Nghiên cứu vi khuẩn có khả năng chuyển hoá nitow phân lập từ nước nuôi tôm tại thanh hoá nhằm ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản

Do đó, đề tài “Nghiên cứu vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitơ phân lập từ nước nuôi tôm tại Thanh Hóa nhằm ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản” được tiến hành với mục đích tìm chủng

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giáo viên hướng dẫn : TS KIỀU THỊ QUỲNH HOA Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THANH THẢO MY Lớp : K19-CNSH MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI - 2016

Trướ c hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Công Nghệ Sinh Học, Viện Đại Ho ̣c Mở Hà Nô ̣i Trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện ở đây, các thầy cô đã tâ ̣n tình da ̣y dỗ và truyền đa ̣t nhiều kiến thức quý báu cho em Nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô mà em đã

tích lũy đươ ̣c rất nhiều kiến thức cũng như những kĩ năng cần thiết trong cuô ̣c số ng

Em xin gử i lời cảm ơn sâu sắc tới TS Kiều Thi ̣ Quỳnh Hoa, Trưởng phòng Vi sinh vật Dầu mỏ, viê ̣n Công nghê ̣ sinh ho ̣c, Viê ̣n Hàn Lâm Khoa

học và Công nghệ Viê ̣t Nam đã tâ ̣n tình hướng dẫn và ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n để

em hoàn thành tốt khóa luận tố t nghiê ̣p này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thị Yên cùng các cán

bộ Phòng Vi sinh vật Dầu mỏ đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian thực

MU ̣C LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới 3

1.1.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng tới năng suất tôm 5

1.1.2.1 Mật độ con giống, chất lượng con giống và thời gian thả giống 5

1.1.2.2 Vi sinh vâ ̣t chuyển hóa các hợp chất nitơ 9

1.2.2.3 Ca ́ c vi sinh vật hữu ích khác 13

1.2.2.1 Vi sinh vật gây bệnh tôm 14

1.2.2.2 Tảo và các vi sinh vật gây hại khác 17

1.3 Ứng du ̣ng vi sinh vâ ̣t hữu ích trong xử lý ô nhiễm môi trường nuôi trồng thu ̉ y sản 18

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 19

2.1 Vật liệu: 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 20

2.2.1 Phân lập chủng vi khuẩn 20

2.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng sinh trưởng và khử nitrate - của chủng vi khuẩn nghiên cứu 21

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Phân lập và lựa chọn các chủng vi khuẩn có khả năng khử nitrate 22 3.2 Phân loại theo kit chuẩn sinh hóa API của BioMerieux 23 3.3 Ảnh hưởng các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng của chủng

Oceanimonas denitrificans B1-2 25 3.3.1 Động thái sinh trưởng của chủng vi khuẩn B1-2 25 3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống ban đầu đến sinh trưởng của chủng B1-2

27

3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến sinh trưởng của chủng B1-2 28 3.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ nitrate NO3- đến khả năng sinh trưởng của chủng B1-2 30 3.3.4 Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của chủng B1-2 32 3.4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của chủng vi khuẩn B1-2 33

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

QCVN

BNNPTNN

OD600

W/V

Quy chuẩn Việt Nam

Bộ Nông Nghiê ̣p Phát Triển Nông Thôn

Mật độ vi khuẩn đo ở bước sóng 600nm

Tỉ lê ̣ khố i lươ ̣ng trên thể tích

Bảng 1: Vi khuẩn Vibrio gây bệnh cho tôm 15 Bảng 2: Đặc điểm hình thái của các chủng vi khuẩn trên môi trường đặc hiệu

22

Bảng 3: Kết quả phản ứng hóa sinh trong kit chuẩn sinh hóa 20 NE 24

Hình 1: Tổng hợp sản lượng tôm trên thế giới từ năm 1991 đến năm 2001 3

Hình 2: Sản lượng tôm sú và tôm thẻ chân trắng năm 2012 đến năm 2014 5

Hình 3: Chu trình chuyển hóa nitơ trong ao hồ nuôi thủy hải sản 10

Hình 4: Khuẩn lạc chủng B1-2 trên môi trường đặc hiệu 25

Hình 5: Phản ứng hóa sinh của chủng B1-2 trong kit chuẩn API 20 NE 25

Hình 6: Động thái sinh trưởng và khử NO 3 - của chủng B1-2 26

Hình 7: Khả năng sinh trưởng và khử NO 3 - của chủng B1-2 27

Hình 8: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống khác nhau đến khả năng sinh trưởng của chủng B1-2 sau 14 ngày nuôi cấy 28

Hình 9: Khả năng sinh trưởng của chủng B1-2 ở các tỷ lệ giống khác nhau sau 14 ngày nuôi cấy 28

Hình 10: Ảnh hưởng của nồng độ NaCl khác nhau đến sinh trưởng của chủng B1-2 sau 14 ngày 29

Hình 11: Khả năng sinh trưởng của chủng B1-2 ở các nồng độ NaCl khác nhau 30

Hình 12: Ảnh hưởng của nồng độ NO 3 đến sinh trưởng của chủng B1-2 sau 14 ngày nuôi cấy 31

Hình 13: Khả năng sinh trưởng của chủng B1-2 ở các nồng độ NO3- khác nhau 31

Hình 14: Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của chủng B1-2 sau 14 ngày nuôi cấy 32

Hình 15: Khả năng phát triển của chủng B1-2 ở các pH khác nhau 33

Hình 16: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của chủng B1-2 sau 14 ngày 34

Hình 17: Khả năng phát triển của chủng B1-2 ở các nhiệt độ khác nhau 34

MỞ ĐẦU

Ngành nuôi trồ ng thủ y sản nói chung và nuôi tôm nói riêng đã và đang

là thế ma ̣nh của Viê ̣t Nam trong lĩnh vực xuất khẩu các sản phẩm thủy hải

sản Ngành này đã có những bước phát triển vượt bâ ̣c đem la ̣i viê ̣c làm và tăng thu nhập cho người dân trong những năm gần đây

Năm 2013, kim ngạch xuất khẩu thủy sản của nước ta vào các thị trường lớn như Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu đạt 6,5 tỷ USD, trong đó mặt hàng tôm đóng góp hơn 3 tỷ USD Năm 2014, mặt hàng tôm tiếp tục tăng trưởng ngoại mục khi đóng góp tới 4,1 tỷ USD, trong khi giá trị xuất khẩu chung là 7,9 tỷ USD của ngành thủy sản Nhưng trong năm 2015, do tình hình di ̣ch

bệnh có những diễn biến phức ta ̣p, kim ngạch xuất khẩu tôm bi ̣ ảnh hưởng nghiêm trọng chỉ đóng góp đươ ̣c 3 tỷ USD và xuất khẩu thủy sản chỉ đa ̣t ở

mứ c 6,7 tỷ USD, giảm 14,5% so với cùng kì năm 2014

Tuy nhiên, đi kèm với sự phát triển nhanh của nghề nuôi tôm công nghiệp là vấn đề ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm dẫn đến di ̣ch bê ̣nh bùng phát khiến cho nghề nuôi tôm ở Việt Nam cũng như trên thế giới gă ̣p nhiều khó khăn Sản lươ ̣ng tôm nuôi bi ̣ suy giảm, ảnh hưởng tới đời số ng kinh tế của người nuôi tôm Đa phần, dịch bê ̣nh xảy ra khiến tôm chết hàng loa ̣t là kết quả củ a sự suy thoái môi trường, gồm cả bê ̣nh do vi khuẩn và virus Để giải quyết vấn đề này, trước đây người ta thường dùng các loa ̣i thuốc kháng sinh và chất hóa học trong quá trình nuôi Việc sử du ̣ng không hơ ̣p lý kháng sinh gây ra tình trạng kháng thuốc củ a các loa ̣i vi khuẩn gây bê ̣nh Mă ̣t khác, tôm xuất khẩu thườ ng không đa ̣t tiêu chuẩn do dư thừa lượng thuố c kháng sinh, thuố c bảo vê ̣ thực vật và vi sinh vật gây bê ̣nh

Do đó, gần đây người ta đẩy ma ̣nh viê ̣c sử du ̣ng các phương pháp sinh

học, cu ̣ thể là chế phẩm sinh ho ̣c có bổ sung những vi sinh vâ ̣t hữu ích nhằm cải thiện tình tra ̣ng ô nhiễm, từ đó giảm thiểu khả năng xảy ra di ̣ch bê ̣nh trong

ao nuôi, tăng năng suất nuôi trồng Ngoài ra, viê ̣c sử du ̣ng chế phẩm sinh ho ̣c

có vi sinh vâ ̣t hữu ích còn góp phần ha ̣n chế lượng kháng sinh trong ao nuôi, giảm lươ ̣ng chất thải ra môi trường, góp phần phát triển nghề nuôi mô ̣t cách bền vững Hơn nữa, các vi sinh vâ ̣t hữu ích được sử du ̣ng đều là vi sinh vâ ̣t

bản đi ̣a do đó ha ̣n chế được sự khác biê ̣t sinh thái và hiê ̣u quả xử lý môi trường cũng như sẽ có những tác đô ̣ng tích cực đến tôm trong ao

Một trong những loa ̣i vi khuẩn quan tro ̣ng trong xử lý nước nuôi là vi khuẩn giú p chuyển hóa các hơ ̣p chất chứa nitơ làm giảm lươ ̣ng chất dinh dưỡng quá dư thừa sau mỗi vu ̣ tôm Lượng đa ̣m thừa này là mô ̣t trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra tình tra ̣ng ô nhiễm dẫn đến di ̣ch bê ̣nh Các loa ̣i vi khuẩn này chuyển hóa lươ ̣ng NO3- thành các chất ít đô ̣c hơn từ đó giảm thiểu khả năng ô nhiễm Do đó, đề tài “Nghiên cứu vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitơ phân lập từ nước nuôi tôm tại Thanh Hóa nhằm ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản” được tiến hành với mục đích tìm chủng vi khuẩn có khả

năng khử NO3- mạnh giúp giảm thiểu ô nhiễm nitơ nước nuôi trồng thủy hải

sản nói chung và nuôi tôm nói riêng

 Mục tiêu

- Phân lập và tuyển chọn được chủng vi khuẩn khử nitrate nhằm ứng

dụng trong nuôi trồng thủy sản

 Nội dung nghiên cứu

- Phân lập và lựa chọn chủng vi khuẩn khử nitrate cao từ nước nuôi tôm tại vùng nuôi tôm công nghiệp ở Thanh Hóa

- Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của chủng vi khuẩn lựa chọn

- Định danh chủng vi khuẩn lựa chọn

PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình nuôi tôm trên thế giới

Nghề nuôi tôm thương mại bắt nguồn từ những năm 70 của thế kỉ 20, sau đó phát triển nhanh chóng do viê ̣c khai thác tôm ngoài tự nhiên không cung cấp đủ đòi hỏi của thi ̣ trường, đặc biệt là thi ̣ trường Mỹ, Nhật, EU Ngành công nghiệp nuôi tôm bắt đầu bằng phương pháp cũ, tốn kém, sử dụng đất rộng nhưng năng suất thấp Do đó, khi nhu cầu tôm tăng cao, các vùng ven biển được cải tạo để nuôi tôm bằ ng việc dẫn nước biển và nước ngo ̣t vào

ao nuôi (nuôi tôm nước lợ) Ta ̣i châu Á, Trung Quốc là nước chiếm thi ̣ phần chính trong viê ̣c xuất khẩu tôm sang các nước trên thế giới Cùng với Trung Quốc, ở nhiều nước trong khu vực Đông Nam Á như Philippine, Đài Loan, Thái Lan, Indonesia nghề nuôi tôm nước lợ đã tạo ra một sự chuyển đổi hiệu quả và đem lại nhiều lợi ích thiết thực Từ những lợi ích của nghề nuôi tôm

mà tổng sản lượng tôm trên thế giới ngày càng tăng mạnh, tăng gấp 6 đến 7 lần sau 10 năm (Hình 1)

Hình 1: Tổng hợp sản lượng tôm trên thế giới từ năm 1991 đến năm 2001

[23]

Năm 2015, do tình hình di ̣ch bê ̣nh tràn lan, mật độ thả nuôi được giảm

để hạn chế khả năng xuất hiện bệnh trên tôm Sản lượng tôm nuôi ước đạt 2 triệu tấn ở Trung Quốc, Ấn Độ, Ecuador và Việt Nam Tại Ấn Độ, sản lượng tôm nuôi năm 2015 giảm 10-20% so với năm 2014 do thời tiết xấu kèm theo giá cả trên thị trường bị giảm Ở Indonesia, sản lượng tôm cũng giảm trong nửa cuối năm 2015, xuất khẩu tôm sang một số thị trường quan trọng đều giảm Mặc dù vâ ̣y, Thái Lan là một ngoại lệ với sản lượng lần đầu tiên tăng

kể từ năm 2012 với 260.000 tấn Xu hướng này được dự báo sẽ tiếp tục trong năm 2016 với sản lượng dự kiến tăng khoảng 10% [22]

1.1.2 Tình hình nuôi tôm ở Việt Nam

Tại Viê ̣t Nam nghề nuôi tôm mới chỉ phát triển ở đầu những năm 1990 Những năm gần đây nghề nuôi tôm phát triển mạnh ở các tỉnh ven biển cũng như các tỉnh miền Tây Nam Bộ Tôm trong nước đã được xuất khẩu đến các nước trong khu vực cũng như các nước trên thế giới và chiếm thi ̣ phần cao trong thị trường xuất khẩu tôm

Các mô hình nuôi tôm ngày càng được nhân rô ̣ng và phát triển Tuy vậy, do áp dụng những tiến bộ khoa học còn hạn chế, nên việc ô nhiễm nước

và di ̣ch bệnh thường xuyên diễn ra, đây là trở ngại chính dẫn đến viê ̣c năng suất tôm không cao, chất lượng tôm còn ha ̣n chế Từ năm 2012 đến năm

2014, mặc dù sản lượng tôm sú không tăng, nhưng sản lượng tôm thẻ chân trắng lại tăng cao gần gấp đôi (Hình 2)

Hình 2: Sản lượng tôm sú và tôm thẻ chân trắng năm 2012 đến năm 2014 [23]

1.1.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng tới năng suất tôm

1.1.2.1 Mật độ con giống, chất lượng con giống và thời gian thả giống

Chất lượng con giống luôn là ưu tiên hàng đầu của người nuôi thủy sản trong nuôi trồng thủy sản nói chung và trong nuôi tôm nói riêng Lựa chọn con giống, nguồn giống sạch rất được quan tâm và tìm hiểu kĩ lưỡng vì đây là yếu tố đầu vào quyết định sự thành bại của cả vụ nuôi Con giống kém chất lượng thì khả năng chống chọi với các stress môi trường và sức đề kháng với các mầm bệnh kém, dẫn đến vụ nuôi thất bại Đồng thời, con giống kém, nhiễm bệnh, sẽ ảnh hưởng lớn trong việc lây lan các mầm bệnh nguy hiểm cho ao nuôi và cả vùng nuôi ở các vụ nuôi sau Con giống tốt trước hết là loại con giống không mang mầm bệnh, có sức sinh trưởng mạnh, có khả năng đề kháng với nhiều loại bệnh, chống chịu được sự thay đổi bất thường của môi trường sống nhất là tình trạng ô nhiễm môi trường nuôi tôm đang xảy ra thường xuyên trong thời gian gần đây

Kỹ thuật thả tôm rất quan trọng đến sự thích nghi và sức khỏe của tôm sau khi được chuyển từ môi trường này đến môi trường khác Mật độ nuôi tôm thẻ chân trắng từ 100 con đến 140 con/m2 [4] Phương pháp thả giống dựa vào sự chênh lệch giữa độ mặn của nước trong ao nuôi và nước trong bọc tôm Nếu tỉ lệ này nhỏ hơn 0,5% thì người nuôi tôm có thể thả trực tiếp bọc tôm lên bề mặt nước ao và chờ khoảng từ 10-15 phút cho cân bằng nhiệt độ giữa bọc tôm và nước trong ao, sau đó nhẹ nhàng mở bọc cho tôm ra mà không làm đục nước Còn nếu tỉ lệ lớn hơn 0,5% thì người nuôi cần thả tôm vào các bình có sục khí và bổ sung nước ao dần dần để tôm thích nghi với độ mặn của ao Thả giống đúng kỹ thuật sẽ góp phần tăng tỷ lệ sống của đàn tôm: nên thả tôm vào lúc sáng sớm hay chiều mát, không nên thả tôm vào lúc trời mưa hay trong điều kiện môi trường ao nuôi chưa thích hợp, thả tôm vào đầu hướng gió để tôm dễ phân tán khắp ao Khi tôm đã thích nghi được với những điều kiê ̣n trong ao thì công viê ̣c tiếp theo của người nuôi tôm là giữ ổn

đi ̣nh cho môi trường sống ấy [13]

1.1.2.2 Ô nhiễm nguồn nước

Nguồ n nướ c là mô ̣t trong những yếu tố quyết đi ̣nh ảnh hưởng lớn đến năng suất của vu ̣ tôm Nghề nuôi tôm càng phát triển thì tình tra ̣ng ô nhiễm môi trường nước nuôi ngày càng nă ̣ng Do trong quá trình nuôi, với số ngày nuôi càng tăng, sinh khối tôm tăng dần, và lượng thức ăn đầu vào cũng tăng theo, sẽ làm đáy ao dần bị ô nhiễm bởi thức ăn dư thừa, phân và tảo chết Khi thức ăn dư thừa dẫn đến tăng các loại khí độc cho tôm như NH3, NO2 và H2S Hàm lượng các khí này vượt quá mức cho phép khiến tôm yếu và gây chết (NH3 > 0,3 mg/l, NO2 > 1 mg/l, H2S > 0.05 mg/l theo QCVN-02-19:2014/BNNPTNT)

Với sự gia tăng sinh khối tôm, môi trường nuôi trở nên không ổn định

và chất lượng nước dễ biến đổi nhanh chóng Do đó, chất lượng nước cần

được theo dõi và quản lý vì nó ảnh hưởng đến sức khỏe và sự sống còn của tôm Bệnh dịch bùng phát chủ yếu là do nước và đất bị ô nhiễm Để nuôi tôm nước lợ thì người ta thường bơm nước biển và nước ngo ̣t vào cùng mô ̣t ao nuôi Khi kết thú c mô ̣t vu ̣ tôm, nước nuôi bi ̣ ô nhiễm, nguồn nước này lại xả

ra môi trường gây ô nhiễm các vùng xung quanh, rồi thấm xuống thành ma ̣ch nước ngầm Do đó chất lượng nguồn nước đầu vào ngày càng kém, môi trường nuôi bi ̣ xuống cấp và suy thoái Thêm vào một trong những lý do dẫn đến vấn đề ô nhiễm này là do người nuôi trồng thủy sản sử du ̣ng thức ăn chế biến sẵn, kháng sinh và chất hóa ho ̣c mô ̣t cách bừa bãi cho ao nuôi Các chất kháng sinh và chất hóa ho ̣c làm giảm sức đề kháng của tôm, khiến tôm dễ

bệnh, dễ chết… càng làm tăng mức đô ̣ ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm [24]

Như vậy, nguồn nước nuôi là một trong những yếu tố quyết định đến năng suất tôm Để nuôi tôm an toàn, bền vững, tránh bùng phát dịch bệnh cho tôm thì việc quản lý nước nuôi tôm và xử lý ô nhiễm là vô cùng quan trọng và cần đặt lên hàng đầu

1.1.2.3 Bệnh do vi sinh vật

Hiện nay, cùng với sự gia tăng diện tích nuôi, đa dạng hóa đối tượng nuôi và việc thâm canh hóa của nghề tôm sử dụng giống sinh sản ở mật độ cao, thức ăn công nghiệp, sự di nhập tôm giống và tôm bố mẹ,… đã dẫn đến

sự xuất hiện và lây lan của nhiều bệnh nguy hiểm, đặc biệt là bệnh do virus và

vi khuẩn gây ra Ngoài ra, tôm còn gặp một số bệnh do các tác nhân như: do

kí sinh trùng, do dinh dưỡng, do môi trường… [7,10]

Một số bệnh do virus thường gặp là: bệnh đốm trắng, bệnh hoại tử cơ quan tạo máu và cơ quan biểu mô, bệnh đầu vàng…

Bệnh do vi khuẩn thường gặp là: bệnh phát sáng, bệnh đỏ thân, bệnh mòn vỏ, bệnh gan tụy, bệnh đốm đen dưới vỏ, bệnh mòn vỏ kitin…

Bệnh do nấm: thường xảy ra hiện tượng tôm ấu trùng chết hàng loạt

1.2 Vi sinh vật hữu ích và gây hại trong nước nuôi tôm

1.2.1 Vi sinh vâ ̣t hữu ích

Vi sinh vật hữu ích là hỗn hợp vi sinh vật sống, có tác động có lợi đối với vật chủ nhờ các tác động sau:

- Cải thiện hệ vi sinh liên kết với vật chủ hoặc sống tự do trong môi trường

- Cải thiện việc sử dụng thức ăn hoặc tăng cường giá trị dinh dưỡng của thức ăn

- Gia tăng khả năng đề kháng của vật chủ đối với mầm bệnh

- Cải thiện chất lượng của môi trường sống

Vi sinh vật hữu ích bao gồm một số loài như: Lactobacillus plantarum,

L.acidophillus, L.casei, L.rhamnosus, L.bulgaricus, Carnobacterium…, Bacillus subtilis, B.licheniformis, B megaterium, B.polymyxa, Actinomycetes, Nitrobacteria, Nitrosomonas… Các nhóm vi khuẩn tham gia chuyển hóa các

chất hữu cơ thành CO2 và nước bao gồm Bacillus, Pseudomonas; nhóm vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter chuyển các chất độc hại như NH3, NO2-

thành các chất không độc, nhóm vi khuẩn chuyển hóa NO3- gồm

Pseudomonas denitrificans, Ocenimonas denitrifican…

Cơ chế tác động chính xác của các vi sinh vật hữu ích hiếm khi được làm rõ một cách hoàn toàn Có thể tóm tắt 7 cơ chế tác động của vi sinh vật hữu ích như sau:

- Sản sinh ra các hợp chất ức chế vi sinh vật có hại

- Cạnh tranh chất dinh dưỡng và năng lượng với vi sinh vật có hại

- Cạnh tranh chất sắt với vi sinh vật có hại

- Cạnh tranh nơi cư trú với vi sinh vật có hại

- Tăng cường các phản ứng miễn dịch

- Tác động qua lại với thực vật phù du

- Cải thiện chất lượng nước

1.2.1.1 Vi sinh vâ ̣t chuyển hóa các hợp chất hữu cơ

Chi Bacillus được xem là nhóm vi khuẩn hữu ích trong các ao nuôi tôm Bacillus được biết là vi khuẩn tiết ra enzyme phân hủy các chất bột đường, chất béo và chất đạm thành những đơn vị nhỏ hơn Chi Bacillus có thể sinh trưởng tốt với nguồn carbon và nitơ nghèo Chi Bacillus cũng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ tích lũy trong nền đáy ao nuôi tôm, Bacillus

tiết ra nhiều enzyme ngoại bào, những vi khuẩn này đã được sử dụng rộng rãi như vi sinh vật hữu ích Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng khi bổ sung vi khuẩn này vào môi trường nuôi tôm sú thì tỉ lệ sống của tôm được cải thiện đáng kể và hệ miễn dịch tăng lên rõ rệt Tác giả Vaseeharan và Ramasamy

(2003), chứng minh được hiệu quả ức chế vi khuẩn Vibrio harveyi phát triển của Bacillus subtilis trong môi trường nuôi tôm sú, làm giảm tỉ lệ mắ c bệnh

được 90% [19]

1.1.2.2 Vi sinh vâ ̣t chuyển hóa các hợp chất nitơ

Trong môi trường nước ao nuôi tôm, ngoài vi khuẩn chuyển hóa các

hợp chất hữu cơ, thì nhóm vi khuẩn chuyển hóa hợp chất nitơ đóng vai trò vô cùng quan trọng Các hợp chất nitơ trong ao nuôi tôm là nguyên nhân chính gây ra các chất độc hại trực tiếp cho tôm như NH3 và NO2- và gián tiếp như

NO3-. Các vi sinh vật chuyển hóa các hợp chất nitơ có vai trò chuyển hóa các

hợp chất độc này, giúp giảm thiểu tác động độc hại lên tôm trong các ao nuôi, cho tôm tránh khỏi những ảnh hưởng độc hại của các chất này Trong các hồ nuôi tôm, chu trình nitơ được hoạt động theo sơ đồ sau:

Hình 3: Chu trình chuyển hóa nitơ trong ao hồ nuôi thủy hải sản [17]

Chu trình nitơ là mô ̣t trong những mô hình tuần hoàn vô hình và quan trọng nhất đố i với môi trường thủy sinh Tôm cá và các loa ̣i đô ̣ng vâ ̣t thủy sinh khác trong quá trình sinh sống chúng bài tiết ra NH3, ở nồng đô ̣ cao thì

NH3sẽ gây đô ̣c Chu trình nitơ, trong đó có quá trình amôn hóa và quá trình nitrate hóa, quá trình nitrate hóa và quá trình phản nitrate hóa diễn ra nhờ vào hoạt động của các vi khuẩn có ích giúp chuyển hóa các chất độc thành những chất có ích cho đời sống của thực vật thủy sinh và giúp các động vật thủy sinh

không bị độc từ chất thải do chúng bài tiết ra

Quá trình amôn hóa: Amôn hóa là quá trình phân hủy và chuyển hoá

các hợp chất hữu cơ chứa nitơ phức tạp thành NH dưới tác dụng cuả vi sinh

vật Dưới tác dụng xúc tác của enzyme proteaza, protein sẽ phân hủy thành các chất đơn giản hơn, các chất này tiếp tục được phân giải thành acid amin nhờ tác dụng của enzyme peptidaza ngoại bào Một phần nhỏ acid amin sẽ được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp thành protein của chúng (protein xây dựng cấu trúc cơ thể của vi sinh vật), phần còn lại được tiếp tục phân giải tạo

ra NH3, CO2, SO42- (nếu các acid amin có chứa S) và các sản phẩm trung gian khác Trong nước, NH3 sẽ được chuyển hóa thành NH4+ theo phản ứng sau:

NH3 + H2O  NH4+ + OH- (1)

Quá trình nitrite hóa là giai đoa ̣n chuyển hóa NH4+ thành NO2- bởi nhóm vi khuẩn nitrite hóa:

NH4+ + 1,5 O2  NO2 + 2H+ + H2O (2)

Vi khuẩn tham gia mạnh nhất trong quá trình nitrit hóa là vi khuẩn hóa

vô cơ tự dưỡng, là loài vi khuẩn hiếu khí bắt buộc Khi chúng chuyển hóa

NH4+ thành NO2- sẽ sinh ra năng lượng, năng lượng này sẽ được các vi khuẩn nitrite hóa sử dụng cho hoạt động sống của mình Sự có mặt của các nhóm vi khuẩn nitrite hóa giúp loại bỏ được NH4+, khi hàm lượng NH4+ trong nước giảm phương trình phản ứng (1) sẽ dịch chuyển theo chiều thuận dẫn đến làm giảm hàm lượng NH3 trong nước, làm giảm khả năng gây độc của NH3 đối với tôm cá

Trong tự nhiên vi khuẩn nitrite hóa hiện diện rất nhiều:

Nitrosococcuseanus, Nitrosococcus (thuộc phân lớp γ- proteobacteria), Nitrosomonas sp và Nitrosopira sp (thuộc phân lớp β- proteobacteria), Nitrosocystis, Nitrosolobus Tất cả các vi sinh vật này đều giống nhau về mặt

sinh lý, sinh hoá nhưng khác nhau về đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào Tất cả đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch [8]

Quá trình nitrate hóa: Chuyển NO2- thành NO3- bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa (3)

NO2- + 0,5 O2 > NO3- (3) Sau quá trình nitrite hóa thì các vi khuẩn thuộc nhóm nitrate hóa sẽ thực hiện giai đoạn tiếp theo, chuyển hoá NO2- thành NO3- (là sản phẩm cuối cuả quá trình nitrat hóa) Các vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrate hóa cũng

là vi khuẩn hóa vô cơ tự dưỡng, vi khuẩn nitrate hóa thường gặp (gồm có 3

loài khác nhau): Nitrobacter vinogradskii, Nitrobacter agilis (thuộc phân lớp

α-Proteobacteria), Nitrospina gracili, Nitrococcus mobilis (thuộc phân lớp β– Proteobacteria)

Quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra trong điều kiện trong nước có đầy đủ oxy, khi trong nước thiếu oxy thì NO2- sẽ tồn tại nhiều, hàm lượng NO2-> 1 mg/l sẽ gây độc cho tôm Trong một số nghiên cứu thì quá trình nitrate hóa trong các ao hồ nuôi trồng thủy sản xảy ra không mạnh do vi sinh vật phát triển chậm, khả năng nitrate hóa khoảng 25–50g/m3/ngày

Quá trình khử nitrate: Trong điều kiện tự nhiên, sự chuyển hóa nitrate

hoặc nitrit thành các hợp chất nitơ dạng khí được gọi là quá trình khử nitrate (phản nitrate hóa) Quá trình khử nitrate đến nitơ phân tử là quá trình khử nitrate hoàn toàn Quá trình khử nitrate xảy ra qua 4 giai đoạn, mỗi giai đoạn

do 1 enzyme xúc tác

NO3- → NO2- → NO → N2O → N2

Quá trình này có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí, tuy nhiên đặc biệt xảy ra mạnh trong điều kiện thiếu oxy Sự tồn tại của nitrate với hàm lượng cao trong nước nuôi tôm sẽ kích thích sự phát triển của các loài vi tảo và có thể dẫn đến hiện tượng “thủy triều đỏ” Các loài tảo gây hại phát triển mạnh làm cho nước bị thiếu oxy, đồng thời tích tụ các độc tố tảo trong các ao hồ

nuôi thủy sản Hoạt động khử nitrate của một số vi khuẩn sẽ chuyển hóa nitrate thành nitơ phân tử, giúp khép kín vòng tuần hoàn nitơ trong thủy vực, đồng thời hạn chế một số tác nhân gây hại trực tiếp cho tôm nói riêng và thủy hải sản nói chung Vì vậy, vi khuẩn khử nitrate đóng vai trò quan trọng trong

xử lý nước ô nhiễm nitơ vì chúng có khả năng loại bỏ nguồn nitơ liên kết độc hại trong môi trường nước nuôi tôm nói riêng và nuôi trồng thủy hải sản nói chung Tất cả các vi khuẩn khử nitrate là vi khuẩn hiếu khí hoặc hiếu khí tùy

tiện Chúng bao gồm một số đại diện như: Pseudomonas, Alcaligenes,

Azospirillum, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Micrococcus, Paracoccus, Bacillus… Bên cạnh các vi khuẩn dị dưỡng nêu trên, còn có các vi khuẩn tự

dưỡng như Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas denitrificans,

Ocenimonas denitrificans…cũng có khả năng khử nitrate

1.2.2.3 Ca ́ c vi sinh vật hữu ích khác

Vi tảo là nguồn thức ăn quan trọng để nuôi luân trùng, và ấu trùng của các loài thủy sản Trong môi trường nuôi thủy sản và hải sản, tảo vừa là nguồn thức ăn vừa có vai trò điều hòa các khí hòa tan, cân bằng độ đục cần thiết và ổn định pH môi trường Tuy nhiên mỗi loài vi tảo có vai trò nhất định

và riêng biệt đối với mỗi loài thủy sản nuôi trồng Các nhóm tảo quan trọng được nghiên cứu nhiều trong những năm qua thuộc nhóm tảo lam, tảo lục, tảo silic… [1]

Việc nuôi gây tảo hữu ích trong ao hồ thủy sản chính là nuôi màu nước

và giữ màu nước ổn định Màu nước được xem là lý tưởng để nuôi tôm cá tốt nhất đó là màu xanh lá chuối non và màu vàng vỏ đậu xanh Trong đó, màu xanh lá chuối non thể hiện sự hiện diện mật độ cao của loài tảo lục

(Chlorella), màu vàng vỏ đậu xanh thể hiện mật độ cao của tảo khuê (Chaetoceros), tảo silic (Skeletonma) Sự hiện diện của ba loài tảo này trong

các hồ nuôi thủy sản thể hiện môi trường nhiều thức ăn tự nhiên về số lượng

cũng như chủng loài và cân bằng các yếu tố môi trường làm giảm các loài tảo

độc, rong độc [13]

1.2.2 Vi sinh vật gây hại

Trong môi trường ao nuôi luôn tồn tại những vi sinh vật gây hại cho tôm Chúng có thể gây bệnh ngay cả khi tôm khỏe, và gây bệnh nặng hơn khi tôm đang bị stress từ các yếu tố môi trường bất lợi Vi sinh vật gây hại cho tôm có thể là các vi sinh vật gây hại trực tiếp, gián tiếp và một số các nhóm vi sinh vật khác

1.2.2.1 Vi sinh vật gây bệnh tôm

a Bệnh do vi khuẩnVibrio gây ra

Vi khuẩn Vibrio gây bệnh thuộc họ Vibrionaceae, trong đó thường gặp một số loài điển hình như: V alginolyticus, V harveyi, V pelagius, V

vulnificus, V parahaemolytics, V anguilarum .

Nguyên nhân khiến tôm và thủy hải sản mắc bệnh do Vibrio gây ra chủ

yếu là do các yếu tố như chất lượng nước kém, mật độ nuôi đông đúc, nhiệt

độ môi trường ao nuôi cao, lượng oxy hòa tan thấp và lượng nước trao đổi

nhỏ Trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản, vi khuẩn Vibrio xâm nhập vào

ao, bể theo: nguồn nước, dụng cụ sản xuất, từ tôm bố mẹ hoặc tôm giống, thức ăn tươi sống… [10]

Hầu hết tất cả các loài thủy sản nước lợ và mặn đều có thể bị nhiễm và

chịu tác hại của bệnh do vi khuẩn Vibrio gây ra Các loài tôm he (Penaeus

spp) và tôm thẻ (Metapenaeus spp), các loài tôm hùm Châu Mỹ như: H.americanrus, H.gammarus, Panulirus, P.ornatus

Tỷ lệ tử vong cao thường xảy ra ở tôm giống nhiễm Vibrio Vi khuẩn

Vibrio gây các bệnh như: phát sáng, đỏ dọc thân, ăn mòn vỏ kitin V.anguillarum; V.vulnificus gây bệnh nhiễm khuẩn máu cá trình V.parahaemolyticus gây bệnh phát sáng ở ấu trùng tôm sú V alginolyticus

gây bệnh đỏ dọc thân ấu trùng tôm sú V.parahaemolyticus, V.harvey,

V.vulnificus, V.anguillarum gây bệnh đỏ thân ở tôm sú thịt, ăn mòn vỏ ở

giáp xác Tôm sú ở giai đoạn ấu trùng bị chết sau 48 giờ ngâm với chủng

V.harveryi và V.splendidus V.cholerae gây bệnh hoại tử mắt tôm khiến mắt

tôm chuyển mà nâu nâu và tử vong chỉ trong vòng vài ngày [10]

Bảng 1: Vi khuẩn Vibrio gây bệnh cho tôm

2 Bệnh đỏ dọc

thân

Ấu trùng, giống

rải rác

b Bệnh do vi khuẩn Pseudomonas và Aeromonas gây ra

Vi khuẩn Pseudomonas và Aeromonas có khả năng tiết ra chất men ăn mòn lớp vỏ kitin của tôm nuôi gây bệnh đốm đen ở tôm Bệnh thường phát

sinh khi tôm bị yếu do môi trường ao nuôi ô nhiễm, nuôi với mật độ dày, các yếu tố môi trường bị thay đổi một cách đột ngột, quản lý kém

Triệu trứng bệnh: Xuất hiện các đốm đen nhỏ, ẩn dưới vỏ hoặc các đốm đen xuất hiện thành cụm ở vỏ, ở thân tôm hoặc ở vùng mang Trong trường hợp bệnh nặng, vỏ tôm bị ăn mòn và có thể lở loét ở phần dưới vỏ Những vết

lở loét này là nơi thuận lợi để các mầm bệnh khác tấn công vào cơ thể như vi