Peran Kombinasi Cahaya dan Melatonin Terhadap Reproduksi Ikan Sinodontis (Synodontis sp.) dan Maskulinisasi Larva dengan Ekstrak Serbuk Sari Pinus

Abstract

Ikan sinodontis memiliki peran dan potensi manfaatnya yang beragam di dunia akuakultur. Ikan sinodontis banyak diminati para hobiis, karena kebiasaan berenang yang unik dan mempunyai nilai ekonomi yang tinggi, untuk mendorong upaya untuk mengoptimalkan budi dayanya. Reproduksi ikan sinodontis menghadapi beberapa tantangan terutama berkaitan dengan rasio jenis kelamin, maskulinisasi, dan pematangan gonad. Oleh karena itu diperlukan terobosan untuk mengatasi permasalahan dalam budidaya ikan sinodontis melalui rekayasa lingkungan dan hormonal. Penelitian dibagi menjadi empat tahap, yaitu: 1) evaluasi pengaruh spektrum cahaya terhadap pematangan gonad ikan sinodontis jantan, 2) evaluasi perbedaan spektrum cahaya terhadap pematangan gonad ikan sinodontis betina, 3) Evaluasi pemberian spektrum cahaya biru dan hormon melatonin terhadap kinerja sistem reproduksi induk ikan sinodontis, dan 4) maskulinisasi ikan sinodontis pada stadia larva dengan perendaman ekstrak serbuk sari pinus. Penelitian tahap pertama bertujuan mengevaluasi peran spektrum cahaya LED terhadap reproduksi induk jantan sinodontis (Synodontis sp.) dan mengetahui tingkat ekspresi gen yang berhubungan dengan pematangan gonad. Sinodontis jantan diberi perlakuan empat spektrum cahaya LED yang berbeda, yaitu: putih, biru, hijau, dan merah, masing-masing secara terus-menerus selama 120 hari pemeliharaan. Penelitian ini menggunakan rancangan acak lengkap (RAL), dengan empat perlakuan dan lima ulangan individu per perlakuan. Parameter yang diamati meliputi indeks gonadosomatik (IGS), kualitas sperma (volume, kepadatan sperma, dan motilitas), kadar testosteron, dan histologi testis. Hasil penelitian yang telah dilakukan selama 120 hari pemeliharaan ternyata lampu LED biru menunjukkan IGS dan kualitas sperma terbaik. Tingkat hormon testosteron berfluktuasi dalam setiap perlakuan, untuk LED biru, merah, dan hijau memiliki empat puncak pada hari ke-12, 48, 60, 84, dan 108, sementara lampu LED putih (kontrol) memiliki dua tingkat hormon puncak pada hari ke-12 dan 60. Selain itu, hasil histologi gonad menunjukkan ikan yang terpapar cahaya LED biru memiliki lebih banyak sel testikular dan spermatozoa dibandingkan ikan yang terpapar cahaya LED merah, hijau, atau putih. Hasil pengujian tingkat ekspresi mRNA kiss2 pada otak tidak berbeda nyata (P>0,05), namun pada gonad tingkat ekspresi mRNA kiss2 berbeda nyata (P<0,05) dan ekspresi tertinggi terdapat pada LED merah. Sementara itu, tingkat ekspresi mRNA gnrh2 pada otak tidak berbeda nyata antarperlakuan LED (P<0,05). selanjutnya, ekspresinya mRNA gnrh2 paling tinggi pada otak terdapat pada LED biru (P<0,05), diikuti oleh perlakuan LED hijau dan merah ada, dan paling rendah pada LED putih. Kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah cahaya biru efektif mempercepat pematangan testis pada sinodontis jantan dan berpengaruh pada ekspresi mRNA gnrh2. Penelitian tahap dua bertujuan bertujuan mengevaluasi peran spektrum cahaya LED terhadap reproduksi induk betina sinodontis (Synodontis sp.) dan mengetahui tingkat ekspresi gen yang berhubungan dengan pematangan gonad. Induk betina ikan sinodontis dengan perlakuan empat spektrum cahaya LED yang berbeda, yaitu: putih, biru, hijau, dan merah, secara terus menerus selama periode pemeliharaan 120 hari. Studi ini menggunakan RAL, yang terdiri atas empat perlakuan dan lima ikan individu sebagai ulangan. Parameter yang diamati meliputi IGS, indeks hepatosomatik (IHS), histologi gonad, kadar estradiol-17ß, serta tingkat ekspresi mRNA kiss2 dan gnrh2. Hasilnya perlakuan cahaya LED biru sangat efektif dalam meningkatkan parameter reproduksi pada ikan sinodontis betina. Tingkat ekspresi mRNA kiss2 di otak dan gonad tidak berbeda nyata (P<0,05), sementara tingkat ekspresi mRNA gnrh2 berbeda nyata (P<0,05) dan memiliki ekspresi tertinggi di gonad. Paparan cahaya biru dapat menginduksi perubahan pada tingkat ekspresi mRNA gnrh2, serta mengontrol reproduksi. Penelitian tahap tiga bertujuan mengevaluasi kombinasi spektrum cahaya lampu LED dan hormon melatonin terhadap kinerja reproduksi pada ikan sinodontis. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dengan menggunakan RAL menggunakan induk ikan sinodontis jantan dan betina yang diberi perlakuan kombinasi cahaya LED biru dan dosis melatonin yang berbeda. Tiga perlakuan untuk induk jantan dan betina yang masing-masing terdiri atas M0 (cahaya LED biru), kombinasi cahaya LED biru dan hormon melatonin dosis 0,5 mg kg-1 pakan (M0,5) dan kombinasi cahaya LED biru dan hormon melatonin dosis 1 mg kg-1 pakan. Masing-masing diulang sebanyak tiga kali dengan lama pemeliharaan ikan 56 hari. Parameter yang diamati meliputi IGS, IHS, persentase induk matang gonad, fertilization rate (FR), hatching rate (HR), karakteristik larva, dan profil hematologi. Berdasarkan penelitian ini, perlakuan cahaya biru yang dikombinasikan dengan hormon melatonin dosis 0,5 mg kg-1 pakan (M0,5) pada ikan sinodontis betina memiliki nilai diameter telur, fekunditas, HR, FR, dan SR yang tertinggi dan terdapat perbedaan nyata (P<0,5) dibandingkan dengan perlakuan yang lainnya. Sementara itu, performa semen pada induk ikan sinodontis jantan memberikan hasil yang paling tinggi pada perlakuan M0,5 dan berbeda nyata (P<0,05) dibandingkan dengan perlakuan lainnya. Kombinasi cahaya biru dan hormon melatonin dosis 0,5 mg kg-1 dapat mempercepat pematangan gonad ikan sinodontis. Penemuan ini dapat dijadikan salah satu alternatif cara untuk mengoptimalkan reproduksi ikan di bidang akuakultur. Penelitian tahap empat bertujuan mengevaluasi efektifitas ekstrak serbuk sari pinus dalam maskulinisasi larva ikan sinodontis. Penelitian ini menggunakan RAL dengan lima perlakuan dan tiga kali ulangan. Perlakuan perendaman menggunakan tiga dosis ekstrak serbuk sari pinus dengan dosis 0,25 mg L-1 (SP0,25), 0,5 mg L-1 (SP0,5), 1 mg L-1 (SSP1), dan perendaman tanpa serbuk sari pinus sebagai kontrol. Hormon metiltosteron (MT) dosis 2 mg L-1 sebagai pembanding. Ikan uji menggunakan larva ikan sinodontis berumur 7 hari direndam sesuai perlakuan selama lima jam. Hasil analisis gas chromatography-mass spectrometry menunjukkan adanya 11 senyawa pada ekstrak serbuk sari pinus. Salah satu senyawa yang mirip dengan testosteron (testosterone-like) yaitu senyawa pinene. Hasil pengujian kadar testosteron menunjukkan bahwan ekstrak serbuk sari pinus mengadung 23,44 ng mL-1. Maskulinisasi ikan sinodontis pada stadia larva menggunakan ekstrak serbuk sari pinus dengan dosis 0,25 mg L-1 selama lima jam perendaman dapat meningkatkan persentase ikan jantan dua kali lipat dibandingkan dengan kontrol tanpa perendaman dengan ekstrak serbuk sari pinus. Dengan demikian, ekstrak serbuk sari pinus dapat menjadi alternatif pengganti MT untuk meningkatkan jumlah calon induk jantan ikan sinodontis. Penelitian ini memberikan kontribusi baru dalam ilmu akuakultur melalui identifikasi dan validasi metode inovatif untuk manajemen reproduksi ikan sinodontis. Kebaruan saintifik terletak pada pemahaman mendalam tentang mekanisme kontrol induksi pematangan gonad melalui paparan spektrum cahaya biru yang meningkatkan ekspresi gen reproduksi gnrh2 dan kiss2 serta hormon steroid pada jantan (testosteron) dan betina (estradiol). Secara teknologi, penelitian ini menawarkan solusi praktis berupa kombinasi cahaya biru dan hormon melatonin dosis optimal (0,5 mg kg-1 pakan) untuk mempercepat pematangan akhir gonad, serta memperkenalkan ekstrak serbuk sari pinus sebagai alternatif alami yang efektif untuk maskulinisasi larva, membuka jalan bagi penyediaan induk jantan dalam jumlah banyak tanpa ketergantungan pada hormon sintetis yang berpotensi memiliki dampak negatif. Kontribusi ini penting untuk mendukung budidaya ikan sinodontis yang berkelanjutan dan ketersediaan benih sepanjang tahun.

Synodontis fish have a diverse role and potential benefits in the world of aquaculture. Synodontis fish are highly sought after by hobbyists due to their unique swimming habits and high economic value, which encourages efforts to optimize their aquaculture. The reproduction of Synodontis fish faces several challenges, particularly related to sex ratio, masculinization, and gonadal maturation. Therefore, we need to make breakthroughs through environmental and hormonal engineering to address the issues in the cultivation of synodontis fish. The research is divided into four stages: 1) evaluation of the effect of light spectrum on the maturation of male synodontis fish reproductive organs, 2) evaluation of the difference in light spectrum on the maturation of female synodontis fish reproductive organs, 3) evaluation of the administration of blue light spectrum and melatonin hormone on the reproductive performance of synodontis fish breeders, and 4) masculinization of synodontis fish at the larval stage by immersion in pine pollen extract. The first phase was conducted the role of LED light spectrum on the reproduction of male synodontis broodstock (Synodontis sp.) and determine the level of gene expression related to gonad maturation. Male synodontis were subjected to four distinct LED light spectra, namely: white, blue, green, and red, each continuously for 120 days of rearing. This experimental study used a completely randomized design (CRD), with four treatments and five individual fish replications per treatment. The gonadosomatic index (GSI), sperm quality (volume, density, and motility), testosterone levels, and testicular histology were analyzed. After 120 days, the blue LED light showed the best GSI and sperm quality. Testosterone hormone levels fluctuate in each treatment, with blue, red, and green LEDs having four peak treatments on days 12, 48, 60, 84, and 108, while white (control) light bulbs have two peak hormone level on days 12 and 60. Furthermore, fish that were exposed to blue LED light had more testicular cells growing and more spermatozoa spread out than fish that were exposed to red, green, or white LED light. The results showed that the level of kiss2 mRNA expression in the brain was not significantly different (P > 0.05), but in the gonads the level of kiss2 mRNA expression was significantly different (P < 0.05), and the highest expression was found in the gonads. Meanwhile, the level of gnrh2 mRNA expression in the brain and gonads was significantly different (P < 0.05), and the highest expression was found in the brain. Based on the results obtained, it was concluded that blue light effectively accelerated gonad maturation in male synodontis and affected the expression of gnrh2 mRNA. The second phase was investigated the role of LED light spectrum on the reproduction of female synodontis broodstock (Synodontis sp.) and determine the level of gene expression related to gonad maturation. Female synodontis were exposed to four different LED light spectra, specifically: white, blue, green, and red, for a continuous period of 120 days rearing. This study employed a CRD, consisting of four treatments and five individual fish as replication for each treatment. An analysis was conducted on the gonadosomatic index (GSI), hepatosomatic index (HSI), gonad histology, estradiol levels, kiss2 and gnrh2 mRNA expression levels. The utilization of blue LED light treatment is highly effective in enhancing the reproductive parameters in female synodontis fish. The results show that brain and gonad kiss2 mRNA expression levels are not significantly different (P<0.05), while gnrh2 mRNA expression levels were significantly different (P<0.05) and had the highest expression in the gonads. The results suggest that blue light exposure can induce changes in the expression levels of gnrh2 mRNA, as well as control reproduction. The third phase was evaluated the treatment of a combination of LED light spectrum and melatonin hormone to improve the reproductive performance of synodontis fish. This research was conducted experimentally using a CRD with male and female synodontis fish parents treated with a combination of blue LED light and different doses of melatonin. The study involved three treatments for both male and female parents, each consisting of M0 (blue LED light), M0,5 (a combination of blue LED light and melatonin hormone at a dose of 0.5 mg kg-1 of feed), and M1 (a combination of blue LED light and melatonin hormone at a dose of 1 mg kg-1 of feed), which were repeated three times over a maintenance period of 56 days. The observed parameters include the GSI, HSI, the percentage of mature gonad females, the fertilization rate (FR), the hatching rate (HR), larval characteristics, and the hematological profile. Based on this study, the treatment of blue light combined with a melatonin hormone dose of 0,5 mg kg-1 feed (M0.5) in female synodontis fish resulted in the highest values for egg diameter, fecundity, HR, FR, and SR, with significant differences (P<0.05) compared to other treatments. Meanwhile, the semen performance in male synodontis fish showed the highest results in the M0,5 treatment, with significant differences (P<0.05) compared to other treatments. These findings indicate that the combination of blue light and melatonin hormone can accelerate the gonadal maturation of fish and serve as an alternative method to optimise fish reproduction in aquaculture. The fourth study aimed to evaluate the effectiveness of pine pollen extract in masculinizing synodontis fish larvae. This study used a CRD with five treatments and three replications. The immersion treatment used three doses of pine pollen extract with doses of 0.25 mg L-1 (SP0.25), 0.5 mg L-1 (SP0.5), and 1 mg L-1 (SP1), a melatonin dose of 2 mg L-1 (MT), and an immersion without pine pollen and without melatonin (K) as the control. The test fish used were 7-day-old synodontis fish larvae soaked according to the treatme.nt doses for 5 hours. The research found 11 compounds detected in the pine pollen extract. The research suggests that pine pollen extract contains a pinene compound, as a testosterone-like, at a level of 23.44 ng L-1. Adding pine pollen extract at a concentration of 0.25 mg L-1 to water and immersing synodontis fish larvae for five hours can double the number of male fish compared to the control group. Thus, pine pollen extract can be an alternative to MT to increase the number of male broodstock candidates for synodontis fish. This research provides a novel contribution to aquaculture science through the identification and validation of an innovative method for the reproductive management of synodontis fish. The scientific novelty lies in the in-depth understanding of the control mechanism of gonad maturation induction through exposure to the blue light spectrum that increases the expression of reproductive genes gnrh2 and kiss2 and steroid hormones in males (testosterone) and females (estradiol). Technologically, this research offers a practical solution in the form of a combination of blue light and the optimal dose of melatonin hormone (0.5 mg kg-1feed) to accelerate the final maturation of gonads and introduces pine pollen extract as an effective natural alternative for larval masculinization, paving the way for the provision of large quantities of male broodstock without dependence on synthetic hormones that have potential negative impacts. This contribution is important to support sustainable synodontis fish farming and the availability of seeds throughout the year.