Der Einsatz stabiler Isotope in der Aquakulturforschung

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Sofia Lichtenberg
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1 Der Einsatz stabiler Isotope in der Aquakulturforschung Prof. Dr. Ulfert Focken Thünen, Wulfsdorfer Weg 204, Ahrensburg 13 C 15 N 7. Büsumer Fischtag 0 Focken

2 Aquakultursysteme Inputs 1 Aquakultursystem Focken Hauptprodukte Abfallprodukte

3 Aquakultursysteme Inputs Aquakultursystem Hauptprodukte Abfallprodukte Vielzahl von Stoffflüssen: - In das Aquakultursystem - Innerhalb des Aquakultursystems - Aus dem Aquakultursystem in die Umwelt 2 Focken

4 Stabile Isotope Stabile Isotope ermöglichen es, Stoffflüsse zu verfolgen 3 Focken

5 Stabile Isotope Wichtige stabile Isotope in der ökologischen Forschung Wasserstoff Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff 1 H % 12 C 98.89% 14 N 99.63% 16 O % 2 H 0.015% 13 C 1.11% 15 N 0.37% 18 O 0.204% Nur ein stabiles Phosphor Isotop, 31 P 4 Focken

6 Stabile Isotope Typische Konzentration von 13 C : Weizen : 1.088% Mais : 1.094% 5 Focken

7 Stabile Isotope Differenznotation für stabile Isotope ( -Notation) ( 13 C/ 12 C Probe - 13 C/ 12 C Standard ) 13 C Probe = *1000 ( 13 C/ 12 C Standard ) Standards: Kohlenstoff: Stickstoff: PeeDee Belemnit athmosphärische Luft 6 Focken

8 Stabile Isotope 13 C: Vergleich zwischen Prozentwert und -Notation Weizen: 1.088% -21 Mais: 1.094% Focken

9 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) 1. Beispiel: Quantifizierung des Beitrags der Naturnahrung in der semi-intensiven Aquakultur 8 Focken

10 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) Mineralisation N, P Feed Direct ingestion Primary Production Algae Ingestion of lablab etc. Ingestion after microbial transformation 9 Focken

11 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) Grundlage: Untersuchungen von DeNiro & Epstein (1976) zur Isotopie von Tieren und ihrer Nahrung: You are what you eat (plus a few per mill) 10 Focken

12 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) You are what you eat (plus a few per mill) What you eat is what you are (minus a few per mill) 11 Focken

13 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) What you eat is what you are (minus a few per mill) Erste Anwendung in der Aquakultur durch G. Schroeder et al. (1983 a, b) in semi-intensiven Fischteichen in Israel 12 Focken

14 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) Diet, 80% A + 20% B Animal Food A Trophic Shift Food B C Isotopic ratios relative to PDB-Standard 13 Focken

15 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) December January February March Natural Food l Supplement feed 13 C Focken (2008): Proc. SINA IX pp Focken

16 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) December January February March Natural Food Supplemental feed C % Lipids in dry matter Focken (2008): Proc. SINA IX pp Focken

17 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (1) Food CF Fish CF Trophic Shift CF Food NF Trophic Shift NF Fish NF C Isotopic ratios of lipid-free matter relative to PDB-Standard Focken et al. (1999): IEHS 35: Fish Sample, 28% Fish NF + 72% Fish CF 16 Focken

18 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (2) 2. Beispiel: Untersuchung der Rolle der nichtessentiellen Aminosäuren 17 Focken

19 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (2) Rolle nicht essentieller Aminosäuren? Diäten 1 3 isonitrogen, isolipidisch, isoenergetisch McCullagh et al. (2008): RCM 22: Focken

20 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (2) 13 C ( ) Arg His Ile Leu Lys Met Phe Thr Val 13 C der Aminosäuren aus Futter und Fischgeweben I: Essentielle AS -25 a bb Exp.Diet fish on Diet 1 fish on Diet 3 fish on Diet 7 Gaye-Siessegger et al. (2011) British Journal of Nutrition 105: Focken

21 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (2) 13 C ( ) Ala Asp/Hyp Gly Pro Ser Tyr a a b a ab b a a b b b a a ab b 13 C der Aminosäuren aus Futter und Fischgeweben II: Nicht-essentielle AS Exp.Diet fish on Diet 1 fish on Diet 3 fish on Diet 7 ab a b AA in Diet AA not in Diet Diet 7 with enriched Glu 13 C Gaye-Siessegger et al. (2011) British Journal of Nutrition 105: Focken

22 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (3) 3. Beispiel: Untersuchung der Auswirkung mariner Aquakultur auf Benthosorganismen 21 Focken

23 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (3) Einmalige Fütterung von Pagrus auratus in netzkäfigen mit 15 N- angereichertem, Fischmehl basiertem Pelletfutter, West-Australien Modified from Felsing et al. (2006) J. Appl. Ichthyol. 22: Focken

24 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (3) 15 N-angereichertes Futter ist zu teuer um in praxisnahen Bedingungen im Offshorebereich eingesetzt zu werden. Reichen natürlich vorkommende Unterschiede in der Isotopensignatur aus, um einen möglichen Effekt der Aquakulturfuttermittel auf das Benthos nachzuweisen? 23 Focken

25 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (3) Hilbig, Kusche, Rößner & Focken (2015): Aquaculture Focken

26 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung (3) Hilbig, Kusche, Rößner & Focken (2015): Aquaculture Focken

27 Stabile Isotope in der Aquakulturforschung Stabile Isotope sind ein geeignetes Mittel um Stoffflüsse in und aus Aquakultursystemen zu erfassen. Die Isotopenanalysen können in externen Laboren durchgeführt werden, die Auswahl des Probenmaterials und die Interpretation der Daten setzten jedoch Wissen um physiologische Isotopeneffekte voraus. 26 Focken

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 27 Focken

29 Referenzen: DeNiro & Epstein (1978) Influence of diet on the distribution of carbon isotopes in animals. Geochim.Cosmochim.Acta 42: Felsing et al. (2006) 15 N enrichment of an aquaculture diet and tracing of cage culture waste in an estuarine environment. J. Appl. Ichthyol. 22: Focken U (2008) Application of stable isotopes in aquaculture nutrition research. In: Avances en nutricion acuicola IX : IX Simposio Internacional de Nutricion Acuicola; Noviembre 24 27, Monterrey: UANL, pp Focken U et al.(1999) Isotopes in Environmental and Health Studies 35: Gaye Siessegger et al. (2011) The effect of dietary amino acid abundance and isotopic composition on the growth rate, metabolism and tissue 13 C of rainbow trout. Brit J Nutr 105(12): Hilbig, Kusche, Rößner & Focken (2015): Aquaculture Montpellier, 2015 McCullagh JS, Gaye Siessegger J, Focken U (2008) Determination of underivatized amino acid 13 C by liquid chromatography/isotope ratio mass spectrometry for nutritional studies: the effect of dietary non essential amino acid profile on the isotopic signature of individual amino acids in fish. Rapid Comm Mass Spectrometry 22(12): Schroeder G et al. (1983a) Stable isotope ratios as naturally occuring tracers in the aquatic food web. Aquaculture 30: Schroeder G et al. (1983b) Sources of fish and prawn growth in polyculture ponds as indicated by C analysis. Aquaculture 35: Focken

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