CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH học TRONG LĨNH vực môi TRƯỜNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TIỂU LUẬN MÔN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG LĨNH VỰC MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn: Lê Thị Thủy Tiên Nhóm: L01-B Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phú Đăng Khoa 1711784 Nguyễn Ngọc Khánh 1711713 Võ Ngọc Ân 1710012 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 , Năm 2018 MỤC LỤC Mục lục Phần I: mở đầu Phần II: Nội dung Giới thiệu vi sinh vật 1.1 Lược sử 1.2 Khái niệm vi sinh vật 1.3 Phân loại 1.4 Đặc điểm chung loài vi sinh vật 1.5 Dinh dưỡng vi sinh vật 1.6 Môi trường sống vi sinh vật 1.7 Vai trò vi sinh vật 12 1.8 Ứng dụng vi sinh vật 13 Ứng dụng công nghệ vi sinh môi trường thủy sản 16 2.1 Các chủng vi sinh vật nuôi trồng thủy sản: 16 2.2 Lợi ích chủng vi sinh vật: 17 2.3 Ví dụ: Ứng dụng công nghệ vi sinh xử lý nước thải ao nuôi tôm 17 2.4 2.4 Các chế phẩm vi sinh: Phần III: Kết luận 24 1.Một số hướng phát triển vi sinh vật chăn ni: 24 Vai trò chế phẩm VSV 24 Tài liệu tham khảo 25 1|Page Phần I: MỞ ĐẦU - Công nghệ vi sinh vật phận quan trọng công nghệ sinh học, môn khoa học nghiên cứu hoạt học sống vi sinh vật, nhằm khai thác chúng tốt vào quy trình sản xuất quy mơ công nghiệp Những tiến công nghệ sinh học vi sinh ngày xâm nhập sâu lĩnh vực người - Công nghệ vi sinh vật ngày thể rõ vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực sống, có chăn nuôi thú y - Trong chăn nuôi truyền thống việc đảm bảo sức khỏe vật ni phòng chống bệnh dựa nhiều vào liệu pháp kháng sinh Càng phát triển chăn nuôi theo hướng sản xuất lớn, nâng cao suất, người ta lệ thuộc vào việc sử dụng kháng sinh yếu tố kích thích sinh trưởng chữa bệnh cho vật ni.Việc kiểm soát bệnh thú, tăng cường sức khỏe khả sinh trưởng thú không đơn dựa vào vaccine cổ điển, loại thuốc kháng sinh mà phải dựa vào việc phát triển vi sinh vật hệ mới,an toàn hiệu dựa ứng dụng công nghệ di truyền công nghệ vi sinh vật.Dựa hiều biết mối quan hệ vật ni vi sinh vật, vai trò vi sinh vật sản phẩm chúng phát triển vật nuôi người ta đẩy mạnh việc ứng dụng sản phẩm sinh học vào chăn nuôi 2|Page Phần II: NỘI DUNG: Giới thiệu vi sinh vật: 1.1 Lược sử: 1.1.1 Giai đoạn trước phát giới vi sinh vật: + Trước kỉ 15, tất kiện xảy tự nhiên sống người cho “ Chúa trời định sẵn hay ma quỷ ám hình” Nhưng người biết ứng dụng số quy luật thiên nhiên sống như: ủ men nấu rượu, xen canh hay luân canh hòa thảo với họ Đậu Họ khơng có chất cơng nghệ mà hồn tồn theo kinh nghiệm tính Tuy nhiên, Tổ tiên thành thạo việc sử dụng phương pháp vi sinh vật để chế biến thực phẩm 1.1.2 Giai đoạn phát giới vi sinh vật: + Năm 1676: Anton van Leeuwenhoek (Hà Lan) – cha đẻ kính hiển vi, quan sát giọt nước ngâm rễ có vị cay nhìn thấy trực khuẩn xoắn khuẩn + Karl Linné (1707 – 1778) xếp chung vi sinh vật vào giống gọi chaos (hỗn loạn) + Đầu XIX: Louis Pasteus (1822 – 1895) người Pháp có cống hiến quan trọng: -Chứng minh trình lên men vi sinh vật gây -Phủ định học thuyết tự sinh -Chứng minh vi khuẩn nguồn gốc bệnh than -Tìm vaccin bệnh dại + Năm 1872: Nhà thực vật học người Nga Ivanovski lần phát “vius” Về sau, người ta liên tiếp tìm loại virus gây bệnh người động vật: sốt vàng, cúm, thủy đậu, viêm não Nhật Bản, quai bị, sởi, viêm gan,… + 1882-1883: Bác sĩ người Đức Robert Koch (1843-1910) phát ra: - Vi khuẩn lao (Bacille de Koch) - Phẩy khuẩn tả + Julius Richard Petri (1852-1921) thiết kế đĩa petri giúp cho việc phân lập nuôi cấy vi khuẩn + Năm 1884: Hans Christian Gram tìm kĩ thuật nhuộm Gram + Năm 1929: Nhà vi khuẩn học người Anh Alexander Fleming (1881 – 1955) lần tìm Penicilin từ nấm Penicilium notatum → Mở kỉ nguyên lịch sử đấu tranh chống bệnh truyền nhiễm “Kỉ nguyên kháng sinh” + Năm 1941: Walter Florey Enet Chain thu Penicilin tinh khiết 3|Page 1.1.3 Giai đoạn sản xuất ứng dụng công nghệ vi sinh: + Cuối kỉ 19 đầu kỉ 20 Pasteur chế tạo thành cơng Vaccine phòng bệnh dại(1885); năm 1886 Hellrigel Uyn Fac tìm chế trình cố định nito phân tử; năm 1895-1900 Anh, Mỹ, Ba Lan Nga bắt đầu sản xuất chế phẩm vi sinh cố định nito phân tử; năm 1907 Mỹ người ta gọi chế phẩm vi sinh nito; năm 1900-1914 nhiều nước giới triển khai sản xuất chế phẩm vi sinh theo Fret cộng có 10 xí nghiệp sản xuất chế phẩm vi sinh cố định nito phân tử Từ đó,nhiều cơng trình nghiên cứu công bố Từ năm 1964 vấn đề cố định nito coi hai vấn đề quan trọng chương trình sinh học quốc tế(IBP) Nhờ có Chương trình nhiều loại chế phẩm vi sinh đời, áp dụng nhiều lĩnh vực nông nghiệp như: chế phẩm vi sinh vật đồng hóa nito phân tử, chế phẩm vi sinh vật đa chức năng, chế phẩm vi sinh dùng bảo vệ thực vật, vaccine phòng chống loại bệnh cho người,gia súc gia cầm, chế phẩm vi sinh xử lí nhiễm mơi trường + Ở Việt Nam, nghiên cứu chế phẩm vi sinh vật tiến hành từ năm đầu thập kỉ 60 đến sau năm 80 đưa vào chương trình khoa học cấp Nhà nước như:” sinh học phục vụ nơng nghiệp” giai đoạn 19821990, chương trình “ cơng nghệ sinh học” KC.08 giai đoạn 1991-1995, chương trình” cơng nghệ sinh học phục vụ phát triển nông, lâm nghiệp bền vững, bảo vệ môi trường sức khỏe người KHCN.02 giai đoạn 1996-2000 chương trình nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ sinh học” giai đoạn 2001 Ngồi chương trình Quốc gia nhiều Bộ, Ngành triển khai nhiều đề tài, dự án vấn đề 1.2 Khái niệm vi sinh vật: - Vi sinh vật sinh vật đơn bào đa bào nhân sơ nhân thực có kích thước nhỏ, không quan sát mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi - Khác với tế bào động vật thực vật, tế bào VSV có khả sống, phát triển sinh sản cách độc lập tự nhiên - Trong hệ thống phân loại tổng quát, VSV chia thành nhóm VSV nguyên thủy (vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam, vi khuẩn nguyên thủy); VSV nhân thật (vi nâm, tảo, động vật nguyên sinh); virus 1.3 Phân loại: - Hiện vi sinh vật thường phân loại theo hai cách: 1.3.1 Cách thứ nhất: 4|Page + Theo hệ thống: Lớp (Class) → Bộ (Order) → Bộ phụ (Suborder) → Họ (Family) → Tộc (Tribe) → Giống/ Chi (Genus) → Loài (Species) → Thứ ( Variety) → Dạng (Forma), mẫu(Type) → Nòi/ Chủng (Strain) + Lưu ý: - Bộ (Order): thường tận “ales” - Bộ phụ (Suborder): thường tận “ineae” - Họ (Family): thường tận “aceae” - Tộc (Tribe): thường tận “aceae” - Giống/ Chi (Genus) - Loài (Species) - Thứ ( Variety): dùng để nhóm lồi - Dạng (Forma), mẫu(Type): nhóm nhỏ thứ - Nòi/ Chủng (Strain): thuật ngữ riêng loài sinh vật phân lập khiết từ chất + Ví dụ: Vi khuẩn Escherichia coli - Lớp: Gammaproteobacteria - Bộ: Enterobacteriales - Họ: Enterobacteriaceae - Chi: Escherichia - Loài: E coli 1.3.2 Cách thứ hai: Theo cấu tạo nhân vi sinh vật + Vi sinh vật phi bào: Virus,… Hình 1.3.2.a: Cấu tạo virus Zika 5|Page + Vi sinh vật nhân nguyên thủy: Vi khuẩn thật (vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam, nhóm vi khuẩn nguyên thủy,… ) vi khuẩn cổ Hình 1.3.2.b: Cấu tạo vi khuẩn lam + Vi sinh vật nhân thật: Vi nấm (nấm men, nấm sợi), số động vật nguyên sinh số tảo đơn bào Hình 1.3.2.c: Cấu tạo nấm men - Ngồi hai cách phân loại vi sinh vật dựa theo hình thái, dựa theo DNA,… 1.4 Đặc điểm chung loại vi sinh vật: - Vi sinh vật có kích thước nhỏ, thường đo micromet 6|Page Ví dụ: Vi khuẩn: ng kớnh khong 0,2 ữ 2àm, chiu di c th khong ữ 8àm Nm men: ng kớnh khong 2,5 ữ 10àm, chiu di c th khong 4,5 ÷ 21µm - Vi sinh vật hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh Ví dụ: Vi khuẩn lactic (Lactobacillus) phân giải lượng đường lactozơ nặng 1000 - 10000 lần khối lượng chúng - Vi sinh vật sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, so với sinh vật khác vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng lớn - Vi sinh vật có lực thích ứng mạnh dễ phát sinh biến dị Do tính chất dễ phát sinh đột biến nên số lượng lồi vi sinh vật tìm ngày tăng Ví dụ: Nấm trung bình năm bổ sung thêm khoảng 1500 loài - Vi sinh vật phân bố rộng, chủng loại nhiều Số lượng chủng loại thay đổi theo thời gian Vi sinh vật có khắp nơi trái đất, điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ cao miệng núi lửa, nhiệt độ thấp Nam Cực, áp suất lớn đáy đại dương thấy có mặt vi sinh vật Vi sinh vật có khoảng 100 nghìn lồi bao gồm 30 nghìn lồi động vật ngun sinh, 69 nghìn lồi nấm, 1,2 nghìn lồi vi tảo, 2,5 nghìn lồi vi khuẩn lam, 1,5 nghìn lồi vi khuẩn, 1,2 nghìn lồi virut ricketxi - Về chủng loại: Trong toàn giới Động vật có khoảng 1,5 triệu lồi, thực vật có khoảng 0,5 triệu lồi VSV có tới 100 nghìn lồi 1.5 Dinh dưỡng vi sinh vật: 1.5.1 Thành phần tế bào dinh dưỡng vi sinh vật: + Các chất dinh dưỡng vi sinh vật chất vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quang chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho trình sinh tổng hợp tạo thành phần tế bào để cung cấp cho trình trao đổi lượng + Thành phần hóa học tế bào vi sinh vật định nhu cầu dinh dưỡng chúng Thành phần hóa học chất dinh dưỡng cấu tạo từ nguyên tố C, H, O, N, nguyên tố khoáng đa lượng vi lượng + Trong tế bào vi sinh vật hợp chất phân thành hai nhóm lớn: Nhóm 1: Nước muối khống -Nước: Chiếm 70 ÷ 90 % khối lượng thể vi sinh vật Nước vi sinh vật tồn hai dạng Đa phần nước vi sinh vật đểu dạng nước tự phầ nước tham gia vào q trình trao đổi chất vi sinh vật Còn lại phần nước liên kết với hợp chất hữu cao phân tử tế bào gọi nước kết hợp, phần nước khơng có khả hòa tan lưu động -Muối khồng: Chiếm ÷ % khối lượng khô thể vi sinh vật Chúng thường tồn dạng muối sunfat, phosphat, cacbonat, clorua,… Và 7|Page thường dạng ion Các ion luôn tồn tỷ lệ định để trì độ pH áp suất thẩm thấu thích hợp cho loại vi sinh vật Nhóm 2: Các chất hữu -Tế bào vi sinh vật chủ yếu cấu tạo nguyên tố: C, H, O, N, P, S,…Trong đó, nguyên tố C, H, O, N chiếm 90 ÷ 97 % tồn chất khô 0của tế bào nguyên tố chủ yếu cấu tạo nên protein, lipit, axit nucleic, cacbon hydrat; Các hợp chất đại phân tử chiếm 3,5%; Các ion vô chiếm 1% -Vi sinh vật có khác lớn nhu cầu vitamin Vi sinh vật tự dưỡng chất sinh trưởng tự tổng hợp vitamin cần thiết Vi sinh vật dị dưỡng chất sinh trưởng đòi hỏi phải cung caaso nhiều loại vitamin khác với liều lượng khác 1.5.2 Nguồn thức ăn cacbon vi sinh vật: + Căn vào nguồn thức ăn cacbon người ta chia sinh vật thành nhóm sinh lý tự dưỡng dị dưỡng + Tùy vào vi sinh vật mà nguồn bôn cung cấp chất vơ chất hữu Giá trị dinh dưỡng khả hấp thụ nguồn thức ăn khác phụ thuộc vào hai yếu tố: thành phần hóa học tính chất sinh lý nguồn thức ăn này, hai đặc điểm sinh lý loại vi sinh vật + Một số nguồn cacbon: - Đường: Khi nuôi cấy phần lớn vi sinh vật dị dưỡng - Tinh bột: Trước hết phải hồ hóa tinh bột nhiệt độ 60 ÷ 70oC - Xenluloza: Dưới dạng giấy lọc, dạng xenluloza - Lipit, parafin, dầu mỏ…: Phải thơng khí mạnh tạo giọt nhỏ để tiếp xúc với thành tế bào - Các hợp chất hữu chứa C N (pepton, nước thịt, nước chiết giá đậu,…): Có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N vi sinh vật - Rỉ đường: Trong công nghiệp lên men 1.5.3 Nguồn thức ăn nitơ vi sinh vật: + Nguồn nitơ dễ hấp thụ vi sinh vật NH3 NH4+ + Một số nguồn nitơ: - Muối nitrat: Thích hợp với nhiều loiaj tảo, nấm sợi xạ khuẩn thích hợp nhiều loại nấm men vi khuẩn - Khí nitơ tự do: Nguồn nitơ dự trữ nhiều tự nhiên - Các thức ăn hữu - Pepton loại chế phẩm thủy phân không triệt để nguồn protein sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật + Nhu cầu axit amin loài vi sinh vật khác 8|Page 1.5.4 Nguồn thức ăn khoáng vi sinh vật: + Khi tạo môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu hóa chất) bắt buộc phải bổ sung đủ nguyên tố khoáng cần thiết + Nồng độ nguyên tố vi lượng cần thiết môi trường: 10-6 ÷ 10-8 M + Nhu cầu khống vi sinh vật khác loại, giai đoạn phát triển 1.5.5 Nhu cầu chất sinh trưởng vi sinh vật: + Chất sinh trưởng có ý nghĩa chất hữu cần thiết cho hoạt động sống loài vi sinh vật khơng tự tổng hợp chúng từ chất khác Như chất coi chất sinh trưởng loại vi sinh vật hoàn tồn khơng phải chất sinh trưởng loại vi sinh vật khác Thông thường chất coi chất sinh trưởng lồi vi sinh vật đó: gốc kiềm purin, pirimidin dẫn xuất chúng, axit béo thành phần màng tế bào, vitamin thông thường,… 1.5.6 Nhu cầu lượng vi sinh vật: + Môi trường phải chứa chất cần thiết để vi khuẩn chuyển hóa, tạo lượng cần thiết cho vi khuẩn tổng hợp chất sống di động + Ba nguồn lượng vi khuẩn sử dụng: - Ánh sáng - Chất vô - Chất hữu + Năng lượng tạo qua chế: - Lên men vi sinh vật kỵ khí - Hơ hấp vi sinh vật hiếu khí - Quang hợp vi sinh vật quang tổng hợp + Điểm chung lượng quang hợp hay lượng hóa học biến thành ATP, sử dụng tất tế bào theo hệ thống giống sinh vật bậc cao + Các chất vi sinh vật dùng để tạo ATP gồm chất hữu cơ, acid amin hydrat carbon, chất vô CO2, SO42- 1.6 Môi trường sống vi sinh vật: - Môi trường nơi sinh sống sinh vật, bao gồm tất bao quanh chúng - Có bốn loại mơi trường chủ yếu: + Môi trường nước + Môi trường đất 9|Page 5000 – 7000 Lượng vi sinh vật – lần Bảng 2.6.3.b: Lượng vi sinh vật lít khơng khí - Phụ thuộc hoạt động sống người Kết thí nghiệm nhà máy bánh mì cho thấy: Phân xưởng Nấm mốc Vi khuẩn Bột 4250 2450 Nhào bột 700 360 Lên men 650 810 Nuôi nấm men 410 720 Tạo hình 830 1160 Nướng bánh 750 950 Bảo quản 2370 1410 Bảng 2.6.3.c: Lượng vi sinh vật/1m3 khơng khí khâu sản xuất nhà máy (tế bào/1m3 khơng khí) Kết chung cho thấy khu vực SX khác cho thấy lượng vi sinh vật không khí khác nhau: Khu vực Lượng vi sinh vật Nơi chăn nuôi 1.000.000 – 2.000.000 Khu cư xá 20.000 Đường phố 5.000 Cơng viên thành phố 200 Ngồi biển 1–2 Bảng 3.5 Lượng vi sinh vật/1m3 khơng khí vùng khác (tế bào/1m3 khơng khí) 1.7 Vai trò vi sinh vật: - Đặc trưng lực chuyển hóa mạnh mẽ khả sinh sản nhanh chóng, vi sinh vật cho thấy tầm quan trọng to lớn chúng thiên nhiên hoạt động cải thiện chất lượng sống người nhờ hiểu biết hoạt động sống chúng - Cùng với phát triển khoa học công nghệ đại, vi sinh vật ứng dụng nhiều lĩnh vực khác sống + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực nông nghiệp: Tạo giống mới, sản xuất phân bón, nhân giống trồng kỹ thuật nuôi cấy mô, nông nghiệm công nghệ cao, mô hình ni trồng thủy sản, tảo,… + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực thực phẩm: Cải thiện chất lượng thực phẩm len men, ứng dụng enzyme chế biến thực phẩm,… 12 | P a g e + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực y học: Tế bào gốc sử dụng trị liệu, sản xuất kháng sinh, vaccine, động vật biến đổi gen… + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực môi trường: sử dụng vi sinh vật để xử lý nước thải, rác thải, làm nước ao nuôi thủy sản… 1.8 Ứng dụng vi sinh vật: 1.8.1 Ứng dụng trực tiếp: - Phân bón vi sinh vật: sản phẩm chứa hay nhiều loài vi sinh vật sống tuyển chọn có mật độ theo tiêu chuẩn quy định, có tác dụng tạo chất dinh dưỡng hoạt chất sinh học có ích cho trồng cải tạo đất Ví dụ: Chế phẩm Nitragin, Azotobacterin chứa vi sinh vật có khả cố định nitơ tự khơng khí Chế phẩm Photphobacterin chứa vi sinh vật có khả phân giải photpho khó tan đất Hoặc chế phẩm nấm rễ, chế phẩm tảo lam… - Chế phẩm vi sinh vật dùng bảo vệ thực vật: Hiện nay, việc ứng dụng vi sinh vật để bảo vệ thực vật quan tâm gây độc hại đảm bảo cân sinh thái; kể đến số chế phẩm sau: - Virus gây bệnh cho côn trùng: Người ta thường dùng virus đa diện nhân (NPV) để gây cho côn trùng ngừng ăn, hoạt động, trương phù Hiện nay, người ta sản xuất chế phẩm để trừ sâu xanh, sâu róm thơng… - Vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng chuột: Hiện nay, người ta sản xuất số chế phẩm từ vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng chuột chế phẩm Bt để trừ sâu tơ, sâu xanh bướm trắng hại rau chế phẩm Biorat, chế phẩm Miroca để gây bệnh đường ruột cho chuột - Ngoài ra, người ta nghiên cứu sản xuất nấm gây bệnh cho côn trùng, động vật nguyên sinh ký sinh côn trùng, tuyến trùng ký sinh côn trùng - Vi sinh vật đối kháng: Ngoài việc ứng dụng vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng dịch hại trên, người ta nghiên cứu tìm lồi nấm, loài vi khuẩn, loài virus đối kháng với vi sinh vật gây bệnh cỏ dại tức có mặt lồi vi sinh vật vi sinh vật gây bệnh mà đối kháng với chúng khơng phát sinh, phát triển Ví dụ: sử dụng nấm Penicillium (các dạng oxalicum, frequentans, vermiculatum, nigricans, chrysogetum) để đối kháng với nấm Pythium spp Rhioctonica solani, Selerotium cepivorum, Vertcillium alboatrum; sử dụng vi khuẩn Steptomyces griseoviridy để đối kháng với bệnh nấm Fusarium - Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất men tiêu hố cho vật ni: Người ta sản xuất men tiêu hố cho vật ni cách sử dụng vi khuẩn có lợi cho hệ tiêu hoá vi khuẩn Bacillus subtilis… 13 | P a g e 1.8.2 Ứng dụng gián tiếp: - Sản xuất phân bón hữu sinh học (compost): Phân bón hữu sinh học loại phân bón tạo thành nhờ trình lên men chất hữu có nguồn gốc khác (phế thải sản xuất nông lâm nghiệp, phế thải công nghiệp chế biến, phế thải sinh hoạt…) vi sinh vật hoạt chất sinh học chúng tạo thành mùn Ví dụ lên men bã mía, mùn cưa, rơm rạ, rác thải hữu cơ, than bùn… vi sinh vật hữu hiệu (EM) thành phân bón (gọi Bokashi) - Cải tạo giống trồng vi sinh vật: Hiện nay, người ta dùng vi khuẩn chuyển gen vào trồng thông qua tế bào bị thương để từ ni cấy nhân nhanh tế bào môi trường nhân tạo cho tái sinh thành giống - Sản xuất chất điều hoà sinh trưởng từ vi sinh vật: Người ta sản xuất chất điều hoà sinh trưởng Gibberellin, Auxin từ vi sinh vật - Sản xuất thức ăn cho vật ni từ vi sinh vật: Dùng vi sinh vật có ích để lên men thức ăn cho vật nuôi (dạng Bokashi), dạng thức ăn làm cho vật nuôi tiêu hoá tốt, ngủ nhiều, tăng trọng nhanh - Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất vaccine kháng sinh cho vật nuôi: Một phần lớn loại vaccine kháng sinh dùng cho vật nuôi sản xuất từ vi sinh vật Ví dụ vaccine phòng bệnh lở mồm long móng gia súc, vaccine phòng bệnh Niu cát sơn gia cầm, vaccine gumboro phòng bệnh suy giảm miễn dịch cho gia cầm… Các loại thuốc kháng sinh sử dụng để chữa bệnh cho vật ni phần lớn có nguồn gốc từ vi sinh vật 1.8.3 Một số hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vật bảo vệ môi trường: + Khử mùi hôi thối môi trường sống: Mùi hôi thối rác thải, chuồng trại chăn ni nhóm vi sinh vật tạo Người ta sử dụng số nhóm vi sinh vật khác để ức chế hoạt động vi sinh vật Cụ thể, dùng vi sinh vật hữu hiệu (EM) phun vào bãi rác chuồng trại chăn ni làm giảm tới 70-90 % mùi hôi thối Hiện nay, tất bãi rác lớn Việt Nam dùng EM để xử lý Dùng EM làm cho rác phân giải triệt để nên kéo dài thời gian sử dụng bãi rác góp phần nâng cao hiệu kinh tế bãi chứa rác Ví dụ: - Tại Cơng ty xử lý rác thải thành phố Hồ Chí Minh (HOWADICO) sử dụng chế phẩm EM thứ cấp pha loãng theo tỷ lệ 1/400 phun vào rác thải đô thị sau tuần phun mùi hôi giảm dần; sau tháng theo đánh giá chung tồn cơng nhân công trường xử lý rác, mùi hôi giảm khoảng 75-80 % - Sở Khoa học Công nghệ Môi trường tỉnh Vĩnh Long kết hợp với trung tâm CTA tiến hành thử nghiệm sử dụng chế phẩm EM để xử lý mùi hôi chăn nuôi với lượng dùng lít dung dịch EM thứ cấp % phun cho 1m2 bề 14 | P a g e mặt chuồng, sau 24 mùi hôi giảm rõ Sau 3-4 ngày phun liên tục mùi hôi giảm đến 80 % - Tại Cơng ty TAMICO (TP Hồ Chí Minh): Dùng EM thứ cấp pha loãng 0,5% phun lên tường, sàn nhà nơi chứa da, nơi thuộc da toàn mặt sản xuất Công ty; phun thường xuyên 15 ngày liên tục từ ngày thứ 16 trở phun cách nhật Kết mùi hôi giảm rõ rệt, thông số kiểm nghiệm môi trường đạt mức cho phép + Phân huỷ chất thải mơi trường sống: Chúng ta thử hình dung, khơng giới vi sinh vật mặt đất khơng chỗ đặt chân bị phủ kín rác thải Xã hội phát triển rác thải nhiều xử lí rác thải trở nên quan trọng hết Có nhiều phương pháp xử lí rác thải dùng vi sinh vật để phân huỷ rác coi giải pháp hữu hiệu Tuỳ theo loại rác thải mà người ta chọn lựa nhóm vi sinh vật khác để phân huỷ chúng - Phân huỷ chất thải hữu cơ: Hiện nay, rác thải hữu việc dùng vi sinh vật để xử lí thành phân hữu dùng bón cho trồng, cải tạo đất vấn đề quan tâm Người ta dùng vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn để phân giải xenluloza, lignin… Ví dụ, người ta sử dụng EM ủ với chất thải hữu khơng phải phân chuồng để chế biến thành phân bón hữu chất lượng cao - Phân huỷ chất thải vô công nghiệp: Rác thải vô loại khó xử lí, ngồi biện pháp tái chế, thiêu huỷ, chơn lấp người nghiên cứu tìm kiếm chủng vi sinh vật có khả phân huỷ chúng Ngày nay, người ta tìm thử nghiệm chủng vi sinh vật phân huỷ xăng dầu, kim loại nặng… 1.8.4 Một số hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vật công nghiệp: + Ứng dụng công nghệ vi sinh vật chế biến thực phẩm: Việc ứng dụng vi sinh vật chế biến thực phẩm người sử dụng từ lâu ngày rộng rãi Hiện nay, phần lớn công nghệ chế biến thực phẩm có sử dụng vi sinh vật cơng nghệ lên men Ví dụ sản xuất bánh mỳ, rượu, bia, sữa chua, nước mắm, chế biến tinh bột, nước uống lên men + Ứng dụng công nghệ vi sinh vật sản xuất nguồn lượng: Các nhà khoa học dự báo nguồn lượng than, dầu khí… loại lượng người sử dụng ngườn tài nguyên không tái tạo nên ngày bị cạn kiệt Ngược lại, nhu cầu người lượng lại ngày tăng nên nhà khoa học nghĩ đến việc tạo sử dụng nguồn lượng thay Trong hướng có hướng sản xuất cồn khí đốt biogas 15 | P a g e + Ứng dụng công nghệ vi sinh vật sản xuất cồn công nghiệp: Hướng dùng vi sinh vật lên men tinh bột để tạo cồn công nghiệp Hiện nay, nhiều nước sản xuất cồn để dùng thay phần lượng cho xăng dầu Theo tôi, nguồn cồn vô tận cách để sản xuất cồn lên men tinh bột (thế mà nguồn tinh bột vơ tận, khơng bị cạn kiệt có tái tạo) Vấn đề khó khăn thay toàn xăng dầu cồn phải sản xuất cồn 99 % cồn 96 % + Ứng dụng công nghệ vi sinh vật sản xuất khí đốt biogas: Hướng việc ứng dụng vi sinh vật để lên men yếm khí chất hữu thành khí đốt (chủ yếu dùng chất thải vật ni) Nó vừa bổ sung cho nguồn lượng khí đốt, vừa có tác dụng góp phần bảo vệ mơi trường + Ngồi ra, cơng nghệ vi sinh vật ứng dụng cơng nghiệp sản xuất chất tăng hương vị thực phẩm như: amino acid, vitamin, chất màu thực phẩm, keo thực phẩm; sản xuất dung môi hữu như: ethanol, acetone…; sản xuất acid hữu như: acid lactic, acid citric… Ứng dụng công nghệ vi sinh môi trường thủy sản: - Ngành nuôi trồng thủy sản trở thành ngành kinh tế mũi nhọn chiến lược phát triển kinh tế Việt Nam Tuy nhiên năm gần đây, người nuôi thủy sản phải "oằn mình" chống đỡ với đợt đại dịch xảy cá, tôm nuôi Nguyên nhân chủ yếu người ni sử dụng thuốc, hóa chất tràn lan dẫn đến động vật nuôi kháng thuốc, môi trường bị suy thối Để hạn chế tác động việc nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật nuôi trồng thủy sản cần thiết - Như biết vi sinh vật mắt xích quan trọng chu trình chuyển hóa vật chất lượng tự nhiên, chúng tham gia vào việc gìn giữ tính bền vững hệ sinh thái bảo vệ mơi trường, đối tượng lí tưởng công nghệ di truyền, công nghệ sinh học… vi sinh vật tham gia tích cực vào q trình phân giải phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt …và sử dụng làm phân bón, thuốc trừ sâu vi sinh chế phẩm vi sinh dùng chăn ni Chúng tham gia vào q trình tạo mùn, trình phân giải xác hữu thành dạng đơn giản chuyển hóa chất hữu thành cồn, gas …Hiện có số nghiên cứu ứng dụng chủng vi sinh vật có lợi vào nuôi trồng thủy sản nhằm cải tạo môi trường nuôi, hạn chế dịch bệnh Trước tiên, sơ lược vi sinh vật thủy sản 2.1 Các chủng vi sinh vật nuôi trồng thủy sản: - Các chủng vi sinh vật sử dụng nuôi trồng thủy sản chia làm nhóm: 16 | P a g e + Nhóm 1: gồm vi sinh vật sống vi khuẩn thuộc nhóm Bacillus, Lactobacillus, Saccharomyces người ta thường dùng trộn vào thức ăn + Nhóm 2: gồm vi sinh vật có tính đối kháng cạnh tranh thức ăn với vi sinh vật gây bệnh vi khuẩn Bacillus licheniformis, Bacillus sp, dùng cải thiện đáy ao ni + Nhóm 3: gồm vi sinh vật cải thiện chất lượng môi trường vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces, Bacillus, Rhodobacter sp, Rhodospirillum, Rhodopseudomonas viridis dùng xử lý nước ao đáy 2.2 Lợi ích chủng vi sinh vật: - Làm đáy ao nuôi việc phân hủy chất hữu ao thức ăn thừa, mùn bã hữu cơ, chất thải động vật thủy sản Giúp đáy ao không bị trơ mà tơi xốp qua vụ ni - Phân tươi an tồn đảm bảo chất dinh dưỡng ngâm ủ chủng vi sinh vật Nitrosomonas, Nitrobacter, Actinomyces + Giúp ổn định tảo tạo màu nước tốt cho ao nuôi màu vỏ đậu xanh màu chuối non - Chuyển hóa khí độc gây độc cho cá NH3, NO2, H2S… ao nuôi sang dạng không độc - Một số chủng vi sinh vật sử dụng làm tăng hàm lượng oxy, ổn định pH số môi trường ao nuôi - Các chủng vi sinh vật Bacillus, Lactobacillus sử dụng trộn vào thức ăn tốt cho đường ruột động vật thủy sản - Các chủng vi sinh vật có lợi có kích thước nhỏ bé gặp điều kiện thuận lợi chúng sinh sản theo cấp số nhân, việc ứng dụng chúng ni trồng thủy sản thuận tiện cho hiệu cao 2.3 Ví dụ: Ứng dụng cơng nghệ vi sinh xử lý nước thải ao ni tơm - Có thể thấy rằng, phát triển trại nuôi tôm theo quy mô công nghiệp gặt hái nhiều thành công cải thiện mức sống người dân Tuy vậy, nước thải từ q trình ni tôm quy mô công nghiệp đồng thời phát sinh nhiều hệ lụy môi trường Do vậy, có lựa chọn ứng dụng giải pháp xử lý nước thải ao ni tơm phù hợp phát triển bền vững nghề nuôi tôm bảo vệ môi trường Trong này, muốn nói đến giải pháp sử dụng cơng nghệ sinh học xử lý nước thải ao nuôi tôm công nghiệp 17 | P a g e 2.3.1 Các ảnh hưởng môi trường đến từ nuôi tôm công nghiệp: + Nhiều năm qua, nghề nuôi tôm thủy sản nước lợ, nước mặn huyện ngày phát triển, trình độ kỹ thuật người nuôi mức độ thâm canh ngày cao… Song, ý thức người dân việc sử dụng hóa chất, kháng sinh ni tơm chưa cao, việc xử lý nước thải trước thải môi trường chưa nhận quan tâm mức người ni tơm + Có thể thấy, lượng chất thải sinh có liên quan mật thiết với công nghệ sản xuất thức ăn hệ thống nuôi tơm Thức ăn thừa, phân tơm q trình chuyển hóa dinh dưỡng nguồn gốc chủ yếu chất gây nhiễm Trong nước thải có dư lượng chất kháng sinh, thuốc trị bệnh,… Nước thải mang theo lượng lớn hợp chất Ni-tơ, Phốt-pho chất dinh dưỡng khác, tạo nên siêu dưỡng làm nở rộ vi khuẩn Sự có mặt hợp chất Carbonic chất hữu làm giảm nồng độ Oxy hòa tan tăng BOD, COD, H2S, Ammonia hàm lượng CH4 lưu vực tự nhiên 18 | P a g e + Phần lớn sản phẩm dư thừa ni tơm tích tụ bùn đáy ao, nguồn gây nguy hại cho tôm cho hoạt động nuôi tôm lớp bùn độc, thiếu Oxy chứa nhiều chất gây hại Ammonia, Nitrite, H2S, tác động trực tiếp làm tôm bị căng thẳng, ăn, mức tăng trưởng giảm dễ bị mắc bệnh vi khuẩn chết hàng loạt + Hoạt động xả thải nguồn nước ao bơm bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh bán thâm canh kênh rạch tự nhiên mà không xử lý làm cho hệ thống kênh rạch bị bồi lắng, môi trường nước tự nhiên bị ô nhiễm nghiêm trọng Nếu việc xả thải diễn liên tục, khơng có thời gian gián đoạn để mơi trường phục hồi, mầm bệnh bị cắt mùn bã hữu tích lũy làm mơi trường nước trở nên phú dưỡng, nghề nuôi tôm thâm canh bán thâm canh lại chịu rủi ro nhiều Mặt khác, hạ tầng phục vụ vùng ni tơm chưa hồn chỉnh, hệ thống thủy lợi vốn hệ thống phục vụ cho nhu cầu canh tác nơng nghiệp; nhiều khu ni tơm cưa có kênh cấp, kênh xả riêng biệt, chí nhiều đoạn kênh bị lồi lắng, đáy kênh cao đáy ao nuôi tơm Hậu mầm bệnh tồn lưu khu nuôi tôm ao tôm bị bệnh thỉa nước mơi trường bên ngồi, nên khả lây nhiễm cao 2.3.2 Công nghệ sinh học xử lý nước thải nuôi tôm công nghiệp + Sự phát triển công nghệ ngành xử lý nước thải cung cấp cho nhiều phương pháp xử lý nước thải nuôi tôm khác Dưới giải pháp xử lý nước thải đầu ao ni tơm khơng sử dụng hóa chất: 19 | P a g e Vi sinh xử lý nước thải ao nuôi tôm dùng chủng vi sinh, tập hợp thành phần men ngoại bào trình sinh trưởng vi sinh; enzyme ngoại bào tổng hợp; chất dinh dưỡng sinh học, khống chất kích hoạt sinh trưởng ban đầu xúc tá hoạt tính có tác dụng phân giải chất hữu hòa tan khơng hòa tan từ phân tơm, thức ăn thừa tích tụ để tạo định, trì chất lượng nước màu nước ao hồ Thông thường, chế phẩm vi sinh áp dụng giải pháp bao gồm: - Phương pháp hiếu khí sử dụng vi sinh vật hiếu khí để xử lý: Nhóm nghiên cứu Phan Thị Hồng Ngân Phạm Khắc Liệu (Đại học Huế) ứng dụng công nghệ xử lý hiếu khí với lớp đệm ngập nước (Submerge Aerated Fixed Bed – SAFB), sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí thích nghi, xử lý tốt nước thải nuôi trồng thủy sản nước lợ với hiệu suất loại COD đạt 73,7%, loại NH4-N đặt 97,4% Phương pháp hiếu khí có thời gian lưu bùn dài tạo điều kiện cho sinh trưởng hoạt động vi khuẩn nitrate hóa - Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí để xử lý: Đây phương án thường sử dụng để xử lý nước thải, đặc biệt thơng dụng bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy nghịch (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB) Công nghệ phân phối nước thải từ lên qua lớp bùn kỵ khí để tiến hành trình phân hủy chất hữu vi sinh vật kỵ khí Hệ thống tách pha phía tách pha rắn - lỏng - khí để tách chất khí, chuyển bùn xuống đáy bể dẫn nước sau xử lý Nghiên cứu Mirzoyan N Gross A công bố NCBI cho thấy, bể phản ứng UASB ứng dụng tốt xử lý nước thải nuôi thủy sản nước lợ, giảm 81% chất rắn lơ lửng (TSS), 98% COD, 92% chất dễ bay 2.4 Các chế phẩm vi sinh: 2.4.1 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật Biomix để xử lý nước thải chăn nuôi, ao hồ: + Chế phẩm vi sinh Biomix2 áp dụng để xử nước chăn nuôi 02 trang trại nuôi lợn tập trung xã Liêm Tuyền - huyện Thanh Liêm - Hà Nam nước thải làm bún, bánh đa rãnh thoát nước xã Hợp Thịnh, huyện Tam Dương, Vĩnh Phúc năm 2006, 2007 cho kết xử lý tốt, cảm quan giảm mùi hôi thối, tiêu ô nhiễm COD, BOD, vi sinh vật gây bệnh giảm 5- lần so với không sử dụng chế phẩm 20 | P a g e (A) (B) Hình 2.4.1: Nước ao làng nghề tái chế nhựa Vĩnh Phúc ((A): Trước xử lý; (B): Sau xử lý) 2.4.2 Chế phẩm BIO-DW: + Thành phần: - Các vi sinh vật hữu hiệu: Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophillus, Aspergillus oryzae, Saccharom Hình 2.4.2.a: Vi khuẩn bacillus (A) (B) Hình 2.4.2.b:(A): Vi khuẩn Lactobacillus acidophillus (B): Vi khuẩn Aspergillus oryzae 21 | P a g e - Các enzim: Amylaza, Xellulaza, Proteaza Đường kính vòng phân giải tinh bột Amylaza > 30mm Đường kính vòng phân giải Xellulo Xellulaza > 20mm Đường kính vòng phân giải Protein Proteaza >20mm + Tác dụng: Là giải pháp tối ưu việc xử lý đáy ao Phân hủy nhanh thức ăn thừa, chất thải từ phân tôm chất hữu Làm giảm khí độc như: H2S, NO3, NH3, làm môi trường nước đáy ao nuôi tôm công nghiệp bị ô nhiễm 2.4.3 Chế phẩm ACTIVE LEANER: + KTNT - Active Cleaner sản phẩm Công ty Biotech ,được Bộ Nông nghiệp PTNT cho phép nhập vào Việt Nam Active Cleaner giúp gia súc, gia cầm, cối phát triển khỏe mạnh, tăng trưởng nhanh, đồng thời không gây ô nhiễm môi trường, làm giảm mùi hôi, không gây hại cho sức khỏe người + Hữu ích chăn ni gia súc, thủy sản: Ngoài việc sử dụng cho trồng, Active Cleaner hữu ích chăn ni, góp phần hỗ trợ cung cấp 22 | P a g e sản phẩm chất lượng tốt, tạo môi trường nuôi thả cho súc sản, ngành nuôi trồng thủy sản; sản sinh axít hữu có tác dụng kháng lại độc tố bên Dung dịch Active Cleaner áp dụng cho bảo vệ môi trường, chuồng trại, chứa Lactic acid bacteria, saccharomycetes, vi khuẩn có ích ức chế tăng trưởng vi khuẩn có hại đường ruột, tiêu hóa thức ăn dư thừa gia súc, tăng hấp thụ Nguyên tố vi lượng có khả giúp tăng tiêu hóa hiệu phân giải protein, mineral substance, chất hữu để tăng dinh dưỡng, phát huy tác dụng diệt khuẩn, giảm mùi hôi thối chuồng trại Đối với heo nhỏ, thức ăn thêm 1kg Active Cleaner; gà đẻ trứng thêm 3kg Active Cleaner/tấn thức ăn; gà thịt thêm 1kg Chủ trang trại nuôi 3.000 heo cho biết: “Có nhiều loại chế phẩm vi sinh, phải chọn lựa chế phẩm tổng hợp hồn chỉnh có loại vi khuẩn khơng thể đáp ứng u cầu nhiều loại hình chăn ni mơi trường chăn ni Tơi sử dụng Active Cleaner năm nay, kết tốt” + Nguồn gốc: Điều chế từ nguyên liệu thiên nhiên, ứng dụng công nghệ kỹ thuật tân tiến lên men dạng tính chế đặc + Ngun liệu chủ yếu : Bột đậu vàng, cám, trấu cám khơng chứa chất kháng sinh nhân tạo, khơng có tác dụng phụ + Cơng dụng: Hỗ trợ tiêu hóa, cao hiệu thức ăn gia súc Rút ngắn thời gian chăn nuôi, thúc đẩy tăng trưởng, ức chế vi khuẩn có hại thể phát triển, tăng cường chức sinh lý, tăng sức đề kháng bệnh, giảm mùi chuồng trại, cải thiện tình trạng vệ sinh, giảm ô nhiễm môi trường 23 | P a g e Phần III: KẾT LUẬN 1.Một số hướng phát triển vi sinh vật : - Trong nông nghiệp: tạo chủng vi sinh vật để làm giống sản xuất chế phẩm VSV, áp dụng lĩnh vực nơng nghiệp - Trong sản xuất hàng hóa: sản xuất axit hữu ( citric axit,itaconic axit, axetic axit ), sử dụng enzim làm chất tẩy rửa - Trong lượng: gia tăng phạm vi sử dụng biogas, xây dựng dự án sản xuất enthanol dùng làm nhiên liệu Vai trò chế phẩm VSV: - Chế phẩm VSV không gây hại đến sức khỏe người, vật nuôi trồng Không gây ô nhiễm môi trường sinh thái - Chế phẩm VSV có tác dụng cân hệ VSV môi trường sinh thái - Chế phẩm VSV không làm chai đất, mà làm tăng độ phì nhiêu đất - Chế phẩm VSV đồng hóa chất dinh dưỡng cho trồng, góp phần làm tăng suất chất lượng nông sản phẩm - Chế phẩm VSV có tác dụng tiêu diệt sâu hại côn trùng gây hại - Chế phẩm VSV làm tăng sức đề kháng trồng - Chế phẩm VSV phân hủy, chuyển hóa chất hữu bền vững, phế thải sinh hoạt, phế thải nông công nghiệp làm mơi trường Ý kiến nhóm: - Cơng nghệ vi sinh mang tính quan trọng nhiều lĩnh vực từ thời xa xưa có mang tầm quan trọng tương lai - Ảnh hưởng không nhỏ sống xung quanh nói chung mơi trường nói riêng Cơng nghệ vi sinh mang tầm ảnh hưởng đến nhiều mặt, không dùng cách - Trên lại mộ vài khía cạnh nhỏ cơng nghệ vi sinh, mở rộng sau Chưa chạm đến giới hạn công nghệ vi sinh, nhiều điều để học hỏi 24 | P a g e Tài liệu tham khảo Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Thái Bình Hướng dẫn sử dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM sản xuất đời sống Lương Đức Phẩm Hồ Sưởng Vi sinh tổng hợp Nhà xuất Khoa học kĩ thuật 1978 Đỗ Hồng Lan Chi – Bùi Lê Thanh Khiết – Nguyễn Thi Thanh Kiều – Lâm Minh Triết Vi sinh vật môi trường, nhà xuất đạo học quốc gia TpHCM Joux F et al (2015) Methods for Studying Microorganisms in the Environment In: Bertrand JC., Caumette P., Lebaron P., Matheron R., Normand P., Sime-Ngando T (eds) Environmental Microbiology: Fundamentals and Applications Springer, Dordrecht website: tailieu.vn 25 | P a g e Ý KIẾN GIẢNG VIÊN 26 | P a g e ... 1.6 Môi trường sống vi sinh vật 1.7 Vai trò vi sinh vật 12 1.8 Ứng dụng vi sinh vật 13 Ứng dụng công nghệ vi sinh môi trường thủy sản 16 2.1 Các chủng vi sinh. .. + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực y học: Tế bào gốc sử dụng trị liệu, sản xuất kháng sinh, vaccine, động vật biến đổi gen… + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực môi trường: sử dụng vi sinh vật để xử... biết hoạt động sống chúng - Cùng với phát triển khoa học công nghệ đại, vi sinh vật ứng dụng nhiều lĩnh vực khác sống + Vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực nông nghiệp: Tạo giống mới, sản xuất phân bón,