Tài liệu Các thành tựu nghiên cứu về dinh dưỡng của ấu trùng cá biển trên thế giới và việt nam phục vụ cho nghề nuôi trồng thủy sản

  • Số trang: 38 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 56 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG DH×IE LỤC MINH DIỆP CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ DINH DƯỠNG CỦA ẤU TRÙNG CÁ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM PHỤC VỤ CHO NGHỀ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Chuyên đề nghiên cứu sinh Nha Trang – Năm 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG LỤC MINH DIỆP CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ DINH DƯỠNG CỦA ẤU TRÙNG CÁ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM PHỤC VỤ CHO NGHỀ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Chuyên đề nghiên cứu sinh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Đình Mão Nha Trang – Năm 2009 MỤC LỤC Nội dung: Trang 1. MỞ ĐẦU 1 2. ẤU TRÙNG CÁ BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CƠ QUAN TIÊU HÓA 2 2.1. Các giai đoạn phát triển và sự phát triển cơ quan tiêu hóa ở cá biển 2 2.2. Sự biến đổi pH và hoạt động của các enzym tiêu hóa 8 2.3. Cơ chế tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng ở ấu trùng 13 3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ NHU CẦU DINH DƯỠNG Ở 15 ẤU TRÙNG CÁ BIỂN 3.1. Nhu cầu protein 15 3.1.1. Biến đổi hàm lượng protein và axít amin ở trứng và ấu trùng cá biển. 16 3.1.2. Vai trò của axít amin ở ấu trùng cá biển. 19 3.1.3. Khả năng cung cấp axít amin từ các loại thức ăn cho ấu trùng cá 20 biển. 3.2. Nhu cầu lipid 22 3.2.1. Lipid và các nhóm lipi ở cá biển. 22 3.2.2. Nhu cầu dinh dưỡng về phospholipid và axit béo ở ấu trùng cá biển 24 và sự cần thiết bổ sung vào thức ăn. 3.3. Vitamin 27 4. ĐÁNH GIÁ CHUNG 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 Các thành tựu nghiên cứu về dinh dưỡng của ấu trùng cá biển trên thế giới và Việt Nam phục vụ cho nghề nuôi trồng thủy sản 1. MỞ ĐẦU Nghiên cứu dinh dưỡng trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản bắt đầu khoảng từ giữa thế kỷ 20, chậm hơn rất nhiều so với lịch sử nghiên cứu dinh dưỡng ở động vật nuôi trên cạn [19]. Riêng ở cá biển đến giai đoạn giống, nghiên cứu dinh dưỡng chỉ thực sự bắt đầu vào khoảng đầu những năm 1980. Tuy nhiên, so với các lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu khác, nghiên cứu dinh dưỡng ở giai đoạn này đạt được khá nhiều thành tựu và đươc ứng dụng vào thực tế sản xuất giống, tạo nên sự chuyển biến lớn về công nghệ. Khác với từ giai đoạn giống trở đi, việc nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng ở giai đoạn đầu phát triển của cá biển nói chung khó tiến hành bằng cách tạo ra loại thức ăn có hàm lượng dinh dưỡng định trước theo yêu cầu thí nghiệm. Vì vậy, các nghiên cứu dinh dưỡng giai đoạn này chủ yếu tập trung ở các khía cạnh: (i) sự phát triển hệ tiêu hóa bao gồm cả sự biến đổi về mặt hình thái, mô học và sự hình thành các tuyến tiêu hóa, khả năng tiết enzyme, (ii) khả năng tiêu hóa thức ăn, (iii) sự biến đổi thành phần và hàm lượng protein, axít amin, axít béo, vitamin trong suốt quá trình phát triển, (iv) nguồn dinh dưỡng cung cấp cho ấu trùng cá từ thức ăn sống (luân trùng, nauplii Artemia, Copepoda, …) và các biện pháp làm tăng hàm lượng dinh dưỡng trong thức ăn, (v) yêu cầu về thức ăn tổng hợp, khả năng tiêu hóa thức ăn tổng hợp, thời điểm thích hợp chuyển cho cá sang ăn thức ăn tổng hợp. Do chưa có sự thống nhất về thuật ngữ tiếng Việt trong cách gọi tên các giai đoạn phát triển từ khi nở đến hoàn tất quá trình biến thái của cá nói chung, cá biển nói riêng, nên phần đầu chuyên đề cũng sẽ đề cập đến việc phân chia giai đoạn phát triển, đề nghị sử dụng thuật ngữ “ấu trùng” để chỉ giai đoạn đầu phát triển của cá. Ở nước ta, việc nghiên cứu sản xuất giống cá biển bắt đầu chưa lâu và việc nghiên cứu dinh dưỡng ở cá biển trước giai đoạn cá giống gần như chưa có. Trong kỹ thuật sản xuất giống, chúng ta chủ yếu ứng dụng các thành quả nghiên cứu về dinh dưỡng trên thế giới. Vì vậy, trong chuyên đề này không có các thông tin từ Việt Nam. 2 2. ẤU TRÙNG CÁ BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CƠ QUAN TIÊU HÓA 2.1. Các giai đoạn phát triển và sự phát triển cơ quan tiêu hóa ở cá biển Theo Ahlstrom & Ball (1954), giai đoạn đầu trong sự phát triển cá thể ở cá có thể được phân chia thành các giai đoạn và giai đoạn phụ như hình 1 (trích theo [20], [28], [46]). B-2 A B-3 B-4 C B-1 Hình 1. Các giai đoạn phát triển của ấu trùng cá Trachurus symmetricus. Theo Ahlstrom & Ball, 1954 (trích theo [28]) A - Trứng (Eggs) B - Ấu trùng (Larvae) C - Cá giống (Juvenile) B-1: Ấu trùng noãn hoàng (Yolk-sac larvae) B-2: Ấu trùng tiền cong lệch phần cuối cột sống (Pre-flexion larvae) B-3: Ấu trùng cong lệch phần cuối cột sống (Flexion larvae) B-4: Ấu trùng hậu cong lệch phần cuối cột sống (Post-flexion larvae) Theo sự phân chia này, giai đoạn ấu trùng trải qua các giai đoạn phụ: ấu trùng noãn hoàng, ấu trùng tiền cong lệch, ấu trùng cong lệch và ấu trùng hậu cong lệch; kéo dài từ khi nở cho đến khi hoàn chỉnh vây, bắt đầu hình thành vảy và mất hết các đặc điểm của ấu trùng. Theo một vài tác giả khác như Sette (1943), sau giai đoạn ấu trùng, cá còn trải qua giai đoạn hậu ấu trùng (post larvae) cho đến khi cá có đầy đủ các bộ phận cơ thể, màu sắc, tập tính sống như các cá thể trưởng thành (trích theo [20]). Theo Kj∅rsvik và CTV (2004), sự phát triển trong thời gian đầu của cá có thể được phân chia theo 3 giai đoạn chính: 3 − Trứng (eggs): Từ khi đẻ đến khi nở. Đây là giai đoạn phôi được bao bọc trong vỏ (an encapsulated embryo). − Ấu trùng (larvae) bao gồm: + Ấu trùng noãn hoàng (yolk-sac larvae): Từ khi nở đến khi bắt đầu ăn thức ăn ngoài. Về mặt sinh học của sự phát triển, ấu trùng noãn hoàng nói chung vẫn còn thuộc giai đoạn phôi nhưng tồn tại ở dạng tự do (a free-living embryo). Khối noãn hoàng có thể được hấp thụ hết hoặc chưa hết tùy theo từng loài khi cá bắt đầu ăn thức ăn ngoài. + Ấu trùng (larvae): Từ khi ăn thức ăn ngoài đến khi có hình dạng của loài. Theo sự biến thái, có thể dễ dàng quan sát và phân biệt dựa vào sự phát triển cột sống, bao gồm: giai đoạn tiền cong lệch phần cuối cột sống (pre-flexion larvae), giai đoạn cong lệch phần cuối cột sống (Flexion larvae), hình thành vây đuôi, và giai đoạn hậu cong lệch phần cuối cột sống (post-flexion larvae), hoàn chỉnh vây. + Hậu ấu trùng (metamorphosis): Giai đoạn chuyển tiếp giữa ấu trùng và con giống. − Giống (juvenile): Có hình dạng như trưởng thành nhưng chưa thành thục sinh dục. Nói chung, theo Kj∅rsvik và CTV (2004), từ giai đoạn ấu trùng noãn hoàng đến hậu ấu trùng được gọi chung là ấu trùng. Một số tác giả dùng các thuật ngữ khác để chỉ sự phân chia các giai đoạn ấu trùng cá: prolarvae, postlarvae (Hubbs, 1943); protolarvae, mesolarvae, metalarvae (Sayder, 1976) (theo [20]). Một vài thuật ngữ khác cũng được sử dụng phổ biến: “start-feeding” (ấu trùng giai đoạn bắt đầu ăn) để chỉ ấu trùng từ khi bắt đầu ăn thức ăn ngoài cho đến điểm chết đói không hồi phục; “fry” để chỉ giai đoạn hậu ấu trùng; “fingerling” để chỉ giai đoạn cá giống nhỏ. Trong tiếng Việt, gần đây thuật ngữ “ấu trùng” mới được một số tác giả sử dụng để chỉ giai đoạn đầu phát triển của cá từ khi nở đến khi phát triển hoàn thiện cơ thể. Tuy nhiên, thuật ngữ này vẫn chưa được sự ủng hộ của nhiều người. Trong sản xuất giống cá nói chung thường sử dụng các từ như “cá bột”, “ cá hương” và “ương từ bột lên hương”. Tuy nhiên đây chỉ là các thuật ngữ thường dùng trong sản xuất, chủ yếu phân chia theo công đoạn sản xuất, chưa phản ánh hết đặc điểm các giai đoạn phát triển của cá ở thời kỳ đầu. Theo sự phân chia trên, có thể thấy cá bột chính là giai đoạn 4 ấu trùng noãn hoàng, cá hương tương đương với giai đoạn hậu ấu trùng (post larvae / metamorphosis / fry). Vì vậy, cần có sự thống nhất trong thuật ngữ tiếng Việt để dễ dàng cho nghiên cứu, đề nghị thuật ngữ “ấu trùng” nên được sử trong phân chia giai đoạn phát triển tự nhiên của cá. Cùng với sự phát triển, hoàn thiện về hình thái, các bộ phận bên trong cơ thể ấu trùng cá và chức năng của chúng cũng dần được hoàn thiện. Sự phát triển đường tiêu hóa, nhất là sự hình thành dạ dày ở các loài cá có dạ dày, là một trong những đặc điểm quan trọng để xác định giai đoạn phát triển của ấu trùng. Ấu trùng noãn hoàng Hấp thụ noãn hoàng hoàn toàn Ấu trùng Biến thái Cá giống và trưởng thành Thực quản Ruột trước Dạ dày Ruột kín Ruột giữa Ruột trước Ruột sau Ruột sau Hình 2. Quá trình phân hóa thành các bộ phận của đường tiêu hóa theo giai đoạn phát triển ở cá (Theo [18] và [20]) Nhiều tác giả đã nghiên cứu về sự phát triển đường tiêu hóa và hình thành các tuyến tiêu hóa ở ấu trùng của nhiều loài cá biển khác nhau. Theo sự mô tả của Govoni (1986) [18], đường tiêu hóa ở ấu trùng ít phức tạp hơn về mặt hình thái, mô học và sinh lý so với ở cá trưởng thành. Không giống như sự phát triển dần dần từng bước theo một quá trình liên tục của các tổ chức nội quan khác, sự phát triển đường tiêu hóa ở ấu trùng cá có những bước nhảy vọt tại các thời điểm biến thái của ấu trùng (hình 2) [18]. Trong thời gian phát triển phôi, đường tiêu hóa phát triển từ sự cuộn xoắn của các tế bào nội bì hình trụ nằm trên khối noãn hoàng [18]. Khi mới nở, ấu trùng các 5 loài cá biển có đường tiêu hóa là một ống thẳng, kín (miệng và hậu môn chưa hình thành), chưa có sự phân hóa về mặt mô học. Ruột kín (incipient gut) duy trì cho đến khi noãn hoàng được hấp thụ hết [18], [21], miệng và hậu môn hình thành trong giai đoạn ấu trùng noãn hoàng [20]. Khi đó, từ dạng chưa phân hóa chúng được phân chia thành vùng hầu miệng (buccopharynx), ruột trước (foregut), ruột giữa (midgut), ruột sau (hindgut) nhờ các van cơ (hình 3). Chiều dài, chiều rộng và cả bề mặt hấp thụ của ruột tăng lên trong giai đoạn ấu trùng ăn thức ăn ngoài [20]. Hình 3. Hình chụp mặt cắt dọc cơ thể ấu trùng 11 ngày tuổi của cá tuyết Đại Tây Dương (Gadus morhua ) [31] Li (liver): gan Pa (pancreas): tụy Fg (foregut): ruột trước Mg (Midgut): ruột giữa Hg (hindgut): ruột sau Ấu trùng của đa số các loài cá thiếu dạ dày cả về cấu trúc mô học và chức năng, nhưng phần sau ruột trước cùng với ruột giữa có khả năng phình to và thực hiện chức năng như dạ dày. Đường tiêu hóa dạng này duy trì suốt giai đoạn ấu trùng. Sự biến đổi về mặt mô học chủ yếu nhất ở đường tiêu hóa của cá là sự phát triển hình thành dạ dày và manh tràng từ phần sau của ruột trước, xảy ra đồng thời với sự hoàn thành quá trình biến thái của ấu trùng. Thời điểm được xác định kết thúc giai đoạn ấu trùng là khi dạ dày phát triển với đầy đủ chức năng, có tuyến dịch vị và manh tràng [20], [ 21]. Gan, tụy được hình thành từ khi cá nở nhưng chức năng của chúng bắt đầu được thực hiện khi cá đã hấp thụ hết noãn hoàng và giọt dầu (hình 4) [20], [21]. 6 3dah 10dah 20dah 30dah 45dah Hình 4: Sự phát triển đường tiêu hóa với sự lan rộng của tuyến tụy ở cá bơn Nhật Bản (Kurokawa và Suzuki, 1996; trích theo [31] và [20]) bd (bile duct): ống mật es (esophagus): thực quản gb (gallbladder): túi mật hd (hepatic duct): ống gan in (intestine): ruột li (liver): gan pa (pancreas): tụy ph (porta hepatis): rốn gan/cửa gan py (pyloric appendages): manh tràng re (rectrum): hậu môn st (stomach): dạ dày dah (day after hatching): ngày tuổi Sự biến đổi hình thái và phân hóa đường tiêu hóa ở ấu trùng cá chẽm (Lates calcarifer) được Walford và Lam (1993) nghiên cứu và mô tả: − Ấu trùng cá mới nở (chiều dài toàn thân TL=1,60 mm) có túi noãn hoàng lớn và một giọt dầu nằm phía trước. Ở cá 1 ngày tuổi (TL= 2,2 mm), túi noãn hoàng 7 được hấp thụ gần hết nhưng miệng chưa mở, đường tiêu hóa vẫn ở dạng ống thẳng. − Ấu trùng 2 ngày tuổi (TL=2,52 mm), hầu như noãn hoàng được hấp thụ hết, giọt dầu vẫn còn, cá mở miệng và bắt đầu ăn thức ăn ngoài, có thể thấy được luân trùng ở phần sau đường ruột, van trực tràng xuất hiện. Ở cá 4 ngày tuổi (TL=2,8 mm), giọt dầu vẫn còn, vùng ruột trước, ruột giữa và vùng trực tràng (ruột sau) phình to hơn, có thể nhìn thấy rõ van trực tràng phân chia hai vùng này. − Giọt dầu gần như được hấp thụ hết ở ấu trùng 5-6 ngày tuổi, ruột bắt đầu cuộn lại. Sự cuộn xoắn của ruột hoàn tất ở ấu trùng 8 ngày tuổi (TL=6,08 mm), ruột trước phình to thành dạng túi cong. − Ruột trước bắt đầu biến dạng thành dạ dày ở ấu trùng 11 ngày tuổi, nhưng sự biến dạng này thực sự rõ ràng ở cá 13 ngày tuổi (TL=11,04 mm), khi có thể thấy rõ sự co thắt môn vị và sự nhô ra của các manh tràng. − Quá trình phân hóa hình thái đường tiêu hóa thành các phần theo thứ tự từ trước ra sau: khoang miệng, hầu, thực quản, dạ dày, cơ vòng môn vị, ruột trước (phần ruột giữa ở các giai đoạn trước), van trực tràng, ruột sau (trực tràng) dễ dàng phân biệt ở ấu trùng 14 ngày tuổi. Từ vòm trên của hầu, nhô ra 2 răng nhọn, bắt đầu cho sự hình thành răng hầu. Sự phân hóa đường tiêu hóa, phát triển dạ dày, phát triển cơ vòng ở môn vị và phát triển manh tràng gần như hoàn chỉnh ở ấu trùng cá chẽm 15 ngày tuổi. Lúc này dạ dày đã có hình dạng nhất định, vùng dạ dày hình tim nối với vùng môn vị tại một góc nhọn tạo nên hình dạng đặc trưng của dạ dày. Quá trình phân hóa đường tiêu hóa hoàn tất ở ấu trùng cá chẽm 17 ngày tuổi (TL=12,32 mm). − Về sau, dạ dày càng ngày càng lớn dần, manh tràng tiếp tục phát triển; tuy nhiên về cơ bản hình dạng của dạ dày và manh tràng không thay đổi. Về mặt mô học, đường tiêu hóa ấu trùng cá chỉ có 3 trong 4 dạng lớp màng ở cá thể trưởng thành, bao gồm: niêm mạc hấp thụ, lớp đơn các cơ vòng và thanh mạc của các sợi mô liên kết. Lớp cơ trơn hướng theo chiều dọc chưa hình thành ở ấu trùng cho đến khi biến thái. Ruột trước của ấu trùng phủ một lớp đơn các tế bào biểu mô hình khối xen lẫn các tế bào nhày [18]. Ở ấu trùng cá chẽm 6 ngày tuổi, phần ruột trước nơi hình thành 8 dạ dày sau này, lớp tế bào biểu mô đặc trưng bằng sự nhô ra không đều của tế bào chất trên bề mặt [46]. Ruột giữa được phủ bởi một lớp đơn các tế bào biểu mô hình khối có rất nhiều tiêm mao, và bề mặt tế bào vòm lên tạo thành viền tiêm mao. Bề mặt ruột sau cũng được phủ bởi một lớp đơn tế bào biểu mô phủ đầy tiêm mao nhưng không trương vòm hình cung [18]. Ở các tế bào biểu mô ruột sau còn có sự lõm ẩm bào tại gốc tiêm mao, có nhiều túi ẩm bào và các không bào chứa vật chất với mật độ điện tử dày đặc [46]. Các tế bào nhày cũng được thấy ở ruột sau ở ấu trùng một số loài cá [18]. Từ khi còn hấp thụ noãn hoàng, vùng miệng hầu của ấu trùng được phủ bởi biểu mô dạng vảy có rải rác các tế bào nhày và các nhú vị giác. Cùng với sự ăn mồi của ấu trùng, số lượng nhú tăng lên nhiều hơn và thể hiện chức năng vị giác. Răng được phát triển từ các núm mô liên kết nằm dưới biểu mô vùng hầu miệng và thường mọc lên trong suốt giai đoạn ấu trùng. Nói chung, sự biến đổi hình thái đường tiêu hóa là dấu hiệu quan trọng đánh dấu sự chuyển từ ấu trùng sang giai đoạn con giống (juvenile). Từ giai đoạn giống, cá đã có đường tiêu hóa và thức ăn giống như trưởng thành. 2.2. Sự biến đổi pH và hoạt động của các enzym tiêu hóa Theo Walford và Lam (1993), có sự biến động lớn về pH ở phần ruột trước của ấu trùng cá chẽm (Lates calcarifer) trước và sau khi hình thành dạ dày, từ tính kiềm sang tính axít; trong khi đó, ở ruột giữa và ruột sau không có biến đổi lớn, vẫn mang tính kiềm (hình 5). Trước khi ấu trùng cá chẽm hình thành dạ dày, pH trong ruột trước (tiền thân của dạ dày) mang tính kiềm (pH=7,7 tại 8 ngày tuổi). Điểm biến đổi pH quan trọng ở ruột trước là 14 ngày tuổi. Từ ngày tuổi thứ 15, pH trong dạ dày giảm rất nhanh và chuyển sang tính axít, pH=5,0 tại 17 ngày tuổi, pH=3,7 tại 22 ngày tuổi. Sau đó, pH trong dạ dày luôn duy trì trên dưới 4 [46]. Sự tồn tại pH mang tính kiềm trong đường ruột suốt giai đoạn ấu trùng và sự biến đổi pH từ kiềm sang axít trước và sau khi hình thành dạ dày cũng được ghi nhận ở nhiều loài cá biển khác và liên quan đến hoạt động của 2 dạng protease (tripsin và pepsin) ở ấu trùng cá biển trước và sau khi hình thành dạ dày. 9 pH pH Không cho ăn Không cho ăn Được cho ăn Được cho ăn (A) Ngày tuổi (B) Ngày tuổi Hình 5: Sự biến đổi pH trong đường tiêu hóa ở ấu trùng cá chẽm (Lates calcarifer) [46] (A): Vùng dạ dày (B): Vùng ruột Cơ chế tiêu hóa, hấp thụ thức ăn, hoạt động của các enzyme tiêu hóa ở ấu trùng cá biển là một trong những vấn đề được đặc biệt quan tâm nghiên cứu, nhất là trong khoảng thời gian từ những năm 1980 đến nay. Về sinh lý tiêu hóa, có khá nhiều các công trình nghiên cứu về sự hình thành tuyến tiêu hóa và hoạt động của các enzyme ở ấu trùng cá biển [5], [18], [21], [25], [30], [31], [46], [50]. Quá trình tiêu hóa ở cá nói chung có sự tham gia của các enzyme được sinh ra từ dạ dày như protease dạng axít (pepsin), từ tuyến tụy như các glucosidase, lipase và protease dạng kiềm (trypsin) và từ ruột: gồm 2 dạng: (i) enzyme nội bào (cytocilic enzymes) chủ yếu là các peptidase tìm thấy trong sinh chất của tế bào ruột và (ii) dạng enzyme sinh ra từ màng lông nhung (brush border membrane enzymes) liên quan đến màng tế bào niêm mạc như các peptidase, disaccharidase, esterase [50]. Kết quả nghiên cứu trên các loài cá khác nhau cho thấy trong thời gian đầu khi dạ dày chưa hình thành, sự tiêu hóa thức ăn được thực hiện ở đường ruột ấu trùng. Lúc này ruột ấu trùng có pH mang tính kiềm và hiện diện enzyme protease dạng trypsin giúp cho việc tiêu hóa protein [18], [21], [33], [46]. Nói chung, hoạt động của các enzyme tiêu hóa là thấp ở giai đoạn ấu trùng bắt đầu ăn thức ăn ngoài, tăng lên trong suốt giai đoạn ấu trùng cho đến trước khi hoàn chỉnh quá trình biến thái [18], [21], [50]. Thời điểm xác định có sự hoạt động của enzyme tùy thuộc vào loại enzyme và tùy theo loài cá (hình 6). 10 (Ngày tuổi) Hình 6. So sánh các giai đoạn phát triển đường tiêu hóa ở một số loài cá biển (Theo Moyano, 1996, trích từ [21]) - PA: protease có khả năng hoạt động - YR: hấp thụ hết noãn hoàng – MO: mở miệng – FS: dạ dày hoàn thiện chức năng Enzym tripsin được sinh ra từ tụy, một tổ chức nội quan đã phát triển từ khi cá nở. Các tế bào dạng hạt của tụy sinh ra các thể men và thể acid opholic, là tiền chất của trypsin và chymotrypsin [18]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy ở nhiều loài cá biển, hoạt động của protease dạng trypsin có từ rất sớm, trước khi ấu trùng ăn thức ăn ngoài. Ở các loài như cá chẽm (Lates calcarifer), cá hồng Mỹ (Sciaenops acellatus), cá Melanogrammus aeglefinus và cá tuyết Đại Tây Dương (Gadus morhua), hoạt động của trypsin được tìm thấy từ khi ấu trùng mới nở [30], [47], [50]. Một số loài khác, hoạt động của tripsin được ghi nhận trước khi ấu trùng mở miệng như cá bơn Nhật / cá bơn vĩ (Paralichthys olivaceus) (2 ngày tuổi) và cá đù vàng (Pseudosciaena crocea) [5], [25]; hoặc khi bắt đầu ăn thức ăn ngoài (3-4 ngày tuổi) như ở cá tráp vàng (Sparus aurata), cá chẽm Châu Âu (Dicentrarchus labbrax) [50]. Hoạt động của trypsin ở ấu trùng cá tăng lên trong khoảng thời gian từ khi nở đến hấp thụ hết noãn 11 hoàng, sau đó giảm cho đến 14 ngày tuổi và tiếp tục tăng lên ở giai đoạn kế tiếp [18]. Ấu trùng cá bơn Nhật, có hoạt động của trypsin có từ 2 ngày tuổi, nhưng tăng mạnh tại 15 ngày tuổi, khi bắt đầu được cho ăn Artemia, và giảm ở giai đoạn 27-36 ngày tuổi [5]. Ở ấu trùng một số loài cá biển khác không có hoạt động của trypsin [21]. Protease dạng pepsin do các tế bào nhày ở dạ dày sinh ra, chúng chỉ có khi xuất hiện tuyến dịch vị trong quá trình phát triển của dạ dày [18], [21]. Ở cá chẽm Lates calcarifer, hoạt động của pepsin tăng mạnh từ 17 ngày tuổi [46]. Ở cá chẽm Châu Âu, sự phân hóa hầu và dạ dày có thể quan sát được khi giải phẫu ấu trùng 7 ngày tuổi, dạ dày hoàn chỉnh tại 15 ngày tuổi; tuy nhiên, cho tới 25 ngày tuổi mới ghi nhận được hoạt động của pepsin, đánh dấu sự hoàn chỉnh phát triển dạ dày theo quan điểm mô học. Cá bơn Senegal (Solea senegalensis) 10 ngày tuổi đã phân hóa dạ dày, 22 ngày tuổi xuất hiện tuyến dịch vị nhưng cho đến 5 tuần tuổi vẫn chưa phát hiện được hoạt động của pepsin [50]. Riêng ở ấu trùng và hậu ấu trùng cá chẽm Lates calcarifer, hoạt động của các enzyme tiêu hóa protein được Walford và Lam (1993) mô tả chi tiết như sau [46]: Ngay sau khi nở, khả năng hoạt động của protease dạng kiềm (dạng trypsin) khá cao (6,0 đơn vị/mg protein, một đơn vị tương ứng với 1μg tyrosine được giải phóng ra trong một phút), nhưng giảm xuống chỉ còn 1,2 đơn vị/mg protein chậm nhất đến 8 ngày tuổi, và tại 17 ngày tuổi, dạng enzyme này lại tăng lên một lần nữa (5,0 đơn vị/mg protein). Sự hoạt động enzyme dạng trypsin giảm sau 17 ngày tuổi mặc dù trong đường ruột vẫn duy trì tính kiềm. Cho đến 22 ngày tuổi, sự hoạt động của enzyme dạng trypsin chỉ còn 1,3 đơn vị/mg protein và không còn tìm thấy ở cá 30 ngày tuổi. Sự hoạt động của protease dạng pepsin (dạng axít) thấp khi ấu trùng mới nở (3,8 đơn vị/mg protein), không tăng cao cho đến 8 ngày tuổi, sau đó khả năng hoạt động của enzyme này tăng và đạt 27,2 đơn vị/mg protein chậm nhất đến 17 ngày tuổi, khoảng thời gian này pH dạ dày cũng giảm từ 7,7 (ở 8 ngày tuổi) còn 5,0 (ở 17 ngày tuổi). Trong khoảng thời gian từ 17 đến 30 ngày tuổi, khả năng hoạt động của enzyme dạng pepsin tăng đến 85,2 đơn vị/mg protein [46]. Hoạt động của một số enzyme khác cũng được nghiên cứu ở một số loài cá biển. Tuy nhiên, tùy từng loài cá mà thời điểm ghi nhận hoạt động của từng loại enzyme có khác nhau. Theo Kurokawa và Suzuki (1998); Moyano và CTV (1996), các enzyme aminopeptidase đã hiện diện trong cơ thể cá từ trước khi trứng nở (trích theo [21]). Ở 12 cá hồng Mỹ, hoạt động của các enzyme amilase, lipase có ở ấu trùng mới nở, hoạt động của phospholipase A2 bắt đầu ở ấu trùng 10 ngày tuổi [50]. Hoạt động của các enzyme amilase, lipase, phospholipase A2 được ghi nhận theo thứ tự ở ấu trùng 4; 5 và 9 ngày tuổi của cá chẽm Châu Âu [49]. Ở ấu trùng cá đù vàng, hoạt động của amilase có từ trước khi cá mở miệng giống như tripsin. Ấu trùng 23-25 ngày tuổi, hoạt động của các enzyme sinh ra từ màng lông nhung như alkaline phosphatase tăng lên cao đột ngột, dấu hiệu cho biết sự phát triển hoàn chỉnh hệ tiêu hóa [25]. Ấu trùng cá bơn Senegal từ 21 đến 27 ngày tuổi có sự tăng mạnh hoạt động của alkaline phosphatase đồng thời với giảm enzyme nội bào như leucine–alanine peptidase, chứng tỏ đã có sự phát triển màng viền lông nhung của tế bào ruột [20]. Ở cá tráp vàng và cá bơn Nhật, hoạt động của các enzyme phosphatase và ATPase được xác định bắt đầu xuất hiện ở ấu trùng 3-4 ngày tuổi [21]. Ấu trùng và hậu ấu trùng cá bơn Nhật có hoạt động của lipase trung tính từ 2 ngày tuổi, ngay khi bắt đầu ăn thức ăn ngoài. Hoạt động của lipase cao cho đến 4 ngày tuổi, giảm thấp ở giai đoạn ấu trùng lớn hơn (6-15 ngày tuổi), sau đó tăng lên cho đến 27 ngày tuổi và giảm ở giai đoạn 27-36 ngày tuổi [5]. Sự biến đổi hoạt động của lipase ở ấu trùng cá bơn Nhật tương tự như ở ấu trùng cá turbot. Sự biến động này liên quan với hàm lượng muối mật, và hoạt động phân giải lipid ở ruột cá turbot không chỉ do enzyme được sinh ra từ tuyến tụy mà còn có thể được sinh ra từ tế bào niêm mạc ruột hoặc từ hệ vi khuẩn trong đường ruột (theo [5], [31]). Hoạt động của lipase trung tính tăng lên từ 16-27 ngày tuổi được một số tác giả khác giải thích do sự tích lũy chuẩn bị cho hoạt động trao đổi chất lipid khi chuyển sang hậu ấu trùng (theo [5]). Các enzyme có ở ấu trùng cá biển ngay trước khi ăn thức ăn ngoài như tripsin, lipase và amilase cho thấy ấu trùng cá biển có thể sinh ra enzyme này [50]. Sự tăng hoạt động của các enzyme tiêu hóa protein và carbohydrate ở ấu trùng cá sau khi hấp thụ hết noãn hoàng và bắt đầu ăn thức ăn ngoài được giải thích do được cung cấp từ 2 nguồn: (i) enzyme có sẵn trong động vật mồi ấu trùng cá ăn vào đã làm tăng thêm thành phần, hoạt động của enzyme trong cơ thể chúng; và (ii) enzyme do bản thân ấu trùng cá sinh ra từ các cơ quan gan, tụy và niêm mạc (trích theo [18]). Trong thời gian đầu, nguồn enzyme tiêu hóa protein được đóng góp một phần quan trọng từ nguồn enzym có trong các động vật mồi mà ấu trùng cá ăn vào. Ở ấu trùng cá Coregonus sp (white fish) khi bắt đầu ăn thức ăn ngoài, nguồn proteaza từ 13 thức ăn sống chiếm 70-80% lượng enzyme tiêu hóa protein có trong ruột ấu trùng (trích theo [46]). Hoạt động của enzyme dạng trypsin ở ấu trùng cá chẽm Lates calcarifer tại 8 ngày tuổi được xác định có cả enzym trypsin từ luân trùng sau khi chúng bị nghiền nát. Đây là nguồn enzym đáng kể trong tổng số hoạt động của enzym trypsin có ở đường ruột ấu trùng lúc này, vì hoạt động của các enzym trypsin do cơ thể ấu trùng tạo ra rất thấp, chỉ hơn 1,2 đơn vị/mg protein [46]. Nguồn enzyme ngoài có thể kích hoạt các emzyme tiêu hóa ở cá [32], [33], [46]. Theo Cahu và Zambonino Infante (1997), khả năng tiết enzyme ở ấu trùng cá phụ thuộc vào loại thức ăn được tiêu hóa. Ấu trùng được cho ăn bằng thức ăn tổng hợp có khả năng tiết enzyme thấp hơn ấu trùng được cho ăn bằng thức ăn sống như nauplius Artemia (trích theo [34]), và các enzyme được sinh ra từ màng lông nhung sẽ nhanh hơn khi cho ăn thức ăn tổng hợp có một tỉ lệ thích hợp protein đã được thủy phân (trích theo [42]). 2.3. Cơ chế tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng ở ấu trùng Quá trình hình thành đường tiêu hóa, biến đổi pH, hình thành enzyme ở ấu trùng cá biển liên quan rất lớn đến khả năng tiêu hóa, hấp thụ thức ăn, một vấn đề đặc biệt được quan tâm khi giải quyết nhu cầu dinh dưỡng cho ấu trùng. Ở ấu trùng các loài cá có dạ dày trong giai đoạn chưa hình thành dạ dày, nhiều nghiên cứu cho thấy chức năng của ruột giữa và ruột sau lúc này giống với chức năng của ruột giữa và ruột sau ở những loài cá không có dạ dày. Ruột của ấu trùng đảm đương việc tiêu hóa và hấp thụ thức ăn thông qua quá trình tiêu hóa nội bào, trong đó lipid chủ yếu được tiêu hóa ở ruột giữa, protein được tiêu hóa ở ruột sau [18], [20], và sự tiêu hóa protein ngoại bào chỉ được phát triển khi cá đạt đến giai đoạn hậu ấu trùng, hoàn thành quá trình biến thái và dạ dày đã hình thành [18], [33]. Các bằng chứng về mặt tế bào học cho thấy các cấu trúc lớn trên nhân (supranuclear), không bào và cấu trúc electron-lucent (electron sáng) ở tế bào biểu mô niêm mạc ruột giữa là kết quả của sự hấp thụ và tái sinh tổng hợp lipid trong tế bào [18]. Lipid được chuyển hóa thành các axit béo, các monoglyceride trong khoang ruột giữa, hấp thụ vào tế bào niêm mạc ruột giữa, tái sinh tổng hợp trong lưới nội chất và tích tụ thành những giọt lipid lớn. Trong tế bào biểu mô ở ruột giữa có một mật độ dày 14 đặc các ti thể (mitochondria), một số chúng kết hợp với những giọt lipid. Tuy nhiên, cơ chế chính xác của quá trình hấp thụ lipid vẫn chưa được biết [18]. Ngược lại, các thể vùi ưa axit, thể vùi dạng hạt, thể vùi electron-opaque (electron tối), thể vùi trên nhân (supranuclear inclusion bodies) có trong tế bào biểu mô ruột sau ở ấu trùng cá là kết quả của sự hấp thụ nội thực bào (ẩm bào) các phân tử kích thước lớn từ khoang ruột [18]. Watanabe (1981, 1982, 1984) đã xác định sự hấp thụ nội thực bào (pinocytotic absortion) và tiêu hóa nội bào (intracellular digestion) các phân tử kích thước lớn của protein diễn ra trong các tế bào niêm mạc ruột sau theo 1 quá trình gồm 5 bước: nội thực bào, vận chuyển, tập hợp, tiêu hóa và tiêu hủy. Sự nội thực bào các phân tử protein diễn ra dọc theo màng sinh chất có lông nhung. Trong tế bào niêm mạc, các túi nội thực bào di chuyển hướng về nhân và protein được tập họp lại tại các thể vùi trên nhân do sự kết tụ lại của các túi. Các thể men (lysosome) sinh ra từ thể golgi ngay khi tạo thành liền liên kết với các các thể vùi. Các phân tử protein trong các thể vùi trên nhân cuối cùng bị mất hoạt tính enzyme, có khả năng đó là kết quả của sự thủy phân thể men, và cuối cùng chúng bị tiêu hủy (trích theo [18]). Khả năng tiêu hóa protein nội bào bắt đầu từ khi ấu trùng cá ăn thức ăn ngoài, kéo dài cho đến sau khi tuyến dạ dày phát triển. Số lượng protein thức ăn tiêu hóa nội thực bào được xác định bằng số lượng hạt electron-opaque (electron tối) trong thể vùi biểu mô. Ở ấu trùng cá có dạ dày, sự hấp thụ nội thực bào giảm bớt sau khi biến thái, cơ chế tiêu hóa và hấp thụ protein thay đổi từ sự tiêu hóa nội thực bào và nội bào sang tiêu hóa ngoại bào và vận chuyển qua màng cùng với sự phát triển của tuyến tiêu hóa. Trong khi đó, ở các loài cá không có dạ dày, cơ chế tiêu hóa này vẫn duy trì ở cá trưởng thành [18]. Ở giai đoạn ấu trùng chưa phát triển dạ dày, khả năng tiêu hóa, hấp thụ protein rất thấp. Các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy ruột ấu trùng giai đoạn này hấp thụ tốt axít amin tự do (FAA) nhưng kém hấp thụ các peptide và axít amin liên kết trong protein (PAA) [34], [46]. Rust (1995) bằng phương pháp đánh dấu axít amin với 35 S đã kết luận ấu trùng cá giai đoạn chưa có dạ dày hấp thụ axít amin hiệu quả hơn các dạng có cấu tạo phức tạp (thứ tự đồng hóa: FAA > peptides > protein), và sự khác nhau về khả năng đồng hóa này sẽ mất đi khi cá đạt đến giai đoạn hậu ấu trùng. Nghiên cứu ở hậu ấu trùng cá bơn Senegal cho thấy axít amin tự do (FAA) được hấp thụ trong đường tiêu hóa của ấu trùng cao gấp 3,5 lần các axít amin liên kết trong 15 protein (PAA) [11]. Ấu trùng cá chẽm (Lates calcarifer) giai đoạn đầu không thể tiêu hóa được màng protein của viên thức ăn, khả năng tiêu hóa protein tăng lên khi cá đạt đến giai đoạn hậu ấu trùng [46]. Các nghiên cứu đều cho thấy đặc tính sinh lý dinh dưỡng ở ấu trùng cá biển là trở ngại lớn để phát triển thức ăn tổng hợp cho chúng ở giai đoạn bắt đầu ăn thức ăn ngoài (start-feeding). Hầu hết ấu trùng các loài cá biển đều gặp khó khăn khi thiết lập chế độ sử dụng thức ăn tổng hợp, trong khi đó ở nhiều loài cá nước ngọt, ấu trùng sẵn sàng tiếp nhận và tiêu hóa được các thức ăn tổng hợp ngay từ đầu [33]. Trước kia người ta cho rằng không thể thay thế thức ăn sống bằng thức ăn nhân tạo ở giai đoạn này. Về sau, các nghiên cứu trên ấu trùng cá chẽm Châu Âu của Cahu và CTV (1998) [8], [9], [42], và trên ấu trùng cá tráp vàng của Yúfera và CTV (2000) [41], [48] với thức ăn vi hạt chứa một tỉ lệ thích hợp protein thủy phân có khả năng kích thích tạo thành các enzyme màng viền lông nhung (các peptidase, disaccharidase, esterase) ở ấu trùng. Kết quả nghiên cứu này đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển thức ăn tổng hợp cho việc chuyển đổi thức ăn sớm. Đến nay, nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng cho ăn kết hợp giữa thức ăn sống (luân trùng) và thức ăn tổng hợp ở nhiều loài cá. Đây được xem là một bước phát triển quan trọng hướng tới giảm dần sự phụ thuộc vào thức ăn sống trong sản xuất giống cá biển [42]. Sự hấp thụ carbohydrate cả về mặt hình thái học và cơ chế ở ấu trùng cá vẫn chưa được biết. 3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ NHU CẦU DINH DƯỠNG Ở ẤU TRÙNG CÁ BIỂN 3.1. Nhu cầu protein Protein là các hợp chất hữu cơ có thành phần cấu trúc cơ bản là các axit amin, với thành phần axit amin, số lượng và vị trí của từng loại axit amin tạo nên đặc trưng riêng cho từng protein. Protein luôn có các nguyên tố: C, H, O và N. Một số protein còn có S (như methionine, cysteine, taurine), P, Fe. Hầu hết các protein chứa khoảng 16% nitơ, vì vậy lượng protein thô có thể được xác định bằng cách xác định hàm lượng nitơ sau đó nhân với 6,25 [19, [48]. Có 10 loại axit amin không thay thế mà cá và các động vật có xương sống nói chung không tự tổng hợp hoặc chuyển hóa được là: arginine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, 16 tryptophan và valine. Các axit amin khác có thể được tổng hợp bằng cách chuyển một nhóm amino đến các axit α-keto có thể được tạo thành từ các nguồn không phải protein như là glucoza [48]. Các nghiên cứu về nhu cầu protein, axit amin ở giai đoạn ấu trùng cá biển chưa thực sự phong phú. Nói chung, chúng ta còn biết quá ít về nhu cầu axit amin ở ấu trùng cá và sự biến đổi thành phần, hàm lượng axit amin trong sự phát sinh cá thể. Bên cạnh các thông tin về protein và axit amin được đăng tải trong các sách viết về dinh dưỡng cá như của De Silva và CTV 1995 [15], trong các tài liệu đã xuất bản, đáng chú ý là các bài tổng quan của Rønnestad và CTV (1999 và 2003), của Conceicão và CTV (2003), đã tổng kết lại các kết quả nghiên cứu về vai trò của axit amin, việc cung cấp axit amin, khả năng tiêu hóa, hấp thụ protein và axit amin, nguồn cung cấp axit amin từ các loại thức ăn sống, so sánh thành phần axit amin trong ấu trùng cá biển và trong thức ăn, nguồn axit amin cho trao đổi chất, khả năng đáp ứng sinh học của từng loại axit amin ở ấu trùng cá biển [11], [33], [34]. Một số nghiên cứu khác về nhu cầu axit amin ở ấu trùng cá biển được tiến hành bởi một số tác giả. Aragão và CTV (2004) nghiên cứu về nhu cầu axit amin ở cá ấu trùng cá tráp vàng và cá bơn Senegal, sự cân bằng giữa thành phần axit amin trong thức ăn và trong hậu ấu trùng cá bơn Senegal [2], [3]. Brown và CTV (2005) nghiên cứu sự biến đổi axit amin ở ấu trùng cá kèn sọc (Latris lineata) [7]. Riêng về cá chẽm Lates calcarifer, Sivaloganathan và CTV (1998) công bố về sự trao đổi chất axit amin tự do và năng lượng ở ấu trùng cá chẽm, Dayal và CTV (2003) nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng và axit amin trong trứng và ấu trùng [40]. 3.1.1. Biến đổi hàm lượng protein và axít amin ở trứng và ấu trùng cá biển. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả (trích theo [33]), trứng cá biển mới đẻ ra có hàm lượng axít amin tổng số chiếm 40-60% khối lượng khô, bao gồm các axít amin liên kết trong protein (PAA) và các axít amin tự do (FAA). Nói chung, thường thì thành phần axít amin liên kết trong protein (PAA) chiếm ưu thế hơn. Tuy nhiên, trong trứng nhiều loài cá biển đẻ trứng nổi, tỉ lệ axít amin tự do (FAA) có thể chiếm đến 20-50% lượng axít amin tổng số; trong khi đó, ở các loài cá biển đẻ trứng dính và cá nước ngọt, FAA chỉ chiếm 2-5% (trích theo [34]). Nghiên cứu của Brown (2005) ở loài cá kèn sọc, hàm lượng axít amin tổng số của trứng, ấu trùng 1 ngày tuổi và ấu 17 trùng 5 ngày tuổi (trước khi ăn thức ăn ngoài) theo thứ tự là 371 mg/g khô, 405 mg/g khô, 360 mg/g khô; trong đó hàm lượng axít amin tự do (FAA) theo thứ tự là 104 mg/g khô, 41 mg/g khô và 15 mg/g khô [7]. Ở cá biển đẻ trứng dính, FAA trong trứng chủ yếu là taurine, một loại axít amin không liên kết trong protein; trong khi đó, FAA trong trứng cá biển đẻ trứng nổi chủ yếu là các axít amin trung tính như leucine, valine, isoleucine, alanine và serine [34]. Trong quá trình phát triển của ấu trùng cá turbot, tỉ lệ % trong hàm lượng tổng số axít amin không thay thế của valine, isoleucine và threonine tăng lên, trong khi lysine, phenylalanine và arginine giảm xuống [11]. Axít amin tự do (FAA) ở trứng cá đẻ trứng nổi được hình thành và tích lũy từ sự thủy phân noãn hoàng trong suốt quá trình chín của noãn bào. Các nghiên cứu trên trứng, ấu trùng cá trích và trên ấu trùng cá halibut Đại Tây Dương (Hippoglossus hippoglossus) cho thấy việc cung cấp các FAA từ noãn hoàng cũng có thể xảy ra suốt thời gian ấu trùng cá dinh dưỡng bằng noãn hoàng dự trữ, cho đến khi ấu trùng phát triển các cơ quan và ăn thức ăn ngoài (trích theo [34]). Hàm lượng FAA giảm dần trong quá trình phát triển phôi; tuy nhiên, thời điểm giảm thấp còn tùy thuộc vào loài cá. Ở các loài đẻ trứng nổi trứng có 1 hoặc nhiều giọt dầu như cá turbot (Scophthalmus maximus), cá chẽm Châu Âu (Dicentrarchus labrax), cá chẽm (Lates calcarifer), cá tráp vàng (Sparus aurata) và cá tráp đỏ (Pagrus major), FAA gần như biến mất trong thời gian nở. Trong khi đó, ở các loài cá đẻ trứng nổi nhưng trứng không có giọt dầu như cá tuyết Đại Tây Dương, cá halibut, cá bơn lemon (Microstomus kitt), FAA vẫn tồn tại và tiếp tục giảm dần sau khi nở [34]. Nghiên cứu sự trao đổi chất axít amin tự do và năng lượng ở trứng và ấu trùng cá chẽm Lates calcarifer của Sivaloganathan và CTV (1998) cho thấy hàm lượng axít amin tự do (FAA) trong trứng mới đẻ là 25,3 nmol/trứng. Lượng FAA này được sử dụng rất nhanh trong quá trình phát triển của phôi và ở ấu trùng bị bỏ đói. Khi trứng nở (16 giờ sau khi đẻ), lượng FAA tổng số mất đi 12,4 nmol, và mất thêm 9,1 nmol cho đến 40 giờ sau khi đẻ (24 giờ sau khi nở), chỉ còn lại 3,8 nmol/ấu trùng khi noãn hoàng được hấp thụ gần hết. Sau thời gian giảm nhanh, hàm lượng FAA trở nên ổn định, chỉ giảm thêm 1,1 nmol cho đến 100 giờ sau khi đẻ. Các axít amin như alanine, serine, glutamine, leucine, valine, isoleucine và lysine chiếm ưu thế trong thành phần FAA ở trứng cá chẽm thụ tinh; chiếm tỉ lệ ít hơn có taurine, axít glutamic. Thành phần
- Xem thêm -