmente de Vibrio spp., así como géneros de Proteobacteria y Pseudomonas. Aguilera et al. (2013) describen la población bacteriana cultivable asociada al tracto intestinal de S. lalandi, identificando un total de 16 géneros aislados, donde Pseudomonas, Vibrio y Staphylococcus fueron predominantes. En el presente estudio se observó que los aislados de S. lalandi correspondieron a: Pseudoalteromonas, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Photobacterium, Staphylococcus, Vibrio, Alcanivorax y Bacillus. En otras especies de peces como Epinephelus alexandrinus y Dicentrachus

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Tabla 2. Actividad inhibidora de las cepas bacterianas aisladas desde Seriola lalandi. Patógeno Yersinia ruckeri

Vibrio cholerae Vibrio anguilarum Enterobacter cloacae Enterococcus feacalis Klebsiella sp.

Bacteria SLP 1 SLP 13 SLP 9 SLP 13 SLP 14 SLP 45 SLP 23 SLP 40 SLP 46 SLP 49

Especie Pseudoalteromonas sp. Pseudoalteromonas sp. Klebsiella pneumoniae Pseudoalteromonas sp. Pseudoalteromonas sp. Photobacterium damselae Enterobacter cloacae Pseudoalteromonas sp. Pseudomonas sp. Vibrio pomeroyi

Halo de inhibición(mm) 35 30 20 20 20 16 26 25 20 20

Origen Juveniles (digestivo) Juveniles (digestivo) Juveniles (digestivo) Juveniles (digestivo) Juveniles (digestivo) Larvas Juveniles (mucus) Larvas Larvas Larvas

Tabla 3. Actividad enzimática de las cepas aisladas desde Seriola lalandi. Bacteria

Especie

SLP 1 SLP 13 SLP 9 SLP 14 SLP 45 SLP 23 SLP 40 SLP 46 SLP 49

Pseudoalteromonas sp. Pseudoalteromonas sp. Klebsiella pneumoniae Enterobacter cloacae Photobacterium damselae Enterobacter cloacae Pseudoalteromonas sp. Pseudomonas sp. Vibrio pomeroyi

labrax se aislaron cepas como Enterobacter aerogenes, Klesiella sp., Klebsiella peumoniae, Enterobacter cloacae y Klebsiella ozanae (Nawaz et al., 2012). Al respecto, la presencia de los géneros Klebsiella y Enteobacter en S. lalandi, indica que estos géneros bacterianos también son comunes en otras especies de peces. Además, se encontró que de las 46 cepas bacterianas identificadas 9 presentaron actividad inhibidora contra bacterias que han sido señaladas como patógenos de diferentes organismos como: Vibrio cholerae (Peters et al., 2015), Yersinia ruckeri (Austin & Austin, 2007), Enterococcus faecalis (Dufourcq et al., 2013), Enterobacter cloacae (Keller et al., 1998), Klebsiella sp. (Echeverri et al., 2010) y Vibrio anguilarum (ProlGarcía & Pintado, 2013.). De estos resultados se concluye que del total de los aislados, el 17% posee actividad antimicrobiana contra los patógenos estudiados, siendo la cepa SLP 1 (Pseudoalteromonas sp.) la bacteria que presentó los mejores resultados de inhibición. La identificación del nombre de la especie de la cepa SLP 1 como Pseudoalteromonas sp. coincide con los resultados obtenidos en los análisis filogenéticos. Al respecto, se ha señalado la actividad benéfica de Pseudoalteromonas sp. en otros estudios (Gram et al.,

Hemolisis

Lipolisis

Proteolisis

Hemolisis γ Hemolisis α Hemolisis α Hemolisis α Hemolisis β Hemolisis α Hemolisis β Hemolisis α Hemolisis β

Negativo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo

Negativo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo

2010), como uso de probióticos en peces (Sherman et al., 2005), inhibidor del patógeno V. harveyi (Morya et al., 2014), probióticos en moluscos (Kesarcodi-Watson et al., 2014) y en crustáceos (Pham et al., 2014). También, varios autores han demostrado que las bacterias marinas del género Pseudoalteromonas son productoras de metabolitos con actividad biológica como enzimas extracelulares, polímeros, péptidos, antivirales, sustancias y proteínas de bajo y alto peso molecular con actividades antimicrobianas (Bowman, 2007; Thomas et al., 2008; López et al., 2012). Además, Longeon et al. (2004) indican que la proteína P-153 secretada por Pseudoalteromonas sp. X153 muestra buena actividad inhibitoria frente a cepas patógenas humanas. Dufourcq et al. (2013) también encontraron que Pseudoalteromonas sp. es inhibidora del patógeno E. feacalis. La cepa SLP 1 (Pseudoalteromonas sp.) también resultó negativa a las pruebas enzimáticas de hemolisis, proteolisis y lipolisis. Al no tener actividad hemolítica y no destruir los glóbulos rojos, no actuaría como una especie virulenta o patógena en el hospedador. Al respecto, Bravo et al. (2009) señalan que la actividad hemolítica es producida por la acción de una enzima llamada hemolisina que lisa los eritrocitos de la sangre, y que esta propiedad es indeseable según los criterios

Pseudoalteromonas sp. potencial probiótico de peces

de selección para una cepa probiótica. De acuerdo a esto, Neu et al. (2014) discuten igualmente que la aplicación de probióticos requiere que no cause efectos secundarios, tales como toxicidad en organismos eucariotas. Al respecto, Ma et al. (2014) encontraron que Pseudoalteromonas sp. complementada en la dieta del pepino de mar Apostichopus japonicus, mejora la actividad enzimática digestiva y estimula la respuesta inmune mejorando la resistencia a la infección de Vibrio splendidus. Las bacterias probióticas pueden ser una buena alternativa para evitar el uso de antibióticos. Además, pueden proporcionar beneficios para el huésped a través de la modulación directa o indirecta de la microbiota intestinal, mejorando el sistema inmune y el crecimiento, proporcionando una mejor resistencia a enfermedades (Merrifield et al., 2010a). Autores, como Bhandari et al. (2008) y Klose et al. (2010) sugieren que el aislamiento de probióticos nativos de cada especie de interés favorecería su establecimiento en el intestino y las interacciones con la microbiota residente. Estos antecedentes indican que Pseudoalteromonas sp. aislada en este trabajo podría ser utilizada como probiótico en la fase larval del cultivo de S. lalandi, ya que fue aislada de esta misma especie. Una alternativa es adicionarla en el alimento vivo de las larvas como rotíferos y artemias, actuando como vector del probiótico. Además, este potencial probiótico presentó actividad inhibidora contra patógenos, no es una especie hemolítica por lo tanto no sería una especie virulenta. Finalmente, esta cepa SLP 1 podría ser una buena candidata para ser utilizada en etapas larvales, más aun cuando Pseudoalteromonas sp. es una bacteria dominante en el tracto digestivo de S. lalandi. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al programa FONDEFCONICYT proyecto D10I1050 por el financiamiento de esta investigación. Así como, a los revisores anónimos y editor por sus comentarios y propuestas para mejorar este manuscrito. REFERENCES Aguilera, E., G. Yany & J. Romero. 2013. Cultivable intestinal microbiota of yellowtail juveniles (Seriola lalandi) in an aquaculture system. Lat. Am. J. Aquat. Res., 41(3): 395-403. Austin, B. & D.A. Austin. 2007. Bacterial fish pathogens: disease in farmed and wild fish. Springer-Praxis, Godalming, pp. 207-217.

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 85-98, 2016Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-9

Research Article

Composición y aspectos biogeográficos del ensamble de peces de la laguna costera Las Guásimas, Sonora, México Jesús Padilla-Serrato1, Juana López-Martínez1, Jesús Rodríguez-Romero2, Daniel Lluch-Cota2 Felipe Galván-Magaña3 & Alejandro Acevedo-Cervantes4 1 Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C. (CIBNOR) P.O. Box 349, Guaymas, Sonora, C.P. 85454, México 2 Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C. (CIBNOR) P.O. Box 128, La Paz, B.C.S., C.P. 23000, México 3 Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, (CICIMAR), IPN P.O. Box 592, La Paz, Baja California Sur, C.P. 23000, México 4 Instituto Tecnológico de Guaymas (ITG), Guaymas, Sonora, C.P. 85480, México Corresponding author: Juana López-Martínez ([email protected])

RESUMEN. Se presenta la composición de especies de peces y sus aspectos biogeográficos de la Laguna Las Guásimas, localizada en el sector central del Golfo de California. Se realizaron siete campañas estacionales de muestreo y las colectas se efectuaron con tres artes de pesca: atarraya, chinchorro de línea y red de arrastre. Se observaron 95 especies representadas por 16 órdenes, 38 familias y 67 géneros. Las familias mejor representadas por su número de especies fueron: Carangidae, Sciaenidae, Haemulidae, Paralichthydae, Engraulidae y Gerreidae. Además se identificaron tres especies endémicas del Golfo de California (Micropogonias megalops, Leuresthes sardina y Pleuronichthys ocellatus). El análisis de afinidad biogeográfica mostró una alta dominancia de especies distribuidas en el Pacífico Oriental Tropical (Provincia de Cortés y Panámica) y especies transicionales entre la Provincia de California y el Pacífico Oriental Tropical (POT). Utilizando investigaciones sobre peces efectuadas anteriormente en la localidad, se realizó una comparación entre las especies previamente registradas en la localidad y las registradas en esta investigación, utilizando como indicadores la vulnerabilidad y resiliencia. Se observaron cambios en la estructura de la comunidad a lo largo de tiempo, que pudieran ser inducidos por cambios ambientales, actividades antropogénicas como la pesca y/o la dinámica del ecosistema. La mayoría de las especies que son nuevos registros (84%), mostraron vulnerabilidades de moderadas a altas, enfatizando la alta importancia de la laguna como área de crianza y protección de estas especies. Palabras clave: peces, biodiversidad, afinidad biogeográfica, Laguna Las Guásimas, Golfo de California.

Composition and biogeography of the fish assemblage associated with the coastal Las Guásimas Lagoon, Sonora, Mexico ABSTRACT. We presented the species composition and biogeography at the Las Guásimas Lagoon, located in the central portion of the Gulf of California. We perform seven sampling and the seasonal collections were made with three gear: cast nets, seine and trawl line. We recorded 95 species represented by 16 orders, 38 families and 67 genera. The families in number of species were: Carangidae, Sciaenidae, Haemulidae, Paralichthydae, Engraulidae and Gerreidae. Besides were identified three endemic species of the Gulf of California (Micropogonias megalops, Leuresthes sardina and Pleuronichthys ocellatus). Biogeographic affinity analyzes showed results that indicate a high dominance of species distributed in the Eastern Tropical Pacific (Province of Cortes and Panamic) and transitional species between the California Province and the Eastern Tropical Pacific (ETP). We use previous research on fish in the locality and make a comparison between the previously recorded species and new species observed, using as indicators of vulnerability and resilience. Changes in community structure over time, which might be induced by environmental changes, human activities such as fishing and/or ecosystem dynamics were observed. Most of the species that are new records in the coastal lagoon (84%) they showed moderate to high vulnerabilities, emphasizing the fact of the high importance of the lagoon as a nursery and protection of these species. Keywords: fish, biodiversity, biogeographic affinity, Las Guásimas Lagoon, Gulf of California.

__________________ Corresponding editor: Oscar Sosa

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INTRODUCCIÓN Las lagunas costeras son ecosistemas que se caracterizan por la gran diversidad de especies que utilizan estos sistemas en diferentes etapas de su vida, siendo primordialmente los peces los más representativos por su riqueza y abundancia (Arceo-Carranza et al., 2010), hecho que se explica por la disponibilidad de alimento, tipo de hábitat y gradientes ambientales. Castro-Aguirre et al. (1999) describen las lagunas funcionalmente como sitios donde es factible encontrar conjuntos de seres vivos en diversas fases de su vida; en especial los peces, los cuales han logrado incursionar y colonizar de manera efectiva estos ecosistemas con condiciones hidrológicas que varían de manera considerable. Existen diferentes factores que provocan cambios en la estructura y composición de las comunidades de peces, entre ellos se encuentran los gradientes latitudinales, tamaño del estuario, diversidad del hábitat, configuración de la boca de la laguna, factores físicos y químicos como salinidad y temperatura (Franca et al., 2011) y actividades humanas como asentamientos humanos y sobrepesca (Cabral et al., 2001). Sin embargo, para explicar los cambios en la composición y estructura de las comunidades de peces, los estudios faunísticos son fundamentales, ya que permiten generar conocimiento de la biodiversidad, evaluar el impacto ambiental, efectuar estudios biogeográficos y son esenciales para la administración de las pesquerías (Siqueiros-Beltrones & De la CruzAgüero, 2004; Rodríguez-Romero et al., 2008). En particular en los sistemas lagunares y estuarinos, la ictiofauna se caracteriza por presentar bajo endemismo en comparación con la ictiofauna de hábitats rocosos y coralinos, si bien la riqueza de especies es ligeramente mayor. El bajo endemismo se debe a que las especies de estos ecosistemas presentan una distribución amplia y continua (Castro-Aguirre et al., 1994). Es por ello deseable conocer, además del elenco sistemático de la laguna, la composición biogeográfica de las especies de peces que ahí habitan, ya que nos habla de potenciales cambios estacionales en la estructura de la comunidad. La laguna costera de Las Guásimas, es una zona de gran importancia económica que soporta pesquerías importantes como camarón, jaiba y diferentes especies de peces. Está caracterizada por presentar áreas de manglar y su fondo está compuesto principalmente por lodo y arena (Hernández & Arreola-Lizárraga, 2007). En este ecosistema, Yépiz-Velázquez (1990), RodríguezFélix (2010) y Ontiveros-Granillo (2011) realizaron estudios de la ictiofauna enfocados en cambios estacionales, estos trabajos se efectuaron con datos obtenidos a finales de la década de los 80’s y 90’s, esto

es, hace ya cerca de 25 años, periodo en que la laguna ha sido objeto de innumerables cambios por asentamientos humanos en sus márgenes y el mismo clima ha cambiado debido al calentamiento global, por lo cual resulta importante revisar nuevamente la composición íctica para evaluar los cambios a través del tiempo. Basados en lo anterior, se supone que la ictiofauna de la localidad presentará cambios en su composición específica y que además, las especies que ahí habitan se caracterizarán por presentar una amplia distribución. Por lo anterior, este trabajo tiene como objetivo obtener el elenco sistemático de las especies que se encuentran actualmente, para realizar un análisis comparativo entre las especies actualmente encontradas con las previamente reportadas para determinar cambios en la composición específica. MATERIALES Y MÉTODOS Área de estudio La laguna costera Las Guásimas se localiza entre 27º49’-27º55’N y 110º29’-110º40’W. Presenta un área de 51 km2 con sus dos esteros (Bachoco y Mapoli), en los límites de la boca hay dos barreras arenosas, una en la parte sur y otra en la parte norte. Entre ambas se encuentra un canal de entrada de 3,25 km de ancho a través del que mantiene comunicación permanente con el Golfo de California (Fig. 1) (Chávez-López & ÁlvarezArellano, 2006). Tiene un clima seco semidesértico con temperatura del agua mínimos de 13-14°C y máximos de 32-33°C; la salinidad presenta un intervalo anual de 36 a 42. Los sedimentos están compuestos en su mayoría por tipo arenoso-limoso y limoso, predominando las arenas en áreas con mayor circulación de agua (Villalba-Atondo et al., 1989). No existe aporte de agua dulce de manera permanente, únicamente se presentan escurrimientos durante los eventos de lluvia y la profundidad promedio es de 0,7 m (ArreolaLizárraga et al., 2003). Colecta de muestras Se realizaron siete muestreos estacionales (otoño 2010, primavera 2011, verano 2011, otoño 2011, invierno 2012, primavera 2012 y verano 2012) del ensamble de peces asociados a la Laguna Las Guásimas. En cada estación del año se efectuó un muestreo de 24 h a bordo de embarcaciones pesqueras. Para la extracción de los organismos y para obtener un mayor número de especies, se usaron tres artes de pesca comúnmente utilizados en la captura de camarón: chinchorro de línea, atarraya y red de arrastre (llamado también chango), los artes no se utilizaron en todos los muestreos a excepción del chinchorro de línea, que es el único arte que se utiliza con mayor frecuencia. Los

Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México

puntos de extracción de las muestras variaron estacionalmente, debido a que los muestreos dependieron de las actividades extractivas de los pescadores de la localidad (Fig. 1). Se recolectó el total de la muestra de los peces capturados, los cuales se colocaron en bolsas etiquetadas y se preservaron en hielo para su transporte al Laboratorio de Pesquerías del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR S.C.), donde se efectuaron los muestreos biológicos que incluyeron identificación a nivel de especie y medición de los organismos. La identificación taxonómica de las especies se realizó mediante las claves y descripciones de Jordan & Evermann (1896-1900), Meek & Hildebrand (19231928), Miller & Lea (1976), Eschmeyer et al. (1983), Fischer et al. (1995), Castro-Aguirre et al. (1999), Robertson & Allen (2015) y Frose & Pauly (2015). En el inventario de la diversidad biológica, a menudo resulta imposible registrar la totalidad de las especies presentes en un área determinada. Este es un grave problema, dado que la riqueza de especies es la principal variable descriptiva de la biodiversidad. Las curvas de acumulación de especies, en las que se representa el número de especies acumulado en el inventario frente al esfuerzo de muestreo empleado, son una potente metodología para estandarizar las estimaciones de riqueza obtenidas en distintos trabajos de inventario. Además, permiten obtener resultados más fiables en análisis posteriores y comparar inventarios en los que se han empleado distintas metodologías y/o diferentes niveles de esfuerzo (Jiménez-Valverde & Hortal, 2003). Por ello, con la finalidad de estimar el número de especies esperadas en el ecosistema a partir de un muestreo, se realizó una curva de acumulación de especies, ajustando las especies observadas por el método Mao Tao (Colwell et al. 2004) con un esfuerzo de muestreo de 52 lances de pesca, mientras que la predicción del número total de especies en el ecosistema se evaluó por medio de los métodos no paramétricos de Chao2 y Jacknife2, utilizando el programa Primer 6 (Clarke & Gorley, 2005) (Primer-E, Plymouth, UK). Con este análisis se determinó la proporción del inventario de las especies observadas, en relación al número de especies esperadas. El análisis de afinidad biogeográfica se realizó de acuerdo a Boschi (2000) y Robertson & Cramer (2009) donde la provincia Mexicana y Panámica forman una sola provincia, de tal manera que las divisiones son las siguientes: PO: Provincia Oregoniana, considerada como templada-fría que va de 48 a 36ºN; PCA: Provincia Californiana: presenta peces que se encuentran en la zona templada-cálida, cuyos límites son de 36 a 23ºN; PC: Provincia de Cortés (=sinuscaliforniana de

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Castro-Aguirre et al. 1999), que incluye el sector sur de Baja California y el sector central y sur del Golfo de California, zona templado-cálida y subtropical. En la costa este del golfo, la provincia se extiende tanto al norte de Mazatlán, Sinaloa; PP: Provincia Panámica, se extiende hacia el sur desde El Salvador hasta el sur de Mazatlán, entre 23ºN y 6ºS; POT: Pacífico Oriental Tropical, esta región incluye la costa oeste del continente americano entre 25ºN en el sector sur de Bahía Magdalena, hasta 5ºS en Cabo Blanco sector norte de Perú, en ésta se incluyen especies de amplia distribución (Fig. 2). Además, se siguió el criterio de Castro-Aguirre (1983) y Castro-Aguirre et al. (2005), para la clasificación de los conjuntos ícticos según su distribución geográfica: AN: anfiamericanas, especies con distribución a ambos lados del istmo Centroamericano, POT y Atlántico occidental; CT: circumtropicales, son las especies ícticas con amplia distribución en mares tropicales; y CO: cosmopolitas, especies que se distribuyen en mares tropicales, subtropicales y templados. Los listados faunísticos previos de peces de la localidad, se obtuvieron en los muestreos efectuados en los periodos 1985-1986 capturados con atarraya (Yépiz-Velázquez 1990), 1996-1997 y 1998-2000 capturados con atarraya (Rodríguez-Félix, 2010) y 1998-1999 capturados con red de arrastre (OntiverosGranillo, 2011). Se efectuó una comparación de las especies reportadas en estos trabajos y las registradas en el presente estudio, resaltando los nuevos registros. Para determinar las características que permitieran discriminar potenciales causas de la aparición o desaparición de especies, se obtuvo información de la vulnerabilidad y resiliencia por especie de la base de datos de Fishbase (entendiendo por vulnerabilidad la capacidad de una especie para responder y adaptarse a las nuevas condiciones de hábitat, de manera que aquellas especies que tengan una capacidad de respuesta limitada, serán las más vulnerables (McKinney, 1997) y por resiliencia la habilidad de una especie de continuar funcionando y recuperarse después de una perturbación (Brown, 2014). La vulnerabilidad se mide de acuerdo a criterios de la Sociedad Americana de Pesca (AFS) (Frose & Pauly, 2015), que determina los niveles de vulnerabilidad y resiliencia a través de un sistema experto de teoría fuzzy, que evalúa la vulnerabilidad de extinción de peces marinos basados en información demográfica, como ciclo de vida, tasa intrínseca de crecimiento poblacional, longevidad, edad de primera madurez, fecundidad y velocidad de crecimiento individual (Cheung et al., 2005). Los niveles de resiliencia se clasifican en alta, media, baja y muy baja (Dulvy et al., 2004; Cheung et al., 2005). Por lo tanto, una especie

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Figura 1. Área de estudio en la Laguna Las Guásimas, Sonora, México.

Figura 2. Provincias biogeográficas del Pacífico Este de acuerdo a Boschi (2000) y Robertson & Cramer (2009).

Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México

muy longeva, con crecimiento lento, talla de primera madurez muy grande, fecundidad baja y que éste bajo un fuerte estrés de pesca, presentará una resiliencia baja y mayor vulnerabilidad a desaparecer. RESULTADOS Se colectaron 3.769 peces en 52 lances de pesca efectuados en seis campañas de muestreo. Los ejemplares pertenecieron a 38 familias, 67 géneros y 95 especies, donde los elasmobranquios (Chondrichthyes) estuvieron representados por 2 órdenes, 4 familias, 4 géneros y 5 especies; los teleósteos (Actinopterygii) se integraron por 14 órdenes, 34 familias, 63 géneros y 90 especies (Tabla 1). El orden Perciformes fue el más diverso con 14 familias, 33 géneros y 49 especies, seguido en importancia por Pleuronectiformes (5 familias, 9 géneros y 14 especies) y Clupeiformes (2 familias, 6 géneros y 8 especies). Las familias con mayor número de especies fueron: Carangidae y Sciaenidae con 12 y 10 especies respectivamente; Gerreidae, Haemulidae, Paralichthyidae y Engraulidae aportaron 25 especies (Fig. 3). Los géneros mejor representados en número de especies fueron Caranx con cuatro especies, Anchoa, Eucinostomus y Cynoscion con tres especies. De las especies registradas, ninguna está bajo protección especial en México de acuerdo con la NOM-059SEMARNAT-2010 (SEMARNAT, 2010). Sin embargo, se obtuvieron dos especies incluidas en la lista roja de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza IUCN (2015) en la categoría de casi amenazadas: el gavilán dorado Rhinoptera steindachneri Evermann & Jenkins, 1891 y el pejerrey sardina Leuresthes sardina (Jenkins & Evermann, 1889). En el caso de R. steindachneri se incluyó en esta lista porque es una especie afectada por la pesca artesanal. Además, se desconocen datos importantes de su biología como longevidad, tasa de crecimiento, estructura poblacional y talla de madurez, presentan una productividad muy baja, ya que su gestación dura entre los 10-12 meses y tiene una sola cría, esto hace que sean susceptibles de sobre-explotación. En el caso de L. sardina que presenta un área de distribución restringida en el Alto Golfo de California y la dependencia de playas arenosas para su desove, la hace una especie vulnerable, ya que estos hábitat están bajo amenaza (IUCN Red list, 2015). El presente trabajo adiciona 37 nuevos registros de especies (Tabla 1) para la Laguna Las Guásimas, conteniendo en total 140 especies. Las tres familias con el mayor número de especies dentro de los nuevos registros fueron: Carangidae (7), Scianidae (7) y Haemulidae (4). Se identificarondas tres especies

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endémicas de la Provincia de Cortés; el chano norteño Micropogonias megalops (Gilbert, 1890), la platija ocelada Pleuronichthys ocellatus Starks & Thompson, 1910 y el pejerrey sardina Leuresthes sardina (Jenkins & Evermann, 1889). De acuerdo con los resultados del análisis de curvas de acumulación de especies, con el esfuerzo de muestreo realizado se obtuvo una riqueza de especies del 71,9% de la riqueza esperada por los métodos de Chao2 y Jacknife2 para la laguna. El valor máximo de riqueza esperada (136 especies) se obtuvo por el método Jacknife2, mientras que el valor mínimo de especies probables a encontrar (126 especies) se obtuvo por el método de Chao2 (Fig. 4). De acuerdo a la afinidad biogeográfica y distribución, se determinó una especie cosmopolita (CO) (1,05%), una anfiamericana (AN) (1,05%), una circumtropical (CT) (1,05%), tres especies exclusivas de la Provincia de Cortés (PC) (3,15%), tres especies distribuidas en la Provincia Californiana y Cortés (PCA-PC) (3,15%), tres especies que se distribuyen desde la Provincia Oregoniana, Californiana, Cortés y Panámica (PO-PCA-PC-PP) (3,15%), cuatro especies con afinidad en la Provincia Oregoniana, Californiana y Cortés (PO-PCA-PC) (4,16%) y 53 especies del Pacífico Oriental Tropical (POT) (PC-PP) (55,8%). Además, se observaron 26 especies que presentan una distribución tanto en el POT, como en la Provincia Californiana (PCA-PC-PP) (Fig. 5). Comparativamente con investigaciones previas, en la laguna estaban reportadas 45 especies que no se registraron en el presente trabajo. Se observó que el 9,1% de esas 45 especies presentaron vulnerabilidad muy alta, 13,6% vulnerabilidad alta, 54,5% vulnerabilidad moderada y 22,7% vulnerabilidad baja, esto es, el 77% de la especies que no se registraron en este trabajo eran vulnerables (Fig. 6a), mientras que el 6,8% mostró resiliencia muy baja, 15,9% resiliencia baja, 43,2% resiliencia media y 34.1% resiliencia alta (Fig. 6b). De las especies registradas en este trabajo y que no habían sido reportadas (37), el 2,7% presentó vulnerabilidad muy alta, 13,5% vulnerabilidad alta, 67,6% vulnerabilidad moderada y 16,2% vulnerabilidad baja (Fig. 6a), siendo entonces el 83,7% de las especies de moderada a baja vulnerabilidad. En cuanto a la resiliencia, el 8.3% mostró una resiliencia baja, 52,7% media y 38,9% alta (Fig. 6b). DISCUSIÓN La riqueza de especies observada (95 especies) es el mayor registro para la misma localidad comparado con Yépiz-Velázquez (1990) que reportó 31 especies, Rodríguez-Félix (2010) 79 y Ontiveros-Granillo (2011)

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Tabla 1. Composición de peces de Laguna Las Guásimas, Sonora, nuevos registros de especies y afinidad zoogeográfica. PO: Provincia Oregoniana, PCA: Provincia de California, PC: Provincia de Cortés, PP: Provincia Panámica, AN: Anfiamericanas, CT: Circumtropical, CO: Cosmopolitas. Especie Phylum Chordata Subphylum Craniata Clase Chondrichthyes Subclase Elasmobranchii Subdivision Selachii Orden Carcharhiniformes Familia Carcharhinidae Carcharhinus cerdale Gilbert in Jordan & Evermann, 1898 Subdivision Batoidea Orden Myliobatiformes Familia Urolophidae Urobatis halleri (Cooper, 1863) Urobatis maculatus Garman, 1913 Familia Gymnuridae Gymnura marmorata (Cooper, 1864) Familia Rhinopteridae Rhinoptera steindachneri Evermann & Jenkins, 1891 Clase Actinopterygii Subclase Neopterygii Division Teleostei Orden Elopiformes Familia Elopidae Elops affinis Regan, 1909 Orden Albuliformes Familia Albulidae Albula esuncula (Garman, 1899) Orden Anguiliformes Suborden Congroidei Familia Congridae Ariosoma gilberti (Ogilby, 1898) Familia Ophichthidae Ophicthus zophochir Jordan & Gilbert, 1882 Orden Clupeiformes Suborden Clupeoidei Familia Engraulidae Anchoa ischana (Jordan & Gilbert, 1882) Anchoa lucida (Jordan & Gilbert, 1882) Anchoa nasus (Kner & Steindachner, 1867) Anchovia macrolepidota (Kner, 1863) Cetengraulis mysticetus (Günther, 1867) Familia Clupeidae Harengula thrissina (Jordan & Gilbert, 1882) Lile stolifera (Jordan & Gilbert, 1882) Opisthonema libertate (Günther, 1867) Orden Siluriformes Familia Ariidae Ariopsis seemanni (Günther, 1864) Ariopsis sp. Occidentarius platypogon (Günther, 1864) Orden Aulopiformes Suborden Synodontoidei Familia Synodontidae

Nuevos registros

Afinidad biogeográfica

X

PC-PP

PCA-PC-PP PCA-PC PCA-PC-PP X

PC-PP

PCA-PC-PP

PCA-PC-PP

X

PC-PP

X

PCA-PC-PP

X X

X

X

PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PCA-PC-PP PCA-PC-PP PC-PP

PC-PP PC-PP PC-PP

Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México

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Continuación Especie Synodus lucioceps (Ayres, 1855) Synodus scituliceps Jordan & Gilbert, 1882 Orden Batrachoidiformes Familia Batrachoididae Porichthys analis Hubbs & Schultz, 1939 Porichthys notatus Girard, 1854 Orden Mugiliformes Familia Mugilidae Mugil cephalus Linnaeus, 1758 Mugil curema Valenciennes in Cuvier & Valenciennes, 1836 Orden Atheriniformes Familia Atherinopsidae Leuresthes sardina (Jenkins & Evermann, 1888) Atherinops affinis (Ayres, 1860) Orden Beloniformes Suborden Belonoidei Familia Belonidae Strongylura exilis (Girard, 1854) Orden Scorpaeniformes Suborden Scorpaenoidei Familia Scorpaenidae Scorpaena sonorae Jenkins & Evermann, 1889 Orden Perciformes Suborden Percoidei Familia Centropomidae Centropomus robalito Jordan & Gilbert, 1882 Familia Serranidae Diplectrum pacificum Meek & Hildebrand, 1925 Paralabrax maculatofasciatus (Steindachner, 1868) Familia Nematistiidae Nematistius pectoralis Gill, 1862 Familia Carangidae Carangoides otrynter Jordan & Gilbert, 1883 Caranx caballus Günther, 1868 Caranx caninus Günther, 1867 Caranx vinctus Jordan & Gilbert, 1882 Chloroscombrus orqueta Jordan & Gilbert, 1883 Oligoplites altus (Günther, 1868) Oligoplites refulgens Gilbert & Starks, 1904 Oligoplites saurus (Bloch & Schneider, 1801) Selene brevoortii (Gill, 1863) Selene peruviana (Guichenot, 1866) Trachinotus kennedyi Steindachner, 1876 Trachinotus rhodopus Gill, 1863 Familia Lutjanidae Hoplopagrus guentherii Gill, 1862 Lutjanus argentiventris (Peters, 1869) Familia Gerreidae Diapterus brevirostris (Sauvage, 1879) Eucinostomus currani Zahuranec, 1980 Eucinostomus dowii (Gill, 1863) Eucinostomus entomelas Zahuranec, 1980 Eugerres axillaris (Günther, 1864) Familia Haemulidae Haemulon maculicauda (Gill, 1862)

Nuevos registros X

X

Afinidad biogeográfica PO-PCA-PC PC-PP

PCA-PC-PP PO-PCA-PC-PP

CO CT

X X

PC PCA-PC

X

PCA-PC-PP

PC-PP

PC-PP PC-PP PCA-PC-PP X

PCA-PC-PP

X X X X

PC-PP PCA-PC-PP PCA-PC-PP PCA-PC-PP PCA-PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PCA-PC-PP PC-PP PC-PP

X

PC-PP PC-PP PC-PP PCA-PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP X

PCA-PC-PP

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Continuación Especie Haemulon sexfasciatum Gill, 1862 Haemulopsis elongatus (Steindachner, 1879) Haemulopsis nitidus (Steindachner, 1869) Orthopristis reddingi Jordan & Richardson, 1895 Pomadasys branickii (Steindachner, 1879) Pomadasys macracanthus (Günther, 1864) Pomadasys panamensis (Steindachner, 1876) Familia Polynemidae Polydactylus approximans (Lay & Bennett, 1839) Familia Sciaenidae Bairdiella icistia (Jordan & Gilbert, 1882) Cheilotrema saturnum (Girard, 1858) Cynoscion parvipinnis Ayres, 1861 Cynoscion squamipinnis (Günther, 1867) Cynoscion xanthulus Jordan & Gilbert, 1882 Larimus pacificus Jordan & Bollman, 1890 Menticirrhus panamensis (Steindachner, 1877) Micropogonias altipinnis (Günther, 1864) Micropogonias megalops (Gilbert, 1890) Umbrina analis Günther, 1868 Familia Mullidae Pseudupeneus grandisquamis (Gill, 1863) Suborden Gobioidei Familia Gobiidae Bollmannia stigmatura Gilbert, 1892 Gobionellus microdon (Gilbert, 1892) Suborden Acanthuroidei Familia Ephippidae Chaetodipterus zonatus (Girard, 1858) Suborden Scombroidei Familia Sphyraenidae Sphyraena ensis Jordan & Gilbert, 1882 Familia Scombridae Auxis thazard (Lecépède, 1800) Scomberomorus sierra Jordan & Starks in Jordan, 1895 Orden Pleuronectiformes Suborden Pleuronectoidei Familia Paralichthyidae Citharichthys fragilis Gilbert, 1890 Citharichthys gilberti Jenkins & Evermann, 1889 Cyclopsetta querna Jordan & Bollman, 1890 Etropus crossotus Jordan & Gilbert, 1882 Etropus peruvianus Hildebrand, 1946 Paralichthys woolmani Jordan & Williams, 1897 Syacium ovale (Günther, 1864) Familia Pleuronectidae Hypsopsetta guttulata (Girard, 1856) Pleuronichthys ocellatus Starks & Thompson, 1910 Familia Bothidae Bothus leopardinus (Günther, 1862) Familia Achiridae Achirus mazatlanus (Steindachner, 1869) Familia Cynoglossidae Symphurus chabanaudi Mahadeva & Munroe, 1990 Symphurus fasciolaris Gilbert, 1892

Nuevos registros X X

X

Afinidad biogeográfica PCA-PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PCA-PC-PP

X X X X X X X

PC-PP PO-PCA-PC PCA-PC PC-PP PCA-PC-PP PC-PP PC-PP PC-PP PC PC-PP PC-PP

X X

PC-PP PC-PP

PCA-PC-PP

X

PC-PP

X

PCA-PC-PP PCA-PC-PP

X

PO-PCA-PC PC-PP PC-PP AN PC-PP PCA-PC-PP PC-PP

X

PO-PCA-PC PC PC-PP PCA-PC-PP PC-PP PC-PP

Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México

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Continuación Especie Symphurus leei Jordan & Bollman, 1890 Orden Tetradontiformes Suborden Balistoidei Familia Balistidae Balistes polylepis Steindachner, 1876 Suborden Tetraodontoidei Familia Tetradontidae Sphoeroides annulatus (Jenyns, 1842)

74. También fue mayor en comparación con otras lagunas del estado de Sonora (Thomson, 1973; YépizVelázquez, 1990; Castro-Longoria et al., 1991) a excepción de Grijalva-Chon et al. (1996) que reportaron 96 especies para la laguna costera La Cruz, una especie más que en este análisis. En otras lagunas del noroeste, Rodríguez-Romero et al. (1998) y Rodríguez-Romero et al. (2011) han reportado 55 y 62 especies en Baja California Sur. Danemann & De la Cruz-Agüero (1993) reportaron 81 en Laguna San Ignacio. Posteriormente De la Cruz-Agüero & CotaGómez (1998) adicionaron 26 especies, siendo un total 107 especies reportadas para esta laguna. Las diferencias en el número de especies tienen relación con el método de extracción, ya que al utilizar un solo método se puede cometer un sesgo de selectividad del arte, por lo tanto, no se tendría bien representado el ensamble de peces en el ecosistema. Sosa-López et al. (2007) hacen mención de este sesgo y utilizaron dos artes de pesca para la captura de peces. En trabajos previos para Las Guásimas, YépizVelázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010) y Ontiveros -Granillo (2011) utilizaron un solo arte de pesca, lo cual explica la diferencia en el número de especies. Las especies observadas constituyen 10,8% de las reportadas para el Golfo de California (911 especies; Hastings et al., 2010) y 7,1% del total de especies de peces para el Pacífico Oriental Tropical (POT) (Robertson & Allen, 2002). La dominancia del orden Perciformes según el número de especies (49 especies), es un comportamiento característico de este grupo en todos los mares del mundo (Nelson, 2006). De acuerdo con Sarkar (2002) y Magurran (2004), la forma más directa de medir la biodiversidad es por medio de la riqueza. Sin embargo, la mayoría de los inventarios faunísticos son forzosamente incompletos. La imposibilidad de registrar el total de especies durante un trabajo de muestreo es un problema metodológico importante en los estudios de la biodiversidad (Jiménez-Valverde & Hortal, 2003). Por esto es altamente deseable utilizar curvas de acumulación de especies que permiten tener una

Nuevos registros X

Afinidad biogeográfica PC-PP

PO-PCA-PC-PP

PO-PCA-PC-PP

aproximación realista de probables especies a encontrar en el ecosistema y al mismo tiempo, son una medida del grado de confiabilidad del muestreo aplicado. Del 100% de las especies probables de encontrar, se obtuvo el 71,9%, este porcentaje es una relación entre estas especies obtenidas y las estimadas por los métodos de Chao2 y Jacknife2. Por lo tanto, este porcentaje mostró que faltan por encontrar más especies, por lo que es deseable aumentar el esfuerzo de muestreo, incluyendo áreas de la misma laguna tales como zonas de manglar, que comúnmente concentran alta cantidad de especies y cuyos resultados pueden jugar un papel fundamental en la riqueza. En el presente estudio, por el tipo de artes de pesca usados no se pudo obtener especies que puedan estar asociadas a estos sistemas y de acuerdo con González-Acosta et al. (2005), los peces utilizan las áreas de manglar para refugiarse, crecer y alimentarse. Además de lo anterior, es importante ampliar la estacionalidad de los muestreos. En la práctica, la medida exacta y precisa de la riqueza no es una labor sencilla (Magurran, 2004), pues el número de especies aumentará con el esfuerzo de muestreo. Aun con esta limitación, los análisis efectuados son válidos, ya que la intensidad de muestreo fue alta (52 lances y 6 muestreos estacionales), además del uso simultáneo de varios artes de pesca, ayuda a evitar el sesgo de la selectividad del arte cuando se usa solo un arte de pesca. Por otra parte, según JiménezValverde & Hortal (2003), el porcentaje mínimo de especies muestreadas para que un análisis sea válido para hacer inferencias a nivel ecosistémico, debe ser del 70% de las especies esperadas, cifra que fue superada en este trabajo (71,9%). El presente estudio muestra la comunidad de peces dominada por las familias Carangidae y Sciaenidae. Este comportamiento se asocia con el ciclo biológico de algunas especies; como es el caso de los carángidos, que en su etapa juvenil penetran a ríos y lagunas como etapa de su ciclo de vida (Castro-Aguirre et al., 1999). En cuanto a los sciaénidos se debe a las características del hábitat, ya que son más frecuentes en ambientes someros, lodosos y arenosos (Myers, 1960), caracte-

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rísticas de la laguna costera Las Guásimas (ChávezLópez & Álvarez-Arellano, 2006). Esta misma dominancia también fue observada por CastellanosGalindo et al. (2013), que encontraron el predominio de estas dos familias en ocho ambientes estuarinos con áreas de manglar del Pacífico Oriental Tropical (POT). El número de especies reportadas para Las Guásimas por Yépiz-Velázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010), Ontiveros-Granillo (2011) y este estudio, muestran el segundo mayor inventario para una laguna de la costa oriental del Golfo de California, ya que Amezcua et al. (2006) reportaron 173 especies en Santa María la Reforma, región suroriental del Golfo de California. Las especies observadas en Las Guásimas, son de fondos blandos y ambientes tropicales que utilizan la laguna con fines de protección, alimentación y crianza (Vasconcelos et al., 2011). Estas características causan diferencias en la riqueza con otras zonas del Golfo de California, debido a que un ecosistema con características diferentes juega un papel importante en la diversidad específica (Galván-Magaña et al., 2000). El área de estudio carece de hábitats rocosos y coralinos, lo cual restringe el asentamiento de especies de ambientes pedregosos, tales como blenidos, labrisómidos, y góbidos entre otros, por lo que se considera un filtro faunístico (Castro-Aguirre et al., 1995), que disminuye la riqueza de las especies. El número de especies endémicas observadas (3), como Micropogonias megalops, Pleuronichthys ocellatus (Palacios-Salgado et al., 2012) y Leuresthes sardina, es bajo si se considera que en el Golfo de California existen 92 especies endémicas (Thomson et al., 2000). Es poco probable que las especies endémicas sean recurrentes en este ecosistema, debido a que los fondos lodosos y arenosos tienen menos elementos endémicos en comparación con los fondos rocosos, observándose que las familias restringidas a estos hábitats son: Scianidae, Rhinobatidae, Urolophidae, Clupeidae, Engraulidae, Achiridae, Mugilidae, Gerreidae y Centropomidae (Castro-Aguirre et al., 1995), explicando así la dominancia de las familias Sciaenidae, Carangidae, Gerreidae y Engraulidae (Fig. 3), además las especies de estuarios presentan distribución amplia y continua (Castro-Aguirre et al., 1994). Las divisiones biogeográficas utilizadas en este estudio, siguieron lo propuesto por Briggs (1974), que el Golfo de California es una provincia independiente denominada Provincia de Cortés (equivalente a las sinus-californiana de Castro-Aguirre, 1983), debido a sus características peculiares que como consecuencia indica la formación de conjuntos ictiofaunísticos muy singulares, tanto en su origen como en su composición específica (Castro-Aguirre et al., 1995). La eliminación de los filtros faunísticos como la brecha de Sinaloa y la

Figura 3. Dominancia de las familias de peces en relación al número de especies.

Figura 4. Curva de acumulación de especies de peces observadas (riqueza observada) y curvas de riqueza de especies estimadas con los modelos no parametricos de Chao2 y Jacknife2.

Figura 5. Porcentaje de afinidad biogeográfica de los peces de laguna Las Guásimas Sonora.

de América central y la unificación de la Mexicana y Panámica se debe a lo señalado por Robertson & Cramer (2009), argumentando que algunos subconjuntos de la fauna íctica están vinculados tanto al norte con la Provincia de Cortés y al sur con la Provincia Panámica y el número de especies endémicas locales en la Provincia Mexicana son pocas, reflejando la escasez de especies endémicas locales y la presencia de especies con amplia distribución, coincidiendo con lo observado

Ensamble de peces en Laguna Las Guásimas, Sonora, México

Figura 6. Frecuencia porcentual por nivel de a) vulnerabilidad y b) resiliencia de las nuevas especies registradas en este estudio y de las especies ausentes registradas en estudios previos en la laguna Las Guásimas, Sonora.

en este trabajo, donde la proporción de especies de amplia distribución fue alta. Las tres investigaciones previas de peces en esta localidad aportan en total 107 especies, de las cuales 45 especies no se observaron en esta investigación, por lo tanto es probable que estas especies ya no frecuentan la laguna, una potencial explicación podría tener relación con cambios ambientales (De la Cruz-Agüero et al., 1994), o bien con cambios en el ecosistema derivados de actividades antropogénicas (Arellano-Martínez et al., 1996), las cuales ocasionarían cambios en el hábitat de las especies. En el caso de la laguna costera Las Guásimas, las actividades que pudieran influir son la pesca efectuada en la laguna y la acuicultura desarrollada en sus márgenes que vierte sus residuos al ecosistema. Por otra parte, durante el tiempo que transcurrió entre los muestreos efectuados por YepizVelázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010) y Ontiveros-Granillo (2011) y los aquí reportados, en los márgenes de la laguna se incrementó sustancialmente los asentamiento urbanos, específicamente de la tribu Yaqui, que por su precaria condición económica, cuenta con escasa infraestructura para el manejo de residuos urbanos. Las 45 especies obtenidas por Yépiz-Velázquez (1990), Rodríguez-Félix (2010) y Ontiveros-Granillos

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(2011), mostraron vulnerabilidades de moderadas a altas, estando por lo tanto más expuestas a perturbaciones. Queda por definir las causas de la potencial desaparición de especies en la laguna o si su ausencia es resultado de la dinámica del ecosistema, además de las características biológicas de las especies (Pessanha et al., 2003). Por otra parte, resalta el hecho de que el 84% de las especies que se reportan como nuevos registros en el área tienen vulnerabilidades moderadas a muy altas, destacando la importancia de la laguna como área de protección y crianza de estas especies vulnerables. A pesar que Las Guásimas fue decretada como sitio RAMSAR en 2008, desde su declaratoria no se han observado cambios en el control y cuidado del área que ayuden a la preservación de las especies que dieron origen a la declaratoria (aves y manglares, entre otros), hecho que se traduciría necesariamente en cuidado al ecosistema completo, lo cual pudo coadyuvar a reducir la abundancia de las especies que no aparecieron en los muestreos. La proporción de especies con mayor vulnerabilidad y baja resiliencia en trabajos previos influyó en que estas no se registraran en este estudio. Este comportamiento de baja resiliencia y mayor vulnerabilidad está relacionado, pues Cheung et al. (2005) mencionan que los niveles de resiliencia determinarán la vulnerabilidad de las especies, es decir que a menor resiliencia la vulnerabilidad será mayor. El mayor porcentaje de especies observadas en esta investigación fueron de distribución amplia, con escaso endemismo, coincidiendo con Castro-Aguirre et al. (2005) quienes mencionan que las lagunas costeras son zonas no propicias para el endemismo debido a que son sistemas altamente variables ambientalmente. AGRADECIMIENTOS Esta investigación fue financiada por el proyecto de Ciencia Básica CONACYT CB-2008-01-000000 000106787 y el proyecto SEMARNAT-CONACYT 249458. Jesús Padilla es becario CONACYT. A Eloísa Herrera Valdivia del Laboratorio de Pesquería del CIBNOR Guaymas, donde fueron analizadas las muestras. FGM agradece al Instituto Politécnico Nacional por el apoyo de becas de investigador (COFAA, EDI). REFERENCIAS Amezcua, F., J. Madrid-Vera & H. Aguirre-Villaseñor. 2006. Efecto de la pesca artesanal de camarón sobre la ictiofauna en el sistema lagunar de Santa María la Reforma, suroeste del Golfo de California. Cienc. Mar., 32(1B): 97-109.

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Received: 1 September 2014; Accepted: 10 November 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 99-112, 2016Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-10

Research Article

Crecimiento, supervivencia e influencia de factores ambientales en tres cohortes de la ostra perla Pinctada imbricata, en cultivo suspendido en el Golfo de Cariaco, Venezuela Eileen Pérez1,2, César Lodeiros2,3, Dulce Semidey2, Eduardo Uribe4 & Luis Freites2 1 Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas, Nueva Esparta Ministerio del Poder Popular para la Agricultura y Tierras, Porlamar, Venezuela 2 Laboratorio de Acuicultura, Instituto Oceanográfico de Venezuela Universidad de Oriente, Cumaná, Venezuela 3 Escuela Superior Politécnica del Litoral, Centro Nacional de Acuicultura e Investigaciones Marinas Guayaquil, Ecuador 4 Departamento de Acuicultura, Universidad Católica del Norte, Sede Coquimbo, Chile Corresponding author: César Lodeiros ([email protected])

RESUMEN. Se evaluó el crecimiento y supervivencia de ejemplares de la ostra perla Pinctada imbricata (semillas de 16-24 mm de longitud antero-posterior de la concha) pertenecientes a tres cohortes (CI, CII y CIII) durante tres períodos ambientales diferentes, en cultivo suspendido en el Golfo de Cariaco, Venezuela. Los cultivos se realizaron en cestas japonesas suspendidas en una línea a 2-3 m de profundidad. La CI fue cultivada de octubre 2007 a abril 2008 (comprende periodos de surgencia y relajación), la CII de junio 2008 a febrero 2009 (dominado por la relajación de la surgencia costera) y la CIII de febrero a julio 2009 (dominado por surgencia costera). Mensualmente se registró el número de gasterópodos del género Cymatium reclutados en las cestas, longitud de la concha, supervivencia de las ostras, masa de la concha, músculo, resto de tejidos y organismos incrustantes (fouling) en las conchas. La temperatura del agua se registró continuamente, mientras que la salinidad, clorofila-a, seston y oxígeno disuelto fue quincenalmente. Los resultados sugieren que las variables que afectaron significativamente la tasa de crecimiento, fueron la temperatura y disponibilidad de alimento, mientras que la disminución de la supervivencia se asoció a la incidencia de Cymatium spp. Las mayores tasas de crecimiento y supervivencia se observaron en los ejemplares cultivados en el periodo de surgencia costera (CIII), caracterizado por alta disponibilidad fitoplanctónica y baja temperatura. Palabras clave: cultivo de bivalvos, temperatura, fitoplancton, surgencia costera, Cymatium, Mar Caribe.

Growth, survival and environmental effects on three cohorts of the pearl oyster Pinctada imbricata, under suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela ABSTRACT. The growth and survival of individuals of the pearl oyster Pinctada imbricata (spats of 16-24 mm antero-posterior shell length) belonging to three different cohorts (CI, CII and CIII) were evaluated in suspended culture at Cariaco Gulf, Venezuela, during three contrasting environmental periods. The cultures were made in pearl nets suspended at 2-3 m from a long line. Cohort CI was cultured from October 2007 to April 2008 (covering the period of stratification and upwelling waters of the area), the CII from June 2008 to February 2009 (dominated by the remission of the coastal upwelling and the start of the same) and the CIII from February 2009 to July 2009 (coastal upwelling period). Monthly determinations included the number of gastropods of the genus Cymatium spp., recruited in the culture baskets, shell length, oyster survival, and mass of the shell, muscle and other tissues, as well as, the fouling mass on the shells. Water temperature was continuously recorded, while salinity, chlorophyll, and dissolved oxygen seston biweekly. Results obtained from the different cohorts studied suggest that the variables that significantly affect growth rates were temperature and food availability, whereas the survival rate was inversely associated with incidence of Cymatium spp. The highest rates of growth and survival were observed in individuals of P. imbricata that were grown in the influenced by coastal upwelling period (CIII). This evidence suggests that at this period characterized by higher availability of phytoplanktonic food and low temperatures is the most suitable for the cultivation of the P. imbricata in the southeastern Caribbean. Keywords: bivalve culture, temperature, coastal upwelling, temperature, phytoplankton, Cymatium, Caribbean Sea.

____________________ Corresponding editor: Sergio Palma

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INTRODUCCIÓN Desde tiempos de la conquista de América la ostra perla Pinctada imbricata (Röding, 1798) constituyó un recurso marino que fue objeto de desmedida extracción para la obtención de perlas, lo cual provocó el agotamiento de la mayoría de los bancos naturales del Mar Caribe (Cervigón, 1997). Este recurso fue explotado para la obtención de perlas hasta mediados del siglo pasado, cuando el interés cambió para el consumo de su carne. En la actualidad, en algunas comunidades de la zona costera de Venezuela (oriente y occidente) el recurso representa cierta importancia socioeconómica como sustento, por cuanto su producción anual alcanza a 800 ton, provenientes principalmente del banco de Isla de Cubagua, Estado Nueva Esparta que presenta signos de sobrexplotación y desplazamiento por colonización de la pepitona Arca zebra (Lodeiros & Prieto, 2013). Pinctada imbricata es una de las especies con mayor interés para su cultivo en el Caribe (Lovatelli & Sarkis, 2011), particularmente en Colombia y Venezuela, donde algunos estudios muestran su factibilidad bioló-gica para lograrlo (Velasco et al., 2008; Lodeiros & Freites, 2008). El cultivo a mediana escala podría ser sustentado con semillas y juveniles recolectados a partir de sustratos artificiales, donde se ha observado reclutamientos de cierta importancia (Jiménez et al., 2000). No obstante, para una producción masiva se necesita la obtención de semillas con reproducción inducida en condiciones controladas. En cualquiera de los casos, la optimización del crecimiento en condiciones de cultivo exterior es clave para la producción sostenida de esta especie (Lodeiros et al., 2011; Lodeiros & Prieto, 2013). El bivalvo P. imbricata es dioico, con individuos protándricos, su reproducción es asincrónica con actividad durante casi todo el año (Marcano, 2005; León et al., 1987). En el Caribe los porcentajes mayores de individuos maduros se han observado en los períodos de marzo-abril y de junio-septiembre, mientras que los períodos de mayor intensidad de desove ocurren en mayo-junio, septiembre-octubre y diciembrefebrero. Por lo tanto, se considera que es una especie con una estrategia reproductiva oportunista o conservadora, dependiendo de la disponi-bilidad trófica, característica de varias especies de bivalvos tropicales (Freites et al., 2014). Uno de los principales problemas que han enfrentado los estudios para determinar la factibilidad biológica del cultivo de varias especies de bivalvos en el Mar Caribe, ha sido la incidencia de algunas especies de gasterópodos depredadores de la familia Rannellidae (= Cymatidae), que han causado importantes mortalida-

des en bivalvos cultivados, como Euvola ziczac (Freites et al., 2000), Pinna carnea (Narváez et al., 2000; Velasco & Borrero, 2004), Crassostrea rhizophorae (Núñez et al., 2010; Malavé et al., 2012b) y Pinctada imbricata (Lodeiros et al., 2002; Semiday et al., 2010; Malavé et al., 2012a). Esto se debe a que algunas especies de la familia Ranellidae presentan una etapa planctónica en su desarrollo temprano, característica que les permite acceder a las cestas de cultivo suspendidas en la columna de agua, desarrollando allí su capacidad depredadora (Malavé et al., 2012a). De manera general, se tiene establecido que los mares tropicales, como el Mar Caribe, son sistemas oligotróficos. No obstante, en algunas zonas costeras donde existe un aporte orgánico y nutrientes provenientes de descargas de ríos o procesos de surgencia costera asociados a los vientos alisios, producen un aumento en la producción, como sucede en el noreste venezolano (Miloslavich & Klein, 2008), alcanzando valores >231 mg C m-2 (Mandelli & Ferráz-Reyes, 1982). Durante el periodo de surgencia que domina la primera mitad del año (enero-julio), la temperatura varía de 21-25ºC y el fitoplancton es muy superficial, con mayor densidad en los primeros 20 m y máximos de 300 cel mL-l, pero en ocasiones se han registrado hasta 2600 cel mL-l, siendo los máximos de clorofila-a superficial de 8 µg L-1 (Varela et al., 2003). En contraste, el periodo de relajación de la surgencia costera (agosto-noviembre), se caracteriza por la estratificación de la columna de agua, baja productividad primaria y altas temperaturas (26-29ºC) (Mandelli & Ferráz, 1982; Ferráz-Reyes, 1989). Debido a la variabilidad ambiental que ocurre en el sureste del Caribe, los procesos fisiológicos de muchos invertebrados marinos se ven afectados, en particular los moluscos bivalvos (Lodeiros & Himmelman, 1994, 2000). Por lo tanto, se puede esperar que las cohortes de P. imbricata reclutadas en diferentes periodos del año estarían influenciadas de distinta manera por los parámetros ambientales que modulan el crecimiento de los moluscos bivalvos, como temperatura y disponibilidad trófica. En el presente estudio se evaluó el crecimiento y supervivencia de tres cohortes de la ostra perla P. imbricata cultivadas en periodos con condiciones ambientales contrastantes. MATERIALES Y MÉTODOS Las semillas de P. imbricata se recolectaron manualmente de diferentes mallas de remplazo que fueron colocadas como parte del mantenimiento de jaulas de cultivo experimental de peces, instaladas en la bahía de Charagato, Isla de Cubagua, Venezuela, en tres periodos diferentes del año (10 octubre 2007, 16 junio

Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido

2008 y 27 febrero 2009), en que se establecieron tres cohortes experimentales (CI, CII y CIII). El mismo día de la colecta se transportó cada cohorte vía marítima hasta la Estación Hidrobiológica de Turpialito, Instituto Oceanográfico de Venezuela, Universidad de Oriente, Estado de Sucre, para establecer el cultivo en la ensenada de Turpialito, Golfo de Cariaco (10º26’56”N, 64º02’00”W). Antes del inicio de cada bioensayo, las semillas de las diferentes cohortes se mantuvieron durante 8 días en cestas perleras japonesas (pearl nets; 35×35×40 cm) para su aclimatación. Estas cestas se suspendieron en una línea de cultivo (long line) a 2-3 m de profundidad. Posteriormente, los individuos de cada cohorte se seleccionaron por talla para obtener un grupo más homogéneo y así minimizar las diferencias al inicio de los experimentos (CI: 16,8 ± 1,96; CII: 16,9 ± 1,55 y CIII: 24,6 ± 2,24 mm de longitud de la concha). En todos los bioensayos se utilizó un criterio de siembra del 25-30% de la base de la cesta, según lo recomendado por Ventilla (1982), que para los individuos de rango de talla de 15-25 mm correspondió a 60 ind/cesta para CIII y 130 ind/cesta para CI y CII. En un total de 15 cestas por cohorte se colocaron 3900 individuos (CI y CII) y 915 individuos (CIII). La disminución de la densidad del cultivo (desdoble) se realizó mensualmente siguiendo el mismo criterio de ocupación inicial de la base de la cesta. El cultivo experimental de la CI se desarrolló de octubre 2007 a abril 2008, abarcando el final del periodo de estratificación de la columna de agua y parte del periodo de surgencia continua en la región. La CII se desarrolló de junio 2008 a febrero 2009, incluyendo el periodo completo de estratificación e inicio de surgencia costera, y la CIII el periodo de febrero-julio 2009, durante casi la totalidad del periodo de surgencia costera. Mensualmente se extrajeron tres réplicas o cestas de cada cohorte experimental. El crecimiento se determinó en una submuestra de 10 a 15 ejemplares colectados al azar en cada réplica, a los cuales se les extrajeron los epibiontes y se les midió la longitud de la concha en su eje antero-posterior máximo con un vernier digital Mitutoyo (0,01 mm de precisión). Mediante la deshidratación en una estufa a 60-70ºC por 72 h se determinó la masa seca de la concha, músculo y resto de tejido con una balanza analítica (0,0001 g de precisión). El porcentaje de ostras vivas en cada muestreo (supervivencia) se determinó en cada réplica. Los individuos muertos y muestreados fueron sustituidos por aquellos que fueron mantenidos en 10 réplicas colocadas para este fin. Estas cestas se mantuvieron en

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idénticas condiciones que las réplicas experimentales (densidad, tipo de cesta, profundidad, desdobles, etc.). Para evaluar la influencia de los parámetros ambientales sobre el crecimiento y supervivencia, se registró la temperatura de manera continua cada 30 min utilizando termógrafos electrónicos (Sealog, Vemco Ltd., Halifax, Canadá) sumergidos a 2 m, en paralelo con los cultivos. El resto de los parámetros ambientales se determinó quincenalmente. Para ello se tomaron muestras de agua por triplicado con una botella Niskin de 2 L a la profundidad del cultivo. Se utilizaron submuestras de agua para determinar el contenido de oxígeno disuelto por el método de Winkler (Strickland & Parson, 1972) y la salinidad se midió con un refractómetro Atago S/Mill: 0-100. El resto de agua de mar de cada réplica se filtró con un tamiz de 153 µm, para eliminar el macroplancton. Luego se trasladó al laboratorio en contenedores de plástico opaco de 2 L, donde se filtró al vacío con filtros Whatman GFF (0,7 µm de diámetro de poro), con un equipo Millipore. Luego se lavó el filtro con la muestra con formiato de amonio al 3% para eliminar las sales. Estos filtros fueron deshidratados a 60ºC por 24 h para determinar el seston total, orgánico e inorgánico por métodos gravimétricos. La biomasa fitoplanctónica se estimó mediante la concentración de clorofila-a, siguiendo el método espectrofotométrico (Strickland & Parson, 1972). Los organismos incrustantes definidos como los epibiontes y material depositado en la concha del bivalvo fouling, se consideraron como un factor biótico ambiental. Se retiraron mensualmente de la concha para determinar su masa seca mediante deshidratación en una estufa a 60ºC por 72 h. Además, en cada cesta de cultivo se registró el número de Cymatium spp., gasterópodos que han sido caracterizados como depredadores de bivalvos en la región (Freites et al., 2000; Malavé et al., 2012). A partir de los incrementos intermensuales en la longitud de la concha de las réplicas experimentales de cada cohorte, se determinaron los parámetros K (velocidad de crecimiento) y L∞ (longitud infinita) por el método de Fabens (1965), para determinar el parámetro de desempeño ’ (Phi prima), que integra K y L∞ en la relación de ’= log K + 2 Log L∞, utilizada como un índice de condición de crecimiento en peces e invertebrados marinos (Pauly & Munro, 1984). Tanto ’, como las tasas de crecimiento y supervivencia al final del experimento, se analizaron mediante un ANOVA simple, considerando las cohortes como factor (Zar, 1984). A las variables que presentaron diferencias significativas se aplicó un análisis a posteriori de Duncan. La normalidad y homogeneidad de varianzas fueron previamente determinadas (observación gráfica

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de la dispersión de residuales). Para estimar la condición de los organismos en las diferentes cohortes se realizaron regresiones entre la longitud de la concha y la masa de tejidos somáticos (resto de tejidos y músculo), utilizando todos los organismos. Las pendientes de cada una de las regresiones fueron contrastadas mediante las comparaciones de pendientes, siguiendo las recomendaciones en Zar (1984). Para todos los análisis y pruebas estadísticas se utilizó la probabilidad de P = 0,05. Para identificar la influencia de los parámetros ambientales sobre el crecimiento se realizó un análisis de regresión múltiple, determinando modelos descriptivos de los parámetros de crecimiento (componentes del cuerpo), expresados como la tasa de crecimiento específica en cada periodo de muestreo en función de los parámetros ambientales (variables independientes), expresados como la media en el periodo de muestreo. En este análisis se utilizaron regresiones paso a paso o “stepwise”, para cada parámetro de crecimiento, siguiendo las recomendaciones de Hair et al. (1992). Previamente, para determinar los parámetros ambientales que tuvieron mayor influencia sobre el crecimiento y biomasa de las ostras, se realizaron matrices de correlación parcial y solamente las variables significativamente correlacionadas (Pearson, P ˂ 0,05) con cada parámetro de crecimiento se utilizaron para la regresión paso a paso. RESULTADOS Dimensión de la concha La cohorte CII estuvo expuesta al periodo más extenso de cultivo (8 meses) y los individuos presentaron el menor incremento en la longitud de la concha (0,13 mm día-1), mientras que los individuos de las CI y CIII mostraron valores de 0,18 mm día-1 (6 meses de cultivo) y 0,15 mm día-1 (5 meses de cultivo). Sin embargo, estas diferencias no fueron significativas (P ˃ 0,05). Los individuos de la CII mostraron un estancamiento del crecimiento de agosto a mediados de diciembre 2008 (0,04 mm día-1), pero en los últimos dos meses de cultivo (fines de diciembre 2008-febrero 2009), el crecimiento fue progresivo, presentando incrementos mayores a los reportados en los meses anteriores (0,25 mm día-1). Contrariamente, los individuos de la CIII comenzaron su crecimiento con tasas elevadas, pero al final del periodo (mediados de mayo-julio 2009) presentaron una disminución en el incremento de la longitud (0,015 mm día -1). Los individuos de la CI crecieron de forma continua durante todo el periodo cultivo (octubre 2007-abril 2008). Al final de cada periodo de crecimiento, las cohortes CI,

CII y CIII alcanzaron tallas de 49,6 ± 3,77; 50,7 ± 2,37 y 49,1 ± 1,33 mm, respectivamente (Fig. 1). La CIII presentó el mayor índice de desempeño de crecimiento (Φʹ) con un valor medio entre las réplicas de 4,8 ± 0,07, presentando el crecimiento más rápido en longitud desde el inicio del cultivo. Este valor fue significativamente mayor (P ˂ 0,05) al de las cohortes CI y CII (4,5 ± 0,17 y 4,1 ± 0,52 mm). Masa seca de la concha y de los tejidos blandos Contrariamente a lo descrito para la longitud de la concha, las cohortes CII y CIII presentaron diferencias significativas en sus incrementos en masa (P ˂ 0,05), con valores de 0,02 y 0,04 g día-1 respectivamente. El aumento en masa de la concha de la CIII se manifestó durante todo el periodo de cultivo (Fig. 2). En forma similar a las variaciones observadas en los incrementos de longitud de la concha, se observó un menor incremento en peso de la concha en los individuos de la CII, con promedio de 0,006 g día -1 de agosto a mediados de diciembre 2008. Las ostras de la CII alcanzaron la menor masa de la concha (5,3 ± 0,68 g), respecto a las CIII y CI, con valores de 6,9 ± 0,17 y 6,3 ± 0,62 g, respectivamente. El patrón de crecimiento de la masa del resto de tejidos se correlacionó significativamente con el músculo (P ˂ 0,05; r = 0,43), durante los periodos de cultivo de las diferentes cohortes. La biomasa del resto de los tejidos y del músculo de los individuos de las diferentes cohortes (Figs. 3a-3b), mostró diferencias significativas en el incremento del crecimiento durante los tres periodos de cultivo (P ˂ 0,05). Al final del estudio, los individuos de las CI y CIII presentaron masas superiores en ambos tejidos. Así la CIII presentó los mayores valores (0,6 ± 0,04 g resto de tejidos y 0,2 ± 0,01 g músculo); seguida por la CI (0,4 ± 0,02 g resto de tejidos y 0,2 ± 0,01 g músculo), mientras que la CII presentó los menores valores (0,3 ± 0,09 g resto de tejidos y 0,1 ± 0,01 g músculo). Al evaluar la relación entre la longitud de la concha y la masa de tejidos (músculo y resto de tejidos) del total de las ostras colectadas para cada cohorte, se encontró una regresión lineal significativa (P < 0,05) y positiva en todas las relaciones. Las pendientes (b) de la relación longitud de la concha respecto a la masa de los tejidos fueron significativamente diferentes (tStudent, P ˂ 0,05) en las tres cohortes, manteniendo la relación de mayor a menor valor de CIII>CI>CII con coeficientes de 0,51; 0,28 y 0,09 respectivamente. Tasa de supervivencia La cohorte CIII tuvo una tasa de supervivencia mensual elevada con valores de 90-100%, mientras que las CI y CII presentaron una disminución de la supervivencia desde el inicio del cultivo, con aumentos en algunos

Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido

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Figura 1. Longitud del eje antero-posterior máximo de la concha de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

Figura 2. Masa seca de la concha de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

meses de estudio (Fig. 4). La CI presentó una marcada caída de la supervivencia a mediados de diciembre 2007, entre enero y mediados de febrero 2008 y marzo 2008, con el menor valor de supervivencia en marzo (26 ± 1,2%). La CII presentó una leve disminución de la supervivencia desde el inicio del cultivo en junio hasta mediados de agosto 2008 (de 100% a 82%), luego en noviembre 2008 y al final del experimento (febrero 2009), momento en que presentó los menores valores de 52 ± 5,1 y 40 ± 3,6%, respectivamente. Factores ambientales Durante los primeros meses de cultivo de la cohorte CI (octubre 2007-marzo 2008), los epibiontes se mantuvieron bajos 1,8 ± 0,76 g; pero al final del periodo

(abril 2008) se observó un aumento abrupto de 7,2 ± 2,34 g (Fig. 6). En contraste, la CII presentó valores muy bajos (1,1 ± 0,22 g) durante todo el periodo de cultivo, mientras que la CIII presentó valores intermedios, que no superaron 4,5 ± 1,34 g. Al final del experimento, todas las medias de las cohortes fueron significativamente diferentes (P < 0,05). La incidencia del gasterópodo Cymatium spp., se observó en las cestas de cultivo de todas las cohortes (Fig. 5). Durante el periodo de crecimiento de la CI, se observó una alta incidencia de Cymatium spp. (21 ind/cesta), específicamente en diciembre 2007, presentando una notable incidencia comparativamente con la CII y CIII. Después de dos meses (marzo 2008) se registraron solo 2 ind/cesta. La supervivencia de las

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Figura 3. Variabilidad en a) la masa seca del resto de tejido somático y b) músculo de las cohortes CI, CII y CIII de P. imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

Figura 4. Supervivencia de las cohortes CI, CII y CIII de Pinctada imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

ostras disminuyó notablemente en dos oportunidades, la primera, un mes después de registrado el mayor número de Cymatium spp. (enero 2008) y la segunda

durante marzo 2008, cuando se registró un nuevo aumento en el número de depredadores. Durante los periodos de cultivo de las CII y CIII se cuanti-

Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido

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Figura 5. Presencia del gasterópodo Cymatium spp. (individuos/cesta) durante los periodos de cultivo de las cohortes CI, CII y CIII de P. imbricata, cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

Figura 6. Variaciones en la masa de epibiontes fijados sobre las conchas fouling de P. imbricata, de las cohortes CI, CII y CIII cultivadas en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

ficó un máximo mensual de 2-3 ind/cesta. No obstante, a pesar de esta relativa baja incidencia de depredadores, la supervivencia de P. imbricata disminuyó de manera marcada, en presencia de éstos. La temperatura registrada durante los dos primeros meses de cultivo de la cohorte CI fue elevada (octubre y noviembre 2007), con temperaturas >28ºC (Fig. 7a), luego disminuyó gradualmente hasta mediados de mayo y abril 2008, cuando se registraron las menores temperaturas (22-23ºC). Durante el periodo de crecimiento de CII, la temperatura se mantuvo entre 25,7 y 26,4°C desde agosto a diciembre 2008, luego comenzó a descender progresivamente hasta 23,8ºC en febrero 2009. A partir de este mes, se inició el periodo de cultivo de la cohorte CIII con temperaturas bajas

(23,3-24,6ºC) hasta junio 2009 y un aumento en julio a 26,1ºC. La salinidad mostró escasa variabilidad durante los periodos de cultivo de las cohortes, manteniéndose entre 35 y 38 (Fig. 7b). La concentración de oxígeno disuelto fluctuó entre 4 y 8 mg L-1 (Fig. 7c), observándose las menores concentraciones (7 mg L-1. Los valores de clorofila-a mostraron una asociación negativa con la temperatura, durante los cuatro primeros meses del periodo de muestreo de la cohorte CI y se mantuvieron bajo 0,52 µg L-1 hasta fines de diciembre 2007. Posteriormente, en marzo aumentaron

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Figura 7. Variabilidad de a) temperatura, b) salinidad y c) concentración de oxígeno disuelto en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

hasta 1,72 µg L-1 y en abril disminuyeron a 0,75 µg L-1 (Figs. 7a-8a). Durante el periodo de crecimiento de la CII la clor-a se mantuvo baja (0,05 y 0,43 µg L-1) desde junio 2008 a enero 2009, pero a fines del cultivo (febrero 2009), se incrementó rápidamente hasta 0,72 µg L-1. Posteriormente, de febrero a abril 2009 (periodo de cultivo de la cohorte CIII), la clor-a alcanzó máximos de 1,02 µg L-1 en marzo. El seston total (orgánico e inorgánico) mostró un comportamiento variable durante el periodo de cultivo. Durante el cultivo de la CI se estimaron valores de 6 a 24 mg L-1 con máximos en noviembre 2007, febrero y abril 2008; sin embargo, mantuvo menor variabilidad con valores de 1 a 6 mg L-1 (Fig. 8b). Durante el cultivo de la CII, el seston total fluctuó de 6-28 mg L-1, mientras que el seston orgánico fue de 1 a 11 mg L -1. Durante el cultivo de la CIII se registraron los mínimos

de seston total (0,7 mg L-1) a fines de junio 2009, aunque a fines de abril se obtuvieron valores de hasta 20 mg L-1. El seston orgánico durante este periodo, no fue registrado debido a errores en la manipulación de las muestras. Relación entre los factores ambientales y los parámetros de crecimiento Los modelos desarrollados por los análisis múltiples de la variabilidad de las tasas de crecimiento provenientes de todas las cohortes, en función de las variables ambientales, indicaron que la disponibilidad de alimento (clor-a y seston total), explicó la mayor variabilidad en el crecimiento, otros factores, aunque no incluidos en todos los modelos, fueron los organismos incrustantes y la temperatura, ambos con coeficientes negativos (Tabla 1).

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Figura 8. Variabilidad de a) clorofila-a, b) seston total y orgánico en la Estación de Turpialito, Golfo de Cariaco, Estado Sucre, Venezuela.

DISCUSIÓN El incremento diario de la longitud de la concha no mostró diferencias significativas entre las cohortes estudiadas. No obstante, estas diferencias se observaron en la integración de su tasa de crecimiento y la longitud asintótica esperada de las curvas de crecimiento de estas cohortes, parámetros que fueron establecidos a través del índice de desempeño del crecimiento Φʹ. Este índice mostró comportamientos diferentes para cada cohorte, que claramente fue afectado por el momento en que se realizó la siembra y las condiciones ambientales presentes durante su cultivo. Durante el periodo de surgencia costera, se desarrollaron las condiciones más favorables debido a las bajas temperaturas y alta disponibilidad de alimento, y las menos favorables fueron en el período de estratificación de la columna debido a las mayores temperaturas y baja disponibilidad de alimento. La temperatura es uno de los factores fundamentales que influyen en las tasas fisiológicas, crecimiento y mortalidad de la ostra perlera (Yukihira et al., 2000), debido a que es una importante variable exógena que afecta el funcionamiento fisiológico de los organismos poiquilotermos (Newell & Branch, 1980, Bayne & Newel1, 1983). La relación entre el aumento de la disponibilidad de fitoplancton y el incremento en las

tasas de crecimiento ha sido observada en muchos bivalvos cultivados en aguas tropicales como el Golfo de Cariaco (Lodeiros & Himmelman, 1994; Vélez et al., 1995) y la Bahía de Mochima (Mengual et al., 2011), así como en aguas templadas (Bernard, 1983; Bayne & Newell, 1983; Griffiths & Griffiths, 1987; Thompson & MacDonald, 1991). Así, los bajos valores en la tasa de crecimiento de la masa de P. imbricata se registraron de julio a diciembre, periodo con altas temperaturas y baja disponibilidad fitoplanctónica, asociada a una estratificación en la columna de agua, sugiriendo una elevada demanda metabólica causada por las mayores temperaturas. Esta condición no pudo ser compensada por el alimento debido a su escasa disponibilidad, y en consecuencia conlleva a una menor formación de tejidos. La cohorte CIII con un Φʹ = 4,8 mostró un crecimiento de mayor desempeño debido a un prolongado desarrollo en la época de surgencia y por tanto, mayor disponibilidad trófica. La CI con un Φʹ= 4,5 mantuvo un crecimiento intermedio debido a que su desarrollo se efectuó durante el período de estratificación; no obstante, aprovechó el corto periodo de surgencia acontecida al final de su periodo experimental. En contraste, la CII presentó el menor índice (Φʹ= 4,1) como consecuencia de un crecimiento relativamente

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Tabla 1. Modelo del análisis de regresión múltiple “stepwise” que describe la relación entre la tasa de crecimiento especifica de la longitud de la concha, masa de la concha, resto de tejidos somáticos y músculo de Pinctada imbricata de todas las cohortes cultivadas y las variables ambientales. Clor-a: clorofila-a, Seston T: seston total, Temp: temperatura, r 2: coeficiente de regresión. Parámetros de crecimiento

Modelo

r2

P

Longitud de la concha Masa seca del resto de tejidos Masa seca del músculo

-0,01 + 1,93 (Clor-a) + 0,72 (incrustante) -0,37 + 2,09 (Clor-a) 8,15 - 0,47 (Seston T) - 5,02 (Temp)

22 18 27

0,010 0,007 0,003

lento debido a que esta cohorte se cultivó durante el periodo de estratificación. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Lodeiros et al. (2002) en poblaciones de cultivo y Marcano et al. (2005) en poblaciones naturales, que obtuvieron un incremento en el crecimiento de los individuos durante el periodo de surgencia costera por el aumento de fitoplancton. Además, Lodeiros & Himmelman (2000) mostraron que la concentración de clor-a fue un buen predictor del crecimiento para la cohorte del pectínido Euvola ziczac, cultivado en pleno periodo de surgencia costera en la misma zona de estudio. Las tasas de crecimiento de las cohortes de Pinctada imbricata cultivadas en el Golfo de Cariaco resultaron mayores a las de poblaciones naturales del Caribe, como la de Guamachito en la Península de Araya (Φʹ= 4,0) y la Guajira Colombiana (Φʹ= 3,8) (Urban, 2000; Marcano et al., 2005) e incluso mayores a las reportadas por Verginelli & Prieto (1991) en la población de Pariche (Φʹ= 4,0), Golfo de Cariaco. Estos resultados sugieren que las condiciones presentes en el cultivo suspendido son más favorables para el crecimiento de P. imbricata que las disponibles en condiciones naturales. Esta afirmación coincide con los resultados mostrados por Lodeiros et al. (2002) quienes señalaron un mayor crecimiento de P. imbricata en cultivo suspendido que en el fondo marino. Algunas de las disminuciones observadas en la masa de CII fueron particularmente evidentes en el resto de tejidos y en el músculo, sobre todo entre agosto-septiembre y noviembre-diciembre. Aunque en el diseño experimental no se consideró la condición reproductiva de los individuos, probablemente las variaciones observadas estuvieron relacionadas con la transferencia de reservas energéticas desde los tejidos somáticos a la producción de tejido reproductivo. Esta interpretación se basa en los resultados de Villalba (1995), que señala en el mismo periodo del año, una caída en la masa del tejido somático de P. imbricata y un incremento del tejido reproductivo, sugiriendo la transferencia de energía desde el tejido somático a la gónada, para maximizar el esfuerzo reproductivo de la

especie, durante un periodo de escasa disponibilidad trófica. El gasto energético en la actividad reproductiva, las altas temperaturas que afectarían la tasa metabólica de los individuos cultivados y la relativa escasez de alimento fitoplanctónico observado durante este periodo (agosto-noviembre), explican el escaso incremento observado en los diferentes parámetros biométricos de P. imbricata. En general, las mortalidades observadas en las diferentes cohortes se podrían atribuir, en su casi totalidad, a la depredación causada por los gasterópodos de la familia Rannellidae. Esta afirmación se basa en que solo se observaron ejemplares de Cymatium spp. en las cestas de cultivo. El gasterópodo Thais haemastoma floridana (Conrad, 1837) también ha sido observado en las cestas de cultivo en aguas del Mar Caribe, atribuyéndole mortalidades importantes (Brown & Richardson, 1988). Sin embargo, esta especie no se observó en ninguna de las cohortes estudiadas, al igual que otros invertebrados marinos, como algunos decápodos depredadores de los géneros Mythrax sp. y Pilumnus sp. (Freites et al., 2000), pero se diferencian en su acción de Cymatium porque quiebran las conchas de los bivalvos, y esto tampoco se observó en los ejemplares muertos de P. imbricata. Los gasterópodos de la familia Ranellidae, entre los cuales se encuentra el género Cymatium, representa una de las principales amenazas para el cultivo de moluscos bivalvos en el Mar Caribe, al ejercer una acción depredadora en los juveniles bajo cultivo (Freites et al., 2000; Lodeiros & Freites, 2008). En este sentido, los organismos de las cohortes CI y CII registraron los menores porcentajes de supervivencia (58 y 71% respectivamente), siendo relacionados con la presencia de Cymatium spp. En el caso de la cohorte CI, este depredador invadió las cestas de cultivo durante el inicio del periodo de surgencia afectando su supervivencia. Malavé et al. (2012a) en su estudio del reclutamiento del gasterópodo en las cestas de cultivo, obtuvo reclutas durante casi todo el año, con mayor abundancia durante el periodo de surgencia costera de febrero a julio.

Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido

En CII, el número de Cymatium spp. registrados en las cestas no fue tan elevado, pero sí suficiente como para causar mortalidades en las ostras, que probablemente se encontraban estresadas por la baja disponibilidad trófica y altas temperaturas. Freites et al. (2000) mostraron una tasa de depredación >90% en juveniles del pectínido E. ziczac ocasionada por solo 1 Cymatium/cesta. Esta alta tasa se debe al método de ataque que desarrollan estos gasterópodos, que consiste en la proyección de la probóscide que inocula una toxina que mata al bivalvo de manera casi inmediata, sin necesidad de perder tiempo en la perforación de la concha observada en otras especies de gasterópodos depredadores de bivalvos, Esta habilidad convierte a las especies de Cymatium en eficientes depredadores (Freites et al., 2000). Contrariamente, los organismos de la cohorte CIII mostraron los porcentajes mayores de supervivencia a lo largo de todo el periodo de cultivo (98%), a pesar de la presencia de los Cymatium spp. en las cestas. Esto se atribuiría a una mayor cantidad de organismos incrustantes, tales como otras especies de bivalvos o invertebrados, que también son presas de estos depredadores y que probablemente pudieron satisfacer las demandas del depredador, disminuyendo así su efecto sobre las ostras de cultivo. Otro factor que puede influir negativamente en el crecimiento y supervivencia de las ostras perleras en cultivos suspendidos son los epibiontes fijados a la concha (Alagarswami & Chellam, 1976; Mohammad 1976; Taylor et al., 1997). Según Scardino et al. (2003), P. imbricata mostró niveles de incrustantes relativamente altos bajo en condiciones de cultivo y además, su densidad se correlacionó positivamente con la edad de la concha. Estos epibiontes, como moluscos bivalvos, balanos, ascidias, briozoarios, esponjas y algunas especies de poliquetos forman verdaderas comunidades sobre las conchas y superficies de las cestas de cultivo. La mayoría son filtradores y pueden competir por partículas suspendidas con los bivalvos cultivados (Claereboudt et al., 1994). Además, los epibiones de las conchas de algunos bivalvos marinos como los pectínidos, pueden interferir con su funcionamiento vital (por ejemplo, la correcta apertura y cierre de las valvas y una tasa de filtración reducida) y en consecuencia, afectar su crecimiento (Lodeiros & Himmelman, 1996). En este estudio, los epibiontes de las conchas de P. imbricata aumentaron progresivamente en los períodos de cultivo de las cohortes CI y CIII, coincidiendo con los meses de mayor biomasa fitoplanctónica y surgencia. Sin embargo, los epibiontes no parecen haber afectado al crecimiento y sobrevivencia de los individuos de estas cohortes, que presentaron el mayor crecimiento y menor mortalidad,

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a pesar de la gran cantidad de epibiontes. Según Lodeiros (2002) la fijación o disposición vertical de P. imbricata, impide el efecto negativo de los epibiontes por causa del peso, a diferencia de otros organismos de disposición horizontal, como el pectínido Euvola ziczac. Los resultados del análisis de regresión múltiple confirman la influencia de los parámetros ambientales sobre el crecimiento de P. imbricata bajo condiciones de cultivo, particularmente la disponibilidad de alimento (clorofila-a y seston total), ya que fue la variable común en los modelos predictivos. La concentración de oxígeno disuelto y la salinidad mantuvieron escasa variación: 3-8 mg L-1 y 34-38, respectivamente. Estas concentraciones se encuentran dentro del intervalo fisiológico normal donde se desarrollan los moluscos bivalvos (Bernard, 1983; Griffiths & Griffiths, 1987; Segnini, 2003, O'Connor & Lawler, 2004), por lo tanto, esto explicaría su falta de participación significativa en la explicación de la varianza observada en las variables biométricas. Las tres cohortes estudiadas alcanzaron tallas similares de la concha y estuvieron comprendidas entre 49 y 50 mm. De éstas cabe destacar la cohorte CIII porque los individuos de P. imbricata solo necesitaron en la práctica 5 meses para alcanzar 49,1 mm de longitud. Esta tasa de crecimiento se puede considerar elevada si se considera que la CI y CII, tardaron entre 7 y 8 meses para alcanzar una talla similar. Estos resultados son similares a los determinados por Lodeiros et al. (2002) en esta misma especie, que registraron tallas máximas de 55 mm de longitud dorsoventral de la concha, en 8 meses de cultivo suspendido (junio 1998-febrero 1999). En contraste, Márquez et al. (2011) encontraron que en la Bahía de Mochima, Estado Sucre, Venezuela, los ejemplares de P. imbricata no alcanzaron tallas comerciales de 50 mm en 7 meses de cultivo, hecho que fue asociado a la baja disponibilidad trófica. Los resultados muestran que las cohortes de P. imbricata en cultivo suspendido estuvieron influenciadas por la variabilidad de los parámetros ambientales del Golfo de Cariaco, mostrando un mayor o menor crecimiento en las épocas de surgencia o relajación, respectivamente. Esto evidencia que este periodo caracterizado por una alta disponibilidad de alimento fitoplanctónico y bajas temperaturas es el más adecuado para el cultivo de esta especie. AGRADECIMIENTOS El estudio fue financiado por el Fondo Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación (FONACIT) de

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Venezuela a través del programa Misión Ciencia y el proyecto UDO-FONACIT 2011000344. Parte de la participación de C. Lodeiros se realizó durante su vinculación al Centro Nacional de Acuicultura e Investigaciones Marinas de la Escuela Superior Politecnica del Litoral, a través del Proyecto Prometo de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación de Ecuador. REFRENCIAS Alagarswami, K. & A. Chellam. 1976. On fouling and boring organisms and mortality of pearl oysters in the farm at Veppalodai, Gulf of Mannar. Indian J. Fish., 23: 10-22. Bayne, B. & R. Newell. 1983. Physiological energetic of marine mollusks. In: A. Salenium & K. Wilbur (eds.). The Mollusca. Academics Press, Nueva York, 4(1): 407-515. Bernard, F. 1983. Physiology and the mariculture of some northeastern Pacific bivalve mollusks. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci., 63: 24. Brown, K.M. & I.D. Richardson. 1988. Foraging ecology of the southern oyster drill Thais haemastoma (Gray): constraints on prey choice. J. Exper. Mar. Biol. Ecol., 114: 123-141. Cervigón, F. 1997. La perla. Fondo para el desarrollo de Nueva Esparta, Editorial Exlibris, Caracas, 137 pp. Claereboudt, M.R., D. Bureau, J. Cǒté & J.H. Himmelman. 1994. Fouling development and its effect on the growth of juvenile giant scallops (Placopecten magellanicus) in suspended culture. Aquaculture, 121: 327-342. Fabens, A. 1965. Properties and fitting of the von Bertalanffy growth curve. Growth, 29: 265-289. Ferráz-Reyes, E. 1989. Influencia de los factores físicos en la distribución vertical de la biomasa fitoplanctónica en el Golfo de Cariaco (Venezuela). Bol. Inst. Oceanogr. Univ. Oriente, 28: 47-56 Freites, L., J. Himmelman & C. Lodeiros. 2000. Impact of predation by gastropods and crabs recruiting onto culture enclosures on the survival of the scallop Euvola ziczac (L.) in suspended culture. J. Exp. Mar. Bio. Ecol., 244: 297-303. Freites, L., C. Lodeiros, D. Arrieche & A.W. Dales. 2014. Reproductive tactics of marine shellfish species from north-eastern Venezuela: ecophysiological implications. In: E. Baqueiro (ed.). Spawning: biology, sexual strategies and ecological effects. Nova Science Publications, New York, pp. 73-105. Griffiths, C. & R. Griffiths. 1987. Animal energetic. Academic Press, New York, Vol. 2, 88 pp.

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Crecimiento de Pinctada imbricata en cultivo suspendido

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Received: 9 March 2013; Accepted: 23 November 2015

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Lat. Am. J. Aquat. Res., 44(1): 113-120, 2016 Comunidad de algas en un sistema algal de alta tasa fotosintética DOI: 10.3856/vol44-issue1-fulltext-11

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Research Article

Diversidad de las comunidades de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa fotosintética para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios Antonella Sardi-Saavedra1, Enrique J. Peña-Salamanca1 Carlos A. Madera-Parra2 & Víctor A. Cerón-Hernández3 1 Departamento de Biología, Universidad del Valle, Cali, Colombia 2 Escuela EIDENAR-Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle, Cali, AA 25360, Colombia 3 Instituto Cinara, Universidad del Valle Cali, AA 25157, Colombia Corresponding author: Víctor A. Cerón ([email protected])

RESUMEN. Los sistemas algales de alta tasa fotosintética se caracterizan por la mejora en el crecimiento de la biomasa y capacidad de tratamiento de lixiviados. Las microalgas involucradas en estos sistemas son utilizadas para la biorremediación de contaminantes, y también pueden indicar cambios en el sistema acuático al presentar variaciones en la estructura y crecimiento de las comunidades. Este estudio tuvo como objetivo evaluar la diversidad de la comunidad de algas asociadas a un sistema algal de alta tasa fotosintética empleado en la biorremediación del lixiviado del relleno de San Pedro, Valle del Cauca, Colombia. Para ello se tomaron muestras biológicas y medición de parámetros físicos y químicos durante tres fases del tratamiento entre noviembre 2012 y julio 2013. Se utilizaron los índices de Shannon y Simpson para evaluar la diversidad del sistema. En total se registraron 28 especies, siendo Chilomonas insignis y Euglena sp. 1 las más abundantes. El estudio reveló variaciones tanto en abundancia como en composición de especies durante todas las fases de desarrollo del sistema. En la primera fase dominaron individuos del phylum Cryptophyta y en la segunda y tercera, individuos del phylum Euglenophyta. La dominancia de los individuos estuvo asociada a la concentración de compuestos orgánicos y nutrientes en el agua. Los índices mostraron una baja diversidad (entre 0 y 2), siendo la segunda fase el momento de mayor diversidad (H’ = 1,77). Finalmente, el conocimiento de la estructura y dinámica del fitoplancton es clave para el mantenimiento y desempeño de este sistema. Palabras clave: fitoplancton, composición, diversidad, eutroficación, biorremediación.

Diversity of algal communities associated with a photosynthetic high rate algal system for bioremediation landfill leachate ABSTRACT. The photosynthetic high rate algal systems are characterized by improved growth in biomass and leachate treatment capacity. Microalgae involved in these systems are used for bioremediation of pollutants and can also indicate changes in the aquatic system by displaying variations in the structure, function and growth of communities. This study aimed to appraise the structure and dynamics of the community of microalgae associated with a high rate algal system used in bioremediation landfill leachate of San Pedro, Valle del Cauca, Colombia. Biological sample sand measuring physical and chemical parameters were taken during three phases of treatment between November 2012 and July 2013. Shannon and Simpson indices were used to assess the diversity of the system. A total of 28 especies were recorded, with Chilomonas insignis and Euglena sp. 1 as the most abundant. The study revealed variations in abundance and species composition during all phases of the system development. The first phase was dominated by Cryptophyta and the second and third phases were dominated by Euglenophyta. The dominance of organisms was associated with organics and nutrients concentration in the water. The indices showed a low diversity (between 0 and 2) due to high levels of eutrophication, the second phase was the moment of greatest diversity (H' = 1.77). Finally, knowledge of the structure and dynamics of phytoplankton is the key to maintenance and performance of this system. Keywords: phytoplankton, composition, diversity, eutrophication, bioremediation.

__________________ Corresponding editor: Erich Rudolph

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INTRODUCCIÓN Los lixiviados de relleno sanitario son un agua residual compleja generados debido a la percolación de las aguas de lluvias a través de los desechos y a las diversas reacciones bioquímicas que pueden ocurrir en el interior del relleno entre el contenido sólido y acuoso, y pueden comprender materia orgánica, nutrientes, metales pesados, compuestos recalcitrantes y xenobióticos (Renou et al., 2008). Los metales pesados, a diferencia de los contaminantes orgánicos, son persistentes en la naturaleza y dada su disposición en el suelo se podría llegar a predecir su presencia en un horizonte de más de 100 años (Obersteiner et al., 2007; De Feo & Malvano, 2009). Se ha propuesto el uso de la biorremediación como la tecnología más conveniente que utiliza individuos para la desintoxicación o eliminación de contaminantes del medio ambiente. En los últimos años, el uso de microalgas en la biorremediación ha sido de gran interés, debido a su papel central en la fijación de dióxido de carbono y al tratamiento de contaminantes, de manera simultánea (Chekroun et al., 2014; Raja et al., 2014). Por su parte, se denominan sistemas algales de alta tasa fotosintética por la mejora en el rendimiento o productividad en la biomasa y en la capacidad de tratamiento de aguas residuales, en comparación con otros sistemas como las lagunas facultativas (García et al., 2000; Valigore, 2011), ya que el tiempo de retención celular es mucho mayor que el tiempo de retención hidráulico. Las lagunas algales de alta tasa fotosintética, facilitan el tratamiento de aguas residuales, debido a la alta producción de biomasa algal y oxígeno, mediante una tasa fotosintética elevada, proporcionando un ambiente favorable para que las bacterias realicen la degradación de la materia orgánica (Pagand et al., 2000; Park & Craggs, 2010). Este tipo de sistemas se considera como un ecosistema estresado por las altas concentraciones de contaminantes y materia orgánica. Además del tratamiento biológico, la biomasa producida de algas tiene un uso potencial como alimento, biofertilizantes y biocombustible (bioetanol) y al mismo tiempo, contribuye en la captura de dióxido de carbono presente en el medio ambiente (Park & Craggs, 2011). Los individuos algales que se encuentran con frecuencia son: Desmodesmus sp., Micractinium sp., Actinastrum sp., Pediastrum sp., Dictyosphaerium sp. y Coelastrum sp. Estos suelen formar grandes colonias que sedimentan (diámetro: 50-200 μm), que permite una cosecha rentable y sencilla de la biomasa, por gravedad (García et al., 2000; Craggs et al., 2011; Park et al., 2011). Park & Craggs (2010) reportan que los individuos dominantes en la laguna de alta tasa

fotosintética durante 5 meses fueron colonias de Scenedesmus sp., Microactinium sp. y Pediastrum sp., y pocas células observadas de Ankistrodesmus sp. las que formaron bioflocos de gran tamaño (diámetro >500 mm). El objetivo de este estudio fue evaluar la diversidad de la comunidad de algas de un sistema algal de alta tasa fotosintética empleado en la biorremediación de lixiviados del relleno sanitario de San Pedro, Valle del Cauca, Colombia. MATERIALES Y MÉTODOS Área de estudio Se instaló una laguna algal de alta tasa fotosintetica en el relleno sanitario regional Presidente, localizado en el municipio de San Pedro, Valle del Cauca, Colombia (3º56’01,54”N, 76º26’26,05”W). La zona tiene una temperatura promedio de 24,3°C, precipitación de 2,3 mm día-1 y humedad exterior de 74,8% (Tabla 1). El sistema algal de alta tasa fotosintética (LALAT) (Tabla 2) recibió el efluente de un acople tecnológico compuesto por un Bioreactor Laguna Anaerobia de Alta Tasa (BLAAT®) y un Humedal subsuperficial de flujo horizontal, a escala piloto que trataban lixiviado (2 m3día-1) del relleno de Presidente. En este relleno se disponen ~490 ton día-1 de residuos sólidos, donde cerca del 77% es material orgánico y se genera entre 2 y 5 L s-1 de lixiviado (Bugaseo S.A., 2009). La laguna algal operó en tres fases diferenciadas, las cuales dependieron del proceso y operación del sistema. La primera fase del sistema consistió en dejar en batch (sin afluente y efluente) el sistema entre noviembre de 2012 e inicio de febrero de 2013 (110 días en total). La segunda fase consistió en la entrada del efluente del sistema previo (humedal de flujo subsuperficial) al sistema algal a final de febrero (10 días), donde se permitió la entrada de un caudal aproximado de 0,24 m 3 día-1. La tercera y última fase se definió como la ambientación que presentaron las poblaciones algales a las nuevas condiciones de la laguna Tabla 1. Especificaciones de diseño y operación de la laguna algal de alta tasa fotosintética. Forma Caudal Tiempo de retención hidráulico Carga orgánica superficial Volumen Ancho Largo Altura

Configuración (Ovalo) 0,24 m3 día-1 2 días 6,5 g m-2 día-1 0,3 m3 0,6 m 2,4 m 0,2 m

Comunidad de algas en un sistema algal de alta tasa fotosintética

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Tabla 2. Datos promedio meteorológicos de la zona de estudio de febrero a julio de 2013.

Meses Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio

Temperatura exterior ºC 24,6 23,9 24,1 24,6 24,3 23,9

Humedad exterior % 78,3 79,2 78,2 78,3 75,3 59,6

Velocidad del viento m s-1 0,4 0,5 0,5 0,5 0,7 0,4

hasta el final del experimento (marzo-julio 2013; 153 días en total). La toma de muestras y datos en el LALAT se realizaron en la superficie a 0,05 m de profundidad aproximadamente. A estas muestras se les determinaron los siguientes parámetros físicos y químicos: PO43(fosfatos), SSV (sólidos suspendidos volátiles), SST (sólidos suspendidos totales, COD (carbono orgánico disuelto), DQO total y filtrada (demanda química de oxígeno), NTK (nitrógeno total Kjeldahl), NH4+ (nitrógeno amoniacal) y NO3- (nitratos), según lo sugieren el IDEAM (2009) y APHA et al. (2012). Asimismo, se tomaron datos in situ de temperatura, pH, conductividad y oxígeno disuelto (OD) con un medidor multiparamétrico WTW Modelo 340i. La clorofila-a se determinó empleando un fluorómetro AquaFluor TMTuner. Toma e identificación de muestras biológicas Las muestras de algas se colectaron entre noviembre de 2012 y julio de 2013, para un total de once muestras. Se tomaron ~500 mL en recipientes de plástico en el punto de muestreo medio (al interior del sistema), se fijaron con 10 mL formol al 4% como agente de preservación según las recomendaciones de Zaixso (2002). La identificación de los individuos se realizó con apoyo de claves y descripciones taxonómicas de Wehr & Scheath (2003) y Bicudo & Menezes (2006), hasta el nivel más alto posible. Para la cuantificación del fitoplancton, se utilizó una cámara Sedgwick-Rafter y se hizo el conteo por campos en un microscopio invertido (Nikon Eclipse T5100), siguiendo los métodos de Villafañe & Reid (1995) y Wetzel & Likens (2000). Se empleó la fórmula propuesta por Wetzel & Likens (2000) para el conteo de fitoplancton: N (ind mL-1) = C* [A/ a*S*V] donde: N: número de individuos mL-1, C: número de individuos, A: área de la cámara de conteo (mm2), a: área del campo o banda (mm2), S: número de campos o

Precipitación

Radiación solar

mm día-1 2,4 1,1 3,2 5,9 0,5 0,5

W m-2 184,9 177,6 191,9 177,1

Evapo-transpiración mm h-1 0,05 0,09 0,04 0,034

bandas contadas, V: volumen de la cámara de conteo (mL). Se calculó la diversidad de microalgas mediante el índice de diversidad de Shannon (H’) y el índice de dominancia de Simpson (1-D) utilizando el programa Past 2.12. RESULTADOS Calidad del agua La Tabla 3 muestra que el pH siempre fue alcalino manteniéndose por encima de 8,0. La laguna presentó un comportamiento de reactor aerobio, alcanzando niveles de concentración de oxígeno disuelto de 9,1 mg L-1 en promedio. El monitoreo de la clorofila-a durante el tiempo de experimentación mostró una estabilidad del sistema, alcanzando concentraciones de hasta 3659 µg L-1. Los nutrientes mostraron niveles altos, PO43hasta 5,28 mg L-1, NH4+ hasta 131 mg L-1 y NO3- hasta 15 mg L-1. Se observó una clara diferencia de los parámetros físicos y químicos en las tres fases. La fase I se caracterizó por tener los valores más bajos en PO 4-3, DQO, DQO fil, NH4+, conductividad eléctrica y Chl-a, así como los valores más altos de SST y NO3-. Mientras que en la fase II se presentaron los valores más altos de PO4-3, DQO, NTK, NH4+, NH4org, conductividad eléctrica y temperatura y los valores más bajos de SST, SSV, NO3-, OD y pH. El COD, DQO fil, y Clor-a aumentaron a lo largo del tiempo, siendo la fase III donde se obtuvieron los valores mayores (Tabla 3). Composición de fitoplancton En total se registraron 28 especies distribuidas en seis phylum, ocho clases y 21 familias (Tabla 4). Los individuos encontrados se agruparon en los siguientes phyla: Euglenophyta (10), Bacillariophyta (6), Chlorophyta (5), Cryptophyta (3), Cyanobacteria (2) y Charophyta (2) (Fig. 1). La comunidad de microalgas estuvo compuesta por un bajo número de especies abun-

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Tabla 3. Variables físicas y químicas en el sistema algal de alta tasa fotosintética durante el periodo estudiado.

Tabla 4. Listado de especies y sus densidades en el sistema algal de alta tasa fotosintética, durante el periodo de estudio. Phylum Charophyta Chlorophyta

Cryptophyta

Cyanobacteria Euglenophyta

Bacillariophyta

Clase Conjugatophyceae Conjugatophyceae Chlorophyceae Trebouxiophyceae Chlorophyceae Chlorophyceae Ulvophyceae Cryptophyceae Cryptophyceae Cryptophyceae Cyanophyceae Cyanophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Euglenophyceae Bacillariophyceae Bacillariophyceae Bacillariophyceae Bacillariophyceae Bacillariophyceae Bacillariophyceae

Familia Closteriaceae Desmidiaceae Chlamydomonadaceae Chlorellaceae Scenedesmaceae Selenastraceae Ulotrichaceae Campylomonadaceae Chroomonadaceae Cryptomonadaceae Chroococaceae Phormidiaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Euglenaceae Phacaceae Phacaceae Cymbellaceae Gomphonemataceae Naviculaceae Bacillariaceae Pinnulariaceae Indeterminada

Figura 1. Riqueza total por phylum en el sistema algal de alta tasa fotosintética, durante el periodo de estudio.

Especie Closterium sp. Cosmarium sp. Chlamydomonas sp. Chlorella vulgaris Beyerinck (Beijerinck) Scenedesmus sp. Selenastrum sp. Ulothrix sp. Chilomonas insignis (Skuja) Javornicky Chroomonas coerulea (Geitler) Skuja Cryptomonas sp. Chroococcus sp. Phormidium sp. Euglena sp. 1 Euglena sp. 2 Euglena sp. 3 Euglena sp. 4 Euglena sp. 5 Euglena sp. 6 Euglena sp. 7 Cryptoglena sp. Lepocinclis sp. Phacus sp. Encyonopsis sp. Gomphonema sp. Navicula sp. Nitzschia sp. Pinnularia sp. Indeterminada

Individuos mL-1 3,53E+02 5,88E+01 3,45E+04 8,24E+02 1,22E+04 4,12E+02 8,88E+03 9,12E+05 9,71E+04 1,76E+03 4,53E+03 4,71E+02 4,08E+05 3,53E+02 7,06E+02 1,79E+04 1,85E+05 1,76E+02 4,66E+04 2,12E+04 2,16E+04 1,06E+03 6,47E+02 7,06E+02 3,53E+02 1,41E+03 5,88E+01 1,18E+02

dantes (4 spp.) y un gran número de especies raras (22 spp.). Las especies más abundantes fueron Chilomonas insignis (Skuja) Javornicky y Euglena sp. 1. Los phyla Euglenophyta y Cryptophyta fueron los mejor representados en abundancia (Fig. 2), mientras que en riqueza de especies fueron Euglenophyta, Chlorophyta y Bacillariophyta. En la primera fase, se encontraron pocos individuos de Chlorophyta (1,26E+04 ind mL-1) y Cyanophyta (5,88E+01 ind mL-1), representados por los géneros Scenedesmus, Chlorella y Chroococcus. Además, presentó un primer máximo de alta densidad (3,32E+ 05 ind mL-1), dominado por especies del phylum Crypto-

Comunidad de algas en un sistema algal de alta tasa fotosintética

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Figura 2. Abundancia total por Phylum en el sistema algal de alta tasa fotosintética, durante el periodo de estudio.

phyta, cuyas especies más abundantes fueron C. insignis y Chroomonas coerulea (Geitler) Skuja. En la segunda fase, el inicio del funcionamiento del sistema de tratamiento tuvo como consecuencia el descenso en la cantidad de fitoplancton y el incremento de la riqueza, con 15 especies, correspondientes a 5 de los 6 phylum reportados en este trabajo. Por último, en la tercera etapa, se presentó el segundo máximo de alta densidad. A medida que aumentaban las cargas de materia orgánica, la comunidad algal fue reemplazada por microalgas del phylum Euglenophyta, siendo Euglena sp. 1 y Euglena sp. 7 las especies más abundantes (Figs. 3-4). Diversidad algal A lo largo del periodo de estudio los valores de la riqueza variaron, se registraron 11 especies en la primera fase, 15 en la segunda y 9 en la tercera, con un promedio de 11,6 especies por fase. La segunda fase se destacó por tener la mayor diversidad (H’ = 1,766) y la menor dominancia (Índice de Simpson 1-D = 0,765), seguida por la tercera fase (H’ = 0,969; 1-D = 0,431) y por último la primera fase (H’= 0,436; 1-D = 0,2067) que fue la de menor diversidad. DISCUSIÓN Calidad del agua Las condiciones de la laguna variaron en las diferentes fases. En la primera fase se registraron las menores concentraciones de nutrientes. El inicio del funcionamiento del sistema, por el contrario, ocasionó el incremento en la concentración de nutrientes y conductividad eléctrica, mientras que en la estabilización de la laguna aumentó la concentración de materia orgánica y clorofila-a (Clor-a). La laguna fue alcalina durante todo el periodo evaluado, lo cual indica que hubo una mayor

Figura 3. Variaciones de la riqueza de especies de fitoplancton en el sistema algal de alta tasa fotosintética, durante las fases de estudio.

Figura 4. Variaciones de la abundancia de fitoplancton en el sistema algal de alta tasa fotosintética, entre durante las fases de estudio.

actividad fotosintética y como consecuencia altas concentraciones de OD, que permitieron el crecimiento continuo de bacterias heterótrofas, importantes en la degradación de materia orgánica (Park & Craggs, 2011). Cabe resaltar que los altos niveles de fosfato y nitrógeno de este estudio reflejan el enriquecimiento de nutrientes de la laguna y por tanto su eutrofización. Esto trae como resultado el crecimiento de la producción primaria y como consecuencia, cambios en la composición y estructura de la comunidad algal de la laguna.

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Composición de fitoplancton De acuerdo con los resultados obtenidos, la comunidad algal tuvo variaciones tanto en abundancia como en composición de especies. En la primera fase, en que se obtuvieron las menores concentraciones de nutrientes y materia orgánica (Tabla 3), coincidió con el mayor número de phyla registrados en el estudio (6) y el mayor número de individuos (1,03E+06 ind mL-1). En la primera fase, la comunidad presentó una baja densidad de individuos (1,27E+04 ind mL-1) de los géneros Scenedesmus y Chroococcus, y una dominancia de especies del phylum Cryptophyta, las más abundantes en el estudio, indicadoras de altas concentraciones de materia orgánica en descomposición (Bicudo & Menezes, 2006). El inicio del sistema, en la segunda fase, presentó la mayor concentración de nutrientes, que favoreció la mayor riqueza de especies (15 especies) durante todo el estudio. En contraste, la tercera fase presentó los mayores valores de materia orgánica que correspondió a la dominancia de Euglenophyta. En esta fase, la riqueza nuevamente disminuyó y como resultado en cada muestreo dominaron entre dos o tres especies de los phyla Euglenophyta y Chlorophyta. La dominancia de unas pocas especies puede ser más ventajosa en este tipo de sistemas que una gran riqueza de especies, pues el objetivo es tener una alta cantidad de biomasa de fitoplancton que pueda eliminar los nutrientes del agua en el tratamiento de lixiviados (Assemany et al., 2015). Es importante resaltar que la composición a nivel de phylum concuerda con la obtenida por Khattabi et al. (2006) en las lagunas de tratamiento de lixiviados, donde los phyla más importantes fueron Euglenophyta, Bacillariophyta y Chlorophyta. No obstante, al comparar con la composición obtenida por los autores Amengual-Morro et al. (2012), Pham et al. (2014) y Calero et al. (2015) para las lagunas de tratamiento de aguas residuales se encontraron mayores similitudes, ya que ellos reportan cinco de los seis phyla mencionados en este estudio, Euglenophyta, Bacillariophyta Chlorophyta, Cyanophyta y Cryptophyta. Esta mayor aproximación a la composición con las lagunas de tratamiento de aguas residuales que con el tratamiento de lixiviados se debería por una parte a que hay muy pocos estudios de tratamiento de lixiviados con que comparar y por otra parte, a la calidad del agua de la laguna en el estudio de Khattabi et al. (2006), la cual es de menor potencial contaminador que el lixiviado tratado en el presente estudio. Los géneros registrados en esta investigación corresponden a los encontrados en estudios de tratamiento de aguas residuales y lixiviados (Tabla 5), donde los géneros dominantes son Chlamydomonas y/o

Euglena (Khattabi et al., 2006; Shanthala et al., 2009; Amengual-Morro et al., 2012; Pham et al., 2014). Sin embargo, los autores Shanthala et al. (2009), Amengual-Morro et al. (2012) y Assemany et al. (2015) reportaron otros géneros como Chlorella y Scenedesmus que si bien corresponden a los reportados en este estudio, no son los más representativos. Asimismo, Park et al. (2011), plantearon resultados contrastantes, reportando los géneros Pediastrum, Demodesmus, Micractinium y Dictyosphaerium como los más abundantes, pero estos no se reportaron en este estudio. Por el contrario, al comparar con los géneros registrados por Pham et al. (2014), se encuentra una gran similitud tanto en la composición como en la dominancia de los géneros Chlaydomonas, Chroomonas, Euglena y Lepocinclis y en la presencia aunque con pocos individuos de Chlorella, Scenedesmus, Navicula y Nitzchia. Además de que los dos estudios tienen condiciones de contaminación semejantes, esta alta similitud se explicaría por las condiciones climáticas, ya que los dos países son tropicales, con condiciones más estables de temperatura a lo largo del año, lo cual puede proporcionar ambientes óptimos para que un mayor número de especies se establezcan. Diversidad algal La riqueza total de especies (28) corresponde a las reportada por Pham et al. (2014) y Assemany et al. (2015) en condiciones similares. Sin embargo, esta riqueza varía a lo largo del tiempo, teniendo en promedio 11,6 especies por fase, la cual es muy baja. Los valores del índice de diversidad de Shannon mostraron valores bajos (entre 1 y 2) para la segunda fase y muy bajos (entre 0 y 1) para la primera y tercera fase. Esto indica que a lo largo del periodo de estudio la diversidad fue muy baja, según Margalef (1983) cuando en los sistemas lacustres continentales el fitoplancton presenta una diversidad 0.05) for all treatment. Production results showed a significant increase (P < 0.05) for FBW, IWG, WG, and FCR in shrimp treatments with 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF of basal diet (T3 and T4, Table 1) compared to others experimental treatments (CD, T1, and T2), where a best result was observed in the higher NTF incorporation level. Other general growth parameters show a not significant difference among treatments (P > 0.05). However, treatments 3 and 4 display the best values. The survival of juvenile shrimp cultured in low-salinity water fluctuated from 96 to 100% (Table 1) without significant difference between treatments (P > 0.05). Digestive enzymes activities The activity levels of the hepatopancreas digestive enzymes of juvenile shrimp (L. vannamei) cultured in low-salinity water are observed in Figure 1. A clear variation in the activity of all enzymes was observed. The alkaline protease show an activity of 142.9-188.7 U mg protein-1, lipase of 191.8-383 U mg protein-1, and αamylase of 44.7-84.1 U mg protein-1. The treatment 2 displays the higher values and treatments 3 and 4 the lowest (Fig. 1). In all cases, not significant differences (P > 0.05) were detected between treatments. Both, lipase and α-amylase display a similar activity (Fig 1). The level of alkaline phosphatase displayed values of 0.31-0.55 U mg protein-1 and leucine aminopeptidase 0.15-0.29 U mg protein-1 (Fig. 1), where higher levels are detected in treatment 2. No significant values were detected for the rest of the digestive enzymes (P > 0.05). DISCUSSION The shrimp aquaculture has been a very significant alternative to increase the shrimp production for human consumption. The opportunity to increase the development of shrimp aquaculture is evident (PérezCastañeda et al., 2015). L. vannamei show a high tolerance to a wide range of salinity from 1 to 50 (Ponce-Palafox et al., 1997). Recently, some shrimp farms grow L. vannamei in low-salinity water conditions (2-15) (Laramore et al., 2001), where L. vannamei is a species with similar growth from low to marine salinity (Rosas et al., 2001; Ortega-Salas &

Yucca schidigera and Quillaja saponaria on shrimp growth

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Table 1. Growth parameters (means ± SD) of juvenile shrimp L. vannamei cultured in low-salinity and feeding with Yucca schidigera and Quillaja saponaria (40 days). Values within the same row with different letters are significantly different (P < 0.05). Initial mean body weight (IBW), final mean body weight (FBW), individual weight gain (IWG), weight gain (WG), initial mean body length (IBL), final mean body length (FBL), individual length gain (ILG), length gain (LG), specific growth rate (SGR), feed conversion ratio (FCR), and survival. (a) Letters in same line indicate significantly different subsets as defined by one-way Analysis of Variance (ANOVA) followed by Tukey’s multiple range tests (P < 0.05). General growth parameters IBW (g ind-1) FBW (g ind-1) IWG (g ind-1 ) WG (%) IBL (cm ind-1) FBL (cm ind-1) ILG (cm ind-1) LG (%) SGR (% day-1) FCR Survival (%)

Shrimp treatment (g kg-1 of NTF basal diet) Control (0) 2.67 ± 0.17 11.64 ± 0.81 8.97 ± 0.97 338.95 ± 58.96 7.41 ± 0.17 12.03 ± 0.35 4.63 ± 0.50 62.58 ± 8.17 3.68 ± 0.33 1.53 ± 0.06 96.60 ± 0.58

T1 (0.25) 2.56 ± 0.12 12.04 ± 1.15 9.48 ± 1.21 371.80 ± 57.82 7.31 ± 0.11 12.16 ± 0.42 4.85 ± 0.46 66.36 ± 6.84 3.87 ± 0.32 1.31 ± 0.07 96.60 ± 0.58

Rendón, 2013; Pérez-Castañeda et al., 2015). Unfortunately low information is detected about the culture effect on general growth parameters, physiological responses, and digestive enzyme activity from shrimp hepatopancreas. All ingredients used in shrimp diet affect the stability of water quality and this factor shows an important effect on general growth parameters of shrimp. The shrimp feed requires a minimum of an hour of stability into the water and during this period the pellets should maintain their integrity with a minimum of nutrient leaching (Subramanyam, 1994), as shrimp are benthic feeders and slow to recognize the food source. Leaching of aquaculture diets may result in the loss of nutrients, increase water contamination, and economic losses (Cruz et al., 2002). Cruz-Suárez et al., (2008) report losses of dry matter near to 15-17% when different additives have been used in shrimp diets and without significant effect on shrimp growth. The shrimp diet was elaborated with NFT inclusion of 0, 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF basal diet. All experimental diets in this study display stability from 85-86% did not showed significant difference (P > 0.05) in diets with 0 and 2.0 g kg-1 of NTF basal diet. Those suggest that inclusion of the NFT additive in the shrimp diet did not reduce significantly this feed parameter (stability) when shrimp diet is used in low-salinity water. However, the use of this type of water for the stability test probably increases the loss of matter of shrimp diet and this is an important characteristic for future diet formulation.

T2 (0.5) 2.60 ± 0.09 11.78 ± 0.50 9.18 ± 0.53 354.20 ± 28.88 7.32 ± 0.09 12.14 ± 0.22 4.82 ± 0.21 65.86 ± 3.02 3.78 ± 0.16 1.31 ± 0.05 96.60 ± 0.58

T3 (1.0) 2.61 ± 0.15 13.63 ± 0.18a 11.02 ± 0.33a 424.29 ± 36.31a 7.33 ± 0.09 12.32 ± 0.05 4.99 ± 0.13 68.07 ± 2.54 4.14 ± 0.18a 1.10 ± 0.07a 100 ± 0.00

T4 (2.0) 2.68 ± 0.08 13.46 ± 0.34a 10.78 ± 0.29a 402.35 ± 10.01a 7.42 ± 0.11 12.24 ± 0.17 4.82 ± 0.09 64.93 ± 1.09 4.03 ± 0.05b 1.22 ± 0.04a 100 ± 0.00

Previous studies about the use of Y. schidigera and Q. saponaria as feed additives for fish and shrimp organisms from aquaculture industry are limited (Castillo-Vargasmachuca et al., 2015; Qi-Hui et al., 2015). In the present study, the NTF supplementation in shrimp diet presented a significant increase (P < 0.05) of the FBW, IWG, and WG, also a decrease of the FCR in shrimp, where 1.0 and 2.0 g kg-1 of NTF of basal diet show the best values (Table 1). Other studies show similar effect. For example, Valle et al. (2006) shows an increase of 23% in growth and 26% in production, with the use of Q. saponaria in L. vannamei diets (1.5 g of Hibotec®/kg of diet). Similarly, effects of inclusion of Y. schidigera extract in the diet of L. vannamei were evaluated by Martínez et al. (2008) where 2 g kg-1 of diet of yucca extracts significant increases the shrimp growth compared to control diets. Also, the FCR show a 1.6 value (3 g kg-1 of diet of yucca extract) compared to control group (2.32 values). In this study, the Y. schidigera and Q. saponaria use in shrimp diet display a low FCR (1.1-1.31) in all treatments compared to control diet (1.53) (Table 1). Present research show an effect of Yucca schidigera and Q. saponaria on general growth parameters (FBW, IWG, WG, FCR, etc.) of L. vannamei cultured at lowsalinity. The increase of growth and reduction of FCR in response to Y. schidigera and Q. saponaria supplementation (1-2 g kg-1 of extract doses) in the diet may be related to increased protein synthesis, promotion of nutrient absorption in epithelial cells of digestive tract that help in the nutrient absorption, cell membrane per-

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Figure 1. Juvenile shrimp (L. vannamei) hepatopancreas enzyme activity (means ± SD), cultured in low-salinity and feeding with Y. schidigera and Q. saponaria (40 days).

meability to amino acid and other nutrient as suggest Francis et al. (2005), Citarasu (2010), Güroy et al. (2014) and Qi-Hui et al. (2015). Best uses of feed diet generate a reduction of organic matter discharge from shrimp excretion with a probable decrease of ammonia, nitrate and nitrite levels in culture water. Similar effects were observed for Qi-Hui et al. (2015) and CastilloVargasmachuca et al. (2015) were use Y. schidigera extract on water quality and survival of Lutjanus peru and L. vannamei. The shrimp hepatopancreas is the principal digestive gland and is a sensitive indicator for shrimp metabolism, where digestive enzyme activity plays an important role in nutritional physiology and shrimp growth. A clear variation in the activity of all enzymes from juvenile shrimp (L. vannamei) cultured in lowsalinity water (S = 5) was observed, where treatment 2 display the higher values of alkaline protease, lipase, and α-amylase compared to other treatments (Fig. 1). However, the addition of Y. schidigera and Q. saponaria (Nutrafito plusTM) in shrimp diet not affect, significantly, the hepatopancreatic enzyme activity (P

> 0.05) (Fig. 1). Qi-Hui et al. (2015) reported a significantly increase of hepatopancreatic protease activity (P < 0.05) without effect on lipase and amylase when use Y. schidigera in L. vannamei diet (0.2 and 0.3%). The values of alkaline protease activity detected in present study (142.9-188.7 U mg protein-1) were similar to that observed for Qi-Hui et al. (2015) (136.4151.1 U mg-1). Gamboa-Delgado et al. (2003) reported lipase value in shrimp juvenile of L. vannamei (10-12 g) near to 100 U mg protein-1, which is low value to detect in present document (191.8-383 U mg protein-1) for same shrimp weight. A suggested mechanism of action of saponins from plants as Y. schidigera and Q. saponaria include helping of intestinal absorption of dietary amino acid and fatty acid obtained after enzymatic digestion. The increase of general growth parameter and FCR reduction reported in present document suggest that Y. schidigera and Q. saponaria supplementation in shrimp diet may affect those parameters. Probably, those are associated to increase the protein synthesis, promotion of nutrient absorption in epithelial cells of

Yucca schidigera and Quillaja saponaria on shrimp growth

digestive tract, or cell membrane permeability to amino acid and other nutrients as suggest Francis et al. (2005), Citarasu (2010), Güroy et al. (2014) and Qi-Hui et al. (2015). Also, may related with the low-salinity water which affect the enzyme activity as compensatory alternative to energy loss for osmoregulation, or could be associated to a possible strategy to take advantage of the capacity of obtaining energy from amino acids metabolism as suggest by Li et al. (2008) that report a higher enzyme activity from hepatopancreas of L. vannamei cultured at compared to other treatments (salinity of 17 and 32). Further studies about the use of Y. schidigera and Quillaja saponaria on shrimp production (pilot or commercial scale) are recommended to determine the viability of those products, and their properties on growth, immunostimulation, and intestinal gut cells of L. vannamei. ACKNOWLEDGMENTS The PhD grant was funded by the Programa de Mejoramiento del Profesorado (SEP-Promep) Universidad Autónoma de Tamaulipas. Also, the University of Arizona supported this work with technical assistance and installation. REFERENCES Alvarez-González, C.A., M. Cervantes-Trujano, D. Tovar-Ramirez, D.E. Conklin, H. Nolasco, E. Gisbert & R. Piedrahita. 2006. Development of digestive enzymes in California halibut Paralichthys californicus larvae. Fish Physiol. Biochem., 31: 83-93. Araneda, M.E., J.M. Hernández, E. Gasca-Leyva & M.A. Vela. 2013. Growth modelling including size heterogeneity: application to the intensive culture of white shrimp (P. vannamei) in freshwater. Aquacult. Eng., 56: 1-12. Casillas-Hernández, R., F. Lares-Villa, J.C. Ibarra-Gámez & R. Nogales-Acuña. 2009. Evaluación de NutrifitoTM como promotor natural en el alimento, para la producción comercial del camarón blanco del Pacífico Litopenaeus vannamei. Rev. Lat. Rec. Nat., 5: 174179. Castillo-Vargasmachuca, S., J.T. Ponce-Palafox, J.L. Arredondo-Figueroa, M. García-Ulloa, A. BenítezValle, L. Martínez-Cárdenas, D. Puga-López & A. Seidavi. 2015. The effect of Yucca schidigera liquid extract on water quality and survival of Pacific red snapper Lutjanus peru during acclimatization. Arch. Med. Vet., 47: 107-109.

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Research Article

Dietary total phosphorus supplementation in goldfish diets Weslley F. Braga1,2, Janaína G. Araújo1, Graciela P. Martins1 Silvio L. Oliveira1 & Igo G. Guimarães1 1 Laboratório de Pesquisa em Aquicultura, Universidade Federal de Goiás Campus Jataí, Jataí, GO, C.P. 37580-615, Brazil 2 Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, C.P. 37200-000, Brazil Corresponding author: Igo G. Guimarães ([email protected])

ABSTRACT. Although goldfish (Carassius auratus) is an important species for the ornamental fish industry, few data are available regarding the nutrient requirement of this species, with emphasis to mineral nutrition. Thus, we designed a 45-day feeding trial to evaluate the effect of dietary total phosphorus (P) levels on growth performance and carcass mineral composition of goldfish fingerlings. 210 goldfish with 1.18 ± 0.04 g were randomly stocked into 30 3L-aquaria in a completely randomized design. Test diets were formulated to contain the following dietary total P levels: 3.5, 6.5, 9.5, 12.5 and 15.5 g kg-1. Dietary P affected all growth parameters and carcass macrominerals deposition, however, the micromineral carcass composition was not affected. No P deficiency signs were observed throughout the experiment. The linear broken-line model best fitted to daily weight gain, feed conversion ratio, specific growth rate, protein efficiency ratio, P retention, and whole-body P concentration at 8.2, 11.4, 8.2, 11.4, 15.5 and 7.1 g kg-1 dietary P, respectively. An exponential model best fitted to phosphorus utilization data with an estimated requirement of 8.6 g kg-1. In sum, the use of total P levels between 7.13 and 11.4 g kg-1 in goldfish diets seems to meet the requirement for maximum growth, feed utilization and proper whole-body mineralization. Keywords: Carassius auratus, phosphorus requirement, minerals, nutrition, ornamental fish, aquaculture.

Suplemento de fósforo total en dietas para carpa dorada RESUMEN. Aunque la carpa dorada Carassius auratus es una especie importante para la industria de peces ornamentales, existen escasos estudios sobre las necesidades nutricionales de esta especie, con énfasis en la nutrición mineral. Por lo tanto, se diseñó un estudio de alimentación de 45 días para evaluar el efecto de los niveles dietarios de fósforo (P) total sobre el crecimiento y la composición mineral del esqueleto de los alevines de C. auratus. 210 peces con peso inicial promedio de 1,18 ± 0,04 g se colocaron aleatoriamente en 30 acuarios de 3 L en un diseño completamente al azar. Las dietas se formularon para contener los siguientes niveles de fósforo dietario total: 3,5; 6,5; 9,5; 12,5 y 15,5 g kg-1. El fósforo dietario afectó todos los parámetros de crecimiento y la deposición de minerales en el esqueleto; sin embargo, la composición del elemento traza en la carcasa no fue afectada. No se observaron signos de deficiencia de fósforo a lo largo del experimento. El modelo lineal de línea quebrada mostró el mejor ajuste para la ganancia diaria en peso, conversión alimenticia, tasa de crecimiento específico, tasa de eficiencia proteica, retención de P y concentración de P en todo el cuerpo con el siguiente requerimiento estimado: 8,2; 11,4; 8,2; 11,4; 15,5 y 7,1 g kg-1, respectivamente. El modelo exponencial presentó el mejor ajuste a los datos de utilización de fósforo, con un requerimiento estimando de 8,6 g kg -1. El uso de los niveles de fósforo entre 7,13 y 11,4 g kg-1 en las dietas de C. auratus cumple con los requisitos para el crecimiento máximo, utilización de alimento y adecuada mineralización del cuerpo. Palabras clave: Carassius auratus, requerimiento de fósforo, minerales, nutrición, peces ornamentales, acuicultura.

INTRODUCTION Ornamental fish industry is an aquaculture sector which has been growing in the last decades and has become a ____________________ Corresponding editor: Jesús Ponce-Palafox

main economic alternative in some developing countries. Marine and freshwater species have been used as pets and are kept in homes under several types of environments using different shapes and sizes of

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Latin American Journal of Aquatic Research

aquaria. Among the ornamental fish species, goldfish is one of the top five most produced freshwater fishes worldwide. This species has been used not only as a pet, but as a model in several fish physiology studies and selective breeding because of its long-time domestication and easy handling (Rosa et al., 1994; FAO, 2007). Despite the importance of goldfish for the ornamental fish industry, few nutrient requirement data are available. Until the present time, there are reports mainly concerning on protein and amino acids requirement (Lochmann & Phillips, 1994; Fiogbé & Kestemont, 1995; Snellgrove & Alexander, 2011). However, the micronutrients requirement data are scant for the goldfish, mainly in respect to mineral nutrition. Although the importance of phosphorus nutrition is well known among fish nutritionists, mainly due to its effect on bone development and kinetics of energy transfer in the cell (Lall, 2002; Uyan et al., 2007; NRC, 2011), few studies are available on the quantitative phosphorus requirement for ornamental fish, including goldfish. Besides the importance of phosphorus nutrition for the adequate growth of fish and bone mineralization, it is well established that the excess phosphorus in fish diets may promote eutrophication of water bodies and thus, reducing the sustainability of aquaculture production (Lall, 2002). Quantitative phosphorus requirement for fish is between 2.5 and 10 g kg-1 diet. The requirement may be variable according to the life stage, phosphorus source and the statistical approach used to estimate the requirement (Pezzato et al., 2006; NRC, 2011). Additionally, there are strong evidences that digestive tract differences among fishes may influence the quantitative requirement of phosphorus (Hua & Bureau, 2006, 2010). Thus, studies on phosphorus nutrition for ornamental fish is of utmost importance once when diets are formulated with adequate phosphorus levels and sources, reduced phosphorus loading to the environment is expected, improving the welfare and lifespan of the fish. Therefore, it is important to develop proper formulated diets for this species, considering that the consumers may be more prone to pay higher prices for a diet which reduces the algae bloom in aquaria and increases the life span of the fish. Based on the lack of information on mineral nutrition, with emphasis to phosphorus, and its importance for the growth and health maintenance of the fish, we designed an experiment to determine the effects of phosphorus supplementation on growth performance and carcass mineral composition of goldfish fingerlings. Additionally, we provide an estimate of the total P requirement for this species.

MATERIALS AND METHODS All experimental procedures were approved by the Animal Ethics Committee of the Universidade Federal de Goiás (protocol 301/10-CEUA). Experimental procedure Five hundred goldfish with 90 days-old spawned from our wild variety of goldfish broodstocks were selected and acclimatized to the laboratory conditions in two 500 L-aquaria. These fish were fed twice daily with a commercial diet (280 g kg-1) to satiation for two weeks. The feeding trial was conducted in a recirculating system; accumulated feces were removed by siphon. A homogenous group of 210 goldfish was selected by weight (1.18 ± 0.04 g) and randomly stocked into 30 3L-aquaria. Each diet was fed to six groups of fish for 45 days. Fish were fed until apparent satiation at 07:00, 12:00, and 17:00 h. During the feeding trial water quality parameters were maintained in the optimum range for fish rearing (pH 6.8  0.3, dissolved oxygen 5.8  0.7 mg L-1 and ammonia (NH3) 124 g L-1). Water temperature was heater-controlled and kept at 26 ± 0.7ºC. All aquaria were maintained under natural photoperiod. Dissolved P levels in the water varied from 0.34 to 0.63 mg L-1. During the experiment, fish mortality was recorded. At the beginning and at the end of the feeding experiment, fish were starved for 24 h, and then weighed by group. Experimental diets Diets were manufactured using conventional feed ingredients to contain the same digestible energy (12.54 MJ DE kg-1 diet) and protein content (280 g kg-1) according to previous studies conducted in our laboratory (Souto et al., 2013). An unsupplemented diet with no adding dicalcium phosphate was formulated as the control diet and by adding dicalcium phosphate the following dietary total P level were obtained: 6.5; 9.5; 12.5 and 15.5 g kg-1 (Table 1). The unsupplemented diet contained 3.5 g kg-1 total P. All ingredients were grounded until sieve in a mesh diameter of 500 m. Diets were mechanically mixed with water (25% dry weight) and the moist mixture was extruded in a 4 mm die of a meat grinder. Diets were oven dried until present moisture 0.05). Except for the PPV (P < 0.05), the dietary levels of phosphorus significantly affected the utilization of phosphorus and protein in goldfish (Table 3). The estimated requirement based on the linear broken-line model was 11.4, 15.5 and 7.1 for PER (Fig. 2a), PR (Fig. 2c) and whole-body phosphorus content (Fig. 2c), respectively. An exponential model best fitted to the phosphorus utilization (PUR) data and the estimated requirement (95% of the plateau) was 8.6 g kg-1 (Fig. 2b).

P supplementation significantly affected the macro mineral composition of goldfish carcass (P < 0.05). However, this effect was not evident for Mn, Fe and Zn (Table 4) (P > 0.05). Goldfish fed the unsupplemented diet showed the lowest whole-body calcium (Ca) content while fish fed diets with the highest P level (18.2 g kg-1) had the highest Ca concentration. The broken-line model best fitted to the whole-body P content with an estimated requirement of 7.1 g kg-1 total P (Fig. 2d). DISCUSSION In this study, a slightly higher P requirement is reported for goldfish (8.2 g kg-1) compared to the other species of the same group. Total P requirement for culture cyprinid fishes, specifically for common carp (Cyprinus carpio) and grass carp (Ctenopharyngodon idella), has been reported to range from 6.0 to 8.49 g kg-1 (Nwanna et al., 2010; NRC, 2011; Liang et al., 2012), which is very close to the values observed in our study. The same P requirement observed in this study for both DWG and SGR indicates the close relationship of these growth parameters for goldfish. These small differences on P requirement among studies can be attributed to the rearing system used in the experimental procedure, P availability in different sources and ingredients and statistical model used to estimate the requirement. No effect of total P levels on feed intake of goldfish was observed in this study. Although some studies with fish have reported similar results (Oliva‐Teles & Pimentel‐Rodrigues, 2004; Ribeiro et al., 2006; Furuya et al., 2008; Nwanna et al., 2010), others have reported a significant effect of phosphorus on this parameter (Yang et al., 2006; Furuya et al., 2008). These differences among studies may be related to different ingredient composition of the experimental diets. The estimated requirement based on FCR (11.4 g kg-1) was 39% higher than the requirement estimated for growth. This supports the results of previous studies with other fish species which observed a significant improvement on feed utilization when diets were supplemented with P in the form of dicalcium phosphate (Dato-Cajegas & Yakupitiyage, 1996; Pezzato et al., 2006). However, there are no reports showing any effect on feed utilization among Psupplemented diets (Pimentel-Rodrigues & OlivaTeles, 2001; Luo et al., 2009; Nwanna et al., 2010). Differences among studies are most likely to occur when the experimental diets are formulated with plant protein ingredients since fish species may digest these products differently (Gatlin et al., 2007; Hardy, 2010). Furuya et al. (2004) reported that Nile tilapia improved

Dietary phosphorus supplementation in goldfish diets

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Table 2. Growth performance of goldfish fingerlings fed diets containing different levels of total phosphorus (n = 6, mean ± SD). Feed intake (FI), daily weight gain (DWG), feed conversion ratio (FCR), specific growth rate (SGR). P levels (g kg-1) 3.50 6.50 9.50 12.50 15.50 ANOVA P-value Regression Quadratic P-value Broken-line P-value

FI (g)

DWG (mg day-1)

FCR

SGR (% day-1)

7.96 ± 0.85 8.13 ± 0.31 8.70 ± 0.60 8.56 ± 0.51 7.84 ± 0.55 0.1315

3.81 ± 0.90 4.51 ±0.27 5.52 ± 0.73 6.16 ± 0.73 5.27 ± 0.36 0.0421

6.86 ± 1.28 5.75 ± 0.50 5.07 ± 0.76 4.47 ± 0.68 4.73 ± 0.28 0.0007

0.46 ± 0.10 0.53 ± 0.04 0.64 ± 0.08 0.72 ± 0.08 0.61 ± 0.05 0.0002

0.0592 0.1051

0.0362 0.0429

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