Công dụng của Bacillus trong nuôi trồng thủy sản

PGS.TS. Phạm Thị Tuyết Ngân - Khoa Thủy Sản - Trường Đại Học Cần Thơ

1. Vai trò của vi khuẩn Bacillus trong nuôi trồng thủy sản

Giống Bacillus phân bố rất rộng trong tự nhiên, nhất là trong đất, chúng tham gia tích cực vào sự phân hủy vật chất hữu cơ nhờ vào khả năng sinh nhiều loại enzyme ngoại bào. Bacillus được tìm thấy gần 500 loài, là vi khuẩn hình que, gram dương, sinh trưởng hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, tất cả đều hình thành nội bào tử. Do sự đa dạng sinh thái và loài nên các hoạt chất sinh học của chúng cũng rất phong phú. Triển vọng ứng dụng Bacillus trong nhiều lĩnh vực đời sống, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản là rất to lớn. Một số loài thuộc nhóm vi khuẩn Bacillus như: B. subtilis, B. aterrimus. B. niger, B. pumilis, B. panis, B. vulgarus, B. nigrificans, B. natto, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. megaterium, B. mesentericus… đã được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản với vai trò cải thiện sức khỏe, tăng cường các phản ứng miễn dịch và cải thiện môi trường. Khả năng sinh các enzyme phân hủy các hợp chất hữu cơ và kiểm soát sự phát triển quá mức của vi sinh vật gây bệnh (Vibrio) giữ cho môi trường luôn ở trạng thái cân bằng là đặc tính nổi trội của nhóm vi khuẩn này.

                                                      Hình dạng khuẩn lạc và nhuộm Gram vi khuẩn Bacillus

2. Ứng dụng của vi khuẩn Bacillus trong nuôi trồng thủy sản

2.1. Cải thiện sức khỏe

Đóng góp nguồn dinh dưỡng và enzyme tiêu hóa:

Cung cấp dinh dưỡng trực tiếp: một số nghiên cứu trên các đối tượng nuôi thủy sản như: luân trùng, Artemia, nhuyễn thể, ấu trùng giáp xác, cá… cho thấy Bacillus đã trực tiếp cung cấp chất dinh dưỡng cho vật nuôi đặc biệt là acid béo và vitamin. Một nghiên cứu khác trên cá hồi chấm hồng Bắc cực (Salvelinus alpinus L) kết quả cũng cho thấy vi khuẩn có thể đã có vai trò quan trọng trong quá trình dinh dưỡng của cá. Nghiên cứu tương tự trên tôm thẻ trưởng thành (Penaeus chinensis) cho thấy hệ vi sinh vật đã cung cấp nguồn dinh dưỡng và là nguồn thức ăn trực tiếp cho tôm. Vì vậy, ứng dụng vi khuẩn Bacillus trong nuôi trồng thủy sản thường cho kết quả cao về tỉ lệ sống, tăng trưởng và hiệu quả kinh tế. 

Hỗ trợ tiêu hóa: vài loài vi khuẩn đã được nghiên cứu trên động vật hai mãnh vỏ cho thấy vi khuẩn còn góp phần hỗ trợ tiêu hóa do chúng sản sinh các enzyme như proteases, lipases, giúp cho quá trình tiêu hóa của vật chủ tốt hơn.

Tăng cường các phản ứng miễn dịch

Vi khuẩn có thể làm tăng đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu. Một nghiên cứu sử dụng vi khuẩn trộn vào thức ăn trên cá hồi nước ngọt (Rainbow trout), kết quả làm tăng sự đề kháng với vi khuẩn gây bệnh Vibrio thông qua làm tăng hoạt động thực bào của bạch cầu. Một nghiên cứu khác của Rengpipat et al., (2000) trên đối tượng tôm sú cũng cho rằng sử dụng Bacillus sp. (S11) giúp vật nuôi ít nhiễm bệnh do vi khuẩn Bacillus đã tiết ra các chất làm tăng đáp ứng cả miễn dịch tế bào lẫn miễn dịch dịch thể. Balcázar (2003) chứng minh Bacillus làm tăng tỉ lệ sống và tăng trưởng của tôm thẻ do khống chế V. harveyi và virus đốm trắng. Một nghiên cứu khác của Hadi Zokaei et al., (2009) trộn B. subtilis vào thức ăn tôm thẻ chân trắng làm tôm tăng trưởng nhanh và tỉ lệ sống cao hơn so với đối chứng, mặt khác mật độ B. subtilis cũng tăng nhanh trong hệ tiêu hóa của tôm và mật độ Vibrio giảm.

2.2. Cải thiện môi trường

Phân hủy các chất thải:

Bacillus tiết ra enzyme phân hủy các chất như carbonhydrate, chất béo và đạm thành những đơn vị nhỏ hơn. Chúng cũng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ tích lũy trong nền đáy ao nuôi tôm. Bacillus có tác dụng làm giảm COD, H2S trong ao tôm làm tăng năng suất nuôi. Do nhóm vi khuẩn Bacillus là vi khuẩn vi khuẩn gram (+) thường phân hủy vật chất hữu cơ thành CO2 tốt hơn nhóm gram (-). Urê và axit uric có trong thành phần chất thải của động vật nuôi thủy sản. Quá trình amôn hóa urê trải qua 2 giai đoạn, urê sẽ bị thủy phân tạo thành muối carbonate amôn. Ở giai đoạn 2, carbonate amôn chuyển hóa thành NH3, CO2 và H2O. Axit uric bị các vi sinh vật phân giải thành urê và acid tactronic. Sau đó urê sẽ tiếp tục bị phân giải thành NH3. Bacillus tham gia trong quá trình amôn hóa protein là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, giải phóng NH3. Ban đầu protein bị phân cắt thành pepton, polypeptid oligopeptid, dipeptid và acid amin. Một phần axit amin sẽ được tế bào Bacillus hấp thu làm chất dinh dưỡng, phần khác sẽ thông qua quá trình khử amin tạo thành NH3 và nhiều sản phẩm trung gian khác tùy theo điều kiện. Sản phẩm cuối cùng chủ yếu của quá trình vô cơ hóa hiếu khí protein là ammonia, carbonic, các muối của acid sulfuric và acid phosphoric.

Giảm chất độc NH3, H2S:

Trong điều kiện kỵ khí, các acid amin không được vô cơ hóa hoàn toàn, bên cạnh NH3 và CO2 còn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác như acid hữu cơ, rượu, H2S và những dẫn suất của nó như mecaptan, các chất độc như diamin và tomain, indon và scaton. Đây là lý do người nuôi luôn phải duy trì hàm lượng oxy hòa tan cao, nhất là oxy ở đáy ao luôn cao để đảm bảo quá trình phân hủy hữu cơ xảy ra hoàn toàn. Ứng dụng Bacillus trong trường hợp này làm tăng quá trình phân hủy hữu cơ, làm giảm các chất dư thừa tích tụ đáy ao, giảm phát sinh khí độc, mùi hôi đáy ao.

2.3. Ức chế tác nhân gây bệnh

Tiết ra kháng sinh:

Có rất nhiều nghiên cứu chứng minh vi khuẩn có thể tiết vào môi trường chất có tính sát khuẩn hoặc kìm hãm khuẩn gây ảnh hưởng đến quần thể vi sinh khác. Mục đích gián tiếp là cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng có sẵn trong môi trường. Nghiên cứu của Stein (2005) cho thấy tiềm năng sản sinh chất kháng sinh của B. subtilis đã được ghi nhận hơn 50 năm qua. Hiện nay tác giả đã tổng kết có vài trăm dòng vi khuẩn B. subtilis có khả năng tiết ra hơn 20 chất kháng sinh với cấu trúc khác nhau. Bao gồm: subtilin, ericin, mersacidin, sublancin, subtilosin, surfactin, iturin, bacillibactin, bacillmycin, mycosubtilin, fengycin, plipastatin, corynebactin, bacilysin, difficidin, oxydifficicin, bacilysocin, rhizocticin, amicoumacin, mysobaccillin... Hầu hết các chất được tiết ra trong ruột, trên bề mặt cơ thể vật chủ hay ra môi trường nước làm rào cản sự nhân lên của vi khuẩn cơ hội gây ức chế các vi sinh vật gây bệnh. Các chất diệt khuẩn này có thể có tác dụng đơn lẽ hoặc kết hợp nhau.

Cạnh tranh dinh dưỡng:

Sự cạnh tranh chủ yếu xảy ra ở nhóm vi sinh vật dị dưỡng, cạnh tranh cơ chất hữu cơ, là nguồn carbon và năng lượng. Những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực này chưa nhiều. Rico-Mora (1998), đã đưa một dòng vi khuẩn có khả năng phát triển trên môi trường nghèo hữu cơ. Cấy vi khuẩn này vào bể nuôi tảo khuê cùng với Vibrio alginolyticus, kết quả Vibrio không phát triển. Điều này chứng tỏ vi khuẩn được chọn lọc cạnh tranh lấn át Vibrio trong điều kiện nghèo hữu cơ. Verschuere et al., (1999) đã chọn lọc vài dòng vi khuẩn có ảnh hưởng tốt đến tỉ lệ sống và tăng trưởng của ấu trùng Artemia để làm thí nghiệm. Những vi khuẩn này được đưa vào môi trường nuôi Artemia sau khi nước nuôi đã được lọc sạch. Kết quả cho thấy chất kìm hãm được tiết ra môi trường có tác dụng chống lại vi khuẩn gây bệnh V. proteolytics CW8T2. Vì vậy, những dòng vi khuẩn chọn lọc sẽ có ưu thế trong việc cạnh tranh năng lượng và chất dinh dưỡng.

Cạnh tranh chất sắt:

Tất cả các vi sinh vật đều cần chất sắt cho sinh trưởng (Reid et al., 1993). Hiện tượng siderophores là hiện tượng vi khuẩn tiết ra chất kết tủa các ion sắt có trọng lượng phân tử thấp trong môi trường. Các vi sinh vật này sẽ hấp thu các phân tử Fe kết tủa này và làm mất Fe trong môi trường. Các vi sinh vật gây bệnh cần nhiều sắt để tăng trưởng, do vậy dẫn đến hiện tượng cạnh tranh Fe của vi sinh vật trong thủy vực, kết quả làm hạn chế mầm bệnh trong môi trường (Neilands, 1981; Wooldridge et al., 1993).

Tóm lại, các chế phẩm vi sinh có chứa vi khuẩn Bacillus có thể góp phần làm giảm rủi ro do dịch bệnh nhờ vào khả năng giúp cải thiện sức khỏe của tôm cá, cải thiện môi trường và ức chế tác nhân gây bệnh trong ao nuôi.

Nguồn: UV Việt Nam