Ứng dụng mô hình hóa xác định nhu cầu năng lượng và protein để phát triển thức ăn cho cá lóc (channa striata)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGÔ MINH DUNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA XÁC ĐỊNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ PROTEIN ĐỂ PHÁT TRIỂN THỨC ĂN CHO CÁ LÓC (Channa striata) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Mã ngành 62 03 01 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGÔ MINH DUNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA XÁC ĐỊNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ PROTEIN ĐỂ PHÁT TRIỂN THỨC ĂN CHO CÁ LÓC (Channa striata) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Mã ngành 9 62 03 01 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs. Ts. TRẦN THỊ THANH HIỀN PGs.Ts. BÙI MINH TÂM 2018 i LỜI CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi (thuộc Dự án AquaFish Innovation Lab). Tất cả các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong thời gian trước đây bởi tác giả khác. Cần Thơ, ngày . tháng . năm 2018 TÁC GIẢ NGÔ MINH DUNG ii LỜI CẢM TẠ Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Khoa Thủy sản trường Đại hoc Cần Thơ và Trung tâm Khảo nghiệm, Kiểm nghiệm, Kiểm định Nuôi trồng Thủy sản Vùng I đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện chương trình Nghiên cứu sinh trong những năm qua. Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Chủ nhiệm Khoa Thủy sản; Bộ môn Dinh dưỡng và Chế biến Thủy sản, Khoa Thủy sản; Phòng Đào tạo và Phòng Quản lý Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ đã rất nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành chương trình học tập và nghiên cứu. Cám ơn Dự án Aquafish Innovation Lab đã hỗ trợ kinh phí thực hiện nghiên cứu. Tôi xin trân trọng và bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô hướng dẫn PGs.Ts. Trần Thị Thanh Hiền trong những năm qua đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành quyển Luận án này. Xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGs.Ts. Bùi Minh Tâm đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy, Cô Ths. Trần Lê Cẩm Tú, Ks. Nguyễn Văn Khánh đã tận tình góp ý và hỗ trợ để giúp tôi hoàn thiện luận án; cùng tất cả quý Thầy Cô trong Khoa Thủy sản đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường. Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn Huỳnh Phan Tuyên, Nguyễn Thị Long Châu và các em sinh viên đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị và các bạn Nghiên cứu sinh các Khóa 2010 và 2011 đã cùng tôi gắn bó, giúp đỡ nhau trong suốt thời gian học tập tại Khoa. Cuối cùng xin được biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã chia sẻ, giúp đỡ và động viên tinh thần để tôi có được kết quả ngày hôm nay. NGÔ MINH DUNG iii ABSTRACT The study on nutritional characteristics and application of bioenergetic modelling to determine the nutritional requirement of snakehead fish (Channa striata) was conducted as a basis to formulate diets for snakehead commercial aquaculture. The first experiment was to describe the development of histomorphology, digestive enzymes and the efficient weaning methods from trash fish to formulated diet for early stage of snakehead larval development. The experiment was conducted with two treatments: (i) Moina sp. and marine trash fish; and (ii) trash fish was replaced by formulated diet from the 17th day. The results showed that after three days of hatching, larvae did food uptake well, but the digestive tract was not differentiated. The gastric gland appeared on the 12th day revealing that the digestive tract was functional. Proteolytic enzymes were detected at low level as early as hatching and remained constant until the 12th day, except the trypsin which was significantly increased on the 21st day. Feeding trash fish treatment significantly increased enzyme activities of pepsin and trypsin (p<0.05) in comparison with formulated diet replacement, by contrast, α – amylase activity significantly increased with feeding formulated food (p<0.05). The study of suitable fecal-collection for digestive studies in snakehead were conducted in two experiments: (i) feces was collected by way settlement at 2 hour intervals form 2h to 24h after feeding. The results showed that eight hours after feeding was the appropriate time for feces collection; and (ii) three different feces collection methods were compared in using either settlement, dissection or stripping. Settlement was considered the most suitable method for collecting feces to the determine of feed digestibility in snakehead. The application of bioenergetic modelling for determination of protein, energy, digestive methionine and lysine requirements in snakehead was carried out in three experiments: (i) analysis of chemical composition of snakehead collected in different culture systems and growth evaluation at farm level; (ii) fasting experiment to determine energy and protein exponents and (iii) determination of the maintenance and efficiency of protein, energy, methionine, lysine utilization of snakehead. Snakehead growth in body weight was predicted by the equation: y = 0.468 BW0.391 (y: weight gain, g.day-1; BW: body weight, g). The exponents of energy metabolism were 0.82 and 0.76 for protein. The requirement of digestible energy and protein for maintenance was estimated at 43.7 KJ/BW (kg)0.82/day, and 0.41 g/ BW (kg)0.76/day. Digestive energy and protein utilization efficiency were 58.2% and 47.6%. The requirement for digestible iv methionine for maintenance was 0.015 g/BW (kg)0.76/day and lysine was 0.036 g/BW (kg)0.76/day. The efficiency of methionine utilization and lysine for growth was 60% and 64%. Protein digestibility requirements for snakehead fish at 16 MJ were 42% (fish size 5 g), 36% (50 g), 34% (100 g), 32% (200 g) and 30% (500 g), and digestible FCR was 1.22. Digestible protein/digestible energy (DP/DE) of snakehead determined at fish size of 5 g and 500 g was 26.4 and 18.6, respectively. The study on the protein, energy and amino acid digestibility of raw materials for snakehead was conducted in two experiments: (i) protein ingredients (fish meal, defatted soybean meal, meat bone meal, blood meal), and (ii) Carbohydrate ingredients (rice bran, defatted rice bran, cassava meal and palm meal). The results showed that fish meal indicated the highest digestibility (85.8%), soybean meal 69.7%, blood meal 69.0% and the lowest – 52.3% in meat bone meal. In the second experiment, rice bran revealed the highest digestibility (70.7%) and the worst in palm meal (66.7%). The on-farm experiment using formulated feed based on the fish requirements was set up in hapa (2x2x3m) placed in pond with initial fish weight of 9g. After five months, the weight reached 455 g and FCR was 1.27; whereas, in the control diet (using commercial feed), the weight was 399 g and FCR was 1.50. In summary, the application of bioenergetic modelling to estimate the nutritional requirement of snakehead fish was effective and useful in producing commercial feed for snakehead culture. v TÓM TẮT Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng và ứng dụng mô hình năng lượng sinh học để xác định nhu cầu dinh dưỡng của cá lóc (Channa striata) được thực hiện nhằm làm cơ sở xây dựng công thức thức ăn cho các giai đoạn nuôi cá lóc thương phẩm. Nghiên cứu sự phát triển về hình thái, cấu trúc và chức năng, cũng như ảnh hưởng của việc chuyển đổi từ thức ăn tươi sống sang thức ăn chế biến (TĂCB) lên enzyme tiêu hóa ở cá lóc tiến hành với 2 nghiệm thức: (i) Nghiệm thức 1 sử dụng hoàn toàn thức ăn tươi sống là Moina và cá tạp (ii) nghiệm thức 2 cá tạp được thay thế dần bằng TĂCB từ ngày 17 trở đi. Kết quả vào ngày thứ 3 sau khi nở, cá bắt đầu sử dụng thức ăn ngoài, ống tiêu hóa vẫn chưa phân hóa. Tuyến dạ dày xuất hiện vào ngày thứ 12 cho thấy sự hoàn thiện về chức năng của ống tiêu hóa cả về mặt hình thái và mô học. Enzyme tiêu hóa protein đều được phát hiện với mức thấp ở giai đoạn mới nở và duy trì liên tục cho đến ngày 12 ngoại trừ trypsin với mức tăng ý nghĩa ở ngày thứ 21. Đối với cá ăn thức ăn cá tạp hoạt tính enzyme pepsin và trypsin cao, trong khi đó cá ăn TĂCB cho hàm lượng α – amylase cao hơn. Nghiên cứu phương pháp thu phân thích hợp áp dụng cho nghiên cứu độ tiêu hóa ở cá lóc được thực hiện 2 thí nghiệm về (i) xác định thời điểm thu phân bằng phương pháp lắng với nhịp thu phân mỗi 2 giờ một lần, bắt đầu thu phân tại thời điểm 2 giờ sau khi cho cá ăn và thu liên tục trong 24 giờ. Kết quả đã xác định thời điểm thu phân hiệu quả ở cá lóc là 8 giờ sau khi cho cá ăn; (ii) xác định phương pháp thu phân thích hợp được so sánh với 3 phương pháp khác nhau là phương pháp lắng, mổ và vuốt. Kết quả đã xác định thu phân bằng phương pháp lắng thích hợp nhất cho đối tượng cá lóc để xác định độ tiêu hóa, trong khi đó phương pháp mổ và vuốt thì không phù hợp để áp dụng thu phân. Ứng dụng mô hình năng lượng sinh học nhằm xác định nhu cầu protein, năng lượng, methionine, lysine tiêu hóa ở cá lóc được thực hiện với 3 thí nghiệm: (i) Thu mẫu tăng trưởng và thành phần hóa học của cá lóc trong các hệ thống nuôi, (ii), thí nghiệm bỏ đói nhằm xác định số mũ trao đổi năng lượng và protein, (iii) thí nghiệm xác định nhu cầu duy trì và hiệu quả sử dụng protein, năng lượng, methionine, lysine tiêu hóa của cá lóc. Kết quả cho thấy tăng trưởng tuyệt đối theo khối lượng của cá lóc được xác định bởi phương trình: y=0,468*BW(g)^0,391 (trong đó y = tăng trưởng tuyệt đối–g/ngày, BW = khối lượng cá–g). Số mũ trao đổi năng lượng ở cá lóc là 0,82 và protein là 0,76. Nhu cầu năng lượng tiêu hóa cho duy trì ở cá lóc là 43,7 KJ/khối lượng cá (kg)0,82/ngày, protein là 0,41 g/ khối lượng cá (kg)0,76/ngày. Hiệu quả sử dụng năng lượng tiêu hóa là 47,6%, và protein tiêu hóa là 58,2%. Nhu cầu methionine vi duy trì của cá lóc là 0,015 g/ khối lượng cá (kg)0,76/ngày, lysine là 0,036 g/ khối lượng cá (kg)0,76/ngày. Hiệu quả sử dụng methionine tiêu hóa là 60% và lysine tiêu hóa là 64%. Nhu cầu protein tiêu hóa ở cá lóc với mức năng lượng là 16 MJ lần lượt là 42% (cá 5 g), 36% (50 g), 34% (100 g), 32% (200 g) và 30% (cá 500 g), FCR tiêu hóa ước tính là 1,22. Tỉ lệ protein tiêu hóa/ năng lượng tiêu hóa (DP/DE) của cá lóc được xác định với các kích cỡ cá 5 g đến 500 g trong nuôi thương phẩm lần lượt là 26,4 và 18,6. Nghiên cứu xác định khả năng tiêu hóa protein, năng lượng, acid amin của nguyên liệu được thực hiện với 2 thí nghiệm: (i) nhóm cung cấp protein (bột cá, bột đậu nành ly trích dầu, bột thịt xương, bột huyết); (ii) nhóm cung cấp carbohydrate (cám gạo, cám ly trích dầu, cám mì, bột khoai mì lát, bột cọ). Kết quả cho thấy đối với nhóm protein, bột cá được cá lóc tiêu hóa tốt nhất (85,8%), kế đến bột đậu nành ly trích dầu (69,7%), bột huyết (69,0%) và bột thịt xương (52,3%). Trong nhóm cung cấp carbohydrat cám gạo được tiêu hóa tốt nhất (70,7%) và kém nhất là bột cọ (66,7%). Thí nghiệm nuôi thực nghiệm từ công thức thức ăn được phát triển dựa vào nhu cầu của cá được thực hiện trong vèo (2x2x3 m) đặt trong ao, sau năm tháng nuôi cá đạt khối lượng 455 g, FCR là 1,27, trong khi nghiệm thức đối chứng (thức ăn công nghiệp) cá đạt 399 g, FCR là 1,50. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy ứng dụng mô hình năng lượng sinh học để ước tính nhu cầu dinh dưỡng của cá lóc là có hiệu quả và làm cơ sở tốt cho việc phát triển thức ăn cho nuôi cá lóc thương phẩm. vii MỤC LỤC LỜI CAM KẾT KẾT QUẢ ................................................................................ i LỜI CẢM TẠ .................................................................................................... ii ABSTRACT ...................................................................................................... iii TÓM TẮT .......................................................................................................... v MỤC LỤC ....................................................................................................... vii DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................... xii DANH SÁCH HÌNH ...................................................................................... xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xvi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU................................................................................ 1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 4 2.1 Đặc điểm sinh học của cá lóc ................................................................... 4 2.1.1 Phân loại ............................................................................................ 4 2.1.2 Đặc điểm phân bố .............................................................................. 4 2.1.3 Đặc điểm sinh trưởng ........................................................................ 5 2.1.4 Đặc điểm sinh sản .............................................................................. 5 2.1.5 Đặc điểm dinh dưỡng ........................................................................ 5 2.2 Nghiên cứu sử dụng thức ăn chế biến nuôi cá lóc ................................... 6 2.3 Tình hình nuôi cá lóc thương phẩm ở Đồng bằng sông Cửu Long ......... 8 2.4 Sự phát triển ống tiêu hóa của cá ............................................................. 9 2.5 Enzyme và sự phát triển enzyme .......................................................... 12 2.5.1 Enzyme ............................................................................................ 12 2.5.2 Enzyme tiêu hóa .............................................................................. 12 2.5.3 Sự phát triển enzyme tiêu hóa ở cá ................................................. 14 2.6 Phương pháp xác định độ tiêu hóa thức ăn ............................................ 15 2.7 Nhu cầu dinh dưỡng của động vật thủy sản ........................................... 17 2.7.1 Nhu cầu protein ............................................................................... 17 2.7.2 Nhu cầu acid amin ........................................................................... 20 2.7.3 Nhu cầu năng lượng ........................................................................ 22 2.8 Ứng dụng mô hình năng lượng sinh học trong xác định nhu cầu dinh dưỡng của cá ................................................................................................ 28 2.8.1 Các phương pháp xác định nhu cầu dinh dưỡng của cá .................. 28 viii 2.8.2 Cách xác định một số nhân tố trong mô hình năng lượng sinh học 32 2.8.2.1 Tốc độ tăng trọng của cá .............................................................. 32 2.8.2.2 Nhu cầu trao đổi chất cơ sở .......................................................... 33 2.8.2.2 Nhu cầu protein, năng lượng duy trì ............................................ 33 2.8.2.3. Hiệu quả sử dụng protein, năng lượng ........................................ 34 2.8.3 Ứng dụng của mô hình năng lượng sinh học để xác định nhu cầu dinh dưỡng ........................................................................................................ 35 2.9 Một số nguồn nguyên liệu phổ biến sử dụng trong chế biến thức ăn cá 38 2.9.1 Nguồn nguyên liệu protein .............................................................. 38 2.9.2 Nguồn nguyên liệu carbohydrate .................................................... 43 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 46 3.1 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 46 3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................... 46 3.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 46 3.3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu đặc điểm phát triển ống tiêu hóa của cá lóc giai đoạn bột đến 35 ngày tuổi khi sử dụng thức ăn chế biến. ................. 49 3.3.1.1 Nguồn cá lóc thí nghiệm .......................................................... 49 3.3.1.2 Thức ăn sử dụng trong thí nghiệm ............................................... 49 3.3.1.3 Bố trí thí nghiệm .......................................................................... 50 3.3.2 Nội dung 2: Xác định phương pháp thu phân thích hợp đánh giá độ tiêu hóa của cá lóc .................................................................................... 52 3.3.2.1 Nguồn cá lóc thí nghiệm .......................................................... 52 3.3.2.2 Thức ăn thí nghiệm và hệ thống bể thí nghiệm ....................... 52 3.3.2.3 Bố trí thí nghiệm ...................................................................... 53 3.3.3 Nội dung 3: Ứng dụng mô hình năng lượng sinh học xác định nhu cầu protein, năng lượng và acid amin của cá lóc ............................................ 56 3.3.3.1 Khảo sát đặc điểm sinh trưởng và thành phần hóa học cá lóc nuôi thương phẩm ............................................................................................. 56 3.3.3.2 Thí nghiệm 4: Xác định protein và năng lượng tiêu hao ở cá lóc 57 3.3.3.3 Thí nghiệm 5: Khả năng tiêu hóa thức ăn và các dưỡng chất trong thức ăn của cá lóc ..................................................................................... 58 3.3.3.4 Thí nghiệm 6: Xác định nhu cầu duy trì và hiệu quả sử dụng protein, năng lượng và acid amin tiêu hóa của cá lóc............................................ 60 3.3.4 Nội dung 4: Khả năng tiêu hóa của cá lóc đối với một số nguyên liệu phổ biến làm thức ăn. ............................................................................... 62 ix 3.3.4.1 Thí nghiệm 7: Khả năng tiêu hóa một số nguyên liệu protein ..... 62 3.3.4.2 Thí nghiệm 8: Khả năng tiêu hóa một số nguồn nguyên liệu carbohydrate ............................................................................................. 64 3.3.5 Nội dung 5: Xây dựng công thức thức ăn nuôi cá lóc thương phẩm ......................................................................................................... 66 3.3.6 Nuôi thử nghiệm .............................................................................. 67 3.4 Phương pháp xác định các chỉ tiêu ..................................................... 68 3.4.1 Phương pháp xác định một số yếu tố môi trường ........................... 68 3.4.2 Phương pháp xác định các chỉ tiêu sinh học ................................... 68 3.4.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu về độ tiêu hóa .......................... 69 3.4.5 Phương pháp xác định chỉ tiêu hóa học .......................................... 69 3.6 Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................... 70 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 71 4.1 Đặc điểm phát triển ống tiêu hóa của cá lóc từ giai đoạn bột đến 35 ngày tuổi khi sử dụng thức ăn chế biến........................................................ 71 4.1.1 Sự phát triển của cá bột ............................................................... 71 4.1.1.1 Kích thước và khối lượng ........................................................ 71 4.1.1.2 Sự phát triển hình thái .............................................................. 73 4.1.2 Cấu trúc ống tiêu hóa của cá lóc .................................................. 75 4.1.2.1 Khoang miệng .......................................................................... 75 4.1.2.2 Thực quản..................................