ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Tuy nhiên, việc sử dụng và lạm dụng thuốc kháng sinh và các chất hóa học dẫn đến việc kháng thuốc ở loài nuôi và tồn dư thuốc trong các sản phẩm thủy sản, gây ảnh hưởng đến môi trường nư

1

TỔNG CỤC THỦY SẢN TRUNG TÂM THÔNG TIN THỦY SẢN

CHUYÊN ĐỀ

“ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN”

2

MỤC LỤC

I Tổng quan về chế phẩm sinh học

1 Chế phẩm sinh học là gì?

2 Cơ chế hoạt động

3 Vai trò của chế phẩm sinh học

4 Các chủng loại chế phẩm sinh học

5 Lựa chọn chế phẩm sinh học

II Ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

1 Ứng dụng chế phẩm sinh học

2 Kết quả của ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

2.1 Kết quả sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi cá 2.2 Kết quả sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm 2.3 Kết quả sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi các loài thủy sản khác

III Kết luận

1 Kết luận

2 Triển vọng

3

Lời nói đầu

Nuôi trồng thủy sản được coi là ngành sản xuất thực phẩm quan trọng trong việc cung cấp protein động vật cho nhu cầu tiêu dùng của con người Trong hai mươi năm qua, ngành nuôi trồng thủy sản đã tăng trưởng nhanh chóng, được coi ngành có tốc độ tăng trưởng cao nhất trong các ngành sản xuất thực phẩm Theo FAO, nguồn cung thực phẩm từ cá, nhuyễn thể từ nuôi trồng thủy sản tăng từ 3,9% trong năm 1970 lên đến 27,3% trong năm 2000 Tại Châu Âu, sản lượng nuôi trồng thủy sản dự đoán vượt mức 2,5 triệu tấn trong năm 2015 và đạt mức 4 triệu tấn trong năm 2030 Các nước khu vực châu Á Thái Bình Dương là các nước có sản lượng nuôi trồng thủy sản cao nhất trên thế giới, chiếm 89% về khối lượng

Tuy nhiên, cùng với mức tăng trưởng chóng mặt này thì ngành nuôi trồng thủy sản cũng gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường Việc ô nhiễm ở các vùng ven biển do nuôi trồng thủy sản gây ra là mối quan tâm của các nhà quản lý cũng như các nhà khoa học Môi trường ven biển đã bị phá hủy trầm trọng và kết quả là

sự bùng nổ dịch bệnh Các vi khuẩn gây bệnh ở đây thường là vi rút, vi khuẩn, nấm, tảo, Để ngăn ngừa và kiểm soát dịch bệnh, kháng sinh, thuốc bảo vệ thực vật và các chất hóa học đã được sử dụng

Tuy nhiên, việc sử dụng và lạm dụng thuốc kháng sinh và các chất hóa học dẫn đến việc kháng thuốc ở loài nuôi và tồn dư thuốc trong các sản phẩm thủy sản, gây ảnh hưởng đến môi trường nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các hoạt động thương mại tôm Vậy, vấn đề đặt ra là làm thế nào để kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản mà vẫn đảm bảo sản phẩm sản xuất ra là an toàn và thân thiện với môi trường? Chế phẩm sinh học, một phương pháp tiếp cận sinh học, thân thiện với môi trường đã và đang được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản

để giải quyết các vấn đề này

4

I Chế phẩm sinh học

Từ chế phẩm sinh học (probiotics) có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp bao gồm hai từ pro có nghĩa là „thân thiện‟ và biosis có nghĩa là „sự sống‟ Thay cho việc tiêu diệt các bào tử vi khuẩn, chế phẩm sinh học được sản xuất với mục đích kích thích sự gia tăng các loài vi khuẩn có lợi trong ao Chế phẩm sinh học lần đầu tiên được Giáo sư Fuller R (1989) định nghĩa như sau: “Một loại thức ăn có nguồn gốc

từ những vi sinh vật sống và có ảnh hưởng có lợi lên vật chủ qua việc làm cải thiện

sự cân bằng hệ vi sinh trong đường ruột của vật chủ

Probiotic đã và đang được sử dụng khá hiệu quả để phòng bệnh cho người

và gia súc, gia cầm trên cạn Nhiều vi sinh đã được sử dụng để sản xuất ra các chế phẩm ứng dụng rất hiệu quả nhằm kiểm soát côn trùng gây hại cho cây trồng như

vi khuẩn Bacillus thuringiensis, nấm Beauveria bassiana, Metarrhizium anisopliae, virus NPV.v.v Ngoài ra, các chế phẩm vi sinh còn được sử dụng để làm phân bón

vi sinh nhằm phân giải các chất hữu cơ làm giàu cho đất, phân giải lân khó tiêu thành lân dễ tiêu để cây trồng hấp thu được Tuy nhiên, việc sử dụng các chế phẩm

vi sinh trong nuôi thủy sản vẫn còn khá mới mẻ Các chủng vi khuẩn vật và các sản phẩm lên men giàu các men ngoại bào đã được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Mục đích sử dụng chế phẩm sinh học là nhằm cải thiện và bổ sung chức năng của các vi sinh vật trong hệ tiêu hóa của vật chủ

2 Cơ chế hoạt động

Theo một vài công trình nghiên cứu gần đây chế phẩm sinh học được hoạt động theo một số khía cạnh sau:

5

Cạnh tranh loại trừ vi khuẩn gây bệnh: Chế phẩm sinh học có khả năng bám

dính và xâm chiếm bề mặt niêm mạc ruột, do vậy tạo ra cơ chế bảo vệ chống lại mầm bệnh qua việc cạnh tranh điểm bám và thức ăn

Tạo ra các hoạt chất ức chế: Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh các

dòng chế phẩm sinh học sản sinh ra các chất diệt khuẩn chống lại các mầm bệnh thông thường trên cá như Enterococcus durans, Escherichia coli, Micrococcus luteus và Pseudomonas aeroginosa

Tăng cường hệ miễn dịch của vật nuôi: Các chế phẩm sinh học có thể kích

thích hệ miễn dịch của vật nuôi Các chất kích thích miễn dịch khác nhau tùy theo môi trường và cách sử dụng Các chất dẫn xuất nhất định như polysaccharides, lipoproteins, nucleotides and ß-glucans có khả năng làm tăng bạch huyết cầu bằng cách kích hoạt đại thực bào Việc sử dụng Bacillus sp đã được chứng minh có hiệu quả trong việc phòng bệnh trên vật nuôi bằng cách kích hoạt hệ miễn dịch dịch và

hệ miễn dịch tế bào trong nuôi tôm sú (Rengpipat et al, 2000)

3 Chủng loại chế phẩm sinh học

Chế phẩm sinh học có thể được phân chia thành ba nhóm:

Nhóm 1: gồm các vi sinh vật sống như vi khuẩn thuộc nhóm Bacillus,

lactobacillus,… và thường được trộn vào thức ăn để kích thích tiêu hóa, giúp tăng

trưởng,…

Nhóm 2: gồm các vi sinh vật có tính đối kháng hoặc cạnh tranh thức ăn với

vi sinh vật gây bệnh như vi khuẩn Bacillus spp và được dùng trong xử lý các chất

thải hữu cơ và các khí độc trong môi trường ao nuôi

Nhóm 3: gồm các vi sinh vật cải thiện chất lượng môi trường như vi khuẩn

Nitrosomonas sp, Nitrobacter,… được dùng trong xử lý nước ao nuôi và nền đáy

6

4 Vai trò của chế phẩm sinh học

4.1.Tăng cường sức khỏe và ngăn chặn mầm bệnh

Trong một thời gian dài, các chất kháng sinh đã được sử dụng để ngăn ngặn bệnh dịch trong nuôi trồng thủy sản Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh gây ra nhiều vấn đề như dư thừa chất kháng sinh trong các sản phẩm thủy sản, tạo ra các

cơ chế kháng khuẩn cũng như làm mất cân bằng các men tiêu hóa trong đường ruột, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của vật nuôi Hơn nữa, nhu cầu của con người đối với các sản phẩm thủy sản sạch và an toàn trên thế giới ngày càng cao Do vậy, việc sử dụng chế phẩm sinh học là một phương pháp hữu hiệu trong việc ngăn chặn mầm bệnh và kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản

Chế phẩm sinh học có khả năng sản sinh ra các chất hóa học có tác dụng diệt các vi khuẩn gây bệnh bám trên thành ruột của vật chủ, do vậy có thể coi chế phẩm sinh học là một rào cản hữu hiệu ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh

Ngoài ra, chế phẩm sinh học hay các “vi khuẩn có lợi” còn có khả năng cạnh tranh vị trí bám và thức ăn trong thành ruột với các vi sinh vật gây bệnh, không cho phép các vi sinh vật này bám vào cơ thể vật nuôi, nhờ vậy giúp ngăn ngừa dịch bệnh, đảm bảo sức khỏe cho vật nuôi

4.2.Cải thiện hệ tiêu hóa

Chế phẩm sinh học là nguồn dinh dưỡng và enzyme cho bộ máy tiêu hóa của vật nuôi Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chế phẩm sinh học có ảnh hưởng tích cực đến quá trình tiêu hóa của các vật nuôi bởi vì các dòng chế phẩm sinh học sản xuất

ra các en-zim ngoại bào như as protease, amilaza, lipaza và cung cấp các dưỡng chất phát triển cần thiết như vitamin, axit béo, axit amin,… Trong nuôi cá, các vi khuẩn vi sinh như Bacteroides và Clostridium sp đã cung cấp dinh dưỡng cho cá, đặc biệt là cung cấp các axit béo và vitamin Ngoài ra, một số vi khuẩn có thể tham

7

gia vào quá trình tiêu hóa của động vật hai mảnh vỏ bằng cách sản xuất ra các enzyme ngoại bào như protease, amilaza, lipaza và cung cấp dưỡng chất phát triển cần thiết như vitamin, axit béo, axit amin

4.3.Cải thiện chất lượng nước

Chế phẩm sinh học còn giúp ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm trong ao nuôi Các vi sinh vật có lợi giúp phân hủy các chất hữu cơ, góp phần làm giảm thiểu việc hình thành các lớp bùn và chất cặn bã, nhờ vậy chất lượng nước trong ao nuôi được cải thiện, làm tăng số lượng của động vật phù du, giảm mùi hôi, từ đó tăng sản lượng nuôi trồng thủy sản Hơn nữa, sử dụng chế phẩm sinh học sẽ góp phần làm giảm việc sử dụng các hóa chất, kháng sinh trong phòng và trị bệnh trong nuôi trồng thủy sản, đảm bảo sản xuất sản phẩm an toàn cho sức khỏe con người

và góp phần phát triển ngành nuôi trồng thủy sản bền vững

4.4.Hiệu quả của chế phẩm sinh học trong sinh sản của các loài nuôi

Trong nuôi trồng thủy sản, các loài nuôi đòi hỏi một chế độ dinh dưỡng cao,

do vậy, khả năng sinh sản phụ thuộc vào nồng độ lipid, protein, axit béo, vitamin

C, vitamin E phù hợp Hơn nữa, mối quan hệ giữa các thành phần này ảnh hưởng đến quá trình trình sinh sản như rụng trứng, thụ tinh, sinh sản và sự phát triển của

ấu trùng Thực tế, có nhiều trang trại cải thiện dinh dưỡng cho đàn cá bố mẹ bằng cánh cho chúng ăn các phụ phẩm thủy sản như mực, trai, nhuyễn thể hai mảnh vỏ nhỏ hay phụ phẩm kết hợp với thức ăn công nghiệp Việc sử dụng các sản phẩm thủy sản chưa qua chế biến này thường không cung cấp lượng dinh dưỡng cần thiết cho cá bố mẹ và làm tăng nguy cơ lây bệnh sang cá bố mẹ và cá con như các ký sinh trùng, vi khuẩn và vi rút Vì vậy, chế phẩm sinh học được thêm vào thức ăn hay thả xuống ao để ngăn chặn nguy cơ lây bệnh và ảnh hưởng tích cực đến sinh sản của loài nuôi

5.Lựa chọn chế phẩm sinh học

Để lựa chọn chế phẩm sinh học một cách đúng đắn, cần phân lập chế phẩm, phân loại đặc tính và kiểm nghiệm hiệu quả sử dụng (hình 1)

8

Trước tiên, phải lựa chọn nguồn chế phẩm sinh học (được phân lập từ các động vật khỏe mạnh)

Sau đó, các vi sinh vật đó được phân lập và nhận dạng bằng phương tiện nuôi chọn lọc

Tiếp theo, thực hiện các đánh giá In Vitro (ức chế mầm bệnh, khả năng gây

bệnh đối với từng loài nuôi cụ thể, các điều kiện kháng bệnh của vật chủ,….)

Trong trường hợp không có đối tượng cụ thể, các thử nghiệm với đánh giá In

ViVo bổ sung trên quy mô lớn và nhỏ được thực hiện để kiểm tra xem dòng chế

phẩm sinh học được lựa chọn có thực sự có hiệu quả trên đối tượng nuôi hay không

Cuối cùng, sau khi chế phẩm sinh học được lựa chọn có các kết quả chứng minh có hiệu quả đối với vật nuôi mới được sản xuất đại trà và được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản

9

Hình 1- Các bước lựa chọn chế phẩm sinh học

10

II Ứng dụng Chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Chế phẩm sinh học trong nuôi trồng có thể hoạt động tương tự như các loài động vật trên cạn Tuy nhiên, mối quan hệ giữa các loài sinh vật thủy sản với môi trường nuôi thường phức tạp hơn nhiều so với mối quan hệ giữa động vật trên cạn

và môi trường nuôi xung quanh chúng

Do mối quan hệ chặt chẽ giữa môi trường nuôi của động vật trên cạn và loài thủy sản nên các định nghĩa truyền thống về chế phẩm sinh học thường không đủ đối với chế phẩm sinh học trong nuôi trồng Xét theo nghĩa này, theo Verchuere và cộng sự, chế phẩm sinh học được định nghĩa là “là sự bổ sung các vi sinh vật sống nhằm mang lại lợi ích cho vật chủ, bằng cách thay đổi cộng đồng vi sinh vật trên vật chủ hay môi trường nuôi xung quanh vật chủ để đảm bảo hiệu quả việc sử dụng thức ăn và giá trị dinh dưỡng bằng cách tăng cường sức đề kháng của vật chủ đối với dịch bệnh và cải thiện môi trường nuôi.”

Các vi sinh vật có mặt trong môi trường nước tiếp xúc trực tiếp với vật nuôi, với hệ hô hấp và với thức ăn của vật nuôi, do vậy các vi sinh vật này dễ dàng xâm nhập vào hệ tiêu hóa của vật nuôi

Trong số các vi sinh vật hiện diện trong môi trường nước bao gồm cả các vi sinh vật mang mầm bệnh Chúng là những kẻ cơ hội, lợi dụng đúng lúc vật nuôi bị stress do mật độ nuôi cao hay do thiếu chất dinh dưỡng, tấn công gây bệnh, thậm chí còn làm cho vật nuôi bị chết

Do vậy, việc sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng không chỉ có lợi trực tiếp đối với loài nuôi mà còn tác động đến cả môi trường nuôi

Theo quan sát của Bergh và cộng sự, khi thức ăn bắt đầu đi vào đường ruột,

hệ vi sinh vật đường ruột của cá Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) thay đổi Vi khuẩn Aeromonas spp./Vibrio spp đã lấn át Flavobacterium spp cho thấy sự

11

ảnh hưởng của môi trường bên ngoài và thức ăn đến cộng đồng vi sinh vật của loài

cá này

Vibrio spp., Plesiomonas shigelloides, và Aeromonas spp là các tác nhân

chính gây ra các bệnh trong nuôi troognf thủy sản và thậm chí có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Sự tương tác giữa môi trường xung quanh và vật chủ trong môi trường nước

là rất phức tạp Các vi sinh vật có mặt trong môi trường nước ảnh hưởng đến hệ tiêu hóa của vật chủ và ngược lại

Sự thay đổi về độ mặn, nhiệt độ và ô xi hòa tan sẽ tác động khác nhau đến các loài vi sinh vật khác nhau, do vậy dẫn đến sự thay đổi về loài vi sinh vật lấn át

và ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng của chế phẩm sinh học

Như vậy, việc lựa chọn chế phẩm sinh học để bổ sung vào môi trường nước trong các ao nuôi trồng thủy sản cần phải nhất quán bởi vì các điều kiện về môi trường sẽ thay đổi theo từng thời kỳ

Trong các hệ thống nuôi thâm canh, mật độ thả giống thường rất cao, cùng với các yếu tố khác sẽ gây ra stress cho vật nuôi và thường dẫn đến kết quả là vật nuôi chậm lớn và hiệu quả thức ăn giảm, hệ thống miễn dịch kém, do vậy vật nuôi

dễ bị tổn thương đối với các vi sinh vật gây bệnh có mặt trong ao

Xét về khía cạnh này, chế phẩm sinh học đã được chứng minh là có hiệu quả

rõ rệt đối với sức khỏe của vật nuôi Ngoài ra, chế phẩm sinh học còn được sử đụng để thúc đẩy sự phát triển của vật nuôi

Trong nuôi trồng thủy sản, chế phẩm sinh học được sử nhiều nhất là các

dòng Bacillus spp (B subtilis, B licheniformis và B circulans), Bifidobacterium

12

spp (B bifidum, B lactis, và B thermophilum, axit lắc tíc (Lactobacillus spp e

Carnobacterium spp.) và Saccharomyces cerevisiae

Trong các nghiên cứu gần đây, hiệu quả của chế phẩm sinh học đã được chứng minh qua việc nuôi các loài thủy sản như cá, tôm, sò,…

2.1 Kết quả của chế phẩm sinh học trong nuôi cá

2.1.1 Hệ miễn dịch

Gatesoup đã quan sát cá bơn giống (Scophthalmus maximus) khi được cho

ăn thức ăn có bổ sung axit lắc tích thì sức đề kháng tăng đối với vi khuẩn Vibrio

spp

Sự kết hợp giữa Lactobacillus fructivorans và Lactobacillus plantarum ở

dạng khô hay sống giúp thúc đẩy sự phát triển hệ tiêu hóa của cá trap giống

(Sparus aurata) và giảm tỷ lệ chết trong suốt quá trình ương nuôi ấu trùng

Gram và cộng sự cũng chứng minh rằng việc sử dụng Pseudomonas

fluorescens AH2 như là chế phẩm sinh học đã giúp giảm tỷ lệ chết của cá hồi vân

(Oncorhynchus mykiss) chưa trưởng thành

Khi bổ sung chế phẩm sinh học Bacillus subtilis vào thức ăn thì tỷ lệ sống của cá trôi Ấn Độ (Labeo rohita) được cải thiện đáng kể (Kumar và cộng sự)

Dùng Chế phẩm sinh học Lactobacillus rhamnosus với liều lượng 105 UFC

g-1 đã kích thích hệ hô hấp của cá hồi vân (Nikoskelainen và cộng sự)

Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng phản ứng miễn dịch ở một số loài

cũng được cải thiện khi sử dụng chế phẩm sinh học Chẳng hạn, Carnobacterium

maltaromaticum B26 và Carnobacterium divergens B33 đối với cá hồi vân, Lactobacillus belbrüeckii, Bacillus subtilis và Debaryomyces hansenii đối với cá

tráp, B subtilis và Pseudomonas aeruginosa đối với của cá trôi Ấn Độ (Labeo