sản xuất thuốc trừ sâu sinh học BT từ vi khuẩn Bacillusthuringiensis

sản xuất thước trừ sâu sinh học BTĐề tài: Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn Bacillusthuringiensis (Bt)A Dàn ý I Mở đầuII Tổng quan về thuốc trừ sâu sinh học:1 Thuốc trừ sâu sinh học là gì?2 Ưu và nhược điểm của thuốc trừ sâu sinh họcIII Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học bằng vi khuẩn Bt:1 Giới thiệu về Bt2 Cơ chế gây độc của Bt đối với sâu hại3 Môi trường nuôi cấy chủng Bt4 Phương pháp sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu Bt5 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu Bt6 Một số tác nhân ảnh hưởng đến quá trình sản xuấtIV Tổng quan về các thiết bị được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học BtV Những ưu điểm và hạn chế của thuốc trừ sâu Bacillus thurigiensisVI Tài liệu tham khảo

Đề tài: Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn

Bacillusthuringiensis (Bt)

A/ Dàn ý

I/ Mở đầu

II/ Tổng quan về thuốc trừ sâu sinh học:

1/ Thuốc trừ sâu sinh học là gì?

2/ Ưu và nhược điểm của thuốc trừ sâu sinh học

III/ Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học bằng vi khuẩn Bt:

1/ Giới thiệu về Bt

2/ Cơ chế gây độc của Bt đối với sâu hại

3/ Môi trường nuôi cấy chủng Bt

4/ Phương pháp sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu Bt

5/ Quy trình công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu Bt

6/ Một số tác nhân ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

IV/ Tổng quan về các thiết bị được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt

V/ Những ưu điểm và hạn chế của thuốc trừ sâu Bacillus thurigiensis

VI/ Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU :

Từ những năm 50 của thế kỉ trước, người ta đã sử dụng thuốc trừ sâu hóa học – là những hợp chất clo và phosphor hữu cơ, có tác dụng tiêu diệt sâu bệnh, tiêu diệt muỗi rất hữu hiệu và

có tính kinh tế Tuy nhiên, trong những năm gần đây, khi sử dụng loại thuốc này đã gây ra những ảnh hưởng to lớn đến xã hội và sức khỏe con người như : sau một thời gian sử dụng thuốc, không những không tiêu diệt được hết sâu hại mà còn có nhiều thêm do sâu hại quen dần và có dấu hiệu “ nhờn thuốc ” Từ đó, tồn dư các chất độc hại trong đất ngày càng cao, đất đai bị thoái hóa dần, dinh dưỡng bị mất cân đối, mất cân bằng hệ sinh thái trong đất, hệ vi sinh vật trong đất bị phá hủy, dẫn đến tồn dư chất độc trong sản phẩm lương thực- thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe đến con người và vật nuôi : tình trạng bị ngộ độc thực phẩm tăng cao, sinh ra nhiều bệnh tật và ảnh hưởng tới thế hệ sau

Chính vì những lí do đó, xu hướng quay trở lại nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cường sử dụng thuốc trừ sâu sinh học ( chế phẩm sinh học ), phân bón hữu cơ trong canh tác cây trồng đang là xu hướng chung của toàn cầu Việc sử dụng các tác nhân sinh học như virut,

vi khuẩn, vi nấm hay các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh để phòng trừ sâu bệnh cho cây trồng là rất hữu ích và cần thiết : trong đó, thuốc trừ sâu vi sinh đã và đang được lựa chọn

I/ TỔNG QUAN VỀ THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC

1 Thuốc trừ sâu sinh học là gì?

Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học Chúng được nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men công nghiệp để tạo ra những chế phẩm có chất lượng cao, có khả năng phòng trừ được các loài sâu bọ gây hại cây trồng nông, lâm nghiệp

Thuốc trừ sâu sinh học có thể chia thành 4 nhóm :

- Nhóm vi sinh: thành phần thuốc bao gồm những vi sinh vật còn sống như nấm, vi

khuẩn, virus, tuyến trùng, chúng đều ở dạng bào tử hay nang trong thời gian nhất định Các vi sinh vật này sẽ phát triển và ký sinh trên vật chủ khi gặp điều kiện thuận lợi Ví dụ : thuốc trừ sâu Bt, nấm trichoderma…

- Nhóm độc tố và kháng sinh: thuốc BVTV sinh học được tạo ra trong môi trường

nuôi cấy vi sinh vật, gồm chất gây độc( độc tố) và chất tác động lên hoạt động sống

tế bào ( kháng sinh ) Ví dụ : Kasugamycin, Streptpmycin…( kháng sinh); Avermectin, spinosad…( độc tố )

- Nhóm thảo mộc : thuốc BVTV sinh học được tạo bởi quá trình tách chiết thực vật

có hiệu lực khá cao và phong phú do nguồn nguyên liệu dồi dào Ví dụ : cây thuốc

lá, bột tỏi, saponin…

- Nhóm nguồn gốc sinh học khác : thuốc BVTV có thể bào chế từ nguồn sinh học

khác như vỏ tôm cua( chitosan), các axitamin từ thủy phân protein, dầu khoáng…

2 Ưu và nhược điểm và thuốc trừ sâu sinh học :

a Ưu điểm :

- Ngăn chặn sâu, bệnh, côn trùng hại một cách hiệu quả mà không làm ảnh hưởng tới cây trồng

- Đồng hóa các chất dinh dưỡng góp phần tăng năng suất và đạt hiệu quả chất lượng nông sản phẩm

- Không làm hại kết cấu đất, không làm chai đất, thoái hóa đất mà còn góp phần tăng độ phì nhiêu cho đất

- Không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, vật nuôi, cây trồng, đảm bảo cân bằng sinh thái

- Hiệu quả của thuốc vi sinh vật thường kéo dài vì chúng không chỉ tiêu diệt được lứa sâu đang phá hoại mà còn lan truyền cho thế hệ tiếp theo

- Sử dụng hợp lý đúng phương pháp, đúng kĩ thuật trong điều kiện khí hậu thích hợp sẽ mang lại hiệu quả kĩ thuật cao

b Nhược điểm :

- Tác dụng của thuốc trừ sâu sinh học lên sâu bệnh tương đối chậm hơn so với thuốc trừ sâu hóa học.( phải có thời gian ủ bệnh)

- Việc bảo quản yêu cầu nghiêm ngặt hơn

- Giá thành cao, thời gian tác dụng lâu hơn , dẫn đến hiệu lực không nhanh như thuốc hóa học nên người dân không nhìn thấy ngay nên chậm đưa vào sản xuất trên diện rộng

Nhưng so với các ưu điểm to lớn th́ì các nhược điểm trên đây của thuốc sinh học là rất nhỏ và hoàn toàn có thể khắc phục được V́ì vậy, thuốc trừ sâu sinh học ngày càng được khai thác sử dụng nhiều Ở nước ta, ngoài các chế phẩm Bt đă được biết đến tương đối lâu, hiện nay

có nhiều chế phẩm mới đă được đăng kí sử dụng Yêu cầu ngày càng có nhiều nông sản và thực phẩm an toàn phục vụ đời sống cũng là điều kiện quan trọng thúc đẩy sự phát triển của các thuốc sinh học.[10,11]

II/ SẢN XUẤT THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC BẰNG VI KHUẨN BACILLUS

THURINGIENSIS

1/Giớithiệu về Bt:

Bt là một trực khuẩn gram dương, hiếu khí không bắt buộc , có kích thước 3-6m, có phủ tiêm mao không dày, tế bào đứng riêng lẽ và xếp thành từng chuỗi Nhu cầu dinh dưỡng của Bt không cao, chất dinh dưởng chủ yếu là protein động vật, ngoài ra còn chúng có thể phát triển trên các nguồn nitơ, cacbon, muối hứu cơ

Bt là sinh trưởng tốt trong điều kiện nhiệt độ khoảng từ 12-40C, nhiệt độ tối ưu là từ 27-32C, nhiệt độ thấp sinh trưởng chậm, nhiệt độ cao từ 35-40C sinh trưởng nhanh nhưng chóng lão hóa Bt thích hợp với pH kiềm khoảng từ 6-8

Bt có một số phản ứng sinh hóa:

+ Làm ngưng kết sữa

+trong đường glucose, fructose, glycerol, tinh bột , mantose sẽ hình thành acid

+có phản ứng dương với metyl đỏ

+có tác dụng hòa tan trong môi trường huyết ngựa agar

+có thể mọc trên muối xianat, khử muối nitrate thành nitrit, khử muối sulphat, sản sinh emzyme phospholypase.[4,5,6]

2/ Độc tính và cơ chế gây độc của Bt:

a) Độc tính:[5,6,7]

Có 2 nhóm độc tính là:+ chất độc tinh thể được mã hóa bởi gen Cry khác nhau

+ các chất độc phân giải tế bào Cyt

Hai loại này có thể tác động riêng lẽ hoặc kết hợp với nhau làm tăng độc tính của tinh thể

 Nhóm độc tố phân giải tế bào do vi khuẩn tiết ra gồm:

Ngoại độc tố  (alpha-extoxin): là enzyme phospholipase được tiết ra trước khi bào tử

và tinh thể độc hình thành gây phân hủy mô trong cơ thể côn trùng bị tác động.( phù hợp với loài ong xẻ vì có pH đường ruột phù hợp với tác động của enzyme)

Ngoại độc tố  (beta-entoxin): là loại ngoại độc tố của Bt được nghiên cứu kĩ nhất, độc

tố này bền với nhiệt, được tạo ra trước khi tinh thể độc hình thành, trước khi tạo thành bào tử Tác động của nó là kìm hãm nucleotide và DNA- polymerase phụ thuộc DNA, các enzyme này gắn với ATPvà dẫn tới việc ngưng tổng hợp RNA; tác dụng cộng hưởng với nội độc tố δ – endotoxyn, sau khi nội độc tố δ – endotoxyn có tác dụng gây đập vỡ phá hủy hoàn toàn biểu mô ruột giữa của côn trùng mẫn cảm, ngoại độc tố nhanh chóng xâm nhập vào huyết tương và máu tới các cơ quan gây thay đổi sinh lý và dẫn tới cái chết nhanh chóng đối với ấu trùng

Ngoại độc tố : là một loại phospholipase tác động lên phospholipid giải phóng ra axit béo, phá hủy mô tế bào, loại độc tố này tan trong nước

 Tinh thể độc: Nội độc tố  (delta-endotoxin) : gồm chủ yếu là glutamic, asparaginic ( 20%)

Tinh thể độc Cry được tạo ra với liều lượng lớn hơn nhiều so với chất độc Cyt, là tác nhân hiệu quả gây độc cho côn trùng Tinh thể độc không thể hòa tan trong, các chất hữu cơ nhưng có thể hòa tan trong dung dịch kiềm Có hơn 50 gen mã hóa cho các protein tinh thể độc

Nội độc tố  có 3 vùng chức năng:

- Vùng I: là một bó gồm 7 chuỗi xoắn , một vài chuỗi hoặc tất cả các chuỗi có thể cài vào màng tế bào ruột, tạo ra các lỗ -> các ion qua lại tự do

- Vùng II: chứa 3 dãi  không song song tương tự như vùng gắn kháng nguyên globulin miễn dịch, vùng này có chức năng gắn với thụ thể trên bề mặt tế bào biểu mô ruột

- Vùng III: bảo vệ độc tố đã được hoạt hóa khỏi bị phân hủy bởi protease

ruột

b) Cơ chế gây độc của Bt: [5]

A: Sâu ăn lá có vi khuẩn tinh thể độc và bào tử xâm nhập vào cơ thể sâu, trong điều kiện bình thường thì bào tử không tan trong nước

B: Quá trình hòa tan tinh thể và hoạt hóa chất độc xảy ra ở giữa ruột nơi có pH kiềm, tinh thể độc tan ra tạo ra tiền độc tố làm cho protease trong ruốt giữa của sâu hoạt hóa thành dạng hoạt động là độc tố 

C: Độc tố liên kết với các thụ thể trên tế bào mô ruột đâm qua màng tạo thành lỗ xuyên màng mất cân bằng ion nội bào của biểu bì mô tế bào nội mô bị phân giải sâu ngừng ăn chết đói

D: Lỗ xuyên màng xuất hiện trên thành ruột pH trong ruột giảm xuống bằng pH nội

mô trong huyết tương cho phép bào tử nảy mầm, xâm chiếm vật chủ gây chết

3/ Môi trường sử dụng để nuôi Bt:

Bt có thể phát triển trên nhiều loại môi trường khác nhau

Môi trường sản xuất chế phẩm Bt

Bột đậu tương: 20g

bột ngô: 10g

CaCl2: 0,01g

MgSO4: 0,05g

KH2PO4: 1g

Nước: 1000ml

pH = 7.8

thanh trùng 121˚C/ 30 phút.

Môi trường nhân giống :

glucose: 15g

pepton: 10g

KH2PO4: 7g

MgSO4: 0,5g

Nước cất: 1000mlpH = 7,2

thanh trùng 121˚C/ 30 phút.

4/ Phương pháp sản xuất (lên men) chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học Bt:[7,8]

Hiện nay có các dạng lên men để sản xuất sinh khối cho việc tạo chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học đó là: lên men bề mặt, lên men chìm

sau đây là bảng so sánh các phương pháp lên men nhằm chọn lựa phương pháp lên men tối ưu cho việc sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu bằng Bt

Đòi hỏi trang thiết bị kĩ thuật cao, dễ bị

nhiễm trùng toàn bộ Vì vậy, những thiết

bị lên men chìm cần phải chế tạo đặc

biệt cẩn thận, chịu áp lực cao, đòi hỏi kín

và làm việc với điều kiện vô trùng tuyệt

đối, nếu bị nhiễm thì hư hỏng toàn bộ và

có thể phải bỏ đi hoàn toàn

Không cần các thiết bị phức tạp, chủ yếu nuôi trên khay và buồng nuôi giữ ở nhiệtđộ và độ ẩm thích hợp Không đòi hỏi vô trùng tuyệt đối, có thể loại bỏ phần

đã nhiễm trùng, các phần khác vẫn còn dùng được

Tốn ít mặt phẳng trong xây dựng và lắp

Các thiết bị lên men dể cơ khí hóa, tự

động hóa cho toàn bộ quá trình Khó cơ khí hóa, đặc biệt là khó tự động hóa được toàn bộ quá trình

Dể tổ chức được xí nghiệp có sản lượng

lớn

Chỉ tổ chức được xí nghiệp có sản lượng nhỏ

Các chi phí điện năng, nhân lực và các

khoảng phụ cho một đơn vị=> chi phí

cho 1 sản phẩm thấp

Chi phí nhân công, điện nước cho 1 sản phẩm cao

Mặc dù phương pháp lên men chìm đòi hỏi độ thanh trung và kĩ thuật cao nhưng chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học Bt được sản xuất với khối lượng lớn nên các yêu cầu về năng lượng, nhân lực, diện tích cũng rất cần thiết nên nhóm chúng em chọn phương pháp lên men chìm Vì vậy cần đảm bảo các quá trình sản xuất trong điều kiên vô trùng để sản phẩm đạt chất lượng tốt

5/ Quy trình công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu Bt :

1 2 3,4

5 6

5 3% giống

T=30˚C

48h

7

8

Chất phụ gia 9

Sơ đồ quy trình sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học bằng vi khuẩn B.thuringiensis

6/ Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:

Trong quá trình lên men vi khuẩn B.thuringiensis có sự ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt

độ, pH của môi trường và canh trường phát triển, nồng độ hòa tan, thời gian nuôi cấy, kết cấu

và vật liệu thiết bị,…Các yếu tố này quyết định đến số lượng sinh khối và chất lượng tinh thể độc được sản sinh trong quá trình lên men Vì trong quá trình lên men, ồi ố lượng vi khuẩn

liệu

Chuẩn bị môi trường

Các chất dinh dưỡng

Thanh trùng

Giống VK thuần chủng

B.thuringiensis

Nhân giống cấp I (Nồi men 10-50l)

Nhân giống cấp II (Nồi men 500-5000l)

Kích thích lên men

Thu sinh khối

Ly tâm Đóng chai bảo quản

1 Thiết bị nghiền 4 trục

2 Băng tải

3 Nồi trung hòa – đảo

trộn

4 Thiết bị thanh trùng

dạng tấm

5 Thùng chứa

6 Thiết bị lên men chìm

7 Thiết bị siêu lọc

8 Thiết bị ly tâm dạng

đĩa

9 Thiết bị đóng chai

càng tăng thì nhiệt lượng sản sinh ra càng lớn do quá trình hô hấp của vi khuẩn làm thay đổi nền nhiệt vì vậy điều này có thể ức chế lại tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn Đồng thời pH và nồng độ cơ chất cũng thay đổi theo Thời gian nuôi cấy cũng là một yếu tố quan trọng cần được chú ý để có thể thu được lượng sinh khối lớn nhất có thể Vì vậy cần phải có biện pháp điểu chỉnh phù hợp các yếu tố trên để thu được chế phẩm như mong đợi

IV/ Tổng quan về các thiết bị được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt

Theo quy trình sản xuất thì nhóm đã chọn các thiết bị : thiết bị nghiền trục, băng tải, nồi trung hòa – đảo trộn, thiết bị thanh trùng dạng tấm, thiết bị lên men chìm, thiết bị siêu lọc, thiết bị ly tâm dạng đĩa, thiết bị đóng chai

1 Thiết bị nghiền 4 trục [12]

MÁY NGHIỀN 4 TRỤC (four- roller mills)

•Chú thích:

1: Ống kiếng 2: Cửa quan sát 3: Tay điều chỉnh lưỡi gạt 4: Cặp trục rải liệu 5: Trục nghiền (T: nhanh, P: chậm) 6: Tay chỉnh khoảng cách trục nghiền

7: Dao cạo/ chổi quét 8: Phễu hứng

9: Bệ máy

1 2

3

4

5

7

8

9

6

a.Công dụng: Các máy nghiền loại hai, ba hay nhiều trục được dùng rộng rãi trong ngành

công nghiệp để nghiền bột mì, bột ngô, nghiền các loại hạt làm bột bán thành phẩm, các loại hạt có dầu để khai thác chất béo, làm thức ăn gia súc, làm bánh kẹo và lên men

b.Nguyên lý làm việc: nghiền nát vật liệu khi nó đi qua khe hẹp giữa 2 trục nghiền.

c.Hoạt động của máy nghiền 4 trục:

Máy có hộp chứa liệu chung phân thành 2 ngăn, trong mỗi ngăn có hình chóp 6, gắn với

cơ cấu thủy lực tự đọng điều chỉnh khe hở giữa 3 trục nghiền Hộp từ chứa liệu xuống, quay van chắn điều chỉnh 3 đến cặp trục giữa rãi liệu 4 để rãi hạt thành lớp mỏng trên trục nghiền quay chậm 9 Mỗi cặp trục nghiền 8 và 9, nếu là cặp trục nhẵn thì lắp dao cạo sạch, nếu cặp trục nghiền xẻ rãnh thì lắp bàn chải 1 cạo sạch bề mặt 2 trục Ở máy

này còn lắp ống thôn áp 7, và tay quay 10 để điều chỉnh bằng tay khoảng cách khe nghiền

Bằng cơ cấu dẫn động kiểu xích mà thục hiện được nhiệm vụ truyền động cho trục nghiền quay nhanh và trục nghiền quay chậm theo chiều ngược nhau, vừa đảm bảo sự điều chỉnh khoảng cách giũa hai trục nghiên một cách dễ dàng.[12]

2 Băng tải

3 Nồi trung hòa – đảo trộn

Nồi trung hòa – đảo trộn

a.Nguyên tắc hoạt động: không khí theo đường ống vào ống khuếch tán và khi chuyển đảo môi

trường tạo ra hỗn hợp được đảo đều pH môi trường được điều chỉnh thong qua cửa 2 và 3

b.Ưu điểm:

+ kết cấu cơ cấu khuấy trộn đơn giản

+ ko tạo ra tiếng ồn

+tách được cấu tử dễ bay hơi có ảnh hưởng xấu tới sự phát triển của vsv

+ được sản xuất bằng thép ko gỉ nên chông chịu được ăn mòn thiết bị

+ thiết bị được trang bị đầy đủ các cơ cấu, dụng cụ

c.Nhược:

Phụ thuộc vào công suất của nhà máy

4 Thiết bị thanh trùng dạng tấm

THIẾT BỊ THANH TRÙNG DẠNG TẤM

NGUYÊN LÝ LÀM ViỆC THIẾT BỊ THANH TRÙNG DẠNG TẤM

a Mục đắch

- Quá trình thanh trùng sẽ làm đông tụ và tách bỏ một số hợp chất keo kém bền nhiệt, những hợp chất này dễ gây nghẹt trong quá trình siêu lọc (UF) tiếp theo, đồng thời tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật nhiễm

b Biến đổi của nguyên liệu:

-Hóa lý: Một số hợp chất keo kém bền nhiệt sẽ bị đông tụ

- Vi sinh: Các vi sinh vật nhiễm trong bán thành phẩm sẽ bị tiêu diệt hoặc ức chế

c Thiết bị và thông số kỹ thuật:

Cấu tạo:

- Bộ phân chắnh của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật có độ dày rất mỏng được làm bằng thép không gỉ được ghép lại với nhau, mỗi tấm có 4 lỗ ở 4 góc, hệ thống có các rảnh ở khắp bề mặt để tạo sự chảy rối, tăng diện tắch truyền nhiệt

5 Thiết bị lên men