I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chế Phẩm Vi Khuẩn Tía Quang Hợp
Ngành nuôi trồng thủy sản đang phát triển mạnh mẽ, dự kiến cung cấp 60% lượng cá cho con người vào năm 2030. Việt Nam có lợi thế bờ biển dài, nuôi trồng thủy sản trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Sản lượng thủy sản tăng trưởng liên tục, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng kinh tế. Nhu cầu về con giống chất lượng cao ngày càng tăng. Việc tìm kiếm các nguồn protein thay thế là rất quan trọng để giảm sự phụ thuộc vào protein thông thường và đảm bảo sự tăng trưởng bền vững hơn của ngành nuôi trồng thủy sản. Các protein có nguồn gốc từ vi sinh vật đang được quan tâm đặc biệt vì chúng có thể dễ dàng được sản xuất trên các nguồn carbon rẻ tiền và là sản phẩm phụ của các quá trình khác như sản xuất bia và xử lý chất thải. Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) nổi lên như một giải pháp tiềm năng, cung cấp nguồn dinh dưỡng thủy sản dồi dào và bền vững.
1.1. Vai trò của Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH trong NTTS
Trong tự nhiên, nhiều sinh vật (vi tảo, vi khuẩn) tham gia vào chuỗi thức ăn của nhiều loài thủy động vật. Vi tảo và vi khuẩn thường làm thức ăn cho các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ và cho các loài cá, giáp xác và bào ngư. Dựa vào hiện tượng tự nhiên này người ta đã quan tâm nghiên cứu vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) với vai trò tương tự vi tảo làm nguồn thức ăn sống trong nuôi tôm, nhuyễn thể và một số động vật phù du. Tế bào VKTQH thường chứa hàm lượng cao protein (50 – 74%), hàm lượng cacbonhiđrat chiếm 10 -27%, lipit từ 0,6 – 22% và chất khoáng 4 – 16% trọng lượng khô.
1.2. Tiềm năng của VKTQH như nguồn Protein đơn bào SCP
Thành phần và hàm lượng các axit amin không thay thế của các loài VKTQH này được so sánh tương đương với thịt, đậu và trứng gà. Vì có thành phần dinh dưỡng cao như vậy, cho nên theo nhiều nhà nghiên cứu, VKTQH không lưu huỳnh có thể là một trong những nguồn protein đơn bào (single cell protein- SCP) lý tưởng trong sản xuất thức ăn cho gia súc, gia cầm và trong nuôi trồng thủy sản. Gần đây, nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản và Malaysia đã thành công trong việc sử dụng một số loài VKTQH làm nguồn thức ăn tươi sống trực tiếp hay gián tiếp để nuôi ấu trùng một số loài thủy động vật.
II. Thách Thức Vận Chuyển Chế Phẩm VKTQH Dạng Lỏng Hiện Nay
Ở Việt Nam, VKTQH đã và đang được ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau như công nghệ xử lý môi trường, thu nhận các hoạt chất có giá trị. Đối với sản xuất thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ, ngoài các công nghệ thu, nuôi thâm canh sinh khối các loài thì chúng tôi đã lựa chọn được một số chủng VKTQH có giá trị dinh dưỡng cao và đã thử nghiệm thành công cho sản xuất ngao giống, hàu giống cho kết quả về độ biến thái và độ sống sót tương đương khi cho ăn bằng vi tảo. Tuy nhiên, việc vận chuyển chế phẩm dạng dịch đến những vùng nuôi trồng thủy sản còn gặp nhiều khó khăn vì nước ta có khoảng hơn 3000km đường bờ biển và nghề nuôi trồng thủy sản chủ yếu tập trung tại các tỉnh ven biển, do vậy, chế phẩm VKTQH ở dạng dịch sản xuất tại Viện Công nghệ sinh học gặp khó khăn trong quá trình vận chuyển và phân phối tới các vùng NTTS trong cả nước.
2.1. Sự Cần Thiết của Chế Phẩm VKTQH Dạng Đậm Đặc
Như vậy, cần được nghiên cứu để tạo chế phẩm VKTQH dạng đậm đặc hơn để dễ dàng vận chuyển, giảm giá thành phù hợp với nhu cầu thực tế của người dân nuôi trồng thủy sản là việc làm rất cần thiết để phát triển bền vững nghề nuôi trồng thủy sản phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đề xuất đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ”.
2.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Chế Phẩm VKTQH Dạng Lỏng Sệt
Mục đích của đề tài là tạo được chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống động vật hai mảnh vỏ. Nội dung chi tiết của đề cương luận văn thạc sĩ bao gồm: Lựa chọn được nguồn carbon bổ sung vào môi trường nuôi để đạt mật độ sinh khối và hàm lượng protein cao nhất để tạo chế phẩm VKTQH lỏng sệt dùng làm thức ăn cho con giống thủy sản.
III. Cách Tối Ưu Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Dạng Lỏng Sệt
Để tạo ra chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt hiệu quả, cần tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối và hàm lượng protein. Nghiên cứu tập trung vào việc lựa chọn nguồn carbon phù hợp, hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối trong điều kiện tự nhiên và lựa chọn phương pháp thích hợp để tạo sinh khối VKTQH dạng lỏng sệt. Quy trình sản xuất chế phẩm VKTQH dạng lỏng sệt làm thức ăn cho con giống hai mảnh vỏ sẽ được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu.
3.1. Lựa Chọn Nguồn Carbon Tối Ưu cho Sinh Khối và Protein
Cần lựa chọn được nguồn carbon bổ sung vào môi trường nuôi để đạt mật độ sinh khối và hàm lượng protein cao nhất để tạo chế phẩm VKTQH lỏng sệt dùng làm thức ăn cho con giống thủy sản. Điều này bao gồm việc thử nghiệm các nguồn carbon khác nhau và đánh giá hiệu quả của chúng đối với sự phát triển của VKTQH.
3.2. Hoàn Thiện Kỹ Thuật Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Tự Nhiên
Hoàn thiện kỹ thuật sản xuất sinh khối (sản xuất sinh khối theo mẻ hoặc bán liên tục) trong điều kiện tự nhiên với một số vật liệu làm photobioreactor khác nhau (nhựa trong, thủy tinh, …). Việc này giúp giảm chi phí sản xuất và tận dụng nguồn tài nguyên tự nhiên.
3.3. Phương Pháp Tạo Sinh Khối VKTQH Dạng Lỏng Sệt
Lựa chọn phương pháp thích hợp tạo sinh khối VKTQH dạng lỏng sệt. Các phương pháp khác nhau sẽ được đánh giá để tìm ra phương pháp hiệu quả nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế.
IV. Ứng Dụng VKTQH Thức Ăn Tiềm Năng Cho Hai Mảnh Vỏ
Thân mềm hai mảnh vỏ hay nhuyễn thể hai mảnh vỏ (Bivalvia) 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.
4.1. Đặc Điểm Hình Thái và Cấu Tạo Cơ Thể Hai Mảnh Vỏ
- 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).
4.2. Thức Ăn và Hệ Tiêu Hóa của Động Vật Hai Mảnh Vỏ
- 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. 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.
V. Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Đặc Điểm Sinh Học Cần Biết
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].
5.1. Phân Loại Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH
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. Họ Rhodospirilaceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp không tích lũy giọt lưu huỳnh.
5.2. Sinh Thái Học của Vi Khuẩn Tía Quang Hợp VKTQH
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] .
VI. Nghiên Cứu VKTQH Tối Ưu Hóa Điều Kiện Sản Xuất Sinh Khối
Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện sản xuất sinh khối VKTQH không lưu huỳnh. Các yếu tố như nguồn carbon và điều kiện nuôi cấy được điều chỉnh để đạt được sinh khối và hàm lượng protein cao nhất. Kỹ thuật sản xuất sinh khối ngoài tự nhiên cũng được hoàn thiện để tăng hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.
6.1. Tối Ưu Nguồn Carbon cho Sản Xuất Sinh Khối VKTQH
Kết quả đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C khác nhau. Kết quả lựa chọn môi trường chứa hỗn hợp nguồn carbon để nuôi hỗn hợp VKTQH. Đánh giá hàm lượng protein thô trong tế bào khi nuôi cấy trên các nguồn C hỗn hợp.
6.2. Hoàn Thiện Kỹ Thuật Sản Xuất Sinh Khối VKTQH Tự Nhiên
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy sản xuất sinh khối VKTQH. Xây dựng quy trình nhân giống VKTQH ở điều kiện tự nhiên. Kết quả nhân nuôi VKTQH trong các bể nuôi từ các vật liệu khác nhau để sản xuất sinh khối ở qui mô pilot ở các bể nuôi khác nhau.
