Μελέτη στη διατροφή του κρανιού, Argyrosomus regius (Αsso 1801): επίδραση της θερμοκρασίας και του διατροφικού λίπους στη φυσιολογία της πέψης, στις ζωοτεχνικές παραμέτρους, στα μορφομετρικά χαρακτηριστικά και στο μεταβολισμό του λίπους

Abstract

Most studies on growth optimisation of cultured meagre (Argyrosomus regius) have been focused on diet formulation without considering the effect of temperature. Even though substantial progress has been achieved in understanding the nutritional requirements of this species, and the effect of dietary lipid level has been investigated on its growth performance, its effect on meagre’s digestion physiology has yet to be investigated. The low lipid content in its fillet and whole body, make the study of lipid metabolism particularly interesting in this species. Four temperature conditions (17, 20, 23, 26ºC - Chapter 3.1) and three isonitrogenous (47% dry weight) experimental diets, with different lipid content (15, 18-19, 24% dry mass - Chapters 3.2, 3.3) were designed. The nutritional value of the experimental diets was evaluated by examining feed consumption and nutrient utilization parameters, as well as meagre’s growth parameters. The effects of temperature and dietary lipid level were also investigated on: morphometric characteristics, including that of the gastrointestinal tract; proximate carcass and liver composition; digestion physiology, by studying the movement of feed - chyme along the digestive tract, and moisture and hydration levels of the gastrointestinal tract. In addition, the effect of dietary lipid level was studied on nutrient digestibility, digestive enzymes (lipase and amylase) and pH of stomach contents in relation to time postprandial. Furthermore, the effect of dietary lipid level was investigated on lipid metabolism by assessing the activity of lipogenic enzymes (G6PD and malic enzyme), β-oxidation through the activity of HOAD enzyme in liver tissue and the concentration of blood serum lipids (total, triglycerides, cholesterol) at selected time intervals post-feeding. In addition, the concentration of blood serum glucose was studied in relation to dietary lipid level and time postprandial. Digestion physiology was affected by water temperature and the level of dietary lipid. The gastric evacuation time (GET: half-emptied stomach) of meagre, ranged from 2.4 hours at 15% dietary lipid to 7.3 - 7.4 hours at 20 and 23ºC. Shortest GET was recorded at the lowest dietary lipid level (15%) and at the lowest water temperature treatment (17ºC). The pattern of movement of the dry digesta content within the gastrointestinal tract (GIT) was similar amongst the three treatments of different dietary lipid content. The passage of the dry digesta content along the GIT was accelerated with the increase in temperature. Treatments 23 and 26ºC exhibited similar pattern of digesta movement. Also, the pattern of dry digesta movement and the percentage of accumulation with time post-feeding in the posterior part of the intestine was similar between the two lower water temperatures. The stomach of the fish was emptied by 23 - 24 hours post-feeding, except in the low water temperature treatment - 17ºC -, in which the stomachs were emptied between 12- and 24-hours post-feeding. At 23/24 hours post-feeding, the posterior segment of the intestine of the fish still contained digesta, in all treatments. The hydration % of the GIT was affected by water temperature, with a lower % at 17ºC, but not by dietary treatment (dietary lipid level), whereas % moisture of the stomach was not affected by either of the two parameters. Dietary treatment had no impact on stomach content pH either, even though the measurements recorded from the treatment with the 24% dietary lipid level were a bit lower than the other two treatments. % moisture was lower in the stomach compared to the two segments of the intestine, while % hydration was greater in the stomach and decreased along the GIT. Postprandial time influenced the activity of the digestive enzymes, the pH of the stomach contents, % moisture and hydration level of the stomach content, and the concentration of the blood serum metabolites. Dietary lipid level (- diet) affected lipase activity in the tissue of the anterior part of the intestine in relation to time post-feeding, but not that of amylase. Regarding the intestinal content, the effect of dietary lipid level on lipase activity was evident only during the first 4 hours post-feeding, when equal or greater than 50% of the stomach content was transferred to the intestine. The activity of amylase (46.30-56.03 U/L, mean per treatment) was much higher than lipase activity (9.16-12.50 U/L) in the anterior part of the intestinal tissue, indicating a greater potential for carbohydrate digestion in this segment. At 23.5 – 26ºC water temperature, protein and lipid digestibility were high (>94%) and not affected by diet/dietary lipid level, whereas carbohydrate digestibility decreased (91 - 86%) with the increase in dietary starch content (-decrease of dietary lipid content). Fatty acid (FA) digestibility, except that of saturated FAs, showed an increasing tendency with the increase in dietary lipid level, while that of amino acids was not affected. Among the FAs, 18:00 had the lowest digestibility (49.3 - 54.5%) and 20:5ω-3 (EPA) the highest (94.4 - 95.6%). The increase in water temperature from 17 to 26ºC, improved growth, feed efficiency and nutrient utilization in meagre. Whole body and fillet proximate composition were not affected by water temperature, except of fillet protein content, which was lower at 17ºC (16.30%) compared to 26ºC (17.44%). Feeding ratio at, or below 17ºC should be adjusted accordingly to avoid losses. Dietary lipid level from 15 to 24% did not influence body (6.08 - 6.88%), nor liver lipid content of meagre, maintaining its ability to utilize available lipids for energy purposes. Meagre’s specific growth rate (SGR) was not significantly affected by the different diets tested, although a decrease (1.14 - 0.97) was observed with increasing dietary lipid. Feed consumption decreased (1.58 - 1.37%) with the increase in dietary lipid level. The results (morphometric, composition and growth) indicate that none of the diets offered was less than optimal. The GIT was characterised by 7 to 10 medium length pyloric caeca, a Y-shaped stomach and a relatively big liver with two lobes. The relative intestine length expressed as a % of fish total length (RILf.l), was measured between 58.66% (Chapter 3.3) and 116.09% (Chapter 3.2). Dietary treatment had a significant effect on intestine length, with smaller RIL in the treatment with the 15% dietary lipid (low level) in Chapter 3.2, while in Chapter 3.3, in the treatment with the 19% dietary lipid (medium level). The variation in the RIL values with time post-feeding was not significant. Fatty acid content of the diet with the highest lipid level (24%) was sufficient to cover meagre’s needs, leading to lower activity of the lipogenic enzyme G6PD. At the same time, the difference in the level of dietary starch amongst the three dietary treatments influenced lipogenesis at the level of the enzyme G6PD but not of ME. The concentrations of cholesterol, triglycerides and total lipids in the blood serum of the fish in Chapter 3.2, which were smaller in size than the fish in Chapter 3.3 and were fed before the sampling, increased with the increase of dietary lipid level, whereas of the fish in Chapter 3.3 that were starved, were not affected. Glucose concentration was greater in meagre fed the diet with the higher dietary lipid level (lower dietary starch level), in both Chapters (3.2, 3.3) in which the level of dietary lipid was investigated. Liver glycogen concentration (11.33 – 8.22%) was significantly greater in fish fed the diet with 15% lipid (20% starch) than in fish fed the diet containing 24% lipid (15% starch), in Chapter 3.2. Lipid absorption in fish fed the 18 and 24% dietary lipid, occurred earlier than in fish fed the diet containing 15% lipid and the intensity increased with the increase in dietary lipid content. Initial levels of glucose concentration were reached earlier in fish fed the diet with the 15% lipid, compared to the fish fed the 24% dietary lipid. Tota lipids, triglycerides, cholesterol and glucose concentration increased soon after the feed was administered (Chapter 3.2). Regarding the fatty acid profile in meagre liver, not all groups of fatty acids (total % per group) exhibited similar trend to that of the corresponding diets. Oleic acid - 18:1ω-9 had the highest % in the liver (30.4 - 33.1%), followed by palmitic acid - 16:0 - (14 - 16.5%) and then linoleic acid -18:2ω-6(cis) - (11.60 – 12.9%), similarly to the three diets. Fatty acid concentrations in the liver were influenced by diet, with some FA exhibiting an increase and others a decrease with the increase in dietary lipid level. The findings of the present thesis demonstrate that water temperature and dietary lipid level influence the physiological processes of meagre, highlighting the importance of tailoring nutritional strategies to the culture conditions, in order to optimize the species’ production. Better utilization of food and growth in meagre is achieved at warm water temperatures (23 - 27ºC). At these temperatures, the ability of meagre to utilize dietary lipids remained constant regardless of the dietary lipid level, from 15 to 24% d.m, without affecting its growth. A combination of 47% d.m (44% w.w) protein with 15 - 19% d.m (14-18% w.w) lipid in the diet is appropriate for the culture of meagre of the size tested.

Οι περισσότερες μελέτες για τη βελτιστοποίηση της ανάπτυξης του εκτρεφόμενου κρανιού (Argyrosomus regius), έχουν επικεντρωθεί στη σύνθεση σιτηρεσίου παραβλέποντας την επίδραση της θερμοκρασίας. Παρόλο που έχει σημειωθεί πρόοδος στην κατανόηση των διατροφικών απαιτήσεων του είδους και η επίδραση του διατροφικού επιπέδου του λίπους έχει μελετηθεί στην αύξησή του, η επίδρασή του λίπους στη φυσιολογία της πέψης δεν έχει μελετηθεί. Η χαμηλή λιποπεριεκτικότητα στο μυ και στο σώμα του, ακόμη και όταν τρέφεται με σιτηρέσια υψηλής λιποπεριεκτικότητας, καθιστούν τη μελέτη του μεταβολισμού του λίπους στο είδος αυτό ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα. Σχεδιάστηκαν 4 θερμοκρασιακές συνθήκες (17, 20, 23, 26ºC - Κεφ. 3.1) και τρία ισοπρωτεϊνικά (47% ξηρής μάζας) πειραματικά σιτηρέσια με διαφορετική περιεκτικότητα λίπους (15, 18-19, 24% ξηρής μάζας – Κεφ. 3.2, 3.3). Εξετάστηκε η διατροφική αξία των πειραματικών σιτηρεσίων με την κατανάλωση και αξιοποίηση των θρεπτικών συστατικών και το αποτέλεσμα στις παραμέτρους αύξησης των ιχθύων. Διερευνήθηκε επίσης η επίδραση της θερμοκρασίας και του επιπέδου του διατροφικού λίπους στη φυσιολογία της πέψης, μέσω της διέλευσης της τροφής στον πεπτικό σωλήνα, καθώς και της υγρασίας και ενυδάτωσης του πεπτικού σωλήνα· στις μορφομετρικές παραμέτρους των ιχθύων, συμπεριλαμβανομένου του πεπτικού σωλήνα και στη σύσταση σώματος και ήπατος. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση του επίπεδου του διατροφικού λίπους, στην πεπτικότητα των θρεπτικών συστατικών, καθώς επίσης σε σχέση με το χρόνο μετά την παροχή του γεύματος στα πεπτικά ένζυμα λιπάση και αμυλάση και στο pH του στομαχικού περιεχομένου. Επίσης, διερευνήθηκε η επίδραση του επιπέδου του διατροφικού λίπους στο μεταβολισμό του λίπους, με την εκτίμηση της ενεργότητας βασικών ενζύμων της λιπογένεσης (G6PD, malic enzyme), τον προσδιορισμό της β-οξείδωσης μέσω του ενζύμου HOAD σε ιστό ήπατος και της συγκέντρωσης λιπιδίων (ολικά, τριγλυκερίδια, χοληστερόλη) στον ορό του αίματος σε επιλεγμένα χρονικά διαστήματα από τη χορήγηση του σιτηρεσίου στους ιχθύς. Ακόμη, εξετάστηκε η επίδραση του διατροφικού επιπέδου λίπους και η πάροδος του χρόνου από το γεύμα, στη συγκέντρωση της γλυκόζης στον ορό του αίματος. Η φυσιολογία της πέψης επηρεάστηκε από τη θερμοκρασία νερού και το επίπεδο διατροφικού λίπους. Ο χρόνος γαστρικής εκκένωσης (ΧΓΕ) (μισό-άδειος στόμαχος) κυμάνθηκε από 2.4 ώρες στο 15% διατροφικό λίπος μέχρι τις 7.3 - 7.4 ώρες στους 20 και 23ºC. Μικρότερος ΧΓΕ βρέθηκε στο χαμηλότερο επίπεδο διατροφικού λίπους (15%) και στη χαμηλότερη θερμοκρασία νερού (17ºC). Το μοτίβο κίνησης του ξηρού περιεχομένου στον γαστρεντερικό σωλήνα (ΓΕΣ) ήταν παρόμοιο μεταξύ των τριών συνθηκών διαφορετικού επιπέδου διατροφικού λίπους. Η διέλευση του ξηρού περιεχομένου εντός του ΓΕΣ του κρανιού επιταχύνθηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας. Οι συνθήκες 23 και 26ºC, παρουσίασαν παρόμοιο μοτίβο κίνησης του περιεχομένου εντός του ΓΕΣ. Το μοτίβο κίνησης του ξηρού περιεχομένου στο οπίσθιο τμήμα του εντέρου και το ποσοστό συσσώρευσης με το χρόνο, ήταν επίσης παρόμοια μεταξύ των 2 χαμηλότερων θερμοκρασιών νερού. Ο στόμαχος των ιχθύων σε όλες τις συνθήκες είχε εκκενωθεί 23-24 ώρες μετά το γεύμα, εκτός της συνθήκης 17ºC, στην οποία εκκενώθηκε μεταξύ 12 και 24 ώρες μετά το γεύμα. Στις 23/24 ώρες το οπίσθιο τμήμα του εντερικού σωλήνα είχε ακόμη περιεχόμενο, ανεξαρτήτως συνθήκης. Το % ενυδάτωσης στον ΓΕΣ επηρεάστηκε από τη θερμοκρασία, με χαμηλότερο % στους 17ºC, αλλά όχι από το σιτηρέσιο (επίπεδο διατροφικού λίπους), ενώ το % υγρασίας στο στόμαχο δεν επηρεάστηκε από τις 2 παραμέτρους. Το σιτηρέσιο δεν είχε επίδραση ούτε στο pH του στομαχικού περιεχόμενου, αν και οι τιμές στη συνθήκη με το 24% διατροφικό λίπος ήταν λίγο χαμηλότερες από τις άλλες δύο. Το % υγρασίας ήταν μικρότερο στο στόμαχο σε σύγκριση με τα δύο εντερικά τμήματα, ενώ το % ενυδάτωσης ήταν μεγαλύτερο στο στόμαχο και μειώθηκε κατά μήκος του ΓΕΣ. Ο χρόνος από την παροχή του γεύματος είχε επίδραση στην ενεργότητα των πεπτικών ενζύμων, στο pH του στομαχικού περιεχομένου, στο % υγρασίας και ενυδάτωσης στο στομαχικό περιεχόμενο και στους μεταβολίτες του ορού του αίματος. Το επίπεδο διατροφικού λίπους (σιτηρέσιο) επηρέασε την ενεργότητα της λιπάσης στο πρόσθιο τμήμα του εντερικού ιστού σε συνδυασμό με την πάροδο του χρόνου από το γεύμα, αλλά όχι της αμυλάσης. Στο εντερικό περιεχόμενο, η επίδραση του επιπέδου του διατροφικού λίπους στην ενεργότητα της λιπάσης ήταν αισθητή μόνο τις πρώτες 4 ώρες μετά τη χορήγηση του γεύματος, όταν μεγαλύτερο ή ίσο με το 50% του στομαχικού περιεχομένου είχε μετακινηθεί στο έντερο. Η ενεργότητα της αμυλάσης (46.30-56.03 U/L, μέσος όρος ανά συνθήκη) ήταν πολύ μεγαλύτερη από της λιπάσης (9.16-12.50 U/L) στο πρόσθιο τμήμα του εντερικού ιστού, δείχνοντας μεγαλύτερη δυνατότητα ως προς την πέψη των υδατανθράκων στο τμήμα αυτό. Σε θερμοκρασία νερού 23.5–26ºC, η πεπτικότητα της πρωτεΐνης και του λίπους ήταν υψηλή (>94%) και δεν επηρεάστηκε από το σιτηρέσιο/επίπεδο διατροφικού λίπους, ενώ των υδατανθράκων μειώθηκε (91-86%) με την αύξηση του διατροφικού αμύλου (-μείωση του διατροφικού λίπους). Η πεπτικότητα των λιπαρών οξέων (Λ.Ο.), εκτός των κορεσμένων Λ.Ο., είχε μια τάση αύξησης με την αύξηση του διατροφικού λίπους, ενώ των αμινοξέων δεν επηρεάστηκε. Χαμηλότερη πεπτικότητα ανάμεσα στα Λ.Ο. είχε το 18:00 (49.3-54.5%) και υψηλότερη το 20:5ω-3 (EPA, 94.4 - 95.6%). Η αύξηση της θερμοκρασίας νερού, από τους 17 στους 26ºC βελτίωσε την αύξηση, την αποδοτικότητα της τροφής και τη χρήση θρεπτικών συστατικών στον κρανιό. Η σύσταση του σώματος και του φιλέτου δεν επηρεάστηκαν από τη θερμοκρασία, εκτός της πρωτεΐνης στο φιλέτο που ήταν χαμηλότερη στους 17ºC (16.30%) από τους 26ºC (17.44%). Το ποσοστό σίτισης σε θερμοκρασία ίση ή χαμηλότερη από τους 17ºC πρέπει να προσαρμόζεται για να αποφεύγονται απώλειες. Το διατροφικό λίπος από 15 μέχρι 24% δεν διαφοροποίησε την εναπόθεση λίπους στο σώμα (6.08-6.88%) ή στο ήπαρ του κρανιού, διατηρώντας την ικανότητα του να αξιοποιεί το διαθέσιμο λίπος για ενεργειακούς σκοπούς. Ο ειδικός ρυθμός ανάπτυξης (SGR) των ιχθύων δεν επηρεάστηκε σημαντικά από τα διαφορετικά σιτηρέσια, παρόλο που παρατηρήθηκε μια μείωση (1.14-0.97 %/ημέρα) με την αύξηση του διατροφικού λίπους. Η κατανάλωση της τροφής μειώθηκε (1.58-1.37%) με την αύξηση του διατροφικού λίπους. Τα αποτελέσματα (μορφομετρικά, σύστασης και αύξησης) υποδεικνύουν ότι όλα τα σιτηρέσια ήταν εξίσου αποδοτικά. Στον ΓΕΣ του κρανιού παρατηρήθηκαν 7-10 μέτριου μήκους πυλωρικά τυφλά, στόμαχος σε σχήμα Υ και σχετικά μεγάλο ήπαρ με 2 λοβούς. Το σχετικό μήκος εντέρου ως προς το μήκος ιχθύος (ΣΜΕμ.ι.), βρέθηκε από 58.66% (Κεφ. 3.3) μέχρι 116.09% (Κεφ. 3.2). Η επίδραση των διαφορετικών σιτηρεσίων στο μήκος εντέρου ήταν σημαντική, με μικρότερο ΣΜΕ στο Κεφ. 3.2, στη συνθήκη με το 15% διατροφικό λίπος, ενώ στο Κεφ. 3.3, στη συνθήκη με το 19% (μεσαίο επίπεδο λίπους). Η διακύμανση του ΣΜΕ με την πάροδο του χρόνου μετά το γεύμα δεν ήταν σημαντική. Το σιτηρέσιο με το υψηλότερο λίπος προσέφερε ικανοποιητικό ποσοστό λιπαρών οξέων για τις ανάγκες του κρανιού, μειώνοντας έτσι τη δράση του ενζύμου G6PD της λιπογένεσης. Παράλληλα, η διαφορά στο επίπεδο των διατροφικών υδατανθράκων ανάμεσα στις τρεις συνθήκες, επηρέασε τη λιπογένεση στο επίπεδο του ενζύμου G6PD αλλά όχι του ΜΕ. Τα επίπεδα χοληστερόλης, τριγλυκεριδίων και ολικών λιπιδίων στο ορό του αίματος στους ιχθύς του Κεφ. 3.2, οι οποίοι είχαν μικρότερο μέγεθος από αυτούς του Κεφ. 3.3 και είχαν σιτιστεί, αυξήθηκαν με την αύξηση του διατροφικού λίπους, ενώ στους νηστικούς ιχθύς του Κεφ. 3.3 δεν επηρεάστηκαν. Η συγκέντρωση της γλυκόζης ήταν μεγαλύτερη στη συνθήκη με το υψηλότερο διατροφικό λίπος - χαμηλότερο διατροφικό άμυλο και στα δύο Κεφάλαια (3.2, 3.3), στα οποία εξετάστηκε το επίπεδο διατροφικού λίπους. H συγκέντρωση του γλυκογόνου στο ήπαρ (11.33 – 8.22%) στο Κεφ. 3.2 ήταν σημαντικά μεγαλύτερη στη συνθήκη με το 15% διατροφικό λίπος (20% άμυλο) από την συνθήκη με το 24% λίπος (15% άμυλο). Οι τιμές των ολικών λιπιδίων, τριγλυκεριδίων, χοληστερόλης και γλυκόζης αυξήθηκαν μετά τη χορήγηση του γεύματος (Κεφ. 3.2). Η απορρόφηση των λιπιδίων στο 18 και 24% διατροφικό λίπος εμφανίστηκε πιο νωρίς από ότι στο 15% και το μέγεθος της αυξήθηκε με την αύξηση του διατροφικού λίπους. Η επαναφορά στη συγκέντρωση της γλυκόζης μετά το γεύμα στα βασικά επίπεδα, ήταν γρηγορότερη στην ομάδα με το 15% διατροφικό λίπος σε σχέση με το 24%. Όσον αφορά τα Λ.Ο., το συνολικό % των διαφορετικών ομάδων Λ.Ο. στο ήπαρ, δεν παρουσίασε σε όλες τις ομάδες την ίδια τάση με αυτή στα σιτηρέσια. Υψηλότερο % στο ήπαρ είχε το ελαϊκό οξύ - 18:1ω-9 - (30.4 - 33.1%), ακολούθως το παλμιτικό οξύ - 16:0 - (14 – 16.5%) και τρίτο το λινελαϊκό οξύ -18:2ω-6(cis) - (11.60 – 12.9%), ομοίως με τα σιτηρέσια. Η συγκέντρωση των Λ.Ο. στο ήπαρ επηρεάστηκε από το σιτηρέσιο, με κάποια να δείχνουν αύξηση και άλλα μείωση με την αύξηση του λίπους στο σιτηρέσιο. Τα συμπεράσματα της διατριβής δείχνουν ότι η θερμοκρασία και το επίπεδο διατροφικού λίπους επηρεάζουν τις φυσιολογικές διεργασίες του κρανιού, υποδεικνύοντας τη σημασία της προσαρμογής της διατροφής στις συνθήκες εκτροφής, για τη βελτιστοποίηση της εκτροφής του είδους. Καλύτερη αξιοποίηση της τροφής και αύξηση στον κρανιό επιτυγχάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες (23 - 27ºC). Σε αυτές τις θερμοκρασίες, η δυνατότητα του κρανιού να αξιοποιεί το διατροφικό λίπος παρέμεινε σταθερή, ανεξαρτήτως επιπέδου από 15-24% ξ.μ, χωρίς να επηρεάζεται η αύξησή του. Σιτηρέσια με 47% ξ.μ (43% ν.μ) πρωτεΐνη σε συνδυασμό με 15-19% ξ,μ (14-18% ν.μ) διατροφικό λίπος είναι ικανοποιητικά για την αύξηση του.