ứng dụng của vi sinh vật cố định nitơ
Đạm là chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng hàng đầu đối với cây
trồng. Hàm lượng của chúng trong đất rất ít, vì vậy cây trồng thường
thiếu đạm. Một trong những phương pháp tăng cường lượng đạm
cho đất được nhiều người quan tâm là sử dụng các loại vi sinh vật cố
định nitơ từ không khí.
Trong môi trường đất, vi sinh vật tham gia chuyển hóa
các chất hữu cơ, cố định nitơ làm giàu đạm cho đất, tích lũy vào đất các
auxin kích thích sự phát triển của cây trồng, tổng hợp các vitamin
thyamin, nicotinic và biotin... Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định
một số loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm như: Rhizobium,
Beijerinskii, Clostridium và Azotobacter.
-Vi khuẩn cố định ni tơ tốt nhất và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là
: azotobacter. Azotobacter không có khả năng đồng hóa chất mùn. Chúng
chỉ có khả năng phát triển mạnh trong đất có chứa nhiều chất hữu cơ dễ
đồng hóa. Azotobacter đồng hóa rất tốt các sản phẩm phân giải của
cellulose. Trong nông nghiệp là khả năng tự phân hủy của chúng, không
làm ô nhiễm môi trường đất.
-Nitrosomonas europaea: Vi khuẩn tạo ni-tơ (cố định đạm), đóng vai trò
quan trọng trong việc
cung cấp đạm cho cây trồng, được sử dụng trong xử lý nước thải nhờ khả
năng ô-xi hoá a-mô-ni-ắc thành ni-trát (nitrát hóa).
-Clostridium tetani dùng để sản xuất kháng độc tố;Sử dụng trong công
nghiệp
Loài vi khuẩn C. thermocellum có khả năng sử dụng chất thải
lignocellulo để tổng hợp ethanol, do đó đây là một ứng viên tiềm năng
trong công nghiệp sản xuất ethanol. Loài này cũng không cần oxy và có
tính chất ưa nhiệt giảm thiểu chi phí làm mát.
Loài C. acetobutylicum được biết đến với cái tên Sinh vật Weizmann,
được sử dụng lần đầu tiên bởi Chaim Weizmann để sản xuất acetone và
biobutanol từ tinh bột năm 1916 nhằm mục đích tổng hợp thuốc súng và
TNT.
Vi khuẩn kỵ khí C. ljungdahlii, được khám phá gần đây trong chất thải
thương mại của gà, có thể sản xuất ethanol những nguồn chỉ có duy nhất
cácbon bao gồm cả khí tổng hợp, một hỗn hợp của carbon monoxide và
hydrogen sinh ra từ sự cháy một phần của nhiên liệu hóa thạch hay sinh
khối. Việc ứng dụng các vi khuẩn kể trên để sản xuất ethanol từ khí tổng
hợp đã được tiến hành has tại các nhà máy thử nghiệm tại cơ sở BRI
Energy ở Fayetteville, Arkansas.[11]
Ngoài ra, Acid béo có thể được chuyển đổi bởi các nấm men thành acid
dicarboxylic chuỗi dài và thành 1,3-propanediol bằng việc sử dụng
Clostridium diolis.[cần dẫn nguồn]
Các gen từ loài C. thermocellum đã được chuyển cho chuột biến đổi gen
để có thể sản xuất men cellulase. Thí nghiệm này được dùng để tìm hiểu
phương cách cải thiện khả năng tiêu hóa của các động vật có dạ dày đơn.
Kết quả được Hall et al. công bố năm 1993.
Các loài không gây bệnh thuộc giống clostridia có lẽ giúp đỡ chữa trị các
căn bệnh như ung thư. Các nghiên cứu chỉ ra rằng clostridia có khả năng
nhắm chọn lọc tới các tế bào ung thư. Một số loài khác có thể xâm nhập
và và nhân lên trong các khối u rắn. Vì thế một vài loài Clostridia được
sử dụng để chuyển các protein chữa bệnh vào các khối u. Việc ứng dụng
giống Clostridia đã được thực hành trong nhiều kỹ thuật tiền lâm sàng.
-
-công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học từ Rhizobium:
Công nghệ ứng dụng các chế phẩm phân bón sinh học cho thực tiễn sản
xuất là sử dụng các loại chế phẩm hỗn loài, nhiều chủng nhằm làm tăng
và ổn định hiệu lực cùa chế phẩm, trong đó có sự chú ý đặc biệt sự phối
hợp của vi khuẩn Rhizobium và nấm cộng sinh Mycorrhizae cho các loài
cây có 2 khả năng hình thành cộng sinh là keo, phi lao….keo lai và keo
tai tượng là 2 loài cây trồng quan trọng và có triển vọng trong chương
trình trồng rừng của Việt Nam, đặc biệt là trên những vùng đất bị thoái
hóa. Đây là 2 loài cây thuộc họ đậu có khả năng cộng sinh cao với vi
khuẩn cố định đạm Rhizobium và nấm mycorrhizae.
Công việc tuyển chọn vi khuẩn cộng sinh Rhizobium cố định đạm cao
ứng dụng cho sản xuất vườn ươm và trồng cây keo lai và keo tai tượng sẽ
làm tăng chất lượng sản xuất cây con vườn ươm, tăng khả năng thành
công và năng suất rừng trồng trong chương trình trồng rừng và phục hồi
cải tạo môi trường sinh thái của Việt Nam.
Phương pháp mới sản xuất nhiên liệu sinh học: từ Beijerinskii
- Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học bang Ohio - Mỹ, vừa tìm ra
một phương pháp mới để tăng gấp đôi năng suất của việc sản suất nhiên
liệu sinh học butanol, loại nhiên liệu này trong tương lai có thể sẽ được
thay thế xăng dầu dùng cho các phương tiện giao thông. Phương pháp
mới đã cải tiến việc sản xuất butanol bằng phương pháp truyền thống là
dùng những bình ủ có chứa vi khuẩn lên men.
Giáo sư Sinh hóa học Shang-Tian Yang cho biết, thông thường trong 1
lít nước vi khuẩn chỉ có thể sản sinh ra 15gram chất lên men trước khi
chất lên men này trở lên quá độc hại đối với sự sống sót của vi khuẩn.
Ông đã cùng đồng nghiệp tạo ra một loại vi khuẩn hình que đột biến có
tên khoa học là Beijerinckii trong một bình phản ứng sinh học có chứa
các chùm sợi vải polyester (vải nhân tạo dùng để may quần áo). Trong
môi trường này, lượng butanol mà vi khuẩn đột biến Beijerinckii sản sinh
ra trong một lít nước có thể lên tới 30 gram.
Hiện nay, butanol chủ yếu được dùng như một chất dung môi hoặc
dùng trong ngành công nghiệp để sản xuất các hóa chất khác. Tuy nhiên
các nhà khoa học tin tưởng rằng, trong tương lai loại rượu butanol này rất
có thể sẽ là một loại nhiên liệu sinh học. Khi đó butanol có thể thay thế
xăng, dầu làm nhiên liệu cho các loại ô tô. Hơn nữa, so với các loại nhiên
liệu thay thế khác thì butanol tạo ra nhiều năng lượng hơn.
Ông Yang cho biết, phát minh về việc lên men trong ống nghiệm có sợi
sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí sản xuất: "Hiện nay, việc tái chế và
tinh lọc butanol chiếm 40% tổng chi phí sản xuất, khi chúng tôi có thể sản
xuất butanol với năng suất cao hơn thì chúng tôi tin tưởng sẽ giảm được
những khoản chi phí này và như vậy việc sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ
có hiệu quả kinh tế hơn".
Hiện tại, giá của butanol là xấp xỉ 3 USD một gallon, cao hơn giá của
xăng dầu một chút.
Chế tạo butanol từ thực vật
Là một hóa chất cho các quy trình công nghiệp, butanol được sử
dụng trong mọi thứ từ phanh dầu, chất phã loãng sơn, đến nhựa.
Theo nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois, butanol chế tạo từ nguyên
liệu thực vật có thể thay thế butanol butanol chế tạo từ xăng.
Hans Blaschek, nhà vi sinh vật học thuộc Cao đẳng khoa học nông
nghiệp, khách hàng và môi trường tại Illinois, cho biết: “Bạn có thể lái ô
tô với 100% butanol, nhưng butanol có giá trị trong vai trò một hóa chất
hơn nhiều – gấp khoảng 3 lần – so với vai trò nhiên liệu lỏng”.
Butanol có những thuộc tính khiến nó là một loại nhiên liệu lỏng tốt – nó
cháy sạch hơn và có năng lượng cao hơn ethanol, nhưng nó lại đắt tiền
hơn vào thời điểm hiện tại.
Blaschek nhận định: “Nó sẽ thay thế xăng và có thể được sử dụng như
nhiên liệu lỏng, nhưng hiện tại nó quá đắt để sử dụng theo cách đó. Hiện
tại, butanol có giá trị như propelene”.
Ông đã nghiên cứu vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men
trong hơn 25 năm. Khoảng 10 năm về trước phòng thí nghiệm của ông
tại Illinois đã đạt được một tiến bộ trong việc phát triển một dòng vi
khuẩn đất đột biến gọi là Clostridium beijerinckii tạo ra nồng độ butanol
cao hơn khi được thêm vào một chum phó phẩm thực vật.
Có thể so sánh một cách đơn giản – vai trò của Clostridium
beijerinckii trong quá trình tạo ra butanol tương tự với vai trò của
men trong quá trình tạo ra ethanol
Blaschek giải thích: “Một trong những lợi thế của Clostridium đó là
không giống như men chỉ sử dụng sáu đường cácbon, sinh vật này có thể
sử dụng 5 hoặc 6 đường cácbon, vì vậy bạn không bị hạn chế. Bạn có thể
sử dụng bỗng rượu, năng lượng sinh khối, hoặc bất cứ thứ gì có thể tạo
thành đường và có thể lên men. Clostridium ăn cả hai loại kể trên, và đó
là hành động tự nhiên của nó. Bạn không phải kích thích chúng như việc
chúng ta phải làm trong 20 năm qua đối với men”.
Etanol (Ảnh : hydrocarbons-technology.com)
Vì dòng vi sinh vật đột biến tạo ra nồng độ butanol cao hơn, đó là cơ sở
để Tetravitae BioSciences, một công ty địa phương đã cấp phép cho dòng