Giáo trình vi sinh vật học phần 2

Chuong CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN Ở VI SINH VẬT Chương "Các trình lên men vi sinh vật" ưình bày vấn đề sau: 1) Các kiểu hô hấp vi sinh vật: i/ hô hấp hiếu khí q trình hơ hấp chất nhận electron cuối oxi phân tử; ii/ hô hấp kị khí q trình hơ hấp chất nhận electron cuối chất vô khác oxi, iii/ Lên men trình phân giải chất hữu chất nhận electron chất hữu 2) Con đường phân giải tổng hợp gluxit: 1/ Con đường phân giải trước piruvat gồm đường EMP, HMP ED; / Sự chuyễn hóa sau piruvat: Đối với hơ hấp hiếu khí (acid pyruvic tiếp tục phân hủy qua chu trình krebs, cịn NADH2 thực chuỗi hơ hấp để tạo H2 O giải phóng ATP); Đối với lên men (acid pyruvic chất nhận điện tử để tạo thành acid lactic rượu ethanol); / Sự tổng họp cacbohydrate liên quan đến tổng họp glycogen, tổng họp levan dextran 3) Trình bày trao đổi protein: i) Phân giải protein (lên men thối): Quá trình thực hệ enzyme ngoại bào protease, peptidase đế phân giải protein, chuỗi peptíde ngắn acid amin; acid amin tạo thành phần dùng đế tổng họp protein, phần khác phân giải theo đường đặc thù đế giải phóng N H 3, CO2 sản phẩm trung gian, ii) Quá trinh tổng họp protein thực thể vi sinh vật gen điều khiển 4) Giới thiệu khái quát trình lên men rượu lên men lactic: gồm định nghĩa, tác nhân lên men, chế lên men ứng dụng len men rượu lên men lactic sống CÁC KIÊU HÔ HÁP Ở VI SINH VẬT Hơ hấp hiếu khí q trình hơ hấp chất nhận electron cuối oxi phân tử; Vi sinh vật thuộc dạng gọi vi sinh vật hiếu khí Khi chất nhận electron cuối chất khác oxi phân tử, thỉ người ta gọi trinh lên men q trình hơ hấp kị khí vi sinh vật thực trinh gọi thể kị khí Trong số thể kị khí, chất nhận electron chất hữu chất vò Nếu chất nhận electron chất hữu người ta gọi lên men, chất nhận electron chất vô người ta gọi hơ hấp kị khí Hơ hấp thể hiếu khí q trình vận chuyển electron proton qua màng với oxi phân tử làm chất nhận electron cuối cùng, cịn hơ hấp kị khí dùng để q trình vận chuyển qua màng electron proton đến chất nhận electron cuối chất khác oxi phân tử, nitrate trường hợp hô hấp nitrate, fumarate hô hấp fumarate Hô hấp đặc trưng trước hết nơi khu trú chuỗi vận chuyển electron màng tế bào chất thể nhân sơ màng ti thể thể nhân thực Hơ hấp cịn đặc trưng chất chất nhận electron cuối oxi phân tử Sự oxi hóa chất đồng thời khử oxi thực nhờ chuỗi phản ứng enzyme, có tham gia enzyme dehydrogenase coenzyme liên kết với Cơ chế thường thấy hô hấp đường xitocrom gián tiếp Ngày nay, người ta hoàn toàn biết rõ thành phần chế hoạt động xitocrom tế bào nhân thực số thể nhân sơ Bên cạnh trình phosphoryl oxi hố chất, cịn tồn đường khác, đặc biệt đường oxi hoá trực tiếp nhờ enzyme vận chuyển electron từ chất đến oxi phân tử để tạo thành H O2 theo phương trình fa d h + o F— fa d + h 2o Hợp chất H O độc cần phân giải nhờ catalase, peroxidase superoxide dismutase tránh cho tế bào khỏi bị chết, trinh phân giải diễn theo phương trình sau: h 2o calalase ► HịO + o H;C>2 + 2H* + 2e' 2H ịO Những đường tạo khơng tạo lượng hữu ích Một vi khuẩn khơng có enzyme trẽn, đường phân giải buộc chúng phải sống kị khí bắt buộc, bời oxi phân tử tác nhân gây độc với chúng Có số vi khuẩn chịu hiếu khí vi khuẩn Streptococcus, chúng khơng có catalase, có enzyme ílavin (NAD-oxidase NAD-peroxidase) cho phép chúng thực cân hô hấp màng tế bào chất Tùy thuộc vào số lượng lượng enzyme phân giải H O2 mà định tính hiếu khí hay kị khí vi khuẩn Lên men để chi có mặt chuồi vận chuyển electron nằm tế bào chất, khơng có tự động qua dòng electron proton phần bên phần bên màng tế bào (một dòng vận chuyển thứ cấp thiết lập cần thiết, nhờ lượng ATP) v ề phương diện trao đổi lượng, q trình oxi hóa khử, chất nhận electron cuối hợp chất hữu cơ, phân tử oxi Quả trinh giải phóng lượng nhiều so với q trình hị hấp CÁC CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI GLUXIT Ờ VI SINH VẶT 2.1 Con đường phân giải trước pyruvat Ờ vi sinh vật có ba đường phân giải glucose khác là: Con đường Fructose-l, -bisphotphat (còn gọi đường glycosyl, đường EMP), đường Pentose-photphate (còn gọi hexomonophotphate; ký hiệu HMP, đường oxi hóa trực tiếp glucose tạo NADH pentose) đường 2-xeto-6-photpho-gluconate (còn gọi đường Entner- Doudoroíĩ) 2.1.1 Con đường phân giải EM P Đường phân trinh chuyển hóa vật chất lượng diễn tế bào để biến đổi từ phân tử glucose (CeHnOí) thành hai phân tử acid pyruvic (CH3COCOOH) hai coenzyme NADH + H7 Trong trình đuờng phân, phân tử glucose tự không bị phân huỷ mà phân từ glucose hoạt hóa thơng qua việc gắn gốc photpho vào thành dạng đường phosphate hoạt hỏa (Hình 16) Kết đường phân tóm tắt theo phương trình: CéH^Oé + 2NAD' + 2ADP + 2H3PO4 -> CH COCOOH + 2NADH+ÍT + 2ATP Đường phân q trinh chuyển hóa vật chất khơng phụ thuộc vào nguồn oxi, tức chúng xảy dù mơi trường có oxi hay khơng có oxi Quá trình đường phổ biến chung cho hơ hấp hiếu khí, hơ hấp kị khí hay lên men Chúng phần lớn xảy tế bào chất tế bào Quá trinh biến đổi nhà khoa học Embden, Meyerhof Pamas tìm nên gọi đường phân giải EMP Q trình đường phân chia thành hai giai đoạn là: (1) Giai đoạn "đầu tư" lượng: hai phân từ ATP bị phân hủy thành ADP (adenosine diphosphate) Pi (nhóm phosphate PO 3' vô cơ) (2) Giai đoạn "thu hồi" lượng: bốn phân tử ATP sinh từ ADP p, từ môi trường 2.1.2 Con đường phân giải HMP Con đường phân giải HMP bắt đầu với việc oxi hóa glucose- P thành P gluconat, sau P gluconat oxi hóa thành ribulose-5P, CO NADPH Ribulose-5P chuyển hóa thành pentose khác xilulose, ribose Con đường HMP có số chức sau: (1) NADPH tạo thành đóng vai trị chất cho electron để khử phân tử trinh sinh tổng hợp (2) Con đường tổng hợp phân tử đường bốn cacbon đường năm cacbon cho nhiều mục đích khác Đường bốn cacbon erithrose 4P sử dụng để tổng hợp acid amin thơm vitamin B Ribose-5P thành phần quan trọng acid nucleic; ribulose-5P chất nhận CO q trình quang hợp (3) Các chất trung gian đường HMP dùng để tạo ATP 2.1.3 Con đường Entner-Doudoroff Ở đường này, thay việc bị oxi hóa, P-gluconat bị thủy phân tạo thành 2-xeto-3-deoxi-6P-gluconat (KDPG) - chất trung gian đóng vai trò then chốt đường KDPG bị xúc tác bời KDPG aldolase để chuyển thành acid piruvic glyceraldehit-3P Glyceraldehit-3P bị chuyển thành acid piruvic tương tự giai đoạn đường phân Bằng đường này, từ phân tử glucose thu 1ATP, NADPH+H" NADH+H" Con đường Entner-Doudoroff tìm thấy vi khuẩn Pseudomonas, Rhìzobium, Aioiobacter, Agrobacterium số vi khuẩn gram âm G lucose Ị Glucose 6P (2 ) ị Fnjcioíe -6P ATP A.DP Fracto»e 1.6 diP (6 ) Ị n * 'N A D H 2A , S PG 'ADP A P G : a ,p g (9)[ 2ÃPEP AEP (11) i Ị I X Pynnic I Hình 16 Sơ đồ đườiigphân hơ hấp hiếu khí (EMP') PDA: dihydroxyl aceton photphate; ALPG: glyceraldehyde photphate; A1.3PG: l,3di P-glyceric; A3PG: 3P-glyceric; A2PG: 2P-glyceric; APEP: P-enol piruvic 2.2 Sự chuyển hóa sau piruvat Trong hơ hấp hiếu khí: Acid pyruvic tiếp tục bị oxi hóa hồn toàn đến CO , H O giải phóng tồn lượng cịn lại qua chu trình Krebs Hai phân tử NADH thực chuỗi hô hấp để tạo H Phản ứng kèm theo việc tổng hợp ATP qua q trình phosphoryl hóa 2NAD+H' + — 2NATT + 2H20 Kết quà đường phân hô hấp hiếu khí là: C6 H 1206 + — CH COCOOH + H A đồng thời tạo ATP Kết hô hấp hiếu khí là: C6H ,20 + 6O2 — 6CO2 + 6HjO + 36 ATP Trong hơ hấp kị khí: Acid pyruvic tạo thành khơng bị oxi hóa hồn tồn qua chu trinh Krebs, thay vào acid pyruvic nhóm vi sinh vật thực trinh lên men khác Hai phân tử NADH dùng để khử CH COCOOH (trong lẽn men lactic) hay khử CH CHO (trong lên men rượu) nên không thực chuỗi hô hấp Phương trình lên men lactic sau: CH COCOOH + NADH — CH CHOHCOOH + 2NAD+ Kết đường phân hô hấp kị khí tạo acid piruvic, 2ATP S ự TỎNG HỢP CACBOHYDRAT Vi sinh vật có khả tổng hợp oligo polysaccharide Lượng oligo polysaccharide nội bào đạt tới 60% khối lượng khô tế bào, cịn polysaccharide ngoại bào vượt nhiều lần khối lượng vi sinh vật Thành tế bào chứa lượng lớn polysaccharide Tất oligo polysaccharide tổng hợp cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ việc thêm đơn vị monosaccharide (X) Các monosaccharide tham gia vào phản ứng dạng nucleotit - m onosaccharide hoạt hóa, thường dẫn xuất cùa uridine - diphosphate (UDP.X) nhung với nucleotit purine pirimidine khác Sự tổng hợp diễn theo phản ứng chung sau: X X X x x x + UDP - X = X X X x x x x + UDP (n - nhánh) (n + - nhánh) Trong trường hợp polysaccharide bao gồm hai loại monosaccharide liên tiếp (X Y) phản ứng chung xảy qua hai bước: Bước 1: X Y X.Y.X.Y + UDP - X = X Y.X Y.X Y X + UDP Bước 2: X.Y.X.Y.X.Y X + UDP - Y = X.Y X Y X Y X Y + UDP Con đường tổng hợp polysaccharide phân nhánh biết đến Trong dịch chiết tế bào số lồi nấm sợi có chứa chitin synthase xúc tác phản ứng chuyển nhánh N-acetyl glucosamine từ UDP-acetyl glucosamine đển phân tử nhận Quá trình tổng hợp mannan thành tế bào nấm men bao gồm việc chuyển nhánh mannose từ GDP-mannose đến chất nhận Quá trình tổng hợp tinh bột tảo Chìorella glycogen vi khuẩn Arthrobacter có tham gia ADP-glucose Tổng hợp glycogen: Khi có điều kiện ngoại cảnh hạn chế phát triển vi khuẩn thi chúng tích lũy glycogen nhờ hệ enzyme trùng hợp glucose Glycogen tích lũy dạng hạt chất nguyên sinh mà phát cách nhuộm màu với iode (Hình 17) atp adp Hình 17 Sơ đồ tống hợp gìycogen Tổng họp levan dextran: Các levan (poly-2,6-fructose) dextran (poly-l, -glucose) với phân nhánh -1,3 -1,4 tổng hợp từ saccarose theo phản ứng sau:n saccarose —> n glucose + (fructose)n n saccarose —» (glucose)n + n ửuctose Sự hình thành hợp chất nguyên nhân tượng nhầy nhớt nuôi cấy số lồi vi khuẩn mơi trường giàu saccarose Các hợp chất polysaccharide với hợp chất nitơ tạo nên glycopeptide thành tế bào SỤ TRAO ĐÓI PROTEIN 4.1 Sự phân giải protein (lên men thối) Khi phân giải protein, vi sinh vật phải tiết protease ngoại bào để thủy phân protein thành polypeptide olygopeptide Các sản phẩm tiếp tực thủy phân thành acid amin tác dụng peptidase ngoại bào hấp thụ vào thể, sản phẩm hấp thụ vào tế bào thủy phần thành acid amin Một phần acid amin vi sinh vật sử dụng trình tổng hợp protein, phần khác phân giải theo đường đặc thù để giải phóng NH , CƠ sinh sản phẩm trung gian khác Trong thể vi sinh vật, acid amin thường chuyển hóa nhờ q trình khử amin, trình khử cacboxyl đồng thời vừa khử amin vừa khử cacboxyl Khi phân giải acid amin tùy theo loại phản ứng tạo sản phẩm trung gian, tiền chất cho phản ứng sinh tổng hợp cần thiết cho số trinh trao đổi chất, tạo thành acid íìimaric từ acid aspactic theo phương trinh: HOOC-CH -CH-(NH2)-COOH — HOOC-CH=CH-COOH + NH Hay tạo a-ketoglutaric từ acid glutamic, acid acetic từ glycine, acid succinic từ aspactic Quá trình khử amin thủy phân có liên kết với ion H+ OH' tạo acid lactic từ alanine: CH -CH(NH2)-COOH + h 20 — CH -CHOH-COOH + n h Nhiều loại amin vi khuẩn sản sinh thể người động vật có tính độc, tích lũy histamine gây chứng co giật mạch máu, hợp chất diamine acmatine, putrecine gặp nhiều thịt cá thiu có tính độc Một số vi khuẩn có khả chuyển hóa tryptophan thành chất có mùi indol skatol Trong q trình phân giải acid amin chứa lưu huỳnh (methionine, cysteine, cystine) tạo H S làm cho phản thịt cá có mùi NH; H O O C -C H -(N H )-C H : -SH + H ; -» H 2S + N H + C H C O O H + H C O O H cvsteine Ngoài khả phân giải protein, vi sinh vật cịn có khả phân giải số chất đạm khác urê, acid uric Sự phân giải chất tạo sản phẩm trung gian acid formic, acid acetic, CO , N H , chất có thề tham gia trực tiếp vào trinh trao đổi chất trao đổi lượng tế bào Urê chất hữu chủ yếu nước tiểu người động vật Urê vi sinh vật phân giải thành NH cung cấp nguồn nitơ cho thực vật Nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm sợi sống đất có khả phân giải urê mạnh (như vi khuẩn Planosarcina urea, Micrococcus urea, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris) Quá trình phân giải urê với xúc tác urease theo phương trình: H N-CO-NH + H20 — (NH )2 C — NH + C + H20 NH sinh phân giải hợp chất hữu thường oxi hóa thành NO2’ tiếp tục oxi hóa đến NO3’ Phân đạm ((NH4)2SƠ4 NH4CI) sau bón ruộng nhanh chóng chuyển thành NO " Q trình chuyển hố gọi q trình nitrate hóa Q trình nitrate hóa gồm giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Q trình nỉtrite hóa Giai đoạn nitrite hóa biểu thị phương trinh phản ứng sau: NH + Ơ —* HNO + H O + Q (năng lượng) Năng lượng sinh phản ứng nitrite vi khuẩn nitrite sử dụng để đồng hóa CO khơng khí Q trình trải qua nhiều phản ứng trung gian tạo nhiều sản phẩm trung gian, sản phẩm trung gian quan trọng hydroxylamine (NH2 OH) Enzyme xúc tác cho việc chuyển hydro enzyme q trình hơ hấp hiếu khí Vi khuẩn nitrite nhóm tự dưỡng bắt buộc với chi đại diện Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira Nitrosocystis Giai đoạn 2: Q trình nitrate hóa Giai đoạn nitrate hóa biểu thị phương trình sau: N 2' + O —* NO ' + Q (năng lượng) Nãng lượng sinh phản ứng oxi hố NO ' sử dụng để đồng hóa CO khơng khí Vi khuẩn nitrate hóa điển hình lồi thuộc giống Niữobacter Đây tế bào hình bầu dục, kích thước khoảng , - , |im, thuộc nhóm gram âm, không tạo bào tử, khuẩn lạc nhỏ bé suốt Ngồi ra, cịn có số giống vi khuẩn khác thuộc Niữococcus, Nitrospira 4.2 Sự tổng họp protein Quá trình tổng hợp protein thực theo ba buớc: (1) Sự nhân đôi ADN tạo hai phân tử ADN giống giống với ADN “mẹ” (2) Quá trinh mã theo thơng tin di truyền từ ADN sang mARN, sau chuyển đến ribosom (3) Quá trình dịch mã cho phép chuyển dịch thông tin di truyền thành acid amin cấu trúc nên protein Hầu hết vi sinh vật có khả tổng hợp 20 loại acid amin Nguyên liệu dùng cho trình tổng hợp acid amin sản phẩm trung gian pyruvate, a-ketoglutarate, oxaloacetate, íumarate Trong phần lớn trường hợp, nhóm amin đưa vào giai đoạn cuối sinh tổng hợp nhờ chuyển amin, số acid amin hình thành nhờ hàng loạt biến đổi acid amin khác, trường hợp khơng cần chuyển amin Nhiều loại L-acid amin sinh tổng hợp đường lèn men nhờ vi sinh vật nhu lysine, glutamic, alanine, glycine Nhiều acid amin “tự nhiên” sản phẩm công nghệ sinh học cách thủy phân protein, tổng hợp hóa học sinh tổng hợp nhờ vi sinh vật Trong nhiều trường hợp người ta phối hợp tổng hợp hóa học sinh tổng hợp, phương pháp có nhiều ưu điểm cho dạng L - acid amin dạng thường gặp thể LÊN MEN RƯỢU 5.1 Định nghĩa tác nhân lên men rirợu Dưới tác dụng số loài vi sinh vật điều kiện yếm khí, đường glucose chuyển hóa thành rượu etylic CO , đồng thời giải phóng lượng Quá trinh gọi trinh lên men rượu etylic trình lên men rượu Rhizopus oryzae, F oxysporum, Trichoderma harzianum Aìternaria citri Okay đồng tác giả chứng minh năm 2013 Trong tài liệu này, sử dụng chitinase từ nấm L lecanii 43H để ức chế phát triển sợi nấm F oxysporum R solani chứng minh Ket nghiên cứu hoàn toàn phù hợp so với công bố củng cố thêm quan điểm chitinase có khả ức chế phát triền loài nấm bệnh Đồng thời, nghiên cứu cung cấp cách tiếp cận thân thiện với môi trường để tạo chế phẩm sinh học chống lại nấm bệnh hướng nghiên cứu quan tâm Việt Nam 2.2.2.2 Ảnh hưởng chitinase tới khả ph át triển rệp Chitinase từ nấm L ìecanii có khả thủy phân lớp vỏ chitin rệp chứng minh thông qua lượng đường N-acetyl glucosamine giải phóng xử lý rệp với chitinase Quan sát kính hiển vi độ phóng đại 160x cho thẩy, thủy phân lớp vỏ chitin rệp chitinase kèm với giải phóng khối chitin riêng lẻ, rệp xử lý với nuớc trì hình dạng lớp vỏ chitin (Hình 21) A B Hình 21 Hỗn hợp chitin cùa rệp xử lý với nước (A) enzyme (B) (ở 160 x) Gan đồng tác giả (2007) chứng minh vai trò chitinase tái tổ hợp gen mã hóa chitinase phân lập từ nấm Lecanicillium psaỉliotae biểu ừong nấm men Pichia pasíoris làm xáo trộn phát triển trứng cùa tuyến trùng làm suy thoái trứng cá thể trường thành Chitinase sừ dụng phối trộn vói bào tử làm tăng chất lượng chế phẩm nấm kí sinh trùng Au trùng bướm Chi vân sam Choristoneura firm iferanu chết nhanh tiếp xuc VỚI hỗn hợp chitinase-ổữc///ỉM so với tiếp xúc vơi 211 enzyme vi khuẩn BacHlus riêng lẻ Như vậy, chitinase coi tác nhân có khả chống lại rệp Kết nghiên cứu cho thấy tiềm cua chitinase sứ dụng q trình diệt trùng mở hướng nghiên cứu giúp tim hiểu chế trình diệt rệp nấm L lecanii cách phối trộn enzyme với chế phẩm bào tử nấm 2.2.2.3 Ả nh hưỏng nhiệt độ đến khả nâng phát triển cùa sợi nấm Tốc độ phát triển tỉ lệ nảy mầm bào tử nấm cao thể tính hiệu việc sử dụng chế phẩm bào tử nấm q trình diệt trùng sở cho việc xác định tính khả thi chủng nấm nghiên cứu Do đó, khả nảy mầm bào tử nấm L lecanii 43H nghiên cứu chứng minh cho ti lệ bào tử nảy mầm cao nhiệt độ 25°c (đạt khoảng 92%) sau 12 ủ Sau 24 ủ nhiệt độ khảo sát, hầu hết bào tử chủng nấm L lecanii 43H nảy mầm, tì lệ đạt 98% Theo số nghiên cứu khác cho thấy, tỉ lệ bào tử nẩy mầm chủng nấm Lecanicillium lecanii CS625 95,5 98,4% 25°c sau ủ 12 24 Nhiệt độ tối ưu cho bào tử nẩy mầm đường kính phát triển sợi nấm chủng L ìecanii CS625 dao động từ 20-25°C Tốc độ nẩy mầm bào tử khả đâm xuyên sợi nấm nhân tố quan trọng trình tiêu diệt vật chủ nấm Vu đồng tác giả (2007) nghiên cứu tỉ lệ nẩy mầm nấm L lecanii nhiệt độ 10, 15, 20, 25, 30 35°c cho thấy, ti lệ nẩy mầm chủng nấm đạt 100% nhiệt độ từ 20-30°C sau 24 ủ Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu cho bào tử nấm nẩy mầm dao động từ 25-30°C Ở nhiệt độ 10 35°c, bào tử chủng nấm không nẩy mầm Như vậy, khả nãng nẩy mầm bào tử từ chủng nấm L lecanii 43H thích hợp dài nhiệt độ từ 25-30°C sau 24 ủ cho ti lệ nảy mầm cao phù hợp với nghiên cứu công bố Nhiệt độ có ảnh hường tới tốc độ phát triển sợi nấm đa số loài nấm Nghiên cứu nhận thấy, 25°c chủng nấm L lecanii 43H cho đường kính 212 phát triển sợi nấm đạt 12,8 mm/ngày cao so với nhiệt độ 30°c (đường kính đạt 7,22 mm/ngày) Như vậy, tốc độ phát triển sợi nấm chủng nấm L lecanii 43H phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ thich hợp dải nhiệt độ 30°c Ket cho thấy, sợi nấm L lecanii 43H có tốc độ phát triển cao so với số nghiên công bố trẽn giới chủng nấm L ỉecanii CS625, Lecaniciììium lecaniì 4078 Lecanicillium lecanii BtabOl có tốc độ phát triển sợi nấm 25°c 3,67; 2,28 2,24 mm/ngày Ờ nhiệt độ 28°c, tốc độ phát triển sợi nam chủng Beauveria bassiana 1,66 mm/ngày 2.2.2.4 Khả diệt rệp chủng nấm L lecanii 43H Đẻ xác định khả diệt rệp chùng nấm L lecanii 43H, nghiên cứu sử dựng 20 ml dịch bào tử (nồng độ 2.108 bào tử/ml) phun lên 25 cá thể rệp nuôi ổn định cải nhiệt độ từ 25-30°C độ ẩm từ 80-85% Kết nghiên cứu cho thấy, ti lệ rệp chết tăng lên từ ngày thứ (đạt khoảng 30%) sau phun bào tử nấm cao ngày thứ (đạt khoảng 83%) (Hình 22) Mỗi chủng nấm có độc lực khác lồi rệp điều kiện nhiệt độ độ ẩm khác Độc lực chủng nấm L ỉecanii 43H nghiên cứu cao so với chủng nấm Lecaniciììium nghiên cứu Vu đồng tác giả (2007) Trong nghiên cứu này, phun dịch bào tử có nồng độ lx io bào tử/ml (khơng có khác biệt nhiều so với nồng độ 1X108 bào tử/ml) điều kiện nhiệt độ 25°c độ ẩm khơng khí 75%, chủng nấm có độc lực mạnh Lecanicilỉium lecanii 41185 có khả diệt 50% rệp Myzus persicae Aphids gossypii hai ngày Chủng yếu Lecanicilỉium fusisporum 4078 diệt 50% hai loại rệp ưên bốn ngày Chủng nấm L lecanìi CS-625 nghiên cứu Kim đồng tác giả (2001) diệt 50% rệp loài rệp Aphids gossypii sau neày nhiệt độ 20°c Thời gian phun bào tử (ngày) E Hình 22 M hình cải có rệp sau phun dịch bào từ nấm biểu đồ khả diệt rệp bào tứ cùa chủng nấm L ìecanii 43H A B: Mầu rệp trước phun; C: Mầu nấm mọc rệp sau phun; D: hình ảnh nấm mọc quan sát kính hiền vi có độ phóng đại 40 lần; E: Biểu đồ thể khả diệt rệp bào tứ chủng nấm L ỉecanii 43H Trong nghiên cứu Kim đồng tác giả (2008), chủng nấm LecaniciUium attenuatum CNU-23 với nồng độ bào tử 108/ml diệt 80% rệp Myzus persicae điều kiện nhiệt độ 25±2°c độ ẩm 85±5% Các chủng nấm Lecanicilỉium thí nghiệm Vu đồng tác giả (2007) diệt khoảng 72-100% rệp sau 4-8 ngày phun nhiệt độ 25°c độ ẩm 75% 214 điều kiện nhiệt độ độ ẩm này, chủng nấm chúng tơi khảo sát có khả diệt rệp thấp so với nghiên cứu Vu đồng tác giả (2007) Trong nghiên cứu khác, chủng nấm Lecanicilỉium lecanii CS-626 diệt 98,2% bướm trắng nhà kính nhiệt độ 25°c sau ngày, chủng nấm l.ecanicĩllium attenuatum CS625 diệt 100% rệp sau ngày Như vậy, chủng nấm khảo sát có khả diệt rệp hại rau cải Tuy nhiên, so với chủng nấm cơng bổ giới chủng nấm khảo sát có tỉ lệ rệp chết thấp Ở Việt Nam, công bố sử dụng chế phẩm bào tử nấm để diệt rệp hạn che Hướng nghiên cứu nhóm tác giả chứng minh tính hiệu chiến lược sử dụng chế phẩm bào từ nấm để diệt rệp nói riêng trùng nói chung Dựa co chế gây bệnh nấm trùng theo đường bào tử nảy mầm phát triển thành hệ sợi ăn sâu vào khoang bụng, qua đường tiêu hóa, thơng qua khí quản chúng phủ kin lỗ khí trùng làm trùng chết Do vậy, hướng nghiên cứu tốc độ phát triển sợi nấm, ti lệ nảy mầm bào tử nghiên cứu chitinase tiến hành nghiên cứu góp phần chứng minh cho khả diệt rệp bào tử nấm Lecanicillium ìecami Mặt khác, trình tác động lên trùng, nấm tiết enzyme mạnh tốc độ hủy hoại tiêu diệt côn trùng gây bệnh nhanh, tiết kiệm thời gian sử dụng Đặc điểm mờ hướng nghiên cứu phối trộn enzyme với bào tử nấm Lecanicil/ium ỉecanii tiến hành thời gian tới nhằm nâng cao hiệu diệt rệp chế phẩm bào tử nấm SỬ DỤNG VI SINH VẶT TRONG x LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 3.1 Phương pháp sinh học xử lý rác thải Rác thài ngun nhân nghiêm trọng gây nhiễm mịi trường môi trường nước, môi trường đất môi trường không khí Rác thải mơi trường chủ yếu rác thải sinh hoạt rác thải công nghiệp với thành phần rác đa dạng Rác thải sinh hoạt chủ yếu giấy loại, nhựa tổng hợp, thủy tinh cao su, phế thài từ thức ăn Thành phần hóa học phức tạp gồm chất vơ chất hữu khó phân hủy; cịn rác thải cơng nghiệp gồm nhiều loại phế thải nhu kim loại, thủy tinh, nhựa, giấy có thành phần lí hóa khác nên phương pháp xử lý chúng phức tạp Quá trinh xử lý rác thãi mà khôna làm ảnh hường đến mơi sinh khác khơng khí, nước vấn đề lớn Trước đây, phần lớn rác thải thành phố, khu vực dán cư tập trung lại chôn đốt Cả phương pháp làm cho ô nhiễm lại môi trường, phương pháp xử lý chậm lại hiệu thời đại phát triển khoa học đại Sự phát triển khoa học cơng nghệ góp phần lớn vào cơng bảo vệ môi trường xanh đẹp công nghệ hóa chất Khi sử dụng cơng nghệ hóa chất để xử lý mơi trường, ngoại hiệu đem lại cịng nghệ cịn có hạn chế làm gia tăng lượng hóa chất mơi trường, cơng nghệ xử lý môi trường phương pháp chưa đem lại kết tối ưu Như vậy, sử dụng công nghệ sinh học xử lý rác thải có vai trị lớn, góp phần khắc phục hạn chế cơng nghệ hóa học Xử lý mơi trương nói chung (rác thải nói riêng) phương pháp sinh học đem lại hiệu cao nhất, vừa không làm ô nhiễm mơi trường trờ lại, vừa có hiệu kinh tế cao Có nhiều phương pháp xử lý phế thải khác sử dụng Bản chất phương pháp thể bốn nội dung chủ yếu sau: (1) Phân hủy sơ cấp làm thay đổi chất hóa học chất xử lý; (2) Phân hủy sinh học sơ cấp làm làm thay đổi tính chất chất xử lý; (3) Phàn hủy sinh học riêng biệt để biến phế thải hữu co sản phẩm vô cơ; (4) Hút chất vô môi trường trở nên nhờ thực vật q trình đồng hóa tạo nên sản phẩm hữu ích Các q trình thực nhờ có tham gia tích cực nhóm vi sinh vật thực vật thích hợp Do thành phần chủ yếu phế thải cellulose, tinh bột, protein vi sinh vật có khả phân giải cellulose, tinh bột, protein sử dụng vào việc xử lý phế thải hiệu Tùy thuộc vào thành phần loại rác mà ta chọn sử dụng vi sinh vật cho phù hợp Việc sử dụng vi sinh vật để phân hủy rác tiến hành qua bước sau: (1) Phân lập vi sinh vật phân hủy rác; (2) Chọn chủng thích hợp, nâng cao hoạt tính phân hủy rác; (3) Thử nghiêm khả phân hủy rác; (4) Chế tạo chế phẩm Các chế phẩm đem sử dụng phải tùy thuộc vào loại rác, tùy chủng vi sinh vật mà có thề thực phương pháp phân hủy khác phân hủy kị khí, phân hủy hiếu khí hay phàn hủy hiếu khí - kị khí phối hợp Rác sau phân hủy dùng làm phân bón Ở nước tiên tiến người ta tiến hành xử lý rác thải theo phương pháp đại thiết bị đại Các phương pháp dựa vào khả phân hủy rác nhóm vi sinh vật tiến hành thiết bị khép kín nên khơng ảnh hường đến mơi trường Có hai phương pháp xử lý rác chủ yếu theo công nghệ tiên tiến này: (1) Xử lý phế thải đường hiếu khí, gồm cơng nghệ sử dụng: Xử lý màng lọc thẩm thấu; Xử lý buồng hoạt tính; Xử lý lớp men giả Đây công nghệ sử dụng rộng rãi vào khoảng hai thập ki gần đây, đặc biệt nước phát triển Trung Quốc, Việt Nam (2) Xử lý phế thải đường yếm khí trinh xử lý phế thải sử dụng vi sinh vật yếm khí để phân hủy chất hữu phế thải thành khí methan Đây hướng vừa xử lý phế thải vừa tạo khí biogas để sử dụng sinh hoạt Phương pháp sử dụng rộng rãi Ân Độ, chi phí tiết kiệm kinh tế Các phế thải cơng nghiệp chia thành nhóm: (1) Các phế thải có liên quan đến sinh học cơng nghiệp sữa đường, thực phẩm (2) Các phế thải không liên quan đến sinh hpc cơng nghiệp nặng, khí Đối với loại thường xử lý phương pháp lí hóa Đối với phế thải có liên quan đến sinh học tùy theo loại phế thải mà có phương pháp xử lý thích hợp: (i) X lý phế thài ngành công nghiệp sữa: Huyết sữa p h ế thãi chù yếu ngành công nghiệp sữa, với loại phế thải người ta thường cô đặc làm thức ăn cho gia súc cho lên men sử dụng vi khuẩn LacíobaciUus bulgaricus để thu sinh khối sinh vật giàu protein làm thức ăn cho gia súc (ii) X lý p h ế thài ngành công nghiệp giấy: Phần phế thải nhà máy phụ thuộc phương pháp thủy phân nguyên liệu để làm giấy Nếu xử lý kiềm phế thải chứa nhiều ligin acid hữu khó phân giải Phế thai khỏ xử lý bằiig phuơng pháp sinh học nên thường đốt để tận dụng lượng Nếu xử lý nguyên liệu acid phế thải chứa 60% lignin, loại đường chiếm 30%, lại chất khác acetic, methan loại phế thải dùng phương pháp lèn men tạo nên sinh khối giàu protein (iii)Xw lý phế thài ngành công nghiệp nhuộm: Phế thải chứa nhiều màu sắc tố khác Ngoài chứa nhiều chất độc nên chủ yếu dùng phương pháp hóa học (iv) X ứ lý nhiễm dầu mị: Dầu mỏ ngun nhân gây nhiễm mòi trường nghiêm trọng khai thác, vận chuyền sử dụng Đe xử lý ô nhiễm dầu mỏ người ta thường sử dụng vi sinh vật sử dụng dầu làm thức ăn để xử lý 3.2 Vi sinh vật làm nguồn nước Các ao hồ, dòng sông số bờ biển bị làm bẩn rác thải nước thải người Vì vậy, việc làm nguồn nước có ý nghĩa to lớn Việc làm nguồn nước ngồi vai trị q trình vật lý, hóa học (hiện tượng sa lắng oxi hóa) vai trị trình sinh học lớn Tham gia vào trình có lồi cá, chim, ngun sinh động vật vi sinh vật Nguồn nước thải đổ ra, nước cịn đục có nhiều rác cặn bẩn thức ăn Các mẩu thức ăn lớn rác loài chim cá sử dụng làm thức ăn Các động vật bậc thấp chúng sử dụng hạt thức ăn nhỏ Nấm vi khuẩn sử dụng hợp chất hữu tồn thể rắn hòa tan dung dịch nirớc phân giải chúng đến muối v ô cơ, CƠ H O trường hợp thuận lợi mơi trường Ngồi ra, lồi tảo góp phần quan trọng q trình chuyển hóa chất gây ô nhiễm môi trường Các loài tảo cung cấp oxi cho môi tnrờng, chúng tiết vào môi trường chất kháng sinh để giết mầm bệnh có nước thài, ngồi chúng cịn cản trở phát triển vi sinh vật gây bệnh cách kiềm hóa môi trường sống vi khuẩn, cạnh tranh nguồn thức ăn nhóm vi khuẩn Tảo cịn tiết chất có hoạt tính sinh học, giúp kích thích phát triển vi sinh vật có lợi mơi trường nước thải, ngồi tảo cịn hấp thụ mạnh kim loại nặng (như chì, cadimi) tia phóng xạ Các chất thải có chất protein, đường tinh bột phân giải nhanh Cellulose, lignin, mỡ, sáp bị phân giải chậm phân giải xảy khơng hồn toàn Do vậy, quần thể vi sinh vật thay đổi theo tiến độ làm thành phần chất thải có rác thải 3.3 Xử lý nưức thải biện pháp sinh học Nước dùng nhiều sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp công nghiệp Nước sau sử dụng thài môi trường Nước thải chứa nhiều chất vô cơ, hữu cơ, nhiều khí độc, đặc biệt nước thài bệnh viện chứa nhiều loại vi sinh vật gây bệnh Do đó, việc xử lý nước thải để biển nước nhiễm bẩn thành nước trả lại cho môi trường, hay để sừ dụng lại cho sản xuất đời sống việc làm cấp thiết Dựa vào nguồn gốc phát sinh: Nước thải phân làm hai nhóm nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất Nước thải sinh hoạt nước thải từ hoạt động sinh hoạt hàng ngày người, từ hộ gia đình, khách sạn, quan, trường học, thành phần chủ yếu chất hữu dễ bị phân hủy sinh học bời loài vi sinh vật Hiện giới sử dụng phương pháp vật lý, hóa hpc sinh học để xử lý nước thải Trong phương pháp trên, phương pháp sinh học ngày sử dụng rộng rãi ưu điểm: (1) Phân hủy chất hữu nước thải nhanh, triệt không gây ô nhiễm môi trường; (2) Tạo số sản phẩm có ích để sử dựng công nghiệp sinh hoạt như: khí biogas, ethanol , nơng nghiệp phân bón; (3) Thiết bị đơn giản, phương pháp dễ làm, chi phí tốn kém, hiệu cao phương pháp khác Phương pháp sinh học để xử lý nước thài hữu thường bao gồm giải pháp sau: (i) Phương pháp xử lý hiếu khí (xử lý bùn hoạt tính): Đây phương pháp phổ biến cho xử lý nước thải hữu Trong phương pháp này, chất hữu nồng độ cao có nước thải vi sinh vật sử dụng điều kiện hiếu khí Sinh khối vi sinh vật ni thiết bị sục khí, kim loại bê tông để lắng thiết b| lắng tiếp sau, nước thải sau xử lý tách khôi cặn bùn nhờ thiết bị lắng Đe tăng cường hiệu bể hiếu khí vi sinh vật, sau tách khỏi nước ỡ bể lằng, lượng bủn nước hồi lưu phần bể hiếu khí Phuơng pháp sử dụng cho nước thải có hàm lượng BOD trung bình từ 150-10.000mg/l Hệ vi sinh vật thường gặp xạ khuẩn Aclinomycetes, vi khuẩn Bacterium, Pseudomonas Bacillus (ii) Phương pháp màng sinh học: Trong phương pháp này, vi sinh vật cố định bề mặt chất màng, nước thải đưa vào lớp vật liệu màng Tại đây, chất hữu hấp thụ phân giải Quá trình phân giải hợp chất hữu chủ yếu nhờ có mặt vi sinh vật hiếu khí bề mặt màng chúng phân giải tới CƠ H20 Ngoài lớp sâu màng có chứa vi khuẩn yếm khí, đóng vai trị phân giải hợp chất hữu thành H 2S, NH4*, acid h ữ u c ác hợp chất lại tiếp tụ c đư ợc vi k h u ẩn h iếu k hí ph ân h ủ y tới H 2SO 4, H N O , C O v H 20 Ngoài v i k h u ẩn , phân hủy hợp chất hữu cịn có đóng góp lồi vi tảo động vật nguyên sinh khác Phương pháp màng sinh học nhìn chung thường áp dụng để xử lý nước thải có độ nhiễm bẩn thấp, nhu cầu oxi sinh học (BOD) từ 100-200mg/l với hiệu suất xử lý 75-90% BOD (iii) Phương pháp hồ sinh học: Phương pháp xử lý kết hợp tác dụng vi khuẩn với sinh vật khác, chù yếu tào động vật nguyên sinh khác, đồng thời kết hợp hoạt động vi khuẩn hiếu khí, yếm khí nhờ tạo mức độ thống khí khác hồ có chiều sâu khơng q lớn, kết hợp với hiệu chiếu sáng diện tích bề mặt hồ Khả phân giải nhóm khoảng 35-95% họp chất hữu (iv) Phương pháp xử lý yếm khí: Phương pháp thích hợp cho xử lý nước thải có nồng độ nhiễm bẩn cao, BOD từ 500mg/l lớn có khả thu hồi lượng, tạo bùn, khả phân hủy tới 80-90% BOD Trong cách xử lý yếm khí, vi khuẩn yếm khí ni ữong thiết bị yếm khí có khuấy trộn Chất hữu phân giải tới methan, CO , acid hữu cơ, H2S Một lượng lớn lượng thu dạng khí methan Q trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu xảy nhiệt độ cao từ 53- 55°c nhờ hệ vi khuẩn Themophillus Tốc độ phân hủy điều kiện cao 220 từ 2-3 lần so với tốc độ phân hủy nhờ hệ vi khuẩn Mesophillus nhiệt độ từ 34-36°C (v) Phương pháp tự nhiên xử lý rác thải: Với loại rác thải có nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, không chứa nhiều chất độc hại cho người thi thường dùng phương pháp xử lý tự nhiên Nước thải tử nhà máy, khu dân cư cho chảy thấm qua lớp đất dày khoảng 2m, hay lớp đất xốp, cát, sỏi, nước thải qua lớp đất nhờ hệ vi sinh vật có sẵn chất bẩn phân hủy làm cho nước trở nên Đây trình tự làm dễ làm, tốn kém, xử lý nước thải quy mô lớn Nước sau xử lý dùng nơng nghiệp, dẫn ao hồ sòng ngòi đề hòa vào nguồn nước chung tự nhiên CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Trình bày vai trị biện pháp đấu tranh sinh học vi sinh vật phòng chống bệnh hại trồng Phân tích chế việc sử dụng vi sinh vật diệt côn trùng nấm bệnh hại trồng? Cho ví dụ minh họa Phân tích phương pháp sinh học xử lý rác thải? Trinh bày vá trò vi sinh vật việc làm nguồn nước Xử lý nước thài việc sử dụng biện pháp sinh học? liên hệ thực tiễn địa phương nơi sinh sống? TÀ I LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thành Đạt (2011) Cơ sờ sinh học vi sinh vật tập ], 2, Nxb Giáo dục Việt Nam [2] Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2011) Vi sinh học, Nxb Giáo dục Việt Nam [4] Phạm Văn Ty, Nguyễn Vĩnh Hà (2012) Tài liệu chuyên sinh học trung học Phô thông Vi sinh vật học, Nxb Giáo dục Việt Nam [5] Nguyễn Thành Đạt, Mai Thị Hằng (2008) Vi sinh vật học, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội [6] Kiều Hữu Ảnh (2006,) Giáo trình Vi sinh vật học Lý thuyết tập giải sẵn tập 1, tập 2, Nxb Khoa học Kỹ thuật [7] Phạm Văn Ty (2009) Virns học, Nxb Giáo dục Việt Nam [8] Nguyễn Hữu Quân (2015) Nghiên cứu đặc tính chitinase tự nhièn biểu chitinase tái tổ hợp từ chùng nấm Leccmicillium lecanii, Luận án Tiến sĩ sinh học [9] Huu Quan Nguy en, Van Hanh Vu, Phuong Dung Le, Hoang Mau Chu (2018), “High-level expression, puriíication and properties of an Endochitinase gene without signal peptide from Leccmicilỉium lecanii 43H in Pichiapastoris”, Molecular Biology Reports 45(5) tr 1067-1075 [10] Connie R Mahon, Donald c Lehman, George Manuselis (2011) Textbook of Diagnostic Microbiology, 4th ed Saunders Elsevier [11] Subhash Chandra Parija (2012) Textbook of Microbiology & Immunology, 2nd ed Published by Elsevier NHÀ XUÁT BẢN ĐẠI HỌC THẢI NGUYÊN Địa chỉ: Phường Tân Thịnh - T hành phố Thái Nguyên - Tỉnh Thái Nguyên Điện thoại: 0208 3840023; Fax: 0208 3840017 Website: nxb.tnu.edu.vn * E-mail: nxb.dhtn@gmail.com GIÁO TRÌNH VI SIN H V Ậ T H Ọ C Chịu trách nhiệm xuất TS PHẠM QUÓC TUÁN Giám đốc Chịu trách nhiệm nội dung PGS.TS NGUYÊN ĐỨC HẠNH Tổng biên tập Biên tập: NÔNG THỊ NINH Thiết kế bia: LÊ THÀNH NGUYÊN Chế bản: NÔNG THỊ NINH Sửa in: NÔNG THỊ NINH Liên kết xuất TS Nguyễn Hữu Quân (Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên) ISBN: 978-604-915-951-0 _ In 150 cuốn, khổ 17 X 24cm, Xưởng in - Nhà xuất Đại học Thà Nguyên (Địa chi: Phượng Tân Thịnh - Thành phố Thái Nguyên - Tinh Thái Nguyên) Giấy phép xuất số: 750-2020/CXBIPH/01-17/ĐHTN Quyết định xuất sô: 55/QĐ-NXBĐHTN In xong nộp lưu chiều quý I năm 2020 ... cộng sinh hay hoại sinh trử thành kẻ gây bệnh 2) Bệnh truyền nhiễm vi sinh vật gây bệnh sinh (có thể vi sinh vật gây bệnh đặc trưng hay vi sinh vật gây bệnh hội), phụ thuộc vào trạng thái thế, vi. .. số dạng nấm men Những vi sinh vật gây bệnh sức đề kháng yếu 1 .2 Hệ vi sinh vật đưỊTTg tiêu hóa dày có độ acid cao ngăn cản nhân lên vi sinh vật, ruột già lại noi vi sinh vật phát triển phong phú... rượu ethanol theo phản ứng (2) C6H 120 6y CH3CHO + NADH2 y CH3CH2OH + NAD'' Phương trình tổng quát trinh lên men ruợu sau: C6Hi20 + H3PO4 + 2ADP = CH3CH2OH + CO2 + 2ATP + 2H20 5.3 ứ ng dụng lên men