Технология ультразвуковой визуализации, как неинвазивный, работающий в режиме реального времени и высокоточный инструмент, широко применяется для определения пола рыб и оценки зрелости гонад, постепенно вытесняя традиционные инвазивные методы, такие как анатомическое наблюдение, измерение гонадосоматического индекса (ГСИ) и определение уровня гормонов. Обеспечивая визуализацию морфологии гонад и гемодинамической информации в режиме реального времени, эта технология предоставляет научные доказательства для неразрушающего разделения по полу и оптимального времени размножения в аквакультуре. Соотношение полов и зрелость гонад рыб напрямую влияют на структуру популяции, репродуктивную эффективность и экономические выгоды, особенно в плане сохранения диких рыб и устойчивого развития аквакультуры. В данной статье рассматриваются принципы, области применения и научно-исследовательский прогресс ультразвуковой технологии в основных странах рыбоводства (например, Китае, Норвегии, Японии и США), а также ее проблемы и будущие направления.
Принципы ультразвуковой визуализации и характеристики изображений
Ультразвуковая визуализация создает изображения посредством отражения высокочастотных звуковых волн в тканях рыб, при этом различия в акустическом импедансе формируют различные эхо-сигналы, позволяющие определить типы гонад и стадии зрелости:
-
Женский яичник: Зрелые яичники имеют зернистую эхоструктуру с низкоэхогенными участками, перемежающимися с участками с высокой эхогенностью. На поздних стадиях зрелости (III–IV) визуализируются крупные высокоэхогенные фолликулы с четкими границами.
-
Мужские яички: Яички демонстрируют равномерный, тонкий эхосигнал. На зрелых стадиях (III–IV) обычно наблюдаются гладкие участки с высокой степенью отражения, в то время как на ранних стадиях (I–II) наблюдается более слабый эхосигнал, что затрудняет дифференциацию с яичниками.
-
Гемодинамика: Цветная допплеровская ультрасонография позволяет дополнительно обнаружить изменения кровотока в половых железах, предоставляя дополнительные данные для оценки зрелости.
Ультразвуковая технология достигла значительных результатов в исследовании различных видов рыб, среди которых можно отметить следующие:
-
Серебряный Помфрет: Ультразвуковая визуализация тесно коррелирует с индексом GSI и уровнем гормонов. Установка порогов эхосигнала F3 (женская зрелость) и M3/M4 (мужская зрелость) позволяет быстро идентифицировать половозрелых особей, снижая частоту манипуляций.
-
Нильская тилапия: Ультразвуковое исследование обеспечивает точность определения пола 95%, превосходящую ручную визуальную сортировку (87%). Однако визуализация яичек у лиц весом менее 400 г остается сложной задачей и требует оптимизированной частоты зондирования.
-
Атлантический лосось: Ультразвук используется для контроля зрелости гонад у диких и выращиваемых на фермах самцов рыб, что значительно сокращает ненужные жертвы и обеспечивает масштабируемость.
-
Китайский осетр: Сочетание ультразвуковой визуализации с измерениями уровня половых гормонов позволяет оценить пол и зрелость 10–17-летних особей, демонстрируя ее потенциал в защите исчезающих видов.
-
Радужная форель с измененным полом: Ультразвук эффективно оценивает структуру гонад у особей с измененным полом, помогая в выращивании однополых популяций.
Прогресс в исследованиях в странах, занимающихся крупным рыбоводством
Крупнейшие страны, занимающиеся разведением рыбы, внесли значительный вклад в развитие ультразвуковой технологии, адаптировав ее к местным потребностям и способствуя ее индустриализации:
-
Китай: Будучи крупнейшим в мире производителем аквакультуры, Китай добился прорывов в ультразвуковых исследованиях таких видов, как китайский осётр, карп и тилапия. Научно-исследовательские институты разработали недорогие портативные ультразвуковые устройства для мелкой и средней рыбы, интегрировав алгоритмы искусственного интеллекта для повышения эффективности анализа изображений. Например, Китайская академия рыбохозяйственных наук разработала автоматизированную систему оценки зрелости гонад на основе ультразвука, что повысило точность разделения особей по полу на фермах.
-
Норвегия: Норвегия широко применяет ультразвук при выращивании атлантического лосося и трески, уделяя особое внимание взаимосвязи между кровотоком в гонадах и зрелостью. Норвежский институт морских исследований разработал высокочастотные датчики, которые дают чёткие изображения семенников у мелких рыб, преодолевая ограничения по разрешению и подходящие для крупномасштабной коммерческой аквакультуры.
-
Япония: Япония разработала передовые методы применения ультразвука для таких ценных видов, как радужная форель и бонито, в частности, для определения пола и мониторинга развития гонад. Японские исследовательские институты объединили ультразвук с генетическими маркерами для разработки неинвазивных моделей определения пола, повышающих эффективность производства посадочного материала.
-
Соединенные Штаты: США продвигают использование ультразвука при разведении сома и лосося, особенно на небольших фермах. Проекты, финансируемые Министерством сельского хозяйства США, направлены на миниатюризацию ультразвуковых устройств для снижения затрат и повышения их доступности для мелких фермеров. Кроме того, американские исследовательские группы разработали инструменты анализа ультразвуковых изображений на основе машинного обучения для повышения объективности.
Технические преимущества и проблемы
Технология ультразвуковой диагностики рыб обеспечивает следующие преимущества:
-
Неинвазивность: Позволяет избежать травмирования рыб при традиционном разделывании, подходит для сохранения исчезающих видов.
-
Возможность работы в реальном времени: обеспечивает быстрое сканирование в воде и вне ее, идеально подходит для крупномасштабных операций по разведению аквакультуры.
-
Высокая точность: обеспечивает точность определения пола более 90%, превосходя традиционные визуальные методы.
Однако проблемы остаются:
-
Ограничение размера рыбы: Визуализация яичек у мелких рыб (<200 г) затруднена и требует использования более высокочастотных датчиков и более чувствительного оборудования.
-
Стоимость оборудования: Высококачественные ультразвуковые аппараты и системы цветного допплера стоят дорого, что ограничивает их внедрение мелкими фермерами.
-
Опыт оператора: Интерпретация изображений основана на опыте, поэтому необходимы автоматизированные инструменты анализа для снижения барьеров в навыках.
Будущие направления
Для дальнейшего продвиженияультразвук рыбтехнологии в аквакультуре рекомендуются следующие шаги:
-
Улучшение разрешения изображения: Разработка сверхвысокочастотных зондов для улучшения визуализации яичек у мелких рыб.
-
Сокращение затрат на оборудование: создание доступных портативных ультразвуковых устройств для мелких и средних фермерских хозяйств.
-
Стандартизация и автоматизация: Внедрение стандартизированных протоколов анализа изображений и интеграция искусственного интеллекта и машинного обучения для снижения зависимости от опыта оператора.
-
Международное сотрудничество: Укрепить сотрудничество между Китаем, Норвегией, Японией, США и другими странами для обмена данными и технологиями, способствуя развитию устойчивой аквакультуры в мире.
Технология ультразвукового исследования рыб, благодаря своей неинвазивности, возможности работы в режиме реального времени и высокой точности, является идеальным инструментом для определения пола и оценки зрелости гонад. Постоянные исследования, проводимые ведущими странами, занимающимися разведением рыбы, способствовали технологическому прогрессу, особенно в области сохранения исчезающих видов и оптимизации коммерческой аквакультуры. Благодаря будущим инновациям в области разрешения, снижения затрат и автоматизации, ультразвуковая технология готова к более широкому внедрению в мировую аквакультуру, способствуя устойчивому развитию и экономическим выгодам.
Время публикации: 22 июля 2025 г.