Phân lập tuyển chọn và định danh chủng nấm mốc có khả năng chịu acid kháng và hấp thụ nhôm từ đất trồng chè vùng tân cương thái nguyên

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đƣợc đề tài nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của
bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự ủng hộ, giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của các
thầy cơ giáo, gia đình và bạn bè.
Trƣớc hết, tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Ts. Nguyễn Nhƣ
Ngọc Bộ môn Vi Sinh - Hóa sinh, Viện Cơng nghệ Sinh Học Lâm Nghiệp, Ths.
Nguyễn Thị Mai Lƣơng Bộ môn Bảo vệ Thực Vật, Khoa Quản lý Tài Nguyên
Rừng và Môi Trƣờng, Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã tận tình định hƣớng,
hƣớng dẫn, truyền cho tôi niềm đam mê nghiên cứu trong suốt thời gian thực
hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cùng các anh chị, các bạn
sinh viên phịng thí nghiệm Vi Sinh - Hóa Sinh đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều
kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập và thực hiện nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và ngƣời
thân đã động viên, khích lệ giúp tơi vƣợt qua những khó khăn trong suốt quá
trình nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 27 tháng 5 năm 2019
Sinh viên

Đinh Thị Ngọc Lan

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 3

1.1 Tình hình phát triển của ngành cơng nghiệp trồng chè ................................... 3
1.1.1 Trên thế giới ................................................................................................. 3
1.1.2 Tại Việt Nam ................................................................................................ 3
1.2 Các nhân tố ảnh hƣởng đến việc canh tác và sản xuất chè ............................. 6
1.2.1 Nhóm nhân tố kinh tế kỹ thuật ..................................................................... 6
1.2.2 Nhóm nhân tố về điều kiện kinh tế, xã hội .................................................. 6
1.2.3 Nhóm nhân tố điều kiện tự nhiên ................................................................. 7
1.3 Vi sinh vật kháng kim loại .............................................................................. 9
1.4 Ảnh hƣởng của axid đến hoạt động của vi sinh vật ...................................... 10
1.5 Ảnh hƣởng của sự hấp thụ nhôm .................................................................. 12
1.5.1 Tác động của nhôm đến sự phát triển của cây chè..................................... 12
1.6 Các phƣơng pháp cải thiện đất trồng chè có tính axit, nhiễm nhơm ............ 13
1.6.1 Phƣơng pháp bón vơi ................................................................................. 13
1.6.2 Phƣơng pháp bón phân hữu cơ................................................................... 14
1.6.3 Phƣơng pháp sử dụng vi sinh vật để hấp thụ kim loại ............................... 14
1.7 Tình hình nghiên cứu về khả năng kháng và hấp thụ kim loại của vi sinh vật
............................................................................................................................. 17
1.7.1 Trên thế giới ............................................................................................... 17
1.7.2 Tại việt Nam ............................................................................................... 18
PHẦN 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG, VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 21
2.1 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 21
ii


2.2 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 21
2.3 Vật liệu, hóa chất ........................................................................................... 21
2.3.1 Vật liệu ....................................................................................................... 21
2.3.2 Hóa chất...................................................................................................... 21
2.3.3 Thiết bị, dụng cụ......................................................................................... 22
2.4 Môi trƣờng nghiên cứu.................................................................................. 22

2.5 Các phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 25
2.5.1 Phƣơng pháp phân lập vi sinh vật .............................................................. 25
2.5.2 Phƣơng pháp giữ và bảo quản giống .......................................................... 25
2.5.3 Tuyển chọn chủng nấm có khả năng kháng nhôm với nồng độ cao .......... 25
2.5.4 Định danh chủng nấm mốc tuyển chọn đƣợc bằng phƣơng pháp sinh học
phân tử ................................................................................................................. 26
2.5.5 Xác định khả năng chịu acid của chủng nấm mốc đã đƣợc tuyển chọn .... 27
2.5.6 Xác định khả năng sinh trƣởng, phát triển và hấp thụ nhôm của chủng nấm
mốc đã đƣợc tuyển chọn. .................................................................................... 28
2.5.7 Xác định vị trí nhơm hấp thụ lên sinh khối chủng nấm mốc đã đƣợc tuyển
chọn ..................................................................................................................... 29
2.5.8 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu....................................................... 29
PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 31
3.1 Phân lập các chủng nấm có khả năng kháng nhơm ...................................... 31
3.2 Kết quả tuyển chọn chủng nấm có khả năng kháng nhôm với nồng độ nhôm
cao ....................................................................................................................... 33
3.2.1 Kết quả tuyển chọn chủng nấm có khả năng sinh trƣởng, phát triển với
nồng độ dung dịch nhôm là 500 mg L-1 .............................................................. 34
3.2.2 Kết quả tuyển chọn chủng nấm có khả năng sinh trƣởng, phát triển với
nồng độ nhôm từ 700 đến 2000 mg

-1

............................................................... 35

3.3 Kết quả định danh chủng nấm đã đƣợc tuyển chọn bằng phƣơng pháp sinh
học phân tử .......................................................................................................... 37

iii

3.4 Kết quả nghiên cứu khả năng chịu axid của chủng nấm mốc tuyển chọn
đƣợc ..................................................................................................................... 39
3.5 Xác định khả năng kháng và hấp thụ nhôm của chủng nấm mốc đã đƣợc
tuyển chọn ........................................................................................................... 40
3.6 Xác định vị trí nhơm hấp thụ vào sinh khối chủng nấm mốc đã đƣợc tuyển
chọn ..................................................................................................................... 41
PHẦN 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 46
4.1 Kết luận ......................................................................................................... 46
4.2 Kiến nghị ....................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thành phần môi trƣờng phân lập (MT1) ............................................ 22
Bảng 2.2. Thành phần môi trƣờng nuôi cấy, làm thuần, giữ giống (MT2) ........ 23
Bảng 2.3. Thành phần mơi trƣờng tuyển chọn chủng nấm mốc có khả năng
kháng nhôm (MT3) ............................................................................................. 23
Bảng 2.4 Thành phần môi trƣờng xác định khả năng chịu acid của chủng nấm
mốc đã đƣợc tuyển chọn (MT4) .......................................................................... 24
Bảng 2.5 Thành phần môi trƣờng xác định khả năng sinh trƣởng, phát triển và
hấp thụ nhôm của chủng nấm mốc đã đƣợc tuyển chọn (MT5) ......................... 24
Bảng 2.6. Bảng ký hiệu mẫu đất ......................................................................... 29
Bảng 3.1. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng nấm phân lập đƣợc ..................... 31
Bảng 3.2. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng nấm mốc có khả năng sinh trƣởng,
phát triển với nồng độ dung dịch nhôm 500 mg L-1 ........................................... 34
Bảng 3.3. Đặc điểm khuẩn lạc của chủng A7 với nồng độ dung dịch từ 700 đến
2000 mg L-1 ......................................................................................................... 36

Bảng 3.4. Mức độ tƣơng đồng của chủng Penicillium janthinellum A7 với các
trình tự tƣơng đồng ở genbank ............................................................................ 38
Bảng 3.5. Khả năng sinh trƣởng và phát triển của các chủng nấm mốc ở nồng độ
100 mg L-1 các giá trị pH khác nhau (g sinh khối khô L-1) ................................. 39
Bảng 3.6. Khả năng sinh trƣởng, phát triển và hiệu suất hấp thụ nhôm của chủng
nấm mốc ở các nồng độ nhôm khác nhau ........................................................... 40

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sản lƣợng xuất khẩu chè tồn cầu từ năm 2006 - 2015 [25] ................ 5
Hình 1.2. Sản lƣợng xuất khẩu chè Việt Nam từ năm 2006 -2015 [25] ............... 5
Hình 1.3. Cơ chế hấp thụ sinh học kim loại của vi sinh vật ............................... 15
Hình 3.1. Hình thái khuẩn lạc các chủng A1, A5, A7 ........................................ 33
Hình 3.2. Hình thái các chủng A7, A5, A4 sinh trƣởng, phát triển đƣợc với nồng
độ nhôm 500 mg L-1 ............................................................................................ 35
Hình 3.3. Hình thái khuẩn lạc chủng A7 với các nồng độ lần lƣợt từ 700, 1000,
2000 mg L-1 ......................................................................................................... 36
Hình 3.4 . Sinh khối của chủng Penicillium janthinellum A7 trong môi trƣờng
Hansen dịch thể pH 3,0 và bình đối chứng chủng A11 khơng có khả năng kháng
nhơm .................................................................................................................... 40
Hình 3.5. Phổ X – Ray (sử dụng tia chiếu điện tử) ............................................. 42
Hình 3.6. Hình ảnh chụp SEM các độ phóng đại khác nhau của Chủng nấm
Penicillium janthinellum A7 tại nồng độ 500 mg L-1 ......................................... 43
Hình 3.7. Hình ảnh chụp SEM các độ phóng đại khác nhau của Chủng nấm
Penicillium janthinellum A7 tại nồng độ 2000 mg L-1 ...................................... 44

vi

ĐẶT VẤN ĐỀ
Chè xanh (Camellia sinensis) là cây công nghiệp lâu năm cho giá trị kinh
tế cao phát triển lâu dài, là một trong những đồ uống đƣợc tiêu thụ rộng rãi nhất
trên thế giới. Với tác dụng giải khát, kích thích hệ thần kinh trung ƣơng, giúp
tiêu hố các chất mỡ, giảm đƣợc bệnh béo phì và chống lão hố... Khoa học hiện
đại đã đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu và đã tìm ra nhiều hoạt chất có giá trị trong
sản phẩm của cây chè nhƣ: Cafein, tanin, vitamin A, B1, B2, B6… Hơn thế cây
chè là cây giữ vị trí quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân, góp phần tạo việc
làm tăng thu nhập cho ngƣời trồng chè. Cây chè còn là một trong những mặt
hàng nông sản xuất khẩu chủ lực của nƣớc ta, hàng năm mang về cho nƣớc ta rất
nhiều ngoại tệ góp phần vào cơng cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nƣớc.
Vì vậy phát triển ngành chè là vấn đề đang đƣợc coi trọng, Việt Nam luôn nằm
trong tốp 5 nƣớc xuất khẩu chè lớn nhất thế giới, thúc đẩy tốc độ tăng trƣởng
của nơng nghiệp nói riêng và cả nền kinh tế nƣớc ta nói chung.
Trong q trình canh tác một lƣợng lớn phân đạm (đặc biệt là ammonium
sulfate) đã đƣợc bón vào trong đất trồng chè nhằm tăng hàm lƣợng amino acid
trong lá chè, đồng thời tạo màu sắc hấp dẫn và hƣơng vị đậm đà của sản phẩm
chè… Nhƣng việc lạm dụng bón phân đạm quá mức sẽ dẫn đến một lƣợng lớn
ammonium sulfate dƣ thừa với nồng độ cao làm cho lƣợng lân đạm (ammonium
sulfate) bón vào đất trồng chè này sẽ nhanh chóng bị chuyển đổi thành nitrate
bởi vi khuẩn nitrate hóa tự dƣỡng có khả năng chịu acid. Hậu quả là một lƣợng
đáng kể nitrate và sulfate đƣợc tích luỹ dần trong đất trồng chè, làm pH đất giảm
xuống c n 4,0 hoặc thậm chí thấp hơn, từ đó làm tăng hàm lƣợng nhơm linh
động trong đất trồng chè. Trong điều kiện này, cây chè đƣợc cho là hấp thụ một
lƣợng nhôm đáng kể, khi hàm lƣợng nhôm trong các sản phẩm chè quá cao có
thể gây hại đến sức khoẻ cho ngƣời tiêu dùng. Hơn nữa, hàm lƣợng nhôm trong
cơ thể ngƣời cao đƣợc giả thuyết là có mối liên kết với nhiều bệnh khác nhau
nhƣ chứng mất trí não, xơ não, gãy xƣơng và bệnh Alzheimer.

1


Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp giải quyết để khắc phục tình trạnh nhiễm
nhơm nhƣ cải thiện độ chua của đất bằng vơi hay sử dụng phân bón hữu cơ nhƣng
không mang lại hiệu quả cao. Một trong những biện pháp đƣợc nghiên cứu và mang
lại hiệu quả phổ biến là việc sử dụng vi sinh vật để cải thiện đất trồng chè. Với mục
đích tìm ra chủng vi sinh vật có khả năng chịu acid và hấp thụ nhôm để ứng dụng vào
việc xử lý đất trồng chè nhằm hƣớng tới sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp
chè ở nƣớc ta. Trên cơ sở này, tôi thực hiện đề tài “Phân lập, tuyển chọn và

định danh chủng nấm mốc có khả năng chịu acid, kháng và hấp thụ nhôm
từ đất trồng chè vùng Tân Cƣơng, Thái Nguyên”.

2


PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình phát triển của ngành công nghiệp trồng chè
1.1.1 Trên thế giới
Với lịch sử ra đời đƣợc biết đến đầu tiên ở Trung Quốc, sau đó cây chè
phát triển ra các nƣớc Đơng Nam Á và phía bắc Ấn Độ, các nƣớc Châu Phi và
Châu Mỹ La Tinh. Ban đầu thị trƣờng chè chƣa rộng lớn, nhƣng tại các nƣớc
này sản phẩm chè đã có mặt tại thị trƣờng quốc tế. Theo đánh giá của chuyên gia
Đỗ Ngọc Quý và Nguyễn Kim Phong thì cho đến nay chè đã đƣợc trồng tại 58
nƣớc trên khắp châu lục. Trên thế giới có 4.657.000 ha chè, sản lƣợng sản xuất
ra và tiêu thụ ra là 5.057.000 tấn. Trong đó Châu Á chiếm 80 % diện tích chè
của tồn thế giới, số c n lại là các châu lục khác. Các nƣớc tiêu thụ chè có 115
nƣớc, gồm Châu Âu có 28 nƣớc, Châu Mỹ có 19 nƣớc, Châu Á có 29 nƣớc,

Châu Phi có 34 nƣớc và Châu Đại Dƣơng có 5 năm. Mức tiêu thụ bình quân
0,19 kg/ ngƣời/ năm [7].
Hàng năm, 43% sản lƣợng chè thế giới đƣợc dành cho xuất khẩu. Xuất
khẩu chè đã chiếm một vai tr quan trọng đối với nền kinh tế của nhiều nƣớc,
đặc biệt trong vấn đề an toàn lƣơng thực. Theo đánh giá giá của FAO, hoạt động
xuất khẩu này đã mang lại 33% thu nhập xuất khẩu từ các sản phẩm nông
nghiệp của Kenya, 55% ở SriLanka, 2% ở Indonesia và 5% tại Tanzania. Ở
srilanka, thu nhập từ xuất khẩu chè tƣơng đƣơng với 66% chi tiêu nhập khẩu
lƣơng thực. Còn Kenya thu nhập xuất khẩu chè đủ để chi phí tồn bộ chi tiêu
nhập khẩu lƣơng thực. Từ đây góp phần cho ngành công nghiệp chè ngày càng
phát triển [14].
1.1.2 Tại Việt Nam
Chè là cây trồng rất lâu đời ở Việt Nam, những năm gần đây việc triển
khai giao đất và khoán chè cho ngƣời lao động theo nghị định của chính phủ
cùng với những giải pháp của ngành chè Việt Nam đã giải quyết tạo việc làm
cho ngƣời lao động. Đặc biệt thị trƣờng tiêu thụ chè ngày càng rộng lớn khắp
3


tồn cầu đã tạo động lực khuyến khích ngƣời lao động chủ động đầu tƣ thâm
canh chè để đạt năng suất, chất lƣợng cao. Ngoài ra, trồng chè đúng kỹ thuật sẽ
tạo ra một thảm thực vật có tác dụng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, cây chè có
tác dụng chống xói m n, bảo vệ mơi trƣờng [17].
Cây chè đã đƣợc phân bố rộng trên phạm vi cả nƣớc nhƣ vùng Tây Bắc
(gồm Sơn La, Lai Châu), vùng Việt Bắc – Hoàng Liên Sơn (gồm Hà Giang,
Tuyên Quang, Yên Bái, Lào Cai), vùng Trung du Bắc Bộ (gồm Phú Thọ, Tuyên
Quang, Vĩnh Phúc, Bắc Kạn, Bắc Giang, Thái Nguyên), vùng Bắc Trung Bộ
(gồm Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh), vùng Tây Nguyên (gồm Gia Lai,
Kontum, Lâm Đồng), do các vùng này có điều kiện tự nhiên rất thích hợp cho
cây chè sinh trƣởng và phát triển tạo nên một lƣợng lớn chè xuất khẩu ra thị

trƣờng [16]. Từ đó ngành chè cịn trở thành một trong những nghành công
nghiệp quan trọng hàng đầu và sớm nhất trong các ngành cơng nghiệp chế biến
dài ngày. Hiện tại có 107 đầu mối xuất khẩu trong đó tổng cơng ty chè Việt Nam
chiếm 46,5 % về khối lƣợng và 67,23 % về tổng giá trị trên tổng giá trị kim
ngạch xuất khẩu. Qua đây cho thấy ở Việt Nam cây chè có một vị trí quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân tạo ra một lƣợng lớn chè xuất khẩu ra toàn cầu cũng
nhƣ Việt Nam và đƣợc thể hiện rõ qua hai biểu đồ hình 1.1 và 1.2. Do đó phát
triển ngành chè ở nƣớc ta không những phát huy đƣợc vai tr kinh tế của hộ gia
đình, lợi thế của từng vùng, từng đơn vị để áp dụng các tiến bộ về giống, kỹ
thuật canh tác chế biến mà cịn góp phần to lớn trong việc sử dụng có hiệu quả
đất đai, lao động nơng nghiệp, góp phần nâng cao đời sống vật chất, văn hóa
tinh thần ngƣời dân. Chính những điều này càng khẳng định việc đầu tƣ phát
triển cho ngành chè là một hƣớng đi đúng [7].

4


Sản lƣợng xuất khẩu chè toàn cầu năm 2006 - 2015
Sản lƣợng ( nghin tấn )

6,000
4,990
5,000

4,561

5,196

5,304

4,691

4,280
4,000 3,665

3,854

3,965

4,018

3,000

2,000

1,000

0
2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Hình 1.1. Sản lƣợng xuất khẩu chè toàn cầu từ năm 2006 - 2015 [25]

Sản lƣợng xuất khẩu chè Việt Nam năm 2006 - 2015
160,000

146,708

Sản lƣợng ( tấn )

140,000
120,000
100,000

138,453

135,444 133,900
109,616

131,430

124,225

114,088
104,000

89,200

80,000
60,000
40,000
20,000
0
2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Hình 1.2. Sản lƣợng xuất khẩu chè Việt Nam từ năm 2006 -2015 [25]

Qua biểu đồ hình 1.1 thấy đƣợc rằng: trong suốt 10 năm (2006 – 2015)
sản lƣợng chè xuất khẩu toàn cầu liên tục tăng qua các năm, từ 3,665 nghìn tấn
năm 2006 tăng đến 5,304 nghìn tấn vào năm 2015, tƣơng đƣơng với lƣợng tăng
khoảng 3,68%/năm, dự kiến ngành sản xuất và xuất khẩu chè sẽ tăng mạnh về cả
khối lƣợng và chất lƣợng trong những năm tiếp theo.

5


Ở trong nƣớc, thị trƣờng xuất khẩu chè tuy có biến động nhỏ nhƣng cũng
theo xu thế chung là tăng dần trong các năm từ 2006 (đạt 89,200 tấn) đến 2015
(đạt 124,225 tấn) (Hình 1.2). Điều này cho thầy rằng nhu cầu xã hội về sản
phẩm chè ngày càng tăng đã thúc đẩy xu hƣớng phát triển ngành chè cả trong
nƣớc và trên khắp toàn cầu ngày càng đi lên [25].
1.2 Các nhân tố ảnh hƣởng đến việc canh tác và sản xuất chè
1.2.1 Nhóm nhân tố kinh tế kỹ thuật
1.2.1.1 Giống chè
Giống chè ảnh hƣởng tới năng suất búp, chất lƣợng nguyên liệu do đó
có ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm chè, đến hiệu quả sản xuất kinh doanh
và cạnh tranh trên thị trƣờng. Mỗi sản phẩm chè đ i hỏi một nguyên liệu nhất
định, mỗi vùng, mỗi điều kiện sinh thái lại thích hợp cho một hoặc một số giống
chè. Vì vậy, để góp phần đa dạng hóa sản phẩm chè và tận dụng lợi thế so sánh
của mỗi vùng sinh thái cần đ i hỏi một tập đồn giống thích hợp với điều kiện
mỗi vùng [18].
1.2.1.2 Bón phân
Bón phân cho chè là một biện pháp kỹ thuật quan trọng nhằm tăng sự sinh
trƣởng của cây chè, tăng năng suất và chất lƣợng chè. Trong quá trình sinh
trƣởng, phát triển, cây chè lấy đi một lƣợng phân rất cao ở trong đất, trong khi

đó chè lại thƣờng đƣợc trồng trên sƣờn đồi, núi cao, dốc, nghèo dinh dƣỡng...
cho nên, lƣợng dinh dƣỡng trong đất trồng chè ngày càng bị thiếu hụt.
Chính vì vậy để đảm bảo cho cây chè sinh trƣởng tốt và năng suất cao,
chất lƣợng tốt, đảm bảo đƣợc mục đích canh tác lâu dài, bảo vệ mơi trƣờng và
duy trì thu nhập thì bón phân cho chè là một biện pháp không thể thiếu đƣợc.
Nhiều cơng trình nghiên cứu của nhà khoa học trong và ngồi nƣớc đều cho thấy
hiệu quả của bón phân cho cây chè là từ 50 đến 60% [18].
1.2.2 Nhóm nhân tố về điều kiện kinh tế, xã hội
1.2.2.1 Thị trường
Thị trƣờng là yếu tố quan trọng và có tính quyết định đến sự tồn tại của cơ
sở sản xuất kinh doanh chè, các đơn vị sản xuất trong nền kinh tế thị trƣờng. Có
6


thể nói sự biến động của thị trƣờng ảnh hƣởng trực tiếp tới đời sống của ngƣời
sản xuất nói chung, cũng nhƣ ngƣời trồng chè, ngành chè nói riêng. Do đó việc
ổn định giá cả, mở rộng thị trƣờng tiêu thụ chè là hết sức cần thiết cho sự phát
triển lâu dài của ngành chè [18].
1.2.2.2 Nguồn lao động
Nông hộ sử dụng lao động chủ yếu là lao động gia đình, thủ cơng nên
năng suất lao động thấp, trình độ văn hóa, khoa học kỹ thuật và kiến thức kinh
doanh theo cơ chế thị trƣờng c n nhiều hạn chế[7].
1.2.3 Nhóm nhân tố điều kiện tự nhiên
1.2.3.1 Điều kiện khí hậu
Cây chè thích nghi với các điều kiện khí hậu khác nhau. Qua số liệu các
nƣớc trồng chè cho thấy, cây chè sinh trƣởng ở những vùng có lƣợng mƣa hàng
năm từ 1000 - 4000 mm, phổ biến thích hợp nhất từ 1500 – 2000 mm. Độ ẩm
khơng khí cần thiết từ 70 – 90 %. Độ ẩm đất từ 70 – 80 %. Lƣợng mƣa bình quân
tháng trên 1000 mm chè mọc tốt, ở nƣớc ta các vùng trồng chè có điều kiện thích
hợp, chè thƣờng đƣợc thu hoạch nhiều từ tháng 5 đến tháng 10 trong năm.

Nhiệt độ khơng khí ảnh hƣởng trực tiếp đến q trình sinh trƣởng và phát
triển của cây chè. Cây chè ngừng sinh trƣởng khi nhiệt độ khơng khí dƣới 10
hay trên 40

. Nhiệt độ thích hợp cho tăng trƣởng từ 22

. Mùa đông cây

chè tạm ngừng sinh trƣởng, mùa xuân bắt đầu phát triển trở lại. thời vụ thu
hoạch chè dài, ngắn, sớm, muộn tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ. Tuy nhiên các
giống chè khác nhau có mức độ chống chịu khác nhau [7].
1.2.3.2 Điều kiện đất đai
Đất đai là tƣ liệu sản xuất chủ yếu, đặc biệt đối với cây chè, nó là yếu tố
ảnh hƣởng trực tiếp đến sản lƣợng, chất lƣợng chè, nguyên liệu và chè thành
phẩm. Muốn chè có chất lƣợng cao và có hƣơng vị đặc biệt cần phải trồng chè ở
độ cao nhất định. Đa số những nơi trồng chè trên thế giới cần có độ cao cách
mặt nƣớc biển từ 500 đến 800m. Chè phải trồng trên đất dốc đồi núi, những
vùng đất cao. Độ dốc của đất trồng chè không qúa 30 , đất càng dốc thì xói mịn
7


càng lớn, đất nghèo dinh dƣỡng chè không sống đƣợc lâu. Chè là loại cây thân
gỗ dễ ăn sâu nên cần tầng đất dày, tối thiểu 50 cm. Cây chè ƣa các loại đất thịt
và đất thịt pha cát có giữ độ ẩm tốt, thoát nƣớc tốt. Độ sâu mực nƣớc ngầm phải
sâu hơn thì chè mới sinh trƣởng và phát triển tốt đƣợc vì cây chè cần ẩm nhƣng
sợ úng.
Độ chua của đất là chỉ tiêu quyết định đời sống cây chè, độ chua pH thích
hợp nhất là từ 4,5 đến 5,5. Nếu độ chua pH dƣới 3, lá chè xanh thẫm, có cây
chết. Nếu độ chua trên 7,5, cây ít lá, vàng cằn. Trồng chè ở các vùng đất trung
tính hoặc kiềm cây chè chết dần [7].

Ngồi ra, độ chua của đất còn là một yếu tố hạn chế ảnh hƣởng đến sự
tăng trƣởng và năng suất của nhiều loại cây trồng trên toàn thế giới. Các vấn đề
cơ bản liên quan đến tính chất hóa học của đất nhiều axit, bên cạnh tính axit, là
sự hiện diện của các hợp chất và nguyên tố độc hại, chẳng hạn nhƣ các dạng hòa
tan của Al, Fe và Mn, nitrit và các axit hữu cơ độc hại khác nhau. Độc tính
nhơm là một trong những hạn chế chính đối với năng suất cây trồng trên đất
axit, xảy ra ở 40% diện tích đất trồng trọt trên thế giới [22]. Nhôm là nguyên tố
phổ biến thứ ba trong lớp vỏ trái đất và độc hại đối với thực vật khi hòa tan vào
dung dịch đất ở các giá trị pH axit [27]. Tổng cộng 3950 triệu ha đất đƣợc phân
loại là có đất chua, trong đó 15% đƣợc sử dụng để trồng cây hàng năm và cây
lâu năm [22].
Một số yếu tố góp phần vào độc tính của đất axit phụ thuộc vào thành
phần đất. Trong đất axit, yếu tố chính hạn chế sự phát triển của cây là nhơm độc
tính. Nhơm đƣợc giải phóng từ khống chất đất. Hầu hết, cây trồng quan trọng
trong nơng nghiệp thì các ion nhơm có tác dụng kìm hãm sự phát triển của rễ ở
nồng độ micromol. Nhôm h a tan là chất ức chế chính sự phát triển của thực vật
trong đất axit, cơ chế gây độc tế bào nhôm vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ. Nhơm có thể
ức chế sự phát triển của rễ làm ảnh hƣởng lên các cơ quan, mô và tế bào ở nồng
độ micromol [42].

8


1.3 Vi sinh vật kháng kim loại
Để thích nghi với hàm lƣợng kim loại cao trong môi trƣờng, một số vi sinh
vật đã phát triển các cơ chế kháng. Sự đề kháng có thể đƣợc định nghĩa là khả
năng tồn tại của các vi sinh vật nơi chứa kim loại độc hại bằng các cơ chế giải
độc, đƣợc kích hoạt phản ứng trực tiếp với sự hiện diện của kim loại [24]. Tuy
nhiên, những cơ chế giải độc này không chỉ dành riêng cho vi khuẩn phát triển
trong môi trƣờng bị ô nhiễm kim loại [23]. Các cơ chế tham gia vào tính kháng

kim loại và vi khuẩn có thể sở hữu một hoặc kết hợp một số cơ chế kháng nhƣ:
- Loại trừ kim loại bằng hàng rào thấm:
Sự thay đổi trong thành tế bào và màng tế bào vi sinh là những ví dụ về loại
bỏ kim loại bởi hàng rào thấm. Cơ chế này là một nỗ lực của vi sinh vật để bảo
vệ các thành phần tế bào nhạy cảm và thiết yếu với kim loại. Vi khuẩn tạo thành
một lớp phủ polysaccharide ngoại bào, thể hiện khả năng sinh ra các ion kim
loại sinh học và ngăn cản chúng tƣơng tác với các thành phần tế bào quan trọng.
Lớp phủ exopolysaccharide của các vi khuẩn này có thể cung cấp các vị trí gắn
các cation kim loại [38].
- Vận chuyển kim loại hoạt động:
Vận chuyển chủ động là cơ chế kháng kim loại chính của VSV. Cơ chế vận
chuyển chủ động của VSV nhằm đƣa kim loại độc hại từ tế bào chất ra bên
ngoài. Các cơ chế này có thể đƣợc mã hóa nhiễm sắc thể hoặc plasmid. Kim loại
không cần thiết đi vào tế bào thông qua hệ thống vận chuyển dinh dƣỡng thơng
thƣờng nhƣng có thể đƣợc đƣa ra nhanh chóng. Các hệ thống này có thể khơng
liên kết với ATPase hoặc liên kết với ATPase và rất cụ thể đối với cation hoặc
anion mà chúng kháng [39].
- Cố định kim loại trong và ngoài tế bào:
Ức chế nội bào là sự tích lũy kim loại trong tế bào chất nhờ vi khuẩn để
ngăn chặn sự tiếp xúc với các thành phần thiết yếu của tế bào. Kim loại thƣờng
đƣợc cố định là Cd2+, Cu2+ và Zn2+. Sản xuất metallothionein bởi Synechococcus
sp. và các protein giàu cystein do Pseudomonas sp [40] là những ví dụ điển hình
cho cơ chế kháng kim loại này. Ngoài ra, vi sinh vật sản sinh hydrogen sulfide
9


cũng có tác động đáng kể đến độc tính kim loại vì hầu hết các kim loại tạo thành
sulfide khơng h a tan với hydrogen sulfide. Do đó, các vi khuẩn sản sinh
hydrogen sulfide có khả năng chống lại các kim loại nặng. Trong nấm men,
dung nạp kim loại thƣờng đƣợc liên kết với sản xuất hydrogen sulfide [26].

Sức đề kháng kim loại dựa trên sự hấp thụ ngoài tế bào đã đƣợc đƣa ra giả
thuyết chỉ trong vi khuẩn, nhƣng cũng đã đƣợc tìm thấy trong một số lồi nấm
men và nấm mốc [26]. Một trong các dạng kháng Ni2+ trong nấm men có thể
dựa trên cơ chế này. Saccharomyces cerevisiae có thể làm giảm hấp thụ Ni2+
bằng cách bài tiết một lƣợng lớn glutathione có khả năng liên kết với ái lực lớn
đối với kim loại nặng [31]. Hơn nữa, liên kết hoặc chelate hóa của một kim loại
bởi các hợp chất hữu cơ nhƣ citric và axit oxalic đƣợc sản xuất trong môi trƣờng
nuôi cấy vi sinh vật cũng ảnh hƣởng đáng kể đến độc tính kim loại [36].
- Biến đổi kim loại: Sự biến đổi sinh học của một số kim loại nặng là một
quá trình quan trọng xảy ra ở nhiều môi trƣờng sống và đƣợc thực hiện bởi
nhiều loại vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn và nấm. Kết quả của hoạt động sinh
học, kim loại có thể thay đổi về hóa trị hoặc chuyển đổi thành các hợp chất
organometallic [38]. Một số loại vi khuẩn và nấm men đã đƣợc chứng minh là
ảnh hƣởng đến việc giảm cation thủy ngân (Hg2+) thành trạng thái nguyên tố
(Hg). Thủy ngân sau đó đƣợc bay hơi để khuếch tán qua màng tế bào và vào môi
trƣờng xung quanh [20].
- Biến đổi một số kim loại thành hợp chất organometallic bằng cách methyl
hóa cũng là một cơ chế giải độc quan trọng. Methyl hóa có thể đƣợc xúc tác bởi
một loạt các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí, nấm men và nấm
mốc. Mặc dù các sản phẩm methyl hóa có thể độc hại hơn kim loại tự do, nhƣng
chúng thƣờng dễ bay hơi và có thể thải vào khí quyển. Đây là trƣờng hợp với
thủy ngân và các dẫn xuất methyl hóa của nó, metyl và dimethyl Hg [44].
1.4 Ảnh hƣởng của axid đến hoạt động của vi sinh vật
Điều kiện axid có tác động rất lớn đến tế bào vi sinh vật. Do đó, ảnh
hƣởng của sự biến đổi pH đ i hỏi các tế bào và màng tế bào phát triển để kiểm
soát pH trong tế bào là tối ƣu cho các hoạt động của các enzym nội bào. Hơn
10


nữa, điều chỉnh quá trình trao đổi chất đƣợc diễn ra ở bề mặt tế bào vi sinh vật

để thích ứng với các điều kiện có tính axit mạnh. Ví dụ, bề mặt tế bào vi sinh vật
thay đổi theo pH mơi trƣờng. Điều này kiểm sốt sự tƣơng tác với các chất dinh
dƣỡng tích điện. Hơn nữa, các enzyme có bề mặt cũng nhƣ các enzyme ngoại
bào cũng có khả năng hoạt động ở nồng độ ion hydro cao. Hoạt động tối ƣu
đƣợc thể hiện ở pH chiếm ƣu thế hoặc thay đổi tỷ lệ tổng hợp enzyme để cho
hoạt động enzym hạn chế xảy ra trong điều kiện có tính axid. Ngồi ra, việc điều
chỉnh tỷ lệ tổng hợp enzym có thể cần thiết cho những enzym bị biến tính trong
điều kiện có tính axid. Nếu sản phẩm enzyme là thiết yếu cho sản phẩm tế bào
thì tế bào cần điều chỉnh tốc độ tổng hợp enzyme sao cho nó ln ln có mặt ở
mức hiệu quả [37].
Thành tế bào thƣờng đƣợc biết đến là rào cản đầu tiên và quan trọng nhất
để thích ứng với độ axid cao trong nấm men. Nguyen VAT và các cộng sự
(2001) đã chỉ ra vỏ tế bào của Rhodotorula glutinis R-1 trở nên nhăn và dày hơn
khi giá trị pH của môi trƣờng giảm. Màng tế bào ở pH 1,5 dày gấp 4 lần so với ở
pH 6,0. Ngƣời ta cho rằng những thay đổi trong vỏ tế bào đóng một vai tr quan
trọng khi độ axid trong môi trƣờng thay đổi [32].
Ngồi ra, sự biến đổi tính lƣu động của màng và thành phần axid béo và
hoạt tính ATPase của màng plasma đã đƣợc nghiên cứu ở nấm men có khả năng
chịu áp lực pH thấp. Ngoài ra, nấm mốc có khả năng duy trì độ pH trung tính
tƣơng đối bằng cách bơm proton ra khỏi tế bào và bằng cách thiết lập độ thấm
màng proton thấp. Trong vi khuẩn, các hệ thống phản proton nhƣ kali/ proton và
natri/ proton có thể đƣợc điều chỉnh khi pH thay đổi nhỏ. Nếu pH trở nên quá
chua, các cơ chế khác sẽ đƣợc phát huy. Khi pH giảm xuống dƣới 5,5- 6,0,
Salmonella typhimurium và E.coli có khả năng tổng hợp một loạt các protein
mới. Nếu pH bên ngoài giảm xuống c n 4,5 hoặc thấp hơn, protein tổng hợp
axid đƣợc tổng hợp. Có lẽ điều này ngăn chặn sự biến tính axid của protein và
hỗ trợ trong việc tái tạo protein biến tính [30].

11

1.5 Ảnh hƣởng của sự hấp thụ nhôm
1.5.1 Tác động của nhôm đến sự phát triển của cây chè
Cây chè (Camellia sinensis) nổi tiếng với khả năng tích lũy nồng độ nhơm
cao. Ở lá non và già thì nhơm đƣợc tích lũy tốt hơn ở lớp biểu bì trên. Đặc biệt,
nhơm đƣợc tích lũy trong thành tế bào có mức độ cao hơn so với không bào của
tế bào biểu bì. Nồng độ nhơm trong khơng bào của các tế bào trung mô thay đổi
không đáng kể giữa lá non và lá già. Ngƣợc lại, sự gia tăng nồng độ nhôm đã
đƣợc quan sát trong các thành tế bào biểu bì [42].
Độc tính nhơm là một trong những yếu tố chính hạn chế sự tăng trƣởng và
phát triển của cây trong nhiều loại đất axit. Màng tế bào, đặc biệt là đỉnh rễ,
dƣờng nhƣ là mục tiêu chính của nhiễm độc nhơm. Chính sự tƣơng tác mạnh mẽ
của ion nhơm là dạng gây độc chính, với các phối tử oxy (protein, axit nucleic,
polysacarit) dẫn đến ức chế phân chia tế bào, mở rộng tế bào và vận chuyển. Ion
nhơm hịa tan trong đất chua là cực kỳ độc hại với độ giãn dài của rễ, và đƣợc
cho là yếu tố chính ngăn cản sự phát triển của cây [22].
Trong nhiều thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để tìm ra
hƣớng giải quyết đi tới mục tiêu phát triển cây trồng phù hợp hơn với canh tác
đất axit chứa nhôm. Các xét nghiệm sàng lọc dựa trên sự tích lũy nhơm trong
các tế bào gốc và loại trừ nhôm ra khỏi gốc nên đƣợc nghiên cứu rộng rãi để làm
cho cây có thể sinh trƣởng, phát triển tốt đối với đất có độc tính của nhơm. Với
việc xác định thêm các dấu hiệu phân tử liên kết với gen kháng nhơm, có thể
phát triển cây trồng chống chịu nhôm tốt hơn. Tuy nhiên, sự thiếu hụt chất dinh
dƣỡng liên quan đến độc tính nhơm trong đất axit cần đƣợc giải quyết một cách
tối ƣu hơn, một trong những cách giải quyết tốt là sử dụng vi sinh vật để hấp thụ
nhôm loại bỏ khỏi đất. Những biện pháp này sẽ hữu ích trong các quy trình làm
sạch mơi trƣờng cũng nhƣ phục hồi độ phì nhiêu của đất [22].
Trong nghiên cứu của tác giả Pierluigi Barone và cộng sự (2008) đã chỉ ra
cỏ linh lăng rất nhạy cảm với độ chua đất vì trong đất chứa nhơm dẫn đến rễ cây
bị ức chế và giảm sự cố định đạm làm ảnh hƣởng đến năng suất và thời gian sinh

12


trƣởng của cỏ linh lăng. Cải tạo đất bằng cách bón vơi rất tốn kém và chỉ có hiệu
quả một phần và nhân giống cây trồng thông thƣờng cho khả năng chịu nhôm đã
hạn chế thành công. Cỏ linh lăng đã đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng gen citrate
synthase (CS) đƣợc kiểm soát. Mƣời lăm cây chuyển gen đã đƣợc thử nghiệm để
loại trừ nhôm khỏi đầu rễ, với hàm lƣợng citrate bên trong làm tăng trƣởng các
thử nghiệm in vitro, hoặc cho chồi và phát triển rễ trong thủy canh hoặc trong các
thử nghiệm đất. Xác nhận rằng sự biểu hiện quá mức của gen citrate synthase có
thể là một cơng cụ hữu ích để giúp đạt đƣợc khả năng chịu nhôm [35].
Với tác giả Chunlei Li và cộng sự năm (2018) đã nghiên cứu khả năng
sinh trƣởng và phát triển cây non của cây trà khi nhiễm kim loại. Thơng qua
kính hiển vi, tế bào trong cây non đã bị phá hủy do tác nhân là flo và nhôm làm
cho cây non không sinh trƣởng đƣợc. Khi bổ sung canxi các tế bào trong lá đƣợc
cải thiện rõ rệt, hàm lƣợng pectin trong thành tế bào tăng. Những kết quả này
cho thấy canxi tăng cƣờng ngăn chặn những thay đổi về tính chất hóa học của
thành tế bào và bảo vệ cấu trúc tế bào dƣới tác động của nhôm và flo. Từ những
phát hiện trên, cây non của cây trà hấp thụ đƣợc một lƣợng nhôm và flo bằng
cách bổ sung canxi cho cây và đất trồng [21].
1.6 Các phƣơng pháp cải thiện đất trồng chè có tính axit, nhiễm nhơm
1.6.1 Phương pháp bón vơi
Việc sử dụng vơi ngồi tác dụng bổ sung canxi (Ca) cho cây trồng nhƣ
một dạng phân bón thì c n giúp hạn chế đƣợc tác hại của mặn và phèn trong đất
gây ra đối với cây trồng.
Trong sản xuất nông nghiệp, các loại vôi bột sử dụng phổ biến hiện nay
gồm có: bột đá vơi (
vơi nung thƣờng lẫn một ít
bột đá vơi, vơi tơi

) có tỷ lệ CaO từ 31,6-56% loại này tác dụng chậm.,
và

có tác dụng mạnh và nhanh hơn

tác dụng của dạng vôi này khá nhanh, vôi thạch cao

(CaSO4 ) có chứa 56% CaO ngồi ra c n chứa lƣu huỳnh có tác dụng cải tạo tốt
đất mặn, đất kiềm [47].

13


Việc bón vơi cho đất để cải thiện pH đất chỉ tác dụng một phần nhỏ lên
trên bề mặt đất nhiễm axit chứa nhơm.
1.6.2 Phương pháp bón phân hữu cơ
Phân hữu cơ là loại phân có đầy đủ chất dinh dƣỡng N, P, K và cả các
nguyên tố trung và vi lƣợng. Phân hữu cơ bao gồm các loại nhƣ phân chuồng,
phân xanh, than bùn, phân rác, phế phẩm nông nghiệp... Trong điều kiện canh
tác nhƣ hiện nay thì phân hữu cơ rất cần cho cây trồng kể cả cây ăn trái và lúa.
Việc sử dụng phân hữu cơ là làm tăng năng suất cây trồng, giúp cây trồng
hấp thu dinh dƣỡng tốt hơn, tăng hiệu lực phân hóa học, cải tạo đất, giữ pH đất ở
mức độ trung h a hợp lý, tăng chất mùn cho đất, kích thích cho rễ cây phát triển
nhanh hơn, chứa các chất kháng sinh, các vi sinh vật đối kháng hay các vitamin
để tăng khả năng chống chịu của cây trồng trong những điều kiện bất lợi. Tuy
phân hữu cơ có rất nhiều tác dụng và an tồn với mơi trƣờng nhƣng việc xử lý
đất trồng chứa acid nhiễm nhơm thì vẫn c n nhiều hạn chế [39].
1.6.3 Phương pháp sử dụng vi sinh vật để hấp thụ kim loại
1.6.3.1 Cơ chế hấp thụ sinh học kim loại nặng
Cơ chế hấp thụ sinh học kim loại nặng là một quá trình phức tạp. Đặc tính

hóa học của dung mơi kim loại, điều kiện môi trƣờng... đều ảnh hƣởng tới cơ
chế này. Sự hấp thụ sinh học kim loại nặng ở tế bào sống gồm 2 cơ chế: cơ chế
hấp thụ thụ động và cơ chế hấp thụ chủ động [13].
Ở cơ chế đầu tiên, các ion kim loại đƣợc hấp thụ lên bề mặt tế bào nhờ sự
hình thành tƣơng tác giữa kim loại và các nhóm chức năng có gắn trên bề mặt tế
bào (Hình 1.3).

14


Hình 1.3. Cơ chế hấp thụ sinh học kim loại của vi sinh vật

Trên thành tế bào có rất nhiều dạng polysaccharide và protein. Vì vậy sẽ
tạo ra nhiều vị trí hoạt động có thể gắn các ion kim loại. Sự khác nhau trong
thành phần tế bào giữa các nhóm vi sinh vật nhƣ vi tảo, vi khuẩn, vi khuẩn lam
và nấm mốc tạo ra những khác nhau quan trọng về loại hình và số lƣợng ion kim
loại gắn vào các vi sinh vật đó. Thành tế bào của vi tảo có thành phần chính là
cellulose. Các nhóm có thể gắn vào tảo là các carboxylate, amin, imidazote,
phosphate, sulfhydryl, sulfate và hydroxyl. Trong số này, amin và imidazole
mang cực dƣơng và có thể tạo thành tƣơng tác âm với các phức hệ kim loại.
Thành tế bào của vi khuẩn thƣờng là peptidoglycan. Khi kiểm tra chủng E.coli
k12 ngƣời ta thấy rằng peptidoglycan có thể gắn với một số nhóm kim loại.
Thành tế bào của nấm mốc có chứa chitin và chitosan. Nhờ vậy có thể gắn với
các ion kim loại riêng rẽ. Trong quá trình hấp thụ sinh học thụ động bƣớc đầu
tiên là sự trao đổi chất diễn ra độc lập và nhanh chóng, tùy thuộc vào từng loại

15


kim loại sau đó diễn ra các cơ chế gắn liên tiếp nhƣ sau: phối hợp, tạo phức hợp,

trao đổi ion, hấp phụ vật lý hoặc vi lắng chất vô cơ. Các ion kim loại gắn trên bề
mặt có thể bị tách bởi các ion khác hoặc bởi các tác nhân nhƣ các acid... [13].
Trong cơ chế thứ hai, cơ chế hấp thụ sinh học chủ động, các ion kim loại
thâm nhập qua màng tế bào và tiến thẳng vào tế bào chất [13].
Khi nghiên cứu sự hấp thụ sinh học Cr (VI) và Fe (III) ở các chủng
Streptococcus ESC và Aspergillus niger. Goyal và đồng tác giả (2003) đã khẳng
định rằng sự hấp thụ kim loại ở vi sinh vật diễn ra qua hai quá trình: hấp thụ thụ
động (thƣờng diễn ra nhanh chóng) và hấp thụ chủ động (diễn ra chậm hơn).
Quá trình đầu đƣợc xem là hấp thụ vật lý hoặc trao đổi ion qua bề mặt tế bào và
thƣờng đạt đƣợc sự cân bằng hấp phụ trong vịng 30 - 40 phút. Do đó, cơ chế
này không phụ thuộc vào năng lƣợng mà thƣờng nhờ các nhóm chức năng hóa
học hoặc các nhóm có trên bề mặt tế bào và thành tế bào. Trong khi đó, cơ chế
chủ động lại phụ thuộc và có liên quan mật thiết tới quá trình vận chuyển kim
loại và thƣờng phụ thuộc vào năng lƣợng [13].
1.6.3.2 Các vi sinh vật có khả năng cao hấp thụ kim loại
Thay đổi độ pH của đất bằng vơi hay sử dụng phân bón hữu cơ giúp cải
tạo đất trồng nhƣng ít hiệu quả trong đất chứa nhôm. Một trong những phƣơng
pháp sử dụng phổ biến hiện nay là sử dụng vi sinh vật, với cơ chế hấp thụ kim
loại nặng thì các nhà nghiên cứu đã tìm ra rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau để
giúp cải tạo môi trƣờng đất.
Tác giả Phan Quốc Hƣng và cộng sự (2010) đã tìm ra một số chủng vi
khuẩn và nấm rễ (AMF- arbuscular mycorrhizal fungi) có khả năng chuyển hóa,
hấp thụ Cu, Pb, Zn cao để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng. Để đánh giá mức
độ ô nhiễm đất, mẫu đất đƣợc lấy tại các vùng đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim
loại nặng và một số lồi thực vật siêu tích luỹ đƣợc lựa chọn. Một thí nghiệm
trong chậu cũng đã đƣợc tiến hành để đánh giá khả năng kết hợp giữa vi sinh vật
với cây mƣơng đứng cho việc phục hồi đất. Kết quả đã chỉ rõ rằng hầu hết các
mẫu đất đều bị ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) so với quy chuẩn 03:
16

2008/BTNMT 100% mẫu đất ơ nhiễm đồng và chì, 58,33% mẫu đất tại Đơng
Mai có hàm lƣợng kim loại nặng vƣợt ngƣỡng cho phép. Tại Làng Hích, Có 5/8
mẫu đất ô nhiễm chì và kẽm, 4/8 mẫu đất ô nhiễm đồng. Đề tài phân lập đƣợc 64
chủng vi khuẩn và nấm rễ từ các mẫu đất vùng rễ. Tiến hành đánh giá khả năng
kháng kim loại nặng cho thấy 11/49 chủng vi khuẩn có khả năng kháng ở 10mM
Cu, 10mM Zn và 10 mM Pb. Có 9/15 chủng nấm rễ AMF kháng mức 5 mM các
kim loại nặng. Khả năng hấp thu cao nhất đạt đƣợc ở chủng vi khuẩn TB22 và
nấm rễ AMF4. Thí nghiệm trong chậu cho thấy giữa vi sinh vật và thực vật có
sự kết hợp làm tăng hàm lƣợng kim loại nặng tích lũy trong các bộ phận của cây
mƣơng đứng. Mức tích lũy cao nhất đạt đƣợc ở cơng thức 3 (bón 2g chế
phẩm//kg đất khơ) [10].
1.7 Tình hình nghiên cứu về khả năng kháng và hấp thụ kim loại của vi
sinh vật
1.7.1 Trên thế giới
Việc nghiên cứu vi sinh vật có khả năng chịu acid, kháng và hấp thụ kim
loại ở một số nƣớc trên thế giới. Họ đã nghiên cứu và ứng dụng nhiều chủng vi
sinh vật chịu acid, kháng và hấp thụ kim loại để phục vụ cho việc xử lý mơi
trƣờng nhƣ đất, nƣớc…..
Shilpi Mittal và cộng sự (2003) tìm ra vi khuẩn kháng nhôm và đồng, phân
lập từ đất bị ô nhiễm, cho thấy mức độ dung nạp kim loại là 3106 uM và 4398 uM,
tiến hành bốn phân lập chọn lọc dựa trên khả năng hòa tan Phốtpho của chúng (0,2
- 6,4 ug m

). trong Phạm vi pH từ 5 - 11. Phân lập đƣợc ba nhóm là nhóm

Pseudomonadaceae, Pseudomonas sp. (CD7), P.pseudomalli (CGI3) và P.
maltophila (THI8). Các phân lập, CD7 và CG13, thuộc nhóm siderov.
Pseudomonas sp. chủng BI0, và có thể Phát triển ở 42°C. CG13 là chất thẩm thấu
(10% NaCI). Những phân lập có tiềm năng xử lý kiềm hóa bị ơ nhiễm [41].

Ngơ Thị Tƣờng Châu và cộng sự (2014) đã tìm ra một loại vi khuẩn kháng
nhôm, chịu axid đƣợc phân lập từ đất trồng chè ở trạm thí nghiệm Kagoshima
(Nhật Bản). Dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý và sinh hóa và phân tích trình
17


tự nucleotide 16S rDNA, vi khuẩn đƣợc xác định là Bacillus sp. Vi khuẩn này có
thể phát triển trên các tấm S-LB (pH 3,7) với 1,0 g /L nhôm và tồn tại trong môi
trƣờng LB ngay cả ở mức 10 g /L nhôm (pH 2.0). Trong khi nuôi cấy, sự tăng
trƣởng của chủng vi khuẩn trong môi trƣờng lỏng LB chứa nồng độ nhôm tăng (0;
100 và 200 ppm), bị ức chế bởi sự hiện diện của nhôm, đặc biệt là ở nồng độ 200
ppm. Độ pH của môi trƣờng ni cấy khơng có nhơm tăng mạnh và đạt pH 7,0 sau
10 ngày, trong khi đó nó gần nhƣ khơng đổi trong các trƣờng hợp khác. Việc loại
bỏ nhôm ra khỏi môi trƣờng nuôi cấy bởi vi khuẩn cũng đã đƣợc khẳng định và nó
dễ thấy hơn ở nồng độ 100 ppm nhôm. Do khả năng chịu đƣợc độ axid cao, khả
năng kháng và loại bỏ một lƣợng nhôm đáng kể, vi khuẩn có thể đƣợc áp dụng
trong việc phục hồi đất chua, đặc biệt là đất vƣờn trồng chèbbị axit hóa [33].
Neha A. Gurave và cộng sự (2015) phân lập và xác định vi khuẩn kháng
kim loại nặng từ đất dầu mỏ đƣợc thu thập từ cây xăng của Loni, Ahmednagar,
Maharashtra. Kết quả đã tìm ra một chủng Bacillus thuringiensis có mơ hình
trao đổi chất đa dạng của các nguồn carbon và các yếu tố tăng trƣởng khác. Đặc
biệt là chủng cũng cho thấy khả năng chịu đƣợc với các kim loại nặng nhƣ Cu,
Pb, và Ni [34].
Yi Li và cộng sự (2017) phân lập đƣợc chủng vi khuẩn Citrobacter sp có
khả năng chịu nhơm cao khi có khả năng dung nạp

ở nồng độ 10 mmol /L.

Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp nguồn lực và cơ sở lý thuyết cho việc ứng
dụng vi khuẩn chịu nhôm trong đất [44].

1.7.2 Tại việt Nam
Việc tiến hành nghiên cứu về vi sinh vật có khả năng chịu và hấp thu kim
loại để ứng dụng trong xử lý môi trƣờng đã đƣợc thực hiện từ lâu. Tuy nhiên,
với lợi ích của chúng trong những năm gần đây việc nghiên cứu và sử dụng vi
sinh vật ngày càng phát triển hơn và việc nghiên cứu này càng đƣợc ứng dụng
nhiều.
Nguyễn Thị Hà và cộng sự (2007) đã nghiên cứu sử dụng các phƣơng
pháp tách kim loại nặng trong nƣớc. Phƣơng pháp thƣờng hay đƣợc áp dụng là
18


sử dụng hố chất và có chi phí khá cao. Do vậy việc nghiên cứu các biện pháp
hiệu quả hơn nhƣ phƣơng pháp hấp thụ sinh học để tách kim loại nặng là rất cần
thiết. Trong nghiên cứu này đã khảo sát khả năng hấp thụ sinh học một số kim
loại nặng (

,

) của Saccharomyces cerevisiae. Một số yếu tố

và

ảnh hƣởng đến khả năng hấp thụ nhƣ pH, nồng độ ban đầu của kim loại nặng
cũng đƣợc khảo sát. Kết quả cho thấy S. cerevisiae sinh trƣởng tốt trong môi
trƣờng pH = 5, kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đây. Khả
năng hấp thu ion

,

và

chủ yếu xảy ra ở 6 giờ đầu khi bắt đầu quá

trình hấp thụ. Khả năng hấp thụ tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại tăng.
Khả năng hấp thụ cực đại của

đạt 63% sau 48 giờ. Nổng độ

c n lại

trong dung dịch giảm từ 250 đến 92,7 mg/l; và trong sinh khối là 89mg/l. Hiệu
suất hấp thụ đạt tƣơng ứng 95; 25 và 21% [8].
Đặng Diệp Yến Nga, Phạm Thị Kim Trong (2015) nghiên cứu ảnh hƣởng
vi khuẩn Burkholderia kururiensis của hệ rễ lên khả năng hấp thu Cu trong đất
của cây cỏ đậu. Nghiên cứu này đƣợc thực hiện nhằm đánh giá tiềm năng hấp
thu đồng (Cu) trong đất của cây cỏ đậu (Arachis pintoi) kết hợp với chủng vi
sinh vật đƣợc phân lập từ nốt sần của rễ nhằm tìm ra một phƣơng pháp mới để
nâng cao hiệu quả xử lý cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng. Kết quả của thí
nghiệm đã cho thấy cây có khả năng sinh trƣởng bình thƣờng trên đất có nồng
độ Cu 200 mg/kg. Cây tích lũy hiệu quả đến 668,2 mgCu/kg ở đất có nồng độ
200 mg/kg, trong đó hàm lƣợng Cu trong rễ là 107 mg/kg và thân lá là 561,2
mg/kg. Kết quả bài nghiên cứu đã khẳng định tiềm năng chiết rút kim loại nặng
bằng thực vật (phytoextraction) của Arachis pintoi rất cao và dễ dàng áp dụng
vào thực tế trong tƣơng lai [15].
Nguyễn Thị Thanh Mai và cộng sự (2017) đã tiến hành nghiên cứu tuyển
chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải lân (P) và kali (K) khó tan trong đất
trồng cây cơng nghiệp. Từ đất vùng trồng cây cà phê tại khu vực Tây Ngun,
tìm ra 16 chủng vi sinh vật có khả năng phân giải P và K khó tan đã đƣợc phân
lập, trong đó đã xác định đƣợc chủng vi khuẩn CF19 có hoạt tính phân giải
19