Die Verwendung von explantsEdit
Schwamm Die Aquakultur zur Produktion von Schwämmen oder Metaboliten nutzt die hohen Regenerationsfähigkeiten der totipotenten Schwammzellen, indem Explantate (geschnittene Stücke eines Elternschwamms, die dann zu einem vollen Schwamm nachwachsen) als Mittel zur Kultivierung von Schwämmen verwendet werden. Schwämme haben unbestimmtes Wachstum, wobei das maximale Wachstum eher durch Umwelteinflüsse als durch Genetik bestimmt wird. Während der Ersteinrichtung einer Farm werden Schwammexplantate aufgrund ihrer phänotypischen Eigenschaften ausgewählt schnelles Wachstum und hochwertiges Spongin oder Metaboliten.
Integrierte multi-trophische Aquakulturbearbeiten
Die intensive marine Aquakultur hat in den letzten zehn Jahren erheblich zugenommen und zu erheblichen negativen Umweltauswirkungen geführt. Große Abflussmengen organischer Stoffe aus nicht gefressenen Futtermitteln und Ausscheidungsabfällen aus Aquakulturarten haben zu einem hohen Nährstoffgehalt in Küstengewässern geführt. Große Mengen an Stickstoff (~ 75%), die aus Muscheln, Lachs und Garnelen ausgeschieden werden, gelangen in die Küstenumgebung, mit dem Potenzial, Algenblüten zu entwickeln und gelösten Sauerstoff im Wasser zu reduzieren.
Ein integriertes Aquakultursystem besteht aus einer Reihe von Arten auf verschiedenen trophischen Ebenen der Nahrungskette. So werden Abfall erzeugende (gefütterte Organismen) wie Fische und Garnelen mit extraktiven Organismen wie Abalone, Schwämmen oder Seeigeln gekoppelt, um überschüssige Nährstoffe aus der Wassersäule zu entfernen. Meeresschwämme haben einen deutlichen Vorteil als extraktiver Organismus in einem integrierten multitrophischen Aquakultursystem, da sie das Potenzial haben, als Bioremediator sowohl pathogene Bakterien als auch organische Stoffe zu entfernen. Der Schwamm Hymeniacidon perlevis hat eine ausgezeichnete Fähigkeit gezeigt, den gesamten organischen Kohlenstoff (TOC) aus Meerwasser unter integrierten Aquakulturbedingungen zu entfernen, und könnte ein potenziell nützliches Bioremediationsinstrument für Aquakultursysteme in Regionen mit hoher Wasserverschmutzung sein. Darüber hinaus kann die organische Anreicherung, die von in der Nähe gezüchteten Fischen stammt, das Schwammwachstum stimulieren, was zu einer effizienteren Aquakultur von Meeresschwammen führt.
Badeschwamm-Aquakulturbearbeiten
Viele kommerzielle Meeresschwamm-Farmen platzieren ihre Aquakultur-Standorte in tieferen Gewässern (> 5 m), um die Anzahl der Schwamm-Explantate, die angebaut werden können, zu maximieren und die Produktivität zu steigern. Zwei Hauptmethoden der Badeschwamm-Aquakultur wurden getestet, wobei Schwämme entweder an einem Seil oder in einem Netzbeutel gezüchtet wurden.
Seilmethode
Das Überleben von Schwämmen, die an Seilen gezüchtet werden, ist im Allgemeinen geringer, da das Explantat beim Einfädeln auf das Seil nicht behebbar beschädigt wird. Darüber hinaus haben Schwämme, die auf dem Seil kultiviert werden, das Potenzial, bei Stürmen vom Seil abgerissen zu werden, wenn der Wasserfluss signifikant zunimmt, oder wachsen vom Seil weg und bilden einen nicht marktfähigen, minderwertigen, charakteristischen donutförmigen Schwamm. Unterschiede im Schwammwachstum und in der Gesundheit treten bei Arten auf, die durch unterschiedliche Regenerationsfähigkeit, Anfälligkeit für Infektionen nach dem Schneiden, Winterhärte und Wachstumspotenzial gekennzeichnet sind.
Mesh Bag Methodeedit
Geringere Schäden bei einigen Arten von Schwämmen, die über Mesh-Beutel kultiviert werden, können zu höheren Überlebensraten führen. Wachstumsraten können verringert werden, da Maschenstränge auf den Beuteln den Wasserfluss verringern und die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln einschränken können. Die Ansammlung von Biofouling-Mitteln wie Bryozoen, Ascidianen und Algen auf dem Netz kann den Wasserfluss weiter einschränken. Dünne Maschenstränge mit großen Lücken und einer gut positionierten Stelle können als Mittel gegen Biofouling und reduzierte Durchflussraten wirken.
Methodenkombinationbearbeiten
Durch die Kombination von Seil- und Netzbeutelansätzen für die Badeschwamm-Aquakultur in einer „Kindergartenzeit“ können Qualitäts- und Produktionssteigerungen auftreten. Bei der Methode der Baumschulzeit werden Schwämme zunächst in Netzbeuteln kultiviert, bis die Explantate verheilt und regeneriert sind, um Wasser effizient zu filtern. Die regenerierten Explantate werden auf ein Seil übertragen, um ein optimales Wachstum bis zur Ernte zu fördern. Diese Strategie ist arbeitsintensiv und kostspielig, wobei die Wachstumsraten und das Überleben nicht höher sind als bei der Landwirtschaft ausschließlich über die Netzbeutelmethode.
Eine wirtschaftlichere Methode zur Kultivierung von Badeschwämmen wäre die Übertragung von Schwämmen in größere Netzbeutel, wenn das Schwammwachstum auftritt, um einen ausreichenden Wasserfluss und eine ausreichende Nährstoffbindung zu ermöglichen.
Badeschwamm Aquakulturproduktion in Mikronesienbearbeiten
Badeschwämme werden derzeit mit dem Schwamm Coscinoderma matthewsi mit einer Produktion von etwa 12.000 Schwämmen hergestellt, die vor Ort an Einwohner und Touristen in Pohnpei, Föderierte Staaten von Mikronesien, verkauft werden. Diese Schwämme sind einer der wenigen nachhaltig gezüchteten Meeresschwämme der Welt. Die Schwämme werden mit der Seilmethode gezüchtet, mit geringen Investitionskosten von einigen tausend Dollar für Landwirtschafts- und Wartungsgeräte, wodurch 100% natürliche Schwämme ohne aggressive Chemikalien während der Verarbeitung hergestellt werden.
Die Aquakulturproduktion von C. matthewsi-Schwämmen wurde vom Meeres- und Umweltforschungsinstitut von Pohnpei (MERIP) durchgeführt, um zu versuchen, ein nachhaltiges Einkommen für die Anwohner mit wenigen Möglichkeiten zum Geldverdienen zu erzielen. Die Schwämme benötigen ungefähr zwei Jahre, um erntefähige Größe zu erreichen, wobei Freitaucher routinemäßig Algen und Biofouling-Mittel von Hand entfernen. Diese Schwämme werden durch natürliche Prozesse verarbeitet, wo sie an der Luft trocknen gelassen und dann in Körbe gelegt und in die Lagune zurückgebracht werden, in der sie angebaut wurden. Dieser Prozess entfernt die gesamte organische Substanz im Schwamm und hinterlässt das endgültige Badeschwamm-Produkt. Die weitere Verarbeitung erfolgt durch Erweichen des Schwamms, es werden jedoch keine Bleichmittel, Säuren oder Farbstoffe verwendet.
Bioactive sponge aquacultureEdit
Die Erforschung der Zucht von Meeresschwämmen für bioaktive Metaboliten findet im Mittelmeerraum, im Indopazifik und im Südpazifik statt. Die Hauptziele sind die Optimierung bioaktiver Produktionsmethoden, Aquakulturprozesse und Umweltbedingungen, um ihre Produktion zu maximieren.
New methodsEdit
In der Aquakultur für bioaktive Stoffe spielt die endgültige Explantationsform keine Rolle, so dass zusätzliche Produktionsmethoden verwendet werden können. Zu den neuen Methoden der bioaktiven Kultivierung gehört die „Mesh-Array-Methode“, bei der die Wassersäule verwendet wird, um ein Netzrohr mit einzelnen Explantaten, die in abwechselnden Taschen gehalten werden, vertikal aufzuhängen.
Die Anzahl der Schwämme, die für die Aquakultur von bioaktiven Stoffen benötigt werden, wird reduziert, da sekundäre Schwammmetaboliten über viele Jahre hinweg wiederholt geerntet werden können, was die Kosten und die erforderliche Infrastruktur senkt. Die wenigen Schwämme, die für die Metabolitenproduktion ausgewählt wurden, hätten hohe Produktionsraten für den Zielmetaboliten, um Produktion und Gewinn zu optimieren.
Faktoren, die die Produktion von Sekundärmetaboliten beeinflussenbearbeiten
Eine Reihe von Faktoren beeinflusst die Produktion von Sekundärmetaboliten, wobei die Metabolitenkonzentration zwischen benachbarten Explantaten stark variiert. Lokalisierte Unterschiede in Lichtintensität und Biofouling sind physikalische und biologische Faktoren, die die Metabolitenbiosynthese in Schwämmen signifikant beeinflussen. Veränderungen der Umweltfaktoren können mikrobielle Populationen verändern und anschließend die Metabolitenbiosynthese beeinflussen.
Das Verständnis der Umweltfaktoren, die die Biosynthese von Metaboliten oder die ökologische Rolle des Metaboliten beeinflussen, kann als Wettbewerbsvorteil genutzt werden, um die Metabolitenproduktion und den Gesamtertrag zu maximieren. Wenn beispielsweise die ökologische Rolle des sekundären Zielmetaboliten darin bestand, Raubtiere abzuschrecken, kann die Nachahmung von Raubtieren durch Verwundung des Schwamms vor der Ernte eine effiziente Technik zur Maximierung der Metabolitenproduktion sein.
Einige Schwämme, die Metaboliten produzieren, wachsen extrem schnell, was darauf hindeutet, dass landwirtschaftliche Schwämme eine praktikable Alternative zur Herstellung von bioaktiven Stoffen sein könnten, die derzeit nicht chemisch synthetisiert werden können. Obwohl die Schwammzucht für bioaktive Stoffe aufgrund ihrer höheren wertschöpfenden Eigenschaften lukrativer ist, gibt es einige Herausforderungen, die bei der Aquakultur von Badeschwämmen nicht vorhanden sind, wie z. B. die hohen Kosten, die mit der Extraktion und Reinigung von Metaboliten verbunden sind.