Vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam là một trong những nhóm vi sinh vật khiến nhiều người nhầm lẫn nhất. Nghe tên “tảo lam” hoặc “tảo lục lam”, rất dễ nghĩ rằng chúng là tảo. Nhưng xét đúng về sinh học tế bào, vi khuẩn lam là vi khuẩn nhân sơ có khả năng quang hợp sinh oxy, không phải tảo nhân thực.

Đây là nhóm vi sinh vật rất đặc biệt. Chúng vừa tham gia quang hợp, cố định carbon, một số loài còn có khả năng cố định nitơ. Chúng hiện diện trong nước ngọt, nước lợ, biển, đất ẩm, ruộng lúa, bề mặt đá, ao hồ và nhiều môi trường khắc nghiệt. Ở mặt tích cực, vi khuẩn lam góp phần quan trọng vào chu trình sinh địa hóa và có tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp, công nghệ sinh học, xử lý môi trường. Ở mặt tiêu cực, khi phát triển quá mức, chúng có thể gây hiện tượng nở hoa nước, làm suy giảm oxy hòa tan và sinh ra độc tố cyanotoxin.

Theo các chuyên gia, muốn hiểu đúng vi khuẩn lam thì không nên chỉ nhìn chúng như “tảo gây độc trong ao hồ”. Nhóm này rộng hơn, cổ xưa hơn và có giá trị sinh học sâu sắc hơn nhiều.

Vi khuẩn lam là gì?

Vi khuẩn lam, tên khoa học là Cyanobacteria, là nhóm vi khuẩn có khả năng quang hợp giải phóng oxy. Chúng còn được gọi bằng nhiều tên khác như tảo lam, tảo lục lam, blue-green algae hoặc cyanobacteria.

Tên “lam” xuất phát từ màu xanh lam hoặc xanh lam-lục đặc trưng do các sắc tố quang hợp, đặc biệt là phycocyanin, chlorophyll a và một số sắc tố phụ khác.

NCBI MeSH mô tả Cyanobacteria là một ngành vi khuẩn quang hợp sinh oxy, có chlorophyll a, có thể có dạng đơn bào đến đa bào, đồng thời một số dạng có dị bào cố định nitơ hoặc akinete là tế bào nghỉ. Nguồn này cũng ghi nhận Cyanobacteria trước đây từng được gọi là “blue-green algae” và thường được xử lý như tảo trong cách gọi truyền thống.

Điểm mấu chốt là: vi khuẩn lam quang hợp giống tảo, nhưng cấu trúc tế bào lại thuộc nhóm vi khuẩn nhân sơ. Chúng không có nhân thật, không có lục lạp thật, không có ty thể và không có hệ bào quan có màng bao bọc như tế bào nhân thực.

Tóm gọn lại: vi khuẩn lam là vi khuẩn quang hợp, không phải tảo nhân thực.

Vì sao vi khuẩn lam thường được gọi là tảo lam?

Vi khuẩn lam thường sống trong môi trường nước, có màu xanh lam hoặc xanh lục, tạo sinh khối nổi trên bề mặt nước và thực hiện quang hợp. Vì những đặc điểm bề ngoài này, chúng được gọi phổ biến là tảo lam hoặc tảo lục lam. Cách gọi đó thuận tiện trong thực tế sản xuất, thủy sản và môi trường, nhưng không hoàn toàn chính xác nếu xét theo phân loại sinh học hiện đại.

Trong phân loại vi sinh vật, vi khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ. Bài nền tảng về vi sinh vật là gì trên trang Chủng Vi Sinh cũng nêu rõ vi khuẩn là nhóm vi sinh vật nhân sơ, đơn bào và không có màng nhân. Đây là cơ sở rất quan trọng để đặt vi khuẩn lam vào đúng vị trí sinh học.

Vi khuẩn lam khác tảo nhân thực như thế nào?

Sự khác nhau lớn nhất nằm ở cấu trúc tế bào. Tảo lục, tảo nâu, tảo đỏ và nhiều nhóm tảo khác là sinh vật nhân thực, nghĩa là tế bào có nhân thật và nhiều bào quan có màng. Trong khi đó, vi khuẩn lam là sinh vật nhân sơ. Chúng có vật chất di truyền nằm trong vùng nhân, không có màng nhân bao bọc.

Bài phân biệt tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn trên trang Chủng Vi Sinh mô tả rõ rằng tế bào nhân sơ không có nhân liên kết màng, vật liệu di truyền nằm rải rác trong vùng nhân, trong khi tế bào nhân chuẩn có nhân riêng biệt để lưu trữ vật liệu di truyền. Đây là điểm phân biệt nền tảng khi giải thích vì sao vi khuẩn lam không nên được hiểu là tảo nhân thực.

Nên gọi là vi khuẩn lam hay tảo lam?

Trong bài viết khoa học hoặc giáo dục, nên ưu tiên dùng thuật ngữ “vi khuẩn lam”. Khi cần mở rộng thuật ngữ liên quan, có thể dùng thêm “tảo lam”, “tảo lục lam” hoặc “cyanobacteria”, nhưng nên giải thích rõ ngay từ đầu rằng đây là vi khuẩn nhân sơ.

Phân loại và vị trí của vi khuẩn lam trong thế giới vi sinh vật

Vi khuẩn lam thuộc Bacteria, tức là nhóm vi khuẩn. Chúng nằm trong nhóm vi sinh vật nhân sơ, cùng miền với nhiều vi khuẩn quen thuộc như Bacillus, Lactobacillus, Rhizobium, Azotobacter hoặc Escherichia coli. Tuy nhiên, điểm làm vi khuẩn lam khác biệt là khả năng quang hợp sinh oxy.

Xem thêm: Tổng quan về các loại vi sinh vật

Các dạng hình thái thường gặp của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có hình thái rất đa dạng. Một số loài tồn tại dưới dạng đơn bào riêng lẻ. Một số tạo tập đoàn dạng cầu, dạng hạt, dạng màng nhầy. Một số khác có dạng sợi, có thể phân hóa thành các tế bào chuyên biệt.

Các dạng thường gặp gồm:

Một số chi vi khuẩn lam thường gặp

Các chi vi khuẩn lam thường được nhắc đến trong sinh thái thủy vực, nông nghiệp và nghiên cứu vi sinh gồm:

EPA ghi nhận một số chi sinh độc tố thường gặp gồm Microcystis, Dolichospermum, Planktothrix, Microseira, Nostoc và Microcoleus. Đây là các nhóm cần lưu ý khi đánh giá rủi ro trong thủy vực tự nhiên hoặc ao nuôi.

Cấu tạo tế bào vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có cấu tạo của một tế bào nhân sơ, nhưng lại sở hữu hệ thống màng quang hợp phát triển. Đây là điểm làm chúng đặc biệt hơn nhiều nhóm vi khuẩn dị dưỡng thông thường.

Một tế bào vi khuẩn lam điển hình có thể gồm thành tế bào, màng sinh chất, tế bào chất, ribosome, vùng nhân chứa DNA, hạt dự trữ, sắc tố quang hợp, hệ màng thylakoid và đôi khi có không bào khí. Ở một số loài dạng sợi, có thể xuất hiện thêm dị bào, akinete hoặc hormogonia.

Thành tế bào và màng tế bào

Thành tế bào của vi khuẩn lam giúp duy trì hình dạng, bảo vệ tế bào và tương tác với môi trường. Do thuộc nhóm vi khuẩn, thành tế bào của chúng mang đặc điểm của vi khuẩn nhân sơ, khác với tảo nhân thực.

Màng sinh chất là nơi diễn ra nhiều quá trình trao đổi chất. Bên trong tế bào còn có hệ màng thylakoid, nơi chứa sắc tố quang hợp và các phức hợp quang hóa.

Hệ sắc tố quang hợp

Màu sắc của vi khuẩn lam đến từ hệ sắc tố quang hợp. Ba nhóm sắc tố quan trọng gồm chlorophyll a, phycocyanin và phycoerythrin.

• Chlorophyll a: là sắc tố tham gia trực tiếp vào quang hợp sinh oxy. Sự hiện diện của chlorophyll a giúp vi khuẩn lam hấp thụ ánh sáng và chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.
• Phycocyanin là sắc tố màu xanh lam đặc trưng. Đây cũng là lý do nhiều vi khuẩn lam có màu xanh lam-lục. Trong công nghệ sinh học, phycocyanin được quan tâm như một sắc tố tự nhiên có thể ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.
• Phycoerythrin có màu đỏ hồng, thường gặp ở một số loài thích nghi với điều kiện ánh sáng đặc biệt. Tỷ lệ các sắc tố khác nhau khiến vi khuẩn lam không phải lúc nào cũng “xanh lam”. Chúng có thể xanh lục, xanh đậm, nâu, đỏ hoặc gần như đen tùy môi trường.

Dị bào là gì?

Dị bào, hay heterocyst, là tế bào chuyên hóa để cố định nitơ ở một số vi khuẩn lam dạng sợi. Đây là một trong những cấu trúc đẹp nhất về mặt sinh học tiến hóa, vì nó cho thấy sự “phân công lao động” ở một nhóm sinh vật nhân sơ.

Trong dị bào, hoạt động quang hợp tạo oxy bị hạn chế để bảo vệ enzyme nitrogenase. Lý do là nitrogenase rất nhạy với oxy. Nhờ dị bào, một số vi khuẩn lam có thể vừa sống trong môi trường có ánh sáng, vừa thực hiện cố định nitơ trong điều kiện vi mô phù hợp.

Akinete và khả năng tồn tại trong điều kiện bất lợi

Akinete là dạng tế bào nghỉ có thành dày, chứa chất dự trữ và có khả năng chịu đựng điều kiện bất lợi như thiếu dinh dưỡng, khô hạn, nhiệt độ thấp hoặc thay đổi môi trường. Khi điều kiện thuận lợi trở lại, akinete có thể nảy mầm và tạo lại quần thể mới.

Đây là một lý do khiến một số bloom vi khuẩn lam có thể tái xuất hiện theo mùa. Ta xử lý phần nước phía trên nhưng nếu trầm tích đáy còn chứa dạng nghỉ, quần thể vẫn có khả năng phục hồi khi ánh sáng, nhiệt độ và dinh dưỡng phù hợp.

Vi khuẩn lam quang hợp như thế nào?

Vi khuẩn lam thực hiện quang hợp sinh oxy. Chúng sử dụng ánh sáng, nước và CO₂ để tạo chất hữu cơ, đồng thời giải phóng oxy. Đây là quá trình gần với quang hợp của thực vật và tảo nhân thực, nhưng diễn ra trong tế bào nhân sơ và không có lục lạp thật.

EPA mô tả cyanobacteria là các vi sinh vật quang hợp, thường gặp trong nước ngọt, cửa sông và biển. Chúng dùng ánh sáng trực tiếp để tự tạo thức ăn và nhiều loài có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, làm nguồn dinh dưỡng cho lưới thức ăn thủy vực.

Vì sao quang hợp của vi khuẩn lam quan trọng?

Quang hợp của vi khuẩn lam có ý nghĩa ở nhiều tầng mức:

• Ở mức tế bào, nó giúp vi khuẩn lam tự dưỡng, không cần nguồn carbon hữu cơ có sẵn.
• Ở mức hệ sinh thái, chúng là sinh vật sản xuất sơ cấp trong nhiều thủy vực.
• Ở mức sinh địa hóa, chúng tham gia chu trình carbon, oxy và nitơ.
• Ở mức tiến hóa, vi khuẩn lam được xem là nhóm sinh vật có vai trò rất lớn trong lịch sử hình thành môi trường giàu oxy trên Trái Đất. Dù phần này thường ít được nhắc trong kiến thức phổ thông, nhưng theo các chuyên gia về tảo, đây là điểm làm vi khuẩn lam trở nên đặc biệt: chúng không chỉ là “váng xanh trên mặt nước”, mà là một lực lượng sinh học đã góp phần định hình sinh quyển.

Vi khuẩn lam cố định đạm như thế nào?

Một số vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ, nghĩa là chuyển N₂ từ khí quyển thành dạng nitơ sinh học mà sinh vật khác có thể sử dụng. Quá trình này cần enzyme nitrogenase.

Tuy nhiên, có một nghịch lý sinh học: vi khuẩn lam quang hợp sinh oxy, trong khi nitrogenase lại bị ức chế bởi oxy. Để giải quyết vấn đề này, một số loài phát triển dị bào. Dị bào tạo môi trường ít oxy hơn, giúp quá trình cố định nitơ diễn ra hiệu quả hơn.

Vai trò của vi khuẩn lam trong ruộng lúa

Trong ruộng lúa, đặc biệt là hệ thống ngập nước, vi khuẩn lam có thể phát triển ở lớp nước mặt, đất ướt hoặc trên bề mặt thực vật thủy sinh. Một số nhóm như Nostoc, Anabaena hoặc các dạng cộng sinh với bèo hoa dâu Azolla được quan tâm vì khả năng bổ sung nitơ sinh học.

Tuy vậy, vi khuẩn lam không phải “phép màu” thay thế toàn bộ phân đạm. Vai trò thực tế của chúng phụ thuộc vào loài, mật độ sinh khối, điều kiện ánh sáng, nhiệt độ, pH, lượng phosphate, cạnh tranh vi sinh vật và cách quản lý đồng ruộng.

Tham khảo bài tổng quan về các nhóm vi sinh vật cố định đạm để biết chi tiết về các nhóm vi sinh vật cố định nitơ như Rhizobium, Azotobacter và Azospirillum, đồng thời nhấn mạnh vai trò của chúng trong phân bón sinh học và cải tạo đất.

Vi khuẩn lam và phân bón sinh học

Tiềm năng ứng dụng vi khuẩn lam trong phân bón sinh học đến từ ba đặc điểm:

• quang tự dưỡng
• cố định nitơ
• tạo sinh khối giàu hợp chất hữu cơ

Khi được đưa vào đất hoặc hệ ruộng ngập nước, sinh khối vi khuẩn lam có thể góp phần cải thiện chất hữu cơ, hỗ trợ chu trình nitơ và kích thích hoạt động của hệ vi sinh vật đất.

Môi trường sống của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam phân bố rất rộng. Chúng có thể sống trong nước ngọt, nước lợ, biển, ao hồ, suối, ruộng lúa, đất ẩm, bề mặt đá, vỏ cây, sa mạc, suối nước nóng và nhiều môi trường cực đoan.

Điều kiện giúp vi khuẩn lam phát triển mạnh thường gồm ánh sáng đủ, nhiệt độ phù hợp, pH trung tính đến kiềm nhẹ, có nguồn CO₂ hoặc bicarbonate, có phosphate và các khoáng cần thiết.

Vi khuẩn lam trong nước ngọt

Nước ngọt là môi trường quen thuộc của nhiều loài vi khuẩn lam. Ao, hồ, kênh, mương, hồ chứa và đầm nước tĩnh thường có nguy cơ phát triển bloom nếu giàu dinh dưỡng.

Khi nước nhận quá nhiều nitrogen và phosphorus từ phân bón, nước thải, thức ăn dư trong ao nuôi hoặc chất hữu cơ phân hủy, vi khuẩn lam có thể tăng sinh mạnh.

Vi khuẩn lam trong biển

Ở biển, một số vi khuẩn lam có vai trò rất lớn trong sản xuất sơ cấp và cố định nitơ. Trichodesmium là ví dụ thường được nhắc đến trong sinh thái biển vì liên quan đến chu trình nitơ đại dương.

Vi khuẩn lam trong đất và ruộng lúa

Trong đất, vi khuẩn lam có thể góp phần hình thành màng sinh học, giữ ẩm bề mặt, bổ sung chất hữu cơ và tham gia chu trình dinh dưỡng. Ở ruộng lúa, chúng có điều kiện thuận lợi hơn vì có nước, ánh sáng và bề mặt đất ngập.

Xem thêm: Vai trò của vi sinh vật trong đất

Vai trò có lợi của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có nhiều vai trò có lợi. Vấn đề là phải nhìn chúng trong đúng bối cảnh sinh thái. Một loài có lợi ở mật độ thấp trong hệ cân bằng có thể trở thành vấn đề khi phát triển quá mức trong môi trường dư dinh dưỡng.

Vai trò trong chu trình carbon

Thông qua quang hợp, vi khuẩn lam hấp thụ CO₂ và chuyển thành chất hữu cơ. Chất hữu cơ này có thể đi vào chuỗi thức ăn thủy vực, trở thành sinh khối vi sinh vật hoặc lắng xuống trầm tích.

Vai trò trong chu trình nitơ

Một số vi khuẩn lam cố định N₂, bổ sung nitơ sinh học cho hệ sinh thái. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường nghèo nitơ, nơi nguồn dinh dưỡng vô cơ hạn chế sự phát triển của sinh vật.

Vai trò trong chuỗi thức ăn thủy vực

Ở mật độ phù hợp, vi khuẩn lam là một phần của sinh vật sản xuất sơ cấp. Chúng tạo sinh khối và tham gia vào lưới thức ăn của vi sinh vật, động vật phù du và các sinh vật thủy sinh khác. Tuy nhiên, không phải mọi bloom vi khuẩn lam đều có lợi cho chuỗi thức ăn. Nhiều loài có kích thước, vỏ nhầy hoặc độc tố khiến chúng khó bị tiêu thụ, thậm chí làm rối loạn hệ sinh thái.

Ứng dụng trong công nghệ sinh học

Vi khuẩn lam được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều hướng:

Spirulina có phải vi khuẩn lam không?

Spirulina là tên thương mại quen thuộc của sinh khối “tảo xoắn”. Trong nhiều trường hợp, sinh khối này thuộc nhóm Arthrospira hoặc các nhóm phân loại gần liên quan trong Cyanobacteria.

Cơ quan Therapeutic Goods Administration của Úc mô tả Arthrospira platensis là cyanobacterium quang hợp, dạng sợi, xoắn, đa bào; đồng thời ghi nhận Spirulina platensis là tên đồng nghĩa thường dùng.

Điểm cần lưu ý là sản phẩm Spirulina dùng làm thực phẩm hoặc thực phẩm bổ sung phải được kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Không nên đánh đồng mọi vi khuẩn lam trong tự nhiên với Spirulina thương mại. Một bên là sinh khối được nuôi kiểm soát; bên kia có thể là quần thể tự nhiên lẫn nhiều loài, trong đó có loài sinh độc tố.

Tác hại của vi khuẩn lam và hiện tượng nở hoa nước

Khi phát triển quá mức, vi khuẩn lam có thể gây “nở hoa nước”, hay bloom. Đây là hiện tượng mật độ tế bào tăng nhanh, làm nước đổi màu, xuất hiện váng xanh, mùi hôi, giảm chất lượng nước và có thể ảnh hưởng đến người, vật nuôi, thủy sản và hệ sinh thái.

EPA cho biết sự phát triển quá mức của tảo và cyanobacteria có thể tạo sinh khối lớn, gây tác động môi trường như giảm oxy hoặc mất oxy, làm phát sinh mùi vị khó chịu và ảnh hưởng đến giải trí, du lịch, nước uống.

Dấu hiệu nhận biết hiện tượng nở hoa của vi khuẩn lam

Một số dấu hiệu thường gặp gồm:

Vì sao vi khuẩn lam bùng phát trong ao hồ?

Các nguyên nhân thường gặp gồm dư dinh dưỡng, nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh, nước tù đọng, ít xáo trộn, pH phù hợp, bùn đáy giàu hữu cơ và mất cân bằng giữa sinh vật sản xuất với sinh vật tiêu thụ.

Trong ao nuôi thủy sản, nguồn dinh dưỡng thường đến từ thức ăn dư, phân tôm cá, xác tảo, chất hữu cơ đáy ao, nước cấp giàu dinh dưỡng hoặc quản lý thay nước chưa hợp lý.

Cyanotoxin là gì?

Cyanotoxin là nhóm độc tố do một số vi khuẩn lam tạo ra. Không phải mọi vi khuẩn lam đều sinh độc tố, và không phải bloom nào cũng độc. Tuy vậy, khi đã xuất hiện bloom dày đặc, không thể đánh giá an toàn chỉ bằng mắt thường.

EPA cho biết trong điều kiện phù hợp như ánh sáng, dinh dưỡng, nhiệt độ và độ mặn, bloom cyanobacteria có thể tạo cyanotoxin; các độc tố này thường nằm trong tế bào và được giải phóng nhiều khi tế bào chết hoặc vỡ. Các nhóm cyanotoxin thường được đo gồm microcystins, cylindrospermopsins, anatoxins/guanitoxins, saxitoxins và nodularins.

• Microcystin là nhóm độc tố vi khuẩn lam rất được quan tâm, đặc biệt trong nước ngọt. EPA ghi nhận microcystins là nhóm độc tố cyanobacteria phổ biến, có hơn 200 dạng, trong đó microcystin-LR được nghiên cứu nhiều nhất. Microcystins chủ yếu là độc tố gan, nhưng cũng có bằng chứng cho thấy có thể ảnh hưởng đến thận và hệ sinh sản.
• Anatoxin là nhóm độc tố thần kinh. Một số dạng có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương và gây rủi ro nghiêm trọng cho động vật nếu phơi nhiễm ở mức cao.
• Cylindrospermopsin có thể ảnh hưởng đến gan, thận và gây stress tế bào. Đây là nhóm độc tố cần quan tâm trong đánh giá chất lượng nước.
• Saxitoxin là độc tố thần kinh, thường được biết đến trong ngộ độc nhuyễn thể, nhưng một số vi khuẩn lam nước ngọt cũng có thể tạo nhóm độc tố này.

Ảnh hưởng của vi khuẩn lam đến sức khỏe người và động vật

Nguy cơ sức khỏe chính của vi khuẩn lam không phải là “nhiễm khuẩn” theo kiểu vi khuẩn gây bệnh đường ruột, mà là phơi nhiễm với độc tố hoặc tiếp xúc với nước có hiện tượng nở hoa (bloom).

CDC Hoa Kỳ cho biết trong nước ngọt, bloom có hại thường do cyanobacteria gây ra; tiếp xúc với nước có độc tố có thể gây phát ban, kích ứng mắt, mũi, đau họng, ho, còn nuốt phải nước hoặc thực phẩm chứa độc tố có thể gây đau bụng, nôn, tiêu chảy, đau đầu, yếu cơ, chóng mặt và tổn thương gan.

Động vật có nguy cơ cao hơn người trong nhiều tình huống

Chó, gia súc, chim và động vật hoang dã có thể bị phơi nhiễm khi uống nước ao hồ, bơi trong vùng nước có bloom hoặc ăn sinh khối vi khuẩn lam. Động vật thường tiếp xúc trực tiếp hơn và có thể nuốt lượng nước lớn hơn so với người.

CDC cũng ghi nhận khi cyanobacteria trong bloom chết và phân hủy, quá trình này có thể làm cạn kiệt oxy trong nước, khiến cá và sinh vật thủy sinh thiếu oxy để hô hấp. Ngoài ra, lượng cyanobacteria lớn trong nước cũng có thể gây khó khăn cho động vật có mang.

Có nên dùng nước có váng tảo lam?

Không nên dùng nước có váng tảo lam để uống, tắm, rửa thực phẩm, cho gia súc uống hoặc cấp trực tiếp vào hệ thống nuôi nhạy cảm nếu chưa được kiểm tra và xử lý phù hợp.

Với nước sinh hoạt hoặc nước uống, cần tuân thủ hướng dẫn của cơ quan chuyên môn và các tiêu chuẩn kiểm nghiệm liên quan.

Cần nhấn mạnh: đừng đánh giá hiện tượng bloom bằng màu sắc đẹp hay xấu. Một lớp nước xanh mịn, nhìn tưởng “giàu dinh dưỡng”, đôi khi lại là dấu hiệu cảnh báo hệ sinh thái đang mất cân bằng.

Vi khuẩn lam trong ao nuôi thủy sản

Trong ao nuôi thủy sản, vi khuẩn lam là nhóm cần được quản lý thận trọng. Mật độ thấp có thể là một phần của hệ tảo tự nhiên. Nhưng khi chúng chiếm ưu thế, ao dễ rơi vào trạng thái bất ổn.

Tác động đến tôm cá

Vi khuẩn lam có thể ảnh hưởng đến thủy sản theo nhiều cách:

Nguyên tắc quản lý vi khuẩn lam trong ao nuôi

Quản lý vi khuẩn lam không nên chỉ là “đánh thuốc diệt tảo”. Nếu diệt tảo đột ngột, sinh khối chết có thể giải phóng độc tố, làm giảm oxy và tạo sốc môi trường. Cách tiếp cận tốt hơn là quản lý nguyên nhân.

• Kiểm soát dinh dưỡng đầu vào: Giảm thức ăn dư, kiểm soát hệ số chuyển đổi thức ăn, tránh để bùn đáy tích lũy quá mức. Dinh dưỡng càng dư, bloom càng có lợi thế.
• Tăng cường oxy và xáo trộn nước: Sục khí, quạt nước và quản lý tầng nước giúp giảm vùng tù đọng. Oxy ổn định cũng hỗ trợ vi sinh vật phân hủy hữu cơ hoạt động hiệu quả hơn.
• Theo dõi pH, độ kiềm và oxy hòa tan: Bloom vi khuẩn lam thường đi kèm biến động pH và oxy mạnh. Cần đo vào sáng sớm và chiều để thấy biên độ dao động, không chỉ đo một thời điểm trong ngày.
• Quản lý bùn đáy: Bùn đáy giàu hữu cơ là nguồn dinh dưỡng kéo dài cho tảo. Hút bùn, xi-phông đáy, dùng chế phẩm vi sinh phù hợp và giảm tích tụ chất hữu cơ là hướng quản lý bền hơn.
• Tránh xử lý sốc khi bloom quá dày: Khi bloom đã dày, mọi biện pháp làm tảo chết nhanh đều có rủi ro. Cần xử lý theo từng bước, tăng oxy, giảm dinh dưỡng, thay nước có kiểm soát và theo dõi phản ứng của vật nuôi.

Phân lập, nuôi cấy và nghiên cứu vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có thể được phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, nhưng điều kiện nuôi cấy khác với nhiều vi khuẩn dị dưỡng thông thường. Chúng cần ánh sáng, nguồn carbon vô cơ, khoáng chất, điều kiện nhiệt độ và pH phù hợp.

Mẫu dùng để phân lập

Mẫu có thể lấy từ nước ao hồ, váng xanh, bùn đáy, nước ruộng lúa, mảng sinh học trên đá, mẫu đất ẩm hoặc nước biển ven bờ.

Khi lấy mẫu, nên ghi rõ ngày, địa điểm, nhiệt độ nước, pH, độ trong, màu nước, mùi, hiện tượng váng nổi và điều kiện thời tiết. Những dữ liệu này giúp giải thích vì sao một nhóm vi khuẩn lam chiếm ưu thế trong mẫu.

Môi trường nuôi cấy vi khuẩn lam

Khác với nhiều môi trường nuôi cấy vi khuẩn dị dưỡng giàu peptone hoặc cao nấm men, môi trường cho vi khuẩn lam thường là môi trường khoáng, có nguồn nitơ hoặc không có nitơ tùy mục tiêu tuyển chọn, có phosphate, vi lượng, bicarbonate hoặc nguồn carbon vô cơ phù hợp.

Tham khảo thêm bài viết tổng quan môi trường nuôi cấy vi sinh vật để phân biệt môi trường không chọn lọc và môi trường chọn lọc, trong đó môi trường chọn lọc thúc đẩy sự phát triển của nhóm vi sinh vật mục tiêu và ức chế nhóm không mong muốn.

Định lượng vi khuẩn lam

Định lượng vi khuẩn lam có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp:

Có thể dùng CFU để đếm vi khuẩn lam không?

CFU phù hợp với nhiều vi khuẩn tạo khuẩn lạc riêng biệt trên môi trường thạch. Nhưng với vi khuẩn lam dạng sợi, dạng tập đoàn hoặc dạng nhầy, CFU có thể không phản ánh chính xác số tế bào thật. Một sợi dài có thể tạo một điểm mọc, trong khi chứa rất nhiều tế bào.

Vì vậy, khi định lượng vi khuẩn lam, cần chọn phương pháp theo mục tiêu: đếm tế bào, đếm sợi, đo sinh khối, đo sắc tố hay phát hiện độc tố.

Xem thêm: Mật độ CFU của chủng chuẩn

Pha loãng nối tiếp trong nghiên cứu vi khuẩn lam

Pha loãng nối tiếp có thể hỗ trợ giảm mật độ mẫu, tách dòng sơ bộ hoặc chuẩn bị dải nồng độ trong quan sát.

Tham khảo bài viết về kỹ thuật pha loãng nối tiếp để nắm được cách xác định hệ số pha loãng và ứng dụng kỹ thuật này để ước tính nồng độ hoặc số lượng tế bào trong mẫu.

Tuy nhiên, khi áp dụng cho vi khuẩn lam, cần chú ý trộn mẫu đồng nhất. Dạng sợi, dạng tập đoàn hoặc váng nhầy rất dễ phân bố không đều, làm sai lệch kết quả nếu thao tác không chuẩn.

Phân biệt các khái niệm dễ nhầm về vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam và vi khuẩn dị dưỡng

• Vi khuẩn dị dưỡng cần nguồn carbon hữu cơ để sinh trưởng.
• Vi khuẩn lam có thể quang tự dưỡng, dùng CO₂ làm nguồn carbon nhờ năng lượng ánh sáng.

Đây là khác biệt rất lớn về chuyển hóa.

Vi khuẩn lam và tảo lục

• Tảo lục là sinh vật nhân thực quang hợp.
• Vi khuẩn lam là sinh vật nhân sơ quang hợp.

Cả hai đều có thể làm nước xanh, nhưng không cùng nhóm phân loại.

Vi khuẩn lam và Spirulina

Spirulina là tên thương mại quen thuộc của sinh khối cyanobacteria được nuôi có kiểm soát, thường liên quan đến Arthrospira hoặc nhóm gần. Không nên lấy nước ao có “tảo lam” và hiểu nhầm đó là Spirulina dùng được.

Vi khuẩn lam có lợi và vi khuẩn lam gây độc

Không phải tất cả vi khuẩn lam đều gây độc. Một số có lợi trong chu trình dinh dưỡng, nghiên cứu và ứng dụng sinh học. Nhưng một số loài có thể sinh cyanotoxin, nhất là khi bloom trong điều kiện môi trường thuận lợi.

Nở hoa tảo và nở hoa vi khuẩn lam

“Nở hoa tảo” là khái niệm rộng, có thể do nhiều nhóm tảo hoặc vi khuẩn lam gây ra. “Nở hoa vi khuẩn lam” cụ thể hơn, chỉ bloom do cyanobacteria.

FAQ – Câu hỏi thường gặp về vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có phải là tảo không?

Không. Vi khuẩn lam thường được gọi là tảo lam hoặc tảo lục lam, nhưng về sinh học tế bào, chúng là vi khuẩn nhân sơ quang hợp. Chúng không có nhân thật và không có lục lạp thật như tảo nhân thực.

Vì sao vi khuẩn lam có màu xanh lam?

Màu xanh lam chủ yếu đến từ sắc tố phycocyanin. Ngoài ra, chlorophyll a và các sắc tố phụ khác cũng góp phần tạo màu xanh lục, xanh lam, nâu, đỏ hoặc đen tùy loài và điều kiện môi trường.

Vi khuẩn lam có cố định đạm không?

Một số loài có khả năng cố định đạm, đặc biệt là các loài dạng sợi có dị bào như Nostoc hoặc Anabaena/Dolichospermum. Không phải tất cả vi khuẩn lam đều có khả năng này.

Vi khuẩn lam có độc không?

Một số loài có thể sinh cyanotoxin như microcystin, anatoxin, cylindrospermopsin, saxitoxin hoặc nodularin. Tuy nhiên, không phải mọi vi khuẩn lam đều độc và không phải mọi bloom đều sinh độc tố ở cùng mức độ.

Vi khuẩn lam sống ở đâu?

Chúng sống trong nước ngọt, nước lợ, biển, đất ẩm, ruộng lúa, bề mặt đá, suối nước nóng, ao hồ và nhiều môi trường khắc nghiệt. Nơi có ánh sáng, nước và dinh dưỡng phù hợp thường có khả năng xuất hiện vi khuẩn lam.

Tảo xoắn Spirulina có phải vi khuẩn lam không?

Có. Spirulina theo cách gọi thương mại thường là sinh khối cyanobacteria, phổ biến là Arthrospira hoặc nhóm gần. Tuy nhiên, Spirulina thương mại là sinh khối được nuôi và kiểm soát chất lượng, không giống váng vi khuẩn lam tự nhiên trong ao hồ.

Vì sao ao nuôi dễ bị tảo lam nở hoa?

Ao nuôi dễ bị nở hoa vi khuẩn lam khi dư dinh dưỡng, nhiều thức ăn thừa, bùn đáy giàu hữu cơ, nước tù đọng, nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh và hệ vi sinh mất cân bằng.

Có nên diệt tảo lam thật nhanh không?

Không nên xử lý sốc nếu bloom đã dày. Khi vi khuẩn lam chết hàng loạt, tế bào phân hủy có thể làm giảm oxy và giải phóng độc tố. Cách tiếp cận bền hơn là giảm dinh dưỡng, tăng oxy, quản lý bùn đáy và theo dõi chất lượng nước.

Tổng kết lại

Vi khuẩn lam là nhóm vi khuẩn nhân sơ quang hợp sinh oxy, thường được gọi là tảo lam hoặc cyanobacteria. Chúng có vai trò rất lớn trong chu trình carbon, oxy và nitơ. Một số loài có khả năng cố định đạm, một số được khai thác trong công nghệ sinh học, sản xuất sinh khối, sắc tố và nghiên cứu quang hợp.

Nhưng vi khuẩn lam cũng là nhóm cần được quản lý cẩn trọng. Khi phát triển quá mức trong ao hồ, ruộng nước hoặc thủy vực giàu dinh dưỡng, chúng có thể gây nở hoa nước, làm giảm oxy hòa tan, tạo mùi khó chịu và sinh độc tố cyanotoxin.

Theo các chuyên gia, cách tiếp cận đúng không phải là xem vi khuẩn lam như “kẻ xấu” cần loại bỏ hoàn toàn. Cách tiếp cận đúng là hiểu sinh thái của chúng: khi nào chúng có lợi, khi nào chúng trở thành rủi ro, và làm thế nào để khai thác phần có ích mà kiểm soát phần gây hại. Với người làm nông nghiệp, thủy sản, môi trường và công nghệ sinh học, đây là một nhóm vi sinh vật rất đáng học kỹ.