Exploration du potentiel biologique et socio-économique des nouvelles espèces de poissons candidates pour l'expansion de l'industrie aquacole européenne - le projet DIVERSIFY (EU FP7-GA603121)
par Rocio Robles, Responsable diffusion (CTAQUA, Espagne), Constantinos C. Mylonas, Coordinateur de projet (HCMR, Grèce), Costas Tsigenopoulos, Reproduction &Génétique - leader sandre (HCMR, Grèce), Ivar Lund, Nutrition - chef sandre (DTU, Danemark), Pascal Fontaine, Elevage larvaire - chef sandre (UL, La France), Patrick Kestemont, Élevage d'élevage - chef sandre (FUNDP, La Belgique)
Le projet DIVERSIFY s'est déroulé entre 2013 et 2018 et comprenait six espèces de poissons européens (voir numéro d'avril International Aquafeed). La combinaison du biologique, les activités de recherche technologique et socio-économique développées dans DIVERSIFY devraient soutenir la diversification de l'industrie aquacole de l'UE et contribuer à l'expansion de la production, l'augmentation des produits aquacoles et le développement de nouveaux marchés.
Suite aux précédents numéros internationaux d'Aquafeed sur le projet DIVERSIFY dans lesquels nous avons présenté les réalisations du projet sur le flétan et le maigre, ce mois-ci, nous présentons les résultats du projet sur le sandre (Sander lucioperca).
SANDRE DANS LE PROJET DIVERSIFIER
sandre, S. lucioperca, est un poisson d'eau douce considéré comme ayant le potentiel le plus élevé d'Europe pour la diversification de l'aquaculture continentale (Fig.1). La chair de sandre a un goût neutre se prêtant à différentes formes de préparation. De plus, les filets n'ont pas d'arêtes -contrairement à la carpe, qui est en concurrence sur le même segment de marché. La production toute l'année de sandre nécessite une production en RAS (Recirculation Aquaculture Systems). Les RAS permettent également de produire à des densités élevées, 80-100 kg m-3. Reconnu par une enquête adressée aux pisciculteurs, DIVERSIFY a identifié les principaux goulots d'étranglement pour la poursuite de l'expansion de la culture du sandre aujourd'hui :(a) le manque de connaissance de la variabilité génétique des stocks de géniteurs utilisés, (b) faible taux de survie larvaire (généralement 5 à 10 %) ; une incidence élevée de déformations, et (c) une sensibilité élevée aux facteurs de stress, pratiques de manutention et d'élevage qui entraînent des mortalités élevées et soudaines. Tous ces goulots d'étranglement ont été résolus par les recherches menées dans DIVERSIFY.
La génétique
Identification des relations génétiques entre différents géniteurs, les phénomènes de consanguinité et de perte d'hétérozygotie sont importants en aquaculture, car cela peut entraîner un échec ultérieur de la reproduction et de la production (réduction de la survie de la descendance, croissance, efficacité de la conversion alimentaire et augmentation de la fréquence des malformations). Il est également important de savoir en quoi les stocks domestiqués diffèrent de leurs homologues sauvages, qui pourrait potentiellement être une future source de poisson à inclure dans les programmes d'élevage. Il est très important de surmonter les goulots d'étranglement ci-dessus pour réduire les coûts de production et, donc, développer la production aquacole de sandre dans l'UE.
La première tâche de DIVERSIFY pour le sandre était d'évaluer la variabilité génétique des géniteurs captifs dans les fermes commerciales en Europe opérant en RAS, puis comparer cette variabilité avec celle des populations sauvages. Au total, 21 populations/stocks de géniteurs ont été échantillonnés et analysés, qui comprenait 13 géniteurs captifs et huit populations d'origine sauvage. Les résultats ont indiqué que certains géniteurs ont une variation génétique adéquate, mais comme certains d'entre eux proviennent de quelques poissons, une attention particulière devrait être accordée à l'avenir à l'établissement de programmes de sélection. En général, il y avait un accord avec l'origine du stock et nos études ont fourni la preuve que les populations de sandres en Europe font partie d'au moins deux groupes génétiquement différenciés. Le premier groupe se trouve dans le nord de l'Europe des Pays-Bas/Danemark à l'ouest, la Pologne (au moins) à l'Est, et la Finlande au nord. Le deuxième groupe comprend toutes les populations restantes d'Europe centrale jusqu'au sud de la Tunisie (et probablement de l'Espagne, l'Italie et le nord de la Grèce). Sur la base de ce regroupement, on peut affirmer que la plupart des populations analysées semblaient contenir des poissons d'une seule origine; néanmoins, dans quelques populations domestiquées, ce rapport variait de 5 à 19 %, peut-être en raison du mélange de poissons provenant de plusieurs sources.
Nutrition
Dans le domaine de la nutrition du sandre, des essais ont montré que les larves de sandre nécessitent à la fois des niveaux élevés d'inclusion alimentaire de phospholipides et des AGPI essentiels à longue chaîne (LC) pour fonctionner de manière optimale. Cette exigence est inhabituelle pour les larves de poissons d'eau douce et est plus fréquemment observée chez les espèces marines. Le niveau de phospholipides est généralement faible dans les huiles alimentaires utilisées dans les aliments pour poissons, mais certaines huiles de poisson peuvent avoir des concentrations élevées. Les phospholipides peuvent être particulièrement importants chez les larves de poisson, car ces lipides ont une fonction importante au cours du développement larvaire et sont particulièrement présents dans le cerveau larvaire et les membranes cellulaires. Les phospholipides peuvent améliorer la digestion et l'utilisation des aliments lipidiques et avoir des effets positifs sur le développement larvaire. Il était donc important de déterminer les niveaux optimaux de phospholipides et les niveaux d'AG essentiels (AGE) dans les aliments secs pour les larves de sandre sur les performances et le développement.
Trois niveaux alimentaires de phospholipides ont été testés dans les régimes alimentaires secs des larves :le niveau total de phospholipides variait de 3,7 % ww (PL1), 8,2 % ww (PL2) et 14,4 % ww (PL3) pour évaluer leur effet sur la croissance et le développement des larves. En outre, une supplémentation en AGE dans trois autres régimes (PL1H1-PL3H3) a été testée :0,5 % ww PL1H1, 2 % ww PL2H2 et 3,4 % ww PL3H3. Les larves ont été nourries avec des aliments secs de 10 jours à 30 jours après l'éclosion.
Les résultats ont montré soit un effet spécifique de l'AGE, Acides gras Ω-3 ou un effet combiné de phospholipides et d'acides gras. Supplémentation combinée jusqu'à 14,5% de phospholipides avec EFA, Les acides gras Ω-3 entraînent la croissance la plus élevée (Fig. 2) et les anomalies les plus faibles. La survie était beaucoup plus faible pour les groupes larvaires élevés sur le niveau de phospholipide le plus bas PL1 et PLH1. Le niveau le plus élevé d'EFA phospholipidique a amélioré l'activité enzymatique dans le tube digestif des larves, ce qui était probablement dû à une maturation plus élevée de l'intestin suivie d'une amélioration de la croissance. Plusieurs des protéines exprimées dans le foie (qui est le principal organe métabolique de l'organisme) comme le FAS (synthase des acides gras) ont montré une augmentation marquée, lorsque les larves ont été nourries avec de faibles niveaux d'AGE dans les régimes alimentaires, suggérant une demande énergétique plus élevée de ces plus petites larves. Une augmentation des phospholipides alimentaires de 3,7 à 8,2 % n'a pas réduit l'incidence des déformations du squelette, mais l'inclusion de 14,5 % de phospholipides a réduit significativement l'incidence des anomalies squelettiques sévères, et était le plus bas chez les larves nourries à 14,5% de phospholipides + AGE.
Les combinaisons des besoins nutritionnels et des conditions d'élevage au début de l'ontogenèse sont peu étudiées chez le sandre. La substitution des huiles marines par des huiles végétales a réduit la tolérance au stress et provoqué des changements neurophysiologiques chez les larves de sandre, mais les effets des signaux environnementaux sont limités. L'eau salée influence une gamme de fonctions physiologiques au cours de l'ontogenèse précoce des larves de poisson et peut affecter le métabolisme des AG, de sorte que les larves sont mieux en mesure de convertir les acides gras non essentiels en acides gras essentiels et ont ainsi moins besoin d'acides gras essentiels fournis par la nourriture (Fig. 3).
Résultats d'une expérience avec des larves de sandre nourries de différentes sources d'acides gras non essentiels et élevées à trois salinités différentes (0, 5 et 10 ppt) ont montré que la salinité n'avait aucun effet sur les performances de croissance des larves. Les larves possédaient une spécificité marquée pour incorporer et estérifier les acides gras essentiels Ω-3 en particulier l'ARA (acide arachidonique), EPA (acide eicosapentanoïque) et DHA (acide docosahexanoïque) en lipides. La salinité n'a eu aucun effet sur la capacité des larves à estérifier et à incorporer des précurseurs d'AGPI insaturés et ainsi à biosynthétiser les classes de lipides contenant des acides gras essentiels. Un test de stress de confinement a causé une mortalité aiguë élevée dans tous les groupes (50-70 %), cependant significativement le plus bas pour un groupe témoin compte tenu des niveaux élevés d'acides gras essentiels Ω-3. La prévalence des anomalies squelettiques sévères était généralement élevée, affectant plus de 75 % de la population larvaire avec des effets négatifs par augmentation de la salinité.
Il est recommandé d'apporter des acides gras essentiels Ω-3 (EPA + DHA) dans l'alimentation des larves de sandre pour un développement normal et pour réduire la sensibilité au stress. Les résultats ont mis en évidence une fréquence élevée de déformations et une incidence accrue à des salinités plus élevées.
Elevage larvaire
Jusqu'à présent, plusieurs goulots d'étranglement ont influencé la réduction du succès de l'élevage des larves de sandre. Trois goulots d'étranglement majeurs ont été identifiés :(1) une mortalité élevée due principalement au cannibalisme, (2) un taux élevé de déformations et (3) une grande hétérogénéité de taille entre les cohortes de larves à divers stades de développement ontogénique. À l'aide d'un système d'élevage larvaire à l'échelle pilote (RAS, dix réservoirs de 700 L, Fig. 4) et sur la base des protocoles existants utilisés par les PME, des expériences successives ont été menées en utilisant des plans factoriels (4 facteurs testés avec 8 unités expérimentales) qui sont des méthodes efficaces pour optimiser avec succès les protocoles larvaires. Une telle méthodologie permet (i) d'intégrer les effets de chaque facteur simple testé et les interactions entre eux, (ii) classer et évaluer les effets induits par des facteurs ou des interactions, (iii) identifier rapidement une combinaison optimale de facteurs qui augmentent la survie larvaire, et (iv) établir une première modélisation du déterminisme multifactoriel complexe des variables de sortie. Cette méthode a déjà été appliquée avec succès en pisciculture larvicole. Notre objectif était d'étudier successivement les effets de l'environnement, variables nutritionnelles et démographiques. Pour chaque expérience, le choix de ces facteurs était un compromis entre les données disponibles dans la littérature et les contraintes de notre système (i.e. l'impossibilité de faire varier la température dans chaque cuve). A partir de chaque expérience, selon les résultats obtenus, les facteurs et modalités les plus influents ont été conservés et intégrés dans l'expérience suivante afin d'optimiser le protocole.
Effets des facteurs environnementaux :Les effets de l'intensité lumineuse (5 ou 50 lx), taux de renouvellement d'eau (50 ou 100% par heure), La direction du courant d'eau (au fond ou à la surface du réservoir) et l'heure de nettoyage du réservoir (matin ou après-midi) ont été étudiées. La conception expérimentale multifactorielle était basée sur l'application de 8 combinaisons de facteurs. À partir du frai d'un géniteur domestiqué 500, 000 larves nouvellement écloses (<1 dph) ont été obtenues auprès de la PME Asialor (Pierrevillers, La France). Ensuite, les larves ont été réparties dans 8 réservoirs (62, 500 par réservoir, 90 larves L-1), où la température de l'eau était initialement maintenue à 15-16°C. La photopériode a été fixée à 12 h de lumière et 12 h d'obscurité avec une augmentation progressive de l'intensité lumineuse (de 0 à 5 ou 50 lx) de 07h30 à 08h00 et une diminution de l'intensité lumineuse (de 50 ou 5 à 0 lx) de 19h30 à 20h00. La température augmentait progressivement de 1 °C par jour à 20 °C. La fréquence d'alimentation était un repas toutes les 1,5 heures pendant la période d'éclairage. L'oxygène dissous a été maintenu au-dessus de 6 mg L-1.
Dans cette expérience (39 jours), il a été démontré que des juvéniles sevrés de 0,50 ± 0,06 g de poids corporel moyen peuvent être produits en 5 semaines, mais les taux de survie (0,3-2,6%) étaient très faibles. Finalement, il apparaît qu'une arrivée d'eau en fond de cuve est préférable pour réduire l'hétérogénéité de taille. Compte tenu des résultats de croissance, nous recommandons d'appliquer une intensité lumineuse de 50 lx, un taux de renouvellement d'eau de 100 %, un nettoyage de la cuve dans l'après-midi et une arrivée d'eau au niveau du fond. Selon le comportement, cette première expérience nous a permis de savoir qu'il est possible de déterminer la « personnalité » sur des sandres juvéniles et peut-être de mettre en évidence dans une future expérience le lien entre personnalité et cannibalisme.
Effets des facteurs nutritionnels :une deuxième expérimentation (53 jours) a été réalisée afin d'évaluer les effets de quatre facteurs alimentaires :le moment du début du sevrage (à 10 ou 16 dph), le mode de distribution des aliments (continu ou discontinu pendant la période d'éclairage), la mise en place ou non d'une approche de co-alimentation (6 jours avant la période de sevrage) et la durée de sevrage (3 ou 9 jours). Larves (240, 000, 30, 000 larves par bac env. 43 larves L-1) ont été obtenues auprès de la PME Asialor (Pierrevillers, La France). Les résultats suggèrent, qu'un sevrage plus tardif et plus long suivi d'une alimentation discontinue améliorera la survie larvaire, croissance et réduire les déformations des populations de sandres.
Effets des facteurs de population :Une troisième expérience (52 jours) testée, les effets de la densité larvaire initiale (50 ou 100 larves L-1), trier les poissons sauteurs (oui ou pas), groupe larvaire fratrie ou non fratrie (larves d'une ou deux femelles) et poids de la femelle (<2,8 kg ou> 3,3 kg). Larves (420, 000) ont été obtenus auprès de la SARL Asialor (Pierrevillers, France) et transféré sur la plateforme expérimentale de l'UL (UR AFPA, Vandœuvre-lès-Nancy, La France). Les résultats obtenus dans les installations larvaires de la plate-forme suggèrent que la biomasse finale plus élevée pourrait être corrélée à une densité larvaire initiale plus élevée (100 larves L-1) et à l'utilisation de larves fournies par des femelles plus grosses, mais indépendant du tri des cavaliers et de l'utilisation de la population des frères et sœurs.
Identification des combinaisons optimales de facteurs
D'après les meilleurs résultats obtenus dans les expériences précédentes, une combinaison optimale de facteurs (tableau 1) a été proposée pour améliorer l'élevage des larves de sandre et testée dans le même système d'élevage en utilisant 7 répétitions (52 jours).
Les conditions environnementales se développent
la zone de croissance, les études ont identifié les conditions optimales pour améliorer la croissance et le bien-être du sandre en aquaculture et ont caractérisé les effets des principaux facteurs d'élevage et environnementaux sur la croissance et l'état physiologique de cette espèce. une expérience de dépistage, huit facteurs considérés comme pertinents pour le bien-être du sandre ont été comparés selon deux modalités en utilisant un plan multifactoriel fractionnaire (28-4). Chaque unité expérimentale représentait une combinaison de huit facteurs dans deux modalités qui comprenaient le classement, densité de peuplement (15 vs 30 kg/m3), type d'alimentation (flottant vs coulant), intensité lumineuse (10 vs 100 lux), spectre lumineux (rouge vs blanc), photopériode (longue vs courte), oxygène dissous (60 vs 90 %) et température (21 vs 26°C). L'échantillonnage des poissons a eu lieu les jours 36 et 63. Marqueurs de stress – glucose, cortisol et activité sérotoninergique cérébrale - et les changements dans les activités immunitaires humorales et l'expression des gènes immunitaires dans les reins ont été évalués. L'intensité lumineuse et le type d'alimentation sont clairement apparus comme des facteurs directeurs pour l'élevage du sandre (Fig. 5). L'utilisation d'un aliment coulant a permis d'obtenir les meilleurs résultats en termes de poids individuel final, le taux de croissance spécifique et l'hétérogénéité pondérale. Une intensité lumineuse élevée a affecté la survie. L'influence principale sur l'état physiologique et immunitaire a été imposée par les caractéristiques de la lumière, y compris l'intensité, spectre et photopériode, ainsi que la température.
Le sandre est sensible à son environnement lumineux. Sa préférence pour les environnements sombres s'explique par des adaptations spécifiques de sa rétine, y compris un tapetum lucidum qui est un tissu anatomo-histologique spécifique qui amplifie considérablement la sensibilité de l'œil à la lumière. Il a été démontré que l'intensité lumineuse et les couleurs de la lumière peuvent toutes deux affecter la vision de diverses espèces de poissons, affectant la prise alimentaire, la reproduction, croissance et même de survie. Il est donc essentiel de maintenir les poissons dans un environnement lumineux optimal. Cependant, les effets de l'environnement lumineux, y compris l'intensité lumineuse et le spectre lumineux, sur la physiologie et l'immunité du sandre, et plus généralement des téléostéens, sont mal documentés. Et compte tenu des résultats de l'expérience multifactorielle, une expérience in vivo a été réalisée afin de valider et d'approfondir davantage les effets de l'intensité lumineuse et des spectres lumineux sur l'état de stress, réponse immunitaire innée humorale et profils d'expression de gènes immunitaires pertinents chez le sandre.
Un stock de 1000 juvéniles de sandre a été distribué dans 24 bassins intérieurs de 100 L d'un système d'aquaculture en recirculation. Après une acclimatation de 30 jours dans des conditions constantes (spectre :blanc; intensité lumineuse à la surface de l'eau :10 lx; photopériode :12L(8:00‐20:00)/12D) de nouvelles conditions lumineuses ont été appliquées, avec six réservoirs par condition expérimentale :10‐lx blanc; 10‐lux rouge ; 100 lx blanc ; et 100 lx rouge. L'intensité lumineuse a été mesurée à la surface de l'eau et les spectres comprenaient un blanc (blanc industriel—Osram, blanc froid 840 Lumilux) et une couleur rouge (filtre rouge, 610 nm ; Loomis). Les échantillonnages ont eu lieu pendant la scotophase à 04h00 et la photophase à 16h00, aux jours 1 et 30. Pour éviter les événements stressants répétitifs sur les poissons et les artefacts potentiels sur les résultats, 12 réservoirs (trois par condition) ont été attribués à chaque moment de l'échantillonnage.
Les résultats ont défini que l'utilisation d'une intensité lumineuse élevée était suivie d'un stress à long terme et d'une suppression immunitaire. Le spectre lumineux n'a que peu d'influences. En outre, les résultats ont démontré qu'un état de stress élevé peut avoir eu un impact sur la production et la sécrétion de mélatonine par l'organe pinéal. La baisse de la mélatonine circulante et l'augmentation du statut de stress peuvent toutes deux être impliquées dans la suppression immunitaire.
