ứng dụng của vi sinh vật cố định nitơĐạm

ứng dụng của vi sinh vật cố định nitơ Đạm là chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng hàng đầu đối với cây trồng. Hàm lượng của chúng trong đất rất ít, vì vậy cây trồng thường thiếu đạm. Một trong những phương pháp tăng cường lượng đạm cho đất được nhiều người quan tâm là sử dụng các loại vi sinh vật cố định nitơ từ không khí. Trong môi trường đất, vi sinh vật tham gia chuyển hóa các chất hữu cơ, cố định nitơ làm giàu đạm cho đất, tích lũy vào đất các auxin kích thích sự phát triển của cây trồng, tổng hợp các vitamin thyamin, nicotinic và biotin . Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định một số loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm như: Rhizobium, Beijerinskii, Clostridium và Azotobacter. -Vi khuẩn cố định ni tơ tốt nhất và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là : azotobacter. Azotobacter không có khả năng đồng hóa chất mùn. Chúng chỉ có khả năng phát triển mạnh trong đất có chứa nhiều chất hữu cơ dễ đồng hóa. Azotobacter đồng hóa rất tốt các sản phẩm phân giải của cellulose. Trong nông nghiệp là khả năng tự phân hủy của chúng, không làm ô nhiễm môi trường đất. -Nitrosomonas europaea: Vi khuẩn tạo ni-tơ (cố định đạm), đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp đạm cho cây trồng, được sử dụng trong xử lý nước thải nhờ khả năng ô-xi hoá a-mô-ni-ắc thành ni-trát (nitrát hóa). -Clostridium tetani dùng để sản xuất kháng độc tố;Sử dụng trong công nghiệp Loài vi khuẩn C. thermocellum có khả năng sử dụng chất thải lignocellulo để tổng hợp ethanol, do đó đây là một ứng viên tiềm năng trong công nghiệp sản xuất ethanol. Loài này cũng không cần oxy và có tính chất ưa nhiệt giảm thiểu chi phí làm mát. Loài C. acetobutylicum được biết đến với cái tên Sinh vật Weizmann, được sử dụng lần đầu tiên bởi Chaim Weizmann để sản xuất acetone và biobutanol từ tinh bột năm 1916 nhằm mục đích tổng hợp thuốc súng và TNT. Vi khuẩn kỵ khí C. ljungdahlii, được khám phá gần đây trong chất thải thương mại của gà, có thể sản xuất ethanol những nguồn chỉ có duy nhất cácbon bao gồm cả khí tổng hợp, một hỗn hợp của carbon monoxide và hydrogen sinh ra từ sự cháy một phần của nhiên liệu hóa thạch hay sinh khối. Việc ứng dụng các vi khuẩn kể trên để sản xuất ethanol từ khí tổng hợp đã được tiến hành has tại các nhà máy thử nghiệm tại cơ sở BRI Energy ở Fayetteville, Arkansas. [11] Ngoài ra, Acid béo có thể được chuyển đổi bởi các nấm men thành acid dicarboxylic chuỗi dài và thành 1,3-propanediol bằng việc sử dụng Clostridium diolis. [cần dẫn nguồn] Các gen từ loài C. thermocellum đã được chuyển cho chuột biến đổi gen để có thể sản xuất men cellulase. Thí nghiệm này được dùng để tìm hiểu phương cách cải thiện khả năng tiêu hóa của các động vật có dạ dày đơn. Kết quả được Hall et al. công bố năm 1993. Các loài không gây bệnh thuộc giống clostridia có lẽ giúp đỡ chữa trị các căn bệnh như ung thư. Các nghiên cứu chỉ ra rằng clostridia có khả năng nhắm chọn lọc tới các tế bào ung thư. Một số loài khác có thể xâm nhập và và nhân lên trong các khối u rắn. Vì thế một vài loài Clostridia được sử dụng để chuyển các protein chữa bệnh vào các khối u. Việc ứng dụng giống Clostridia đã được thực hành trong nhiều kỹ thuật tiền lâm sàng. - -công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học từ Rhizobium: Công nghệ ứng dụng các chế phẩm phân bón sinh học cho thực tiễn sản xuất là sử dụng các loại chế phẩm hỗn loài, nhiều chủng nhằm làm tăng và ổn định hiệu lực cùa chế phẩm, trong đó có sự chú ý đặc biệt sự phối hợp của vi khuẩn Rhizobium và nấm cộng sinh Mycorrhizae cho các loài cây có 2 khả năng hình thành cộng sinh là keo, phi lao….keo lai và keo tai tượng là 2 loài cây trồng quan trọng và có triển vọng trong chương trình trồng rừng của Việt Nam, đặc biệt là trên những vùng đất bị thoái hóa. Đây là 2 loài cây thuộc họ đậu có khả năng cộng sinh cao với vi khuẩn cố định đạm Rhizobium và nấm mycorrhizae. Công việc tuyển chọn vi khuẩn cộng sinh Rhizobium cố định đạm cao ứng dụng cho sản xuất vườn ươm và trồng cây keo lai và keo tai tượng sẽ làm tăng chất lượng sản xuất cây con vườn ươm, tăng khả năng thành công và năng suất rừng trồng trong chương trình trồng rừng và phục hồi cải tạo môi trường sinh thái của Việt Nam. Phương pháp mới sản xuất nhiên liệu sinh học: từ Beijerinskii - Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học bang Ohio - Mỹ, vừa tìm ra một phương pháp mới để tăng gấp đôi năng suất của việc sản suất nhiên liệu sinh học butanol, loại nhiên liệu này trong tương lai có thể sẽ được thay thế xăng dầu dùng cho các phương tiện giao thông. Phương pháp mới đã cải tiến việc sản xuất butanol bằng phương pháp truyền thống là dùng những bình ủ có chứa vi khuẩn lên men. Giáo sư Sinh hóa học Shang-Tian Yang cho biết, thông thường trong 1 lít nước vi khuẩn chỉ có thể sản sinh ra 15gram chất lên men trước khi chất lên men này trở lên quá độc hại đối với sự sống sót của vi khuẩn. Ông đã cùng đồng nghiệp tạo ra một loại vi khuẩn hình que đột biến có tên khoa học là Beijerinckii trong một bình phản ứng sinh học có chứa các chùm sợi vải polyester (vải nhân tạo dùng để may quần áo). Trong môi trường này, lượng butanol mà vi khuẩn đột biến Beijerinckii sản sinh ra trong một lít nước có thể lên tới 30 gram. Hiện nay, butanol chủ yếu được dùng như một chất dung môi hoặc dùng trong ngành công nghiệp để sản xuất các hóa chất khác. Tuy nhiên các nhà khoa học tin tưởng rằng, trong tương lai loại rượu butanol này rất có thể sẽ là một loại nhiên liệu sinh học. Khi đó butanol có thể thay thế xăng, dầu làm nhiên liệu cho các loại ô tô. Hơn nữa, so với các loại nhiên liệu thay thế khác thì butanol tạo ra nhiều năng lượng hơn. Ông Yang cho biết, phát minh về việc lên men trong ống nghiệm có sợi sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí sản xuất: "Hiện nay, việc tái chế và tinh lọc butanol chiếm 40% tổng chi phí sản xuất, khi chúng tôi có thể sản xuất butanol với năng suất cao hơn thì chúng tôi tin tưởng sẽ giảm được những khoản chi phí này và như vậy việc sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ có hiệu quả kinh tế hơn". Hiện tại, giá của butanol là xấp xỉ 3 USD một gallon, cao hơn giá của xăng dầu một chút. Chế tạo butanol từ thực vật Là một hóa chất cho các quy trình công nghiệp, butanol được sử dụng trong mọi thứ từ phanh dầu, chất phã loãng sơn, đến nhựa. Theo nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois, butanol chế tạo từ nguyên liệu thực vật có thể thay thế butanol butanol chế tạo từ xăng. Hans Blaschek, nhà vi sinh vật học thuộc Cao đẳng khoa học nông nghiệp, khách hàng và môi trường tại Illinois, cho biết: “Bạn có thể lái ô tô với 100% butanol, nhưng butanol có giá trị trong vai trò một hóa chất hơn nhiều – gấp khoảng 3 lần – so với vai trò nhiên liệu lỏng”. Butanol có những thuộc tính khiến nó là một loại nhiên liệu lỏng tốt – nó cháy sạch hơn và có năng lượng cao hơn ethanol, nhưng nó lại đắt tiền hơn vào thời điểm hiện tại. Blaschek nhận định: “Nó sẽ thay thế xăng và có thể được sử dụng như nhiên liệu lỏng, nhưng hiện tại nó quá đắt để sử dụng theo cách đó. Hiện tại, butanol có giá trị như propelene”. Ông đã nghiên cứu vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men trong hơn 25 năm. Khoảng 10 năm về trước phòng thí nghiệm của ông tại Illinois đã đạt được một tiến bộ trong việc phát triển một dòng vi khuẩn đất đột biến gọi là Clostridium beijerinckii tạo ra nồng độ butanol cao hơn khi được thêm vào một chum phó phẩm thực vật. Có thể so sánh một cách đơn giản – vai trò của Clostridium beijerinckii trong quá trình tạo ra butanol tương tự với vai trò của men trong quá trình tạo ra ethanol Blaschek giải thích: “Một trong những lợi thế của Clostridium đó là không giống như men chỉ sử dụng sáu đường cácbon, sinh vật này có thể sử dụng 5 hoặc 6 đường cácbon, vì vậy bạn không bị hạn chế. Bạn có thể sử dụng bỗng rượu, năng lượng sinh khối, hoặc bất cứ thứ gì có thể tạo thành đường và có thể lên men. Clostridium ăn cả hai loại kể trên, và đó là hành động tự nhiên của nó. Bạn không phải kích thích chúng như việc chúng ta phải làm trong 20 năm qua đối với men”. Etanol (Ảnh : hydrocarbons-technology.com) Vì dòng vi sinh vật đột biến tạo ra nồng độ butanol cao hơn, đó là cơ sở để Tetravitae BioSciences, một công ty địa phương đã cấp phép cho dòng vi sinh vật của Đại học Illinois và đang mở rộng để sử dụng loại vi sinh vật trên quy mô lớn. “Khi chúng tôi thực hiện nghiên cứu đầu tiên 10 năm trước và tạo ra dòng vi sinh vật đột biến, chúng tôi đã không thực hiện một cách tỉ mỉ cẩn thận theo những phương pháp sinh học phân tử phức tạp. Chúng tôi đã thực hiện bằng vũ lực và đã thành công. Tuy nhiên, vấn đề đối với phương pháp này đó là bạn khong biết biến đổi gen này tạo ra năng suất tốt hơn”. Nghiên cứu mới nhất của Blaschek về Clostridium đã tập trung vào mức độ gen. Ông cho biết: “Năm 2004 chúng tôi đã đề nghị Khoa năng lượng tạo chuỗi dòng bố mẹ. Sau khi có được thông tin chuỗi, chúng tôi có thể thực hiện đánh giá giữa hai dòng – một dòng tạo ra nhiều butanol và dòng bố mẹ - để tìm hiểu biến đổi gen này chịu trách nhiệm cho thuộc tính này”. Trong phòng thí nghiệm, hai dòng này được lên men riêng biệt. Những mẫu vật được lấy trong quá trình lên men. RNA được cô lập và công nghệ vi mô mới được sử dụng để nhận biết lượng RNA có mặt tại một thời điểm nhất định trong quá trình lên men. Càng có nhiều RNA thì càng có nhiểu protein. Quá trình này được thực hiện đối với 500 gen khác nhau. Blaschek phát hiện rằng lượng RNA được tạo ra đối với một số enzim tham gia vào quá trình hình thành enzim ở dòng đột biến nhiều hơn so với loại gốc. Cũng có sự khác biệt về khả năng tạo ra bào tử của dòng đột biến. Sinh vật này không tạo ra butanol cho đến giai đoạn sau trong quá trình lên men. Chính vì vậy nếu bạn có thể năng sinh vật này đi đến trong thái sinh lý tiếp theo, chính là sự hình thành bào tử, bạn có thể khiến nó tạo ra ít hoặc nhiều butanol hơn. Blaschek kết luận: “Bước tiếp theo đó là sử dụng kiến thức thu được và tạo ra dòng thế hệ tiếp theo mà không sử dụng phương pháp ép buộc, mà thực sự tìm hiểu kỹ và cụ thể để tạo ra những biến đổi gen theo cách có mục tiêu cụ thể. Bạn có thể lấy dòng gốc và làm đột biến gen để đạt được thuộc tính mong muốn. Bây giờ chúng tôi đã có thông tin chuỗi, chúng tôi biết những gen đó nằm ở đâu”. . quan tâm là sử dụng các loại vi sinh vật cố định nitơ từ không khí. Trong môi trường đất, vi sinh vật tham gia chuyển hóa các chất hữu cơ, cố định nitơ làm. năng cộng sinh cao với vi khuẩn cố định đạm Rhizobium và nấm mycorrhizae. Công vi c tuyển chọn vi khuẩn cộng sinh Rhizobium cố định đạm cao ứng dụng cho