Ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản – Phần 1

Nuôi trồng thủy sản được coi là ngành sản xuất thực phẩm quan trọng trong việc cung cấp protein động vật cho nhu cầu tiêu dùng của con người. Trong hai mươi năm qua, ngành nuôi trồng thủy sản đã tăng trưởng nhanh chóng, được coi ngành có tốc độ tăng trưởng cao nhất trong các ngành sản xuất thực phẩm. Theo FAO, nguồn cung thực phẩm từ cá, nhuyễn thể từ nuôi trồng thủy sản tăng từ 3,9% trong năm 1970 lên đến 27,3% trong năm 2000. Tại Châu Âu, sản lượng nuôi trồng thủy sản dự đoán vượt mức 2,5 triệu tấn trong năm 2015 và đạt mức 4 triệu tấn trong năm 2030. Các nước khu vực châu Á Thái Bình Dương là các nước có sản lượng nuôi trồng thủy sản cao nhất trên thế giới, chiếm 89% về khối lượng.

Tuy nhiên, cùng với mức tăng trưởng chóng mặt này thì ngành nuôi trồng thủy sản cũng gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường. Việc ô nhiễm ở các vùng ven biển do nuôi trồng thủy sản gây ra là mối quan tâm của các nhà quản lý cũng như các nhà khoa học. Môi trường ven biển đã bị phá hủy trầm trọng và kết quả là sự bùng nổ dịch bệnh. Các vi khuẩn gây bệnh ở đây thường là vi rút, vi khuẩn, nấm, tảo,… Để ngăn ngừa và kiểm soát dịch bệnh, kháng sinh, thuốc bảo vệ thực vật và các chất hóa học đã được sử dụng.

Tuy nhiên, việc sử dụng và lạm dụng thuốc kháng sinh và các chất hóa học dẫn đến việc kháng thuốc ở loài nuôi và tồn dư thuốc trong các sản phẩm thủy sản, gây ảnh hưởng đến môi trường nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vậy, vấn đề đặt ra là làm thế nào để kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản mà vẫn đảm bảo sản phẩm sản xuất ra là an toàn và thân thiện với môi trường? Chế phẩm sinh học, một phương pháp tiếp cận sinh học, thân thiện với môi trường đã và đang được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản để giải quyết các vấn đề này.

1. Chế phẩm sinh học là gì?

Từ chế phẩm sinh học (probiotics) có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp bao gồm hai từ pro có nghĩa là “thân thiện‟ và biosis có nghĩa là “sự sống‟. Thay cho việc tiêu diệt các bào tử vi khuẩn, chế phẩm sinh học được sản xuất với mục đích kích thích sự gia tăng các loài vi khuẩn có lợi trong ao. Chế phẩm sinh học lần đầu tiên được Giáo sư Fuller R. (1989) định nghĩa như sau: “Một loại thức ăn có nguồn gốc từ những vi sinh vật sống và có ảnh hưởng có lợi lên vật chủ qua việc làm cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh trong đường ruột của vật chủ. Probiotic đã và đang được sử dụng khá hiệu quả để phòng bệnh cho người và gia súc, gia cầm trên cạn. Nhiều vi sinh đã được sử dụng để sản xuất ra các chế phẩm ứng dụng rất hiệu quả nhằm kiểm soát côn trùng gây hại cho cây trồng như vi khuẩn Bacillus thuringiensis, nấm Beauveria bassiana, Metarrhizium anisopliae, virus NPV.v.v. Ngoài ra, các chế phẩm vi sinh còn được sử dụng để làm phân bón vi sinh nhằm phân giải các chất hữu cơ làm giàu cho đất, phân giải lân khó tiêu thành lân dễ tiêu để cây trồng hấp thu được. Tuy nhiên, việc sử dụng các chế phẩm vi sinh trong nuôi thủy sản vẫn còn khá mới mẻ. Các chủng vi sinh vật và các sản phẩm lên men giàu các men ngoại bào đã được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản. Mục đích sử dụng chế phẩm sinh học là nhằm cải thiện và bổ sung chức năng của các vi sinh vật trong hệ tiêu hóa của vật chủ.

2. Cơ chế hoạt động

Theo một vài công trình nghiên cứu gần đây chế phẩm sinh học được hoạt động theo một số khía cạnh sau:

Cạnh tranh loại trừ vi khuẩn gây bệnh: Chế phẩm sinh học (men vi sinh, men tiêu hóa) có khả năng bám dính và xâm chiếm bề mặt niêm mạc ruột, do vậy tạo ra cơ chế bảo vệ chống lại mầm bệnh qua việc cạnh tranh điểm bám và thức ăn.

Tạo ra các hoạt chất ức chế: Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh các dòng chế phẩm sinh học sản sinh ra các chất diệt khuẩn chống lại các mầm bệnh thông thường trên cá như Enterococcus durans, Escherichia coli, Micrococcus luteus và Pseudomonas aeroginosa.

Tăng cường hệ miễn dịch của vật nuôi: Các chế phẩm sinh học có thể kích thích hệ miễn dịch của vật nuôi. Các chất kích thích miễn dịch khác nhau tùy theo môi trường và cách sử dụng. Các chất dẫn xuất nhất định như polysaccharides, lipoproteins, nucleotides and ß-glucans có khả năng làm tăng bạch huyết cầu bằng cách kích hoạt đại thực bào. Việc sử dụng Bacillus sp. đã được chứng minh có hiệu quả trong việc phòng bệnh trên vật nuôi bằng cách kích hoạt hệ miễn dịch dịch và hệ miễn dịch tế bào trong nuôi tôm sú (Rengpipat et al, 2000).

3. Chủng loại chế phẩm sinh học

Chế phẩm sinh học (men vi sinh, men tiêu hóa) có thể được phân chia thành ba nhóm:

Nhóm 1: gồm các vi sinh vật sống như vi khuẩn thuộc nhóm Bacillus, Lactobacillus,… và thường được trộn vào thức ăn để kích thích tiêu hóa, giúp tăng trưởng,…

Nhóm 2: gồm các vi sinh vật có tính đối kháng hoặc cạnh tranh thức ăn với vi sinh vật gây bệnh như vi khuẩn Bacillus spp và được dùng trong xử lý các chất thải hữu cơ và các khí độc trong môi trường ao nuôi.

Nhóm 3: gồm các vi sinh vật cải thiện chất lượng môi trường như vi khuẩn Nitrosomonas sp, Nitrobacter,… được dùng trong xử lý nước ao nuôi và bùn đáy ao.

4. Vai trò của chế phẩm sinh học

4.1. Tăng cường sức khỏe và ngăn chặn mầm bệnh

Trong một thời gian dài, các chất kháng sinh đã được sử dụng để ngăn ngặn bệnh dịch trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh gây ra nhiều vấn đề như dư thừa chất kháng sinh trong các sản phẩm thủy sản, tạo ra các cơ chế kháng khuẩn cũng như làm mất cân bằng các men tiêu hóa trong đường ruột, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của vật nuôi. Hơn nữa, nhu cầu của con người đối với các sản phẩm thủy sản sạch và an toàn trên thế giới ngày càng cao. Do vậy, việc sử dụng chế phẩm sinh học là một phương pháp hữu hiệu trong việc ngăn chặn mầm bệnh và kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản.

Chế phẩm sinh học có khả năng sản sinh ra các chất hóa học có tác dụng diệt các vi khuẩn gây bệnh bám trên thành ruột của vật chủ, do vậy có thể coi chế phẩm sinh học là một rào cản hữu hiệu ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh.

Ngoài ra, chế phẩm sinh học hay các “vi khuẩn có lợi” còn có khả năng cạnh tranh vị trí bám và thức ăn trong thành ruột với các vi sinh vật gây bệnh, không cho phép các vi sinh vật này bám vào cơ thể vật nuôi, nhờ vậy giúp ngăn ngừa dịch bệnh, đảm bảo sức khỏe cho vật nuôi.

4.2. Cải thiện hệ tiêu hóa

Chế phẩm sinh học là nguồn dinh dưỡng và enzyme cho bộ máy tiêu hóa của vật nuôi. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chế phẩm sinh học có ảnh hưởng tích cực đến quá trình tiêu hóa của các vật nuôi bởi vì các dòng chế phẩm sinh học sản xuất ra các enzym ngoại bào như protease, amilaza, lipaza và cung cấp các dưỡng chất phát triển cần thiết như vitamin, axit béo, axit amin,… Trong nuôi cá, các vi khuẩn như Bacteroides và Clostridium sp đã cung cấp dinh dưỡng cho cá, đặc biệt là cung cấp các axit béo và vitamin. Ngoài ra, một số vi khuẩn có thể tham gia vào quá trình tiêu hóa của động vật hai mảnh vỏ bằng cách sản xuất ra các enzyme ngoại bào như protease, amilaza, lipaza và cung cấp dưỡng chất phát triển cần thiết như vitamin, axit béo, axit amin.

4.3. Cải thiện chất lượng nước

Chế phẩm sinh học còn giúp ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm trong ao nuôi. Các vi sinh vật có lợi giúp phân hủy các chất hữu cơ, góp phần làm giảm thiểu việc hình thành các lớp bùn và chất cặn bã, nhờ vậy chất lượng nước trong ao nuôi được cải thiện, làm tăng số lượng của động vật phù du, giảm mùi hôi, từ đó tăng sản lượng nuôi trồng thủy sản. Hơn nữa, sử dụng chế phẩm sinh học sẽ góp phần làm giảm việc sử dụng các hóa chất, kháng sinh trong phòng và trị bệnh trong nuôi trồng thủy sản, đảm bảo sản xuất sản phẩm an toàn cho sức khỏe con người và góp phần phát triển ngành nuôi trồng thủy sản bền vững.

4.4. Hiệu quả của chế phẩm sinh học trong sinh sản của các loài nuôi

Trong nuôi trồng thủy sản, các loài nuôi đòi hỏi một chế độ dinh dưỡng cao, do vậy, khả năng sinh sản phụ thuộc vào nồng độ lipid, protein, axit béo, vitamin C, vitamin E phù hợp. Hơn nữa, mối quan hệ giữa các thành phần này ảnh hưởng đến quá trình trình sinh sản như rụng trứng, thụ tinh, sinh sản và sự phát triển của ấu trùng. Thực tế, có nhiều trang trại cải thiện dinh dưỡng cho đàn cá bố mẹ bằng cánh cho chúng ăn các phụ phẩm thủy sản như mực, trai, nhuyễn thể hai mảnh vỏ nhỏ hay phụ phẩm kết hợp với thức ăn công nghiệp. Việc sử dụng các sản phẩm thủy sản chưa qua chế biến này thường không cung cấp lượng dinh dưỡng cần thiết cho cá bố mẹ và làm tăng nguy cơ lây bệnh sang cá bố mẹ và cá con như các ký sinh trùng, vi khuẩn và virút. Vì vậy, chế phẩm sinh học được thêm vào thức ăn hay thả xuống ao để ngăn chặn nguy cơ lây bệnh và ảnh hưởng tích cực đến sinh sản của loài nuôi.

5. Lựa chọn chế phẩm sinh học

Để lựa chọn chế phẩm sinh học một cách đúng đắn, cần phân lập chế phẩm, phân loại đặc tính và kiểm nghiệm hiệu quả sử dụng (Hình 1).

Hình 1- Các bước lựa chọn chế phẩm sinh học

Trước tiên, phải lựa chọn nguồn chế phẩm sinh học (được phân lập từ các động vật khỏe mạnh).

Sau đó, các vi sinh vật đó được phân lập và nhận dạng bằng phương tiện nuôi chọn lọc.

Tiếp theo, thực hiện các đánh giá In Vitro (ức chế mầm bệnh, khả năng gây bệnh đối với từng loài nuôi cụ thể, các điều kiện kháng bệnh của vật chủ,….)

Trong trường hợp không có đối tượng cụ thể, các thử nghiệm với đánh giá In Vivo bổ sung trên quy mô lớn và nhỏ được thực hiện để kiểm tra xem dòng chế phẩm sinh học được lựa chọn có thực sự có hiệu quả trên đối tượng nuôi hay không.

Cuối cùng, sau khi chế phẩm sinh học được lựa chọn có các kết quả chứng minh đem lại hiệu quả đối với vật nuôi mới được sản xuất đại trà và được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản.

Nguồn: FICen – Nguồn hình ảnh: FAO