ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam đã có những bƣớc phát triển vƣợt bậc. Sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam đã có mặt trên thị trƣờng của 120 nƣớc trên thế giới, kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm về gỗ năm 2018 đạt 9,3 tỉ USD. Gỗ đƣợc xếp là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực và đƣợc xếp vào 16 loại mặt hàng xúc tiến thƣơng mại quốc gia. Bên cạnh các phƣơng pháp bảo quản gỗ thông thƣờng là sử dụng các loại thuốc phòng ngừa và diệt nấm hại gỗ thì phƣơng pháp biến tính gỗ mang đến giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao độ bền cơ học và cải thiện khả năng chống nấm cho gỗ mà không gây độc hại cho môi trƣờng.
Ở Việt Nam, Keo và Bạch đàn là loại cây lâm nghiệp rất phổ biến, chiếm hơn 70% diện tích rừng trồng. Thống kê cho thấy có hơn 80% vật liệu gỗ sử dụng cho các ngành công nghiệp đều đƣợc xử lí bằng các phƣơng pháp biến tính khác nhau, chủ yếu là các loại gỗ Keo và Bạch đàn. Trong đó biến tính gỗ bằng nano và biến tính nhiệt là hai phƣơng pháp biến tính gỗ đƣợc sử dụng phổ biến nhất để nâng cao cƣờng độ cơ học cũng nhƣ khả năng kháng nấm gây hại gỗ. Các loại nấm mục, nấm biến màu là một trong những tác nhân gây hại mạnh gây ra thiệt hại nghiêm trọng về giá trị của gỗ trong quá trình sử dụng, chúng làm giảm khối lƣợng gỗ, cƣờng độ cơ học của gỗ và gây biến màu bề mặt gỗ làm giảm chất lƣợng thẩm mỹ của gỗ.
Do đó việc phân lập, nghiên cứu các đặc tính của một số chủng nấm hại gỗ và đánh giá mức độ gây hại của một số chủng nấm gây tác động lớn đến vật liệu gỗ biến tính trƣớc khi sử dụng là vấn đề cấp thiết. Tuy nhiên, ở nƣớc ta chƣa có nhiều công bố về phân lập nấm hại gỗ và đánh giá khả năng kháng nấm của gỗ biến tính, đặc biệt là gỗ keo. Điều này ảnh hƣởng rất lớn đến việc đƣa ra các tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng của gỗ biến tính và vấn đề thƣơng mại hóa đồ gỗ xuất khẩu, làm hạn chế tiềm năng sử dụng gỗ biến tính. Nhằm mục đích tạo đƣợc một bộ chủng nấm hại gỗ ứng dụng cho việc đánh giá khả năng kháng nấm của gỗ biến tính chúng tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: “Phân lập một số chủng nấm hại gỗ và xác định khả năng kháng nấm của gỗ keo biến tính”.
1 HƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 1. Khái quát về nấm hại gỗ 1. Khái niệm Nấm là khái niệm chung chỉ giới sinh vật sống chủ yếu theo phƣơng thức dị dƣỡng, không có chất diệp lục, có nhân thật, có thành tế bào chứa kitin- glucan, có khả năng phân hủy chất hữu cơ, phát triển ở dạng đa bào hoặc đơn bào. Những đại diện tiêu biểu của nấm bao gồm nấm mốc, nấm men và nấm lớn (nấm quả thể) [4].
Nấm sinh sản chủ yếu bằng hình thức sinh bào tử (bào tử vô tính hoặc hữu tính) và sinh sản sinh dƣỡng bằng cách tách rời một phần hệ sợi. Hiện nay các nghiên cứu đã phát hiện đƣợc hơn 10000 loài nấm trong tự nhiên [11]. Nấm có vai trò vô cùng quan trọng, bên cạnh lợi ích của nấm là phân hủy chất hữu cơ, làm thức ăn, dƣợc liệu, sản xuất các chất có hoạt tính sinh học… nấm còn đƣợc biết đến là tác nhân gây bệnh cho động thực vật và con ngƣời [21]. Những loài nấm có khả năng phân hủy đƣợc một hay nhiều cấu tử của gỗ nhƣ cellulose, hemicellulose, lignin gây ra hiện tƣợng mục gỗ đƣợc gọi là nấm hại gỗ.
Nấm hại gỗ có thể xâm nhập trên gỗ đã chặt hạ hoặc sống kí sinh trên cây lâm nghiệp làm giảm năng suất gỗ. Gỗ khi bị nấm mục tấn công sẽ bị thay đổi màu sắc, giảm khối lƣợng và gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến các tính chất cơ lí chịu lực của gỗ. Cùng với côn trùng hại gỗ (mối, mọt, sâu đục thân…) nấm mục gỗ làm giảm tuổi thọ của các công trình, ảnh hƣởng đến năng suất cây trồng, gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế cho ngành chế biến lâm sản và các ngành công nghiệp khác liên quan [12, 39]. Phân loại nấm hại gỗ Nấm hại lâm sản rất đa dạng, thuộc nhiều lớp, nhiều bộ khác nhau.
Kết quả điều tra khảo sát ban đầu về nấm hại gỗ của Viện điều tra quy hoạch lâm nghiệp ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam đã phát hiện khoảng 100 loài nấm hại gỗ, trong đó có 25 - 30 loài có tán nấm thu đƣợc trên những cây gỗ chết. Nấm hại gỗ sau chặt hạ tại các kho bãi đƣợc thống kê thuộc 3 lớp, 7 bộ, 11 họ, 21 chi và 55 loài [18]. 2 Đối với nấm hại gỗ, cách phân loại phổ biến nhất là phân loại dựa vào tác động gây hại của nấm, biểu hiện qua màu sắc và cách thức gây mục gỗ đƣợc chia thành 3 nhóm: nấm mục trắng, nấm mục nâu và nấm biến màu. Nấm mục trắng: là tên gọi chung cho nhóm nấm chứa hệ enzym cellulase và ligninase (hình 1.
Ban đầu, nấm tiết ra các loại enzym ligninase tấn công vào lignin trong tế bào gỗ để lại cellulose và các polysaccarit khác, nên gỗ mục ban đầu sẽ có màu trắng, sau khi phân hủy hết lignin trong gỗ, nấm mục trắng tiết ra cellulase tiếp tục phân hủy cellulose [21, 39]. Nấm mục nâu: nấm chỉ chứa hệ enzym cellulase nên chúng chỉ tấn công vào các polysaccaride trong tế bào gỗ, để lại lignin nên gỗ mục có màu nâu (hình 1.1C), nhóm nấm này điển hình thuộc các họ: Polyporacae và Agancaceae, Polyporus vaporanus, Serpula [36, 41].1: Nấm biến màu (A); nấm mục trắng (B); nấm mục nâu (C) Nấm biến màu: điển hình là các loài thuộc chi Mucor, Penicillium, Aspergillus, Trychoderma và một số loại nấm mốc khác cũng đƣợc xếp vào nhóm nấm biến màu (hình 1. Đây là nhóm nấm chứa hệ enzym phân hủy cellullose có khả năng phân hủy một phần cacbohydrat đơn giản trong gỗ. Chúng phát triển trên bề mặt gỗ bằng cách sử dụng các hợp chất hữu cơ dự trữ trong gỗ, ít làm giảm khối lƣợng và không gây ảnh hƣởng đến tính chất cơ lí của gỗ, nhƣng chúng làm biến màu bề mặt ảnh hƣởng đến chất lƣợng thẩm mỹ của gỗ [36].
Tác hại của nấm hại gỗ Các loại nấm tấn công trên gỗ của cây đang sinh trƣởng có thể gây ra nhiều bệnh cho cây lâm nghiệp. Dựa trên số liệu thống kê của ngành khoa học bệnh cây cho thấy trên 80% bệnh hại cây trồng là do nấm gây ra. Glomerll, 3 Ceratocystis là nguyên nhân khiến cây trồng bị khô héo và tàn lụi từ trên xuống, chúng gây bệnh thối rễ, gốc, loét thân cành và gây thối quả trên nhiều loại cây trồng nhiệt đới, nấm gây bệnh trên cây Keo gây ra các triệu chứng: thân cây bị biến màu, chảy nhựa mủ ở vỏ, chỉ sau một thời gian ngắn là chết, gây ảnh hƣởng rất lớn đến năng suất và chất lƣợng rừng trồng Keo. Tác hại gây bệnh của nấm trên cây lâm nghiệp điển hình là các bệnh loét thân do nấm Colletotrichum gloeosporioides; bệnh rỗng ruột do nấm Ganoderma sp; bệnh mốc xanh ngọn do nấm Penicillium gây ra cho đối tƣợng cây nông nghiệp và cây lâm nghiệp ở giai đoạn hom làm cây còi cọc và chết; bệnh héo gốc gây ra do nấm Aspergillus; nấm Botryodiplodia theobromae hình thành bào tử trên bề mặt của vết bệnh và phát tán nhờ gió, mƣa, côn trùng… sau đó nhiễm vào cây ký chủ (chủ yếu qua vết thƣơng cơ giới hay vết thƣơng do những loại bệnh khác tạo ra) gây ra bệnh trên chồi và tạo ra các vết nứt trên thân gỗ [31].2: Tác hại của nấm hại gỗ Các loại nấm hại gỗ sinh trƣởng bằng cách sử dụng một hay nhiều thành phần của gỗ nhƣ: cellulose, hemicellulose, lignin, manan… làm cây sinh trƣởng chậm, biến dạng, thậm chí gây chết.
Nấm phát triển cùng với sự sinh trƣởng của cây có thể gây ra hiện tƣợng gỗ xốp, nứt gỗ phát hiện khi chặt hạ. Đặc biệt đối với những cây lâm nghiệp cho gỗ lớn, hiện tƣợng nứt gỗ gây thiệt hại nghiêm trọng, ảnh hƣởng đến quá trình chế biến gỗ và các sản phẩm đồ mộc [23, 39]. Nấm mục xâm nhập vào gỗ sau chặt hạ trong kho bãi và các sản phẩm đồ gỗ có hệ enzym phân giải mạnh các thành phần chính của gỗ, hệ sợi nấm ăn lan vào gỗ gây mục gỗ nghiêm trọng và làm giảm khối lƣợng gỗ. Vì kết cấu gỗ bị phá hủy một phần hay hoàn toàn mà ít nhiều ảnh hƣởng đến tính chất cơ lí của gỗ.
Đặc biệt đối với các loại cây lâm nghiệp cho gỗ dăm nhƣ keo, bạch đàn, 4 thông, cao su… các loại nấm mục có thể gây ra hiện tƣợng mục gỗ hoàn toàn nếu nhƣ gỗ không đƣợc chế biến và bảo quản bằng phƣơng pháp thích hợp. Đối với các công trình bằng gỗ nhƣ tàu thuyền, nhà ở, nội thất… các loại nấm mục gây hƣ hỏng, giảm độ bền cơ học, tính chịu lực, tính thẩm mỹ [23]. Hệ enzym thủy phân của nấm mục gỗ 1. Cấu tạo và tính chất của ligno-cellulose Ligno-cellulose là thành phần chính của vách tế bào thực vật, đây là nguồn chất hữu cơ đƣợc tạo ra từ quá trình quang hóa và tích lũy ở thực vật.
Ligno-cellulose có cấu trúc vững chắc, dày đặc rất khó để phân cắt. Ligno- cellulose đƣợc tạo thành từ 2 polymer mạch thẳng là cellulose và hemicellulose cùng với một cấu trúc 3 chiều lignin. Cellulose đƣợc bao quanh bởi phân tử hemicellulose và lignin bằng những liên kết giữa nhóm -OH của hai polymer mạch thẳng và nhóm chức phân nhánh trên phân tử lignin tạo thành cấu trúc rất bền vững của thành tế bào thực vật [3, 32].3: Thành phần cấu trúc của phân tử ligno-cellulose 1. Cellulose Cellulose là một polysaccharide chủ yếu của thành tế bào thực vật có công thức hóa học là (C6H10O5)n.
Chúng là một homopolymer mạch thẳng, đƣợc cấu tạo bởi các β-D-glucose-pyranose. Các thành phần này liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4 glucoside. Một phân tử cellulose thƣờng chứa 10000 -14000 gốc đƣờng và có cấu tạo nhƣ hình 1.4: Cấu tạo phân tử cellulose Trọng lƣợng phân tử của cellulose khoảng từ 50000-2500000 Dalton. Các phân tử cellulose kết hợp với nhau nhờ lực hút Van der war và liên kết hidro tạo thành nhiều chuỗi dài, các chuỗi dài này nằm cạnh nhau và liên kết với nhau bằng liên kết hidro tạo thành các bó sợi vi sợi microfibril, có đƣờng kính khoảng 2-3nm.