Tỷ lệ C:N thích hợp cho tôm thẻ chân trắng trong hệ thống biofloc

Vi sinh vật đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều trong hoạt động nuôi trồng thủy sản; tuy nhiên, các thông tin về sự ảnh hưởng của các mức tỷ lệ cacbon:nitơ (C:N) lên sự đa dạng của hệ vi sinh vật trong nước, quá trình tăng trưởng và khả năng miễn dịch của tôm nuôi còn hạn chế.

Bản dịch dựa trên tài liệu: Carbon: Nitrogen (C:N) ratio level variation influences microbial community of the system and growth as well as immunity of shrimp (Litopenaeus vannamei) in biofloc based culture system của tác giả Panigrahi và cs (2018). Fish and Shellfish Immunology

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của 4 mức C:N (C:N 5:1; C:N 10:1; C:N 15:1 và C:N 20:1) lên quá trình sinh trưởng, trạng thái miễn dịch của tôm và biến động hệ vi khuẩn khi nuôi trong hệ thống biofloc không thay nước.

Phương pháp nghiên cứu

Thiết kế thí nghiệm

Nghiên cứu được tiến hành trong thời gian 120 ngày tại Viện Nghiên cứu NTTS nước lợ ICAR, Ấn Độ. Tôm được nuôi các bể có thể tích 500 lít đặt ngoài trời có mái che, sử dụng nguồn nước có độ mặn 32 ppt, được xử lý bằng chlorin. Thử nghiệm được tiến hành với 4 mức tỷ lệ C:N bao gồm C:N 5:1; C:N 10:1; C:N 15:1 và C:N 20:1 sử dụng công nghệ nuôi biofloc và 1 nghiệm thức đối chứng nuôi thay nước, không sử dụng công nghệ biofloc. Tất cả các nghiệm thức được thực hiện với 3 lần lặp lại, bố trí 1 cách ngẫu nhiên. Để tạo biofloc trong các bể nuôi cho các nghiệm thức C:N, 200 ml mật rỉ đường được trộn với chế phẩm sinh học (dòng Bacillus mật độ 5,4 x 109 CFU/ml) trong 10 lít nước biển đã hấp khử trùng và ủ lên men trong 24h. Hỗn hợp sau khi ủ được bổ sung vào các bể nuôi của nghiệm thức C:N với lượng 50 ml/ngày trong 5 ngày liên tục. Trước khi thả giống, các bể được bón vôi nông nghiệp (20 ppm), phân vô cơ (urê 15 ppm và supephotphat 15 ppm) để tạo nguồn sinh vật phù du làm thức ăn tự nhiên cho tôm trong bể.

Mật độ ương, chế độ cho ăn

Tôm thẻ chân trắng sau khi ương 35 ngày, đạt khối lượng 1,0 + 0,01 g/con được đưa vào thí nghiệm với mật độ 150 con/m3. Sử dụng thức ăn viên có hàm lượng protein 35%, tôm được cho ăn bắt đầu ở mức 8% trọng lượng cơ thể, sau đó giảm dần và ở mức 2,5% ở cuối giai đoạn thí nghiệm. Trong 2 tháng nuôi đầu tiên, tôm được cho ăn 3 lần/ngày vào 6h, 11h, 18h và cho ăn thêm 1 bữa vào lúc 10h đêm ở cuối giai đoạn thí nghiệm.

Hệ thống sục khí được bố trí cách đáy bể 10 cm và được vận hành liên tục, cung cấp khí cho bể nuôi ở mức 7,5 m3 khí/bể/phút. Với các nghiệm thức C:N, quá trình thay nước được thực hiện tối thiểu, ở mức 10%/15 ngày, chất thải đáy được loại bỏ hàng ngày; với các bể đối chứng tiến hành thay 50% thể tích nước hàng tuần trong suốt quá trình thí nghiệm.

Bổ sung cacbon

Trong thử nghiệm, mật rỉ đường chứa 28% cacbon được sử dụng là nguồn cacbon cho các nghiệm thức. Bốn mức tỷ lệ C:N được tính dựa trên hàm lượng C:N có trong thức ăn và trong mật rỉ đường. Tỷ lệ C:N trong thức ăn là 7:1 và được coi là mức C:N cơ bản. Với nghiệm thức đối chứng, không bổ sung thêm mật rỉ đường trong thời gian nuôi. Đối với các nghiệm thức C:N 5:1; C:N 10:1; C:N 15:1 và C:N 20:1 tiến hành bổ sung tương ứng 0,32 ml; 0,64 ml; 0,96 ml và 1,28 ml mật rỉ đường/1 g thức ăn sử dụng.

Quan trắc chất lượng nước

Các thông số chất lượng nước được kiểm tra hàng tuần vào 9h bao gồm nhiệt độ, pH, độ mặn, hàm lượng amonia tổng số (TAN), nitrite (N-NO2-);  nitrate (N-NO3-) photphat, (PO43-), độ kiềm tổng số, độ đục (TDS), hàm lượng ôxy hòa tan (DO). Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) được xác định 2 tuần/lần. Thể tích biofloc được đo hàng ngày sử dụng nón Imhoff.

Theo dõi tốc độ tăng trưởng và các thông số sản xuất

Các thông số tăng trưởng của tôm ở tất cả các nghiệm thức được đánh giá 2 tuần/lần (n=50). Các thông số tăng trưởng xác định bao gồm tăng trưởng chiều dài, khối lượng, hiệu quả sử dụng thức ăn (FER), hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) và tốc độ tăng trưởng riêng (SGR).

Xác định sinh khối vi sinh vật, thành phần loài, mức độ đa dạng của vi khuẩn

Thông số tổng vi khuẩn dị dưỡng và tổng vi khuẩn Vibrio trong mẫu nước được xác định ở thời điểm bắt đầu thí nghiệm và theo chu kỳ 10 ngày/lần trong suốt thời gian 120 ngày thử nghiệm. Các mẫu nước được thu ở giữa bể, được bảo quản ở 40C và đưa vào phân tích ngay sau khi chuyển đến phòng thí nghiệm. Vào tuần nuôi thứ 12, các mẫu nước được thu để phân tích hệ gen vi khuẩn nhằm xác định thành phần loài và mức độ đa dạng của vi khuẩn. Mẫu mô gan tụy tôm được thu tại các thời điểm giữa 2 giai đoạn lột xác để phân tích biểu hiện định lượng của các gen kiểm soát khả năng miễn dịch của tôm.

Phân tích thống kê

Các phép phân tích số liệu sử dụng phần mềm SPSS 17. Sự khác biệt được ghi nhận ở mức ý nghĩa P<0.05.

Kết quả

Biến đổi các thông số chất lượng nước

Các yếu tố nhiệt độ và độ mặn không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức. Thông số pH ở các nghiệm thức C:N thấp hơn so lô đối chứng trong khi độ đục (TDS) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cao hơn có ý nghĩa (P<0,05) khi tăng tỷ lệ C:N, với mức cao nhất ở nghiệm thức C:N20, tiếp đến là các nghiệm thức C:N khác. Độ đục và hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước tăng lên là do có sự bổ sung liên tục của thức ăn và các chất chứa cacbon khác trong quá trình nuôi trong khi hệ thống nuôi hầu như không thay nước. Hàm lượng TAN, N-NO2-; N-NO3- giảm thấp ở mức có ý nghĩa đối với nghiệm thức C:N20; trong khi lô đối chứng có mức hàm lượng cao nhất.

Kết quả này có thể do quá trình đồng hóa TAN của vi sinh vật ở các nghiệm thức C:N tăng lên và làm tăng sinh khối vi khuẩn. Hàm lượng phosphat cũng cho thấy tăng lên ở lô C:N20 và ở mức thấp trong lô đối chứng. Quá trình tăng hàm lượng phosphat ở các lô C:N có thể do nhóm vi sinh vật dị dưỡng chiếm ưu thế trong môi trường đã cạnh tranh làm giảm mật độ vi tảo dẫn đến giảm nhu cầu sử dụng phosphat.

Như vậy, công nghệ nuôi biofloc tạo được môi trường nước có chất lượng tốt, giảm hàm lượng các chất thải thông qua việc hình thành hạt floc bằng sự kết hợp của tảo khuê và các nhóm vi khuẩn tham gia chu trình nitrogen và sulfur.

Sinh khối vi sinh vật và cấu trúc hệ vi khuẩn

Kết quả thử nghiệm cho thấy mật độ vi khuẩn dị dưỡng trong môi trường nước tăng lên theo mức tăng của tỷ lệ C:N từ 5 - 20, mức độ tăng sinh khối thể hiện rõ hơn về cuối chu kỳ nuôi, đặc biệt ở các nghiệm thức C:N15 và C:N20 (P<0.01). Khi bổ sung thêm cacbon cũng có những tác động rõ ràng lên mật độ vi khuẩn Vibrio (TVC) trong nước (P<0.01). Mật độ TVC giảm nhiều nhất ở các lô C:N10, C:N15 và C:N20, với mức giảm khoảng 91,8%, trong khi lô đối chứng có mật độ nhóm vi khuẩn này cao nhất, theo sau là lô C:N5. Ngoài ra, tỷ lệ vi khuẩn Vibrio/tổng vi khuẩn dị dưỡng cũng giảm đi khi tăng tỷ lệ C:N so lô đối chứng.

Vi khuẩn Vibrio thuộc họ Vibrionaceae được biết đến là tác nhân gây bệnh trên động vật thủy sản, với thành phần chiếm 79% trong lô đối chứng. Tuy nhiên, khi được bổ sung thêm cacbon, mật độ nhóm vi khuẩn này giảm thấp nhất ở các lô C:N10 và C:N15 và C:N20, với mức giảm 91,8 + 0,3%. Tỷ lệ Vibrio tổng số/tổng vi khuẩn dị dưỡng cũng giảm đi khi tăng tỷ lệ C:N. Mức độ đa dạng của hệ vi khuẩn cũng khác nhau giữa các nghiệm thức. Trong lô đối chứng và lô C:N5, Vibrio là nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế, với mức 79% và 37% tương ứng. Nghiệm thức C:N10 có nhóm Thauera chiếm ưu thế với mức 62% trong khi nghiệm thức C:N15, hai nhóm vi khuẩn Attheyaceae (56%) và Peridiniaceae (30%) là các nhóm chủ yếu và với lô C:20, Psychrobacter (26%), Proteobacteria (25%) và Peridiniaceae (20%) là các ngành vi khuẩn chiếm ưu thế (Hình 1).

Tỷ lệ sống và quá trình tăng trưởng của tôm

Tỷ lệ sống của tôm ở các nghiệm thức C:N cao hơn so nghiệm thức đối chứng. Khi kết thúc quá trình nuôi, tỷ lệ sống của tôm ở các lô đối chứng và các lô C:N từ 5 - 20 lần lượt là 76,5 + 2,1; 81 + 1,4; 88,5 + 0,7; 99 + 1,4 và 96 + 1,4%. Tỷ lệ sống của tôm ở lô C:N10, 15 và 20 cao hơn có ý nghĩa so lô C:N5 và lô đối chứng. Tốc độ tăng trưởng theo ngày và khối lượng cá thể trung bình cao hơn ở lô C:N15 so với các lô C:N khác và lô đối chứng (Bảng 1). Như vậy, mức tỷ lệ C:N15 có tác dụng tốt nhất lên quá trình tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm so các nghiệm thức C:N khác và nghiệm thức đối chứng. Ngoài ra, giá trị FCR cũng giảm thấp ở các lô C:N so lô đối chứng, thấp nhất ở C:N15 và C:N20, ở mức 0,81 và 0,82. Thông số FCR giảm thấp trong các nghiệm thức biofloc do khoảng 20 - 30% thức ăn cho tôm là các hạt floc, do đó giảm lượng thức ăn bổ sung từ bên ngoài. Quá trình tăng trưởng của tôm ở các nghiệm thức C:N biofloc do được thúc đẩy nhờ nguồn protein tự nhiên trong hạt floc luôn có mặt trong môi trường nuôi.

Khả năng miễn dịch của tôm

Phân tích mức độ biểu hiện của các gen điều hòa khả năng miễn dịch của tôm cho thấy, tôm nuôi trong môi trường có tỷ lệ C:N15 có khả năng điều hòa miễn dịch cao hơn so các nghiệm thức C:N khác với mức tăng từ 1,8 đến 2,5 lần.