English
Việc sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm được biết là mang lại những lợi ích như cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và hiệu quả chuyển đổi thức ăn, thúc đẩy tăng trưởng, tăng cường khả năng miễn dịch và kháng bệnh; cũng như loại bỏ vi khuẩn không mong muốn trong đường tiêu hóa của vật nuôi. Nghiên cứu này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu thuộc khoa Nuôi trồng thủy sản của Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Pingtung, Đài Loan và các tổ chức nghiên cứu liên quan với mục tiêu định hình cấu trúc vi sinh vật trong ruột của tôm thẻ chân trắng, Litopenaeus vannamei, sau khi được cho ăn trong 60 ngày với khẩu phần ăn có các thành phần thay thế và với khẩu phần ăn đối chứng.
Nuôi tôm đã được thúc đẩy bởi nhu cầu gia tăng và sản lượng đánh bắt thủy sản giảm. Sản lượng tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei là ngành nuôi tôm He cao nhất thế giới. Ngành nuôi tôm đã bị ảnh hưởng bởi chi phí thức ăn gia tăng, dịch bệnh bùng phát nghiêm trọng và suy thoái môi trường.
Chi phí thức ăn chiếm tỷ trọng cao nhất trong tổng chi phí nuôi tôm và dịch bệnh trên tôm có tác động tiêu cực sâu sắc đến sản xuất tôm. Việc phát triển các chất phụ gia thức ăn chăn nuôi và các chất thay thế nguyên liệu thức ăn mới là rất quan trọng để giảm chi phí thức ăn và ngăn ngừa hoặc giảm bệnh.
Trong nuôi trồng thủy sản, chế phẩm sinh học được biết là có những lợi ích như cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và hiệu quả chuyển đổi thức ăn, từ đó cải thiện hiệu suất tăng trưởng, khả năng miễn dịch và kháng bệnh, đồng thời loại bỏ vi khuẩn không mong muốn trong ruột. Probiotic cũng được sử dụng để tăng giá trị dinh dưỡng và sử dụng các thành phần thực vật thông qua quá trình lên men.
Bột đậu nành lên men (FSBM) chứa các peptide có hoạt tính sinh học có tác dụng sinh lý đối với vi khuẩn trong ruột, bao gồm cả hoạt tính kháng khuẩn. Trong một nghiên cứu trước đây của cùng một tác giả, đã cho thấy một thành phần chức năng sinh học, Bacillus subtilis E20-FSBM chứa một peptide kháng khuẩn (AMPs) ức chế hai mầm bệnh quan trọng của tôm: Vibrio alginolyticus và V. parahemolyticus.
Ngoài ra, tôm thẻ chân trắng được cho ăn khẩu phần ăn có chứa B. subtilis E20-FSBM (FS-BMD) và khẩu phần ăn có chứa AMP được phân lập từ B. subtilis E20-FSBM (AMPD) có khả năng kháng bệnh tốt hơn sau khi thử nghiệm qua đường miệng với V. parahemolyticus, cho thấy FSBMD hoặc AMPD có thể làm thay đổi thành phần của vi sinh vật trong ruột tôm và giảm nguy cơ mắc bệnh.
Vật liệu và phương pháp
Chuẩn bị khẩu phần ăn thử nghiệm
Bacillus subtilis E20-FSBM và AMP có nguồn gốc từ B. subtilis E20-FSBM đã được điều chế theo các quy trình được mô tả trước đây. Trong nghiên cứu này, 3 khẩu phần ăn thử nghiệm đã được sử dụng để nuôi tôm, bao gồm khẩu phần ăn đối chứng và khẩu phần ăn có chứa FSBM (được gọi là FSBMD) và AMP (khẩu phần ăn đối chứng có chứa AMP ở mức 62,5 μg/ g, được chỉ định là AMPD).
Khẩu phần ăn được chuẩn bị dựa trên nhu cầu protein (37%) và lipid (7%) của tôm thẻ chân trắng.
Tôm và thiết kế thử nghiệm
Tôm trong giai đoạn lột xác với trọng lượng trung bình 0,76 ± 0,02g đã được sử dụng cho nghiên cứu này. Sau khi thu thập, tôm được thuần trong bể xi măng (6 × 2 × 1 m) với nước lợ có sục khí (25 ‰) và cho ăn khẩu phần ăn đối chứng 2 lần mỗi ngày cho đến khi bắt đầu thí nghiệm.
Ba nhóm đã được thử nghiệm: tôm được cho ăn khẩu phần ăn đối chứng, FSBMD và AMPD. Mỗi nhóm thức ăn, bao gồm ba lần với 20 con tôm mỗi nghiệm thức, được nuôi trong bể xi măng chứa 0,8 tấn nước lợ có sục khí 25 ‰. Tôm được cho ăn khẩu phần ăn thử nghiệm 2 lần mỗi ngày với tỷ lệ 5% sinh khối.
Nhiệt độ nước, oxy hòa tan và pH được duy trì lần lượt ở mức 28 ± 1°C, >5 mg/ L và 8,01-8,13. NH3-N và NO2-N lần lượt ở mức tối ưu 0,01-0,11 mg/ L và 0,01-0,06 mg/ L. Sau thời gian cho ăn 60 ngày, tôm đã được thu hoạch và cân nặng, và sau đó, 9 con tôm từ mỗi nhóm được chọn để phân lập DNA.
Trình tự metagenomic 16S và phân loại taxonomic
DNA của toàn bộ ruột tôm được phân lập trong ba lần bằng cách sử dụng FavorPrepTM Tissue Genomic DNA extraction Mini Kit. Vùng V3-V4 của gen 16S rRNA được khuếch đại bằng cách sử dụng SureCycler 8.800 với mồi đặc hiệu vi khuẩn, bao gồm mồi xuôi (S17): 5′-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAGCCTACGGGNGGCWGCAG-3′ và mồi ngược (A21): 5′-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGACAGGACTACHVGGGTATCTAATCC-3′ trong dung dịch chuẩn bị (Nextera XT Index Kit).
Mỗi mồi xuôi và ngược để khuếch đại mẫu V3-V4 được gắn thẻ mã vạch 5 ‘với trình tự DNA cụ thể 8 bp như thể hiện trong Bảng 1. Kích thước của sản phẩm khuếch đại đã được kiểm tra bằng TapeStation 4.200. Sau khi xây dựng dữ liệu, trình tự của 2 × 300 bp đọc kết thúc cặp đã được khuếch đại.
Các lần đọc kết thúc cặp Illumina được căn chỉnh theo các chuỗi tham chiếu dài bằng cách sử dụng Bowtie 2. Các chuỗi đã được lọc và lọc trình tự chimeric tiềm năng được thực hiện bằng cách sử dụng Mothur. Số đoạn đọc hiệu quả và số đoạn đọc sạch tương ứng nằm trong khoảng 95,12% ~ 97,7%.
Để nhóm các chuỗi thành các đơn vị phân loại hoạt động (OTU), thuật toán UPARSE đã được sử dụng và các chuỗi từ mỗi OTU được đồng ý đã được tạo ra. Bộ phân loại Dự án Cơ sở dữ liệu Ribosome (RDP) được sử dụng để phân loại trình tự OTU thành các đơn vị phân loại sau khi phân tích cộng đồng vi khuẩn.
Các cấp độ phân loại từ ngành này sang ngành khác đã được phân tích, và kết quả phân cụm được hình dung bằng cách quan sát sơ đồ phân tích thành phần chính (PCA).
Sự phong phú và đa dạng sinh học của hệ vi sinh vật đường ruột
Lệnh alpha_diversity.py trong trang web của QIIME (http://qiime.org/scrip ts/alpha_diver sity.html ) được sử dụng để tính toán chi, độ đồng đều của Pielou (J), chỉ số đa dạng Shannon và sự phong phú loài của Margalef.
Kết quả
Hiệu suất tăng trưởng
Hiệu suất tăng trưởng của tôm được cho ăn khẩu phần thử nghiệm trong 60 ngày được thể hiện trong Bảng 2. Tỷ lệ sống của tôm đạt 91,38%-96,22%. Trọng lượng cuối cùng, tỷ lệ tăng trọng và hiệu quả thức ăn của tôm cho ăn FSBMD và AMPD không khác biệt đáng kể so với đối chứng.
Đặc điểm của hệ vi sinh vật ruột tôm
Tổng cộng có 579.196, 555.204 và 503.798 trình tự không dư thừa đã được tạo ra cho các nhóm đối chứng, lần lượt FSBMD và AMPD.
Các trình tự trong đối chứng, nghiệm thức FSBMD và AMPD lần lượt được nhóm thành 1.443, 1.374 và 2.169 OTU, với mức giới hạn nhận dạng là 97%.
Các OTU thu được sau đó được gán cho 8 ngành, 20 lớp, 40 bộ, 68 họ và 96 chi có tên phân loại (Hình 1).
Điểm tương đồng và khác biệt trong hệ vi sinh vật đường ruột
Hình 2 cho thấy sự tương đồng và khác biệt trong các chi quan sát được giữa các nhóm đối chứng và nghiệm thức. Các OTU dùng chung (Hình 2a), các nhóm FSBMD (Hình 2b), các nhóm AMPD (Hình 2c), OTU được chia sẻ dưới dạng hệ vi sinh vật cốt lõi giữa các nhóm đối chứng và nghiệm thức (Hình 2d), có thể thấy phân loại các OTU duy nhất ở cấp độ chung.
Hai chi đại diện trong nhóm đối chứng là Lachnoclostridium và Maribacter, trong khi Kiloniella, Bilophila, Enterococcus, Acidaminococcus, Rhizobium, Anderseniella, Tyzzerella, Incertae, Sedis, Pseudospirillum, Winogradskyella và Desulfovibrio là duy nhất cho cả nhóm FSBMD và AMPD (tức là không có trong nhóm đối chứng).
Cấu trúc và sự đa dạng của hệ vi sinh vật
Việc cho ăn AMPD hoặc FSBMD có ảnh hưởng mạnh mẽ đến cấu hình vi khuẩn của tôm. Theo dữ liệu của PCA, hệ vi sinh vật đường ruột của tôm phụ thuộc vào việc bổ sung khẩu phần ăn và được nhóm thành ba nhóm riêng biệt.
Đóng góp của thành phần chính 1 (PC1) và PC2 lần lượt là 36,4% và 18,3%, và cùng nhau, họ đã giải thích 54,7% sự thay đổi trong tập dữ liệu.
“Ở cấp độ ngành, thành phần phân loại vi sinh vật cho thấy Proteobacteria có sự phong phú cao nhất trong tất cả các nhóm, nhưng sự phong phú của Proteobacteria thấp hơn (82,94%) ở tôm được cho ăn AMPD.”
Sự phong phú tương đối của Bacteroidetes (1,21% trong đối chứng) và Actinobacteria (0,56% trong đối chứng) cao hơn một chút ở nhóm FSBMD (lần lượt là 1,64% và 3,36%) và nhóm AMPD (lần lượt là 1,35% và 4,24%).
Trên tất cả các dữ liệu, các chi chiếm ưu thế (với sự phong phú tương đối cao nhất) trong ruột tôm là Vibrio, Sphingomonas, Pseudoalteromonas, Shewanella, Shimia và Ruegeria. Tuy nhiên, sự phong phú tương đối của các chi chiếm ưu thế khác nhau giữa các nhóm khác nhau.
Ở tôm được cho ăn khẩu phần ăn đối chứng và FSBMD, Vibrio, Sphingomonaas, Shewanella, Shimia và Mesorhizobium chiếm ưu thế, trong khi Vibrio, Pseudoalteromonas, Sphingomonas, Ruegeria, Marinicella, Pseudoruegeria và Planctomyces là các chi chiếm ưu thế trong nhóm AMPD.
Phân tích bằng các biểu đồ eigenvector PCA cho thấy tôm trong nhóm đối chứng có sự tích tụ Vibrio trong đường ruột cao hơn so với tôm trong nhóm FSBMD và AMPD.
Dựa trên dữ liệu về sự đa dạng alpha thể hiện trong Bảng 3, 96 chi vi khuẩn đã được phát hiện trong ruột tôm. Tôm được cho ăn khẩu phần ăn FSBMD và AMPD thử nghiệm đều chứa 84 chi. Một số lượng chi thấp hơn một chút (78) đã được phát hiện trong ruột của tôm đối chứng.
Thảo luận
Lên men là một phương pháp chế biến thức ăn tôm hiệu quả nhằm để kéo dài thời gian bảo quản và tăng hương vị cũng như giá trị dinh dưỡng của thức ăn. Một số lợi ích sức khỏe của khẩu phần ăn FSBM đối với động vật có thể là do AMP hoặc các hợp chất khác làm thay đổi hệ vi sinh đường ruột của động vật.
Trong nghiên cứu trước đây, tôm thẻ chân trắng được cho ăn khẩu phần ăn với mức thay thế tối đa bột cá bằng SBM và B. subtilis E20-FSBM ở mức 37,42% và 61,67% không có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất tăng trưởng so với khẩu phần ăn cơ bản bột cá, điều này cho thấy tốc độ tăng trưởng bình thường của tôm được cho ăn khẩu phần ăn có chứa bột cá được thay thế bằng SBM hoặc B. subtilis E20-FSBM ở mức ~ 10% trong nghiên cứu này.
“Nhìn chung, tôm thẻ chân trắng có thể tăng trọng cao hơn trong hệ thống nuôi ngoài trời so với tôm trong nghiên cứu này vì nhiều loại thức ăn tự nhiên, như tảo, côn trùng thủy sinh, động vật phù du và các chất hữu cơ khác, có thể hỗ trợ tăng trưởng tôm.”
Tuy nhiên, tôm trong hệ thống nuôi trong nhà phản ánh trực tiếp tác động của khẩu phần ăn thử nghiệm. Ngoài ra, một AMP từ B. subtilis E20-FSBM đã được chứng minh là có khả năng ức chế sự phát triển của mầm bệnh tôm V. alginolyticus và V. parahaemolyticus.
Kết quả cho thấy AMP và B. subtilis E20-FSBM được kết hợp riêng lẻ vào khẩu phần ăn của tôm, giúp cải thiện đáng kể sức đề kháng của tôm đối với V. parahaemolyticus. Tác động tích cực của AMP và FSBM đối với khả năng kháng bệnh của tôm có thể là do những thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột, và có lẽ cụ thể hơn là giảm sự phong phú của mầm bệnh tiềm ẩn, đó là Vibrio spp., như được quan sát trong nghiên cứu này.
Theo Ann Chang Cheng, Shinn Pyng Yeh, Shao Yang Hu, Hsueh Li Lin, Chun Hung Liu
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG
Xem thêm:
- Tái Tạo Nguồn Lợi Thủy Sản Là Việc Rất Quan Trọng Để Tránh Sự Thiếu Hụt Thủy Sản Vào Năm 2050
- Nuôi Trồng Thủy Sản Trên Ruộng Lúa Có Thể Giúp Đáp Ứng Nhu Cầu An Ninh Lương Thực Toàn Cầu
- Hiện Trạng Sử Dụng Trứng Artemia Và Sản Xuất Bền Vững Trong Tương Lai