Khảo sát tính đa dạng di truyền của vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học phân lập từ chất thải trong ao nuôi cá tra và ứng dụng vào xử lý nước ao nuôi cá tra ở đồng bằng sôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ



ĐẶNG THỊ HUỲNH MAI




KHẢO SÁT TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN
CỦA VI KHUẨN TỔNG HỢP CHẤT KẾT TỤ SINH HỌC
PHÂN LẬP TỪ CHẤT THẢI TRONG AO NUÔI CÁ TRA
VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÝ NƢỚC AO NUÔI CÁ TRA
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG



LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC
MÃ NGÀNH 62 42 01 07




2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

ĐẶNG THỊ HUỲNH MAI



KHẢO SÁT TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN
CỦA VI KHUẨN TỔNG HỢP CHẤT KẾT TỤ SINH HỌC
PHÂN LẬP TỪ CHẤT THẢI TRONG AO NUÔI CÁ TRA
VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÝ NƢỚC AO NUÔI CÁ TRA
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG


LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC
MÃ NGÀNH 62 42 01 07


CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGS. TS. HÀ THANH TOÀN
PGS. TS. NGÔ THỊ PHƢƠNG DUNG



2015
i

LỜI CẢM TẠ

Kính gởi đến PGS. TS. Hà Thanh Toàn, lời trân trọng cảm ơn của tôi;
trong suốt thời gian học tập, Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên

tôi hoàn thành chương trình học cũng như thực hiện đề tài nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn PGS. TS. Ngô Thị Phương Dung đã luôn sẳn sàng
hướng dẫn, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học.
Đặc biệt, xin trân trọng cảm ơn GS. TS. Cao Ngọc Điệp đã dành thời
gian quý báu, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công
nghệ Sinh học đã nhiệt tình hỗ trợ cho tôi khi cần thiết; các Thầy, Cô, Cán bộ
giảng dạy của Viện đã truyền đạt kiến thức hữu ích và giúp đỡ tôi; các nghiên
cứu viên, kỹ thuật viên phụ trách các phòng thí nghiệm Vi sinh vật môi
trường, phòng thí nghiệm Sinh học phân tử đã tích cực hỗ trợ tôi trong suốt
quá trình học tập và làm việc tại đây.
Xin cảm ơn tất cả các bạn Nghiên cứu sinh, các học viên Cao học, các
sinh viên Đại học đã luôn hỗ trợ tôi trong thời gian thực hiện đề tài nghiên
cứu.
Lời chân thành cảm tạ cũng xin được gửi đến các người bạn đã luôn
động viên, chia sẽ cùng tôi những khó khăn, vướng mắc để đạt đến mục tiêu
đã đề ra.
Xin trân trọng cảm ơn tất cả.

NCS Đặng Thị Huỳnh Mai









ii

TÓM TẮT
Bên cạnh lợi ích về kinh tế, việc nuôi cá tra công nghiệp cũng đã có
những tác động tiêu cực rất lớn đến môi trường do thức ăn dư thừa, chất thải
trong quá trình trao đổi chất, các hóa chất sử dụng …lắng xuống, tích tụ lại
trong đáy ao và nhanh chóng chuyển hóa thành ammonium, nitrate, phosphate
cũng như các hợp chất khác gây ô nhiễm môi trường. Để xử lý nước, quy trình
kết tụ sinh học được đề nghị áp dụng nhằm giúp loại bỏ tạp chất, tạo thuận lợi
cho các công đoạn xử lý sau với lợi điểm là đầu tư cơ sở hạ tầng ít, hiệu quả
nhanh và thân thiện với môi trường. Chất kết tụ sinh học có hiệu quả cao,
không độc hại, có thể phân hủy sinh học, không gây ô nhiễm thứ cấp, phạm vi
ứng dụng rộng và vi khuẩn tạo chất kết tụ cũng dễ phát triển tăng sinh khối.
Trên cơ sở đó, đề tài: “Khảo sát tính đa dạng di truyền của vi khuẩn tổng
hợp chất kết tụ sinh học phân lập từ chất thải trong ao nuôi cá tra và ứng
dụng vào xử lý nƣớc ao nuôi cá tra ở đồng bằng sông Cửu Long” được
tiến hành nhằm tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng tạo chất kết tụ
sinh học cao và khảo sát tính đa dạng di truyền của chúng, đồng thời giới thiệu
một số chủng vi khuẩn, tổ hợp vi khuẩn có hiệu quả ứng dụng vào xử lý nước
ao nuôi cá tra. Có 389 chủng vi khuẩn tạo chất kết tụ phân lập được từ 155
mẫu (nước và bùn đáy) thu thập trong các ao nuôi cá tra ở 10 tỉnh/thành phố
đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả khảo sát cho thấy trung bình mật số vi
khuẩn trong mùa khô và trong mùa mưa đều khác biệt không có ý nghĩa thống
kê với độ tin cậy 95% trên cả 2 loại môi trường protein và polysaccharide.
Khuẩn lạc của các vi khuẩn phân lập nhầy ướt, thường có dạng tròn, bìa
nguyên, mô cao và trong hoặc đục, kem ngà, xám… Đa số tế bào có dạng que
ngắn, chuyển động. Qua khảo sát, 20 chủng vi khuẩn có tỉ lệ kết tụ cao được
tách chiết DNA và nhân đoạn gen 16S rDNA với cặp mồi 37F - 1479R. Giải
trình tự các đoạn gen 16S rDNA này và so sánh với các chủng vi khuẩn trên
ngân hàng dữ liệu của NCBI bằng phần mềm BLAST N. Kết quả cho thấy các
chủng AG08P, BT24P, CT04P, DTO7P, HG06P, KG15P, TG03P, VL02P,

AG19S, BT36S, CT27S, HG09S, KG50S, TG09S, TV35S, VL22S, tương
đồng 98-99% với các chủng thuộc chi Bacillus với nhiều loài khác nhau; các
chủng ST05P, TV05P tương đồng 98-99% với Staphylococcus xylosus ; các
chủng DT45S và ST37S tương đồng 97-98% với Arthrobacter sp. và
Agrobacterium tumefaciens. Khảo sát đa dạng di truyền của các chủng vi
khuẩn dựa trên tính đa hình của các nucleotide qua các dấu phân tử SNP
(Single Nucleotide Polymorphis), các chỉ số π, θ và cây phả hệ dựa trên trình
tự 16S rDNA thể hiện mối tương quan mật thiết với các nốt có chỉ số
bootstrap cao (97-100%) cho thấy sự đa dạng di truyền của các loài vi khuẩn
iii

này cũng như sự đa dạng sinh học của các vi khuẩn trong tự nhiên. Trong số
20 chủng vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học hiệu quả cao, 3 chủng vi khuẩn có
tỉ lệ kết tụ cao hơn 70% trên mỗi loại môi trường (môi trường protein và môi
trường polysaccharide) được chọn để khảo sát những yếu tố ảnh hưởng đến tỉ
lệ kết tụ. Tỉ lệ kết tụ sinh học cao nhất được ghi nhận ở pH tối ưu là 6 với sự
hiện diện của NaCl. Tinh bột, glutamate, KCl được sử dụng như nguồn
carbon, nitrogen và khoáng vô cơ tốt nhất đối với các chủng vi khuẩn tạo chất
kết tụ sinh học trên môi trường protein và đối với các vi khuẩn trên môi trường
polysaccharide là sucrose, glutamate, CaCl
2
. Thời gian nuôi cấy để đạt tỉ lệ kết
tụ cao nhất không giống nhau giữa các chủng vi khuẩn, tùy theo chủng mà thời
gian này thay đổi từ 2 - 5 ngày. Ngoài ra, liều lượng sử dụng để cho tỉ lệ kết tụ
cao nhất đối với các chủng tuyển chọn đều thấp, chỉ từ 0,08% - 0,12%. Sau khi
được tối ưu hóa, tỉ lệ kết tụ cao nhất của các chủng vi khuẩn Bacillus
megaterium AG08P, Bacillus megaterium DT07P, Agrobacterium tumefaciens
ST37S và các tổ hợp vi khuẩn DT07P + AG08P và DT07P + ST37S đạt được
trong huyền phù kaolin lần lượt là 80,13%, 83,01%, 81,45%, 83,26%, 83,51%
và 52,06%, 52,75%, 53,26%, 51,37%, 52,41% trong nước ao nuôi cá tra. Khi

ứng dụng vào xử lý nước ao nuôi cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm, các
chủng và tổ hợp vi khuẩn này đã làm giảm lượng TSS và COD trong nước ao
là 48,19% - 76,71% và 29,55% - 67,35% so với đối chứng.
Từ khóa: cá tra, đa dạng di truyền, kết tụ sinh học, PCR 16S rDNA, vi
khuẩn tạo chất kết tụ sinh học, xử lý nước ao.















iv

Title: “Studying the genetic diversity of bioflocculant -
producing bacteria isolated from waste striped catfish ponds and
their application to water treatment in the striped catfish ponds in
the Mekong delta”
SUMMARY
Beside the economic profits, industrial striped catfish culture had a large
negative impact to the environment because of uneaten feed, excrement of
metabolism, used chemical and so on fell down, accumulated in the bottom

and converted quickly to ammonium, nitrate, phosphate and other compounds
which caused environmental pollution. In order to treat the water, the
bioflocculation process was proposed for removing the impure matter,
supporting the next treatment phases with the advantages such as low
infrastructure investment, having fast effect and environment friendly. The
bioflocculant has high effiency, non-toxicity, biodegradability, non secondary
pollution, wide application areas and the bioflocculant-producing bacteria
were not difficult to increase. Base on these reasons, the dissertation:
“Studying the genetic diversity of bioflocculant-producing bacteria
isolated from waste striped catfish ponds and their application to water
treatment in striped catfish ponds in the Mekong delta” was carried out to
select the bioflocculant-producing bacteria having high ability and analyse
their genetic diversity, simultaneously, some strains and/or combinations of
bacteria strains applied to water treatment in the striped catfish pond. There
are 389 bioflocculant-producing bacteria were isolated from 155 samples
(water and sediment) which were collected from striped catfish ponds in 10
city/provinces in the Mekong delta. The results showed that the means of
bacterial density in wet season and dry season in all locations were not
significantly different with 95% of the confidence level in both protein and
polysaccharide medium. The colonies of these isolates are mucous, generally
round-shaped, whole cover, emergence and transparent or opaque, creammy,
grey and so on. Cells are mostly short rods and motile. After testing, 20
isolates having high flocculation rate were extracted DNA and amplified the
gene 16S rDNA with primers 37F - 1479R. Sequencing these 16S rDNA
genes, and comparing to those in the GenBank reference strains of NCBI by
BLAST N software. The results showed that AG08P, BT24P, CT04P, DTO7P,
HG06P, KG15P, TG03P, VL02P, AG19S, BT36S, CT27S, HG09S, KG50S,
TG09S, TV35S, VL22S strains were 98-99% of the similarity to Bacillus with
many species; ST05P, TV05P strains were 98-99% of the similarity to
Staphylococcus xylosus; DT45S and ST37S strains were 97-98% of the

v

similarity to Arthrobacter sp., and Agrobacterium tumefaciens. Studying
genetic diversity of these strains based on the nucleotide polymorphis by SNP
(Single Nucleotide Polymorphis) molecular markers, π value, θ value, and the
phylogenetic tree based on the 16S rDNA sequences, displayed high
consistency, with nodes supported by high bootstrap values (97-100%)
indicated the genetic diversity of these bacteria as well as the bacterial
biodiversity in nature. Among 20 bioflocculant-producing strains that had high
ability, three strains having flocculating rates over 70% in each medium
(protein medium and polysaccharide medium) were selected to study the
factors which influenced on the flocculation rates. The maximum
bioflocculating rates were recorded at an optimal pH of 6 in the presence of
NaCl. Starch, glutamate, KCl were used as the best carbon, nitrogen and
mineral source for the bioflocculant-producing strains in protein medium, and
for those in polysaccharide medium were sucrose, glutamate, and CaCl
2
. The
time for culture to have a maximum flocculating rate was not the same
between the strains. It depended on each strain and varied in the range of 2-5
days. Besides that, the dosage that gave the highest flocculation rates was low
(0,08%- 0,12%) with all selected strains. After being optimized, the highest
flocculating rates of Bacillus megaterium AG08P, Bacillus megaterium
DT07P, Agrobacterium tumefaciens ST37S strains, and combinations of
DT07P + AG08P, DT07P + ST37S that achieved for kaolin suspension were
80,13%, 83,01%, 81,45%, 83,26%, 83,51%, respectively, and 52,06%,
52,75%, 53,26%, 51,37%, 52,41% for striped catfish pond water. When
applying to water treatment in the striped catfish pond in the laboratory, these
strains and combinations reduced the TSS and COD content in water of striped
catfish pond in the range of 48,19% - 76,71% and 29,55% - 67,35% in

comparison to control, respectively.
Keyswords: bioflocculant-producing bacteria, bioflocculation, genetic
diversity, PCR 16S rDNA, pond water treatment, striped catfish.








vi

CAM KẾT KẾT QUẢ

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

Cần Thơ, ngày 25 tháng 01 năm 2015
Nghiên cứu sinh thực hiện




Đặng Thị Huỳnh Mai

vii

MỤC LỤC

Trang
Mục lục vii
Danh mục bảng x
Danh mục hình xi
Danh mục các từ viết tắt xiv
Chƣơng 1. Giới thiệu 1

1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 3
1.3. Mục tiêu 3
1.4. Những điểm mới của đề tài 3
1.5. Ý nghĩa của đề tài 3
Chƣơng 2. Tổng quan tài liệu 4
2.1. Thực trạng về nuôi cá tra ở ĐBSCL và một số biện pháp xử lý nước, 4
chất thải trong ao nuôi cá
2.1.1. Cá tra nuôi 4
2.1.2. Địa điểm và quy mô ao nuôi cá 5
2.1.3. Tình hình ô nhiễm nước do nuôi cá tra 6
2.1.4. Một số biện pháp xử lý nước, chất thải trong ao nuôi cá 8
2.2. Kết tụ sinh học - Vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học 13
2.2.1. Chất kết tụ sinh học 13
2.2.2. Cơ chế của quá trình kết tụ sinh học 14
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tụ sinh học 16
2.2.4. Một số nghiên cứu về vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học 20
2.2.5. Một số ứng dụng vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học 23
2.3. Khảo sát đa dạng di truyền 24
2.3.1. Đa dạng di truyền ở vi sinh vật 24
2.3.2 Tách chiết DNA ở vi khuẩn 25
2.3.3. Sử dụng đoạn gen 16S rDNA/rRNA trong khảo sát đa dạng 26
di truyền của vi khuẩn
2.3.4. Đa hình nucleotide đơn (SNP) 27
2.3.5. So sánh trình tự 28
2.3.6. Cây phả hệ (Giản đồ phả hệ) 28
2.3.7. Một số kỹ thuật sinh học phân tử, phần mềm ứng dụng 30
trong xử lý, phân tích các chuỗi trình tự DNA
Chƣơng 3. Phƣơng tiện và phƣơng pháp nghiên cứu 33
viii

3.1. Phương tiện nghiên cứu 33
3.1.1. Địa điểm thực hiện thí nghiệm 33
3.1.2. Thiết bị, dụng cụ 33
3.1.3. Hóa chất 33
3.2. Phương pháp nghiên cứu 34
3.2.1. Thu mẫu và xác định mật số 35
3.2.2. Phân lập vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học 36
3.2.3. Tuyển chọn vi khuẩn có tỉ lệ kết tụ cao 37
3.2.4. Nhận diện, định danh các chủng vi khuẩn tuyển chọn 38
3.2.5. Khảo sát đa dạng di truyền của các vi khuẩn tuyển chọn 41
3.2.6. Chọn lọc các vi khuẩn có tỉ lệ kết tụ cao hơn 70% từ các 42
chủng đã tuyển
3.2.7. Xác định các điều kiện để các vi khuẩn chọn lọc đạt tỉ lệ 42
kết tụ cao nhất
3.2.8. Kiểm tra hiệu quả của các chủng, tổ hợp vi khuẩn chọn lọc 45
3.2.9. Ứng dụng vào xử lý nước ao nuôi cá tra ở quy mô phòng thí 45
nghiệm
Chƣơng 4. Kết quả và thảo luận 47
4.1. Mật số vi khuẩn trong mùa khô và mùa mưa 47
4.2. Kết quả phân lập các chủng vi khuẩn tạo kết tụ sinh học 47
4.2.1. Số liệu tổng quát kết quả phân lập 47
4.2.2. Đặc điểm các chủng vi khuẩn phân lập được 48
4.3. Kết quả tuyển chọn vi khuẩn có tỉ lệ kết tụ cao trong mỗi tỉnh 51
4.4. Kết quả định danh các chủng vi khuẩn tuyển chọn 51
4.4.1. Kết quả điện di sản phẩm PCR từ DNA của các chủng vi khuẩn 51
4.4.2. Kết quả phân tích trình tự, xác định các chủng tương đồng 53
di truyền, định danh các chủng vi khuẩn tuyển chọn
4.5. Đa dạng di truyền của các chủng vi khuẩn tạo kết tụ được tuyển chọn 56
4.5.1. Tính đa hình của các nucleotide 56

4.5.2. Giản đồ phả hệ thể hiện tương quan giữa vi khuẩn tạo kết tụ 64
được tuyển chọn và các chủng vi khuẩn tương đồng di truyền
4.6. Kết quả tuyển chọn các chủng vi khuẩn có tỉ lệ kết tụ hơn 70% 68
4.7. Các điều kiện để kết tụ đạt tỉ lệ cao nhất 71
4.7.1. pH của môi trường 71
4.7.2. Ion kim loại trong môi trường 73
4.7.3. Nguồn dinh dưỡng phù hợp nhất cho vi khuẩn 76
4.7.4. Thời gian nuôi cấy và liều lượng vi khuẩn sử dụng 79
4.7.5. Tương quan giữa mật số vi khuẩn và tỉ lệ kết tụ theo 85
ix

thời gian nuôi cấy
4.8. Kiểm tra các chủng, tổ hợp vi khuẩn tạo kết tụ với tỉ lệ cao 88
4.8.1. Kết quả kiểm tra hiệu quả kết tụ trong dung dịch kaolin 88
4.8.2. Kết quả kiểm tra hiệu quả kết tụ trong nước ao nuôi cá tra 89
4.9. Kết quả xử lý nước ao nuôi cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm 92
4.9.1. Kết quả xử lý nước ao Cần Thơ 1 92
4.9.2. Kết quả xử lý nước ao Cần Thơ 2 93
4.9.3. Kết quả xử lý nước ao Cần Thơ 3 94
Chƣơng 5. Kết luận và đề xuất 97
5.1. Kết luận 97
5.2. Đề xuất 97
Danh mục các công trình công bố kết quả nghiên cứu của đề tài 99
luận án
Tài liệu tham khảo 100
Phụ lục 113

x

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Môi trường phân lập vi khuẩn tạo chất kết tụ 36
Bảng 3.2. Các tổ hợp môi trường dinh dưỡng từ các nguồn carbon, 43
nitrogen, khoáng vô cơ khác nhau
Bảng 4.1. Số liệu tổng quát kết quả phân lập vi khuẩn 48
Bảng 4.2. Đặc điểm tế bào vi khuẩn 48
Bảng 4.3. Đặc điểm khuẩn lạc các chủng vi khuẩn phân lập được 49
Bảng 4.4. Kết quả tuyển chọn vi khuẩn tạo kết tụ trong mỗi tỉnh 51
Bảng 4.5. Trình tự 10 chủng vi khuẩn tạo kết tụ protein và các chủng 53

tương đồng di truyền
Bảng 4.6. Trình tự 10 chủng vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide và các 54
chủng tương đồng di truyền
Bảng 4.7. Sơ đồ thể hiện các dấu SNP trên các vị trí base của VK kết tụ 57
protein
Bảng 4.8. Sơ đồ thể hiện các dấu SNP trên các vị trí base của VK kết tụ 61
polysaccharide
Bảng 4.9. Các chủng vi khuẩn tạo kết tụ protein với tỉ lệ từ thấp đến cao 69
Bảng 4.10. Các chủng vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide với tỉ lệ từ 69
thấp đến cao
Bảng 4.11. Tương quan tỉ lệ kết tụ của các chủng vi khuẩn theo các 71
giá trị pH
Bảng 4.12. Tương quan tỉ lệ kết tụ của các chủng vi khuẩn theo các 73
ion kim loại
Bảng 4.13. Tỉ lệ kết tụ theo liều lượng vi khuẩn sử dụng trên 2 loại 75
môi trường
Bảng 4.14. Tỉ lệ kết tụ của các chủng vi khuẩn tạo kết tụ protein 77
trên 48 môi trường dinh dưỡng
Bảng 4.15. Tỉ lệ kết tụ của các chủng vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide 78
trên 48 môi trường dinh dưỡng
Bảng 4.16. Các chủng vi khuẩn tuyển chọn và tổ hợp từ 6 chủng vi khuẩn 79
Bảng 4.17. Tỉ lệ kết tụ theo liều lượng vi khuẩn sử dụng qua các ngày 80
nuôi cấy
Bảng 4.18. Đặc điểm sinh hóa của Bacillus megaterium AG08P và 91
Bacillus megaterium DT07P so với khóa phân loại Bergey
Bảng 4.19. TSS và COD nước ao Cần Thơ 1 trước và sau xử lý với VK 93
Bảng 4.20. TSS và COD nước ao Cần Thơ 2 trước và sau xử lý với VK 94
Bảng 4.21. TSS và COD nước ao Cần Thơ 3 trước và sau xử lý với VK 95

xi

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Cá tra Pangasianodon hypophthalmus 4
Hình 2.2. Sơ đồ vị trí, thiết kế các ao nuôi cá tra ở cồn Đông Giang 5
Hình 2.3. Ao nuôi cá của trại nuôi trồng thủy sản Liên Kết bên bờ 5
sông Hậu
Hình 2.4. Thực hiện sên vét bùn đáy ao 8
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý nước thải từ ao nuôi cá 9
Hình 2.6. Ao nuôi cá và hệ thống đất ngập nước kiến tạo tại 9
Coastal Aquaculture Unit
Hình 2.7. Mô hình hệ thống tuần hoàn sử dụng ở Đại học Clemson 10
Hình 2.8. Sơ đồ cơ chế kết tụ của chất kết tụ sinh học DYU500 15
Hình 2.9. Sơ đồ công thức cấu tạo của kaolin 16
Hình 2.10. Giản đồ phả hệ trong nghiên cứu của Haleem và ctv. (2008) 29
Hình 2.11. Giản đồ phả hệ trong nghiên cứu của Zaki và ctv. (2011) 29
Hình 3.1. Sơ đồ tóm tắt các giai đoạn thí nghiệm 34
Hình 3.2. Bản đồ tổng quát địa điểm thu mẫu ở 10 tỉnh ĐBSCL 35
Hình 3.3. Thu mẫu trong ao nuôi cá 35
Hình 3.4. Xác định mật số vi khuẩn 36
Hình 3.5. Khuẩn lạc của vi khuẩn 37
Hình 3.6. Các vi khuẩn ròng được trữ 37
Hình 3.7. Kết tụ trong dung dịch kaolin 38
Hình 3.8. Gen 16S rDNA đang được khuếch đại trong máy bằng 39
kỹ thuật PCR
Hình 3.9. Dung dịch mẫu DNA được cho vào gel để thực hiện điện di 40
Hình 3.10. Trình tự đoạn DNA 40
Hình 3.11. Các vi khuẩn tương đồng 40
Hình 3.12. Dấu SNP trên các chuỗi trình tự 41
Hình 3.13. Vị trí thu mẫu nước ao nuôi cá tra tại thành phố Cần Thơ 46

Hình 3.14. Thí nghiệm ứng dụng vi khuẩn xử lý nước ao với thể tích 100 L 46
Hình 4.1. Trung bình mật số vi khuẩn tạo kết tụ trên môi trường protein và 47
polysaccharide trong các mẫu thu vào mùa khô và vào mùa mưa
Hình 4.2. Một số dạng tế bào vi khuẩn phân lập nhìn qua kính hiển vi 49
quang học x 400
Hình 4.3. (1) Khuẩn lạc rất nhày, kéo sợi dài; (2) Khuẩn lạc to, mô cao 50
(3-8) Một số dạng khuẩn lạc phân lập được
Hình 4.4. Phổ điện di sản phẩm PCR từ DNA của các chủng vi khuẩn 52
tạo chất kết tụ sinh học trên môi trường protein
Hình 4.5. Phổ điện di sản phẩm PCR từ DNA của các chủng vi khuẩn 52
xii

tạo chất kết tụ sinh học trên môi trường polysaccharide
Hình 4.6. Tỉ lệ phân bố các chủng vi khuẩn tạo kết tụ protein 54
Hình 4.7. Tỉ lệ phân bố các chủng vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide 55
Hình 4.8. Đường biểu diễn Pi (trên 10 chuỗi trình tự của VK tạo kết tụ 56
protein)
Hình 4.9. Đường biểu diễn Theta (trên 10 chuỗi trình tự của VK tạo 56
kết tụ protein)
Hình 4.10. Giản đồ phả hệ mô tả mối tương quan di truyền giữa các 58
chủng vi khuẩn tạo kết tụ protein
Hình 4.11. Bản đồ phân bố vi khuẩn tạo kết tụ protein ở các tỉnh ĐBSCL 59
Hình 4.12. Đường biểu diễn Pi (trên 10 chuỗi trình tự của VK tạo kết tụ 60
polysaccharide)
Hình 4.13. Đường biểu diễn Theta (trên 10 chuỗi trình tự của VK tạo 60
kết tụ polysaccharide)
Hình 4.14. Giản đồ phả hệ mô tả mối tương quan di truyền giữa các 63
chủng vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide
Hình 4.15. Bản đồ phân bố vi khuẩn tạo kết tụ polysaccharide ở các 64
tỉnh ĐBSCL

Hình 4.16. Giản đồ phả hệ mô tả mối tương quan giữa các vi khuẩn tạo 65
kết tụ protein và các chủng tương đồng di truyền
Hình 4.17. Giản đồ phả hệ mô tả mối tương quan giữa các vi khuẩn tạo 67
kết tụ polysaccharide và các chủng tương đồng di truyền
Hình 4.18. Ảnh 6 chủng vi khuẩn qua kính hiển vi điện tử quét 70
Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn tỉ lệ kết tụ của các vi khuẩn theo các giá trị pH 72
Hình 4.20. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ kết tụ của các vi khuẩn theo các ion 74
kim loại
Hình 4.21. Tỉ lệ kết tụ cao nhất của các chủng vi khuẩn tuyển chọn 81
Hình 4.22a. Tỉ lệ kết tụ của các tổ hợp vi khuẩn sau 2 ngày nuôi cấy 83
4.22b. Tỉ lệ kết tụ của các tổ hợp vi khuẩn sau 3 ngày nuôi cấy 83
4.22c. Tỉ lệ kết tụ của các tổ hợp vi khuẩn sau 4 ngày nuôi cấy 84
4.22d. Tỉ lệ kết tụ của các tổ hợp vi khuẩn sau 5 ngày nuôi cấy 84
Hình 4.23a, b, c. Biểu đồ thể hiện tương quan giữa mật số vi khuẩn và tỉ lệ 86
kết tụ theo thời gian ở các vi khuẩn AG08P, DT07P, HG06P
Hình 4.23d, e, f. Biểu đồ thể hiện tương quan giữa mật số vi khuẩn và tỉ lệ 87
kết tụ theo thời gian ở các vi khuẩn AG19S, TG09S, ST37S
Hình 4.24. Tỉ lệ kết tụ của các chủng vi khuẩn kiểm tra trong dung dịch 88
kaolin
Hình 4.25. Tỉ lệ kết tụ của các tổ hợp vi khuẩn kiểm tra trong dung dịch 89
kaolin
xiii

Hình 4.26. Tỉ lệ kết tụ của các chủng, tổ hợp vi khuẩn trong nước 90
ao cá Ô Môn
Hình 4.27. Tỉ lệ kết tụ của các chủng, tổ hợp vi khuẩn trong nước 90
ao cá Trà Vinh
Hình 4.28.Tỉ lệ kết tụ của các chủng, tổ hợp vi khuẩn trong nước 92
ao Cần Thơ 1
Hình 4.29. Tỉ lệ kết tụ của các chủng, tổ hợp vi khuẩn trong nước 93

ao Cần Thơ 2
Hình 4.30. Tỉ lệ kết tụ của các chủng, tổ hợp vi khuẩn trong nước 95
ao Cần Thơ 3

xiv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BNNPTNT: Bộ Nông Nghiệp Phát triển Nông Thôn
Bộ TN&MT: Bộ Tài nguyên và Môi trường
BiH
2
O: nước cất 2 lần
BLAST: Basic Local Alignment Search Tool
BOD: Biochemical Oxygen Demand
Bp: Base pair
BSA: Bovine Serum Albumine acetyllated
CFU: Clony Forming Unit
COD: Chemical Oxygen Demand
CTAB: Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide
Cty LTMN: Công ty Lương Thực Miền Nam
DNA: Deoxyribose Nucleic Acid
dNTP: Deoxyribonucleoside Triphosphate
ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long
EtBr: Ethidium Bromide
FCR: Food Conversion Ratio
Global GAP: Global Good Agricultural Pratices
LB: Luria Broth
MEGA: Molecular Evolutionary Genetics Analysis
NCBI: National of Centre Biotechnology Information
OD: Optical Density
PAC: Polymeric Aluminium Chloride
PCR: Polymerase Chain Reaction
PFS: Polymeric Ferric Sulfate

QCVN: Quy Chuẩn Việt Nam
QĐ: Quyết định
SDS: Sodium Dodecyl Sulfate
SEM: Scanning Electron Microscope
SNP: single nucleotide polymorphism
TAE: Tris Acetate EDTA
TE: Tris EDTA
TLKT: Tỉ lệ kết tụ
TNHH SXTMDV: Trách Nhiệm Hữu Hạn Sản Xuất Thương Mại Dịch vụ
TSS: Total suspended solid



1

Chƣơng 1
GIỚI THIỆU

1.1. Đặt vấn đề
Nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu thủy sản là thế mạnh kinh tế đặc biệt
hiện nay ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đưa khu vực này nhanh
chóng trở thành vùng trọng điểm về nuôi trồng thủy sản cho tiêu dùng và xuất
khẩu. Một trong những loài thủy sản đã và vẫn có tiềm năng rất lớn là cá tra,
được nuôi nhiều ở ĐBSCL. Ngày 11/9/2014, Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn có Quyết định số 3885/QĐ-BNN-TCTS về việc phê duyệt quy
hoạch nuôi, chế biến cá tra đến năm 2020. Theo đó, mục tiêu phát triển nuôi,
chế biến cá tra vùng ĐBSCL thành ngành kinh tế quan trọng của thủy sản Việt
Nam theo hướng công nghiệp và thân thiện với môi trường. Sản phẩm cá tra
nhằm phục vụ xuất khẩu và tiêu thụ nội địa, góp phần nâng cao thu nhập của
người dân và tăng thu ngoại tệ cho đất nước. Tuy nhiên, sự phát triển nuôi

trồng thủy sản với quy mô công nghiệp lại kéo theo các tác động môi trường
đa dạng. Nếu nuôi cá tra với mật độ cao (40-50 con/m2), sử dụng hoàn toàn
thức ăn công nghiệp thì lượng chất thải tích tụ trong ao nuôi là rất lớn (Trương
Quốc Phú và Trần Kim Tính, 2012). Dưới tác động của vi sinh vật và các quá
trình phân hủy, thức ăn dư thừa, chất thải trong quá trình trao đổi chất, các hóa
chất sử dụng…bị tích góp lại trong nước và nền đáy nhanh chóng chuyển hóa
thành ammonium, nitrate, phosphate… làm cho môi trường nuôi bị ô nhiễm,
các đối tượng nuôi dễ bị ảnh hưởng và chết do mắc bệnh, thiếu oxy hay tăng
độc tính của các chất chuyển hoá (Châu Minh Khôi và ctv., 2012).
Các nghiên cứu của Boyd (1985), Foster và Gross (1988) cho thấy cá da
trơn chỉ hấp thu được 27 - 30% Nitrogen (N), 16 - 30% Phosphor (P) và
khoảng 25% chất hữu cơ đưa vào từ thức ăn. Yi và ctv. (2004) khi thử nghiệm
nuôi cá trê lai trong 90 ngày cho thấy cá chỉ hấp thu được khoảng 37% hàm
lượng N và 45% hàm lượng P trong thức ăn cho vào ao nuôi. Trong các
nghiên cứu do Châu Minh Khôi và ctv. (2012), so với QCVN
08:2008/BTNMT, đối với hàm lượng N cho phép hiện diện trong nước mặt sử
dụng cho mục đích sinh hoạt thì hàm lượng N-NH
4
+
hòa tan trong các ao nuôi
cá tra cao hơn gấp nhiều lần ngay cả giai đoạn cá còn nhỏ, trong khi đó N-
NO
3
-
hiện diện ở nồng độ thấp hơn giới hạn tiêu chuẩn cho phép. Đối với P,
hàm lượng P vô cơ hòa tan trong nước ao nuôi cá tra từ giai đoạn 2 tháng tuổi
đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Mặt khác, nếu nước thải chứa hàm lượng N, P
hòa tan cao được thải trực tiếp ra kênh rạch có thể sẽ gây ô nhiễm môi trường
và nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt.
Để xử lý nước ao nuôi cá tra, có nhiều phương pháp: vật lý, hóa học, sinh

2

học Mỗi phương pháp đều có một số ưu điểm cũng như hạn chế nhất định.
Một số phương pháp sử dụng hóa chất cho hiệu quả nhanh nhưng có liên quan
đến sự an toàn của sinh vật và có nguy cơ gây ô nhiễm thứ cấp trong quá trình
áp dụng; một số chất khác có thể sử dụng được nhưng giá thành lại cao. Các
phương pháp xử lý kết hợp với thực vật tuy thân thiện với môi trường nhưng
yêu cầu phải có mặt bằng đất ngoài ao nuôi hoặc phải đầu tư thêm trang thiết
bị chuyên dụng Tất cả các vấn đề trên làm giới hạn khả năng áp dụng chúng,
và vì vậy việc phát triển một biện pháp xử lý nước ao nuôi cá an toàn, không
gây ô nhiễm môi trường, đạt hiệu quả kinh tế, là thật sự cần thiết. Trên cơ sở
đó, quy trình kết tụ sinh học đã được đề nghị vì kết tụ là công đoạn ban đầu
cần thiết, giúp loại bỏ các tạp chất, tạo thuận lợi cho các công đoạn xử lý sau
cùng với lợi điểm là đầu tư cơ sở hạ tầng ít và thời gian xử lý nhanh. Sự kết tụ
các chất lơ lửng trong dung dịch giúp làm giảm các yếu tố như lượng chất rắn
lơ lửng, nhu cầu oxy hóa học của nước trước khi được xử lý bằng các
phương pháp khác, do đó vi khuẩn tạo chất kết tụ đóng vai trò quan trọng
trong quá trình tiền xử lý nước (Gong và ctv., 2008). Chất kết tụ sinh học có
hiệu quả cao, không gây ô nhiễm thứ cấp, có thể bị phân hủy bằng con đường
sinh học nên không gây hại cho người và các sinh vật khác, không gây ô
nhiễm môi trường; vi khuẩn tạo chất kết tụ cũng dễ phát triển gia tăng sinh
khối. Nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước đã nghiên cứu ứng dụng vi
khuẩn tạo kết tụ sinh học như Kurane và ctv. (1994) đã phân lập được
Rhodococcus erythropolis, Kaewchai và Prasertsan (2002) đã nghiên cứu
Bacillus subtilis dùng để xử lý nước thải của nhà máy ép dầu cọ hoặc Lu và
ctv. (2005) phân lập Enterobacter aerogenes từ các mẫu đất. Trong nước thải
ở cơ sở sản xuất bún, Cao Ngọc Điệp và ctv. (2010) đã phân lập được chủng vi
khuẩn Cronobacter sakazakii T2a; Bùi Thế Vinh và ctv. (2010) nghiên cứu
ứng dụng xử lý nước thải nhà máy sữa với 2 chủng Enterobacter aerogenes
P11 và P14

Tuy nhiên, hiệu quả kết tụ tùy thuộc vào tính chất hóa lý của chất kết tụ
sinh học được xác định bởi bản chất di truyền của sinh vật (Salehizadeh và
ctv., 2000), vì vậy tỉ lệ kết tụ phụ thuộc vào đặc tính của từng chi loài vi sinh
vật cũng như chịu ảnh hưởng của các yếu tố như thành phần chất dinh dưỡng,
điều kiện nuôi cấy, điều kiện của môi trường tạo chất kết tụ… Như thế, để có
thể ứng dụng vi khuẩn tạo chất kết tụ sinh học vào xử lý nước, đặc biệt nước
ao nuôi cá tra, cần có sự tuyển chọn các chủng vi khuẩn hiệu quả và khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tụ, xác định được các điều kiện để kết
tụ đạt tỉ lệ cao nhất. Đó cũng là những yêu cầu của đề tài: “Khảo sát tính đa
dạng di truyền của vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học phân lập từ
chất thải trong ao nuôi cá tra và ứng dụng vào xử lý nƣớc ao nuôi cá tra ở
3

đồng bằng sông Cửu Long” được đề nghị tiến hành với mục đích góp phần
làm giảm lượng chất thải trong nước ao nuôi cá, giúp ổn định sự phát triển bền
vững của nghề nuôi cá tra và bảo vệ môi trường nước.
1.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Đề tài được thực hiện nhằm tuyển chọn những chủng vi khuẩn tạo kết tụ
sinh học trong ao nuôi cá tra với tỉ lệ cao nhất. Khẳng định kết quả tuyển chọn
qua ứng dụng vào xử lý nước ao cá ở quy mô phòng thí nghiệm để tạo tiền đề
cho các công đoạn xử lý tiếp sau. Chưa đi sâu vào xử lý hoàn toàn nước ao
nuôi cá tra.
1.3. Mục tiêu
- Tuyển chọn được các chủng vi khuẩn có khả năng tạo kết tụ sinh học
đạt tỉ lệ cao, đồng thời khảo sát tính đa dạng di truyền của các chủng vi khuẩn
tuyển chọn.
- Xác định được các điều kiện phù hợp về pH, chất dinh dưỡng, thời gian
nuôi cấy… đối với các chủng vi khuẩn tuyển chọn để kết tụ đạt tỉ lệ cao nhất
nhằm chọn ra được một số chủng vi khuẩn, tổ hợp vi khuẩn có khả năng tạo
kết tụ cao ứng dụng vào xử lý nước ao nuôi cá tra ở ĐBSCL.

1.4. Những điểm mới của luận án
Tuyển chọn được một số vi khuẩn có khả năng tạo kết tụ cao phân lập từ
các ao nuôi cá tra ở 10 tỉnh/thành phố ở ĐBSCL. Định danh các chủng tuyển
chọn và xác định các chủng tương đồng di truyền bằng kỹ thuật sinh học phân
tử. Khảo sát đa dạng di truyền của các vi khuẩn tuyển chọn qua tính đa hình
của các nucleotid dựa trên dấu phân tử SNP. Thiết lập sơ đồ phả hệ thể hiện
mối tương quan di truyền giữa các vi khuẩn tuyển chọn và với các chủng
tương đồng di truyền. Xác định được các điều kiện phù hợp giúp các chủng vi
khuẩn tuyển chọn đạt tỉ lệ kết tụ cao nhất. Giới thiệu được một số chủng, tổ
hợp vi khuẩn hiệu quả cao có thể ứng dụng vào xử lý nước ao nuôi cá tra.
1.5. Ý nghĩa của đề tài
- Đề tài mang tính cấp thiết, mở ra hướng ứng dụng vi khuẩn tạo kết tụ
giúp giải quyết vấn đề xử lý nước ao nuôi cá tra, góp phần làm giảm ô nhiễm
môi trường nước hiện nay ở đồng bằng sông Cửu Long.
- Bên cạnh ý nghĩa về kinh tế - xã hội, đề tài còn giúp nâng cao kiến
thức, năng lực nghiên cứu cho người tham gia và đóng góp, bổ sung nhiều
thông tin cho các tài liệu tham khảo, các giáo trình giảng dạy cũng như làm cơ
sở cho những nghiên cứu sâu hơn về chuyên ngành vi sinh vật học, sinh học
ứng dụng và nông nghiệp.

4

Chƣơng 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Thực trạng về nuôi cá tra ở đồng bằng sông Cửu Long và một số biện
pháp xử lý nƣớc, chất thải trong ao nuôi cá
2.1.1 Cá tra nuôi
Bộ Cá nheo Siluriformes
Họ Cá tra Pangasiidae

Giống Cá tra dầu Pangasianodon
Loài Cá tra Pangasianodon hypophthalmus
Cá tra là loài cá da trơn, thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng
rộng, có 2 đôi râu dài. Đây là loài cá được nuôi truyền thống trong ao ở các
tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Ngoài tự nhiên cá sống ở lưu vực sông Mê
Kông (Thái Lan, Lào, Campuchia và Việt Nam). Cá có khả năng sống tốt
trong điều kiện ao tù nước đọng, nhiều chất hữu cơ, ôxy hòa tan thấp và có thể
nuôi với mật độ rất cao. Cá tra là loài ăn tạp. Trong tự nhiên, cá ăn được mùn
bã hữu cơ, rễ cây thủy sinh, rau quả, tôm tép, côn trùng, cá nhỏ Cá nuôi
trong ao sử dụng được các loại thức ăn khác nhau như cá tạp, thức ăn viên,
cám, tấm, rau muống Thức ăn có nguồn gốc động vật sẽ giúp cá lớn nhanh.
Khi nuôi trong ao, sau 1 năm cá đạt khối lượng 1 - 1,5 kg/con, và có thể lớn
nhanh hơn trong những năm sau. Trong ao nuôi, cá có thể đạt 25 kg ở cá 10
tuổi. Cá tra không đẻ trong ao nuôi, cũng không có bãi đẻ tự nhiên ở Việt
Nam. Cá đẻ ở Campuchia, cá bột theo dòng nước về Việt Nam. Trong tự
nhiên, mùa vụ sinh sản của cá bắt đầu từ tháng 5 -7 (âm lịch) hàng năm.
Người ta thường vớt cá bột trên sông vào khoảng tháng 5 âm lịch (Dương
Nhựt Long và ctv., 2014). Bắt đầu từ năm 1990, việc nghiên cứu sinh sản nhân
tạo cá tra được tiến hành, và đến năm 1999, khi đã chủ động và xã hội hóa sản
xuất giống nhân tạo thì nghề vớt cá tra bột đã chấm dứt. Hiện nay có thể mua
cá tra bột ở các trại sản xuất cá giống (Bộ Thủy sản, 2005).

Hình 2.1. Cá tra Pangasianodon hypophthalmus (ảnh tự chụp ngày 22/04/2012)
5

2.1.2. Địa điểm và quy mô ao nuôi cá
Hầu hết các vùng nuôi lớn nằm ở các cồn, ven sông Tiền, sông Hậu; một
số ao khác có thể ở ven kênh rạch thông với sông lớn. Nước cấp, thoát dễ dàng
quanh năm dựa vào biên độ của thủy triều. Việc vận chuyển cá giống về nuôi
và xuất cá thương phẩm sau thu hoạch được thực hiện dễ dàng nhờ các

phương tiện vận tải thủy.

Sơ đồ vùng nuôi
Đông
Tây
Bắc
Nam
RẠCH
GTR TR TR
Q
L
K1 K2
K4 K5 K
6
K3 K
7
RẠCH
A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1
RẠCH
MỸ
THUẬN
SÔNG TIỀN
BÃI BỒI
CAO
LÃNH

Hình 2.2. Sơ đồ vị trí, thiết kế các ao nuôi cá tra ở cồn Đông Giang-
Công ty Nông sản Thực phẩm Tiền Giang (Tổng Cty LTMN, 2012)
A1 – A14: các ao nuôi cá; K1 – K7: kho chứa thức ăn; TR: trạm canh.
QL: nhà quản lý vùng nuôi C: chốt canh, có đèn pha, còi báo

Hình 2.3. Ao nuôi cá của trại nuôi trồng thủy sản Liên Kết (Thới An , Ô Môn)
bên bờ sông Hậu (22/04/2012)

6

Vị trí các ao nuôi như thế giúp cách ly với khu dân cư, khu công nghiệp
và các vùng nuôi thủy sản lân cận. Nhờ vậy giảm được ô nhiễm chéo và lây
lan dịch bệnh. Tuy nhiên, cơ cấu đất không vững chắc, dễ có sự cố khi mưa to,
bão, nhất là bờ ao, nên phải được thường xuyên gia cố. Một số vùng nuôi nằm
gần biển như các ao của công ty Nông sản thực phẩm Trà Vinh nằm trên sông
Cổ Chiên đoạn gần biển, từ tháng 2 - 5 hàng năm, nước lợ xâm nhập theo triều
cường, đưa độ mặn trong nước ao từ 2 - 5%0, đôi khi lên đến 7 - 9%0, thậm chí
có lúc đến 13%0 (Tổng Công ty Lương thực Miền Nam, 2012).
Các ao của các công ty, các vùng nuôi lớn thường có diện tích bình quân
là 1 ha/ao, các hộ nuôi cá thể có thể chỉ 0,5 ha/ao. Độ sâu ao từ 3 - 3,5 m. Mỗi
ao có cống cấp, thoát nước chủ yếu theo thủy triều của sông rạch. Một số vùng
nuôi có ao lắng tập trung nước thải từ các ao nuôi trước khi thải ra môi trường
ngoài. Mật độ thả cá từ 30 - 70 con/m
2
tùy theo điều kiện môi trường và kinh
nghiệm nuôi từng nơi. Theo nhu cầu của thị trường, kích cỡ cá khi thu hoạch
từ 800 - 900 g nên thời gian của 1 vụ nuôi từ 6 - 7 tháng, đôi khi đến 8 tháng.
Hầu hết các nơi nuôi cá tra sử dụng nguồn thức ăn công nghiệp, hệ số chuyển
hóa thức ăn FCR (Food Conversion Ratio) thường khoảng 1,4 - 1,7. Tuy nhiên
một số hộ cá thể có thể kết hợp thức ăn công nghiệp và thức ăn tự chế nên
FCR cao hơn tức là tỉ lệ hấp thu thức ăn thấp hơn và chất thải ra môi trường
nhiều hơn.

2.1.3. Tình hình ô nhiễm nƣớc do nuôi cá tra
Nguồn cung cấp nước chủ yếu cho ao nuôi cá tra là nước sông. Nước
trong ao nuôi có sự hiện diện của nhiều loại chất như: hóa chất cải tạo ao và
khử trùng nước, các chất bổ sung vào thức ăn, các loại kháng sinh, thức ăn dư
thừa… Ngoài ra còn có các vi sinh vật, ký sinh trùng gây bệnh. Các chất này
dần tích tụ trong ao ngày càng nhiều dẫn đến việc gây ô nhiễm nước ao. Bên
cạnh đó, mật độ cá quá dày cũng sẽ làm thiếu oxy và tích tụ nhiều chất thải
trong nước (Tổng Công ty Lương thực Miền Nam, 2012). Để đánh giá chất
lượng nước, thường dựa vào một số chỉ tiêu chính như: pH của môi trường,
tổng lượng chất rắn (TS), lượng oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa
(BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), màu của nước, mùi của nước… (Hồng
Anh, 2008). (Phụ lục 20)
Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012) cho biết nguồn nước sông Tiền,
sông Hậu đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm ảnh hưởng không nhỏ do nuôi
trồng thủy sản ở khu vực ĐBSCL đem lại. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn (2008), cá tra là đối tượng cá nước ngọt được nuôi thâm canh trong
ao chủ yếu ở ĐBSCL với sản lượng hàng năm trên 1 triệu tấn, mang lại kim
ngạch xuất khẩu từ 1,4 -1,6 tỉ đô la trong tổng giá trị xuất khẩu thủy sản Việt
7

Nam (4 - 5 tỉ đô la), góp phần đảm bảo an ninh lương thực, thực phẩm trong
nước và thế giới. Song, trên thực tế, nghề nuôi cá tra đang tiềm ẩn nhiều rủi ro
về dịch bệnh, môi trường, thị trường. Hầu hết người dân phát triển nuôi cá tự
phát, thả nuôi mật độ quá cao trong khi chưa có đủ hệ thống cơ sở hạ tầng hỗ
trợ (xử lý nước thải, chất thải ) dẫn đến môi trường trong và ngoài ao nuôi rất
dễ bị ô nhiễm, dịch bệnh phát sinh, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất. Nghề
nuôi cá tra dọc theo sông Tiền và sông Hậu ở ĐBSCL phụ thuộc vào nguồn
nước ngọt của 2 sông này trong khi chất lượng nước của các sông này lại chịu
ảnh hưởng rất lớn từ các nguồn thải của hoạt động nuôi thủy sản và sản xuất
nông nghiệp, từ chất thải sinh hoạt của hơn 17 triệu dân ở ĐBSCL, chất thải từ

các khu công nghiệp, nhà máy chế biến…
Theo Trần Minh Lâm (Bộ Tài Nguyên và Môi trường, 2012), nuôi cá tra,
ba sa cần rất nhiều nước và phải thường xuyên thay đổi nước trong ao nuôi do
khả năng lây nhiễm dịch bệnh đối với cá nuôi là rất lớn. Đó là chưa kể đến
những vùng nuôi cá bị dịch bệnh chết hàng loạt, gây ô nhiễm môi trường nước
trầm trọng. Ngoài ra, các yếu tố như nuôi cá với mật độ quá cao, lượng thức ăn
cho cá quá nhiều cũng làm ô nhiễm nguồn nước. Các nghiên cứu của Boyd
(1985), Foster và Gross (1988) cho thấy cá da trơn chỉ hấp thu được 27 - 30%
Nitrogen (N), 16 - 30% Phosphor (P) và khoảng 25% chất hữu cơ đưa vào từ
thức ăn. Yi và ctv. (2004) khi thử nghiệm nuôi cá trê lai trong 90 ngày cho
thấy cá chỉ hấp thu được khoảng 37% hàm lượng N và 45% hàm lượng P
trong thức ăn cho vào ao nuôi. Trên thực tế, chỉ khoảng 17% thức ăn được cá
hấp thu và phần còn lại hòa lẫn trong môi trường nước trở thành các chất hữu
cơ phân hủy (Lê Anh Tuấn, 2007). Các nghiên cứu của Trương Quốc Phú
(2007) đã ghi nhận với diện tích ao nuôi 5.600 ha, sản lượng cá ước đạt 1,5
triệu tấn thì lượng chất thải ra môi trường khoảng 1 triệu tấn trong đó có 900
ngàn tấn chất hữu cơ, 29 ngàn tấn N và 9,5 ngàn tấn P (tính trên vật chất khô),
khoảng 250- 300 triệu m
3
nước thải và 8-9 triệu tấn bùn thải. Theo Bùi Quang
Tề (2006), trong mô hình nuôi cá tra thâm canh, thay nước khoảng 30% trong
giai đoạn cuối của ao nuôi cá tra giúp giảm chất thải trong ao. Tuy nhiên, đây
chỉ là giải pháp tức thời, quá trình thay nước ao nuôi cá sẽ khuếch tán một
lượng lớn chất thải từ ao nuôi vào môi trường xung quanh.
Theo thời gian, các vật chất lơ lửng trong nước sẽ lắng đọng xuống tạo
thành lớp bùn đáy trong ao. Tùy theo hàm lượng, kích cỡ vật chất lơ lửng và
dòng chảy của nước mà sự tích tụ bùn đáy trong ao nuôi khác nhau. Với thải
lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm khá cao như trên, chất thải từ các ao nuôi
cá tra đã và đang tác động rất lớn đến môi trường nước, ảnh hưởng tiêu cực
không chỉ đến nghề nuôi mà còn tác động đến các hoạt động sinh hoạt của người

dân trong vùng. Một số người nuôi có thể “sên bùn” trong lúc chưa thu hoạch cá,
8

dùng máy hút bùn đáy ao bơm lên bờ hay đưa ra sông, rạch.


Hình 2.4. Thực hiện sên vét bùn đáy ao (17/03/2012)
Theo Quyết định phê duyệt quy hoạch nuôi, chế biến cá tra vùng đồng
bằng sông Cửu Long đến năm 2020 (QĐ 3885/QĐ-BNN-TCTS, 2014) thì đến
năm 2016, diện tích mặt nước nuôi cá tra là 5.300 - 5.400 ha, sản lượng cá tra
là 1.250.000 - 1.300.000 tấn và đến năm 2020 diện tích mặt nước nuôi cá tra là
7.600 - 7.800 ha với sản lượng cá tra nuôi là 1.800.000 - 1.900.000 tấn. Với
quy hoạch như thế, lượng chất thải trong các ao nuôi cá tra sẽ là một giá trị số
rất lớn; lượng chất thải này nếu đưa trực tiếp ra môi trường ngoài (kênh rạch,
sông ) sẽ khó tránh khỏi vấn đề ô nhiễm môi trường nước (Châu Minh Khôi
và ctv., 2012).
2.1.4. Một số biện pháp xử lý nƣớc, chất thải trong ao nuôi cá
* Sử dụng hệ thống đất ngập nƣớc kiến tạo
Thử nghiệm của Đại học Cần Thơ (2007)
Nhóm nghiên cứu của tác giả Lê Anh Tuấn đã thiết kế hệ thống xử lý
nước thải qua khu đất ngập nước kiến tạo kết hợp với trồng sậy ở mật độ 25
cây/m
2
trên đoạn dẫn ra sông (Hình 2.5). Đáy và thành khu đất xử lý được lót
tấm nylon chống thấm và đỗ cát với độ dốc đáy là 5%. Lượng nước bơm thử
nghiệm mỗi ngày qua hệ thống chia làm 2 lần, mỗi lần 600 l. Hiệu quả xử lý
đạt được trong hệ thống này là khá khả quan: BOD
5
đạt 84,31%, COD đạt
83,38%, TSS đạt 85,5%. Kết quả các thông số này ở đầu ra đều đạt chất lượng

nước loại A của TCVN 5945-1995 cũng như đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
2014 (QCVN 02-20: 2014-BNNPTNT) nếu so với hiện nay.
9


Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý nước thải từ ao nuôi cá
(Lê Anh Tuấn, 2007)

Nghiên cứu của Đại học bang Mississippi (Mỹ)
Một nghiên cứu sử dụng hệ thống đất ngập nước kiến tạo để xử lý chất
thải trong nuôi cá da trơn cũng đã được thực hiện ở Đại học bang Mississippi
(Mỹ) (Hình 2.6). Kết quả cho thấy các mức độ giảm đáng lưu ý: hiệu quả xử
lý ammonium từ 2 - 63%; NO
2
-
29 - 97%; NO
3
-
28 - 80%, phosphor 52 - 95%,
chất rắn lơ lửng 2 - 76% (LaSalle và ctv., 1998).


Hình 2.6. Ao nuôi cá và hệ thống đất ngập nước kiến tạo
tại Coastal Aquaculture Unit (LaSalle và ctv., 1998)
Theo LaSalle và ctv. (1998), ở những nơi còn mặt bằng đất, biện pháp sử
dụng đất ngập nước kiến tạo có ưu điểm là đơn giản trong xây dựng, hiệu quả
xử lý cao và năng lượng vận hành thấp với ít chi phí.
* Sử dụng hệ thống tuần hoàn
Nghiên cứu của Yi và ctv. (2004)
Tại Thái Lan nhóm nghiên cứu của Yi đã sử dụng giải pháp nuôi tuần

hoàn cá trê lai và cá rô phi trong điều kiện thí nghiệm. Nước giàu chất dinh
dưỡng từ bể nuôi cá trê lai được chuyển sang bể nuôi cá rô phi, sau 3 - 7 ngày
được tuần hoàn lại cho bể nuôi cá trê lai. Kết quả cho thấy hệ thống có hiệu
quả về kinh tế và môi trường, cá rô phi có khả năng tái sử dụng thức ăn từ
nước thải nuôi cá trê lai.
Nghiên cứu của Đại học Clemson (Mỹ)
Đại học Clemson (Mỹ) đã sử dụng hệ thống tuần hoàn để xử lý nước thải