Kinh doanh các đối tượng sinh vật cảnh biển là một ngành công nghiệp triệu đô [120]. Cùng với san hô, tôm, nói riêng, và giáp xác biển nói chung là một trong những loài động vật không xương sống phổ biến của ngành công nghiệp này [17, 16, 61].
Trong đó, chủ yếu tập trung vào các loài thuộc một số họ như Stenopodidae, Hippolitydae, Palaemonidae, Hymenoceridae, and Gnathophyllidae. Chúng thường được ưa chuộng vì có hình dạng đẹp và lạ mắt, màu sắc nổi bật, cùng với khả năng ngụy trang và hành vi sống cộng sinh [15, 17, 59].
Cho đến hiện nay, hầu hết các đối tượng tôm cảnh biển đều được khai thác chủ yếu từ tự nhiên, tập trung chủ yếu ở khu vực xung quanh các rạn san hô [120]. Các hoạt động đánh bắt mang tính chất hủy diệt [60, 120] đã làm gia tăng mối lo ngại về tính đa dạng sinh học của hệ sinh thái rạn san hô cũng như là sự phát triển bền vững của nghề có lợi nhuận cao này. Vấn đề chỉ có thể được giải quyết khi có thể chủ động sản xuất các loài giáp xác cảnh trong điều kiện nuôi nhốt.
Trong vài năm trở lại đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm gia tăng hiểu biết của con người về vòng đời của các đối tượng tôm cảnh có giá trị cũng như là phát triển các kỹ thuật nuôi thích hợp. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên này chủ yếu tập trung vào các loài thuộc hai giống là Lysmata và Stenopus [59].
Các cá thể trưởng thành của hầu hết các loài tôm cảnh phổ biến đều dễ dàng thích ứng với điều kiện nuôi nhốt [17, 59]. Mặc dù kỹ thuật cắt mắt, một quy trình đã được áp dụng rộng rãi trong sản xuất các đối tượng thuộc họ tôm He, cũng đã được ứng dụng thành công, giúp thúc đẩy quá trình thành thục sinh dục và rút ngắn chu kì lột xác ở Stenopus hispidus [122], hầu hết các loài tôm cảnh đều có khả năng thành thục, giao vĩ và đẻ trứng nếu được chăm sóc tốt trong điều kiện nuôi nhốt [17].
Ương nuôi ấu trùng luôn là một trong những trở ngại lớn của Nuôi trồng thủy sản. Sản xuất giống các đối tượng tôm cảnh cũng không phải là một ngoại lệ. Mặc đã đạt được những thành công trong sản xuất ấu trùng trên một số đối tượng như Lysmata amboinensis [35], L. debelius [35, 86, 87], L. wurdemanni [124] và Stenopus scutellatus [123], thời gian phát triển ấu trùng dài, tỷ lệ sống thấp vẫn cản trở việc phát triển sản xuất trên quy mô lớn những loài này và cả những đối tượng tôm cảnh khác [17].
Cho đến hiện nay, đối với hầu hết các loài, các giai đoạn phát triển ấu trùng vẫn chưa được biết đến hoặc mới chỉ được mô tả một phần [14]. Tuy nhiên, nhiều loài đã được biết hoặc được cho là có nhiều giai đoạn phát triển ấu trùng khác nhau, và có nhiều phần phụ dễ bị tổn thương. Đồng thời, trong điều kiện ương nuôi không thích
hợp, ấu trùng của một số loài có khả năng trì hoãn sự phát triển. Đó là hiện tượng mà ấu trùng có lột xác, nhưng lại có ít hoặc không có sự thay đổi về hình thái (mark-time moulting) (trích Calado et al., 2003) [16]. Những vấn đề trên sẽ gây nhiều cản trở cho việc ương nuôi ấu trùng các loại tôm cảnh biển phát triển theo quy mô thương mại.
Xác định được loại thức ăn thích hợp cho ương nuôi sẽ góp phần rút ngắn thời gian phát triển của ấu trùng [59]. Nhiều loại thức ăn khác nhau đã được thử nghiệm (vi tảo, Luân trùng, trứng tẩy vỏ, Artemia nauplius, Artemia làm giàu) [123, 124]. Nhìn chung, kết quả thử nghiệm các loại thức ăn trong ương nuôi ấu trùng tôm cảnh, tuy đã đạt được những thành công nhất định, nhưng kết quả còn hạn chế, thời gian phát triển ấu trùng còn dài, tỷ lệ sống thấp [17].
Bảng 1.1: Thời gian phát triển ấu trùng của một số loài giáp xác cảnh
Loài Thời gian phát triển ấu
trùng (ngày) Nguồn
Hymenocera picta 28-56 Kraul 1999
Lysmata amboinensis 58-140 Fletcher et al., 1995; TMC, 1999
Lysmata debelius 63-158 Fletcher et al., 1995; TMC, 1999
Palmtag and Holt, 2001
Lysmata wurdemanni 22-110 Zhang et al., 1998, Rhyne 2002
G. J. Holt (Trao đổi riêng)
Lysmata sedicudata 27 Calado et al., 2001
Stenopus hispidus 120-210 Fletcher et al., 1995
Stenopus scutellatus 43-77 Zhang et al., 1997
(Theo Lin et al., 2001) [59]
Bên cạnh các yếu tố về dinh dưỡng và loại thức ăn, nghiên cứu phát triển các hệ thống ương nuôi thích hợp cũng góp phần rút ngắn thời gian phát triển ấu trùng và nâng cao tỷ lệ sống [17]. Ấu trùng các loài tôm cảnh đã được thử nghiệm ương nuôi trong các thiết bị chứa khác nhau (cốc, chai và hộp nhựa với các thể tích khác nhau, bể
kính). Tuy nhiên, hạn chế của các thiết bị này là thao tác khó khăn và có thể gây tổn thương cho ấu trùng trong quá trình chăm sóc, quản lý.
Hệ thống ương nuôi hoạt động dựa trên nguyên lý “Planktonkreisel” của Greve (1968) đã được chứng minh là có hiệu quả trong ương nuôi ấu trùng một số loại tôm hùm (Panulirus japonicus, Jasus lalandii, J. edwardsii, và J. verreauxi) giai đoạn phyllosomas [54]. Đặc điểm chính của hệ thống ương nuôi dạng này là giữ cho ấu trùng và thức ăn lơ lửng trong tầng nước thông qua sự lưu động của dòng nước theo chiều từ dưới lên [40]. Hệ thống bể nuôi hình trụ đáy nón (cylindrico-conical fiberglass tanks) [16], và được cải tiến thành bề hình trụ đáy cầu (cylindrico-spherical fiberglass tanks) [18] dựa trên nguyên lý Planktonkreisel của Calado đã góp phần nâng cao tỷ lệ sống và giảm hiện tượng “Mark-time moulting” trên một số đối tượng giáp xác cảnh.
Mặc dù việc sử dụng sục khí có thể tạo đủ sự xáo trộn trong nước để giữ cho ấu trùng luôn ở trạng thái lơ lửng, nhưng các bọt khí vẫn có thể gây ra chấn thương cho các ấu trùng, từ đó dẫn đến tăng cao tỷ lệ chết [40]. Một ưu điểm quan trọng khác của hệ thống ương nuôi mới này là cho phép thay mới thức ăn sống hàng ngày nhờ thay đổi bộ phận lọc với các kích thước mắt lưới khác nhau (mesh screen filter). Điều này giúp đảm bảo cung cấp thức ăn chất lượng dinh dưỡng cao cho ấu trùng, đặc biệt là trong trường hợp thức ăn là Artemia làm giàu, giá trị dinh dưỡng giảm rất nhanh sau 24 giờ [78].
Hiện nay, hệ thống ương nuôi dựa trên nguyên lý “Planktonkreisel” đang là sự lựa chọn hàng đầu trong ương nuôi ấu trùng các loài tôm cảnh do tiết kiệm thời gian cho các thao tác vệ sinh, chăm sóc, siphon loại bỏ thức ăn cũ, giảm thiểu nguy cơ gây tổn thương cho ấu trùng [17]. Đặc biệt, hệ thống mới có khả năng áp dụng ở quy mô nhỏ phục vụ cho thí nghiệm (bể 10 lít) hoặc quy mô thương mại (bể 200 lít) [16].
Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Đề tài được thực hiện tại Viện Nghiên Cứu Biển, thuộc trường Đại học Burapha, tỉnh Chonburi, Thái Lan
Thời gian thực hiện từ tháng 3/2010 đến tháng 9/2010.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống tuần hoàn (Recircualting Aquaculture System – RAS) sử dụng các hình thức lọc sinh học khác nhau:
- Lọc sinh học dựa trên quá trình Nitrate hóa (Nitrification) được thực hiện bởi vi khuẩn
- Lọc sinh học nhờ khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng của rong biển (Caulerpa serrata)
2.3. Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu của đề tài
Hình 2-1: Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu. So sánh, đánh giá và kết luận
Hệ thống nước tĩnh (Đối chứng) Hệ thống tuần hoàn sử dụng rong
biển (Caulerpa serrata)
- Chất lượng nước (TAN, NO2-N, NO3-N) - Tỷ lệ sống của ấu trùng
- Tỷ lệ chuyển giai đoạn Hệ thống tuần hoàn sử dụng
lọc vi sinh
Tính toán kích thước lọc sinh học
So sánh hiệu quả của lọc vi sinh và lọc bằng rong biển (Caulerpa serrata) trong hệ thống tuần hoàn ương nuôi ấu trùng tôm
Hymenocera picta Dana, 1852
Thiết lập hệ thống tuần hoàn (RAS)
Tốc độ bài tiết Ammonia của ấu trùng tôm và Artemia mới nở
Tốc độ xử lý Ammonia của Vi khuẩn Nitrate hóa và rong biển
2.4. Vật liệu và phương pháp
2.4.1. Vật liệu cần dùng và chuẩn bị các điều kiện thí nghiệm 2.4.1.1. Nguồn ấu trùng 2.4.1.1. Nguồn ấu trùng
Ấu trùng tôm cảnh biển Harlequin dùng trong thí nghiệm được lấy từ 5 cặp tôm bố mẹ tại Viện nghiên cứu biển Burapha. Đây là các cặp tôm được được khai thác trực tiếp tại các vùng biển thuộc Thái Lan.
Các cặp bố mẹ tôm Harlequin Hymenocera picta được nuôi riêng biệt trong các bể có thể tích 30 lít. Các bể này được nối với một hệ thống tuần hoàn sử dụng rong biển Caulerpa lentilliferra với vai trò lọc sinh học để duy trì thường xuyên TAN và Nitrite (NO2--N) dưới ngưỡng phát hiện.
Hình 2-2: Hệ thống nuôi vỗ tôm Hymenocera picta bố mẹ.
Tôm bố mẹ được cho ăn hàng ngày bằng sao biển sống Linkia sp. Bể nuôi được si-phông hàng ngày để loại bỏ thức ăn thừa và phân.
Ở tôm Hymenocera picta, quá trình đẻ và thụ tinh cho trứng diễn ra sau khi tôm cái lột xác và giao vĩ. Tôm mẹ ôm trứng ở bụng và quá trình phát triển phôi diễn ra ở đây trong 15±2 ngày. Trước khi trứng nở, tôm mẹ được chuyển vào bể đẻ đã được cấp nước biển lọc sạch và che tối bằng túi nylon đen.
2.4.1.2. Rong biển (Caulerpa serrata)
Rong biển được sử dụng trong thí nghiệm là Caulerpa serrata, được lấy trực tiếp từ các bể lọc sinh học tại trung tâm sản xuất giống của viện nghiên cứu biển. Rong biển được rửa sạch, loại bỏ sinh vật bám (ốc, hải quỳ) và các nhánh úa, chết, rồi được nuôi riêng trong bể chứa nước biển lọc sạch, có sục khí 24/24. Khi mới được tuyển chọn, các đoạn rong bị đứt có thể tiết ra chất nhớt, có thể có ảnh hưởng không tốt đến ấu trùng, nên rong biển phải được chuẩn bị trước khi thí nghiệm bắt đầu 3-5 ngày.
Để cố định rong biển khi đặt trong hệ thống, rong biển được cho vào tấm lưới nhựa cứng, với kích thước mắt lưới 2a=2cm.
2.4.1.3. Hệ thống lọc vi sinh
Hình thức lọc sinh học, dựa trên hoạt động của các chủng vi khuẩn Nitrate hóa, được sử dụng trong thí nghiệm là lọc sinh học ngập nước (submerged biofilter), một hình thức lọc sinh học phổ biến trong Nuôi trồng thủy sản [49, 50]. Giá thể được sử dụng làm vật bám trong thí nghiệm là các khối nhựa hình cầu (bioballs), có nhiều gai để làm tăng diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích (SSA = 199m2/m3).
Hình 2-3: Giá thể lọc sinh học dùng trong thí nghiệm.
Để gây nuôi vi khuẩn, các giá thể được rửa sạch, cho vào bể chứa nước biển lọc sạch, và sục khí 24/24. Ammonium cloride (NH4Cl) được bổ sung vào bể hàng ngày để duy trì nồng độ TAN là 0.2ppm. Hàng ngày kiểm tra nồng độ TAN và Nitrite trong
bể nuôi cấy. Thời gian đầu, chủng vi khuẩn Nitrosomonas sẽ phát triển, chuyển hóa NH4+ thành Nitrite (NO2-N). Do đó, nồng độ Nitrite sẽ tăng cao trong bể nuôi cấy. Đây là điều kiện thuận lợi cho chủng vi khuẩn sử dụng Nitrite như nguồn Nitơ cho quá trình sinh tổng hợp protein và tạo ra sản phẩm thải là Nitrate (NO3-N), Nitrobacter
phát triển. Hai chủng vi khuẩn này phát triển đầy đủ và hoạt động ổn định khi Ammonia xuất hiện, sẽ lập tức được chuyển hóa thành Nitrite và sau đó là Nitrate mà không bị tích lũy Nitrite trong hệ thống. Quá trình nuôi cấy vi khuẩn thường mất 3 đến 4 tuần.
2.4.1.4. Mô tả hệ thống ương nuôi
Ấu trùng được nuôi trong bể hình trụ đáy cầu theo mô tả của Calado et al. (2008) [18] với đường kính miệng bể là 35 cm, tổng chiều cao là 40 cm với đáy cong cách miệng bể 20 cm. Thể tích nước nuôi là 25 lít. Các đầu lọc (đường kính 80mm với mắt lưới 400µm và 105 µm để giữ và loại bỏ thức ăn sống) được đặt cách mặt nước 40 mm, và gắn vào ống thoát hình chữ T bằng nhựa PVC, đường kính 20mm, đặt cách miệng bể 80 mm.
Hình 2-4: Bể ương nuôi ấu trùng
Nước từ bể nuôi được đi qua một thiết bị lọc (đường kính 150mm, kích thước mắt lưới là 105µ) để loại bỏ chất vẩn, thức ăn thừa trước khi đi vào bể lọc sinh học có thể tích 110 lít. Sau đó, nước được bơm lên một bể chứa (50 lít), và từ đây, nước quay trở lại bể nuôi nhờ trọng lực. Nước từ bể chứa đi vào bể ương thông qua một ống nhựa (Ø = 18mm) với đầu ra đặt ở sát đáy bể.
Sục khí mạnh được đặt trong bể lọc sinh học và bể chứa.
Hình 2-5: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm
2.4.1.5. Thức ăn sống
Artemia mới nở là nguồn thức ăn duy nhất được sử dụng cho ương nuôi ấu trùng tôm Hymenocera picta trong suốt quá trình thí nghiệm. Artemia được ấp từ trứng bào xác của công ty INVE (Thái Lan).
Artemia được ấp hàng ngày trong các xô nhựa ở mật độ 2-3g trứng/L, độ mặn 32–33‰, sục khí mạnh, liên tục. Thời gian ấp từ 20-24h.
2.4.1.6. Nguồn nước
Nước biển được mua về từ vùng biển gần Viện. Sau khi được mua về, nước biển được đi qua hệ thống lọc thô bằng cát và san hô để loại bỏ chất vẩn, sau đó được đi vào bể lắng. Trước khi được sử dụng, nước được cho chạy qua hệ thống khử trùng bằng tia cực tím.
2.4.1.7. Các trang thiết bị khác
Các trang thiết bị khác được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm kính hiển vi, bơm chìm, thiết bị kiểm tra chất lượng nước (DO, pH, nhiệt độ, độ mặn), ống nghiệm, nước cất để pha chế hóa chất, pipet tự động (auto pipette).
1. Bể ương (25L)
2. Bể lọc sinh học (110L) 3. Bơm
Các loại hóa chất dùng để phân tích độ kiềm, Ammonia tổng số (TAN), Nitrite (NO2-N), Nitrate (NO3-N), và máy quang phổ dùng để đọc kết quả phân tích các thông số chất lượng nước về hợp chất có chứa Nitơ nêu trên.
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu
2.4.2.1. Xác định kích thước hệ thống lọc sinh học
Sức tải là khối khối lượng vật nuôi tối đa mà hệ thống có thể được duy trì bên trong một hệ thống nuôi. Trong một hệ thống, khi mà oxy hòa tan không là yếu tố giới hạn thì nồng độ Ammonia tổng số (Total Ammonia Nitrogen – TAN) sẽ là nhân tố chủ yếu được tính toán đến trong xác định sức tải của một hệ thống.
Trong thí nghiệm này, vì khối lượng (số lượng) vật nuôi (ấu trùng tôm Harlequin) và thức ăn tươi (Artemia mới nở) đã được xác định, do đó, cần tính toán để xác định kích thước hệ thống lọc sinh học có thể xử lý lượng Ammonia được tạo ra bên trong hệ thống.
Đối với hệ thống lọc sinh học dựa trên sự hoạt động của các vi khuẩn Nitrate hóa, xác định kích thước lọc sinh học thực chất là xác định diện tích bề mặt cần thiết của giá thể để có đủ số lượng vi khuẩn theo yêu cầu. Và đối với rong biển là khối lượng rong biển cần dùng. Do đó, hai thông số cần xác định là tốc độ sản xuất Ammonia bên trong hệ thống (TAN production rate) và tốc độ loại bỏ Ammonia của hệ thống lọc sinh học (TAN removal rate) [57, 114].
a.Xác định tốc độ sản xuất TAN
Ammonia, một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất được bài tiết bởi vật nuôi và thức ăn sống, sẽ được xác định trong 24 giờ.
Để xác định chỉ tiêu này, Ammonia, một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất, được bài tiết ra bởi vật nuôi (ấu trùng tôm) và Artemia mới nở trong 24 giờ sẽ được xác định.
Trong thử nghiệm ương nuôi ấu trùng tôm Harlequin trong các hệ thống khác nhau, ấu trùng được ương ở mật độ 10 cá thể/L. Tuy nhiên, để xác định lượng Ammonia do ấu trùng thải ra, mật độ nêu trên là thấp. Do đó, mật độ 400 ấu trùng/L được sử dụng trong thí nghiệm xác định tốc độ sản xuất Ammonia của ấu trùng tôm
Harlequin nhằm tăng khả năng phát hiện Ammonia. Đối với Artemia, vẫn giữ mật độ 5 cá thể/L.
50 ấu trùng tôm cảnh biển Harlequin mới nở được cho vào bình tam giác PYREX có dung tích 125mL (400 ấu trùng/L), và Artemia mới nở được giữ ở mật độ 5 cá thể/mL trong ca nhựa thể tích 1 lít. Có 5 lần lặp cho mỗi nghiệm thức với đối chứng là dụng cụ có chứa nước biển lọc sạch.
Sục khí nhẹ được cung cấp thông qua sử dụng que thủy tinh. Độ mặn được duy