CHƯƠNG 1. Tổng quan về bèo tấm 1. Mô tả thực vật Hình 1. Bèo tấm Lemna minor Bộ: Alismatales Họ: Araceae Chi: Lemna Loài: Lemna minor Tên khoa học Lemna minor Hiện nay, phân họ bèo tấm (Lemnoideae) có 37 loài thuộc chi: Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffella và Wolffia.
Lemnaceae thuộc nhóm cây một lá mầm nhỏ nhất, phần lớn có cả lá, rễ, hoa, quả, những cây trưởng thành không có thân cây. Lá (cánh bèo) có kích thước khác nhau phụ thuộc vào từng chi, từng loài. Đa số bèo tấm có cánh bèo mỏng giống lá. Một số loài có cánh không dẹt do có xoang khí lớn.
Cánh bèo có hình ovan (hay tròn) dài tới 1.5cm và rộng tới 1cm (S. Loài nhỏ nhất có cánh đạt kích thước 3mm ở điều kiện tối ưu. Ở điều kiện thường có thể nhỏ hơn 1mm. Kích thước và hình dạng cánh bèo phụ thuộc nhiều vào các điều kiện bên ngoài và kiểu gen của chúng.
Các yếu tố ngoại cảnh này bao gồm: ánh sáng, hàm lượng đường, hàm lượng nito, phospho, kali, canxi và magie, nhiệt độ. Kích thước và số lượng rễ trên một cánh bèo ở các loài bèo tấm không giống nhau và phụ thuộc từng loài. Đa số các loài thuộc họ chi Lemna chỉ có một rễ với chiều dài tối đa có thể đạt 6mm. Ngoại trừ điều kiện khắc nghiệt, trong điều kiện thiếu nito, phosphate hay các chất khoáng, rễ sẽ dài hơn.
Trong khi đó, trong môi trường dinh dưỡng thuận lợi, rễ ngắn hơn và thậm chí có loại không hình thành rễ. Cấu trúc rễ của bèo tấm đơn giản, không có các rễ con. Cũng giống như các loại rễ phổ biến khác, rễ bèo tấm cấu tạo gồm bốn phần chính: đỉnh rễ, vùng mô phân sinh, vùng kéo dài và vùng các tế bào thuần thục. Hoa của các loài bèo tấm thường được hình thành và tồn tại trong thời ngắn tùy thuộc vào loài và hiếm khi được quan sát thấy.
Mỗi hoa thường có hai nhụy hoa và một vòi nhụy hoa duy nhất. Các nhụy hoa thường ngắn và khó quan sát hơn. Quả của bèo tấm nhỏ, có lớp vỏ ngoài khô, một số loài có thể quan sát thấy bằng mắt thường. Quả bèo thường có dạng như một túi có răng cưa, đôi khi có dạng dọc hơi phẳng và thường chứa từ 1 – 6 hạt [1].
Bèo tấm có hai phương thức sinh sản: sinh sản hữu tính và sinh sản vô tính. Sinh sản vô tính chiếm ưu thế so với sinh sản hữu tính. Hình thức sinh sản hữu tính của bèo tấm chỉ xảy ra khi chúng gặp điều kiện bất lợi để bảo toàn nòi giống [1]. Bèo tấm sinh sản vô tính bằng hình thức nảy chồi từ vùng đỉnh phân sinh nằm trong xoang ở vùng gốc cánh.
Ở điều kiện tối ưu, tốc độ sinh sản vô tính của bèo tấm gần đạt mức tăng theo hàm số mũ. Lượng cánh bèo có thể tăng gấp đôi chỉ sau 24 giờ nuôi cấy ở các loài sinh trưởng nhanh như L. Với hình thức sinh sản vô tính thì thời gian một vòng đời của cánh bèo chỉ vài tuần. Theo nhiều tác giả cho biết, vòng đời của một cánh bèo phụ thuộc vào nhiệt độ nuôi, ở 30 oC vòng đời giảm một nữa so với 20oC.
Ở nhiệt độ thấp cánh bèo tồn tại ở trạng thái nghỉ và có thể tồn tại trong vài tháng. Điều kiện dinh dưỡng cũng có ảnh hưởng đến vòng đời của cánh bèo. Nguồn gốc và phân bố Cách đây 30 năm, các nhà khoa học đã phát hiện ra sự có mặt của bèo tấm ở tất cả các châu lục, trừ các địa cực. Bèo tấm thường xuất hiện ở các khu vực nước đọng hoặc có dòng chảy chậm.
Sự tăng trưởng nhanh thường được ghi nhận ở các ao hồ nhỏ, đầm lầy vì đây là những khu vực có nguồn dinh dưỡng dồi dào. Đặc biệt, ở khu vực có cá sấu sinh sống thì tốc độ tăng trưởng của bèo tấm là cực đại. Một vài loài cũng tồn tại trong môi trường nước nhiễm mặn (tối đa 2.5% NaCl đối với Lemna minor), tuy nhiên chúng không tích lũy ion Na+ trong quá trình sinh trưởng. Biểu đồ phân bố bèo tấm năm 1986 Việc nuôi trồng bèo tấm ở Việt Nam thường được thực hiện ở quy mô gia đình.
Bèo được thu hoạch hàng ngày và trộn với phế phụ phẩm nông nghiệp để làm thức ăn cho vịt. Bèo tấm tại đầm rau nhút (Tân Trụ, Long An) 1. Các hướng nghiên cứu ứng dụng trên bèo tấm 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Sử dụng bèo tấm để sản xuất bioethanol và biobutanol Có nhiều nghiên cứu tập trung vào việc gia tăng hàm lượng tinh bột trong bèo tấm dùng cho sản xuất nhiên liệu sinh học.
Có hai quá trình tác động tới sự tích lũy tinh bột trong sinh khối bèo tấm, đó là quá trình quang hợp để hình thành tinh bột và sự tiêu hao tinh bột trong các quá trình trao đổi chất. Với các kỹ thuật nuôi trồng bèo tấm hiện nay, hàm lượng tinh bột được tổng hợp nhờ quá trình quang hợp là rất lớn, vì thế các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc hạn chế các quá trình phân giải tinh bột. Các nghiên cứu chính bao gồm: (1) Sự thiếu hụt P, K và N là nguyên nhân làm giảm quá trình dị hóa, từ đó gia tăng hàm lượng tinh bột tích lũy trong cây. Năm 2009, Cheng và Stomp đã nghiên cứu và thấy rằng khi cấy chuyển bèo tấm từ môi trường giàu dinh dưỡng sang môi trường chỉ có nước máy thì hàm lượng tinh bột tích lũy trong S.
polyrhiza tăng lên từ 20 - 45. (2) Năm 2011, Cui và cộng sự đã công bố điều kiện nhiệt độ thấp và thời gian chiếu sáng kéo dài sẽ gia tăng sự tích lũy tinh bột ở S. Cụ thể, khi nhiệt độ ban ngày không thay đổi thì nhiệt độ thấp vào ban đêm sẽ kích thích sự tích lũy tinh bột. Ngược lại, hàm lượng tinh bột không khác biệt trong điều kiện thay đổi nhiệt độ ban ngày và giữ nguyên nhiệt độ ban đêm.
(3) Năm 1976, McLaren và Smith đã nghiên cứu và thấy rằng: sau 6 ngày nuôi cấy L. minor trong môi trường có mặt 1-6MABA thì trọng lượng tươi giảm 60% nhưng sinh khối khô tăng 220% và tinh bột trong sinh khối khô tăng gần 500% [4]. Đặc biệt, Su và cộng sự đã chỉ ra rằng bèo tấm là một cơ chất có tiềm năng trong quá trình lên men vì dưới tác động của nấm men chúng không những được chuyển hóa thành ethanol mà còn tạo ra các alcohol cao năng lượng khác để sản xuất nhiên liệu sinh học [5]. Bên cạnh đó, việc thử nghiệm sản xuất sinh khối trên quy mô lớn cũng đã được thực hiện.
Năm 2011, Xu và cs đã xây dựng hệ thống nuôi và thu sinh khối bèo tấm đầu tiên để sản xuất ethanol tại North Carolina, Mỹ. Năm 2012, Farrell đã nuôi bèo tấm trong một đầm (phá) rộng 23 ha và thấy rằng trong điều kiện thiếu dinh dưỡng thì hàm lượng tinh bột gia tăng từ >10% lên đến trung bình 19%. Các yếu tố chính cần quan tâm khi nuôi trồng là: mật độ bèo, thời gian thu hoạch và bổ sung dinh dưỡng. Sử dụng bèo tấm để sản xuất khí sinh học (biogas) Sử dụng quá trình lên men kỵ khí các chất thải nông nghiệp và chăn nuôi để sản xuất khí sinh học đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay.
Clack đã thấy rằng bổ sung thêm bèo tấm trong giá thể lên men đã làm gia tăng đáng kể lượng khí sinh học tạo ra (hơn 44% so với đối chứng) [6]. Triscari và cộng sự cho thấy chỉ cần bổ sung 0.0% bèo tấm thì tổng lượng khí sinh học và methanol gia tăng rất lớn, nhưng nếu bổ sung hơn 2% thì sự gia tăng không còn tiếp tục. Tình hình nghiên cứu trong nước Nghiên cứu sinh học phân tử trên bèo tấm ở Việt Nam phải kể đến các nghiên cứu thuộc đề tài “Nghiên cứu tạo giống bèo tấm mang gen kháng nguyên H5N1 phòng chống bệnh cúm ở gia cầm” của PGS.TS Lê Huy Hàm (Viện Di truyền nông nghiệp). Các yếu tố điều khiển biểu hiện gen ubiquitin từ hai loài bèo tấm L.
aequinoctialis DB1 và S.polyrhiza DB2 đã được phân lập [7]. Vũ Văn Tiến và cộng sự đã xây dựng thành công quy trình nuôi cấy callus của L. aequinoctialis, đồng thời khảo sát khả năng sử dụng Agrobacterium để thực hiện chuyển gen vào đối tượng này. Một số kết quả có tiềm năng ứng dụng để sản xuất vaccine phòng cúm từ bèo tấm cũng đã được công bố [8].
Ngoài ra đề tài “Nghiên cứu sản xuất protein có hoạt tính sinh học dùng trong nông nghiệp bằng kỹ thuật di truyền trên tế bào cây thông (Larich Desidue) và bèo tấm (Lemna sp/ Wolffia sp. TS Lê Huy Hàm làm chủ nhiệm đề tài, là một trong những công trình nghiên cứu có thể tiến tới ứng dụng thành công kỹ thuật di truyền vào việc sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học phục vụ chăn nuôi thú y và bảo vệ sức khỏe con người [9]. Trong lĩnh vực nông nghiệp có nghiên cứu của Bùi Xuân Mến về “ Đánh giá các kết quả nghiên cứu chăn nuôi kết hợp và sử dụng rau bèo làm thức ăn thay thế để nuôi vịt ở đồng bằng sông Cửu Long”. Nghiên cứu này cho thấy vịt ăn khẩu phần có bèo tấm ( Lemna minor) đã đạt mức tăng trọng ngang với vịt ăn khẩu phần có bổ sung đậu nành.
Vịt sinh sản địa phương cho ăn bèo tấm thay thế hoàn toàn protein bổ sung có tỉ lệ đẻ, tỉ lệ trứng có phôi ngang với vịt cho ăn khẩu phần có protein bổ sung từ đậu nành và bột cá [10]. Thành phần dinh dưỡng của bèo tấm Theo Landolt và Kandeler, hàm lượng chất dinh dưỡng trong bèo tấm rất cao. Bèo tấm có chứa các vitamin A, B1, B2,. và các acid amin không thay thế, trừ methionin.
Rusoff et al. Thành phần và hàm lượng các chất hữu cơ trong bèo tấm [12] Thành phần Hàm lượng (% trọng lượng chất khô) Protein 6. Thành phần acid amine của protein từ loài Lemna minor (g/100g protein) STT Amino acid Hàm lượng STT Amino acid Hàm lượng 1 Cysteins 0. Tổng quan về protein 1.
Giới thiệu và phân loại Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể sống, nó tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh vật. Căn cứ vào sự có mặt hay vắng mặt của một số thành phần có bản chất không phải protein mà người ta chia protein thành hai nhóm lớn: Protein đơn giản Là những phân tử mà thành phần cấu tạo của nó gồm hoàn toàn amino acid.