đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước của nhóm vi khuẩn chuyển hóa đạm trong hệ thống ương tôm sú (penaeus monodon)

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN







NGUYỄN THỊ TÚ ANH






ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG
NƯỚC CỦA NHÓM VI KHUẨN CHUYỂN HÓA ĐẠM
TRONG HỆ THỐNG ƯƠNG TÔM SÚ
(Penaeus monodon)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN





2010

2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN




NGUYỄN THỊ TÚ ANH






ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG
NƯỚC CỦA NHÓM VI KHUẨN CHUYỂN HÓA ĐẠM
TRONG HỆ THỐNG ƯƠNG TÔM SÚ
(Penaeus monodon)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN





CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGs.Ts TRƯƠNG QUỐC PHÚ



2010

3

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm Khoa Thuỷ
Sản, Quý Thầy Cô và toàn thể cán bộ Khoa Thuỷ Sản đã tận tình giúp đỡ, tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Đặc biệt tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy hướng
dẫn, PGs. Ts. Trương Quốc Phú đã tận tình hướng dẫn, góp ý cho tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Xin gởi lời cảm ơn đến cô Phạm Thị Tuyết Ngân đã có nhiều góp ý, cung
cấp thông tin, tài liệu và hướng dẫn bố trí các thí nghiệm. Cám ơn các bạn và các

em Trịnh Hoàn Hảo, Nguyễn Trường An, Lê Đông Cung, Trương Minh Trường,
Nguyễn Hoàng Trong, Lâm Trung Tín, Nguyễn Thanh Tâm, Nguyễn Minh
Nguyệt, Đỗ Văn Lĩnh đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện thí
nghiệm.
Tập thể lớp Cao học Nuôi trồng thủy sản khóa 15 đã hỗ trợ, giúp đỡ nhiều
mặt trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và
bạn bè đã động viên, chia sẻ, giúp tôi vượt qua những khó khăn, trở ngại trong
suốt quá trình học tập và công tác.

Nguyễn Thị Tú Anh

4

TÓM TẮT
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn hữu ích chọn lọc
Bacillus, Nitrosomonas và Nitrobacter trong việc cải thiện chất lượng nước bằng
cách áp dụng những dòng vi khuẩn hữu ích ở các mật độ khác nhau và tỷ lệ thể
tích bể lọc khác nhau. Trong nghiên cứu này, 3 thí nghiệm về hiệu quả chuyển
hóa đạm của các dòng vi khuẩn chọn lọc được thực hiện. Thí nghiệm 1 ương tôm
trong hệ thống tuần hoàn và thí nghiệm 2 trong hệ thống thay nước, thí nghiệm 3
được thực hiện trong hệ thống tuần hoàn với các tỷ lệ thể tích bể lọc lần lượt là
5%, 10%, 15%.
Kết quả của 2 thí nghiệm đầu cho thấy chất lượng nước được cải thiện có ý
nghĩa thống kê khi bổ sung vi khuẩn Bacillus, Nitrosomonas và Nitrobacter.
Nghiệm thức bổ sung Bacillus ở mật độ 10
5
và 10
6
CFU/mL cho thấy kết quả mật

độ của vi khuẩn có hại thấp hơn so và tỷ lệ sống của ấu trùng tôm cao hơn so với
nghiệm thức đối chứng. Tỷ lệ sống của ấu trùng trong hệ thống tuần hoàn cao hơn
trong hệ thống thay nước.
Trong thí nghiệm 3, mật độ vi khuẩn Vibrio ở các nghiệm thức có bổ sung
vi khuẩn thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với nghiệm thức đối chứng. Tỷ lệ thể
tích bể lọc 10%, bổ sung vi khuẩn cho thấy hiệu quả chuyển hóa đạm cao nhưng
lại ít tốn diện tích và chi phí.
Từ khóa: Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter, chuyển hóa đạm, ấu trùng.

5

ABSTRACT
This study evaluates the effectiveness of the bacterial probionts Bacillus,
Nitrosomonas, and Nitrobacter on the improvement of water quality by the
application of these probionts at different densities and filtering rates. In the
present study, three experiments on probiont nitrification efficiency were
conducted, the first in a recirculation water system and the second in an exchange
water system, the third experimental groups of this system were subjected to the
respective water filtration rates of 5%, 10%, and 15%.
The results of the first two experiments demonstrate that water quality was
significantly improved by the addition of Bacillus, Nitrosomonas, and
Nitrobacter. Treatments of Bacillus at the concentrations 10
5
CFU mL
-1
and 10
6

CFU mL
-1

resulted in a lower density of virulence bacteria and higher survival
rates than the control. The survival rates of shrimp that were reared in the
recirculation water system were higher than those in exchange water system.
For experiment 3, the density of Vibrio in additional bacteria treatments
was significantly lower than control. The results from this experiment suggest
that 10% biofilter rate and bacteria addition show the nitrogen removal rate
higher , filtering-area and cost -effective are fewer.
Keywords: Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter, nitrification, larvae.

6

CAM KẾT KẾT QUẢ

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành trên các kết quả nghiên cứu
của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn
cùng cấp nào khác.

Ngày 31 tháng 10 năm 2010


Nguyễn Thị Tú Anh


7

MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1. GIỚI THIỆU 1
PHẦN 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3
2.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú và các nghiên cứu có liên quan 3

2.1.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú ở Việt Nam 3
2.1.2 Các nghiên cứu liên quan đến sản xuất giống tôm sú 3
2.1.3 Các nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học trong sản xuất giống tôm sú 3
2.2 Tình hình nghiên cứu và ưng dụng của vi sinh vật hữu ích trong nuôi trồng
thủy sản 5
2.2.1 Sơ lược về Probiotic 5
2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng
thủy sản 6
2.3 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm 8
2.3.1 Vai trò của các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm trong NTTS 8
2.3.2 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm thường gặp 10
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
3.1 Vật liệu nghiên cứu 13
3.2 Phương pháp nghiên cứu 13
3.2.1 Mô tả thí nghiệm 13
3.2.2 Phương pháp nuôi tăng sinh vi khuẩn 17
3.2.3 Phương pháp thu và phân tích mẫu vi khuẩn 20
3.2.4 Phương pháp thu và phân tích mẫu nước 22
3.2.5 Phương pháp thu và phân tích mẫu tôm 22
3.3 Phương pháp xử lý số liệu 22
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23
4.1 Xác định khả năng chuyển hóa đạm của 3 dòng vi khuẩn khuẩn Bacillus,
Nitrobacter, Nitrosomonas trong hệ thống ương tôm sú 23

8

4.1.1 Biến động các yếu tố môi trường nước 23
4.1.2 Biến động mật độ vi khuẩn trong hệ thống ương 37
4.1.3 Tỷ lệ sống của các giai đoạn ấu trùng 44
4.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của các tỷ lệ giá thể khác nhau trong hệ thống lọc

tuần hoàn 46
4.2.1 Biến động các yếu tố môi trường nước 46
4.2.2 Biến động mật độ vi khuẩn 51
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC 62

9

DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Giá trị OD
600
17
Bảng 4.1: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 1 23
Bảng 4.2: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 2 24
Bảng 4.3: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 3 46




10

DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1: Chu trình chuyển hóa nitơ trong tự nhiên 9
Hình 3.1: Hệ thống bể thí nghiệm với tỷ lệ thể tích bể lọc khác nhau 16
Hình 3.2: Cách xác định mật độ vi khuẩn theo phương pháp MPN 21
Hình 4.1: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong hệ thống tuần hoàn 24
Hình 4.2: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong hệ thống thay nước 25

Hình 4.3: Biến động hàm lượng COD trong hệ thống tuần hoàn 26
Hình 4.4: Biến động hàm lượng COD trong hệ thống thay nước 27
Hình 4.5: Biến động hàm lượng TSS trong hệ thống tuần hoàn 28
Hình 4.6: Biến động hàm lượng TSS trong hệ thống thay nước 28
Hình 4.7: Biến động hàm lượng TAN trong hệ thống tuần hoàn 29
Hình 4.8: Biến động hàm lượng TAN trong hệ thống thay nước 29
Hình 4.9: Biến động hàm lượng nitrite trong hệ thống tuần hoàn 31
Hình 4.10: Biến động hàm lượng nitrite trong hệ thống thay nước 32
Hình 4.11: Biến động hàm lượng nitrate trong hệ thống tuần hoàn 33
Hình 4.12: Biến động hàm lượng nitrate trong hệ thống thay nước 33
Hình 4.13: Biến động hàm lượng tổng đạm trong hệ thống tuần hoàn 34
Hình 4.14: Biến động hàm lượng tổng đạm trong hệ thống thay nước 35
Hình 4.15: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong hệ thống tuần hoàn 36
Hình 4.16: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong hệ thống thay nước 37
Hình 4.17: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong hệ thống tuần hoàn 38
Hình 4.18: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong hệ thống thay nước 39
Hình 4.19: Biến động mật độ vi khuẩn Ntrosomonas trong hệ thống tuần hoàn 40
Hình 4.20: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong hệ thống thay nước 40
Hình 4.21: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong hệ thống tuần hoàn 42
Hình 4.22: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong hệ thống thay nước 42

11

Hình 4.23: Tỷ lệ sống các giai đoạn ấu trùng trong hệ thống tuần hoàn 43
Hình 4.24: Tỷ lệ sống các giai đoạn ấu trùng trong hệ thống tuần thay nước 44
Hình 4.25: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong thí nghiệm 46
Hình 4.26: Biến động hàm lượng COD trong thí nghiệm 47
Hình 4.27: Biến động hàm lượng TAN trong thí nghiệm 48
Hình 4.28: Biến động hàm lượng nitrite trong thí nghiệm 49
Hình 4.29: Biến động hàm lượng nitrate trong thí nghiệm 49

Hình 4.30: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong thí nghiệm 50
Hình 4.31: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong thí nghiệm 51
Hình 4.32: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong thí nghiệm 51
Hình 4.33: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong thí nghiệm 52

12

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

NT: Nghiệm thức
ĐC: Đối chứng
HT: Hệ thống
TB: Trung bình
CFU: Colony forming units
AOB: Ammonia oxidizing bacteria
NOB: Nitrite oxidizing bacteria
MPN: Most probable number
OD: Optical density
PL: Post larvae
ppm: Parts per million

13

Phần I
GIỚI THIỆU

Những năm qua nghề nuôi tôm sú ở nước ta phát triển rất mạnh không
những về qui mô mà còn ở sự đa dạng hóa các mô hình nuôi, khi diện tích nuôi
ngày càng mở rộng thì người nuôi phải đối đầu với trở ngại mới, đó là ô nhiễm
môi trường và dịch bệnh. Sự phát triển ồ ạt của nghề nuôi tôm ven biển dẫn đến
sự bùng nổ dịch bệnh trên diện rộng, gây thiệt hại không nhỏ cho người dân cũng
như các ngành kinh tế liên quan. Việc nâng cao mức độ an toàn cho các trang trại
nuôi thông qua sự phát triển các mô hình nuôi tôm khép kín đã và đang được
khuyến khích áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Do đó, việc
xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và tái sử dụng nguồn nước đóng một
vai trò quyết định nhằm giảm lượng hóa chất và thuốc kháng sinh sử dụng trong
quá trình sản xuất giống và nuôi thương phẩm, tạo ra sản phẩm sạch đảm bảo an
toàn vệ sinh thực phẩm (Bùi Đắc Thuyết, 2004). Theo nghiên cứu của Đặng Đình
Kim và ctv (2006) thì khi bổ sung chế phẩm sinh học vào ao nuôi, các chỉ tiêu lý,
hóa, sinh được cải thiện rất rõ.

Trong lĩnh vực sản xuất giống, để có được nguồn nước đáp ứng được yêu
cầu trong sản xuất giống, người ta dùng các loại hóa chất như: Chlorine, thuốc
tím để xử lý, tuy nhiên việc sử dụng hóa chất xử lý nước sẽ không tránh khỏi
tình trạng ô nhiễm môi trường, hơn nữa việc sử dụng hóa chất sẽ làm ảnh hưởng
đến hệ vi sinh vật trong môi trường nước. Vì vậy, xu hướng hiện nay nhiều nơi sử
dụng các vi sinh vật hữu ích nhằm cải thiện chất lượng nước và hạn chế được các
nhóm vi khuẩn gây bệnh trong hệ thống ương nuôi. Trong sản xuất giống tôm sú,

việc ứng dụng hệ thống lọc sinh học sẽ hạn chế sử dụng kháng sinh trong bể và
hạn chế việc thay nước hàng ngày, giảm hiện tượng sốc môi trường và khống chế
được một số vi khuẩn gây bệnh (Thạch Thanh và ctv, 1999).
Trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều chế phẩm sinh học với thành phần
chủ yếu là các dòng vi khuẩn như: Bacillus, Pseudomonas, Lactobacillus,
Nitrosomonas, Nitrobacter , các dòng vi khuẩn này có khả năng phân giải
protein thành các polypeptit, axit amin, NH
3
(Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim,
2007). Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về sự tồn tại cũng như
hiệu quả của các dòng vi khuẩn được đưa vào trong hệ thống lọc sinh học, đặc

14

biệt là nhóm vi khuẩn Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas chuyển hóa nitơ từ
dạng có hại cho sinh vật nuôi (NH
3
, NO
2
-
) thành dạng ít độc hơn (NO
3
-
) (Vũ Thế
Trụ, 1994). Do đó, đề tài: “Đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước của
nhóm vi khuẩn chuyển hóa đạm trong hệ thống ương tôm sú (Penaeus
monodon)” được thực hiện.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng phân hủy hữu cơ và chuyển hóa đạm của các dòng vi
khuẩn Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter trong hệ thống ương tôm sú nhằm

làm cơ sở cho các nghiên cứu về quản lý và điều khiển vi sinh phát triển theo
hướng có lợi cho môi trường và vật nuôi.
Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước của vi khuẩn trong hệ thống ương tôm sú
tuần hoàn.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước của vi khuẩn trong hệ thống ương tôm sú
có thay nước.
- Đánh giá hiệu quả xử lý ở các tỷ lệ thể tích giá thể khác nhau trong hệ
thống lọc tuần hoàn.

15

Phần II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú và các nghiên cứu có liên quan
2.1.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú ở Việt Nam
Công nghệ sản xuất giống tôm nhân tạo ở nước ta đã có những bước tiến
bộ vượt bậc. Từ những năm đầu thập niên 70, Việt Nam đã sản xuất giống nhân
tạo thành công ở một số loài tôm biển, tuy nhiên việc ương nuôi gặp nhiều khó
khăn. Đến thập niên 80, kỹ thuật sản xuất nhân tạo giống tôm sú du nhập từ Đài
Loan, Thái Lan, Nhật Bản được cải tiến và áp dụng thành công tại Việt Nam (Bộ
Thủy Sản, 2000).
Miền Trung là nơi sớm nhất phát triển sản xuất giống tôm sú nhân tạo,
trong đó nổi bật nhất là tỉnh Khánh Hòa. Từ đây, công nghệ sản xuất giống tôm
sú được chuyển giao cho các tỉnh lân cận và các tỉnh phía Nam.
Đến năm 1990, cả nước có 500 trại sản xuất giống, tập trung chủ yếu ở các
tỉnh miền trung, năng suất đạt khoảng 1 – 5 triệu PL/năm. Năm 1994 cả nước sản
xuất được khoảng 1,4 tỷ tôm PL15 (Bộ Thủy Sản, 2000). Đến năm 1998, số trại
sản xuất tôm giống tăng lên 2.086 trại và sản xuất được 6,6 tỷ tôm PL15. Tính

đến năm 2003, cả nước có 5.094 trại tôm giống với sản lượng đạt 25,9 tỷ con
giống cho nghề nuôi tôm (Bộ Thủy Sản, 2005). Trong đó, số lượng trại tôm giống
ở Đồng Bằng Sông Cửu Long cũng phát triển nhanh chóng, đáp ứng 31,9% nhu
cầu tôm giống cho toàn vùng (Lê Xuân Sinh, 2004).
2.1.2 Các nghiên cứu liên quan đến sản xuất giống tôm sú
Thạch Thanh và ctv (2004) nghiên cứu sử dụng nước biển nhân tạo trong
sản xuất giống tôm sú thay một phần hoặc hoàn toàn cho nước biển và nước ót,
tuy nhiên nguồn nước này hiện vẫn chưa được ứng dụng nhiều.
Các nghiên cứu gần đây đã nghiên cứu ứng dụng ozone để xử lý nước và
vi khuẩn có hại trong bể ương ấu trùng tôm sú. Nghiên cứu của Trần Thị Kiều
Trang và ctv (2006) đã đưa ra các nồng độ xử lý ozone thích hợp cho từng giai
đoạn ấu trùng và hậu ấu trùng, tiếp theo là nghiên cứu của Tạ Văn Phương (2006)
cho thấy ozone có khả năng cải thiện chất lượng nước trong ương nuôi thủy sản

16

(Ở nồng độ 0,37 ppm làm kết tủa hoàn toàn sắt, ngăn chặn sự sự tích lũy hữu cơ
(30%), làm giảm 67% lượng H
2
S có trong nước và nitrate hóa hoàn toàn nitrite,
nồng độ 0,045 ppm có thể làm giảm mật độ tổng vi khuẩn 91,7% và 81% vi
khuẩn Vibrio). Kết quả cho thấy tỷ lệ sống của ấu trùng là rất tốt khi ương ở hệ
thống có xử lý ozone với nồng độ thay đổi theo từng giai đoạn (Nguyễn Lê
Hoàng Yến, 2008), ngoài ra sử dụng ozone để rửa trứng còn ngăn chặn sự lây lan
bệnh đốm trắng từ tôm mẹ sang tôm con (Tăng Minh Khoa, 2008). Những nghiên
cứu này góp phần hạn chế việc sử dụng các loại hóa chất, kháng sinh trong quá
trình ương tôm giống, giúp nâng cao năng suất chất lượng tôm sú giống và góp
phần trong việc quản lý dịch bệnh xảy ra trên tôm giống.
Ngoài vấn đề nguồn nước thì nguồn tôm bố mẹ cũng đang rất được quan
tâm. Hiện nay, nguồn tôm bố mẹ ngoài tự nhiên ngày càng cạn kiệt và dễ nhiễm

bệnh. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Chung và ctv (1997) đã cho tôm bố mẹ từ
nguồn tôm trong ao đìa sinh sản thành công, kết quả này đã góp phần giải quyết
vấn đề khan hiếm tôm bố mẹ và góp phần chủ động nguồn tôm nuôi.
Bên cạnh đó, việc gia hóa tôm bố mẹ được nghiên cứu và đưa vào sử
dụng, tuy sức sinh sản, tỷ lệ thành thục, tỷ lệ nở,…không hiệu quả bằng tôm tự
nhiên nhưng có thể được sử dụng để thay thế khi nguồn tôm ngoài tự nhiên khan
hiếm và mang nhiều mầm bệnh nguy hiểm (Nguyễn Thanh Phương, 2005).
2.1.3 Các nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học trong sản xuất giống
Nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học vào sản xuất giống tôm sú của Thạch
Thanh và ctv (1999) đã góp phần nâng cao kỹ thuật sản xuất giống tôm sú, với
phương pháp này giúp hạn chế thay nước và sử dụng nước ót nên có thể ứng dụng
cho sản xuất giống tôm sú trong nội địa.
Một nghiên cứu khác cho thấy, nhóm vi khuẩn nitrate hóa (Nitrosomonas,
Nitrobacter) khi cấy vào bể lọc sinh học với giá thể là CaCO
3
và hệ thống này nối
với các bể nuôi rotifer đã giúp mật độ rotifer tăng lên đến 5.500 cá thể/mL, cao
hơn 1,5 – 2,5 lần so với nghiệm thức đối chứng, hơn nữa chất lượng nước trong
các bể nuôi cũng được cải thiện (Belgium et al., 1999).
Nghiên cứu của Grommen et al. (2001) cho thấy khi bổ sung 2 nhóm vi
khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter vào hệ thống lọc sinh học đã giúp rút ngắn
thời gian vận hành các bể lọc xuống còn 40 ngày so với các nghiên cứu trước đó
cần khoảng 60 ngày ở điều kiện 21 – 26
0
C.

17

Theo Nguyễn Tiến Cư và ctv (2004) nghiên cứu các loại chất mang khác
nhau cho lọc sinh học thì cho hiệu quả xử lí amon trung bình khác nhau: lô nhựa

đạt 47,77%; sỏi nhẹ đạt 75,25%, san hô đạt 70,75%. Kết quả thử nghiệm cho thấy
sử dụng sỏi nhẹ làm vật liệu cố định vi sinh vật trong hệ lọc có triển vọng nhất.
Hệ lọc sinh học với cột lọc tầng sôi và cột lọc nhỏ giọt cải tiến sử dụng sỏi nhẹ đã
thực hiện quá trình nitrate hóa NO
2
-
, NO
3
-

cao, hàm lượng NO
2
-

trong môi
trường nước ở mức 0,1-0,79 mg/L; NO
3
-

ở mức 0,61-21,2 mg/L.
Bower và Turner (1981 và 1984) trích dẫn bởi Thạch Thanh và ctv, 2004
đã nghiên cứu và nhận thấy nếu sử dụng vật liệu lọc cũ (đã sử dụng trước đó) cho
lọc mới thì có ý nghĩa rút ngắn thời gian chuẩn bị lọc (cấy vi khuẩn). Nếu thêm
vào 10% vật liệu lọc ngầm của hệ thống lọc ngầm cũ trong môi trường nước mặn
thì rút ngắn được 81% thời gian cấy vi khuẩn (4 ngày so với 21 ngày) cho quá
trình sử dụng ammonia của vi khuẩn Nitrosomonas và 89% (4 ngày so với 37
ngày) cho sự phát triển của vi khuẩn Nitrobacter
Theo Nguyễn Tiến Cư và ctv (2004) Nitrosomonas và Nitrobacter đã giúp
xử lý nước thải trong hệ thống nuôi tôm sú tuần hoàn, hàm lượng ammonia bị oxy
hóa khoảng 85 – 98%.

Khi so sánh tỉ lệ sống của tôm ở giai đoạn postlarvae 15 cho thấy ở nghiệm
thức nước tuần hoàn là 55,2% cao hơn có ý nghĩa thống kê (p<0,05) so với
nghiệm thức thay nước chỉ đạt 43,8% (Châu Tài Tảo, 2005).
2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vi sinh vật hữu ích trong nuôi
trồng thủy sản
2.2.1 Sơ lược về Probiotic
Vào năm 1965, thuật ngữ “Probiotic” đã được biết đến lần đầu tiên do
Lilley và Stilluell đề nghị như là “Những chất do một vài sinh vật sản sinh ra, có
khả năng kích thích sự tăng trưởng của một loài khác” (Trần Công Bình và
Trương Trọng Nghĩa, 2002).
Sau đó Fuller (1989) đã định nghĩa “Probiotic là các sinh vật sống, được
cho vào thức ăn, có ảnh hưởng tốt với ký chủ bằng cách cải thiện hệ vi sinh
đường ruột.
Đến năm 2000, Verchuere et al. đưa ra một định nghĩa được coi là hoàn
chỉnh nhất về probiotics trong nuôi trồng thủy sản “Probiotic là thành phần bổ
sung có nguồn gốc vi sinh vật sống, có ảnh hưởng có lợi đối với vật chủ bằng

18

cách cải thiện quần thể vi sinh vật sống xung quanh hay liên kết với vật chủ; tăng
khả năng sử dụng thức ăn hay chất dinh dưỡng của thức ăn; tăng cường khả năng
chống lại mầm bệnh hay cải thiện chất lượng môi trường sống xung quanh vật
chủ”.
2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng
thủy sản
Theo Grommen et al. (2005) quần thể vi sinh vật trong các thủy vực nuôi
thủy sản nước mặn rất đa dạng, bao gồm một số loài gây bệnh, một số loài không
gây bệnh và một số loài có lợi cho vật nuôi, khả năng duy trì sự cân bằng thích
hợp của hệ vi sinh này là chìa khoá thành công trong việc quản lý môi trường
nuôi thủy sản.

Dựa vào vai trò và chức năng của chế phẩm sinh học sử dụng trong nuôi
trồng thủy sản hiện nay có thể chia chúng làm 3 loại: (1) các vi sinh vật thường
được trộn vào thức ăn hoặc cho Artemia, rotifer ăn trước khi cho các loại động
vật nuôi ăn để giúp hỗ trợ tiêu hóa và hấp thu các chất dinh dưỡng, gồm có các
nhóm Bacillus, Lactobacillus, Saccharomyces; (2) gồm các vi sinh vật có tính đối
kháng hoặc cạnh tranh thức ăn với vi sinh vật gây bệnh như Bacillus
licheniformic, Bacillus sp., Vibrio alginolyticus; (3) nhóm này gồm các vi sinh
vật cải tạo môi trường nước như Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces,
Bacillus, Rhodosp.irillum, Rhodopseudomonas viridis, R. palutris,
Rhodomicrobium vanniell, các loại nấm Asp.ergillus oryzae, A. niger, Rhizopus
sp Tuy nhiên, có nhiều chủng vi sinh vật thực hiện được nhiều chức năng khác
nhau nên ranh giới giữa các nhóm này đôi khi không rõ ràng (Nguyễn Hữu Phúc,
2003).
Yasuda và Taga (1980) công bố sử dụng vi khuẩn như nguồn thức ăn và là
nhân tố sinh học trong phòng trị bệnh cá. Nghiên cứu của Austin (1995) cho thấy
sử dụng probiotic (chủ yếu là Vibrio alginolyticus) trên cá Hồi có thể làm giảm
bệnh gây ra bởi Aeromonas salmonicids, Vibrio anguillarium, Vibrio ordalii.
Baticados et al. (1990) đã cảnh báo vi khuẩn phát sáng Vibrio harveyi gây
thiệt hại nghiêm trọng cho tôm sú. Để giải quyết vấn đề này các chủ trại nuôi
thường sử dụng các chất hoá học và kháng sinh. Sự lạm dụng thuốc kháng sinh có
thể dẫn đến sự kháng thuốc của những dòng vi khuẩn này (Weston, 1996).

19

Năm 1995, Griffith (trích dẫn bởi Nguyễn Hữu Phúc, 2003) cho thấy rằng
việc đưa probiotic vào ương tôm giống ở Ecuador trong năm 1992 mà sản lượng
tôm giống tăng 35% và giảm sử dụng các chất diệt khuẩn đến 94%
Theo Zhermant et al. (1997) (trích dẫn bởi Nguyễn Hữu Phúc, 2003) khi
nuôi chủng vi khuẩn probiotic trong bể với ấu trùng tôm Litopenaeus vannamei
với mật độ 10

3
tế bào/mL thì đã ngăn cản được sự xâm nhiễm các vi khuẩn gây
bệnh ngay ở nồng độ 10
7
tế bào/mL. Việc sử dụng probiotic thường xuyên giúp
tăng sức đề kháng cho tôm và như một chất thay thế kháng sinh (Rengpipat et al.,
1998).
Nghiên cứu của Vaseeharan et al. (2004), probiotic giúp kháng được vi
khuẩn Listonella anguillarium xuất hiện trong nước, bùn đáy ao nuôi và trong các
cơ quan của tôm sú. Tác giả này cho rằng các sản phẩm bài tiết của Bacillus trong
thức ăn và ruột tôm giúp tăng cường sự sinh trưởng và nâng cao tỷ lệ sống của
tôm sú.
Các dòng vi khuẩn như Vibrio, Pseudomonas, Bacillus và một số dòng
Lactobacillus đã được kiểm chứng và được xem như những dòng vi sinh hữu ích
trên các đối tượng tôm, cua, nhuyễn thể và cá. kết quả thí nghiệm cho thấy tỉ lệ
hao hụt giảm có ý nghĩa trong suốt quá trình ương (Bruno et al., 2000).
Hoạt động của vi sinh vật ảnh hưởng đến chất lượng nước chủ yếu là sử
dụng oxy, tái tạo lại các dưỡng chất vô cơ và loại trừ các sản phẩm độc trong trao
đổi chất như NH
3
, NO
2
-
, H
2
S (Moriaty, 1997). Theo Jory (1998) việc quản lý chất
lượng nước và kiểm soát bệnh là vấn đề rất quan trọng, nó có quan hệ trực tiếp và
ảnh hưởng nhiều bởi hoạt động của vi sinh vật. Vì vậy vi sinh vật phân hủy chất
hữu cơ trong thủy vực giữ vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chất lượng
nước.

Shariff et al. (2001) đã nghiên cứu việc sử dụng chế phẩm sinh học trên thị
trường (có chứa các dòng vi khuẩn Bacillus, các vi khuẩn oxy hóa amonia, nitrite,
vi khuẩn oxy hóa sulphur, và nấm men) đối với môi trường ao nuôi, kết quả
nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt về chất lượng nước giữa các ao thí
nghiệm và các ao đối chứng, trừ yếu tố Ammonia tổng số.
Trong những năm gần đây, nhằm mục đích giảm thiểu những bất lợi do sử
dụng hóa chất trong nuôi trồng thủy sản, việc nghiên cứu và sử dụng các chế
phẩm sinh học trong quá trình nuôi tôm ở nước ta đang phát triển mạnh. Theo
Cục Bảo vệ nguồn lợi thủy sản, hiện có khoảng trên 200 thương hiệu chế phẩm

20

sinh học và vitamin đang bán trên thị trường nước ta. Đa số các chế phẩm sinh
học có nguồn gốc nhập ngoại và một số chế phẩm được sản xuất trong nước
nhưng phần lớn các chế phẩm này chưa được công bố về xuất xứ nguồn gốc
(Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim, 2007).
Theo Đặng Đình Kim và ctv (2006), các chế phẩm vi sinh nhập ngoại chứa
một số nhóm vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Lactobacillus, Nitrosomonas,
Nitrobacter,… Nhìn chung các sản phẩm này có thành phần vi sinh vật rất hạn
chế, chủ yếu là các nhóm vi khuẩn phân giải protein và nhóm vi khuẩn nitrate
hóa, hầu như không có mặt của các nhóm nấm sợi, xạ khuẩn và nấm men. Điều
này sẽ làm lớp bùn đáy ao nghèo nitơ và sulfate trong khi nguồn carbohydrat thì
lại dư thừa và tích lũy ở đáy ao.
Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh bằng cách phân lập và tuyển chọn các
nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải protein, tinh bột và xenluloza trong môi
trường nước lợ được Đặng Đình Kim và ctv (2006) nghiên cứu và đưa ra ứng
dụng trong nuôi trồng thủy sản. Sản phẩm này cho kết quả cải thiện tốt các chỉ số
thuỷ lý, thuỷ hoá, thuỷ sinh vật trong môi trường ao nuôi, đặc biệt làm tăng tỷ lệ
sống, trọng lượng trung bình/con và sản lượng tôm nuôi cao hơn nhiều so với đối
chứng.

Sử dụng chế phẩm vi sinh trong nuôi trồng thủy sản là một xu hướng tích
cực và ngày càng mở rộng. Do đó, việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu về chế
phẩm sinh học đã từng được đưa vào một trong các định hướng về khoa học công
nghệ liên quan trực tiếp với môi trường góp phần nuôi trồng thủy sản bền vững
(Lê Thanh Lựu, 2005).
2.3 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm
2.3.1 Vai trò của các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm trong nuôi trồng thủy sản
Từ nhiều năm qua việc bổ sung vi khuẩn vào các ao nuôi thủy sản đã trở
nên rất phổ biến vì vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong thủy vực giữ vai trò rất
quan trọng trong việc điều chỉnh chất lượng nước đối với các hệ thống nuôi thủy
sản thâm canh, chúng giúp chuyển hóa các chất độc như ammoniac và hợp chất
nitơ (Boyd và Tucker, 1998). Trong thủy vực, các vật chất hữu cơ không ngừng
bị phân hủy bởi các vi sinh vật vì chúng cần các hợp chất này để làm thức ăn
(Đặng Thị Hoàng Oanh, 2005).

21

Trong nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như nitơ phân tử, các hợp
chất nitơ vô cơ và các hợp chất nitơ phức tạp có trong các cơ thể sống (protein,
acid amin). Dưới tác dụng của vi sinh vật, các chất hữu cơ chứa nitơ sẽ bị thối rữa
và amon hóa thành NH
3
hay NH
4
+
, dạng NH
4
+
sẽ bị chuyển hóa thành dạng NO
3

-

nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa.

Hình 2.1: Chu trình chuyển hóa Nitơ trong tự nhiên
(www.microponics.net.au/%3Fp%3D197, trích bởi Nguyễn Thị Kim Xuân, 2008)
Tổng hàm lượng đạm amôn (TAN, bao gồm NH
3
và NH
4
+
) là thông số
chất lượng nước quan trọng trong sản xuất giống và nuôi thủy sản. Sự loại bỏ
ammonia (NH
3
) có vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải thiện chất lượng
nước trong hệ thống ương nuôi ấu trùng và góp phần làm tăng năng suất trong sản
xuất (Phạm Thị Tuyết Ngân và ctv, 2008).
Trong hệ thống sản xuất giống, để giảm hàm lượng ammonia thì biện pháp
thay nước thường được áp dụng. Tuy nhiên, biện pháp này cũng có những mặt
hạn chế như: chi phí sản xuất cao, mầm bệnh có nhiều cơ hội xâm nhập vào hệ

22

thống sản xuất Trong những năm gần đây, hệ thống lọc sinh học tuần hoàn
thường được ứng dụng rộng rãi để loại bỏ ammonia dựa trên cơ sở của quá trình
nitrate hóa.
Các hợp chất gây độc cho các đối tượng thủy sản như NH
3
và NO

2
-
sẽ
được chuyển sang dạng không độc NO
3
-
nhờ vào quá trình nitrate hóa được thực
hiện bởi các vi khuẩn nitrate hóa (Herbert, 1999).
Nitrate hóa là quá trình mà ammonia được oxy hóa thành nitrate (NO
3
-
)
qua 2 giai đoạn được thực hiện bởi 2 nhóm vi khuẩn khác nhau. Ở giai đoạn thứ
nhất, vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa ammonium thành nitrite (NO
2
-
), nitrite cuối
cùng chuyển thành nitrate nhờ hoạt động của vi khuẩn Nitrobacter (Focht và
Vertraete, 1977).
2.3.2 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm thường gặp
2.3.2.1 Bacillus
Bacillus subtilis là trực khuẩn Gram dương, di động, có kích thước 2-
3x0,7-0,8 µm, có tính ổn định cao với nhiệt độ, tác động của hóa chất, tia bức xạ
do vi khuẩn này có khả năng hình thành bào tử. Vi khuẩn này phân bố rộng rãi
trong thiên nhiên (không khí, đất, bụi và nước), chịu được nhiệt và dễ sấy khô,
được coi là vi khuẩn hiệu quả nhất và có lợi ích nhất trong việc bảo vệ sức khỏe
và kích thích hệ thống miễn nhiễm được ưa thích hơn thuốc kháng sinh.
Vi khuẩn Bacillus sp.p. đã được sử dụng như một chế phẩm sinh học từ rất
lâu giúp cải tiến chất lượng nước nhờ vào tác dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ
và làm giảm số lượng mầm bệnh tiếp cận với các loài thuỷ sản nuôi (Wang et al.,

2003).
Theo Hasting và Nealson (1981) Bacillus S11 có thể tạo ra một số chất
kháng khuẩn và có thể tiêu diệt V. harveyi. Cũng với hướng nghiên cứu này
Moriaty (1998) kết luận rằng sau khi sử dụng probiotic (chứa chủng Bacillus
sp.p.) tỷ lệ sống của tôm sú tăng lên, hạn chế được mầm bệnh vi khuẩn phát sáng
Vibrio sp.p. trong nước và trong bùn đáy ao.
Kết quả nghiên cứu của Vaseeharan et al. (2002) cho kết quả tương tự khi
sử dụng dòng vi khuẩn B. subtilis BT23 để chống lại sự tăng trưởng của V.
harveyi, tỷ lệ tôm chết giảm 90%.

23

Trên đối tượng thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), Kuan-Fu Liu et al.
(2010) đã làm thí nghiệm trộn Bacillus subtilis E20 vào thức ăn cho tôm ăn, kết
quả cho thấy tỷ lệ sống ở nghiệm thức có Bacillus subtilis E20 cao hơn so với đối
chứng, hơn nữa còn cho thấy vai trò kích thích hệ thống miễn dịch ở tôm.
Theo kết quả nghiên cứu của Đặng Đình Kim và ctv (2006) cho thấy
Bacillus có khả năng phân giải protein và tinh bột, khả năng này đóng vai trò
quan trọng trong các chu trình sinh học Nitơ và Carbon.
Một số loài của nhóm vi khuẩn Bacillus (Bacillus subtilis, Bacillus
licheniformis, Bacillus sp , Bacillus megaterium ) dùng để làm sạch môi trường
nhờ khả năng sinh các enzyme (proteaza, amylaza, xenlulaza, kitinaza) phân hủy
các hợp chất hữu cơ và kiểm soát sự phát triển quá mức của vi sinh vật gây bệnh
do cơ chế cạnh tranh nguồn dinh dưỡng giữ cho môi trường luôn ở trạng thái cân
bằng sinh học (Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim, 2007)
Nghiên cứu của Sirirat et al. (2007) sử dụng 2 dòng Bacillus KKU02 và
Bacillus KKU03 (10
7
CFU/mL) trộn vào thức ăn cho tôm càng xanh (M.
rosenbergii). Kết quả cho thấy tăng trưởng và trọng lượng của tôm ăn thức ăn có

Bacillus khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng.
2.3.2.2 Nitrosomonas
Nhóm Nitrosomonas thường phân bố rộng rãi trong đất, bùn nước ngọt và
nước lợ. Phần lớn những loài thuộc giống Nitrosomonas không có khả năng di
động nên cần phải bám vào bề mặt giá thể như đá, cát, giá thể sinh học, giúp
chúng phát triển thuận lợi. Theo Meicklejohn (1950) trích bởi Nguyễn Thị Kim
Xuân (2008) khả năng bám nhờ chúng tiết chất nhầy từ màng bao bên ngoài, đây
là nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng và hiếu khí bắt buộc.
Theo Engel (1958) thì loài Nitrosomonas europaea có khả năng di động và
có 2 roi khi các tế bào vi khuẩn phát triển ở giai đoạn tăng trưởng. Vi khuẩn
Nitrosomonas là nhóm vi khuẩn khó phân lập và nuôi do chúng không có khả
năng sống trên môi trường thạch và không thể hình thành khuẩn lạc trong điều
kiện thời gian cho phép (Herbert, 1999). Phương pháp MPN được áp dụng để xác
định mật độ của nhóm vi khuẩn nitrate hóa (Valerie và Rene, 1995).
Tất cả các loài thuộc giống Nitrosomonas sử dụng NH
3
như là nguồn năng
lượng cho sự chuyển hóa thành NO
2
-
. Ammonia đầu tiên bị khử hydro thành

24

amine (NH
2
) sau đó bị oxy hóa thành NO
2
-
. Quá trình chuyển hóa này cho phép

Nitrosomonas sử dụng một số hợp chất của amine (Engel và Alexander, 1958).
Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của Nitrosomonas khoảng 25 – 30
0
C,
pH thích hợp khoảng 7,8 – 8. Nitrosomonas là vi khuẩn mẫn cảm với ánh sáng
đặc biệt là ánh sáng màu xanh dương và tím.
2.3.2.3 Nitrobacter
Nitrobacter được chứng minh có nhiều trong đất và bùn (Degrange và
Bardin, 1995), chúng giữ vai trò quan trọng nhất trong bước thứ hai của quá trình
nitrate hóa. Những loài thuộc giống Nitrobacter là những vi khuẩn Gram (-), có
hình que ngắn hay hình quả lê (0,5 – 0,8 x 1,0 – 2,0 µm). Đây là nhóm vi khuẩn
hiếu khí bắt buộc, sống tự dưỡng trong môi trường hữu cơ, vô cơ và cả khoáng
hóa (theo Straat và Nason (1964), trích dẫn bởi Trần Thị Tuyết, 2008).
Nitrobacter không có khả năng di động và cần phải bám vào bề mặt giá
thể như đá, cát hay một giá thể sinh học nào đó để chúng có thể phát triển thuận
lợi nhờ tiết ra chất nhầy từ màng bao bên ngoài.
Aleem và Alexander (1960) đã nghiên cứu về dinh dưỡng và sinh lý của
Nitrobacter agilis, các tác giả này đã đưa ra chứng minh cụ thể về mức dưỡng
chất thích hợp với Nitrobacter khoảng 5ppm cho cả phosp.hate và magnesium,
trong khi đó sắt cần khoảng 0,005 ppm. Nitrobacter bị ảnh hưởng mạnh hơn
Nitrosomonas nếu DO thấp, quá trình nitrate hóa xảy ra tốt nhất nếu DO ở mức >
80% trạng thái bão hòa, quá trình này sẽ không xảy ra khi hàm lượng oxy hòa tan
≤ 2 mg/L.


25

Phần III
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu nghiên cứu
- Hệ thống bể composite loại 50 L, 100 L và 2000 L.
- Ấu trùng tôm sú.
- Hạt xốp tròn đường kính 4 mm, đá mài được sử dụng làm giá thể trong
bể lọc.
- Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm sử dụng để bố trí thí nghiệm gồm
Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas được phân lập từ ao nuôi tôm sú thâm canh.
- Các trang thiết bị thu mẫu và phân tích mẫu nước, Phòng thí nghiệm
Phân tích chất lượng nước (Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng – Khoa Thủy sản).
- Các trang thiết bị thu và phân tích mẫu vi sinh, Phòng thí nghiệm Vi sinh
(Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng – Khoa Thủy sản).
3.2 Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Xác định khả năng chuyển hóa đạm của 3 dòng vi khuẩn
Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas trong hệ thống ương tôm sú tuần hoàn.
Thí nghiệm này gồm 3 nghiệm thức với các mật độ vi khuẩn khác nhau và
nghiệm thức đối chứng, các bể cùng nghiệm thức được nối với bể lọc tuần hoàn ở
giai đoạn Mysis 2, lọc được vận hành đến khi kết thúc thí nghiệm. Mỗi nghiệm
thức lặp lại 3 lần.
- Nghiệm thức 1 (NT1): cho vào mỗi bể 10
4
CFU/mL Nitrosomonas, 10
4

CFU/mL Nitrobacter và 10
4
CFU/mL Bacillus.
- Nghiệm thức 2 (NT2): cho vào mỗi bể 10
4
CFU/mL Nitrosomonas, 10

4

CFU/mL Nitrobacter và 10
5
CFU/mL Bacillus.
- Nghiệm thức 3 (NT3): cho vào mỗi bể 10
4
CFU/mL Nitrosomonas, 10
4

CFU/mL Nitrobacter và 10
6
CFU/mL Bacillus.