Khái quát về chế phẩm sinh học

“Chế phẩm sinh học là các sản phẩm có nguồn gốc sinh vật, kể cả vi sinh vật, các thực liệu lấy từ nấm, vi trùng, virus và các nguyên sinh, độc tố, nọc độc từ nguồn động vật hoặc thực vật gây hại cho động vật để chẩn đoán, phòng bệnh, chữa bệnh cho thủy sản nuôi trồng và xử lý môi trường nước NTTS”. Tuy nhiên, để phù hợp với sự phát triển, cần hiểu “nguồn gốc sinh vật” trong định nghĩa trên không bao gồm sinh vật biến đổi gen. 

Thành phần chính của chế phẩm sinh học gồm: vi sinh vật có lợi, axit amin/protein, vitamin, khoáng chất, dinh dưỡng vi lượng.

 Một chế phẩm sinh học tốt cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

(1) là sản phẩm sống hoặc duy trì hoạt tính ở quy mô kỹ nghệ;

(2) không mang mầm bệnh và độc tố;

(3) tạo ra tác dụng có lợi trên vật chủ;

(4) có khả năng tồn tại và phát triển trong môi trường ruột của vật chủ hoặc trong môi trường ao nuôi;

(5) duy trì tính ổn định để sử dụng được sau một thời gian tương đối lâu trong điều kiện bảo quản thông thường và điều kiện ngoài hiện trường.

Các nhóm chế phẩm sinh học

Probiotic

Trong NTTS, hầu hết những sinh vật có lợi thuộc các nhóm vi khuẩn axít lactic, các giống Bacillus, Actinomycetes, Nitrobacteria… được sử dụng trong các bể ương nuôi, trong ao để hạn chế sự nhiễm bệnh của vật nuôi do các vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra, một số thành phần khác cũng được tìm thấy trong probiotic là tập hợp các enzyme có nguồn gốc vi sinh vật như amylase, protease, lipase, cellulase, chitinase, một số vitamin thiết yếu và chất khoáng. Ngoài vi khuẩn có lợi, trong các chế phẩm sinh học giúp xử lý nước và nền đáy ao thường được bổ sung thêm các chủng nấm sợi và xạ khuẩn (thuộc nhóm Aspergillus, Streptomyses...).

Vi khuẩn axít lactic và một số nhóm vi khuẩn khác có khả năng tiết ra chất ức chế các vi khuẩn gây bệnh trong môi trường nước như Aeromonas hydrophila và Vibrio parahaemolyticus.

Một số vi khuẩn hữu ích có thể kích thích hoặc ức chế sự phát triển của tảo. Những vi khuẩn có lợi trong nước sẽ loại trừ nhanh NH₃, H₂S, vật chất hữu cơ có hại. Ngoài ra, chúng còn có thể cân bằng pH trong ao nuôi.

Prebiotic

Prebiotic là các loại chất bổ sung vào thức ăn giúp cho việc cân bằng hệ vi sinh đường ruột, kích thích tăng trưởng, hỗ trợ hệ thống miễn dịch cho vật nuôi, hoặc bổ sung vào nước ao nuôi giúp làm sạch môi trường (làm thức ăn cho các vi khuẩn có lợi sinh sôi và gia tăng quân số).

Các nhóm vi khuẩn chủ yếu có trong chế phẩm sinh học

  - Bacillus là tên của một chi gồm các vi khuẩn hình que, gram dương, thuộc về họ Bacillaceae, thường được gọi là “trực khuẩn”. Trực khuẩn có ở mọi nơi trong tự nhiên và khi điều kiện sống bất lợi, chúng có khả năng tạo ra bào tử gần như hình cầu để tồn tại ở trạng thái “ngủ” trong thời gian dài. Chi này có rất nhiều loài, trong đó đa số là vô hại, nhiều loài là vi khuẩn có lợi. Nhiều loài vi khuẩn trong chi này như: B. subtilis, B. licheniformis, B. megaterium, B. mesentericus… đã được ứng dụng trong NTTS để cải thiện sức khỏe, tăng cường các phản ứng miễn dịch của vật nuôi và cải thiện môi trường. Đặc tính nổi trội của vi khuẩn này là khả năng sinh các enzyme phân hủy hợp chất hữu cơ và kiểm soát sự phát triển quá mức của vi sinh vật gây bệnh (nhóm vi khuẩn Vibrio có hại) giữ cho môi trường luôn ở trạng thái cân bằng. Có thể đưa các vi khuẩn này vào ao hoặc trộn vào thức ăn cho thủy sản nuôi. Nhóm này có khả năng chịu nhiệt cao, thuận lợi trong quá trình chế biến thức ăn viên.

Những ứng dụng chính của vi khuẩn Bacillus gồm: cải thiện sức khỏe vật nuôi, cải thiện môi trường nuôi và ức chế tác nhân gây bệnh trong môi trường nuôi. 

- Lactobacillus là những vi khuẩn gram dương, tạo axít lactic, tạo thành một phần chính của vi khuẩn đường ruột thông thường. Lactobacillus spp. là nhóm vi khuẩn yếm khí tuỳ nghi, có khả năng phân giải bột đường thành axít hữu cơ (trong 1 giờ có thể phân giải một lượng đường lactozơ nặng gấp 1.000 - 10.000 lần khối lượng của chúng). Những vi khuẩn “thân thiện” này đóng vai trò quan trọng trong việc đẩy mạnh sự kháng lại những sinh vật ngoại sinh nhất là sinh vật mang mầm bệnh. Nhóm này còn có ích trong việc sản xuất giống thủy sản vì chúng có tác dụng hiệu quả trong sản xuất thức ăn sống và nuôi ấu trùng làm thức ăn cho tôm, cá giống. Vi khuẩn Lactobacillus nhạy cảm với nhiệt độ cao.

- Nitrosomonas và Nitrobacter là các vi khuẩn giúp biển đổi các khí độc NH₃ thành sản phẩm ít độc NO₃ qua quá trình nitrat hóa: vi khuẩn Nitrosomonas ôxy hóa ammonia thành nitrit, còn Nitrobacter ôxy hóa nitrit thành nitrat, vì thế, chúng có vai trò rất quan trọng trong NTTS. Các nhóm vi khuẩn này là vi khuẩn hiếu khí, vì thế khi sử dụng sẽ tiêu hao nhiều ôxy trong ao, do đó cần cung cấp đủ ôxy để đảm bảo sức khỏe cho vật nuôi và tăng hiệu quả hoạt động của chúng.

- Nấm men là các loài nấm đơn bào. Loài men được sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces cerevisiae. Nấm men có thể bám và phát triển tốt trên thành ruột, chịu được nhiệt độ cao trong công nghệ ép viên thức ăn, thích hợp với phương pháp sử dụng trộn vào thức ăn. Nấm men có vai trò quan trọng trong quá trình lên men các loại đường và làm cân bằng vi khuẩn đường ruột, nhờ vậy có lợi cho sức khỏe động vật. 

- Nhóm vi khuẩn Vibrio: Chi Vibrio có rất nhiều loài, trong đó có những loài có lợi cho môi trường, vô hại đối với vật nuôi, nhưng cũng có những loài là vi khuẩn gây bệnh phổ biến cho động vật thủy sản. Sử dụng chế phẩm sinh học chứa các loài vi khuẩn thuộc giống Vibrio có lợi nhằm cạnh tranh về số lượng với các loài Vibrio gây bệnh, hạn chế hoặc triệt tiêu cơ hội gây bệnh của các loài vi khuẩn gây bệnh hiện có trong ao. 

Dạng sản phẩm của chế phẩm sinh học

Về bản chất sinh học, sản phẩm có 2 dạng: 

+ Dạng probiotic là các loài vi khuẩn ở dạng sống tiềm sinh. Khi đưa chế phẩm sinh học vào môi trường nước ao, gặp điều kiện thuận lợi, các vi sinh vật có lợi sẽ sinh sôi và phát triển rất nhanh.

+ Dạng prebiotic là các loại chất bổ sung vào thức ăn hay môi trường ao nuôi. Dạng sản phẩm thương mại: chế phẩm sinh học được sản xuất dưới dạng viên, dạng bột và dạng nước.

Vai trò, và cơ chế tác động

Tiết ra các hợp chất ức chế chống lại vi khuẩn gây bệnh

Nhiều dòng vi khuẩn có khả năng kìm hãm được các mầm bệnh trong NTTS. Chúng có thể tiết vào môi trường xung quanh chúng những chất có tính sát khuẩn hoặc kìm khuẩn đối với quần thể vi sinh khác, gián tiếp cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng có sẵn trong môi trường. Khi những vi khuẩn này hiện diện trong ống tiêu hóa, trên bề mặt cơ thể vật chủ, các chất kìm hãm này ngăn cản sự nhân lên của vi khuẩn gây bệnh cơ hội trong môi trường quanh chúng. Những chất được vi khuẩn có lợi đó tiết ra có thể là kháng sinh, men phân hủy, H₂O₂, axít hữu cơ… Thành phần chất tiết ra khó có thể xác định được nên được gọi chung là chất ức chế. Chất ức chế có thể chống lại các vi khuẩn gây bệnh như Aeromonas hydrophila và Vibrio parahaemolyticus.

Cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng với vi khuẩn có hại

Nhiều quần thể vi sinh vật cùng tồn tại trong một hệ sinh thái thì sẽ có sự cạnh tranh về dinh dưỡng và năng lượng. Cạnh tranh trong giới vi sinh vật chủ yếu là xảy ra ở nhóm dị dưỡng như cạnh tranh chất hữu cơ như nguồn carbon và năng lượng. Mặc dù, probiotic cũng cạnh tranh các chất dinh dưỡng (glucose và các axít amin) với vật nuôi, song tác động này là rất nhỏ so với tác động có lợi của chúng.

Cạnh tranh nơi cư trú với vi khuẩn có hại

Thực nghiệm cho thấy các vi khuẩn gây bệnh cho tôm, cá đều có khả năng bám dính trên thành ruột vật nuôi. Các vi khuẩn được phân lập trên màng nhầy ruột cạnh tranh tốt hơn các vi khuẩn từ bên ngoài xâm nhập vào. Ảnh hưởng có lợi có thể là hỗn hợp giữa cạnh tranh chỗ bám và tiết ra chất ức chế. 

Tương tác với thực vật thủy sinh

Một số dòng vi khuẩn có khả năng tiêu diệt một số loài tảo, đặc biệt là tảo gây ra thủy triều đỏ. Những dòng vi khuẩn này có thể không tốt đối với ương ấu trùng bằng nước xanh, nhưng nó sẽ có lợi khi tảo phát triển quá mức trong ao nuôi. Ngược lại, có nhiều dòng vi khuẩn khác có khả năng kích thích sự phát triển của tảo. Việc sử dụng hợp lý, đúng lúc từng nhóm vi khuẩn có lợi sẽ góp phần cải thiện và ổn định môi trường nuôi.

Cải thiện chất lượng nước nuôi

Men vi sinh phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất hữu cơ đơn giản. Sau đó, các chủng loại vi sinh vật phát huy tác dụng cải thiện chất lượng nước ao nuôi nhờ các khả năng sau:

- Làm giảm ammonia: Vi sinh vật dị dưỡng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các chất vô cơ (CO₂, NH₃).

 - Làm giảm tảo: Vi sinh vật thuộc nhóm Bacillus vừa sử dụng trực tiếp chất hữu cơ trong ao, vừa khử nitrat thành nitơ phân tử dạng khí (N₂) thoát ra ngoài, làm giảm muối dinh dưỡng trong ao, hạn chế số lượng tảo, duy trì độ trong trong ao nuôi tôm các tháng cuối không nhỏ hơn 30 cm.

- Làm giảm tác nhân gây bệnh cho vật nuôi: Vi sinh vật thuộc nhóm Bacillus nhờ môi trường thích hợp (vừa nêu trên) sẽ phát triển rất nhanh tạo số lượng rất lớn, cạnh tranh sử dụng hết thức ăn của nguyên sinh động vật, các vi sinh vật và Vibrio có hại, ngăn cản sự phát triển của chúng, làm giảm các tác nhân gây bệnh cho tôm nuôi.

Tác động lên vật nuôi

- Ngăn chặn vi khuẩn có hại do vi khuẩn có lợi tạo các chất kháng khuẩn, cạnh tranh thức ăn và không gắn với các loại vi khuẩn có hại;

- Tương tác với quá trình trao đổi chất của vật nuôi hay hệ vi sinh trong cơ thể vật nuôi với quá trình enzyme hỗ trợ cho tiêu hóa, giảm lượng ammonia hay những enzyme độc hại và cải thiện chức năng của thành ruột; 

- Cải thiện phản ứng miễn dịch của vật nuôi do nồng độ kháng thể gia tăng và tăng số lượng đại thực bào; 

- Phân hủy các chất hữu cơ có từ thức ăn dư thừa, các chất bài tiết của tôm cá và có thể ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh trong ao nuôi, giúp giảm ô nhiễm đáy ao.

Chế phẩm sinh học thường được nhà sản xuất và người dân gọi là “men vi sinh”, một cách gọi không chính xác về mặt khoa học (thuật ngữ “Men vi sinh” là những vi khuẩn và vi nấm có lợi cho sức khỏe, đặc biệt cho hệ tiêu hóa).