Luận văn: Phân lập vi khuẩn quang hợp từ ao nuôi tôm thẻ tại Thừa Thiên Huế

Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn quang hợp trong nuôi tôm thẻ chân trắng. Giải pháp sinh học giúp giảm khí độc H2S, cải thiện môi trường ao nuôi hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Văn Sỹ
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Nguyễn Ngọc Phước
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm Huế
• Chuyên ngành: Thủy sản
• Đề tài: Phân lập một số chủng vi khuẩn quang hợp từ các ao nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei, Boone, 1931) tại tỉnh Thừa Thiên Huế
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thừa Thiên Huế

Tóm tắt

I. Tổng quan vi khuẩn quang hợp và vai trò trong thủy sản

Vi khuẩn quang hợp (Phototropic bacteria - PSB) là một nhóm vi sinh vật đặc biệt, có khả năng thực hiện quá trình quang hợp để tạo năng lượng. Không giống thực vật, quá trình này không tạo ra oxy. Thay vào đó, chúng sử dụng các hợp chất khử khác như hydrogen sulfide (H2S) làm chất cho điện tử. Đặc tính này biến vi khuẩn quang hợp trở thành một công cụ sinh học mạnh mẽ trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là trong việc xử lý ao tôm và giảm khí độc. Các nghiên cứu khoa học, bao gồm luận văn của Nguyễn Văn Sỹ (2016), đã chứng minh vai trò quan trọng của nhóm vi khuẩn này. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, từ ao hồ, sông ngòi đến bùn đất bị ô nhiễm hữu cơ. Sự đa dạng của chúng cho phép các nhà khoa học phân lập và tuyển chọn những chủng đặc hiệu, có khả năng thích ứng cao với điều kiện môi trường cụ thể tại các vùng nuôi. Việc ứng dụng chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn quang hợp giúp cải thiện chất lượng nước, phân hủy chất thải hữu cơ, và quan trọng nhất là loại bỏ các khí độc nguy hiểm như H2S và NH3. Điều này không chỉ giúp tôm sinh trưởng khỏe mạnh, giảm tỷ lệ bệnh tật mà còn hướng đến một mô hình nuôi bền vững, thân thiện với môi trường, hạn chế sự phụ thuộc vào hóa chất và kháng sinh.

1.1. Khái niệm và đặc điểm của vi khuẩn quang dưỡng PSB

Vi khuẩn quang hợp, hay còn gọi là vi khuẩn quang dưỡng, là một nhóm vi sinh vật nhân sơ, phần lớn thuộc nhóm Gram âm (-). Theo Kumar và cs (2009), đặc điểm nổi bật của chúng là khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp năng lượng hóa học. Quá trình quang hợp của chúng là quang hợp không sinh oxy. Thay vì dùng nước (H2O) như thực vật, chúng sử dụng các hợp chất lưu huỳnh khử (như H2S) hoặc các hợp chất hữu cơ làm chất cho hydro. Chúng chứa các sắc tố quang hợp đặc biệt gọi là bacteriochlorophyll (BChl), cho phép hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng mà thực vật không thể sử dụng. Điều này giúp chúng có thể phát triển ở những lớp nước sâu hoặc trong môi trường thiếu ánh sáng mặt trời trực tiếp. Hình thái của vi khuẩn quang hợp rất đa dạng, bao gồm hình que, hình cầu, hình xoắn, và hình lưỡi liềm. Chúng tồn tại phổ biến trong các môi trường thủy sinh yếm khí hoặc vi hiếu khí có ánh sáng, chẳng hạn như lớp bùn đáy ao hồ, ruộng nước và các vùng cửa sông.

1.2. Phân loại chính Vi khuẩn tía lưu huỳnh và không lưu huỳnh

Vi khuẩn quang hợp được chia thành hai nhóm chính dựa trên khả năng sử dụng hợp chất lưu huỳnh: vi khuẩn quang hợp tía lưu huỳnh (Purple Sulfur Bacteria - PSB) và vi khuẩn tía không lưu huỳnh (Purple Nonsulfur Bacteria - PNSB). Nhóm PSB, điển hình là các chi như Allochromatium và Marichromatium, là các sinh vật quang tự dưỡng bắt buộc. Chúng oxy hóa sulfide (H2S) thành các hạt lưu huỳnh nguyên tố (S) và tích trữ bên trong hoặc bên ngoài tế bào. Nhóm này đóng vai trò then chốt trong việc khử độc H2S ở tầng đáy yếm khí của ao nuôi. Ngược lại, nhóm PNSB chủ yếu là các sinh vật quang dị dưỡng, sử dụng các axit hữu cơ đơn giản làm nguồn carbon và chất cho điện tử. Tuy nhiên, nhiều loài trong nhóm này cũng có khả năng sử dụng H2S ở nồng độ thấp. Theo Nguyễn Lân Dũng (2005), cả hai nhóm đều thuộc lớp Gammaproteobacteria và Alphaproteobacteria, và có vai trò quan trọng trong các chu trình sinh địa hóa, đặc biệt là chu trình lưu huỳnh và carbon trong tự nhiên.

II. Vấn đề khí độc H2S NH3 trong ao nuôi tôm thâm canh

Nuôi tôm thâm canh, đặc biệt là tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei), đối mặt với thách thức lớn về ô nhiễm môi trường ao nuôi. Lượng lớn thức ăn dư thừa, phân tôm và xác tảo tích tụ dưới đáy ao tạo ra một lớp bùn hữu cơ dày đặc. Trong điều kiện yếm khí, các vi sinh vật dị dưỡng phân hủy lớp bùn này và sản sinh ra nhiều loại khí độc, trong đó nguy hiểm nhất là Amoniac (NH3) và Hydro Sulfide (H2S). Sự hiện diện của các khí độc này gây stress nghiêm trọng cho tôm, làm giảm khả năng miễn dịch, khiến tôm kém ăn, chậm lớn và dễ mắc các bệnh do vi khuẩn cơ hội như Vibrio gây ra. Nồng độ H2S dù chỉ ở mức rất thấp (0,01 - 0,02 ppm) cũng có thể gây chết tôm hàng loạt, đặc biệt trong giai đoạn đầu của vụ nuôi (hội chứng tháng nuôi đầu). Vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn khi người nuôi lạm dụng hóa chất và kháng sinh để xử lý sự cố. Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Phước và cs (2010), việc này không chỉ làm suy thoái môi trường mà còn tạo ra các chủng vi khuẩn kháng thuốc, gây khó khăn cho việc quản lý dịch bệnh. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp sinh học để giảm khí độc và cải thiện nền đáy là yêu cầu cấp thiết cho sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản.

2.1. Nguồn gốc hình thành và tác hại của khí H2S đối với tôm

Khí H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh (như axit amin methionine và cysteine có trong protein thức ăn) bởi vi khuẩn khử sulfate trong điều kiện yếm khí ở bùn đáy ao. Theo Võ Thị Hạnh và cs (2004), lớp bùn đáy ao thường có màu đen và mùi trứng thối đặc trưng khi nồng độ H2S cao. Khí độc này tác động trực tiếp đến sức khỏe của tôm bằng cách ức chế quá trình vận chuyển oxy trong máu. Nó kết hợp với hemoglobin, làm tôm bị ngạt và thiếu năng lượng. Tôm bị nhiễm độc H2S thường có biểu hiện bơi lờ đờ trên mặt nước, bỏ ăn, mang chuyển màu hồng hoặc đen. Đặc biệt, tôm trong giai đoạn lột xác rất nhạy cảm với H2S vì chúng thường ẩn náu ở khu vực đáy ao, nơi có nồng độ khí độc cao nhất. Tình trạng này nếu kéo dài sẽ dẫn đến tỷ lệ chết tích lũy cao, gây thiệt hại kinh tế nặng nề cho người nuôi.

2.2. Hậu quả của ô nhiễm hữu cơ và việc lạm dụng hóa chất

Ô nhiễm hữu cơ là nguyên nhân gốc rễ của các vấn đề trong ao nuôi thâm canh. Nền đáy bẩn không chỉ sinh ra khí độc mà còn là nơi trú ngụ và phát triển của các mầm bệnh nguy hiểm. Để đối phó, nhiều người nuôi có xu hướng sử dụng các loại hóa chất diệt khuẩn, vôi, hoặc kháng sinh một cách thiếu kiểm soát. Tuy nhiên, theo Trần Liên Hà và cs (2007), việc lạm dụng hóa chất gây ra nhiều hệ lụy tiêu cực. Chúng có thể tiêu diệt cả hệ vi sinh vật có lợi, phá vỡ cân bằng sinh thái trong ao, làm tôm bị sốc và suy yếu. Tồn dư hóa chất trong sản phẩm tôm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng mà còn tạo ra rào cản thương mại khi xuất khẩu. Quan trọng hơn, nó không giải quyết được tận gốc vấn đề tích tụ chất hữu cơ. Ngược lại, chế phẩm sinh học chứa các vi sinh vật có lợi như vi khuẩn quang hợp mang đến một giải pháp bền vững, vừa làm sạch môi trường, vừa không gây hại cho vật nuôi.

III. Cơ chế xử lý khí độc của vi khuẩn quang hợp trong ao tôm

Sở dĩ vi khuẩn quang hợp được xem là giải pháp hiệu quả cho việc xử lý ao tôm là nhờ vào cơ chế trao đổi chất độc đáo của chúng. Hoạt động trong điều kiện yếm khí và có ánh sáng (dù là ánh sáng yếu có thể xuyên xuống tầng đáy), chúng thực hiện một chu trình sinh hóa khép kín, biến các chất độc hại thành sinh khối có ích. Cơ chế cốt lõi là khả năng sử dụng H2S và NH3 làm nguồn dinh dưỡng cho quá trình quang hợp. Thay vì thải ra oxy, chúng chuyển hóa H2S thành lưu huỳnh nguyên tố hoặc sulfate không độc, đồng thời đồng hóa NH3 để tổng hợp protein và các hợp chất chứa nitơ khác. Quá trình này không chỉ trực tiếp giảm khí độc mà còn cạnh tranh dinh dưỡng với các nhóm vi khuẩn gây hại, góp phần khống chế mầm bệnh. Hơn nữa, sinh khối của vi khuẩn quang hợp rất giàu protein, vitamin và các axit amin thiết yếu, có thể trở thành nguồn thức ăn tự nhiên bổ sung cho tôm và các sinh vật phù du trong ao. Đây là một cơ chế xử lý kép, vừa làm sạch môi trường, vừa tăng cường dinh dưỡng, tạo ra một hệ sinh thái ao nuôi khỏe mạnh và cân bằng.

3.1. Quá trình quang hợp kỵ khí và chuyển hóa sulfide H2S

Quá trình chuyển hóa sulfide là một trong những năng lực nổi bật nhất của vi khuẩn quang hợp tía. Trong điều kiện kỵ khí và có ánh sáng, chúng sử dụng H2S làm chất cho điện tử để khử CO2 thành chất hữu cơ. Phản ứng này có thể được tóm tắt như sau: 2H2S + CO2 --(ánh sáng)--> (CH2O) + H2O + 2S. Lưu huỳnh nguyên tố (S) được tạo ra sẽ được tích trữ dưới dạng các hạt nhỏ bên trong hoặc ngoài tế bào vi khuẩn. Nếu nguồn H2S vẫn còn, lưu huỳnh này có thể tiếp tục bị oxy hóa thành sulfate (SO4^2-), một hợp chất không độc và tan trong nước. Nhờ cơ chế này, vi khuẩn quang hợp hoạt động như một máy lọc sinh học tự nhiên, loại bỏ hiệu quả H2S khỏi lớp bùn đáy, ngăn không cho khí độc này khuếch tán vào cột nước và gây hại cho tôm. Đây là một giải pháp sinh học triệt để, khác với các biện pháp hóa học chỉ có tác dụng tạm thời.

3.2. Khả năng phân giải Amoniac NH3 và các chất hữu cơ

Bên cạnh H2S, Amoniac (NH3) cũng là một khí độc phổ biến trong ao nuôi tôm. Vi khuẩn quang hợp có khả năng đồng hóa NH3 một cách hiệu quả để tổng hợp các axit amin và xây dựng tế bào. Chúng sử dụng nitơ từ NH3 làm nguồn dinh dưỡng chính. Ngoài ra, nhiều chủng, đặc biệt là vi khuẩn tía không lưu huỳnh, có thể sử dụng một loạt các axit hữu cơ đơn giản (như acetate, citrate) sinh ra từ quá trình phân hủy yếm khí làm nguồn carbon. Bằng cách tiêu thụ các sản phẩm trung gian này, chúng ngăn chặn quá trình phân hủy tiếp tục tạo ra các chất độc hại hơn như H2S hay methane. Việc loại bỏ đồng thời cả NH3, H2S và các chất hữu cơ hòa tan giúp cải thiện toàn diện chất lượng nước, giảm chỉ số Nhu cầu Oxy Sinh hóa (BOD) và tạo môi trường sống tối ưu cho tôm phát triển.

IV. Top chủng vi khuẩn quang hợp tiềm năng xử lý ao tôm

Thành công của việc ứng dụng vi khuẩn quang hợp phụ thuộc rất lớn vào việc tuyển chọn được các chủng vi khuẩn phù hợp, có hoạt tính mạnh và khả năng thích nghi cao với điều kiện ao nuôi tại địa phương. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Sỹ (2016) thực hiện tại các ao nuôi tôm thẻ chân trắng ở Thừa Thiên Huế là một minh chứng điển hình. Từ các mẫu bùn đáy, nghiên cứu đã phân lập và sàng lọc được hai chủng vi khuẩn ưu việt, được định danh là Allochromatium sp. (ký hiệu DL11) và Marichromatium sp. (ký hiệu PH21). Cả hai chủng này đều thuộc nhóm vi khuẩn quang hợp tía lưu huỳnh, cho thấy tiềm năng vượt trội trong việc giảm khí độc H2S. Các kết quả phân tích đặc điểm sinh lý, sinh hóa cho thấy chúng có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường nước lợ (độ mặn 10-20‰) và pH trung tính (6-7), hoàn toàn tương thích với điều kiện của hầu hết các ao nuôi tôm ven biển Việt Nam. Việc xác định và nuôi cấy thành công các chủng vi khuẩn đặc hiệu này mở ra hướng phát triển các sản phẩm chế phẩm sinh học thế hệ mới, được tối ưu hóa cho từng vùng nuôi cụ thể, hứa hẹn mang lại hiệu quả xử lý môi trường cao hơn so với các sản phẩm nhập ngoại.

4.1. Chủng Allochromatium sp. DL11 Đặc điểm và hiệu quả

Chủng Allochromatium sp. DL11, được phân lập từ bùn ao, thể hiện những đặc tính rất hứa hẹn. Khi nuôi cấy, khuẩn lạc của chủng này có màu cam nâu đặc trưng. Đây là vi khuẩn Gram âm (-), hình que, và có khả năng chuyển hóa tốt nguồn sulfide. Phân tích sinh hóa cho thấy chủng DL11 có thể lên men đường sucrose. Kết quả định danh bằng phân tích gen 16S-rRNA đã khẳng định đây là một loài thuộc chi Allochromatium. Điểm quan trọng nhất là khả năng khử sulfide rất cao của chủng này. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy nó hoạt động hiệu quả nhất ở nồng độ sulfide từ 10 - 20 mg/L, một khoảng nồng độ thường gặp ở lớp bùn đáy ao nuôi ô nhiễm. Những đặc điểm này chứng tỏ Allochromatium sp. DL11 là một ứng cử viên sáng giá để phát triển thành chế phẩm sinh học chuyên dụng cho việc xử lý ao tôm, đặc biệt là xử lý nền đáy.

4.2. Chủng Marichromatium sp. PH21 Khả năng ứng dụng

Chủng Marichromatium sp. PH21 là chủng tiềm năng thứ hai được lựa chọn, với khuẩn lạc màu vàng. Tương tự DL11, đây cũng là một vi khuẩn Gram âm (-), hình que. Tuy nhiên, một điểm khác biệt đáng chú ý là khả năng sử dụng nguồn carbon rất đa dạng của chủng PH21, bao gồm citrate, glucose và sucrose. Điều này cho thấy nó có thể phát triển mạnh mẽ trong môi trường ao nuôi chứa nhiều loại chất hữu cơ khác nhau. Kết quả phân tích gen 16S-rRNA xác nhận nó thuộc chi Marichromatium. Chủng này cũng thể hiện khả năng loại bỏ sulfide cao trong điều kiện yếm khí và có chiếu sáng. Với phổ sử dụng dinh dưỡng rộng và hiệu quả khử H2S tốt, Marichromatium sp. PH21 có thể được ứng dụng không chỉ để giảm khí độc mà còn để phân hủy nhanh chóng chất thải hữu cơ, góp phần làm trong sạch nước ao. Sự kết hợp cả hai chủng DL11 và PH21 trong một sản phẩm có thể tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, nâng cao hiệu quả xử lý toàn diện.

V. Hướng dẫn ứng dụng VKQH và kết quả nghiên cứu thực tiễn

Để phát huy tối đa hiệu quả của vi khuẩn quang hợp trong xử lý ao tôm, việc ứng dụng cần tuân thủ các điều kiện môi trường tối ưu. Các nghiên cứu thực tiễn, như công trình của Nguyễn Văn Sỹ (2016), đã cung cấp những dữ liệu khoa học quý báu về các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hoạt động của chúng. Việc hiểu rõ các yêu cầu về pH, độ mặn, và nguồn dinh dưỡng bổ sung sẽ giúp người nuôi tôm sử dụng các chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn quang hợp một cách hiệu quả nhất. Bằng chứng khoa học đã chứng minh rõ ràng khả năng giảm khí độc H2S của các chủng được tuyển chọn. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy cả hai chủng Allochromatium sp. và Marichromatium sp. đều có thể làm giảm đáng kể hàm lượng sulfide trong môi trường nuôi cấy. Kết quả này là cơ sở vững chắc để khẳng định rằng việc bổ sung định kỳ các chủng vi khuẩn này vào ao nuôi sẽ cải thiện chất lượng nền đáy, bảo vệ tôm khỏi tác động của khí độc, từ đó nâng cao tỷ lệ sống và năng suất. Việc chuyển giao các kết quả nghiên cứu này thành các quy trình ứng dụng cụ thể là bước đi tiếp theo để đưa giải pháp sinh học này đến gần hơn với thực tiễn sản xuất.

5.1. Điều kiện tối ưu để vi khuẩn quang hợp phát triển pH muối

Nghiên cứu trên hai chủng Allochromatium sp. DL11 và Marichromatium sp. PH21 đã xác định rõ các điều kiện môi trường lý tưởng cho sự phát triển của chúng. Về độ pH, cả hai chủng đều sinh trưởng tối ưu trong khoảng pH từ 6 đến 7. Đây là khoảng pH phù hợp với môi trường ao nuôi tôm, đặc biệt là ở tầng đáy nơi có xu hướng axit hóa nhẹ do quá trình phân hủy hữu cơ. Về nồng độ muối (NaCl), chúng phát triển tốt nhất ở độ mặn từ 10‰ đến 20‰, tương đồng với điều kiện của đa số các vùng nuôi tôm thẻ chân trắng nước lợ tại Việt Nam. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bổ sung cao nấm men vào môi trường nuôi cấy có tác dụng kích thích mạnh mẽ khả năng tăng sinh của vi khuẩn. Điều này gợi ý rằng hiệu quả của chế phẩm sinh học có thể được tăng cường khi sử dụng kết hợp với việc cung cấp nguồn dinh dưỡng hữu cơ phù hợp trong ao.

5.2. Bằng chứng khoa học về hiệu quả giảm H2S trong ao tôm

Thí nghiệm đánh giá khả năng khử sulfide là bằng chứng trực tiếp và thuyết phục nhất về tiềm năng ứng dụng của hai chủng vi khuẩn này. Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện nuôi yếm khí và có chiếu sáng, cả hai chủng DL11 và PH21 đều thể hiện khả năng loại bỏ sulfide ở mức cao. Cụ thể, chúng hoạt động tốt nhất khi nồng độ sulfide ban đầu nằm trong khoảng 10 - 20 mg/L. Khi nồng độ sulfide quá cao, sự sinh trưởng của chúng có thể bị ức chế, nhưng ở mức độ thường thấy tại đáy ao nuôi, chúng hoạt động rất hiệu quả. Những dữ liệu này khẳng định chắc chắn rằng việc đưa các chủng vi khuẩn quang hợp này vào ao nuôi có thể làm giảm hàm lượng khí độc H2S, cải thiện môi trường sống cho tôm. Đây không còn là lý thuyết mà là một kết quả đã được chứng minh qua thực nghiệm khoa học, mở đường cho các ứng dụng thực tiễn trong ngành nuôi trồng thủy sản.

VI. Tương lai của chế phẩm sinh học từ vi khuẩn quang hợp

Việc nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn quang hợp trong nuôi trồng thủy sản đang mở ra một chương mới cho ngành công nghệ sinh học môi trường tại Việt Nam. Thay vì phụ thuộc vào các sản phẩm nhập khẩu, việc tự chủ nghiên cứu, phân lập và sản xuất các chế phẩm sinh học từ những chủng vi khuẩn bản địa mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Các sản phẩm này không chỉ có giá thành cạnh tranh hơn mà còn được tối ưu hóa cho điều kiện thổ nhưỡng và môi trường đặc thù của từng vùng nuôi, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý ao tôm và giảm khí độc. Tương lai của giải pháp này nằm ở việc đa dạng hóa các chủng vi khuẩn, kết hợp nhiều nhóm vi sinh vật có lợi khác nhau để tạo ra các sản phẩm xử lý toàn diện, từ việc làm sạch nước, xử lý đáy, đến tăng cường miễn dịch cho vật nuôi. Hướng đi này không chỉ giúp người nông dân giảm chi phí, tăng lợi nhuận mà còn góp phần xây dựng một ngành nuôi tôm bền vững, sản xuất ra những sản phẩm sạch, an toàn, đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe của thị trường xuất khẩu. Đây chính là con đường phát triển tất yếu để bảo vệ môi trường và nâng cao giá trị cho con tôm Việt Nam.

6.1. Lợi ích bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản Việt Nam

Sử dụng chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn quang hợp mang lại lợi ích kép: kinh tế và môi trường. Về kinh tế, việc cải thiện môi trường ao nuôi giúp giảm tỷ lệ tôm chết, tăng tốc độ tăng trưởng, và giảm hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR), từ đó tối ưu hóa lợi nhuận. Việc hạn chế sử dụng hóa chất và kháng sinh cũng giúp giảm chi phí đầu vào và tạo ra sản phẩm an toàn, có giá trị thương mại cao hơn. Về môi trường, giải pháp này giúp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước thải từ các ao nuôi, bảo vệ hệ sinh thái ven biển. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp, nơi chất thải được xem là tài nguyên và được xử lý bằng các biện pháp sinh học thân thiện. Việc phát triển ngành nuôi trồng thủy sản theo hướng bền vững sẽ nâng cao uy tín và khả năng cạnh tranh của sản phẩm Việt Nam trên trường quốc tế.

6.2. Xu hướng phát triển và nghiên cứu các chủng vi khuẩn mới

Xu hướng trong tương lai là tiếp tục khám phá sự đa dạng sinh học của vi khuẩn quang hợp tại các vùng sinh thái khác nhau của Việt Nam. Mỗi vùng nuôi có những đặc điểm riêng về độ mặn, loại đất, và hệ vi sinh vật bản địa. Việc phân lập và nghiên cứu các chủng vi khuẩn mới, có những đặc tính ưu việt như chịu mặn cao, chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, hoặc có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp, sẽ là nhiệm vụ trọng tâm. Bên cạnh đó, các công nghệ tiên tiến như kỹ thuật di truyền và sinh học phân tử có thể được áp dụng để cải tiến hoạt tính của các chủng hiện có. Sự phát triển của các sản phẩm probiotic thế hệ mới, kết hợp vi khuẩn quang hợp với các nhóm lợi khuẩn khác như Bacillus hay Lactobacillus, sẽ tạo ra các giải pháp tổng hợp, giải quyết đồng thời nhiều vấn đề trong ao nuôi, từ chất lượng nước đến sức khỏe đường ruột của tôm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về vi khuẩn quang hợp Vi khuẩn quang hợp (Phototropic bacteria). Theo tên là một loại vi khuẩn có thể tiến hành tác dụng quang hợp, tác dụng quang hợp của vi khuẩn quang hợp là dùng H2S để cung cấp Hidro, dùng CO2 để cung cấp nguồn Cacbon, qua phản ứng quang hợp sản sinh ra chất hữu cơ.

Vi khuẩn quang hợp là loại vi sinh vật trong thuỷ quyển, phân bố rộng rãi ở ruộng nước, ao hồ, sông ngòi, hồ, biển và trong đất, đặc biệt là trong đất bùn dưới nước bị vật hữu cơ ô nhiễm số lượng tương đối nhiều. Vi khuẩn quang hợp do sự khác nhau về giống loài và môi trường mà hình dạng không như nhau, có loại hình que, hình lưỡi liềm, hình tròn, hình cầu. Vi khuẩn quang hợp tía Vi khuẩn tía là một nhóm chính của vi sinh vật quang dưỡng phân phối rộng rãi trong tự nhiên, chúng được coi là nhóm quang dưỡng quan trọng bởi vì chúng có thể khử một chất làm hôi môi trường, H2S, và đóng góp vật chất hữu cơ trong các môi trường thiếu ôxy do năng lực tự dưỡng của chúng. Hơn nữa chúng còn có khả năng tiêu thụ các hợp chất hữu cơ, trong đó vai trò của chúng là vi sinh vật quang dị dưỡng.

Ngoài ra, chúng còn là vi sinh vật mô hình cho các nhà khoa học nghiên cứu sự đa dạng phân tử của quá trình quang hợp (Hunter và cs, 2009). Sinh khối của chúng còn được sử dụng để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học có giá trị như ubiquinine, các chất kháng sinh, enzyme và làm thức ăn trong chăn nuôi gia cầm và nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra, sinh khối của vi khuẩn tía rất giàu protein và vitamin, đặc biệt là vitamin B12. Tại Ấn Độ có công nghệ sản xuất sinh khối của vi khuẩn tía ở dịch ly tâm từ phân gia súc dùng để làm thức ăn cho tôm hoặc cho ngao đạt hiệu quả rất khả quan (Hoàng Thị Yến và cs, 2006).

Ở Việt Nam, nhóm vi khuẩn này đã và đang được chú trọng phân lập và tuyển chọn để ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau như xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ (Đỗ Thị Tố Uyên và cs, 2003), phân hủy các hydrocacbon mạch vòng (Đinh Thị Thu Hằng và cs, 2003), thu nhận các hoạt chất sinh học có giá trị như ubiquinine (Đỗ Thị Tố Uyên và cs, 2005). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 5 1. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria) Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía 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 (Truper và Fischer, 1982).

Vi khuẩn tía 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 có loài không tích tụ ở trong mà ở ngoài tế bào, một số loài có khí khổng trong tế bào (Buisman và cs, 1990). 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 thường sử dụng là H2, H2S hay S.

Chúng có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70% (Nguyễn Lân Dũng, 2005). Hơn 25 chi của vi khuẩn lưu huỳnh màu tía ngày nay được công nhận (Hunter và cs 2009). Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc Lớp Gammaproteobacteria, có 2 họ: Họ Chromatiaceae và họ Ectothiorhodospiraceae. Bảng phân loại vi khuẩn lưu huỳnh màu tía Phân loại Chi Hình thái Họ Chromatiaceae Allochromatium Hình que Amoebobacter Hình khối cầ Chromatium Hình que Halochromatium Hình que Isochromatium Hình que Lamprobacter Hình que Lamprocystis Hình cầu tạo ch Marichromatium Hình que Rhabdochromatium Hình que PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 6 Phân loại Chi Hình thái Thermochromatium Hình que Thioalkalicoccus Hình cầu Thiobaca Hình que Thiocapsa Hình cầu Thiococcus Hình cầu Thiocystis Hình cầu, hình que Thiodictyon Hình que tạo chuỗi Thiofl avicoccus Hình cầu Thiohalocapsa Hình cầu Thiolamprovum Hình cầu Thiopedia Hình cầu Thiorhodococcus Hình cầu Thiorhodovibrio Có dạng phẩy khu xoắn khuẩn Thiospirillum xoắn khuẩn Họ Ectothiorhodospiraceae Ectothiorhodospira Có dạng phẩy khu xoắn khuẩn Halorhodospira Có dạng phẩy khu xoắn khuẩn Thiorhodospira Có dạng phẩy khu xoắn khuẩn Ectothiorhodosinus Hình que (Nguồn: Hunter và cs 200 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 7 Thermochromatiumtepidum Rhodobaca bogoriensis Thiocystis Thiospirillum Chromatium Thiocapsa Hình 1.

Hình ảnh tế bào của một số vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Nguồn: Hunter và cs 2009) PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 8 1. Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía 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.

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía 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% (Nguyễn Lân Dũng, 2005). Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía thuộc lớp Grammproteobacteria. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 9 Bảng 1. Bảng phân loại vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía Phân loại Chi Hình thái Alphaproteobacteria c Hình cầu, hình que n Rhodobaca Rhodobacter Hình que Rhodovulum Hình que, hình cầ Rhodopseudomonasc Hình que, nảy ch Rhodoblastusc Hình que, nảy ch Blastochloris Hình que, nảy ch Rhodomicrobium Hình que Rhodobium Hình que Rhodoplanes Xoắn khuẩn Rhodocistac Xoắn khuẩn Rhodospirillum Xoắn khuẩn Phaeospirillum Hình cầu Rhodopilac Hình que Rhodospira Xoắn khuẩn c Phẩy khuẩn Rhodovibrio c Xoắn khuẩn Rhodothallasium Roseospira Xoắn khuẩn Roseospirillum Xoắn khuẩn Betaproteobacteria Rhodocyclus Phẩy khuẩn Rhodoferaxc Hình que, phẩy khu Rubrivivax Hình que (Nguồn: Hunter và cs 200 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 10 Rhodobacter Rhodopila Rhodocyclus purpureus Rhomicrobium Hình 1.

Hình ảnh tế bào của một số vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nguồn: Hunter và cs 2009) 1. Ảnh hưởng của các nhân tố lý hóa đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tía 1.1 pH Quang hợp của vi khuẩn tía có thể xảy ra trong môi trường có pH 3 – 11 (Hunter và cs, 2009). Vi khuẩn tía sinh trưởng và phát triển ở pH tối ưu khoảng 6 – 7 (Đỗ Thị Liên và cs, 2008). Cường độ ánh sáng Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía sử dụng ánh sáng để quang hợp, phát triển mạnh ở môi trường có ánh sáng đỏ.

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía có thể phát triển quang dưỡng và trong bóng tối (Zeyer và cs, 1987). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 11 1. Nhiệt độ 0 Quang hợp của vi khuẩn tía có thể xảy ra ở nhiệt độ lên tới 57 C và xuống tới 0 0 C (Hunter và cs, 2009). Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ tối ưu 0 cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tía ở 30 C.

Các yếu tố khác Nhiều loài vi khuẩn tía có thể sinh trưởng quang dưỡng với sulfide như là chất cho điện tử với nồng độ nhỏ hơn 2 mM. Nếu trong môi trường sống có nồng độ sulfide quá cao sẽ ức chế sự sinh trưởng của chúng (Lieffrig, 1985). Ngoài ra, nồng độ NaCl trong môi trường cũng ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tía. Có loài sống được trong môi trường nước biển có độ mặn từ 8 – 11%NaCl cũng có loài sống trong những mức độ mặn cao hơn (Madigan, 1988).

Tổng quan về tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) 1. Hệ thống phân loại, phân bố 1. Hệ thống phân loại tôm thẻ chân trắng Ngành chân khớp: Arthropoda Lớp giáp xác: Crustacea Bộ mười chân: Decapoda Bộ phụ bơi lội: Natantia Họ tôm he: Penaeidae Giống tôm he: Penaeus Loài: Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) Tên khoa học: Litopenaeus vannamei Tên tiếng anh: Whileleg Shrimp Tên Việt Nam: Tôm chân trắng, Tôm he chân trắng, Tôm thẻ chân trắng. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 12 Hình 1.

Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) Nhìn bề ngoài tôm he chân trắng gần giống với tôm he Trung Quốc (Penaeus chinensis) và tôm bạc (Penaeus meirguiensis). Cá thể lớn nhất có thể dài đến 23cm. Tôm có màu trắng đục, trên thân không có đốm vằn, chân bò có màu trắng ngà nên gọi là tôm chân trắng. Các vành chân đuôi có màu đỏ nhạt và xanh.

Vỏ tôm mỏng có thể nhìn đường ruột rất rõ. Râu tôm có màu đỏ dài gấp 1,5 lần chiều dài thân. Tôm cái có Thelycum dạng hở (Nguyễn Văn Chung và cs, 2000). Chủy là phần kéo dài tiếp với bụng.

Dưới chủy có 2 - 4 răng cưa, đôi khi có tới 5 - 6 răng cưa ở phía bụng. Những răng cưa đó kéo dài, đôi khi tới đốt thứ hai. Vỏ đầu ngực có những gai gân và gai râu rất rõ, không có gai mắt và gai đuôi (gai telssm), không có rãnh sau mắt, đường gờ sau chuỳ khá dài đôi khi từ mép sau vỏ đầu ngực. Gờ bên chuỳ ngắn, chỉ kéo dài tới gai thượng vị (Nguyễn Văn Chung và cs, 2000).

Có 6 đốt bụng, ở đốt mang trứng, rãnh bụng rất hẹp hoặc không có. Telsson (gai đuôi) không phân nhánh. Râu không có gai phụ và chiều dài râu ngắn hơn nhiều so với vỏ giáp. Xúc biện của hàm dưới thứ nhất thon dài và thường có 3 - 4 hàng, phần cuối của xúc biện có hình roi.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterm 13 1. Đặc điểm phân bố Tôm he chân trắng là loài tôm nhiệt đới phân bố ở ven biển Tây Thái Bình Dương và châu Mỹ, từ ven biển Mexico đến miền trung Peru, nhiều nhất là ở vùng biển Ecuador. Đây là loài tôm nuôi phổ biến nhất (chiếm 70% các loài tôm he Nam Mỹ). Tại Việt Nam, Tôm he chân trắng đã được du nhập và nuôi thương phẩm ở các tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phòng, Hà Tỉnh, Quảng Bình, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa.