English
Các hệ thống nuôi trồng thủy sản dựa trên BFT đã thành công nhờ tập trung vào sự tăng trưởng và hoạt động của quần thể vi sinh vật cụ thể.
Nghiên cứu này đã điều tra quần thể vi khuẩn trôi nổi trong hệ thống nuôi tôm thẻ L. vannamei dựa trên BFT thay đổi như thế nào theo tốc độ tăng trưởng của tôm và khám phá mối liên hệ giữa các giai đoạn tăng trưởng, các thông số môi trường và thành phần hệ vi sinh vật trong nước nuôi. Ảnh của Darryl Jory.
Quần thể vi khuẩn trôi nổi và các chức năng sinh học của chúng là những thành phần quan trọng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản sử dụng công nghệ biofloc (BFT). Lý do chính để mô tả các quần thể vi sinh vật phức tạp này là phát triển một phương pháp có thể duy trì ổn định quần thể vi sinh vật, hỗ trợ sức khỏe tôm và chất lượng nước đạt mức tối ưu, vì sự thay đổi trong quần thể vi sinh vật được cho là có liên quan chặt chẽ với sự bùng phát dịch bệnh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản.
Quần thể vi sinh vật quyết định đến chất lượng nước và hoạt động tổng thể của hệ thống BFT, do đó một số nghiên cứu đã được tiến hành để mô tả thành phần hệ vi sinh vật trong hệ thống BFT. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã điều tra thành phần quần thể vi khuẩn trong ruột của tôm xanh (Litopenaeus stylirostris) và trong nước của cả hệ thống nước biển và hệ thống BFT, kết quả quan sát thấy rằng quần thể vi khuẩn của cả hai hệ thống có sự khác nhau đáng kể. Sau đó, các nhà nghiên cứu khác đã báo cáo rằng nguồn carbon và tỷ lệ C / N đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến thành phần quần thể vi khuẩn trong hệ thống BFT. Ngoài ra, một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng thành phần hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng (L. vannamei) thay đổi đáng kể ở các giai đoạn tăng trưởng khác nhau và hệ vi sinh vật đường ruột có điểm tương đồng mạnh mẽ với các quần thể vi khuẩn của bioflocs.
Nhìn chung, có nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột tôm ở các giai đoạn tăng trưởng khác nhau. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu mô tả hoạt động của quần thể sinh vật phù du trong nước ở các giai đoạn nuôi khác nhau, và mối liên hệ của nó với các thông số môi trường phổ biến trong hệ thống BFT.
Bài báo này được tóm tắt từ bào báo gốc (Cho, J-C. 2022. Khám phá các quần thể vi khuẩn phù du và hoạt động của chúng trong hệ thống nuôi tôm dựa trên biofloc (Litopenaeus vannamei). Front. Microbiol. 13: 995699] – báo cáo về một nghiên cứu nuôi tôm L. vannamei trong hệ thống nhà kính sử dụng công nghệ BFT, và điều tra quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi thay đổi như thế nào theo tốc độ tăng trưởng của tôm để khám phá mối liên hệ giữa các giai đoạn nuôi, các thông số môi trường và thành phần hệ vi sinh vật trong nước nuôi.
Thiết lập nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện tại hệ thống nuôi trồng thủy sản biofloc trong nhà kính tại Trung tâm Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản Biển Tây, Viện Nghiên cứu và Phát triển Thủy sản Quốc gia, Taean, Hàn Quốc. Hệ thống bao gồm hai bể 300 m2, sâu 0,8 m, đặt trong một hệ thống nhà kính rộng 1.000 m2 với 2 lớp cách nhiệt. Hai bể (Bể 1 và Bể 2) hoạt động như hệ thống BFT, và không thay nước trong quá trình thử nghiệm.
Tôm post (PLs) L. vannamei sạch bệnh được lấy từ một nhà cung cấp thương mại (SyAqua Sia. Co., Ltd.) ở Thái Lan. PLs được ương 16 ngày và có tổng 120.000 con được ương (trọng lượng cơ thể ban đầu 0,038g) được thả vào mỗi bể với mật độ 320 con/m3 và nuôi trong 152 ngày. Các mẫu nước được thu thập hàng tuần trong 5 tháng và các thông số chất lượng nước như các thông số hóa lý và chất dinh dưỡng vô cơ được theo dõi. Song song đó, việc xác định trình tự gen 16S rRNA đã được sử dụng để khảo sát các mô hình hoạt động của hệ vi sinh vật nước nuôi.
Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm, hệ thống nuôi, cách nuôi dưỡng và thu thập mẫu; đánh giá đa sự dạng vi khuẩn; và các phân tích thống kê, vui lòng tham khảo bài báo gốc.
Kết quả và thảo luận
Để hệ thống nuôi trồng thủy sản BFT đạt hiệu quả, cần phải có các quần thể vi sinh vật nhất định để có thể cải thiện chất lượng nước, năng suất và an toàn sinh học. Hiện nay, đã có nhiều bằng chứng cho thấy hệ vi sinh vật nước nuôi trong hệ thống nuôi tôm có liên quan chặt chẽ với hệ vi sinh vật đường ruột của tôm, và hệ vi sinh vật nước nuôi cũng có liên quan đến sự xuất hiện dịch bệnh ở tôm. Tuy nhiên, các nghiên cứu vẫn chưa kết luận được về thành phần quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi và sự thay đổi của nó đối với sự phát triển của tôm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ tìm hiểu những thay đổi trong các thông số hóa lý và thành phần quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi ở các giai đoạn phát triển khác nhau của tôm thẻ L. vannamei trong hệ thống nuôi trồng thủy sản dựa trên BFT.
Hệ thống BFT của chúng tôi cho năng suất trung bình 3,6 kg/m3, trong đó, khoảng 3-6 kg/m3 được báo cáo cho các hệ thống BFT này (Hình 1). Năng suất này cũng cao hơn đáng kể so với 0,2–0,3 kg/m3 được thu được từ các hệ thống nuôi truyền thống theo dòng chảy. Tương tự, tỷ lệ sống (tương ứng là 89% và 74% trong bể 1 và 2) trong hệ thống của chúng tôi, tỷ lệ này cũng nằm trong phạm vi được báo cáo từ các hệ thống BFT và truyền thống khác. Tỷ lệ sống thấp hơn ở bể 2 được giải thích là do mật độ thả cao hơn so với mật độ siêu thâm canh (> 300 con/m3) được báo cáo trước đây. Hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) là từ 1,2 – 1,3, tương tự như các tỷ lệ được báo cáo trước đây trong hệ thống BFT.
Hình 1: Trọng lượng cơ thể của tôm thẻ chân trắng và các thông số hóa lý của nước nuôi trong 152 ngày trong hệ thống nuôi trồng thủy sản biofloc. Các đường cong thể hiện giá trị của (A) trọng lượng cơ thể, (B) nhiệt độ nước nuôi (đường cong trên) và không khí (đường cong dưới), (C) độ kiềm, (D) tổng nitơ amoniac (TAN), (E) nitrit (NO2- N), (F) nitrat (NO3-N), (G) tổng chất rắn lơ lửng (TSS), (H) oxy hòa tan (DO), và (I) độ mặn trong bể 1 và 2.
Quần thể vi sinh vật trong nước nuôi của hệ thống BFT tham gia vào một số chức năng quan trọng, bao gồm sự hình thành màng sinh học, duy trì ổn định chất lượng nước và sức khỏe tôm, cũng như các thông số sinh hóa khác. Hơn nữa, một số nghiên cứu điều tra thành phần vi sinh vật của các hệ thống nuôi trồng thủy sản đã xác định được mối liên hệ chặt chẽ giữa hệ vi sinh vật trong ruột tôm và nước nuôi. Mối liên hệ này được giải thích là do dòng chảy liên tục của nước nuôi qua đường tiêu hóa của tôm đang phát triển, do đó ảnh hưởng đến thành phần của hệ vi sinh đường ruột.
Trong nghiên cứu này, lần đầu tiên chúng tôi chứng minh rằng quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi có tính “năng động” cao. Một sự thay đổi rõ ràng trong thành phần quần thể sinh vật phù du theo sự phát triển của tôm đã được quan sát thấy. Quần thể sinh vật phù du thể hiện hai sự thay đổi lớn trong toàn bộ quá trình nghiên cứu (Hình 2). Sự thay đổi đầu tiên có thể xảy ra giữa TAS4 và TAS5 (trong 48–69 ngày nuôi), trong đó nguyên nhân chính có thể là do sự phong phú gia tăng đột ngột của vi khuẩn Actinobacteria. Tương tự, sự thay đổi thứ hai bắt đầu giữa TAS7 và TAS8 (trong 104–118 ngày nuôi), có thể một phần là do tỷ lệ Chloroflexi và TM7 (một loại phylum tên Saccharibacteria) tăng lên. Các mô hình tương tự trong quần thể vi khuẩn trong nước nuôi, cùng với ruột và trầm tích, ở các giai đoạn nuôi khác nhau đã được quan sát thấy trước đây trong hệ thống nuôi tôm.
Hình 2: Sự biến đổi thành phần của quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi. Các ô phân tích tọa độ chính (PCoA) đại diện cho các thông số đa dạng trong các mẫu nước nuôi được thu thập qua các giai đoạn sống khác nhau từ hệ thống nuôi trồng thủy sản dựa trên BFT. Các ID mẫu được chỉ định (TAS1 đến TAS10) đại diện cho các giai đoạn tăng trưởng của tôm lần lượt là ngày 6, 20, 34, 48, 69, 83, 104, 118, 132 và 146, trong bể 1.
Phân tích sâu hơn cho thấy có sự phức tạp của quần thể vi sinh vật trong nước nuôi, bao gồm một số sinh vật phù du như Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes và Planctomycetes. Proteobacteria là loài chiếm ưu thế nhất trong suốt các giai đoạn tăng trưởng, điều này phù hợp với kết quả của một số nghiên cứu trước đó. Tương tự như vậy, Bacteroidetes là loại phylum phong phú thứ hai, cho thấy mức độ phong phú tương đối rộng, dao động từ 2,5 – 63%. Phylum này chứa một số vi khuẩn chiếm ưu thế trong sự nở hoa của tảo và được biết đến như một vi khuẩn phân hủy các đại phân tử trong môi trường sống dưới nước.
Sự phong phú của một số sinh vật phù du chiếm ưu thế cho thấy một mô hình không nhất quán giữa các giai đoạn tăng trưởng. Ví dụ, Cyanobacteria chiếm ưu thế trong quần thể ở giai đoạn đầu, nhưng sau đó giảm dần ở các giai đoạn nuôi sau đó. Giải thích cho sự thay đổi như vậy có thể là do hầu hết Cyanobacteria là sinh vật tự dưỡng quang hợp trôi nổi tự do, và độ đục của bioflocs trong nước nuôi có thể đã cản trở hiệu quả quang hợp của chúng. Trái ngược với Cyanobacteria, phylum Actinobacteria cho thấy một xu hướng hoàn toàn ngược lại, chúng hoàn toàn không xuất hiện ở giai đoạn đầu. Ở cấp độ lớp, hệ vi sinh vật nước nuôi chủ yếu được đặc trưng bởi Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria và Bacteroidetes. Sự xuất hiện nhiều hơn của các nhóm sinh vật phù du này trong hệ thống BFT không có gì đáng ngạc nhiên khi xem xét các đặc điểm cơ bản của chúng, bao gồm yêu cầu về vật chất hữu cơ và nitơ để tăng trưởng.
Nước nuôi của các hệ thống nuôi trồng thủy sản thường được chứng minh là có chứa các chi vi khuẩn có khả năng gây bệnh như Vibrio, Aeromonas, Photobacterium, Pseudomonas, Candidatus Bacilloplasma và Flavobacterium. Trong số các chi này, tác nhân gây bệnh đáng chú ý nhất là Vibrio spp., do đó việc định lượng sự hiện diện của chúng được ưu tiên trong nghiên cứu này. Kết quả cho thấy sự hiện diện của Vibrio spp. đã bị hạn chế trong nghiên cứu của chúng tôi, điều này phù hợp với kết quả của các nghiên cứu tương tự trước đó được thực hiện trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản BFT. Mật độ Vibrio spp. thấp quan sát được có thể là do chất lượng nước và / hoặc sự xuất hiện của probiotic đã hạn chế sự sinh sôi của chúng. Nói chung, các thành phần sinh vật phù du chiếm ưu thế trong hệ thống BFT (như Proteobacteria và Bacteroidetes) cạnh tranh thức ăn và không gian, hạn chế sự xuất hiện của mầm bệnh, bao gồm cả Vibrio spp.
Điều thú vị mà chúng tôi đã quan sát thấy là sự dao động cụ thể theo từng giai đoạn nuôi về sự phong phú của các nhóm sinh vật phù du, điều này có thể quan trọng đối với sự hoạt động hiệu quả của hệ thống BFT. Ví dụ, Actinobacteria, được xác định là một đơn vị phân loại dấu ấn sinh học trong cả giai đoạn giữa và giai đoạn cuối của quá trình nuôi, thường được mô tả là đóng một số vai trò quan trọng trong nuôi trồng thủy sản. Vi khuẩn Actinobacteria được khuyến nghị là “ứng cử viên” đầy hứa hẹn để sử dụng làm probiotics trong nuôi trồng thủy sản do một số đặc điểm, như khả năng phân hủy các đại phân tử (ví dụ, protein và tinh bột) và chống lại các tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng thức ăn được bổ sung các thành viên của Actinobacteria (ví dụ, chi Microbacterium), có thể mang lại lợi ích sức khỏe cho tôm bằng cách thúc đẩy tăng trưởng và hạn chế sự xuất hiện của mầm bệnh. Ngoài ra, vi khuẩn Actinobacteria được cho là cần thiết trong việc duy trì cân bằng nội môi trong ruột.
Quan điểm
Chúng tôi đã nghiên cứu các đặc tính hóa lý và quần thể sinh vật phù du trong nước nuôi tôm thẻ L. vannamei dựa trên BFT. Kết quả phát hiện ra các thành phần hình thành cấu trúc của hệ vi sinh vật nước nuôi có thể giúp duy trì chất lượng nước và giảm thiểu sự xuất hiện của vi khuẩn gây bệnh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản.
Dựa trên dữ liệu của chúng tôi, thật hợp lý để giả định rằng sức khỏe và sản lượng của tôm trong hệ thống nuôi trồng thủy sản dựa trên BFT phần lớn phụ thuộc vào hệ vi sinh vật nước nuôi, bên cạnh việc phụ thuộc vào hệ vi sinh vật đường ruột của tôm. Đối với các nghiên cứu trong tương lai, chắc chắn sẽ rất thú vị khi phân tích các chức năng của vi sinh vật trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích và phiên mã bằng Shotgun.
Theo Tiến sĩ Jang-Cheon Cho
Biên dịch: Huyền Thoại – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”
Xem thêm:
- Hoạt tính kháng khuẩn của các chủng Bacillus chống lại vi khuẩn Vibrio campbellii gây bệnh AHPND ở tôm thẻ chân trắng
- Chiết xuất trà xanh có thể chống lại WSSV và AHPND
- Định Lượng Sự Đóng Góp Của Thức Ăn Tự Nhiên Đối Với Sự Tăng Trưởng Của Tôm Trong Hệ Thống Biofloc