III. Sơ lược về xenluloza và sự phân giải xenluloza:
6. Vi sinh vật phân giải xenluloza:
6.1. Xạ khuẩn:
Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn đặc biệt, xạ khuẩn có vai trò lớn lao trong quá trình hình thành đất và tạo độ phì nhiêu cho đất. Chúng đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau trong việc làm màu mỡ thêm cho đất. Xạ khuẩn có khả năng chuyển hóa và phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp như chất mùn, kitin, lignin và đặc biệt là có khả năng phân hủy rất tốt xenluloza, đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên và không gây độc như nấm. Tế bào đặc trưng bởi sự phân nhánh, đa số sống trong đất và là vi khuẩn gram dương, hiếu khí. Dựa vào đặc điểm về nhiệt độ sinh trưởng, người ta chia xạ khuẩn thành hai dạng:
- Xạ khuẩn ưa ấm: phát triển tốt ở nhiệt độ 25 – 30oC - Xạ khuẩn ưa nhiệt: phát triển tốt ở nhiệt độ 50 – 70oC
Xạ khuẩn có mặt quanh năm trong tất cả các loại đất. Số lượng vi khuẩn phụ thuộc vào loại đất và tính chất của đất, xenlulaza của xạ khuẩn là sản phẩm ngoại bào.
Xạ khuẩn thường sinh sản bằng cách đứt đoạn hay phân chia tế bào bình thường. Bào tử của xạ khuẩn thường có hình cầu hay hình bầu dục chứa axit dipicolinic, canxi và một ít magie là chất quyết định tính kháng nhiệt của chúng. Khuẩn lạc của xạ khuẩn trên môi trường thạch có nhiều dạng khác nhau: khuẩn lạc hình tròn, bề mặt trơn bóng, xù xì, nhăn nheo, lổn nhổn, phẳng, có màng nhẵn. Các xạ khuẩn khác nhau có nhu cầu khác nhau về dinh dưỡng. Nhiều nhóm đòi hỏi dinh dưỡng cao như nuôi Thermoactinomyces vugaris trên môi trường gồm dung dịch đệm photphat, muối vô cơ, tinh bột tan và 18 axitamin, vitamin. Các môi trường có dịch chiết nấm men, pepton, dịch thủy phân cazein thường thuận lợi cho sinh trưởng. Việc hình thành cuống bào tử diễn ra mạnh hơn khi thêm các nguyên tố vi lượng.
Phần lớn xạ khuẩn cần môi trường có phản ứng trung tính hoặc hơi kiềm, Tuy nhiên trong các loại đất chua người ta tìm thấy các xạ khuẩn ưa axit, chúng sinh trưởng tốt nhất ở pH 5.5 – 6 và không phát triển được ở pH khoảng 7.5.
Cũng có loài xạ khuẩn ưa kiềm. Chủng có hoạt tính mạnh và thường được sử dụng trong phân hủy các hợp chất xenluloza là xạ khuẩn thuộc giống
Actinomyces (Streptomyces).
6.2. Vi khuẩn:
Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật lớn và cũng là nhóm được nghiên cứu nhiều. Từ thế kỉ XIX, các nhà khoa học đã nghiên cứu và nhận thấy một số vi sinh vật kị khí có khả năng phân giải xenluloza. Trong những năm đầu thế kỉ XX, người ta đã phân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này. Trong các vi khuẩn hiếu khí phân giải xenluloza, niêm vi khuẩn là quan trọng nhất. Chúng thường có dạng hình que, nhỏ, hơi uốn cong, thành tế bào nhỏ, bắt màu thuốc nhuộm kém, chủ yếu ở các giống Cytophaga, Sporocytophaga, Sorangium,
Cellvibrio. Ngoài vi sinh vật hiếu khí còn có vi sinh vật kị khí cũng tham gia tích
cực vào quá trình chuyển hóa xenluloza như C.thermocilum, vi khuẩn ưa ấm
C.omelianskii, nhóm vi sinh vật sống trong dạ cỏ của trâu, bò và các động vật
nhai lại khác. Đó là Ruminococcus, flavefaciens,R.albus, Butyrivibro,
fibrisolvens, Bacteroides succinoges, các loại vi khuẩn ưa ẩm hoặc ưa nhiệt thuộc
giống Clostridium, Baccillus…
Ngoài ra còn có Cellulomonas, Baccillus hoặc Acetobacter xylium cũng có khả năng phân hủy xenluloza rất mạnh. Jeis và cộng sự đã phân lập được trong đống ủ các loại vi khuẩn phân giải xenluloza là: Acteromobacter, Clostridium,
Cellulomonas, Cytophaga, Cellvibrio, Baccillus, Pseudomonas, Sorangium, Sporocytophaga …
6.3. Nấm:
Nấm sợi có khả năng phân giải xenluloza mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi trường lượng enzym ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn. Vi khuẩn thường tiết vào môi trường phức hệ xenlulaza không hoàn chỉnh chỉ thủy phân được cơ chất đã cải tiến như giấy lọc, CMC, còn nấm tiết vào hệ thống xenlulaza hoàn
Tricoderma reese, T.virie, Fusarium solani, Penicilium pinophinum, Phanorochate chryosporium, Sporotrichum pulverulentum, Sclerotium rolfsii …
Các nấm ưa nhiệt cũng được chú ý vì chúng có thể tổng hợp các enzym bền nhiệt hơn, chúng sinh trưởng và phân giải nhanh xenluloza nhưng hoạt tính xenlulaza của dịch lọc lại thấp. Nấm có khả năng sinh trưởng và sản xuất xenlulaza cực đại ở phạm vi pH 3.5 – 6.6.
Nguồn cacbon và nitơ có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự tạo thành xenlulaza. Nguồn cacbon thích hợp cho Aspergilus fumigatus là giấy lọc hay rơm nghiền,
T.viride là hỗn hợp cám và củ cải đường … Nitrat là nguồn nitơ thích hợp để
tổng hợp xenlulaza ở nhiều loại nấm như Fusarium, Aspergilus, Tricoderma … còn muối amoni thường ức chế sự tạo thành xenlulaza ở T.ignorum … Nguồn nitơ cũng có ảnh hưởng không giống nhau tới việc sinh xenlulaza ở nấm, pepton gây kích thích tạo thành xenlulaza ở Penecillium oxalicum, T.reese … nhưng lại ức chế việc tạo thành xenlulaza ở Myrothecium, Aspergilus, Chaetomium …
Thường gặp các loại nấm phân giải xenluloza trong đống ủ là: Alternaria,
Aspergilus, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Fusarium, Myrothecium, Penicillium, Tricoderma …
Phần III