Ảnh minh họa: Internet

Nuôi trồng thủy sản là ngành sản xuất lương thực có tốc độ tăng trưởng nhanh, với sản lượng thủy sản toàn cầu đạt 130,9 triệu tấn vào năm 2022, tăng 7,6% so với năm 2020. Trong đó, sản lượng nuôi trồng thủy sản trên đất liền đạt 59,1 triệu tấn, chiếm 62,6% sản lượng toàn cầu. Đây được coi là cột mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản vượt mặt ngành khai thác thủy sản để trở thành ngành sản xuất chính. Tuy nhiên, diện tích và mức độ thâm canh hóa các mô hình nuôi trồng thủy sản ngày càng mở rộng đã trực tiếp gây ra các tác động xấu đến môi trường. Nước thải và chất thải rắn là một trong số các thách thức lớn ở các mô hình nuôi, đe dọa đến các hệ sinh thái xung quanh và là tác nhân gây ô nhiễm môi trường. Theo một báo cáo trước đây, hàm lượng dinh dưỡng trong các ao nuôi tôm biển (Penaeus  monodon  và Penaeus vannamei)  ở quy mô bán thâm canh và thâm canh có nguồn gốc  chủ  yếu  từ  thức  ăn  công  nghiệp,  chiếm khoảng 75-82% nitơ (N), 55-75% phospho (P) và 77-85% carbon (C). Nhưng chỉ 26-35% dinh dưỡng đầu vào chuyển hóa thành sinh khối tôm nuôi. Hơn nữa, nitơ hữu cơ trong phân và thức ăn thừa cũng sẽ chuyển hóa thành amonia (NH3), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) thông qua các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong thủy vực. Trong đó, amonia và nitrite là các chất có độc tính cao, gây chết động vật thủy sản và cần được loại bỏ khỏi hệ thống nuôi một cách hiệu quả. Đồng thời, phospho cũng phóng thích vào môi trường nước từ các nguồn chất thải hữu cơ trong ao ở dạng phosphate (PO43-), tuy không phải là dạng gây độc nhưng tích lũy cùng với nitơ vô cơ trong nước quá cao sẽ dẫn tới tình trạng phú dưỡng, tạo điều kiện cho tảo nở hoa gây mất cân bằng hệ sinh thái và suy giảm chất lượng môi trường nước.

Nhiều giải pháp đã được thực hiện nhằm giảm  ô  nhiễm  môi  trường  trong  ao  nuôi, tuy  nhiên  việc  sử  dụng  vi  sinh  vật  hữu  ích (Probiotic) trở nên phổ biến vì tính an toàn, hiệu quả và bền vững. Nhóm vi sinh vật này có khả năng loại bỏ các hợp chất gây ô nhiễm hữu  cơ  hoặc  vô  cơ,  hoặc  chuyển  hóa  chúng sang dạng không ô nhiễm, từ đó cải thiện chất lượng môi trường nước. Quá trình chuyển hóa nitơ trong ao nuôi đòi hỏi hoạt động phối hợp của các nhóm vi sinh vật khác nhau, đặc biệt là vi khuẩn nitrate hóa và vi khuẩn khử nitrate. Trước đây, giải pháp xử lý đạm thông qua quá trình nitrat hóa thường tập trung vào nhóm vi sinh vật tự dưỡng như nhóm vi khuẩn chuyển hóa amonia (ammonia oxidizing bacteria) và nhóm vi khuẩn chuyển hóa nitrite (nitriteoxidizing bacteria), tuy nhiên các nhóm vi sinh vật này có tốc độ phát triển chậm và dễ nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường. Đồng thời, giải pháp khử đạm nitơ bởi nhóm sinh  vật  dị  dưỡng  (heterotrophic  denitrifiers) thường diễn ra ở điều kiện kỵ khí. Ngược lại, ứng dụng probiotic để kiểm soát phospho trong nước ao nuôi chưa được quan tâm, thay vào đó phospho được xử lý bằng các loài thực vật thủy sinh (phytoremediation) như vi tảo và rong biển nhằm hấp thụ và chuyển hóa thành sinh khối thông qua quá trình quang hợp, tuy nhiên giải pháp yêu cầu diện tích lớn, tốc độ xử lý chậm và chịu ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường như cường độ ánh sáng và độ đục của nước. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mức độ thâm canh hóa hiện nay của ngành thủy sản, các giải pháp xử lý chất thải và quản lý môi trường ao nuôi không chỉ đòi hỏi mang tính an toàn, thích ứng cao mà còn phải diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. Các báo cáo gần đây cho thấy, dòng Pseudomonas sp. tham gia tích cực vào chu trình nitơ thông qua khả năng khử nitơ có trong thức ăn thừa hoặc phân giúp giảm đáng kể hàm lượng nitrat, amonium gây ô nhiễm nguồn nước, cải thiện chất lượng nước ao  nuôi.  Hơn  nữa,  nhóm  vi  sinh  vật này còn có tiềm năng xử lý đồng thời nitơ và phospho hòa tan trong nước thông qua quá trình nitrat hóa dị dưỡng và khử nitrat trong điều kiện hiếu  khí  (heterotrophic  nitrification-aerobic denitrification), từ đó ngăn chặn được các tác động xấu đến môi trường xung quanh. Việc sử dụng nhóm vi khuẩn Pseudomonas sp. trong quản lý môi trường ao nuôi ở Việt Nam vẫn còn nhiều mặt hạn chế, điều này có thể là do sự phổ biến của một số dòng lợi khuẩn khác như Bacillus sp., Rhodopseudomonas sp., Rhodobacter sp., cũng như các đặc tính có lợi đối với môi trường và mức độ an toàn của dòng Pseudomonas sp. khi ứng dụng vào thực tiễn cũng chưa được đánh giá. Do đó, nghiên cứu và tuyển chọn các dòng Pseudomonas sp. bản địa có khả năng xử lý đồng thời nitơ và phospho là cần thiết, không chỉ cung cấp thêm giải pháp ngăn sự suy giảm chất lượng môi trường nước, mà còn thúc đẩy và tăng cường sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản.

Tổng cộng 16 chủng phân lập có khả năng khử nitrate thông qua sự thay đổi màu trên môi trường BTB. Tuy nhiên, chỉ 4 chủng đạt hiệu suất xử lý hơn 80% hàm lượng N-NO3- trong môi trường ADM-1, trong đó chủng CM-11HN đạt hiệu suất xử lý cao nhất. Kết quả giải trình tự cho thấy chủng CM-11HN tương đồng với loài Pseudomonasstutzeri  và  biểu  hiện  khả năng xử lý đồng thời nitơ và phospho trong các môi trường với nguồn nitơ khác nhau thông qua con đường chuyển hóa HNAD. Trong số các nguồn nitơ, N-NH4+ được chủng phân lập ưu tiên sử dụng và hấp thu cho quá trình sinh trưởng của tế bào so với N-NO3- và N-NO2-. Hơn nữa, chủng CM-11HN không mang hoạt tính  tiêu  huyết  và  thể  hiện  tính  an  toàn  khi bổ sung trực tiếp vào nước nuôi tôm. Do đó, chủng CM-11HN có tiềm năng ứng dụng như một giải pháp sinh học hữu ích trong cải thiện chất lượng môi trường nước ao nuôi thủy sản.