Ảnh hưởng của ánh sáng đèn led (Light Emitting Diode) đến hormone IGF-I mRNA (Insulin-like Growth Factor messenger RNA) và sinh sản ở cá chép (Cyprinus carpio)

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của đèn LED với các bước sóng là trắng, xanh da trời, xanh lá và đỏ đến nồng độ hormone IGF-I mRNA (Insulin-like Growth Factor messenger RNA) và sinh sản của cá chép. Cá chép có khối lượng trung bình 92 ± 4,3 g được nuôi trong bể kính trong phòng thí nghiệm, bể được che tối kín bằng hộp giấy màu đen có nắp đậy.

VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐÈN LED (LIGHT EMITTING DIODE) ĐẾN HORMONE IGF-I mRNA (INSULIN-LIKE GROWTH FACTOR MESSENGER RNA) VÀ SINH SẢN Ở CÁ CHÉP (Cyprinus carpio) Nguyễn Thị Đang1* và Katsuhisa Uchida2 TĨM TẮT Hiện cơng cụ Light Emitting Diode (LED) ứng dụng rộng rãi nuôi trồng thủy sản và chứng minh mang lại hiệu cao tăng suất vật nuôi Trong nghiên cứu này, khảo sát ảnh hưởng đèn LED với bước sóng trắng, xanh da trời, xanh đỏ đến nồng độ hormone IGF-I mRNA (Insulin-like Growth Factor messenger RNA) sinh sản cá chép Cá chép có khối lượng trung bình 92 ± 4,3 g ni bể kính phịng thí nghiệm, bể che tối kín hộp giấy màu đen có nắp đậy Cá ni với mật độ con/bể thời gian 10 tuần, cho ăn thức ăn viên công nghiệp 34% đạm, phần ăn 2%/trọng lượng thân, cho ăn lần/ ngày vào lúc 9:00 17:00 Cá chép nuôi ánh sáng đèn LED bước sóng 446 nm (trắng), 468 nm (xanh da trời), 537 nm (xanh lá) 630 nm (đỏ) với mật độ chiếu sáng 5,0 µm/s/m2 Khoảng cách ánh sáng đến bề mặt nước 50 cm Thời gian chiếu sáng 12 giờ/ngày (07 mở đèn 19 tắt đèn) Kết nghiên cứu cho thấy, nồng độ IGF-I mRNA (insulin-like growth factor messenger RNA) cao ánh sáng màu xanh da trời trắng so với màu đỏ Chỉ số tuyến sinh dục (GSI) cá chép nuôi ánh sáng màu xanh da trời tăng cao có ý nghĩa so với ánh sáng trắng, xanh đỏ Hình ảnh mô học tỷ lệ phát triển noãn bào tế bào trứng cao ánh sáng màu xanh da trời có tỷ lệ thấp ánh sáng trắng, xanh đỏ Cá chép phơi ánh sáng màu xanh da trời có nồng độ estradiol -17β máu cao có ý nghĩa so sánh với ánh sáng trắng, xanh đỏ Kết nghiên cứu cho thấy ánh sáng LED màu xanh da trời kích thích phát triển tuyến sinh dục cải thiện chất lượng trứng cá chép (Cyprinus carpio) Từ khóa: Light emitting diode (LED), Cyprinus carpio, cá chép I GIỚI THIỆU Cá chép (Cyprinus carpio) sống môi trường nước ngọt, lồi nội địa có từ lâu đời Cá thường thích sống theo bầy đàn tập trung nơi nước cạn sông, suối nơi nhiều rau cỏ rậm rạp Cá chịu đựng điều kiện hàm lượng oxy thấp, nhiệt độ thích hợp cho cá tăng trưởng tốt từ 23-300C khoảng pH tối ưu cá từ 7,5-8,0 (Heydarnejad, 2012) Sản lượng cá chép giới chủ yếu từ nuôi trồng chiếm (97,3%) đạt 3,4% (4,4 triệu năm 2016) (Karnai Naukowe, 2018) Trung Quốc quốc gia đứng đầu giới sản lượng ni cá chép, Việt Nam 10 nước có sản lượng cao ni cá chép đạt khoảng 400.000 năm 2015 (Weimin, 2017) Cá chép loài cá nước tương đối quan trọng ni phổ biến Việt Nam lý nuôi cá chép không cần đầu tư nhiều vốn, dễ nuôi quy mô nhỏ, đặc biệt nơi phong phú loại phụ phẩm nông nghiệp vùng núi cao Hơn nữa, thịt cá chép thơm ngon cung cấp Viện Nghiện cứu Nuôi trồng Thủy sản II Trường đại học Miyazaki, Nhật Bản *Email: nguyenthidang34@gmail.com TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SƠNG CỬU LONG - SỐ 17 - THÁNG 9/2020 13 VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II nguồn đạm cao cho người Nghiên cứu ánh sáng yếu tố môi trường quan trọng bao gồm chất lượng, mật độ thời gian chiếu sáng tất có ảnh hưởng mạnh đến chức sinh lý tăng trưởng phát triển tuyến sinh dục cá (Boeuf, 1999; Björnsson, 1997; Imsland ctv., 2007; Tucker ctv., 2006) Cá có khả phát mật độ phổ ánh sáng thông qua mắt, da não (Bayarri ctv., 2002; Vera ctv., 2010) Ở cá xương, ánh sáng có ảnh hưởng đến tuyến yên kích thích sản xuất follicle stimulating hormone (FSH) và luteinizing hormone (LH) có ảnh hưởng tuyến sinh dục phát triển (Davie ctv., 2007) Ngày nay, công cụ đèn LEDs áp dụng cho nhiều lĩnh vực trồng, động vật thủy sản Trong ni trồng thủy sản bước sóng ánh sáng rõ ràng ảnh hưởng đến tăng trưởng, miễn dịch sinh sản cá mơi trường thí nghiệm vùng nuôi (Shin ctv., 2013; Takahashi ctv., 2016; Zheng ctv., 2016) Hơn nữa, đèn LEDs cịn có nhiều lợi để sử dụng trang trại ni thủy sản giá thấp, độ nóng vừa phải độ bền cao (Migaud ctv., 2007) Một vài nghiên cứu kết thú vị sử dụng đèn LED nuôi trồng thủy sản đạt tăng trưởng cao cá chẽm nuôi ánh sáng màu xanh da trời có bước sóng 435-500 nm (Villamizar ctv., 2009a) Trên cá bơn, cá rô phi cá chép koi giảm stress, cải thiện miễn dịch tốc độ tăng trưởng ánh sáng LED màu xanh (Bairwa ctv., 2017b; Shin ctv., 2011; Volpato ctv., 2011) Nghiên cứu cho thấy ánh sáng LED màu xanh cải thiện phát triển tuyến sinh dục cá chép koi cá ba đuôi (gold fish) (Bairwa ctv., 2017b; Choi ctv., 2015; Shin ctv., 2013) Nghiên cứu thực để đánh giá ảnh hưởng bước sóng ánh sáng khác đèn LEDs với màu xanh da trời, màu xanh lá, màu đỏ màu trắng đến tốc độ tăng trưởng sinh sản cá chép (Cyprinus carpio) 14 II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu thí nghiệm Cá chép (Cyprinus carpio) cung cấp từ Trung tâm giống, trường đại học Miyazaki, Nhật Bản Cá chép giống có khối lượng trung bình ban đầu 92 ± 4,3 g chiều dài 19 ±0,6 cm Cá ni dưỡng bể xi măng ngồi trời cho ổn định sức khỏe trước thực thí nghiệm Nguồn nước Cá nuôi nguồn nước máy sử dụng cho sinh hoạt Nước sục khí ngày trước cấp vào bể ni cá để hạn chế khí độc 2.2 Thiết kế thí nghiệm Cá ni dưỡng 10 ngày cho quen môi trường trước bắt đầu thí nghiệm Bể kính đặt thùng xốp màu đen để hạn chế ảnh hưởng ánh sáng bên ngồi Thí nghiệm thực thời gian 10 tuần bể kính có dung tích 60 lít có gắn hệ thống lọc nước xả tràn Mật độ thả nuôi con/ bể, cá cho ăn lần ngày (sáng 9:00, chiều 17:00) thức ăn viên công nghiệp độ đạm 34% với phần thức ăn % trọng lượng thân Nhóm cá thí nghiệm thiết kế gắn đèn LED với màu sắc bước sóng khác màu xanh (468 nm), màu xanh da trời (537 nm), màu đỏ (630 nm) màu trắng (446 nm) Đèn LED lắp đặt với khoảng cách 50 cm đến mặt nước mật độ ánh sáng đo máy đo cầm tay Sekonic spectromaster model C-7000 Chu kỳ chiếu sáng thí nghiệm 12 sáng 12 tối (đèn mở lúc sáng tắt lúc 19 giờ) Yếu tố môi trường theo dõi suốt thời gian thí nghiệm, nhiệt độ đo hàng ngày, pH oxy đo hàng tuần Nước thay 50% ngày 10 tuần thí nghiệm Phương pháp thu mẫu phân tích Mẫu thu thời điểm bắt đầu kết thúc thí nghiệm, trước thu mẫu cá TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SƠNG CỬU LONG - SỐ 17 - THÁNG 9/2020 VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II gây mê dung dịch 2-phenoxyethanol (0,5 ml/L, Sigma, St Louis, MO) Cá cân khối lượng, đo chiều dài, sau mổ cá cho thu buồng trứng cá Chỉ số Gonadosomatic index (GSI) = [trọng lượng buồng trứng (g)]/[trọng lượng cá (g)] x 100 Nồng độ hormone IGF-I (insulin-like growth factor-I) xác định phương pháp real time PCR Phản ứng tiến hành với tổng dung dịch 10µl chứa đựng 2,5 ng of cDNA với 0,5µl cho 2µM cặp mồi xi mồi nghịch với nhiệt độ từ 60οC đến 95οC Kỹ thuật cắt mô buồng trứng: Buồng trứng cố định 10% formaldehyde Mẫu mô làm khơ cồn có nồng độ từ 70 đến 100% Xylene sử dụng cho làm mô Sau mơ nhúng paraffin 64οC Tiêu cắt µm sau đem nhuộm haematoxyline, eosin kiểm tra kính hiển vi quang phổ với độ phóng đại x10 (Nikon, Japan) Nỗn bào quan sát giai đoạn phát triển theo tác giả (Wallace Selman, 1981), gồm giai đoạn Giai đoạn (GĐ1): nỗn bào có nhân lớn hình cầu không Giai đoạn (GĐ 2): xuất túi nỗn hồng chiếm hai ba phần ngoại vi tế bào chất Giai đoạn (GĐ3): noãn bào chứa đầy túi nỗn hồng Xuất lớp nang tế bào khác Giai đoạn (GĐ4): xuất nỗn hồng trung tâm nỗn bào Giai đoạn (GĐ5): tế bào tích tụ nỗn hồng túi nỗn hồng ngoại vi tế bào chất Để xác định mật độ phát triển khác buồng trứng, tiêu mô học chọn ngẫu nhiên từ buồng trứng cho cá 10 hình ảnh chụp từ kính hiển vi quang học cho tiêu Thu mẫu máu cá: Mẫu máu cá lấy từ tĩnh mạch đuôi sử dụng xi lanh 2,5ml Máu ly tâm nhiệt độ 4οC, 12000 rpm thời gian 10 phút thu huyết tương bề mặt bảo quản tủ đơng âm 20οC đến phân tích Tiếp theo hỗn hợp gồm100μl mẫu 500μl ethylene ether (tỷ lệ 1:5) Dung dịch lắc mạnh phút, sau ủ nhiệt độ phịng cho phút đặt khối đá khô trước thu phần dịch bề mặt Nồng độ hormone estradiol-17β xác định phương pháp ELISA theo hướng dẫn nhà sản xuất, công ty Cayman (Ann Arbor, MI, USA) III KẾT QUẢ 3.1 Biểu gene IGF-I mRNA Mức độ biểu IGF-I mRNA cá chép nuôi ánh sáng đèn LED thời gian 10 tuần trình bày Hình Cá chép nuôi mật độ chiếu sáng 5,0 µm/s/m2 Kết ra, nồng độ IGF-I mRNA cá phổ ánh sáng LED màu xanh da trời trắng cho thấy cao so với nghiệm thức màu đỏ, mức độ khác có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) Các nghiệm thức cịn lại khơng có sai khác có ý nghĩa thống kê TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SƠNG CỬU LONG - SỐ 17 - THÁNG 9/2020 15 trắng cho thấy cao so với nghiệm thức màu đỏ, mức độ khác này có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) Các nghiệm thức cịn lại khơng có sai khác có ý nghĩa thống kê VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II IGF-1 mRNA * igf-1/ef1a(x10^-2) * Trắng Xanh Đỏ Xanh da trời Hình 1: IGF-I-mRNA cá chép nuôi phổ ánh sáng đèn LED khác thời gian 3.2.1 Chỉ trung số GSI (Gonadal-somatic index) chép 101:tuần, bình ± SE *: Khác có ý cá nghĩa thống kêLED (P