Tên đề tài: “Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng oxy thấp lên cấu trúc cơ quan hô hấp của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus)”.

 Tác giả: Lê Mỹ Phương, Khóa: 2013

 Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản; Mã số: 9620110. Nhóm ngành: Nông-Lâm-Ngư nghiệp.

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

 Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Mark Bayley - Trường Đại học Aarhus.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Cá Tra Pangasianodon hypophthalmus là một trong các đối tượng nuôi quan trọng trong ngành nuôi trồng thủy sản ở các nước Đông Nam Á. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng cá Tra là loài hô hấp khí trời không bắt buộc, có khả năng hấp thu oxy cao trong môi trường nước và không khí. Cá Tra được giả định có diện tích bề mặt hô hấp của mang và bong bóng khí lớn, hỗ trợ cá hô hấp tốt trong nước và không khí, đồng thời giúp cá có khả năng điều hòa axit-bazo nhanh. Ngoài ra, nhiệt độ tăng và oxy trong nước giảm thường xuyên xảy ra ở khu vực nhiệt đới nơi cá Tra được nuôi. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ cao và hàm lượng oxy thấp lên các cơ quan hô hấp mang và bong bóng khí của cá Tra bằng phương pháp stereology. Kết quả tìm được cho thấy rằng mặc dù là loài hô hấp khí trời, nhưng cá Tra có khả năng điều hòa axit-bazo trong máu rất nhanh. Và mang của cá Tra có khả năng biến đổi hình thái khi tiếp xúc với điều kiện nhiệt độ và oxy trong nước khác nhau. Diện tích bề mặt hô hấp của mang lớn nhất khi cá trong môi trường nước có nhiệt độ cao và hàm lượng oxy thấp. Ở điều kiện nhiệt độ và oxy bình thường, diện tích bề mặt mang thấp do các lá mang thứ cấp bị lắp bởi tế bào ILCM (interlamellar cell mass). Đặc biệt nghiên cứu này cũng cho thấy trong điều kiện nhiệt độ cao (33ᵒC), cá Tra tăng trưởng rất nhanh, cá tăng trưởng cao gấp 8 lần ở nhiệt độ 33ᵒC so với 27ᵒC. Ngoài ra, ADF của mang cũng cao tương đương so với các loài cá hô hấp trong nước như cá hồi.

2. Những kết quả mới của luận án

Đây là nghiên cứu đầu tiên áp dụng phương pháp stereology trong việc định lượng các thông số thể tích, diện tích bề mặt hô hấp, khoảng cách khuếch tán của mang và bong bóng khí của cá Tra, qua đó góp phần đánh giá khả năng trao đổi khí của cá Tra và góp phần giải thích các khả năng thích nghi về sinh lý hô hấp của cá Tra với môi trường ao nuôi thâm canh cũng như trong quá trình di cư của cá Tra ngoài tự nhiên. Ngoài ra, thông qua khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ cao và hàm lượng oxy thấp lên cấu trúc các cơ quan hô hấp và tăng trưởng của cá Tra, nghiên cứu này cũng đầu tiên phát hiện cá Tra có sự biến đổi cấu trúc mang khi điều kiện môi trường biến đổi, và dưới các điều kiện này cá Tra vẫn có khả năng tăng trưởng rất cao.

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

Các phát hiện trong nghiên cứu này đã chứng minh rằng P. hypophthalmus vẫn có thể tồn tại và thậm chí vẫn tăng trưởng tốt dưới ảnh hưởng của hiện tượng nóng lên toàn cầu khi nhiệt độ được dự đoán tăng 5ᵒC trong thế kỷ tiếp theo. Ngoài ra, sản lượng nuôi cá tra có thể sẽ được cải thiện nếu điều kiện môi trường ao nuôi.

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng thích nghi của cá hô hấp khí trời vùng nhiệt đới, cũng như khả năng thích ứng của cá dưới tác động của biến đổi khí hậu.

1. Summary of the dissertation

The striped catfish Pangasianodon hypophthalmus is one of the most economically important species in the aquaculture industry of South East Asia. It has been found that P. hypophthalmus is a facultative air-breathing species, with the high capacity for oxygen uptake of the fish by both water and air-breathing. Therefore, it has been supposed that P. hypophthalmus has a large gill surface area which supports the fish in both aquatic respiration or in acid-base regulation. In addition, increasing temperature and hypoxia regularly occur in tropical aquaculture areas where P. hypophthalmus are intensively cultured. This study was performed to provide input to the assessment of the effects of elevated temperature and/or hypoxia on the respiratory organs of P. hypophthalmus by implementing stereological methods to reveal plasticity. In the results, we found that P. hypophthalmus is unusual among air-breathing fish with its strong capacity for acid-base regulation. When exposed to different temperature and oxygen levels, this species was found with a strong plasticity in gills lamellar surface areas (SA), with highest SA under elevated temperature and hypoxia whereas almost eliminated. This plasticity was due to proliferation of cell mass between the secondary lamellae (ILCM), which was thus most developed in the normoxic low temperature group. Further, the diffusion distance from water to blood (HM) was thinnest (approximately 1.0µm) in the fish exposed to hypoxia and high temperature. It was also demonstrated for the first time that this species grows much faster at higher than present temperatures, with an 8-fold higher growth rate at 33°C than 27°C. Also, we found that the ADF of the gills is high (comparable to an active water-breather such as rainbow trout), even with fully developed ILCM. Further, when required, the gills can change rapidly (<20h) elevating ADF by a factor 3.

2. New findings of the dissertation

This is the first documentation which applied stereology to investigate morphometrics such as volume, respiratory surface area, harmonic mean diffusion distance of gills and swim bladder of striped catfish at normal condition and under elevated temperature or hypoxic conditions. Through these metrics, the capacity for respiration of this species can be evaluated and compared with other species. 

This dissertation also documents the high plastic responses of P. hypophthalmus gills to the different temperatures and hypoxic levels. The findings of ILCM in P. hypophthalmus gills have revealed the first documentation of ILCM in catfish, which is similar to what have been found in cyprinids and seems to present support for the osmo-respiratory compromise phenomenon.

This dissertation also demonstrated that hypoxia negatively impacted on growth performance of P. hypophthalmus; whereas, elevated temperature dramatically drive the growth of this species.

3. Applicability/Recommendations for further research

These findings illustrate that P. hypophthalmus still performs well under the effect of global warming when the predicted temperature to be increased 5ᵒC over the next century. In addition, the aquaculture production of P. hypophthalmus would be improved if improving the rearing conditions such as alleviating hypoxia by supplying oxygen or increasing water exchange in the culture system.

This research will play a key role in a better understanding the capacity for adaptation of air-breathing fish to temperature increases.

>> Xem chi tiết nội dung luận án

>> Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo.