Màng sinh học biofilm trong nuôi trồng thủy sản

Màng sinh học là gì?

Màng sinh học là một tập hợp các tế bào vi sinh vật liên kết với một bề mặt và được bao bọc trong một chất nền chủ yếu là polysaccharide. Nó có thể hình thành trên nhiều loại bề mặt, bao gồm mô sống, thiết bị, dụng cụ hoặc các hệ thống thủy sinh tự nhiên. Có thể quan sát thấy nhiều sinh vật đa dạng như tảo, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, động vật chân đốt,... trong tập hợp màng sinh học này. 

Màng sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Cấu trúc màng sinh học trong môi trường nước phụ thuộc vào bản chất của nền đáy, nguồn dinh dưỡng sẵn có, ánh sáng và hoạt động của các sinh vật trong đó. Các sinh vật trong màng sinh học có kích thước siêu nhỏ và có giá trị dinh dưỡng cao. Đây được coi là nguồn protein chất lượng tốt, bền vững (23-30%) và dễ dàng xuất hiện ở mọi kích thước của các loài thủy sản nuôi. Vi tảo và vi khuẩn dị dưỡng trong màng sinh học là nguồn năng lượng tốt hỗ trợ tăng cường miễn dịch, kích thích tăng trưởng, tăng hoạt tính sinh học và kích thích tiêu hóa cho vật nuôi. Sự hiện diện của màng sinh học trong các hệ thống nuôi cũng giúp cải thiện chất lượng nước vì hấp thụ amoni, photphat và sản xuất nhiều oxy. 

Màng sinh học cung cấp dinh dưỡng vừa là giải pháp an toàn xử lý nước. Ảnh: Tepbac.

1. Về mặt dinh dưỡng

Màng sinh học đóng vai trò là nguồn thức ăn bổ sung, cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu như axit béo không bão hòa (PUFA), sterol, acid amin, vitamin và sắc tố giúp vật nuôi phát triển tốt hơn. Hơn nữa, chất nền hữu cơ của màng sinh học cũng có nhiều tác dụng đáng kể, là nơi trú ẩn an toàn cho tôm cá, làm giảm tác động căng thẳng khi nuôi ở mật độ cao. Hàm lượng protein trong đó có thể thay đổi từ 23 đến 30%, và hàm lượng lipid dao động từ 2-9%. Hàm lượng và thành phần quần xã vi sinh vật thực sự ảnh hưởng lớn đến chất lượng dinh dưỡng của màng sinh học. Việc sử dụng màng sinh học chắc chắn sẽ góp phần giảm chi phí và làm cho việc nuôi thủy sản trở thành một hoạt động thân thiện với môi trường.

2. Về mặt xử lý môi trường

Màng sinh học là một phương tiện thích hợp để loại bỏ các hợp chất nitơ ra khỏi môi trường nước, đặc biệt là amoniac và nitrit, những chất có độc tính cao. Màng sinh học là rất cần thiết trong việc duy trì chất lượng nước khi vi khuẩn nitrat hóa và vi tảo sẽ đồng hóa amoniac, cho phép luân chuyển các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi. Hơn nữa, màng sinh học cũng sẽ hấp thụ photphat và sản xuất oxy cho các hệ thống nuôi.

Màng sinh học cải thiện hiệu quả chất lượng nước nuôi thủy sản. Ảnh: Moreforsking AS.

Các giai đoạn hình thành màng sinh học

Việc bổ sung giá thể nhân tạo cho vi sinh vật phát triển sẽ giúp màng sinh học có chất lượng tốt hơn. Màng sinh học có thể được chia thành bốn giai đoạn hình thành: 

(i) Hấp phụ các hợp chất hữu cơ hòa tan, tức là các đại phân tử và gắn vào bề mặt (là một quá trình hóa lý tự phát).

(ii) Sự định cư của vi khuẩn - sau khi vi khuẩn tại đó bắt đầu tạo ra các chất cao phân tử ngoại bào (EPS), bảo vệ chúng chống lại những kẻ săn mồi.

(iii) Sự xâm chiếm của các nguyên sinh vật, chủ yếu là sinh vật đơn bào, vi tảo và vi khuẩn lam.

(iv) Sự định cư của các sinh vật đa bào nhân thực.

Màng sinh học và biofloc

Tương tự như màng sinh học, bioflocs bao gồm tảo, nấm, vi khuẩn, trùng roi, liên kết với các vi sinh vật khác bám vào chất nền hữu cơ, nhưng hạn chế là biofloc không thể hình thành khi dòng chảy quá nhanh. Trong công nghệ này, vi sinh vật sẽ  duy trì chất lượng nước và làm thức ăn cho các sinh vật sản xuất.

Mặt khác, màng sinh học thì hình thành trên tất cả các bề mặt, ngay cả nước siêu tinh khiết, nên sẽ không lạ khi một màng sinh học hình thành ngay cả trên biofloc. Các vi khuẩn có lợi trong biofloc nằm trên bề mặt lớp màng sinh học mỏng nhưng phức tạp. Lớp màng sinh học này có thể rất bền bỉ và hầu như không thể bị loại bỏ.

Biofilm và Biofloc có mối quan hệ mật thiết với nhau. Ảnh: Tepbac.

Mặt trái của màng sinh học

Với một cách nhìn khách quan, màng sinh học không chỉ có lợi mà còn có nhiều tác hại đã được nghiên cứu trong nuôi trồng thủy sản. Nếu thành phần trong màng sinh học này do các vi khuẩn gây bệnh chiếm ưu thế thì đây là một mối đe dọa lớn cho tôm cá nuôi.

Đã có nhiều nghiên cứu về màng sinh học của đối tượng chính là vi khuẩn Vibrio trong các hệ thống nuôi tôm; Flavobacterium columnare, A. hydrophila và Edwardsiella hình thành màng sinh học dày trong các ao bể nuôi cá da trơn.

Với độ dày và độ bám dính cao thì rất khó để loại bỏ những lớp màng sinh học không muốn này ra khỏi các hệ thống nuôi. Thiệt hại kinh tế là rất lớn, khi màng sinh học này chính là nguyên nhân dẫn đến dịch bệnh kéo dài trong nuôi thủy sản.

Màng sinh học có thể hình thành và gây hại trong các hệ thống nuôi cá da trơn. Ảnh: Tepbac.

Để màng sinh học không trở thành “kẻ phá hoại” trong nuôi trồng thủy sản, thì điều quan trọng là phải biết cách điều khiển để chúng trở thành những “bức tường bảo vệ”. Kiểm khuẩn thường xuyên để biết chính xác mật độ và thành phần các vi khuẩn tồn tại trong nước. Diệt khuẩn định kỳ cũng là cách để tránh hình thành những kẻ phá hoại trên trong môi trường nước. Và cũng nên tạo điều kiện, thêm chất nền để các màng sinh học có lợi phát triển và phát huy được hết lợi ích của chúng.