Tên đề tài: “Ảnh hưởng của nitrite, nhiệt độ và CO₂ lên quá trình sinh lý và tăng trưởng của cá thát lát còm (Chitala ornata, Gray, 1831)”.

 Tác giả: Lê Thị Hồng Gẩm, Khóa: 2013

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

 Người hướng dẫn chính: GS.TS. Nguyễn Thanh Phương - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt luận án

Cá thát lát còm Chitala ornata một trong nhưng loài được nuôi phổ biến nhất ở vùng Đông Nam Á với chất lượng thịt cao và có giá trị làm cảnh, đặc biệt là khả năng chịu đựng môi trường cao trong hệ thống nuôi thâm canh. Các loài hô hấp khí trời với sự tiêu giảm diện tích mang có thể làm hạn chế quá trình trao đổi ion qua lớp biểu mô và khả năng cân bằng acid-base trong điều kiện CO₂ cao trong nước, nhưng có thể giảm sự hấp thu độc chất trong nước như nitrit. Ngoài ra, sự tăng nhiệt độ trên cá hô hấp khí trời có thể làm giảm sự trao đổi khí qua mang làm sản sinh CO₂ cũng như làm giảm pH ngoại bào và tăng PCO₂ (áp suất riêng phần của CO₂ trong nước). Luận án này sẽ cung cấp kiến thức về ảnh hưởng của nitrit, nhiệt độ và nồng độ CO₂ cao trong nước lên các quá trình sinh lý và tăng trưởng trên cá thát lát còm C. ornata. Kết quả cho thấy C. ornata có những phản ứng khác biệt so với các loài hô hấp khí trời khác khi tiếp xúc nitrit đơn lẻ và nitrit kết hợp với nồng độ CO₂ cao hay nhiệt độ tăng. Khi tiếp xúc với nitrit nồng độ bán cấp tính, các chỉ tiêu sinh lý máu đã phục hồi đáng kể sau 1 tuần nhờ vào quá trình nitrat hóa chuyển đổi nitrit thành nitrat và sự tăng hoạt tính khử methaemoglobin trên cá gần 5 lần để chuyển methaemoglobin thành haemoglobin chức năng. Tương phản với các nhận định về khả năng điều hòa acid-base thấp trên cá hô hấp khí trời, C. ornata đã có khả năng phục hồi pH mặc dù không hoàn toàn sau 96 h tiếp xúc CO₂, và sự tiếp xúc mãn tính với CO₂ đã hạn chế sự hấp thu nitrit bởi sự giảm tốc độ trao đổi ion HCO₃^-/Cl^- qua mang. Khi tiếp xúc với nhiệt độ cao từ 24 - 33ºC, các chỉ tiêu sinh lý máu trên cá thát lát còm không bị ảnh hưởng đáng kể ở cả 2 kích thước cá thát lát còm giống và thương phẩm. Các chỉ tiêu tăng trưởng như tăng trọng, tỉ lệ sống và hệ số chuyển hóa thức ăn FCR bị ảnh hưởng đáng kể khi tiếp xúc nitrit, đặc biệt là tiếp xúc nitrit ở các mức nhiệt độ cao trong 90 ngày nuôi mặc dù các chỉ tiêu sinh lý máu và cân bằng acid-base trong thí nghiệm sinh lý khi tiếp xúc nitrit ở nhiệt độ tăng đã phục hồi nhanh chóng sau 14 ngày.

2. Những điểm mới của luận án

Luận án đã phát hiện ra cá thát lát còm là loài cá hô hấp khí trời có khả năng chịu đựng nitrit cao nhất hiện nay với giá trị LC₅₀ 96 h là 7.82 mM ở 27ºC nhờ quá trình nitrat hóa chuyển nitrit thành nitrat, đặc biệt là sự tăng tốc độ enzyme khử metHb reductase lần đầu tiên được tìm thấy ở cá.

Luận án cũng cho thấy khi tiếp xúc nồng độ nitrit cao (50%*96 h LC₅₀ ở 27ºC) gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến của số lượng tế bào máu, metHb, Hct, nồng độ Hb của cá thát lát còm sau 14 ngày, tỉ lệ sống giảm đáng kể và FCR cao sau 3 tháng nuôi.

Tương tự với cá tra P. Hypophthalmus, luận án tìm ra được cá thát lát còm là loài cá hô hấp khí trời thứ hai có khả năng điều hòa acid-base 50% sau 96 h tiếp xúc 21 mmHg CO₂. Và sự hấp thu nitrit ở loài này cũng bị giảm sau khi điều hòa pH từ quá trình tiếp xúc CO₂ cao mãn tính qua sự giảm tốc độ trao đổi ion HCO₃^-/Cl^- qua mang.

Luận án cũng cho thấy C. ornata là một trong những loài có khả năng chịu đựng nhiệt độ cao với ngưỡng nhiệt độ trên và dưới lần lượt là 12ºC và 41ºC (gây chết 50%). Hơn nữa, các chỉ tiêu sinh lý máu và cân bằng acid-base không bị ảnh hưởng khi tiếp xúc nhiệt độ cao mặc dù tỉ lệ chết đã xuất hiện ở nghiệm thức 36ºC sau 7 ngày.

Luận án cũng phát hiện ra các chỉ tiêu tăng trưởng của C. ornata không bị ảnh hưởng đáng kể cả khi tiếp xúc nhiệt độ cao đơn lẻ (33ºC) và kết hợp nhiệt độ cao và nitrit mặc dù giá trị FCR cao.

3. Những đóng góp đáng kể của luận án/Tính ứng dụng

Luận án đã cung cấp kiến thức sinh lý chuyên sâu trên cá hô hấp khí trời C. ornata bao gồm những đề xuất và giải pháp hạn chế ảnh hưởng nitrit và sự kết hợp của nó với các yếu tố môi trường trong hoàn cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Với khả năng chịu đựng cao với nitrit, nhiệt độ và CO₂ khi tiếp xúc bán cấp tính và mãn tính, C. ornata có thể thích nghi với sự thay đổi khắc nghiệt của môi trường như nhiệt độ (từ 24-33ºC), PCO₂ (dưới 21 mmHg) và nồng độ nitrit (dưới 2.5 mM) đóng góp sự phát triển bền vững của động vật thủy sản khi nhiệt độ được dự đoán tăng (1- 4ºC) vào thế kỷ tới và sự tích lũy của các khí độc như: nitrit, CO₂ trong hệ thống nuôi thâm canh.

Các kết quả của luận án sẽ là nền tảng tin cậy để xây dựng các thí nghiệm chuyên sâu hơn sau nay về sinh lý trên C. ornata và các loài cá hô hấp khí trời khác hay so sánh với các phản ứng sinh lý của các loài này với các loài động vật thủy sản khác dưới sự thay đổi của môi trường.

4. Đề xuất giải pháp cho hệ thống nuôi thâm canh

Từ những kết quả của luận án, một số đề xuất được cung cấp cải tạo chất lượng nước và hạn chế các ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý và tăng trưởng của cá trong ao nuôi trồng thủy sản như sau :

• Giảm mật độ nuôi và thay đổi nước thường xuyên để hạn chế sự tích lũy của chất thải và sự hình thành các khí độc và cung cấp đủ oxy trong ao
• Thiết kế ao với kích cỡ phù hợp, hệ thống kênh cấp thoát nước thuận tiện để đều đặn xử lý chất thải và bùn đáy tích lũy đảm bảo chất lượng nước
• Hỗ trợ hệ thống sục khí khi nhiệt độ cao và CO₂ cao để cung cấp đầy đủ oxy cho hệ thống nuôi.

1. Summary of the dissertation

The air-breathing clown knifefish Chitala ornata is one of the most popular species has been culturing in the South East Asia with high protein quality and ornamental purposes, typically high environmental resistance under intensive culturing systems. It has been presented that air-breathing fish has structure of reduced gill surface area, limiting transepithelial ion exchange and capacity of acid-base regulation in hypercapnic condition (high CO₂ level in water), but reducing their exposures to waterborne toxins such as nitrite. In addition, the elevation of temperature in air-breathing fish may cause a reduction in ventilation relative to metabolic CO₂ production as well as a decline in extracellular pH by increasing arterial PCO₂ (partial pressure of carbon dioxide). This dissertation was conducted to provide the insights into the effects of nitrite, temperature and hypercapnia on physiological processes and growth in the air-breathing C. ornata. The results showed that C. ornata has unusual responses among air-breathing fish with incredible high tolerances in both isolated nitrite exposures and combined nitrite exposures with hypercapnia or elevated temperatures. In sub-lethal nitrite exposures, haematological parameters recovered significantly after 1 week via effective denitrification mechanism converting nitrite to nitrate and up-regulation methaemoglobin reductase activity in metHb reduction in fish increased almost 5 folds for converting methaemoglobin to functional haemoglobin. Contrast with previous statements about low capacity in acid-base regulation in air-breathing fish, C. ornata after 96 h of exposure to CO₂ had incomplete pH compensation, which protected against nitrite uptake by a reduction of branchial HCO₃^-/Cl^- exchanging rate in acclimated hypercapnia and nitrite exposure. In exposures of elevated temperatures, there were no significant impacts of various ranges of temperature (24 - 33ºC) to haematological parameters in both juvenile and commercial sizes of C. ornata. Also, growth parameters such as weight gain, survival rate and FCR were significantly affected by nitrite exposures, typically at high temperatures in 90 days of culture although haematological parameters and acid-base status in physiological experiments of nitrite and elevated temperatures recovered dramatically in 14 days.

2. New findings of the dissertation

The dissertation showed that C. ornata is the most nitrite tolerant species up to date with the values of LC₅₀ at 27ºC of 7.82 mM by effective denitrification process converting nitrite to nitrate, and typcially the increase in rate constant of erythrocyte metHb reductase enzyme for metHb reduction which is the first experimental evidence found in fish.

The dissertation also indicated that exposure of high nitrite concentration (50%*96 h LC₅₀ at 27ºC) caused negative physiological impacts to the number of blood cells, metHb, Hct, Hb concentration during 14 days, and significantly low survival rate and high FCR value during 3 months.

Similar to P. hypophthalmus, the dissertation illustrated that C. ornata is the second air-breathing fish having high capacity of acid-base regulation in hypercapnic conditions with 50% of pH compensation after 96 h exposed in 21 mmHg. Interestingly, nitrite uptake in this species was significantly reduced after reaching pH regulation during acclimated hypercapnia by an apparent reduced transport rate of the branchial HCO₃^-/Cl^- exchanger.

The dissertation also demonstrated that C. ornata is one of the most high temperature tolerant species with temperature limits (12ºC and 41ºC for lower and upper limit, respectively). And, there were no significant impacts in haematological parameters and acid-base status in the elevation of temperature although mortality appeared at the temperature of 36ºC during physiological experiment of 7 days.

The dissertation also discovered that growth parameters of C. ornata had no significantly negative effects in exposure of isolated elevated temperature (33ºC) and combined exposure of elevated temperature and nitrite despite of high FCR values.

3. Significant contributions of dissertation/Applicability

The dissertation provides a better understanding about physiological knowledge of the air-breathing clown knifefish C. ornata including recommendations and solutions for minimizing nitrite toxicity as well as its combination with other environmental elements in aquaculture ponds under global climate change.

With high tolerances of nitrite, temperature and hypercapnia in both sub-lethal and chronic levels, C. ornata can properly adapt with extreme environmental changes such as temperature (24-33ºC), partial pressure of carbon dioxide (below 21 mmHg) and nitrite concentration (below 2.5 mM) contributing to the sustainable development of aquatic animals in the increases of temperature (1- 4ºC) in the next century and accumulation of toxic gases in nitrite, carbon dioxide in intensive farming systems.

The results of dissertation will be reliable background for conducting deeper further studies about physiology in C. ornata, other air-breathing species or comparing with physiological responses of this species to those in other aquatic animals under extreme environmental changes.

4. Recommendations for intensive farming systems

From the results of dissertation, some recommendations are provided for optimizing water quality and minimizing impacts to physiological processes and growth of fish in aquaculture ponds as following:

1) Reducing stocking density and changing water regularly for minimizing the accumulation of all waste products and generation of toxic gases and supplying sufficient levels of dissolved oxygen in ponds

2) Designing ponds with optimal sizes, outlet and inlet cannas of water for removing waste products and accumulated toxic sediments regularly for good water quality

3) Supporting aeration systems in situations of elevated temperatures and high carbon dioxide levels for supplying sufficient dissolved oxygen in ponds

• 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)