Nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng vi sinh vật phân giải xenlulo được phân lập dưới tán rừng thông ở tĩnh gia thanh hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

HOÀNG ĐỨC ANH
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI
SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULO ĐƯỢC PHÂN LẬP TỪ CÁC MẪU
ĐẤT DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG Ở TĨNH GIA, THANH HÓA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Quản lý tài nguyên rừng

Khoa

: Lâm nghiệp

Khóa học

: 2014 - 2018

Thái Nguyên - năm 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

HOÀNG ĐỨC ANH
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI
SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULO ĐƯỢC PHÂN LẬP TỪ CÁC MẪU
ĐẤT DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG Ở TĨNH GIA, THANH HÓA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Quản lý tài nguyên rừng

Lớp

: K46 – QLTNR – N03

Khoa

: Lâm nghiệp

Khóa học

: 2014 - 2018

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Công Hoan
TS. Vũ Văn Định

Thái Nguyên - năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn được hoàn thành trong Chương trình thực tập tốt nghiệp của
trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Em xin cam đoan khóa luận tốt
nghiệp này là của bản thân. Các kết quả trình bày trong khóa luận là trung
thực. Nếu có gì sai sót, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày 09 tháng 06 năm 2018
Giáo Viên Hướng Dẫn
Tác giả
Đồng ý cho bảo vệ trước hội đồng khoa học

TS. Nguyễn Công Hoan

Hoàng Đức Anh

Xác nhận của giáo viên phản biện
Giáo viên chấm phản biện xác nhận sinh viên
Đã sửa chữa sai sót khi Hội đồng chấm yêu cầu
(ký, ghi rõ họ tên)


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt đợt thực tập tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Lâm nghiệp Trường Đại

học Nông Lâm Thái Nguyên. Cảm ơn sự nhiệt tình giảng dạy của các thầy cô
đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm thực tế để em hoàn thành tốt
Khóa luận tốt nghiệp này. Em đặc biệt gửi lời cảm ơn đến TS. Vũ Văn Định Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và TS. Nguyễn Công Hoan là thầy
hướng dẫn khoa học đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và
hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu Bảo vệ
rừng Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi
mặt để chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cám ơn KS. Nguyễn Thị Loan; KS. Nguyễn
Thị Tuyên KS. Phạm Văn Nhật; KS. Trần Nhật Tân và các cán bộ của Trung
tâm nghiên cứu Bảo vệ rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã
hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến, kinh nghiệm
quý báu cho em hoàn thành khóa luận này.
Trong quá trình thực hiện khóa luận mặc dù em đã cố gắng rất nhiều
nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến quý báu của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 09 tháng 06 năm 2018
Sinh viên

Hoàng Đức Anh


3

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Một số VSV sản xuất cellulase......................................................... 8
Bảng 4.1. Sự phát triển sau 3 ngày của 12 chủng VSV trên các điều ............ 30
kiện ẩm độ khác nhau...................................................................................... 30

Bảng 4.2. Sự phát triển sau 7 ngày của 12 chủng VSV trên các điều ............ 34
kiện ẩm độ khác nhau...................................................................................... 34
Bảng 4.3: Đường kính khuẩn lạc trung bình của các chủng VSV .................. 39
sau 12 ngày nuôi cấy ....................................................................................... 39
Bảng 4.4. Đường kính khuẩn lạc sau 12 ngày ở điều kiện nhiệt độ ............... 42
khác nhau......................................................................................................... 42


4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.2. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase tới cellulose ......................... 5
Hình 2.1. Bản đồ vị trí địa lý Huyện Tĩnh Gia - Thanh Hóa .......................... 19
Hình 3.1. Tủ đổ môi trường ............................................................................ 27
Hình 3.2. Kính hiển vi và Tủ định ôn ............................................................. 28
Hình 4.1. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của 12 chủng VSV đánh giá điều kiện
sinh trưởng phát triển ...................................................................................... 29
Hình 4.2. Biểu đồ đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng của các
chủng VSV sau 3 ngày nuôi cấy ..................................................................... 31
Hình 4.3. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của Chủng VSV I.PN3 ở các thang ẩm
độ khác nhau.................................................................................................... 32
Hình 4.5. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của chủng VSV LSN 13.4 ở các thang
ẩm độ khác nhau.............................................................................................. 33
Hình 4.7. Biểu đồ đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng của các
chủng VSV sau 7 ngày nuôi cấy ..................................................................... 35
Hình 4.8. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của khuẩn lạc chủng IPN3 sau 7 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 36
Hình 4.9. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của khuẩn lạc chủng SS9 sau 7 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 36
Hình 4.10. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của khuẩn lạc chủng HBN 1.2 sau 7

ngày nuôi cấy .................................................................................................. 37
Hình 4.11. Ảnh thí nghiệm sự phát triển sinh trưởng của chủng IAP2 sau 7
ngày nuôi cấy .................................................................................................. 38
Hình 4.12. Ảnh thí nghiệm sự phát triển sinh trưởng của chủng LSN 13.5 sau
7 ngày nuôi cấy ............................................................................................... 38


5

Hình 4.13: Ảnh thí nghiệm sự phát triển của Chủng nấm HNI8 sau 7 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 39
Hình 4.14.Biểu đồ đường kính khuẩn lạc trung bình của các chủng VSV
sau 12 ngày nuôi cấy ....................................................................................... 40
Hình 4.15. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của chủng SSK sau 12 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 41
Hình 4.16. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của VSV LSN 3.1 sau 12 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 41
Hình 4.17. Biểu đồ đường kính khuẩn lạc sau 12 ngày ở điều kiện nhiệt độ
khác nhau......................................................................................................... 42
Hình 4.18. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của VSV IPN3 ở các điều kiện nhiệt
độ khác nhau.................................................................................................... 43
Hình 4.19. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của VSV LSN 3.1 ở các điều kiện
nhiệt độ khác nhau .......................................................................................... 44
Hình 4.20. Ảnh thí nghiệm sự phát triển của VSV HBN 1.2 ở các điều kiện
nhiệt độ khác nhau .......................................................................................... 45


6

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU

Chữ viết tắt/ký hiệu

Giải nghĩa đầy đủ

CFU

Đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml hoặc 1 gam

PDA

Potato Dextrose Agar

D

Đường kính vòng phân giải cellulose

VK

Vi khuẩn


vii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................ iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU .................................. vi
MỤC LỤC ...................................................................................................... vii

PHẤN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài....................................................................................... 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 2
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ........................................................................... 2
PHẦN 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU....................................................... 3
2.1 Tổng quan tài liệu nghiên cứu..................................................................... 3
2.1.1 Tổng quan về Emzym cellulase ............................................................... 3
2.1.2. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase.................................................... 5
2.1.3. Ứng dụng của emzym cellulose .............................................................. 6
2.1.2. Vi sinh vật phân giải cellulose ................................................................ 7
2.1.3 Chế phẩm vi sinh vật có chứa vi sinh vật phân giải cellulose .............. 15
2.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu................................................................ 19
2.2.1. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ................................................
19
2.2.2. Tài nguyên thiên nhiên.......................................................................... 21
2.2.3. Kết cấu hạ tầng và cơ sở vật chất ..........................................................
23
2.2.4. Văn hóa – Xã hội................................................................................... 24


8

PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, PHAM VI, NỘI DUNG, VẬT LIỆU ................. 26
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 26
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 26
3.2. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 26
3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 26
3.3.1. Đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ không khí đến sự sinh trưởng của các

chủng VSV phân giải xenlulo ......................................................................... 26
3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của các chủng
VSV phân giải xenlulo .................................................................................... 26
3.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 27
3.4.1. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng của các
chủng VSV phân giải xenlulo ......................................................................... 27
3.4.2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của
các chủng VSV phân giải xenlulo ................................................................... 28
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................... 29
4.1. Kết qủa đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng của các chủng
VSV phân giải xenlulo .................................................................................... 30
4.1.1 Sinh trưởng và phát triển của VSV phân giải xenlulo sau 3 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 30
4.1.2 Sinh trưởng và phát triển của VSV phân giải xenlulo sau 7 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 34
4.1.3 Sinh trưởng và phát triển của VSV phân giải xenlulo sau 12 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 39
4.2. Kết qủa đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của các
chủng VSV phân giải xenlulo ......................................................................... 42
4.2.1 Sinh trưởng và phát triển của VSV phân giải xenlulo sau 12 ngày
nuôi cấy ........................................................................................................... 42


9

PHẦN 5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ......................................................... 46
5.1. Kết luận .................................................................................................... 46
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 47

1

PHẤN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong tự nhiên khu hệ vi sinh vật phân giải Xenlulo rất phong phú và
đa dạng. Tuy nhiên nếu chỉ sử dụng các vi sinh vật tự nhiên có sẵn trong đất
thì quá trình phân hủy thường diễn ra chậm. Để thúc đẩy nhanh quá trình lên
men phân giải các hợp chất hữu cơ, người ta thường bổ sung thêm các chủng
vi sinh vật có hoạt tính phân giải xenlulo cao. Do vậy việc phân lập, tuyển
chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân hủy xenlulo cao để tạo chế phẩm
nhằm phân hủy nhanh xenlulo là rất quan trọng.
Không chỉ đóng góp vai trò trong tru chình cacbon tự nhiên, vi sinh vật
phân giải xenlulo còn có tiềm năng lớn trong việc phân hủy xenlulo trong
nước ô nhiễm, rác thải và chuyển hóa xenlulo thành nhiên liệu sinh học thay
thế nhiên liệu hóa thạch, chuyển hóa sinh học xenlulo thành nhiên liệu sinh
học và các hóa chất mang lại các sản phẩm thiết yếu với năng suất cao dẫn
đến lợi ích về kinh tế cũng như một giá thành thấp cho các sản phẩm này.
Chế phẩm sinh học đa chủng bao gồm vi sinh vật phân hủy Xenlulo sẽ
có nhiều ưu việt về cả mặt kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Giúp quá trình
phân giải xenlulo diễn ra nhanh hơn có khả năng phân giải cành khô lá dụng
trên mặt đất, dưới tán rừng và phế phẩm nông nghiệp tạo ra nguồn hữu cơ tại
chỗ cho đất, làm tăng độ phì của đất, tăng sinh trưởng và phát triển của
cây,làm giảm thiểu nguy cơ cháy rừng và giải quyết được sự thiếu hụt về
phân hữu cơ trong thâm canh hiện nay.
Trước tiềm năng ứng dụng to lớn của vi sinh vật phân giải cellulose,
chúng ta cần có những hiểu biết nhất định về chúng bao gồm các chủng vi
sinh vật có khả năng phân hủy xenlulo cao, đặc biệt là các chủng vi khuẩn có
khả năng phân giải cellulose. Xuất phát từ những lợi ích thực tế trên nên tôi

chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng vi
sinh vật phân giải Xenlulo được phân lập dưới tán rừng thông ở Tĩnh Gia
Thanh Hóa” nhằm xác định được đặc điểm sinh học như điều kiện sinh
trưởng và phát triển tối ưu nhất cho các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân
hủy xenlulo cao ứng dụng vào trong sản xuất chế phẩm sinh học phân hủy
xenlulo nhanh, để phục vụ trong lĩnh vực sản xuất Nông - Lâm nghiệp và ứng
dụng trong phòng chống cháy rừng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được đặc điểm sinh học, điều kiện sinh trưởng và phát triển
tối ưu của các chủng vi sinh vật là cơ sở khoa học để sản xuất chế phẩm sinh
học nhằm phân hủy xenlulo.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài góp phần bổ sung cơ sở lý luận trong việc nghiên cứu và sản
xuất chế phẩm sinh học nhằm phân hủy nhanh xenlulo.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
- Là cơ sở để sản xuất chế phẩm sinh học nhằm phân hủy nhanh
xenlulo phục vụ trong lĩnh vực sản xuất Nông - Lâm nghiệp và phòng chống
cháy rừng.
- Giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với việc nghiên cứu khoa học, kỹ
năng thực hành học trong phòng thí nghiệm. Qua đó kết hợp với các kiến thức
lý thuyết đã được học sinh viên sẽ có những hiểu biết chuyên sâu về chuyên
nghành đào tạo.


PHẦN 2
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quan tài liệu nghiên cứu

2.1.1 Tổng quan về Emzym cellulase
Xenlulo là hợp chất cao phân tử được trùng hợp (polyme hóa) từ các
gốc β-Dglucose bằng cầu nối β-1,4-glycosid nhờ vào khả năng tự dưỡng dưới
ánh sáng của thực vật. Vì vậy, xenlulo là hợp chất phổ biến nhất trong tự
nhiên. Xenlulo có cấu trúc mạch thẳng dạng sợi rất bền, khó bị phân hủy
(Gupta, Pratima et al.,2011)[40].
Xenlulo là chất hữu cơ khó phân hủy. Người và hầu hết động vật không
có khả năng phân hủy cellulose. Do đó, khi thực vật chết hoặc con người thải
các sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc thực vật đã để lại trong môi trường lượng
lớn rác thải hữu cơ. Tuy nhiên nhiều chủng vi sinh vật bao gồm nấm, vi khuẩn
và xạ khuẩn có khả năng phân hủy xenlulo thành các sản phẩm dễ phân hủy
nhờ enzyme cellulase (Trịnh Đình Khả và cộng sự, 2007)[14].
Cellulase là phức hệ enzyme thủy phân xenlulo tạo thành các phân tử
đường β-glucose. Theo nghiên cứu của một số tác giả, xenlulo bị phân hủy
dưới tác dụng hiệp đồng của phức hệ cellulase bao gồm ba enzyme là Exo-β(1,4)-glucanase hay enzyme C1 , Endo-β-glucanase hay endocellulase còn gọi
là enzyme CMC–ase hay Cx và β-(1,4)-glucosidase hay cellobioase:
Exo-1,4-gluconase giải phóng cellobiose hoặc glucose từ đầu không
khử của cellulose, tác dụng yếu lên CMC nhưng tác dụng mạnh lên xenlulo và
định hình hoặc xenlulo đã bị phân giải một phần. Tác dụng lên xenlulo kết
tinh không rõ ràng nhưng khi có một endoglucanase thì có tác dụng hiệp đồng
rõ rệt, enzyme tác dụng mạnh lên cellodextrin. Enzyme này hoạt động mạnh ở
vùng vô định hình nhưng lại hoạt động yếu ở vùng kết tinh của cellulose.


β-1,4-glucosidase thủy phân cellobiose và các cellodextrin khác hòa tan
trong nước sinh ra, chúng có hoạt tính cao trên cellobiase, còn cellodextrin thì
hoạt tinh thấp và giảm khi chiều dài của chuỗi tăng lên.
2.1.1.1 Phân loại cellulase
Cellulase là phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân xenlulo thông qua
việc thủy phân liên kết β-1,4-glycoside

tạo thành các phân tử đường β-

glucose.
Dựa vào đặc điểm của cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulase
được chia thành ba loại: - 1,4-  -D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) 1,4-  -D-glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) -  -Dglucoside
glucohydrolase (EC 3.2.1.21) Các enzyme này được tìm thấy trong vi khuẩn
sống trong dạ dày cỏ bò và mối và trong một số nấm như Trichoderma,
Aspergillus…
Endo-1,4-glucanase (hay CMC-ase, Cx, EC 3.2.1.4) thủy phân liên kết ß1,4-glucoside và tác động vào chuỗi xenlulo một cách tùy tiện, sản phẩm của
quá trình thủy phân là cellobiose và glucose. Do thủy phân CMC hoặc xenlulo
theo kiểu tùy tiện nên endo-1,4-glucanase làm giảm nhanh chiều dài chuỗi
xenlulo và tăng chậm các nhóm khử, enzyme tác dụng mạnh lên cellodextrin.
Enzyme này hoạt động mạnh ở vùng vô định hình nhưng lại hoạt động yếu ở
vùng kết tinh của cellulose.
Exo-1,4-gluconase (hay cellobiohydrolase, C1 EC 3.2.1.91) giải phóng
cellobiose hoặc glucose từ đầu không khử của cellulose, tác dụng yếu lên
CMC nhưng tác dụng mạnh lên xenlulo vô định hình hoặc xenlulo đã bị phân
giải một phần. Tác dụng lên xenlulo kết tinh không rõ nhưng khi có mặt
endoglucanase thì có tác dụng hiệp đồng rõ rệt.
ß-1,4-glucosidase (hay cellobiase, EC 3.2.1.21) thủy phân cellobiose và
các cellodextrin khác hòa tan trong nước sinh ra, chúng có hoạt tính cao trên


cellobiase, còn cellodextrin thì hoạt tính thấp và giảm khi chiều dài của chuỗi
tăng lên. Chức năng của ß-glucosidase có lẽ là điều chỉnh sự tích lũy các chất
cảm ứng của cellulase.
2.1.2. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase
Cellulase là một hệ enzyme phức tạp xúc tác sự thủy phân xenlulo thành
cellobiose và cuối cùng thành glucose.

Sự phân giải xenlulo dưới tác dụng của hệ enzyme cellulase xảy ra theo
3 giai đoạn chủ yếu sau:
Trong giai đoạn thứ nhất, dưới tác dụng của tác nhân C 1, xenlulo bị thủy
phân thành xenlulo hòa tan. Trong giai đoạn thứ hai, xenlulo hòa tan sẽ bị
thủy phân dưới tác dụng xúc tác của hệ enzyme C x tạo thành đường
cellobiose.
Ở giai đoạn cuối cùng, dưới tác dụng của enzyme ß-1,4-glucosidase (hay
cellobiase, EC 3.2.1.21), cellobiose bị thủy phân thành glucose.

Hình 1.2. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase tới cellulose


Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase trong điều kiện
tự nhiên thường bị ảnh hưởng bởi tác động nhiều mặt của các yếu tố ngoại
cảnh nên có loài phát triển rất mạnh, có loài phát triển yếu. Chính vì thế, việc
phân hủy xenlulo trong tự nhiên được tiến hành không đồng bộ, xảy ra rất
chậm.
2.1.3. Ứng dụng của emzym cellulose
Hiện nay, enzyme cellulase được ứng dụng mạnh mẽ trong các ngành
công nghiệp khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất
bia rượu, công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, công nghiệp dệt, sản xuất bột
giặt, sản xuất giấy, trong nông nghiệp ...
Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme
trong khâu nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy có vai trò rất quan trọng. Nguyên
liệu ban đầu chứa hàm lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần
hemicellulose, nên trong quá trình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột
mịn gặp nhiều khó khăn.
Trong công nghiệp xử lý rác thải và sản xuất chế phẩm vi sinh. Rác thải
là nguồn chính gây nên ô nhiễm môi trường dẫn tới mất cân bằng sinh thái và
phá hủy môi trường sống, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống con người. Thành

phần hữu cơ chính trong rác thải là cellulose, nên việc sử dụng công nghệ vi
sinh trong xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả. Enzyme này có
khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểu
lignoxenlulo và xenlulo trong rác thải tạo nên nguồn năng lượng thông qua
các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các các sản phẩm giàu năng
lượng khác.
Trong công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay
đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng
20% năng lượng cho quá trình nghiền cơ học. Trước khi nghiền hóa học, gỗ
được xử lý với endoglucanase và hỗn hợp các enzyme hemicellulase,


pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chất vào phía trong gỗ và hiệu
quả khử lignin. Trong công nghệ tái chế giấy, các loại giấy thải cần được tẩy
mực trước khi sản xuất các loại giấy in, giấy viết. Endoglucanase và
hemicellulase đã được dùng để tẩy trắng mực in trên giấy. Enzyme cellulase
được bổ sung vào nhiều giai đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất giấy.
Trong công nghiệp dệt, người ta sử dụng enzyme cellulase để giữ màu
vải sáng, bền và không bị sờn cũ. Đối với vải jean, cellulase được dùng để
làm mềm vải jean và tạo ra các vệt “stone washed”. Trước đây các vệt “stone
washed” được làm thủ công bằng cách dùng đá bọt chà lên vải jean, làm mất
lớp kiềm trên bề mặt vải và tạo ra những sợi chỉ trắng. Hiện nay người ta sử
dụng enzyme cellulase trong giai đoạn giặt vải jean thay cho việc sử dụng đá
bọt. Enzyme cellulase chỉ phân hủy theo các vết kiềm trên vải jean đã nhuộm
màu để tạo ra các vệt “stone washed”. Các vệt “stone washed” được tạo ra
bằng phương pháp này bền hơn bằng cách dùng đá bọt. Ngoài ra, người ta có
thể tăng độ đậm nhạt của các vệt này bằng cách tăng hay giảm hàm lượng
cellulase sử dụng trong giai đoạn giặt.
Ngoài việc bổ sung trực tiếp vi sinh vật vào bể ủ để xử lý rác thải thì việc
tạo ra các chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật sinh ra cellulase đã được

nghiên cứu và sản xuất.
2.1.2. Vi sinh vật phân giải cellulose
2.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Một số VSV đã được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều về khả năng
phân giải xenlulo được thể hiện bảng 2.1.


Bảng 2.1. Một số VSV sản xuất cellulase
Nấm sợi

Xạ khuẩn

Vi khuẩn

Aspergillus niger

Actinomyces aureus

Preudomonas

A.oryzae

Act.cellulose

Fluorescens

A.terreus

Act.diastaticus

B.megaterium

A.syndovii

Act. roseus

B.mensenteroides

A. flavus

Act.griseus

Clostridium sp.

Fusarium culmorum

Act.melamocylas

Acetobacter xylinum

Fusarium oxysporum

Act.coelicolor

Vi khuẩn dạ cỏ

Mucor pusilus

Act.candidus

Ruminoccus albus

Pen. notatum

Act.chromogenes

Ruminobacter parum

Penicillium spp

Act. hygroscopicus

Bacteroides

Trichoderma lignorum

Act.griseofulvin

Amylophillus sp.

Trichoderma reesei

Act.ochroleucus

Clos.butiricum

Trichoderma viride

Act.thermofulcus

Clos.locheheadil

Trichoderma konongi

Act.xanthostrums

Cellulosemonas

Thermonospora curvata
Đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành để phân lập dòng vi sinh vật
sản sinh enzyme phân giải xenlulo và khả năng phân giải xenlulo của chúng.
Các vi sinh vật phân giải xenlulo trong tự nhiên rất phong phú và đa dạng bao
gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩnchủ yếu được phân lập từ hệ tiêu hóa động vật
ăn cỏ như bò, cừu, dê, và côn trùng như bọ cánh cứng, mối [43]. Ngoài ra
chúng còn được tìm ra trong phân ủ, phân hữu cơ, bùn từ nước thải [34].
- Vi khuẩn: Vi khuẩn phân giải xenlulo bao gồm Clostridium,
Bacteroides sucinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus albus,
Methanobrevibacter

ruminatium,

Siphonobacter

aquaeclarae,


Cellulosimicrobium funkei, Paracoccus sulfuroxidans, Ochrobactrum cytisi,
Ochorobactrum

Haematophilum, Kaistia adipata, Desvosia riboflavia,

Labrys neptuniae, Ensifer adhaerens, Shinella zoogloeoides, Citrobacter
freundii, and

Pseudomonas

nitroreducens. Các loài này phần lớn thuộc

nhóm vi sinh vật kị khí, chúng được phân lập chủ yếu từ ruột của những loài
động vật sử dụng gỗ làm nguồn thức ăn [43].
Trong lòng đất người ta cũng phân lập được các dòng vi khuẩn Gram
(+) hiếu khí như Brevibacllus, Paenibacillus, Bacillus, và Geobacillus. Đối
với các dòng ưa ấm, pH và nhiệt độ tối thích cho enzyme carbonmethyl
cellulase của chúng hoạt động là 5,5 và 550C, còn đối với các dòng ưa nhiệt
là pH 5,0 và nhiệt độ 750C [56].
- Xạ khuẩn: Xạ khuẩn (Actinomycetes) là vi khuẩn Gram (+) có dạng
sợi như nấm. Chúng là vi sinh vật hiếu khí có mặt khắp nơi trong tự nhiên.
ADN của xạ khuẩn rất giàu G+C chiếm 57-75 % [50].
Chúng chiếm ưu thế trong đất phèn khô [45]. Xạ khuẩn còn được biết
đến nhiều bởi các sản phẩm chuyển hóa bậc hai, nổi bật là các loại kháng sinh
như streptomycin, gentamicin, rifamycin và erythomycin.
Ngoài ra, xạ khuẩn còn có vai trò quan trọng trong công nghiệp dược
phẩm cũng như trong nông nghiệp. Streptomyces là giống chủ đạo trong xạ
khuẩn, đây cũng là vi sinh vật sản sinh cellulase được quan tâm nghiên
cứu.Một số loàiđáng chúý thuộc giống nay nhưStreptomyces reticuli,
Streptomyces drozdowiczii, Streptomyces lividans [46].
Thermoactimnomyces được tìm thấy trong trầm tích đại dương,
Streptosporangium trong quặng apatit cũng là nhưng loài có khả năng phân
hủy xenlulo [46].
- Nấm: Nấm là sinh vật có cơ chế sinh hóa độc đáo trong phân giải cơ

chất tạo những sản phẩm bậc hai đặc biệt, đây là nhóm được nghiên cứu nhiều


nhất trong lĩnh vực phân hủy xenlulo [58]. Các cellulase từ nấm thường có
hoạt lực cao và dường như không có các dạng vật lý phức tạp như enzyme
này từ vi khuẩn. Một số chủng nấm như Acremonium spp., Chaetomium spp.,
Trichoderma

reesei,

Trichodermaviride,

Phanerochaete

chrysosporium,

penicillium

Fusariumsolani,Talaromyces

pinophilum,
emersonii,

Trichoderma koningii, Fusarium oxysporium, Aspergillus niger, Aspergillus
terreus and Rhizopus oryzae có vai trò quan trọng trong quy trình phân hủy
xenlulo ở nhiều môi trường khác nhau [58].
Theo Sivakumaran (2014) phân lập được 21 chủng từ các nguồn vật
liệu khác nhau như mùn cưa, lá rụng…. Trong đó lựa chọn loài nấm có khả
năng phân giải xenlulo bằng phương pháp giấy lọc và phương pháp dùng
thuốc thử DNS. Kết quả cho thấy Helminthosporium sp. và Cladosporium sp.

là hai loài có khả năng phân giải mạnh nhất sau đó là Trichoderma sp và
Aspergillus sp. Trong một nghiên cứu khác trên rơm rạ, thu được 25 loài khác
nhau thuộc ngành Ascomycetes và Basidiomycetes, trong đó loài
Trichoderma harzianum có khả năng phân giải xenlulo tốt nhất (Lee et al.,
2011).
Nấm phân giải xenlulo mạnh như các loài Aspergillus chaetomium,
Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Curvularia, Fusarium, Memoniella,
Phomo, Thielavia và Trichoderma. Những chủng này đã được nghiên cứu
rộng rãi để sản xuất các enzyme ngoại bào có khả năng phân giải xenlulo đó
là endoglucanases, exoglucanases và cellobiase là những chất có thể chuyển
đổi xenlulo thành gluco (Maheshwari DK, Gohade S và Jahan H (1990).
Theo nghiên cứu của V. Makeshkumar và P.U. Mahalingam (2011) 6
loại nấm bệnh có khả năng phân giải xenlulo (Fusarium sp., Aspergillus
fumigatus, Cladosporium sp., Aspergillus flavus, Pyricularia sp. và
Nigrospora sp.) đã được phân lập và thử nghiệm các chủng nấm phân giải
xenlulo chiếu qua tia UV kết quả cho thấy nấm Fusarium phát triển tốt nhất


và có quá trình phân giải xenlulo hiệu quả nhất. Do đó nghiên cứu đã đề xuất
sử dụng dòng nấm đột biến này để ủ chất thải hữu cơ khác nhau. Bên cạnh đó
một số nhóm nấm khác như Trichoderma koningii, Sporotrichum
thermophila, Myceliophthora thermophila cũng được nghiên cứu cho thấy có
khả năng phân giải xenlulo tốt (Reddy.BR, Narasimha G và Babu GVAK
(1998).
Các loài nấm mốc có khả năng sinh nhiều cellulase thuộc các giống
Allernaria, Trichoderma, Myrothecium, Aspergillus, Penicillium... Chúng
được tách ra từ đất xung quanh vùng rễ cây, từ các mẫu thực vật, từ than bùn
và các nguồn tự nhiên khác có quá trình phân hủy cellulose. Ngoài ra các
chủng nấm lớn thuộc lớp Basidomycetes cũng được đánh giá có khả năng sinh
xenlulo mạnh.

Lamot, Voets (1979)[ 3] đã 7 chủng vi sinh vật phân giải xenluloza để
phân hủy xenlophan như: Aspergillus.sp, Penicillium.sp, 2 loài Chaetomium,
1 loài Sclerotium rolfsii, 2 loài xạ khuẩn Streptomyces. Tác giả nhận thấy nếu
để riêng rẽ từng loại vi sinh vật tác dụng thì sự phân giải hầu như không diễn
ra, còn khi hỗn hợp các chủng nói trên thì sự phận giả xenlophan bị phân hủy.
Sau khi 7 chủng trong thời gian 100 ngày 85% xenlophan bị phân hủy sản
phẩm cuối cùng được làm phân bón bao gồm: 30% protein, 60% đường hòa
tan, 10% các gốc còn lại. Tại New Delhi- Ấn Độ Gaur và Bhardwaj (1985)[1]
đã phân lập và tuyển chọn được rất nhiều chủng vi sinh vật có khả năng phân
hủy xenluloza. Sau đó tác giả đã sử dụng chủng nấm Trichurus spiralis,
Trichoderma viride, Paecilomyces fusisporus, Aspergillus. Sp để đưa vào
đống ủ (rơm rạ, lá khô) kết quả cho thấy: hàm lượng C hữu cơ giảm từ 48%
xuống 25% trong vòng 1 tháng đầu tiên của quá trình ủ và chỉ trong vòng 810 tuần rơm rạ đã phân hủy hoàn toàn thành một loại phân hữu cơ có chất
lượng tốt. Trong phân chứa khoáng 1,7 %N và tỷ lệ C/N là 12:3.
Ở Nhật Bản đã phân lập và tuyển chọn ra một hỗn hợp các vi sinh vật có


ích thuộc nhóm yếm khí và hiếu khí gồm: Nấm men, vi khuẩn quang hợp, xạ
khuẩn, vi khuẩn lactic, nấm lên men và chế tạo ra được một chế phẩm vi sinh
hữu hiệu (EM) đã được chứng minh có tác dụng tốt ở nhiều lĩnh vực của đời
sống và sản xuất như: trong trồng trọt, trong chăn nuôi, trong bảo vệ môi
trường góp phần nâng cao chất lượng của đống ủ.
2.1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây ở Việt Nam đã có rất nhiều nghiên cứu về vi
sinh vật phân hủy xenlulo và khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase phân
hủy xenlulo từ vi sinh vật. Các nghiên cứu về vi sinh vật đã được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chế phẩm
từ vi sinh vật có hiệu lực phân giải hợp chất hữu cơ cao, nhằm tạo ra các chế
phẩm sinh học thân thiện với môi trường, mang lại nhiều lợi ích kinh tế trong
đời sống sản xuất. Có thể điểm qua các công trình nghiên cứu về vi sinh vật

gần đây ở nước ta của một số tác giả như: Tuyển chọn, nghiên cứu ảnh hưởng
của các yếu tố môi trường lên khả năng sinh tổng hợp cellulase và tính sạch,
đánh giá tính chất lý hóa của cellulase từ chủng penicillium sp. DTQ – HK1
(Trịnh Đình Khả và cộng sự, 2007) [14].
Phân lập và xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật
phân hủy chất hữu cơ (Phạm Văn Tý và cộng sự, 1988) [23].
Năm 1999, Tăng Thị Chính và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu các
điều kiện lên men và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến khả năng sinh
tổng hợp cellulase của một số chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ bể ủ
rác thải, nhằm tìm ra điều kiện tối ưu nhất cho khả năng sinh tổng hợp
cellulase, ứng dụng vào việc xử lý rác thải chứa nhiều xenlulo [4].
Phạm Thị Ngọc Lan và cộng sự cũng đã tiến hành nghiên cứu và tuyển
chọn được một số chủng xạ khuẩn ưa ẩm phân lập từ mùn rácở một số nơi có
khả năng phân giải xenlulo mạnh. Trong số 195 chủng xạ khuẩn nghiên cứu


thì các chủng xạ khuẩn phân lập được từ các mẫu rơm mục và đất chân đống
rơm có khả năng phân giải xenlulo và CMC mạnh nhất [15].
Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2004) đã phân lập tuyển chọn được 5
chủng vi sinh vật (VK1, VK2, N1, N2, N3) có sức sống cao và khả năng cạnh
tranh lớn, khả năng thích ứng pH rộng để làm giống sản xuất chế phẩm vi
sinh vật phân hủy phế thải mùn mía [24].
Trần Thị Ngọc Sơn và cộng sự (2010) đã phân lập được 40 chủng nấm
Trichoderma sp từ các mẫu đất đại diện cho hệ thống canh tác lúa 2 vụ, lúa 3
vụ, lúa mía ở Đồng Bằng Sông Cửu Long bao gồm Cần Thơ, Hậu Giang,
Kiên Giang và An Giang từ vụ đông xuân 2008-2009 để nghiên cứu khả năng
phân hủy rơm rạ [22].
Phạm Quang Thu, Nguyễn Thị Thuý Nga (2009) đã phân lập được 30
chủng vi sinh vật có khả năng phân giải lân và tuyển chọn được 15 chủng có
hiệu lực phân giải lân rất cao đường kính vòng phân giải lân cao nhất (>

22mm). Trong đó có 3 chủng P1.1, P1.4, PGLRH3 sinh trưởng tốt nhất trên
môi trường nước chiết khoai tây có bổ sung một số nguyên tố khoáng, có thể
ứng dụng 3 chủng này để sản xuất phân bón vi sinh hỗn hợp [25].
Nguyễn Thị Thuý Nga (2010) đã phân lập được 25 chủng vi sinh vật có
khả năng phân giải xenlulo trong đó có 10 chủng hiệu lực mạnh đường kính
vòng phân giải >15 mm và 5 chủng hiệu lực rất mạnh đường kính vòng phân
giải > 20mm. Trong 5 chủng đó có 2 chủng ĐT2 và ĐV2 đường kính >25
mm, có thể ứng dụng 2 chủng này để sản xuất phân bón vi sinh hỗn hợp [19].
Theo Nguyễn Thị Thúy Nga và cộng sự (2015) đã phân lập được 24
chủng vi khuẩn phân giải xenlulo trong đó tuyển chọn 8 chủng có hiệu lực
phân giải xenlulo khá và mạnh với đường kính vòng thủy phân lớn hơn 25mm
bao gồm các chủng M1.1, M5.2, M5.3, M5.4, X7, X3, X1, X10 chiếm khoảng
33,0% [18].


Theo Võ Văn Phước Quệ và Cao Ngọc Điệp (2011) đã phân lập vi
khuẩn phân giải xenlulo trong đất trồng lúa và dạ cỏ bò nhằm sử dụng phân
giải rơm rạ và rác hữu cơ thành phân hữu cơ. Nhóm tác giả đã phân lập được
96 dòng vi khuẩn từ đất trồng lúa và 4 dòng vi khuẩn (Q4, Q5, Q8 và Q9) từ
dịch dạ cỏ của bò. Các dòng vi khuẩn phân lập được đều có khả năng thủy
phân CMC [21].
Năm 1999, Đặng Minh Hằng đã nghiên cứu tuyển chọn được hai chủng
nấm sợi có khả năng phân giải xenlulo cao.Tác giả cũng đã nghiên cứu và tìm
ra được một số điều kiện tối ưu cho khả năng sinh tổng hợp cellulase của hai
chủng nấm này [10].
Hoàng Quốc Khánh và cộng sự (2003), đã nghiên cứu khả năng sinh
tổng hợp và đặc điểm của cellulase từ chủng A. niger NRRL-363. Qua
nghiên cứu tác giả đã tìm ra được một số trông tin và điều kiện cơ bản cho sự
tổng hợp cellulase của chủng này trên môi trường trấu xay và chất thải công
nghiệp như mật rỉ đường [13].

Theo nguyên cứu của Nguyễn Danh (2009) đã phân lập từ vỏ cà phê ở
Gia Lai kết quả thu được 115 chủng xạ khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân giải
xenluloza với tỷ lệ chủng phân giải rất mạnh chiếm 55,7% trong đó tác giả đã
chọn được 2 chủng xạ khuẩn ưa nhiệt M48, M63 có khả năng phân giải
xenluloza mạnh với kích thước vòng phân giải 36,5-38,5mm [6].
Theo Lê Việt Hà và Lê Văn Tri (2006) các tác giả đã phân vi sinh vật
phân hủy xenlulo từ đất và bãi thải của các nhà máy đường kết quả thu được 2
chủng vi khuẩn phân hủy xelulo chịu nhiệt ( ký hiệu X1, Đ3), 3 chủng xạ
khuẩn ưa ẩm ( kí hiệu XK1, XK13, XK18 ), 2 chủng nấm mốc ( ký hiệu M5,
M3 ) [8].