Nấm Trichoderma - một chiến binh xử lý môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nấm Trichoderma - một chiến binh xử lý môi trường trình bày các khả năng xử lý môi trường của nấm Trichoderma; Nguồn gen để sử dụng trong chuyển gen; Xử lý phế liệu nông nghiệp, thực phẩm và rác thải đô thị.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nấm Trichoderma - một chiến binh xử lý môi trường

The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 NẤM TRICHODERMA - MỘT CHIẾN BINH XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Bùi Thị Thu Hà Đại học Tài nguyên & Môi trường TP. HCM, số 236B Lê Văn Sỹ, Phường 1, quận Tân Bình, TP. HCM Email: hathubuithi@gmail.com TÓM TẮT Nấm Trichoderma là loài nấm đất phổ biến trên khắp thế giới. Chúng là loại nấm được nuôi cấy sản xuất thông dụng nhất nhằm mục đích tạo kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn trong đất gây bệnh cây trồng, làm phong phú đất, xử lý các phế liệu chứa cellulose của nông nghiệp, thực phẩm và là một trong những vi sinh vật xử lý rác thải đô thị. Từ khóa: Trichoderma, kiểm soát sinh học, phân hủy cellulose, xử lý rơm rạ, xử lý rác đô thị. 1. GIỚI THIỆU Nấm Trichoderma trong tự nhiên có mặt gần như trong tất cả các loại đất và trong một số môi trường sống khác. Đây là những loài nấm đất phổ biến trên khắp thế giới. Chúng là loại nấm được nuôi cấy sản xuất thông dụng nhất nhằm mục đích tạo kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn trong đất gây bệnh cây trồng, làm phong phú đất, xử lý các phế liệu nông nghiệp, thực phẩm và xử lý rác thải đô thị. Theo phân loại khoa học [2], loài Trichoderma spp. thuộc chi Trichoderma, họ Hypocreaceae, bộ Hypocreales, phân lớp Hypocreomycetidae, lớp Sordariomycetes, ngành Ascomycota, giới Fungi. Chủng nấm Trichoderma được phát hiện đầu tiên bởi Persoon vào năm 1794 vào thời điểm đầu tiên này ông đã mô tả được 3 loài, cho đến năm 1801 Persoon và Gray đã mô tả chi tiết được 7 loài nấm Trichoderma. Từ năm 2000 trở lại đây đã phát hiện thêm khoảng 50 loài mới [6]. Cho đến 2013 đã có trên 150 loài nấm Trichoderma được nghiên cứu. Hiện nay có các loài nấm Trichoderma quan trọng được dùng trong công nghệ sinh học là loài Trichoderma reesei được sử dụng để sản xuất hemicellulase. Loài Trichoderma longibrachiatum được dùng để sản xuất xylanase, cellulase, hemicellulase [1, 2, 3]. Trichoderma harzianum được dùng để sản xuất chitinase [17]. Ngoài ra có rất nhiều loài nấm Trichoderma rất hữu ích được dùng trong nông nghiệp như là nấm đối kháng để phân giải chất hữu cơ trong đất, phòng trừ tuyến trùng và nhiều loài nấm hại cây trong đất như Trichoderma harzianum, Trichoderma koningii, Trichoderma ovalisporum, Trichoderma reesei, Trichoderma virens [12, 13, 14, 15, 16]. Chủng nấm Trichoderma có khuẩn lạc màu lục khi tăng trưởng dưới nắng mặt trời, sinh sản vô tính bằng bào tử bụi mang bởi những giá bào tử có hình dạng khác nhau xếp thành chuỗi đính bào tử ở đầu ngọn có cuống bào tử. Phương pháp phân loại truyền thống dựa trên sự khác nhau về hình thái chủ yếu là ở bộ phận hình thành bào tử vô tính, gần đây nhiều phương pháp phân loại dựa trên cấu trúc phân tử đã được sử dụng. Bộ gen của nhiều loài Trichoderma đã được giải mã và được công bố công khai từ JGI. Bộ gen của nấm Trichoderma có khoảng 30-40 Mb, với khoảng 12.000 gen được định danh [9]. Nấm 104
Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018 Trichoderma phát triển nhanh ở 25-30 °C, có một số ít loài Trichoderma tăng trưởng được ở 45 °C. [1, 2, 7]. Nấm Trichoderma hiện diện với mật độ cao và phát triển mạnh ở vùng rễ của cây, một số giống có khả năng phát triển ngay trên rễ [6]. Những giống này có thể được bổ sung vào trong đất hay hạt giống bằng nhiều phương pháp. Ngay khi chúng tiếp xúc với rễ, chúng phát triển trên bề mặt rễ hay vỏ rễ phụ thuộc vào từng giống. Vì vậy, khi được dùng trong xử lý hạt giống, những giống thích hợp nhất sẽ phát triển trên bề mặt rễ ngay cả khi rễ phát triển dài hơn 1m phía dưới mặt đất và chúng có thể tồn tạo và còn hiệu lực cho đến 18 tháng sau khi sử dụng. Tuy nhiên không phải nhiều giống có khả năng này. Ngoài sự hình thành khuẩn lạc trên rễ, nấm Trichoderma còn tấn công, ký sinh và lấy chất dinh dưỡng từ các loài nấm khác. Bởi vì nơi Trichoderma phát triển tốt nhất là nơi có nhiều rễ khỏe mạnh, vì Trichoderma sở hữu nhiều cơ chế cho việc tấn công các loài nấm gây bệnh cũng như cơ chế cho việc nâng cao sự sinh trưởng và phát triển của cây. Nhiều phương pháp mới trong kiểm soát sinh học và nâng cao sự sinh trưởng của cây hiện nay đã được chứng minh rõ ràng [6, 7, 8, 9]. Quá trình này được điều khiển bởi nhiều gen và sản phẩm từ gen khác nhau [9, 18]. Một số các cơ chế chủ yếu đã được phát hiện từ Trichoderma, như ký sinh trên các nấm khác [5, 6, 8], tạo các chất kháng sinh có tác dụng diệt nấm và vi khuẩn trong đất [6, 8], cạnh tranh chất dinh dưỡng và không gian với các loài nấm khác [5, 6, 7, 8], giúp cây chịu đựng các điều kiện bất lợi bằng việc gia tăng sự phát triển của cây và rễ [6, 7, 8], làm hòa tan và cô lập chất dinh dưỡng vô cơ, tạo cho cây có cảm ứng kháng bệnh, tạo sự bất hoạt enzyme gây bệnh cho cây [5, 6, 7, 8]. 2. CÁC KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG CỦA NẤM TRICHODERMA 2.1. Khả năng kiểm soát bệnh Rất nhiều loài Trichoderma có khả năng kiểm soát tất cả các loài nấm gây bệnh khác. Tuy nhiên một số giống thường có hiệu quả hơn những giống khác trên một số bệnh nhất định. Nhiều kết quả nghiên cứu [16, 17] cho thấy, nấm Trichoderma giết nhiều loại nấm gây thối rễ chủ yếu như: Pythium, Rhizoctonia và Fusarium. Trichoderma tiết ra một enzyme làm tan vách tế bào của các loài nấm khác. Sau đó nó có thể tấn công vào bên trong loài nấm gây hại đó và tiêu thụ chúng. Chủng sử dụng trong T-22 tiết ra nhiều enzyme chính yếu endochitinase, hơn các chủng hoang dại, do đó, T-22 sinh trưởng tốt hơn và tiết ra nhiều enzyme hơn các chủng hoang dại. Sự kết hợp này cho phép nó bảo vệ vùng rễ của cây trồng chống lại các loại nấm gây thối rễ trên đồng ruộng. Những phát hiện mới hiện nay cho thấy rằng một số giống có khả năng hoạt hóa cơ chế tự bảo vệ của thực vật, từ đó những giống này cũng có khả năng kiểm soát những bệnh do các tác nhân khác ngoài nấm [11, 13, 14, 15]. 2.2. Lƣơng thực và ngành dệt Nấm Trichoderma là những bộ máy sản xuất nhiều enzyme ngoại bào hiệu quả cao. Chúng được thương mại hóa trong việc sản xuất các cellulase và các enzyme khác phân hủy các polysaccharide phức tạp. Nhờ vậy chúng thường được sử dụng trong thực phẩm và ngành dệt cho các mục đích tương tự [1, 2, 3, 4]. 3. NGUỒN GEN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG CHUYỂN GEN Nhiều vi sinh vật kiểm soát sinh học đều có chứa một số lượng lớn gen mã hoá các sản phẩm có hoạt tính cần thiết sử dụng trong kiểm soát sinh học. Nhiều gen có nguồn gốc từ Trichoderma đã 105
The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 được tạo dòng và có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong chuyển gen để tạo ra cây có khả năng kháng được nhiều bệnh. Chưa có gen nào được thương mại hóa, tuy nhiên có một số gen hiện đang được nghiên cứu và phát triển [9, 18]. 4. XỬ LÝ PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP, THỰC PHẨM VÀ RÁC THẢI ĐÔ THỊ Người ta đã sử dụng nấm Trichoderma để phân hủy rơm rạ nhanh, hạn chế được sự phát triển của nấm bệnh khô vằn lưu tồn trong rơm rạ [7]. Đối với các vùng đồng bằng sản xuất lúa gạo thì lượng rơm rạ để lại sau thu hoạch là nguồn tài nguyên hữu cơ rất lớn. Rơm rạ nếu để phân hủy tự nhiên sẽ mất thời gian phân hủy rất lâu, ngoài ra do tỷ lệ C/N rất cao nên nếu cày vùi rơm rạ trực tiếp vào đất, sẽ gây hiện tượng bất động dinh dưỡng trong đất, hoặc trong quá trình phân hủy sẽ gây ra hiện tượng ngộ độc hữu cơ cho cây lúa [7]. Do đó, đại đa số nông dân thường có tập quán là đốt bỏ để chuẩn bị đất cho vụ mùa tiếp theo. Và tập quán này có thể sẽ góp phần gây hiệu ứng nhà kính, gây ô nhiễm môi trường không khí. Để hạn chế sự bất lợi này, rơm rạ trước khi hoàn trả lại cho vụ mùa tiếp theo cần được trải qua phân hủy bởi những vi sinh vật thích hợp nhằm rút ngắn thời gian phân hủy. Nấm Trichoderma được biết đến như nguồn vi sinh vật có khả năng phân hủy rơm rạ nhanh [2, 3, 7]. Trong rác vườn, rác thải đô thị thường gặp các loại như cellulose, hemicellulose, lignin, tinh bột, pectin. Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose nhờ có hệ enzyme cellulose ngoại bào nhưng chủ yếu là các chi thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, các xạ khuẩn hiếu khí và nấm. Các vi sinh vật hiếu khí có khả năng phân giải cellulose thuộc về các chi: Arzotobacter, Achromobacter, Pseudomonas, Cellulomonas, Vibrio, Cellvibrio, Bacillus… các xạ khuẩn Micromonospora, Proactinomyces, Actinomyces, Streptomyces… và các vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzyme có đầy đủ các thành phần. Các loại nấm này chủ yếu thuộc các chi Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Fusarium,… trong đó Trichoderma sống hoại sinh trong đất, rác hoặc được nhân giống nuôi cấy quy mô lớn nhằm mục đích tạo ra chế phẩm enzyme có khả năng phân huỷ mạnh cellulose. [1, 2, 3]. Vi khuẩn có khả năng phân huỷ cellulose, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng nấm Trichoderma. Nguyên nhân là do số lượng enzyme tiết ra môi trường của vi khuẩn thường ít hơn, thành phần các loại enzyme không đầy đủ. Thường ở trong đống ủ rác có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ bốn loại enzyme trong hệ enzyme phân hủy cellulose. Nhóm này tiết ra một loại enzyme, nhóm khác tiết ra loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ hỗ sinh. Để tăng khả năng tạo ra một hệ enzyme chứa đầy đủ các enzyme thành tố cần thiết nhằm phân hủy các thành phần của nguyên liệu chứa cellulose, hemicellulose, xylan… nghiên cứu [1, 2, 3] đã thiết lập các điều kiện nuôi cấy hỗn hợp hai chủng nấm Trichoderma longibrachiatum và Aspergillus foetidus trên bã củ cải đường, rác thải ngành sản xuất đường từ củ cải, tạo ra chế phẩm multi-enzyme, tinh sạch chế phẩm này để sử dụng trong phân hủy loại rác thải thực phẩm này. 5. KẾT LUẬN Nấm Trichoderma đang là một chiến binh vi sinh vật môi trường tốt nhất của thế giới, tập trung vào phân lập từ tự nhiên hay tạo ra các chủng giống mạnh nhất, có khả năng nuôi dưỡng, tạo thành các chế phẩm sinh học nhằm bảo vệ đất, bảo vệ cây trồng, giải quyết triệt để vấn đề chất ô nhiễm trong nước thải, rác thải đô thị, rác thải nông nghiệp, rác thải thực phẩm, góp phần tích cực vào công cuộc tự làm sạch mình của thiên nhiên và môi trường sống cho con người. 106
Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Thị Thu Hà, Gernet. M. V. - Thiết lập hệ multi-enzyme cellulose phân hủy nguyên liệu chứa cellulose. Tạp chí Công nghiệp Thực phẩm Moscow, Liên bang Nga. (1993). 2. Bùi Thị Thu Hà, Gernet. M. V. - Thiết lập công nghệ sản xuất chế phẩm multi-enzyme cellulase- hemicellulase bằng phương pháp nuôi cấy hỗn hợp các chủng nấm Trichoderma longibrachiatum và Aspergillus foetidus D-73 nhằm phân hủy nguyên liệu chứa cellulose. Luận án Tiến sĩ Công nghệ Enzyme, Moscow. (1995). 3. Bùi Thị Thu Hà, Gernet. M. V. - So sánh khả năng phân hủy cellulose của hệ multi-enzyme cellulase-hemicellulase. Tạp chí Công nghệ Sinh học và Quản lý môi trường, Moscow, Liên bang Nga. (1994). 4. Bùi Thị Thu Hà, Gernet. M. V. - Thiết lập công nghệ sản xuất hệ enzyme cellulase-hemicellulase bằng phương pháp nuôi cấy hỗn hợp các chủng nấm Trichoderma longibrachiatum và Aspergillus foetidus D-73. Tạp chí Công nghiệp Thực phẩm Moscow, Liên bang Nga. (1993). 5. Dương Hoa Xô - Sử dụng chế phẩm sinh học trong canh tác cây trồng, Trung tâm Thông tin khoa học & Công nghệ TP. HCM. (2012). 6. Nguyễn Văn Tuất - Nghiên cứu phát triển sản xuất nấm đối kháng Trichoderma có hoạt lực cao trừ bệnh hại cây trồng. Viện Bảo vệ thực vật, Chương trình KHCN KC 04-12, 2002-2004. (2004). 7. Trần Thị Ngọc Sơn, Cao Ngọc Điệp, Lưu Hồng Mẫn và Trần Thị Anh Thư - Nghiên cứu sử dụng phân rơm hữu cơ và phân sinh học phục vụ các hệ thống sản xuất lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long. Trong: Tuyển tập Cây Lúa Việt Nam (tập II). NXB Nông nghiệp Hà Nội. (2009), 225- 238. 8. Trần Thị Thu Hà, Phạm Thanh Hòa - Khả năng đối kháng của nấm Trichoderma với nấm bệnh hại cây trồng Sclerotium rolfsii Sacc trong điều kiện in vitro. Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, Tập 75A, Số 6 (2004) 49-55. 9. Kubicek C. P. and Harman G. E. - Trichoderma and Gliocladium. Vol. 1. Basic Biology, Taxonomy and Genetics, Taylor & Francis, London. (1998) 278 pg. 10. Harman G. E. and Kubicek C. P. - Trichoderma and Gliocladium, Vol. 2, Enzymes, Biological Control and Commercial Applications. Taylor & Francis, London. (1998) 11-14. 11. Chet I. 1987 - Innovative Approaches to Plant Disease Control. WileyInterscience, New York, 372 pg. Lumsden R. D. and Vaughn J. L. Pest Management: Biologically Based Technologies. Am. Chem. Soc., (1993) 435 pg. 12. Altomare C., Norvell W. A., Björkman T., and Harman G. E. - Solubilization of phosphates and micronutrients by the plant-growth promoting and biocontrol fungus Trichoderma harzianum Rifai 1295-22. Appl. Env. Microbiol. 65 (1999) 2926-2933. 13. Elad Y., and Kapat A. - The role of Trichoderma harzianum protease in the biocontrol of Botrytis cinerea. Eur. J. Plant Pathol. 105 (1999) 177-189. 14. Howell C. R., Hanson L. E., Stipanovic R. D., and Puckhaber L. S. - Induction of terpenoid synthesis in cotton roots and control of Page 12 of 14 Rhizoctonia solani by seed treatment with Trichoderma virens. Phytopathology 90 (2000) 248-252. 107
The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 15. Yedidia I., Benhamou N., and Chet I. - Induction of defense responses in cucumber plants (Cucumis sativus L.) by the biocontrol agent Trichoderma harzianum. Appl. Environ. Microbiol. 65 (1999) 1061-1070. 16. Harman G. E. - The myths and dogmas of biocontrol: changes in perceptions derived from research on Trichoderma harzianum strain T-22. Plant Disease 84 (in press, will be published in the April issue). (2000). 17. Bolar J., Norelli J. L., Wong K.-W., Hayes C. K., Harman G. E., and Aldwinckle H. S. - Increased resistance to scab of endochitinase transgenic McIntosh apple lines. Phytopathology 90 (2000) 72-77. 18. Lorito M., Woo S. L., Garcia Fernandez I., Colucci G., Harman G. E., Pintor-Toro J. A., Filippone E., Mucciflora S., Lawrence C. B., Zoina A., Tuzun S., and Scala F. - Genes from mycoparasitic fungi as a source for improving plant resistance to fungal pathogens. Proc. Natl. Acad. Sci, USA 95 (1998) 7860-7865. TRICHODERMA - A SOLDIER IN THE ENVIRONMENTAL TREATMENT Bui Thi Thu Ha HCMC University of Natural Resources and Environment, 236B Le Van Sy, Ward 1, Tan Binh district, Ho Chi Minh city. Email: hathubuithi@gmail.com ABSTRACT Trichoderma fungus is a common soil fungus all over the world. They are the most commonly cultivated for the purpose of producing antibiotics for bacteria in plant pathogenic soil, for enrich soil, and treat cellulose-containing residues of agriculture, food and treat the urban waste. Keywords: Trichoderma, biological control, cellulose degradation, straw treatment, urban waste treatment. 108