Investigations on energy metabolism of juvenile turbot

Aquaculture continues to be the fastest-growing branch producing foods from animal origin. In Europe the production of turbot (Psetta maxima), a species of high commercial value, rapidly developed over the last decade and is highest among flatfishes. Considering an expected increase in turbot production accompanied with decreasing market prices it is of highest relevance to improve the production efficiency of turbot farming to maintain an adequate profit margin. Feeding efficiency is a crucial factor, because feeds represent a minimum of 17% of the total production costs. In addition to the energy required for maintenance the feed must supply the precursors for new tissue production as well as the energy necessary for synthesis of both protein and lipid. Informations about the maintenance energy requirement and the efficiency of energy utilization for growth are the basis for a performance-related feeding and a corresponding diet formulation. In the present study the digestible and metabolizable energy requirements for maintenance (DEm; MEm) as well as the respective efficiencies of energy utilization for growth (kg (DE); kg (ME)) in juvenile turbot were determined and the effects of biotic or abiotic factors examined. Two different methods for determination were applied. In chapter 1 growth experiments accompanied with comparative whole body composition analyses were realized to determine DEm and MEm as well as kg (DE) and kg (ME). The effects of the fish strain (Denmark, DK; Iceland, IS) as well as the partially replacement of fish meal by wheat gluten in the diet were examined as possible factors affecting the energy metabolism. Turbot were reared in a recirculation aquaculture system for 67 days. MEm and DEm were 15.5-21.4 and 17.0-23.5 kJ kg-0.8 d-1, respectively, and kg (ME) and kg (DE) were 0.63-0.68 and 0.59-0.64, respectively. MEm and DEm as well as for kg (ME) and kg (DE) in turbot from IS were higher than in fish from DK, but without any effect on energy retention. Turbot receiving the diet where fish meal was partially replaced by wheat gluten showed higher DEm but not MEm. No effect on energy retention was observed. In chapter 2 oxygen consumption (OC) was measured using flow-through respirometry to determine DEm and MEm as well as kg (DE) and kg (ME) and to examine the influence of salinity on energy metabolism in juvenile turbot. Turbot were reared in a recirculation respirometry system at three different salinities (10, 20, 30 g L-1) and OC was recorded for a 24 h period. There is evidence that nutrient and energy digestibilities decreased with increasing salinity. DEm and MEm, kg (DE) and kg (ME) were 14.9-20.2 and 13.3-18.3 kJ kg-0.8d-1, 0.82-0.87 and 0.87-0.91, respectively. Generally, no differences were observed in DEm, MEm, kg (DE), and kg (ME) between salinities, but it was indicated that these parameters decrease at a salinity of 30 g L-1. Furthermore, turbot showed the most favourable combination of DEm and kg (DE) as well as MEm and kg (ME) at salinity of 20 g L-1 concerning growth and energy utilization at high energy intake, whereas these combinations became less favourable at 30 g L-1. Results from experiments in the present study show that both methods are equally suitable to determine DEm and MEm in juvenile turbot. Differences in energy metabolism between various strains might be considered when selecting turbot for aquaculture production. It was shown that the partial replacement of fish meal by wheat gluten increased DEm and kg (DE) as well as MEm and kg (ME). Nevertheless, wheat gluten can replace fish meal up to a total inclusion level of 330 g kg-1 in diets for juvenile turbot without negative effects on growth performance and energy retention. Furthermore, the present study show that the energetic requirements for iono- and osmoregulation in juvenile turbot are small and fish have the most favourable attributes for high energy utilization at an intermediate salinity (20 g L-1), whereas these attributes become slightly worse at a higher salinity, which maybe have adverse implications for aquaculture production. The results of the present study indicate that it is possible to expand the aquaculture of turbot to areas having lower salinities (10 g L-1). The influence of salinity on nutrient and energy digestibility seems to be an important factor to be considered in this context.

Aquakultur stellt weiterhin den am schnellsten wachsenden Produktionszweig bei der Erzeugung tierischer Lebensmittel dar. In Europa hat sich innerhalb des letzten Jahrzehnts die Kultivierung von Steinbutt (Psetta maxima), einer Art von hohem wirtschaftlichem Wert, stark entwickelt und ist gegenwärtig am höchsten unter den Plattfischarten. In Anbetracht einer voraussichtlich weiter ansteigenden Produktion einhergehend mit sinkenden Marktpreisen, ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Steinbutthaltung entscheidend, um eine angemessene Gewinnspanne aufrecht zu erhalten. Die Futterverwertung ist hierbei ein wesentlicher Faktor, da Futterkosten zu mindestens 17% der gesamten Produktionsausgaben beitragen. Zusätzlich zur Energie für den Erhaltungsbedarf muss das Futter die zum Aufbau neuer Körpersubstanz notwendigen Ausgangsstoffe liefern sowie die dafür nötige Energie zur Protein- und Fettsynthese bereitstellen. Informationen zum Energieerhaltungsbedarf und zur Effizienz der Energieverwertung für das Wachstum sind die Basis für eine leistungsgerechte Fütterung und eine entsprechende Rationsgestaltung. In der vorliegenden Dissertation wurden der Erhaltungsbedarf für verdauliche und umsetzbare Energie (DEm; MEm) sowie die jeweiligen Effizienzen der Energieverwertung für das Wachstum (kg (DE); kg (ME)) beim juvenilen Steinbutt bestimmt und der Einfluss von biotischen und abiotischen Faktoren untersucht. Zwei methodisch unterschiedliche Herangehensweisen wurden dabei gewählt. In Kapitel 1 wurden Wachstumsversuche in Verbindung mit Ganzkörperanalysen durchgeführt, um DEm und MEm sowie kg (DE) und kg (ME) zu bestimmen. Dabei wurden die Effekte von Fischstamm (Dänemark, DK; Island, IS) sowie des partiellen Ersatzes von Fischmehl durch Weizengluten im Futter als potentielle Einflussgrößen auf den Energiestoffwechsel untersucht. Die Steinbutte wurden 67 Tage in einer Aquakultur-Kreislaufanlage gehalten. MEm und DEm betrugen 15,5-21,4 bezie-hungsweise 17,0-23,5 kJ kg-0,8d-1 und kg (ME) sowie kg (DE) 0,63-0,68 beziehungsweise 0,59-0,64. MEm und DEm als auch kg (ME) und kg (DE) lagen bei den Steinbutten aus IS höher als bei denen aus DK, ohne aber die Energieretention nennenswert zu beeinflussen. Steinbutte die Rationen, bei denen Fischmehl teilweise durch Weizengluten ausgetauscht wurde, erhielten, wiesen einen höheren DEm nicht aber MEm auf. Ein Effekt auf die Energieretention wurde nicht beobachtet. In Kapitel 2 wurde der Sauerstoffverbrauch (OC) mittels Durchfluss-Respirometrie gemessen, um DEm und MEm sowie kg (DE) und kg (ME) zu bestimmen und den Einfluss des Salzgehaltes auf den Energiestoffwechsel beim juvenilen Steinbutt zu untersuchen. Die Steinbutte wurden dafür in einem als Kreislaufanlage konzipierten Respirometersystem bei drei unterschiedlichen Salzkonzen-trationen (10, 20, 30 g L-1) gehalten und der OC für einen Zeitraum von 24 Stunden aufgezeichnet. Es deutete sich an, dass die Nährstoff- und Energieverdaulichkeit mit ansteigendem Salzgehalt abnimmt. DEm und MEm sowie kg (DE) und kg (ME) betrugen jeweils 14,9-20,2 und 13,3-18,3 kJ kg-0,8d-1 sowie 0,82-0,87 und 0,87-0,91. Grundsätzlich konnten keine Unterschiede bei DEm, MEm, kg (DE), und kg (ME) zwischen den Salzkonzentrationen festgestellt werden. Es zeichnet sich jedoch ab, dass diese Kenngrößen bei einem Salzgehalt von 30 g L-1 abnehmen. Außerdem wiesen die Steinbutte bei einem Salzgehalt von 20 g L-1 die günstigste Kombination von DEm und kg (DE) beziehungsweise MEm und kg (ME) für das Wachstum und die Energieverwertung bei hoher Energieaufnahme auf, wohingegen diese bei 30 g L-1 etwas ungünstiger ausfielen. Die Ergebnisse aus den Versuchen der vorliegenden Arbeit zeigen, dass beide Methoden gleichermaßen geeignet sind DEm und MEm beim juvenilen Steinbutt zu bestimmen. Die Unter-schiede im Energiestoffwechsel zwischen verschiedenen Stämmen sind bei der Auswahl von Steinbutten für die Aquakultur möglicherweise zu berücksichtigen. Es konnte gezeigt werden, dass sich DEm und kg (DE) sowie MEm und kg (ME) durch den partiellen Austausch von Fischmehl gegen Weizengluten erhöhen. Dennoch kann Weizengluten als Fischmehlsubstitut bis zu einem Anteil von 330 g kg-1 im Futter für juvenile Steinbutte eingesetzt werden, ohne sich negativ auf die Wachstumsleistung und die Energieretention auszuwirken. Weiterhin zeigt die vorliegende Arbeit, dass der Energiebedarf für Ionen- und Osmoregulation beim juvenilen Steinbutt nur gering ist und die Fische bei mittleren Salzkonzentrationen (20 g L-1) die günstigsten Voraussetzungen für eine hohe Energieverwertung aufweisen, wohingegen diese sich bei höherem Salzgehalt geringfügig verschlechtern, was sich nachteilig auf die Produktion auswirken könnte. Demgegenüber deutet die aktuelle Studie an, dass es möglich ist die Aquakultur von Steinbutt auch auf Gebiete mit niedrigerem Salzgehalt (10 g L-1) auszudehnen. Der Einfluss des Salzgehaltes auf die Nährstoff- und Energieverdaulichkeit scheint ein wesentlicher Faktor zu sein, der in diesem Zusammenhang zu beachten ist.

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