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Die Bedeutung der Wasserqualität bei der Haltung von Zebrabärblingen für die Forschung

Veröffentlicht von Sabrina Mesters-Wöll am 25.08.2020 12:11:15

88710301_mZebrabärblinge (Danio rerio), die zur Familie der Karpfenfische (Cyprinidae) gehören, werden in der Forschung in vielfältigen Bereichen als Modellorganismus eingesetzt. Bei der Haltung und Pflege von Zebrabärblingen als Forschungsorganismus ist die Wasserqualität entscheidend für den Erfolg und die Qualität der Forschungsergebnisse. Dieser Artikel stellt die idealen Wasserparameter für die Haltung von Zebrabärblingen vor und gibt einen kleinen Überblick über Probleme durch schlechte Wasserqualität und die Möglichkeiten zur zuverlässigen Analyse der wichtigsten Parameter.

Zebrabärblinge als Modellorganismen

Modellorganismen sind nichtmenschliche Organismen (Tiere, Pflanzen, Pilze), die zu Forschungszwecken eingesetzt werden. Zebrabärblinge haben als Forschungsorganismen in einer Vielzahl von biologisch-medizinischen Disziplinen wie z.B. Genetik, Pharmakologie und Toxikologie große Popularität erlangt. Dies liegt u. A. an ihrer hohen Fruchtbarkeit, ihren transparenten Embryonen, der Kosteneffizienz, der Übertragbarkeit bestimmter Ergebnisse auf den menschlichen Organismus sowie der Fülle der bereits verfügbaren Daten. Im Vergleich zu anderen Modellorganismen, wie z.B. Nagetieren, entwickeln sich die Embryonen des Zebrabärblings sehr schnell und außerhalb des maternalen Organismus. Dies vereinfacht eine Manipulation und Beobachtung der frühen Lebensstadien. Die Zebrabärblingsembryonen nehmen Stoffe aus dem Wasser auf, wobei sie hochtolerant gegen chemische Mutagene sind. Dies erlaubt die Verabreichung von Chemikalien auch in höheren Dosierungen.

Zebrabärblinge sind im Vergleich zu z. B. Nagetieren wesentlich pflegeleichter, und ihre geringe Größe ermöglicht die problemlose Haltung und Pflege einer großen Anzahl Individuen auf kleinem Raum. In den Laboraquarien ist es möglich, eine für sie annähernd artgerechte Umgebung zu schaffen. Dies minimiert Stress, was bei Forschungsarbeiten wichtig ist, da dieser die die Versuchsergebnisse beeinflussen kann. Dabei ist die optimal angepasste Wasserqualität eine wichtige Schlüsselkomponente (1).

Die Haltung und Pflege von Zebrabärblingen erfolgt in der Regel in mehreren kleinen Aquarien, welche in Racks untergebracht und mit einem gemeinsamen Filtersystem verbunden werden. So kann in einem Labor auf einer relativ kleinen Stellfläche eine große Anzahl von Organismen gehalten werden. Die Filtersysteme können verschiedene Filterkomponenten enthalten, wie z. B. einen Ultraviolett-Sterilisator, Aktivkohle, Bakterienmedien und kleine Mikron-Maschenfilter.

Wasserparameter für Zebrabärblinge

Die Wasserqualität ist der wichtigste Faktor für die Gesundheit und das Wohlbefinden Ihrer Zebrabärblinge. Ungeeignete Wasserwerte können schädliche Auswirkungen auf die Fische haben. Vermehrter Stress durch eine schlechte Wasserqualität wirkt sich negativ auf die Krankheitsresistenz und den Fortpflanzungserfolg der Fische aus. Die untenstehende Tabelle zeigt die optimalen und tolerierten Werte für Zebrabärblinge (2) und gibt Auskunft darüber, in welchem Abstand der jeweilige Parameter gemessen werden sollte.

Wasserparameter Optimal Toleriert Kontrollfrequenz
Temperatur 28,5 °C 25 - 29 °C Täglich
pH-Wert 7,5 7,0 - 8,0 Täglich
Leitfähigkeit 500 - 1000 µS 300 - 1500 µS Täglich
Ammoniak 0,00 ppm < 0,02 ppm Wöchentlich
Nitrit 0,00 ppm < 0,10 ppm Wöchentlich
Nitrat 0 - 5 ppm < 30 ppm Wöchentlich
Alkalinität 100 ppm CaCO 50 - 150 ppm CaCO3 Wöchentlich
Härte 100 ppm CaCO 50 - 100 ppm CaCO3 Wöchentlich
Salinität 0,35 - 0,70 ppt 0,00 - 1,75 ppt Täglich
Gelöster Sauerstoff > 6,0 ppm 6,0 - 8,0 ppm Täglich
Chlor 0 ppb Niedrig Wöchentlich
Kupfer 0 ppb 1 - 10 ppb Wöchentlich

Stickstoffverbindungen

Ammoniak- und Nitrit sind sehr schädlich und sollten bei der Kontrolle an erster Stelle stehen. Diese beiden Verbindungen sind die häufigsten Ursachen für ernste Probleme im Aquarium. Ammoniak bildet sich meist in neu eingerichteten Systemen, überbesetzten Becken, während des Transports und in Systemen mit unzureichender Wartung. Ammoniak ist ein Nebenprodukt des Stickstoffkreislaufs und in hohem Maße fischtoxisch. Auch Nitrit als Abbauprodukt des Ammoniaks ist für Fische tödlich. Beide Formen werden regelmäßig zusammen gefunden. Um den Ammoniak- und Nitritgehalt in einem Aquarium zu senken, sollte ein dem biologischen Filtersystem („Bakterienfilter“) genügend Zeit gegeben werden, sich zu etablieren. Eine gute Haltungspraxis mit regelmäßiger Wartung der Becken sollte selbstverständlich sein. Man sollte ebenfalls darauf achten, Überfütterung zu vermeiden, denn dies kann erhöhte Nitratwerte nach sich ziehen. Nitrat ist weniger fischtoxisch als Ammoniak und Nitrit, aber es wirkt sich negativ auf die Fortpflanzung und die Vitalität der Fische aus (3).

Temperatur

Zebrabärblinge sind eurytherm (4), d.h. sie tolerieren einen relativ breiten Temperaturbereich. Idealerweise sollte man sie bei 28,5 °C  halten, darunter kann es zu einer verminderten Stoffwechselaktivität und einer geringeren Fortpflanzungsrate kommen. Werte über diesem Wert können lebenswichtige Funktionen beeinträchtigen oder die Konzentration von gelöstem Sauerstoff in Ihrem System verringern.

Phosphat

Ein ebenfalls wichtiger Parameter ist Phosphat. Pflanzen nehmen Phosphat als Nährstoff auf. In einem Becken mit vielen Pflanzen ist ein Phosphatwert von 0,1 bis 0,2 mg optimal. In pflanzenfreien Zebrabärblingsbecken, in der Forschung meist die Regel, sollte der Wert jedoch deutlich darunter liegen. Erhöhte Phosphatwerte können bereits aus dem Leitungswasser stammen, in der Regel sind sie aber auf übermäßige Fütterung zurückzuführen. Dies kann zu vermehrtem Algenwachstum in den Becken führen. Algen können die Sicht auf die Fische einschränken und die tägliche visuelle Kontrolle und forschungsrelevante Beobachtungen erschweren.

Häufig vorkommende Schadstoffe

Auch Schadstoffe spielen eine Rolle für die Gesundheit Ihrer Zebrabärblinge. Für eine erfolgreiche Haltung sollte der Gehalt an Schadstoffen wie Kupfer oder Chlor so gering wie möglich sein. Kupfer kann auf verschiedenen Wegen in Wassersysteme gelangen, u.a. durch Rohrleitungen, insbesondere durch neuere Rohrleitungen. Kupfer ist schon in geringen Mengen giftig. Es wirkt sich toxisch auf die Antikörperproduktion der Fische aus und verursacht somit ein geschwächtes Immunsystem. Die Fische werden anfälliger für Krankheiten. Darüber hinaus kann eine toxische Kupferkonzentration die Entwicklung der Geschlechtsreife beeinträchtigen, teratogen wirken, die gesamte Eiproduktion reduzieren und die Überlebensrate der Nachkommenschaft verringern.

Auch die Überwachung von Chlor ist in einer Zebrabärblingsanlage von Bedeutung. Chlor ist in akuten Konzentrationen für die meisten Fische toxisch. Zu den Symptomen der Chlortoxizität kann eine Nekrose der Kiemen gehören, die zu Atemproblemen und Erstickung führt. Chlortoxizität kann an einer entzündeten, hellroten Färbung der Kiemen festgestellt werden. Wenn Sie Ihre Anlage in einer Region betreiben, in der Chlorungen des Leitungswassers vorgenommen werden und Sie dieses für Ihre Anlage verwenden, sollten Sie die Chloranalyse als Teil Ihres regelmäßigen Testverfahrens mit einbeziehen.

Analyseinstrumente für Zebrabärblingsbecken

Die Anschaffung der richtigen Messinstrumente für Ihr Labor ist entscheidend für die genaue Kontrolle der der Wasserqualität in Ihrer Zebrabärblingsanlage. Hanna Instruments stellt eine breite Palette von Analysegeräten her, mit denen Sie Ihr Wasser zuverlässig testen können. Eine Auswahl davon stellen wir Ihnen im Folgenden vor.

HI83303 Photometer für die Aquakultur

HI83303_agitateur_detUnser HI83303 ist ein kompaktes Multiparameter-Photometer das sich perfekt für den Einsatz in Zebrabärblingsanlagen eignet. Das Gerät ist eines der fortschrittlichsten Photometer auf dem Markt und verwendet ein innovatives optisches Design. Schlüsselkomponenten sind ein Referenzdetektor und eine Sammellinse mit deren Hilfe Fehler durch Veränderungen der Lichtquelle und Makel in der Glasküvette vermieden werden.

Dieses Messgerät verfügt über 20 verschiedene programmierte Methoden zur Messung von 12 wichtigen Wasserqualitätsparametern und bietet darüber hinaus einen Absorptionsmessmodus zur Leistungsüberprüfung und für Anwender, die ihre eigenen Konzentrations-/Absorptionskurven entwickeln möchten.

Zu den gemessenen Parametern gehören Süßwasser-Alkalinität, Meeres-Alkalinität, Ammoniak im unteren Bereich, Ammoniak im mittleren Bereich, Ammoniak im oberen Bereich, Kalzium im Süßwasser, Kalzium im oberen Bereich, freies Chlor, Gesamtchlor, Kupfer im unteren Bereich, Kupfer im oberen Bereich, Nitrat, Nitrit im oberen Bereich, Nitrit im unteren Bereich, Nitrit im oberen Bereich, gelöster Sauerstoff, Phosphat im unteren Bereich, Phosphat im unteren Bereich und Phosphat im oberen Bereich.

Darüber hinaus ist das HI83303 mit seinem digitalen pH-/Temperatur-Elektrodeneingang auch ein professionelles pH-Meter. Das Messgerät verfügt über eine Datenprotokollierung, bei der bis zu 1000 photometrische und pH-Messwerte durch einfaches Drücken der speziellen LOG-Taste gespeichert werden können. Mit dem HI83303 können Sie wertvollen Laborplatz sparen, indem Sie ein kompaktes, genaues und einfach zu bedienendes Photometer erwerben, das die meisten Ihrer Testanforderungen erfüllt.

HI2030- edge® Multiparameter EC/TDS/Salinitätsmessgerät

HI2030-BeakerUnser HI2030 edge® Multiparameter-Messgerät im Tabletformat kann pH-Wert, gelösten Sauerstoff, Temperatur, Salzgehalt, gelöste Feststoffe insgesamt und Leitfähigkeit messen. Dieses Labormessgerät misst lediglich 202 mm x 140 mm x12,7 mm und wiegt nur 250 g. Es hat ein großes, leicht ablesbares LCD und verfügt über eine intuitiv zu bedienende, kapazitive Touch-Tastatur. Die Tastatur ist vor Verschmutzungen geschützt, ein großer Vorteil im Nasslabor.

Das edge ermöglicht es Ihnen, bis zu 1000 Protokollaufzeichnungen zu speichern. Die Daten können bei Bedarf (200 Datensätze), bei Stabilität (200 Datensätze) oder in einem vordefinierten Intervall (600 Datensätze) aufgezeichnet werden. Zu den gespeicherten Informationen gehören der aktuelle Messwert, Datum, Uhrzeit und Gute-Laborpraxis-Daten (GLP-Daten) Die Daten der letzten von Ihnen durchgeführten Kalibrierung werden im Sensor gespeichert: Elektroden-Offset, Steilheit, Datum, Uhrzeit und Puffer/Standards. Wenn ein beliebiger Sensor (pH, EC oder gelöster Sauerstoff) an das edge angeschlossen wird, werden die GLP-Daten automatisch übertragen. Die digitalen Elektroden für das edge verfügen über einen eingebauten Mikrochip, der Kalibrierinformationen speichert, die automatisch vom edge abgerufen werden, sobald die Elektrode eingesteckt wird. Sie verfügen über einen einfach einzusteckenden 3,5-mm-Stecker, so dass Sie sich um den richtigen Einsteckwinkel oder die Ausrichtung der Stifte nicht mehr kümmern müssen.

Das edge verfügt über eine eingebaute wiederaufladbare Batterie mit 8 Stunden Dauerbetrieb. Es kann mobil (z.B. bei der Stichprobennahme), an der Wand montiert oder auf dem Labortisch verwendet werden. Das entsprechende Montagezubehör ist im Lieferumfang enthalgen. Das edge 2030 wird mit einer EC/TDS/Salinitäts-Digitalelektrode geliefert, kann aber optional auch problemlos mit einer digitalen Elektrode für gelösten Sauerstoff und pH-Wert ausgestattet werden. Die Kalibrierung erfolg an bis zu 5 Punkten. Das Gerät erkennt defekte oder verschmutzte Elektroden und gibt eine Warnung beim Ablauf der Kalibrierung aus.

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Quellen:

  • 1) Reed, Barney , and Maggy Jennings. "Guidance on the housing and care of Zebrafish (Danio rerio)." Research Animals Department, Science Group, RSPCA (May 2011): pg. 26. Web. 25 Dec. 2016.
  • 2) Graph referenced from University of North Carolina at Chapel Hill, Zebrafish Aquaculture Core Facility http://zebrafish.web.unc.edu/about-zebrafish/water-quality/
  • 3) Avdesh, A., Chen, M., Martin-Iverson, M.T., Mondal, A., Ong, D., Rainey-Smith, S., Taddei, K., Lardelli, M., Groth, D.M., Verdile, G.
  • Martins, R.N. Regular Care and Maintenance of a Zebrafish (Danio rerio) Laboratory: An Introduction. J. Vis. Exp. (69), e4196, doi:10.3791/4196 (2012).
  • 4) Reed, Barney , and Maggy Jennings. "Guidance on the housing and care of Zebrafish (Danio rerio)." Research Animals Department, Science Group, RSPCA (May 2011): pg. 24. Web. 25 Dec. 2016.
  • 6) Zebrafish International Resource Center (ZIRC). "Water Quality Problems." Www.zebrafish.org. ZIRC, 6 Apr. 2016. Web. 26 Jan. 2017.

Original Artikel: Kevin Costa, Hanna Instruments, Rhode Island/USA. Aus dem Englischen von Sabrina Mesters-Wöll

Themen: Leitfähigkeit, pH-Wert, Multiparametrie, Wasser, Photometer, Temperatur, Aquaristik, Wasserhärte, Ammonium, Salzgehalt, Süßwasser

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