Triển vọng ứng dụng vi sinh vật hữu ích trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường

Chia sẻ: Leon Leon | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ô nhiễm môi trường, do phân bón hóa học và thuốc trừ sâu trên bề mặt và nước ngầm, và điều trị không đúng cách chất thải của người và động vật đã gây ra nghiêm trọng về môi trường và xã hội vấn đề trên toàn thế giới. Nhiều nỗ lực đã được thực hiện để giải quyết những vấn đề sử dụng thành lập các phương pháp hóa học và vật lý. Tuy nhiên, họ thường được tìm thấy rằng các vấn đề như vậy không thể được giải quyết mà không cần sử dụng các phương pháp và công nghệ vi...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Triển vọng ứng dụng vi sinh vật hữu ích trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường

TRI N V NG NG D NG VI SINH V T H U ÍCH TRONG NÔNG NGHI P VÀ B O V MÔI TRƯ NG Lê Như Ki u SUMMARY The prospects of useful microorganism application in agriculture and environmental preserve Environmental pollution, caused by chemical fertilizers and pesticides to surface and groundwater, and improper treatment of human and animal wastes has caused serious environmental and social problems throughout the world. Many attempts have been made to solve these problems using established chemical and physical methods. However, they have usually found that such problems cannot be solved without using microbial methods and technologies in coordination with agricultural production. In this context, the use of microbial inoculants in agriculture (biofertilizers, phytostimulators and biopesticides) represents an attractive environmentally - friendly alternative to further applications of mineral fertilizers and chemical pesticides. PGPR (Plant Growth - Promoting Rhizobacteria) and soil microorganisms play very important roles in improving soil quality, plant growth, yield, and plant health by fixing atmospheric nitrogen, suppressing plant diseases and soil - borne pathogens, enhancing nutrient cycling, and producing bioactive compounds such as vitamins, hormones and enzimes. In addition, they are active participants in bioremediation to decompose organic wastes and residues, detoxify pesticides and immobilize or solublize heavy metals. In Vietnam, bioremediation has been applied to clean oily - polluted water and soil. A continued exploration of the natural biodiversity and potential applications of beneficial indigenous microorganisms to sustainable agriculture and environment protection represents a prerequisite step to develop more efficient microbial inoculants in the coming years. Keywords: Environmental microorganisms, agricultural microorganisms. ch t lư ng t, năng su t, sinh trư ng, s c I. TV N kho c a cây tr ng và môi trư ng bao Hơn 50 năm qua, vi sinh v t ã ư c s g m: d ng trong các lĩnh v c khác nhau như y + Vi sinh v t có l i: Là nh ng vi sinh h c, s c kho con ngư i và v t nuôi, ch v t có th c nh nitơ khí quy n, phân bi n th c phNm, an toàn và ch t lư ng th c hu t n dư các ch t c, ch t th i h u cơ, phNm, k thu t di truy n, b o v môi trư ng, công ngh sinh h c nông nghi p và kh c thu c tr sâu, c ch b nh cây và x lý hi u qu hơn ph th i sinh ho t và các m m b nh trong t, tăng cư ng chu nông nghi p, trong ó ng d ng c a chúng trình dinh dư ng và s n sinh các h p ch t trong nông nghi p và b o v môi trư ng t có ho t tính sinh h c như vitamin, m c k l c cao nh t. hormon và enzim kích thích sinh trư ng Trong nhi u năm qua, các nhà vi sinh c a th c v t... v t có khuynh hư ng phân bi t các vi sinh + Vi sinh v t có h i: Là nh ng vi sinh v t t có l i ho c có h i theo ch c năng v t gây b nh cho cây tr ng, kích thích các c a chúng và phương th c tác ng n m m b nh trong t phát tri n, s n sinh các
c t gây tác ng có h i cho sinh trư ng, phát tri n c a cây tr ng và môi trư ng. II. CÁC QUÁ TRÌN H PHÂN H Y CH T H U CƠ C A VI SIN H V T * Phân hu xenluloza * Phân hu protein Protein là thành ph n quan tr ng c a t tr c ti p protein mà ph i thông qua s phân bào sinh v t, khi ng v t, th c v t ch t i, hu c a vi sinh v t t o thành các s n ngu n protein có trong t bào ư c tích lu phNm cu i cùng mà cây tr ng, vi sinh v t l i ngoài môi trư ng. Protein ch a t i 15 - có th h p th ư c như: Axit amin, CO2, 17% nitơ, nhưng sinh v t không th h p th N 2, SO4, P.... * Phân hu tinh b t III. N G D N G VI SIN H V T TRON G 1. ng d ng vi sinh v t trong tr ng tr t N ÔN G N GHI P S n xu t nông nghi p ph thu c ch y u vào vi sinh v t duy trì và cân b ng
h sinh thái c a t, hơn 1 t vi sinh v t có - Vi sinh v t thu c chi Trichoderma có th ư c tìm th y trong 1 gam t, trong s kh năng amôn hóa kitin (kitin là m t h p này có hơn 10.000 loài khác nhau và vi ch t C ch a g c amin) là thành ph n c a v khuNn là nhóm phong phú nh t, trong ó nhi u lo i côn trùng và giáp xác... Chi này nh ng vi sinh v t h u ích chi m ưu th , do có kh năng ti t enzim kitinaza, β - 1,3 v y vi sinh v t óng vai trò quan tr ng glucanaza và kitobiaza phân hu phân t tăng trư ng cây tr ng. N hưng trong th c kitin thành các g c ơn phân t , sau ó g c ti n s n xu t nông nghi p, các k thu t amin ư c amôn hoá t o thành NH3. canh tác hi n i d a ch y u vào phân bón - Vi sinh v t phân hu các h p ch t và thu c tr sâu hóa h c b o v cây photpho (P) h u cơ trong cơ th ng th c tr ng kh i sâu b nh nh m thu ư c năng v t t o thành các các mu i axit photphoric su t cao. Song vi c s d ng thu c tr sâu d ng d tan ư c cây tr ng h p th , thu c chi hoá h c ã gây ra m i lo ng i v s có m t Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, c a các ch t c h i trong chu i th c ăn và Bradyrhizobium... môi trư ng. Chính nh ng quan ng i v h u - Vi sinh v t i kháng v i m t s b nh qu cho môi trư ng và s c kho con ngư i cây như chi Trichoderma, Bacillus, nên cách ti p c n m i i v i vi c canh tác Pseudomonas, Actinomycetes, Penicillium, ó là nghiên c u ng d ng các k thu t Actinomycetes, Serratia... thân thi n v i môi trư ng và duy trì s cân áng chú ý là nhi u loài vi sinh v t có b ng h sinh thái t. Trong ó, vi c nghiên m t v i s lư ng l n trên b m t r và trong c u và s d ng vi sinh v t h u ích trong r hơn là trong t vì chúng không b nh nông nghi p như t o phân bón sinh h c, các hư ng b i các nhân t môi trư ng. Vi sinh ch t kích thích sinh trư ng th c v t và v t h r có kh năng kích thích sinh trư ng thu c tr sâu sinh h c an toàn v i môi và b o v cây tr ng kh i s xâm nh p c a trư ng, d n d n thay th ho c k t h p v i vi sinh v t có h i và vi sinh v t gây b nh. vi c s d ng m t ph n r t nh phân hoá Nhóm vi sinh v t h r kích thích sinh h c và các lo i thu c tr sâu hoá h c là r t trư ng th c v t (Plant Growth - Promoting c n thi t và c p bách. Các vi sinh v t có l i Rhizobacteria - PGPR) có kh năng s n trong nông nghi p bao g m: sinh các ch t hoá h c, kháng sinh, các ch t - Vi sinh v t chuy n hoá cacbon t o cho d bay hơi, enzim thu phân và enzim kh cacbon ư c chuy n hoá tu n hoàn liên t c nhân t c, c bi t là cơ ch siderophore trong t nhiên. ái l c v i s t, t t c u có ho t tính c ch vi sinh v t gây b nh. Do ó, vi c nghiên - Vi sinh v t c nh m thu c chi c u a d ng sinh h c c a vi sinh v t t và Azotobacter, Enterobacter, Rhizobium... tương tác gi a chúng v i h r và cây tr ng - Vi sinh v t có kh năng t ng h p các khai thác t t các ch ng h u ích là bư c ch t i u hòa sinh trư ng nhóm quan tr ng s n xu t và phát tri n các ch Azotobacter... phNm sinh h c có hi u qu hơn.
A B C D nh 1. c ch các vi khu n gây b nh c a các ch ng vi sinh v t i kháng A-Đ i kháng c a Pseudomonas v i Ralstonia solanacearum. B-Đ i kháng c a Bacillus subtilis v i Vibrio parahaemolyticus. C-Đ i kháng c a Lactobacillus acidophillus v i V. parahaemolyticus. D-Đ i kháng c a Bacillus subtilis v i E. coli DH5α. H r là v trí có s liên quan ch t ch có s óng góp tích c c c a chúng. c và m t thi t nh t gi a r cây, vi sinh v t bi t là gi vai trò tích c c trong m b o và t. R cây có ch c năng nh n dinh phì nhiêu c a t do s tham gia c a chúng dư ng khoáng và nư c c n cho s sinh trong các chu trình dinh dư ng như chu trư ng và phát tri n c a cây, nhưng r trình cacbon và nitơ c n thi t cho sinh cũng gi i phóng các ch t h u cơ ra môi trư ng c a th c v t. trư ng t xung quanh làm giàu môi Vi sinh v t t như n m c ng sinh trư ng t và là th c ăn quan tr ng c a vi (Mycorrhiza) có th làm tăng dinh sinh v t. Do v y, vùng t ti p xúc v i r dư ng khoáng có s n (như photpho) cho cây còn g i là h r nơi có s ho t ng th c v t. Các vi sinh v t t khác cũng có c a vi sinh v t r t cao. Ngoài kích thích th làm tăng lư ng dinh dư ng trong t. sinh trư ng th c v t tr c ti p, chúng còn Ch ng h n như, vi khuN c n nh nitơ có có tác d ng kích thích gián ti p thông qua th bi n i nitơ khí quy n thành các h p cơ ch c m ng kháng h th ng. Trong ch t nitơ hoà tan mà r cây có th s d ng trư ng h p này, PGPR làm bi n i sinh sinh trư ng. lý c a cây ch cũng như các ph n ng Nhóm n m men Lipomyces có kh năng trao i ch t khi n cho cây ch t ng h p sinh polysacharit t o nên màng nhày gi các ch t hoá h c có kh năng ch ng l i s N cho t, tăng m k t c u c a t, ch ng xâm nh p c a m m b nh và các nhân t r a trôi và gi m s bay hơi c a nư c. ng vô sinh. Pseudomonas và Bacillus là hai d ng nhóm n m men này gi N cho các m nhóm vi khuNn h r ư c s d ng nhi u vùng khô h n, sa m c và ph xanh t tr ng nh t cho n nay. i tr c. Nh ng vi sinh v t này ã c i thi n 2. ng d ng vi sinh v t trong c i t o t phì nhiêu c a t và góp ph n cho tăng trư ng cây tr ng. Nhóm vi sinh v t t khác Ngoài vi c tác ng tr c ti p t i cây cũng ã ư c tìm th y có kh năng s n sinh tr ng, vi sinh v t cũng óng vai trò quan các h p ch t như vitamin và các hormon tr ng trong c i t o t, vì h u h t các quá th c v t làm tăng s c s ng cho cây tr ng và trình bi n i hoá h c x y ra trong t u góp ph n làm tăng năng su t.
IV. NG D NG VI SINH V T TRONG xenlulaza g m 4 lo i enzime khác B O V MÔI TRƯ NG nhau: xenlobiohydrolaza; endoglucanaza; Ngoài nh ng ng d ng n i b t c a vi exo - glucanaza và β - glucosidaza. sinh v t trong th c ti n s n xu t nông - Vi sinh v t phân gi i tinh b t thành nghi p, chúng còn ư c quan tâm s d ng glucoza ch y u là các vi n m thu c các trong b o v môi trư ng. M t quá trình s chi: Aspergillus, Fusarium, Rhizopus... có d ng vi sinh v t ư c bi t nhi u nh t n kh năng ti t ra môi trư ng h enzim nay là s phân hu sinh h c amilaza g m 4 lo i enzime: α - amilaza, (Bioremediation). Quá trình này s d ng vi α - amilaza, amilo 1,6 glucosidaza và sinh v t phá hu các ch t ô nhi m hoá glucoamilaza. h c, ch t ô nhi m h u cơ n n ng ho c - Hai nhóm vi sinh v t phân gi i ư ng là không th phát hi n ư c ho c dư i ơn ( ư ng 6C) nh quá trình lên men các ngư ng an toàn. Các vi sinh v t có l i trong ch t h u cơ chưa ư c oxy hoá tri t , ó x lý môi trư ng bao g m: là nhóm hi u khí và nhóm lên men. - Vi sinh v t có kh năng chuy n - Vi sinh v t có kh năng amôn hoá hoá xenluloza thành glucoza ch y u là protein, trong nhóm vi khuNn có Bacillus, thu c nhóm vi n m, c bi t là các chi Pseudomonas, Clostridium; x khuNn có Trichoderma, Aspergillus, Fusarium, Streptomyces; vi n m có Aspergillus, Mucor... có kh năng ti t ra h enzim Penicilium... nh 2. Vòng phân gi i protein, tinh b t, CMC c a Bacillus subtilis - Vi sinh v t phân hu các axit amin chi Aspergillus, Stenotrophomonas, ch a S như: metionin, xystein và trong Pseudomonas, Curvularia... nhi u lo i enzim quan tr ng thành H2S và Thông thư ng trong môi trư ng x lý ch t này ư c chuy n hoá thành S và SO4, ch t th i không có h vi sinh v t h u m t ph n ư c t o thành S h u cơ c a t hi u, do v y quá trình phân h y ch t th i bào vi sinh v t. di n ra theo s phân h y ơn (ch phân h y - Vi sinh v t có kh năng ng protein thành các s n phN NH3, NO2, H2S m d ng t t trong x lý môi trư ng thu c và NO3) nên ô nhi m môi trư ng.
Sơ phân h y ơn: Sơ phân h y kép:
T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam Các vi sinh v t như: Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, Saccharomyces cerevisae, Aspergillus oryzae và Streptomyces sp. v..v.... có kh năng phân hu kép (phân h y ng th i c protein và các hydratcacbon n s n phNm cu i cùng là axit amin, ư ng ơn, ph n l n chúng ư c cơ th sinh v t h p th t o thành sinh kh i c a chúng, m t ph n ư c phân gi i thành CO2 và H2O). Như v y, t ch t h u cơ ban u ã ư c các vi sinh v t phân gi i thành khí CO2 và nư c nên ã không gây ra khí c (NH3, NH4, NO2, H2S và NO3), quá trình này ng nghĩa v i vi c làm s ch môi trư ng. Ti m năng c a n m tr ng (white rot fungi) ư c nghiên c u ng d ng phân h y các ch t ô nhi m và phây hu lignin. Nhóm n m này có kh năng phân hu các lo i hydratcacbon, thu c tr sâu, thu c nhu m, kim lo i n ng và các lo i khác b ng cách kh c ho c làm b t ng. Aust và c ng s cho r ng h u h t n m tr ng kháng v i m c c c a các ch t ô nhi m so v i nhi u vi khuN liên quan n quá trình này. Phân hu các h p n ch t h u cơ do n m tr ng có kh năng s n sinh các enzim thu phân lignin và các h p ch t h u cơ khác xúc tác cho các ph n ng khác nhau như kh quá trình polyme hoá và m vòng thơm. Các hydratcacbon thơm (PAH) b phân hu b i các loài n m tr ng như Crinipellis stipitaria, Phanerochaete chrysosporium và Pleurotus sp. và các loài không ph i n m tr ng như Aspergillus niger, Cunninghamella elegans và Penicillium janthinellum. Các loài n m tr ng có kh năng khoáng hoá PAH b ng cách ưa oxy vào vòng làm cho các phân t này d hoà tan hơn và có ho t tính hoá h c hơn. Ph n ng này ư c ti n hành b i các enzim ngo i bào do n m tr ng s n sinh. Levin và c ng s ánh giá kh năng c a Trametes trogii phân hu nitrobenzen và anthracen. Loài n m này s ng sót ư c n ng cao ch t ô nhi m h u cơ và phân hu ư c 90% anthracen và 97% nitrobenzen. Pleurotus pulmonarius cũng ư c tìm th y có kh năng phân hu atrazin, m t ch t di t c thư ng ư c s d ng và t n t i dai d ng trong môi trư ng ã ư c tìm th y trong nư c ng m. Segula và c ng s ch ra r ng P. pulmonarius ư c nuôi trên thân cây bông và lúa mì có th phân hu atrazin thành các ch t trao i mà sau ó b phân hu ti p b i vi khuN Trong vòng 2 tu n thì 50% lư ng atrazin s n. b phân hu h t. Thu c nhu m s d ng trong công nghi p d t may ư c quan tâm nhi u vì các lo i thu c nhu m ư c bi t là gây ra ung thư như benzidin và các h p ch t thơm khác. Robinson và c ng s thông báo r ng P. chrysosporium có kh năng kh màu thu c nhu m n 99% trong vòng 7 ngày. Sanghi và c ng s ch ng minh r ng n m tr ng Coriolus versicolor có th kh màu tím remazol brilliant n g n 90%. Các nghiên c u khác ã ư c th nghi m tác ng c a n m tr ng phân hu TNT. N m cũng có th tác ng n quá trình bi n i kim lo i m t s lo i môi trư ng như ph th i công nghi p, qu ng lo i th p và khoáng kim lo i. Các lo i kim lo i có th ư c hoà tan b i các axít h u cơ (axít oxalic, axít citric...) do n m s n sinh ra. Ngoài ra, các kim lo i có th b b t ng b i khuN ty c a n m (s ng ho c ch t) do chúng b h p thu n lên t bào ho c quá trình k t t a/cô l p n i bào ho c ngo i bào. M t s v trí liên k t kim lo i bao g m chitin, amino, carboxyl, phosphate, sulfhydryl và các nhóm ch c năng khác. M t trong s các c i m chính liên quan n h p thu sinh h c ngoài nhi t là pH. Ph pH cho quá trình h p thu sinh h c kim lo i là 4 n 7 (Gadd, 2001). Tích lu sinh h c kim lo i như cadmium, k m và cesium do m t s lo i n m ã ư c phát hi n. KhuN ty n m n không nh ng l y kim lo i mà còn v n chuy n kim lo i n các b ph n "n hoa" c a chúng. V. K T LU N 7
T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam ng d ng vi sinh v t h u ích trong nông nghi p và b o v môi trư ng không ch là m i quan tâm nghiên c u c a các nhà khoa h c trong các lĩnh v c nông nghi p và môi trư ng mà còn là nh hư ng chi n lư c phát tri n b n v ng c a ng và Nhà nư c. Vi t Nam, các ch phN sinh h c như phân bón và thu c tr sâu sinh h c ã và ang s m d ng ch y u là nh p ngo i v i giá thành cao. V i c thù là m t nư c nông nghi p và ngu n gen vi sinh v t b n a ư c ánh giá là r t a d ng. Do v y, vi c nghiên c u ng d ng vi sinh v t b n a h u ích trong nông nghi p và môi trư ng c n ư c u tư hơn n a. Tuy nhiên, trong th c t nghiên c u và ng d ng các ch phN vi sinh v t còn g p m nhi u khó khăn như: Giá thành thư ng cao so v i các ch phN hóa h c, phong t c t p m quán c a ngư i nông dân thay i còn ch m, công tác tuy n truy n, qu ng bá còn y u, sách báo ph c p còn thi u, do v y mà nhi u ch phN vi sinh v t chưa i vào cu c s ng m như ti m năng có s n c a chúng. TÀI LI U THAM KH O 1 Alexander, M., 1994. Biodegradation and bioremediation. San Diego, Ca.: Academic Press. 2 Arora Diplip K., 1996. Hand book of applied mycology. Volume 1: Soil and Plant, 327 - 355. 3 Aust, S. D., P. R., Swaner, and J. D. Stahl., 2003. Detoxification and metabolism of chemicals by white - rot fungi. In: Pesticide decontamination and detoxification, 3 - 14. Washington D. C.: Oxford University Press. 4 Bumpus, J. A., M., Tien, D. S. Wright, and S. D., Aust., 1985. Oxidation of persistent environmental pollutants by a white - rot fungus. Science. 228: 1434 - 1436. 5 Cocchi, L., L., Vescovi, L. E., Petrini, and O., Petrini., 2005. Heavy metals in edible mushrooms in Italy. Food Chemistry. Available online at Elsevier. 6 Dutta, S. K., M. M., Jackson, L. H. Hou, D. H. Powell, and H. E., Tatem., 1998. Non - ligninolytic TNT Mineralization in contaminated soil by Phanerochaete chrysosporium. Bioremediation Journal. 2: 97 - 103. 7 Gadd, G. M., 2001. Fungi in Bioremediation. U. K.: Cambridge University Press. 8 Levin, L. A., A. Viale, A. Forchiassin., 2003. Degradation of organic pollutants by the white rot basidiomcete Tramete trogii. International Biodeterioration and Biodegradation. 52:1 - 5. 9 Reddy, C. A., 1995. The potential for white - rot fungi in the treatment of pollutants. Current Opinion Biotechnol. 6:320 - 328. 10 Rittman, B. E., and P. L., McCarty., 2001. Environmental Biotechnology: Principles and Application. N.Y.: McGraw Hill. gư i ph n bi n: Ph m Quang Hà 8