Đánh giá độ bền sinh học của gỗ sa mộc (cunninghamia lanceolata lamb hook) biến tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÂM NGHIỆP
----------o0o----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN SINH HỌC CỦA GỖ SA MỘC
(Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) BIẾN TÍNH
NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ

: 7420201

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Vũ Kim Dung

Sinh viên thực hiện

: Trần Đức Hạnh

Lớp

: K61 – CNSH

Khóa học

: 2016 - 2020

Hà Nội, 2020

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình nghiên cứu, hồn thiện đề tài nghiên cứu khoa học, cùng
với sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ của cơ sở đào tạo là Viện
Công nghệ sinh học Lâm nghiệp – Đại học Lâm nghiệp, đơn vị trực tiếp giảng
dạy chuyên môn, hỗ trợ em về nhân lực, cơ sở vật chất và điều kiện thí nghiệm.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn về sự quan tâm, giúp đỡ quý báu đó.
Nhân dịp này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Kim Dung là người
đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng nghiên cứu, truyền đạt kiến thức chuyên môn
và phương pháp nghiên cứu để chúng tơi hồn thành tốt đề tài. Xin được chân
thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thị Tuyên (Khoa Lâm nghiệp - Trường Đại học Nông
– Lâm Thái Nguyên) đã dành nhiều thời gian, công sức, truyền cho em nhiệt huyết
và kinh nghiệm phong phú trong suốt thời gian em tiến hành đề tài nghiên cứu
khoa học.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến tồn bộ q thầy cơ phịng bộ mơn
Vi sinh – Hóa sinh cùng tồn thể tập thể cán bộ Viện Công nghệ sinh học Lâm
Nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về phương tiện, hướng dẫn chúng tôi trong suốt
quá trình tiến hành đề tài. Đồng thời xin cảm ơn sự giúp đỡ về mặt vật chất và
tinh thần từ bạn bè và gia đình, những người đã khích lệ, hỗ trợ em trong suốt q
trình học tập và nghiên cứu.
Do kiến thức chun mơn cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi những thiếu
sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cơ giáo,
cũng như các bạn sinh viên để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Trần Đức Hạnh

i

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................vi
DANH MỤC VIẾT TẮT ....................................................................................... viii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .................................................................. 2
1.1. Khái quát chung về cây Sa Mộc ................................................................. 2
1.1.1. Đặc điểm phân loại ............................................................................ 2
1.1.2. Đặc điểm hình thái ............................................................................. 2
1.1.3. Đặc điểm sinh thái ............................................................................. 3
1.2. Giải phẫu, thành phần hóa học và tính chất vật lí của gỗ ........................... 3
1.2.1. Cấu trúc của gỗ .................................................................................. 3
1.2.2. Thành phần hóa học của gỗ ............................................................... 6
1.3. Hệ enzym thủy phân của nấm mục gỗ ........................................................ 9
1.3.1. Hệ enzym thủy phân lignin................................................................ 9
1.3.2. Hệ enzym thủy phân cellulose .........................................................10
1.4. Khái quát về nấm hại gỗ ...........................................................................11
1.4.1. Khái niệm.........................................................................................11
1.4.2. Phân loại nấm hại gỗ .......................................................................11
1.5. Khái quát về gỗ biến tính ..........................................................................18
1.5.1. Biến tính hóa học .............................................................................19
1.5.2. Biến tính vật lí .................................................................................19
1.5.3. Vai trị của gỗ biến tính ...................................................................20
1.6. Tình hình nghiên cứu gỗ biến tính trong và ngồi nước...........................20

ii

1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................20
1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................22
CHƯƠNG II: NỘI DUNG – MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......24
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................24
2.1.1. Mục tiêu chung ................................................................................24
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................24
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................24
2.3. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................24
2.3.1. Mẫu nấm ..........................................................................................24
2.3.2. Mẫu gỗ .............................................................................................25
2.3.3. Hóa chất, thiết bị, môi trường..........................................................25
2.4. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................26
2.4.1. Phương pháp khử trùng mẫu gỗ ......................................................26
2.4.2. Phương pháp xác định khả năng kháng nấm mục ...........................26
2.4.3. Phương pháp xác định khả năng kháng nấm biến màu ...................30
2.4.4. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu ............................................31
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...............................32
3.1. Kết quả khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc biến tính ...........32
3.1.1. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng trong điều kiện phịng thí nghiệm…..32
3.1.2. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng trong điều kiện thực tế.......................37
3.1.3. Quan sát mặt cắt ngang các mẫu gỗ trên kinh kiển vi điện tử khi thử
nghiệm độ bền trên các đối tượng nấm mục trắng ....................................42
3.1.4. Khả năng kháng nấm mục trắng qua phân tích thành phần hóa
học………..................................................................................................44
3.2. Kết quả khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc biến tính .............50
3.2.1. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng trong điều kiện thí nghiệm ................50
iii


3.2.2. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng trong điều kiện thực tế.......................51

3.2.3. Quan sát mặt cắt ngang các mẫu gỗ trên kinh kiển vi điện tử khi thử
nghiệm độ bền trên các đối tượng nấm mục nâu .......................................53
3.2.4. Khả năng kháng nấm mục nâu qua phân tích thành phần hóa học .55
3.3. Kết quả khả năng kháng nấm biến màu của gỗ Sa mộc biến tính ............57
3.3.1. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng và độ biến màu trong điều kiện phịng
thí nghiệm…. .............................................................................................57
3.3.2. Qua tỉ lệ hao hụt khối lượng trong điều kiện thực tế.......................59
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ .........................................65
4.1. Kết luận .....................................................................................................65
4.2. Tồn tại .......................................................................................................65
4.3. Kiến nghị ...................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................67
PHỤ BIỂU ................................................................................................................75

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các thông số kĩ thuật của mẫu gỗ Sa mộc biến tính nhiệt.................. 25
Bảng 2.2. Tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) sau 12 tuần thử nghiệm độ bền ............ 27
Bảng 3.1. Tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của gỗ Sa mộc biến tính theo thời gian
trên nấm Hương trong điều kiện thực tế ............................................................. 37
Bảng 3.2. Tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của gỗ Sa mộc biến tính theo thời gian
trên nấm Linh chi trong điều kiện thực tế ........................................................... 38
Bảng 3.3. Tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của gỗ Sa mộc biến tính theo thời gian
trên nấm Vân chi trong điều kiện thực tế ............................................................ 40
Bảng 3.4. Hàm lượng cellulose (%) còn lại sau 12 tuần thử nấm mục trắng ..... 44
Bảng 3.5. Hàm lượng chitin (%) tồn tại trong mẫu gỗ sau 12 tuần thử nấm mục
trắng ..................................................................................................................... 46
Bảng 3. 6. Tỉ lệ hao hụt (%) lignin và hemicellulose khi thử nghiệm độ bền của

gỗ trên đối tượng nấm mục trắng ........................................................................ 48
Bảng 3.7. Tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của gỗ Sa mộc biến tính sau 12 tuần thử
nghiệm trên nấm mục nâu trong điều kiện thực tế.............................................. 52
Bảng 3.8. Kết quả phân tích thành phần hóa học của các mâu gỗ sau 12 tuần thử
nghiệm độ bền trên nấm mục nâu ....................................................................... 55
Bảng 3.9. Kết quả tỉ lệ hao hụt khối lượng của các mẫu gỗ sau các tuần thử nghiệm
trên nấm biến màu ............................................................................................... 58
Bảng 3.10. Kết quả độ biến màu của các mẫu gỗ sau các tuần thử nghiệm trên
nấm biến màu ...................................................................................................... 58
Bảng 3.11. Kết quả về tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của các mẫu gỗ trong thí
nghiệm 1 .............................................................................................................. 60
Bảng 3.12. Kết quả về tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của các mẫu gỗ trong thí
nghiệm 2 .............................................................................................................. 61
Bảng 3.13. Kết quả về tỉ lệ hao hụt khối lượng (%) của các mẫu gỗ trong thí
nghiệm 3. ............................................................................................................. 62

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Một số hình ảnh về cây Sa mộc ............................................................ 2
Hình 1.2. Các loại tế bào có trong gỗ.................................................................... 4
Hình 1.3. Cấu trúc của các tế bào ống (tracheids). ............................................... 5
Hình 1.4. Tỉ lệ phân trăm các thành phần cấu tạo nên thành tế bào ..................... 6
Hình 1.5. Thành phần cấu trúc của phân tử ligno-cellulose ................................. 7
Hình 1.6. Cấu tạo phân tử cellulose ..................................................................... 7
Hình 1.7. Cấu trúc của hemicellulose .................................................................. 8
Hình 1.8. Cấu trúc phân tử lignin ......................................................................... 9
Hình 1.9. Một số loại enzym ligninase .............................................................. 10
Hình 1.10. Quá trình phân giải cellulose của cellulase ...................................... 10

Hình 1.11. Các giai đoạn phát triển của nấm mục trắng . ................................... 12
Hình 1.12. Nấm Vân chi (Trametes versicolor) ............................................... 13
Hình 1.13. Nấm Hương (Lentinula edodes) ....................................................... 14
Hình 1.14. Nấm Linh chi (Ganoderma lucidum) ............................................... 14
Hình 1.15. Các giai đoạn phát triển của nấm mục nâu ...................................... 15
Hình 1.16. Nấm Coniophora puteana trên gỗ mục ........................................... 16
Hình 1.17. Các giai đoạn phát triển của nấm biến màu ..................................... 17
Hình 1.18. Nấm Aspergillus niger ...................................................................... 18
Hình 1.19. Biến tính thành tế bào ...................................................................... 20
Hình 2.1. Cách bố trí các mẫu gỗ trên mơi trường đất........................................ 27
Hình 2.2. Các mẫu gỗ được bố trí theo thí nghiệm 1 .......................................... 31
Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ hao hụt khối lượng gỗ theo thời gian trên nấm
Hương .................................................................................................................. 32
Hình 3.2. Các mẫu gỗ được thử nghiệm trên đối tượng nấm Hương ................. 33
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ khối lượng gỗ hao hụt theo thời gian trên nấm
Linh chi................................................................................................................ 34
Hình 3.4. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên đối tượng nấm Linh chi ..... 35

vi


Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ khối lượng gỗ hao hụt theo thời gian trên nấm Vân
chi. ....................................................................................................................... 35
Hình 3.6. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên đối tượng nấm Vân chi...... 36
Hình 3.7. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên nấm Hương trong điều kiện
thực tế .................................................................................................................. 38
Hình 3.8. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên nấm Linh chi trong điều kiện
thực tế .................................................................................................................. 39
Hình 3.9. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên nấm Vân chi trong điều kiện
thực tế .................................................................................................................. 40

Hình 3.10. Mặt cắt ngang các mẫu gỗ quan sát trên kinh kiển vi điện tử khi thử
nghiệm độ bền trên các đối tượng nấm mục trắng .............................................. 43
Hình 3.11. Hàm lượng cellulose cịn lại trong các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm
nấm Vân chi......................................................................................................... 45
Hình 3.12. Chitin tách chiết từ các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên đối tượng
nấm Vân chi......................................................................................................... 47
Hình 3.13. Biểu đồ thể hiện hả năng kháng nấm mục nâu dựa trên tỉ lệ khối lượng
gỗ hao hụt ............................................................................................................ 50
Hình 3.14. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm độ bền sinh học trên đối tượng
nấm mục nâu ....................................................................................................... 51
Hình 3.15. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm trên nấm mục nâu trong điều kiện
thực tế .................................................................................................................. 53
Hình 3.16. Mặt cắt ngang các mẫu gỗ quan sát trên kinh kiển vi điện tử khi thử
nghiệm độ bền trên đối tượng nấm mục nâu (Coniophora puteana) ................. 54
Hình 3.17. Các mẫu gỗ sau 12 tuần thử nghiệm độ bền sinh học trên đối tượng
nấm biến màu ...................................................................................................... 59
Hình 3.18. Các mẫu gỗ thu được sau 12 tuần trong thí nghiệm 2 ...................... 61
Hình 3.19. Các mẫu gỗ thu được sau 12 tuần thử nghiệm trong thí nghiệm 3 ... 63

vii


DANH MỤC VIẾT TỪ TẮT

STT

Kí hiệu viết tắt

Tên tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

1

EN

European Standard

Tiêu chuẩn Châu Âu

2

PDA

Potato dextrose agar

Môi trường khoai tây

3

SEM

Scanning electron microscope

Kính hiển vi điện tử

4

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

viii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Bên cạnh những giải pháp bảo quản gỗ thơng thường là sử dụng các loại
thuốc bảo quản có khả năng phòng ngừa và diệt các loại nấm hại gỗ, biến tính gỗ
mang đến giải pháp hữu hiệu để cải thiện khả năng chống nấm cho gỗ mà không
gây hại cho môi trường [44, 67]. Gỗ thông và gỗ sồi biến tính nhiệt ở nhiệt độ
212oC trong 2 giờ đã hạn chế đáng kể sự xâm hại của nấm mục trắng và nấm mục
nâu [17]. Gỗ Vân sam (Picea abies Karst.) và gỗ beech (Fagus sylvatica L.) biến
tính ở nhiệt độ 180oC cũng đem lại khả năng kháng nấm tốt [62]. Khả năng kháng
nấm mục trắng (Trametes Versolor) và nấm mục nâu (Gloeophyllum trabeum và
Coniophora puteana) của các loại gỗ Vân sam, gỗ Fir và gỗ Poplar khi biến tính
ở nhiệt độ 200-260oC cho tỉ lệ hao hụt khối lượng dưới 1% [29].
Mặc dù, biến tính gỗ bằng nhiệt độ mang lại khả năng kháng nấm mục
tương đối tốt, tuy nhiên một trong những tồn tại của gỗ biến tính nhiệt là tính chất
cơ học sau khi xử lí có xu hướng thấp hơn so với gỗ chưa qua xử lí từ đó ảnh
hưởng đến độ bền sinh học của gỗ đối với các tác nhân gây phân hủy gỗ. Gỗ thơng
biến tính nhiệt theo quy trình Plato cho khả năng kháng nấm Trametes versicolor
không hiệu quả [24]. Gỗ Vân sam và gỗ Ash khi xử lí ở nhiệt độ 210oC cho tỉ lệ
hao hụt khối lượng trên 5% khi thử nghiệm trên đối tượng nấm Trametes
versicolor [75]. Khả năng kháng nấm Trametes versicolor cho hiệu quả cao khi
xử lí gỗ ở nhiệt độ 220oC trong 120 phút và nấm Coniophora puteana khi xử lí ở
nhiệt độ 200oC trong 60 phút [52].
Vì vây, việc đánh giá mức độ gây hại của các loại nấm gây mục gỗ nói
riêng và vi sinh vật gây phân hủy gỗ nói chung tác động lên vật liệu gỗ biến tính
trước khi sử dụng đại trà là rất cần thiết. Từ đó, việc thực hiện đề tài: “Đánh giá
độ bền sinh học của gỗ Sa Mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) biến

tính” nhằm tạo ra sản phẩm gỗ Sa mộc với độ bền sinh học, tính chất cơ học, …
được cải thiện hơn so với gỗ tự nhiên.

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Khái quát chung về cây Sa Mộc
1.1.1. Đặc điểm phân loại
Sa mộc có tên khoa học là Cunninghamia lanceolata, thuộc Giới Plantae,
Ngành Pinophyta, Lớp Pinopsida, Bộ Pinales, Họ Cupressaceae, Chi
Cunninghamia [37].

Hình 1.1. Một số hình ảnh về cây Sa mộc; a: Cây Sa mộc; b: Nón đực; c:
Nón cái [37].
1.1.2. Đặc điểm hình thái
Cây gỗ lớn, thân tròn và rất thẳng. Vỏ nâu hoặc xám nâu, nứt dọc. Lá hình
ngọn giáo, màu xanh lục tới xanh lục-lam, dài 3-6 cm, rộng 3-5 mm; đầu nhọn,
cứng; mép lá có răng cưa sắc.
Các nón nhỏ, hình trứng và khơng dễ thấy khi thụ phấn vào cuối mùa đơng,
các nón đực mọc thành cụm khoảng 10-30 nón (hình 1.1.b), cịn các nón cái mọc
đơn lẻ hoặc 2-3 nón cùng nhau (hình 1.1.c). Nón cái mọc lẻ hoặc gồm 2-3 chiếc
mọc cụm đầu cành.
Rễ chính ít phát triển, rễ ăn nông, rễ tập trung ở lớp đất mặt nhất là khi nhỏ
tuổi hệ rễ phân bố gần như ăn ngang. Khi cây càng lớn thì thân của nó có xu hướng
tạo ra các chồi rễ mút xung quanh gốc, cụ thể là sau khi bị các vết thương ở thân
hay rễ, và các chồi rễ mút này sau đó có thể phát triển để tạo thành cây nhiều thân.
Vỏ của các thân cây lớn có màu nâu dễ dàng bị lột ra để lộ phần vỏ bên trong màu
nâu đỏ [37].
2

1.1.3. Đặc điểm sinh thái
Sa mộc phân bố tự nhiên ở vùng khí hậu ơn và á nhiệt đới thuộc miền Trung
và Nam Trung Quốc biên giới Việt – Trung, từ 22 đến 32 vĩ độ Bắc. Việt Nam đã
trồng ở các tỉnh biên giới phía Bắc như Hà Giang, Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái,
Lạng Sơn, Cao Bằng, Quảng Ninh nhiều năm nay.
Sa mộc ưa nơi khí hậu ơn hịa, ít tháng rét q và cũng khơng có tháng q
nóng. Thích hợp ở nhiệt độ trung bình năm từ 16-19oC lượng mưa năm 14001900mm. Độ ẩm khơng khí của các tháng trong năm trên 75%, vùng có nhiều
sương mù và ánh sáng tán xạ.
Sa mộc ưa đất sâu ẩm, cát pha, thoát nước, mát thoáng, độ pH lớn hơn 5,
nhiều mùn, cịn mang tính chất đất rừng. Ưa đất phát triển trên đá Bản thạch sét
hoặc Bản thạch mica, đá vơi, đá macma các loại, có tầng dày 0,7-0,8m trở lên.
Khơng thích hợp trên đất kiềm hoặc mặn [5].
1.2. Giải phẫu, thành phần hóa học và tính chất vật lí của gỗ
Gỗ là vật liệu thiên nhiên được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng và
trong sinh hoạt vì những ưu điểm cơ bản sau: Nhẹ, có cường độ khá cao; cách âm,
cách nhiệt và cách điện tốt; dễ gia cơng (cưa, xẻ, bào, khoan...), vân gỗ có giá trị
mỹ thuật cao.
Ở nước ta gỗ là vật liệu rất phổ biến. Rừng Việt Nam có nhiều loại gỗ tốt
và quý vào bậc nhất thế giới. Khu Tây Bắc có nhiều rừng già và có nhiều loại gỗ
quý như: trai, đinh, lim, lát, mun, pơmu. Rừng Việt Bắc có lim, nghiến, vàng tâm;
rừng Tây Nguyên có cẩm lai, hương ...
1.2.1. Cấu trúc của gỗ
Cấu trúc gỗ của thực vật hạt trần tương đối đồng nhất. Xylem bao gồm chủ
yếu là các tế bào ống (tracheids) và một phần nhỏ các tế bào nhu mơ. Ngồi ra,
cịn có một cấu trúc khác được gọi là các tia xylem được xếp thẳng hàng trong gỗ.
Ngồi nhu mơ tia, các tế bào nhu mô thẳng hàng và các kênh nhựa được bao quanh
bởi các tế bào biểu mô cũng hiện diện trong gỗ của các chi khác nhau (hình 1.2).
Các tế bào ống là các tế bào chết kéo dài, đảm nhiệm chức năng dẫn nước và tạo

nên độ bền cho gỗ.
3


Hình 1.2. Các loại tế bào có trong gỗ [34]
Gỗ của thực vật hạt kín tiến hóa hơn có cấu trúc không đồng nhất và các tế
bào cho thấy sự khác biệt về chức năng. Các mạch đảm nhiệm chức năng dẫn
truyền nước, trong khi các tế bào nhu mô có chức năng dự trữ và vận chuyển chất
dinh dưỡng. Các loại tế bào khác nhau thường được phân biệt bằng các cấu tạo vĩ
mơ (hình 1.2). Đặc biệt đối với gỗ của các lồi thực vật có hoa có thể có các tia
xylem đa bào lớn và sự sắp xếp đặc trưng cùng với tỷ lệ của các mạch hoặc nhu
mô trục [74].
Kerr và Bailey đã đề xuất một mơ hình vách tế bào phân biệt giữa năm lớp
tế bào khác nhau. Năm lớp này là bản giữa (middle lamella), vách sơ cấp và ba
vách thứ cấp (hình 1.3) [49].
1.2.1.1. Bản giữa (middle lamella)
Trong các mô thực vật, các tế bào kế tiếp nhau gắn kết với nhau thông qua
bản giữa (middle lamella). Các bản giữa phần lớn là đẳng hướng và bao gồm phần
lớn các chất vô định hình, ví dụ như pectin và lignin (hình 1.3). Do cấu trúc vơ
định hình và thiếu cellulose, nên khơng thể hiện sự lưỡng chiết dưới ánh sáng
phân cực và xuất hiện bóng tối.
Các tính chất cơ học của bản giữa tạo nên cường độ nén và độ bền của thành
tế bào. Độ bền cao hơn có thể do tỷ lệ của các vi sợi tương đối ít và nồng độ lignin
4


cao hơn cũng có thể liên quan. Một số nghiên cứu cho thấy, sự hịa tan hóa học
của bản giữa làm cho các tế bào trong mô tách rời, làm cho tính chất cơ học của
gỗ cũng bị thay đổi. Ngoài ra, sự tách rời của các tế bào cũng có thể được gây ra
bởi enzyme của sợi nấm. Tùy thuộc vào từng loại nấm khác nhau, có khả năng

sinh tổng hợp các loại enzyme phân giải các hợp chất khác nhau gây ảnh hưởng
khác nhau đến độ bền của gỗ [38].

Hình 1.3. Cấu trúc của các tế bào ống (tracheids); S1 - S3: vách thứ cấp;
P: vách sơ cấp; ML: Bản giữa [38].
1.2.1.2. Vách sơ cấp
Vách sơ cấp tương đối khó phân biệt với bản giữa khi quan sát dưới kính
hiển vi quang học hay kính hiển vi điện tử. Vách sơ cấp chủ yếu được cấu tạo từ
cellulose. Các phân tử cellulose liên kết với nhau tạo thành các vi sợi, mỗi sợi có
đường kính từ 5-12nm, chứa khoảng 50-60 phân tử cellulose. Ngồi ra, có chứa
hemicellulose và pectin [38].
1.2.1.3. Vách thứ cấp
Khi tế bào không tiếp tục phát triển thì bắt đầu hình thành vách thứ cấp từ
vách sơ cấp theo hướng vào phía trong tế bào. Vách thứ cấp chứa 45% cellulose,
ít hemicellulose hơn vách sơ cấp, vách thứ cấp chứa nhiều lignin (35%) theo trọng
lượng khô của mô gỗ. Điều kiện thuận lợi cho sự phân hủy gây nên bởi nấm mục
nâu nâu và nấm biến màu. Hai loại nấm trên có khả năng sinh tổng hợp enzyme
cellulase tương đối mạnh, gây nên sự phân hủy cellulose trong thành tế bào từ đó
làm giảm độ bền của gỗ.
5


Hình 1.4. Tỉ lệ phân trăm các thành phần cấu tạo nên thành tế bào [38].
Vách thứ cấp bên ngoài (lớp S1) nằm cạnh vách sơ cấp. Các sợi fibrin của
nó sắp xếp song song, được định hướng theo chiều ngang với trục dọc của tế bào.
Vách thứ cấp trung tâm (lớp S2) dày vài micromet, thành phần chủ yếu của
vách S2 là cellulose (hình 1.4), là lớp vách dày nhất và cấu trúc chính tạo nên
thành tế bào [38].
Vách thứ cấp bên trong (vách S3) ngăn cách thành tế bào với tế bào chất
(hình 1.3), tương đối mỏng và phần lớn các nhà nghiên cứu về thành tế bào tin

rằng nó chỉ bao gồm một lớp duy nhất. Các microfibrils được sắp xếp song song
hoặc rải rác, kết cấu giống như của vách sơ cấp. Trên cơ sở thành phần hóa học,
vách thứ cấp S3 chiếm một vị trí quan trọng trong vách thứ cấp, mặc dù vách S3
có nồng độ cellulose thấp hơn so với vách S2 [46].
1.2.2. Thành phần hóa học của gỗ
Ligno-cellulose là thành phần chính của vách tế bào thực vật, đây là nguồn
chất hữu cơ được tạo ra từ q trình quang hóa và tích lũy ở thực vật. Lignocellulose có cấu trúc vững chắc, dày đặc, rất khó để phân cắt. Ligno-cellulose
được tạo thành từ 2 polymer mạch thẳng là cellulose và hemicellulose cùng với
một cấu trúc 3 chiều lignin. Cellulose được bao quanh bởi phân tử hemicellulose
và lignin bằng những liên kết giữa nhóm -OH của hai polymer mạch thẳng và
nhóm chức phân nhánh trên phân tử lignin tạo thành cấu trúc rất bền vững của
thành tế bào thực vật (hình 1.5) [12, 25].
6


Hình 1.5. Thành phần cấu trúc của phân tử ligno-cellulose [25]
1.2.2.1. Cellulose
Cellulose là một polysaccharide chủ yếu của thành tế bào thực vật có cơng
thức hóa học là (C6H10O5)n. Chúng là một homopolymer mạch thẳng, được cấu
tạo bởi các β-D-glucose-pyranose. Các thành phần này liên kết với nhau bởi liên
kết β-1,4 glucoside (hình 1.6). Một phân tử cellulose thường chứa 10000 -14000
gốc đường và có cấu tạo như hình 1.6 [16, 19].

Hình 1.6. Cấu tạo phân tử cellulose [19]
Trọng lượng phân tử của cellulose khoảng từ 50 - 2500 kDal. Các phân tử
cellulose kết hợp với nhau nhờ lực hút Van der war và liên kết hidro tạo thành
nhiều chuỗi dài, các chuỗi dài này nằm cạnh nhau và liên kết với nhau bằng liên
kết hidro tạo thành các bó sợi vi sợi, có đường kính khoảng 2-3nm. Các vi sợi lại
liên kết với nhau tạo thành các bó mixen có đường kính lên đến 20nm, bên trong
có những khoảng trống lớn là các khoảng trống giữa các vi sợi. Khi tế bào còn

non, những khoảng trống này chứa đầy nước, tế bào già thì bắt đầu tích lũy lignin
và hemicellulose. Các bó sợi này đan xen chằng chịt với nhau tạo thành cấu trúc
bền vững rất khó phân cắt. Enzym β-1,4-glycoside phân cắt ligno-cellulose chỉ
7


được tìm thấy ở nấm và vi khuẩn mà khơng tìm thấy trong người và động vật
[12,16].
1.2.2.2. Hemicellulose
Hemicellulose là polysaccharide có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử lượng
của cellulose rất nhiều, liên kết chặt chẽ với cellulose và đóng góp quan trọng
trong q trình hình thành cấu trúc cho cây. Hemicellulose bao gồm một hỗn hợp
các polysaccharide bao gồm mannose, galactose, xylose, arabinose, …
Hemicellulose là một loại polymer phức tạp, mạch ngắn và phân nhánh, được tạo
bởi 70 -250 đơn phân, nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glycoside, β-1,3-glycoside,
β-1,6-glycoside (hình 1.7). Đơn phân của hemicellulose là các loại đường đơn bao
gồm: glucose, mannose, glactose và đường 5 carbon bao gồm xylose và arabinose.
Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các
mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thơng thường là disaccharide hoặc
trisaccharide. Trong tự nhiên, loại hemicellulose dễ gặp nhất là xylan chiếm 30%
trong rơm, rạ [25, 60].

Hình 1.7. Cấu trúc của hemicellulose [25]
1.2.2.3. Lignin
Lignin là một polyphenol cao phân tử mạch vòng được cấu thành từ các
đơn vị phenylpropene như: guaiacyl (G), trans-p-courmary alcohol (hình 1.8). Ở
cây gỗ, lignin chiếm tới 20-30% [13].

8

Hình 1.8. Cấu trúc phân tử lignin [13]
Lignin có cấu tạo vơ định hình, khơng tan trong nước và trong acid vô cơ.
Dưới tác dụng của bisulfite natri và H2SO4, lignin bị phân giải tạo ra các hợp chất
thơm. Trong thực vật, chúng liên kết các tế bào lại với nhau bằng liên kết chặt chẽ
với mạng cellulose và hemicellulose làm tăng độ bền cơ học cho tế bào, tăng khả
năng chống thấm nước, ngăn chặn các độc tố và các vi sinh vật từ bên ngoài [22].
1.3. Hệ enzym thủy phân của nấm mục gỗ
1.3.1. Hệ enzym thủy phân lignin
Ligninase là loại enzym phân hủy cơ chất lignin thành các gốc aryl cation,
gốc phenyl và các sản phẩm khác. Sự phân hủy lignin bởi enzym diễn ra theo cơ
chế oxy hóa nhằm cắt đứt các cầu nối C - C và các cầu nối ether liên kết các đơn
vị với nhau. Các loại nấm mục trắng đều có hệ enzym phân hủy lignin gồm: lignin
peroxidase, mangan peroxydase và laccase. Hệ enzym này khơi mào cho một
chuỗi các phản ứng oxy hóa khơng đặc hiệu được Kirk và Farrell gọi là quá trình
“đốt cháy bằng enzym”. Enzym này được tìm thấy trong nấm mục trắng và một
số loại nấm biến màu mà khơng tìm thấy trong nấm mục nâu. Nấm mục trắng tiết
enzym ligninase phân hủy lignin trên cơ chất gỗ làm cellulose tích lũy lại và tạo
thành màu trắng trên cơ chất gỗ [12, 23, 26].
9


Ba loại enzym ligninase phổ biến nhất được biết đến là: lignin peroxidase,
mangan peroxydase và laccase [23, 26].

Hình 1.9. Một số loại enzym ligninase [26]
1.3.2. Hệ enzym thủy phân cellulose
Cellulase là tên gọi dùng để chỉ các enzym tham gia phân cắt các hợp chất
cellulose. Enzym này được tìm thấy trong cả ba loại nấm mục trắng, nấm mục nâu
và nấm biến màu [6].

Tất cả các cellulase đều có tác dụng phân cắt liên kết β-1,4-glycoside trong
phân tử cellulose. Dựa vào đó người ta chia enzym cellulase làm 3 nhóm chủ yếu:
- 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase
- 1,4-β-D-glucan-4- glucanohydrolase
- β-D-glucoside glucohydrolase [11, 12].

Hình 1.10. Quá trình phân giải cellulose của cellulase [6]

10


1.4. Khái quát về nấm hại gỗ
1.4.1. Khái niệm
Nấm là khái niệm chung chỉ giới sinh vật sống chủ yếu theo phương thức
dị dưỡng, khơng có chất diệp lục, có nhân thật, có thành tế bào chứa chitin-glucan,
có khả năng phân hủy chất hữu cơ, phát triển ở dạng đa bào hoặc đơn bào. Những
đại diện tiêu biểu của nấm bao gồm nấm mốc, nấm men và nấm lớn (nấm quả thể)
[2].
Chitin được tìm thấy trong thành tế bào của tất cả các loại nấm và được sử
dụng để ước tính tổng lượng nấm phát triển trong gỗ. Mặc dù hàm lượng chitin
trong các báo cáo của các nghiên cứu trước đây là khơng đồng nhất, sự khác nhau
đó có thể liên quan đến các điều kiện sinh trưởng như: môi trường nuôi cấy, thời
gian ủ bệnh, chủng nấm,… Tuy nhiên, chitin vẫn được coi là thông số đáng tin
cậy của sợi nấm trong gỗ [32].
Nấm sinh sản chủ yếu bằng hình thức sinh bào tử (bào tử vơ tính hoặc hữu
tính) và sinh sản sinh dưỡng bằng cách tách rời một phần hệ sợi. Hiện nay, các
nghiên cứu đã phát hiện được hơn 10000 loài nấm trong tự nhiên [6].
Những lồi nấm có khả năng phân hủy được một hay nhiều cấu tử của gỗ
gây ra hiện tượng mục gỗ được gọi là nấm hại gỗ. Nấm hại gỗ có thể xâm nhập
trên gỗ đã chặt hạ hoặc sống kí sinh trên cây lâm nghiệp làm giảm năng suất gỗ

Gỗ khi bị nấm mục tấn công sẽ bị thay đổi màu sắc, giảm khối lượng và gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến các tính chất cơ lí chịu lực của gỗ [39].
1.4.2. Phân loại nấm hại gỗ
Nấm hại lâm sản rất đa dạng, thuộc nhiều lớp, nhiều họ khác nhau. Kết quả
điều tra khảo sát ban đầu về nấm hại gỗ của Viện điều tra quy hoạch lâm nghiệp
ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam đã phát hiện khoảng 100 lồi nấm hại gỗ, trong đó
có 25 - 30 lồi có tán nấm, thu được trên những cây gỗ chết. Nấm hại gỗ sau chặt
hạ tại các kho bãi được thống kê thuộc 3 lớp, 7 bộ, 11 họ, 21 chi và 55 loài [14].
Đối với nấm hại gỗ, cách phân loại phổ biến nhất là phân loại dựa vào tác
động gây hại của nấm, biểu hiện qua màu sắc và cách thức gây mục gỗ được chia
thành 3 nhóm: nấm mục trắng, nấm mục nâu và nấm biến màu.
11


1.4.2.1. Nấm mục trắng
a. Khái quát về nấm mục trắng
Đặc điểm chung của tất cả các loại nấm này là chúng có thể làm phân hủy
lignin cũng như cellulose và hemicellulose. Tuy nhiên, tốc độ phân hủy của lignin
và cellulose tương đối khác nhau tùy theo loài nấm và các điều kiện trong gỗ.
Nấm mục trắng phân hủy lignin bởi các q trình oxy hóa, liên quan đến
phenoloxidase như laccase, tyrosinase và peroxidase. Chúng phân hủy cellulose
với tốc độ chậm hơn so với nấm mục nâu, vì các enzyme phân hủy tế bào của
nẫm mục trắng chỉ tấn công các phân tử nằm ở ngoài tạo thành các glucose hoặc
cellobiose [64, 78].

Hình 1.11. Các giai đoạn phát triển của nấm mục trắng [63].
b. Một số loại nấm mục trắng có trong tự nhiên
❖ Nấm Vân chi (Trametes versicolor)
Vị trí phân loại nấm: Nấm T.versicolor thuộc ngành: Basidiomycota; lớp:
Agaricomycetes; bộ: Polyporales; họ: Polyporaceae.

Trametes versicolor tên thông dụng là nấm Vân chi hay nấm Mây, là một
trong những loại nấm lớn có quả thể hóa gỗ. Nấm Vân chi là loại nấm sinh trưởng
hàng năm, khuẩn lạc nấm có màu trắng, sợi nấm khơng có vách ngăn ngang, quả
thể ban đầu có màu trắng ngà, mềm, hình mũ nhỏ. Khi trưởng thành quả thể dần
hóa gỗ, mỏng, hình quạt, nhẵn mịn có nhiều vân hình trịn đồng tâm xếp xen kẽ
12


với nhiều màu sắc từ vàng nhạt, nâu nhạt, nâu rỉ, xanh, xanh đen, mép tán nấm có
màu trắng kem, phẳng hoặc lượn sóng thành các hình bán nguyệt. Mũ nấm có
kích thước từ 1,5 – 3cm mọc thành từng đám nhỏ hoặc mọc rải rác. Mặt dưới quả
thể là các phiến nấm mỏng có thể quan sát được bằng mắt thường và có màu nâu
sáng đến vàng nhạt. Nấm Vân chi sinh trưởng và phát triển tốt nhất ở nhiệt độ từ
28-30˚C, độ ẩm 60-70%, pH thích hợp là từ 6-7 [3,18].

Hình 1.12. Nấm Vân chi (Trametes versicolor) [3]
Nấm Vân chi có hệ enzym phân hủy mạnh, trong một thời gian ngắn có thể
phân giải hồn tồn các cấu tử gỗ. Với đặc điểm là một loại nấm hằng năm, sợi
nấm Vân chi có thể tồn tại trong cơ chất gỗ đến vài năm và gây mục gỗ nghiêm
trọng. Cơ chất tự nhiên thích hợp cho nấm Vân chi chủ yếu là các loại gỗ lớn, khi
nuôi trồng nhân tạo có thể sử dụng cơ chất mùn cưa [1, 6].
❖ Nấm Hương (Lentinula edodes)
Vị trí phân loại nấm: Lentinula edodes thuộc ngành Basidiomycota, lớp
Agaricomycetes, bộ Agaricales, họ Marasmiaceae.
Nấm Hương là một trong những loại nấm hoại sinh thuộc nhóm nấm mọc
trên gỗ, có tên khoa học là Lentinus edodes; thích hợp với khí hậu ơn đới. Nhiệt
độ để quả thể nấm hình thành và phát triển trung bình khoảng 15-16°C, nhiệt độ
sợi nấm phát triển khoảng 24-26°C, độ ẩm cơ chất: 65-70%, độ ẩm khơng khí: ≥
80% và độ pH trung tính.
Ánh sáng khơng cần thiết trong giai đoạn sợi nấm phát triển. Giai đoạn hình

thành quả thể cần ánh sáng khuếch tán và độ thơng thống trung bình.

13


Hình 1.13. Nấm Hương (Lentinula edodes) [7]
Nấm Hương có dạng như cái ơ, đường kính 4–10 cm, màu nâu nhạt, khi
chín chuyển thành nâu sậm. Nấm Hương có một chân đính vào giữa tai nấm. Mặt
trên tai nấm màu nâu, mặt dưới có nhiều bản mỏng xếp lại.Trên mặt nấm có những
vảy nhỏ màu trắng. Thịt nấm màu trắng, cuống hình trụ. Nấm mọc ký sinh trên
những cây có lá to và thay lá mỗi mùa như dẻ, sồi, phong [7].
Loài nấm này mọc hoang nhiều ở Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn
Quốc. Ở Mỹ, nông dân trồng nấm Hương tại các trang trại.
❖ Nấm Lich chi (Ganoderma lucidum)
Vị trí phân loại: Ganoderma lucidum thuộc ngành Basidiomycota, lớp
Agaricomycetes, bộ Polyporales, họ Ganodermataceae, chi Ganoderma.
Nấm Linh chi trong tự nhiên gồm nhiều loại như: Thanh chi (xanh), Xích
chi hoặc Hồng chi (đỏ), Hắc chi (đen), Bạch chi (trắng), Hoàng chi (vàng), Tử chi
(tím đỏ).

Hình 1.14. Nấm Linh chi (Ganoderma lucidum) [15]
Nhiệt độ thích hợp trong giai đoạn ươm sợi của nấm Linh chi là 18-30oC
và trong giai đoạn quả thể là 22-30oC, tốt nhất là 25-28oC, độ ẩm cơ chất 60-65%,
14


độ ẩm khơng khí trong giai đoạn ươm sợi: 70-80%, trong giai đoạn hình thành
quả thể : 80-95% và độ pH thích hợp từ trung tính đến hơi chua (pH=5.5-7).
Nấm Linh chi có thể mọc thành cụm hoặc đơn lẻ. Phần thịt của thể quả nấm
có màu nâu, mềm xốp nhưng hóa gỗ theo thời gian. Thể quả của nấm gồm có hai

phần, mũ nấm và cuống nấm (phần phiến đối diện với cuống nấm). Trên mũ nấm
có hai vách, bào tử hình thành phía bên trong giữa hai vách. Đây là đặc điểm giúp
phân biệt nấm Linh chi với các lồi khác. Mũ nấm ban đầu có hình chùy, khi
trưởng thành có hình bán nguyệt, hình quạt hoặc hình thận, kích thước thay đổi
nhiều (dài 3-30 cm, rộng 2-25 cm, dày 0,5-2 cm) [15].
Nấm Linh chi phân bố rộng rãi ở vùng rừng rậm nhiệt đới và cận nhiết đới
ở Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ . Được khai thác lâu đời nhất ở Trung quốc, Việt
Nam và Ấn Độ.
1.4.2.2. Nấm mục nâu
a. Khái quát về nấm mục nâu
Nấm mục nâu là một loại nấm mục thuộc lớp Basidiomycetes. Lớp này gồm
nhiều họ, trong đó phần lớn nấm mục nâu thuộc họ Polyporaceae. Đặc biệt, chỉ
có 6% trong số tất cả các loại nấm phân hủy gỗ được biết đến hiện nay gây nên
mục nâu. Hơn nữa, nấm gây mục nâu chủ yếu được tìm thấy trên thực vật hạt trần,
trong khi nấm mục trắng được tìm thấy chủ yếu ở thực vật hạt kín.

Hình 1.15. Các giai đoạn phát triển của nấm mục nâu [41]
15


Nấm mục nâu được đặc trưng bởi sự phân hủy cellulose nhanh chóng dẫn
đến sự suy giảm nhanh về độ bền của gỗ ở giai đoạn đầu của sự phân hủy. Mặc
dù sự khử lignin có xảy ra (phụ thuộc từng loài nấm), lignin thường tồn tại như
một bộ khung cịn lại vơ định hình tương đối yếu, dễ bị bẽ gãy và vỡ thành bột
khi khơ, lignin cịn lại làm cho gỗ mục có màu sắc đặc trưng. Sự thối hóa của
cellulose và hemicellulose diễn ra ở các giai đoạn khác nhau (hình 1.15). Người
ta cho rằng hydro peroxide có thể được hình thành trong giai đoạn tiền tế bào, và
dễ dàng xâm nhập vào thành tế bào cùng với các ion sắt, đi qua bộ khung
lignocellulose bằng phản ứng oxy hóa khử. Giả thiết này cần thiết, vì các enzyme
phân hủy cellulose tương đối lớn còn các mao mạch của thành tế bào tương đối

nhỏ cho nên không thể xâm nhập một cách dễ dàng [41].
b. Một số loại nấm mục nâu trong tự nhiên
❖ Coniophora spp
Vị trí phân loại: Coniophora spp là một chi nấm trong họ Coniophoraceae,
thuộc bộ Boletales, lớp Agaricomycetes.
Chi Coniophora gồm 23 loài khác nhau về đặc điểm hình thái và điều kiện
sinh trưởng. Trong tự nhiên các loài dễ gặp nhất bao gồm: C. merulioides; C.
minor; C. mollis; C. olivacea; C. opuntiae; C. prasinoides; C. puteana.

Hình 1.16. Nấm Coniophora puteana trên gỗ mục [47]
Coniophora spp có hệ sợi phân nhánh, khuẩn lạc nấm có nhiều màu sắc:
trắng, vàng, nâu… Nhiệt độ thích hợp cho Coniophora spp sinh trưởng và phát
triển khoảng 13-28oC, có khả năng phát triển tốt ở dải pH rộng, thích hợp nhất là
pH = 6-6,5.
16