Автор: Prof C Greg Lutz
Стаття від: 4 грудня 2023 року
Нітрити є токсичними і завжди присутні в усіх закритих системах аквакультури, тому фермерам-рибоводам важливо розуміти, звідки вони беруться і як з ними можна боротися.
Креветкова ферма в Таїланді
Під час вирощування креветок було доведено, що нітрити послаблюють імунну систему та призводять до зростання окисних процесів у тварин, що робить їх вразливішими до багатьох патогенних мікроорганізмів © Shutterstock
Більшість фермерів, що вирощують риб і креветок, постійно збільшують вміст азоту у своїх ставках і резервуарах за рахунок регулярної годівлі. Значна частина азоту потрапляє у воду через відходи у вигляді аміаку. Аміак, звісно, токсичний для багатьох водних організмів у низьких концентраціях, але рівень концентрації певною мірою залежить від температури, рН та виду, який культивується. Аміак утворюється як побічний продукт катаболізму білка (сукупність процесів розщеплення біоорганічних молекул – вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, -що надходять із навколишнього середовища з продуктами харчування, та біомолекул, які утворюють структури клітин і тканин організму, з метою вивільнення хімічної енергії.), тому, як правило, вищий рівень білка в кормах призводить до більшого утворення аміаку.
У природних водоймах аміак зазвичай розщеплюється двома різними групами нітрифікуючих бактерій. У прісноводних і морських водоймах одна з цих груп перетворює аміак на нітрити, які також є токсичними для риб і безхребетних, тоді як інша група перетворює нітрити на нітрати, які є відносно нетоксичними. В останні роки низка нових нітрифікуючих бактерій, виявлених на підприємствах з вирощування креветок, зокрема з несподіваними таксономічними назвами, продемонстрували здатність видаляти як аміак, так і нітрити в солонуватих і солоних водоймах. Фактично, сучасні молекулярні методи демонструють, що багато бактерій генетично пристосовані до нітрифікації (окислення аміаку та/або нітритів), денітрифікації (відновлення нітратів до азоту) або певної комбінації цих видів діяльності (Prena et al. 2021).
До прісноводних риб і більшості десятиногих ракоподібних, зокрема креветок нітрити потрапляють з навколишнього середовища переважно через зябра, тоді як у морських риб вони всмоктуються переважно через слизову оболонку кишечника. Основною проблемою, пов’язаною з високим рівнем нітритів при вирощуванні риби, є метгемоглобінемія (втрата здатності крові зв’язувати кисень), або хвороба коричневої крові (зябра і кров ураженої риби часто набувають коричневого забарвлення). Цей стан виникає, коли нітрити потрапляють у кров риби шляхом інтенсивного транспортування через зябра, а потім сполучаються з гемоглобіном (і залізо у гемі переходить з стану Fe2 у стан Fe3+). Після цього гемоглобін назавжди втрачає здатність транспортувати кисень, що призводить до тривалої часткової гіпоксії.
Голова білоногої креветки (Litopenaeus vannamei)
Нітрити потрапляють до організму креветок, що вирощуються на фермах, через зябра і накопичуються у внутрішніх тканинах, що призводить до фізіологічного стресу та смертності за різних умов © Shutterstock
Вирощування креветок
На креветочних фермах нітрити потрапляють через зябра тварин і накопичуються у внутрішніх тканинах, що призводить до фізіологічного стресу та смертності за різних умов. Накопичення відбувається насамперед у гемолімфі, кишечнику, гепатопанкреасі та зябрових і м’язових тканинах (Li et al. 2020). За більш кислих умов іони нітритів можуть утворювати азотну кислоту (HNO2), яка краще проникає через зяброві мембрани (Romano і Zeng, 2013). Безпосередній токсичний вплив нітритів варіюється, і його важко передбачити, але підвищена солоність води, як правило, призводить до підвищення толерантності до нітритів у креветок – пенеїд (до яких належать усі комерційно важливі види креветок) та інших десятиногих ракоподібних. Постличинки Penaeus setiferus (біла атлантична креветка) демонстрували 50-відсоткову смертність після 72 годин перебування під впливом 167 ppm (мільйо́нна ча́стка — одиниця вимірювання концентрації та інших відносних величин, аналогічна за змістом відсотку або проміле, та являє собою одну мільйонну частку) при солоності 25 ‰ (Alcaraz та ін., 1999), але Valencia-Castañeda та ін. (2018) зафіксували значно нижчу толерантність до нітритів у постличинок Litopenaeus vannamei (білонога креветка) за низької солоності. Нітрити були більш токсичними, ніж аміак, у воді з рівнем солоності 1 і 3 ‰, тоді як безпечні рівні нітритів становили 0,17 ‰ і 0,25 ‰, відповідно, за цих умов.
У більш типових умовах вирощування креветок (з рівнем солоності > 20 ‰) часто спостерігається рівень нітритів від 2,5 до 4,5 ppm. Хоча деякі дослідження припускають, що нітрити та нітратна кислота впливають на здатність гемоціаніну переносити кисень у деяких десятиногих ракоподібних, це може бути не завжди так. Загалом було виявлено, що нітрити пригнічують імунну систему та посилюють окислювальні ушкодження у десятиногих ракоподібних, роблячи їх більш вразливими до багатьох патогенів (Romano та Zeng, 2013 р.).
Закрите приміщення РАС
Рівень нітритів у РАС залежить від продуктивності бактерій обох основних груп нітрифікаторів – перетворювачів аміаку та нітритів
РАС
Процеси утворення нітритів у РАС є досить складними, тому в цьому розділі ми розглянемо лише основні моменти. Рівень нітритів у РАС залежить від продуктивності бактерій обох основних груп нітрифікаторів (окислювачів аміаку та розщеплювачів нітритів). Ці бактерії співіснують у біофільтрі (або, точніше, на ньому), часто разом з іншими бактеріями, що беруть участь у розщепленні відходів. Коли біофільтр тільки встановлюється, спочатку накопичується аміак, потім нітрити, коли рівень аміаку починає падати, і, нарешті, рівні обох сполук знижуються до більш-менш стабільної рівноваги, придатної для повсякденної експлуатації. Популяції бактерій демонструють повільніший темп росту і зниження в холодній воді.
На жаль, незважаючи на десятиліття досліджень і розробок, багато користувачів РАС все ще не усвідомлюють, що без хорошого біофільтра вони не можуть підтримувати належний рівень нітритів. Раніше все, що можна було зробити, це просто чекати, поки будь-які бактерії зможуть колонізуватися на біофільтрі, але зараз існує можливість заселяти біофільтр певними видами бактерій. З часом можуть з’явитися багатофункціональні форми бактерій, але в будь-якому випадку буде важко уникнути появи бактерій, які потрапляють у біофільтр самі по собі.
Контроль та профілактика захворювань є особливо важливими для системи РАС. Ранні дослідження 1980-х років показали, що поширені на той час методи лікування хвороб часто порушували роботу бактерій у біофільтрах РАС, що призводило до короткочасних сплесків аміаку та/або нітритів. Використання мідного купоросу і сульфату неоміцину зазвичай призводили до накопичення нітритів у системах з морською водою. Наразі в більшості країн світу дуже мало хіміотерапевтичних препаратів мають маркування «для використання в РАС», тому це питання стало менш актуальним з розвитком альтернативних стратегій лікування захворювань.
Проточні системи
Аерація має вирішальне значення при ставковому вирощуванні, якщо рівень хлоридів важко підвищити шляхом додавання великої кількості солі.
Ставкове виробництво в регіонах з помірним кліматом
Хоча метгемоглобінемія (стан підвищеного рівня метгемоглобіну в крові.) може виникати за різних умов, зазвичай у помірному кліматі рясні опади та зимова годівля сприяють появі навесні у прісноводних ставках захворювання «коричневої крові». Аміак має тенденцію накопичуватися взимку, оскільки вода занадто холодна для ефективного функціонування нітрифікуючих бактерій. В екстремальних випадках високий рівень аміаку може сприяти виникненню сезонних захворювань, таких як грибкові інфекції.
Рівень нітритів часто зростає зі зростанням температури води у ставку навесні, оскільки бактерії, які перетворюють аміак на нітрити, “прокидаються” задовго до бактерій, які перетворюють нітрити на нітрати. Крім того, бактерії, що перетворюють нітрити на нітрати, іноді можуть бути пригнічені, поки зберігається високий рівень аміаку. В результаті, поки температура води у ставку не підвищиться достатньо, рівень нітритів може зрости до такої міри, що це може призвести до захворювання риб на “коричневу хворобу крові”.
«Іони нітритів, які потрапляють у кров, зв’язуються з еритроцитами і перешкоджають їм переносити кисень до решти тіла. Назавжди. Результат схожий на поступове отруєння чадним газом».
Господарства, що займаються вирощуванням сомів на півдні США, встановили, що додавання солі до вирощувальних ставків допомагає зменшити рівень захворюваності на ” коричневу хворобу крові”. Така практика ґрунтується на принципі додавання достатньої кількості хлоридів, щоб захистити рибу від надмірного потрапляння нітритів через зябра в кров. Лише така кількість іонів здатна просочитися через зяброву кришку риби і потрапити в кров у будь-який момент часу, при цьому іони хлориду змагаються з іонами нітриту за вільні ” проходи” через зяброву кришку. Це дуже важливо, оскільки, як зазначалося вище, іони нітритів, які потрапляють у кров, зв’язуються з еритроцитами і перешкоджають їм переносити кисень до інших частин тіла. Назавжди. Результат схожий на поступове отруєння чадним газом.
Соми у вирощувальному ставку
Фермери, які вирощують сомів у США, виявили, що додавання солі у вирощувальні ставки допомагає зменшити смертність від захворювання коричневої крові © Shutterstock
Додавання солі до водойм, схоже, добре допомагає боротися з нітритними отруєннями, але залежно від місцевих особливостей та цін на сіль, достатнє підвищення співвідношення хлоридів до нітритів може виявитися дорогим задоволенням. Добавки, що запобігають злежуванню солі, не повинні бути присутніми в складі солі, оскільки вони можуть викликати побічні реакції у багатьох видів риб. Вчені на півдні США спочатку рекомендували фермерам, які займаються вирощуванням сомів, використовувати співвідношення хлоридів до нітритів 3:1, але зі збільшенням кількості риби та інтенсивності годівлі з часом рекомендоване співвідношення зросло до 6:1. Подальші дослідження показують, що для достатнього захисту канального сома (Ictalurus punctatus) та його гібридів від захворювання коричневої крові необхідне співвідношення 10:1. Співвідношення 16:1 повністю пригнічує метгемоглобінемію у сомів, але невисокий відсоток розвитку коричневої крові, виявлений при співвідношенні 10:1 та вище, можуть витримувати лише здорові риби. Для багатьох інших прісноводних видів риб схожі значення є нормою, але дослідники з Німеччини виявили, що для повного захисту від накопичення нітритів у судака (Sander luceoperca) необхідне співвідношення 24:1.
Негативні наслідки впливу високого рівня азоту були задокументовані для низки прісноводних риб. Як показали дослідження Matsche та ін. (2012), осетрові можуть бути особливо вразливими, тоді як великороті окуні (Micropterus salmoides) та інші окунеподібні виявилися порівняно опірними до нітритів. Дослідники з Ветеринарного коледжу Онтаріо зафіксували весняну смертність, пов’язану з високим рівнем нітритів на форелевому господарстві під відкритим небом, де вода рециркулювала в мілководних ставках для подальшого повторного використання (Speare and Backman, 1988 р.). Хоча рівень кисню був нормальним, риба поводилася так, ніби страждала від гіпоксії, і мала кров шоколадного кольору. Рівень нітритів був вище 0,8 ppm. Більшість видів риб – об’єктів рекреаційного рибальства та штучно вирощених лососевих без проблем переносять рівень вмісту хлоридів, необхідний для запобігання появі коричневої крові. Однак у проточних системах, додавання достатньої кількості солі для постійного захисту від токсичності нітритів, як правило, не є можливим, але, на щастя, більшість проточних систем не мають проблем з нітритами.
У багатьох регіонах з помірним кліматом (як у Північній, так і в Південній півкулях) нерідко рівень нітритів у ставках для вирощування риб навесні досягає 10 ppm, тому “безпечний” рівень хлоридів, до якого слід прагнути до початку підвищення температури води, становить 100 ppm. На жаль, нітрити іноді можуть підскочити до рівня 20 ppm з причин, описаних вище, і якщо це трапляється, то необхідно додавати більше солі, ніж може витримати відповідний вид риби. Іншими варіантами в таких випадках є утримання риби без стресу під час маніпуляцій наскільки це можливо, уникнення стресу та підтримка високого рівня розчиненого кисню (5 ppm, за допомогою аерації за необхідності), доки рівень нітритів не знизиться.
Сезонні рекомендації
Навіть якщо метгемоглобінемія не вбиває рибу безпосередньо, вона може ослабити її стійкість до хвороб, особливо навесні, коли багато холодноводних видів риб вже перебувають у стресовому стані. Протягом наступних кількох місяців рибоводи в Північній Америці та Європі повинні мати на увазі, що рівень хлоридів у їхніх водоймах може значно знизитися порівняно з показниками, виміряними восени, внаслідок розбавлення і змивання зимовими дощами і таненням снігу. Щоб не бути захопленим зненацька, слід задокументувати рівень хлоридів вже зараз, напередодні зими. Звичайно, ця ж порада буде актуальною і в середині року для рибоводів Південної півкулі в таких регіонах, як Південна Америка, Південна Африка та Австралія.
Пструг у ставку для вирощування
Пструг може переносити суттєвий вміст хлоридів, необхідний для запобігання утворенню нітритів.
Кам’яна сіль часто доступна великим оптом у регіонах з помірним кліматом, але постачальників слід шукати і зв’язуватися з ними задовго до того, як може знадобитися доставка. Вкрай важливо уникати поставок солі з анти-злежувальними або іншими добавками. До настання потепління слід точно оцінити об’єми ставків і резервуарів, а також розрахувати потребу в солі в перерахунку на проміле (ppm). У деяких регіонах може бути важко знайти тест-набори для визначення рівня хлоридів і нітритів, тому зараз саме час знайти і придбати їх.
Рівень нітритів слід перевіряти раз на тиждень з настанням холодів і до весняного потепління у ставках або резервуарах. Рибоводи, які працюють у ставковому рибництві, можуть уникнути втрат, спричинених нітритами, шляхом 1) ретельного моніторингу якості води та використання кормів протягом зимових місяців, 2) розумного застосування хлоридів та 3) підтримання оптимального рівня розчиненого кисню при перших ознаках метгемоглобінемії.
