Denna forskning finansierades av ministeriet för vetenskap och teknik (Taiwan), anslagsnummer MOST 111-2611-M-291-005 och MOST 111-2811-M-291-001.

1. Hängande korallkolonieri ex situ vattenbrukstankar
<ol><li>Placera en skårad stång (längd x bredd x höjd: 75 cm x 1 cm x 3 cm), nedan kallad "hängande stång", tvärs över odlingstanken som förberedelse för upphängning av korallkolonierna. OBS: Upphängstången som användes i detta experiment var skräddarsydd, men ett enkelt PVC-rör med utskjutande skruvar (dvs. för att fungera som skåror) skulle vara tillräckligt så länge det kan placeras på ett stabilt sätt över to...

Ex situ-odling av Pocillopora acuta och effektiva utfodringstekniker

Författarna har inga konkurrerande ekonomiska intressen eller andra intressekonflikter.

Denna preliminära bedömning av effekten av temperatur och utfodring på korallreproduktionen avslöjade skillnader i reproduktionskapacitet och tidpunkt mellan kolonier som odlats under olika behandlingsförhållanden. Vidare visade det sig att utfodring av Artemia nauplii till korallkolonier verkade vara effektivt vid relativt svala (24 °C) såväl som varma temperaturer (28 °C). Dessa kombinerade fynd belyser tillämpligheten av dessa enkla tekniker för utfodring och odling av reproducerande skleractinska...

Många korallrevsekosystem globalt går förlorade och försämras till följd av högtemperaturstress som drivs av klimatförändringar 1,2. Korallblekning (dvs. nedbrytningen av korall-algsymbios3) ansågs vara relativt sällsynt under de senaste4 men förekommer nu oftare5, med årlig blekning som förväntas inträffa i många regioner i mitten till slutet av århundradet 6,7. Denna förkortning av mellanperioden mellan blekningshändelser kan begränsa kapaciteten för revens motståndskraft8. De direkta effekterna av högtemperaturstress på korallkolonier (t.ex. vävnadsskador9, energiutarmning10) är nära kopplade till indirekta effekter på revnivå, där en minskning av reproduktions-/rekryteringskapaciteten är särskilt oroande11. Detta har gett upphov till en rad tillämpad forskning som till exempel har undersökt den aktiva förbättringen av rekryteringen in situ (t.ex. sådd av rev12), ny teknik för uppskalning av korallrestaurering13 och simulering av reproduktionssignaler för att inducera reproduktion i ex situ-system 14. Som komplement till dessa aktiva interventioner finns det senaste erkännandet av fördelarna med heterotrofisk utfodring hos koraller under högtemperaturstress15 och utforskningen av den roll som födotillförsel kan spela i reproduktionen16.
Heterotrofisk utfodring är känt för att påverka korallernas prestanda17 och har specifikt kopplats till ökad koralltillväxt18,19, samt termisk motståndskraft och motståndskraft20,21. Ändå är fördelarna med heterotrofi inte allestädes närvarande bland korallarter22 och kan skilja sig åt beroende på vilken typ av mat som konsumeras 23, såväl som nivån av ljusexponering24. I samband med korallreproduktion har heterotrofisk utfodring visat varierande resultat, med observationer av högre25 såväl som lägre26 reproduktionsförmåga efter heterotrofisk födosök som rapporterats. Inverkan av heterotrofisk utfodring på korallreproduktion över ett spektrum av temperaturer utvärderas sällan, men i den tempererade korallen Cladocora caespitosa visade sig heterotrofi vara viktigare för reproduktion under lägre temperaturförhållanden27. En bättre förståelse av temperaturens och födosökets roll för reproduktionsproduktionen behövs sannolikt för att avgöra om specifika rev (t.ex. rev som är förknippade med hög födotillgång28) har en högre kapacitet för rekrytering under klimatförändringar.
I likhet med reproduktionsproduktion är effekten av temperatur och utfodring på reproduktionstiden hos koraller fortfarande relativt understuderad, trots att synkroniseringen av reproduktion med abiotiska/biotiska förhållanden är en viktig faktor för rekryteringsframgång i ett varmare hav29. Varmare temperaturer har visat sig resultera i tidigare reproduktion i korallvärmekonditioneringsstudier utförda i labb30, och detta har också observerats i koraller som samlats in från naturliga rev under säsong31. Intressant nog observerades den motsatta trenden nyligen hos utfodrade koraller som odlats under loppet av ett år i ett ex situ genomströmningssystem (dvs. reproduktionen skedde tidigare i måncykeln vid svalare vintertemperaturer och senare i måncykeln vid varmare sommartemperaturer)32. Detta kontrasterande resultat tyder på att reproduktionstiden kan avvika från typiska mönster under förhållanden som är förknippade med rikliga energiresurser.
Långsiktiga kontrollerade experiment under olika temperaturscenarier skulle kunna bidra till en bättre förståelse av heterotrofiens inverkan på reproduktionen hos skleractinska koraller. Att upprätthålla reproducerande korallkolonier under ex situ-förhållanden under flera reproduktionscykler kan dock vara utmanande (men se tidigare forskning32,33). Här beskrivs enkla och effektiva tekniker för aktiv utfodring (födokälla: Artemia nauplii) och långtidsodling av en ruvande korall (Pocillopora acuta) i ett genomströmningsvattenbrukssystem. Det bör dock noteras att alla de beskrivna teknikerna också kan användas i recirkulerande vattenbrukssystem. För att demonstrera dessa tekniker genomfördes en preliminär jämförelse av reproduktionskapaciteten och tidpunkten för korallkolonier som hölls vid 24 °C och 28 °C under "matade" och "omatade" behandlingar. Dessa temperaturer valdes för att approximera havsvattentemperaturerna på vintern respektive sommaren i södra Taiwan30,34; En högre temperatur valdes inte eftersom främjandet av långsiktig ex situ-odling, snarare än att testa korallernas respons på termisk stress, var ett primärt mål med detta experiment. Vidare kvantifierades tätheten av Artemia nauplii före och efter utfodringstillfällena för att jämföra genomförbarheten av heterotrofisk utfodring vid båda temperaturbehandlingarna.
Närmare bestämt erhölls 24 kolonier av P. acuta (genomsnittlig total linjär förlängning ± standardavvikelse: 21,3 cm ± 2,8 cm) från genomströmningstankar vid forskningsanläggningarna vid National Museum of Marine Biology & Aquarium i södra Taiwan. Pocillopora acuta är en vanlig korallart som har både en lekande lek, men vanligtvis ruvande reproduktionsstrategi35,36. Moderkolonierna till dessa koraller samlades ursprungligen in från Outlet-revet (21.931°E, 120.745°N) ungefär 2 år tidigare för ett annat experiment32. Följaktligen hade de korallkolonier som användes i det aktuella experimentet fötts upp under hela sitt liv under ex situ-odlingsförhållanden. Samhällena utsattes för omgivningstemperatur och en ljus-mörkercykel på 12 h:12 timmar vid 250 μmol kvanta m−2·s−1 och utfodrades med Artemia nauplii två gånger i veckan. Vi inser att denna långvariga ex situ-odling kan ha påverkat hur kolonierna svarade på behandlingsförhållandena i detta experiment. Vi vill därför betona att det primära syftet här är att illustrera hur de beskrivna teknikerna effektivt kan användas för att odla koraller ex situ genom att demonstrera ett tillämpat exempel där effekterna av temperatur och utfodring på korallreproduktion bedömdes.
Korallkolonierna var jämnt fördelade över sex odlingstankar med genomströmningssystem (tankens inre längd x bredd x höjd: 175 cm x 62 cm x 72 cm; tankens ljusregim: 12 timmar: 12 timmar ljus: mörk cykel vid 250 μmol kvanta m−2·s−1) (figur 1A). Temperaturen i tre av tankarna sattes till 28 °C och temperaturen i de övriga tre tankarna till 24 °C. varje tank hade en logger som registrerade temperaturen var 10:e minut (se materialtabellen). Temperaturen kontrollerades oberoende i varje tank med hjälp av kylaggregat och värmare, och vattencirkulationen upprätthölls med hjälp av flödesmotorer (se materialtabellen). Hälften av samhällena i varje akvarium (n = 2 samhällen/akvarium) utfodrades med Artemia nauplii två gånger i veckan, medan de andra samhällena inte utfodrades. Varje utfodringstillfälle varade i 4 timmar och genomfördes i två oberoende temperaturspecifika utfodringsbassänger. Under utfodringen flyttades alla samhällen till utfodringsbassängerna, inklusive de omatade samhällena, för att standardisera den potentiella stresseffekten av att flytta kolonierna mellan bassängerna. Samhällena i de utfodrade och omatade behandlingarna placerades i ett eget utrymme med hjälp av en maskad ram i de temperaturspecifika utfodringstankarna så att endast samhällena i utfodringstillstånd fick mat. Korallernas reproduktionsförmåga och tidpunkt bedömdes för varje koloni dagligen kl. 09.00 genom att räkna antalet larver som hade släppts ut i larvuppsamlingsbehållarna under natten.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Artemia cysts&#160;</td>
			<td>Supreme plus</td>
			<td>NA</td>
			<td>Food source&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chiller</td>
			<td>Resun</td>
			<td>CL650</td>
			<td>To cool down water temperature if needed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductivity portable meter</td>
			<td>WTW</td>
			<td>Cond 3110</td>
			<td>To measure salinity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enrichment diets</td>
			<td>Omega</td>
			<td>NA</td>
			<td>Used in Artemia cultivation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fishing line</td>
			<td>Super</td>
			<td>Nylon monofilament</td>
			<td>To hang the coral colonies</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow motors</td>
			<td>Maxspect</td>
			<td>GP03</td>
			<td>To create water flow</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater 350 W</td>
			<td>ISTA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Heaters used in tanks</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HOBO pendant temperature logger</td>
			<td>Onset Computer</td>
			<td>UA-002-08</td>
			<td>To record water temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED lights</td>
			<td>Mean Well</td>
			<td>FTS: HLG-185H-36B</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light portable meter</td>
			<td>LI-COR</td>
			<td>LI-250A</td>
			<td>Device used with light sensor to measure light intensity in PAR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light sensor</td>
			<td>LI-COR</td>
			<td>LI-193SA</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plankton net 100 &#181;m mesh size</td>
			<td>Omega</td>
			<td>NA</td>
			<td>To collect larvae and artemia&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primary pump 6000 L/H</td>
			<td>Mr. Aqua</td>
			<td>BP6000</td>
			<td>To draw water from tanks into chiller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propeller-type current meter</td>
			<td>KENEK</td>
			<td>GR20</td>
			<td>Device used with propeller-type detector to measure flow rate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propeller-type detector</td>
			<td>KENEK</td>
			<td>GR3T-2-20N</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Stemi 2000-C&#160;</td>
			<td>To count the number of artemia&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller 1000 W</td>
			<td>Rep Park</td>
			<td>O-RP-SDP-1</td>
			<td>To set and maintain water temperature</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

effective techniques for the feeding and ex situ culture of a brooding scleractinian coral, pocillopora acuta

Klimatförändringarna påverkar överlevnaden, tillväxten och rekryteringen av koraller globalt, med storskaliga förändringar i förekomst och samhällssammansättning som förväntas i revens ekosystem under de kommande decennierna. Erkännandet av denna nedbrytning av rev har föranlett en rad nya forsknings- och restaureringsbaserade aktiva interventioner. Ex situ-vattenbruk kan spela en stödjande roll genom att upprätta robusta protokoll för korallodling (t.ex. för att förbättra hälsa och reproduktion i långsiktiga försök) och genom att tillhandahålla en jämn tillgång på avelsbestånd (t.ex. för användning i restaureringsprojekt). Här beskrivs enkla tekniker för utfodring och ex situ-odling av ruvande skleractinska koraller med den vanliga och välstuderade korallen, Pocillopora acuta, som exempel. För att demonstrera detta tillvägagångssätt exponerades korallkolonier för olika temperaturer (24 °C jämfört med 28 °C) och utfodringsbehandlingar (utfodrade kontra omatade) och reproduktionsproduktionen och tidpunkten, samt möjligheten att mata Artemia nauplii till koraller vid båda temperaturerna, jämfördes. Reproduktionsproduktionen uppvisade stor variation mellan kolonierna, med olika trender observerade mellan temperaturbehandlingarna. Vid 24 °C producerade utfodrade kolonier fler larver än omatade kolonier, men motsatsen sågs i kolonier odlade vid 28 °C. Alla kolonier förökade sig före fullmåne, och skillnader i reproduktionstid hittades endast mellan omatade kolonier vid 28 °C och utfodrade samhällen vid 24 °C (genomsnittlig reproduktionsdag under månen ± standardavvikelse: 6,5 ± 2,5 respektive 11,1 ± 2,6). Korallkolonierna livnärde sig effektivt på Artemia nauplii vid båda behandlingstemperaturerna. Dessa föreslagna utfodrings- och odlingstekniker fokuserar på att minska korallstress och främja reproduktiv livslängd på ett kostnadseffektivt och anpassningsbart sätt, med mångsidig tillämpning i både genomströmnings- och recirkulerande vattenbrukssystem.

Many coral reef ecosystems globally are being lost and degraded as a result of high-temperature stress driven by climate change1,2. Coral bleaching (i.e., the breakdown of the coral-algal symbiosis3) was considered relatively rare in the past4 but is now occurring more frequently5, with annual bleaching expected to occur in many regions by&#160;mid to late century6,7. This shortening of the interim period between bleaching events can limit the capacity for reef resilience8. The direct impacts of high-temperature stress on coral colonies (e.g., tissue damage9; energy depletion10) are intrinsically linked to indirect impacts at the reef-scale level, of which a reduction in reproductive/recruitment capacity is of particular concern11. This has spurred a range of applied research exploring, for example, the active in situ enhancement of recruitment (e.g., reef seeding12), new technologies for scaling-up coral restoration13, and the simulation of reproductive cues to induce reproduction in ex situ systems14. Complementary to these active interventions are the recent recognition of the advantages of heterotrophic feeding in corals under high-temperature stress15 and the exploration of the role that food provision may play in reproduction16.
Heterotrophic feeding is known to influence the performance of corals17 and has been specifically linked to increased coral growth18,19, as well as thermal resistance and resilience20,21. Yet, the benefits of heterotrophy are not ubiquitous among coral species22 and can differ based on the type of food being consumed23, as well as the level of light exposure24. In the context of coral reproduction, heterotrophic feeding has shown variable results, with observations of higher25 as well as lower26 reproductive capacity following heterotrophic feeding being reported. The influence of heterotrophic feeding on coral reproduction across a spectrum of temperatures is rarely assessed, yet in the temperate coral Cladocora caespitosa, heterotrophy was found to be more important for reproduction under lower temperature conditions27. A better understanding of the role of temperature and feeding on reproductive output is likely needed to determine whether specific reefs (e.g., reefs associated with high food availability28) possess a higher capacity for recruitment under climate change.
Similar to reproductive output, the effect of temperature and feeding on reproductive timing in corals remains relatively understudied, despite the synchronization of reproduction with abiotic/biotic conditions being an important consideration for recruitment success in a warming ocean29. Warmer temperatures have been shown to result in earlier reproduction in coral thermal conditioning studies conducted in the lab30, and this has also been observed in corals collected from natural reefs across seasons31. Yet, interestingly the opposite trend was recently observed in fed corals cultured over the course of 1 year in an ex situ flow-through system (i.e., reproduction occurred earlier in the lunar cycle at cooler winter temperatures and later in the lunar cycle at warmer summer temperatures)32. This contrasting result suggests that reproductive timing may stray from typical patterns under conditions associated with abundant energetic resources.
Long-term controlled experiments under different temperature scenarios could contribute to a better understanding of the influence of heterotrophy on reproduction in scleractinian corals. Maintaining reproducing coral colonies under ex situ conditions for multiple reproductive cycles, however, can be challenging (but see previous research32,33). Herein, straightforward and effective techniques for the active feeding (food source: Artemia nauplii) and long-term culture of a brooding coral (Pocillopora acuta) in a flow-through aquaculture system are described; yet, it should be noted that all the techniques described can also be used in recirculating aquaculture systems. To demonstrate these techniques, a preliminary comparison of the reproductive output and timing of coral colonies held at 24 &#176;C and 28 &#176;C under &#34;fed&#34; and &#34;unfed&#34; treatments was conducted. These temperatures were chosen to approximate seawater temperatures in winter and summer, respectively, in southern Taiwan30,34; a higher temperature was not chosen because the promotion of long-term ex situ culture, rather than testing coral response to thermal stress, was a primary goal of this experiment. Further, the density of Artemia nauplii before and after the feeding sessions was quantified&#160;to compare the feasibility of heterotrophic feeding at both temperature treatments.
Specifically, 24 colonies of P. acuta (mean total linear extension &#177; standard deviation: 21.3 cm &#177; 2.8 cm) were obtained from flow-through tanks at the research facilities of the National Museum of Marine Biology &#38; Aquarium, southern Taiwan. Pocillopora&#8203;&#160;acuta is a common coral species that possesses both a broadcast spawning, but&#160;typically brooding reproductive strategy35,36. The parent colonies of these corals were originally collected from the Outlet reef (21.931&#176;E, 120.745&#176;N) approximately 2 years earlier for another experiment32. Consequently, the coral colonies used in the present experiment had been reared for their entire lives under ex situ culture conditions; specifically, the colonies were exposed to ambient temperature and a 12 h:12 h light: dark cycle at 250 &#181;mol quanta m&#8722;2&#183;s&#8722;1 and were fed Artemia nauplii twice per week. We recognize that this long-term ex situ culture could have affected how the colonies responded to the treatment conditions in this experiment. We, therefore, would like to emphasize that the primary aim here is to illustrate how the described techniques can be effectively used to culture corals ex situ by demonstrating an applied example wherein the effects of temperature and feeding on coral reproduction were assessed.
Coral colonies were evenly distributed across six flow-through system culture tanks (tank interior length x width x height: 175 cm x 62 cm x 72 cm; tank light regime: 12 h:12h light:dark cycle at 250 &#181;mol quanta m&#8722;2&#183;s&#8722;1) (Figure 1A). The temperature in three of the tanks was set at 28 &#176;C, and the temperature in the other three tanks was set at 24 &#176;C; each tank had a logger that recorded the temperature every 10 min (see the Table of Materials). The temperature was independently controlled in each tank using chillers and heaters, and water circulation was maintained using flow motors (see the Table of Materials). Half of the colonies in each tank (n = 2 colonies/tank) were fed Artemia nauplii twice per week, while the other colonies were not fed. Each feeding session was 4 h in duration and was conducted in two independent temperature-specific feeding tanks. During feeding, all the colonies were moved into the feeding tanks, including the unfed colonies, to standardize the potential stress effect of moving the colonies between the tanks. The colonies in the fed and unfed treatments were positioned in their own compartment using a meshed frame within the temperature-specific feeding tanks so that only the colonies in the fed condition received food. The coral reproductive output and timing were assessed for each colony daily at 09:00 A.M. by counting the number of larvae that had been released into the larval collection containers overnight.

Författare i fokus: Främja korallforskning genom att utforska motståndskraft mot klimatförändringar, ex situ vattenbruk och reproduktionsstrategier 

Effektiva tekniker för utfodring och ex situ-odling av en ruvande Scleractinian Coral, Pocillopora acuta

Our lab is interested in understanding climate change, resistance, and resilience in coral and exploring ex-situ aquaculture's role. Specifically, we aim to cultivate coral in a lab that can be used for restoration and research efforts. Over the past few years, we have seen major advances in coral ex-situ aquaculture, including being able to induce reproduction, as well as complete the entire coral life cycle in both broadcast spawning and brooding corals.Maintaining the long-term reproduction of brooding corals in the lab is usually quite challenging, with reproduction typically stopping after a few months. However, we found that if we culture the colonies together in mesocosm tanks and provide them with supplemental food, they can continue to produce larvae each month. In general, we have a good understanding of how feeding and temperature independently affect coral reproduction, but their interactive effects remain relatively understudied.For example, heterotrophy may have different benefits, or limitations at warmer compared to cooler temperatures. Using the protocols that we have described, we can effectively feed and culture the colonies long-term in X2 aquaculture systems, and can ultimately track the reproduction at the colony level to help infer the influence of heterotrophy on reproduction, and recruitment in a warming ocean.

De beskrivna protokollen möjliggjorde (1) jämförelse av reproduktionsproduktion och tidpunkt för enskilda korallkolonier mellan olika födo- och temperaturbehandlingar och (2) en bedömning av genomförbarheten av Artemia nauplii-utfodring vid olika temperaturer. Här ges en kort översikt över resultaten, men försiktighet bör iakttas när det gäller den breda tolkningen av de rapporterade effekterna av temperatur och utfodring på korallreproduktion på grund av experimentets kortsiktiga karaktär (dvs....

Watch this Scientific Journal Video about Advancing Coral Research by Exploring Climate Change Resistance, Ex Situ Aquaculture, and Reproduction Strategies at JoVE.com

Klimatförändringarna påverkar korallrevens ekosystem globalt. Koraller som kommer från ex situ-vattenbrukssystem kan bidra till att stödja restaurerings- och forskningsinsatser. Här beskrivs utfodrings- och korallodlingstekniker som kan användas för att främja det långsiktiga underhållet av ruvande skleractinska koraller ex situ .

Climate change is affecting the survival, growth, and recruitment of corals globally, with large-scale shifts in abundance and community composition ...

Vårt labb är intresserat av att förstå klimatförändringar, motståndskraft och motståndskraft hos koraller och utforska ex-situ vattenbrukets roll. Specifikt strävar vi efter att odla koraller i ett laboratorium som kan användas för restaurering och forskningsinsatser. Under de senaste åren har vi sett stora framsteg inom korall ex-situ vattenbruk, inklusive att kunna inducera reproduktion, samt slutföra hela korallens livscykel i både lekande och ruvande koraller.Att upprätthålla den långsiktiga reproduktionen av ruvande koraller i laboratoriet är vanligtvis ganska utmanande, med reproduktion som vanligtvis upphör efter några månader. Vi fann dock att om vi odlar samhällena tillsammans i mesokosmtankar och ger dem kompletterande mat, kan de fortsätta att producera larver varje månad. Generellt har vi en god förståelse för hur födosök och temperatur oberoende av varandra påverkar korallernas reproduktion, men deras interaktiva effekter är fortfarande relativt understuderade.Till exempel kan heterotrofi ha olika fördelar, eller begränsningar vid varmare jämfört med kallare temperaturer. Med hjälp av de protokoll som vi har beskrivit kan vi effektivt mata och odla kolonierna på lång sikt i X2-vattenbrukssystem, och kan i slutändan spåra reproduktionen på koloninivå för att hjälpa till att dra slutsatser om heterotrofiens inflytande på reproduktion och rekrytering i ett varmare hav.

effective-techniques-for-feeding-ex-situ-culture-brooding

Research

JoVE Journal

Biology

Effective Techniques for the Feeding and Ex Situ Culture of a Brooding Scleractinian Coral, Pocillopora acuta

785 Views.  National Museum of Marine Biology & Aquarium. Our lab is interested in understanding climate change, resistance, and resilience in coral and exploring ex-situ aquaculture's role. Specifically, we aim to cultivate coral in a lab that can be used for restoration and research efforts. Over the past few years, we have seen major advances in coral ex-situ aquaculture, including being able to induce reproduction, as well as complete the entire coral life cycle in both broadcast spawning and brooding corals.Maintaining the long-term repr...