Đặt vấn đề Nước ta là một nước nông nghiệp đang phát triển, song song với điều đó ta có thể nhìn ra sẽ có một lượng lớn những phế phụ phẩm của các lĩnh vực nông nghiệp được thải ra. Từ xa xưa, người dân đã biết tận dụng những nguồn phế phụ phẩm để chế biến thức ăn chăn nuôi, hoặc tận dụng vào những mục đích riêng của mình, phục vụ trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Nhưng xã hội càng phát triển, nhu cầu của con người ngày một tăng cao, cũng dẫn tới một lượng phế phụ phẩm mỗi ngày một nhiều hơn, nếu người dân chỉ có thể tận dụng được phần nào vào cuộc sống, mục đích của mình thì không thể nào giải quyết được hết lượng phế phụ phẩm còn lại đó. Chính vì vậy, cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học, con người đã tìm hiểu và nghiên cứu ra các loại enzyme là những chất xúc tác sinh học có ý nghĩa rất cao cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, không những thế nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong kỹ thuật phân tích, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường.
Từ những đầu thế kỷ XX, hàng loạt enzyme đã được tìm ra và ứng dụng rộng rãi như: amylase, protease, pectinase, cellulase… Trong đó enzyme cellulase được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp sản xuất cồn, công nghiệp chế biến vải, trong xử lý môi trường…(Nguyễn Hữu Chấn, 2005) [22]. Ngày nay ta có thể thu nhận những enzyme đó từ 3 nguồn khác nhau đó là từ thực vật, động vật và VSV. Do những ưu điểm về mặt sinh lý và kỹ thuật sản xuất mà nguồn VSV ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Một trong những ưu điểm nổi bật đó là tốc độ sinh trưởng, sinh sản và phát triển của VSV diễn ra rất nhanh, nhanh hơn rất nhiều so với thực vật và động vật.
Mặt khác, do n 2 kích thước VSV nhỏ nên ta có thể cơ giới hóa và tự động hóa trong quá trình nuôi cấy. Ngoài ra điều kiện nuôi cấy bằng VSV có thể kiểm soát được mà không phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài như thu enzyme từ nguồn thực vật và động vật (Nguyễn Lân Dũng và sc, 1976) [2]. Nguồn thu enzyme từ VSV ở đây chủ yếu là từ nấm mốc. Hiện nay rác thải sinh hoạt hàng ngày, các phế thải phế phụ phẩm và nước thải trong chế biến, sản xuất nông nghiệp là một cản trở rất lớn trong sự phát triển mạnh mẽ của toàn xã hội, nó không chỉ làm ô nhiễm môi trường sinh thái, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, gây độc hại đến sức khỏe con người, vật nuôi và cây trồng mà còn làm mất đi cảnh quan văn hóa đô thị và nông nghiệp nông thôn [15;16;17].
Trong tự nhiên nấm mốc xuất hiện ở rất nhiều nơi, chúng phát triển rất nhanh trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta. Trên các thực vật bị mục nát như: gỗ mục, rơm rạ mục… chứa rất nhiều các chủng nấm mốc có khả năng tạo ra enzyme cellulase để phân hủy cellulose (Nguyễn Lân Dũng và sc, 1982) [1]. Từ những lý lẽ trên tôi tiến hành đề tài: “Phân lập và tuyển chọn các chủng nấm mốc có khả năng sinh cellulase, ứng dụng trong xử lý rác thải nông nghiệp”. Đề tài nhằm ứng dụng thu nhận enzyme cellulase từ nấm mốc và trong nhiều lĩnh vực khác phục vụ sản xuất nông nghiệp bằng công nghệ vi sinh, góp phần cải tạo độ phì nhiêu cho đất, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Mục tiêu của đề tài Phân lập tuyển chọn và nghiên cứu những chủng VSV có khả năng phân giải cellulose. Nghiên cứu ứng dụng vào chế phẩm sinh học dùng trong môi trường. Yêu cầu của đề tài Phân lập và tuyển chọn chủng nấm mốc có hoạt tính sinh cellulase cao từ các mẫu tự nhiên: rơm rạ mục, lá cây, thân gỗ mục. n 3 Thử hoạt tính được khả năng phân giải cellulose.
Định danh: định danh sơ bộ về chủng nấm mốc mà mình đã phân lập được, dựa vào đặc điểm hình thái, màu sắc, độ phân giải… đem so với các kết quả đã được công bố xem nó thuộc chủng loại nào. Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy: lựa chọn môi trường thích hợp để có điều kiện lên men thu sinh khối và thu chế phẩm enzyme 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa lại kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học.
- Củng cố cho sinh viên tác phong cũng như kỹ năng làm việc sau này. - Biết được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý, phân tích số liệu, trình bày một bài báo cáo khoa học 1. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu là tiền đề cho những nghiên cứu của công nghệ sinh học, nghiên cứu ứng dụng vào chế phẩm sinh học dùng trong môi trường. - Là nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu thuộc cùng lĩnh vực cho sự phát triển sau này.
n 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về nấm mốc 2. Đặc điểm của nấm mốc Nấm mốc còn gọi là nấm sợi. Chúng thường hiện diện trên thực phẩm, quần áo, giày dép, sách vở… Nấm mốc phát triển rất nhanh trên nguồn cơ chất hữu cơ khi gặp điều kiện khí hậu nóng ẩm.
Nấm mốc cũng phát triển trên các thiết bị làm bằng vật liệu vô cơ như: thấu kính ở ống nhòm, máy ảnh, kính hiển vi… (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2003) [3]. Một số nấm mốc có khả năng sống ký sinh trên người, động vật và thực vật và gây ra các bệnh về nấm khá nguy hiểm. Ngoài ra, một số nấm sợi có thể sản sinh các độc tố nấm có khả năng gây bệnh ung thư và các bệnh khác. Trong tự nhiên, nấm mốc phân bố rất rộng rãi.
Chúng tham gia tích cực vào các vòng tuần hoàn vật chất, nhất là quá trình phân hủy các chất hữu cơ và hình thành chất mùn (Nguyễn Xuân Thành và cs, 2005) [5]. Hình thái và cấu trúc của sợi nấm Nấm sợi là VSV có nhân chuẩn. Thành tế bào nấm chủ yếu cấu tạo từ kitin-glucan, kitozan. Nấm sợi có cấu tạo hình sợi phân nhánh, những sợi này sinh trưởng ở đỉnh và phát triển rất nhanh, tạo thành một đám chằng chịt các sợi, từng sợi được gọi là khuẩn ty hay sợi nấm (hypha), còn cả đám sợi thì được gọi là hệ sợi nấm.
Hệ sợi nấm được cấu tạo bởi các sợi nấm (hypha) không có vách ngang hoặc có vách ngang (septum). Các sợi nấm vừa phát triển theo chiều dài do tăng trưởng ở ngọn, vừa phân nhánh tạo thành hệ sợi nấm (mycelium) hay còn gọi là khuẩn ti thể. Hệ sợi nấm phát triển thành các dạng khuẩn lạc khác nhau tùy theo cơ chất rắn, lỏng hay mềm. Khuẩn lạc nấm sợi thường có dạng hình tròn, hoặc gần tròn.
Bề mặt khuẩn lạc có thể mượt, n 5 nhẵn bóng, dạng bột, dạng sợi, dạng hạt, dạng xốp, phẳng, có những vết khía xuyên thâm, hoặc lồi lõm không đều, mép khuẩn lạc trơn, răng cưa… khuẩn lạc của nấm mốc cũng có nhiều màu sắc như khuẩn lạc xạ khuẩn. Khuẩn lạc nấm mốc khác với xạ khuẩn ở chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to hơn khuẩn lạc xạ khuẩn nhiều lần. Dạng xốp hơn do khuẩn ti to hơn. Thường thì mỗi khuẩn lạc sau 3 ngày phát triển có kích thước 5-10 mm, trong khi đó khuẩn lạc xạ khuẩn chỉ khoảng 0,5-2mm (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2003) [3]; (Nguyễn Xuân Thành và cs, 2005) [5].
Đỉnh sợi nấm bao gồm một chóp hình nón, không tăng trưởng và có tác dụng che chở bảo vệ cho phần ngọn của sợi nấm. Trong sợi nấm chứa chất nguyên sinh, nhân, các bào quan, các enzyme… Nấm mốc có cấu tạo gồm khuẩn ty và bào tử. Sợi nấm còn gọi là khuẩn ty. Là những sợi nấm phân nhánh phát sinh từ bào tử mà ra, chiều ngang của khuẩn ty khoảng 3-10µm, chúng có hình thái khác nhau như lò xo, hình xoắn ốc, hình cái vợt, hình sừng huơu, hình cái lược, hình lá dừa.
Một số sợi nấm phát triển sâu vào cơ chất và hấp thu các loại dinh dưỡng chứa trong đó. Trong hệ sợi nấm có 2 loại khuẩn ty: khuẩn ty dinh dưỡng (khuẩn ty cơ chất) và khuẩn ty khí sinh. Khuẩn ty dinh dưỡng cắm sâu vào môi trường dinh dưỡng, còn khuẩn ty khí sinh phát triển tự do trong không khí. Khuẩn ty có vách ngăn hay không có vách ngăn.
Ở một số loài nấm mốc, khuẩn ty không có vách ngăn, tế bào sợi nấm thường chứa nhiều nhân, được gọi là các tế bào đa nhân. Đối với các nấm mốc có vách ngăn ở khuẩn ty, người ta thường thấy tế bào sợi nấm chứa 1 nhân, 2 nhân, nhiều nhân hoặc chẳng có nhân nào do sự di chuyển của nhân trong khuẩn ty. Khi bào tử nấm mốc rơi vào điều kiện môi trường thích hợp, chúng sẽ nảy mầm thành hệ sợi nấm (Trần Cẩm Vân, 2005) [4]. n 6 Bào tử (spore) là cơ quan sinh sản chủ yếu của nấm mốc.
Khi nấm mốc trưởng thành sẽ xuất hiện các khuẩn ty khí sinh, từ khuẩn ty khí sinh sẽ sinh sản ra các bào tử. Sinh sản của nấm mốc a. Sinh sản vô tính Sinh sản bằng bào tử đốt. Từ khuẩn ti sinh sản có sự ngắt đốt, mỗi đốt được coi như một bảo tử, rơi vào môi trường sẽ nhanh chóng phát triển thành khuẩn ty mới.
Sinh sản bằng bào tử mang dày (chlamydospore). Trên các đoạn khuẩn ty sinh sản xuất hiện những tết bào có hình tròn hoặc gần tròn, có màng dày bao bọc tạo thành hợp tử. Bào tử có khả năng đề kháng với các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh. Sinh sản bằng bảo tử nang (sporangiospore).
Ở hình thức sinh sản này, đầu một khuẩn ty sinh sản phình to dần, hình thành một cái bọc gọi là nang (sporangium). Khi nang vỡ, các bào tử được giải phóng ra ngoài. Sinh sản bằng bào tử đính hay bảo tử trần (conidium). Đa số các bào tử đính là bảo tử ngoại sinh, nhiều loại nấm mốc có hình thức sinh sản này, các bào tử được hình thành tuần tự, liên tiếp từ khuẩn ty sinh sản, nghĩa là được sinh ra bên ngoài các tế bào sinh bào tử, một số khác sinh ra bên trong của các tết bào sinh bào tử (nội sinh).
Các bào tử đính mới sinh ra sẽ đẩy các bào tử đính cũ ra bên ngoài. Các bào tử đính được sinh ra trên khuẩn ty đặc biệt gọi là cuống bào tử đính (conidiophore).