Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp cho thức ăn con giống hai mảnh vỏ

Nghiên cứu chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ, ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản.

• Tác giả: Huỳnh Thị Hường
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thị Liên
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp dạng lỏng cho thức ăn con giống hai mảnh vỏ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục đích của đề tài (các kết quả cần đạt được)
• 0.2. Nội dung chi tiết của đề cương luận văn thạc sĩ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ
• 1.2. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP
• 1.2.1. Giới thiệu chung về vi khuẩn tía quang hợp
• 1.2.2. Sinh thái học của vi khuẩn tía quang hợp
• 1.2.3. Hình thái và phân loại học của vi khuẩn tía quang hợp
• 1.3. ỨNG DỤNG VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP
• 1.3.1. ỨNG DỤNG VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP LÀM THỨC ĂN TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TRÊN THẾ GIỚI
• 1.3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THU HỒI SINH KHỐI VKTQH
• 1.3.3. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI VKTQH TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
• 1.3.4. CARRAGEENAN VÀ ỨNG DỤNG
• 1.4. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ, MÁY MÓC
• 1.4.2. Môi trường
• 1.4.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.3.1. Đánh giá sinh trưởng và xác định mật độ của VKTQH
• 1.4.3.2. Phương pháp nuôi vi khuẩn tía quang hợp làm thức ăn trong môi trường có bổ sung nguồn carbon khác nhau
• 1.4.3.3. Định lượng Protein bằng phương pháp Bradford
• 1.4.3.4. Phương pháp nuôi cấy VKTQH không lưu huỳnh
• 1.4.3.5. Phương pháp thu sinh khối VKTQH
• 1.4.3.6. Phương pháp tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 1.4.3.7. Phương pháp xử lý thống kê sinh học
• 1.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.5.1. TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT SINH KHỐI VKTQH KHÔNG LƯU HUỲNH
• 1.5.1.1. Tối ưu nguồn carbon
• 1.5.1.2. Kết quả đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C khác nhau
• 1.5.1.3. Kết quả lựa chọn môi trường chứa hỗn hợp nguồn carbon để nuôi hỗn hợp VKTQH
• 1.5.1.4. Đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C hỗn hợp
• 1.5.2. HOÀN THIỆN KỸ THUẬT SẢN XUẤT SINH KHỐI NGOÀI TỰ NHIÊN
• 1.5.2.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy sản xuất sinh khối VKTQH
• 1.5.2.2. Xây dựng quy trình nhân giống VKTQH ở điều kiện tự nhiên
• 1.5.2.3. Kết quả nhân nuôi VKTQH trong các bể nuôi từ các vật liệu khác nhau để sản xuất sinh khối ở qui mô pilot
• 1.5.3. TỐI ƯU PHƯƠNG PHÁP THU SINH KHỐI VKTQH KHÔNG LƯU HUỲNH
• 1.5.3.1. Kết quả thu hoạch sinh khối theo phương pháp ly tâm
• 1.5.3.2. Kết quả thu hoạch sinh khối theo phương pháp đông tụ
• 1.5.4. TỐI ƯU PHƯƠNG PHÁP TẠO CHẾ PHẨM VKTQH DẠNG LỎNG SỆT
• 1.5.4.1. Tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng tinh bột biến tính
• 1.5.4.2. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tinh bột biến tính đến khả năng tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 1.5.4.3. Kết quả đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt
• 1.5.4.4. Kết quả tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng CMC
• 1.5.4.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ CMC
• 1.5.4.6. Đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt
• 1.5.4.7. Kết quả tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt bằng Carragenan
• 1.5.4.8. Kết quả lựa chọn nồng độ carrageenan thích hợp để tạo chế phẩm dạng lỏng sệt
• 1.5.4.9. Kết quả đánh giá mật độ chế phẩm lỏng sệt tạo thành từ carrageenan
• 1.6. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VKTQH DẠNG LỎNG SỆT LÀM THỨC ĂN CHO CON GIỐNG HAI MẢNH VỎ
• 1.7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1.8. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vi khuẩn tía quang hợp

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là một nhóm vi khuẩn thủy sinh có khả năng quang hợp mà không thải oxy. Chúng có thể sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí, sử dụng CO2 hoặc các chất hữu cơ làm nguồn carbon. Đặc điểm nổi bật của VKTQH là chứa sắc tố quang hợp bacteriochlorophyll (Bchl). Nhóm vi khuẩn này có khả năng chuyển đổi hiệu quả các chất hữu cơ thành protein, làm cho chúng trở thành nguồn thức ăn tiềm năng cho ngành nuôi trồng thủy sản. Theo phân loại của Bergey, VKTQH được chia thành ba họ chính, mỗi họ có những đặc điểm sinh học riêng biệt. Việc nghiên cứu và ứng dụng VKTQH trong sản xuất thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ đang được quan tâm, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu protein ngày càng tăng trong ngành nuôi trồng thủy sản.

II. Đặc điểm sinh học của động vật hai mảnh vỏ

Động vật hai mảnh vỏ, thuộc lớp Bivalvia, là nhóm động vật không xương sống sống chủ yếu ở môi trường thủy sinh. Chúng có cấu tạo cơ thể đối xứng hai bên và được bảo vệ bởi hai mảnh vỏ. Hệ thống tiêu hóa của chúng bao gồm nhiều bộ phận như mang, miệng, và dạ dày, cho phép chúng ăn lọc các loại tảo và sinh vật phù du. VKTQH thường là nguồn thức ăn chính cho các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, nhờ vào hàm lượng dinh dưỡng cao của chúng. Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa VKTQH và động vật hai mảnh vỏ có thể giúp tối ưu hóa quy trình nuôi trồng và nâng cao hiệu quả sản xuất.

III. Ứng dụng của vi khuẩn tía quang hợp trong nuôi trồng thủy sản

Việc sử dụng VKTQH làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ đã được chứng minh là hiệu quả. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng VKTQH có thể thay thế một phần đáng kể protein từ nguồn thực vật trong thức ăn cho thủy sản. Các nghiên cứu gần đây tại Việt Nam đã chỉ ra rằng việc bổ sung VKTQH vào chế độ ăn của ngao và hàu giống không chỉ cải thiện tỷ lệ sống sót mà còn tăng trưởng nhanh hơn so với việc sử dụng thức ăn truyền thống. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn protein từ cá và thực vật.

IV. Kỹ thuật sản xuất chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp dạng lỏng sệt

Nghiên cứu về quy trình sản xuất chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt là một phần quan trọng trong việc phát triển thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ. Các phương pháp nuôi cấy và thu hoạch sinh khối VKTQH đã được tối ưu hóa để đạt được mật độ cao và hàm lượng protein tối ưu. Việc sử dụng các nguồn carbon khác nhau trong môi trường nuôi đã cho thấy ảnh hưởng tích cực đến sự phát triển của VKTQH. Kết quả cho thấy rằng chế phẩm dạng lỏng sệt không chỉ dễ dàng vận chuyển mà còn có thể giảm giá thành sản xuất, phù hợp với nhu cầu thực tế của người nuôi trồng thủy sản.

V. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt cho thức ăn con giống hai mảnh vỏ không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc phát triển và ứng dụng VKTQH trong nuôi trồng thủy sản có thể giúp giảm thiểu áp lực lên nguồn tài nguyên thiên nhiên, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc hoàn thiện quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của VKTQH trong các lĩnh vực khác nhau của nuôi trồng thủy sản.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu đang phát triển nhanh chóng, dự kiến cung cấp khoảng 60% lượng cá cho con người vào năm 2030. Tại Việt Nam, với hơn 3000 km đường bờ biển, sản lượng thủy sản duy trì tăng trưởng bình quân 9,07%/năm trong 17 năm qua, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc dân. Nhu cầu con giống ngày càng tăng cao, đồng thời việc tìm kiếm nguồn protein thay thế bền vững là cấp thiết nhằm giảm phụ thuộc vào protein truyền thống và đảm bảo phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản.

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) không lưu huỳnh được xem là nguồn protein đơn bào tiềm năng với hàm lượng protein cao (50-74%), cùng các thành phần dinh dưỡng như carbohydrate, lipid và khoáng chất. VKTQH có khả năng sinh trưởng linh hoạt trên nhiều nguồn carbon hữu cơ, đồng thời có thể được nuôi cấy trong điều kiện kỵ khí hoặc vi hiếu khí dưới ánh sáng. Ứng dụng VKTQH làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ đã được thử nghiệm thành công, cho kết quả về độ biến thái và tỷ lệ sống sót tương đương với vi tảo.

Tuy nhiên, chế phẩm VKTQH dạng dịch hiện tại gặp khó khăn trong vận chuyển và phân phối do tính chất lỏng, đặc biệt với địa hình ven biển trải dài của Việt Nam. Do đó, nghiên cứu tạo chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt nhằm tăng độ đậm đặc, thuận tiện vận chuyển và giảm chi phí là rất cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu là tạo ra chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ, tối ưu nguồn carbon bổ sung, hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối ngoài tự nhiên, lựa chọn phương pháp thu sinh khối và quy trình tạo chế phẩm dạng lỏng sệt phù hợp.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chủng VKTQH không lưu huỳnh phân lập từ vùng ven biển Việt Nam, nghiên cứu trong giai đoạn 2019-2021 tại Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc phát triển nguồn protein đơn bào thay thế, góp phần nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản và phát triển kinh tế vùng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Sinh thái học vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH): VKTQH là nhóm vi khuẩn quang dưỡng, có khả năng sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí hoặc vi hiếu khí dưới ánh sáng, sử dụng các nguồn carbon hữu cơ hoặc vô cơ khác nhau. Chúng chứa sắc tố bacteriochlorophyll (Bchl) đặc trưng, có vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn thủy sinh.

• Mô hình trao đổi chất của VKTQH không lưu huỳnh: VKTQH không lưu huỳnh có khả năng sử dụng nhiều hợp chất hữu cơ như malate, glutamate, succinate làm nguồn carbon, với các con đường trao đổi chất trung tâm linh hoạt, cho phép sinh trưởng quang dị dưỡng hoặc hóa dị dưỡng.

• Protein đơn bào (Single Cell Protein - SCP): VKTQH được xem là nguồn SCP tiềm năng với hàm lượng protein cao (50-74%), giàu axit amin thiết yếu, có thể thay thế protein truyền thống trong thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản.

• Ứng dụng carrageenan và các polysaccharide làm chất tạo gel: Carrageenan, CMC và tinh bột biến tính được sử dụng làm chất tạo gel, giúp tạo chế phẩm dạng lỏng sệt, tăng độ đậm đặc và ổn định của chế phẩm vi khuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Các chủng VKTQH Rhodopseudomonas sp. NDT6, Rhodobacter sp. 86 và Rhodopseudomonas sp. 517 được phân lập từ vùng ven biển Nam Định và Thanh Hóa. Môi trường nuôi cấy DSMZ 27 cải tiến với bổ sung các nguồn carbon khác nhau (malate, glutamate, rỉ đường, succinate).

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các chủng có giá trị dinh dưỡng cao, khả năng sinh trưởng tốt trên các nguồn carbon khác nhau. Mẫu được nuôi cấy trong điều kiện kỵ khí hoặc vi hiếu khí dưới ánh sáng, theo dõi sinh trưởng qua độ hấp thụ quang học OD800 và đếm khuẩn lạc CFU/ml.

• Phương pháp phân tích: Định lượng protein bằng phương pháp Bradford sử dụng Coomassie Brilliant Blue G-250, đo hấp thụ tại bước sóng 595 nm. Phân tích thống kê sử dụng phần mềm Excel và kiểm định ANOVA với mức ý nghĩa α=0,05.

• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm nuôi cấy và đánh giá sinh trưởng kéo dài 5-10 ngày cho mỗi điều kiện. Nghiên cứu tối ưu hóa nguồn carbon, điều kiện nuôi cấy, phương pháp thu sinh khối và tạo chế phẩm dạng lỏng sệt được thực hiện trong giai đoạn 2019-2021.

• Phương pháp thu sinh khối: So sánh hiệu quả ly tâm (3000-8000 vòng/phút), đông tụ hóa học (nhôm polyclorua, nhôm sulfate, sắt sulfate) và đông tụ sinh học bằng chitosan. Lựa chọn phương pháp tối ưu dựa trên hiệu suất thu hồi và khả năng phục hồi sinh trưởng.

• Phương pháp tạo chế phẩm dạng lỏng sệt: Sử dụng tinh bột biến tính, CMC và carrageenan ở các nồng độ khác nhau để tạo gel, bổ sung sinh khối VKTQH thu được, theo dõi mật độ tế bào trong 7 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối ưu nguồn carbon cho sinh trưởng VKTQH: Hỗn hợp VKTQH sinh trưởng tốt trên nhiều nguồn carbon với ∆OD800 dao động 1,5-2,5. Nguồn malate, glutamate, rỉ đường và succinate cho kết quả sinh trưởng và tích lũy sinh khối cao nhất (∆OD800 khoảng 2,5-2,7). Hàm lượng protein thô trong tế bào đạt từ 61,4% đến 68,9%, cao nhất ở malate, glutamate và succinate (khoảng 68-69%).

2. Hiệu quả sử dụng nguồn carbon hỗn hợp: Nuôi cấy trên môi trường chứa hỗn hợp glutamate và malate (1,4 g và 0,6 g/l) cho sinh trưởng cao nhất (∆OD800 ~2,7) và hàm lượng protein thô đạt 70%, cao hơn so với nguồn carbon đơn lẻ.

3. Điều kiện nuôi cấy ngoài tự nhiên: VKTQH sinh trưởng tốt ở điều kiện kỵ khí và vi hiếu khí dưới ánh sáng, với mức tích lũy sinh khối tương đương (∆OD800 ~1,8 sau 9-10 ngày). Nuôi trong bể thủy tinh cho sinh trưởng nhanh hơn bể nhựa, do khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn.

4. Phương pháp thu sinh khối: Ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút đạt hiệu suất thu hồi sinh khối gần 90-95%, đồng thời đảm bảo khả năng phục hồi sinh trưởng cao (∆OD800 ~2,5 sau 5 ngày). Đông tụ bằng chitosan ở nồng độ 150-200 mg/l đạt hiệu suất lắng tủa trên 90%, thân thiện môi trường hơn so với các chất đông tụ hóa học như nhôm polyclorua (PAC) cần nồng độ cao (>3000 mg/l) gây ô nhiễm thứ cấp.

5. Tạo chế phẩm dạng lỏng sệt: Sử dụng carrageenan ở nồng độ 0,5-1% và CMC 2-3% tạo gel ổn định, duy trì mật độ tế bào VKTQH cao (khoảng 10^14 CFU/ml) trong 7 ngày. Tinh bột biến tính ở tỷ lệ 2-3% cũng tạo được chế phẩm dạng lỏng sệt phù hợp.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy VKTQH không lưu huỳnh có khả năng sinh trưởng linh hoạt trên nhiều nguồn carbon hữu cơ, đặc biệt là các axit cacboxylic 4 carbon như malate và succinate, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về trao đổi chất của nhóm vi khuẩn này. Việc sử dụng hỗn hợp nguồn carbon giúp tăng hiệu quả sinh trưởng và hàm lượng protein, đồng thời giảm chi phí khi lựa chọn glutamate và malate thay vì succinate đơn lẻ.

Điều kiện nuôi cấy ngoài tự nhiên với ánh sáng tự nhiên và vi hiếu khí cho phép sản xuất sinh khối quy mô lớn, giảm chi phí so với điều kiện kỵ khí tuyệt đối trong phòng thí nghiệm. Vật liệu bể nuôi ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ ánh sáng, bể thủy tinh ưu việt hơn bể nhựa.

Phương pháp thu sinh khối bằng ly tâm và đông tụ sinh học bằng chitosan được đánh giá cao về hiệu suất và tính thân thiện môi trường, phù hợp cho sản xuất quy mô pilot và công nghiệp. Các chất đông tụ hóa học tuy hiệu quả nhưng gây ô nhiễm và ảnh hưởng chất lượng sinh khối.

Việc tạo chế phẩm dạng lỏng sệt bằng carrageenan, CMC và tinh bột biến tính giúp tăng độ đậm đặc, ổn định chế phẩm, thuận tiện vận chuyển và sử dụng làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ. Mật độ tế bào duy trì cao trong 7 ngày cho thấy chế phẩm có tính ổn định tốt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ sinh trưởng (∆OD800 theo thời gian), biểu đồ hàm lượng protein theo nguồn carbon, và bảng so sánh hiệu suất thu sinh khối theo phương pháp ly tâm và đông tụ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng nguồn carbon hỗn hợp glutamate (1,4 g/l) và malate (0,6 g/l) trong quy trình nuôi cấy VKTQH nhằm tối ưu sinh trưởng và hàm lượng protein, giảm chi phí sản xuất. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn sản xuất pilot.

2. Sử dụng điều kiện vi hiếu khí dưới ánh sáng tự nhiên cho nuôi cấy quy mô lớn để giảm chi phí và tăng hiệu quả sinh khối, ưu tiên bể thủy tinh hoặc bể nhựa có bổ sung hệ thống chiếu sáng ban đêm. Thời gian triển khai: 6-12 tháng.

3. Ưu tiên phương pháp thu sinh khối bằng ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ sinh học bằng chitosan (150-200 mg/l) để đạt hiệu suất thu hồi cao, thân thiện môi trường và đảm bảo chất lượng sinh khối. Chủ thể thực hiện: các cơ sở sản xuất chế phẩm vi sinh.

4. Phát triển và ứng dụng chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt sử dụng carrageenan (0,5-1%) hoặc CMC (2-3%) để tăng độ đậm đặc, ổn định và thuận tiện vận chuyển, phân phối đến các vùng nuôi trồng thủy sản. Thời gian thực hiện: 12 tháng.

5. Xây dựng quy trình sản xuất và phân phối chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt đồng bộ từ nuôi cấy, thu sinh khối đến đóng gói và vận chuyển nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của người nuôi trồng thủy sản ven biển Việt Nam. Chủ thể thực hiện: Viện Công nghệ sinh học phối hợp doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành sinh học thực nghiệm, công nghệ sinh học môi trường: Nghiên cứu về vi sinh vật quang hợp, protein đơn bào, kỹ thuật nuôi cấy và ứng dụng vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản.

2. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học và thức ăn thủy sản: Áp dụng quy trình sản xuất chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt, tối ưu nguồn nguyên liệu và phương pháp thu sinh khối để nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Người nuôi trồng thủy sản, đặc biệt nuôi giống hai mảnh vỏ: Sử dụng chế phẩm VKTQH làm thức ăn bổ sung protein, cải thiện tỷ lệ sống, tăng trưởng và sức đề kháng cho con giống.

4. Cơ quan quản lý và phát triển ngành thủy sản: Xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ sinh học ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, thúc đẩy sản xuất protein đơn bào bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. VKTQH là gì và tại sao được chọn làm nguồn protein đơn bào?
   VKTQH là vi khuẩn tía quang hợp không lưu huỳnh, có khả năng sinh trưởng linh hoạt trên nhiều nguồn carbon, chứa hàm lượng protein cao (50-74%) và các axit amin thiết yếu, phù hợp làm nguồn protein thay thế trong thức ăn thủy sản.

2. Nguồn carbon nào tối ưu cho sinh trưởng VKTQH?
   Nguồn carbon hỗn hợp glutamate (1,4 g/l) và malate (0,6 g/l) được chứng minh cho sinh trưởng cao nhất (∆OD800 ~2,7) và hàm lượng protein thô đạt 70%, đồng thời có chi phí hợp lý.

3. Phương pháp thu sinh khối nào hiệu quả và thân thiện môi trường?
   Phương pháp ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ sinh học bằng chitosan (150-200 mg/l) đạt hiệu suất thu hồi cao, không gây ô nhiễm thứ cấp như các chất đông tụ hóa học.

4. Chế phẩm dạng lỏng sệt có ưu điểm gì so với dạng dịch?
   Chế phẩm dạng lỏng sệt có độ đậm đặc cao, ổn định hơn, dễ vận chuyển và bảo quản, giảm chi phí phân phối đến các vùng nuôi trồng thủy sản ven biển.

5. Ứng dụng của chế phẩm VKTQH trong nuôi giống hai mảnh vỏ như thế nào?
   Chế phẩm VKTQH cung cấp nguồn protein giàu dinh dưỡng, cải thiện tỷ lệ sống, tăng trưởng và sức đề kháng cho con giống hai mảnh vỏ, góp phần nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản.

Kết luận

• VKTQH không lưu huỳnh có khả năng sinh trưởng tốt trên nguồn carbon hỗn hợp glutamate và malate, đạt hàm lượng protein thô lên đến 70%.
• Điều kiện nuôi cấy vi hiếu khí dưới ánh sáng tự nhiên phù hợp cho sản xuất sinh khối quy mô lớn, giảm chi phí so với kỵ khí tuyệt đối.
• Phương pháp thu sinh khối bằng ly tâm 4000 vòng/phút trong 10 phút kết hợp đông tụ sinh học bằng chitosan là tối ưu về hiệu suất và thân thiện môi trường.
• Chế phẩm dạng lỏng sệt sử dụng carrageenan hoặc CMC tạo gel ổn định, duy trì mật độ tế bào cao, thuận tiện vận chuyển và sử dụng làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển bền vững nguồn protein đơn bào cho ngành nuôi trồng thủy sản Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và bảo vệ môi trường.

Triển khai sản xuất pilot chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt, mở rộng thử nghiệm ứng dụng trong nuôi giống hai mảnh vỏ tại các vùng ven biển.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực sinh học và thủy sản nên hợp tác phát triển công nghệ sản xuất và ứng dụng chế phẩm VKTQH để nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ Thân mềm hai mảnh vỏ hay nhuyễn thể hai mảnh vỏ (danh pháp khoa học: Bivalvia, trước đây gọi là Lamellibranchia hay Pelecypoda) hay lớp Chân rìu là một lớp động vật không xương sống hiện diện ở hầu khắp các môi trường thủy sinh. Một lượng lớn loài hai mảnh vỏ được tìm thấy ở vùng triều hay gần bờ.

Chúng sinh sống ở vùng nhiệt đới, ôn đới và cả vùng cực. Một số có thể sống sót hay thậm chí phát triển trong môi trường khắc nghiệt. Một phần sống ở nước mặn, phần còn lại ở nước ngọt. Đa số là động vật ăn lọc.

Mang tiến hóa thành một bộ phận gọi là ctenidium, một cơ quan dùng để ăn và thở. Chúng thường chôn mình trong trầm tích, nơi chúng sống tương đối an toàn trước kẻ thù. Hình thái, cấu tạo cơ thể - Cơ thể dẹp, đối xứng hai bên. Chúng có hai miếng da ngoài dính lại với nhau ở phần lưng và bao bọc cả phần thân mềm gọi là màng áo.

Màng áo tiết ra hai mảnh vỏ bảo vệ bên ngoài cơ thể nên gọi là lớp hai vỏ (Bivalvia). Phần thân mềm gồm 3 phần: nang nội tạng, chân và màng áo. Đầu thoái hoá nên còn gọi là lớp không đầu (Acephala). Hai vỏ được dính với nhau nhờ bản lề mặt lưng.

Giữa vỏ và bộ phận thân mềm có hai bó cơ ngang liên hệ để điều tiết sự đóng mở vở gọi là cơ khép vỏ trước và cơ khép vỏ sau. Giữa màng áo và khoang nội tạng có một khoảng trống gọi là xoang màng áo. Trong xoang màng áo có mang dạng hình tấm, nên gọi là mang tấm (Lamelli branchia). Chân ở mặt bụng của bộ phận thân mềm, thường dẹp hai bên dạng lưỡi rìu, nên còn gọi là lớp chân rìu (Pelecypoda).

- Hệ thống tiêu hoá bao gồm có mang, xúc biện, miệng, thực quản, dạ dày, manh nang tiêu hoá, sợi keo, ruột. phần lớn nằm trong khối nội tạng, nếu đem cắt bỏ lớp bọc ngoài chúng ta sẽ nhìn thấy rõ. ở lớp hai mảnh vỏ không có túi. Luan van 5 Thức ăn chủ yếu của chúng ở giai đoạn ấu trùng là các loài tảo có kích thước nhỏ như: Monas, Platymonas, Chlorella, Nannochloropsis, giai đoạn trưởng thành là các loài tảo silic như Navicula, Pleurosigma, Nitzschia, Flagilaria, Synedra, Thalasiothix, Gyrosigma, Coscinodiscus, Cyclotella, Skeletonema, Rhizosolenia, Planktonella, Melosira, Chaetoceros.

Ngoài tảo silic ra, chúng còn ăn được nhiều loại khác như trùng chuông, trùng chuông mỏng, tiêm mao trùng, copepoda, rotifer và mùn bã hữu cơ. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP 1. Giới thiệu chung về vi khuẩn tía quang hợp Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là vi khuẩn thủy sinh có khả năng sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí bằng cách quang hợp nhưng không thải oxy như những đối tượng quang dưỡng khác. Khi được chiếu sáng, rất nhiều loài trong nhóm này có khả năng sinh trưởng quang tự dưỡng với CO 2 là nguồn carbon hoặc sinh trưởng quang dị dưỡng với các chất hữu cơ làm nguồn carbon.

Đặc trưng của nhóm VKTQH là chứa sắc tố quang hợp bacteriochlorophyll (Bchl). VKTQH có lợi thế như một thành phần thức ăn chăn nuôi [1]. Việc chuyển đổi các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho thành protein có hiệu quả cao hơn so với các chất thay thế dựa trên thực vật [1]. Theo Hệ thống phân loại của Bergey (1989), vi khuẩn quang hợp được chia làm ba nhóm: vi khuẩn tía quang hợp, vi khuẩn xanh quang hợp và nhóm vi khuẩn chứa bacteriochlorophyll (Bchl) (nhưng không xếp vào hai nhóm trên) [2].

Riêng nhóm VKTQH được chia làm 3 họ: Họ Chromatiaceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành “giọt” lưu huỳnh bên trong tế bào. Họ Ectothiorhodospiraceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành “giọt” lưu huỳnh bên ngoài tế bào. Luan van 6 Họ Rhodospirilaceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp không tích lũy giọt lưu huỳnh. Tuy nhiên, theo Hệ thống phân loại của Bergey (2001),VKTQH lại được chia thành 3 nhóm: “Alphaproteobacteria” gồm nhóm vi khuẩn tía không lưu huỳnh và vi khuẩn tía hiếu khí “Betaproteobacteria” cũng gồm nhóm vi khuẩn tía không lưu huỳnh nhưng nhóm này khác nhóm “Alphaproteobacteria” về thành phần axit béo, quinone, trình tự và kích thước của cytochrome c.

“Gammaproteobacteria” gồm hai họ Chromatiaceae và Ectothiorhodospiraceae.Ảnh một số chủng vi khuẩn tía quang hợp 1. Sinh thái học của vi khuẩn tía quang hợp Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) phân bố rộng rãi trong tự nhiên, là nhóm vi khuẩn quang dưỡng, sống kỵ khí hoặc kỵ khí tùy tiện trong môi trường có chiếu sáng. Chúng là các vi sinh vật điển hình, rất phổ biến ở nước ngọt cũng như nước mặn, thường cư trú nhiều trên bề mặt bùn các ao đầm tù, có nhiều bùn cặn các xác động, thực vật. Tuy nhiên nhóm vi khuẩn này ưa thích các thuỷ vực chứa nước ngọt, lợ hay mặn với hàm lượng chất hữu cơ khá cao và hàm lượng oxy hoà tan thấp.

Vì vậy, có thể tìm thấy chúng cùng với các đại diện thuộc nhóm VKTQH lưu huỳnh [3]. Luan van 7 Các hồ xử lý nước thải là nơi có điều kiện phù hợp cho phát triển nhóm VKTQH không lưu huỳnh sinh trưởng. Tại bang Minnesota (Mỹ) quan sát thấy sự nở hoa của nhóm VKQHT không lưu huỳnh trong hồ xử lý nước thải chế biến rau quả, khi có sự nở hoa này thì các mùi hôi trong hồ không còn phát hiện được. Các loài chủ yếu được phát hiện tạo nên sự nở hoa thường là: Rba.

Năm 2006 Okubo và cộng sự đã phát hiện ra nhóm VKTQH không lưu huỳnh trong kênh chứa nước thải chăn nuôi. Trong đó, xuất hiện các loài như R. sphaeroides và các loài trong chi Rhodopseudomonas [3].Còn có thể gặp đại diện của VKTQH trong một số thủy vực có điều kiện khắc nghiệt như: suối lưu huỳnh, suối nước nóng, thủy vực có tính axit, thủy vực có tính kiềm ở vùng biển có độ mặn cao và thậm chí ở hồ có băng bao phủ 4 - 7 m ở Antarstica [5]. Hình thái và phân loại học của vi khuẩn tía quang hợp VKTQH là các tế bào Gram âm, đơn bào, có các dạng cầu, xoắn, hình que ngắn, hình dấu phẩy,…đứng riêng lẻ hoặc cũng có thể gặp chúng ở trạng thái chuỗi trong những điều kiện môi trường đặc biệt.

Kích thước của tế bào thường từ 0,3 - 6µm. Sinh sản bằng cách nhân đôi, một số loài sinh sản bằng cách nảy chồi(là đặc trưng của chi Rhodopseudomonas. Khi sinh trưởng trong điều kiện quang hợp, dịch huyền phù tế bào thường có màu tím tía, đỏ, nâu vàng, nâu hoặc xanh. Vi khuẩn tía quang hợp lưu huỳnh VKTQH lưu huỳnh là sinh vật quang tự dưỡng mạnh mẽ nhưng khả năng quang dị dưỡng cũng như trao đổi chất và tăng trưởng trong bóng tối là hạn chế.

Một số loài có thể sống trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ, pH hoặc có độ mặn cao [6]. VKTQH lưu huỳnh rất đa dạng về hình thái và kiểu di động. Trong quá trình oxy hóa H2S, lưu huỳnh được tích tụ thành giọt trong tế bào, nhưng cũng Luan van 8 có loài không tích tụ ở trong mà ở ngoài tế bào, một số loài có không bào trong tế bào [7]. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía bao gồm các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến gắn với màng sinh chất.

Chất nhận điện tử (electron donors) trong quang hợp thườngsử dụng là H2, H2S hay S. Chúng có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc có chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70% [8]. Vi khuẩn tía quang hợp không lưu huỳnh VKTQH không lưu huỳnh là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ - chemoorganoheterotrophs). Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến gắn với màng sinh chất.

Chất nhận điện tử trong quang hợp thường sử dụng là chất hữu cơ, đôi khi là hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2. VKTQH không lưu huỳnh có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí, tỷ lệ G+C là 61-72%. Đây là nhóm vi sinh vật có sinh lý linh hoạt, có thể phát triển quang dưỡng trong bóng tối. Chúng có thể sử dụng nguồn carbon vô cơ hoặc hữu cơ.

Nếu tăng trưởng là quang tự dưỡng thì H2, sunfua ở nồng độ thấp được sử dụng làm nguồn cho điện tử trong quang hợp [8]. Tuy nhiên, hầu hết VKTQH không lưu huỳnh phát triển tốt nhất trong môi trường dị dưỡng. Đó là môi trường có chứa một số hợp chất hữu cơ dễ sử dụng, chẳng hạn như malate hoặc pyruvat và ammoniac là nguồn nitơ [9]. Ngoài ra, một số VKTQH không lưu huỳnh có thể phát triển trong điều kiện có CO2 hoặc carbon hữu cơ, hoặc trong bóng tối do hô hấp, lên men, hoặc quang hóa học [10].

Luan van 9 Hình 1. Hình ảnh tế bào của Hình 1. Hình ảnh tế bào của một số một số vi khuẩn tía quang hợp vi khuẩn tía quang hợp không lưu lưu huỳnh [10] huỳnh [10] 1. Một số đặc điểm sinh lý, sinh hóa của vi khuẩn tía quang hợp *Khả năng sử dụng các nguồn C hữu cơ của VKTQH Nhóm VKTQH lưu huỳnh sinh trưởng chủ yếu bằng quang hợp tự dưỡng, sử dụng CO2 làm nguồn carbon và các hợp chất khử của lưu huỳnh hoặc H2 làm chất cho điện tử.

Khả năng đồng hóa các chất hữu cơ của các chủng này kém hơn so với loài VKTQH không lưu huỳnh. Acetate và một số hợp chất hữu cơ được các loài vi khuẩn sử dụng như một nguồn năng lượng, bằng chứng là tốc độ oxy hóa quan sát được thay đổi từ 42% đến 96% tổng lượng acetate sinh học hấp thụ. Sự đồng hóa axetat thành sinh khối đã minh họa ý nghĩa tiềm năng của acetate như một nguồn carbon sinh khối [11]. Nhóm VKTQH không lưu huỳnh có khả năng sử dụng nhiều hợp chất hữu cơ làm nguồn carbon cho sinh trưởng.

Chúng có sự điều chỉnh các cơ chế trao đổi chất hữu cơ rất linh hoạt tùy thuộc các điều kiện sinh trưởng khác nhau. Hầu hết, các loài thuộc VKTQH không lưu huỳnh đều có khả năng sinh trưởng ở ngoài sáng trên môi trường chứa hợp chất 2C như acetate, pyruvate… và hợp chất 3C như glycerol, acetone.