Khóa luận tốt nghiệp Đại học: Phân lập, tuyển chọn vi nấm phân hủy xenlulo dưới tán rừng Thông tại Đại Lải Vĩnh Phúc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của Khoá luận nhằm phân lập, tuyển chọn được một số chủng vi nấm có khả năng phân giải xenlulo dưới tán rừng Thông. Khảo sát một số đặc tính sinh học để phục vụ nuôi cấy vi nấm có hiệu lực cao tạo ra các chế phẩm sinh học phân hủy nhanh xenlulo dưới rừng thông. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Đại học: Phân lập, tuyển chọn vi nấm phân hủy xenlulo dưới tán rừng Thông tại Đại Lải Vĩnh Phúc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -------------------- SẦM VĂN ĐÔNG PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN VI NẤM PHÂN HỦY XENLULO DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG TẠI ĐẠI LẢI, VĨNH PHÚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên nghành : Quản lý tài nguyên rừng Khoa : Lâm nghiệp Khóa học : 2015 - 2019 Thái Nguyên, năm 2019
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -------------------- SẦM VĂN ĐÔNG PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN VI NẤM PHÂN HỦY XENLULO DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG TẠI ĐẠI LẢI, VĨNH PHÚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên nghành : Quản lý tài nguyên rừng Lớp : K46 - QLTNR Khoa : Lâm nghiệp Khóa học : 2015 - 2019 Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Văn Định ThS. Phạm Thu Hà Thái Nguyên, năm 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi, những số liệu và kết quả trong khóa luận tốt nghiệp này là hoàn toàn trung thực, chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc. Thái nguyên, tháng 5 năm 2019 Xác nhận của GVHD Người viết cam đoan Đồng ý cho bảo vệ kết quả trước hội đồng khoa học Sầm Văn Đông
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Lâm nghiệp, cảm ơn các thầy cô giáo đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Tôi đặc biệt xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, sự quan tâm sâu sắc của thầy giáo TS. Vũ Văn Định, cô giáo ThS. Phạm Thu Hà đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập để tôi hoàn thành khóa luận tố t nghiệp này. Cuối cùng tôi xin bày tỏ sự biết ơn tới gia đình, bạn bè và những người thân đã quan tâm giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực tập. Trong quá trình nghiên cứu do có những chủ quan và khách quan nên khóa luận không tránh khỏi những thiếu xót và hạn chế. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các sinh viên để tôi hoàn thành khóa luận được tốt hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 5 năm 2019 Sinh viên Sầm Văn Đông
iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Một số VSV sản xuất cellulase ......................................................... 9 Bảng 4.1. Kết quả điều tra tầng cây cao rừng Thông khu vực Đại Lải, Vĩnh Phúc............................................................................................... 27 Bảng 4.2.Thành phần lớp cây bụi, thảm tươi khu vực Đại Lải Vĩnh Phúc .... 28 Bảng 4.3. Thành phần và khối lượng vật liệu cháy dưới rừng Thông ở Đại Lải, Vĩnh Phúc .............................................................................. 29 Bảng 4.4: Các mẫu đất được thu thập tại các OTC ở Đại Lải ........................ 30 Bảng 4.5: Số chủng nấm phân lập được từ các mẫu đất ................................. 31 Bảng 4.6. Đặc điểm hình thái một số chủng Vi nấm phân lập được .............. 33 Bảng 4.7: Mức độ phân giải xenlulo của các chủng nấm ............................... 34 Bảng 4.8. Kết quả độ giảm khối lượng VLC .................................................. 37
iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Cơ chế tác dụng của xenlulo tới cellulose. ....................................... 6 Hình 3.1: Tủ đổ môi trường ............................................................................ 23 Hình 3.2: Kính hiển vi và Tủ định ôn ............................................................. 26 Hình 4.1. Vật liệu cháy trong rừng Thông tại Đại Lải .................................... 29 Hình 4.2: Một số chủng vi nấm phân lập được tại khu vực nghiên cứu ......... 32 Hình 4.3: Tỷ lệ các Vi nấm phân giải môi trường CMC. ............................... 35 Hình 4.4: Khả năng phân giải môi trường CMC của các chủng Vi nấm ........ 36 Hình 4.5: Một số chủng Nấm phân giải mạnh CMC ..................................... 36 Hình 4.6: Khả năng phân giải môi trường CMC của 1 số chủng Vi nấm. ..... 37 Hình 4.7: Chủng Vi nấm SSN 9 ...................................................................... 38 Hình 4.8: Chủng Vi nấm HN18 ...................................................................... 38
v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iv MỤC LỤC ......................................................................................................... v PHẦN I. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................... 2 1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 3 1.3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 3 1.3.2. Ý nghĩa trong học tập, thực tiễn .............................................................. 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU....................................................... 4 2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................... 4 2.1.1. Tổng quan về Emzym celluase ............................................................... 4 2.1.2.Khả năng phân hủy các chất tự nhiên của vi sinh vật. ............................. 8 2.1.3. Nấm phân giải xenlulo ............................................................................ 9 2.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................ 13 2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về vi sinh vật phân giải xenlulo .... 13 2.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam về vi sinh vật phân giải xenlulo ..................... 15 2.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ........................................................... 18 PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 19 3.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu .......................................... 19 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 19 3.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................... 19 3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 19 3.2.1. Điều tra một số đặc điểm cấu trúc rừng Thông nơi tiến hành thu mẫu 19 3.2.2. Phân lập các chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo. ................. 19 3.2.3. Tuyển chọn các chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo. ............ 19
vi 3.2.4. Mô tả đặc điểm một số chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo cao 20 3.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 20 3.3.1. Điều tra một số đặc điểm cấu trúc rừng Thông nơi tiến hành thu mẫu 20 3.3.2 Phân lập các chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo ................... 20 3.3.3. Tuyển chọn các chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo ............. 23 PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 27 4.1. Điều tra một số đặc điểm cấu trúc rừng Thông nơi tiến hành thu mẫu ... 27 4.1.1. Kết quả điều tra tầng cây cao ................................................................ 27 4.1.2. Kết quả nghiên cứu độ che phủ của tầng cây bụi, thảm tươi dưới tán rừng Thông tại khu vựcnghiên cứu. ................................................................ 27 4.1.3. Thành phần vật liệu cháy dưới tán rừng Thông ở khu vực ................... 28 4.2. Phân lập các chủng vi nấm từ mẫu đất ..................................................... 30 4.2.1. Kết quảthu thập mẫu ............................................................................. 30 4.2.2 Phân lập chủng nấm từ các mẫu đất thu được ....................................... 31 4.3. Kết quả tuyển chọn chủng vi nấm có khả năng phân giải xenlulo .......... 34 4.3.1 Kết quả xác định hoạt tính phân giải xenlulo của các chủng nấm ......... 34 4.3.2. Kết quả thí nghiệm đối với vật liệu cháy .............................................. 37 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 39 5.1 Kết luận ..................................................................................................... 39 5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 41 PHỤ LỤC
1 PHẦN I MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, hiện tượng sa mạc hóa và cháy rừng ngày càng tăng rõ rệt. Một trong những nguyên nhân cháy rừng đó là do biến đổi khí hậu như rét đậm, rét hại làm gia tăng nhanh cành khô, lá rụng nằm trên mặt đất dưới tán rừng lớn, mặt khácdo khô hạn kéo dài dẫn đến gia tăng nhanh vật liệu cháy. Sử dụng vi sinh vật phân giải xenlulo có sẵn trong đất có khả năng phân giải cành khô lá rụng trên mặt đất dưới tán rừng, làm giảm nguy cơ cháy rừng và tăng độ phì cho đất.Vi sinh vật phân giải xenlulo có nhiều loại khác nhau như vi khuẩn, xạ khuẩn, các loại nấm lớn và vi nấm. Trên trái đất đa phần các vi nấm đều không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, chúng sống phần lớn ở trong đất, chất mùn xác sinh vật chết, cộng sinh hoặc ký sinh trên cơ thể động thực vật và nấm khác. Vi nấm đóng một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái, chúng phân hủy các chất hữu cơ và trong chu trình chuyển hóa, trao đổi vật chất. Nấm, vi nấm được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất, nhiều loài vi nấm phân hủy xenlulo mạnh như: Aspergilluschaetomium, Aspergillusfumigatus, Aspergillusflavus, Curvularia, Fusarium, Memoniella, Phomo, Thielavia và Trichoderma… chúng có tác dụng phân giải các chất hữu cơ dưới lớp thảm mục làm tăng các chất hữu cơ, mùn khoáng trong đất có tác động tích cực đến thảm thực vật rừng. Ngoài ra một số loài nấm có khả năng hạn chế một số loại bệnh trên cây trồng, kích thích sinh trưởng cho cây tiêu biểu Trichoderma reesei, Trichoderma viride. Nấm và vi khuẩn là những sinh vật phân hủy chính có vai trọng đối với hệ sinh thái cạn trên toàn thế giới. Dựa theo tỉ lệ giữa số nấm và số loài thực vật ở trong cùng một môi trường người ta ước tính giới Nấm có khoảng 1,5 triệu loài. Khoảng 100.000 đã được nhà khoa học phát hiện và
2 miêu tả, tuy nhiên kích cỡ thực sự của tính đa dạng của giới nấm vẫn còn nhiều bí ẩn. Mỗi chất hữu cơ đều bị một nhóm vi sinh vật tương ứng phân huỷ một phần hay toàn bộ, các sản phẩm phân huỷ này lại được các loài khác phân huỷ tiếp, cứ như thế đến tận các chất vô cơ. Như vậy, vật chất luôn luôn được tuần hoàn bởi hai loại quá trình đối lập nhau: sự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ, và phân huỷ chất hữu cơ thành chất vô cơ. Các quá trình phân huỷ này chủ yếu do vi sinh vật thực hiện (nấm chiếm 50%) ở bất kỳ đâu có sự hiện diện của chúng: trong đất, trong nước, trong cơ thể các sinh vật khác. Có rất nhiều loại vi nấm khác nhau, mức độ và khả năng phân hủy xenlulo cũng khác nhau, mỗi loại vi nấm đều có lợi ích và tác hại riêng của mình, vi nấm rất phong phú nên việc nghiên cứu các loại vi nấm này là rất quan trọng, việc tìm ra các vi nấm này sẽ giúp quá trình phân hủy xenlulo trong tự nhiên diễn ra nhanh hơn góp phần phân hủy các chất thảm mục, tạo chất dinh dưỡng cho cây rừng cũng như làm giảm thiểu một phần khả năng cháy rừng. Để nhận biết, phân lập và tuyển chọn được các loại vi nấm phân hủy xenlulo cao dưới tán rừng thông nhằm phục vụ công tác nghiên cứu phát triển những lợi ích của các loại vi nấm này tôi thực hiện đề tài: “Phân lập, tuyển chọn vi nấm phân hủy xenlulo dưới tán rừng Thông tại Đại Lải Vĩnh Phúc”. Trên cơ sở phân tích các mẫu, số liệu thu được tiến hành nhận biết và tuyển chọn được một số chủng vi nấm có khả năng phân hủy xenlulo dưới tán rừng Thông. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu - Phân lập, tuyển chọn được một số chủng vi nấm có khả năng phân giải xenlulo dưới tán rừng Thông.
3 - Khảo sát một số đặc tính sinh học để phục vụ nuôi cấy vi nấm có hiệu lực cao tạo ra các chế phẩm sinh học phân hủy nhanh xenlulo dưới rừng thông 1.3. Ý nghĩa của đề tài 1.3.1. Ý nghĩa khoa học - Là cơ sở khoa học để tạo chế phẩm sinh học từ một số chủng vi nấm nhằm phân hủy nhanh xenlulo dưới tán rừng Thông. 1.3.2. Ý nghĩa trong học tập, thực tiễn - Góp phần xây dựng cơ sở khoa học tạo ra các chế phẩm sinh học từ các chủng vi sinh vật phân hủy nhanh xenlulo làm giảm nguy cơ cháy rừng cho các diện tích rừng thông ở Đại Lải nói riêng và Việt Nam nói chung. - Giúp sinh viên làm quen với công tác nghiên cứu khoa học và tăng các kỹ năng thực hành trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. - Giúp chúng ta hiểu thêm được tầm quan trọng của vi nấm nói riêng cũng như vi sinh vật nói chung. - Trang bị cho sinh viên những kiến thức thực tế, những kinh nghiệm và ý thức làm việc trước khi ra trường, là cơ sở để sinh viên thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp.
4 PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở khoa học Vi nấm phân giải xenlulo để sản xuất chế phẩm ứng dụng có hiệu quả cao đối với một số loại cây trồng trong lĩnh vực nông lâm nghiệp, giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, hiệu quả về mặt kinh tế và bảo vệ được môi trường sinh thái và tăng hàm lượng dinh dưỡng (N, P, K). Sử dụng chế phẩm sinh học phân hủy Xenlulo, giúp quá trình phân giải xenlulo diễn ra nhanh hơn. Do vậy đề tài thực hiệnrất cần thiết có ý nghĩa cả về lý luận và thực tiễn. 2.1.1. Tổng quan về Emzym celluase Xenlulo là hợp chất cao phân tử được trùng hợp (polyme hóa) từ các gốc β-Dglucose bằng cầu nối β-1,4-glycosid nhờ vào khả năng tự dưỡng dưới ánh sáng của thực vật. Vì vậy, xenlulo là hợp chất phổ biến nhất trong tự nhiên. Xenlulo có cấu trúc mạch thẳng dạng sợi rất bền, khó bị phân hủy. Xenlulo là chất hữu cơ khó phân hủy. Người và hầu hết động vật không có khả năng phân hủy cellulose. Do đó, khi thực vật chết hoặc con người thải các sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc thực vật đã để lại trong môi trường lượng lớn rác thải hữu cơ. Tuy nhiên nhiều chủng vi sinh vật bao gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn có khả năng phân hủy xenlulo thành các sản phẩm dễ phân hủy nhờ enzyme cellulase (Trịnh Đình khả và cộng sự, 2007) [ 9] Cellulase là phức hệ enzyme thủy phân xenlulo tạo thành các phân tử đường β-glucose. Theo nghiên cứu của một số tác giả, xenlulo bị phân hủy dưới tác dụng hiệp đồng của phức hệ cellulase bao gồm ba enzyme là Exo-β- (1,4)-glucanase hay enzyme C1, Endo-β-glucanase hay endocellulase còn gọi là enzyme CMC–ase hay Cx và β-(1,4)-glucosidase hay cellobioase: Exo-1,4-gluconase giải phóng cellobiose hoặc glucose từ đầu không khử của cellulose, tác dụng yếu lên CMC nhưng tác dụng mạnh lên xenlulo và
5 định hình hoặc xenlulo đã bị phân giải một phần. Tác dụng lên xenlulo kết tinh không rõ ràng nhưng khi có một endoglucanase thì có tác dụng hiệp đồng rõ rệt, enzyme tác dụng mạnh lên cellodextrin. Enzyme này hoạt động mạnh ở vùng vô định hình nhưng lại hoạt động yếu ở vùng kết tinh của cellulose. β-1,4-glucosidase thủy phân cellobiose và các cellodextrin khác hòa tan trong nước sinh ra, chúng có hoạt tính cao trên cellobiase, còn cellodextrin thì hoạt tinh thấp và giảm khi chiều dài của chuỗi tăng lên. 2.1.1.1 Phân loại cellulase Cellulase là phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân xenlulo thông qua việc thủy phân liên kết β-1,4-glycoside tạo thành các phân tử đường β- glucose. Dựa vào đặc điểm của cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulase được chia thành ba loại: - 1,4-  -D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) - 1,4-  -D-glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) -  -D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) Các enzyme này được tìm thấy trong vi khuẩn sống trong dạ dày cỏ bò và mối và trong một số nấm như Trichoderma, Aspergillus… Endo-1,4-glucanase (hay CMC-ase, Cx, EC 3.2.1.4) thủy phân liên kết ß- 1,4-glucoside và tác động vào chuỗi xenlulo một cách tùy tiện, sản phẩm của quá trình thủy phân là cellobiose và glucose. Do thủy phân CMC hoặc xenlulo theo kiểu tùy tiện nên endo-1,4-glucanase làm giảm nhanh chiều dài chuỗi xenlulo và tăng chậm các nhóm khử, enzyme tác dụng mạnh lên cellodextrin. Enzyme này hoạt động mạnh ở vùng vô định hình nhưng lại hoạt động yếu ở vùng kết tinh của cellulose. Exo-1,4-gluconase (hay cellobiohydrolase, C1 EC 3.2.1.91) giải phóng cellobiose hoặc glucose từ đầu không khử của cellulose, tác dụng yếu lên CMC nhưng tác dụng mạnh lên xenlulo vô định hình hoặc xenlulo đã bị phân
6 giải một phần. Tác dụng lên xenlulo kết tinh không rõ nhưng khi có mặt endoglucanase thì có tác dụng hiệp đồng rõ rệt. ß-1,4-glucosidase (hay cellobiase, EC 3.2.1.21) thủy phân cellobiose và các cellodextrin khác hòa tan trong nước sinh ra, chúng có hoạt tính cao trên cellobiase, còn cellodextrin thì hoạt tính thấp và giảm khi chiều dài của chuỗi tăng lên. Chức năng của ß-glucosidase có lẽ là điều chỉnh sự tích lũy các chất cảm ứng của cellulase. 2.1.1.2. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase Cellulase là một hệ enzyme phức tạp xúc tác sự thủy phân xenlulo thành cellobiose và cuối cùng thành glucose. Sự phân giải xenlulo dưới tác dụng của hệ enzyme cellulase xảy ra theo 3 giai đoạn chủ yếu sau: Trong giai đoạn thứ nhất, dưới tác dụng của tác nhân C 1, xenlulo bị thủy phân thành xenlulo hòa tan. Trong giai đoạn thứ hai, xenlulo hòa tan sẽ bị thủy phân dưới tác dụng xúc tác của hệ enzyme C x tạo thành đường cellobiose. Ở giai đoạn cuối cùng, dưới tác dụng của enzyme ß-1,4-glucosidase (hay cellobiase, EC 3.2.1.21), cellobiose bị thủy phân thành glucose. Hình 2.1. Cơ chế tác dụng của xenlulo tới cellulose.
7 Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase trong điều kiện tự nhiên thường bị ảnh hưởng bởi tác động nhiều mặt của các yếu tố ngoại cảnh nên có loài phát triển rất mạnh, có loài phát triển yếu. Chính vì thế, việc phân hủy xenlulo trong tự nhiên được tiến hành không đồng bộ, xảy ra rất chậm. 2.1.1.3. Ứng dụng của emzym cellulose Hiện nay, enzyme cellulase được ứng dụng mạnh mẽ trong các ngành công nghiệp khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất bia rượu, công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, công nghiệp dệt, sản xuất bột giặt, sản xuất giấy, trong nông nghiệp ... Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme trong khâu nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy có vai trò rất quan trọng. Nguyên liệu ban đầu chứa hàm lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá trình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặp nhiều khó khăn. Trong công nghiệp xử lý rác thải và sản xuất chế phẩm vi sinh. Rác thải là nguồn chính gây nên ô nhiễm môi trường dẫn tới mất cân bằng sinh thái và phá hủy môi trường sống, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống con người. Thành phần hữu cơ chính trong rác thải là cellulose, nên việc sử dụng công nghệ vi sinh trong xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả. Enzyme này có khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểu lignoxenlulo và xenlulo trong rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các các sản phẩm giàu năng lượng khác. Trong công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trình nghiền cơ học. Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗn hợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chất vào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin. Trong công nghệ tái chế giấy, các loại giấy thải cần được tẩy mực trước khi sản xuất các loại giấy in, giấy viết. Endoglucanase và
8 hemicellulase đã được dùng để tẩy trắng mực in trên giấy. Enzyme cellulase được bổ sung vào nhiều giai đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất giấy. Trong công nghiệp dệt, người ta sử dụng enzyme cellulase để giữ màu vải sáng, bền và không bị sờn cũ. Đối với vải jean, cellulase được dùng để làm mềm vải jean và tạo ra các vệt “stone washed”. Trước đây các vệt “stone washed” được làm thủ công bằng cách dùng đá bọt chà lên vải jean, làm mất lớp kiềm trên bề mặt vải và tạo ra những sợi chỉ trắng. Hiện nay người ta sử dụng enzyme cellulase trong giai đoạn giặt vải jean thay cho việc sử dụng đá bọt. Enzyme cellulase chỉ phân hủy theo các vết kiềm trên vải jean đã nhuộm màu để tạo ra các vệt “stone washed”. Các vệt “stone washed” được tạo ra bằng phương pháp này bền hơn bằng cách dùng đá bọt. Ngoài ra, người ta có thể tăng độ đậm nhạt của các vệt này bằng cách tăng hay giảm hàm lượng cellulase sử dụng trong giai đoạn giặt. Ngoài việc bổ sung trực tiếp vi sinh vật vào bể ủ để xử lý rác thải thì việc tạo ra các chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật sinh ra cellulase đã được nghiên cứu và sản xuất. 2.1.2.Khả năng phân hủy các chất tự nhiên của vi sinh vật. Các chất hữu cơ sơ cấp - do thực vật tổng hợp từ CO2 liên tục hàng triệu năm nay, và các chất hữu cơ thứ cấp bắt nguồn từ đó, luôn luôn được phân huỷ song song và gần như cân bằng với sự tạo ra chúng, nên không bị tích tụ trên trái đất. Chỉ một phần nhỏ của sinh khối thực vật còn được giữ lại dưới dạng các hợp chất cacbon có tính khử mạnh như dầu mỏ, khí mỏ và than đá, trong điều kiện kị khí. Còn trong điều kiện có không khí thì mọi chất được các cơ thể sống tổng hợp nên đều có khả năng bị phân huỷ nhờ vi sinh vật. Mỗi chất hữu cơ đều bị một nhóm vi sinh vật tương ứng phân huỷ một phần hay toàn bộ, các sản phẩm phân huỷ này lại được các loài khác phân huỷ tiếp, cứ như thế đến tận các chất vô cơ. Như vậy vật chất luôn luôn được tuần hoàn bởi hai loại quá trình đối lập nhau: sự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ, và phân huỷ chất hữu cơ thành chất vô cơ. Các quá trình phân huỷ này chủ yếu do vi sinh vật thực hiện, ở bất kỳ đâu có sự hiện diện của chúng: trong đất, trong nước, trong cơ thể các sinh vật khác. Riêng trong đất, sự phân huỷ
9 chất hữu cơ rơi vào đó do nhiều nhóm vi sinh vật và nhiều động vật nhỏ tham gia, tạo thành các mạng lưới dinh dưỡng. Vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ tự nhiên để thu nhận vật chất (nguồn cacbon, nguồn nitơ…) và năng lượng, cho sinh trưởng của chúng. Trải qua quá trình tiến hoá nhiều tỷ năm, chúng đã hoàn thiện được nhiều con đường phân huỷ đối với nhiều loại chất khác nhau.Vi sinh vật phân giải xenlulo có khả năng phân giải cành khô lá rụng trên mặt đất dưới tán rừng, làm giảm nguy cơ cháy rừng, tăng độ phì cho đất. Kết quả là ngày nay, không có một chất tự nhiên hữu cơ nào không bị vi sinh vật phân huỷ tạo nên một chu trình tuần hoàn khép kín. 2.1.3. Nấm phân giải xenlulo Một số VSV đã được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều về khả năng phân giải xenlulo được thể hiện bảng 2.1 . Bảng 2.1. Một số VSV sản xuất cellulase Nấm sợi Xạ khuẩn Vi khuẩn Aspergillus niger Actinomyces aureus Preudomonas A.oryzae Act.cellulose Fluorescens A.terreus Act.diastaticus B.megaterium A.syndovii Act. roseus B.mensenteroides A. flavus Act.griseus Clostridium sp. Fusarium culmorum Act.melamocylas Acetobacter xylinum Fusarium oxysporum Act.coelicolor Vi khuẩn dạ cỏ Mucor pusilus Act.candidus Ruminoccus albus Pen. notatum Act.chromogenes Ruminobacter parum Penicillium spp Act. hygroscopicus Bacteroides Trichoderma lignorum Act.griseofulvin Amylophillus sp. Trichoderma reesei Act.ochroleucus Clos.butiricum Trichoderma viride Act.thermofulcus Clos.locheheadil Trichoderma konongi Act.xanthostrums Cellulosemonas Thermonospora curvata
10 Xenlulo là một polime hữu cơ phổ biến nhất, tương ứng khoảng 1,5x1012 tấn trên tổng số sinh khối thực vật được sản xuất ra hàng năm thông qua quang hợp đặc biệt đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới và chúng được coi là nguồn vật liệu vô tận cho các nghành sản xuất khác nhau như công nghiệp chế biến giấy,công nghiệp chế biến thực phẩm, nhiên liệu sinh học cũng như ứng dụng trong lĩnh vực Nông-Lâm nghiệp. Hệ VSV có khả năng phân hủy xenlulo bao gồm nấm,vi khuẩn và xạ khuẩn Giới Nấm (tên khoa học: Fungi) bao gồm những sinh vật nhân chuẩn dị dưỡng có thành tế bào bằng kitin (chitin). Phần lớn nấm phát triển dưới dạng các sợi đa bào được gọi là sợi nấm (hyphae) tạo nên hệ sợi (mycelium), một số nấm khác lại phát triển dưới dạng đơn bào. Quá trình sinh sản (hữu tính hoặc vô tính) của nấm thường qua bào tử, được tạo ra trên những cấu trúc đặc biệt hay quả thể.Một số loài lại mất khả năng tạo nên những cấu trúc sinh sản đặc biệt và nhân lên qua hình thức sinh sản sinh dưỡng. Vậy những loài nấm nào là Vi nấm (Microfungi)? Đó là tất cả các nấm không có mũ nấm (quả thể, fruit-body) có thể thấy rõ bằng mắt thường.Người ta gọi những nấm có mũ nấm là các nấm bậc cao. Tuy nhiên khi nuôi cấy sợi nấm của các nấm bậc cao để nghiên cứu hoặc để sản xuất sinh khối thì chúng cũng được coi như vi nấm và là đối tượng nghiên cứu của ngành vi sinh vật (giống như các loài vi nấm khác). Để nghiên cứu vi nấm bắt buộc phải quan sát dưới kính hiển vi và phải nuôi cấy trong các điều kiện vô khuẩn. Căn cứ vào hình thái người ta chia vi nấm thành hai nhóm khác nhau: nhóm Nấm men (Yeast) và nhóm Nấm sợi (Filamentous fungi). Chúng chỉ khác nhau về hình thái chứ không phải là những taxon phân loại riêng biệt.Nhiều nấm men cũng có dạng sợi và rất khó phân biệt với nấm sợi. Các loài nấm mốc có khả năng sinh nhiều xenlulo thuộc các giống Allernaria, Trichoderma, Myrothecium, Aspergillus, Penicillium...Chúng được tách ra từ đất xung quanh vùng rễ cây, từ các mẫu thực vật, từ than bùn
11 và các nguồn tự nhiên khác có quá trình phân hủy cellulose. Ngoài ra các chủng nấm lớn thuộc lớp Basidomycetes cũng được đánh giá có khả năng sinh xenlulo mạnh. Có rất nhiều loài nấm phân giải xenlulo mạnh trong đó nấm có hoạt tính phân giải xenlulo đáng chú ý Trichoderma bao gồm hầu hết các loại sống hoại sinh trong đất, những đại diện tiêu biểu Trichoderma reesei, Trichoderma viride chúng phân hủy tàn dư thực vật trong đất góp phần chuyển hóa lượng hữu cơ khổng lỗ thành các chất dễ tiêu có lợi cho thực vật và tạo lớp mùn cho đất. Một số loài nấm khác cũng có hoạt tính phân giải xenlulo khá cao là Aspergillus niger, A.oryzae, Fusarium solani, Penicillium pinophinum và Sclerotium rolfsii. Các loài nấm khác nhau thì khả năng phân giải xenlulo mạnh yếu khác nhau. Để cho quá trình phân hủy xenlulo diễn ra nhanh hơn người ta thường bổ sung thêm các chất dễ đồng hóa như glucoza, xenlobioza vào môi trường nuôi cấy có thể làm cho pH của môi trường giảm nhanh chóng và do đó hoạt tính xenlulaza của các chủng nấm Trichoderma giảm. Thường các loài nấm phân giải xenlulo ở độ ẩm cao và nhiệt độ: 20- 300C, pH trong khoảng 3,5-3,6. Các loài nấm ưa nhiệt sinh trưởng và phân giải nhanh nhưng có hoạt tính xenlulo trong dịch nuôi cấy lại thấp. Nấm không có khả năng ăn các chất dinh dưỡng nhưng lại tiết ra enzym vào môi trường xung quanh để phân hủy các phân tử phức tạp thành các chất hòa tan để nấm có thể hấp thu được. Nhiều nấm sống hoại sinh, có nghĩa là chúng dinh dưỡng trên phần còn lại của chất hữu cơ đã chết. Số khác là những sinh vật ký sinh và kiếm thức ăn trực tiếp từ các cơ thể sống trong các mô của vật chủ sống, nấm ký sinh tùy ý có khả năng sống hoại sinh và thường gây chất các vật chủ của chúng và gồm nhiều nấm bệnh quan trọng của thực vật.
12 Vi nấm đóng vai trò rất quan trọng trong hệ sinh thái, chúng phân hủy các vật chất hữu cơ và không thể thiếu được trong chu trình chuyển hóa và trao đổi vật chất. Một số loài nấm có thể nhận thấy được khi ở dạng quả thể như nấm lớn và nấm mốc. Nấm được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống lẫn sản xuất. Nhiều loài được sử dụng trong công nghệ thực phẩm, sử dụng làm thức ăn hoặc trong quá trình lên men. Nấm còn được dùng để sản xuất chất kháng sinh, hoóc môn trong y học và nhiều loại enzym.Tuy vậy, nhiều loại nấm lại có chứa các chất hoạt động sinh học được gọi là mycotoxin, như ancaloit và polyketit-là những chất độc đối với động vật lẫn con người. Một số loại nấm được sử dụng để kích thích hoặc dùng trong các nghi lễ truyền thống với vai trò tác động lên trí tuệ và hành vi của con người. Vài loại nấm có thể gây ra các chứng bệnh cho con người và động vật, cũng như bệnh dịch cho cây trồng, mùa màng và có thể gây tác động lớn lên an ninh lương thực và kinh tế. Tất cả những sinh vật nhỏ như vi nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn tạo thành thế giới vi sinh vật vô cùng phong phú, chúng phân bố ở khắp mọi nơi trên hành tinh chúng ta. Chúng tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên, làm cho sự cân bằng vật chất được ổn định và từ đó bảo vệ sự cân bằng sinh thái. Người ta có thể sử dụng nhiều nhóm vi sinh vật vào mục đích bảo vệ môi trường. Ví dụ như nhóm vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ trong rác thải, nhóm vi sinh vật phân huỷ các chất độc hại thành chất không độc. Trong công nghệ xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học có sử dụng rất nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Vi sinh vật còn được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất như chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật sinh học ... nhằm mục đích thay thế các chất hoá học độc hại với môi trường. Sự phân bố rộng rãi của vi sinh vật trong các môi trường tự nhiên đóng vai trò quyết định vào khả năng tự làm sạch môi trường đó, cùng với những yếu tố lý học, hoá học và sinh học khác. Vi