BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN V[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN VI SINH TĂNG ĐỘ MÙN TRONG ĐẤT Đặt vấn đề - Sự sinh trưởng suất trồng định chất dinh dưỡng, nước khơng khí đất, điều kiện môi trường ánh sáng nhiệt độ Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy chất mùn hữu đất có ảnh hưởng lớn đến trồng Số lượng chất lượng chất mùn hữu đất có tương quan chặt đến suất trồng Chất mùn hữu đất ảnh hưởng đến sinh trưởng suất trồng thông qua đặc tính lý, hóa sinh đất như: Bản thân chất mùn hữu cung cấp chất đạm, lân, lưu huỳnh chất vi lượng cách từ từ cho trồng; Chất mùn xem kho tích trữ dưỡng chất từ phân hóa học Vai trị quan trọng, giúp hạn chế việc phân sau bón khơng chúng bị bốc rửa trôi Những chất dinh dưỡng mùn hữu giữ lại sau phóng thích cho hấp thụ cần thiết; Chất mùn cải thiện cấu trúc đất, làm đất có nhiều lổ rỗng đất trở nên thơng thống, giúp di chuyển nước đất dễ dàng, giữ nhiều nước - Để làm tăng độ mùn cho đất ta sử dụng vsv phân giải cellulose chúng xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp công nghệ vi sinh, đặc biệt sử dụng enzyme cellulase, peroxidase ngoại bào từ vi sinh vật đem lại nhiều lợi ích cho đất trồng nơng nghiệp Các lồi vi sinh vật có sẵn tự nhiên mà số lượng phong phú Chúng thuộc nhóm nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn số trường hợp cịn thấy nấm men tham gia q trình phân giải - Như vậy, vi sinh vật có khả phân giải phế phụ phẩm nơng nghiệp làm chất để sản xuất phân hữu đem lại nhiều lợi ích Một mặt, vừa giảm nhiễm mơi trường nơng thơn, giảm phát thải khí nhà kính; mặt khác, cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho trồng Do việc tiến hành nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật phân giải cellulose mạnh để sản xuất phân hữu vi sinh từ phế phụ phẩm nông nghiệp cần thiết có ý nghĩa quan trọng [1] CHUYÊN ĐỀ: CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN VI SINH TĂNG ĐỘ MÙN TRONG ĐẤT I Các chủng vi sinh vật phân giải xenlulose I.1 Phân tử xenlulose: - Cellulose bắt nguồn từ tiếng Pháp còn gọi là xenlulôzơ, xenlulôza - Công thức phân tử: (C6H10O5)n - Xenlulozơ là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-glucose - Mỗi mắt xịch C6H10O5 có nhóm OH tự nên viết cơng thức cấu tạo xenlulozo [C6H7O2(OH)3]n thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật - Trong gỗ cây kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, gỗ cây rộng nó chiếm 44-50% thể tích [2] I.1.1 Tính chất vật lí trạng thái tự nhiên: - Xenlulozơ chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan nước dung môi hữu thông thường benzen, ete Tan số dung môi hữu thông thường HCL, HNO3,… - Xenlulozơ thành phần tạo lớp màng tế bào thực vật, khung cối [2] I.1.2 Tính chất hóa học: - Tương tự tinh bột, xenlulozơ khơng có tính khử; thủy phân xenlulozơ đến thu Glucozơ Mỗi mắt xích C6H10O5 có nhóm OH tự nên xenlulozơ có tính chất ancol đa chức [2] Phản ứng polisaccarit (thủy phân): Xảy đun nóng xenlulozơ với dung dịch axit vơ Phản ứng xảy nhờ enzim xenlulaza (trong dày trâu, bị ) Cơ thể người khơng đồng hóa xenlulozơ [2] Phản ứng ancol đa chức: Với HNO3/H2SO4 đặc (phản ứng este hóa): I.1.3 Ứng dụng: - Xenlulozơ xantogenat dùng để điều chế tơ visco, tơ axetat, chế tạo thuốc súng khơng khói chế tạo phim ảnh - Xenlulozo thường dùng trực tiếp chế tạo thành giấy [2] I.2 - Enzyme xenlulose: Cellulase phức hệ enzyme có đặc tính sinh học xúc tác cho phản ứng thủy phân, phân hủy chất cellulose thành đường đơn thông qua việc cắt đứt liên kết 1,4-beta-D-glycosidic [3] I.2.1 Vai trò: - Cellulose thành phần quan trọng để cấu thành nên tế bào thực vật có mặt hầu hết loại rau củ - Cellulase enzyme thiếu loài động vật ăn cỏ hay loài động vật - Các loại hạt ngũ cốc nảy mầm như: đại mạch, yến mạch lúa mì mạch đen [3] I.2.2 Enzyme có lồi động vật cịn xuất số loại thực vật vi sinh vật: - Các loại hạt nảy mầm như: đại mạch, yến mạch, lúa mì,… - Lồi sinh vật có chứa cellulase lồi tiêu hóa chất xơ cellulose xạ khuẩn, vi khuẩn, nấm sợi, nấm men - Enzyme cellulase có chất protein với cấu trúc dạng chuỗi polypeptide cấu tạo nên từ đơn vị acid amin kết nối với liên kết peptide [3] I.2.3 Ứng dụng enzyme cellulase: - Ứng dụng công nghiệp sản xuất bột giấy giấy: enzyme cellulase sử dụng nghiền bột, tẩy trắng, dệt may, chăn nuôi, thực phẩm - Ứng dụng chăn nuôi: cellulase dùng loại sản phẩm làm mơi trường nước bổ sung vào thức ăn cho vật nuôi để tăng khả tiêu hóa [3] I.3 - Vi sinh vật phân giải xenlulose: Đã có nhiều nghiên cứu tiến hành để phân lập dòng vi sinh vật sản sinh enzyme phân giải xenlulose khả phân giải xenlulose chúng Hệ vi sinh vật phân giải xenlulose lên men điều kiện hiếu khí kỵ khí, bình nhiệt nhiệt, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn nấm tìm thấy nhiều đất, nước, đường tiêu hóa số động vật bị, dê, cừu…nơi cung cấp lượng xenlulose dồi để vi sinh vật phân giải phát triển [4] I.3.1 Vi khuẩn: - Vi khuẩn phân giải xenlulose bao gồm: Acetobacter xylinum, Cellvibrio gilvus, C mulvus, Sporocytopphagamy xococcoides, Pseudomonas fluorescens var cellulosa, Cellulomonas biazotea, C cellasea [5], Clostridium, Bacteroides sucinogenes, Actinomycetes, Ruminococcus albus, Methanobrevibacter ruminatium, Siphonobacter aquaeclarae, Cellulosimicrobium funkei, Ruminococcus, Ochrobactrum cytisi, Ochorobactrum Haematophilum, Kaistia adipata, Desvosia riboflavia, Labrys neptuniae, Ensifer adhaerens, Shinella zoogloeoides, Citrobacter freundii, Pseudomonas nitroreducens [6] - Trong lòng đất người ta phân lập dòng vi khuẩn Gram dương hiếu khí Brevibacllus, Paenibacillus, Bacillus, Geobacillus [7] Hình Vi khuẩn Bacillus Hình Vi khuẩn Actinomycetes I.3.2 Xạ khuẩn: - Xạ khuẩn vi khuẩn Gram dương có dạng sợi phân nhánh nấm Chúng vi sinh vật hiếu khí có mặt khắp nơi tự nhiên - Một số xạ khuẩn phân giải xenlulose bao gồm: Streptomyces antibioticus, Str Cellulosae, Str Celluloflavus, Str Thermodiastaticus, Thermomonospora fusca, Nocardia cellulans [5]…Trong đó, Sreptomyces giống chủ đạo xạ khuẩn, vi sinh vật sản sinh xenlulase quan tâm nghiên cứu Hình Xạ khuẩn Streptomyces I.3.3 Nấm: - Nấm sinh vật nghiên cứu nhiều lĩnh vực phân hủy xenlulose, khả phân hủy xenlulose nấm cao nhiều so với vi khuẩn Nguyên nhân số lượng enzyme tiết môi trường vi khuẩn thường thành phần loại enzyme khơng đầy đủ [8] Nấm tiết nhiều loại khác chúng phối hợp với để phân giải chất mối quan hệ cộng sinh [9] - Có nhiều lồi nấm tìm thấy có khả phân giải xenlulose: Chaetomium, Fusarium, Myrothecium, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus fumigatus, Coniophora cerebella, Mucor pusillus, Neuro spora spp., Piricularia oryzae v.v [5] Hình Nấm Trichoderma II Cơ chế phân giải mùn II.1 Tổng quan: II.1.1 Định nghĩa: - Mùn có nghĩa chất hữu cơ, tồn lớp mặt đất Là sản phẩm phụ trình phân hủy thực vật, phân động vật nhờ hoạt động sinh vật đất giun, côn trùng vi sinh vật,… Chúng ta gọi mùn hữu đất mùn [10] Hình 2.1: Đất mùn [10] II.1.2 Thành phần mùn: - Chất mùn gồm: Axit humic (chiếm 15-40% chất mùn đất), Axit fulvic (chiếm 35.5% chất mùn), Axit ulmic, bitum, humin (là dẫn xuất Axit humic chiếm 20-30% thành phần chất mùn đất), ulmin,… Trong số sản phẩm tham gia vào trình hình thành chất mùn, polyphenol ý nhiều [11] Hình 2.2: Axit Humic [12] II.2 - Hình 2.3: Axit Fulvic [13] Q trình hình thành mùn: Có thể hiểu đơn giản đất mùn hình thành từ trình sau: Từ hợp chất hữu ban đầu nhóm vi sinh vật đất phân giải thành sản phẩm hữu trung gian Dưới tác động nhóm vi sinh vật tổng hợp sản phẩm trung gian thành liên kết hợp chất phức tạp nhân vòng thơm, mạch nhánh Sau nhờ vi sinh vật tổng hợp trùng ngưng thành hợp chất cao phân tử có màu nâu đen đến đen gọi mùn [10] II.3 - Q trình phân giải mùn: Trải qua q trình khống hố: q trình phân huỷ hợp chất hữu thành chất khoáng đơn giản CO2, H2O, NO3, NH4-, Ca2+, Mg2+, K+,… - Nhóm Vi sinh vật có khả phân giải chất mùn mạnh Vi khuần thuộc chi Pseudomonas, xạ khuẩn, nguyên xạ khuẩn, nấm mốc nhóm Vi sinh vật có nhiều đại diện khả phân giải chất mùn đất [11] III Các phân vi sinh làm tăng độ mùn cho đất III.1 Vai trò đất mùn: - Với hình thành tính chất đất: Cải thiện kết cấu đất trồng Giúp cho đất giữ nước, giữ chất dinh dưỡng tốt Góp phần làm tăng tính đệm đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp Giúp cải tạo độ phì nhiêu hiệu quả, tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến suất trồng [10] - Với trồng: 10 Cung cấp nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, Ca, Mg, vi lượng cho sử dụng Hình thành chất vơ dạng sử dụng nên đảm bảo dinh dưỡng cho trồng Giúp kích thích nảy mầm hạt, phát triển con, kích thích rễ, đâm chồi Góp phần làm tăng suất trồng Đất giàu mùn giúp trồng phát triển tốt cho suất cao [10] - Với vi sinh vật đất: Là nguồn thức ăn dồi cho nhóm vi sinh vật đất Đất giàu mùn có quần thể vi sinh vật phát triển phong phú [10] III.2 Những tượng xảy đất thiếu mùn: - Đối với phân bón vào đất: Khi đất thiếu mùn, lượng phân bón vơ bón vào đất nhanh chóng bị khơng có keo đất để giữ lại Phân bón bị bay hơi, thất thốt, gây lãng phí phân bón, trồng hấp thụ phần nhỏ => Thiếu mùn lý hàng năm nơng dân phải gia tăng phân bón suất khơng đạt [14] - Đối với vi sinh vật đất: 11 Thiếu mùn khiến vi sinh vật có ích bị hạn chế nguồn thức ăn nên phát triển cực Vi sinh vật có ích khơng hoạt động đất q mùn (đất thối hóa) Khi vi sinh vật có ích tạm ngừng hoạt động lúc vi sinh vật gây hại chiếm ưu Thiếu mùn, vi sinh vật có hại ký sinh vào rễ để sinh sôi, phát triển, gây nhiều bệnh vùng rễ trồng [14] - Đối với đất trồng: Mặt đất rắn, vón cục Một số chất dinh dưỡng bị cố định vào nên vất vả cho rễ trồng Rễ khó xuyên qua lớp đất cứng để hút đủ dinh dưỡng nước để nuôi Trong điều kiện thời tiết khơ nóng thường xảy tình trạng đất “bê tơng hóa” gây nghẹt rễ, trồng khô héo không hút nước dinh dưỡng [14] III.3 Cách làm tăng lượng mùn cho đất: - Giữ thảm thực vật che phủ loại cỏ, che phủ để tăng lượng mùn cho đất chúng chết đi, đồng thời hạn chế rửa trôi mùn lớp đất mặt - Bổ sung hữu cho đất phân chuồng, phân ủ loại vật liệu hữu thân chuối, thân ngô đậu, bèo, rơm rạ,… 12 - Bổ sung thêm chủng vi sinh vật phân giải hữu để đẩy nhanh trình phân hủy, tạo mùn cho đất nhanh Tưới bổ sung thêm humic K-humate (là thành phần mùn) để tăng keo đất, ổn định pH [14] Bibliography [1] Nguyễn Thị Thu Thuỷ Nguyễn Tiến Long, "VI SINH VẬT PHÂN GIẢI CELLULOSE MẠNH TRONG SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐỐI VỚI GIỐNG LẠC L14 TẠI HƯƠNG TRÀ, THỪA THIÊN HUẾ," Tạp chí Khoa học Huế: Nơng nghiệp Phát triển Nông thôn, pp 5-19, 2017 [2] Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Răng, Cao Thị Thặng, "Bài 8: Xenlulose," in Hố học 12 Nâng cao, Sóc Trăng, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2019, pp 4649 [3] "Biogreen," [Online] Available: https://nguyenlieuhoaduoc.vn/enzyme-cellulase-co-o-dau-vaitro-va-ung-dung/ [4] Quệ, Võ Văn Phước;Cao Ngọc Điệp, "Phân lập nhận diện vi khuẩn phân giải Cellulose," Tạp chí Khoa học, Cần Thơ, 2011 [5] T T D Thảo, "Bài giảng Công nghệ sản xuất phân vi sinh," Tp Hồ Chí Minh, Trường Đại học 13 Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh, 2022 [6] V T Thiện, " Phương pháp nghiên cứu khoa học Vi sinh vật phân giải Cellulose," Trường Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, 2023 [7] Rastogi, "Isolation and characterization of cellulose-degrading bacteria from the deepsubsurface of the Homestake gold mine, Lead, South Dakota, USA.," USA, Journal of industrial microbiology & biotechnology 36, 2009, pp 585-598 [8] Michael, "Speciation of termite gut protists: the role of bacterial symbionts," International journal of Microbiology, vol 4, pp 203-208, 2001 [9] L G Hy, Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2010 [10] S MARKETING, "Đặng Gia Trang," 2021 [Online] Available: https://sfarm.vn/mun-huu-cola-gi-ung-dung-trong-trong-trot-dang-gia-trang/ [11] T T D Thảo, "Quá trình hình thành phân giải chất mùn nhờ VSV đất," in Bài giảng Công nghệ sản xuất Phân vi sinh, Ho Chi Minh City, 2022, pp Slide 5, Chapter [12] EARTHGREEN PRODUCTS, [Online] Available: http://www.earthgreen.com/what-is-humic-acid [13] P Uyên, "FUNO Fertigation Nutrition Expert," 2021 [Online] Available: https://funo.vn/kienthuc-nong-nghiep/kich-thich-sinh-hoc/7-uu-diem-cua-axit-fulvic-giup-tang-nang-suat-chatluong-nong-san [14] P Thu, "Công nghệ Sinh học WAO," 23 2022 [Online] Available: https://congnghesinhhocwao.vn/cach-tang-luong-mun-cho-dat/ 14