Tóm tắt Luận án tiến sĩ Thủy sản: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng oxy thấp lên cấu trúc cơ quan hô hấp của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus)

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

72
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu được thực hiện nhằm cung cấp thông tin có giá trị khoa học góp phần đánh giá các tác động của nhiệt độ cao và tình trạng thiếu oxy lên cấu trúc cơ quan hô hấp của cá tra P. hypophthalmus bằng phương pháp mô học lập thể. Đồng thời khảo sát sự tăng trưởng của cá Tra dưới tác động của các điều kiện này. Một số chỉ tiêu sinh lý máu của cá cũng được khảo sát khi cá trong tình trạng thiếu oxy (trong quá trình gây mê) và khi cá phục hồi (sau khi gây mê).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Thủy sản: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng oxy thấp lên cấu trúc cơ quan hô hấp của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản Mã ngành: 62 62 03 01 LÊ MỸ PHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ HÀM LƯỢNG OXY THẤP LÊN CẤU TRÚC CƠ QUAN HÔ HẤP CỦA CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) Cần Thơ, 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN VÀ HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC AARHUS Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Đỗ Thị Thanh Hương Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Mark Bayley Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: ……………………………………………………… Vào lúc: ….. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm ….. Phản biện 1: ……………………………………………. Phản biện 2: ……………………………………………. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Phuong, L.M., Damsgaard, C., Huong, D.T.T., Ishimatsu, A., Wang, T. and Bayley, M., 2017. Recovery of blood gases and haematological parameters upon anaesthesia with benzocaine, MS-222 or Aqui-S in the air-breathing catfish Pangasianodon hypophthalmus. Ichthyological Research, 64(1), pp.84- 92. 2. Phuong, L.M., Huong, D.T.T., Nyengaard, J.R. and Bayley, M., 2017. Gill remodelling and growth rate of striped catfish Pangasianodon hypophthalmus under impacts of hypoxia and temperature. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 203, pp.288-296. 3. Phuong, L.M., Huong, D.T.T., Malte, H., Nyengaard, J.R, and Bayley, M., 2017. Ontogeny and morphometric of the gill and swim bladder of air-breathing striped catfish Pangasianodon hypophthalmus. Journal of Experimental Biology. In press. 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Theo dự đoán của IPPC (2014), nhiệt độ môi trường đang dần tăng lên và là hậu quả của biến đổi khí hậu toàn cầu. Khi nhiệt độ tăng sẽ dẫn đến nồng độ oxy trong nước giảm, tuy nhiên tại cùng thời điểm, nhu cầu oxy cho trao đổi chất của động vật thủy sản tăng. Và vì thế phạm vi hiếu khí (aerobic scope) của động vật thủy sản sẽ giảm. Do đó, mặc dù nhiệt độ tăng được biết như ảnh hưởng đến sinh lý, sinh sản, tăng trưởng, miễn dịch, tỷ lệ sống…của động vật thủy sản, giả thiết OCLTT (the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance) của Pörtner (2010) đề xuất rằng sự vận chuyển và phân phối oxy trong cơ thể động vật thủy sản dưới tác động của nhiệt độ tăng mới là nguyên nhân chính ảnh hưởng nghiêm trọng đến các sinh vật này. Ngoài ra, theo giả thiết của Tewksbury và ctv (2008), động vật thủy sản ở các khu vực nhiệt đới sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự nóng lên toàn cầu nhiều hơn so với các đối tượng ở khu vực ôn đới. Điều này là do động vật thủy sản là các loài biến nhiệt (nhiệt độ bên trong của chúng sẽ thay đổi theo sự biến đổi của nhiệt độ môi trường), và do các loài ở vùng nhiệt đới hiện đang rất gần với ngưỡng chịu nhiệt trên của chúng, nên chúng sẽ dễ bị tác động khi nhiệt độ tiếp tục tăng trong tương lai. Vì thế sự tăng lên của nhiệt độ có thể đe dọa nguồn thực phẩm của con người về lâu dài. Khu vực Đông Nam Á nói chung và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng theo dự đoán sẽ chịu tác động nghiêm trọng bởi biến đổi khí hậu do nền kinh tế và đời sống của người dân ở các khu vực này phần lớn phụ thuộc vào nguồn tài nguyên thiên nhiên, vào nông sản và thủy sản. Do đó, việc tìm hiểu sự tác động của hiện tượng nóng lên toàn cầu lên nuôi trồng thủy sản cũng như tìm hiểu các cơ chế thích ứng của động vật thủy sản với các biến đổi của môi trường sẽ thiết yếu cho các chính sách và chiến lược quản lý trong tương lai góp phần cho sự phát triển bền vững của ngành thủy sản. Cá tra Pangasianodon hypophthalmus là đối tượng nuôi thủy sản quan trọng ở Đông Nam Á và đặc biệt ở các khu vực 2
ĐBSCL (Phuong và Oanh, 2010). Theo Lefevre và ctv (2011), cá tra là loài hô hấp khí trời không bắt buộc và có khả năng hô hấp trong nước để duy trì quá trình trao đổi chất và chỉ hô hấp trong không khí khi môi trường nước thiếu oxy. Tuy nhiên, hiện có rất ít thông tin nghiên cứu về các đặc điểm sinh học, các phản ứng sinh lý hô hấp của cá tra với các biến đổi của môi trường, đặc biệt là với điều kiện nhiệt độ tăng và tình trạng thiếu oxy trong nước (hypoxia). Ngoài ra, hiện chưa có minh chứng (định lượng) về hình thái học của các cơ quan hô hấp cho thấy cá tra có khả năng hô hấp tốt trong nước và trong không khí, và các thông số này có biến đổi hay không dưới tác động của nhiệt độ và oxy trong nước biến đổi. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện nhằm cung cấp thông tin có giá trị khoa học góp phần đánh giá các tác động của nhiệt độ cao và tình trạng thiếu oxy lên cấu trúc cơ quan hô hấp của cá tra P. hypophthalmus bằng phương pháp mô học lập thể. Đồng thời khảo sát sự tăng trưởng cảu cá Tra dưới tác động của các điều kiện này. Một số chỉ tiêu sinh lý máu của cá cũng được khảo sát khi cá trong tình trạng thiếu oxy (trong quá trình gây mê) và khi cá phục hồi (sau khi gây mê). Ngoài ra, nghiên cứu này cũng khảo sát mối liên hệ giữa sự biến đổi cấu trúc mang (nếu có) với khả năng điều hòa acid-bazo trong máu cá. 1.3 Các nội dung nghiên cứu a) Khảo sát ảnh hưởng của các loại thuốc mê thường dùng trong nuôi trồng thủy sản lên các thông số sinh lý máu cá tra (Pangasianodon hypophthalmus). b) Khảo sát sự biến đổi hình thái của mang và sự tăng trưởng của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) dưới tác động của điều kiện nhiệt độ cao và/hoặc hàm lượng oxy thấp. c) Khảo sát sự tương quan giữa các thông số hô hấp trên mang và bong bóng khí với khối lượng của cá tra (P. hypophthalmus) ở các kích cỡ khác nhau và khảo sát ảnh hưởng của bơ lội lên cấu trúc mang cá Tra bằng phương pháp mô học lập thể. d) Khảo sát sự biến đổi cấu trúc mang lên khả năng điều hòa axit-bazo ở cá Tra P. hypophthalmus. 3
1.4 Ý nghĩa nghiên cứu Kết quả đạt được từ nghiên cứu này sẽ rất cần thiết trong việc tìm ra khả năng thích nghi của loài với nhiệt độ tăng cũng như tìm các biện pháp khắc phục với hậu quả gây ra bởi hiện tượng nóng lên toàn cầu. Từ đó đề ra các chiến lược đối phó với hiện tượng nóng lên toàn cầu và góp phần bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản trong tương lai. Đồng thời, kết quả đạt được từ nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng như nguồn tài liệu sinh lý cá cho các nghiên cứu tiếp sau cũng như đóng vài trò quan trọng trong giảng dạy bởi nguồn tài liệu hiện có về lĩnh vực này còn rất hạn chế. CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung 1: Ảnh hưởng của các loại thuốc mê thường dùng trong nuôi trồng thủy sản lên các thông số sinh lý máu cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) Cá thí nghiệm: P. hypophthalmus 700-1000 g Thuốc mê: Benzocaine (100 mg l-1), Aqui-S (30 mg l-1), MS- 222 (100 mg l-1) Thiết kế thí nghiệm: Ba loại thuốc mê được xem như 3 nghiệm thức. Mỗi nghiệm thức được lặp lại 7 lần (1 cá thể /lần). Cá được gây mê trong bể nhỏ (20 L) chứa từng loại thuốc mê đã chuẩn bị cho đến khi mất trạng thái thăng bằng và bất động. Khi đã được gây mê, cá được đút ống bằng ống nhựa y tế (I.D. 0.58 mm, O.D. 0.96 mm) đã chứa sẵn chất chống đông (heparin nồng độ 50 IE ml-1 trong nước muối sinh lý) vào động mạch lưng (theo Soivio và ctv, 1975). Các mẫu máu được thu tại thời điểm ngay sau khi đút ống, và lần lượt sau 3, 6, 24, 48, 72 giờ từ thời điểm cá phục hồi trong bể nước (200 L) có sục khí và không có thuốc mê. Trong quá trình lấy máu phải thật sự cẩn thận để không làm cá hoảng sợ. Các thông số sinh lý máu: PCO2, pHe, [lactate], Hct, [Hb], RBC, [glucose], [cortisol], [Cl-]e, và [Cl-]i. Thống kê: Phép phân tích thống kê một nhân tố có lặp lại (One-way repeated measures ANOVA) được áp dụng để xác 4
định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các lần thu mẫu cho mỗi thông số sinh lý máu. 2.2 Nội dung 2: Khảo sát sự biến đổi hình thái của mang và sự tăng trưởng của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) dưới tác động của điều kiện nhiệt độ cao và/hoặc hàm lượng oxy thấp Cá thí nghiệm: P. hypophthalmus 12 ± 0.8 g; 2.4 ± 0.05 g Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Cá được bố trí ngẫu nhiên trong 4 bể (20 cá thể/bể 500L) tại nhiệt độ ban đầu 27ᵒC và 92% oxy bão hòa (normoxic). Sau 2 ngày, mẫu mang từ 3 con cá trong mỗi bể được thu và cố định trong dung dịch cố định formaline trung tính 4% như dược mô tả bên trên. Các mẫu mang này được xem như mẫu đối chứng. Số cá còn lại trong 4 bể dần dần được cho thích nghi với các điều kiện nhiệt độ và oxy khác nhau: 27ᵒC & normoxia; 27ᵒC & hypoxia; 33ᵒC & normoxia; 33ᵒC & hypoxia. Mức nhiệt độ và PO2 trong điều kiện thí nghiệm được duy trì và kiểm soát thông qua phần mềm Commander Pacific thuộc công ty OxyGuard® Pacific (Farum, Đan Mạch), với độ chính xác dao động lần lượt là ±0.5ᵒC và ±5% oxy bão hòa. Cá được bố trí trong điều kiện trên trong 5 tuần. Sau đó, 5 cá thể ở mỗi bể được thu mẫu. Khối lượng và chiều dài cơ thể của mỗi con cá được ghi nhận; đồng đời mẫu mang cũng cố định trong formaline trung tính 4%. Thí nghiệm 2: Mỗi cá thể cá được cân và đo chiều dài cơ thể, và được đánh dấu bằng một PIT tag (chiều dài khoảng 0.5cm) được tiêm vào trong cơ lưng của cá. Sau đó, cá được bố trí trong 4 bể (30 con cá/bể 500L) ở nhiệt độ ban đầu 27ᵒC và 92% oxy bão hòa (normoxic). Sau 2 ngày, cá dần dần được cho thích nghi với các điều kiện nhiệt độ và oxy trong nước như sau: 27ᵒC & normoxia; 27ᵒC & hypoxia; 33ᵒC & normoxia; 33ᵒC & hypoxia. Cá sau đó được cho ăn 2 lần mỗi ngày bằng thức ăn viên, thức ăn thừa được loại bỏ mỗi ngày. Sau mỗi 2 tuần, khối lượng và chiều dài cơ thể của mỗi con cá (đã được đánh dấu) trong các bể được ghi nhận và từ đó có thể ước tính tỷ lệ tăng trưởng của cá. Thí nghiệm được tiến hành 5
trong khoảng thời gian 4 tháng. Sau 4 tháng, mẫu mang (n=6/bể) cũng được thu và cố định trong dung dịch cố định formaline trung tính 4% như dược mô tả bên trên. Phương pháp Stereology: Quy trình xử lý, đúc khối và cắt mẫu sẽ được thực hiện theo phương pháp được mô tả trong da Costa và ctv (2007). Trên mỗi cung mang, các phần xương sụn cứng được cẩn thận loại bỏ sao cho các tia mang trên cung mang đó vẫn còn liên kết với nhau và không bị tổn hại. Phần mô mang này được thu mẫu theo tỷ lệ phù hợp tùy theo kích cỡ (Gundersen và ctv, 1988), và lần lượt được khử nước trong các dung dịch ethanol có nồng độ khác nhau (từ 70% đến 99%) và các dung dịch Technovit 7100, và được đúc khối trong dung dịch methyl methacrylate Technovit®7100. Mỗi mô mang trong một khối sẽ được xoay 40ᵒ so với mô mang được đúc trước đó. Khối này sẽ được cắt theo chiều dọc (vertical uniform random sections - VUR theo Baddeley và ctv, 1986) bằng máy cắt mẫu (microtorm). Tổng số 8-10 lát cắt (3 µm/lát cắt) sẽ được chọn trong một khối. Các lát cắt được chọn sẽ được nhuộm với thuốc nhuộm Eosin & Haematoxylin trước khi khảo sát dưới kính hiển vi. Bằng cách áp dụng phần mềm NewCast (VIS®, Olympus, Denmark), các thông số về thể tích và diện tích bề mặt hô hấp của mang được định lượng bằng hệ thống đếm điểm (Points counting system) và hệ thống đếm đoạn (test lines system) (Gundersen và ctv, 1988; Howard và Reed, 1998; Michel và Cruz-Orive, 1988); khoảng cách khuếch tán trên mang được xác định theo Jensen và ctv (1979). Thống kê: Phép kiểm định Two-way MANCOVA (Ramos và ctv, 2012) được áp dụng để kiểm tra tác động có ý nghĩa thống kê của các nhân tố nhiệt độ, oxy, ký sinh trùng lên các thông số hô hấp trên mang. Two-way ANOVA được áp dụng để kiểm định tác động có ý nghĩa thống kê của nhiệt độ và/hoặc oxy lên tăng trưởng của cá Tra thí nghiệm đồng thời so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức trong mỗi đợt thu mẫu. 2.3 Nội dung 3: Khảo sát sự tương quan giữa các thông số hô hấp trên mang và bong bóng khí với khối lượng của cá tra (P. hypophthalmus) 6
Cá thí nghiệm: P. hypophthalmus, 4.5 ± 0.8 g (n=6); 24.3 ± 0.7 g (n=6); 276 ± 19 g (n=6); 703 ±41 g (n=4); 1760 ± 160 g (n=2); và 50.1±1.0 g (n=40) Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Mang và bong bóng khí của cá Tra ở các kích cỡ khác nhau: 5 ± 0.8 g (n=6); 24.3 ± 0.7 g (n=6); 276 ± 19 g (n=6); 703 ±41 g (n=4); 1760 ± 160 g (n=2) được thu cẩn thận và cố định trong formalin trung tính 4%, sau đó được xử lý và phân tích theo phương pháp stereology như mô tả bên trên. Thí nghiệm 2: Hai nhóm cá (50.1±1.0 g; n=20) được thuần ở 27°C và 33ᵒC với điều kiện normoxia trong thời gian 30 ngày. Mang cá ở 2 nghiệm thức được thu (n=6) và xem như nhóm đối chứng. Các mẫu mang này được cố định và phân tích bằng phương pháp stereology như mô tả bên trên. Cá còn lại được sử dụng cho thí nghiệm bơi lội. Mỗi cá thể cá được đặt vào máy kích thích bơi lội (Swimming respirometer, Loligo Systems, Tjele, Denmark) trong 16h, với tốc độ bơi 1BL/s (1 body length/s), sau đó tăng dần đến 5 BL/s. Nước và không khí trong các khoang máy được tự động làm mới; nhiệt độ và oxy trong nước được duy trì như điều kiện thuần cá ban đầu. Nguyên lý hoạt động của máy được mô tả chi tiết trong Lefevre và ctv (2013). Thí nghiệm kết thúc trong khoảng 20h, sau đó mang cá được thu và xử lý theo phương pháp stereology. Thống kê: Phép phân tích thống kê hai nhân tố (Two-way ANOVA) được áp dụng để kiểm định sự tác động có ý nghĩa của hoạt động bơi lội và nhiệt độ lên diện tích bề mặt hô hấp của mang; Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính được áp dụng để xác định sự tương quan của các thông số hô hấp trên mang và bong bóng khí với khối lượng cá. 2.4 Nội dung 4: Khảo sát sự biến đổi cấu trúc mang lên khả năng điều hòa axit-bazo ở cá Tra P. hypophthalmus Cá thí nghiệm: P. hypophthalmus (400-500 g) Thiết kế thí nghiệm: Hai nhóm cá (433±28 g, n=6) được thuần trong các điều kiện oxy khác nhau: hypoxia (30% không 7
khí bão hòa) và hyperoxia (>120% không khí bão hòa), trong 24h ở 30ᵒC. Sau đó, cá trong mỗi nghiệm thức được gây mê và đút ống PE50 vào động mạch lưng như mô tả trong thí nghiệm ở Nội dung 1 (Soivio et al., 1975). Cá sau khi đút ống được phục hồi trong điều kiện thuần ban đầu. Sau 24h, 3% khí CO2 (22mmHg) được sục vào các bể cá đã đút ống, và các mẫu máu lần lượt được thu sau 0, 4, 8, 18, và 24h. Khi kết thúc thí nghiệm, mang cá được thu và xử lý theo phương pháp stereology như mô tả bên trên. Các chỉ tiêu sinh lý máu: PaCO2, pHe, Hct, [Na+], [Cl-], và áp suất thẩm thấu (ASTT) Thống kê: Phép phân tích thống kê hai nhân tố có lặp lại (Two-way repeated measures ANOVA) được áp dụng để xác định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các lần thu mẫu cho mỗi thông số sinh lý máu. CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nội dung 1: Ảnh hưởng của các loại thuốc mê thường dùng trong nuôi trồng thủy sản lên các thông số sinh lý máu cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) Ngay sau thời điểm đút ống, sự acid hóa huyết tương xãy ra đáng kể nhưng sau đó trở về giá trị bình thường kể từ thời điểm 6 đến 24 giờ. PCO2 trong động mạch cũng tăng lên trong thời điểm này đặc biệt ở nhóm cá gây mê bằng Benzocaine (lên đến 6 mmHg). Trong quá trình phục hồi, PCO2 giảm còn 2.5 mmHg ở tất cả các nghiệm thức. Ngay sau khi đút ống, [HCO3-] của cá ở nghiệm thức MS-222 giảm nhưng chỉ số này phục hồi sau 6 giờ và ở mức 9 mmol l-1. Đồ thị Davenport cho thấy trạng thái hô hấp của cá tra (P. hypophthalmus) trong và sau khi tiến hành gây mê ở 3 nghiệm thức, đồng thời cũng cho thấy sự giảm thấp của pHe ngay sau khi đặt ống gây ra sự acid hóa máu. Hiện có rất nhiều nghiên cứu về điều hòa acid/base và điều hòa ion trên nhiều loài cá hô hấp trong nước nhưng các nghiên cứu tương tự về các loài cá có thể hô hấp khí trời còn 8
khá ít (Shartau và Brauner, 2014). Sự rối loạn điều hòa acid/base gây ra tình trạng tăng PCO2 giảm pHe có thể xuất phát từ điều kiện môi trường bất lợi như hàm lượng oxy thấp và CO2 cao cũng như khi cá hoạt động quá mức (Baker và ctv, 2009; Shartau và Brauner, 2014). Hô hấp trong không khí gắn liền với sự tăng lên của PCO2 do sự khác nhau về khả năng hòa tan của CO2 trong nước và không khí (Dejours, 1981). Thêm vào đó, khả năng điều hòa pHe của cá hô hấp khí trời thường thấp, điều này có thể do sự tiêu giảm của mang và và giảm sự tuần hoàn máu qua các cung mang và cho thấy cần thiết phải có sự cân bằng giữa nhu cầu oxy hấp thu với khả năng trao đổi ion và điều hòa pH của cá hô hấp khí trời (Ishimatsu và Itazawa, 1983; Shartau và Brauner, 2014). Nghiên cứu này đã chứng tỏ khả năng điều hòa nhanh pHe trên cá tra và điều này là đặc biệt đối với một loài cá hô hấp khí trời. Đồng thời khả năng điều hòa nhanh acid/base trên loài cá này khi gây mê có thể được thực hiện giống như trên một loài cá hô hấp hoàn toàn trong nước chẳng hạn như cá hồi. 9
9 7 5 4 AquiS 3 14 [HCO3-] (mmol l-1) 12 10 6h 2 3h 8 72h 6 0h 1 4 (a) 9 7 5 4 14 MS222 3 [HCO3-] (mmol l-1) 12 10 3h 6h 2 8 72h 6 1 0h 4 (b) 9 7 5 4 14 3 Benzocaine 6h [HCO3-] (mmol l-1) 12 3h 10 2 8 0h 72h 6 1 4 (c) 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 pHe Hình 3.1 Biểu đồ Davenport: (a) Aqui-S, (b) MS222, và (c) Benzocaine 3.2 Nội dung 2: Khảo sát sự biến đổi hình thái của mang và sự tăng trưởng của cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) dưới tác động của điều kiện nhiệt độ cao và/hoặc hàm lượng oxy thấp Kết quả từ thí nghiệm này cho thấy diện tích bề mặt mang cá có sự biến đổi theo thời gian thí nghiệm, theo sự biến đổi của nhiệt độ và oxy trong môi trường nước (Hình 3.2A, B). Tại thời điểm bắt đầu thí nghiệm ở 27ᵒC & normoxic, cá có kích cỡ nhỏ (12.4±0.8 g) có diện tích bề mặt hô hấp của mang cao (212±22 mm2 g-1). Tuy nhiên, sau 5 tuần ở cùng điều kiện 27ᵒC, however, diện tích mang giảm mạnh còn 12.9±7.9 mm2 g-1 ở nhóm normoxia, và 4.9±2.3 mm2 g-1 ở nhóm hypoxia mặc dù không có khác biệt ý nghĩa thống kê giữa 2 10
nhóm này (P>0.05). Qua hình ảnh mô học mặt cắt ngang của lá mang của cá ở 2 nhóm này cho thấy lá mang bị lấp bởi tế bào ILCM (Hình 3.3), giống hiện tượng phát hiện ở cá chép (Sollid và ctv, 2003). Tuy nhiên, cá ở nhóm 33ᵒC và hypoxia có diện tích bề mặt mang lớn (208±29 mm2 g-1) (Hình 3.2B). Kết quả ở thí nghiệm 2 cũng tương tự thí nghiệm đầu, sau 16 tuần thí nghiệm ở cùng điều kiện như thí nghiệm 1, cá ở nhóm nhiệt độ thấp có diện tích mang thấp hơn nhiều so với nhóm ở nhiệt độ cao, với 133±25 mm2 g-1 ở nhóm 33ᵒC & normoxia, 160±19 mm2 g-1 ở nhóm 33ᵒC & hypoxia, gấp 6.5 đến 8.0 lần so với các nhóm ở 27ᵒC. Các thông số diện tích mang cá Tra cho thấy tương đương các loài cá hô hấp trong nước và cao hơn so với cá hô hấp khí trời khác; ngoài ra, khoảng cách khuếch tán trên mang cá tra rất thấp (Hình 3.4). Kết quả này đã chứng minh được rằng mặc dù là loài hô hấp khí trời, tuy nhiên cá Tra có mang phát triển, giúp cá có khả năng trao đổi khí tốt trong môi trường nước. A B 16000 27oC & 92% (Beginning) 250 27oC & 92% (I) Respiratory lamella surface area (mm2) 27oC & 35% (I) 14000 33oC & 92% (I) a a 33oC & 35% (I) 200 Surface area/Mass (mm2 g-1) 27oC & 92% (II) 12000 27oC & 92%* (II) 33oC & 92% (II) 10000 33oC & 92%* (II) 150 ac 8000 6000 100 4000 50 c b 2000 b b 0 b 0 0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5 6 Fish mass (g) Time (weeks) Hình 3.2 Diện tích bề mặt hô hấp của lá mang thứ cấp của cá Tra (P. hypophthalmus) dưới các điều kiện nhiệt độ và/hoặc oxy khác nhaua sau 5 tuần (I) và 1 tuần phục hồi trong điều kiện oxy bình thường (II), với (A) trình bày kết quả trên từng cá thể; (B) trình bày kết quả trung bình của nhóm theo khối lượng cá 11
Hình 3.3 Mang của cá Tra Pangasianodon hypophthalmus ở 27ᵒC & Normoxia (hình trái) và ở 33ᵒC & Hypoxia (hình phải) 12 Dogfish Climbing perch Brown Bullhead 10 Water-blood diffusion distance ( m) Arapaima 8 Arapaima Icefish Rainbow trout 6 4 Stinging catfish Wolf fish Tench Snakehead Horse Mackerel Walking catfish 2 Striped catfish Mud Skipper Tuna Striped catfish Striped catfish Striped catfish Striped catfish 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2 -1 Branchial surface area (mm g ) Hình 3.4 Diện tích bề mặt hô hấp và khoảng cách khuếch tán trên mang của các loài cá khác nhau. Cá hô hấp trong nước (chấm tròn trắng); cá hô hấp khí trời không bắt buộc (chấm trắng-đen); cá hô hấp khí trời bắt buộc (chấm đen) Thí nghiệm trên tăng trưởng của cá cho thấy rằng cả nhiệt độ và oxy đều tác động lớn đến tăng trưởng của cá. Trong quá trình thí nghiệm, chúng tôi quan sát thấy cá ở nhóm nhiệt độ 33ᵒC bơi lội rất linh hoạt và năng động lấy thức ăn, và nhóm này tăng trưởng rất nhanh so với các nhóm ở 27ᵒC (P
trưởng thấp, ở normoxia và hypoxia lần lượt là 26.5±1.7 g và 17.4±2.1 g. Trong cùng điều kiện nhiệt độ 33ᵒC, cá ở normoxia tăng trưởng cao hơn cá ở hypoxia (P0.05). Tỷ lệ tăng trưởng đặc thù (SGR) của nhóm ở nhiệt độ 33ᵒC cao hơn nhiều so với nhóm ở 27ᵒC (Hình 3.6). Trong 10 tuần đầu, nhóm ở 33ᵒC đạt được sự gia tăng đáng kể, trên 4% trọng lượng cơ thể mỗi ngày, gấp đôi so với nhóm ở 27ᵒC. 200 180 c 160 140 b c Fish mass (g) 120 c b 100 80 b c 60 b 40 c b a a a a 20 a a a a a a 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time (weeks) Hình 3.5 Tăng trưởng của cá Tra (P. hypophthalmus) được nuôi ở các điều kiện khác nhau, với 33ᵒC & normoxia (vuông trắnge), 33ᵒC & hypoxia (vuông đen), 27ᵒC & normoxia (tròn trắng), và 27ᵒC & hypoxia (tròn đen). Các ký tự khác nhau diễn tả sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giưa các nghiệm thức (P
Hình 3.6 Sự tăng trưởng đặc biệt (SGR) của cá Tra (P. hypophthalmus) được nuôi ở các điều kiện khác nhau 3.3 Nội dung 3: Khảo sát sự tương quan giữa các thông số hô hấp trên mang và bong bóng khí với khối lượng của cá tra (P. hypophthalmus) Kết quả tương quan giữa diện tích bề mặt hô hấp của mang với khối lượng cá được thể hiện qua Hình 3.7. Hệ số tương quan của diện tích bề mặt hô hấp thật của mang (phần lá mang tiếp xúc với môi trường nước) và diện tích bề mặt hô hấp tiềm tàng của mang (bao gồm phần lá mang bị lắp bởi ILCM và phần tiếp xúc với nước) lần lượt là 0.83 và 0.92. Giá trị ADF của mang tiềm tàng ở cá 100g là 1002.4 cm2µm-1kg-1, lớn gấp 3 lần giá trị ADF của mang cá ở điều kiện bình thường với cùng kích cỡ cá (361.3 cm2µm-1kg-1). Mang cá ở điều kiện 27ᵒC & normoxia có diện tích bề mặt hô hấp thấp do lá mang bị lấp bởi ILCM, kết quả này trùng khớp với nghiên cứu của Phuong và ctv (2017). Mặc dù ở điều kiện bình thường, diện tích bề mặt mang thấp, giá trị ADF của mang vẫn cao (361.3 cm2µm-1kg-1) tương đương với các loài cá hô hấp trong nước như cá hồi (Bảng 3.1). Khi nhu cầu oxy của cá cao do nhiệt đô môi trường tăng hoặc do cá hoạt động bơi lội nhiều, cá có thể tăng khả năng trao đổi khí trên mang bằng cách giảm lượng tế bào ILCM trên mang. Thật vậy, khi mang không bị lấp bởi ILCM, giá trị ADF của mang cá Tra cao hơn hầu hết các loài cá hô hấp trong nước và cao hơn rất nhiều so với các loài cá hô hấp trong không khí (Bảng 3.1). 14
6.0 Lamellar SA (exposed to water) Potential lamellar SA 5.5 33oC & Swimming 33oC & Control 27oC & Swimming 5.0 27oC & Control Log [Lamellar SA] 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Log [Body mass] Hình 3.7 Sự tương quan giữa diện tích bề mặt hô hấp của mang với khối lượng của cá Tra Pangasianodon hypophthalmus. Với Y= 0.833X+1.9999, R2 =0.776 (Đường liền nét); và Y= 0.919X+2.333, R2=0.873 (Đường không liền nét) 15
Tương tự ở mang, diện tích bề mặt hô hấp của bong bóng khí cá Tra cũng tương quan tuyến tính với khối lượng cá, với hệ số tương quan là 0.71 (r2, 0.94) (Hình 3.8A). Thể tích của bong bóng khí cũng tương quan với khối lượng cá, với hệ số tương quan xấp xỉ là 1.0 (Hình 3.8B). Giá trị ADF của bong bóng khí là 308 cm2µm-1kg-1, góp 46% vào quá trình trao đổi khí của cá Tra ở điều kiện bình thường 27ᵒC & normoxia. 5.0 A 4.5 Log (Swim bladder SA, mm2) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 6 B Log (Swim bladder/Air Volume, mm3) 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Log (Body mass, g) Hình 3.8 Sự tương quan giữa các thông số hô hấp của bong bóng khí với khối lượng cá Tra P. hypophthalmus. (A) Diện tích bề mặt hô hấp với khối lượng cá, Y= 0.714X+2.069, R2 =0.940; (B) Thể tích bong bóng khí (xám) và thể tích của khoang chứa khí trong bong bóng khí (trắng) với khối lượng cá, lần lượt có Y= 1.357X+0.736, R2=0.973, và Y=1.482X+0.331, R2=0.967 16
Bảng 3.1 Anatomic diffusion factor (ADF) cảu mang và cơ quan hô hấp khí trời (ABO) của các loài cá khác nhau ở cùng kích cỡ (100 g) Mang ABO Loài (100g ) ADF % của ADF % của (cm2µm-1kg- tổng Loại (cm2µm- tổng 1 1 ) ADF kg-1) ADF Chaenocephalus aceratus 200.00 100.00 Hoplias malabaricus 759.49 100.00 Oncorhynchus mykiss 400.00 100.00 Tinca tinca 833.33 100.00 Anabas testudineus 47.20 2.43 Sc 371.43 19.12 Lo 1523.81 78.45 Arapaima gigas 81.17 0.82 Sb 9863.64 99.18 Channa punctatus 354.68 41.37 As 502.56 58.63 Boleophthalmus boddarti 517.48 90.80 Oc 52.46 9.20 Heteropneustes fossilis 156.42 42.44 Sk 20.27 5.50 As 191.88 52.06 Lepidosiren paradoxa 0.05 0.00 L 3357.05 99.80 Sk 6.83 0.20 Pangasianodon hypophthalmus 361.27 53.97 Sb 308.10 46.03 P. hypophthalmus (tiềm tàng) 1002.38 76.49* Sb 308.10 23.51* As air sac; Sk skin; Sc suprabranchial chamber; Sb swim bladder; L lung; St stomach; Oc opercular chamber; Gf gill fans; Ao Arborescent organ; Lo labyrinth organ * ADF cảu bong bóng khí được giả định là không thay đổi. Kết quả trong thí nghiệm bơi lội cho thấy rằng, cấu trúc mang cá Tra có sự biến đổi lớn giữa trước và sau khi bơi (Hình 3.9A, B). Như dự đoán, mang của cá trước khi bơi bị lấp bởi ILCM; tuy nhiên, sau khoảng 20h bơi, các tế bào ILCM trên mang hầu như biến mất (Fig. 3.9B). Và thí nghiệm này cũng cho thấy cả nhiệt độ và hoạt động bơi đều tác động lớn đến diện tích bề mặt hô hấp của mang (P
Tương tự, nghiên cứu này cũng phát hiện mang cá Tra ở điều kiện 27ᵒC & normoxia bị lấp bởi ILCM. Sau 20h bơi, diện tích bề mặt mang tăng cao (Hình 3.9C). Hình 3.9 Mang của cá Tra Pangasianodon hypophthalmus. (A) Trước khi bơi, (B) Sau khi bơi; (C) Diện tích bề mặt hô hấp cảu mang cá Tra trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau. (*) diễn tả sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức (P