Ảnh minh họa

Quá trình nitrate hóa là quá trình mà ammonia bị oxy hóa thành nitrite sau đó thành nitrate, đây được coi như một quá trình sinh học chính trong vòng nitơ toàn cầu. Houzeau đã phát hiện được quá trình này từ năm 1872 (Houzeau,1872), mười ba năm sau, với sự phân lập được các vi khuẩn oxy hóa amoni đã được khẳng định (Winogradsky, 1890), từ năm 1890- 2004 các nhà khoa học đã chứng minh và tin rằng có vi khuẩn làm trung gian cho sự oxy hóa amoni hiếu khí, chúng gồm các chi như Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus và Nitrosovibrio (Watson, 1986; Koop, 2006). Cho đến nay, nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự tồn tại của nhóm các vi khuẩn này, ngoài những chi đã công bố còn phát hiện loài Nitrosopumilus maritimus là vi khuẩn cổ thuộc một ngành vi khuẩn cổ mới là ngành Thaumarchaeota cũng tham gia vào sự oxy hóa amoni thành nitrite (Krummel, 1982; BrochierArmanet, 2008). Bước thứ hai của quá trình là sự oxy hóa nitrite thành nitrate với sự tham gia các các loài thuộc chi Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira và Nitrospina, Nhu cầu về thủy sản (TS) của con người trên toàn cầu ngày càng gia tăng để phù hợp với tình hình phát triển dân số ngày càng tăng. Khi nguồn hải sản tự nhiên chưa đáp ứng đủ với nhu cầu thực tiễn do tình trạng khai thác hải sản còn tràn lan quá mức, thì hoạt động nuôi trồng thủy sản (NTTS) chính là nguồn cung cấp chính cho con người. NTTS đóng góp vào sự phát triển kinh tế xã hội tại các cộng đồng địa phương, nhưng cũng có thể tạo ra những tác động tiêu cực đến môi trường nếu như việc sản xuất không đi theo hướng bền vững. Trong hơn 15 năm qua, NTTS đã phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong chiến lược phát triển và hiện nay Việt Nam là một trong những quốc gia sản xuất thủy sản (TS) lớn nhất trên thế giới. Với sự tăng trưởng nhanh và hiệu quả, TS đã đóng góp tích cực trong chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp, đóng góp hiệu quả cho công cuộc xóa đói, giảm nghèo, giải quyết việc làm cho trên 4 triệu lao động, nâng cao đời sống cho cộng đồng dân cư khắp các vùng nông thôn, ven biển, đồng bằng, trung du, miền núi…, đồng thời góp phần quan trọng trong bảo vệ an ninh quốc phòng trên vùng biển đảo của Tổ quốc (Tổng quan ngành Thủy sản Việt Nam, 2015). Tổng sản lượng thủy sản đạt hơn 6,56 triệu tấn (năm 2015); trong đó, khai thác 3,03 triệu tấn, nuôi trồng 3,53 triệu tấn; diện tích nuôi trồng là 1,28 triệu ha; kim ngạch xuất khẩu khoảng 6,72 tỷ USD (Thu Hiền, 2015). Chỉ tính riêng đối với nuôi tôm thì tổng diện tích nuôi tôm hiện nay của cả nước đạt gần 676 nghìn ha, sản lượng đạt gần 476 nghìn tấn, kim ngạch xuất khẩu gần 3 tỷ USD trong gần 6,2 tỷ USD tổng giá trị xuất khẩu ngành thủy sản. Tuy nhiên nghề NTTS cũng bộc lộ một số nhược điểm như: dịch bệnh nhiều, rủi ro cao, lạm dụng thuốc thú y và hóa chất dẫn đến không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm… nguyên nhân dẫn đến dịch bệnh cho tôm, cá là do nguồn gốc con giống chưa được đảm bảo triệt để, các sản phẩm sinh học được người dân sử dụng tràn lan chưa có nguồn gốc rõ ràng, đặc biệt do ô nhiễm môi trường nuôi, làm mất cân bằng sinh thái. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường là do lượng thức ăn dư thừa không được tôm, cá sử dụng hết thải ra môi trường đã hình thành các hợp chất hữu cơ thối rữa, chất thải dưới dạng phân và chất hữu cơ dư thừa. Các vi sinh vật yếm khí phát triển mạnh phân hủy các hợp chất hữu cơ dư thừa tạo ra khí H2 S, NH3 , CH4 … đối với các ao nuôi tôm thâm canh đặc biệt ở mật độ nuôi cao, hàm lượng chất thải trong ao tăng cao chứa nitơ, phốt pho chiếm 30-40% và các chất hữu cơ khác gây nên hiện tượng phú dưỡng môi trường nước phát sinh tảo độc dẫn đến dịch bệnh tăng, tôm chết hàng loạt. Hàm lượng nitơ trong các đầm ao nuôi thủy sản được coi là nhân tố nguy kịch, chỉ với hàm lượng ammonia ở 0,425 mg/l trong môi trường nước có thể gây độc cho tôm, cá và các động vật thuỷ sinh khác (Slil, 2007), khi trong môi trường pH tăng cao, NH4 + sẽ chuyển thành NH3 thì NH3 lại rất độc ngay với liều lượng rất nhỏ, với hàm lượng 0,01 mg NH3 /L đã là nguyên nhân gây chết hoặc dẫn đến bệnh lý, giảm tỷ lệ sinh trưởng đối với ấu trùng tôm (Liu, 2004; Ostrensky, 1995), nitrite (tạo thành từ quá trình oxy hóa ammonia) cũng cực kỵ độc đối với ấu trùng tôm, nó làm giảm vận chuyển oxy trong máu (Cheng, 1995), tuy nhiên nó không độc bằng NH3 và nó chỉ gây độc khi tồn tại lâu trong môi trường nuôi (Alcaraz, 1999). Việc sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước bị ô nhiễm ngày càng phổ biến do lợi thế của chúng làm tăng cường khả năng phục hồi và thúc đẩy quá trình tự làm sạch trong các hệ tái sử dụng nước nuôi hải sản, bên cạnh đó nó còn có tính ổn định cao và thân thiện với môi trường (Martins, 2010). Do vậy, sử dụng chế phẩm sinh học được coi là biện pháp hữu hiệu trong NTTS để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong các ao nuôi để loại ngay những nguyên nhân ban đầu dẫn đến dịch bệnh, bên cạnh đó, nó có đặc tính an toàn đối với người, vật nuôi. Trên thế giới đã có một số chế phẩm nitrate hóa dùng cho công nghệ tái sử dụng nước nuôi tôm dạng dịch như Novozymes Biological, PondProtect-L (David, 2011). Tại Việt Nam cũng xuất hiện một số chế phẩm nitrate hóa trên thị trường thường dùng cho các ao nuôi tôm, cá giống nhưng các chế phẩm này còn một số hạn chế và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu thực tiễn của các cơ sở nuôi giống hải sản. Do vậy, các nghiên cứu tổng quan của chúng tôi về nhóm vi khuẩn nitrate hóa được phân lập tại Việt Nam với các đặc tính sinh lý, sinh hóa, vị trí phân loại như một dữ liệu khoa học và từ đó tiến hành nghiên cứu tạo chế phẩm nitrate hóa để ứng dụng trong xử lý môi trường nước

Vi khuẩn nitrate hóa đóng vai trò quan trọng vào quá trình chuyển đổi amonia thành nitrate thông qua sự tạo thành nitrite. Chúng được biết đến bởi hai nhóm vi khuẩn tự dưỡng: oxy hóa amoni và oxy hóa nitrite, việc phát hiện vi khuẩn này bằng phương pháp nuôi cấy truyền thống là khó khăn do chúng sinh trưởng chậm, nên môi trường nuôi cấy và các điều kiện nuôi phù hợp với vi khuẩn này là rất cần thiết. Trong báo cáo này, chúng tôi tổng quan các nghiên cứu về nhóm vi khuẩn này với các điều kiện thích hợp cho sinh trưởng và hoạt tính nitrate hóa của chúng (như nguồn cacbon, nhiệt độ, pH, cơ chất, chất mang…), lựa chọn một số chủng điển hình để xác định được vị trí phân loại của chúng bằng trình tự gen 16S rRNA, chúng thuộc chi Nitrosomonas và Nitrobacter. Các vi khuẩn này được sử dụng cho nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học để ứng dụng trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản. Chế phẩm sinh học nitrate hóa nghiên cứu đã đạt hiệu quả chuyển hóa amoni trên 95% trong hệ lọc ở điều kiện phòng thí nghiệm. Chế phẩm này còn được ứng dụng thành công tại các đầm, ao nuôi trồng thủy sản của các tỉnh Thanh Hóa và Sóc Trăng, hàm lượng ammonia tổng (TAN) luôn luôn thấp hơn 0,1 mg/L khi sử dụng chế phẩm nitrate hóa nghiên cứu.