Der ökologische Betrieb von Wasserbauwerken ist für den Erhalt der Fischbestände unerlässlich. Es ist bekannt, dass die Fließgeschwindigkeit das Laichen von Fischen beeinflusst, die ihre Eier treiben lassen. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen einer erhöhten Fließgeschwindigkeit auf die Eierstockreifung und die antioxidative Kapazität adulter Graskarpfen (Ctenopharyngodon idellus) mittels Laborexperimenten zu untersuchen, um den physiologischen Mechanismus zu verstehen, der der Reaktion der natürlichen Fortpflanzung auf ökologische Strömungen zugrunde liegt. Wir untersuchten die Histologie, die Konzentrationen von Sexualhormonen und Vitellogenin (VTG) im Eierstock sowie die Transkripte wichtiger Gene der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse (HHG-Achse) und die antioxidative Aktivität von Eierstock und Leber des Graskarpfens. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Merkmale der Eierstockentwicklung von Graskarpfen unter Stimulation der Wassergeschwindigkeit zwar nicht signifikant unterschieden, die Konzentrationen von Estradiol, Testosteron, Progesteron, 17α,20β-Dihydroxy-4-pregnen-3-on (17α,20β-DHP) und VTG jedoch erhöht waren. Dies stand im Zusammenhang mit der transkriptionellen Regulation der Gene der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse (HPG-Achse). Die Genexpressionsniveaus (gnrh2, fshβ, lhβ, cgα, hsd20b, hsd17b3 und vtg) der HPG-Achse waren unter Stimulation der Wassergeschwindigkeit signifikant erhöht, während die von hsd3b1, cyp17a1, cyp19a1a, hsd17b1, star und igf3 unterdrückt waren. Darüber hinaus konnte eine angemessene Stimulation der Wassergeschwindigkeit den Gesundheitszustand durch Steigerung der Aktivität antioxidativer Enzyme in Eierstock und Leber verbessern. Die Ergebnisse dieser Studie liefern das grundlegende Wissen und die Datengrundlage für den ökologischen Betrieb von Wasserkraftprojekten und die ökologische Wiederherstellung von Flüssen.
Einleitung
Der Drei-Schluchten-Damm (TGD) im mittleren Abschnitt des Jangtsekiang ist das weltweit größte Wasserkraftprojekt und spielt eine entscheidende Rolle bei der Nutzung der Flusskraft (Tang et al., 2016). Der Betrieb des TGD verändert jedoch nicht nur die hydrologischen Prozesse der Flüsse erheblich, sondern bedroht auch aquatische Lebensräume ober- und unterhalb des Damms und trägt somit zur Degradierung der Flussökosysteme bei (Zhang et al., 2021). Konkret führt die Regulierung der Stauseen zu einer Homogenisierung der Abflussprozesse und schwächt oder beseitigt die natürlichen Hochwasserspitzen, was wiederum zu einem Rückgang der Fischeier führt (She et al., 2023).
Die Laichaktivität von Fischen wird wahrscheinlich von einer Vielzahl von Umweltfaktoren beeinflusst, darunter Fließgeschwindigkeit, Wassertemperatur und Sauerstoffgehalt. Durch die Beeinflussung der Hormonsynthese und -sekretion wirken sich diese Umweltfaktoren auf die Gonadenentwicklung der Fische aus (Liu et al., 2021). Insbesondere die Fließgeschwindigkeit beeinflusst nachweislich das Laichen von Fischen, die ihre Eier treibend in Flüssen ablegen (Chen et al., 2021a). Um die negativen Auswirkungen des Staudammbetriebs auf das Fischlaichen zu mindern, ist es notwendig, spezifische ökohydrologische Prozesse zur Förderung des Laichens zu etablieren (Wang et al., 2020).
Die vier wichtigsten chinesischen Karpfenarten (FMCC), darunter Schwarzer Karpfen (Mylopharyngodon piceus), Graskarpfen (Ctenopharyngodon idellus), Silberkarpfen (Hypophthalmichthys molitrix) und Marmorkarpfen (Hypophthalmichthys nobilis), reagieren sehr empfindlich auf hydrologische Prozesse und zählen zu den wirtschaftlich bedeutendsten Fischen Chinas. Die FMCC-Populationen wandern von März bis Juni in Reaktion auf Hochwasserereignisse zu ihren Laichplätzen und beginnen dort zu laichen. Der Bau und Betrieb des Drei-Schluchten-Staudamms (TGD) verändern jedoch den natürlichen hydrologischen Rhythmus und behindern die Fischwanderung (Zhang et al., 2023). Daher wäre die Integration eines ökologischen Wasserflusses in das Betriebskonzept des TGD eine geeignete Maßnahme zum Schutz des Laichens der FMCC. Es konnte gezeigt werden, dass die Durchführung kontrollierter künstlicher Überflutungen im Rahmen des TGD-Betriebs den Fortpflanzungserfolg der FMCC in den Unterlaufgebieten erhöht (Xiao et al., 2022). Seit 2011 wurden verschiedene Versuche unternommen, das Laichverhalten des Roten Maränen (FMCC) zu fördern, um den Rückgang der FMCC-Population im Jangtsekiang abzumildern. Dabei zeigte sich, dass die Fließgeschwindigkeit, die das Laichen der FMCC auslöst, zwischen 1,11 und 1,49 m/s liegt (Cao et al., 2022), wobei eine optimale Fließgeschwindigkeit von 1,31 m/s für das Laichen in Flüssen ermittelt wurde (Chen et al., 2021a). Obwohl die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle für die Fortpflanzung der FMCC spielt, besteht ein bemerkenswerter Mangel an Forschung zu den physiologischen Mechanismen, die der Reaktion der natürlichen Fortpflanzung auf ökologische Strömungsverhältnisse zugrunde liegen.
Veröffentlichungsdatum: 05.08.2024