Chuyênđề5-Phân Vi Sinh (1).Docx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN V[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO

CHUYÊN ĐỀ: CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN VI

SINH TĂNG ĐỘ MÙN TRONG ĐẤT

Đặt vấn đề

- Sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng được quyết định bởi chất dinh dưỡng, nước và không khí trong đất, và điều kiện môi trường như ánh sáng và nhiệt độ Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy chất mùn hữu cơ trong đất có ảnh hưởng rất lớn đến cây trồng Số lượng và chất lượng của chất mùn hữu cơ trong đất

có tương quan chặt đến năng suất cây trồng Chất mùn hữu cơ trong đất ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng thông qua các đặc tính lý, hóa và sinh của đất như: Bản thân chất mùn hữu cơ cung cấp chất đạm, lân, lưu huỳnh và các chất vi lượng một cách từ từ cho cây trồng; Chất mùn được xem như là một kho tích trữ dưỡng chất từ phân hóa học Vai trò này rất quan trọng, giúp hạn chế việc mất phân sau khi bón vì nếu không chúng bị bốc hơi hoặc rửa trôi đi Những chất dinh dưỡng được mùn hữu cơ giữ lại này sau đó được phóng thích cho cây hấp thụ khi cần thiết; Chất mùn cải thiện cấu trúc của đất, làm đất có nhiều lổ rỗng hơn vì thế đất trở nên thông thoáng, giúp sự

di chuyển của nước trong đất được dễ dàng, và giữ được nhiều nước hơn

- Để làm tăng độ mùn cho đất ta có thể sử dụng vsv phân giải cellulose chúng có thể xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp bằng công nghệ vi sinh, đặc biệt sử dụng các enzyme cellulase, peroxidase ngoại bào từ vi sinh vật đem lại rất nhiều lợi ích cho đất trồng nông nghiệp Các loài vi sinh vật này đều có sẵn trong

tự nhiên mà số lượng rất phong phú Chúng thuộc nhóm nấm sợi,

xạ khuẩn, vi khuẩn và trong một số trường hợp còn thấy cả nấm men cũng tham gia quá trình phân giải này

- Như vậy, các vi sinh vật có khả năng phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp làm cơ chất để sản xuất phân hữu cơ sẽ đem lại nhiều lợi ích Một mặt, vừa giảm ô nhiễm môi trường nông thôn, giảm phát thải khí nhà kính; mặt khác, cung cấp nguồn dinh

dưỡng thiết yếu cho cây trồng Do đó việc tiến hành nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi sinh vật phân giải cellulose mạnh để sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phế phụ phẩm nông nghiệp là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng [1]

CHUYÊN ĐỀ: CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE, CƠ CHẾ PHÂN GIẢI MÙN VÀ CÁC PHÂN VI

SINH TĂNG ĐỘ MÙN TRONG ĐẤT

I.1 Phân tử xenlulose:

- Cellulose bắt nguồn từ tiếng Pháp còn gọi

là xenlulôzơ, xenlulôza

- Công thức phân tử: (C6H10O5)n

- Xenlulozơ là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-glucose

- Mỗi mắt xịch C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do nên có thể viết công thức cấu tạo của xenlulozo là [C6H7O2(OH)3]n là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật

- Trong gỗ cây lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong

gỗ cây lá rộng nó chiếm 44-50% thể tích [2]

I.1.1 Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên:

- Xenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị,

không tan trong nước và trong dung môi hữu cơ thông thường như benzen, ete Tan trong một số dung môi hữu cơ thông thường như HCL, HNO3,…

- Xenlulozơ là thành phần chính tạo ra lớp màng tế bào thực vật,

bộ khung của cây cối [2]

I.1.2 Tính chất hóa học:

- Tương tự tinh bột, xenlulozơ không có tính khử; khi thủy phân

xenlulozơ đến cùng thì thu được Glucozơ Mỗi mắt xích

C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do nên xenlulozơ có tính chất của ancol đa chức [2]

 Phản ứng của polisaccarit (thủy phân):

 Xảy ra khi đun nóng xenlulozơ với dung dịch axit vô cơ.

 Phản ứng cũng xảy ra nhờ enzim xenlulaza (trong dạ dày trâu, bò ) Cơ thể con người không đồng hóa được xenlulozơ [2]

 Phản ứng ancol đa chức:

 Với HNO3/H2SO4 đặc (phản ứng este hóa):

I.1.3 Ứng dụng:

- Xenlulozơ xantogenat dùng để điều chế tơ visco, tơ axetat, chế tạo thuốc súng không khói và chế tạo phim ảnh

- Xenlulozo thường được dùng trực tiếp hoặc chế tạo thành giấy [2]

I.2 Enzyme xenlulose:

- Cellulase là một phức hệ enzyme có đặc tính sinh học xúc tác cho phản ứng thủy phân, phân hủy chất cellulose thành đường đơn thông qua việc cắt đứt liên kết 1,4-beta-D-glycosidic [3] I.2.1 Vai trò:

- Cellulose là một trong những thành phần cơ bản và quan trọng nhất để cấu thành nên các tế bào thực vật có mặt ở trong hầu hết các loại rau củ quả

- Cellulase là một enzyme không thể thiếu được trong các loài động vật ăn cỏ hay những loài động vật

- Các loại hạt ngũ cốc nảy mầm như: đại mạch, yến mạch hoặc lúa mì mạch đen [3]

I.2.2 Enzyme có ở các loài động vật còn có thể xuất hiện ở một số

loại thực vật và vi sinh vật:

- Các loại hạt nảy mầm như: đại mạch, yến mạch, lúa mì,…

- Loài sinh vật có chứa cellulase là những loài có thể tiêu hóa được chất xơ cellulose như xạ khuẩn, vi khuẩn, nấm sợi, nấm men

- Enzyme cellulase có bản chất là protein với cấu trúc dạng chuỗi polypeptide được cấu tạo nên từ các đơn vị acid amin kết nối với nhau bằng liên kết peptide [3]

I.2.3 Ứng dụng của enzyme cellulase:

- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy: enzyme cellulase được sử dụng nghiền bột, tẩy trắng, dệt may, chăn nuôi, trong thực phẩm

- Ứng dụng trong chăn nuôi: cellulase có thể dùng trong các loại sản phẩm làm sạch môi trường nước cũng như có thể bổ sung vào thức ăn cho vật nuôi để tăng khả năng tiêu hóa [3]

I.3 Vi sinh vật phân giải xenlulose:

- Đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành để phân lập dòng vi sinh vật sản sinh

enzyme phân giải xenlulose và khả năng phân giải xenlulose của chúng Hệ vi sinh vật phân giải xenlulose có thể lên men trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí, bình nhiệt hoặc ái nhiệt, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm được tìm thấy

nhiều trong đất, nước, đường tiêu hóa một số động vật như bò, dê, cừu…nơi cung cấp lượng xenlulose dồi dào để vi sinh vật phân giải và phát triển [4] I.3.1 Vi khuẩn:

- Vi khuẩn phân giải xenlulose bao gồm: Acetobacter xylinum, Cellvibrio gilvus,

C mulvus, Sporocytopphagamy xococcoides, Pseudomonas fluorescens var cellulosa, Cellulomonas biazotea, C cellasea [5], Clostridium, Bacteroides sucinogenes, Actinomycetes, Ruminococcus albus, Methanobrevibacter

ruminatium, Siphonobacter aquaeclarae, Cellulosimicrobium funkei,

Ruminococcus, Ochrobactrum cytisi, Ochorobactrum Haematophilum, Kaistia adipata, Desvosia riboflavia, Labrys neptuniae, Ensifer adhaerens, Shinella zoogloeoides, Citrobacter freundii, và Pseudomonas nitroreducens [6].

- Trong lòng đất người ta cũng phân lập được các dòng vi khuẩn Gram dương hiếu khí như Brevibacllus, Paenibacillus, Bacillus, và Geobacillus [7].

Hình Vi khuẩn Bacillus Hình Vi khuẩn Actinomycetes

I.3.2 Xạ khuẩn:

- Xạ khuẩn là vi khuẩn Gram dương có dạng sợi phân nhánh như nấm Chúng là

vi sinh vật hiếu khí có mặt khắp nơi trong tự nhiên

- Một số xạ khuẩn phân giải xenlulose bao gồm: Streptomyces antibioticus, Str Cellulosae, Str Celluloflavus, Str Thermodiastaticus, Thermomonospora fusca, Nocardia cellulans [5]…Trong đó, Sreptomyces là giống chủ đạo của xạ

khuẩn, đây cũng là vi sinh vật sản sinh xenlulase được quan tâm nghiên cứu

Hình Xạ khuẩn Streptomyces

I.3.3 Nấm:

- Nấm là sinh vật được nghiên cứu nhiều nhất trong lĩnh vực phân hủy xenlulose, khả năng phân hủy xenlulose của nấm cao hơn nhiều so với vi khuẩn Nguyên nhân là do số lượng enzyme tiết ra môi trường của vi khuẩn thường ít và thành phần các loại enzyme không đầy đủ [8] Nấm tiết ra nhiều loại khác nhau và chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ cộng sinh [9]

- Có rất nhiều loài nấm được tìm thấy có khả năng phân giải xenlulose:

Chaetomium, Fusarium, Myrothecium, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus fumigatus, Coniophora cerebella, Mucor pusillus, Neuro spora spp., Piricularia oryzae v.v [5].

Hình Nấm Trichoderma

II Cơ chế phân giải mùn.

II.1 Tổng quan:

II.1.1 Định nghĩa:

- Mùn có nghĩa là một chất hữu cơ, tồn tại ở lớp trên cùng của mặt đất Là sản phẩm phụ của quá trình phân hủy thực vật, phân động vật nhờ các hoạt động của sinh vật đất như giun, côn trùng hoặc vi sinh vật,… Chúng ta có thể gọi là mùn hữu cơ hoặc đất mùn [10]

Hình 2.1: Đất mùn [10]

II.1.2 Thành phần của mùn:

- Chất mùn gồm: Axit humic (chiếm 15-40% trong chất mùn của đất), Axit fulvic (chiếm 35.5% chất mùn), Axit ulmic, bitum, humin (là dẫn xuất của Axit humic chiếm 20-30% trong thành phần của chất mùn trong đất), ulmin,… Trong số các sản phẩm tham gia vào quá trình hình thành chất mùn, polyphenol được chú ý nhiều nhất [11]

Hình 2.2: Axit Humic [12] Hình 2.3: Axit Fulvic [13]

II.2 Quá trình hình thành mùn:

- Có thể hiểu đơn giản đất mùn được hình thành từ quá trình sau:

 Từ các hợp chất hữu cơ ban đầu được nhóm vi sinh vật trong đất phân giải thành các sản phẩm hữu cơ trung gian

 Dưới tác động của nhóm vi sinh vật tổng hợp các sản phẩm trung gian thành các liên kết hợp chất phức tạp như nhân vòng thơm, mạch nhánh

 Sau cùng là nhờ vi sinh vật tổng hợp trùng ngưng thành các hợp chất cao phân

tử có màu nâu đen đến đen được gọi là mùn [10]

II.3 Quá trình phân giải mùn:

- Trải qua quá trình khoáng hoá: quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ thành các chất khoáng đơn giản như CO2, H2O, NO3, NH4-, Ca2+, Mg2+, K+,…

- Nhóm Vi sinh vật có khả năng phân giải chất mùn mạnh nhất là Vi khuần thuộc chi Pseudomonas, xạ khuẩn, nguyên xạ khuẩn, nấm mốc cũng là những nhóm

Vi sinh vật có nhiều đại diện khả năng phân giải chất mùn trong đất [11]

III Các phân vi sinh làm tăng độ mùn cho đất.

III.1 Vai trò của đất mùn:

- Với sự hình thành và tính chất đất:

 Cải thiện kết cấu đất trồng

 Giúp cho đất giữ nước, giữ chất dinh dưỡng tốt hơn

 Góp phần làm tăng tính đệm của đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp

 Giúp cải tạo độ phì nhiêu hiệu quả, là tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng [10]

 Cung cấp nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, Ca, Mg, vi lượng cho cây sử dụng.

 Hình thành các chất vô cơ ở dạng cây sử dụng được nên vẫn đảm bảo dinh dưỡng cho cây trồng

 Giúp kích thích sự nảy mầm của hạt, phát triển của cây con, kích thích sự ra rễ, đâm chồi Góp phần làm tăng năng suất cây trồng

 Đất giàu mùn giúp cây trồng phát triển tốt cho năng suất cao [10]

- Với vi sinh vật trong đất:

 Là nguồn thức ăn dồi dào cho các nhóm vi sinh vật trong đất

 Đất giàu mùn sẽ có quần thể vi sinh vật phát triển phong phú [10]

III.2 Những hiện tượng xảy ra khi đất thiếu mùn:

- Đối với phân bón vào đất:

 Khi đất thiếu mùn, lượng phân bón vô cơ được bón vào đất sẽ nhanh chóng bị mất đi do không có keo đất để giữ lại

 Phân bón sẽ bị bay hơi, thất thoát, gây lãng phí phân bón, cây trồng chỉ hấp thụ được một phần rất nhỏ

=> Thiếu mùn chính là lý do hàng năm nông dân vẫn phải gia tăng phân bón nhưng năng suất thì vẫn không đạt [14]

- Đối với các vi sinh vật trong đất:

 Thiếu mùn sẽ khiến vi sinh vật có ích bị hạn chế nguồn thức ăn nên phát triển cực kém

 Vi sinh vật có ích không hoạt động nếu đất quá ít mùn (đất thoái hóa)

 Khi vi sinh vật có ích tạm ngừng hoạt động chính là lúc vi sinh vật gây hại chiếm ưu thế

 Thiếu mùn, các vi sinh vật có hại sẽ ký sinh vào rễ cây để sinh sôi, phát triển, gây ra rất nhiều bệnh vùng rễ cây trồng [14]

- Đối với đất và cây trồng:

 Mặt đất rất rắn, vón cục

 Một số chất dinh dưỡng sẽ bị cố định vào trong đó nên sẽ rất vất vả cho rễ cây trồng

 Rễ cây khó có thể xuyên qua được lớp đất cứng để có thể hút đủ dinh dưỡng và nước để nuôi cây

 Trong điều kiện thời tiết khô nóng thường xảy ra tình trạng đất “bê tông hóa” gây nghẹt rễ, cây trồng khô héo do không hút được nước và dinh dưỡng [14]

III.3 Cách làm tăng lượng mùn cho đất:

- Giữ thảm thực vật che phủ bằng các loại cỏ, cây che phủ để tăng lượng mùn

cho đất khi chúng chết đi, đồng thời hạn chế được rửa trôi mùn ở lớp đất mặt

- Bổ sung hữu cơ cho đất bằng phân chuồng, phân ủ và các loại vật liệu hữu cơ

như thân chuối, thân ngô đậu, bèo, rơm rạ,…

- Bổ sung thêm các chủng vi sinh vật phân giải hữu cơ để đẩy nhanh quá trình phân hủy, tạo mùn cho đất nhanh

- Tưới bổ sung thêm humic K-humate (là một thành phần của mùn) để tăng keo đất, ổn định pH [14]

Bibliography

[1] Nguyễn Thị Thu Thuỷ và Nguyễn Tiến Long, "VI SINH VẬT PHÂN GIẢI CELLULOSE MẠNH TRONG SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐỐI

VỚI GIỐNG LẠC L14 TẠI HƯƠNG TRÀ, THỪA THIÊN HUẾ," Tạp chí Khoa học Huế: Nông nghiệp và

Phát triển Nông thôn, pp 5-19, 2017

[2] Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Răng, Cao Thị Thặng, "Bài 8:

Xenlulose," in Hoá học 12 Nâng cao, Sóc Trăng, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2019, pp

46-49.

[3] "Biogreen," [Online] Available: https://nguyenlieuhoaduoc.vn/enzyme-cellulase-co-o-dau-vai-tro-va-ung-dung/.

[4] Quệ, Võ Văn Phước;Cao Ngọc Điệp, "Phân lập và nhận diện vi khuẩn phân giải Cellulose," Tạp chí Khoa học, Cần Thơ, 2011.

[5] T T D Thảo, "Bài giảng Công nghệ sản xuất phân vi sinh," Tp Hồ Chí Minh, Trường Đại học

Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, 2022

[6] V T Thiện, " Phương pháp nghiên cứu khoa học về Vi sinh vật phân giải Cellulose," Trường Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, 2023.

[7] Rastogi, "Isolation and characterization of cellulose-degrading bacteria from the

deepsubsurface of the Homestake gold mine, Lead, South Dakota, USA.," USA, Journal of industrial microbiology & biotechnology 36, 2009, pp 585-598.

[8] Michael, "Speciation of termite gut protists: the role of bacterial symbionts," International

journal of Microbiology, vol 4, pp 203-208, 2001

[9] L G Hy, Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010

[10] S MARKETING, "Đặng Gia Trang," 7 1 2021 [Online] Available: https://sfarm.vn/mun-huu-co-la-gi-ung-dung-trong-trong-trot-dang-gia-trang/.

[11] T T D Thảo, "Quá trình hình thành và phân giải chất mùn nhờ VSV đất," in Bài giảng Công

nghệ sản xuất Phân vi sinh, Ho Chi Minh City, 2022, pp Slide 5, Chapter 5.

[12] EARTHGREEN PRODUCTS, [Online] Available: http://www.earthgreen.com/what-is-humic-acid [13] P Uyên, "FUNO Fertigation Nutrition Expert," 2021 [Online] Available: https://funo.vn/kien- thuc-nong-nghiep/kich-thich-sinh-hoc/7-uu-diem-cua-axit-fulvic-giup-tang-nang-suat-chat-luong-nong-san.

[14] P Thu, "Công nghệ Sinh học WAO," 23 7 2022 [Online] Available:

https://congnghesinhhocwao.vn/cach-tang-luong-mun-cho-dat/.