BÁO CÁO TIỂU LUẬN " CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN "

Chia sẻ: Tranle Binh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

381
lượt xem 58
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngành nuôi trồng thủy sản đã trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế của Việt Nam. Tuy nhiên trong những năm gần đây, người nuôi thủy sản đang phải "oằn mình" ra chống đỡ với các đợt đại dịch xảy ra trên cá, tôm nuôi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÁO CÁO TIỂU LUẬN " CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN "

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HOC  BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN GVHD: Ths.Trần Thị Phương Nhung Lớp: CDSH12 Nhóm 5 Danh sách nhóm 1. TRẦN LÊ VŨ BÌNH 10288351 2. BÙI THỊ BÉ 10265941 3. LÝ LONG ĐỈNH 10277881 4. NGUYỄN HỮU QUỲNH ANH 10242681 5. ĐẶNG THỊ THU HÒA 09212411 6. ĐẶNG THỊ THÙY TRANG 09153521 TP Hồ Chí Minh , tháng 05 năm 2013
MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU Ngành nuôi trồng thủy sản đã trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế của Việt Nam. Tuy nhiên trong những năm gần đây, người nuôi thủy sản đang phải "oằn mình" ra chống đỡ với các đợt đ ại d ịch xảy ra trên cá, tôm nuôi. Nguyên nhân chủ yếu do người nuôi s ử d ụng thu ốc, hóa chất tràn lan dẫn đến động vật nuôi kháng thuốc, môi trường bị suy thoái. Để hạn chế các tác động đó thì việc nghiên cứu các ứng dụng về vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản là rất cần thiết. Như chúng ta đã biết vi sinh vật là mắt xích quan trọng trong các chu trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tự nhiên, chúng tham gia vào việc gìn giữ tính bền vững của hệ sinh thái và bảo vệ môi trường, là đ ối t ượng lí tưởng trong công nghệ di truyền, công nghệ sinh học… vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt …và được sử dụng làm phân bón, thuốc trừ sâu vi sinh và các chế phẩm vi sinh dùng trong chăn nuôi. Chúng còn tham gia vào quá trình tạo mùn, quá trình phân giải xác hữu cơ thành dạng đơn gi ản và chuy ển hóa chất hữu cơ thành cồn, gas …Hiện nay đã có một số nghiên c ứu ứng dụng các chủng vi sinh vật có lợi vào nuôi trồng thủy s ản nh ằm c ải t ạo môi trường nuôi, hạn chế dịch bệnh. Rõ ràng mối lo lắng về sự xuất hiện các vi khuẩn kháng thuốc t ừ ao nuôi trồng thủy sản do sử dụng hóa chất, kháng sinh, có thể truyền gen kháng thuốc cho các vi khuẩn gây hại cho người (tồn tạo ngay trong ao nuôi tôm), làm cho kháng sinh không còn hiệu nghiệm để điều trị bệnh cho người nữa, sẽ được giải tỏa nếu thay thế bằng biện pháp sử dụng chế phẩm sinh h ọc. Hiện nay, việc sử dụng chế phẩm sinh học là giải pháp ưu việt nhất để có được năng suất, chất lượng, hiệu quả và sự phát triển bền vững của th ủy sản nuôi. Sử dụng chế phẩm sinh học (men vi sinh) trong nuôi trồng th ủy s ản là h ướng đi có ý nghĩa thực tiển về khía cạnh bảo vệ môi trường và đảm bảo hiệu quả sản xuất. Từ đó, góp phần đưa nghề nuôi thủy sản phát triển bền vững. Để đảm bảo hiệu quả sử dụng men vi sinh, người nuôi cần tham kh ảo một số vấn đề liên quan sau đây.
PHẦN II: NỘI DUNG 2.1.Vi sinh vật 2.1.1. Khái niệm Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình th ể bé nh ỏ, muốn thấy rõ được, người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới. Chúng th ậm chí thuộc về nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có th ể không có quan hệ mật thiết với nhau nhưng chúng có một số đặc điểm chung (cái này sẽ tìm hiểu ở phần sau). 2.1.2. Đặc điểm Vi sinh vật có các đặc điểm chung sau đây : -Kích thước nhỏ bé : Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micromet (1mm= 1/1000mm hay 1/1000 000m). virus được đo kích thước đơn vị b ằng nanomet (1nn=1/1000 000mm hay 1/1000 000 000m). Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong 1 đơn vị thể tích càng lớn. Chẳng hạn đường kính của 1 cầu khuẩn ( Coccus) chỉ có 1mm, nhưng nếu xếp đầy chúng thành 1 khối lập nhưng có thể lích là 1cm 3 thì chúng có diện tích bề mặt rộng tới ...6 m2 ! Light microscope : KHV quang học Electron microscope : KHV điện tử Most bacteria: Phần lớn vi khuẩn
Kích thước vi khuẩn so với đầu kim khâu, ba dạng ch ủ y ếu ở vi khu ẩn : trực khuẩn, cầu khuẩn và xoắn khuẩn. -Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh : Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực h ấp thu và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác. Chẳng hạn 1 vi khu ẩn l ắctic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải được một lượng đường lactose lớn hơn 100-10 000 lần so với khối lượng của chúng. tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và g ấp 100 000 l ần so v ới trâu bò. Lactobacillus qua KHV điện tử -Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh : Chẳng hạn, 1 trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli ) trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12-20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 làn, sau 24 giờ phân c ắt 72 l ần và t ạo ra 4 722 366 500 000 000 000 000 000 tế bào (4 722 366. 10 17), tương đương với 1 khối lượng ... 4722 tấn. Tất nhiên trong tự nhiên không có được các đi ều kiện tối ưu như vậy ( vì thiếu thức ăn, thiếu oxy, dư th ừa các s ản ph ẩm trao đổi chất có hại...). Trong nòi lên men với các điều kiện nuôi c ấy thích h ợp t ừ 1 tế bào có thể tạo ra sau 24 giờ khoảng 100 000 000- 1 000 000 000 t ế bào. Thời gian thế hệ của nấm men dài hơn, ví dụ với men rượu ( Saccharomyces cerevisiae) là 120 phút. Với nhiều vi sinh vật khác còn dài h ơn n ữa, ví d ụ v ới
tảo Tiểu cầu ( Chlorella ) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ...Có thể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật. Vi khuẩn Escherichia Nấm men Nấm sợi Vi tảo Chlorella coli Saccharomyces Alternaria cerevisiae -Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị : Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã t ạo cho mình nh ững c ơ ch ế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với nh ững điều kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác tg ường không thể tồn tại được. Có vi sinh vật sống được ở môi trường nóng đến 1300C, lạnh đến 0-50C, mặn đến nồng độ 32% muối ăn, ngọt đến nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7, áp suất cao đến trên 1103 at. hay có độ phóng xạ cao đến 750 000 rad. Nhiều vi sinh vật có th ể phát tri ển tốt trong điều kiện tuyệt đối kỵ khí, có noài nấm sợi có th ể phát tri ển dày đặc trong bể ngâm tử thi với nộng độ Formol rất cao... Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, ti ếp xúc trực tiếp với môi trường sống ... do đó rất dễ dàng phát sinh bi ến d ị. T ần số biến dị thường ở mức 10 -5-10-10. Chỉ sau một thời gian ngắn đã có thể tạo ra một số lượng rất lớn các cá thể biến dị ở các hế hệ sau. Những bi ến d ị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất. Nếu nh ư khi m ới phát hi ện ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay đã có th ể đạt trên 100 000 đơn vị/ml. Khi mới phát hiện ra acid glutamic ch ỉ đạt 1-2g/l thì nay đã đạt đến 150g/ml dịch lên men (VEDAN-Việt Nam). Nhà máy Vedan-Việt Nam -Phân bố rộng, chủng loại nhiều :
Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực v ật, trong th ực phẩm, trên mọi đồ vật... Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh-địa-hoá học (biogeochemical cycles) như vòng tuần hoàn C, vòng tuần hoàn n, vòng tuần hoàn P, vòng tuần hoàn S, vòng tuần hoàn Fe... Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải (littoral zone), vùng nước nông (limnetic zone) và ngay cả ở vùng nước sâu (profundal zone), vùng đáy ao hồ (benthic zone). Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít. Số lượng vi sinh vật trong không khí ở các khu dân cư đông đúc cao hơn rất nhiều so với không khí trên mặt biển và nhất là trong không khí ở Bắc cực, Nam cực... Hầu như không có hợp chất carbon nào (trừ kim cương, đá graphít...) mà không là thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó (kể cả dầu mỏ, khí thiên nhiên, formol. dioxin...). Vi sinh vật có rất phong phú các ki ểu dinh d ưỡng khác nhau : quang tự dưỡng (photoautotrophy), quang dị dưỡng (photoheterotrophy), hoá tự dưỡng (chemoautotrophy), hoá dị dưỡng (chemoheterotrophy).tự dưỡng chất sinh trưởng (auxoautotroph), dị dưỡng chất sinh trưởng (auxoheterotroph)... -Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất : Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm th ấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm. Đó là các vi sinh vật hoá th ạch còn để lại vết tích trong các tầng đá cổ. Vi sinh vật hoá thạch cỗưa nhất đã được phát hiện là nhữngdạng rất giống với Vi khuẩn lam ngày nay. Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền Tây Australia. Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm và có thành tế bào khá dày. Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tích của chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm.
Vết tích vi khuẩn Vết tích Gloeodiniopsis cách Vết tích Palaeolyngbya cách lam cách đây 3,5 tỷ đây 1,5 tỷ năm đây 950 triệu năm năm 2.1.3. Phân bố Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên Trái Đất. Chúng có mặt trên c ơ th ể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước, trong không khí, trên m ọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm cho đến nước mặn ở biển… Trong đường ruột của người thường không dưới 100 – 400 loài vi sinh vật khác nhau, chúng chiếm 1/3 khối lượng khô của phân. Chiếm số lượng cao nhất trong đường ruột người là vi khuẩn Bacteroides fragilis, chúng đạt tới số lượng 1010 – 1011/g phân. Ở độ sâu 10.000m của Đông Thái Bình Dương, nơi hoàn toàn tối tăm l ạnh lẽo và có áp suất rất cao người ta vẫn phát hiện thấy kho ảng 1 tri ệu – 1 t ỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh). Ở độ cao lên tới 84km trong không khí người ta vẫn phát hiện th ấy có vi sinh vật. Mặt khác khi khoan xuống các lớp đá trầm tích sâu 427m ở châu Nam Cực người ta vẫn phát hiện các vi khuẩn sống. Về chủng loại, trong khi toàn bộ giới động vật có khoảng 1,5 tri ệu loài, th ực vật có khoảng 0,5 triệu loài thì vi sinh vật cũng có trên 100.000 loài bao g ồm 30.000 động vật nguyên sinh, 69000 loài nấm, 23.000 vi tảo, 2500 vi khuẩn lam, 1500 vi khuẩn… Như nhà sinh vật học Nga nổi tiếng A.A. Imsenhetskii đã vi ết “Các loài vi sinh vật mà ta biết hiện nay nhiều lắm cũng không quá 10% tổng số loài vi sinh vật có sẵn trong thiên nhiên”. Chẳng hạn về nấm trung bình mỗi năm lại được bổ sung thêm 1500 loài mới. 2.1.4. Vai trò và ứng dụng
Trong đất, các vi sinh vật sống trong nốt rễ (rhizosphere) biến nitơ thành ammoniac bằng các enzyme của chính mình. Một số khác lại dùng phân t ử khí nitơ làm nguồn đạm cho mình, chuyển nitơ thành các hợp chất của nitơ; quá trình này gọi là quá trình cố định đạm. Nhiều vi khu ẩn đ ược tìm th ấy sống cộng sinh trong cơ thể người hay các sinh vật khác. Ví dụ như sự hiện diện của các vi khuẩn cộng sinh trong ruột già giúp ngăn cản sự phát tri ển của các vi sinh vật có hại. Vi khuẩn có khả năng phân giải các hợp chất h ữu cơ một cách đáng kinh ngạc. Một số nhóm vi sinh "chuyên hóa" đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành các khoáng chất từ một số nhóm h ợp chất h ữu c ơ. Ví d ụ, s ự phân giải cellulose, một trong những thành phần chiếm đa số trong mô th ực vật, được thực hiện chủ yếu bởi các vi khuẩn hiếu khí thu ộc chi Cytophaga. Khả năng này cũng được con người ứng dụng trong công nghiệp và trong cải thiện sinh học (bioremediation). Các vi khuẩn có khả năng phân hủy hydrocarbon trong dầu mỏ thường được dùng để làm sạch các vết dầu loang... Vi khuẩn cùng với nấm men và nấm mốc được dùng để ch ế biến các th ực phẩm lên men như phô-mai, dưa chua, nước tương, dưa cải bắp (sauerkraut), giấm, rượu, và yoghurt. Sử dụng công nghệ sinh học, các vi khuẩn có th ể được "thiết kế" (bioengineer) để sản xuất thuốc trị bệnh như insulin, hay đ ể cải thiện sinh học đối với các chất thải độc hại. Những ích lợi bắt nguồn từ các vi sinh vật và các hoạt động của chúng Nói chung, với năng lực chuyển hoá mạnh mẽ và khả năng sinh s ản nhanh chóng của các vi sinh vật cho thấy tầm quan trọng to l ớn của chúng trong thiên nhiên cũng như trong các hoạt động cải thiện chất lượng sống c ủa con người nhờ hiểu biết về các hoạt động sống của chúng . Ngoài ra, các vi sinh vật còn là đối tượng cho các nghiên cứu cơ bản của di truyền học. Từ đó dẫn tới sự hình thành các lĩnh vực di truyền học sinh-hoá và di truyền học vi sinh vật trong thập niên 1940, hai nền tảng chính cho s ự ra đời của di truyền học phân tử và công nghệ DNA tái tổ hợp sau này. Những ích lợi bắt nguồn từ các vi sinh vật và các hoạt động của chúng Trong các môi trường tự nhiên Hoạt động Ích lợi Phân huỷ xác hữu cơ Quay vòng các chất dinh dưỡng trong sinh quyển. Sản xuất oxy Các vi sinh vật (VSV) quang hợp thuỷ sinh tạo ra khoảng một nửa oxy của khí quyển. Ngăn ngừa dịch bệnh Các bệnh côn trùng có thể giúp phòng trừ các dịch bệnh phá hoại mùa màng. Cố định nitơ Một vài vi khuẩn biến đổi nitơ bầu khí quyển thành ra một dạng mà thực vật có thể dễ dàng sử dụng.
Sự sống sót của các Các vi sinh vật tiêu hoá cellulose trong ruột trâu bò, loài nhai lại cừu ...cho phép động vật sử dụng thức ăn mà nó không thể tiêu hoá bằng cách khác. Các chuỗi thức ăn Các vi sinh vật quang hợp ở nước cung cấp năng thuỷ sinh lượng và dinh dưỡng để tự chúng duy trì và nuôi sống các tất cả các sinh vật tiêu thụ thuỷ sinh. Các chuỗi thức ăn Sự phân huỷ của VSV cung cấp các chất dinh dưỡng trong đất cho các sinh vật quang hợp mà nó hỗ trợ các chuỗi thức ăn thuộc đất khô. Một số động vật đất sống bằng các sinh vật thuỷ sinh, qua đó kết nối các chuỗi thức ăn ở nước và ở đất. Phá huỷ các độc tố Các sản phẩm gây độc của một số sinh vật được khử độc một cách tự nhiên nhờ hoạt động của VSV. Đối với ứng dụng của con người Hoạt động Ích lợi Lên men cồn Sản xuất bia, rượu vang và cồn Sản xuất kháng sinh Nhiều dược phẩm được dùng để chống lại các bệnh ở người và các động vật khác. Các thuốc diệt bệnh Các VSV có khả năng đặc biệt giết côn trùng được bằng sinh học dùng để thay thế các hoá chất chống lại các dịch bệnh gây hại mùa màng mà không phải giết các động vật có ích hoặc làm ô nhiễm môi trường. Xử lý rác thải sinh Các VSV được dùng để làm sạch các cặn bã dầu và học phân huỷ các độc tố và các phế liệu công nghiệp. Công nghệ sinh học Cho phép các nhà khoa học tạo ra các nòi VSV mới có các đặc tính độc đáo có thể dùng trong sản xuất insulin hoặc các chế phẩm y-sinh học khác... Sản xuất thực phẩm Yaourt, phomat... và nhiều thức ăn khác được 'rippen' bằng sự lên men vi sinh vật. SX hoá chất c/nghiệp Cồn, các amino acid, vitamin, các enzyme hữu ích Protein đơn bào Bổ sung thực phẩm hứa hẹn cứu đói khắp toàn cầu. Các VSVsinh trưởng trên các hợp chất hữu cơ đơn giản (thậm chí các chất thải) có thể sản xuất nhanh thực phẩm chất lượng cao dùng trong chăn nuôi... Sản xuất các vaccine Các vật gây bệnh sinh trưởng qua nuôi cấy như là nguồn vật liệu ngoại lai được sử dụng ở dạng biến đổi (không gây bệnh) để tiêm chủng cho người và kích thích miễn dịch chống lại bệnh tương ứng.
Test Ames đối với các Cung cấp test xác định nhanh hàng ngàn hoá chất, nhờ hoá chất gây ung thư sử dụng khả năng của chúng để gây các biến đổi di truyền ở vi khuẩn như là một chất chỉ thị về tiềm năng gây ung thư của chúng. Khai thác mỏ đồng và Các vi khuẩn phân huỷ đá cho phép các hoạt động uranium khai thác kim loại từ quặng mà bằng cách khác hiệu quả kinh tế rất thấp. Các vi khuẩn này cung cấp khoảng 10% lượng đồng được khai thác. Xử lý nước thải Hoạt động VSV giúp làm sạch nước thải và giết các sinh vật gây bệnh trước khi đưa trả lại môi trường. Các nguồn năng Khí methane tự nhiên và ethanol là hai sản phẩm chất lượng đốt của các VSV sinh trưởng bằng cách biến đổi sinh học biến các phế thải thành nhiên liệu. Các mô hình cho nghiên cứu cơ bản Khám phá Các đóng góp của vi sinh vật DNA là vật chất di Các vi khuẩn và virus đã cung cấp công cụ cho các thí truyền nghiệm chứng minh vật chất di truyền là DNA. Cơ chế biểu hiện Các vi khuẩn và virus đã được dùng để tìm hiểu cách gene thức thông tin mã hoá trong các gene tạo ra các protein đặc thù mà từ đó hình thành nên tính trạng. Mã di truyền Các vi khuẩn cung cấp các enzyme cho các nghiên cứu dịch mã di truyền bằng cách thiết kế các trình tự RNA đặc thù và qua đó giải tất cả mã di truyền. Các con đường Nhiều con đường sinh hoá (chu trình Krebs chẳng chuyển hoá cơ bản hạn) mà đã được khám phá và tiến hành ở các vi khuẩn là trung tâm của sự chuyển hoá ở hầu hết tất cả các sinh vật (kể cả con người). Enzyme phiên mã Một enzyme ở các virus gây bệnh AIDS và một số ngược virus gây ung thư cho phép các virus RNA hợp nhất các bản sao vật chất di truyền của chúng vào DNA của các nhiễm sắc thể động vật. Các enzyme giới hạn Các enzyme vi khuẩn cung cấp cơ chế mà các nhà và splicing gene khoa học lợi dụng để chuyển các gene từ sinh vật này sang sinh vật khác, qua đó mở ra cánh cửa cho kỹ thuật di truyền và các đại lộ mới cho nghiên cứu di truyền cơ bản. 2.2. Vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản Các chủng vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản hiện nay được chia làm 3 nhóm:
Nhóm 1: gồm những vi sinh vật sống như vi khuẩn thuộc nhóm Bacillus, Lactobacillus, Saccharomyces.... người ta thường dùng trộn vào thức ăn. Nhóm 2: gồm các vi sinh vật có tính đối kháng hoặc cạnh tranh th ức ăn với vi sinh vật gây bệnh như vi khuẩn Bacillus licheniformis, Bacillus sp,... được dùng cải thiện nền đáy ao nuôi. Nhóm 3: gồm các vi sinh vật cải thiện chất lượng môi trường như vi khu ẩn Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces, Bacillus, Rhodobacter sp, Rhodospirillum, Rhodopseudomonas viridis... dùng xử lý nước ao và nền đáy. Lợi ích của các chủng vi sinh vật: + Làm sạch nền đáy ao nuôi bằng việc phân hủy các chất hữu cơ trong ao như thức ăn thừa, mùn bã hữu cơ, chất thải của động vật thủy sản...Giúp đáy ao không bị trơ mà luôn tơi xốp qua các vụ nuôi. + Phân tươi sẽ an toàn và đảm bảo được chất dinh dưỡng khi ngâm ủ bằng các chủng vi sinh vật Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces... + Giúp ổn định tảo và tạo được màu nước tốt cho ao nuôi là màu vỏ đậu xanh hoặc màu lá chuối non. + Chuyển hóa các khí độc gây độc cho cá nh ư NH 3, NO2, H2S… trong ao nuôi sang dạng không độc. + Một số chủng vi sinh vật khi sử dụng sẽ làm tăng hàm lượng oxy, ổn đ ịnh pH và các chỉ số môi trường trong ao nuôi. + Các chủng vi sinh vật như Bacillus, Lactobacillus khi sử dụng trộn vào thức ăn sẽ tốt cho đường ruột của động vật thủy sản. 2.2.1. Thức ăn Thức ăn tự nhiên, bao gồm thực vật phù du và động vật phù du, chúng đóng vai trò rất quan trọng trong lưới thức ăn của thủy vực tự nhiên và góp phần đáng kể vào việc cân bằng sinh thái của thủy vực. Ngoài ra, các nhóm sinh vật này còn được sử dụng làm sinh vật chỉ thị cho môi trường nước. Trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ở giai đoạn phát triển từ ấu trùng/cá bột lên cá giống, thức ăn tự nhiên là thành phần không th ể thi ếu đ ược c ủa r ất nhiều loài cá, giáp xác và thân mềm nước ngọt và lợ, m ặn. Ở giai đo ạn này, ấu trùng/cá bột rất nhỏ (kích thước miệng nhỏ), chưa phát triển hoàn chỉnh các cơ quan cảm giác (như mắt, xúc giác, cơ quan đường bên) và h ệ tiêu hóa chưa hoàn chỉnh là những yếu tố hạn chế việc chọn lựa và sử dụng thức ăn thích hợp trong suốt thời kỳ bắt đầu ăn thức ăn ngoài. Kích cỡ miệng của cá bột lúc bắt đầu ăn thức ăn ngoài giới hạn kích thước hạt thức ăn vừa với miệng (có thể ăn vào được). Nhìn chung, kích c ỡ mi ệng có liên quan với kích thước cơ thể và phụ thuộc vào đường kính trứng, thời gian dinh dưỡng bằng noãn hoàng.
Tình trạng phát triển của ống tiêu hóa ở cá bột bắt đầu dinh dưỡng ngoài cũng thể hiện khả năng có thể hay không thể tiêu hóa những th ức ăn c ủa cá. Ở một số loài cá ống tiêu hóa đã phát triển với hệ thống enzym chức năng cho phép tiêu hóa các mảnh vụn thức ăn khi mới bắt đầu ăn. Ng ược l ại, ở một số loài, cá bột không có dạ dày chức năng nhưng chỉ có ống tiêu hóa ngắn với một ít hệ enzym chức năng vào lúc mới bắt đầu ăn ngoài. Do vậy, các loài cá bột này sẽ phải phụ thuộc vào nguồn thức ăn: (1) dễ tiêu hóa (thức ăn phải chứa lượng lớn acid amin tự do và oligopeptide thay vì các phân t ử protein phức khó tiêu hóa), (2) chứa hệ enzym chức năng cho phép sự th ủy phân (tự phân hủy hạt thức ăn), và (3) cung cấp đầy đủ tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết đòi hỏi bởi cá bột. Thức ăn nhân tạo thường không đáp ứng được các nhu cầu này và th ường dẫn đến tăng trưởng chậm và tỉ lệ sống th ấp ở một s ố loài cá. Trong khi đó, thức ăn tự nhiên hầu như đáp ứng tất cả các tiêu chí cần thiết của cá ở gian đoạn này. Tuy nhiên, để cá có thể bắt được thức ăn, trước h ết nó ph ải đ ược phát hiện và vì thế mức độ phát triển của các cơ quan cảm giác nh ư c ơ quan tiếp nhận ánh sáng (mắt), tiếp nhận hóa học (cơ quan khứu giác, nụ vị giác) và tiếp nhận cơ học (đường bên) là yếu tố quyết định. Ví dụ nh ư m ắt c ủa cá bột thường chỉ có tế bào hình nón trong võng mạc làm cho kh ả năng nhìn kém, trong khi đó mắt của cá giống có tế bào hình que với nhiều sắc tố thị giác trong võng mạc. Hơn nữa, sinh vật thức ăn tự nhiên thường có mức tương phản tốt hơn thức ăn nhân tạo và nói chung có tác động kích thích do sự chuyển động liên tục giúp tăng khả năng nhận biết bởi cá b ột. T ương t ự, hoạt động bơi lội của sinh vật thức ăn tự nhiên th ường đ ảm b ảo s ự phân b ố thức ăn đều trong tầng nước, tăng cơ hội bắt gặp thức ăn của cá bột đang trong giai đoạn phát triển với khả năng di chuyển chậm chạp. Trong các ao nuôi thủy sản, khẩu phần ăn tự nhiên của hầu hết các loài cá, giáp xác và thân mềm rất đa dạng bao gồm nhiều loài t ảo khác nhau (t ảo khuê, tảo lục, tảo có roi…) và các nhóm động vật phù du (luân trùng, giáp xác râu ngành, giáp xác chân chèo, ấu trùng mười chân….). Đối với các th ủy v ực nước ngọt, luân trùng (nhất là giống Brachionus) và trứng nước (giống Moina) là các nhóm thức ăn tự nhiên chiếm mật độ cao và là nguồn thức ăn quan trọng của cá ở giai đoạn sau khi nở. Tảo Tảo là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn của thủy vực và là nguồn th ức ăn rất quan trọng đối với các giai đoạn đầu của nhi ều loài cá, giáp xác và hai mảnh vỏ. Hiện nay có trên 40 loài tảo khác nhau đã được phân l ập và gây nuôi trên thế giới, trong đó một số giống loài được s ử dụng rất ph ổ bi ến trong sản xuất giống các đối tượng hải sản bao gồm tảo khuê Skeletonema costatum, Thalassiosira pseudonana, Chaetoceros gracilis, C. calcitrans, tảo
có roi Isochrysis galbana, Tetraselmis suecica, Monochrysis lutheri và tảo lục Chlorella spp. Luân trùng (Rotifera) Với các đặc điểm như kích thước nhỏ (100-500µm), bơi lội ch ậm, ch ịu đựng tốt các yếu tố môi trường, tốc độ sinh sản nhanh, luân trùng trở thành một trong những loại thức ăn tự nhiên ban đầu quan trọng của nhiều loài tôm, cá khác nhau. Luân trùng nước lợ Brachionus plicatilis được sử dụng ở giai đoạn đầu của trên 70 loài cá biển và 18 loài giáp xác. R ất nhiều tác gi ả đã chứng minh rằng giới hạn trong sản xuất và ương giống của nhi ều loài tôm, cá phần lớn liên quan đến việc hạn chế nguồn luân trùng. Luân trùng nước ngọt Brachionus angularis là thành phần thức ăn quan trọng cho các loài cá bột nước ngọt như cá bống tượng, thát lát… Kết quả nghiên cứu trên cá b ột bống tượng từ 1-10 ngày tuổi cho thấy nếu cá được cho ăn luân trùng ( B. angularis) thì tỉ lệ sống cao hơn đáng kể (35%) so với cho ăn bột đậu nành và lòng đỏ trứng (19%) (Trương Ngô Bích Ngọc, 2010). Trứng nước (Moina sp.)
Trứng nước thuộc nhóm giáp xác râu ngành ( Cladocera) là thành phần động vật phù du chủ yếu trong các ao nuôi thủy sản nước ng ọt. Trứng n ước đ ược sử dụng phổ biến trong ương nuôi rất nhiều loài cá khác nhau ở giai đoạn từ cá hương lên cá giống như cá trê, cá tra, cá lóc, cá rô… Trong ao mật độ trứng nước thường cao hơn ngoài thủy vực nước chảy, nhất là ở các ao được bón phân trước đó. Giáp xác chân chèo (Copepoda) Giáp xác chân chèo trong môi trường nước mặn phần lớn là các giống loài thuộc bộ Calanoida là thành phần thức ăn chủ yếu (>70%) trong ống tiêu hóa của hầu hết các loài cá biển. Trong môi trường nước ngọt, các giống loài thường gặp thuộc bộ Cyclopoida như Cyclops, Eucyclops… cũng là thành phần thức ăn quan trọng cho cá con. Tóm lại, thức ăn tự nhiên rất cần thiết và quan trọng đối với cá con từ giai đoạn phát triển cá bột lên cá giống do kích thước và giá trị dinh dưỡng thích h ợp của chúng. Tận dụng nguồn thức ăn tự nhiên làm thức ăn cho cá con b ằng cách bón phân gây màu nước trước khi thả giống sẽ giúp gia tăng ch ất l ượng cá giống và năng suất cá nuôi 2.2.2. Tuần hoàn vật chất trong ao nuôi
Chu trình nitơ trong ao hồ Chu trình nitơ là một trong những mô hình tuần hoàn vô hình và quan trọng nhất đối với môi trường thủy sinh. Tôm cá và các động vật thủy sinh trong quá trình sinh sống chúng bài tiết ra NH3, nếu ở nồng độ cao NH3 sẽ gây độc. Chu trình nitơ, trong đó có quá trình amôn hóa và quá trình nitrate hóa diễn ra nhờ vào hoạt động của các vi khuẩn có ích giúp chuyển hóa các chất đ ộc thành nh ững ch ất có ích cho đời sống của thực vật thủy sinh và giúp các động v ật th ủy 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 h ợp chất h ữu c ơ ph ức t ạp thành NH3 dưới tác dụng cuả vi sinh vật. Dưới tác dụng của enzyme phân hủy protein (enzyme proteolytic, thường gọi là enzym proteaza) làm chất xúc tác sẽ phân hủy protein thành các chất đơn giản hơn, các ch ất này ti ếp t ục được phân giải thành acid amin nhờ tác dụng của enzyme peptidaza ngo ại bào. Một phần nhỏ acid amin sẽ được vi sinh vật sử dụng để t ổng h ợp thành protein của chúng (protein xây dựng cấu trúc cơ thể của vi sinh vật), ph ần còn lại được tiếp tục phân giải tạo ra NH 3, CO2, SO42- (nếu các acid amin có chứa S) và các sản phẩm trung gian khác. Trong nước, NH 3 sẽ được chuyển hóa thành NH4+ theo phản ứng sau: NH3 + H2O --> NH4+ + OH- (1) Quá trình nitrate hóa Dưới tác dụng của một số vi sinh sinh thì NH 4+ được hình thành từ quá trình amôn hóa sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành NO 2- (nitrite) rồi thành NO3- (nitrate). Trước hết NH4+ được chuyển hóa thành NO2- bởi vi khuẩn Nitrosomonas, sau đó vi khuẩn Nitrobacter sử dụng men nitrite oxidase để chuyển hóa NO2- thành NO3- . NO3- có thể được các thực vật thủy sinh sử dụng như là một nguồn dinh dưỡng hoặc có thể bị chuy ển hóa ti ếp thành khí nitơ (N2) qua hoạt động của các vi khuẩn yếm khí như Pseudomonas. Các quá trình chuyển hóa NH4+ đều cần sự tham gia của oxy và độ kiềm của nước. Quá trình nitrate hóa gồm 2 giai đoạn được thực hiện bởi hai nhóm vi khu ẩn nối tiếp nhau. Hai giống vi khuẩn này có mối quan hệ mật thi ết v ới nhau.
Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên; môi trường đất, nước. Môi trường thích hợp cho cả 2 loại này phải có pH>6 (tối ưu ở pH=7-8). Giai đoạn nitrit hóa: Chuyển hóa NH4+ thành NO2- (2) bởi nhóm vi khuẩn nitrite hóa. NH4+ + 1,5 O2 --> NO2 + 2H+ + H2O (2) Vi khuẩn tham gia mạnh nhất trong quá trình nitrite hóa là vi khu ẩn hóa vô c ơ tự dưỡng, là loài vi khuẩn hiếu khí bắt buộc. Khi chúng chuy ển hóa NH 4+ 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 NH 4+, 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 nhi ều: 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 nh ưng khác nhau khác nhau về đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào. Tất c ả đ ều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch. Giai đoạn nitrat hóa: Chuyển NO2- thành NO3- (3) bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa. NO2 + 0,5 O2 --> NO3 (3) Sau quá trình nitrite hóa thì các vi khuẩn thuộc nhóm nitrate hóa s ẽ th ực hi ện 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 chi khác nhau): Nitrobacter vinogradskii, Nitrobacter agilis ( thuộc phân lớp α- Proteobacteria), Nitrospina gracili , Nitrococcus mobilis (thuộc phân lớp β– Proteobacteria).
α-Proteobacteria β–Proteobacteria Quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra trong điều kiện trong nước có đ ầy đ ủ oxy lúc đó thì nồng độ của NO2- không vượt quá 0,5 mg/L, nhưng khi trong nước thiếu oxy thì NO2- sẽ tồn tại nhiều và gây độc cho tôm. Trong một s ố nghiên cứu thì quá trình nitrate hóa trong hồ các ao hồ nuôi thủy s ản xảy ra không mạnh do vi sinh vật phát triển chậm, khả năng nitrate hóa khoảng 25– 50g/m3/ngày. Ứng dụng vi khuẩn nitrate hóa trong nuôi trồng thủy sản Hiện nay vi khuẩn nitrate hóa được sử dụng rộng rãi trong xử lý n ước (n ước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt và nước thải từ nuôi trồng thủy sản). Trong nuôi trồng thủy sản, nhóm vi khuẩn nitrate hóa được sử dụng rất phổ biến trong lãnh vực sản xuất giống thủy sản và nuôi th ủy sản thâm canh. Quy trình sản xuất được thực hiện thông qua hệ thống lọc sinh h ọc tuần hoàn, nước thải từ các bể ương nuôi tôm cá chứa hàm lượng NH 3 (do tôm cá bài tiết ra) được đưa vào bể lọc sinh học để xử lý. Trong b ể lọc sinh h ọc, vi khuẩn Nitrosomonas sẽ chuyển hóa NH4+ thành NO2- (giai đoạn nitrite hóa), kế đến vi khuẩn Nitrobacter chuyển hóa NO2- thành NO3- (giai đoạn nitrate hóa). Nước sau khi xử lý qua bể lọc sinh học hoàn toàn không đ ộc cho tôm cá và được được tái sử dụng để ương nuôi tôm cá (đưa trở lại bể ương nuôi). Trong suốt quá trình nuôi, nước sẽ tuần hoàn trong một h ệ th ống kín và hoàn toàn không thay nước, chỉ có một lượng nhỏ nước mới được cấp thêm vào hệ thống đề bù đắp cho lượng nước hao hụt do bốc hơi. Hệ th ốc lọc sinh học tuần hoàn được mô tả qua sơ đồ sau:
Bể nuôi Bể nuôi Lọc sinh học Bể lắng Bể nuôi Bể nuôi Sơ đồ hệ thống lọc sinh học tuần hoàn Hiện nay, các nước phát triển đã ứng dụng rất thành công quy trình lọc sinh học tuần hoàn trong sản xuất thâm canh cá trê phi, cá chình, cá h ồi và cá b ơn và cả cá rô phi. Năng suất nuôi cá trê phi có th ể đạt 500kg/m 3/vụ, cá chình khoảng 600 tấn/m3/vụ và cá rô phi là 140 kg/m3/vụ. Ở Việt Nam, quy trình lọc sinh học tuần hoàn được áp dụng ph ổ biến trong các trại s ản xu ất gi ống tôm càng xanh và tôm sú, đặc biệt là các trại giống ở vùng Đ ồng B ằng Sông Cửu Long. Những lợi ích của quy trình sản xuất này gồm: Quy trình sản xuất dựa hoàn toàn vào nhóm vi sinh vật t ự nhiên nên không s ử dụng hóa chất, kháng sinh nên sản phẩm đạt tiêu chu ẩn v ệ sinh an toàn th ực phẩm thủy sản Do quá trình sản xuất trong hệ thống kín nên hạn chế được dịch bệnh Không thay nước nên không gây ô nhiễm môi trường Lượng nước sử dụng trên một đơn vị sản phẩm thấp Chi phí công lao động thấp Mặc dù mới chỉ mới được ứng dụng trong lãnh vực sản xuất giống, nhưng nhóm vi khuẩn nitrate hóa ( Nitrosomonas, Nitrobacter…) đã mang lại lợi ích thiết thực cho nghề nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam. Nhóm vi khu ẩn này còn có nhiều triển vọng cho sự phát triển nuôi thủy sản thâm canh trong tương lai.
2.3. Ứng dụng công nghệ VS 2.3.1.Probiotic trong nuôi trồng thủy sản Tình trạng ô nhiễm môi trường đang xảy ra nghiêm trọng trong nuôi trồng thủy sản do phần lớn các chất hữu cơ dư thừa từ thức ăn, phân và các rác thải khác đọng lại dưới đáy ao nuôi. Ngoài ra, còn các hóa chất, kháng sinh được sử dụng trong quá trình nuôi trồng cũng dư đọng lại mà không được xử lý. Việc hình thành lớp bùn đáy do tích tụ lâu ngày của các chất hữu cơ, cặn bã là nơi sinh sống của các vi sinh vật gây thối, các vi sinh vật sinh các khí độc như amôniắc, nitrit, hydrogen, sunphua.... Các vi sinh vật gây bệnh như: Vibrio, Aeromonas, Ecoli, Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus... nhiều loại nấm và nguyên sinh động vật. Phần lớn các vi sinh vật gây bệnh kể trên là một phần của hệ sinh vật bình thường trong môi trường (nước biển, ao hồ, sông rạch). Chúng được xem là tác nhân gây bệnh thứ cấp hoặc gây bệnh cơ hội. Một khi sự cân bằng của hệ vi sinh vật trong ao nuôi bị phá vỡ, các vi sinh vật có hại sẽ phát triển ồ ạt và sớm cộng hưởng với các yếu tố có hại khác để gây bệnh. Hơn nữa môi trường ô nhiễm nếu chỉ trong một thời gian ngắn sẽ tác động đến h ệ th ần kinh, còn nếu trong thời gian dài sẽ làm tăng stress, dẫn đến giảm khả năng tiêu thụ thức ăn, giảm tăng trưởng, làm tăng mẫn cảm đối với các tác nhân gây bệnh, và tất cả các yếu tố nêu trên sẽ làm cho thủy sản ch ết hàng loạt trong một thời gian ngắn. Ngày nay, chế phẩm sinh học được coi là một công cụ hữu hiệu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong ao nuôi, tạo nền tảng v ững ch ắc cho phần lớn hoạt động nuôi trồng thủy sản trên thế giới. Ch ế phẩm sinh h ọc đã được chấp nhận rộng rãi để khống chế dịch bệnh, tăng sức đề kháng. Khác với biện pháp hóa học và kháng sinh, chế phẩm sinh học cung cấp một phương thức an toàn bền vững đối với người nuôi và tiêu dùng. Probiotic trong xử lý môi trường xử lý môi trường Trong nuôi trồng thủy sản, probiotic còn là chế phẩm xử lý môi trường. Thay cho mục đích chủ yếu là tiêu diệt các bào tử vi khuẩn, ch ế ph ẩm sinh h ọc được sản xuất với mục đích chủ yếu là kích thích sự gia tăng c ủa các vi sinh vật có lợi trong ao nuôi.