Tên đề tài: “Ảnh hưởng của một số chiết xuất thảo dược lên các chỉ tiêu sinh lý cá tra (Pangasianodon hypophthalmus)”.

Tác giả: Phạm Ngọc Như, Khóa: 2018

Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản; Mã số: 62620110. Nhóm ngành: Nông-Lâm-Ngư nghiệp

Người hướng dẫn chính: GS.TS. Đỗ Thị Thanh Hương  - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Bùi Thị Bích Hằng - Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) là đối tượng nuôi quan trọng của vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), Việt Nam. Tuy nhiên, ngành nuôi cá tra hiện này đang đối mặt với một số trở ngại, trong đó có thể kể đến là ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và dịch bệnh. Chất chiết thực vật hiện nay được bổ sung vào chế độ ăn của cá tra được đánh giá là phương pháp dễ dàng và hiệu quả nhất để cải thiện hoạt động chống oxy hóa đồng thời góp phần giảm stress trên cá nuôi. Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số chiết xuất thực vật được bổ sung vào chế độ ăn của cá tra thông qua một số chỉ tiêu sinh lý máu, hoạt tính của enzyme tiêu hóa, tăng trưởng và giảm stress trên cá tra khi tiếp xúc với các tác nhân gây stress từ môi trường (độ mặn, nhiệt độ và nitrite). Mục tiêu chính yếu nhằm sàng lọc các chất chiết thực vật có tác động tích cực đến sức khỏe cá tra nuôi để hạn chế tối đa việc sử dụng kháng sinh và tránh ô nhiễm môi trường nuôi. Luận án tiến sĩ này bao gồm thành bốn nội dung (thí nghiệm) được thực hiện riêng biệt.

Nội dung 1: Năm loại chiết xuất (cao chiết) thực vật khác nhau bao gồm cỏ sữa (Euphorbia hirta) (Eh) 0,4%, 2%; diệp hạ châu (Phyllanthus amarus) (Pa) 0,2%, 1%; mắc cỡ (Mimosa pudica) (Mp) 0,4%; ổi (Psidium guajava) (Pg) 0,2%, 1%, và sầu đâu (Azadirachta indica) (Ai) 0,4%; 2%, đã được nghiên cứu về sinh lý máu, hoạt tính của enzyme tiêu hóa và tăng trưởng trên cá tra trong 60 ngày. Các chất chiết thực vật này được chọn dựa trên những kết quả nghiên cứu trước đó về khả năng miễn dịch và chống oxy hóa tốt trên cá tra (Nhu et al., 2019; Dao et al., 2020). Các chỉ tiêu sinh lý máu và hoạt tính của enzyme tiêu hóa của cá tra được cải thiện sau 60 ngày bổ sung chất chiết Pg 0,2% hoặc Pa 0,2% vào chế độ ăn, dẫn đến tăng trưởng được cải thiện.

Nội dung 2: Ảnh hưởng của chất chiết ổi (0,2%) – Pg0,2 và diệp hạ châu (0,5%) – Pa0,5 qua các chỉ tiêu sinh lý máu, khả năng đáp ứng stress, hoạt tính enzyme tiêu hóa và tăng trưởng của cá tra ở nhiệt độ 27°C, 31°C và 35°C trong 42 ngày đã được thực hiện. Mặc dù các chỉ tiêu sinh lý máu thay đổi có ý nghĩa thống kê ở 35°C, nhưng khác biệt không có ý nghĩa thống kê so với kết quả được ghi nhận ở 31°C sau 14 ngày dưới tác động của nhiệt độ. Nồng độ glucose tăng cao vào ngày thứ ba dưới ảnh hưởng của nhiệt độ sau đó giảm xuống và duy trì nồng độ glucose ở 35°C cho đến khi kết thúc thí nghiệm, khác biệt không đáng kể so với nồng độ ở 27°C. Sau 42 ngày, chế độ ăn có bổ sung Pg0,2 và hỗn hợp chất chiết (Pg0,2+Pa0,5) làm giảm đáng kể quá trình oxy hóa lipid và tăng catalase trong mang và gan. Các enzyme tiêu hóa (trypsin, chymotrypsin, amylase và pepsin) được tăng cường ở chế độ ăn có bổ sung Pg0,2 và hỗn hợp, đồng thời hoạt tính của enzyme được cải thiện ở nhiệt độ từ 31°C đến 35°C. Nhìn chung, cá nuôi ở nhiệt độ 31°C có tăng trưởng tốt nhất nhất, kế đế đến là ở nhiệt độ  35°C và khác biệt không có ý nghĩa thống kê về tỷ lệ sống giữa hai mức nhiệt độ này. Nếu nhiệt độ trung bình của ĐBSCL dưới 35°C, và chế độ ăn có bổ sung Pg0,2 hoặc hỗn hợp (Pg0,2+Pa0,5) giúp tăng cường sức khỏe của cá thông qua các chỉ tiêu sinh lý máu và khả năng chống stress oxy hóa ở cá.

Nội dung 3: Các chỉ tiêu sinh lý máu, enzyme tiêu hóa, oxy hóa stress và tăng trưởng của cá tra với mức độ mặn (0, 10 và 20 ‰) và chế độ ăn có bổ sung chất chiết từ ổi, diệp hạ châu và hỗn hợp của hai chất chiết này) đã được thực hiện. Các chỉ tiêu sinh lý máu phục hồi sau ba ngày tiếp xúc với độ mặn 10‰ và duy trì trong 14 ngày; tuy nhiên, điều này không được ghi nhận ở độ mặn 20‰. Ở khoảng độ mặn 0-10‰, hoạt tính của enzyme tiêu hóa (trypsin, chymotrypsin, amylase và pepsin) cao hơn, trong khi đó, hoạt tính enzyme tiêu hóa giảm đáng kể  ở độ mặn 20‰ khi tiếp xúc trong thời gian dài (ngày 42). Vào ngày thứ 42 tiếp xúc với độ mặn cao, nồng độ LPO trong cơ, gan, não và mang của cá tra cao hơn ở độ mặn 20‰ so với độ mặn thấp hơn. Cá có thể phát triển bình thường ở độ mặn 10‰ và các cơ quan của cá không bị ảnh hưởng đáng kể trong tất cả thời gian lấy mẫu. Nghiên cứu sơ bộ này cho thấy rằng cá tra có ảnh hưởng càng lớn khi tiếp xúc với độ mặn tăng lên quá cao (20%), điều này cho thấy rằng loài này có thực hiện nuôi ở các vùng nước lợ ven biển.

Nội dung 4: Cá tra được tiếp xúc với các nồng độ nitrite khác nhau và thể hiện những thay đổi thông qua các chỉ tiêu sinh lý máu và khả năng đáp ứng stress khi được bổ sung vào chế độ ăn các loại chất chiết xuất đã đề cặp ở các thí nghiệm trên trong 42 ngày với các nồng độ nitrite khác nhau (0; 0,08 và 0,8 mM). Sau 24 giờ tiếp xúc với nitrite ở nồng độ 0,8 mM, các chỉ tiêu sinh lý máu đã giảm đáng kể. Hầu như tất cả hoạt tính của enzyme tiêu hóa ở cá tiếp xúc với 0,8 mM nitrite đều giảm từ giai đoạn 7 đến 42 ngày sau khi tiếp xúc với. Nồng độ nitrite 0,8 mM gây ra những thay đổi làm suy yếu hệ thống chống oxy hóa (giảm hoạt tính CAT) và tăng cường oxy hóa lipid (LPO). Trong khi đó, do nồng độ nitrite cao, mang là cơ quan bị ảnh hưởng nặng nề nhất. Chính vì vậy, nồng độ nitrite 0,8 mM đã ảnh hưởng đáng kể đến hệ thống chống oxy hóa và gây ra stress trên cá tra giai đoạn giống.

Tóm lại, kết quả của nghiên cứu là cơ sở khoa học góp phần đánh giá ảnh hưởng của điều kiện biến đổi khí hậu lên ngành nuôi trồng thủy sản nói chung và nghề nuôi cá tra nói riêng. Kết quả nghiên cứu cũng giúp người nuôi nhận biết được ảnh hưởng có lợi và bất lợi của nhiệt độ, độ mặn và nitrite lên cá tra. Đồng thời, giúp người nuôi ứng dụng ảnh hưởng tốt của việc duy trì các yếu tố môi trường ở mức thích hợp nhằm tăng cường hoạt động trao đổi chất, ảnh hưởng tốt đến tăng trưởng có thể tăng năng suất nuôi. Bên cạnh đó, nhờ vào các thành phần chống oxy hóa hữu ích có trong chất chiết thực vật như ổi và diệp hạ châu, người nuôi có thể ứng dụng bổ sung vào chế độ ăn của cá tra giai đoạn giống nhằm tăng cường sức khỏe và giảm stress, góp phần vào tăng trưởng cho cá nuôi trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay.

2. Những kết quả mới của luận án

Nghiên cứu này góp phần cho thấy tác dụng của thảo dược đối với sức khỏe của cá tra. Cụ thể trong năm chế độ ăn có bổ sung chiết xuất thực vật: cỏ sữa (Euphorbia hirta - Eh); diệp hạ châu (Phyllanthus amarus - Pa); mắc cỡ (Mimosa pudica – Mp); ổi (Psidium guajava - Pg) và sầu đâu (Azadirachta indica - Ai) thì chế độ cho ăn có bổ sung chất chiết ổi 0.2% (Pg0,2 hoặc Pa0,2%) có thể cải thiện sức khỏe của cá tra thông qua cải thiện chỉ tiêu sinh lý máu và hoạt tính của enzyme tiêu hóa.

Khi tiếp xúc với các yếu tố môi trường bất lợi, chế độ cho ăn có bổ sung Pg0,2 hay Mix (hỗn hợp) Pg0,2:Pa0,5 giúp cải thiện sức khỏe các và giúp giảm stress. Gan và mang của cá vẫn không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao và các chỉ tiêu stress oxy hóa cho đến ngày thứ 14. Thức ăn có bổ sung Pg0,2 và hỗn hợp (Pg0,2:Pa0,5) có tác động hiệu quả nhất trong việc đảm bảo chức năng sinh lý bình thường của cá. Trong thí nghiệm về độ mặn, gan và mang là hai cơ quan bị tổn thương oxy hóa nghiêm trọng do độ mặn tăng lên. Sự biến đổi về các chỉ tiêu sinh lý của cá tra thay đổi không đáng kể cho đến độ mặn 10‰. Vì vậy, cá tra có thể thích hợp nuôi ở vùng nước lợ có độ mặn thấp trong tương lai gần. Độc tính nitrite cao trong môi trường nuôi có thể gây ra stress oxy hóa ở cá, làm tăng sự hình thành các gốc tự do (ROS) và làm suy yếu hệ thống chống oxy hóa. Chính vì vậy, người nuôi cần tránh nồng độ nitrite từ 0,8mM trở lên để giảm stress và thúc đẩy tăng trưởng cho cá tra nuôi.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Luận án đã chỉ ra rằng chiết xuất ổi (Psidium guajava) và diệp hạ châu (Phyllanthus amarus) giúp cải thiện sức khỏe cá tra thông qua cải thiện các chỉ tiêu sinh lý. Bổ sung một lượng nhỏ chất chiết xuất giúp cải thiện tăng trưởng của cá tra trong các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, độ mặn và nitrite. Nghiên cứu này cũng đưa ra các giải pháp tiềm năng cho chiết xuất thực vật, giúp giảm sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản và góp phần vào nuôi trồng thủy sản bền vững.

Việc áp dụng bổ sung chiết xuất thực vật trong nuôi cá tra trong thực tiễn vẫn còn hạn chế do ít có được các thông tin hữu ích liên quan đến các sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ thảo dược. Do đó, việc ứng dụng các sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ thảo dược cần được nghiên cứu để phát triển đại trà. Thêm vào đó, các buổi tập huấn cho nông dân để nâng cao hiểu biết về các thành phần, hoạt tính, cách sử dụng hợp lý và liều lượng áp dụng của các sản phẩm chiết xuất thực vật là rất cần thiết.

Kết quả trong nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung chiết xuất diệp hạ châu (P. amarus) và (P. guajava) cho cá tra có tác dụng cải thiện sức khỏe. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu các thông tin về liều lượng cao nhất mà không gây ra ảnh hưởng xấu đến sức khỏe (NoAEL) hoặc liều lượng hằng ngày có thể sử dụng (TDI) đối với các chiết xuất thực vật này. Ngoài ra, việc sử dụng chiết xuất thực vật trên cá dường như hoàn toàn an toàn, nên cần có nhiều nghiên cứu hơn để xác định liều lượng tối ưu nhằm giảm chi phí nuôi do sử dụng lượng lớn chất chiết xuất thực vật.

Hơn nữa, để ứng dụng an toàn, cần phải nghiên cứu phương thức hoạt động, tính ổn định của các thành phần thực vật trong môi trường nước, cũng như sàng lọc độc tính in-vitro và in-vivo. Cần có nhiều nghiên cứu hơn về độc tính của chiết xuất thực vật đối với cá tra trước khi áp dụng nuôi đại trà.

Ngoài ra, hoạt động chống oxy hóa và kháng khuẩn của các chiết xuất phân đoạn và thô của năm chiết xuất thực vật được chọn cũng cần được nghiên cứu. Hơn nữa, phải so sánh ảnh hưởng của nhiều yếu tố như bộ phận của thảo dược, giai đoạn sống cũng như điều kiện địa lý có ảnh hưởng đến sự thay đổi hoạt tính thảo dược. Cần tiến hành thêm nghiên cứu về chiết xuất thực vật trên các kích cỡ khác nhau của cá tra trong cả điều kiện phòng thí nghiệm và thực tiễn.

Hơn nữa, cần phải có nghiên cứu dài hạn để xác định tính hiệu quả của các chiết xuất thực vật này, độ an toàn của chúng đối với cá và sức khỏe con người, tác động tích cực của chúng đối với chất lượng thịt cá và môi trường, cũng như tính sẵn có của thảo dược khi sử dụng trong tương lai.

Thesis title: Effects of dietary supplementation with selected plant extracts on the physiological parameters of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus).

Major: Aquaculture                                                                     Code: 62440303

Full name of PhD student: Pham Ngoc Nhu                               Year: 2018

Scientific supervisor: Prof.Dr. Do Thi Thanh Huong; and

    Assoc. Prof. Dr. Bui Thi Bich Hang

Educational institution: Can Tho University.

1. Content of thesis summary

Striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) is an important species of aquaculture in the Mekong River Delta (MRD) of Vietnam. However, it has been constrained by several obstacles, among them which are climate change and diseases. Plant extracts as a dietary supplement is regarded as the easiest and most efficient strategy to improve antioxidant activity while contributing to the stress mitigation. The study aimed to evaluate the effect of selected plant extracts medicated in feed on physiological haematological parameters, digestive enzyme activities and growth and stress responses of striped catfish exposed to environmental stressors (salinity, temperature and nitrite). The final aim would be a selection of plant extracts that have a positive effect on fish to reduce the use of antibiotics and avoid water environmental pollution. This doctoral dissertation was, therefore structured into four separate contents (experiments).

Content 1: five plant extracts, 0.4% or 2% Euphorbia hirta (Eh), 0.2% or 1% Phyllanthus amarus (Pa), 0.4% or 2% Mimosa pudica (Mp), 0.2% or 1% Psidium guajava (Pg), and 0.4% or 2% Azadirachta indica (Ai), were investigated on haematology, digestive enzyme activities and growth throughout the duration of 60 days. These extracts were identified based on the promising and applicable findings regarding the immunity and antioxidant capacity of striped catfish reported (Nhu et al., 2019; Dao et al., 2020).  P. hypophthalmus fingerlings' haematological indices and digestive enzyme activities were modified after sixty days of oral administration with Pg 0.2% or Pa 0.2% extracts, resulting in improved growth performance.

Content 2: the effects of Psidium guajava L. (0.2%) - Pg0.2 and Phyllanthus amarus (0.5%) – Pa0.5 on haematology, thermal stress tolerance, enzymatic activities, and growth of striped catfish subjected to temperatures of 27°C, 31°C, and 35°C for 42 days were examined. Although haematological indicators were most significant at 35°C, they were not significantly different from results noted at 31°C on day 14 post-temperature challenge. The glucose concentration elevated on the third post-temperature challenge day subsequently decreased and remained constant at 35°C until the end of the trial, which was not significantly different compared to those at 27°C. After 42 days, the Pg0.2 and mix diets substantially lowered lipid peroxidation and increased catalase in the gills and liver. Digestive enzymes (trypsin, chymotrypsin, amylases, and pepsin) were accelerated by the Pg0.2 and mix treatments, and enzymatic activity improved from 31°C to 35°C. Overall, fish maintained at 31°C presented the most favorable growth performance, followed by those reared at 35°C, and there was no significant difference in survival rates among these treatments. Assuming the Mekong Delta's average water temperature remains below 35°C, feeding diets incorporating Pg0.2 or Mix (Pg0.2+Pa0.5) extracts strengthen fish health via haematology and oxidative stress resistance.

Content 3: the haematology, digestion, oxidative stress, and growth of striped catfish subjected to three salinity levels (0, 10, and 20‰) in formulated extract-based diets (P. guajava, P. amarus, and a mixture of these two extracs) were investigated. The haematological parameters recovered after three days of exposure to 10‰ and were stable for 14 days; however, this was not observed in 20‰. At 0-10‰, higher digestive enzyme activities (trypsin, chymotrypsin, amylase, and pepsin) was noticed, while a substantial reduction was observed at 20‰ in extended exposures (day 42). On day 42 of high salinity exposure, LPO levels in muscle, liver, brain, and gills were considerably higher at 20‰ than lower tested salinities. Fish can thrive normally up to a salinity of 10‰, and no serious damage to fish organs was identified throughout all salinity levels and sampling durations. This preliminary study revealed that the striped catfish responded more strongly to increased salinity exposure, suggesting that this species might serve as a model bio-indicator in coastal farming.

Content 4, fish was susceptible to nitrite exposure and reveal alterations to biological indicators and stress response when randomly administered to the aforementioned extract-based diets for 42 days at (0, 0.08, and 0.8 mM) nitrite concentrations. After 24 hours of exposure to 0.8 mM nitrite, the acquired haematological markers decreased substantially. Almost all digestive enzyme activities in fish exposed to 0.8 mM nitrite decreased from 7 to 42 days after exposure. Nitrite concentration at 0.8 mM resulted in alterations that impaired the antioxidant system (reduced CAT activity) and enhanced oxidative damage in lipids (LPO). Meanwhile, as a result of the high nitrite concentration, the gills were the most severely injured organs. Eventually, 0.8 mM nitrite concentrations damaged the antioxidant system and produced stress in striped catfish fingerlings.

The study's findings convey a scientific foundation for assessing the effects of climate change on the aquaculture sector in general, and striped catfish farming in particular. The findings of the study also assist farmers to comprehend the positive and negative impacts of temperature, salinity, and nitrite on striped catfish, simultaneously, assisting farmers to incorporate the positive impacts of preserving environmental elements at optimal levels to promote metabolic activities, as well as beneficial effects on growth to enhance farming production. Furthermore, farmers can augment the dietary intake of striped catfish fingerlings with essential antioxidant components found in plant extracts such as P. guajava 0.2% or combine P. amarus 0.5% to improve health, contribute to the growth and mitigate stress under the current climate change scenario. 

2. The novel aspects from the thesis

This research contributes to the effects regarding the impact of plant extracts on striped catfish's health. These diets include Euphorbia hirta, Phyllanthus amarus, Mimosa pudica, Psidium guajava, and Azadirachta indica.  In particular, feeding procedures supplemented with Psidium guajava extract and Phyllanthus amarus can improve the striped catfish's health through improved hematology and digestive enzyme activity.

When exposed to adverse environmental conditions, a feeding diet augmented with Pg0.2 or Mix (mixture) Pg0.2:Pa0.5  improves fish health and relieves stress. High temperature and oxidative stress markers did not affect the fish's liver or gills until day 14. Feed supplemented with Pg0.2 and a mixture (Pg0.2:Pa0.5) influenced fish physiological function. The liver and gills were two organs that sustained considerable oxidative damage in the salinity experiment due to increasing salinity. Striped catfish's biochemical indicators did not alter considerably till a salinity of 10 was attained. As a result, in the upcoming future, striped catfish may be practical for farms in brackish water with low salinity. High nitrite toxicity in farming may trigger oxidative stress in fish, increasing the generation of free radicals (ROS) and weakening the antioxidant system. Farmers have to restrict nitrite concentrations of 0.8mM or higher to mitigate stress and enhance growth in farmed striped catfish.

3. Application prospect and suggestions for further study

The research determined that extracts of Psidium guajava and Phyllanthus amarus enhance striped catfish health through improvements in physiological indicators. An insignificant quantity of extract accelerates striped catfish growth under adverse conditions such as elevated temperature, salinity, and nitrite. The present research additionally highlights attainable plant extract alternatives to minimize the application of antibiotics in aquaculture and contribute to sustainable aquaculture.

Plant extract supplementation in striped catfish farming remains restricted in practice due to a lack of insightful information on commercially available products derived from plants. As a result, the use of commercial products constructed from plants must be examined before they are possible to be widely distributed. In addition, farmers are recommended to attend training courses to broaden their awareness of the components, activities, proper use, and dosage of plant extract products in farming. 

The study's findings revealed that administering Phyllanthus amarus and Psidium guajava improved striped catfish’s health. Nevertheless, knowledge regarding the recommended dosage that no observed adverse effect level (NoAEL) or tolerable daily intake (TDI) for these plant extracts is currently insufficient. Furthermore, the use of plant extracts on fish appears to be completely safe; nonetheless, further investigation is essential to establish the appropriate dosage to decrease farming expenses associated with the utilization of large amounts of plant extracts.

Furthermore, for proper application, it is vital to investigate the method of action, the stability of the plant components in the aquatic environment, and screening for in-vitro and in-vivo toxicity. Additional research on the toxicity of plant extracts to striped catfish needs to be performed before widespread cultivation.

Meanwhile, the antioxidant and antibacterial properties of fractionated and crude extracts of five chosen plant extracts should be examined. Furthermore, the implications of numerous such as herb parts, life periods, and geographical conditions that affect the alteration in plant action must be compared. More plant extract studies on striped catfish of all stages are essential, both in the laboratory and in the farms.

Prospective studies are additionally essential to assess the effect of these plant extracts, their safety for fish and human health, their beneficial influence on the environment and fish flesh quality, and the plant's future availability.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)