Lợi ích khi sử dụng lợi khuẩn Bacillus subtilis trong hoạt động nông nghiệp

Bacillus subtilis (B.Subtilis) là một chủng vi sinh vật quý và được gọi là lợi khuẩn bởi những ích lợi mà nó mang lại đối với ngành trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản cũng như xử lý môi trường.

1. Bacillus Subtilis là gì?

Vi khuẩn bacillus subtilis thuộc chi lớn Bacillus (Bacillus bao gồm nhiều loài vi khuẩn khác nhau trong đó có bacillus subtilis). Bacillus subtilis là vi khuẩn luôn luôn có trong đường ruột cùng một nhóm vi sinh vật bao gồm cả vi khuẩn có lợi và vi khuẩn có thể gây hại.

Bacillus subtilis ở dạng bào tử là dạng đang biến đổi, có ý nghĩa lớn nhất đối với y học, khoa học nghiên cứu và có ứng dụng cao trong các ngành công nghiệp chế biến sản phẩm chăn nuôi, thực phẩm,…

Bacillus subtilis là vi khuẩn hiếu khí nhưng vẫn có khả năng phát triển trong môi trường thiếu oxi. Nhiệt độ tối ưu cho nuôi cấy Bacillus subtilis là 30÷40^oC, pH tối ưu là 7.0÷7.4

Trên môi trường thạch đĩa LB: Khuẩn lạc của chủng Bacillus subtilis ATCC 11774TM có dạng hình tròn, rìa răng cưa không đều, đường kính khoảng 2÷4 mm, màu trắng đục, có tâm hơi lõm, khuẩn lạc lồi và ướt.

Cấu tạo và sinh trưởng của bào tử bacillus subtilis nguyên liệu:

• Do thuộc chi Bacillus nên bacillus subtilis có điểm chung về hình dạng que, kích thước nhỏ, cấu tạo 2 đầu tròn.
• Bacillus subtilis có khả năng tồn tại đáng ngạc nhiên, có khả năng chịu nhiêt, ẩm, tồn tại trong cả môi trường có tia tử ngoại, tia phóng xạ.
• Bacillus subtilis là vi khuẩn hiếu khí, ưa oxy nhưng lại có khả năng phát triển trong điều kiện thiếu khí oxy.
• Bào tử bacillus subtilis chính là giai đoạn tiềm sinh của vi khuẩn bacillus subtilis. Nó giúp cho loài vi khuẩn này sống sót qua môi trường bất lợi, nghèo dinh dưỡng, nhiệt độ thất thường, pH không ổn định, không thích hợp,…

2. Ứng dụng của lợi khuẩn Bacillus subtilis trong trồng trọt

2.1. Bacillus sống sót trong điều kiện khắc nghiệt trong đất

Bacillus subtilis có khả năng tạo ra các bào tử có thể tồn tại trong một thời gian dài và chịu đựng được các điều kiện môi trường khắc nghiệt, khi điều kiện môi trường được cải thiện chúng sẽ nảy mầm và tự cảm biến để đến được với thực vật.

2.2. Định vị trên vùng rễ

Khu vực trong đất ngay xung quanh rễ là nơi tươi tốt cho vi khuẩn. Các loài Bacillus subtilis thường sống trên rễ cây và thúc đẩy sự phát triển của cây. Đóng một vai trò quan trọng giúp thúc đẩy tăng trưởng ở thực vật (PGPR). Các vi khuẩn hình thành màng sinh học trên rễ cây mang lại cho chúng lợi thế cạnh tranh khi chống lại các mầm bệnh thực vật.

2.3. Sản xuất các hợp chất kháng khuẩn

Các chủng của B.subtilis tạo ra nhiều loại kháng sinh và các hợp chất khác có tác dụng ức chế các vi khuẩn khác. Các nhóm kháng sinh này có khả năng ức chế vi khuẩn, nấm và cả sự nảy mầm của bào tử nấm.

2.4. Kích thích hệ thống miễn dịch và tăng trưởng của cây trồng

Ngoài việc tấn công các vi khuẩn khác, B.subtilis có thể giúp ngăn ngừa bệnh bằng cách kích hoạt khả năng phản ứng với mầm bệnh của thực vật. Đồng thời, nó chuyển đổi các vật liệu khó hấp thụ trong đất thành vật liệu dễ hấp thụ bởi cây trồng, thúc đẩy sự hấp thụ và sử dụng chất dinh dưỡng của cây trồng, cải thiện tỷ lệ sử dụng phân bón.

2.5. Hợp tác vi sinh vật có lợi cho cây trồng

B.subtilis hoạt động hợp tác với một loại nấm đặc biệt – nấm arbuscular mycorrhizal (AM)  giúp cây có được các chất dinh dưỡng như phốt pho thường không có sẵn trong cây.

3. Ứng dụng của lợi khuẩn Bacillus subtilis trong chăn nuôi

3.1. Cạnh tranh dinh dưỡng

Trong đường ruột luôn luôn tồn tại cả nhóm vi khuẩn có lợi và vi khuẩn gây bệnh. Nguyên lí tồn tại của vi khuẩn trong đường ruột là sự cạnh tranh dinh dưỡng. Nếu bào tử bacillus subtilis nguyên liệu hiện diện với số lượng lớn trong đường ruột sẽ cạnh tranh dinh dưỡng, không gian sống với vi khuẩn khác.

Nếu mật độ lợi khuẩn bacillus subtilis hiện diện số lượng lớn trong đường ruột dẫn đến cạnh tranh dinh dưỡng và không gian sống với vi khuẩn khác.

Bào tử bacillus subtilis nguyên liệu phát triển rất nhanh, vừa chiếm dinh dưỡng của các loài vi khuẩn khác (trong đó có các vi khuẩn gây bệnh) vừa sản sinh kháng sinh subtilin làm ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn gây bệnh và các loại nấm.

3.2. Ức chế sự sinh trưởng vi khuẩn gây bệnh và nấm

Vi khuẩn này sản sinh các bào tử phát triển nhanh, vừa chiếm dinh dưỡng của các loài vi khuẩn khác (trong đó có vi khuẩn gây bệnh) vừa sản sinh kháng sinh subtilin làm ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn gây bệnh và các loại nấm.

Bên cạnh bào tử bacillus subtilis, một loài vi khuẩn khác bacillus clausii cùng nhóm vi khuẩn Bacillus cũng có tác dụng và vai trò tương tự đối với hệ tiêu hóa. Tác dụng lợi khuẩn bào tử bacillus trong chăn nuôi, bào tử bacillus clausii lại chỉ tồn tại trong thời gian ngắn trong thành ruột nhưng đóng vai trò lớn trong loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh, có khả năng phục hồi chức năng tiêu hóa.

3.3. Khả năng chống chịu acid dạ dày và dịch tiêu hóa

Tác dụng bào tử bacillus subtilis có khả năng chịu acid dạ dày và dịch tiêu hóa, đồng thời không chống acid nên vai trò chống lại vi khuẩn gây bệnh được đảm bảo.

Bacillus subtilis là thuộc chi Bacillus, vi khuẩn hiếu khí, ưa oxy nhưng lại có khả năng phát triển trong điều kiện thiếu oxy, có cấu tạo hình dạng que, kích thước nhỏ, cấu tạo 2 đầu tròn. Nó có khả năng tồn tại được ở nhiều môi trường khắc nghiệt, bất lợi: nghèo dinh dưỡng, nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp, pH không ổn định, môi trường có tia tử ngoại, tia phóng xạ nhờ vào khả năng sinh bào tử.

Bacillus subtilis thường ở trạng thái bào tử, nên khi bổ sung vào đường tiêu hóa, nó không bị acid và các men tiêu hóa ở dịch vị dạ dày phá hủy. Ở ruột, bào tử phát triển thành thể hoạt động, giúp cân bằng hệ vi sinh có lợi trong đường ruột, cải thiện hệ thống tiêu hóa sau khi sử dụng kháng sinh thời gian dài.

3.4. Tổng hợp các chất chống vi trùng, sản xuất kháng sinh

Bacillus subtilis tổng hợp chất chống vi trùng có tác dụng kháng khuẩn chống lại phổ rộng của mầm bệnh. Do đó, chế phẩm sinh học có chứa B. subtilis là lựa chọn lý tưởng bởi chúng hoạt động phổ rộng và có khả năng chống lại các mầm bệnh khác nhau.

Đối với hệ miễn dịch và chức năng diệt khuẩn, Bacillus subtilis kích thích cơ thể tiết ra kháng thể miễn dịch IgA trên các bề mặt niêm mạc ruột, từ đó ức chế sự xâm nhập của các vi sinh vật gây bệnh. Bacillus subtilis có khả năng tổng hợp hơn 12 loại kháng sinh (Bacitracin, Bacillopectin, Mycobacillin, Bacilysin, Prolimicin…) có tác dụng ức chế sinh trưởng hoặc tiêu diệt một số vi khuẩn gây hại khác.

3.5. Tổng hợp enzyme

Bacillus subtilis giúp cân bằng hệ vi sinh có ích trong đường ruột, cải thiện hệ thống tiêu hóa. B. Subtilis còn giúp tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học có lợi cho cơ thể như các enzyme thủy phân (protease, α-amylase) và một số enzyme khác hoạt động mạnh có lợi cho tiêu hóa ở ruột, các vitamin, axit amin…

Với hệ tiêu hóa, Bacillus subtilis có khả năng phát triển nhanh trong hệ vi sinh đường ruột, đặc biệt tại các vùng bị tổn thương viêm loét, hình thành nên lớp màng sinh học, bảo vệ niêm mạc ruột khỏi các chất độc do vi sinh vật có hại tiết ra, cũng như sự xâm nhập của các vi sinh vật có hại.

Bên cạnh đó, nó giúp kích thích sản sinh ra nhiều enzyme, trong đó chủ yếu nhất là các men tiêu hóa amylase, protease, lipase, cenlulase. Đây là các enzyme xúc tác cho các phản ứng phân hủy tinh bột, protein, biến đổi chất xơ thành các loại đường dễ tiêu, giúp cải thiện tiêu hóa và tăng cường hấp thụ chất dinh dưỡng.

4. Ứng dụng của lợi khuẩn Bacillus subtilis trong nuôi trồng thủy hải sản

4.1. Thức ăn cho Artemia

Artemia là thức ăn không thể thiếu đối với ấu trùng của cá, động vật có vỏ và các loài thủy sản khác. Sinh vật này không chỉ cải thiện khả năng sống sót của ấu trùng, cá con mà còn tăng cường sự phát triển của động vật thủy sản. Ngược lại, đôi khi chúng hoạt động như vật mang mầm bệnh vào môi trường nuôi, do đó có thể lây nhiễm cho vật chủ.

Do đó, việc bổ sung các loài Bacillus làm chế phẩm sinh học có thể giảm các mầm bệnh do Artemia gây ra và điều chỉnh hệ vi sinh vật cũng như tăng cường sự phát triển của tôm, cá. Một nghiên cứu đã cho thấy sự ức chế thành công các mầm bệnh A.salmonicida và Vibrio anguillarum từ Artemia bằng bào tử của Bacillus.

Bên cạnh đó, bổ sung vi khuẩn B. subtilis vào môi trường nuôi Artemia đã có tác động tốt đến sự sinh trưởng và sinh sản của đối tượng này.

4.2. Là chất lọc sạch nước sinh học

Bacillus được sử dụng để loại bỏ các chất thải hữu cơ, kim loại nặng và các hợp chất gây ô nhiễm. B.subtilis khi bổ sung vào nước nuôi cũng cải thiện tình trạng sức khỏe và tăng khả năng sống sót của các loài thủy sản.

Bacillus subtilis có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ trong nước thải, giúp cải thiện chất lượng nước thải. Bên cạnh đó, Bacillus subtilis được sử dụng để bổ sung vi sinh vật có lợi cho ao nuôi, giúp giảm thiểu khí độc, cải thiện môi trường nước, tăng cường sức khỏe cho tôm, cá.

Một chiến lược quản lý chất lượng nước tốt trong quá trình nuôi trồng thủy sản thâm canh là rất quan trọng để đạt được sản lượng tối đa. Trong số các phương pháp, xử lý sinh học là một phương pháp khả thi nhất. Về vấn đề này, Bacillus được sử dụng để loại bỏ các chất thải hữu cơ, kim loại nặng và các hợp chất gây ô nhiễm.

Trong số các loài Bacillus thì B. subtilis thường xuyên được sử dụng để xử lý nước thải và duy trì các yếu tố chất lượng nước như oxy hòa tan, hàm lượng phốt pho, nitrit và amoniac từ môi trường thủy sản.

B. subtilis khi bổ sung vào nước nuôi cũng cải thiện tình trạng sức khỏe và tăng khả năng sống sót của các loài thủy sản. Chúng nhanh chóng phân hủy thức ăn thừa, chất thải hữu cơ và phân của vật nuôi. Ngoài hoạt động xử lý sinh học, cả dạng sinh dưỡng và bào tử của B. subtilis có thể loại bỏ hoặc giảm mầm bệnh trong môi trường nước.

Có 3 chủng vi khuẩn Bacillus chính được ứng dụng trong xử lý môi trường nước ao nuôi tôm là: Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus licheniformis và Bacillus subtilis với các chức năng:

• Bacillus amyloliquefaciens: Có công dụng loại bỏ Ammonia Nitrogen và giúp suy thoái Amin và Protein trong nước thải.
• Bacillus licheniformis: Có chức năng loại bỏ Ammonia Nitrogen và giảm Protein.
• Bacillus subtilis: Giúp loại bỏ Ammonia Nitrogen, giảm Protein và làm suy thoái Hydrocarbon, suy thoái Amin. Bacillus subtilis có thể tổng hợp và tiết ra Enzyme Axit Amin, Enzyme Protease, α-amylase và một số Enzyme có lợi khác.

Bên cạnh đó, Bacillus subtilis còn giúp thủy phân tinh bột và các sản phẩm chứa tinh bột thành đường Glucose, xúc tác quá trình thủy phân liên kết liên kết Peptide trong phân tử Protein và thủy phân liên kết Ester của chất béo tạo thành Glycerol và Acid béo.

4.3.Là thành phần trong hệ thống biofloc

Hệ thống biofloc khi bổ sung các loài Bacillus có thể cải thiện hiệu suất tăng trưởng và giảm tỷ lệ chuyển đổi thức ăn ở các loài cá.

Các nghiên cứu chỉ ra rằng, Bacillus subtilis rất quan trọng trong giai đoạn trưởng thành của hệ thống Biofloc nuôi tôm thẻ chân trắng. Cụ thể, đặc tính tốt của Bacillus subtilis giúp củng cố hệ thống miễn dịch của tôm thẻ chân trắng, giúp tôm tăng trưởng, giảm tỷ lệ chết.

Lợi khuẩn Bacillus subtilis là một trong các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành Flocs

Các báo cáo chỉ ra rằng hệ thống biofloc khi bổ sung các loài Bacillus có thể cải thiện hiệu suất tăng trưởng và giảm tỷ lệ chuyển đổi thức ăn ở các loài cá. Vi khuẩn này tiết ra nhiều chất polymer ngoại bào như axit poly-γ-glutamic (PGA) với khả năng lắng đọng cao. Các ưu điểm khác của PGA bao gồm: làm thức ăn, thân thiện với môi trường, có thể phân hủy sinh học, không độc hại đối với động vật và con người.

4.4. Kết hợp với thảo dược

Kết hợp Bacillus subtilis với các thành phần thảo dược, tảo, chất kích thích miễn dịch cũng đã được khám phá để tăng cường tác dụng có lợi trên thủy sản.

Bột đậu nành là một nguồn protein lý tưởng để thay thế bột cá. Nhưng sự hiện diện của nhiều chất gây dị ứng, các yếu tố kháng dinh dưỡng và mất cân bằng amino acid đã hạn chế việc sử dụng nó trong thức ăn thủy sản.

Tuy nhiên, với ứng dụng công nghệ lên men bằng vi khuẩn, tình trạng dinh dưỡng của đậu nành đã được cải thiện đáng kể. B.subtilis đã được sử dụng thành công làm môi trường nuôi cấy khởi đầu cho quá trình lên men đậu nành.

Thật vậy, đậu nành lên men có khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng cao hơn như: protein, các axit amin thiết yếu, vitamin và các hoạt động chống oxy hóa. Đồng thời làm giảm rõ rệt các yếu tố kháng dinh dưỡng và chất gây dị ứng.

Ngoài việc sử dụng probiotics, prebiotics hoặc synbiotics, các phương pháp thay thế khác như: kết hợp probiotics với các thành phần thảo dược, Bột Tảo Xoắn | Bột Tảo Spirulina (Spirulina Platensis powder), chất kích thích miễn dịch cũng đã được khám phá để tăng cường tác dụng có lợi trên vật chủ.

B. subtilis kết hợp với các thảo dược như: thì là, bột tỏi dẫn đến các chỉ số tăng trưởng ở cá rô phi tốt hơn như: tăng chiều dài, trọng lượng cơ thể và tăng tốc độ tăng trưởng.

Xem thêm Chế phẩm vi sinh tỏi (men vi sinh tỏi kết hợp vi sinh Bacillus và tỏi tươi)

4.5. Phương tiện phân phối vắc xin

Trong thời gian gần đây, vi khuẩn được khám phá như một hệ thống phân phối vắc xin và đã tạo cơ hội để phát triển việc cung cấp vắc xin hiệu quả cho động vật thủy sản. Cả bào tử và tế bào sinh dưỡng B. subtilis có thể đóng vai trò như một chiếc xe lý tưởng cho sản xuất và phân phối vắc xin, protein tái tổ hợp và sản xuất tế bào kháng nguyên một cách an toàn, ổn định.

Thử nghiệm bước đầu cho thấy bào tử B.subtilis dạng CotB-VP28 và CotB-GST-VP28 có khả năng làm tăng hoạt độ enzyme phenoloxidase và superoxide dismutase ở tôm thẻ chân trắng và có khả năng bảo vệ tôm chống lại WSSV ở mức bảo hộ tương ứng là 81% và 73,3%.

4.6. Ảnh hưởng của Bacillus subtilis đối với động vật thủy sản

Bacillus subtilis tạo ra các kháng sinh, giúp tăng sức đề kháng cho cá, tôm, tiêu diệt được một số vi khuẩn gây bệnh trong đường ruột.

Bacillus subtilis có khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ như thức ăn dư thừa, xác tảo thành CO₂ và nước, giúp chuyển các khí độc NH₃, NO₂ có trong đáy ao thành các chất không độc như NH₄⁺, NO₃^–, làm giảm COD, H₂S.

Bacillus subtilis cũng tiết ra một số chất kháng sinh, enzyme để kìm hãm hoặc tiêu diệt các mầm bệnh có trong ao gây hại đối với động vật thủy sản, làm tăng quá trình phân hủy hữu cơ tránh đáy ao, làm giảm các chất dư thừa tích tụ đáy ao, giảm phát sinh khí độc, mùi hôi đáy ao, làm sạch nước, giảm mầm bệnh có trong ao nuôi, giúp động vật thủy sản phát triển tốt hơn, đạt được năng suất.

Tham khảo thêm Trực khuẩn Bacillus sp. | Men xử lý nước 2 thành phần