Khảo sát khả năng ứng dụng enzyme ligninase từ aspergillus niger xử lý mạt dừa

Aspergillus niger là một “thành viên” quen thuộc của hệ vi sinh vật đất, góp phần quan trọng vào quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đất, đặc biệt là xác bã thực vật.. PHẦN II TỔN

HỒ THỊ THANH TRÚC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ENZYME

LIGNINASE TỪ Aspergillus niger XỬ LÝ MẠT DỪA

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Mã số : 604280

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2009

Cán bộ hướng dẫn khoa học:PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG

-

Cán bộ chấm nhận xét 1: -

-

Cán bộ chấm nhận xét 2: -

-

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày… tháng… năm…

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HỒ THỊ THANH TRÚC Phái:Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 14/05/1983 Nơi sinh:Thành phố Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MSHV: 03107127

Khóa (năm trúng tuyển): 2007

1- TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát khả năng ứng dụng enzyme ligninase từ Aspergillus

niger để xử lý mạt dừa.

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thực hiện theo mục tiêu nghiên cứu, tiến hành lựa

chọn và nuôi cấy nấm mốc Aspergillus niger sinh trưởng trên môi trường tối ưu,

ứng dụng xử lý trực tiếp trên mạt dừa tạo phân hữu cơ vi sinh Nội dung nghiên cứu bao gồm những phần chính:

Chọn lọc chủng có khả năng phân giải lignin mạnh

Khảo sát điều kiện nuôi cấy phù hợp (thành phần môi trường, pH, thời gian nuôi cấy…)

Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý mạt dừa

Đánh giá chất lượng sản phẩm phân bón vi sinh sau quá trình xử lý

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Tháng 02/2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Tháng 08/2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

Đầu tiên, con thành kính ghi ơn công lao dưỡng dục của

ba mẹ và gia đình đã cho con có được ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn:

- Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí

Minh, các cán bộ công tác tại phòng Đào tạo sau đại học đã tạo

mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học

tập nghiên cứu tại trường

- Các thầy cô trong bộ môn Công nghệ sinh học đã dạy

dỗ, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích cho em trong suốt thời

gian học tập và tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

- Đặc biệt, Thầy PGS.TS Nguyễn Đức Lượng, người đã

tận tình hướng dẫn và truyền đạt kinh nghiệm cho em trong

thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

- Bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong

suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hồ Thị Thanh Trúc

Đề tài: “Khảo sát khả năng ứng dụng enzyme ligninase từ Aspergillus

niger để xử lý mạt dừa”

Mạt dừa là nguồn nguyên liệu phế thải hữu cơ có trữ lượng lớn, có thể tận dụng làm phân hữu cơ sinh học Tuy nhiên, thành phần lignin khá cao trong mạt dừa chính là một trở ngại lớn cho quá trình xử lý Sau quá trình chọn lọc chủng

Aspergillus niger có khả năng phân hủy lignin cao và xử lý trên mạt dừa, chúng tôi

đã thu được kết quả cụ thể như sau:

- Sau 7 ngày cấy trên môi trường chỉ có nguồn carbon chính là lignin, chủng

ký hiệu A4 phát triển gần như toàn bộ trên đĩa petri, đường kính vòng phân giải trung bình đạt 7,33cm và có sự khác biệt rất có ý nghĩa so với các chủng khác cùng khảo sát

- Chủng nấm mốc được lựa chọn có khả năng sinh trưởng phát triển tốt nhất khi nuôi cấy với tỉ lệ giống là 105 bào tử/100mL môi trường, pH được điều chỉnh đến 5,6

- Mạt dừa sao khi ủ với nấm mốc Aspergillus niger mang lại kết quả khả quan,

làm giảm hàm lượng lignin và tăng hàm lượng nitơ so với ban đầu Tốc độ phân hủy lignin tăng mạnh sau 40 ngày ủ

- Tỉ lệ giống sử dụng càng nhiều, thời gian ủ càng lâu thì hàm lượng lignin giảm càng nhiều và hàm lượng nitơ càng tăng

- Độ ẩm thích hợp nhất cho quá trình xử lý mạt dừa bằng chủng Aspergillus

niger A4 là 60%, khi đó hàm lượng lignin giảm còn 45,92% sau 60 ngày ủ

niger to treat coir dust”

The coir dust is the raw organic waste material with great reserve, can be can used as biological organic fertilizer However, that the lignin component is quite high in the coir dust is a major obstacle for treating process After the selection of

Aspergillus niger strain which can highly decompose the lignin and treat on the coir

dust, we have obtained results as follows:

- After 7 days on the medium which the lignin is the only carbon source, strain

Aspergillus niger A4 nearly develop the entire petri disk, diameter of the average

resolution cycle achieved 7,33 cm and has the very meaningful difference compared with the other strains in same survey

- Mould strain is selected having the best development when grown with 105spores/100mL medium, pH adjusted to 5,6

- The coir dust treated by mould Aspergillus niger brings spectacular results,

reducing the content of lignin and increasing the content of nitrogen compared with the initial material Decomposing lignin speed highly increase after 40 days

- The more organism is used, the longer time is set, the more content of lignin decrease and nitrogen increase

- The suitable moisture for treating process by Aspergillus niger variety A4 is

60%, when the content of lignin decrease to 45.92% after 60 days of treatment

MỞ ĐẦU 1

PHẦN II 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

II.1 Tổng quan về cây dừa 2

II.1.1 Công dụng của dừa 2

II.1.2 Mạt dừa 4

II.2 Tổng quan về lignin 6

II.2.1 Cấu tạo và bản chất hóa học lignin 6

II.2.2 Thành phần và vai trò lignin trong cấu tạo tế bào thực vật 8

II.2.3 Một số phương pháp xử lý lignin 9

II.2.4 Một số enzym tiêu biểu phân hủy lignin 11

II.3 Tổng quan về Aspergillus 12

II.3.1 Giới thiệu chung về chi Aspergillus và giống Aspergillus niger 12

II.3.2 Các đặc điểm hình thái, sinh lý của Aspergillus niger 13

II.4 Một số khái niệm về phân hữu cơ sinh học 14

II.4.1 Khái niệm về phân bón 14

II.4.2 Phân hữu cơ sinh học 15

PHẦN III 20

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

III.1 Địa điểm và thời gian thực hiện 20

III.2 Nguyên vật liệu 20

III.2.1 Mạt dừa 20

III.2.2 Vi sinh vật 20

III.2.3 Dụng cụ và hóa chất 20

III.3 Phương pháp nghiên cứu 21

III.3.1 Môi trường nuôi giữ giống 21

III.3.2 Môi trường nhân giống 21

III.3.3 Phương pháp định tính khả năng phân giải lignin 21

III.3.4 Phương pháp xác định hàm lượng lignin 22

III.3.5 Phương pháp xác định N tổng số 23

III.3.6 Phương pháp xác định C tổng số 23

III.3.7 Phương pháp xác định ẩm độ, pH .24

III.3.8 Phương pháp xử lý số liệu 24

PHẦN IV 25

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

IV.1 Kết quả định tính khả năng phân hủy lignin 25

IV.2 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến khả năng sinh trưởng phát triển của chủng nấm mốc A.niger (ký hiệu A4) 26

IV.2.1 Xây dựng đường cong tăng trưởng 26

IV.2.2 Ảnh hưởng của pH môi trường 28

IV.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống ban đầu lên sự sinh trưởng của nấm mốc 29

IV.2.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ % lignin bổ sung vào môi trường nuôi cấy 30

IV.3 Sự thay đổi hàm lượng lignin, nitơ trong mạt dừa sau khi ủ với nấm mốc A.niger 30

A.niger 33

IV.3.3 Ảnh hưởng của ẩm độ đến khả năng phân hủy lignin của A.niger 36

IV.4 Một số chỉ tiêu hóa học của mạt dừa sau quá trình ủ với nấm mốc 39

PHẦN V 42

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42

V.1 Kết luận 42

V.2 Đề nghị 42 PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

hữu cơ khác 5

Bảng 4.1 Đường kính vòng phân giải của 5 chủng nấm mốc sau 7 ngày cấy 25

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của pH môi trường đến sự phát triển nấm mốc 28

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống ban đầu 29

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ % lignin trong môi trường nuôi cấy 30

Bảng 4.5 Hàm lượng lignin trong các mẫu sau quá trình xử lý với chế phẩm khác nhau 31

Bảng 4.6 Hàm lượng nitơ trong các mẫu sau quá trình xử lý với chế phẩm khác nhau 32

Bảng 4.7 Hàm lượng lignin trong mạt dừa sau khi ủ với tỉ lệ nấm khác nhau 34

Bảng 4.8 Hàm lượng nitơ trong mạt dừa sau khi ủ với tỉ lệ nấm khác nhau 35

Bảng 4.9 Hàm lượng lignin trong mạt dừa sau khi xử lý ở ẩm độ khác nhau 37

Bảng 4.10 Hàm lượng nitơ trong mạt dừa sau khi xử lý ở độ ẩm khác nhau 38

Bảng 4.11 Một số chỉ tiêu hóa học của mạt dừa sau quá trình xử lý 39

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Các monomer của phân tử lignin .7

Hình 2.2 Con đường phân giải lignin bởi hệ enzym vi sinh vật .12

Hình 4.1 Vòng tròn phân giải lignin của chủng Aspergillus niger A4 25

Hình 4.2 Mạt dừa ở trạng thái sấy khô 40

Hình 4.3 Mạt dừa trước khi xử lý .41

Hình 4.4 Mạt dừa sau khi ủ với Aspergillus niger A4 41

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị 4.1 Đường cong tăng trưởng của chủng A niger A4 27

Đồ thị 4.2 Ảnh hưởng của pH môi trường đến sự sinh trưởng nấm mốc 28

Đồ thị 4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống 29

Đồ thị 4.4 Hàm lượng lignin trong các mẫu được xử lý với chế phẩm khác nhau 32

Đồ thị 4.5 Hàm lượng nitơ trong các mẫu được xử lý với chế phẩm khác nhau 33

Đồ thị 4.6 Hàm lượng lignin trong các mẫu được xử lý với tỉ lệ giống khác nhau 35

Đồ thị 4.7 Hàm lượng nitơ trong các mẫu được xử lý với tỉ lệ giống khác nhau 36

Đồ thị 4.8 Hàm lượng lignin trong các mẫu xử lý ở độ ẩm khác nhau 37

Đồ thị 4.9 Hàm lượng nitơ trong các mẫu xử lý ở độ ẩm khác nhau 38

PHẦN I

MỞ ĐẦU

Tại nhiều nước trên thế giới, cây dừa được gọi là “cây của cuộc sống” do tính hữu dụng của hầu hết các bộ phận trên cây dừa từ trái, thân, lá, rễ…để làm ra các sản phẩm có giá trị phục vụ con người Trong những năm gần đây, nhiều phát hiện

và nghiên cứu cho thấy mạt dừa cũng là một nguyên liệu mang nhiều giá trị kinh tế Trước đây, mạt dừa chỉ là một chất phế thải trong quá trình chế biến xơ dừa Chúng được trực tiếp thải ra môi trường bên ngoài, gây ô nhiễm nghiêm trọng kênh rạch, sông ngòi… cũng như ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và sinh hoạt của người dân Một số nông dân cũng đã biết tận dụng nguồn phế phẩm này để phủ gốc, tạo nguồn phân cho cây trồng.Tuy nhiên hiệu quả sử dụng chưa cao

Theo nhiều kết quả nghiên cứu, trong mạt dừa có chứa hàm lượng lignin khá cao Đây chính là nguyên nhân gây trở ngại cho việc phân hủy mạt dừa trong tự nhiên, hạn chế khả năng ứng dụng của chúng trong sản xuất nông nghiệp Chính vì thế, việc nghiên cứu sử dụng hệ enzym phân hủy lignin từ vi sinh vật là vấn đề được quan tâm Enzym vi sinh vật góp phần đẩy nhanh quá trình chuyển hóa các chất thải

bã thành sản phẩm có ích, đồng thời đóng góp hết sức quan trọng trong việc giảm ô nhiễm môi trường và đẩy nhanh vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

Aspergillus niger là một “thành viên” quen thuộc của hệ vi sinh vật đất, góp

phần quan trọng vào quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đất, đặc biệt là xác bã thực vật

Chính từ những luận điểm trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Khảo sát khả

năng ứng dụng enzym ligninase từ Aspergillus niger xử lý mạt dừa” để nâng cao

hiệu quả sử dụng mạt dừa trong sản xuất và bảo vệ môi trường tự nhiên

PHẦN II

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

II.1 Tổng quan về cây dừa [1]

Cây dừa có tên khoa học là Cocos nucifera L.Tại nhiều nước trên thế giới, cây

dừa được gọi là “cây của cuộc sống” do tính hữu dụng của hầu hết các bộ phận trên cây dừa từ trái, thân, lá, rễ…để làm ra các sản phẩm có giá trị phục vụ con người

Từ nhiều thế kỷ nay, cây dừa đã là một trong những cây trồng chính và phổ biến ở hầu hết các nước thuộc vùng nhiệt đới và xích đạo trên thế giới

Cây dừa phân bố rộng rãi trong tự nhiên Người ta chứng minh cây dừa có nguồn gốc nhiệt đới, là một loại hải thảo, thích hợp với những vùng có khí hậu nóng

và ẩm của miền nhiệt đới Ở Việt Nam, cây dừa được trồng từ Bắc đến Nam, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, rồi đến các tỉnh Duyên hải Trung Nam bộ, Đông Nam bộ

II.1.1 Công dụng của dừa [1]

Dừa là một loại cây công nghiệp lâu năm Sản phẩm của dừa rất đa dạng và phong phú, xét về mọi mặt, thì sản phẩm của cây dừa là một trong những nguyên liệu cơ bản của công nghiệp chế biến, cung cấp thực phẩm cho người, sản xuất tiểu thủ công nghiệp, cung cấp hàng tiêu dùng phục vụ nhu cầu đời sống hằng ngày của nhân dân và có giá trị xuất khẩu cao Ngoài ra, sản phẩm của dừa còn dùng làm thức

ăn cho gia súc, nuôi tôm, cá Hiện nay một số nước trên thế giới đã xem cây dừa là cây có 1001 công dụng

Bên cạnh đó, xét về mặt khoa học, trồng dừa có thể tận dụng được năng lượng mặt trời thừa thải chuyển hóa sang dạng hóa năng hữu ích, dừa lại có thể sinh trưởng phát triển trên các vùng nước lợ, đất mặn ven biển, ven các cửa sông, do đó không tranh chấp đất đai với các loại cây trồng khác

Hơn thế, trồng dừa còn mang lại giá trị thiết thực trong việc bảo vệ môi trường sinh thái, hạn chế tình trạng sụp lở đất đai dọc theo các sông, kênh, rạch lớn

Hầu hết tất cả các bộ phận trên cây dừa đều được sử dụng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau của con người, có thể kể đến như sau:

+ Rễ dừa: đem sắc nấu nước uống có thể trị được sốt và kiết lỵ;

+ Thân dừa: làm gỗ, làm cầu, ống bọng, gỗ già có thể làm thành nhiều dụng cụ sinh hoạt trong gia đình;

+ Lá dừa: làm chất đốt, lợp nhà, đan nón, giỏ, làm chổi, lá tươi dùng gói bánh; + Đọt non: có thể ăn sống hoặc nấu chính, chứa khoảng 3% tinh bột, 5-6% đường (chủ yếu là đường saccharose);

+ Gáo dừa: nghiền thành bột, nhờ có tỷ trọng cao nên dùng làm bột khuôn trong ngành đúc cơ khí, đem hỗn hợp trộn với cao su để chế biến vỏ xe; làm gạch lót nền, cầu thang vì có khả năng chịu đựng với độ ẩm và nhiệt độ

Gáo dừa đem đốt ở nhiệt độ cao để chế biến thành than hoạt tính, than thiêu kết, được sử dụng trong quá trình hóa dược, lọc chế như điều chế thuốc Penicilline Tro gáo dừa chứa 30-52% K2O, một ít Ca và Mg, dùng làm phân bón cho dừa rất tốt

+ Trái dừa:

Phổ biến nhất là dùng nước dừa làm thức uống giải khát Trong nước dừa có chứa thành phần dinh dưỡng đa dạng và dồi dào, chủ yếu là đường glucose và levulose Ngoài ra, trong nước dừa còn chứa các loại vitamin, khoáng, các axit amin, đặc biệt là chất kích thích sinh trưởng Do đó, nước dừa còn được dùng trong các phòng thí nghiệm nuôi cấy mô tế bào, nấm, vi khuẩn, nuôi côn trùng, ruồi trái cây, hạt phong lan,…Nước dừa có thể đem thắng làm nước màu, gia vị thức ăn, làm thức ăn gia súc, chế biến thành rượu, alcol, siro hoặc làm dấm chua

Cơm dừa có thể dùng tươi như thức ăn thông thường hoặc chế biến thành bột đem sấy làm bánh, kẹo có hương vị thơm, ngon; chế biến thành sữa dừa với hàm lượng dinh dưỡng tương tự như sữa bò nhưng giá thành chỉ bằng ½ sữa bò; đem sấy khô rồi ép thành dầu

Dầu dừa có thể đem tinh luyện dùng làm dầu ăn, chế biến bánh kẹo Trong ngành dược phẩm, người ta dùng dầu dừa làm dung môi hay pha chế với các loại

kích thích tố, các sinh tố, thuốc trụ sinh để làm thuốc viên hay thuốc chích Ở Âu

Mỹ, người ta sử dụng dầu dừa thay thế bơ cacao trong việc chế biến thành các polyglycerol trong kỹ nghệ dược phẩm Dầu dừa còn được dùng làm dầu chải tóc, dầu nhờn, nhiên liệu chạy động cơ hay pha trộn với các loại dầu khác làm nhựa tổng hợp, làm xà phòng rất có lợi

Phần bã được bán trên thị trường thế giới (độ ẩm 9-10%) như các loại khô bánh dầu của các loại hạt khác, dùng làm thức ăn bổ sung rất tốt cho gia súc, gia cầm và tôm, cá

II.1.2 Mạt dừa [1],[4],[22],[5]

a Nguồn gốc

Mạt dừa là sản phẩm còn lại sau khi tước lấy phần xơ của vỏ Trước đây, mạt dừa chỉ là một chất phế thải trong quá trình chế biến xơ dừa Chúng được trực tiếp thải ra môi trường bên ngoài, gây ô nhiễm nghiêm trọng kênh rạch, sông ngòi… cũng như ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và sinh hoạt của người dân Mạt dừa có khả năng giữ lượng nước gấp 8 lần khối lượng của chúng Một số nông dân cũng đã biết tận dụng nguồn phế phẩm này để phủ gốc, tạo nguồn phân cho cây trồng.Tuy nhiên hiệu quả sử dụng chưa cao

Mạt dừa có nhiều ưu điểm là sạch, không chứa kim loại nặng, có độ xốp cao, giữ ẩm tốt, có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ sinh hóa Tuy nhiên, theo nhiều kết quả nghiên cứu, trong mạt dừa có chứa hàm lượng lignin khá cao Đây chính là nguyên nhân gây trở ngại cho việc phân hủy mạt dừa trong tự nhiên, hạn chế khả năng ứng dụng của chúng trong sản xuất nông nghiệp Chính vì thế, việc nghiên cứu sử dụng hệ enzym phân hủy lignin từ vi sinh vật là vấn đề được quan tâm Enzym vi sinh vật góp phần đẩy nhanh quá trình chuyển hóa các chất thải

bã thành sản phẩm có ích, đồng thời đóng góp hết sức quan trọng trong việc giảm ô nhiễm môi trường và đẩy nhanh vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

b Tính chất vật lý và thành phần hóa học của mạt dừa

Mạt dừa có một số đặc tính cũng như thành phần cơ bản như sau:

- Độ xốp: 10-12%

Bên cạnh đó, mạt dừa là vật liệu có tính đàn hồi cao, đặc biệt là sự ổn định về mặt vật lý so với than bùn và những vật liệu hữu cơ khác Mạt dừa không xẹp xuống khi ẩm cũng như không co lại quá nhiều khi bị khô, nó có tính ổn định vật lý lâu dài, đảm bảo sự chống chịu của cây trồng không giảm với thời gian

Bảng 2.1 So sánh thành phần hóa học trong mạt dừa và trong một số nguyên liệu hữu cơ khác

Cũng như những chất hữu cơ khác, mạt dừa ngoài việc cung cấp môi trường sinh trưởng cho rễ cây, chúng cũng cung cấp mật độ vi sinh vật khá lớn, những vi sinh vật này lấy năng lượng từ cellulose, các hợp chất carbon khác như pectin, lignin Hầu hết những vi sinh vật này không phải là mầm bệnh và sự hiện diện của

chúng giúp kiềm hãm sự phát triển và sự sinh sôi nảy nở của một số mầm bệnh trong đất do sự cạnh tranh về thức ăn và không gian Trong hầu hết các trường hợp, các mầm bệnh sẽ được ngăn chặn bởi một số vi sinh vật có lợi

II.2 Tổng quan về lignin [8],[10],[11],[13],[15]

Lignin được tìm thấy trong tế bào thực vật bậc cao (hạt trần và hạt kín) Ở cây dương xỉ và cây bạch tùng, lignin chủ yếu tìm thấy trong các mô mạch chuyên hóa

để vận chuyển chất lỏng Lignin không tìm thấy ở rêu, địa y và tảo, những loại thực vật không có quản bào

Ở thực vật, lignin có vai trò như chất liên kết các tế bào làm tăng độ bền cơ học, tăng khả năng chống thấm, ngăn chặn các chất độc và các tác nhân bên ngoài Lignin là thành phần quan trọng trong các mô thực vật Lignin chiếm tỉ lệ thấp ở thực vật còn non và tỉ lệ này tăng dần khi tế bào già Nó tập trung ở các màng thứ cấp của thành tế bào và là chất khó phân giải nhất, chiếm tỉ lệ cao trong mùn đất

II.2.1 Cấu tạo và bản chất hóa học lignin [17],[18]

Lignin có cấu trúc nhiều vòng thơm, có đặc tính không ưa nước, thấm ở thành tế bào của các tổ chức thực vật đã hóa gỗ Đặc biệt lignin có nhiều trong gỗ

và rơm rạ.Lignin là một đại phân tử, có khối lượng phân tử lớn hơn 10.000

Sự khảo cứu quang phổ hấp thu của lignin bằng tia tử ngoại có bước sóng dài

từ 2600-2900 A0 đã chứng minh được sự có mặt của nhân thơm trong phân tử của

nó Sự phân tích thành phần C, H trong phân tử lignin đã cho thấy rằng lignin có 69%C và chỉ có 7%H như vậy càng chứng tỏ sự có mặt của các nhóm định chức thơm chưa no Một số khảo cứu khác cũng đã cho thấy sự có mặt của vòng thơm trong cấu tạo hóa học của lignin: khi oxi hóa lignin trong môi trường kiềm, người ta

đã tách được 46-47% vanilin và aldehyd sirenic từ lignin của gỗ thông và gỗ bạch dương.N.N.Sorigina cho tác dụng natri kim loại, hòa tan trong amoniac lỏng lên lignin của gỗ thông đã chứng minh được rằng rượu oxyhydro cofiferylic là cấu tử căn bản của lignin Như vậy sự có mặt của các nhân thơm trong thành phần lignin

có thể được khẳng định hoàn toàn

Theo nghiên cứu của L.P.Gorebop và N.V.Sorigina, người ta còn xác nhận rằng ngoài các hợp chất thơm, trong thành phần của lignin còn có tới 30% glucid Khác với cellulose và hemicellulose lignin hình thành từ các dẫn suất của phenyl, propan, một chất thơm có mạch nhánh Nói cách chi tiết hơn, lignin là sản phẩm ngưng tụ của 3 thành phần chủ yếu rượu trans-p-cumaryl, trans-coniferyl, trans-cynapyl theo tỉ lệ khác nhau tùy loại thực vật Lignin của cây gỗ thực vật mềm điển hình gồm có 80% coniferyl, 14% cumaryl và 6% coniferyl Lignin của cây gỗ cứng gồm lượng bằng nhau của coniferyl và cynapyl, còn cumaryl chiếm tì lệ rất nhỏ

Trong đại phân tử lignin, các đại cấu trúc nối với nhau bằng rất nhiều liên kết

và loại liên kết Trong đó liên kết chủ yếu chiếm 50-60% số liên kết giữa monome

là kiểu liên kết aryl-glyxerol-aryl ete Ngòai ra còn các kiểu liên kết cumaryl, biphenyl, diarylete Vì dẫn suất của các hợp chất thơm có mạch bên với nhiều nhóm chức hoạt động, đặc biệt là OH của nguyên tử cacbon (đối với vòng thơm) nên lignin có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng đặc trưng khác hẳn với cellulosevà hemicellulose, như các phản ứng thế( clo hóa), phản ứng este hóa, oxy hóa, demetyl hóa

phenyl-Hình 2.1 Các monomer của phân tử lignin

II.2.2 Thành phần và vai trò lignin trong cấu tạo tế bào thực vật [20],[24]

a Thành phần và vai trò của lignin

Lignin là hợp chất cao phân tử có nhân thơm phổ biến trong cấu tạo thực vật Lignin giữ một vai trò quan trọng trong thực vật: giúp cây chống đỡ, vận chuyển nước và ngăn chặn sự phân hủy cellulose và hemicellulose bằng cách hạn chế tối đa diện tích tiếp xúc với các enzym phân hủy

Trong cấu tạo thành tế bào thực vật, lignin thường liên kết với cellulose và hemicellulose tạo thành “bức tường” vững chắc giúp thực vật chống lại những tác động từ bên ngoài Lignin-cellulose trong tự nhiên là một cơ chất khó phân hủy Mỗi thành phần cấu tạo nên lignin- cellulose riêng, do bản chất các liên kết hóa học,

do mức độ polyme hóa và tính không tan trong nước là đối tượng khó phân hủy Tính khó phân hủy lại gia tăng lên nhiều lần khi chúng liên kết với nhau và với các thành phần khác nữa thành một thể cấu trúc chặt chẽ và phức tạp Các mạch phân tử cellulose không bao giờ tồn tại riêng lẻ mà nhờ liên kết hydro gian phân tử tạo thành các cấu trúc lớn hơn gọi là vi sợi, dọc theo sợi có những vùng tại đó các phân tử sắp xếp song song và chặt khít gọi là vùng kết tinh, xen kẽ những vùng mà có sự sắp xếp kém trật tự và chặt chẽ là vùng vô định hình Các vi sợi liên kết với nhau bằng cách đan xen ở những vùng vô định hình này Các vi sợi cellulose, lignin, hemicellulose theo những quy tắc nhất định để hình thành nên cấu trúc vi sợi Với cấu trúc nhiều lớp gồm có nhiều thành phần có bản chất hóa học khác nhau như vậy, lignin-cellulose có độ bền vật lý cao rất khó xâm nhập đối với các vi sinh vật và enzyme Hơn nữa để phân hủy bất cứ thành phần nào của phức hợp một cách hiệu quả và triệt để cần phải tác động đến thành phần khác

Ví dụ để phân giải lignin-cellulose cần đồng thời phải tác động phân giải cả lignin, cellulose và hemicellulose Nhưng do cả ba điều có tính chất hóa học khác nhau nên cơ chế tác động và điều kiện tiến hành cũng khác nhau

b Vai trò của lignin trong quá trình hình thành mùn

Lignin là thành phần ổn định của xác thực vật, vi sinh vật không thể phân giải được phân tử lignin gồm phenol, gốc metoxyl gần giống như acid humic Lignin sau

khi oxi hóa sẽ biến thành màu nâu gần giống acid humic dễ bị tan trong kiềm và kết tủa trong acid, có 2-3% đạm Đối với vi sinh vật, chất này có tính chất kích thích

Từ những nhận định trên, Watxman đưa ra phản ứng giữa lignin và protid như sau:

C56H46C10(OCH3)COOH(OH)4CO + NH2-R-CHNH2-COOH Æ

C56H46C10(OCH3)COOH(OH)4C= N-R –COOH + H2O

Từ lâu người ta đã chứng minh được rằng dung dịch kiềm của mùn trong không khí dần dần biến thành màu sẫm Quá trình biến màu này rất giống như sự biến màu của dung dịch kiềm của các dẫn xuất benzen Vậy sự biến màu sẫm của mùn không phản ánh sự có mặt tất nhiên của lignin

Về vấn đề thể phức hợp protid-lignin, nhiều nhà nghiên cứu thừa nhận rằng phức hợp này có nhiều tính chất hóa học giống axit humic tự nhiên Những chất tan trong kiềm và kết tủa trong axit không đủ để chứng minh chúng gần giống nhau, vì thực tế có nhiều chất khác nhau có tính chất trên

Nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải lignin Kết quả phân giải của chúng một phần đi vào chuyển hóa mới Các sản phẩm phân giải này sẽ cùng với protid của tế bào vi sinh vật và những sản phẩm có đạm khác do vi sinh vật tổng hợp được phản ứng với nhau và kết quả của những phản ứng ấy có thể là nguyên liệu hình thàn mùn trong đất

II.2.3 Một số phương pháp xử lý lignin [4],[5],[10],[11],[13]

a Phương pháp hóa học

Lignin là hợp chất không hòa tan trong nước, kiềm loãng hay trong dung môi hữu cơ thông thường, cũng như các axit đậm đặc Dưới tác dụng của kiềm, bisulfit natri và axit sulfuro, lignin mới bị phân giải từng phần và hòa tan vào dung dịch Hiệu quả nhất để loại trừ lignin là dùng chất tẩy trắng chứa clo Trong công nghiệp, quá trình biến đổi hóa học thường gặp nhất là delignin hóa Delignin hóa là quá trình phân hủy và hòa tan lignin từ nguyên liệu gỗ và một số loại thực vật khác để thu sản phẩm xơ sợi

b Phương pháp sinh học

Ngoài ra, người ta có thể dùng biện pháp sinh học để xử lý lignin Lignin là một trong các polysaccharide của thành tế bào thực vật, nói đúng hơn là một polymer vòng thơm Do đặc tính không ưa nước , lignin rất khó bị phân huỷ

Vì vậy, các enzyme phân giải lignin có vai trò quan trọng trong chu trình vận chuyển carbon trên trái đất

Cơ sở của phương pháp này là dùng vi sinh vật hay chế phẩm enzym của chúng để xử lý lignin, dùng lignin làm nguồn thức ăn Vi sinh vật sử dụng hệ enzym của chúng để phá vỡ các nối liên kết hóa học trong phân tử lignin Một vài vi sinh vật, đặc biệt là các nấm đã được huấn luyện giống, có khả năng tạo ra những enzym cần thiết bẻ gãy những liên kết trong phân tử lignin Điển hình là nấm mục trắng, thuộc lớp Basidiomycetes, có khả năng sinh ra nhiều dạng enzym nội bào phân hủy lignin như: laccase (Lac), lignin peroxidase(LiP), manganese-dependent peroxidase (MnP).Tuy nhiên, trong những năm gần đây, nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy

những nhóm khác như Phylosticta, Aspergillus, Fusarium và Penicillium cũng có

khả năng sinh ra enzym phân hủy lignin, cellulose và hemicellulose

Những loài nấm phân hủy gỗ có khả năng sinh ra cả 3 nhóm enzym nói trên, một số khác chỉ có khả năng sinh ra 1 hoặc 2 nhóm enzym Hệ enzym này đã được chứng minh giữ vai trò cốt yếu trong tiến trình phân hủy lignin, đồng thời hứa hẹn nhiều tiềm năng to lớn cho ngành sản xuất giấy Ngày càng nhiều nghiên cứu cho thấy hệ enzym phân hủy lignin không mang tính chuyên biệt mà chúng còn có khả năng hỗ trợ quá trình phân hủy nhiều chất cặn bã hữu cơ khó phân hủy như các hydratcarbon có nhiều vòng thơm (PAHs), thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm Quá trình sản sinh ra các enzym phân hủy lignin thường được cảm ứng bởi điều kiện carbon

và nitrogen hạn chế Quá trình phân hủy lignin căn bản xảy ra trong điều kiện hiếu khí, trong môi trường kỵ khí lignin có khả năng tồn tại trong một thời gian rất dài Lignin là hợp chất bền vững nhất trong thành phần của thành tế bào thực vật, nếu tỷ

lệ lignin càng cao, khả năng phân hủy sinh học càng thấp

II.2.4 Một số enzym tiêu biểu phân hủy lignin [16],[17],[18],[25]

Laccase là một enzyme kim loại xúc tác cho phản ứng oxi hoá hydroquinone thành benzoquinone Trong trung tâm hoạt động của enzyme này có ion Cu2+ tham gia Dùng laccase cố định trên chất mang để xử lý các thuốc nhuộm anthraquinonic làm giảm tới 80% độ độc của các thuốc nhuộm này So với các chất hoá học để khử độc của các chất nhuộm vải thì laccase có các ưu điểm quan trọng hơn hẳn vì xử lý bằng phương pháp hoá học thì hợp chất azo của chất mầu nhuộm vải thường chuyển về các dạng amin tương tự, mà các amin này thường là các tác nhân đột biến gây ung thư

Lignin peroxidase (LiP) là một phần của hệ thống enzyme ngoại bào của

nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium LiP có đặc tính gây khoáng

hoá nhiều loại hợp chất thơm khó xử lý và oxy hoá một số lượng lớn các hợp chất phenol và hợp chất thơm đa vòng LiP cố định trên chất mang xốp ceramic hoặc trên màng silicon, nó có thể sử dụng để xử lý các rác thải nguy hiểm khó phá hủy

Manganese peroxidase (MnP) xúc tác phản ứng oxy hoá một vài loại phenol đơn vòng và sắc tố vòng, nhưng những phản ứng này phụ thuộc vào sự

có mặt của Mg2+ và đệm Trên thực tế, MnP xúc tác phản ứng oxy hoá khử Mn(II) thành Mn(III) khi có mặt ligand làm bền vững Mn(III) Kết quả là tạo thành phức hợp Mn(III) sau khi xảy ra phản ứng oxi hoá khử các chất hữu cơ

Gần đây, enzyme versatile peroxidase(VP) đã được tìm thấy ở Pleurotus và

một số giống nấm khác Đây được xem là emzym có khả khả năng phân giải lignin thứ ba trong nhóm peroxidase bên cạnh LiP và MnP.Các enzym này tham gia vào tiến trình phân hủy lignin theo nhiều con đường khác nhau bằng các phản ứng khác nhau như: bẻ gãy liên kết C4-e6te(b), tách vòng nhân thơm (c), cắt đứt liên kết Cα-

Cβ (d) và demetyl hóa (e) Các liên kết trong phân tử lignin bị bẻ gãy sẽ phóng thích một số đơn chất là tiền đề, cơ chất cho những phản ứng phân hủy tiếp theo Ví dụ, sau khi liên kết Cα-Cβ bị cắt đứt, aldehyt thơm được giải phóng sẽ là cơ chất cho sự sản sinh H2O2 nhờ vào aryl-alchohol oxidase (AAO)

Hình 2.2 Con đường phân giải lignin bởi hệ enzym vi sinh vật

II.3 Tổng quan về Aspergillus [7],[25]

II.3.1 Giới thiệu chung về chi Aspergillus và giống Aspergillus niger

Trong khoảng 200 loại nấm, chi Aspergillus được xem là quan trọng nhất

trong các loại nấm sợi Khuẩn ty phân nhánh, có vách ngăn ngang hoàn chỉnh, nhiều khuẩn ty phát triển trên bề mặt cơ chất để hấp thu chất dinh dưỡng; đặc biệt ở vách ngăn ngang có một lỗ nhỏ để tế bào chất thông thương qua lại giữa 2 tế bào Khuẩn

ty đứt thành khúc và mỗi khúc hay đoạn có thể phát triển cho ra khuẩn ty mới

Giống phổ biến nhất trong chi này là Aspergillus niger Chúng thường được

tìm thấy ở môi trường đất và trong không khí Cũng như các loại nấm sợi khác,

A.niger phát triển mạnh trong điều kiện hiếu khí Trên môi trường cơ chất giàu

carbon như glucose, sợi nấm phát triển mạnh tạo nên các khuẩn lạc có bào tử màu nâu đen trên bề mặt, phần gốc nơi sợi nấm bám vào cơ chất thì có màu vàng nhạt

Trái lại với giống A.niger, khuẩn lạc của giống A.nidulans khi phát triển trên thạch

đĩa có màu xanh lá cây với phần gốc có màu từ trắng đến nâu nhạt Phần chân của

sợi nấm ở các giống Aspergillus spp có sự thay đổi màu sắc rất đa dạng từ không

màu đến màu vàng nhạt và thậm chí là màu tím hay xanh olive ở một số dòng nấm

của giống A Nidulans hay có màu cam tới tím ở giống A Versicolor

A.niger được ứng dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp để thu nhiều hợp chất

khác nhau như acid citric, acid gluconic Bên cạnh đó, người ta cũng đã biết ứng

dụng nhiều enzym thu được từ quá trình lên men A.niger trong sản xuất công

nghiệp như: dùng glucoamylase để tạo ra mật ngô có hàm lượng fructose cao, dùng pectinase làm trong rượu trong công nghệ sản xuất rượu táo hay sử dụng enzym α-galactosidase để bẻ gãy một số đường phức tạo đường đơn ứng dụng trong sản xuất thuốc giảm chứng đầy hơi

II.3.2 Các đặc điểm hình thái, sinh lý của Aspergillus niger

Nếu xét về mặt hình thái học thì rất khó phân biệt Aspergillus niger vì hình

dạng cấu trúc của chúng khá phức tạp, biểu hiện khác nhau trong suốt chu kỳ sinh

trưởng Do đó, điểm khác nhau cơ bản giữa A.niger so với những giống khác là dựa vào màu sắc, tốc độ phát triển và khả năng chịu nhiệt Ví dụ, khi nuôi cấy A.niger

trên môi trường thạch Czapek- Dox ở nhiệt độ 250C, sau 7 ngày đường kính khuẩn lạc tăng từ 1-9cm Trong khi đó, với cùng điều kiện nuôi cấy, đường kính khuẩn lạc

của giống A.nidulans và A.glaucus chỉ tăng từ 0,5-1cm

A.niger là nhóm nấm ưa ẩm Trên môi trường thạch, A.niger có khả năng chịu

được nhiệt độ từ 25-350C và nhiệt độ tối hảo là 300C Những loại nấm khác, chẳng

hạn như A.fumigatus sinh trưởng tốt ở nhiệt độ trên 400C

Cũng như những vi sinh vật khác, nấm mốc Aspergillus niger chủ yếu trải qua

4 giai đoạn trong chu kỳ sinh trưởng phát triển: thích nghi, sinh trưởng, ổn định và

tử vong

Trong suốt giai đoạn sinh trưởng (pha log), nấm mốc chủ yếu phát triển hệ sợi hình ống Từ một sợi nấm ban đầu, chúng sẽ tiếp tục phân nhánh nhiều lần tạo nên một hệ sợi phát triển được gọi là khuẩn ty Trong giai đoạn này, tốc độ phát triển của nấm mốc tăng lên theo cấp số mũ Nhưng giai đoạn sản sinh ra các enzym ngoại bào thường chỉ bắt đầu sau giai đoạn này

Trong sự phát triển nòi giống của nấm mốc, sự sinh sản vô tính thường quan trọng hơn Cách sinh sản vô tính thông thường nhất ở nấm là bằng bào tử Có 2 hình thức hình thành bào tử chính là sự hình thành bào tử kín và sự hình thành bào tử

đính Ở A.niger sản sinh ra bào tử bằng sự hình thành bào tử đính Những tế bào

sinh bào tử được hình thành trực tiếp trên các sợi nấm bình thường hoặc trên các sợi nấm đặc biệt gọi là cuống đính bào tử Trên đầu cuống sinh bào tử được phân bố

những cơ quan sinh bào tử gọi là túi đỉnh, có hình cầu Bào tử nấm A.niger có hình

tròn và màng tế bào có gai nhỏ

II.4 Một số khái niệm về phân hữu cơ sinh học [2],[4][5]

II.4.1 Khái niệm về phân bón

Phân bón là chất bổ sung cho đất một hay nhiều nguyên tố cần thiết cho cây trồng, gồm 16 nguyên tố, trừ 3 nguyên tố cơ bản (C,H,O) do nước và không khí mang lại, còn 13 nguyên tố còn lại do công nghiệp hóa chất cung cấp dưới các loại phân bón khác nhau

Tùy theo nhu cầu của cây trồng đối với mỗi loại nguyên tố mà chúng được chia làm 3 nhóm:

- Nguyên tố đa lượng: N, P, K

- Nguyên tố vi lượng: Bo, Cl, Cu, Fe, Mn, Molypden, Zn

- Một số nguyên tố khác như: Co, Na, Si chỉ có vai trò là chất dinh dưỡng trong một vài vụ

II.4.2 Phân hữu cơ sinh học

Trong nhiều năm qua, những nghiên cứu về độ phì đất và tình hình sử dụng phân bón cho thấy đất có xu hướng giảm lượng hữu cơ, giảm dự trữ mùn và đạm khá mạnh, do đó hiện tượng thoái hóa đất xảy ra phổ biến đặc biệt là các loại đất vùng đồi núi Do đó, trong những năm gần đây, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã kêu gọi hạn chế sử dụng phân bón hóa học nhiều, lâu năm vì khiến cho đất

bị thoái hóa, chai sạn Đến nay, ở hầu hết các nước phát triển, người ta có xu hướng

sử dụng các loại phân bón hữu cơ sinh học đặc biệt là phân bón vi sinh Phân bón vi sinh có 2 tác dụng tăng cường dinh dưỡng độ xốp cho đất đồng thời phòng trừ các loại nấm có hại cho cây Bên cạnh đó, hạn chế sự dụng phân bón hóa học là góp phần bảo vệ môi trường đất, nước và không khí

Phân vi sinh là chế phẩm chứa các vi sinh vật sống có hoạt lực cao đã được tuyển chọn Thông qua hoạt động của nó tạo được chất dinh dưỡng cho đất và cây trồng phát triển tốt hơn.Có nhiều nhóm sinh vật bao gồm nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn được sử dụng để làm phân bón Trong số đó quan trọng là các nhóm vi sinh vật cố định đạm, hòa tan lân, phân giải chất hữu cơ, kích thích sinh trưởng cây trồng

- Phân vi sinh vật cố định đạm: Có nhiều loài vi sinh vật có khả năng cố định

N từ không khí Đáng chú ý có các loài: tảo lam (Cyanobacterium), vi khuẩn

Azotobacter, Bradyrhizobium, Rhyzobium; xạ khuẩn Actinomyces, Klebsiella

Phần lớn các loài vi khuẩn cố định đạm thường sống cộng sinh với các cây

họ đậu Chúng xâm nhập vào rễ cây và sống cộng sinh trong đó, tạo thành các nốt sần ở rễ cây Chúng sử dụng chất hữu cơ của cây để sinh trưởng đồng thời hút đạm

từ không khí để cung cấp cho cây, một phần tích luỹ lại trong cơ thể chúng

Tảo lam cộng sinh với bèo hoa dâu và hút đạm tích luỹ lại làm cho bèo hoa dâu có hàm lượng đạm cao, trở thành cây phân xanh rất quý

Thời gian gần đây, cùng với những tiến bộ của khoa học và công nghệ, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ gen để tạo ra các chủng vi sinh vật cố định đạm

có nhiều đặc điểm tốt: khả năng cố định đạm cao, khả năng cộng sinh tốt Công nghệ sinh học cũng giúp tạo ra những chủng vi sinh vật có đặc tính cạnh tranh cao

với các loài vi sinh vật trong đất Mặt khác, công nghệ sinh học đã cho phép các nhà khoa học tách được gen quy định đặc tính cố định đạm từ vi khuẩn và đem cấy vào nhân tế bào cây trồng, làm cho một số loài cây trồng cũng tạo được khả năng cố định đạm như vi khuẩn

Hiện nay trên thị trường phân bón nước ta, phân vi sinh vật cố định đạm được bán dưới các tên thương phẩm sau đây:

9 Phân nitragin chứa vi khuẩn nốt sần cây đậu tương

9 Phân rhidafo chứa vi khuẩn nốt sần cây lạc

9 Azotobacterin chứa vi khuẩn hút đạm tự do

9 Azozin chứa vi khuẩn hút đạm từ không khí sống trong ruộng lúa Loại phân này có thể trộn với hạt giống lúa

- Phân vi sinh vật hoà tan lân: Cây chỉ có thể hút được lân từ đất dưới dạng hoà tan trong dung dịch đất Vì vậy, cây chỉ có thể hút được lân ở dạng dễ tiêu trong đất Lân ở dạng khó tan trong đất cây không hút được Vì vậy, có nhiều loại đất như đất đỏ bazan, đất đen, v.v hàm lượng lân trong đất khá cao, nhưng cây không hút được vì lân ở dưới dạng khó hoà tan

Trong đất thường tồn tại một nhóm vi sinh vật có khả năng hoà tan lân Nhóm vi sinh vật này được các nhà khoa học đặt tên cho là nhóm HTL (hoà tan lân, các nước nói tiếng Anh đặt tên cho nhóm này là PSM – phosphate solubilizing microorganisms)

Nhóm hoà tan lân bao gồm: Aspergillus niger, một số loài thuộc các chi vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Micrococens Nhóm vi sinh vật này dễ dàng nuôi

cấy trên môi trường nhân tạo Nhiều nơi người ta đã đưa trộn sinh khối hoặc bào tử các loại vi sinh vật hoà tan lân sau khi nuôi cấy và nhân lên trong phòng thí nghiệm, với bột phosphorit hoặc apatit rồi bón cho cây Sử dụng các chế phẩm vi sinh vật HTL đem lại hiệu quả cao ở những vùng đất cây bị thiếu lân

Một số loài vi sinh vật sống cộng sinh trên rễ cây có khả năng hút lân để

cung cấp cho cây Trong số này, đáng kể là loài VA mycorrhiza Loài này có thể

hoà tan phosphat sắt trong đất để cung cấp lân cho cây Ngoài ra loài này còn có khả

năng huy động các nguyên tố Cu, Zn, Fe… cho cây trồng Nhiều nơi người ta sử

dụng VA mycorrhiza đã làm tăng năng suất cam, chanh, táo, cà phê… Nuôi cấy VA

mycorrhiza trên môi trường nhân tạo rất khó Vì vậy hiện nay các chế phẩm có chứa

VA mycorrhiza chỉ có bán rất hạn chế trên thị trường phân bón Mỹ

Những năm gần đây, trên thị trường phân bón ở một số nước có bán chế phẩm Phospho – bacterin trong có chứa vi khuẩn giải phóng lân dễ tiêu từ các chất hữu cơ

- Phân vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây: Gồm một nhóm nhiều loài vi sinh vật khác nhau, trong đó có vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, v.v Nhóm này được các nhà khoa học phân lập ra từ tập đoàn vi sinh vật đất

Người ta sử dụng những chế phẩm gồm tập đoàn vi sinh vật được chọn lọc

để phun lên cây hoặc bón vào đất làm cho cây sinh trưởng và phát triển tốt, ít sâu bệnh, tăng năng suất Chế phẩm này còn làm tăng khả năng nảy mầm của hạt, tăng trọng lượng hạt, thúc đẩy bộ rễ cây phát triển mạnh Như vậy, chế phẩm này có tác động tương đối tổng hợp lên cây trồng

Để sản xuất chế phẩm vi sinh vật kích thích tăng trưởng của cây, người ta sử dụng công nghệ lên men vi sinh vật Ở các nước phát triển người ta sử dụng các thiết bị lên men tự động, công suất lớn Ở nước ta, đã dùng kỹ thuật lên men trên môi trường bán rắn để sản xuất chế phẩm này, bước đầu cho kết quả khá tốt

Những năm gần đây ở nước ta đang tiến hành khảo nghiệm chế phẩm EM của giáo sư người Nhật Teruo Higa Chế phẩm này được đặt tên là vi sinh vật hữu hiệu (Effective microorganisms – EM) Đây là chế phẩm trộn lẫn một nhóm các loài

vi sinh vật có ích trong đó có vi khuẩn axitlactic, một số nấm men, một số xạ khuẩn,

vi khuẩn quang hợp, v.v Tại hội nghị đánh giá kết quả sử dụng EM tại Thái Lan tháng 11/1989, các nhà khoa học đã đánh giá tác dụng tốt của EM như sau:

- Cải tạo lý hoá tính và đặc tính sinh học của đất

- Làm giảm mầm mống sâu bệnh trong đất

- Tăng hiệu quả của phân bón hữu cơ

- Cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, cho năng suất cao, phẩm chất nông sản tốt

- Hạn chế sâu bệnh hại cây trồng

- Góp phần làm sạch môi trường

Chế phẩm EM còn được sử dụng trong chăn nuôi Cho gia súc ăn, EM làm tăng hệ vi sinh vật trong đường ruột, làm tăng sức khoẻ, giảm mùi hôi của phân

EM còn được dùng để làm sạch môi trường nước nuôi thuỷ sản

Một số điểm cần chú ý khi sử dụng phân vi sinh vật :

Phân vi sinh vật sản xuất ở nước ta thường có dạng bột màu nâu, đen, vì phần lớn các nơi sản xuất đã dùng than bùn làm chất độn, chất mang vi khuẩn

Phân vi sinh vật sản xuất trong nước thường được sử dụng bằng cách trộn với các hạt giống đã được vảy nước để ẩm hạt trước khi gieo 10 – 20 phút Nồng độ

sử dụng là 100 kg hạt giống trộn với 1 kg phân vi sinh vật

Các chế phẩm vi sinh vật sản xuất trong nước thường không cất giữ được lâu Thường sau từ 1 đến 6 tháng hoạt tính của các vi sinh vật trong chế phẩm giảm mạnh Vì vậy, khi sử dụng cần xem kỹ ngày sản xuất và thời gian sử dụng được ghi trên bao bì

Chế phẩm vi sinh vật là một vật liệu sống, vì vậy nếu cất giữ trong điều kiện nhiệt độ cao hơn 30oC hoặc ở nơi có ánh nắng trực tiếp chiếu vào, thì một số vi sinh vật bị chết Do đó hiệu quả của chế phẩm bị giảm sút Cần cất giữ phân vi sinh vật ở nơi mát và không bị ánh nắng chiếu vào

Phân vi sinh vật thường chỉ phát huy tác dụng trong những điều kiện đất đai và khí hậu thích hợp Thường chúng phát huy tốt ở các chân đất cao, đối với các loại cây trồng cạn

Để vi sinh vật phát huy đầy đủ hiệu quả của chúng lên đất và cây trồng, cần chú ý các đặc điểm sau:

- Để có vi sinh vật, trước hết phải có các chủng vi sinh vật hữu ích có hoạt lực cao và có khả năng cạnh tranh cao, phát huy được trong đất có sẵn tập đoàn vi sinh vật phong phú và mật độ khá cao (105-107 tế bào/gram)

- Sau khi bón phân vi sinh cho đất và cây trồng, người ta thấy mật độ vi sinh vật hữu ích tăng lên rõ rệt, sau đó giảm dần và ổn định trong quá trình cây trồng phát triển

- Sau khi thu hoạch, mật độ các chủng vi sinh vật này giảm mạnh, tiến tới cân bằng trong quần thể vi sinh vật đất Để đảm bảo hiệu lực của các chủng hữu ích này

và đảm bảo năng suất cây trồng, vẫn phải tiếp tục bón tiếp phân vi sinh vào các vụ trồng khác nhau

Tóm lại, hiệu quả sử dụng do phân bón hữu cơ sinh học là rất lớn Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng rộng rãi loại phân bón mới này để tái tạo lại độ phì nhiêu của vùng đất bạc màu do khai thác không hợp lý, để cải tạo vùng đất hoang hóa thành đất canh tác, để tăng năng suất và chất lượng nông sản trong điều kiện thâm canh cao Quan trọng hơn cả là phân hữu cơ sinh học giải quyết được vấn đề đảm bảo sinh thái, bảo vệ môi trường và phát triển một nền nông nghiệp bền vững