English
中文 (中国)
Tóm tắt
Ô nhiễm kim loại là mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường, đặc biệt là các hệ thống thủy sinh nhạy cảm như cửa sông và đầm phá ven biển. Hiểu rõ tác động của kim loại nặng lên các sinh vật sống trong môi trường này là điều cần thiết để bảo vệ hệ sinh thái. Nghiên cứu này tập trung vào khả năng điều hòa kim loại của tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), một loài thủy sản quan trọng ở khu vực cửa sông. Tác động của ba kim loại nặng phổ biến – kẽm, chì và cadmium – được đánh giá riêng lẻ và kết hợp để xác định khả năng tương tác của chúng. Tôm con có khả năng điều chỉnh lượng kẽm và chì trong cơ thể, tuy nhiên cadmium lại bị tích lũy mà không được bài tiết ở nồng độ thử nghiệm. Trong điều kiện cửa sông được nghiên cứu, tôm thẻ chân trắng thể hiện khả năng hoạt động như một sinh vật chỉ thị sinh học đối với cadmium.
Giới thiệu
Nuôi tôm He thâm canh bao gồm cả tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), là một ngành kinh tế quan trọng ở Mexico. Tôm được nuôi ở các cửa sông và dọc theo bờ biển Thái Bình Dương. Môi trường nuôi tôm chứa hỗn hợp các kim loại như niken (Ni), kẽm (Zn), chì (Pb), cadmium (Cd) và nhiều loại khác. Các kim loại này có thể gây hại cho hệ động vật địa phương, bao gồm cả tôm. Mức độ kim loại hòa tan tuy không gây chết người nhưng có thể tích tụ trong cơ thể tôm. Một số nghiên cứu đã báo cáo tác dụng độc hại của kim loại ở tôm post P. vannamei, chẳng hạn như thay đổi mức tiêu thụ oxy, bài tiết amoniac, điều hòa thẩm thấu, tiêu thụ thức ăn và tình trạng dinh dưỡng. Tôm hấp thụ kim loại qua đường hô hấp (mang) và bề mặt cơ thể (hấp phụ và/hoặc hấp thụ) và đường tiêu hóa thông qua việc ăn uống và lọc nước. Mặt khác, kim loại được bài tiết và lưu trữ tạm thời trong thận, gan tụy, gan, tuyến râu, v.v., Nếu lượng kim loại được bài tiết ra khỏi cơ thể hiệu quả, tôm sẽ không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, nếu nồng độ kim loại vượt quá khả năng điều chỉnh của tôm, sẽ xuất hiện các rối loạn, bao gồm cả cái chết. Mức độ tác động phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm môi trường, loài, cá thể, loại chất gây ô nhiễm và các điều kiện môi trường.
Kim loại độc hại, dù không gây chết ngay lập tức, vẫn có thể gây ra những thay đổi tiêu cực cho nhiều loài sinh vật, bao gồm tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei). Những thay đổi về hình thái hoặc mô học chẳng hạn như biểu mô mang dày lên, mẫu hemolymp thay đổi, làm giảm khoảng trống và làm giảm lưu lượng máu trong mang. Tác động dưới mức gây chết cũng có thể bao gồm những thay đổi về sinh lý, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, phát triển, khả năng bơi lội, sinh hóa tế bào, hoạt động enzyme, nội tiết, hành vi và sinh sản. Hiểu rõ cách tôm thẻ chân trắng tích lũy và điều hòa kim loại độc hại rất quan trọng do chúng đóng vai trò quan trọng trong môi trường và nền kinh tế và có thể được sử dụng như sinh vật chỉ thị để theo dõi ô nhiễm kim loại. Nghiên cứu này tập trung vào khả năng tích lũy và loại bỏ kim loại của tôm thẻ chân trắng P. vannamei ở giai đoạn non và tiềm năng của nó như một loài chỉ thị về ô nhiễm kim loại, khả năng chịu đựng hoặc độ nhạy cảm với một số mức kim loại nhất định được báo cáo ở vùng ven biển Mexico.
Vật liệu và phương pháp
Mẫu tôm
Nghiên cứu sử dụng cá thể tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) non với tổng chiều dài khoảng 1 cm. Tôm được lấy từ Cultivos Acuícolas Aquapacific S.A. de C.V. ở Mazatlán, Sinaloa, Mexico và thích nghi trong 2 tuần. Tôm được nuôi trong nước biển nhân tạo (Instant Ocean®) ở 25 (psu), chu kỳ ngày-đêm12–12 giờ, pH 8,1, và 25°C. Nước biển nhân tạo mang lại sự ổn định hóa lý cho các môi trường thử nghiệm và hỗ trợ quá trình hấp thụ vi lượng kim loại hiệu quả. Tôm được cho ăn bằng hai loại protein cá (Sure Start Larval Diet 3–4 và Sanoquart®), ba lần một ngày để đạt kích cỡ tổng chiều dài từ 1,0 đến 3,5 cm.
Thiết kế thử nghiệm
Nồng độ kim loại hòa tan sử dụng trong thí nghiệm mô phỏng thực tế ô nhiễm kim loại ở các bờ biển Mexico. Tôm được thả riêng lẻ và cho ăn 2 ngày một lần trong 1 giờ; sau đó, nước được thay để giữ chất lượng nước và nồng độ oxy hòa tan thích hợp. Các độ pha loãng Zn, Pb và Cd (Tiêu chuẩn độ tinh khiết cao®) được áp dụng trong một thí nghiệm lần lượt (kim loại với kim loại) và thí nghiệm kết hợp (hỗn hợp của ba kim loại). Nồng độ được kiểm tra là 87,21 μg/l Cd, 191,16 μg/l Pb và 9,29 μg/l Zn ở 25 psu, 25°C, pH8,1, OD ≥5,0; NH4 0,2 và NO 5,0.
Nghiên cứu tiềm năng tích lũy và điều hòa
Các thiết kế thí nghiệm bao gồm 10 nhóm thí nghiệm riêng biệt, mỗi nhóm có 10 con tôm. 20 con đối chứng (không phơi nhiễm kim loại) và 80 con phơi nhiễm với kim loại. 2 nhóm được sử dụng cho mỗi nghiệm thức (một nhóm đối chứng và một nhóm phơi nhiễm). Sau 10 ngày phơi nhiễm, tôm được giết ở nhiệt độ 2–3°C, đồng thời đo trọng lượng và tổng chiều dài của chúng (từ đầu đến đuôi). Các mẫu toàn thân được sấy khô trong 2 ngày ở 60°C và sau đó được phân hủy để phân tích hóa học như mô tả dưới đây. Đối với thí nghiệm về khả năng điều hòa kim loại, hai nhóm tôm con khác (tương ứng là đối chứng và phơi nhiễm với kim loại) được nuôi thêm 10 ngày trong nước biển nhân tạo không chứa kim loại. Ghi nhận tỷ lệ sống của tôm con trong tất cả các điều kiện thí nghiệm. Mỗi con tôm con được phân tích riêng lẻ.
Phân tích kim loại
Các mẫu được phân hủy (100°C, 1 giờ) bằng axit nitric siêu tinh khiết (HNO3, Thuốc thử siêu tinh khiết Ultrex II, J.T. Baker®). Sau khi tiêu hóa, nồng độ kim loại được xác định sau khi pha loãng với nước khử ion bằng ICP-MS (Agilent 7500ce), sử dụng indium và rhenium làm chất chuẩn nội. Các phương pháp phân tích được xác nhận bằng hiệu chuẩn xen kẽ bên ngoài và bằng cách sử dụng nguyên liệu tham khảo tiêu chuẩn gan tụy tôm hùm (TORT-2, Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia, Canada) với hiệu suất thu hồi trên 95 % (Bảng 1). Kết quả được biểu thị bằng microgam trên gam trọng lượng khô.
Bảng 1 Giá trị thu hồi (tính bằng µg/g; trung bình ± SD; n0,10) và tỷ lệ phần trăm của chúng từ vật liệu tham chiếu gan tụy tôm hùm (Tort-2; Hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada)
Phân tích thống kê
Theo Fowler và cộng sự, tất cả dữ liệu liên quan đến nồng độ kim loại và các giá trị hình thái của kích thước, trọng lượng và giá trị nồng độ độ lệch chuẩn trung bình (SD) đều được phân tích theo phân bố chuẩn và thống kê, bằng các quy trình tham số bao gồm phân tích đơn biến và phân tích đồng nhất cho các mẫu nhỏ. Phân tích Student t-test (p<0,05) được thực hiện để so sánh nồng độ kim loại và được thực hiện trong STATISTICA 5.1 dành cho Windows (StatSoft Inc.).
Kết quả và thảo luận
Nồng độ kim loại được phát hiện trong tôm P. vannamei được thể hiện trong Bảng 2. Kẽm (Zn) được tìm thấy ở tất cả các nhóm, bao gồm cả nhóm đối chứng (Hình 1; >60 μg/g). Zn là kim loại có hàm lượng cao nhất (hơn 60 μg/g) do vai trò quan trọng trong các chức năng sinh học của tôm. Nồng độ Zn trong cơ thể tôm được điều trị bằng Zn không tăng đáng kể so với nhóm đối chứng, cho thấy khả năng điều hòa Zn của tôm. Tuy nhiên, các nhóm tiếp xúc với Zn cùng với hai kim loại khác (Zn-Mx) có tổng nồng độ Zn cuối cùng cao hơn đáng kể (Bảng 2), cho thấy sự tích lũy Zn sau 10 ngày phơi nhiễm. Nồng độ Zn lần lượt là 61,64±51,03 μg/g trong đối chứng (CTL), 114,12±44,14 μg/g trong nhóm Zn và 304,42±63,65 μg/g trong Zn-Mx. Kết quả này cho thấy hỗn hợp kim loại có thể làm tăng gấp 5 lần sự hấp thu ion Zn từ môi trường. Hình 1 cho thấy sự thay đổi nồng đọ Zn trong cơ thể tôm theo thời gian. Nồng độ Zn ổn định và thậm chí giảm nhẹ sau 10 ngày làm sạch (hình 2, ngày 20). Nồng độ Zn không có sự khác biệt giữa nhóm đối chứng và nhóm thử nghiệm sau 10 ngày phơi nhiễm (Hình 2; Bảng 3). Nồng độ Zn giảm nhẹ được quan sát thấy vào ngày 20 (Hình 2) nằm trong phạm vi bình thường. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng điều hòa Zn của các loài thủy sinh khác nhau, bao gồm cả tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei). Tôm thẻ chân trắng có thể điều chỉnh mức độ phơi nhiễm Zn cụ thể lên tới 0,2 mg/l. Tuy nhiên, trong thí nghiệm này, sự gia tăng lượng Zn trong cơ thể được quan sát thấy ở những sinh vật được xử lý bằng hỗn hợp kim loại (Hình 1). Lượng Zn tăng có thể do sự tương tác giữa các kim loại, thay đổi cấu trúc cơ thể, hạn chế khả năng điều hòa. Tuy nhiên, khả năng điều hòa Zn của tôm có thể vẫn duy trì sau khi phơi nhiễm kim loại, cho phép tôm ổn định nồng độ Zn trong cơ thể (Hình 2). Các quan sát này phù hợp với kết quả nghiên cứu trước đây về khả năng điều hòa kim loại của các loài giáp xác khác.
Bảng 2. Phân tích thử nghiệm về tổng nồng độ kim loại trong P. vannamei, sau 10 ngày phơi nhiễm (tính bằng µg/g; trung bình ± SD)
Việc so sánh được thực hiện giữa nhóm đối chứng và nhóm hỗn hợp được xử lý kim loại và/hoặc nhóm hỗn hợp kim loại
CTL: đối chứng, hỗn hợp kim loại Mx, N.S. không khác biệt đáng kể
Tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) có khả năng điều hòa chì trong cơ thể khi tiếp xúc với kim loại này đơn lẻ. Nồng độ chì trung bình trong cơ thể tôm sau 10 ngày phơi nhiễm là 7,85±1,03 μg/g. Mức độ này không khác biệt so với nhóm đối chứng (Hình 1 và Bảng 2 Kết quả này cho thấy tôm có khả năng điều hòa chì hiệu quả khi tiếp xúc với kim loại này đơn lẻ. Khả năng điều hòa này có thể được giải thích bởi các cơ chế bài tiết và ly giải lysosome trong gan tụy tôm. Nồng độ chì trong cơ thể tôm sau 10 ngày phơi nhiễm là 102,77±61,20 μg/g. Mức độ này cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng và nhóm điều trị đơn lẻ (Hình 1). Sự gia tăng nồng độ chì có thể do tác dụng hiệp đồng của các kim loại khác trong nước. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự hiện diện của các kim loại khác có thể làm tăng khả năng hấp thu và tích lũy chì ở các sinh vật dưới nước. Tôm thẻ chân trắng có khả năng điều hòa chì trong cơ thể, nhưng khả năng này có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các kim loại khác. Cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của hỗn hợp kim loại đối với sự tích lũy chì trong tôm thẻ chân trắng.
Thử nghiệm làm sạch cho thấy khả năng điều hòa chì của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các kim loại khác (như kẽm và cadmium). Sau 10 ngày phơi nhiễm với hỗn hợp kim loại, nồng độ chì trong cơ thể tôm không thay đổi đáng kể khi được chuyển sang môi trường nước sạch. Kết quả này cho thấy hỗn hợp kim loại có thể làm tổn hại đến khả năng điều hòa chì của tôm, dẫn đến sự tích lũy kim loại trong cơ thể. Nồng độ chì sau khi làm sạch vào ngày 10: 79,82 ± 35,56 μg/g, Ngày 20: 122,69 ± 28,25 μg/g (Hình 2). Sự khác biệt giữa ngày 10 và 20 do sự hiện diện của 2 mẫu có nồng độ chì thấp hơn (60 μg/g) trong ngày 10. So sánh nồng độ chì sau 10 ngày phơi nhiễm và sau 10 ngày làm sạch không có sự khác biệt đáng kể về mặt thống kê (p=0.07). Khả năng điều hòa chì của tôm bị tổn hại bởi sự hiện diện của các kim loại khác. Hỗn hợp kim loại có thể gây ra tổn thương tế bào ảnh hưởng đến các cơ chế điều hòa chì của tôm. Mokhtar và cộng sự quan sát thấy thiệt hại tương tự ở P. monodon khi tiếp xúc với niken và/hoặc cadmium.
Cadmium được phát hiện trong tất cả các nhóm được xử lý bằng Cd (>1,15 ng/g), với sự tích lũy rõ ràng được quan sát (Hình 1). Nồng độ trung bình trong cơ thể sau 10 ngày phơi nhiễm là 2,82± 0,67 μg/g ở dạng được xử lý bằng Cd và 17,42±3,09 μg/g ở dạng được xử lý bằng hỗn hợp kim loại (Cd-Mx). Sau 10 ngày làm sạch, nồng độ cadmi trong cơ thể tôm không thay đổi đáng kể (Bảng 3). Điều này cho thấy tôm thẻ chân trắng có khả năng bài tiết cadmi rất hạn chế. Khả năng tích lũy cadmi và bài tiết hạn chế đã được quan sát thấy ở các loài tôm khác, như P. indicus. Một số loài giáp xác khác cũng không thể bài tiết cadmi hiệu quả, ví dụ như amphipod Echinogammrus pirloti và các loài thuộc họ Balanus. Khả năng tích lũy cadmi của P. vannamei có thể được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm cadmi trong môi trường biển. Tôm thẻ chân trắng có thể được sử dụng như một sinh vật chỉ thị sinh học để theo dõi sức khỏe của hệ sinh thái biển.
Bảng 3 phân tích thử nghiệm giữa nhóm đối chứng (CTL) và nhóm được xử lý bằng hỗn hợp kim loại (Mx)
Tổng giá trị nồng độ trong cơ thể được báo cáo bằng µg/g (trung bình ± SD), sau 10 ngày phơi nhiễm (ngày 10) và 10 ngày để làm sạch (ngày 20)
N.S. không khác biệt đáng kể, nhóm thử nghiệm EXP
a Giá trị chỉ được so sánh giữa ngày 10 và ngày 20
Như đã trình bày ở trên, khi các con vật được xử lý bằng hỗn hợp kim loại, chúng đạt nồng độ trung bình là 17,42 μg/g, lớn hơn so với nhóm được xử lý riêng lẻ bằng cadmium (Hình 1 và Bảng 2), cho thấy lượng tiêu thụ cao hơn liên quan đến hỗn hợp. Mô hình này cho thấy mức độ nhạy cảm cao hơn của loài với sự kết hợp kim loại này.
Tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) có khả năng điều hòa nồng độ kẽm và chì trong cơ thể. Tuy nhiên, khả năng này bị ảnh hưởng khi tôm tiếp xúc với hỗn hợp kim loại (kẽm, chì và cadmi). Cadmi không được điều hòa hiệu quả và tích lũy trong cơ thể tôm. Tính chất này cho phép sử dụng tôm thẻ chân trắng như sinh vật chỉ thị sinh học để theo dõi mức độ ô nhiễm cadmi trong môi trường. Khả năng điều hòa kim loại bị ảnh hưởng bởi hỗn hợp kim loại có thể hạn chế tiềm năng sử dụng tôm thẻ chân trắng để giám sát môi trường đối với các kim loại khác. Cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ cơ chế điều hòa kim loại và tác động của hỗn hợp kim loại ở cấp độ mô, tế bào và phân tử. Nghiên cứu đặc biệt cần tập trung vào các bề mặt trao đổi ion, như mang, ruột và da, nơi có thể xảy ra sự thay đổi và tăng hấp thu kim loại.
Theo Gabriel Núñez-Nogueira, Laura Fernández-Bringas, Alfredo Ordiano-Flores, Alejandro Gómez-Ponce, Claudia Ponce de León-Hill, Fernando González-Farías
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG
Xem thêm:
- Nuôi Trồng Thủy Sản Có Trách Nhiệm: Nuôi Tôm Bền Vững Và Có Thể Truy Xuất Nguồn Gốc Ở Việt Nam
- Sử Dụng Probiotic Trong Nuôi Trồng Thủy Sản Ấn Độ: Đánh Giá Tiềm Năng Bổ Sung Probiotic Trong Việc Cải Thiện Cá Và Tôm
- Phần 1: Probiotic Lactobacillus pentosus BD6 Thúc Đẩy Tăng Trưởng Và Tình Trạng Sức Khỏe Của Tôm Thẻ Chân Trắng Litopenaeus vannamei Qua Đường Miệng