Tên đề tài: “Ảnh hưởng của CO₂, nhiệt độ và nitrit lên sự cân bằng axít-bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng (Monopterus albus Zuiew, 1793)”.

 Tác giả: Phan Vĩnh Thịnh, Khóa: 2014

 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

Lươn đồng (Monopterus albus) là loài cá hô hấp khí trời có khả năng chịu đựng cao với môi trường sống bất lợi. Ngoài ra lươn đồng cũng là loài có giá trị kinh tế đang được nuôi phổ biến ở Việt Nam, nhất là ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Hiện nay, nghề nuôi trồng thủy sản nói chung và nuôi lươn đồng nói riêng đang bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố môi trường như nhiệt độ, CO₂, các khí độc (như nitrit) tăng do tác động của biến đổi khí hậu và nuôi thâm canh. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tồ này lên khả năng điều hòa axít - bazơ và sinh lý máu trên lươn đồng (Monopterus albus) đã được thực hiện ở hai kích cỡ (nhỏ và lớn) với 5 nội dung chính gồm ảnh hưởng của CO₂, nhiệt độ, CO₂ cao kết hợp với nhiệt độ, CO₂ cao kết hợp với nitrit và nhiệt độ kết hợp với nitrit lên khả năng điều hòa a-xít và ba-zơ.

Luận án đã tìm ra lươn đồng là loài hô hấp khí trời thứ hai có khả năng điều hòa axít - bazơ trong điều kiện CO₂ môi trường rất cao (30 mmHg) cả trong nước và không khí. Sau 72 giờ tiếp xúc 30 mmHg CO₂, giá trị pH ngoại bào của lươn lớn đã phục hồi hoàn toàn (100%) nhờ vào sự tích lũy ion HCO₃^- trong huyết tương ngược với các loài cá hô hấp khí trời khác với sự tiêu giảm diện tích bề mặt mang sẽ làm hạn chế quá trình trao đổi ion qua lớp biểu mô, dẫn tới khả năng điều hòa axít - bazơ thấp. Kết quả khác của thí nghiệm cho thấy lươn có khả năng sống hoàn toàn trong môi trường không khí ẩm mà không cần sống trong nước như các loài cá khác. Đặc biệt, thận lươn đóng vai trò đáng kể trong quá trình bài tiết và điều hòa axít - bazơ, không phải mang như ở các loài cá. Khi lươn sống trong môi trường nhiệt độ cao (từ 20ºC đến 35ºC), giá trị pH ngoại bào lẫn pH nội bào giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Sự giảm pH thể hiện điểm cân bằng pH ở mỗi mức nhiệt độ cụ thể trong quá trình cân bằng axít - bazơ. Và pH lươn nhỏ sẽ phục hồi sau 21 ngày sống trong điều kiện nhiệt độ cao (36°C). Khác với các loài cá hô hấp trong nước, lươn có những phản ứng tương tự với các loài lưỡng cư khi tiếp xúc với CO₂ qua sự giảm pH và tăng P_aCO₂ xuất phát từ hoạt động hô hấp khí trời để thải khí CO₂. Bên cạnh, sự tăng nồng độ ion HCO₃^- khi tiếp xúc kết hợp CO₂ và nhiệt độ thể hiện sự hô hấp a-xit trên lươn và sự thay đổi pH ngoại bào để thích nghi với các điều kiện nhiệt độ khác nhau.       

Bên cạnh đó, khi lươn lớn và nhỏ tiếp xúc với CO₂ cao (14 và 30 mmHg CO₂) và nitrit cao (23,57 mM), quá trình cân bằng a-xít và ba-zơ của lươn chủ yếu xuất phát từ cơ chế trao đổi ion Cl^- gián tiếp (giảm ion Cl^- qua sự trao đổi HCO₃^-/Cl^-). Và lươn có khả năng điều hòa axít - bazơ trong máu ở cả hai kích cỡ nhỏ (30g/con) và lớn (300g/con). Tuy nhiên, lươn nhỏ chết sau 24 giờ tiếp xúc với 30 mmHg CO₂ kết hợp 23,57 mM nitrit do pH máu giảm thấp dưới 7,0 và ion K⁺ tăng cao trên 5 mM. Kết quả khác khi kết hợp nitrit cao (23,57 mM) ở các mức nhiệt độ khác nhau như 27ºC, 33ºC, 36ºC trong 7 ngày trên lươn nhỏ nâng nhiệt độ từ 20-25-30-35ºC trên lươn lớn cho thấy lươn có khả năng cân bằng axít - bazơ khi pH đã phục hồi sau 4 ngày tiếp xúc nitrit ở nhiệt độ 33ºC. Sự tiếp xúc với nitrit ở nhiệt độ cao ảnh hưởng đến quá trình điều hòa axít - bazơ nhiều hơn khi lươn tiếp xúc nitrit ở nhiệt độ thấp, cụ thể là sự tăng P_aCO₂ và giảm pH đáng kể sau 1 ngày tiếp xúc nitrit ở nhiệt độ 36ºC.

Tóm lại, các kết quả của luận án cho thấy lươn đồng hoàn toàn có khả năng điều hòa axít - bazơ sau 72 giờ tiếp xúc với CO₂ cao ở các điều kiện sống khác nhau. Giá trị pH ngoại bào hoàn toàn hồi phục sau 14 ngày mặc dù có sự giảm pH mạnh trong 3 ngày đầu tiếp xúc nhiệt độ cao. Ngoài ra, lươn cũng có khả năng chịu đựng nitrit cao do hàm lượng Hb, Hct và myoglobin trong máu lươn cao hơn các loài cá khác.

2. Những điểm mới của luận án
3. a) Xác định vai trò quan trọng của thận trong quá trình điều hòa axít - bazơ của lươn.
4. b) Chứng minh lươn hoàn toàn có khả năng sống trong điều kiện không khí ẩm tương tự loài lưỡng cư.
5. c) Cơ chế điều hòa axít - bazơ của lươn hoàn toàn giống với cơ chế của các loài bò sát, lưỡng cư khi bị ảnh hưởng của nhiệt độ.
6. d) Lươn là loài cá hô hấp khí trời thứ hai được xác định có khả năng điều hòa axít - bazơ và phục hồi pH rất tốt trong điều kiện CO₂ cao cũng như khi nitrit cao và nhiệt độ cao.
7. 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 M.albus bao gồm một số đề xuất và giải pháp giúp hạn chế ảnh hưởng CO₂, nhiệt độ và nitrit lên khả năng điều hòa axít – bazơ của lươn đồng trong hoàn cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Với khả năng chịu đựng cao với CO₂, nhiệt độ và nitrit khi tiếp xúc bán cấp tính và mãn tính, lươn đồng có thể thích nghi với sự thay đổi khắc nghiệt của môi trường như nhiệt độ (từ 20-35ºC), PCO₂ (30 mmHg) và nồng độ nitrit (LC₅=23,57 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.

Ngoài ra, các kết quả của luận án cũng là nền tảng khoa học đáng tin cậy để tiếp tục phát triển các thí nghiệm chuyên sâu hơn sau nay về sinh lý trên lươn đồng cũng như 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 :

1) Sử dụng hệ thống sục khí trong các bể nuôi lươn (đặc biệt giai đoạn cuối vụ), giảm mật độ nuôi để giảm bớt hàm lượng CO₂ trong bể giúp pH máu lươn được ổn định không gây ảnh hưởng đến tình trạng sức khỏe.

2) Tạo bề mặt bể thoáng cho lươn tiếp xúc nhiều với không khí giúp quá trình hô hấp của lươn tốt hơn trong điều kiện nước sâu (0,5m).

3) Sử dụng hệ thống che mát trong các bể lươn giúp duy trì nhiệt độ bể (27 – 28°C) nhằm hạn chế tác động của nhiệt độ cao lên quá trình sinh lý của lươn. Tránh sử dụng thuốc hóa chất cho lươn vào giữa trưa khi nhiệt độ cao làm hạn chế tác dụng của thuốc và hóa chất.

4) Hạn chế sử dụng thức ăn tươi sống làm hàm lượng nitrit trong bể tăng cao ảnh hưởng đến hô hấp cũng như sức khỏe của lươn đồng. Áp dụng thay nước hằng ngày giúp giảm bớt hàm lượng các độc chất trong bể

1. Summary of the dissertation

Swamp eel (Monopterus albus) is an air-breathing species, high tolerance with extreme environmental conditions. The aquaculture, M. albus farming in particular, will highly be affected by some of the environmental factors (such as CO₂, temperature and nitrite) caused by climate change and aquaculture intensification. This dissertation was conducted to determine effects of some environmental parameters such as CO₂, temperature and nitrite in isolation and combination on acid-base regulation and changes of the number of blood cells in M. albus with 2 different sizes. The dissertation consist of 5 main contents including the effects of hypercapnia, temperature, combinations of hypercapnia and temperature, hypercapnia and nitrite, temperature and nitrite in M. albus at small and large sizes

The results of the study indicated that M. albus is the second air-breathing species with high capacity of acid-base regulation in hypercapnic condition (30 mmHg) in both water and air. After 72 h exposed to 30 mmHg CO₂, the extracellular pH completely recovered (100%) via accumulation of plasma HCO₃^- ion, while other air-breathers with reduced gill surface area normally have low capacity of acid-base regulation induced by limitation on transepithelial ion exchange. Moreover, the results showed that M. albus can completely survive in humid air environment behind water environment as other fish species. Interestingly, kidney played an important role in acid-base balance (40%), whereas gills commonly are the main organ for pH regulation in fish. On the other hand, in combined exposures (14 and 30 mmHg CO₂) and nitrite (23.57 mM), the acid-base regulation was mainly resulted from indirect Cl^- exchanger (reduction in Cl^- via HCO₃^-/Cl^- exchange), and M. albus obtained acid-base regulation in both juvenile and large sizes. However, mortality appeared in M. albus juvenile after 24 h in the exposure of combined 30 mmHg CO₂ and 23.57 mM nitrite with the decrease of pH to 7.0 and the increase of K⁺ to above 5 mM. In the study of combined exposure of nitrite (23.57 mM) with different temperatures of 27, 33 and 36ºC during 7 days in juvenile-sized M. albus and the elevation of temperature 20, 25, 30 and 35ºC in large-sized M. albus indicated that extracellular pH recovered after 4 days in nitrite exposure at 33ºC. Nitrite exposure at high temperatures significantly affected to acid-base regulation if compared to that of nitrite exposure at low temperatures, typically the increase of P_aCO₂ and the decrease of pH after 1 day in nitrite exposure at 36ºC.

In conclusion, the results of the dissertation showed that M. albus had complete acid-base regulation after 72 h in hypercapnia at different environments. Extracellular pH fully recovered after 14 days although there was a dramatic pH reduction at the 3 first days in exposures of high temperatures. In addition, M. albus had high tolerance capacity to extreme environmental conditions (23.57 mM NO₂^-) thanks to high concentrations of Hb, Hct, and myoglobin in the blood compared to other fish species.

2. New findings of the dissertation
3. a) Determining that kidney plays an important role in acid-base regulation in albus.
4. b) Concluding that albus can survive in humid air conditions, similar to other amphibians.
5. c) Determining that the mechanisms of acid-base regulation in albus are similar to reptiles, amphibians under temperature effect.
6. d) Concluding that albus is the second air-breathing fish with complete pH regulation in high levels of CO2, nitrite and temperature.
7. Significant contributions of dissertation/Applicability

The dissertation provides a better understanding about physiological knowledge of the air-breathing swamp eel M. albus including recommendations and solutions for the effect of CO₂, temperature and nitrite on acid-base regulation in M. albus as well as its combination with other environmental elements in aquaculture ponds under global climate change.

With high tolerances of hypercapnia, temperature and nitrite in both sub-lethal and chronic levels, M. albus can properly adapt with extreme environmental changes such as temperature (20-35ºC), partial pressure of carbon dioxide (30 mmHg) and nitrite concentration (LC₅ = 23.57 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 M. albus, 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) Using aeration devices in M. albus tanks (particularly at the final stage of culture crop) and decreasing stocking density to minimize CO₂ concentration for stabilizing pH value in M. albus.

2) Increasing air surface area in M. albus tanks to increase capacity of respiration and acid-base regulation instead of culturing them in deep water column.

3) Using cover tools to maintain temperature level (27-28ºC) and minimize negative effects of temperature fluctuation on physiological processes, and limiting the utilization of chemicals at the noon time to maximize the highest efficiency of chemicals.

4) Minimizing the utilization of trash fish to decrease nitrite levels generated in M. albus tanks.

• 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)