Trong các hệ thống thâm canh và bán thâm canh, mật độ thả giống cao cùng với thức ăn giàu protein thường dẫn đến suy giảm chất lượng nước. Sự tích tụ của chất hữu cơ từ phân và thức ăn thừa cũng thúc đẩy sự hình thành amoniac trong nước (Avnimelech, 1999; Wu & cs., 2017) và hệ quả gây độc cho động vật thủy sản (Armstrong & cs., 2012). Tổng nitơ amoniac (Total Ammonia Nitrogen, TAN) gồm amoni NH4+-N và thành phần độc amoniac NH3 (Alcaraz & cs., 1999). Amoniac có thể xâm nhập vào động vật thủy sản thông qua đường mang làm giảm khả năng vận chuyển oxy trong máu, phá hủy hệ thống bài tiết và cân bằng thẩm thấu của cơ thể (Lin & cs., 2022). Sau đó, các triệu chứng như khó thở, giảm ăn, giảm sức đề kháng xảy ra, làm giảm tỉ lệ sống của động vật thủy sản (Randall & Sui, 2002). Trong những năm gần đây, phương pháp quản lý chất lượng nước dựa trên các vi khuẩn dị dưỡng loại bỏ amoniac được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản (Crab & cs., 2007). Phương pháp này sử dụng tỉ lệ carbon/nitơ cao để kích thích sự nhân sinh của vi khuẩn dị dưỡng và trực tiếp chuyển hóa amoni/amoniac thành protein vi khuẩn (Ebeling & cs., 2006). Nhiều nghiên cứu đã quan sát thấy việc sử dụng loài Bacillus subtilis có hiệu quả trong việc giảm tải chất hữu cơ và amoniac (Xie & cs., 2023; Zhou & cs., 2019). Gần đây, loài B. polymyxa cũng được quan tâm ứng dụng trong thủy sân do khả năng tạo bào tử của chúng như B. subtilis.

Bacillus polymyxa là một loại vi khuẩn Gram dương, có dạng hình que, có khả năng tạo bào tử và không gây bệnh. Vi khuẩn này sống ở vùng rễ thực vật và nội sinh trong cây. Chúng hiếm khi được tìm thấy trong trầm tích biển hoặc thực phẩm lên men. Nhờ khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cao, chất diệt khuẩn, áp suất và tia UV, bào tử của B. polymyxa có thể chịu được quá trình thanh trùng và tồn tại trong thiết bị công nghiệp. B. polymyxa tạo ra nhiều hợp chất kháng khuẩn (các chất chuyển hóa thứ cấp) - như lipopeptide polymyxin, fusaricidin - có khả năng hữu ích trong điều trị các bệnh nhiễm trùng kháng nhiều loại thuốc và các tác nhân gây bệnh vi khuẩn khác trên động vật thủy sản (Daud & cs., 2019). Tác dụng tăng miễn dịch và đối kháng vi khuẩn gây bệnh của B. polymyxa trên cá rô phi, cá chép, cá trắm cỏ, tôm thẻ chân trắng đã được nghiên cứu (Amoah & cs., 2020; Gupta & cs., 2016; Sebastian & cs., 2019; Sebastian & cs., 2017; Yang & cs., 2023). Tuy nhiên, ít có nghiên cứu về khả năng giảm amoniac trong nước của loài này.

Hiệu quả loại bỏ tổng nitơ amoniac (TAN) của Bacillus polymyxa được thử nghiệm trong 2 thí nghiệm 1 nhân tố: môi trường nước 0ppt và 17ppt. Mỗi thí nghiệm có 6 nghiệm thức tương ứng với các nồng độ TAN trong nước khác nhau: 0; 0,5; 2,5; 5,0; 7,5 và 10ppm (ký hiệu tương ứng: T0, T0.5, T2.5, T5, T7,5 và T10). Nước ngọt được bơm từ giếng khoan, rồi được loại sắt bằng KMnO4 và Polyaluminium Chloride. Nước biển 35ppt được pha với nước ngọt để tạo nước lợ 17ppt. Nước được lọc qua túi PE 10pm trước khi sử dụng. NH4Cl được sử dụng để tạo môi trường có nồng độ tổng nitơ amoniac như mong muốn. Môi trường nước được điều chỉnh về pH 8,0 bằng NaOH 1M trước khi thí nghiệm.

Dùng 5g chế phẩm bào tử B. polymyxa (5,3 tỉ CFU/g cung cấp bởi KeyBio Việt Nam, nguồn gốc Ân Độ) và 5g đường trắng cho vào trong các chai 5l nước 0 và 17ppt có TAN ở các nồng độ khác nhau lần lượt là: 0; 0,5; 2,5; 5,0; 7,5 và 10ppm. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần tương đương 3 chai. Sục khí được duy trì trong suốt quá trình thí nghiệm. Ngoài ra, một nghiệm thức trắng (blank) ở nồng độ 10ppm của TAN chỉ có sục khí, không bổ sung vi sinh được sử dụng để hiệu chỉnh lượng bay hơi tự nhiên của amoniac cho toàn bộ các nghiệm thức. Thu 5ml mẫu nước mỗi 8 tiếng để đo pH và TAN trong 24h bằng test kit A3 (Otanics, Việt Nam). Trước và sau thí nghiệm, các chỉ tiêu nhiệt độ, oxy được đo bằng đầu cảm biến DO200 (YSI, Mỹ).

TAN cao có khả năng chuyển hóa thành amoniac gây độc cho động vật thủy sản trong điều kiện pH cao. Nghiên cứu này đánh giá khả năng giảm TAN trong nước của bào tử Bacillus polymyxa nhập khẩu từ Ấn Độ trong môi trường giả lập. Liều 1 g bào tử (5,3 tỉ CFU/g) được bổ sung vào môi trường nước ngọt và nước lợ (17ppt) có nồng độ TAN 0,5; 2,5; 5,0; 7,5 và 10 mg/l. TAN được đo bằng test kit A3 (Otanics, Việt Nam).

Kết quả nghiên cứu cho thấy bào tử Bacillus polymyxa có khả năng làm giảm đáng kể nồng độ TAN trong cả môi trường nước ngọt và nước lợ. Sau 24 giờ xử lý, nồng độ TAN trong các nghiệm thức đều giảm xuống mức thấp, chứng tỏ khả năng chuyển hóa và loại bỏ amoniac hiệu quả của vi khuẩn. Tốc độ giảm TAN cao nhất đạt từ 0,16 đến 0,18 mg/l/giờ, ghi nhận tại nghiệm thức có nồng độ TAN ban đầu là 5 mg/l. Đặc biệt, hiệu quả xử lý TAN của B. polymyxa trong môi trường nước lợ cao hơn so với nước ngọt, cho thấy khả năng thích nghi và hoạt động tốt của bào tử vi khuẩn trong điều kiện có độ mặn trung bình.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng xác định nồng độ TAN tối ưu cho hoạt động của chủng B. polymyxa là 5 mg/l, với hiệu suất loại bỏ trên 95% sau 16 giờ xử lý. Kết quả này cho thấy tiềm năng lớn của chế phẩm vi sinh chứa bào tử B. polymyxa trong việc kiểm soát và cải thiện chất lượng nước nuôi thủy sản, góp phần giảm thiểu độc tính amoniac và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Từ những kết quả đạt được, nghiên cứu khẳng định rằng chế phẩm bào tử Bacillus polymyxa thương mại có nguồn gốc từ Ấn Độ là một giải pháp sinh học hiệu quả trong việc giảm tổng nitơ amoniac, đặc biệt trong môi trường nước lợ. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu các điều kiện tối ưu nhằm tăng cường quá trình đồng hóa dị dưỡng của vi khuẩn, đồng thời hạn chế sự hình thành các hợp chất trung gian có hại như nitrit (NO₂⁻), qua đó nâng cao hơn nữa hiệu quả ứng dụng trong thực tiễn nuôi trồng thủy sản bền vững.