Sistema de cultivo experimental

Se utilizó un sistema de cultivo experimental estático, que consistió de tanques de plástico de 250 L de capacidad, colocados bajo una estructura metálica de 6 x 9 x 3 m de ancho, largo y alto, respectivamente, cubierta con malla sombra de plástico que provee 90% de filtración de luz. Se proveyó de aireación constante a todos los tanques utilizando un soplador de 2HP, 220V, una red de tubería de 1” de diámetro, manguera de plástico de 3/16” y piedras difusoras. Dentro de la misma estructura se colocaron 3 tanques de fibra de vidrio de 5,000 L de capacidad, que fueron utilizados como reservorios, con el fin de realizar un recambio de agua diario de 80% del volumen de los tanques de cultivo.

Organismos experimentales

Se adquirió una población monosexo (machos) de juveniles de tilapia, O. niloticus, obtenidos mediante reversión sexual, del laboratorio de producción de alevines de tilapia “CRILAP SPR de RL”, ubicado en la Carretera a Ures Km. 6, Ejido El Tazajal, Hermosillo, Sonora. Los peces se transportaron a la UEK por vía terrestre en tres tanques de plástico de 250 L de capacidad, provistos con aireación constante y a una temperatura de 22 a 24°C. El agua utilizada para el transporte fue agua dulce de pozo del laboratorio CRILAP SPR de RL. El agua en la que se realizó el experimento fue también agua dulce, pero de la red municipal de Bahía Kino, Sonora. A su llegada a la UEK, los peces se colocaron en un tanque de fibra de vidrio de 3,000 L de capacidad previamente acondicionado con agua y aireación, donde permanecieron hasta el inicio del experimento.

Tratamientos experimentales y mantenimiento del cultivo

Como dieta control se utilizó un alimento balanceado comercial con contenido de proteína cruda de 45% y tamaño de pellet de 2.5 mm de diámetro (El Pedregal, Toluca, Estado de México, www.el-pedregal.com). Se prepararon cuatro dietas adicionales. Para ello, el alimento se molió finamente y se reconstituyó incorporando, a un nivel de inclusión de 25% de la dieta, las harinas de microalgas Arthrospira sp., conocida comercialmente como Spirulina sp. (Welbing, Naucalpan de Juárez, Estado de México, México, www.welbingmexic.com), Chlorella sp. (Welbing, Naucalpan de Juárez, Estado de México, México, www.welbingmexic.com), Isochrysis sp. (Iso 1800, Reed Mariculture, Campbell, California, EUA) y Nannochloropsis sp. (Nanno 3600, Reed Mariculture, Campbell, California, EUA). La elaboración de los pellets se hizo en un molino manual de hierro galvanizado para carne molida con prensa para mesa (marca Lion Tools, modelo 7642, México).El tamaño resultante de los pellets fue de 3.5 a 4.0 mm.

Los peces se sembraron en los tanques con un peso global promedio (± desviación estándar, D.E.) de 8.4 ± 0.5 g, y cada tratamiento se asignó a tres tanques de cultivo. El experimento tuvo una duración de 53 días. Las dietas se suministraron a los peces dos veces al día (09:00 y 15:00 h). Los residuos (heces y alimento no consumido) se retiraron diariamente de los tanques mediante sifoneo. En cada tanque se registraron dos veces al día (08:00 y 17:00 h) la temperatura y oxígeno disuelto (OD) utilizando un oxímetro de campo (YSI, Modelo Pro 2030, Yellow Springs, Ohio, USA) y el pH con un potenciómetro de bolsillo (Hanna, Modelo HI 98127, Ann Arbor, Michigan, EUA).

Evaluaciones del crecimiento

Los peces se pesaron grupalmente y contaron cada semana y al final del experimento, para obtener el peso promedio por tanque. Los parámetros de crecimiento evaluados fueron peso final (g); peso ganado (g) = (peso final, g - peso inicial, g); porcentaje de peso ganado (%) = [(peso final, g - peso inicial, g) / peso inicial, g] × 100; ganancia de peso diaria (g/día) = (peso final, g - peso inicial, g) / tiempo, días); y supervivencia (%) = (número final de organismos / número inicial de organismos) × 100, siendo todos ellos parámetros comúnmente medidos en estudios previos sobre nutrición de peces (^{Perez-Velazquez et al., 2018}).

Análisis estadístico

Se aplicaron pruebas de homocedasticidad (Bartlett) y normalidad (Shapiro-Wilk), previo al análisis de varianza (ANOVA), con un nivel de significancia de 0.05. En caso de detectar diferencias significativas, se aplicó la prueba de Tukey para la separación de promedios. Se utilizó el paquete estadístico Statistical Analysis System software package (SAS Institute Inc., 2013, Software Release 9.4, Cary, North Carolina, EUA).

Calidad del agua

Los valores globales mínimo, máximo y promedio (± DE) de la temperatura del agua en los tanques de cultivo registrados por la mañana fueron de 25.2, 30.0 y 28.0°C (± 0.11°C), respectivamente, y por la tarde fueron de 27.5, 31.0 y 29.4°C (± 0.2°C), respectivamente. El comportamiento de esta variable se caracterizó por mantenerse estable durante la mayor parte del período de cultivo, tanto en las mediciones matutinas como vespertinas. Los valores promedios más altos se registraron por la tarde, pero sin existir grandes diferencias (< 2.0°C) con los registros de la mañana (Figura 1). Por su parte, la concentración de OD en los tanques de cultivo tuvo valores mínimo, máximo y promedio (± DE) por la mañana de 4.3, 8.6 y 6.9 mg/L (± 0.11 mg/L), respectivamente y por la tarde de 3.0, 8.4 y 6.0 mg/L) (± 0.21 mg/L), respectivamente. Aunque los niveles más altos de OD se registraron durante la mañana, las diferencias fueron mínimas con respecto a las mediciones vespertinas (< 1.0 mg/L). La concentración de OD se mantuvo en valores estables hasta el día 19 de cultivo, para después tender a una disminución progresiva hasta el final del experimento, como se muestra en la Figura 2. Este comportamiento estuvo asociado al incremento de la biomasa de los peces y, por lo tanto, a una mayor demanda de OD. Sin embargo, incluso los valores más bajos, registrados en las mediciones vespertinas al final del estudio, de aproximadamente 3.5 mg/L (Figura 2), se encuentran por arriba del valor mínimo crítico reportado para tilapia, de 0.8 mg/L a 26°C (^{Duy et al., 2008}), de manera que el oxígeno disuelto nunca fue un factor limitante del crecimiento, ni representó riesgo para los cultivos. En cuanto al pH del agua, éste se mantuvo estable, con valores mínimo, máximo y promedio por la mañana de 7.33, 8.39 y 7.73 (± 0.06), respectivamente, y por la tarde de 7.04, 8.11 y 7.62 (± 0.07), respectivamente. Como es evidente de la información anterior, estos tres importantes parámetros físico-químicos del agua, temperatura, oxígeno disuelto y pH, se encontraron dentro de intervalos óptimos reportados para el cultivo de tilapia (^{El-Sayed, 2006}). Por lo tanto, puede considerarse que el presente estudio se llevó a cabo bajo adecuadas condiciones de calidad de agua.

Figura 1 Progresión de los valores globales promedio de temperatura del agua en tanques de cultivo de tilapia (Oreochromis niloticus), registrados por la mañana (08:00 h) y tarde (17:00 h).

Figure 1. Time course (overall mean values) of morning (08:00 h) and afternoon (17:00 h) water temperature in tanks with tilapia (Oreochromis niloticus). 

Figura 2 Progresión de los valores globales promedio de la concentración de oxígeno disuelto del agua en tanques de cultivo de tilapia (Oreochromis niloticus), registrados por la mañana (08:00 h) y tarde (17:00 h).

Figure 2. Time course (overall mean values) of morning (08:00 h) and afternoon (17:00 h) dissolved oxygen in tanks with tilapia (Oreochromis niloticus). 

No existieron diferencias entre tratamientos en el peso de los organismos al inicio del experimento (Tabla 1), un requisito para lograr comparar objetivamente los posteriores resultados de crecimiento. Las mediciones semanales del peso permitieron monitorizar el crecimiento de los individuos a lo largo del estudio, como se muestra en la Figura 3. Desde el día 18 de cultivo, puede apreciarse una tendencia de mayor crecimiento en los peces alimentados con la dieta control, seguidos cercanamente de los peces que recibieron Arthrospira sp. y Chlorella sp., y menor desempeño en crecimiento en los peces que recibieron Isochrysis sp. y Nannochloroposis sp. El análisis estadístico de los parámetros de crecimiento evaluados al final del estudio confirmó que los peces de los tres primeros tratamientos (control, Arthrospira sp. y Chlorella sp.) alcanzaron los mayores valores de crecimiento, sin diferencias estadísticas entre ellos, con la única excepción del porcentaje de peso ganado de peces alimentados con Chlorella sp., que fue significativamente menor que el de peces que recibieron la dieta control, exclusivamente para esta variable. No obstante, puede decirse que, en general, el desempeño en crecimiento de los peces alimentados con Chrlorella sp. fue similar estadísticamente al de los peces alimentados con la dieta control. Por otra parte, fue notorio el rezago en crecimiento de los peces alimentados con Isochrysis sp. y Nannochloroposis sp., cuyos valores de todos los parámetros de crecimiento fueron significativamente menores a los del resto de los tratamientos (Tabla 1). En términos de la supervivencia, se observaron valores promedio altos para todos los tratamientos, oscilando entre 87 y 100%, sin diferencias estadísticas entre ellos (Tabla 1).

Figura 3 Valores promedio del peso corporal (± D.E.), registrados semanalmente, de tilapia (Oreochromis niloticus) alimentada con distintas especies de microalgas como componentes parciales del alimento.

Figure 3. Weekly measurements of mean body weight of tilapia (Oreochromis niloticus) fed different microalgae species as partial constituents of the diet. 

Un aspecto sobresaliente de los resultados de crecimiento es que tanto la especie Arthrospira sp. como Chlorella sp. pueden ser incorporadas a un nivel de 25% del alimento balanceado sin afectar significativamente el crecimiento o la supervivencia de O. niloticus. Sin duda, este resultado representa un firme y positivo avance hacia una acuacultura con menor impacto sobre el ambiente, al contribuir a eliminar la dependencia en la harina y aceite de pescado como componentes mayoritarios de los alimentos acuícolas. Es importante resaltar que, a diferencia de la harina y aceite de pescado, cuya sobreexplotación ha impactado excesivamente el ambiente marino, tanto la harina de Arthrospira sp., como la de Chlorella sp., son productos renovables, producidos bajo condiciones controladas. Es decir, pueden estar disponibles continuamente para la producción de alimentos acuícolas, contribuyendo a una acuacultura sustentable.

Por el contrario, el crecimiento de O. niloticus se vio afectado significativamente al incorporar al alimento, al mismo nivel de inclusión, las otras dos especies, Isochrysis sp. y Nannochloropsis sp. Es interesante que, entre las especies de microalgas puestas a prueba, Arthrospira sp. y Chlorella sp. son especies dulceacuícolas, en tanto que Isochrysis sp. y Nannochloropsis son marinas. Estas diferencias pueden explicar, en buena medida, los resultados observados, ya que el perfil nutricional de las especies dulceacuícolas podría estar más ad hoc para satisfacer los requerimientos nutricionales de O. niloticus, especie también dulceacuícola. Ejemplos de nutrientes específicos cuya distribución y abundancia son particulares de uno u otro ambiente acuícola son los ácidos grasos. En el caso de especies de peces dulceacuícolas, se observa en general una mayor proporción ácidos grasos de la familia omega-6 como parte del perfil lipídico de su cuerpo, mientras que en peces marinos los ácidos grasos de la familia omega-3 son más abundantes (^{Halver, 1980}). Estas diferencias son reflejo de su disponibilidad en las cadenas tróficas, particularmente en las microalgas, que son las especies capaces de sintetizarlos, siendo las especies de microalgas dulceacuícolas ricas en ácidos grasos omega-6 y las especies marinas en ácidos grasos omega-3 (^{Tocher, 2010}). Tal es el caso de las especies utilizadas en el presente estudio, siendo, dentro de los ácidos grasos con 18 o más átomos de carbono, el ácido linoleico (18:2n-6), perteneciente a la familia omega-6, el más abundante tanto en Arthrospira sp. (^{Perez-Velazquez et al., 2019}), como en Chlorella sp. (^{Otles y Pire, 2001}). En cambio, los ácidos grasos más abundantes reportados para las especies Isochrysis sp. y Nannochloropsis sp. son el ácido docosahexaenoico (22:6n-3, conocido como DHA, por sus siglas en inglés) y el ácido eicosapentaenoico (20:5n-3, conocido como EPA, por sus siglas en inglés) (^{Patil et al., 2007}), ambos pertenecientes a la familia omega-3. Si bien es cierto que la tilapia, como cualquier otro pez, puede consumir y metabolizar ácidos grasos de la familia omega-3, no se conoce hasta ahora que tenga un requerimiento nutricional por esta familia de ácidos grasos. En este contexto, es razonable esperar que los peces dulceacuícolas estén mejor adaptados al consumo y metabolismo de ácidos grasos omega-6, que les han servido de sustento trófico en el ambiente en el que han evolucionado a través del tiempo.

Por otra parte, los pobres resultados observados al utilizar las microalgas Isochrysis sp. y Nannochloropsis sp. en el presente estudio coinciden con reportes de bajo desempeño en crecimiento del bacalao (Gadus morhua), al alimentársele dietas con niveles de inclusión de 15 y 30%, ya sea de Isochrysis sp. o Nannochloropsis sp. En dicho estudio, los autores reportaron una menor tasa de ingestión de las dietas, atribuida a mala palatabilidad (^{Walker y Berlinsky, 2011}). No es poco común que la mala palatabilidad de algunas microalgas obedezca a la presencia de factores antinutricionales o tóxicos, cuyos efectos pueden reflejarse en enteritis y pobre crecimiento en diversas especies de peces (^{Buentello et al., 2015}). Aunque en este estudio no se realizó un seguimiento del alimento consumido, y con ello una medida indirecta de su palatabilidad, es posible que este factor haya jugado un papel en el presente resultado. Por el contrario, con respecto a las especies Arthrospira sp. o Chlorella sp., no existe evidencia de la presencia de factores de esta naturaleza (^{Richmond, 1988}; ^{Ryan et al., 2010}; ^{Bleakley y Hayes, 2017}), lo que también sustenta los resultados observados en este estudio.

Adicionalmente, el pobre desempeño en crecimiento de los peces alimentados con las microalgas Isochrysis sp. y Nannochloropsis sp. coincide con reportes de bajo crecimiento observados también en otras especies, tales como el pámpano (Trachinotus ovatus), el salmón Atlántico (Salmo salar), la curvina roja (Sciaenops ocellatus), e incluso el camarón blanco del Pacífico (Litopenaeus vannamei), al incorporarse alguna de estas microalgas en su dieta (^{Kiron et al., 2012}; ^{Patterson y Gatlin, 2013}; ^{Sørensen et al., 2017}; ^{He et al., 2018}). Un aspecto en común entre el presente y los estudios mencionados, es que el bajo crecimiento se ha observado como resultado de la incorporación de niveles altos, e incluso moderados, de estas microalgas. Por ejemplo, ^{Sørensen et al. (2017)} y ^{Kiron et al. (2012)} concuerdan que, para el salmón Atlántico, pueden incorporarse niveles de Nannochloropsis oceania y otras especies de microalgas, de hasta 10% de la dieta con buenos resultados, pero que niveles superiores resultan en una reducción significativa del crecimiento. Por su parte, ^{Patterson y Gatlin (2013)} reportaron que Nannochloropsis salina puede reemplazar 10%, pero no más, de la proteína, derivada de harina de pescado y de soya, en la dieta de la curvina roja, S. ocellatus. ^{He et al. (2018)}, utilizando una dieta con harina de pescado como fuente principal de proteína, encontraron que la inclusión de Isochrysis galbana en niveles moderados, de 4.5 a 5.0% de la dieta, mejoró el crecimiento de Trachinotus ovatus, pero observaron una reducción significativa del crecimiento al aumentar el nivel de inclusión de la microalga a tan sólo 8.6%. Recordemos que en el presente estudio el nivel de inclusión, ya sea de Isochrysis sp. o de Nannochloropsis sp., fue de 25% de la dieta, mucho más alto que en los estudios anteriores. Una explicación adicional de los resultados observados en la serie de estudios anteriores puede radicar en la composición bioquímica de las propias microalgas. Por una parte, la pared celular de las microalgas, además de estar compuesta mayoritariamente por celulosa, que es indigerible para muchos peces, contiene otros polisacáridos de difícil digestión, por ejemplo, la hemicelulosa. Por otra, las microalgas también pueden contener ciertos factores antinutrientes, tales como los inhibidores de proteasas, particularmente los inhibidores de tripsina, la principal enzima proteolítica en el intestino. Al combinarse con la tripsina, dichos inhibidores impiden su acción proteolítica, reduciendo la digestibilidad del alimento y afectando la nutrición del organismo. Otro factor antinutriente está representado por las lectinas, conocidas también como hemaglutininas, que son glucoproteínas capaces de combinarse con carbohidratos que alteran la función de absorción de los enterocitos en el intestino e incluso pueden provocar lesiones en el epitelio intestinal (^{Tacon, 1997}). La presencia de celulosa, hemicelulosa, así como de los inhibidores de tripsina y lectinas ha sido confirmada para diversas microalgas, incluyendo el género Nannochloropsis (^{Sarker et al., 2018}). Por consiguiente, a medida que se incrementa el nivel de inclusión de estas microalgas en la dieta de los peces, mayor es el efecto negativo de dichos factores sobre el crecimiento.

En cuanto al nivel de inclusión de Arthrospira sp. utilizado en el presente estudio (25%), los resultados sugieren que es factible incrementarlo aún más sin afectar el crecimiento y la supervivencia de la tilapia, tomando en cuenta que para la tilapia de Mozambique (Oreochromis mossambicus), una especie cercana a O. niloticus, se observaron adecuados resultados de crecimiento al reemplazar hasta 40% de harina de pescado por harina de Arthrospira sp. en su dieta (^{Olvera-Novoa et al., 1998}). Más recientemente, utilizando una dieta control que contenía como fuente principal de proteína, harina de gluten de maíz y caseína en niveles de inclusión de 43.34 y 4.92% de la dieta, respectivamente, O. niloticus duplicó su tasa de crecimiento al reemplazar 100% de la harina de gluten de maíz con harina de Arthrospira sp. (Hussein et al., 2013). Dicho reemplazo representó un nivel de inclusión efectivo de harina de Arthrospira sp. de 43.6%, el mayor reportado en la literatura hasta este momento, con buen resultado. Con respecto al uso de Chlorella sp., la información acerca de su inclusión en dietas para O. noliticus es escasa. Badwy et al. (2008) incorporaron harina de Chrorella sp. a niveles de 0 (dieta control, que contenía 22.23% de harina de pescado), 10, 25, 50 y 75% de la dieta de O. niloticus. En comparación con los peces alimentados con la dieta control, aquellos que recibieron la dieta con reemplazo de 50% tuvieron un crecimiento significativamente mayor, pero la respuesta en crecimiento disminuyó al incrementar aún más el nivel de inclusión. No obstante, estos resultados concuerdan con los del presente estudio y sugieren que es posible utilizar niveles de inclusión relativamente altos de esta especie de microalga en la dieta de la tilapia.

Es pertinente examinar la magnitud del crecimiento y supervivencia de los peces del presente estudio. Al final del bioensayo, los peces de los tratamientos con mejores resultados (control, Arthrospira sp. y Chlorella sp.) alcanzaron promedios de peso entre 83.9 y 97.9 g después de 53 días de cultivo, lo que representa para estos tratamientos ganancias en peso de 1.4 a 1.7 g/día, en tanto que sus promedios de supervivencia oscilaron entre 95 y 100%. Estos valores de crecimiento y supervivencia pueden considerarse buenos para estándares de cultivo de tilapia en tanques (^{Cantor-Atlatenco, 2007}).