1 Литературный обзор
1.1 История развития и современное состояние пастбищного лососеводства в Сахалинской области
Разведение тихоокеанских лососей имеет более чем вековую историю, однако советское лососеводство на Сахалине и Курилах фактически началось с середины 50-х гг. XX века [15, 55]. Первый ЛРЗ на Сахалине был построен японцами на р. Асанай (р. Заветинка) в 1912 г. В настоящее время там действует Сокольниковский ЛРЗ. Также они сооружали инкубаторы на о. Итуруп и о. Кунашир [15].
В 1922 г. на р. Воскресенской (приток р. Тымь) японцы построили рыбоводный завод мощностью на 10 млн. шт. по закладке икры кеты. Гибло в то время на этапе выдерживания производителей до 90%, а при инкубации икры - 30%. До 1930 г. на Северном Сахалине было построено два советских ЛРЗ и еще один завод передан в распоряжение СССР Японией, а после окончания Второй мировой войны было получено еще два десятка заводов японской постройки на Южном Сахалине и Курилах. Практически все упомянутые предприятия проектировали и строили для разведения кеты. Одни из главных причин несостоятельности ЛРЗ в тот период времени – это высокая смертность производителей, икры и личинок из-за несовершенства биотехники на всех этапах разведения [14].
Второй этап начался в 1970-х и продолжился до конца 1980-х гг. В пределах Сахалинской области в это время функционировало 18 государственных заводов. На данном этапе на многих ЛРЗ началось быстрое увеличение их мощностей и перевод на разведение горбуши, зачастую без учета целесообразности таких мероприятий. В условиях планового хозяйствования лососеводство развивалось экстенсивно – за счет увеличения количества выпускаемой молоди. При этом допускали излишнюю плотность содержания личинок, многократные перевозки оплодотворенной икры из одного речного бассейна в другой. Как результат – выживаемость молоди была очень низкой.
Основной объект лососеводства в это время – горбуша (68%), кету рассматривали в качестве второстепенного вида. 36 В итоге отмечено достижение максимальных за весь период развития советского и российского лососеводства объемов выпуска молоди лососей (до 890 млн экз. ежегодно) [43, 44, 54]. В это время (1970–1980-е гг.) доля лососей заводского происхождения в масштабах страны составляла, по некоторым оценкам, около 20% общий вылов рыб заводского происхождения достигал 15 тыс. т [57].
На третьем этапе (1987–1995 гг.) благодаря компенсационным выплатам Японии за промысел в исключительной экономической зоне России большинство ЛРЗ (в начале 1990-х гг.) прошло основательную реконструкцию. Были внедрены передовые технологические приемы по водоподготовке и водоподаче, выдерживанию икры и личинок, контролю за сбором и качеством производителей, качеством и сроками выпуска молоди в море. Начались процессы передачи государственных заводов в оперативное управление частным предприятиям, а также строительство новых частных заводов и питомников. Процессы, происходившие в экономике СССР и Российской Федерации в конце 1990-х гг., привели к сокращению объемов выпуска молоди в этот период до 400–500 млн. экз. Выпуск молоди горбуши и кеты составил соответственно 298 млн. экз. и 275 млн. мальков ежегодно В то же время вылов заводской горбуши, по некоторым оценкам, только на Сахалине в этот период достиг 30,5 тыс. т. [14].
Четвертый этап (1998–2011 гг.) включал в себя строительство новых заводов на основе частного капитала и существенное увеличение общих объемов выпуска молоди и доли молоди кеты в них. В 2009 г. (всего 35 заводов по области) выпущено 735 млн молоди (из них кета – 53%), в 2010 г. выпущено 746 млн мальков; в 2011 г. (37 ЛРЗ) выпущено более 750 млн молоди. Результатом развития лососеводства на Сахалине и Курилах считают отмеченный со второй половины 1990-х гг. рост уловов кеты. Это объясняют, как увеличением количества выпускаемой молоди данного вида, так и улучшением условий заводского разведения. Величина возврата рыб в первом десятилетии XXI в. достигла на некоторых ЛРЗ мирового уровня, а доля заводских рыб в промысловом запасе кеты в южной части Сахалина и на южных Курильских островах стала составлять около 90% [20].
В последние годы общий промысловый возврат сахалинской кеты искусственного разведения, по экспертным оценкам специалистов ФГБУ «Сахалинрыбвод», составил 30 тыс. т. Развитие исследований различных аспектов биотехники разведения лососей в СахНИРО (бывшем СахТИНРО) во многом перекликается с этапами развития лососеводства в регионе. Начало исследовательских работ в этой области приходится на 1956 г., соответствующие изыскания проводили сотрудники существовавшей в тот период лаборатории лососевых рыб СахТИНРО. В этот период опытным путем была доказана и апробирована возможность подкормки молоди, выпускаемой с рыбоводных заводов, издана инструкция по подкормке молоди кеты и горбуши на сахалинских рыбоводных заводах, даны рекомендации по оптимальным срокам выпуска и выдерживания молоди лососей на рыбоводных заводах [56]. Следующим этапом стало создание лаборатории искусственного разведения лососей, сформированной в качестве самостоятельного подразделения с 1974 г. Ее руководителем был назначен Ф.Н. Рухлов.
Сотрудниками лаборатории было продолжено начатое в 1960-х гг. крупномасштабное мечение заводской горбуши, разработан метод определения коэффициентов возврата производителей на заводы посредством данных, полученных при помощи мечения. В 1976 г. на различных рыбоводных заводах было помечено 3,7 млн личинок горбуши и 1,6 млн осенней кеты. За пять лет, с 1976 по 1980 г., мечение было трижды проведено на Курильском заводе и по два раза на Соколовском, Лесном, Айнском, Таранайском и Калининском заводах [56].
В результате проведенных исследований показано, что региональная изменчивость эффективности разведения этого вида аналогична таковой для естественного разведения. Расчетные среднегодовые возвраты производителей горбуши составили: на юго-восточном Сахалине – 2,1%, в заливе Анива – 2,3%, на о. Итуруп – 2% [55].
Эффективность разведения кеты была оценена гораздо ниже. По данным Ф. Н. Рухлова (1980), возвраты кеты в 1955–1970 гг. на ЛРЗ юго-западного Сахалина составляли в среднем 0,28%, а юго-восточного – 0,44%, а по данным В. В. Ковтуна (1986), возвраты кеты в 1955–1980 гг. на юго-западное побережье были 0,1–0,3%, а на юго-востоке часто не достигали 0,1%.
Причинами довольно низкой эффективности разведения кеты в тот период, по мнению многих исследователей, были игнорирование биологических особенностей конкретных видов, массовые региональные перевозки икры, селективный отбор производителей [14, 43, 44].
Серьезным стимулом для расширения исследований в этом направлении стало принятие в 1981 г. Минрыбхозом СССР комплексно-целевой программы «Лосось», на которую, в том числе и на исследования в интересах искусственного разведения, предполагалось выделение значительных средств.
В 1980–1990 гг. исследованиями эффективности работы рыбоводных заводов Сахалина и Курил занимались А.О. Шубин и Л.Д. Хоревин. В результате разработки этой темы были определены и закрыты ряд заводов, работавших с низким коэффициентом возврата (Айнский, Ватутинский, Ловецкий, Пионерский, Парусный, Кирилловский), вскрыты причины такого явления, даны предложения по планированию перспективных ЛРЗ. Результаты работы над данной проблемой были использованы для доказательства ущерба от перевозок икры между ЛРЗ разных районов.
В 1992 г. сотрудницей лаборатории Е.В. Тарасюк проведены работы по изучению влияния сейсмических источников на лососевых рыб в условиях рыбоводного завода. В те же годы начаты исследования, связанные с разработкой биотехники искусственного разведения тихоокеанских лососей, имеющих длительный пресноводный период жизни (кижуча и симы), работы вел А.И. Жульков на Адо-Тымовском (кижуч) и Анивском (сима) заводах. В итоге работ были составлены инструкции по искусственному разведению симы и кижуча. В настоящее время продолжается выращивание в небольших количествах молоди кижуча на Буюкловском и Охотском рыбоводных заводах и симы – на Урожайном и Анивском ЛРЗ.
Можно выделить два основных проблемных направления, связанных с лососеводством и требующих квалифицированного научного подхода. Первое – существенное повышение эффективности существующих предприятий. Так, важнейшей задачей современного российского лососеводства, по мнению ряда исследователей, является увеличение промысловых возвратов за счет перехода отрасли на интенсивный, высокотехнологичный путь развития. Для этого требуется внедрение ряда передовых методов и технологий, в частности крайне необходима оптимизация производственного цикла для повышения выживаемости молоди при выпуске и обитании в естественной среде [15, 54]. Неизбежность такого шага вызвана тем, что развитие лососеводства на российском Дальнем Востоке идет по экстенсивному, экономически невыгодному пути. Свидетельство этому – быстрый прирост количества ЛРЗ Сахалинской области при их невысокой общей эффективности. Так, если в 1999 г. в области действовало 22 предприятия, то к 2011 г. – уже 37. На ближайшее время запланировано строительство еще 29 перспективных ЛРЗ на Дальнем Востоке, из них 20 – на Курилах [14].
С ЛРЗ, расположенных на Сахалине и о. Итуруп, выпускают около 80% от общего количества выпускаемой молоди на Дальнем Востоке России. На втором месте по объёмам выпуска стоят ЛРЗ Хабаровского края. Вклад остальных регионов составляет около 10% [28]. Данные о выпуске молоди сахалинскими ЛРЗ представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Данные о выпуске молоди тихоокеанских лососей ЛРЗ Сахалина и Курил, млн. шт. (2000-2021 гг) [60]
Год Выпуск, млн. шт.
2000 583,3
2007 634,6
2014 770,3
2021
677,7
Всего сахалинскими ЛРЗ в 2021 г. было выпущено 677,7 млн. шт. молоди, из них: 45,5 млн. шт. горбуши, 67,2 млн. шт. кеты [60].
1.2 Биологические особенности кеты (Oncorhynchus keta Walbaum)
Кета – это крупная рыба, на ее теле и хвостовом плавнике пятна отсутствуют. Выделяют летнюю и осеннюю расы кеты. Различаются они сроками нерестового хода, местами нереста, размером. Средняя длина рыбы составляет 62 см, вес 3,25 кг, плодовитость 2,4 тыс. шт. икринок (рис. 1).
Рис. 1 – Кета [62].
Летняя кета нерестится на участках, аналогичных местам нереста горбуши. Ее икра также омывается подрусловым потоком вод.
Ход осенней кеты в водоемы Сахалино-Курильского бассейна начинается в конце августа — начале сентября. Различия в размерах и плодовитости кеты наблюдают между рыбой первого и последнего хода. Как правило, особи в начале нерестовой миграции нерестовой миграции более крупные, они проходят в верховья рек.
Длительность нереста кеты довольно растянута. При переходе гидрологического режима к зимней межени — низким уровням воды в реках — на нерестилища идет более мелкая рыба, которая откладывает икру в нижнем течении рек. Скорость течения на нерестилищах варьирует от 0,1 до 0,9 метра в секунду, температура воды в период нереста понижается с 8,2 ?С до 1,8 ?С, однако гнезда омывают грунтовые источники с постоянной температурой 3-4 ?С в течение всей зимы. Процесс нереста занимает обычно 3-5 дней, гибель самок после икрометания наступает через 9-14 дней, но иногда они живут до 22 суток. Количество откладываемой в нерестовый бугор икры изменяется в довольно широких пределах, но совершенно ясно выражена его зависимость от скорости течения на нерестилище. В среднем одна самка откладывает в гнездо 1070 икринок. Нерестовые бугры имеют длину 2-3, ширину 1,5-2 м. Площадь их различна от 0,3 до 4,5, составляя в среднем 1,6 м2. Икринки кеты очень крупные. Их масса варьирует от 183 до 300 мг. Конвульсивные движения самки и самца способствуют выметыванию икры и спермы. Оплодотворенную икру самка закапывает. Глубина закладки 30–50 см в рыхлом грунте, в твердом - ближе к поверхности. Икрометание обычно ночью или в сумерки [49].
Развитие икры происходит 70-120 дней, 60-90 дней предличинки находятся в бугре. Затем начинается скат личинок, который в малых реках заканчивается к маю, а в крупных продолжается все лето. После ската молодь обитает в прибрежных водах, заливах и бухтах. Дальнейший нагул происходит в Тихом океане и частично в Беринговом море [27].
Через 120–150 дней после нереста в гнездах появляются вышедшие из икры эмбрионы. Они имеют громадный желточный мешок и спокойно лежат между галькой. По мере роста личинки проявляют активность и передвигаются по межгалечным промежуткам, но эта активность незначительная.
Выход личинок из грунта начинается в апреле и продолжается 3?4 месяца. На боках образуются 10–14 темных овальных поперечных пятен. Плавники приобретают оранжево-красную окраску. Личинок с такой пигментацией тела называют пестрятками. Молодь кеты не сразу мигрирует к морю, а в течение некоторого времени, до одного-двух месяцев, живет в реке. Личинки держатся стайками в районе нерестилищ, на участках со слабым течением и питаются мелкими организмами, живущими на поверхности грунта, растений [10, 31]. По мере роста молодь потребляет падающих на поверхность воды мелких насекомых. В это время личинки еще не полностью перешли на внешнее питание. В мае молодь начинает мигрировать к морю. Ее вес в это время достигает 500 мг. В организме молоди к этому времени уже произошли перестройки, позволяющие ей жить и в пресной, и в морской воде [30].
В течение первых 3–4 месяцев после появления в прибрежной зоне Сахалина и Курил молодь держится вблизи берегов. На зиму кета уходит в открытые части Тихого океана. Кета возвращается на нерест на третьем, четвертом, пятом и даже шестом году. Однако, основная часть рыбы достигает половозрелости или на четвертом, или на пятом году [45].
1.2.1 Особенности раннего онтогенеза кеты
У лососевых рыб яйцевые оболочки состоят из лучистой зоны (zona radiata) и тонкого внешнего гомогенного слоя. Толщина оболочек набухших яиц осенней кеты около 50 мк. Построена оболочка из ихтулокератина. У кеты дифференцируются два слоя лучистой зоны. Внутренняя часть лучистой зоны, толщиной около 5 мк, отличается более рыхлой структурой. Гомогенный поверхностный слой имеет толщину 1-1,5 мк. Наружный слой хориона содержит нейтральные карбогидраты, белок и мукополисахариды несульфатного типа. Он предохраняет икру от действия ферментов вылупления с внешней стороны.
У осенней кеты икринки ярко-оранжевые. Окраска обусловлена каротиноидным пигментом. Они сохраняют свою фертильность (оплодотворяющую способность) от 2 до 30 мин. Основная масса икринок после активации водой теряет свою фертильность.
Существование дочернего организма начинается со слияния ядер родительских гамет и образования зиготы. При температуре от 7,5?9?С преобразование ядра яйцеклетки завершается примерно через три часа после осеменения, и женский пронуклеус начинает мигрировать к мужскому, который же к этому времени достигает места будущей встречи. Через 3,5?4 часа после осеменения пронуклеусы коньюгируют и образуется зигота. Преобразование ядерного аппарата родительских гамет совпадает по времени с обводнением яиц, образованием перивителлинового пространства и затвердением оболочки [17].
У набухших икринок жировые капли сосредотачиваются у анимального полюса, образуя куполообразное выпячивание, на котором формируется цитоплазматический бугорок, или зародышевый диск. Благодаря полярности строения яйцо всегда располагается анимальным полюсом кверху.
1 Этап – образование цитоплазматического бугорка-зародышевого диска: за начало первого этапа онтогенеза принимают образование зиготы. Продолжается этот этап до начала дробления. При 9?С начало дробления начинается через 8-10 часов после осеменения.
В течении этапа на анимальном полюсе икринок, в месте скопления жировых капель формируется цитоплазматический бугорок. У зрелых яйцеклеток на анимальном полюсе выявляется лишь небольшое скопление цитоплазмы. Далее сформировавшийся бугорок принимает форму, близкую к полушарию. Его контур четко очерчивается. У осенней кеты диаметр зародышевого диска варьирует от 0,9-1,3 мм. К концу этапа нижняя поверхность желточного мешка приобретает способность прилипать к оболочке [11]. Между поверхностью анимального полюса яйцеклетки и оболочкой образуется пространство, достигающее 0,4-0,8 мм. В течении этапа чувствительность икры к травмам понижена.
2 Этап – дробление зародышевого диска: начинается с появления первой борозды дробления и заканчивается образованием бластомерной бластулы, которая формируется при 3,3?С в возрасте 8 сут. Вторая борозда дробления происходит перпендикулярно первой, образуя четыре плотно прилегающих к друг другу бластомера. Две третьих борозды дробления проходят параллельно первой и образуют 8 бластомеров, располагающихся двумя параллельными рядами. Зародышевый диск на этой стадии принимает форму удлинённого овала и его площадь увеличивается. Борозды четвертого дробления проходят уже в горизонтальной (экваториальной площади) и образовавшиеся 16 бластомеров располагаются двумя слоями. После 4-5-го дробления зародышевый диск принимает округлую форму. В процессе дальнейшего дробления верхние бластомеры располагаются плотнее, они немного мельче и уплощены. С началом дробления повышается чувствительность икры к механическим воздействиям.
3 Этап – бластула: продолжается от образования бластомерной бластулы до начала гаструляции. При температуре 3,3?С этап длится 10?11 сут. Одним из внешних признаков перехода к стадии бластулы служит начало увеличения бластодиска [11, 18]. У кеты диаметр бластодиска в это время составляет 1,3?1,4 мм. Он куполообразно выдается над поверхностью желточного мешка и охватывает зону мелких жировых капель. На стадии бластулы хорошо выражен перибласт, формирующийся в результате в результате деления бластомеров, прилегающих к желтку. При этом одно из новых ядер образует типичный бластомер, а второе ядро образует промежуточный слой цитоплазмы. Поверхность бластулы покрыта слоем плотно прилегающих друг к другу клеток полигональной формы, под которыми рыхло расположены более крупные клетки. В дальнейшем наружный слой клеток уплотняется и к нему прилегают нижележащие бластомеры, наблюдается процесс эпителизации [11].
4 Этап – образование зародышевых пластов: в течении этапа протекает процесс гаструляции. При 10,4?С образование зародышевых пластов начинается на исходе шестых суток. При этой температуре он закончится через двое суток, при образовании первых мезодермальных сегментов. Во время гаструляции зародышевый диск увеличивается, уплощается, в центральной части становится тонким. В одном из краевых участков бластодиска, образуется утолщение – «краевой узелок». При диаметре зародышевого диска около 3,5 мм его края переходят зону расположения мелких жировых капель. «Краевой узелок» удлиняется и превращается в «зародышевый язычок». В переднем конце зародыша эктодерму подстилает выделяющийся слой клеток прехордальной пластинки. В ядрах центрального перибласта митоза уже не наблюдается, они делятся амиотически. Когда диаметр зародышевого диска достигает 4 мм, зародышевая полоска увеличивается до 1,5 мм. Под зачатком хорды и немного сбоку образуется полсть, представляющая зачаток Купферова пузырька. Снаружи по сторонам продольной оси эмбриона утолщенный слой эктодермальных клеток образует небольшие продольные выпячивания – нервную пластинку [11].
5 Этап – формирование головы и туловища зародыша: интервал развития от начала сегментации туловищной мезодермы до образования 46?47 сегментов. При средней температуре 3,2?С он начинается на 24?25 сут. И заканчивается на 35?36. Первые сомиты формируются у зародышей длинной 2 мм, когда диаметр зародышевого диска увеличивается до 4,5 мм. При длине эмбриона 3,0?3,5 мм в зачатках глаз образуются полости, они превращаются в глазные пузыри. Вскоре образуются глазные бокалы. Над передним концом хорды появляются зачатки слуховых пузырьков. В основании головного мозга на уровне заднего края глаз закладывается воронка (infundibuium). Несколько позади образуются зачатки глоточных карманов. Из нижнего участка мезодермы начинает формироваться зачаток сердца. Продольное скопление энтодермальных клеток в средней части ела зародыша образуется зачаток кишки. Вдоль тела располагаются клетки, дающие начало осевым кровеносным сосудам и клеткам крови [11] (рис. 2).
Рис. 2 – Фото икринок кеты на стадии «пигментации глаз».
6 Этап – обособление задней части тела зародыша от поверхности желточного мешка: этап продолжается от формирования 46?47 до 65 сегментов. При 3?С длится с 35?36 до 45 суток. К этому времени обрастание желточного мешка бластодермой (эпиболия) приближается к завершению. Начинает дифференцироваться хвостовая почка. Впереди глаз выявились обонятельные плакоды. Намечаются зачатки жаберных крышек. Становится изогнутой сердечная трубка, наблюдаются редкие, слабые сокращения стенок. Частота пульсаций сердца быстро нарастает, обеспечивая перемешивание полостной жидкости. Миотомы приобрели способность сокращаться. Увеличивается потребление кислорода. Жировые мелкие капли располагаются под головной областью зародыша. В глазах начинают дифференцироваться ретинальный и пигментный слой. Обозначается закладка мозжечка. Видны три пары глоточных карманов. Формируется эпимиокард. Закладываются осевые кровеносные сосуды и в перикардиальной полости появились эмбриональные кровяные клетки. Вдоль средней линии тела выявляются зачатки органов боковой линии. Быстро нарастает число хвостовых сегментов. Появляются зачатки непарной плавниковой складки. Развивается преанальная складка. Эмбрионы кеты имеют очень большой желточный мешок и его обрастание затягивается до поздних стадий развития. К концу этапа задняя часть туловищного отдела до 29 сегмента отделяется от желточного мешка. Увеличивается подвижность эмбрионов. После завершения процесса эпиболии чувствительность икры к травмам резко снижается.
7 Этап – развитие подкишечно - желточной системы кровообращения: этап охватывает интервал от начала кровообращения до формирования кардинальных вен. При температуре 9,6?С он длится 1,5?2 сут. К концу этапа эмбрионы достигают длины 7,3?7,8 мм и у них формируется до 71 сегмента. В начале этапа кровь от сердца течет по парным мандибулярным дугам аорты. Над жаберной областью от них ответвляются сосуды, по которым кровь течет в голову и, по спинной аорте в туловище. В течении этапа хвостовые артерия вена удлиняются, подкишечно-желточная вена опускается ниже, число капилляров на желточном мешке увеличивается. Потребление кислорода по сравнению с предыдущим этапом удваивается [11].
8 Этап – возникновение кардинальных вен и смешанного подкишечно-желточного и печеночно-желточного кровообращения: к началу этапа сосуды обильно заполняются эритроцитами, имеющими интенсивную окраску. Начинается кровоснабжение глаз. Передние кардинальные вены сливаются с задними. На значительной части желточного мешка образуется сеть капиллярных сосудов. Число миотомов достигает максимума ? 72–73, из которых 30-31 хвостовых. Заметно вырастают грудные плавники. Голова обособляется от желточного мешка. В связи с образованием изгибов головного мозга слуховые пузырьки сблизились с глазами. В слуховых пузырьках идет образование полукружных каналов, образовалось по несколько мелких отолитиков. Совершенствуются глаза. Печень достигла крупного размера. Возникло печеночное-желточное кровообращение. Для этого этапа характерно смешанное кровоснабжение желточного мешка при постепенном возрастании роли печеночного кровоснабжения [51].
9 Этап – функционирование печеночно-желточной системы кровообращения: Этот этап длится с переключения функции кровоснабжения желточного мешка полностью на печеночные вены до начала дифференцировки конусов миотомов. К началу этапа увеличивается высота головы зародышей. Глаза становятся темными. Углубилась воронка ротовой полости. Мелкие отолиты соединяются в крупные образования. Разрастаются жаберные крышки. Начали формироваться опорные и мышечные элементы хвоста. Число хвостовых сегментов сокращается до 27-28. Четко различаются предсердие и желудочек. Продолжается совершенствоваться система кровообращения. Хвостовой отдел составляет около 37% общей длины эмбриона [11].
10 Этап – дифференцировка верхних и нижних конусов миотомов: при температуре 3,3?С этап длился 12?17 сут. Эмбрионы достигают длины 14 мм и более. К этому времени жаберные крышки стали прикрывать вторую пару жабер. На третьей и четвертой и первой парах жаберных дужек появляются зачатки жаберных лепестков. Плавники приобретают подвижность. Появляются зачатки брюшных плавников. Процес
