Phân lập một số chủng xạ khuẩn có khả năng sinh enzyme ngoại bào ứng dụng trong sản xuất chế phẩm xử lý chất thải chăn nuôi

ĐạI HọC THáI NGUYÊN
TRƯờNG ĐạI HọC NÔNG LÂM

Lê Viết Tùng

Tên đề tài:
Phân lập một số chủng xạ khuẩn có khả năng sinh
enzyme ngoại bào ứng dụng trong sản xuất
chế phẩm xử lý chất thải chăn nuôi

khoá luận tốt nghiệp đại học

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khoá học

: 2010 - 2014

Thái Nguyên - 2014

ĐạI HọC THáI NGUYÊN
TRƯờNG ĐạI HọC NÔNG LÂM

Lê Viết Tùng

Tên đề tài:
Phân lập một số chủng xạ khuẩn có khả năng sinh
enzyme ngoại bào ứng dụng trong sản xuất
chế phẩm xử lý chất thải chăn nuôi

khoá luận tốt nghiệp đại học

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Lớp
Khoá học
Giảng viên hớng dẫn

: Chính quy
: Công nghệ Sinh học
: CNSH - CNTP
: 42 - CNSH
: 2010 - 2014
:

1. GS.TS Nguyễn Quang Tuyên - Viện Khoa học Sự sống
2. TS. Nguyễn Văn Duy - Khoa CNSH & CNTP
3. ThS. Đỗ Bích Duệ - Viện Khoa học Sự sống

Thái Nguyên - 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
GS.TS. Nguyễn Quang Tuyên – Phó viện trưởng Viện Khoa học Sự sống Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và
hướng dẫn tận tình tôi trong quá trình thực tập.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS. Nguyễn
Văn Duy - Phó trưởng khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Đỗ Bích Duệ cán bộ Bộ môn Công nghệ
Vi sinh - Viện Khoa học Sự sống - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Công nghệ Sinh học
và Công nghệ Thực phẩm, cũng như cán bộ và nhân viên Viện Khoa học Sự
sống - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên tinh thần
của tất cả người thân và bạn bè trong suốt thời gian qua.

Thái Nguyên, ngày tháng 6 năm 2014
Sinh viên

Lê Viết Tùng


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang

Bảng 2.1. Thành phần các chất vô cơ (%) của một số loại vật ................................4
Bảng 2.2. Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi ở Việt Nam ......................................5
Bảng 2.3. Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn .....................................................6

Bảng 2.4. Ước tính chất thải rắn chăn nuôi trong năm 2007....................................7
Bảng 3.1. Trình tự cặp mồi trong phản ứng PCR .................................................. 18
Bảng 3.2. Dụng cụ thí nghiệm ................................................................................ 19
Bảng 3.3. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................. 20
Bảng 4.1. Kết quả phân lập xạ khuẩn trong đất và phân ủ hoai mục .................... 28
Bảng 4.2. Đặc điểm của các chủng xạ khuẩn phân lập.......................................... 29
Bảng 4.3. Kết quả xác định hoạt tính enzyme của các chủng XK phân lập được ........ 30
Bảng 4.4. Hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn nghiên cứu sau 48h .......... 32
Bảng 4.5. Đặc điểm hình thái của chủng xạ khuẩn T1 và T4 ............................... 33
Bảng 4.6. Đặc điểm nuôi cấy của 2 chủng xạ khuẩn T1 và T4 ............................. 35
Bảng 4.7. Khả năng đồng hóa đường ..................................................................... 36
Bảng 4.8. Khả năng chống chịu muối của chủng XK T1 và T4 ........................... 37
Bảng 4.9. HTKS của chủng xạ khuẩn tuyển chọn ................................................. 37
Bảng 4.10. Kết quả so sánh trình tự gen của chủng T1 với gen tương ứng của
các chủng xạ khuẩn được đăng ký trên GenBank ....................................... 39
Bảng 4.11. Kết quả so sánh trình tự gen của chủng T4 với gen tương ứng của
các chủng xạ khuẩn được đăng ký trên GenBank ....................................... 39


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang

Hình 4.1. Hoạt tính enzyme ngoại bào của một số chủng xạ khuẩn ..................... 31
Hình 4.2. Hoạt tính enzyme của các chủng xạ khuẩn nghiên cứu sau 48 giờ ...... 32
Hình 4.3 Hình thái khuẩn lạc và CSBT chủng xạ khuẩn T1 và T4....................... 34
Hình 4.4 Điện di đồ ................................................................................................. 37
Hình 4.5 Điện di đồ kiểm tra sản phẩm PCR ......................................................... 38
Hình 4.6 Cây phân loại thể hiện mức độ tương đồng di truyền giữa chủng
Streptomyces T1 và T4 với các chủng khác thuộc chi Streptomyces ......... 40

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa đầy đủ của từ

VSV

Nhu cầu oxi sinh hóa
Colony Forming Unit
Nhu cầu oxi hóa học
Cuống sinh bào tử
Chất thải rắn
Khuẩn ty cơ chất
Khuẩn ty khí sinh
Chất rắn hòa tan
Tổng cục thống kê
Vi sinh vật

XK

Xạ khuẩn

BOD
CFU
COD
CSBT
CTR
KTCC
KTKS

SS
TCTK


MỤC LỤC
Trang

PHẦN 1. MỞ ĐẦU ...................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ..........................................................................................2
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................3
2.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi ...................................................................3
2.2.1. Đặc điểm của chất thải chăn nuôi ................................................................3
2.2.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi ở Việt Nam ...........6
2.2.3. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi ...........................................8
2.3. Xạ khuẩn ..........................................................................................................9
2.3.1. Vị trí phân loại và sự phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên .......................9
2.3.2. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn............................................................... 10
2.3.4. Phân loại xạ khuẩn..................................................................................... 14
2.3.5. Enzyme ngoại bào phổ biến từ xạ khuẩn .................................................. 16
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 18
3.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 18
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 18
3.1.2. Vật liệu nghiên cứu.................................................................................... 18
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 18
3.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................... 18
3.3. Hóa chất và thiết bị ....................................................................................... 19

3.3.1. Hóa chất ..................................................................................................... 19
3.3.2. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................... 19
3.3.3. Môi trường nghiên cứu .............................................................................. 20


3.4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 20
3.5. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 21
3.5.1. Phương pháp thu thập mẫu........................................................................ 21
3.5.2. Phương pháp phân lập và nuôi cấy xạ khuẩn ........................................... 21
3.5.3. Phương pháp nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của xạ khuẩn ......... 23
3.5.3. Phương pháp đánh giá khả năng sinh enzyme ngoại bào [10] ................ 23
3.5.5. Kiểm tra tính kháng một số loại vi sinh vật gây bệnh [10], [11]............. 24
3.5.6. Phương pháp xác định trình tự đoạn gen 16S rRNA ............................... 25
3.5.7. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................... 27
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 28
4.1. Kết quả phân lập các chủng xạ khuẩn ......................................................... 28
4.1.1. Kết quả phân lập các chủng XK trong đất và phân ủ hoai mục .............. 28
4.1.2. Đặc điểm hình thái, màu sắc khuẩn lạc của 14 chủng xạ khuẩn phân
lập được...................................................................................................... 29
4.2. Kết quả tuyển chọn xạ khuẩn sinh enzyme ngoại bào ................................ 30
4.3. Kết quả đánh giá khả năng sinh enzyme ngoại bào của các chủng phân lập ..... 31
4.4. Kết quả xác định một số đặc điêm sinh học của chủng XK T1 và T4 ....... 33
4.4.1. Đặc điểm hình thái và nuôi cấy................................................................. 33
4.4.2. Kết quả xác định một số đặc điểm sinh học của chủng XK T1 và T4 .... 35
4.5. Kết quả xác định tính kháng các vi sinh vật kiểm định .............................. 37
3.6. Kết quả định danh bằng sinh học phân tử ................................................... 37
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 41
5.1. Kết luận ......................................................................................................... 41
5.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 42

1
PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam, có vai trò quan
trọng trong chiến lược ổn định và phát triển kinh tế - xã hội. Hằng năm ngành
này đóng góp khoảng 18% tổng GDP cả nước [3]. Trong cơ cấu ngành Nông
Nghiệp nước ta, ngành chăn nuôi đóng vai trò hết sức quan trọng. Sản phẩm
của ngành là những nhu yếu phẩm, mặt hàng rất cần thiết đối với cuộc sống
hằng ngày của con người. Đây cũng là ngành kinh tế giúp người nông dân
tăng thu nhập, giải quyết được nhiều công ăn việc làm cho người lao động.
Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một số lượng lớn sản phẩm
quan trọng cho nhu cầu của con người, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên
nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường. Ngoài chất thải rắn và chất thải
lỏng, chăn nuôi hiện đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất do
thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính, trong đó có 9% tổng số khí CO2 sinh ra,
37% khí mêtan (CH4) và 65% oxit nitơ (N2O) [25].
Ngày nay, xã hội phát triển kèm theo đó là sự gia tăng dân số diễn ra
không ngừng dẫn tới nhu cầu đối với sản phẩm ngành chăn nuôi ngày càng
lớn. Để đáp ứng được yêu cầu ngày càng lớn đó ngành chăn nuôi cần phải có
những thay đổi tích cực. Đó là mở rộng quy mô sản xuất, thay đổi phương
thức sản xuất hay ứng dụng các biện pháp khoa học kỹ để làm tăng năng suất,
chất lượng, sản lượng các sản phẩm của ngành. Và việc mở rộng quy mô sản
xuất chăn nuôi cũng đồng nghĩa với lượng chất thải do chăn nuôi thải ra sẽ
tăng lên. Từ đó làm nảy sinh thêm nhiều những vấn đề về môi trường và
những hệ lụy của nó có thể tác động tiêu cực tới con người.
Đối với những hộ chăn nuôi nhỏ lẻ, không tập trung thông thường
những nguồn chất thải từ chăn nuôi gia súc, gia cầm chỉ được thu dọn sơ sài

không xử lý triệt để gây ô nhiễm nguồn nước, không khí là môi trường sống
của chúng ta. Hầu hết những trang trại chăn nuôi người ta chưa quan tâm
đúng mức đến vấn đề xử lý chất thải do quá trình chăn nuôi tạo ra. Điều này
gây thiệt hại lớn về kinh tế và đe doạ sức khoẻ dân cư, là nguyên nhân phát
sinh nhiều dịch bệnh nguy hiểm ở gia súc, gia cầm cũng như ở người (sốt xuất
huyết, viêm não nhật bản, cúm do virut …) [8].


2
Thành phần trong chất thải chăn nuôi có chứa nhiều hợp chất hữu cơ
như tinh bột, cellulose, protein… [25]. Đây là nguồn hữu cơ phong phú nếu
được đem xử lý và tái sử dụng phục vụ sản xuất nông nghiệp. Như vậy, vừa
có giá trị kinh tế mà quan trọng hơn là giảm thiểu được nguy cơ gây ô nhiễm
môi trường.
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi như phương
pháp ủ hoai mục thông thường, công nghệ biogas, sử dụng làm phân bón, …
[25]. Nhưng các phương pháp này thường cần phải có kinh phí đầu tư cao,
yêu cầu kỹ thuật, mất nhiều thời gian xử lý cho nên chưa thực sự tiện dụng
với bà con nông dân. Sử dụng phương pháp sinh học để xử lý môi trường
đang ngày càng trở nên phổ biến bởi những ưu điểm như đơn giản, dễ thực
hiện, chi phí thấp, có thể kết hợp với những biện pháp khác để nâng cao hiệu
quả xử lý. Từ thực tiễn đó tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Phân lập một số
chủng xạ khuẩn có khả năng sinh enzyme ngoại bào ứng dụng trong sản
xuất chế phẩm xử lý chất thải chăn nuôi”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân lập và tuyển chọn được một số chủng xạ khuẩn có khả năng sinh
enzyme ngoại bào mạnh.
- Nghiên cứu được đặc điểm sinh học, khả năng sinh enzyme ngoại bào
để làm cơ sở cho việc sản xuất chế phẩm xử lý chất thải chăn nuôi.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Phân lập và tuyển chọn được một số chủng xạ khuẩn tại Thái Nguyên
có khả năng sinh enzyme ngoại bào.
- Bổ sung cơ sở dữ liệu về nghiên cứu xạ khuẩn.
- Bổ sung thêm dữ liệu về khả năng sử dụng xạ khuẩn trong xử lý chất
thải chăn nuôi.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Xác định được các chủng xạ khuẩn phân giải chất thải trong chăn nuôi
ứng dụng vào thực tế sản xuất chế phẩm vi sinh nhằm làm đơn giản và rút
ngắn quá trình phân giải chất thải chăn nuôi.


3
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi
2.2.1. Đặc điểm của chất thải chăn nuôi
Chăn nuôi được xác định là một trong những ngành sản xuất tạo ra một
lượng chất thải nhiều nhất ra môi trường. Chất thải chăn nuôi là một tập hợp
phong phú bao gồm các chất ở tất cả các dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh
trong quá trình chăn nuôi, lưu trữ, chế biến hay sử dụng chất thải [15].
Các chất thải chăn nuôi được phát sinh chủ yếu từ [15]:
- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như: phân, nước tiểu, lông,
vảy da và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm.
- Nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và
thiết bị chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi.
- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình
chăn nuôi.
- Bệnh phẩm thú y, xác gia súc, gia cầm chết.
- Bùn lắng từ các mương dẫn, hố chứa hay lưu trữ và chế biến hay xử lý

chất thải
Chất thải chăn nuôi chứa nhiều thành phần có khả năng gây ô nhiễm
môi trường, làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của gia súc, gia cầm
và sức khỏe của con người. Vì vậy, việc hiểu rõ thành phần và các tính chất
của chất thải chăn nuôi nhằm có biện pháp quản lý và xử lý thích hợp, khống
chế ô nhiễm, tận dụng nguồn chất thải giàu hữu cơ vào mục đích kinh tế là
một việc làm cần thiết [15].
2.2.1.1. Chất thải chăn nuôi rắn [15].
- Chất thải rắn: là hỗn hợp các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng
ký sinh trùng có thể gây bệnh cho người và gia súc. Chất thải rắn gồm phân,
thức ăn thừa của gia súc, gia cầm vật liệu lót chuồng, xác súc vật chết... Chất


4
thải rắn có độ ẩm từ 56 - 83% tùy theo phân của các loài gia súc, gia cầm
khác nhau và có tỉ lệ chất hữu cơ cao.
+ Xác súc vật chết do bệnh, do bị dẫm đạp, đè chết, do sốc nhiệt, cần
được thu gom và xử lý triệt để.
+ Thức ăn dư thừa và vật liệu lót chuồng có thành phần đa dạng gồm
cám, bột ngũ cốc, bột cá, bột tôm, khoáng, chất bổ sung, các loại kháng sinh,
rau xanh, cỏ, rơm rạ, bao bố, vải vụn, gỗ…
+ Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hóa thức ăn của gia súc,
gia cầm bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa. Chính vì vậy phân gia súc là
sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay các loại sinh vật khác như cá,
giun. Thành phần hoá học của phân bao gồm: Các chất hữu cơ (protein,
carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng), các chất vô cơ
(khoáng đa lượng, vi lượng), nước (chiếm 65 – 80% khối lượng của phân),
các men tiêu hóa của vật nuôi, các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc
đường tiêu hoá, các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị
nhiễm trong đường tiêu hoá gia súc hay trong thức ăn. Do hàm lượng nước

cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát
triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể
gây độc cho con người và các sinh vật khác.
Thành phần các chất trong phân phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành
phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống, độ tuổi của vật nuôi. Mỗi độ tuổi
có khả năng tiêu hóa và nhu cầu cá thể khác nhau.
Bảng 2.1. Thành phần các chất vô cơ (%) của một số loại vật [28]
Loại
H2 O
N
P2O5
K2 O
CaO
MgO
phân
Lợn
82,0
0,80
0,41
0,26
0,09
0,10
Trâu bò

83,1

0,29

0,17

1,00

0,35

0,13

Ngựa

75,7

0,44

0,35

0,35

0,15

0,12

Gà

56,0

1,63

1,54

0,85

2,40

0,74

Vịt

56,0

1,00

1,40

0,62

1,70

0,35


5
Theo Cục Chăn nuôi năm 2011 [4], ở nông thôn Việt Nam có khoảng
8.5 triệu hộ chăn nuôi với gần 6 triệu con bò, gần 3 triệu con trâu, 27 triệu con
lợn, 300 triệu con gia cầm. Lượng chất thải do chăn nuôi gia súc, gia cầm
trong một số năm gần đây được thể hiện trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi ở Việt Nam [4]

STT

Loài
vật nuôi

Tổng số đầu con
(triệu con)
2008

Tổng chất thải rắn
CTR
(triệu tấn/năm)
Bình quân
(kg/ngày/
2009 2010 mỗi con) 2008 2009 2010

1

Trâu

6,33 6,103 5,916

10

23,105 22,276 21,593

2

Bò

2,89 2,886 2,913

15

15,823 15,801 15,948

3

Lợn

26,7 27,63 27,37

2

19,491

20,17

19,98

4

Gia cầm 247,32

280

300

0,2

18,054

20,44

21,9

5

Dê, cừu

1,34

1,37

1,29

1,5

734

750

706

6

Ngựa

0,12 0,102

0,09

4

175

149

131

2.2.1.2. Chất thải chăn nuôi lỏng
Chất thải chăn nuôi lỏng bao gồm: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa
gia súc, vệ sinh lò mổ. Nước tiểu là chất lỏng được thải ra sau quá trình trao
đổi chất sinh vật; các chất dinh dưỡng trong thức ăn trải qua quá trình tiêu hóa
được hấp thụ và hòa tan vào máu, sau quá trình trao đổi chất phân và nước
tiểu được bài tiết ra ngoài. Thành phần của nước tiểu gia súc tùy thuộc vào
điều kiện dinh dưỡng và khí hậu. Đặc tính chung của nước tiểu gia súc là loại
phân bón giàu đạm và kali, hàm lượng lân ít hoặc không đáng kể [1], [2].
Trong nước thải, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm cellulose,
protein, acid amin, chất béo, hydrat carbon và các dẫn xuất của chúng. Hầu
hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất,
muối, urê, muối clorua. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện


6
hiếu khí sẽ cho các sản phẩm CO2, H2O, NO2-, NO3-, trong quá trình kị khí là
CH4, N2, NH3, H2S [2], [5].
Bảng 2.3. Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn [4]
Đặc tính

STT

Đơn vị

Giá trị

1

Độ màu

Pt-CO

350 – 870

2

Độ đục

mg/l

420 – 550

3

BOD

mg/l

3500 – 8900

4

COD

mg/l

5000 – 12000

5

SS

mg/l

680 – 1200

6

P tổng số

mg/l

36 – 72

7

N tổng số

mg/l

220 – 460

8

Dầu mỡ

mg/l

5 – 58

Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải của các
ngành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán.
Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột như: Escherichia coli, Salmonella,
Shigella, Proteus, Arizona. Trứng giun sán trong nước thải với những loại
điển hình là Fasiola hepatica, Fasciola gigantica, Fasiolosis buski, Ascasis
suum... có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 28 ngày ở nhiệt độ
và khí hậu nước ta và có thể tồn tại được 2 - 5 tháng. Nhiều loại mầm bệnh có
khả năng xâm nhập vào mạch nước ngầm như: Salmonella, E. coli [13].
2.2.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi ở Việt Nam
Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê Cục Chăn nuôi hiện trạng ô nhiễm
do chăn nuôi gây ra đang ngày một gia tăng ở mức báo động [7]. Chỉ tính
riêng năm 2007, lượng chất thải do chăn nuôi gây ra ở nước ta như sau:


7
Bảng 2.4. Ước tính chất thải rắn chăn nuôi trong năm 2007 [7]
Tổng số đầu Chất thải rắn
STT Loại vật nuôi ĐVT
vật nuôi
bình quân
(triệu con) (kg/con/ngày)

Tổng chất thải
rắn/năm

(triệu tấn)

1

Bò

Con

6,72

10

24,528

2

Trâu

Con

2,99

15

16,370

3

Lợn

Con

26,56

2

19,389

4

Gia cầm

Con

226,02

0,2

16,500

5

Dê, cừu

Con

1,77

1,5

0,969

6

Ngựa

Con

0,10

4

0,146

7

Hươu

Con

0,03

2,5

0,024

Tổng cộng:

77,926

Ước tính, hơn 61 triệu tấn phân các loại vật nuôi được thải ra trong năm
2007 nhưng chỉ khoảng 40% số chất thải này được xử lý, còn lại thường được
xả thẳng trực tiếp ra môi trường. Số chất thải không được xử lý và tái sử dụng
lại chính là nguồn cung cấp phần lớn các khí nhà kính (chủ yếu là CO2, N20)
làm trái đất nóng lên, ngoài ra còn làm rối loạn độ phì đất, nhiễm kim loại
nặng, ô nhiễm đất, gây phì dưỡng và ô nhiễm nước. Chưa kể nguồn khí thải
CO2 phát tán do hơi thở của vật nuôi (ước chừng 2,8 tỷ tấn/năm/tổng đàn gia
súc thế giới).
Theo kết quả điều tra của Cục Chăn nuôi năm 2006 [7] về chăn nuôi lợn
ở 8 vùng sinh thái thì số gia trại, trang trại chăn nuôi lợn có áp dụng các biện
pháp xử lý chất thải chiếm khoảng 74%, còn lại không xử lý chiếm khoảng
26%; trong các hộ, các cơ sở có xử lý thì 64% áp dụng phương pháp sinh học
(Biogas, ủ v.v...), số còn lại 36% xử lý bằng phương pháp khác. Chăn nuôi
nước ta thời gian qua chủ yếu vẫn là phân tán nhỏ lẻ, quy mô hộ gia đình ở
các vùng nông thôn. Đa phần các hộ chăn nuôi chưa có biện pháp xử lý chất
thải mà đổ trực tiếp ra môi trường, sông suối, ao hồ.


8
Ô nhiễm do chăn nuôi không chỉ làm hôi tanh không khí mà còn ảnh
hưởng nặng tới môi trường sống dân cư, nguồn nước và tài nguyên đất và ảnh
hưởng chính đến kết quả sản xuất chăn nuôi. Các hoạt động gây ô nhiễm do
chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở nhiều nơi trên cả nước. Tình trạng chăn
nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầu nguồn nước còn khá phổ biến đã góp
phần làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm chất lượng đất, nước, giảm
thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp trên vùng rộng lớn.
Ô nhiễm môi trường còn làm phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng lớn đến
hiệu quả chăn nuôi. Một số loại bệnh dịch nghiêm trọng như lở mồm long
móng, dịch cúm gia cầm H5N1, bệnh tai xanh. Diễn biến của các dịch bệnh
khá phức tạp, khó kiểm soát. Dịch bệnh đã gây tổn thất lớn cho ngành chăn

nuôi, gây mất an toàn thực phẩm và còn có nguy cơ lây nhiễm sang người rất
nguy hiểm như bệnh cúm gia cầm.
2.2.3. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi
Hiện nay, do còn nhiều hộ, trang trại chăn nuôi hàng ngày thải ra một
lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước,
kênh mương làm nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt (nước giếng trong
vùng có váng, mùi hôi tanh), tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẩn ngứa
và ghẻ lở cao. Trong chất thải chăn nuôi luôn tồn tại một lượng lớn vi sinh vật
hoại sinh. Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi
trường sống dân cư mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, môi trường không khí,
tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến kết quả sản xuất chăn nuôi. Chất thải
chăn nuôi khi chưa xử lý mang đi sử dụng cho trồng trọt như tưới, bón cho
cây rau, củ, quả sau đó các sản phẩm này dùng làm thức ăn cho người và
động vật là không hợp lý. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của
mầm bệnh trong đất, cây, cỏ có thể gây bệnh cho người và gia súc, đặc biệt là
các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa,
sán lá [15].
Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở
nhiều nơi trên cả nước. Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc,
đầu nguồn nước còn khá phổ biến đã làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm


9
chất lượng nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp trên vùng rộng
lớn. Ô nhiễm môi trường còn làm phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng lớn đến
hiệu quả chăn nuôi. Trong mười năm qua, từ 1997 đến nay, dịch lở mồm,
long móng trên gia súc đã diễn ra thường xuyên và đến nay chưa được khống
chế triệt để. Từ cuối năm 2003, dịch cúm gia cầm đã bùng phát. Từ năm 2003
đến nay, dịch đã tái phát 5 đợt, đã phải tiêu huỷ trên 51 triệu gia cầm các loại,
thiệt hại ước tính lên đến hàng ngàn tỷ đồng [17].

Từ đầu năm 2007 đã bùng phát hội chứng rối loạn hô hấp và sinh sản
(bệnh tai xanh) trên lợn, gây tổn thất lớn cho ngành chăn nuôi, gây mất an
toàn thực phẩm và còn có nguy cơ lây nhiễm sang người, nguy hiểm không
kém bệnh cúm gia cầm, bệnh lở mồm long móng [9].
Rõ ràng ngành chăn nuôi phát triển nếu không đi kèm với các biện pháp
xử lý chất thải sẽ làm môi trường sống của con người xuống cấp nhanh
chóng. Môi trường bị ô nhiễm lại tác động trực tiếp vào sức khoẻ vật nuôi,
phát sinh dịch bệnh, gây khó khăn trong công tác quản lý dịch bệnh, giảm
năng suất không thể phát triển bền vững.
Tuy nhiên phân gia cầm và gia súc vẫn được các nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu tận dụng do hàm lượng các chất dinh dưỡng trong phân khá
cao. Nếu không được quản lý và sử dụng đúng đắn, chất thải chăn nuôi là
nguồn gây tiêu tốn cho các cơ sở chăn nuôi, ngược lại nếu được tận dụng
đúng cách nó lại trở thành nguồn tài nguyên.
2.3. Xạ khuẩn
2.3.1. Vị trí phân loại và sự phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên
Theo hệ thống phân loại hiện nay, xạ khuẩn (Actinomycetes) thuộc
ngành Tenericutes (gồm có vi khuẩn Gram dương và xạ khuẩn), thuộc giới vi
khuẩn thật (Eubacteria) và siêu giới nhân sơ (Prokaryota). Xạ khuẩn thuộc
lớp Actinobacteria, dưới lớp Actinobacteridae, bộ Actinomycetales, bao gồm
10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài trong đó có 478 loài thuộc chi
Streptomyces và hơn 500 loài thuộc các chi còn lại được xếp vào nhóm xạ
khuẩn hiếm. Xạ khuẩn mang đặc điểm như sau: có cấu tạo đơn bào và đa bào,
kích thước rất nhỏ, nhân giống với vi khuẩn, không có màng nhân và tiểu


10
hạch, vách tế bào không chứa cellulose hoặc kitin, giống với vi khuẩn, phân
chia tế bào giống với vi khuẩn. Xạ khuẩn không có giới tính (không có tế bào
đực cái), sống hoại sinh và ký sinh [16], [32], [12].

Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật rất đa dạng phân bố rộng rãi trong tự
nhiên và có thể tìm thấy trong hầu hết các môi trường: đất, nước, không khí.
Số lượng xạ khuẩn trong đất không chỉ phụ thuộc vào thành phần, tính chất
của đất mà còn phụ thuộc vào độ ẩm, mức độ canh tác và khả năng che phủ
của thảm thực vật. Xạ khuẩn phân bố nhiều hơn ở trong lớp đất tơi, xốp, có độ
ẩm thích hợp, giàu chất hữu cơ và chất khoáng. Số lượng xạ khuẩn có thể đạt
khoảng 29.000 - 24.000.000 CFU (Colony Forming Unit - Đơn vị hình thành
khuẩn lạc). Sự phân bố của xạ khuẩn còn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, độ
pH của môi trường. Xạ khuẩn phân bố nhiều trong các loại đất trung tính và
kiềm yếu hoặc axit yếu, có pH khoảng 6,8 – 7,5. Trong các lớp đất kiềm hay
axit ít gặp xạ khuẩn và càng hiếm gặp hơn trong các lớp đất có độ kiềm mạnh.
Nhìn chung, nhiệt độ ôn hòa 25 - 45oC và pH trung tính là điều kiện tối ưu
cho xạ khuẩn phát triển. Vi sinh vật ưa nhiệt sinh trưởng tốt nhất là khoảng 33
- 65oC và vi sinh vật ưa lạnh có thể sinh trưởng ở 0oC, sinh trưởng tốt nhất ở
15oC hay thấp hơn, nhiệt độ cao nhất chỉ khoảng 20oC. Độ ẩm thích hợp từ 40
- 55%. Xạ khuẩn thường sống trong đất có nồng độ muối NaCl (0,5-1 g/l)
[10], [30], [36].
2.3.2. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn
2.3.2.1. Đặc điểm hình thái
Đa số xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, các sợi kết dính với nhau tạo thành
khuẩn lạc có nhiều màu sắc khác nhau: trắng, vàng, nâu, tím, xám,... Màu sắc
của xạ khuẩn là một đặc điểm quan trọng để ta có thể phân loại chúng. Đường
kính sợi của xạ khuẩn khoảng từ 0,1 - 0,5µm. Có hai loại sợi khác nhau: Sợi
khí sinh là hệ sợi mọc trên bề mặt môi trường tạo thành bề mặt khuẩn lạc xạ
khuẩn, từ đây phát sinh ra bào tử. Sợi cơ chất là sợi cắm sâu vào môi trường
làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng. Một số xạ khuẩn không có sợi khí
sinh mà chỉ có sợi cơ chất, loại sợi này làm cho bề mặt xạ khuẩn nhẵn và khó
tách ra khi cấy truyền. Loại chỉ có sợi khí sinh thì ngược lại rất dễ tách toàn
bộ khuẩn lạc ra khỏi môi trường [10] [34].

11
Hình thái khuẩn lạc của xạ khuẩn rất khác nhau, kích thước và hình
dạng của chúng có thể thay đổi phụ thuộc vào môi trường và điều kiện nuôi
cấy (nhiệt độ, độ ẩm,...). Khuẩn lạc thường có đường kính 0,5 - 2mm, nhưng
cũng có khuẩn lạc có đường kính đạt tới 1cm hoặc lớn hơn nữa, đường kính
khuẩn lạc thường lớn gấp 10 lần đường kính của khuẩn ty. Khuẩn lạc thường
có dạng sợi phân nhánh phức tạp đan xen nhau, một số có dạng những vòng
tròn đồng tâm cách nhau một khoảng nhất định. Khuẩn lạc xạ khuẩn thường
rắn chắc, không trơn ướt hay trong suốt như của vi khuẩn hay nấm men mà
thường có dạng thô ráp, xù xì có dạng vôi với nhiều màu sắc khác nhau và có
nếp tỏa ra theo hình phóng xạ bám vào thạch [10], [11], [12].
2.3.2.2. Đặc điểm sinh lý sinh hóa xạ khuẩn
Xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật dị dưỡng, chúng sử dụng đường, axit
hữu cơ, lipit, protein và nhiều hợp chất hữu cơ khác để làm nguồn cacbon, sử
dụng muối nitrat, muối amon, ure, amino axit, pepton để làm nguồn nitơ. Tuy
nhiên khả năng hấp thụ các chất này không giống nhau ở các loài hay chủng
khác nhau. Phần lớn xạ khuẩn thuộc nhóm vi sinh vật hiếu khí, ưa ấm, một số
ít ưa nhiệt, nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng là 25 – 45oC. Độ ẩm thích hợp
đối với xạ khuẩn dao động trong khoảng 40 – 55%, giới hạn pH trong khoảng
6,8 – 7,5. Xạ khuẩn có khả năng sinh enzyme và các chất kháng sinh nên
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống [6], [18], [19].
Ngoài ra, xạ khuẩn có hệ enzyme vô cùng phong phú. Chúng có khả
năng phân hủy và sử dụng các chất hữu cơ khó phân hủy như axit humic trong
đất đến các hợp chất hữu cơ phức tạp như: tinh bột, protein, các pectin,
cellulose… chứng tỏ rằng xạ khuẩn phải có khả năng sinh những hệ enzyme
tương ứng trong quá trình sống. Xạ khuẩn còn sinh ra nhiều sản phẩm trao đổi
chất quan trọng như một số vitamin nhóm B, một số axit hữu cơ như các axit
lactic, axit axetic, axit sucxinic… các axit amin như axit glutamic, metionin,
alanin, valin... chất kích thích sinh trưởng và sắc tố melanin [45].

Các sản phẩm trong quá trình trao đổi chất như chất kháng sinh, độc tố,
enzyme… có thể được tích lũy trong sinh khối tế bào hay được tiết ra môi
trường nuôi cấy. KTCC có thể tiết vào môi trường các loại sắc tố, thường có
màu xanh, tím, hồng, nâu, đen… có sắc tố chỉ tan trong nước, có sắc tố chỉ
tan trong dung môi hữu cơ [10], [46].


12
2.3.2.3. Cấu tạo tế bào xạ khuẩn
Xạ khuẩn có cấu trúc tế bào tương tự các vi khuẩn G+. Dưới kính hiển
vi điện tử có thể thấy rõ các thành phần chính: thành tế bào, màng sinh chất,
nguyên sinh chất, chất nhân.... Thành tế bào có kết cấu dạng lưới, dày khoảng
10 - 20nm, gồm có 3 lớp: lớp ngoài cùng dày khoảng 60 - 120Ao, lớp giữa dày
khoảng 50Ao, lớp trong dày khoảng 50Ao. Thành tế bào có tác dụng duy trì
hình dạng khuẩn ty và bảo vệ tế bào. Thành tế bào xạ khuẩn không chứa
cellulose và kitin nhưng chứa nhiều enzyme tham gia vào quá trình trao đổi
chất và quá trình vận chuyển vật chất qua màng tế bào. Màng tế bào chất dày
khoảng 50nm và có cấu trúc tương tự như màng tế bào chất của vi khuẩn, vách
tế bào không chứa cellulose hoặc kitin, giống với vi khuẩn. Nhân không có cấu
trúc điển hình, chỉ là những nhiễm sắc thể và nhân không có màng rõ rệt [10].
Khuẩn ty:
- Xạ khuẩn có hệ sợi rất phát triển, phân nhánh mạnh và không có vách
ngăn (trừ cuống bào tử khi hình thành bào tử). Hệ sợi xạ khuẩn có đường kính
thay đổi trong khoảng 0,2 - 1µm đến 2 - 3µm, chiều dài có thể đạt tới 1cm
[13]. Xạ khuẩn phát triển theo kiểu mọc chồi, phân nhánh theo kiểu 30µm
một nhánh. Độ dài khuẩn ty xạ khuẩn trong giai đoạn phát triển là 11µm [47].
- Khuẩn ty xạ khuẩn bắt màu gram dương, hiếu khí, hoại sinh, không
hình thành nha bào, không có lông và giáp mô, đa hình thái như dạng hình
chùy, dạng phân nhánh hay dạng sợi dài, dạng phân nhánh thành chùm, thành
bó gọi là ty thể. Kích thước và khối lượng khuẩn ty thường không ổn định và

phụ thuộc vào từng loại điều kiện nuôi cấy [41].
- Trên môi trường cơ chất đặc, hệ sợi của xạ khuẩn phát triển thành 2
loại: một loại cắm sâu vào môi trường gọi là hệ sợi cơ chất (khuẩn ty cơ chất)
với chức năng chủ yếu là dinh dưỡng. Một loại phát triển trên bề mặt thạch
gọi là hệ sợi khí sinh (khuẩn ty khí sinh) với chức năng chủ yếu là sinh sản.
Một số xạ khuẩn không chỉ có sợi khí sinh mà có sợi cơ chất, làm cho bề mặt
xạ khuẩn nhẵn và khó tách ra khi cấy truyền. Loại chỉ có sợi khí sinh thì
ngược lại, rất dễ tách toàn bộ khuẩn lạc khỏi môi trường [34] [10].


13
Khuẩn lạc:
- Hệ sợi của xạ khuẩn phát triển rất mạnh tạo thành các khuẩn lạc. Hình
thái của khuẩn lạc xạ khuẩn rất khác nhau, kích thước và hình dạng của chúng
có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy (môi trường, nhiệt độ, độ
ẩm…). Khuẩn lạc thường có đường kính 0,5 - 2mm, nhưng cũng có khuẩn lạc
đạt tới 1cm hoặc lớn hơn nữa. Khuẩn lạc xạ khuẩn thường rắn chắc, không
trơn ướt như của vi khuẩn hay nấm men mà thường có dạng thô ráp, xù xì, có
dạng vôi, dạng nhung tơ hay màng dẻo với nhiều mầu sắc khác nhau (đỏ, da
cam, vàng, trắng, xanh...), có các nếp tỏa ra theo hình phóng xạ và bám sâu
vào thạch. Khuẩn lạc thường có cấu tạo gồm 3 lớp: lớp vỏ ngoài gồm các sợi
khuẩn ty quấn chặt vào nhau, lớp trong tương đối xốp và lớp ở giữa có dạng
tổ ong. Các sản phẩm trong quá trình trao đổi chất như chất kháng sinh, độc
tố, enzyme... có thể được tích lũy trong sinh khối tế bào xạ khuẩn hay được
tiết ra môi trường lên men. Hệ sợi cơ chất có thể tiết vào môi trường các loại
sắc tố, thường có màu xanh, tím, hồng, nâu, đen... có sắc tố chỉ tan trong nước
có sắc tố chỉ tan trong dung môi hữu cơ [11].
2.3.3. Bào tử và sự hình thành bào tử của xạ khuẩn
Bào tử xạ khuẩn được hình thành trên các nhánh phân hóa của khuẩn ty
khí sinh ( gọi là cuống sinh bào tử). Đó là cơ quan sinh sản đặc trưng cho xạ

khuẩn. Trên mỗi cuống sinh bào tử mang 30 – 100 bào tử, đôi khi có thể
mang tới 200 bào tử cũng có khi chỉ có một hoặc hai bào tử (chi
Saccharomonosprora, chi Microbispora). Hình thái, cuống sinh bào tử và bào
tử là đặc điểm quan trọng nhất trong phân loại xạ khuẩn. Một số trường hợp
do chịu tác động cơ học hệ sợi của xạ khuẩn có thể bị đứt thành những đoạn
ngắn giống như bào tử nếu gặp điều kiện thuận lợi cũng có thể phát triển
thành cơ thể mới [10].
Cuống sinh bào tử của xạ khuẩn có nhiều hình dạng khác nhau như:
thẳng, lượn sóng thẳng, lượn sóng, vòng hở có móc hoặc xoắn. Bào tử hình
thành đồng thời trên tất cả chiều dài của cuống sinh bào tử theo 2 cách: kết
đoạn hay cắt khúc và thường có hình trụ, ovan, cầu, que, với mép nhẵn hoặc
xù xì, có gai hoặc gai phát triển dài thành dạng lông.


14
Bào tử xạ khuẩn được bao bọc bởi màng mucopolysacharide giàu
protein với độ dày khoảng 300 - 400 Ao chia làm 3 lớp. Các lớp này tránh cho
bào tử những tác động bất lợi của điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, pH.
Hình dạng cấu trúc chuỗi bào tử và cấu trúc màng bào tử là những tính trạng
tương đối ổn định và là đặc điểm quan trọng trong phân loại xạ khuẩn. Tuy
nhiên những tính trạng này có thể có những thay đổi nhất định khi nuôi cấy
trên môi trường có nguồn nitơ khác nhau [6].
2.3.4. Phân loại xạ khuẩn
Phương pháp phân loại truyền thống [10]:
Phân loại theo phương pháp truyền thống chủ yếu dựa vào những đặc
điểm về hóa phân loại, hình thái, các đặc điểm sinh lý, sinh hóa thường được
kết hợp để định danh xạ khuẩn một cách chính xác tên loài. Các đặc điểm sinh
lý sinh hóa thường được kết hợp sử dụng trong phân loại xạ khuẩn là khả
năng đồng hóa các nguồn cacbon, nitơ, nhu cầu các chất kích thích sinh
trưởng, khả năng phân hủy các chất khác nhau nhờ khả năng sinh enzyme.

Bên cạnh đó, các chỉ tiêu khác như mối quan hệ với pH, nhiệt độ, khả năng
chịu muối và các yếu tố khác của môi trường, mối quan hệ với các chất kìm
hãm sinh trưởng và phát triển khác nhau, tính chất đối kháng và nhạy cảm với
chất kháng sinh.
Tuy nhiên, phần lớn các đặc điểm sinh lý – sinh hóa cùng đặc điểm
nuôi cấy dễ bị biến động và có giá trị thấp về mặt phân loại. Do vậy, ngày nay
những nguyên tắc trong việc sử dụng các đặc điểm sinh lý – sinh hóa để phân
loại xạ khuẩn có sự thay đổi.
Ngày nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để nghiên
cứu phân loại vi sinh vật nói chung và xạ khuẩn nói riêng nhưng không có
phương pháp nào tỏ ra vạn năng, thích hợp cho mọi đối tượng vi sinh vật. Vì
vậy để đảm bảo chính xác cần phải sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác
nhau, trong đó đặc biệt quan tâm đến các phương pháp phân loại mới khi
phân loại vi sinh vật.


15
Phân loại theo phương pháp hiện đại
Trong một số trường hợp, phương pháp phân loại truyền thống gặp trở
ngại do một số các đặc tính dùng cho nhóm vi sinh vật này nhưng lại không
có ý nghĩa với các nhóm vi sinh vật khác. Điều này dẫn đến nhiều trường hợp
phải xác định lại tên phân loại của một số vi sinh vật. Mặt khác đối với loài có
độ tương đồng cao về mặt hình thái thì phương pháp truyền thống sẽ khó đạt
hiệu quả. Nhược điểm này của phân loại truyền thống có thể bổ sung nhờ
phương pháp sinh học phân tử. Ngày nay, phần lớn các nhà khoa học đều
thống nhất rằng, phân loại học phải dựa vào rất nhiều tiêu chí phân loại kết
hợp cả phương pháp truyền thống và phương pháp phân loại hiện đại, trong
đó nhấn mạnh vai trò của phương pháp phân loại bằng sinh học phân tử [35].
Hiện nay phân loại xạ khuẩn được tiến hành dựa trên so sánh trình tự
gen mã hóa cho phân tử 16S rRNA kết hợp với các đặc điểm khác theo phân

loại cổ truyền. Các nhà phân loại học thường lấy ngưỡng 98% trong độ tương
đồng về trình tự 16S rRNA để phân biệt hai loài khác nhau. Bên cạnh đó,
phép lai DNA genome cũng thường được tiến hành như một thí nghiệm bổ
sung để khẳng định vị trí phân loại tới mức độ loài. Hai chủng xạ khuẩn được
coi là hai loài riêng biệt nếu chúng có mức độ tương đồng về DNA genome
thấp hơn 70%. Dựa trên mức độ tương đồng về trình tự 16S rRNA người ta có
thể dựng cây phát sinh chủng loại (cây phả hệ) thể hiện mối tương quan của
loài đang tiến hành nghiên cứu với các loài có họ hàng gần và tổ tiên của
chúng. Đa số trường hợp, các phân tích về hóa phân loại và sinh lý, sinh hóa
có sự tương đồng cao so với phân loại theo trình tự 16S rRNA [31].
Chỉ có gen 16S rRNA với kích thước khoảng 1500 nucleotide vừa đủ để
phân loại chi tiết giữa các chủng và cũng không gây khó khăn trong nghiên
cứu nên được ưu tiên lựa chọn trong phân loại prokaryotes. Thêm vào đó, trên
gen 16S rRNA có chứa các vùng biến đổi (variable) và vùng bán bảo tồn
(semi - conserved) cho phép xác định tính đặc trưng ở mức độ chủng, loài
[33]. Do vậy, gen 16S rRNA đã được các nhà khoa học nghiên cứu kỹ lưỡng
và đã thiết lập được rất nhiều cặp mồi để nhân đoạn gen này bằng kỹ thuật
PCR. Ngoài ra, người ta còn sử dụng vùng đệm giữa gen 16S rRNA và 23S
rRNA để nghiên cứu đa dạng của prokaryotes [38], [40].


16
2.3.5. Enzyme ngoại bào phổ biến từ xạ khuẩn
Vi sinh vật sống khắp nơi trên Trái Đất, chúng có khả năng biến dị
nhanh để duy trì sự sống và tồn tại trong các điều kiện sống thay đổi. Vi sinh
vật có hệ enzyme đa dạng và phong phú. Tuy nhiên không phải tất cả các vi
sinh vật đều có khả năng sinh enzyme như nhau, ngay cả những chủng cùng
một loài cũng không cùng hoạt tính sinh tổng hợp enzyme [24]. Vì vậy, việc
nghiên cứu phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt lực cao trong
việc tạo thành enzyme mong muốn là cần thiết.

Một số enzyme phổ biến
Tuy đã biết hơn 1000 loại enzyme khác nhau nhưng cũng chỉ các
enzyme thủy phân mới được sử dụng rộng rãi trong hơn 30 ngành kinh tế
khác nhau đó là các enzyme amylase, cellulase và protease. Lượng enzyme
sản xuất hàng năm: protease từ vi khuẩn là 500 tấn/năm, protease từ nấm mốc
là 10 tấn/năm, pectinase là 10 tấn/năm [22]. Các enzyme này có nhiều ứng
dụng trong nông nhiệp, đặc biệt là trong chăn nuôi, với mục đích là làm tăng
giá trị dinh dưỡng, tăng hệ số tiêu hóa thức ăn, giảm chi phí thức ăn các
enzyme được dùng ngày càng nhiều ở các nước trên thế giới.
- Enzyme amylase: Amylase có thể được thu nhận từ nhiều nguồn khác
nhau như: động vật, thực vật, vi sinh vật. Ngày nay, do có ưu thế về nhiều
mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo [24]. Hệ enzyme
amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghiệp, y học và nhiều lĩnh vực kinh tế khác. Các enzyme amylase này có ý
nghĩa quan trọng trong việc phân hủy phế thải chứa các nguồn tinh bột. Mặc
dù amylase được sản xuất chủ yếu từ nguồn nấm mốc và vi khuẩn, tuy nhiên
việc sử dụng xạ khuẩn để sản xuất enzyme gần đây cũng được quan tâm
nghiên cứu. Nhìn chung, trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loại tạo amylase
mạnh mẽ, tuy nhiên cũng có một số ít như loài xạ khuẩn ưa nhiệt
Micromonospora vugaris 42 có khả năng tạo một lượng nhỏ amylase hoạt
động ở 65°C cùng với protease và các enzyme khác [43].
- Enzyme cellulase: Trong thập kỷ qua, enzyme thủy phân cellulase
ngày càng được quan tâm. Sự quan tâm này là do các enzyme cellulase có


17
khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hóa các hợp chất kiểu
lignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông
qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các sản phầm giàu năng
lượng khác.

Trong cấu trúc của cellulose chủ yếu là liên kết β-(1-4) glucoside. Tuy
nhiên, việc thủy phân cellulose cần tới một hệ enzyme bao gồm các cellulase
với những tác động đặc trưng riêng biệt. Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu
đề cập đến việc sản xuất các chế phẩm bao gồm một số enzyme để xử lý phế
thải là các polysaccharide thực vật [24].
- Enzyme protease: Protease thuộc nhóm enzyme thủy phân protein
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, chẳng hạn trong chế
biến cá và thịt. Protease có thể thủy phân các protein có trong chất thải, để sản
xuất các dung dịch đặc hoặc các chất rắn khô có giá trị dinh dưỡng cho cá
hoặc vật nuôi. Protease thủy phân các protein không tan thông qua nhiều
bước, ban đầu chúng được hấp thụ lên các chất rắn, cắt các chuỗi polypeptide
tạo thành các liên kết lỏng trên bề mặt. Sau đó, quá trình hoà tan những phần
rắn xảy ra với tốc độ chậm hơn phụ thuộc vào sự khuếch tán enzyme lên bề
mặt cơ chất và tạo ra những phần nhỏ. Chính vì tính chất này mà protease
được sử dụng, một mặt để tận dụng các phế thải từ nguồn protein để những
phế thải này không còn là các tác nhân gây ô nhiễm môi trường, một mặt để
xử lý các phế thải protein tồn đọng trong các dòng chảy thành dạng dung dịch
rửa trôi không còn mùi hôi thối [24].