Khoá luận tốt nghiệp: Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của khoá luận "Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương" nhằm xác định được khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn ở điều kiện ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp: Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH : SƯ PHẠM SINH HỌC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH ENZYME CELULASE CỦA NẤM TRICHODERMA PHÂN LẬP TỪ ĐẤT VƯỜN TẠI BÌNH DƯƠNG CAO TRƯƠNG ÁI NỮ Bình Dương, tháng 5, năm 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NIÊN KHÓA 2011 – 2014 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH ENZYME CELULASE CỦA NẤM TRICHODERMA PHÂN LẬP TỪ ĐẤT VƯỜN TẠI BÌNH DƯƠNG Ngành: SINH HỌC Chuyên ngành: SƯ PHẠM SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN ANH DŨNG Sinh viên thực hiện: CAO TRƯƠNG ÁI NỮ MSSV: 111C840051 Lớp: C11SH02 Bình Dương, tháng 5, năm 2014
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả trong khóa luận này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Sinh viên Cao Trương Ái Nữ
LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Nguyễn Anh Dũng – Người đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt cho em nhiều kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Sinh khoa Khoa Học Tự Nhiên và các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt khóa luận này. Cảm ơn các bạn cùng khóa đã đóng góp nhiều ý kiến, động viên trong suốt thời gian qua. Con xin chân thành kính tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã động viên, an ủi và là chỗ dựa tinh thần cũng như vật chất tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành khóa luận. Sinh viên Cao Trương Ái Nữ
LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ v NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.....................................................vi NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN.......................................................vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1 2. Mục tiêu đề tài ......................................................................................................... 1 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 1 4. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài .............................................. 2 4.1. Việt Nam .............................................................................................................. 2 4.2. Thế giới ................................................................................................................ 3 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................ 4 1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của tỉnh Bình Dương ........................................ 4 1.1.1. Vị trí địa lý......................................................................................................... 4 1.1.2. Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 4 1.2. Cellulose và enzyme cellulase ............................................................................... 5 1.2.1. Cellulose ............................................................................................................ 5 1.2.2. Enzyme cellulase ............................................................................................... 7 1.3. Nấm Trichoderma và enzyme cellulase từ nấm Trichoderma .............................. 10 1.3.1. Nấm Trichoderma ............................................................................................ 10 1.3.2. Enzyme cellulase từ nấm Trichoderma ............................................................ 13 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 17 2.1. Vật liệu ............................................................................................................... 17 2.2. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 19 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu từ thực địa ..................................................................... 19 i
2.2.2. Phương pháp vi sinh......................................................................................... 19 2.2.3. Phương pháp hóa sinh. ..................................................................................... 21 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu. ............................................................................... 23 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ................................................................. 24 3.1. Phân lập, tuyển chọn các chủng nấm Trichoderma có khả năng sinh enzyme cellulase từ đất vườn ở Bình Dương........................................................................... 24 3.1.1. Phân lập các chủng nấm Trichoderma từ đất vườn ở Bình Dương .................... 24 3.1.2. Tuyển chọn các chủng nấm Trichoderma spp. có khả năng sinh enzyme cellulase. .................................................................................................................... 27 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3. ............................................................................................................................ 28 3.2.1. Khảo sát thời gian nuôi cấy thích hợp cho khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 .................................................................................................................. 28 3.2.2. Sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 .................................................................................................................. 30 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................... 35 1. Kết luận ................................................................................................................. 35 2. Khuyến nghị .......................................................................................................... 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 36 PHỤ LỤC ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 3.1. Thống kê kết quả phân lập nấm Trichoderma spp...................................... 24 Bảng 3.2. Một số đặc điểm hình thái của các chủng Trichoderma spp. phân lập từ đất vườn ở tỉnh Bình Dương .................................................................................. 25 Bảng 3.3. Khả năng sinh enzyme cellulase của 5 chủng Trichoderma spp. trên MT4 .......................................................................................................................... 27 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 ............................................................................................. 29 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của độ ẩm lên khả năng sinh enzyme cellulase củachủng Tr3 ............................................................................................................................. 30 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH lên khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 ............................................................................................................................. 32 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 .................................................................................................................. 33 iii
DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của cellulose ..................................................................... 6 Hình 1.2: Liên kết hydro trong phân tử cellulose ......................................................... 6 Hình 1.3. Cơ chế tác động của enzyme cellulase theo Erikson .................................... 8 Hình 3.1. Biểu đồ khả năng sinh enzyme cellulase của 5 chủng Trichoderma spp. .... 28 Hình 3.2. Biểu đồ so sánh khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 tại các thời điểm khảo sát. ..................................................................................................... 29 Hình 3.3. Biểu đồ so sánh khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 tại các độ ẩm khác nhau của môi trường nuôi cấy ................................................................. 31 Hình 3.4. Biểu đồ so sánh khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 tại các pH khác nhau của môi trường nuôi cấy ...................................................................... 32 Hình 3.5. Biểu đồ so sánh khả năng sinh enzyme cellulase của chủng Tr3 tại các nhiệt độ khác nhau ..................................................................................................... 33 iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa CMCase : Carbomexymethyl cellulase CMC : Carboxymethyl cellulose CBH : Cellobiohydrolase hay Exoglucanase CBHI : Exoglucanase I CBH II : Exoglucanase II EG : Endoglucanase EGI : Endoglucanase I EGII : Endoglucanase II KHV : Kính hiển vi KL : Khuẩn lạc MT : Môi trường PTN : Phòng thí nghiệm PGA : Potato glucose agar VSV : Vi sinh vật v
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bình Dương, Ngày 7 tháng 5 năm 2014 BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Của giảng viên hướng dẫn) 1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương 2. Sinh viên thực hiện: Cao Trương Ái Nữ Lớp: C11SH02 Mã số SV: 111C840051 3. Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Anh Dũng Đơn vị: Khoa KHTN NỘI DUNG NHẬN XÉT 1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong suốt quá trình làm khóa luận - Sinh viên có tinh thần cầu thị, ham học hỏi và siêng năng trong quá trình thực hiện đề tài. 2. Khả năng đọc và khai thác tài liệu tham khảo - Sinh viên có khả năng đọc, tra cứu và vận dụng tốt tài liệu tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau. 3. Kỹ năng viết và trình bày báo cáo - Kỹ năng viết và trình bày báo cáo hợp lý. Có lí luận, so sánh, tham chiếu kết quả của mình và kết quả khác. 4. Kết quả đạt được - Kết quả đạt được của đề tài mang tính khoa học cao. 5. Đánh giá chung và kết luận - Đề tài tốt và đủ khối lượng của một khóa luận tốt nghiệp của sinh viên. Người hướng dẫn Nguyễn Anh Dũng vi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT HỘI ĐỒNG CHẤM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NĂM 2013 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương 2. Họ và tên SV thực hiện: Cao Trương Ái Nữ Mã SV: 111C840051 Lớp: C11SH02 3. Họ và tên giảng viênphản biện: ThS. Trần Ngọc Hùng Đơn vị công tác: Khoa Khoa học Tự nhiên NỘI DUNG NHẬN XÉT 1. Đánh giá chung (Mức độ thực hiện so với đề cương được giao) Thực hiện đầy đủ các nội dung của đề tài với kết quả khá tốt 2. Đánh giá chi tiết (Mục tiêu, nội dung, kết quả, và khả năng ứng dụng thực tế; Bố cục và hình thức trình bày, …) Enzyme cellulase có nhiều ứng dụng trong thực tế nên việc tìm kiếm các nguồn sinh tổng hợp cellulase có hoạt tính cao luôn luôn cần thiết. Trong đề tài, tác giả tìm kiếm nguồn sinh tổng hợp cellulase từ Trichoderma phân lập tại Bình Dương nhằm phân hủy nhanh rơm rạ, các phế phụ liệu nông nghiệp, phục vụ sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Trong 5 chủng Trichoderma phân lập được từ các nguồn khác nhau, tác giả đã chọn được chủng Tr3 có khả năng sinh tổng hợp cellulase tốt nhất, xác định được một số điều kiện thích hợp cho khả năng sinh tổng hợp cellulase của chủng như nhiệt độ, độ ẩm, thời gian. vii
Đề tài phân lập các chủng Trichoderma tại khu vực Bình Dương có khả năng sinh tổng hợp cellulase mạnh, làm nguyên liệu cho các ứng dụng tiếp theo. Kết quả đề tài cung cấp các chủng Trichoderma để sản xuất các chế phẩm ủ hoai phế phụ liệu nông nghiệp nhằm sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Tuy nhiên, tác giả chưa so sánh với các nghiên cứu trước và đánh giá hoạt tính cellulase nên chưa có cái nhìn xác thực về mức độ sinh cellulase của chủng. Việc ứng dụng cellulase từ Trichoderma vào các lạnh vực công nghiệp và chăn nuôi cần phải có thêm nhiều nghiên cứu. Phần chính khóa luận bao gồm các phần: Mở đầu: 4 trang; Chương 1: 12 trang; Chương 2: 7 trang; Chương 3: 10 trang; Kết luận và khuyến nghị: 1 trang Nhìn chung, bố cục khóa luận cân đối, hợp lý, phần tổng quan tài liệu đầy đủ. Khóa luận trình bày đẹp, theo đúng yêu cầu, ít lỗi chính tả. 3. Các vấn đề cần bổ sung, chỉnh sửa Các vấn đề cần chỉnh sửa: Trang 14: mục 1.3.2.2: tác giả không nên đặt thêm đề mục, nên viết gom lại ảnh hưởng của các yếu tố lên khả năng sinh tổng hợp cellulase. Trang 17: thống nhất cách viết glucose và glucoza. Trang 18: MT thử hoạt tính cellulase; Chỉnh sửa lại thành phần môi trường MT5 cho đúng 100%. Trang 19: mục 2.2.2.1 bổ sung môi trường bảo quản các chủng Trichoderma phân lập được. Trang 23: mục 2.2.4, Word 2010 không dùng để xử lý số liệu. Trang 24: bảng 3.1: thống nhất cách viết số thập phân, dấu ngăn cách và số chữ số sau dấu phẩy. Trang 25: bảng 3.2: các chủng Trichoderma phân lập trên môi trường MT1 hay MT2, thiếu tên hình. Trang 27: bảng 3.3: thiếu nguồn (đất, lá, địa điểm) phân lập các chủng Trichoderma. viii
Tài liệu tham khảo số 9 viết sai chính tả; nhiều tài liệu tham khảo không trích dẫn trong tài liệu. 4. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng (ít nhất 02 câu hỏi) Tại sao hoạt tính enzyme lại giảm khi nuôi cấy từ 120 đến 168 giờ? Bố trí thí nghiệm chưa thật hợp lý vì thời gian thường là yếu tố khảo sát sau cùng, pH và nhiệt độ phải khảo sát đồng thời vì hai yếu tố này tác động qua lại lẫn nhau. Tác giả trình bày rõ cơ sở của việc bố trí thí nghiệm như trên? 5. Kết luận Đề tài đáp ứng được yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp. Xếp loại: tốt Bình Dương, ngày 07 tháng 05 năm 2014 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) ix
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là nước nhiệt đới có nền nông nghiệp dồi dào, hằng năm lượng phế thải do ngành này thải vào môi trường rất lớn, trong đó thành phần chủ yếu là cellulose. Trong tự nhiên cellulose rất khó bị phân hủy bởi cấu trúc phức tạp, quá trình thủy phân cellulose trong môi trường kiềm hoặc acid rất tốn kém và gây hại cho môi trường. Vì vậy, việc sử dụng các VSV có khả năng sinh enzyme cellulase là một hướng mới để giải quyết vấn đề ô nhiễm do rác thải nông nghiệp gây ra. Ưu điểm khi sử dụng VSV vào trong thực tiễn là thân thiện với môi trường, thời gian nuôi cấy nhanh, lượng enzyme sinh ra lớn. [44] Trong xu hướng phát triển nông nghiệp theo hướng bền vững, việc ứng dụng các biện pháp sinh học vào sản xuất đã được áp dụng rộng rãi. Trong các loài vi sinh vật được sử dụng, nấm Trichoderma đã chứng tỏ khả năng cho hiệu quả cao trong quản lý dịch hại cây trồng nhờ đối kháng được với nhiều loại nấm bệnh bằng cách ký sinh, tiết các kháng sinh hay các enzyme thủy phân glucanase, chitinase, cellulase…đồng thời cũng là loại nấm hoại sinh đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ trong đất. Mặt khác, Trichoderma là giống nấm phát triển nhanh và phân bố rộng, chúng hiện diện ở hầu khắp các loại đất và thường chiếm ưu thế trong các hệ vi sinh vật đất. Nếu xác định được khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất cao hay thấp sẽ góp phần rất lớn cho việc cung cấp nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm cũng như việc bảo vệ môi trường. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi thực hiện khóa luận “Nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn tại Bình Dương”. 2. Mục tiêu đề tài Xác định được khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn ở điều kiện ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. 3. Nội dung nghiên cứu - Phân lập nấm Trichoderma từ đất vườn. 1
- Khảo sát khả năng sinh enzyme cellulase của nấm Trichoderma phân lập từ đất vườn. 4. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 4.1. Việt Nam Hiện nay nguồn phế thải hữu cơ do các nhà máy công nghiệp chế biến thực phẩm thải ra là rất lớn như: rơm, rạ, trấu, bã mía, cám mì, agar…các phế thải này có thành phần chính là cellulose. Cellulose có thể bị thủy phân trong môi trường kiềm hoặc acid. Tuy nhiên việc phân hủy cellulose bằng phương pháp vật lý và hóa học rất phức tạp, tốn kém và gây độc cho môi trường. Trong khi đó, việc xử lý các chất thải hữu cơ chứa cellulose bằng công nghệ sinh học, đặc biệt là là việc sử sụng các enzyme ngoại bào vi sinh vật. Các loài VSV tham gia sinh tổng hợp enzyme cellulase thuộc các chủng nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn và một số trường hợp còn thấy ở nấm men. [17] Vì thế, các chế phẩm sinh học chứa các VSV có khả năng sinh các loại enzyme được sản xuất và được sử dụng ngày càng rộng rãi và phổ biến trong các lĩnh vực chăn nuôi, trồng trọt,…Điều này giúp giảm bớt giá thành sản xuất, hạn chế được tình trạng ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam, Viện Sinh học nhiệt đới đã sản xuất các chế phẩm BioI, BioII, BioIII,..có dạng bột, chứa các enzyme amylase, protease, cellulase và các VSV dùng bổ sung vào thức ăn cho bò, heo, cá. Chế phẩm có tác dụng phòng chống các chứng rối loạn tiêu hóa, kích thích tăng trọng, giảm tiêu hao thức ăn, phân hủy thức ăn thừa và khí thải ở đáy ao…[42] Trung tâm Công nghệ sinh học Tp. Hồ Chí Minh sản xuất chế phẩm Trichotech chứa vi nấm Trichoderma, chế phẩm này có dạng rắn, tơi xốp, nhẹ, màu xám nâu đậm, giúp cây trồng chống được các loại nấm bệnh…[43] Công ty TNHH TM và sản xuất Mai Xuân (Tp. Hồ Chí Minh) sản xuất chế phẩm TRICHO – MX chứa vi nấm Trichoderma, có dạng bột. Có tác dụng hạn chế nấm hại, cải tạo đất, ủ phân bón cho cây trồng. Công ty TNHH TM và sản xuất thuốc thú y – thuốc thủy sản Minh Dũng (Bình Dương) đã sản xuất nhiều chế phẩm chứa vi nấm Aspergillus sinh enzyme cellulase, 2
dùng xử lý nước ao nuôi tôm cá, kích thích tiêu hóa, ở gia súc như: MD – Bio – Zemix, Biofat, Bio vitamin, Biolaczym… 4.2. Thế giới Enzyme cellulase kỹ thuật chủ yếu được thu nhận từ Trichoderma reesei, Aspergillus niger…và gần đây là các chủng vi khuẩn. [15] Ở Đan Mạch, hãng Novo Nordisk có chế phẩm “Celluclast” dung trong thức ăn gia súc. [22] Ở Pháp, hãng Lyven dùng “Cellulase” từ T.reesei và từ A.niger trong công nghiệp thực phẩm. [22] Ở Nhật, hãng Amano hằng năm đã sản xuất trên 8000 tấn chế phẩm enzyme các loại để dùng trong nông nghiệp. Enzyme “Panxenlase” chứa cellulase, hemicellulase, protease và amylase, hoạt tính dùng trong chăn nuôi. Chế phẩm Cellubrix, Cellusoft, Onozuka dùng trong công nghiệp làm mềm vải, trong thức ăn gia súc. [22] Ở Canada, hãng Logen sử dụng “Cellulase” trong thức ăn gia súc, công nghiệp giấy, chế biến hạt, sản xuất ethanol. [41] Ở Liên Xô, chế phẩm “Cellolignorin” được sử dụng trong chăn nuôi, hoạt tính 1 – 50 đơn vị/g, chứa cellulase, hemicellulase, pectinase. [41] 3
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của tỉnh Bình Dương 1.1.1. Vị trí địa lý Bình Dương là một tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ của Việt Nam. Đây là một trong tám tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, phát triển công nghiệp năng động của cả nước. Bình Dương có tọa độ địa lý 10051’46” – 11030’ vĩ độ Bắc, 106020’ – 106058’ kinh độ Đông, phía Bắc giáp với tỉnh Bình Phước, phía Nam giáp thành phố Hồ Chí Minh, phía Đông giáp tỉnh Đồng Nai, phía Tây giáp tỉnh Tây Ninh và thành phố Hồ Chí Minh. [45] 1.1.2. Điều kiện tự nhiên 1.1.2.1. Thổ nhưỡng Đất đai của Bình Dương rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Có nhiều loại đất như: đất xám trên phù sa cổ, có diện tích 200.000 ha phân bố trên các huyện Dầu Tiếng, Bến Cát, Thuận An, Thủ Dầu Một. Đất nâu vàng trên phù sa cổ, có khoảng 35.206 ha nằm trên các vùng đồi thấp thoải xuống, thuộc các huyện Tân Uyên, Phú Giáo, khu vực Thủ Dầu Một, Thuận An và một ít chạy dọc quốc lộ 13. Đất phù sa Glây (đất dốc tụ), chủ yếu là đất dốc tụ trên phù sa cổ, nằm ở phía bắc huyện Tân Uyên, Phú Giáo, Bến Cát, Dầu Tiếng, Thuận An, Dĩ An. [45] 1.1.2.2. Khí hậu Khí hậu Bình Dương cũng như chế độ khí hậu của khu vực miền Đông Nam Bộ mang đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa: nắng nóng và mưa nhiều, độ ẩm khá cao. Đó là khí hậu nhiệt đới gió mùa ổn định, với 2 mùa rõ rệt trong năm: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 năm đến tháng 4 năm sau. [45] Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.800 - 2.000 mm với số ngày có mưa là 120 ngày. Mưa nhiều nhất vào tháng 9, trung bình 355 mm, năm cao nhất có khi lên đến 500 mm, tháng 1 ít mưa nhất, trung bình dưới 50 mm và nhiều năm trong tháng này không có mưa. [45] 4
Nhiệt độ trung bình hàng năm ở Bình Dương từ 26oC - 27oC. Nhiệt độ cao nhất có lúc lên tới 39,3oC và thấp nhất từ 16oC - 17oC (ban đêm) và 18o C vào sáng sớm. Vào mùa nắng, độ ẩm trung bình hàng năm từ 76% -80%, cao nhất là 86% (vào tháng 9) và thấp nhất là 66% (vào tháng 2). Chế độ gió tương đối ổn định, không chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão và áp thấp nhiệt đới. [45] Với khí hậu nhiệt đới mang tính chất cận xích đạo, nền nhiệt độ cao quanh năm, ẩm độ cao và nguồn ánh sáng dồi dào, rất thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, đặc biệt là trồng cây công nghiệp ngắn và dài ngày. Khí hậu Bình Dương tương đối hiền hoà, ít thiên tai như bão, lụt… 1.2. Cellulose và enzyme cellulase 1.2.1. Cellulose Cellulose là polyme sinh học phong phú nhất trên trái đất và được sinh tổng hợp chủ yếu bởi thực vật với tốc độ 4.109 tấn/năm. Hàng ngày có một lượng lớn cellulose tích lũy trong đất và là sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết đi, một phần do con người thải ra dưới dạng rác rưởi như giấy vụn, mùn cưa...Trong số này có đến 30% là vách tế bào thực vật mà thành phần chủ yếu là cellulose. Cellulose chiếm đến 89% trong bông và 40 – 50% trong gỗ. [2, 3, 28] 1.2.1.1. Cấu trúc phân tử Cellulose là một loại homopolyme của β – D – glucose. Mức độ polyme hóa của phân tử cellulose có thể đạt đến 15.000 đơn vị. Cellulose là polyme mạch thẳng, mỗi đơn vị là một disaccharid gọi là cellobiose có cấu trúc gồm 2 phân tử D – glucose nối với nhau qua liên kết β – D – 1,4 – glucoside. Các chuỗi celulose có đường kính khoảng 3nm và thường có nhóm OH tự do, vì vậy mà các chuỗi cellulose gần nhau thường kết hợp với nhau thành các vi sợi có đường kính khoảng 10 – 40nm. Những vi sợi này lại liên kết với nhau tạo thành các bó sợi to và được bao bọc bởi lignin và hemicellulose. [11] Cellulose có cấu trúc không đồng nhất gồm 2 vùng xen kẽ : - Vùng kết tinh: có trật tự cao và bền vững với tác động bên ngoài. 5
- Vùng vô định hình: có cấu trúc không gian không chặt do đó kém bền vững. Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của cellulose Hình 1.2: Liên kết hydro trong phân tử cellulose 1.2.1.2. Tính chất vật lí Cellulose là chất rắn dạng sợi, có màu trắng, không mùi, không vị. Có tính bền vững cơ học cao, chịu được nhiệt độ đến 2000C mà không bị phân hủy. Cellulose là những hợp chất phức tạp và không bền vững, không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ. Chúng chỉ có thể hấp thu nước và trương phồng lên. Cellulose chỉ bị phân hủy khi đun trong acid hoặc kiềm ở nhiệt độ khá cao. [11] 1.2.1.3. Tính chất hóa học Liên kết glucosid không bền với acid nên cellulose dễ bị thủy phân với acid thành các sản phẩm thủy phân không hòa tan có độ bền cơ học kém hơn cellulose tự nhiên, khi thủy phân hoàn toàn sẽ thu được sản phẩm cuối cùng là đường D – glucose hòa tan. Dung dịch kiềm làm trương phồng mạch cellulose và hòa tan một phần cellulose thành các phân tử nhỏ hơn. Trong khi đó ở điều kiện bình thường hoặc ở nhiệt độ 25 – 400C một số VSV có khả năng phân giải cellulose nhờ enzyme cellulase [11]. 6
1.2.2. Enzyme cellulase 1.2.2.1. Cấu trúc Trong thiên nhiên không gặp cellulase ở dạng tinh khiết. Nó thường tồn tại ở dạng kết hợp với các enzyme khác như: cellulase, hemicellulase, pentozanase thành hệ enzyme gọi là Citolase. Cellulase là một phức hệ enzyme bao gồm enzyme C1, Cx và β – glucosidase tham gia những phản ứng kế tiếp nhau khi phân hủy cellulose thành glucose. Trong đó, cellulase C1 và Cx thủy phân cellulose thành cellobiose, còn glucosidase tiếp tục thủy phân cellobiose thành glucose. Theo Nguyễn Đức Lượng (2012) cho rằng hệ enzyme phân hủy cellulose gồm 3 loại: [14] - 1,4 β-D-glucan cellobiohydrolase (exoglucanase): enzyme cắt đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose. Enzyme này không có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng, giúp cho enzyme endoglucanase phân giải chúng. - 1,4 β-D-glucan 4 glucanohydrolase (endoglucanase): enzyme này tham gia phân giải liên kết β-1,4 glucosid trong cellulose trong lichenin β-Dglucan. Sản phẩm của quá trình phân giải là cellodextrin, cellobiose và glucose. Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose vô định hình tác động yếu đến cellulose kết tinh. - β-D glucoside glucohydrolase (cellobiase): enzyme này tham gia phân hủy cellobiose, tạo thành glucose. Chúng có khả năng phân hủy cellulose nguyên thủy. 1.2.2.2. Cơ chế hoạt động Từ những nghiên cứu riêng rẽ từng loại enzyme đến nghiên cứu tác động tổng hợp của ba loại enzyme cellulase, nhiều tác giả đều đưa ra kết luận chung là các loại enzyme cellulase sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Có nhiều cách trình bày khác nhau, cách trình bày cơ chế tác động của cellulase do Erikson đưa ra được nhiều người công nhận hơn cả. [14] 7