Mở đầu(03 trang): trang 1 đến trang 3. Phần 2: Tổng quan(22 trang): từ trang 4 đến trang 25. Phần 3: Vật liệu và phương pháp(15 trang): từ trang 26 đến trang 40. Phần 4: Kết quả và bàn luận(23 trang): từ trang 41 đến trang 63.
2 Phần 5: Kết luận và kiến nghị (02 trang): trang 64 đến 65. Phần 6: Tài liệu tham khảo(04 trang): trang 66 đến 69. Địa bàn khảo sát: Bèo tấm tươi được thu mua thu mua ở đầm rau nhút tại xã Tân Hòa Thành, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang, sau đó được phơi khô và chở lên sản xuát bột bèo tấm tại trung tâm thí nghiệm thực hành trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Tổng quan về bèo tấm Bèo tấm là nhóm thực vật một lá mầm thủy sinh có phổ phân bố rất rộng cùng với tốc độ sinh trưởng nhanh, có tiềm năng kinh tế cao và được quan tâm trong các nghiên cứu cơ bản.
Hiện nay, phân họ Bèo tấm (Lemnoideae) có 37 loài thuộc 5 chi: Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffiella và Wolffia. [1] Bèo tấm (họ Lemnaceae) là những loài thực vật có mạch nhỏ nổi tự do với phân bố rộng khắp thế giới. Các loài thực vật có hình thái tương đối đơn giản vì chúng không có thân cây hoặc lá thật và thường bao gồm một hoặc một vài "frond" hình bầu dục phẳng, ít nhất là dài hơn 5 mm. Mỗi frond có thể hoặc có thể không có rễ và cây hiếm khi hoa Bèo tấm sinh sản bằng sinh sản thực vật và được đặc trưng bởi sự tăng trưởng nhanh chóng của dòng vô tính.
Các loài thực vật cụm trong các thuộc địa và tạo thành các tấm chăn màu xanh lá cây hoặc một loại thảm trên bề mặt của nước (Hillman).Bèo tấm có thể tăng gấp đôi trọng lượng mỗi 2 hoặc 3 ngày trong điều kiện môi trường thích hợp. năng suất tương đướng với 10-13 tấn trọng lượng khô ha/năm đã được chứng minh trên đầm phá nhỏ và trong các bể chứa. Bèo tấm có cấu trúc cơ thể vô cùng đơn giản gồm lá, thân có độ phân hóa thấp và rễ (Spirodela, Landoltia, Lemna) hoặc không có rễ (Wolffiella và Wolffia) [1]. Bên cạnh sự khác nhau về kích thước hệ gen, số lượng bộ nhiễm sắc thể NST của các loài bèo tấm cũng rất thay đổi, đa số các loài có bộ NST 2n = 40 (số lượng NST của các loài dao động trong khoảng 20 - 126.
Các loài đại diện của 5 chi bèo tấm với kích thước hệ gen tương 4 Bảng 1. Thành phần và các hợp chất hữu cơ có trong bèo tấm[1] Thành phần Hàm lượng (% trọng lượng chất khô ) Proteins 6,8 – 45 Lipid 1,8 – 9,2 Xơ 5,7 - 16,2 Đường tổng 14,1 – 43,6 Tro khoáng 10 – 27,6 1. Mô tả thực vật - Bộ: Alismatales - Họ: Araceea - Chi: Lemna - Phân loài: Lemnoideae - Tên khoa học Lemna minor. Bèo tấm Lemna minor 1.
Nguồn gốc và phân bố Bèo có nguồn gốc hầu hết ở Phi Châu, Á Châu, Âu Châu và Bắc Mỹ, hiện diện khắp nơi, trong môi trường nước ngọt nơi mà có dòng nước chảy chậm, ngoại trừ Bắc cực và khí hậu cận Bắc cực.[3] 5 Sự phân bố địa lý của bèo tấm được thể hiện qua kết quả nghiên cứu của Landolt vào năm 1986 (hình 1. Dễ dàng thấy rằng, từ 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. Đặc điểm đó thể hiện khả năng thích nghi của bèo tấm với các vùng khí hậu khác nhau, từ vùng lãnh nguyên của Siberia cho đến rừng mưa nhiệt đới Amazon mà không có sự sai khác đáng kể về kiểu hình. [4, 5] Bèo tấm phân bố trên khắp thế giới nhưng phổ biến và đa dạng nhất là ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới.
Còn ở các vùng ôn đới và hàn đới thì chúng chủ yếu phát triển mạnh trong các tháng hè. 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 là 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. Bản đồ phân bố địa lý của bèo tấm năm 1986. Chú thích: • : khu vực có bèo tấm; 1, 2, 3, 5: khu vực không có bèo tấm (1: quá khô; 2: quá ẩm; 3: quá lạnh; 5: chưa được khảo sát). Ở điều kiện sinh trưởng tối ưu (về nhiệt độ nước, pH, chiếu sáng, nguồn dinh dưỡng), bèo tấm có thể tăng gấp đôi sinh khối trong vòng 16-24 giờ.
Theo tính toán lý thuyết, với tốc độ sinh trưởng như vậy thì chỉ sau 50 ngày, bèo tấm có thể mọc kín 1 ha nuôi trồng với lượng ban đầu chỉ 10 cm2 và sau 60 ngày thì sẽ phủ kín toàn bộ diện tích 32 ha. Vai trò của bèo tấm trong các nghiên cứu sinh học thực vật Cách đây 40 năm, William Hillman đã có một bài bình luận rất thuyết phục về việc sử dụng bèo tấm - đối tượng thực vật thuộc họ Lemnaceae làm cây mô hình cho các nghiên cứu về sinh học thực vật. Chu kỳ sinh trưởng nhanh, kích thước cơ thể nhỏ, cấu trúc đơn giản và việc dễ dàng đánh dấu phóng xạ trên toàn bộ cơ thể là những ưu điểm vượt trội của bèo tấm so với các đối tượng thực vật khác. Vì vậy, dựa trên các luận điểm của Hillman, bèo tấm đã được sử dụng rất rộng rãi trong nghiên cứu sinh học thực vật và đã giúp các nhà khoa học khám phá ra quá trình sinh tổng hợp auxin cũng như con đường đồng hóa sulfur từ thập niên 60 đến 80 của thế kỷ XX [4].
Tuy nhiên, trong thập kỷ vừa qua, vấn đề phát triển nông nghiệp bền vững là một yêu cầu cấp thiết để hạn chế những tác động của sự biến đổi khí hậu cũng như cung cấp các nguồn thức ăn chăn nuôi mới. Và một lần nữa, bèo tấm lại được quan tâm đến như một đối tượng thực vật mô hình vì các điểm khác biệt của nó so với các đối tượng thực vật khác. Nó có thể được sử dụng để xử lý nước thải, cung cấp nguồn nguyên liệu mới cho sản xuất nhiên liệu và khí đốt sinh học với rất ít yêu cầu về đất trồng [4]. Hiện nay, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu về những đặc tính sinh lý học quan trọng của bèo tấm để đưa nó trở lại vị trí cây mô hình, vị trí mà nó đã mất đi khi trong thời kỳ phát triển mạnh của Arabidopsis [7].
Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, giai đoạn từ 2006 cho đến nay được xem như thời kỳ hoàng kim của bèo tấm khi số lượng các công trình khoa học liên quan gia tăng một cách nhanh chóng (hình1. Các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau về bèo tấm đang được thực hiện gồm có: nghiên cứu cơ bản, độc tố sinh thái học (xử lý nước thải và kim loại nặng), sinh lý học, sinh hóa học. Mỹ, Đức và Nhật là 3 quốc gia đứng đầu về số lượng các xuất bản trong giai đoạn 1950-2014 [8]. Biểu đồ thể hiện số lượng các công trình khoa học liên quan đến bèo tấm được thống kê bởi ISI Web of Science.
Các hướng nghiên cứu ứng dụng của bèo tấm Nguồn nhiên liệu sinh học Do tốc độ gia tăng dân số cũng như sự phát triển của các khu công nghiệp lớn nên nhu cầu về năng lượng trên toàn thế giới tăng rất nhanh. Dầu thô và khí tự nhiên (nhiên liệu hóa thạch), nguồn nhiên liệu chính hiện nay với trữ lượng có hạn, sẽ cạn kiệt trong tương lai không xa. Để đáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu ngày càng tăng cao thì việc tìm ra nguồn nhiên liệu mới để thay thế là vô cùng cấp bách. Ethanol, butanol và biogas là những nguồn nhiên liệu mới, có khả năng tái sinh sẽ dần thay thế dầu thô và khí tự nhiên.
Trong vòng 10 năm qua, sản lượng bioethanol đã tăng rất nhanh và đạt 85,2 triệu lít trong năm 2012. Nguồn nguyên liệu để sản xuất bioethanol rất đa dạng như hạt ngô (ở Mỹ), củ cải đường (ở Brazil, Ấn Độ), khoai lang, khoai mì… Tuy nhiên, đây không phải là những nguồn nguyên liệu tối ưu vì tốn diện tích đất canh tác, gây ra các ảnh hưởng đối với môi trường (hiện tượng xói mòn đất) cũng như đây đang là những loại cây lương thực chính cho người và gia súc [9]. Với những ưu điểm của mình (thực vật thủy sinh, tốc độ sinh trưởng nhanh, có thể phát triển được trong môi trường nước ô nhiễm, khả năng hấp thụ N, P cao, hàm lượng tinh bột nhiều…), bèo tấm là một lựa chọn tiềm năng làm nguồn nguyên liệu thay thế để sản xuất nhiên liệu sinh học. Dưới đây là một số nghiên cứu về khả năng ứng dụng của bèo tấm trong sản xuất nhiên liệu sinh học : + Sử dụng bèo tấm để sản xuất bioethanol và biobutanol: Bèo tấm rất dễ nuôi trồng, chỉ chứa một lượng rất nhỏ, trong khi đó lại tích lũy các thành phần cao năng lượng khác trong phần tinh bột dễ lên men (chiếm 40-70% tổng sinh khối).
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 [10]. 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.
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 8 thì hàm lượng tinh bột tích lũy trong S. polyrhiza tăng lên từ 20-45,8% sau 5 ngày [11]; (2) 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.