Vi sinh vật được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản là từ nhiều dòng khác nhau; Tuy nhiên, hầu hết các chế phẩm sinh học được nghiên cứu thuộc về hai nhóm, Firmicutes (ví dụ: Bacillus spp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp., Carnobacterium spp. v.v.) và Gammaproteobacteria (ví dụ: Vibrio spp., Pseudomonas spp., Shewanella spp., v.v.), trong khi nấm men hiếm khi được nghiên cứu (Gatesoupe 2007).
Trong trường hợp giáp xác, sự đa dạng của vi sinh vật mà chúng được xem là chế phẩm sinh học thì rất quan trọng. Phạm vi vi sinh vật được xem xét đánh giá bao gồm Vi khuẩn Gram dương (Bacillus spp., Micrococcus sp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp.,Pediococcus sp. và Arthrobacter sp.), vi khuẩn Gram âm (Vibrio spp., Pseudomonas spp., Bdellovibrio spp., Aeromonas spp., Pseudomonas spp., Halomonas sp. và Alteromonas spp.), nấm men (Saccharomyces spp., Phaffia sp.) và vi tảo (Tetraselmis sp.).
Các probiotic chính được ghi nhận và sử dụng trong nuôi giáp xác thuộc về chi Bacillus. Khác vi sinh vật Gram dương như Lactobacillus spp., Lactococcus lactis, Pediococcus acidilactici, Micrococcus sp. và Arthrobacter sp. đã nhận được một số chú ý và được sử dụng trong một số sản phẩm thương mại, các chủng vi sinh vật Gram âm như Vibrio spp., Bdellovibrio spp., Aeromonas sp., Pseudomonas spp., Halomonas sp. và Alteromonas sp. cũng đã được ghi nhận và sử dụng ở một số nơi trên thế giới, mặc dù sự phát triển sản phẩm thương mại chứa các vi sinh vật như vậy (gram âm) rất hạn chế.
Hơn nữa, mặc dù các tài liệu khoa học hiện có về việc sử dụng vi khuẩn quang hợp rất khan hiếm, nhưng những vi sinh vật như Thalassobacter useis, Rubrivivax gelatinosa, Rhodobacter capsulata, Rhodobacter spheroides và Phaeospirillum fulvum đã được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản tại Trung Quốc, và có lẽ chúng là chế phẩm sinh học sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất ở Trung Quốc kể từ đó những năm 1980. Cuối cùng là các chủng men vi sinh probiotic thuộc loài Saccharomyces cerevisiae hoặc nấm men biển cũng được xem xét, mặc dù kết quả cho đến nay cho thấy các vi sinh vật đó có thể là chế phẩm sinh học hiệu quả để tối ưu hóa việc nuôi tôm.
Bacillus spp.
Các chế phẩm sinh học được nghiên cứu nhiều nhất trong ứng dụng nuôi giáp xác thuộc về chi Bacillus. Nhìn chung, các loài Bacillus được thử nghiệm trong nuôi tôm đã được lựa chọn dựa trên các hoạt động kháng khuẩn của chúng đối với vi khuẩn Vibrio spp gây bệnh với các kết quả xét nghiệm đối kháng in vitro (trong phòng thí nghiệm). Bacillus spp. là vi sinh vật hình thành bào tử Gram dương tồn tại tự nhiên trong nhiều điều kiện môi trường (trong không khí, nước, bụi, đất và trầm tích). Theo báo cáo, các loài Bacillus có mặt ở khắp nơi và thậm chí còn thống trị hệ vi sinh vật biển. Chúng hiện diện trong môi trường nước cũng như trầm tích, Bacillus spp., Đặc biệt là Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis và Bacillus coagulans, được coi là thành viên có trong tự nhiên của môi trường nuôi giáp xác và là một thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột đi vào ruột qua thức ăn hoặc nước. Tuy nhiên, điều thú vị là các nghiên cứu gần đây nhất, sử dụng các kỹ thuật phân tử để mô tả đặc điểm hệ vi sinh vật đường ruột của động vật giáp xác, hiếm khi báo cáo sự hiện diện của các loài Bacillus trong đường tiêu hóa, cho thấy chúng là một thành phần nhỏ của hệ vi sinh vật hoặc nó chỉ là một quần thể tồn tại ngắn hạn.
Moriarty (1998) nhấn mạnh một số lý do cho việc sử dụng Bacillus, thay vì kháng sinh, để cải thiện hiệu quả và thành công trong quá trình nuôi tôm như sau: Các chủng Bacillus tự nhiên tạo ra nhiều hợp chất kháng sinh khác nhau, tiết ra nhiều enzym, cạnh tranh chất dinh dưỡng và các vị trí bám dính bề mặt, và do đó có thể ức chế các vi khuẩn khác. Hơn nữa, sự mạnh mẽ của khả năng hình thành bào tử của vi khuẩn này thường được coi là một lợi thế lớn vì nó có thể cho phép chúng đi qua hàng rào dạ dày và đem đến sự ổn định tốt hơn trong quá trình chế biến thức ăn và thời hạn sử dụng/bảo quản. Mối quan tâm lớn đối với Bacillus trong nuôi tôm thực sự có thể được giải thích bởi những đặc điểm này, nhưng đó cũng là lý do lịch sử khi mà các nghiên cứu thành công đầu tiên về probiotic trên tôm là được tiến hành với các loài Bacillus (Rengpipat và cộng sự 1998; Moriarty 1998).
Trong số các loài Bacillus spp., B. subtilis là loài được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất trong nuôi các loài giáp xác. Chúng có thể được nghiên cứu và sử dụng hoặc đơn lẻ hoặc kết hợp với các loài Bacillus spp khác., các chủng vi sinh vật khác hoặc chất bổ sung prebiotic (hiểu nôm na prebiotic là các loại chất không tiêu hóa, có lợi cho hệ vi sinh vật hữu ích phát triển hoặc đơn giản hơn: prebiotic là thức ăn của vi sinh vật hữu ích – người dịch). Các loài Bacillus khác được ghi nhận cho đến nay như chế phẩm sinh học cho giáp xác là B. licheniformis, B. coagulans và B. pumilus.
Điều thú vị là B. subtilisis cũng được sử dụng rộng rãi ở động vật trên cạn và ở người, với xác nhận liệu pháp vi khuẩn và vi khuẩn dự phòng đối với các rối loạn GI (rối loạn đường huyết). Trên tôm, Vaseeharan và Ramasamy (2003) đã báo cáo tác dụng có lợi của B. subtilis được phân lập từ tôm ao nuôi liên quan đến tỷ lệ sống của tôm sú giống (Penaeus monodon) bị cảm nhiễm với Vibrio harveyi (vi khuẩn gây bệnh phát sáng trên tôm – người dịch), khi B.subtilis được đưa vào môi trường nước với mật độ 106 –108 CFU/ml. Hơn nữa, các tác giả này cũng đã chứng minh trong điều kiện in vitro và in vivo rằng probiotic có thể kiểm soát sự phát triển của V. harveyi. Balcázar và Rojas-Lunas (2007) cũng đánh giá chế độ ăn bổ sung chủng B. subtilis (UTM 126) có liên quan đến tỷ lệ sống của ấu trùng tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương Litopenaeus vannamei sau khi cảm nhiễm với Vibrio parahaemolyticus (vi khuẩn gây bệnh gan tụy) trong môi trường nước.
Chủng này ban đầu được phân lập từ đường tiêu hóa của tôm thẻ chân trắng trưởng thành theo hoạt tính kháng khuẩn của nó đối với V. harveyi, Vibrio vulnificus và Vibrio fluvialis (Balcázar et al. 2007). Kết quả chỉ ra rằng chủng probiotic biểu hiện đối kháng in vitro đối với V. parahaemolyticus và có thể gia tăng đáng kể tỷ lệ sống và hiệu suất của vật chủ (tăng trọng và hệ số chuyển đổi thức ăn, FCR) khi cho tôm con ăn trong 28 ngày ở hàm lượng 105 CFU/g khẩu phần ăn. Rengpipat và cộng sự. (1998) cũng phân lập được một chủng Bacillus (chủng S11) từ ruột của tôm sú Penaeus monodon khỏe mạnh có đặc tính kháng khuẩn chống lại V. harveyi và V. parahaemolyticus.
Trong một số nghiên cứu trên tôm sú P. monodon và trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau, Rengpipat và cộng sự đã báo cáo rằng chủng vi sinh vật có lợi này khi được sử dụng dưới dạng tế bào tươi với nồng độ từ 109 đến 1010 CFU/g của chế độ ăn, có thể (1) tăng tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống trong ao và bể nuôi, (2) tăng sức đề kháng đối với các chủng V. harveyi gây bệnh, (3) kích hoạt khả năng phòng vệ miễn dịch tế bào và dịch thể, và (4) cung cấp khả năng loại trừ cạnh tranh trong ruột tôm.
Meunpol và cộng sự đã xác nhận và báo cáo hiệu quả của chủng này, kết hợp với việc xử lý bằng ôzôn, tác dụng có lợi do Bacillus S11 mang lại có ảnh hưởng tích cực đến tỷ lệ sống sót của ấu trùng tôm sú P. monodon, và đồng thời cũng làm giảm hàm lượng V. harveyi trong nước nuôi. Gần đây, các đánh giá về chế phẩm sinh học có Bacillus spp. được tiến hành trên các loài giáp xác khác. Daniels và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc kết hợp Bacillus sp trong chế độ ăn với men mannan oligosaccharides (MOS) trên ấu trùng tôm hùm châu Âu (Homarus gammarus L.). Ngoài những tác động căn bản đến hiệu suất và sự sống còn, nghiên cứu này lần đầu tiên nêu bật tác dụng của hỗn hợp Bacillus spp. đối với các thông số khác nhau của ấu trùng tôm hùm như sự thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột và cả việc cải thiện hình thái ruột của tôm.
Như được mô tả trong phần sau của chương này, một trong những cơ chế hoạt động mà Bacillus spp., đặc biệt là B. subtilis, mang lại lợi ích cho vật chủ là điều chỉnh phản ứng miễn dịch của vật chủ. Những tác động như vậy đã được ghi nhận rõ ràng ở người, động vật trên cạn, cá và cả ở động vật giáp xác. Tác dụng của Bacillus spp. đến tiêu hóa và đóng góp của chúng vào các quá trình dinh dưỡng cũng đã được đánh giá ở động vật giáp xác.
Điều quan trọng cần nói thêm ở đây là các chủng Bacillus cũng đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi, làm tác nhân xử lý sinh học trong nuôi tôm (Moriarty 1999). Vai trò và lợi ích tiềm năng của các vi sinh vật này đối với chu trình dinh dưỡng và quá trình vi sinh vật trong ao nuôi trồng thủy sản đã được Moriarty (1997) mô tả và những độc giả quan tâm đến chủ đề này có thể tham khảo bài báo đánh giá đó. Ví dụ, tác giả so sánh kết quả từ các trang trại khác nhau ở Philippines và kết luận rằng việc bổ sung một số Bacillus spp. vào nước ao với hàm lượng 104 đến 105 CFU/ml cho phép tôm nuôi trong 160 ngày mà không bùng phát bệnh phát sáng, trong khi các ao đối chứng bị ảnh hưởng bởi bệnh này trước 80 ngày nuôi (Moriarty 1998 ; 1999). Tác giả đã chứng minh rằng việc xử lý bằng probiotic đã thay đổi thành phần loài vi khuẩn trong nước và bùn đáy ao, đặc biệt là việc giảm số lượng Vibrio spp gây phát sáng.
Ngoài vi khuẩn gây bệnh, mối quan tâm chính khác trong nuôi tôm thâm canh là sự tích tụ hữu cơ và chất thải nitơ, bao gồm amoni và amoniac trong ao nuôi. Liên quan đến vấn đề này, các chế phẩm sinh học như Bacillus spp., cùng với các chủng vi khuẩn khác, đã được thêm vào môi trường ao nuôi với mục đích thúc đẩy quá trình khoáng hóa chất hữu cơ và gia tăng chất lượng nước. Do đó, các loài vi khuẩn thuộc các chi Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter, Cellulomonas, Rhodopseudomonas, Aerobacter, Nitrosomonas và Nitrobacter được biết là có khả năng thúc đẩy quá trình khoáng hóa chất thải hữu cơ (Thomas và cộng sự 1992). Ví dụ, Nitrosomonasspp. sẽ giúp oxy hóa amoniac trong khi Nitrobacterspp. sẽ oxy hóa nitrit và quá trình này có thể giúp ngăn ngừa sự tích tụ amoniac độc hại.
Gần đây, một dòng B. coagulans được phân lập từ các ao nuôi tôm siêu thâm canh ở Trung Quốc cũng đã được báo cáo cho thấy các đặc điểm khử nitơ hiếu khí thú vị để loại bỏ nitrit trong các ao nuôi tôm. Một số lợi ích của việc sử dụng các sản phẩm vi sinh này bao gồm giảm quần thể tảo lam và mức nitrat, nitrit, amoniac và photphat, tăng nồng độ oxy hòa tan và thúc đẩy phân hủy chất hữu cơ. Thật không may, các nghiên cứu được thiết kế tốt về lợi ích của việc áp dụng các sản phẩm vi sinh này trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản vẫn còn khan hiếm.
Nguồn: Mathieu Castex, Carly Daniels và Liet Chim – Probiotic Applications in Crustaceans – Aquaculture Nutrition, trang 293 – 295.
Dịch bởi: NTQ Thuận – VPAS JSC