Hiện tại, vi khuẩn khử nitơ trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu được thu từ nước, bùn hoặc trầm tích trong môi trường nuôi, nhưng ít được thu từ biofloc. Bioflocs từ môi trường nuôi có khả năng loại bỏ nitơ (Ebrahimi và cộng sự, 2020) và vi khuẩn có trong bioflocs đã được chứng minh là có thể hấp thụ nitơ (Kamilya và cộng sự, 2017 ), do đó có thể thu nhận các dòng vi khuẩn khử nitơ hiệu quả cao từ bioflocs.

Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp thay thế hiệu quả và an toàn để loại bỏ nitơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản. Hai vi khuẩn khử amoniac và nitrit hiệu quả cao (AB15 và NB14) đã được phân lập từ biofloc trong các ao nuôi tôm thâm canh và được xác định là Vibrio sp. và Pseudomonas fluorescens. 

Phân lập và xác định các chủng

Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy vi khuẩn loại bỏ nitrit được thu từ bioflocs đạt hiệu suất tuyệt vời, nhưng bị giới hạn trong việc sàng lọc vi khuẩn với việc loại bỏ đồng thời nitrit và amoniac. Trong thí nghiệm này, AB15 và NB14 được phân lập từ biofloc trong ao nuôi tôm không thay nước cho thấy khả năng loại bỏ NH₄⁺ và NO₂^- với hiệu suất cực cao, tỷ lệ loại bỏ có thể đạt lần lượt là 96,8 và 89,6%. Hơn nữa, AB15 và NB14 thể hiện tính kỵ khí tự nhiên thông qua phân tích các đặc điểm sinh lý và sinh hóa, khác với các vi khuẩn ammoniac và nitrit khác, cho thấy hai dòng vi khuẩn Gram âm này có thể được áp dụng trong các ao nuôi có sục khí hoặc không có sục khí. Đặc điểm hình thái của chúng về cơ bản là giống nhau, các khuẩn lạc trên môi trường thạch có hình tròn, nhỏ, mịn, đục, màu thịt, nhớt và có các cạnh đều đặn. Hai chủng này được xác định là Vibrio sp. và P. fluorescens. 

Khả năng loại bỏ đồng thời amoniac và nitrit 

Nhiều yếu tố, chẳng hạn như nhiệt độ, pH, độ mặn và tỷ lệ C/N, có tác động đáng kể đến việc loại bỏ amoniac và nitrit trong ao nuôi trồng thủy sản. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ loại bỏ ammoniac của AB15 ở 25-40°C, pH 7,5-9, độ mặn 25-35 ‰ đạt 80%; tỷ lệ loại bỏ nitrit của NB14 ở 25-40°C, độ mặn 10-35‰ đạt  65%, và ở pH 7-8,5 tỷ lệ loại bỏ nitrit hơn 85%.

Người ta thường cho rằng nguồn cacbon dồi dào hoặc tỷ lệ C/N thích hợp là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ amoniac và nitrit. Tỷ lệ C/N tối ưu của AB15 và NB14 tương ứng là 15 và 10, trong điều kiện này, tỷ lệ phân hủy amoniac và nitrit tương ứng hơn 80 và 85%. Hơn nữa, tỷ lệ C/N của hệ thống biofloc thường vượt quá 10, điều này có lợi cho việc loại bỏ amoniac và nitrit của AB15 và NB14. Do đó, hai chủng này có thể tham gia vào quá trình hình thành biofloc và thúc đẩy quá trình xử lý chất lượng nước của các ao nuôi trồng thủy sản biofloc. Mặt khác, trong điều kiện tỷ lệ C/N 0-5, tỷ lệ loại bỏ amoniac của AB15 là hơn 60%, điều này cho thấy nó cũng có thể được áp dụng cho ao nước biển thông thường.

Sự ức chế mầm bệnh của các chủng phân lập 

Các chủng thuộc giống Vibrio được biết đến là vi khuẩn có hại cho động vật thủy sản, chẳng hạn như V.harveyi, V.alginolyticus và V.parahaemolyticus. Theo các nghiên cứu trước đây, nhiều vi khuẩn là các chủng probiotic tiềm năng có thể được áp dụng để ức chế sự phát triển của mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản như Pseudomonas và Bacillus cũng được coi là có tác dụng đối kháng với V.harveyi.

NB14 (P. fluorescens).

Trong nghiên cứu này, các kết quả chỉ ra rằng cả AB15 và NB14 đều có tác dụng ức chế rất tốt các mầm bệnh V.harveyi , V.splendidus và V.anguillarum ở nồng độ 10⁵-10⁸ cfu/mL (đường kính của vùng ức chế hơn 10 mm ở tất cả các nồng độ AB15 và NB14). Nhìn chung, AB15 và NB14 không chỉ phân hủy NH₄⁺ và NO₂^- mà còn ức chế một số vi khuẩn gây bệnh cho tôm, cá và hải sâm.

An toàn đối với tôm

Trước khi ứng dụng thực tế, hai chủng vi khuẩn này phải được đánh giá về độ an toàn đối với vật chủ. Theo các nghiên cứu trước đây, chủng Pseudomonas PS-102 phân lập không gây ra bất kỳ tác động có hại nào đối với ấu trùng tôm hoặc tôm con trưởng thành khi thử thách với liều lượng 10⁷ cfu/ml bằng cách tiêm. Mặc dù nhiều Vibrio spp. được coi là mầm bệnh thì một số loài như V. alginolyticus và V.gazogenes vẫn có thể hoạt động như chế phẩm sinh học để kiểm soát nhiễm khuẩn Vibrio ở tôm thẻ chân trắng (Thompson, Gregory, Plummer, Shields, & Rowley, 2010). Kết quả của nghiên cứu này cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ sống của tôm thẻ giữa các nghiệm thức và nhóm đối chứng sau 21 ngày thí nghiệm, cho thấy AB15 và NB14 ở hai nồng độ (10⁵ và 10⁸ CFU/mL) có thể được áp dụng trong các ao nuôi tôm để phân hủy amoniac và nitrit vì chúng vô hại đối với tôm thẻ chân trắng.

Trong nghiên cứu này, tất cả các chỉ tiêu miễn dịch của tôm thẻ đều có sự khác biệt đáng kể so với đối chứng, điều này khẳng định AB15 và NB14 sở hữu khả năng tăng cường miễn dịch cao cho tôm thẻ. Có thể là do vi khuẩn trong biofloc bám vào các hạt và sử dụng chất hữu cơ do đó tôm có thể ăn các vi khuẩn có trên bề mặt thức ăn. Ngoài ra, bioflocs đã được chứng minh chứa các hoạt chất miễn dịch PHB, phosphatase kiềm, polysaccharid, do đó có thể tăng cường hiệu suất miễn dịch của động vật thủy sản. AB15 và NB14 phát triển trong bioflocs cũng có thể bao gồm các thành phần hoạt tính này. 

Hai dòng vi khuẩn kỵ khí dễ nuôi AB15 (Vibrio sp.) và NB14 (P. fluorescens), đã được phân lập từ biofloc trong các ao nuôi tôm thâm canh. Chúng không chỉ loại bỏ amoniac và nitrit trong nước nuôi một cách hiệu quả mà còn đối kháng với ba loại vi khuẩn Vibrio gây bệnh trong nuôi cá, tôm và hải sâm. Hơn nữa, các chủng AB15 và NB14 cho thấy khả năng tăng cường miễn dịch và an toàn sinh học cao đối với tôm thẻ. Do đó, hai chủng phân lập có thể được ứng dụng làm chế phẩm sinh học tiềm năng để phân hủy amoniac và nitrit trong nuôi trồng thủy sản.