English
Tóm tắt
Nghiên cứu này đã đánh giá ảnh hưởng của các phụ phẩm nông nghiệp thương mại khác nhau như một nguồn carbon trong hệ thống nuôi cấy dựa trên bifloc (BFT) đến hiệu suất tăng trưởng, thành phần gần toàn bộ cơ thể, hoạt tính của enzyme tiêu hóa, sự phong phú của vi khuẩn đường ruột và mô học gan tụy của ấu trùng tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei (Pls). Ba nhóm được thiết kế, nhóm đầu tiên là nhóm đối chứng, trong đó tôm được nuôi trong nước sạch (không bổ sung nguồn carbon và tỷ lệ trao đổi nước 100% hai lần một tuần) và được cho ăn bằng khẩu phần ăn thương mại, ở nhóm thứ hai và thứ ba, các nhóm tôm được nuôi trong hệ thống BFT sử dụng hai nguồn carbon khác nhau là bã mía (SB) và cám gạo (RB) mà không cần cho ăn bổ sung hoặc thay nước. Mật độ thả ban đầu là 16 Pls/lít với trọng lượng tôm riêng lẻ trung bình là 0,01 ± 0,002 g và tuổi (PL20). Thí nghiệm kéo dài 90 ngày. Các thông số chất lượng nước được duy trì ở mức tối ưu trong suốt quá trình thí nghiệm. Trọng lượng cơ thể cuối cùng và tốc độ tăng trưởng riêng của tôm ở nhóm đối chứng cao hơn đáng kể (p ≤ 0,01) so với nhóm được nuôi ở cả BFT dựa trên SB và RB. Trong khi đó, tỷ lệ sống ở nhóm BFT cao hơn đáng kể (p < 0,05) so với nhóm đối chứng. Hoạt tính protease trong dạ dày tôm không khác biệt đáng kể. Trong khi đó, protease, lipase và amylase trong ruột cho thấy sự gia tăng đáng kể (p < 0,01) ở nhóm BFT so với nhóm đối chứng. Tổng số vi khuẩn dị dưỡng cao hơn đáng kể (p < 0,05) ở nhóm BFT. Hơn nữa, tình trạng mô học gan tụy của tôm được nuôi trong nhóm BFT dựa trên SB cho thấy sự gia tăng các ống gan tụy ở vùng xa và vùng tế bào B (tế bào giống mụn nước) lần lượt là 16,83 và 34,89% so với đối chứng. Nghiên cứu này cho thấy BFT có thể được sử dụng làm thức ăn tự nhiên mà không cần khẩu phần ăn nhân tạo, ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm, tăng hoạt tính của enzyme tiêu hóa cũng như cải thiện cấu trúc mô học của gan tụy tôm. Tuy nhiên, sự thành công của điều kiện này với mật độ thả nuôi cao vẫn cần được nghiên cứu thêm.
Giới thiệu
Nuôi tôm là ngành quan trọng, góp phần đảm bảo an ninh dinh dưỡng, sinh kế và thu nhập quốc dân cho các nước đang phát triển. Nhu cầu về tôm ngày càng tăng, thúc đẩy sản xuất. Sản lượng tôm toàn cầu tăng từ 3,4 triệu tấn năm 2008 lên 6 triệu tấn năm 2018. Tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei, gần đây đã trở thành một trong những loài giáp xác được nuôi quan trọng nhất trên thế giới. Năm 2018, loài này chiếm 53% tổng sản lượng giáp xác nuôi. Hoạt động nuôi tôm biển phần lớn bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh, đặc biệt là các bệnh do virus như virus hội chứng đốm trắng. Tuy nhiên, tôm thẻ chân trắng có thể được chọn lọc di truyền để loại bỏ mầm bệnh virus và tăng cường khả năng chống chịu.
Nhu cầu cấp bách về phương pháp nuôi trồng thủy sản thân thiện với môi trường thúc đẩy sự ra đời của công nghệ Biofloc (BFT). Kỹ thuật này phụ thuộc vào việc thay nước ít, mật độ thả giống cao, tăng cường an toàn sinh học và sử dụng diện tích nhỏ hơn để mang lại năng suất cao và giảm lượng nước thải xả vào môi trường nước hơn. Từ đầu những năm 1970, nguyên tắc BFT đã được công nhận. Tuy nhiên, kể từ đầu những năm 1990, nghiên cứu sâu rộng về phát triển và triển khai BFT đã được tiến hành, tập trung vào nuôi tôm. Amoniac được loại bỏ khỏi hệ thống nuôi và tái chế thành nguồn thức ăn bổ sung cho động vật thủy sản. BFT sử dụng ít hoặc không cần thay nước, dẫn đến hình thành quần thể vi sinh vật dày đặc trong biofloc. Biofloc là tập hợp các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, vi tảo,…) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng và loại bỏ chất thải.
Tác dụng có lợi của BFT đối với nuôi tôm thâm canh bao gồm cung cấp nguồn dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, kiểm soát chất lượng nước, tăng cường tỷ lệ sống, thúc đẩy tăng trưởng và ngăn ngừa nhiễm virus. Các tập hợp vi sinh vật được hình thành thông qua việc điều chỉnh tỷ lệ carbon/nitơ của nước, trong đó có chứa vi khuẩn dị dưỡng, động vật nguyên sinh, luân trùng, vi tảo, sinh vật chết và phân. Chất bổ sung này cung cấp một nguồn protein lớn cho tôm và cho phép tái chế chất thải nitơ và chất dinh dưỡng bị lọc từ thức ăn.
Nguồn carbon đóng vai trò then chốt trong việc định hình đặc tính của biofloc, ảnh hưởng đến hiệu quả và năng suất của hệ thống nuôi tôm thâm canh. Một số nguồn được đánh giá cao trong việc sản xuất biofloc, thúc đẩy loại bỏ amoniac nhanh chóng và tạo ra khối lượng biofloc lớn. Các nguồn carbon thường được sử dụng trong nuôi tôm bao gồm dextrose, mật mía, glucose, sucrose dưới dạng đường đơn và cám gạo, cám lúa mì, tinh bột, bột mì, bột gram, bột gạo và bột ngô dưới dạng đường đa. Ngoài ra, Glucose và mật đường cho hiệu quả cao hơn tinh bột trong nuôi tôm thẻ chân trắng. Hơn nữa, Một số chất thải và sản phẩm phụ như phụ phẩm bột sắn, phụ phẩm xay xát lúa mì đã được sử dụng hiệu quả trong hệ thống BFT cho tôm và các loài thủy sản khác. Việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp có chi phí thấp làm nguồn carbon là hướng đi tiềm năng cho hệ thống BFT, giúp giảm chi phí và hạn chế cạnh tranh với nguồn thực phẩm cho con người.
Vi khuẩn dị dưỡng (THB) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nuôi tôm khép kín. Tuy nhiên, ảnh hưởng của nguồn carbon đến cộng đồng vi sinh vật trong hệ thống Biofloc (BFT) vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Hệ thống nước sạch và hệ thống BFT được so sánh về mặt quần thể vi khuẩn trong nước và hệ vi sinh vật đường ruột, kết quả cho thấy BFT có thể làm thay đổi thành phần vi khuẩn đường ruột của tôm. Tác động của các nguồn carbohydrate khác nhau (bột maida, bột mì, bột gram, bột kê, bột gạo, bột ngô và bột nhiều loại ngũ cốc) được đánh giá như là nguồn carbon thay thế cho mật đường. Hoạt động của vi khuẩn bị ảnh hưởng đáng kể khi bổ sung bột kê và bột nhiều loại ngũ cốc. THB tăng và tổng số Vibrio (TVC) giảm so với đối chứng. Hoạt động của enzyme tiêu hóa trong gan tụy của tôm thẻ chân trắng (L. vannamei) bị ảnh hưởng bởi nguồn carbon và tăng nhiều hơn so với tôm nuôi trong nước sạch. Sự biểu hiện của các gen liên quan đến enzyme tiêu hóa cũng tăng lên ở tôm nuôi trong hệ thống BFT. Trong khi đó, sử dụng axit Poly-β-hydroxybutyric thay vì glucose làm nguồn carbon làm giảm hoạt động của lipase đường ruột ở cá rô phi sông Nile, Oreochromis niloticus.
Nghiên cứu về việc sử dụng biofloc làm nguồn thức ăn duy nhất cho tôm còn hạn chế. Một nghiên cứu trên tôm hồng (Farfantepenaeus brasiliensis) cho thấy khả năng sử dụng biofloc như một nguồn thực phẩm mà không cần bổ sung thức ăn thương mại. Nghiên cứu này đánh giá tác động của việc sử dụng các nguồn carbon khác nhau (bã mía và cám gạo) trong hệ thống BFT vận hành không có thức ăn nhân tạo đối với các thông số chất lượng nước, lượng vi khuẩn đường ruột, enzyme tiêu hóa, mô học gan tụy và hiệu suất tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng L. vannamei.
Chuẩn bị nghiên cứu
Thiết lập biofloc
Thí nghiệm được thực hiện tại Viện Hải dương học và Thủy sản Quốc gia, Chi nhánh Suez (NIOF-Suez) trong bể xi măng ngoài trời có kích thước 3,5m x 7m x 1,5m. Thiết kế thí nghiệm bao gồm ba nhóm, nhóm 1: Cho ăn biofloc từ bã mía (SB), nhóm 2: Cho ăn biofloc từ cám gạo (RB), nhóm 3: Đối chứng (nuôi trong nước sạch, không bổ sung carbon). Tất cả các nhóm đều cho ăn thức ăn thương mại và thay nước 100% 2 lần/tuần. Trong nghiên cứu này, biofloc được chuẩn bị sẵn trong hai bể sợi thủy tinh (mỗi bể 200 L) chứa đầy nước thải từ tôm thẻ chân trắng L. vannamei, được cho ăn bằng khẩu phần ăn thương mại chứa 38% protein với tỷ lệ 5%. Trong mỗi nguồn carbon bên ngoài bể 200 L (thiết bị lên men) của SB và RB, một nguồn cho mỗi bể được thêm vào để điều chỉnh tỷ lệ C:N ở mức 16:1, như mô tả của Avnimelech. Sau đó, biofloc sản xuất được bổ sung vào nghiệm thức BFT theo nghiệm thức tương ứng để làm thức ăn cho tôm tự nhiên, trong khi 30% chất lên men được thu hoạch hàng ngày và sử dụng để nuôi tôm. Trong các thiết bị lên men, sục khí liên tục được áp dụng để ngăn chặn sự lắng đọng biofloc và thể tích biofloc được xác định hàng tuần bằng cách sử dụng hình nón Imhoff, ghi lại thể tích biofloc trong 1000 mL của mỗi bể nước sau 15–20 phút lắng theo Avnimelech và Kochba. Thiết kế thí nghiệm và thể tích biofloc (ml/L) cho mỗi nguồn carbon được trình bày trong Bảng 1 và phân tích sinh hóa gần đúng của các nguồn carbon được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 1. Thiết kế thí nghiệm và điều kiện nuôi tôm thẻ chân trắng L. vannamei.
Bảng 2. Phân tích sinh hóa (tính theo % trọng lượng khô) của các nguồn carbon khác nhau được sử dụng trong nghiên cứu này.
Thiết kế thử nghiệm
Tôm post (PL) L. vannamei được lấy từ một trại giống tôm thương mại ở tam giác Al-Deba, Damietta, Ai Cập. Tôm được thích nghi trong hai bể sợi thủy tinh trong nhà (2000 L/bể) trong hai tuần ở nhiệt độ không đổi (28–29℃), độ mặn (30–32 ppt) và pH (8–8,2) và sục khí liên tục. Trong giai đoạn này, PL được cho ăn hai lần một ngày với khẩu phần ăn khô thương mại thu được từ Skretting, EG, có chứa (protein thô 38%, chất béo 8%, chất xơ thô 5,9% và 3980 Kcal năng lượng). Tất cả các bể thí nghiệm được sục khí và trộn liên tục bằng máy thổi khí hai ngựa (IE4 Serial, GOORUI Co., Đông Quan, Trung Quốc) để duy trì sự phát triển của tổng số vi khuẩn dị dưỡng và ngăn chặn sự tích tụ của chúng trong bể, có thể gây thất thoát biofloc cộng đồng. Ba nhóm thí nghiệm được thả ba lần với mật độ 16 PL/L với trọng lượng trung bình 0,01 ± 0,002 g và tuổi (PL20). Tôm trong nghiệm thức đối chứng được cho ăn thức ăn thương mại (protein thô, 38%) ở mức 10% trọng lượng ban đầu và được điều chỉnh theo sự thay đổi trọng lượng cơ thể và giảm dần xuống 3% khi kết thúc thí nghiệm. Trong các bể của nhóm đối chứng, nước được thay 100% hai lần/tuần, trong khi nghiệm thức BFT (SB và RB) được duy trì trong 90 ngày mà không thay nước, ngoại trừ việc bổ sung nước ngọt đã khử clo vào nước để bù đắp tổn thất bay hơi để duy trì độ mặn (32 ppt). Trong suốt thời gian thử nghiệm, nhiệt độ nước, độ mặn, pH, tổng nitơ amoniac, nitrit (NO2-N) và nitrat (NO3-N) được theo dõi để duy trì chất lượng nước ở phạm vi tối ưu cho tôm. Các thông số này được đo hàng ngày từ 09:00 đến 10:00 sáng bằng máy đo đa thông số Lovibond® Water Test Senso Direct 150.
Hiệu suất tăng trưởng của tôm
Khi kết thúc thử nghiệm cho ăn, tôm bị bỏ đói trong 1 ngày để làm rỗng đường tiêu hóa. Sau đó, số lượng và tổng trọng lượng tôm trong mỗi bể được tính toán tăng trọng (WG), tốc độ tăng trưởng riêng (SGR) và tỷ lệ sống (SR) bằng các công thức dưới đây:
Xác định thành phần dinh dưỡng của toàn bộ cơ thể
Để xác định thành phần dinh dưỡng của toàn bộ cơ thể, theo các phương pháp tiêu chuẩn, 5 con tôm còn nguyên vẹn từ mỗi bể (15 con mỗi nhóm) được chọn ngẫu nhiên và làm lạnh ở nhiệt độ −20℃. Tóm lại, độ ẩm được xác định bằng cách sấy khô trong 2 giờ ở 120℃. Protein thô được ước tính bằng hệ thống Kjeldahl tự động (Kelplus, DXVA, Pelican Equipments, Chennai, Ấn Độ) và hệ số N × 6,25. Lipid thô được xác định bằng phương pháp chiết ether sử dụng hệ thống Soxtec (Socs plus, SCS-6, Pelican Equipment, Chennai, Ấn Độ). Trong lò muffle, hàm lượng tro được xác định bằng cách nung ở nhiệt độ 600℃ trong 2 giờ.
Xác định hoạt tính của enzyme tiêu hóa
Vào cuối giai đoạn thử nghiệm, ba con được lấy mẫu ngẫu nhiên từ mỗi lần lặp lại (9 con tôm mỗi nhóm) để đo hoạt tính của enzyme tiêu hóa (Protease, Lipase và Amylase) trong dạ dày và ruột sau khi Euthanasia sử dụng dầu đinh hương 200 mg /L (El-Captain giám đốc chiết xuất dầu tự nhiên, thực vật và mỹ phẩm, Cairo, Ai Cập). Tôm được mổ xẻ, mẫu dạ dày và ruột được đặt vào các ống vô trùng và được bảo quản ngay ở nhiệt độ -80 ℃ cho đến khi phân tích.
Đối với protease, hoạt tính được xác định bằng phương pháp phân hủy casein [48]. Tóm lại, 1% (w/v) casein được hòa tan trong dung dịch đệm Tris phosphate 0,05 M (pH 7,8) và ủ trong 5 phút ở 37℃. Mô đồng nhất được thêm vào hỗn hợp phản ứng và phản ứng được dừng lại 10 phút sau đó bằng cách thêm 10% axit trichloroacetic (TCA), sau đó lọc toàn bộ nội dung. Mẫu trắng thuốc thử được tạo ra bằng cách thêm chất đồng nhất của mô vào phản ứng ngay trước khi dừng phản ứng bằng TCA và không ủ. Lượng enzyme cần thiết để giải phóng các mảnh hòa tan trong axit tương đương D 0,001 A 280 mỗi phút ở 37℃ và pH 7,8 được xác định là một đơn vị hoạt tính của protease.
Đối với amylase, hoạt tính được đo bằng dung dịch tinh bột 2% (w/v) làm chất nền theo phương pháp của Rick và Stegbauer. Tóm lại, trong dung dịch đệm phốt phát, dung dịch tinh bột 2% đã được chuẩn bị (pH 7). Hỗn hợp phản ứng được ủ ở 37℃ trong 30 phút. Quá trình này sau đó được dừng lại bằng cách thêm axit dinitrosalicylic (DNS) và giữ trong bể nước nóng trong 5 phút. Hỗn hợp phản ứng được pha loãng bằng nước cất sau khi làm nguội và đo độ hấp thụ ở bước sóng 540 nm. Ở 37℃, hoạt độ được tính toán bằng cách sử dụng đường chuẩn maltose và được báo cáo là mol maltose được giải phóng từ tinh bột mỗi phút trên mỗi mg protein.
Trong khi đó, hoạt tính lipase được xác định dựa trên phương pháp của Cherry và Crandall Jr. Lượng NaOH cần thiết để duy trì độ pH ổn định được sử dụng để tính lượng axit béo thải ra trong một đơn vị thời gian. Nước cất, chất đồng nhất mô, dung dịch đệm photphat (pH 7) và nhũ tương dầu ô liu tạo thành hỗn hợp phản ứng. Hỗn hợp được trộn kỹ trước khi ủ ở 4℃ trong 24 giờ. Sau đó thêm cồn 95% và 2 giọt chỉ thị phenolphtalein vào, chuẩn độ hỗn hợp bằng NaOH 0,05N cho đến khi xuất hiện màu hồng. Một nguồn enzyme đã bị bất hoạt trước khi bổ sung dung dịch đệm và nhũ tương dầu ô liu được sử dụng làm đối chứng. Lượng mEq đương lượng kiềm tiêu thụ được sử dụng để xác định hoạt tính của enzyme.
Tổng số vi khuẩn
Tổng số vi khuẩn dị dưỡng (THB) và tổng số vi khuẩn Vibrio (TVC) được xác định trong ruột tôm vào thời điểm thứ 30, 60 và khi kết thúc thí nghiệm (9 tôm mỗi nghiệm thức). Việc phân lập vi khuẩn được thực hiện bằng kỹ thuật pha loãng nối tiếp theo Draper và Smith. Tóm lại, 1 g mẫu ruột được thu thập trong chai polypropylen vô trùng và sau đó được gấp lại để pha loãng nối tiếp 10 lần. Sau đó, 1 mL độ pha loãng thích hợp được áp dụng thành các bản sao trên các đĩa thạch đậu nành trypticase chứa 1,0% w/v NaCl và thạch muối mật thiosulfate citrate sucrose (HiMedia, Mumbai, Ấn Độ) để đếm THB và TVC. Mức độ vi khuẩn dị dưỡng sống được xác định bằng cách đếm các khuẩn lạc mọc trên đĩa thạch đậu nành trypticase và thạch muối mật thiosulfate citrate sucrose bổ sung nước biển (50:50): nước cất. Mỗi khuẩn lạc trong các đĩa được ủ (tương ứng ở 37 và 38℃ trong 24 giờ) được tính trong khoảng 30–300 đơn vị hình thành khuẩn lạc (cfu). Tỷ lệ TVC/THB được xác định bằng công thức sau:
Tình trạng mô học
Vào cuối thí nghiệm, gan tụy của 9 con tôm được Euthanasia sử dụng dầu đinh hương và mổ xẻ để xác định enzyme tiêu hóa đã được sử dụng. Các mẫu gan tụy được thu thập/cho mỗi nhóm trong dung dịch formalin đệm phosphat 10% trong ít nhất 48 giờ. Các mẫu cố định được xử lý bằng kỹ thuật nhúng parafin thông thường, được cắt ở các phần dày 4–5 µm và cuối cùng được nhuộm bằng thuốc nhuộm hematoxylin và eosin (H & E) như đã mô tả trước đây Suvarna và cộng sự. Đường kính của ống gan tụy được đo bằng phần mềm phân tích Image-J, Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ, Bethesda, MD, Hoa Kỳ http://rsb.info.nih.gov/ij/ (truy cập ngày 15 tháng 10 2021).
Phân tích thống kê
Tất cả dữ liệu được thể hiện dưới dạng trung bình ± SD. Phân phối chuẩn đã được kiểm tra trước khi phân tích thống kê để đảm bảo giả định kiểm tra tham số. Dữ liệu phần trăm được chuyển đổi sang arcsin trước khi phân tích nhưng được biểu thị trong kết quả dưới dạng giá trị ban đầu. Phân tích phương sai một chiều (ANOVA) được thực hiện bằng chương trình SAS v9.0.0 (2004). Tukey post hoc test ở mức ý nghĩa p < 0,05 được sử dụng để so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức.
Kết quả
Chất lượng nước
Trong thời gian thí nghiệm, tất cả các thông số chất lượng nước được xác định gồm nhiệt độ (28,18 ± 0,5 ℃), độ mặn (32,11 ± 0,4 ppt), pH (7,59 ± 0,4), tổng nitơ amoniac (0,11 ± 0,01 mg/ L), NO2– N (0,16 mg/L) và NO3-N (0,29 mg/L) được duy trì trong phạm vi các điều kiện tối ưu này đáp ứng nhu cầu sản xuất của tôm thẻ chân trắng L. vannamei (Bảng 3).
Bảng 3. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến chất lượng nước của tôm chân trắng Litopenaeus vannamei.
C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo làm nguồn carbon hữu cơ.
Hiệu suất tăng trưởng
Hiệu suất tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng L. vannamei được minh họa trong Bảng 4. Tỷ lệ FBW, WG và SGR% ở nhóm đối chứng cao hơn đáng kể (p < 0,01) so với nghiệm thức BFT (SB và RB). Mặt khác, SR cao hơn đáng kể (p < 0,05) ở nghiệm thức BFT (SB và RB) so với nhóm đối chứng. Ngoài ra, hiệu suất tăng trưởng và SR (%) của nhóm RB đều cao hơn nhóm SB.
Bảng 4. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến hiệu suất tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm chân trắng Litopenaeus vannamei.
C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo làm nguồn carbon hữu cơ. Các chữ cái khác nhau (a > b > c) trong cùng một cột có sự khác biệt đáng kể (p < 0,05).
Thành phần toàn cơ thể
Bảng 5 cho thấy thành phần toàn bộ cơ thể của L. vannamei được nuôi ở các nghiệm thức BFT khác nhau (SB và RB) và nhóm đối chứng. Không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy về hàm lượng protein thô và độ ẩm giữa tôm ở tất cả các nhóm. Hàm lượng lipid thô (%) của tôm nuôi tại SB cao hơn đáng kể (p < 0,05) so với tôm nuôi ở các nhóm khác (RB và C). Tôm nuôi ở nhóm BFT có hàm lượng tro cao hơn nhóm đối chứng.
Bảng 5. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến thành phần hóa học toàn cơ thể của L. vannamei, vào cuối thí nghiệm (% trên cơ sở trọng lượng khô).
C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo làm nguồn carbon hữu cơ. Tỷ lệ protein thô, lipid thô và tro được tính toán dựa trên hàm lượng trọng lượng khô. Các chữ cái khác nhau (a > b) trong cùng một cột là khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05). Việc thiếu các chữ cái trong cùng một cột có nghĩa là không có sự khác biệt đáng kể.
Hoạt tính của enzyme tiêu hóa
Hoạt tính của các enzyme tiêu hóa khác nhau của protease trong dạ dày và protease, lipase, amylase được đánh giá trong ruột tôm vào cuối thời gian thí nghiệm. Trong trường hợp dạ dày tôm, hoạt tính của protease không khác biệt đáng kể giữa các nghiệm thức khác nhau. Tuy nhiên, hoạt tính protease ở tôm nuôi ở nhóm RB-BFT có xu hướng tăng nhiều hơn so với nhóm SB và C (Hình 1A). Trong trường hợp ruột tôm, hoạt tính của các enzym tiêu hóa ở nhóm BFT cao hơn đáng kể (p < 0,01) so với nhóm đối chứng. Tôm được nuôi trong nhóm RB đạt được hoạt tính enzyme tiêu hóa (protease, lipase và amylase) cao nhất so với tôm được cho ăn SB và C (Hình 1B).
Phân tích vi sinh vật
Sự phong phú của vi sinh vật trong giai đoạn thử nghiệm giữa các nhóm nghiên cứu được trình bày trong Hình 2A–C. Nhìn chung, việc bổ sung nguồn carbon làm tăng tải lượng THB trong ruột tôm. Hình 2A cho thấy số lượng THB tăng đáng kể (p < 0,05) theo cách phụ thuộc vào thời gian. Tại tất cả các thời điểm được thử nghiệm thực nghiệm (30 ngày, 60 ngày và 90 ngày), số lượng THB trong nhóm BFT (SB và RB) cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng. Số lượng TVC trong nhóm RB cao hơn đáng kể (p < 0,001) so với nhóm SB trong các thời điểm thử nghiệm khác nhau (Hình 2B). Nhóm đối chứng có tỷ lệ TVC/THB thấp hơn nhóm BFT (Hình 2C) trong thời gian thử nghiệm và tỷ lệ TVC/THB thấp nhất được ghi nhận vào ngày thứ 90 của thử nghiệm.
Mô học của gan tụy
Nghiên cứu mô học và các chỉ số mô học của gan tụy của L. vannamei được trình bày trong Hình 3 và 4 do bị ảnh hưởng bởi các nguồn carbon khác nhau của hệ thống dựa trên BFT. Gan tụy của nhóm đối chứng bao gồm các ống, mỗi ống được chia thành vùng xa (DZ), vùng tế bào B (BZ; tế bào giống mụn nước) và vùng gần và được lót bởi một biểu mô một lớp và được ngăn cách bởi các xoang hemolymp ( HS). Các ống trong DZ bao gồm các tế bào phôi (tế bào E) ở đầu ống. Các ống trong BZ được đặc trưng bởi các tế bào B có không bào nổi bật. Đường kính ống gan tụy ở vùng xa là 88,04 ± 4,47 µm, trong khi ở vùng tế bào B là 108,15 ± 6,20 µm.
Hình 1. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến hoạt động của enzyme tiêu hóa (protease, lipase và amylase) của dạ dày L. vannamei (A) và ruột (B). C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo làm nguồn carbon hữu cơ. Các chữ cái khác nhau (a > b > c) trong cùng một enzyme biểu thị sự khác nhau đáng kể (p < 0,05).
Hình 2. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT lên (A) tổng số vi khuẩn dị dưỡng (103 CFU/ mL); (B) Tổng số Vibrio (103 CFU/ mL); và (C) tỷ lệ giữa TVC và THB trong vi khuẩn đường ruột của tôm thẻ chân trắng L. vannamei. C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo. Các chữ cái khác nhau (a > b > c) trong cùng một enzyme biểu thị sự khác biệt đáng kể (p < 0,05).
Hình 3. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến mô học của gan tụy tôm L. vannamei được nhuộm H&E. Tỷ lệ mệnh giá là 50 µm. (a): nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, (b): nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, (c): nghiệm thức có nguồn carbon vô cơ là cám gạo, BZ: vùng tế bào B, DZ: vùng xa, HS: xoang hemolymp.
Hình 4. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau trong hệ thống dựa trên BFT đến đường kính ống gan tụy ở vùng xa và vùng tế bào B (µm) của L. vannamei. C: nghiệm thức đối chứng nước sạch không có nguồn carbon, SB: nghiệm thức có chứa bã mía làm nguồn carbon hữu cơ, RB: nghiệm thức có chứa cám gạo làm nguồn carbon hữu cơ. Các chữ cái khác nhau (a > b) trong cùng một enzyme biểu thị sự khác biệt đáng kể (p < 0,05).
Gan tụy của nhóm BFT dựa trên SB cho thấy mô học bình thường (Hình 3) và đường kính của các ống gan tụy ở vùng xa và tế bào B tăng lần lượt là 16,83 và 34,89% so với nhóm đối chứng (Hình 4). Ngoài ra, gan tụy của nhóm BFT dựa trên RB không có dấu hiệu bệnh lý nào (Hình 3). Đường kính của các ống gan tụy ở vùng xa và vùng tế bào B tăng lần lượt là 8,27 và 11,26% ở nhóm BFT dựa trên RB so với nhóm đối chứng (Hình 4).
Thảo luận
Nghiên cứu này sử dụng biofloc xúc tiến để kiểm soát hiệu quả các hợp chất vô cơ như TAN, NO2-N và NO3-N. Việc bổ sung các nguồn carbon khác nhau vào hệ thống BFT mà không thay đổi khẩu phần ăn không ảnh hưởng đáng kể đến các thông số này. Kết quả này tương đồng với nghiên cứu trước đây sử dụng nguồn carbon mà không bổ sung thức ăn trong hệ thống BFT.
Tôm được nuôi bằng khẩu phần ăn thương mại (nhóm đối chứng) có trọng lượng (WG) và tỷ lệ tăng trưởng (SGR) cao hơn so với tôm chỉ ăn BFT. Tuy nhiên, tỷ lệ sống của các nhóm ăn BFT cao hơn so với nhóm đối chứng. Do đó, tôm thẻ chân trắng (L. vannamei) có thể sử dụng biofloc làm thức ăn tự nhiên với tỷ lệ sống cao hơn. Tương tự, L. vannamei được nuôi trong hệ thống BFT cũng có tỷ lệ sống cao hơn so với nhóm đối chứng. Tôm sú F. brasiliensis (PL25) chỉ ăn biofloc có mức tăng trọng và tỷ lệ sống cao hơn so với nuôi trong nước sạch và cho ăn thức ăn thương mại. Hạt biofloc cung cấp protein, carbohydrate, vitamin, khoáng chất và chất kích thích miễn dịch cho tôm. Tuy nhiên, biofloc có chất lượng dinh dưỡng thấp hơn khẩu phần ăn nhân tạo. Thành phần hóa học của biofloc: 43,22% protein, 2,30% lipid, 30,35% chiết xuất không chứa nitơ và 24,13% tro (tính theo trọng lượng khô). Biofloc được cho ăn ở dạng tươi hoặc ướt, giá trị dinh dưỡng không so sánh được với thức ăn nhân tạo. Điều này có thể dẫn đến giảm tăng trưởng ở nghiệm thức BFT khi không bổ sung thức ăn nhân tạo so với đối chứng.
Tuy nhiên, tỷ lệ sống ở nhóm BFT cao hơn nhóm đối chứng. Biofloc cung cấp nguồn miễn dịch tế bào toàn diện cho tôm, nhờ vào các hóa chất hoạt tính sinh học có trong biofloc. Bổ sung các nguồn carbon đa dạng vào hệ thống BFT giúp tăng cường sự phát triển của tôm, thể hiện qua tỷ lệ sống cao hơn trong suốt 90 ngày thí nghiệm. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Sharawy và cộng sự, đã sử dụng nguồn carbon (SB) để thúc đẩy biofloc trong hệ thống nuôi tôm mật độ cao giúp tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng (L. vannamei) tốt hơn, đồng thời cải thiện khả năng miễn dịch và chống oxy hóa. Sự kết hợp hoặc lượng nguồn carbon khác nhau được áp dụng cho hệ thống dựa trên BFT sẽ làm thay đổi biofloc, có thể đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì chất lượng nước, cung cấp thực phẩm và tổng hợp enzyme ngoại bào, cũng như góp phần tăng hiệu suất tăng trưởng.
Nghiên cứu này cho thấy hàm lượng lipid tăng lên ở nhóm BFT cao hơn nhóm đối chứng. Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Izquierdo và cộng sự, cho thấy L. vannamei nuôi trong hệ thống biofloc có hàm lượng lipid cao hơn so với nuôi trong nước biển. Ngoài ra, hàm lượng tro trong nhóm BFT cao hơn so với nhóm đối chứng, do biofloc cung cấp nhiều khoáng chất và nguyên tố vi lượng cho tôm. Hơn nữa, tôm L. vannamei nuôi trong bể BFT có hàm lượng lipid và tro cao hơn so với tôm nuôi trong nước sạch. Sử dụng mật mía làm nguồn carbon đã cải thiện hàm lượng protein thô, lipid và tro trong các mô của tôm L. vannamei từ các nghiệm thức BFT khi so sánh với đối chứng. Trong khi đó, hàm lượng protein có xu hướng giảm trong nhóm BFT, có thể do hàm lượng protein trong biofloc thấp hơn so với thức ăn thương mại. Ngoài ra, việc giảm hàm lượng protein phù hợp với hiệu suất tăng trưởng thấp hơn ở nghiệm thức BFT.
Nghiên cứu này cho thấy bổ sung các nguồn carbon hữu cơ khác nhau làm tăng số lượng vi khuẩn đường ruột có lợi (THB) trong hệ thống BFT, giúp tôm có thể tự kiếm ăn mà không cần bổ sung thức ăn thương mại. Hệ thống nuôi BFT có thể làm thay đổi quần thể vi khuẩn trong nước và thành phần vi khuẩn đường ruột của tôm và khuyến khích sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng bằng cách tăng tỷ lệ C:N. Trong khi đó, thành phần của loài vi khuẩn này có mối liên hệ chặt chẽ với nguồn carbon. Tác dụng của các nguồn carbohydrate khác nhau (bột maida, bột mì, bột gram, bột kê, bột gạo, bột ngô và bột đa hạt) thay thế cho mật đường cho thấy tác động đáng kể đến động lực học của vi khuẩn bằng cách tăng THB và giảm TVC so với đối chứng.
Nghiên cứu này sử dụng giải trình tự gen để đánh giá tác động của nguồn carbon đối với hệ vi sinh vật đường ruột của tôm nuôi bằng hệ thống biofloc (BFT) và các ngành vi khuẩn chính là Proteobacteria, Chloroflexi, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia và Bacteroidetes. Mức độ Vibrio thấp hơn ở tôm nuôi BFT so với tôm nuôi trong nước sạch. Quần thể Vibrio và tỷ lệ TVC/THB (tổng vi khuẩn/vi khuẩn có lợi) được sử dụng để đánh giá sức khỏe tôm. Khi carbohydrate được bổ sung, carbon có thể dễ dàng tiếp cận để phát triển vi sinh vật, bao gồm cả mầm bệnh. Mặc dù lượng Vibrio tăng lên trong cuộc điều tra hiện tại, phần trăm TVC/THB trong ruột tôm ở các nhóm BFT dựa trên SB gần như tương tự với nhóm đối chứng. Điều này cho thấy sự phát triển của tổng số vi khuẩn dị dưỡng với nguồn carbon được sử dụng ảnh hưởng đến sự phát triển của Vibrio trong ruột tôm. Hệ vi sinh vật đường ruột bị ảnh hưởng bởi môi trường và thức ăn. Nghiên cứu trước đây cho thấy hệ vi sinh vật đường ruột của tôm bị ảnh hưởng bởi môi trường nuôi. Việc bổ sung nguồn carbon thay thế (SB và RB) thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn có lợi (THB) và ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm. Quần thể vi sinh vật trong ruột tôm tăng trưởng đều đặn trong suốt 90 ngày thử nghiệm. Số lượng THB và TVC trong ruột tôm ở nhóm BFT cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng do với khẩu phần ăn giảm/không ăn, tôm trong nhóm BFT hoàn toàn phụ thuộc vào biofloc như một nguồn tự nhiên. Phát hiện này cho thấy hệ vi sinh vật đường ruột tôm có thể bị ảnh hưởng bởi nước nuôi hoặc do ăn floc từ hệ thống. Ngoài ra, trong nghiên cứu này, tỷ lệ sống của tôm nuôi trong nghiệm thức BFT cao hơn nhóm đối chứng.
Ở động vật thủy sản, hoạt tính của enzyme tiêu hóa rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình dinh dưỡng và tăng cường khả năng tiêu hóa. Các kết quả này cho thấy rằng hoạt động của protease dạ dày và ruột, lipase đường ruột và amylase tăng đáng kể ở nhóm RB. Debnath và cộng sự nhận thấy rằng loại, nguồn và hàm lượng chất dinh dưỡng có thể làm thay đổi hoạt tính của enzyme tiêu hóa ở động vật. Do tác động trực tiếp của dinh dưỡng đến hoạt tính của enzyme tiêu hóa, kết quả tương tự cũng được tìm thấy ở động vật giáp xác.
Nghiên cứu này cho thấy hoạt tính của enzyme tiêu hóa cao hơn ở tôm nuôi bằng hệ thống BFT so với tôm nuôi trong nước sạch. Điều này có thể liên quan đến hàm lượng dinh dưỡng cao của biofloc. Hơn nữa, sự biểu hiện của các gen liên quan đến enzyme tiêu hóa đã tăng lên ở P. vannamei được nuôi trong hệ thống dựa trên BFT. Tuy nhiên, cơ chế tăng cường hoạt tính của enzyme tiêu hóa ở tôm vẫn chưa được xác định đầy đủ nhưng có thể liên quan đến hàm lượng dinh dưỡng của biofloc. BFT trong nước bể, hoạt động như một nguồn cung cấp thực phẩm bổ sung, rất có thể là nguyên nhân làm tăng hoạt tính của enzyme. Ở nhóm RB, hầu hết hoạt tính enzyme của protease trong dạ dày, amylase và lipase trong ruột đều tăng lên đáng kể. Sự hiện diện của BFT có thể kích thích các enzym nội sinh ở tôm. Trong nghiên cứu của Wang và cộng sự, tôm ở nhóm 50% mật đường và 50% cám lúa mì có hàm lượng enzyme ngoại bào cao hơn, bao gồm protease, amylase, lipase và cellulose. Những enzyme này có thể hỗ trợ phân hủy protein, carbohydrate và các yếu tố thiết yếu khác trong thức ăn thành các đơn vị nhỏ hơn, giúp tôm dễ tiêu hóa và hấp thụ thức ăn hơn.
Gan tụy đóng vai trò quan trọng trong hệ tiêu hóa của tôm, bao gồm sản xuất các enzyme tiêu hóa, hấp thụ chất dinh dưỡng và dự trữ lipid. Các tế bào “B” của gan tụy chịu trách nhiệm chính trong việc sản xuất và tiết ra các enzym tiêu hóa. Những phát hiện hiện tại cho thấy sự gia tăng đáng kể về đường kính của ống gan tụy ở tôm được nuôi trong BFT dựa trên SB và sự gia tăng không đáng kể về BFT dựa trên RB so với đối chứng. Trong cùng một dòng, L. vannamei nuôi trong bể BFT cho thấy sự gia tăng độ dày của ống gan tụy và sự gia tăng số lượng tế bào sản xuất enzyme (tế bào B) so với nghiệm thức đối chứng. Ngoài ra, việc sử dụng các nguồn carbon khác nhau (mật đường hoặc polyme phân hủy sinh học) trong hệ thống BFT có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của gan tụy bằng cách gây ra những thay đổi về phiên mã trong gan tụy của L. vannamei, trong khi mật đường gây ra căng thẳng trong BFT so với các polyme phân hủy sinh học. Kết quả của nghiên cứu này được hỗ trợ bởi những phát hiện của Moss và cộng sự, người đã chỉ ra rằng việc sử dụng các sản phẩm tự nhiên làm nguồn thức ăn có thể dẫn đến tăng hoạt động chức năng của tôm trong gan tụy bằng cách tăng tổng hợp các enzym đặc biệt. Mặt khác, việc giảm tỷ lệ cho ăn trong hệ thống biofloc không cho thấy bất kỳ thay đổi mô học nào ở gan tụy của Metapenaeus monoceros.
Kết luận
Nghiên cứu này sử dụng bã mía và cám gạo làm nguồn carbon cho hệ thống BFT và không cho tôm ăn thức ăn công nghiệp đã duy trì chất lượng nước của các nghiệm thức khác nhau ở mức tối ưu. Tuy nhiên, hiệu suất tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei ở nhóm BFT thấp hơn so với nhóm đối chứng. Cho tôm ăn biofloc như một loại thức ăn tự nhiên ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thông qua việc tăng tổng số vi khuẩn dị dưỡng (THB) và giảm tỷ lệ tổng số lượng Vibrio/THB trong ruột tôm. Ngoài ra, tôm được nuôi trong hệ thống BFT có hoạt tính enzyme tiêu hóa cao hơn trong đường tiêu hóa, cũng như cải thiện cấu trúc mô học của gan tụy của tôm. Tất cả những phát hiện này kết hợp lại làm cho hệ thống biofloc trở thành một giải pháp đáng tin cậy cho nuôi tôm mà không cần thức ăn nhân tạo. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để cải thiện hiệu suất tăng trưởng của tôm nuôi bằng BFT, đặc biệt là khi nuôi với mật độ cao.
Theo Abdallah Tageldein Mansour, Ola A. Ashry, Mahmoud S. El-Neweshy, Ahmed Saud Alsaqufi, Hagar S. Dighiesh, Mohamed Ashour, Mahmoud S. Kelany, Mohamed A. El-Sawy, Mohamed M. Mabrouk, Eman M. Abbas, Zaki Z. Sharawy
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG
Xem thêm:
- Ảnh Hưởng Của Việc Sử Dụng Spirulina platensis Ở Các Mức Độ Khác Nhau Đến Hiệu Suất Tăng Trưởng Của Tôm Biển Litopenaeus Vannamei
- Ảnh Hưởng Của Stress Lạnh Đến Đặc Tính Hemolymp Của Tôm Thẻ Chân Trắng
- Nhiệt Độ Ảnh Hưởng Đến Hành Vi Kiếm Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng