Luận văn Ảnh hưởng của co2, nhiệt độ và nitrit lên sự cân bằng axít - Bazơ, các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN PHAN VĨNH THỊNH 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) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN LUẬN ÁN TIẾN SĨ 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) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN MÃ SỐ NGÀNH: 62620301 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Gs.Ts. NGUYỄN THANH PHƯƠNG Gs. Ts. TOBIAS WANG 2019 i THÔNG TIN NGHIÊN CỨU SINH Họ tên: PHAN VĨNH THỊNH. Giới tính: Nữ. Ngày tháng năm sinh: 07-09-1988; nơi sinh: Cần Thơ. Điện thoại: (+84) 976540270. Đơn vị công tác: Địa chỉ: 190/1 hẻm 534 đường 30/4, phường Hưng Lợi, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ. Tốt nghiệp Đại học ngành: Bệnh học Thủy sản, năm học 2007-2011, Trường Đại học Cần Thơ. Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành: Nuôi trồng Thủy sản, năm học 2012-2014, Trường Đại học Cần Thơ. Hình thức đào tạo tiến sĩ: không tập trung; Thời gian đào tạo: 4 năm Tên luận án tiến sĩ: 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) Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản; Mã ngành: 62620301. Người hướng dẫn chính: GS.TS. Nguyễn Thanh Phương, Trường Đại học Cần Thơ. Người hướng dẫn phụ: GS.TS. Tobias Wang, Trường Đại Học Aarhus, Đan Mạch ii LỜI CẢM TẠ Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Cô hướng dẫn, Thầy Nguyễn Thanh Phương và Cô Đỗ Thị Thanh Hương. Thầy Cô đã cho tôi cơ hội được học chương trình nghiên cứu sinh; nhiệt tình hướng dẫn, dạy bảo cũng như động viên và khuyến khích tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và làm thí nghiệm. Bên cạnh, tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giáo sư Tiến sĩ Tobias Wang, người đã hướng dẫn và chỉ dạy tôi kỹ thuật phẫu thuật đặt dẫn lưu mạch máu trên lươn, góp ý kiến trong quá trình thí nghiệm và viết bài báo. Lời cảm ơn sâu sắc của tôi xin gởi đến Phó Giáo sư Tiến sĩ Mark Bayley, người rất nhiệt tình chỉ dạy và hướng dẫn tôi từ những ngày đầu tham gia dự án cũng như luôn quan tâm giúp đỡ tôi trong thời gian tôi học tập ở trường Đại học Aarhus, Đan Mạch. Tất cả sự giúp đỡ chân thành của các Thầy Cô ngay từ những ngày tôi mới tham gia dự án là động lực rất lớn để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Bên cạnh, tôi xin gửi lời cám ơn đến các Anh Chị Bộ môn Dinh dưỡng và Chế biến Thủy sản, Khoa Thủy sản, các Anh Chị đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báo về tiến hành thí nghiệm cũng như viết bài báo khoa học. Tôi gởi lời cảm ơn đến các bạn nghiên cứu sinh của dự án iAQUA như chị Nguyễn Thị Kim Hà, chị Lê Mỹ Phương, em Lê Thị Hồng Gẩm và em Đặng Diễm Tường đã chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, cảm ơn chân thành đến em Lê Thị Hồng Gẩm luôn chia sẻ, giúp đỡ, động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian làm thí nghiệm gặp khó khăn và đã giúp đỡ tôi trong thời gian tôi mang thai cũng như trong những chuyến đi Đan Mạch cùng nhau. Tôi cảm ơn tất cả các em sinh viên Nguyễn Quốc Lĩnh, Võ Minh Huy, Bùi Thị Huế Anh, Trần Văn Đình và Phạm Hiếu Đang đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện thí nghiệm. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ đã dạy bảo và giúp đỡ tôi trong thời gian tôi học tập. Xin cảm ơn đến dự án iAQUA, tổ chức DANIDA (Đan Mạch) đã tạo điều kiện và hỗ trợ tài chính cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Hơn tất cả, tôi muốn gửi lời biết ơn sâu sắc đến sự quan tâm chăm sóc, hỗ trợ tinh thần, tài chính của Ba Mẹ hai bên và gia đình cũng như sự thông cảm chia sẻ của chồng tôi. Và lời cảm ơn đặc biệt xin dành cho Mẹ tôi đã giúp tôi chăm sóc con tôi trong suốt thời gian tôi học và làm thí nghiệm. Cuối cùng, tôi gửi lời cảm ơn đến rất nhiều lươn đồng đã hy sinh cho tôi trong suốt nghiên cứu này. iii TÓM TẮT 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, 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 quan trọng trong quá trình bài tiết H+ 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 PaCO2 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 iv 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 PaCO2 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. Từ khóa: lươn đồng, điều hòa axít - bazơ, CO2 cao, pH ngoại bào, pH nội bào, PaCO2, nhiệt độ, nitrit. v ABSTRACT Swamp eel (Monopterus albus) is an economical value species and is popularly farmed in Vietnam, especially in the Mekong River Delta. 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 vi regulation if compared to that of nitrite exposure at low temperatures, typically the increase of PaCO2 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. Key words: Monopterus albus, acid-base regulation, hypercapnia, extracellular pH, intracellular pH, temperature, nitrite. vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận án này được hoàn thành dựa trên tất cả các kết quả nghiên cứu do tôi thực hiện. Tất cả các số liệu và kết quả được trình bảy trong luận án hoàn toàn trung thực, chưa từng được tác giả khác công bố trước đây và chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Dự án iAQUA hoàn toàn có thể sử dụng tất cả các số liệu và các kết quả của luận án này. Cần Thơ, ngày tháng năm 2019 Tác giả Phan Vĩnh Thịnh viii MỤC LỤC Trang THÔNG TIN NGHIÊN CỨU SINH .............................................................. i LỜI CẢM TẠ ................................................................................................ ii TÓM TẮT.....................................................................................................iii ABSTRACT ................................................................................................... v MỤC LỤC .................................................................................................. viii DANH SÁCH HÌNH .................................................................................... xi DANH SÁCH BẢNG ................................................................................. xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... xv PHẦN I GIỚI THIỆU ................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................ 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................... 3 1.3 Ý nghĩa của nghiên cứu .................................................................. 3 1.4 Nội dung nghiên cứu ....................................................................... 4 1.5 Điểm mới của luận án ..................................................................... 4 1.6 Tính ứng dụng của luận án ............................................................. 4 PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 5 2.1 Đặc điểm sinh học và sinh trưởng của Lươn đồng ........................ 5 2.1.1 Hệ thống phân loại ................................................................ 5 2.1.2 Phân bố và đời sống .............................................................. 5 2.1.3 Hình thái cấu tạo ................................................................... 6 2.1.4 Đặc điểm dinh dưỡng và sinh trưởng ..................................... 6 2.1.5 Hiện trạng nuôi lươn đồng ..................................................... 7 2.2 Sự điều hòa axít - bazơ của động vật.............................................. 8 2.3 Ảnh hưởng của CO2 cao trong môi trường đến đời sống động vật thủy sinh ..................................................................................... 14 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên đời sống động vật thủy sinh ............. 8 2.5 Ảnh hưởng của nitrit trong nước lên đời sống động vật thủy sinh ... 16 PHẦN III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 20 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................ 20 3.2 Đối tượng nghiên cứu.................................................................... 20 3.3 Nội dung nghiên cứu ..................................................................... 20 3.3.1 Khảo sát các chỉ tiêu môi trường nước trong các bể nuôi lươn đồng .................................................................................... 21 3.3.2 Nội dung 1: Ảnh hưởng của CO2 lên sự cân bằng axít - bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng ................................ 21 3.3.3 Nội dung 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự cân bằng axít - bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng ........................... 23 3.3.4 Nội dung 3: Ảnh hưởng kết hợp của CO2 và nhiệt độ lên sự cân bằng axít - bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng . 25 3.3.5 Nội dung 4: Ảnh hưởng kết hợp của CO2 và nitrit lên sự cân bằng axít - bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng . 26 ix 3.3.6 Nội dung 5: Ảnh hưởng kết hợp của nhiệt độ và nitrit lên sự cân bằng axít-bazơ và các chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng. ................................................................................... 28 3.4 Phương pháp phân tích ................................................................ 29 3.4.1 Phương pháp đút ống trực tiếp vào động mạch của lươn đồng .................................................................................... 29 3.4.2 Các chỉ tiêu pH, pCO2 và HCO3- trong máu ......................... 29 3.4.3 Các chỉ tiêu huyết học ......................................................... 29 3.4.4 Phương pháp phân tích các ion ............................................ 30 3.4.5 Phương pháp đo và phân tích các chỉ tiêu môi trường .......... 30 3.4.6 Phương pháp đo và phân tích các chỉ tiêu trong nước tiểu ... 31 3.4.7 Phương pháp đo pH nội bào ................................................ 31 3.5. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................... 31 PHẦN IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 34 4.1 Kết quả khảo sát môi trường nước nuôi lươn đồng theo mô hình nuôi bằng giá thể nilon với các kích cỡ lươn khác nhau ........... 34 4.2 Ảnh hưởng của điều kiện CO2 môi trường cao lên sự cân bằng axít-bazơ của lươn đồng ............................................................. 36 4.2.1 Khả năng đệm non-bicarbonate (βNB) của máu lươn đồng ... 36 4.2.2 Ảnh hưởng của CO2 cao lên điều hòa axít - bazơ trong máu lươn đồng............................................................................ 37 4.2.3 Ảnh hưởng của CO2 môi trường cao lên sự bài tiết axít ....... 41 4.2.4 Vai trò của thận trong quá trình điều hòa axít - bazơ trong máu lươn đồng............................................................................ 43 4.2.5 Ảnh hưởng của điều kiện CO2 cao lên một số chỉ tiêu sinh lý máu của lươn đồng nhỏ ....................................................... 45 4.2.6 Thảo luận ............................................................................ 47 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên điều hòa axít - bazơ của lươn đồng 51 4.3.1 Ảnh hưởng cấp tính của nhiệt độ lên quá trình điều hòa axít - bazơ của lươn lớn............................................................... 51 4.3.2 Ảnh hưởng cấp tính của nhiệt độ lên sự điều hòa pH nội bào của lươn đồng lớn ............................................................... 54 4.3.3 Ảnh hưởng mãn tính của nhiệt độ lên sự điều hòa axít-bazơ và chỉ tiêu huyết học của lươn nhỏ........................................... 56 4.3.4 Thảo luận ............................................................................ 59 4.4 Ảnh hưởng kết hợp của nhiệt độ và CO2 cao lên sự điều hòa axít- bazơ của lươn đồng .................................................................... 63 4.4.1 Ảnh hưởng kết hợp của nhiệt độ và CO2 cao lên sự điều hòa axít-bazơ của lươn đồng lớn ................................................ 63 4.4.2 Ảnh hưởng kết hợp của nhiệt độ và CO2 cao lên sự điều hòa axít-bazơ và chỉ tiêu huyết học của lươn đồng nhỏ .............. 66 4.4.3 Thảo luận ............................................................................ 69 4.5 Ảnh hưởng cấp tính của kết hợp CO2 và nitrit lên sự cân bằng axít - bazơ của lươn đồng Monopterus albus .................................... 70 x 4.5.1 Ảnh hưởng kết hợp của CO2 cao và nitrit lên sự cân bằng axít - bazơ của lươn đồng lớn ....................................................... 70 4.5.2 Ảnh hưởng kết hợp của CO2 cao và nitrit lên một số chỉ tiêu sinh lý máu của lươn nhỏ .................................................... 73 4.5.3 Thảo luận ............................................................................ 78 4.6 Ảnh hưởng kết hợp của nhiệt độ và nitrit lên quá trình cân bằng axít-bazơ của lươn đồng ............................................................. 82 4.6.1 Ảnh hưởng cấp tính của nitrit khi nhiệt độ gia tăng từ 20 đến 35°C lên quá trình điều hòa axít-bazơ của lươn lớn ............. 82 4.6.2 Ảnh hưởng mãn tính của nitrit với các mức nhiệt độ khác nhau lên sự điều hòa axít - bazơ và các chỉ tiêu huyết học của lươn nhỏ ...................................................................................... 85 4.6.3 Thảo luận ............................................................................ 89