Tình Hình Nghiên Cứu Và Sử Dụng Chế Phẩm Sinh Học Trong Nuôi Trồng Thủy Sản

cách cải thiện quần thể vi sinh vật sống xung quanh hay liên kết với vật chủ; tăng khả năng sử dụng thức ăn hay chất dinh dưỡng của thức ăn; tăng cường khả năng chống lại mầm bệnh hay cải thiện chất lượng môi trường sống xung quanh vật chủ”.

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Theo Grommen et al. (2005) quần thể vi sinh vật trong các thủy vực nuôi thủy sản nước mặn rất đa dạng, bao gồm một số loài gây bệnh, một số loài không gây bệnh và một số loài có lợi cho vật nuôi, khả năng duy trì sự cân bằng thích hợp của hệ vi sinh này là chìa khoá thành công trong việc quản lý môi trường nuôi thủy sản.

Dựa vào vai trò và chức năng của chế phẩm sinh học sử dụng trong nuôi trồng thủy sản hiện nay có thể chia chúng làm 3 loại: (1) các vi sinh vật thường được trộn vào thức ăn hoặc cho Artemia, rotifer ăn trước khi cho các loại động vật nuôi ăn để giúp hỗ trợ tiêu hóa và hấp thu các chất dinh dưỡng, gồm có các nhóm Bacillus, Lactobacillus, Saccharomyces; (2) gồm các vi sinh vật có tính đối kháng hoặc cạnh tranh thức ăn với vi sinh vật gây bệnh như Bacillus licheniformic, Bacillus sp., Vibrio alginolyticus; (3) nhóm này gồm các vi sinh vật cải tạo môi trường nước như Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces, Bacillus, Rhodosp.irillum, Rhodopseudomonas viridis, R. palutris, Rhodomicrobium vanniell, các loại nấm Asp.ergillus oryzae, A. niger, Rhizopus sp.. Tuy nhiên, có nhiều chủng vi sinh vật thực hiện được nhiều chức năng khác nhau nên ranh giới giữa các nhóm này đôi khi không rò ràng (Nguyễn Hữu Phúc, 2003).

Yasuda và Taga (1980) công bố sử dụng vi khuẩn như nguồn thức ăn và là nhân tố sinh học trong phòng trị bệnh cá. Nghiên cứu của Austin (1995) cho thấy sử dụng probiotic (chủ yếu là Vibrio alginolyticus) trên cá Hồi có thể làm giảm bệnh gây ra bởi Aeromonas salmonicids, Vibrio anguillarium, Vibrio ordalii.

Baticados et al. (1990) đã cảnh báo vi khuẩn phát sáng Vibrio harveyi gây thiệt hại nghiêm trọng cho tôm sú. Để giải quyết vấn đề này các chủ trại nuôi thường sử dụng các chất hoá học và kháng sinh. Sự lạm dụng thuốc kháng sinh có thể dẫn đến sự kháng thuốc của những dòng vi khuẩn này (Weston, 1996).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 88 trang tài liệu này.

Năm 1995, Griffith (trích dẫn bởi Nguyễn Hữu Phúc, 2003) cho thấy rằng việc đưa probiotic vào ương tôm giống ở Ecuador trong năm 1992 mà sản lượng tôm giống tăng 35% và giảm sử dụng các chất diệt khuẩn đến 94%

Theo Zhermant et al. (1997) (trích dẫn bởi Nguyễn Hữu Phúc, 2003) khi nuôi chủng vi khuẩn probiotic trong bể với ấu trùng tôm Litopenaeus vannamei với mật độ 103 tế bào/mL thì đã ngăn cản được sự xâm nhiễm các vi khuẩn gây bệnh ngay ở nồng độ 107 tế bào/mL. Việc sử dụng probiotic thường xuyên giúp tăng sức đề kháng cho tôm và như một chất thay thế kháng sinh (Rengpipat et al., 1998).

Nghiên cứu của Vaseeharan et al. (2004), probiotic giúp kháng được vi khuẩn Listonella anguillarium xuất hiện trong nước, bùn đáy ao nuôi và trong các cơ quan của tôm sú. Tác giả này cho rằng các sản phẩm bài tiết của Bacillus trong thức ăn và ruột tôm giúp tăng cường sự sinh trưởng và nâng cao tỷ lệ sống của tôm sú.

Các dòng vi khuẩn như Vibrio, Pseudomonas, Bacillus và một số dòng Lactobacillus đã được kiểm chứng và được xem như những dòng vi sinh hữu ích trên các đối tượng tôm, cua, nhuyễn thể và cá. kết quả thí nghiệm cho thấy tỉ lệ hao hụt giảm có ý nghĩa trong suốt quá trình ương (Bruno et al., 2000).

Hoạt động của vi sinh vật ảnh hưởng đến chất lượng nước chủ yếu là sử dụng oxy, tái tạo lại các dưỡng chất vô cơ và loại trừ các sản phẩm độc trong trao đổi chất như NH3, NO2-, H2S (Moriaty, 1997). Theo Jory (1998) việc quản lý chất lượng nước và kiểm soát bệnh là vấn đề rất quan trọng, nó có quan hệ trực tiếp và ảnh hưởng nhiều bởi hoạt động của vi sinh vật. Vì vậy vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong thủy vực giữ vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chất lượng nước.

Shariff et al. (2001) đã nghiên cứu việc sử dụng chế phẩm sinh học trên thị trường (có chứa các dòng vi khuẩn Bacillus, các vi khuẩn oxy hóa amonia, nitrite, vi khuẩn oxy hóa sulphur, và nấm men) đối với môi trường ao nuôi, kết quả nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt về chất lượng nước giữa các ao thí nghiệm và các ao đối chứng, trừ yếu tố Ammonia tổng số.

Trong những năm gần đây, nhằm mục đích giảm thiểu những bất lợi do sử dụng hóa chất trong nuôi trồng thủy sản, việc nghiên cứu và sử dụng các chế phẩm sinh học trong quá trình nuôi tôm ở nước ta đang phát triển mạnh. Theo Cục Bảo vệ nguồn lợi thủy sản, hiện có khoảng trên 200 thương hiệu chế phẩm

sinh học và vitamin đang bán trên thị trường nước ta. Đa số các chế phẩm sinh học có nguồn gốc nhập ngoại và một số chế phẩm được sản xuất trong nước nhưng phần lớn các chế phẩm này chưa được công bố về xuất xứ nguồn gốc (Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim, 2007).

Theo Đặng Đình Kim và ctv (2006), các chế phẩm vi sinh nhập ngoại chứa một số nhóm vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Lactobacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter,… Nhìn chung các sản phẩm này có thành phần vi sinh vật rất hạn chế, chủ yếu là các nhóm vi khuẩn phân giải protein và nhóm vi khuẩn nitrate hóa, hầu như không có mặt của các nhóm nấm sợi, xạ khuẩn và nấm men. Điều này sẽ làm lớp bùn đáy ao nghèo nitơ và sulfate trong khi nguồn carbohydrat thì lại dư thừa và tích lũy ở đáy ao.

Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh bằng cách phân lập và tuyển chọn các nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải protein, tinh bột và xenluloza trong môi trường nước lợ được Đặng Đình Kim và ctv (2006) nghiên cứu và đưa ra ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Sản phẩm này cho kết quả cải thiện tốt các chỉ số thuỷ lý, thuỷ hoá, thuỷ sinh vật trong môi trường ao nuôi, đặc biệt làm tăng tỷ lệ sống, trọng lượng trung bình/con và sản lượng tôm nuôi cao hơn nhiều so với đối chứng.

Sử dụng chế phẩm vi sinh trong nuôi trồng thủy sản là một xu hướng tích cực và ngày càng mở rộng. Do đó, việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu về chế phẩm sinh học đã từng được đưa vào một trong các định hướng về khoa học công nghệ liên quan trực tiếp với môi trường góp phần nuôi trồng thủy sản bền vững (Lê Thanh Lựu, 2005).

2.3 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm

2.3.1 Vai trò của các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm trong nuôi trồng thủy sản

Từ nhiều năm qua việc bổ sung vi khuẩn vào các ao nuôi thủy sản đã trở nên rất phổ biến vì vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong thủy vực giữ vai trò rất quan trọng trong việc điều chỉnh chất lượng nước đối với các hệ thống nuôi thủy sản thâm canh, chúng giúp chuyển hóa các chất độc như ammoniac và hợp chất nitơ (Boyd và Tucker, 1998). Trong thủy vực, các vật chất hữu cơ không ngừng bị phân hủy bởi các vi sinh vật vì chúng cần các hợp chất này để làm thức ăn (Đặng Thị Hoàng Oanh, 2005).

Trong nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như nitơ phân tử, các hợp chất nitơ vô cơ và các hợp chất nitơ phức tạp có trong các cơ thể sống (protein, acid amin). Dưới tác dụng của vi sinh vật, các chất hữu cơ chứa nitơ sẽ bị thối rữa và amon hóa thành NH3 hay NH4+, dạng NH4+ sẽ bị chuyển hóa thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa.

Hình 2.1: Chu trình chuyển hóa Nitơ trong tự nhiên (www.microponics.net.au/%3Fp%3D197, trích bởi Nguyễn Thị Kim Xuân, 2008)

Tổng hàm lượng đạm amôn (TAN, bao gồm NH3 và NH4+) là thông số chất lượng nước quan trọng trong sản xuất giống và nuôi thủy sản. Sự loại bỏ ammonia (NH3) có vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước trong hệ thống ương nuôi ấu trùng và góp phần làm tăng năng suất trong sản xuất (Phạm Thị Tuyết Ngân và ctv, 2008).

Trong hệ thống sản xuất giống, để giảm hàm lượng ammonia thì biện pháp thay nước thường được áp dụng. Tuy nhiên, biện pháp này cũng có những mặt hạn chế như: chi phí sản xuất cao, mầm bệnh có nhiều cơ hội xâm nhập vào hệ

thống sản xuất... Trong những năm gần đây, hệ thống lọc sinh học tuần hoàn thường được ứng dụng rộng rãi để loại bỏ ammonia dựa trên cơ sở của quá trình nitrate hóa.

Các hợp chất gây độc cho các đối tượng thủy sản như NH3 và NO2- sẽ được chuyển sang dạng không độc NO3- nhờ vào quá trình nitrate hóa được thực hiện bởi các vi khuẩn nitrate hóa (Herbert, 1999).

Nitrate hóa là quá trình mà ammonia được oxy hóa thành nitrate (NO3-) qua 2 giai đoạn được thực hiện bởi 2 nhóm vi khuẩn khác nhau. Ở giai đoạn thứ nhất, vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa ammonium thành nitrite (NO2-), nitrite cuối cùng chuyển thành nitrate nhờ hoạt động của vi khuẩn Nitrobacter (Focht và Vertraete, 1977).

2.3.2 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm thường gặp

2.3.2.1 Bacillus

Bacillus subtilis là trực khuẩn Gram dương, di động, có kích thước 2- 3x0,7-0,8 µm, có tính ổn định cao với nhiệt độ, tác động của hóa chất, tia bức xạ do vi khuẩn này có khả năng hình thành bào tử. Vi khuẩn này phân bố rộng rãi trong thiên nhiên (không khí, đất, bụi và nước), chịu được nhiệt và dễ sấy khô, được coi là vi khuẩn hiệu quả nhất và có lợi ích nhất trong việc bảo vệ sức khỏe và kích thích hệ thống miễn nhiễm được ưa thích hơn thuốc kháng sinh.

Vi khuẩn Bacillus sp.p. đã được sử dụng như một chế phẩm sinh học từ rất lâu giúp cải tiến chất lượng nước nhờ vào tác dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ và làm giảm số lượng mầm bệnh tiếp cận với các loài thuỷ sản nuôi (Wang et al., 2003).

Theo Hasting và Nealson (1981) Bacillus S11 có thể tạo ra một số chất kháng khuẩn và có thể tiêu diệt V. harveyi. Cũng với hướng nghiên cứu này Moriaty (1998) kết luận rằng sau khi sử dụng probiotic (chứa chủng Bacillus sp.p.) tỷ lệ sống của tôm sú tăng lên, hạn chế được mầm bệnh vi khuẩn phát sáng Vibrio sp.p. trong nước và trong bùn đáy ao.

Kết quả nghiên cứu của Vaseeharan et al. (2002) cho kết quả tương tự khi sử dụng dòng vi khuẩn B. subtilis BT23 để chống lại sự tăng trưởng của V. harveyi, tỷ lệ tôm chết giảm 90%.

Trên đối tượng thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), Kuan-Fu Liu et al. (2010) đã làm thí nghiệm trộn Bacillus subtilis E20 vào thức ăn cho tôm ăn, kết quả cho thấy tỷ lệ sống ở nghiệm thức có Bacillus subtilis E20 cao hơn so với đối chứng, hơn nữa còn cho thấy vai trò kích thích hệ thống miễn dịch ở tôm.

Theo kết quả nghiên cứu của Đặng Đình Kim và ctv (2006) cho thấy Bacillus có khả năng phân giải protein và tinh bột, khả năng này đóng vai trò quan trọng trong các chu trình sinh học Nitơ và Carbon.

Một số loài của nhóm vi khuẩn Bacillus (Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus sp.., Bacillus megaterium...) dùng để làm sạch môi trường nhờ khả năng sinh các enzyme (proteaza, amylaza, xenlulaza, kitinaza) phân hủy các hợp chất hữu cơ và kiểm soát sự phát triển quá mức của vi sinh vật gây bệnh do cơ chế cạnh tranh nguồn dinh dưỡng giữ cho môi trường luôn ở trạng thái cân bằng sinh học (Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim, 2007)

Nghiên cứu của Sirirat et al. (2007) sử dụng 2 dòng Bacillus KKU02 và Bacillus KKU03 (107 CFU/mL) trộn vào thức ăn cho tôm càng xanh (M. rosenbergii). Kết quả cho thấy tăng trưởng và trọng lượng của tôm ăn thức ăn có Bacillus khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng.

2.3.2.2 Nitrosomonas

Nhóm Nitrosomonas thường phân bố rộng rãi trong đất, bùn nước ngọt và nước lợ. Phần lớn những loài thuộc giống Nitrosomonas không có khả năng di động nên cần phải bám vào bề mặt giá thể như đá, cát, giá thể sinh học, giúp chúng phát triển thuận lợi. Theo Meicklejohn (1950) trích bởi Nguyễn Thị Kim Xuân (2008) khả năng bám nhờ chúng tiết chất nhầy từ màng bao bên ngoài, đây là nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng và hiếu khí bắt buộc.

Theo Engel (1958) thì loài Nitrosomonas europaea có khả năng di động và có 2 roi khi các tế bào vi khuẩn phát triển ở giai đoạn tăng trưởng. Vi khuẩn Nitrosomonas là nhóm vi khuẩn khó phân lập và nuôi do chúng không có khả năng sống trên môi trường thạch và không thể hình thành khuẩn lạc trong điều kiện thời gian cho phép (Herbert, 1999). Phương pháp MPN được áp dụng để xác định mật độ của nhóm vi khuẩn nitrate hóa (Valerie và Rene, 1995).

Tất cả các loài thuộc giống Nitrosomonas sử dụng NH3 như là nguồn năng lượng cho sự chuyển hóa thành NO2-. Ammonia đầu tiên bị khử hydro thành

amine (NH2) sau đó bị oxy hóa thành NO2-. Quá trình chuyển hóa này cho phép

Nitrosomonas sử dụng một số hợp chất của amine (Engel và Alexander, 1958).

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của Nitrosomonas khoảng 25 – 300C, pH thích hợp khoảng 7,8 – 8. Nitrosomonas là vi khuẩn mẫn cảm với ánh sáng đặc biệt là ánh sáng màu xanh dương và tím.

2.3.2.3 Nitrobacter

Nitrobacter được chứng minh có nhiều trong đất và bùn (Degrange và Bardin, 1995), chúng giữ vai trò quan trọng nhất trong bước thứ hai của quá trình nitrate hóa. Những loài thuộc giống Nitrobacter là những vi khuẩn Gram (-), có hình que ngắn hay hình quả lê (0,5 – 0,8 x 1,0 – 2,0 µm). Đây là nhóm vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, sống tự dưỡng trong môi trường hữu cơ, vô cơ và cả khoáng hóa (theo Straat và Nason (1964), trích dẫn bởi Trần Thị Tuyết, 2008).

Nitrobacter không có khả năng di động và cần phải bám vào bề mặt giá thể như đá, cát hay một giá thể sinh học nào đó để chúng có thể phát triển thuận lợi nhờ tiết ra chất nhầy từ màng bao bên ngoài.

Aleem và Alexander (1960) đã nghiên cứu về dinh dưỡng và sinh lý của Nitrobacter agilis, các tác giả này đã đưa ra chứng minh cụ thể về mức dưỡng chất thích hợp với Nitrobacter khoảng 5ppm cho cả phosp.hate và magnesium, trong khi đó sắt cần khoảng 0,005 ppm. Nitrobacter bị ảnh hưởng mạnh hơn Nitrosomonas nếu DO thấp, quá trình nitrate hóa xảy ra tốt nhất nếu DO ở mức > 80% trạng thái bão hòa, quá trình này sẽ không xảy ra khi hàm lượng oxy hòa tan

≤ 2 mg/L.

Phần III

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu nghiên cứu

bể lọc.

- Hệ thống bể composite loại 50 L, 100 L và 2000 L.

- Ấu trùng tôm sú.

- Hạt xốp tròn đường kính 4 mm, đá mài được sử dụng làm giá thể trong

- Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm sử dụng để bố trí thí nghiệm gồm

Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas được phân lập từ ao nuôi tôm sú thâm canh.

- Các trang thiết bị thu mẫu và phân tích mẫu nước, Phòng thí nghiệm Phân tích chất lượng nước (Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng – Khoa Thủy sản).

- Các trang thiết bị thu và phân tích mẫu vi sinh, Phòng thí nghiệm Vi sinh (Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng – Khoa Thủy sản).

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Mô tả thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Xác định khả năng chuyển hóa đạm của 3 dòng vi khuẩn Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas trong hệ thống ương tôm sú tuần hoàn.

Thí nghiệm này gồm 3 nghiệm thức với các mật độ vi khuẩn khác nhau và nghiệm thức đối chứng, các bể cùng nghiệm thức được nối với bể lọc tuần hoàn ở giai đoạn Mysis 2, lọc được vận hành đến khi kết thúc thí nghiệm. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần.

- Nghiệm thức 1 (NT1): cho vào mỗi bể 104 CFU/mL Nitrosomonas, 104 CFU/mL Nitrobacter và 104 CFU/mL Bacillus.

- Nghiệm thức 2 (NT2): cho vào mỗi bể 104 CFU/mL Nitrosomonas, 104 CFU/mL Nitrobacter và 105 CFU/mL Bacillus.

- Nghiệm thức 3 (NT3): cho vào mỗi bể 104 CFU/mL Nitrosomonas, 104 CFU/mL Nitrobacter và 106 CFU/mL Bacillus.