06/04/2021 | 11272 người đọc
– PGS.TS Phạm Thị Tuyết Ngân, Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ –
I. Giới thiệu
Vi khuẩn quang hợp (PSB) là vi khuẩn có khả năng tổng hợp thức ăn bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời. Không giống như thực vật, tảo và vi khuẩn lam, chúng sử dụng hydro (H2), hydro sunfua (H2S) hoặc lưu huỳnh (S) làm chất cho điện tử. Vi khuẩn quang hợp cũng khác với vi khuẩn lam ở chỗ chúng không có chất diệp lục để hấp thụ ánh sáng mà chúng chứa chất diệp lục khuẩn, có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn hơn chất diệp lục. Do đó, chúng được tìm thấy trong các thủy vực sâu nơi ánh sáng có bước sóng ngắn có thể xuyên qua được. Ngoài ra chúng cũng phân bố rộng rãi ở ruộng, ao, hồ, sông, biển và trong đất, đặc biệt là trong đất bùn giàu hữu cơ và ô nhiễm.
Vi khuẩn quang hợp
II. Đặc điểm sinh học của vi khuẩn quang hợp (QH)
Vi khuẩn QH bao gồm các nhóm: vi khuẩn tía lưu huỳnh, vi khuẩn tía không lưu huỳnh và vi khuẩn lưu huỳnh lục. Vi khuẩn QH tía là các tế bào Gram âm, đơn bào, có các dạng cầu, xoắn, hình que ngắn, hình dấu phẩy…đứng riêng lẻ hoặc hình chuỗi. Sinh sản bằng cách nhân đôi, một số loài sinh sản bằng cách nảy chồi. Chúng có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học bởi quá trình quang hợp kị khí. Vi khuẩn tía thường có màu hồng đến màu đỏ tía, sắc tố quang hợp chính là Bacteriochlorophyll a hoặc b. Cơ quan quang hợp là màng quang hợp được gắn với màng tế bào. Năm 1907, Molisch là người đầu tiên phát hiện ra chúng nên gọi chung vi khuẩn QH là Rhodobacteria Molisch 1907. Nhóm này gồm 2 họ là Thiorhodaceae (những vi khuẩn tía có khả năng hình thành giọt “S” bên trong tế bào) và Athiorhodaceae (những vi khuẩn tía không có khả năng hình thành giọt “S” bên trong tế bào). Nhóm vi khuẩn tía bao gồm 2 họ sau này được đổi tên là bộ Rhodospirillales và hai họ Chromatiaceae và Rhodospirillaceae.
Một số đặc điểm phân loại của vi khuẩn QH được mô tả chi tiết như sau: 1) vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria) là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b; sử dụng H2, H2S hay S, có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực. 2) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria) là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ – chemoorganoheterotrophs). Trong quang hợp thường sử dụng chất hữu cơ, đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2. Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động. 3) Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria) là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng với b, c hoặc e, chứa caroten nhóm 5. Trong quang hợp thường sử dụng H2, H2S hay S. Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài tế bào, không có khả năng di động, một số loài có túi khí. 4) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria) là các vi khuẩn đa bào, dạng sợi, thường kỵ khí không bắt buộc, thường là quang dị dưỡng (photoheterotroph), có loài quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng. Tế bào có chứa chlorophyll a và c, trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S. Giống điển hình là Chloroflexus, Chloronema…. Dựa vào các đặc điểm dinh dưỡng mô tả trên vi khuẩn quang hợp đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong NTTS, đặc biệt là trong nuôi tôm.
Vi khuẩn QH bao gồm các nhóm: vi khuẩn tía lưu huỳnh, vi khuẩn tía không lưu huỳnh và vi khuẩn lưu huỳnh lục.
III. H2S và quá trình chuyển hoá các hợp chất lưu huỳnh trong ao nuôi tôm
H2S lại là chất độc đối với tôm, trong ao nuôi lưu huỳnh nằm trong thành phần của các axit amin có chứa lưu huỳnh như methionin, cystein và trong một số loại enzym. Thực vật hấp thu hợp chất lưu huỳnh vô cơ chủ yếu dưới dạng SO42- và chuyển hoá thành dạng lưu huỳnh hữu cơ trong cơ thể. Khi động thực vật chết đi, quá trình phân huỷ vi sinh vật các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh ở điều kiện hiếu khí sẽ tạo ra H2SO4, và trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo ra H2S.
Quá trình oxi hóa các hợp chất lưu huỳnh
– Oxi hoá do vi khuẩn tự dưỡng hoá năng: Các vi khuẩn tự dưỡng hoá năng có khả năng oxi hoá các hợp chất lưu huỳnh vô cơ (S2O32-), H2S và lưu huỳnh nguyên chất thành dạng SO42- theo các phương trình sau:
2H2S + O2 → 2H2O + 2S + Q
2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + Q
5Na2S2O3 + H2O + 4O2 → Na2SO4 + 2S2 + H2SO4 + Q
H2SO4 sinh ra làm pH nước hạ xuống. Năng lượng sinh ra trong quá trình oxi hoá trên được vi sinh vật sử dụng để đồng hoá CO2 thành đường. Các vi khuẩn có thể thực hiện quá trình trên là các loại thuộc nhóm Thiobacillus như Thiobacillus thioparus, và Thiobacillus thioxidans. Các loài này đều sống được ở môi trường pH thấp, thường là pH = 3, đôi khi ở pH = 1 – 1,5 chúng vẫn phát triển bình thường. Như vậy quá trình này có thể xảy ra nhiều ở môi trường có pH thấp, nếu xảy ra trong ao nuôi tôm thì song song việc giảm hàm lượng H2S trong nước có thể làm pH nước ao giảm mạnh gây sốc cho tôm cá đồng thời làm tăng độ độc của lượng H2S còn lại trong ao.
Oxi hoá do vi khuẩn tự dưỡng quang năng
Một số nhóm vi khuẩn tự dưỡng quang năng có khả năng oxi hoá H2S tạo thành SO42-. H2S đóng vai trò chất cho điện tử trong quá trình quang hợp của vi khuẩn. Các vi khuẩn thuộc họ Thiodaceae thường oxi hoá H2S theo phương trình
Ánh sáng
CO2 + H2S + H2O → C6H12O6 + H2SO4
Các vi khuẩn thuộc họ Chlorobacterioceae thường oxi hoá H2S theo phương trình
Ánh sáng
CO2 + H2S + H2O → C6H12O6 + S
Lưu huỳnh nguyên chất được hình thành trong phản ứng này không tích luỹ trong cơ thể vi khuẩn mà thải ra ngoài môi trường. Quá trình oxi hoá H2S bằng con đường quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với việc điều khiển hàm lượng khí độc H2S trong ao nuôi thuỷ sản bằng vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn thuộc họ Chlorobacterioceae vì không sản sinh ra H2SO4 trong quá trình oxi hoá H2S. Quá trình này làm giảm đồng thời hàm lượng H2S và CO2 trong nước mà không cần tiêu tốn oxi của ao, tránh hiện tượng thiếu O2 hay khó hấp thu O2 của tôm cá trong ao.
IV. Ứng dụng chế phẩm PSB và những lưu ý trong nuôi tôm
Vi khuẩn trong chế phẩm PSB thường gặp hiện nay là các loài Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter capsulatus, Rhodovulum sulfidophilum, Rhodobacter sphaeroid, Phodospririllum rubrum, Thiobacillus sp., Vai trò của các nhóm này ngoài kiểm soát hàm lượng H2S, vật chất hữu cơ phân tử lượng thấp, acid amin, acids hữu cơ, đạm và pH, còn bổ sung nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho vật nuôi. Tùy theo điều kiện ao nuôi mà có thể chọn sản phẩm sử dụng cho phù hợp. Tác dụng có lợi của chế phẩm PSB là do sự sinh sản nhanh chóng của vi khuẩn QH có trong chế phẩm đã hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh khác trong ao nuôi. Do vậy theo một số báo cáo, sử dụng vi khuẩn QH có thể kiểm soát một số bệnh như bệnh đỏ thân, bệnh đen mang, bệnh vi khuẩn dạng sợi. Ngoài ra trong quá trình vi khuẩn quang hợp có thể sinh ra loại men trypsin có tác dụng phòng bệnh tôm hiệu quả. Về công dụng làm thức ăn: vi khuẩn quang hợp có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng protein có thể đạt khoảng 60%, đồng thời còn chứa nhiều vitamin thiết yếu trong đó có vitamin nhóm B, sắc tố carotenoid, folacin và chất kích thích tăng trưởng. Mặt khác do có kích thước nhỏ nên chúng còn là thức ăn vừa miệng của ấu trùng tôm, cá và nhuyễn thể 2 mảnh vỏ. Trong quá trình nuôi ấu trùng tôm cá, ứng dụng vi khuẩn quang hợp có thể nâng cao tỷ lệ sống, tăng trưởng nhanh, giảm bớt lượng nước thay. Quan trọng hơn nữa là khi sử dụng chế phẩm PSB còn cải thiện được chất lượng nước thông qua giảm được các chất độc hại như hấp thu, phân hủy chất hữu cơ, loại bỏ mùi hôi do amoniac (NH4), H2S, amin độc tính, COD… Vì giá thành không cao, nên chế phẩm PSB mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt do tăng hiệu quả sử dụng thức ăn và tăng tỷ lệ sống của tôm nuôi. Một số kết quả cho thấy, dùng vi khuẩn QH nuôi tôm thẻ (8 mm) có thể tăng sản lượng lên 12%.
Trong một báo cáo mới nhất của Abbas et al. (2020) cho biết đã thử nghiệm thành công khi sử dụng vi khuẩn QH (Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter capsulatus Rhodobacter sphaeroid, Phodospririllum rubrum và Aifella marina) bổ sung vào thức ăn trên tôm thẻ, thí nghiệm khả năng gây sốc tôm bằng ammonia (NH3) và khả năng hạn chế sự phát triển của vi khuẩn Vibrio gây bệnh. Kết quả sau 28 ngày nuôi cho thấy tôm tăng trọng tốt hơn ở các nghiệm thức bổ sung vi khuẩn QH; hệ số FCR giảm đáng kể (1,2) so với đối chứng (1,7). Khả năng chịu đựng sốc ammonia của tôm đạt tốt nhất khi cho ăn thức ăn bổ sung vi khuẩn Rhodopseudomonas và ức chế được vi khuẩn gây bệnh Vibrio parahaemolyticus và V. campbellii trong điều kiện in vitro.
Một nghiên cứu khác của Hitoshi Miyasaka et al. (2021) trên tôm khi cho ăn bằng thức ăn có bổ sung vi khuẩn QH không lưu huỳnh (Rhodovulum sulfidophilum; sau 70 ngày nuôi tỉ lệ sống đạt 82% trong khi đối chứng 72%. Ngoài ra FCR giảm còn 1.83 (đối chứng 2.11). Với kết quả đạt được trong thực tế cũng như thí nghiệm đã cho thấy tiềm năng sử dụng vi khuẩn QH trong NTTS là rất lớn và khả thi.
Chế phẩm vi sinh quang hợp PSB
V. Kết luận và đề xuất
Vi khuẩn PSB có thể sử dụng H2S ở nồng độ thấp, nhưng cũng có thể sử dụng chất hữu cơ phân tử lượng thấp để cung cấp hydrogen, cũng có thể sử dụng muối amin, amino axit, nitrat để làm nguồn nitrogen. Do đó, nếu bổ sung vi khuẩn QH vào trong nước nuôi có thể nhanh chóng khử được NH3, H2S, chất hữu cơ,… từ đó cải thiện chất lượng nước nuôi. Nhưng điều cần lưu ý là vi khuẩn QH không thể sử dụng vật hữu cơ phân tử lượng lớn như tinh bột, chất béo, protein (thức ăn, chất thải, thức ăn thừa, xác động, thực vật,…) để quang hợp. Do đó, trong quản lý chất lượng nước ao nuôi tôm để đạt hiệu quả tốt nhất nên ứng dụng đồng thời các chế phẩm vi sinh (SUPER EM, …) có chứa các loài vi khuẩn dị dưỡng như Bacillus, Lactobacillus, Pseudomonas…giúp phân giải, tiêu hoá các vật hữu cơ phân tử lượng lớn thành vật hữu cơ phân tử lượng thấp trước rồi mới sử dụng vi khuẩn quang hợp, hoặc sử dụng kép cùng lúc sẽ đạt được hiệu quả lớn hơn.
Bài viết đã được UV-Việt Nam mua tác quyền từ tác giả. Bất cứ hình thức sao chép nào đều phải có trích dẫn nguồn từ UV-Việt Nam.
‘); return false; }); //Click vào nút gửi $(document).on(‘click’,’#gui_commnet’,function() { var root = $(this).parents(‘.item_comment’); var noidung=root.find(‘#noidung_comment’).val(); if(isEmpty(root.find(‘#noidung_comment’).val(), “Xin nhập Nội dung”)) { root.find(‘#noidung_comment’).focus(); return false; } if(root.find(‘#noidung_comment’).val().length<10 || root.find(‘#noidung_comment’).val().length>1000) { alert(“Bình luận từ 10 đến 1000 ký tự”); root.find(‘#noidung_comment’).focus(); return false; } if(!$(‘.thongtin_commnet’).hasClass(‘daclick’)) { var choose_text= ‘Chọn hình ảnh tải lên’; var choose_btn= ‘Chọn Hình’; $(‘#filer_input’).trigger(“filer.reset”); $(‘.jFiler-input-caption span’).html(choose_text); $(‘.jFiler-input-button’).html(choose_btn); $(‘#mota_commnet’).val(noidung); $(‘#myModal_comment’).modal(‘show’); $(‘.thongtin_commnet’).addClass(‘daclick’); } else { alert(“Vui lòng click vào gửi và hoàn thành”); } return false; }); //close modal $(“#myModal_comment”).on(“hidden.bs.modal”, function () { $(‘.thongtin_commnet’).removeClass(‘daclick’); $(‘#ten_commnet’).val(”); $(‘#email_commnet’).val(”); $(‘#dienthoai_commnet’).val(”); $(‘#noidung_comment’).val(”); $(‘#mota_commnet’).val(”); $(‘#parentid_commnet’).val(”); }); //Click vào nút Close comment $(document).on(‘click’,’.close_comment’,function() { var root = $(this).parents(‘.item_comment’); root.find(‘.thongtin_commnet’).slideUp(300); root.find(‘.thongtin_commnet’).removeClass(‘daclick’); }); //Click vào nút gửi và hoàn tất $(‘#form1’).submit(function(e){ e.preventDefault(); var root = $(this); console.log(root); if(isEmpty(root.find(‘#ten_commnet’).val(), “Xin nhập Họ tên”)) { root.find(‘#ten_commnet’).focus(); return false; } if(isEmpty(root.find(‘#dienthoai_commnet’).val(), “Xin nhập Số điện thoại”)) { root.find(‘#dienthoai_commnet’).focus(); return false; } if(isPhone(root.find(‘#dienthoai_commnet’).val(), “Số điện thoại không hợp lệ”)) { root.find(‘#dienthoai_commnet’).focus(); return false; } // if(isEmpty(root.find(‘#email_commnet’).val(), “Nhập email”)) // { // root.find(‘#email_commnet’).focus(); // return false; // } if(isEmail(root.find(‘#email_commnet’).val(), “Email không hợp lệ”)) { root.find(‘#email_commnet’).focus(); return false; } var form_data = new FormData(this); $(“.loading-cart”).fadeIn(); $.ajax({ type: ‘post’, url: ‘ajax/comment.php’, data: form_data, cache: false, contentType: false, processData: false, dataType:’json’, success:function(kq){ $(‘#myModal_comment’).modal(‘hide’); add_popup(kq.thongbao); $(‘.comment_add’).remove(); $(‘#ten_commnet’).val(”); $(‘#email_commnet’).val(”); $(‘#dienthoai_commnet’).val(”); $(‘#noidung_comment’).val(”); $(‘#mota_commnet’).val(”); $(‘#parentid_commnet’).val(”); $(‘#filer_input’).val(”); setTimeout(function(){ $(“.loading-cart”).fadeOut(); },300); } }) }) // $(document).on(‘click’,’#hoantat_commnet’,function() { // var root = $(this).parents(‘.thongtin_commnet’); // console.log(root); // if(isEmpty(root.find(‘#ten_commnet’).val(), “Xin nhập Họ tên”)) // { // root.find(‘#ten_commnet’).focus(); // return false; // } // if(isEmpty(root.find(‘#dienthoai_commnet’).val(), “Xin nhập Số điện thoại”)) // { // root.find(‘#dienthoai_commnet’).focus(); // return false; // } // if(isPhone(root.find(‘#dienthoai_commnet’).val(), “Số điện thoại không hợp lệ”)) // { // root.find(‘#dienthoai_commnet’).focus(); // return false; // } // if(isEmpty(root.find(‘#email_commnet’).val(), “Nhập email”)) // { // root.find(‘#email_commnet’).focus(); // return false; // } // if(isEmail(root.find(‘#email_commnet’).val(), “Email không hợp lệ”)) // { // root.find(‘#email_commnet’).focus(); // return false; // } // var product_id = “470”; // var parent_id = parseInt(root.find(‘#parentid_commnet’).val()); // var ten = root.find(‘#ten_commnet’).val(); // var email = root.find(‘#email_commnet’).val(); // var mota = root.find(‘#mota_commnet’).val(); // var dienthoai = root.find(‘#dienthoai_commnet’).val(); // var sex = $(‘input[name=”gender_commnet”]:checked’).val(); // var type = “thong-tin-ky-thuat”; // var link = root.find(‘#link_commnet’).val(); // var danhmuc = root.find(‘#danhmuc_commnet’).val(); // var files = root.find(‘#filer_input’).val(); // alert(files); // $.ajax({ // type:’post’, // url:’ajax/comment.php’, //data:{ten:ten,email:email,mota:mota,parent_id:parent_id,type:type,product_id:product_id,dienthoai:dienthoai,sex:sex,link:link,danhmuc:danhmuc,files:files}, // dataType:’json’, // error: function(){ // add_popup(‘Hệ thống bị lỗi, xin quý khách chuyển sang mục khác.’); // }, // success:function(kq){ // $(‘#myModal_comment’).modal(‘hide’); // add_popup(kq.thongbao); // $(‘.comment_add’).remove(); // $(‘#ten_commnet’).val(”); // $(‘#email_commnet’).val(”); // $(‘#dienthoai_commnet’).val(”); // $(‘#noidung_comment’).val(”); // $(‘#mota_commnet’).val(”); // $(‘#parentid_commnet’).val(”); // } // }); // return false; // }); });
