Pengaruh Pengeringan Sedimen Berpotensial Redoks Negatif terhadap Infektivitas Vibrio parahaemolyticus dan Pertumbuhan Udang Vaname

Abstract

Udang vaname Litopenaues vannamei merupakan komoditas akuakultur unggulan Indonesia. Di tahun 2024, pemerintah Indonesia menargetkan produksi udang mengalami kenaikan menjadi 2 juta ton. Kombinasi antara kondisi inang, patogen, dan kualitas lingkungan yang tidak optimal dapat menimbulkan wabah penyakit. Strain bakteri Vibrio parahaemolyticus yang memiliki toksin pirA dan pirB menjadi penyebab utama penyakit Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease (AHPND). Kegiatan budidaya di tambak tradisional dengan dasar tambak tanah masih berlangsung dikarenakan biayanya yang lebih rendah. Oxidation reduction potential atau potensial redoks (ORP) merupakan indeks derajat oksidasi atau reduksi pada sistem kimia. ORP sedimen yang optimum untuk kegiatan budidaya udang adalah lebih dari+50 mV. Kegiatan budidaya udang yang dimulai dengan kondisi sedimen tidak optimal menyebabkan produktivitas rendah, pertumbuhan rendah, dan rentan terhadap serangan penyakit. Kontak air dan sedimen secara langsung mampu memberikan alur distribusi patogen dari kolom air ke sedimen. Perbaikan petak tambak dilakukan untuk mempersiapkan siklus produksi selanjutnya. Pada tambak tradisional dan semi intensif (tambak dengan dasar tanah), persiapan petak tambak mencakup persiapan air dan dasar tambak. Pengeringan sedimen efektif untuk meningkatkan kualitas sedimen serta menurunkan viabilitas patogen. Rangkaian penelitian ini dilaksanakan dalam tiga tahap. Secara umum penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh pengeringan sedimen terhadap kelimpahan bakteri, perbaikan kualitas lingkungan budidaya, dan pertumbuhan udang vaname L. vannamei. Tujuan khusus penelitian ini adalah (1) mengevaluasi penyebaran V. parahaemolyticus pada lingkungan budidaya; (2) mengevaluasi pengeringan sedimen berpotensial redoks negatif terhadap infektivitas V. parahaemolyticus pada lingkungan budidaya; (3) mengevaluasi pengeringan sedimen berpotensial redoks negatif terhadap pertumbuhan udang vaname L. vannamei. Penelitian tahap pertama bertujuan untuk memonitoring distribusi kelimpahan V. parahaemolyticus pada air dan sedimen setelah kontaminas. Penelitian tahap pertama berupa rancangan acak lengkap, yang terdiri dari perlakuan kontrol (K1) dan kontaminasi (B1) bakteri V. parahaemolyticus 105 CFUmL-1 di air. Penelitian dilakukan selama 20 hari, sampling kelimpahan bakteri pada air dan sedimen dilakukan pada H0, H+5, H+10, H+15, dan H+20 pascakontaminasi. Sedimen yang digunakan memiliki ORP -37 mV. Penelitian tahap kedua adalah pengeringan sedimen berpotensial redoks negatif menggunakan oven yang merupakan simulasi terhadap kondisi alam yaitu pengeringan menggunakan sinar matahari untuk mengetahui efektivitas durasi pengeringan sedimen terhadap keberadaan V. parahaemolyticus. Penelitian tahap kedua berupa rancangan acak lengkap terdiri dari dua perlakuan dengan tiga ulangan, kontrol (K2) dan kontaminasi (B2). Sedimen yang digunakan memiliki ORP -37 mV. Kontaminasi V. parahaemolyticus pada sedimen dilakukan hingga diperoleh kelimpahan bakteri VpRfR tertinggi dari hasil penelitian tahap pertama. Pengeringan dilakukan selama 120 jam menggunakan oven pada suhu 40,75±2,73 °. Secara bertahap pada jam ke- 0, 24, 48, 72, 96, dan 120 pengeringan dilakukan total plate count dan pengukuran ORP sedimen. Penelitian tahap ketiga yaitu pemeliharaan udang pada wadah yang berisi sedimen yang dikeringkan dan tidak dikeringkan untuk mengetahui performa pertumbuhannya dan infektivitas V. parahaemolyticus. Penelitian ini berupa rancangan acak lengkap, dengan tiga perlakuan (kontrol negatif, kontrol positif, dan pengeringan) dan lima ulangan. Durasi pengeringan sedimen yang digunakan adalah durasi pengeringan penelitian tahap kedua yang mampu mengeliminasi bakteri patogen di sedimen. Udang dengan bobot rata-rata 2,35±0,22 g dipelihara di akuairum yang berisi sedimen yang dikeringkan dan tidak dikeringkan lalu diuji tantang dengan bakteri V. parahaemolyticus 105 CFU mL-1 melalui perendaman sejak awal pemeliharaan hingga 20 hari. Parameter yang diamati pada penlitian tahap ketiga adalah performa pertumbuhan, kelimpahan bakteri, gejala klinis AHPND, kematian kumulatif, respons imun, konfirmasi polymerase chain reaction, dan parameter air serta sedimen. Hasil penelitian tahap pertama menunjukkan tekstur sedimen berupa liat, kelimpahan bakteri pada sedimen lebih banyak dibandingkan di air, kelimpahan bakteri V. parahaemolyticus tertinggi di sedimen mencapai 6,12±0,05 Log CFU g-1 atau 1,26x105 CFU g-1 pada H+5 kemudian menurun seiring waktu pengamatan. Parameter kualitas air (suhu, pH, DO, dan salinitas) tergolong normal. Hasil penelitian tahap kedua menunjukkan bahwa pengeringan sedimen selama 120 jam secara terus-menerus pada suhu 40,75±2,73 °C atau 20 hari dengan sinar matahari mampu menghilangkan keberadaan bakteri patogen V. parahaemolyticus dan meningkatkan ORP sedimen. Hasil penelitian tahap ketiga menunjukkan kelimpahan bakteri pada sedimen tertinggi pada perlakuan K+ H+10 (4,30±0,09 Log CFU g-1) kemudian menurun hingga akhir penelitian. Sedangkan kelimpahan bakteri pada air dan hepatopankreas menurun hingga akhir penelitian. Tingkat kelangsungan hidup, respons imun (total haemocyte count, aktivitas fagositik, respiratory burst, dan phenoloxidase) udang dengan sedimen yang dikeringkan lebih tinggi dibandingkan kontrol positif (p<0,05). Gambaran histopatologi hepatopankreas udang di perlakuan pengeringan sedimen lebih baik dibandingkan kontrol positif. Berdasarkan hasil ketiga tahap penelitian, dapat disimpulkan bahwa kelimpahan bakteri pada air, sedimen, dan hepatopankreas udang semakin menurun seiring waktu pengamatan. Pengeringan sedimen berpotensial redoks -37 mV selama 120 jam pada suhu 40,75±2,73 °C yang telah dikontaminasi mampu menurunkan kelimpahan bakteri V. parahaemolyticus dan meningkatkan ORP sedimen. Pengeringan sedimen berpotensial redoks -37 mV selama 120 jam pada suhu 40,75±2,73 °C mampu meningkatkan parameter pertumbuhan udang (ABW, JKP, LPS, RKP, dan TKH) yang diuji tantang V. parahaemolyticus, serta menunjukkan respons imun dan gambaran histopatologi hepatopankreas yang lebih baik.

Pacific White-leg shrimp, Litopenaeus vannamei, is a leading aquaculture commodity in Indonesia. In 2024, the Indonesian government is targeting an increase in shrimp production to 2 million tons. A combination of suboptimal host conditions, pathogens, and environmental quality can trigger disease outbreaks. Strains of the bacterium Vibrio parahaemolyticus with the pirA and pirB toxins are the main cause of Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease (AHPND). Traditional farming in earthen ponds continues due to lower costs. Oxidation-reduction potential (ORP) is an index of the degree of oxidation or reduction in a chemical system. Optimal sediment redox potential for shrimp farming is more than +50 mV. Starting farming activities with non-optimal sediment conditions leads to low productivity, slow growth, and vulnerability to disease. Direct contact between water and sediment can provide a pathway for pathogen distribution from the water column to the sediment. Pond preparation is conducted to prepare for the next production cycle. In traditional and semi-intensive ponds (earthen-bottom ponds), pond preparation includes water and sediment preparation. Sediment drying is effective in improving sediment quality and reducing pathogen viability. This research was conducted in three stages. The general aim of the research was to analyze the effect of sediment drying on bacterial abundance, improvements in the farming environment, and the growth of L. vannamei. The specific objectives were: (1) to evaluate the distribution of V. parahaemolyticus in the culture environment; (2) to evaluate the impact of drying sediment with negative redox potential on the infectivity of V. parahaemolyticus in the farming environment; and (3) to evaluate the effect of drying sediment with negative redox potential on the growth of pacific white-leg shrimp L. vannamei. The first stage aimed to monitor the distribution of V. parahaemolyticus abundance in water and sediment after contamination. The experimental design used a completely randomized design consisting of two treatments: control (K1) and contamination (B1) with V. parahaemolyticus at a concentration of 105 CFU/mL in water. The study lasted for 20 days, with bacterial abundance in water and sediment sampled on days 0, 5, 10, 15, and 20 post-contamination. The sediment used had an ORP of -37 mV. The second stage involved drying sediments with negative redox potential using an oven as a simulation of natural sunlight drying to determine the effectiveness of drying duration on V. parahaemolyticus presence. This stage was also a completely randomized design with two treatments and three replicates: control (K2) and contamination (B2). The sediment used had an ORP of -37 mV, and contamination was carried out until the highest bacterial abundance was achieved based on the results from stage 1. Drying was performed for 120 hours at 40.75±2.73 °C. Bacterial abundance and sediment ORP were measured at 0, 24, 48, 72, 96, and 120 hours. The third stage involved maintaining shrimp in containers with dried and non-dried sediments to evaluate growth performance and the infectivity of V. parahaemolyticus. The design was a completely randomized one with three treatments (negative control, positive control, and dried sediment) and five replicates. The drying duration from stage 2 that effectively eliminated pathogenic bacteria was used. Shrimp with an average weight of 2.35±0.22 g were reared in aquariums containing dried and non-dried sediments and challenged with V. parahaemolyticus (105 CFU/mL) via immersion for 20 days. Observed parameters included growth performance, bacterial abundance, clinical symptoms of acute hepatopancreatic necrosis disease (AHPND), cumulative mortality, immune responses, polymerase chain reaction confirmation, and water and sediment parameters. The results show that, on the first stage research sediment texture was clay-like, and bacterial abundance was higher in sediment than in water. The highest abundance of V. parahaemolyticus in sediment was 6.12±0.05 Log CFU g-1 (1.26×105 CFU g-1) on day 5 post-contamination and decreased over time. Water quality parameters (temperature, pH, DO, salinity) remained within normal ranges. On the second stage research, sediment drying for 120 hours at 40.75±2.73 °C or 20 days under sunlight eliminated V. parahaemolyticus and improved sediment ORP. On the third research, the highest bacterial abundance in sediment was observed on day 10 in the positive control (4.30±0.09 Log CFU g-1) after challenge test but decreased thereafter. Shrimp survival rate, immune response (total hemocyte count, phagocytic activity, respiratory burst, phenoloxidase activity), and hepatopancreas histopathology were better in the dried sediment treatment compared to the positive control. Across all three stages, bacterial abundance in water, sediment, and shrimp hepatopancreas decreased over time. Drying sediment with an ORP of -37 mV for 120 hours at 40.75±2.73 °C effectively reduced V. parahaemolyticus abundance and increased sediment ORP. This drying process also improved shrimp growth parameters (ABW, SGR, FCR, survival rate) and immune responses, as well as hepatopancreas histopathology, when challenged with V. parahaemolyticus.