Tài liệu Nghiên cứu xử lý mạt dừa bằng nấm mùn trắng, xạ khuẩn và khả năng ứng dụng

  • Số trang: 24 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 75 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Việt Nam là một nước nhiệt đới, lượng sinh khối thực vật hàng năm được tạo ra rất nhiều. Trong các ngành công nghiệp chế biến có sử dụng nguyên liệu từ gỗ thường thải ra một lượng lớn phế liệu, nhưng chưa có hướng giải quyết thấu đáo nhằm tận dụng nguồn sinh khối hữu cơ này một cách hiệu quả, trong đó phải kể đến cây dừa. Dừa được trồng với một diện tích rất lớn, riêng ở tỉnh Bến Tre diện tích trồng dừa lên đến 43 ngàn hecta. Các sản phẩm chế biến từ cây dừa rất phong phú chiếm 31% kim ngạch xuất khẩu của tỉnh Bến Tre kèm theo đó mỗi ngày thải ra khoảng 200 tấn mạt dừa. Mạt dừa là chất hữu cơ sạch, không chứa kim loại nặng, không chứa các vi sinh vật có hại, có thành phần khoáng cân đối, có khả năng giữ ẩm tốt, là nguồn nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ lý tưởng. Tuy nhiên hàm lượng lignin trong mạt dừa khá cao chiếm khoảng trên 50%. Chính vì vậy muốn sử dụng nguồn sinh khối hữu cơ này phải có biện pháp để phân giải lignin có hiệu quả. Các công trình nghiên cứu về phân giải lignin trên thế giới có rất nhiều nhưng trên cây dừa thì chưa có công trình nào đề cập đến mặc dù hàm lượng lignin trong mạt dừa chiếm tỉ lệ rất cao. Lignin là phức hợp polymer rất khó bị phân giải. Trong cấu trúc của gỗ, lignin là chất kết dính tự nhiên giữa các tế bào và cùng với hemicelluloses tạo thành lớp màng bảo vệ cellulose. Một trong những tính chất hóa học của lignin là chúng không tan trong nước, trong acid vô cơ, nhưng trong môi trường kiềm chúng bị phân giải một phần và chuyển sang dạng hòa tan. Tuy nhiên, việc xử lý lignin bằng biện pháp hóa học sẽ là một lãng phí rất lớn trong việc sử dụng nguồn hữu cơ này, chính vì vậy hiện nay các nghiên cứu nghiêng về hướng sử dụng các biện pháp sinh học để phân giải lignin. Một trong những đối tượng được tập trung nghiên cứu nhiều là nấm mùn trắng vì khả năng phân giải lignin vượt trội của chúng so với các loài khác. Vì vậy tiến hành thực 2 hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý mạt dừa bằng nấm mùn trắng, xạ khuẩn và khả năng ứng dụng” để tận dụng hiệu quả nguồn carbon từ mạt dừa nhằm giải quyết vấn đề môi trường và tạo sản phẩm có ích sử dụng trong nông nghiệp. 2. Mục tiêu đề tài Kết hợp giữa phương pháp sinh học và hóa học nhằm phân giải lignin trong mạt dừa đạt hiệu quả cao để có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ đồng thời nghiên cứu một số khả năng ứng dụng khác của mạt dừa. 3. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá khả năng phân giải lignin trong mạt dừa của nấm mùn trắng Phanerochaete chrysosporium (PC36201) và xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 - Tìm biện pháp nâng cao hoạt tính LiP, MnP và cellulase của P. chrysosporium (PC36201) và xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 - Phối hợp các phương pháp sinh học và hóa học để làm giảm hàm lượng lignin trong mạt dừa ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ. - Nghiên cứu một số khả năng ứng dụng khác của mạt dừa. 4. Những đóng góp mới của đề tài 1. Bằng biện pháp shock nhiệt trên P. chrysosporium (PC36201) và xử lý tia UV trên xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 đã nâng cao hoạt tính LiP, MnP và cellulase. 2. Phối hợp phương pháp sinh học và hóa học trong xử lý mạt dừa đạt kết quả cao: hàm lượng lignin giảm 65% - 75% và tỉ lệ C/N giảm 90% 95% trong thời gian ngắn. 3. Đã xây dựng được mô hình xử lý mạt dừa ứng dụng trong nông nghiệp và xử lý môi trường. 3 5. Bố cục của luận án Luận án gồm 147 trang bao gồm: Mở đầu 3 trang, tổng quan tài liệu 37 trang, vật liệu và phương pháp nghiên cứu 20 trang, kết quả và biện luận 66 trang, kết luận và đề nghị 2 trang, 82 tài liệu tham khảo. Trong luận án có 28 bảng, 78 hình. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Lignin và sự phân giải lignin: Lignin là thành phần cấu trúc chủ yếu của vách tế bào gỗ và thực vật lâu năm. Lignin là chất vô định hình có thành phần hóa học khác nhau ở các loài thực vật khác nhau cũng như ở các bộ phận khác nhau trên cùng một cây. Các vi sinh vật khác nhau phân giải lignin với mức độ khác nhau. Trong số các vi sinh vật, nấm làm mục gỗ phân giải lignin mạnh nhất, đặc biệt là nấm mùn trắng. Đa số nấm mùn trắng làm mục gỗ bằng cách đồng thời phân giải lignin, hemicellulose, cellulose. Nấm mùn trắng có khả năng phân giải hoàn toàn lignin thành carbon dioxide và nước. Nhiều tác giả đã nghiên cứu sinh hóa học và di truyền học phân tử của sự phân giải lignin chủ yếu thông qua nấm mùn trắng Phanerochaete chrysosporium. Những vi sinh vật phân giải lignin có hệ thống enzyme oxi hóa ngoại bào phân giải liên kết giữa các monolignol hoặc mở vòng các đơn phân của lignin. Hệ enzyme giữ vai trò chủ yếu trong phân giải lignin là peroxidase nhân heme ngoại bào, đó là manganese peroxidase (MnP) và lignin peroxidase (LiP) kèm theo hệ thống tạo ra H2O2. 1.2. Nấm mùn trắng Phanerochaete chrysosporium: Đây là loài nấm hiếu khí, có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu nằm trong khoảng 28-400C (tốt nhất là 370C). Trong điều kiện nguồn nitơ bị giới hạn, Phanerochaete chrysosporium sẽ sản sinh các enzyme ngoại bào phân giải lignin như là các sản phẩm biến dưỡng thứ cấp. Quá trình sinh 4 tổng hợp enzyme ngoại bào phân giải lignin của Phanerochaete chrysosporium được điều hòa bởi nhiều yếu tố như: nitơ và carbon, cAMP, hợp chất thơm, Mn, shock nhiệt hay hydrogen peroxide. Trong đó shock nhiệt có thể gây ra sự tích lũy mnp mRNA trong môi trường nuôi cấy và sự hiện diện của kim loại Mn giúp tạo hoạt tính cho protein MnP. 1.3. Nấm mùn trắng Pleurotus sajor-caju còn gọi là nấm bào ngư. Nấm bào ngư có khả năng sử dụng lignin mạnh, nhất là ở thời gian đầu khi tạo quả thể nấm. 1.4. Xạ khuẩn Streptomyces sp.: Xạ khuẩn là loài prokaryote có khả năng phân giải lignin và cellulose. Các khuẩn ty của chúng có thể xâm nhập vào gỗ và tiết ra enzyme LiP, MnP và cellulase phá hủy lignocelluloses. Trong một nghiên cứu sử dụng 98 chủng xạ khuẩn và chọn ra được các biến dị do ảnh hưởng của tia UV có khả năng sinh kháng sinh streptomycin cao hơn chủng bố mẹ trong một môi trường nuôi cấy nhất định CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Vật liệu; Mạt dừa: có nguồn gốc từ Bến Tre. Chủng Phanerochaete chrysosporium: chủng gốc Đài Loan nhập nội (kí hiệu PC 36201). Chủng xạ khuẩn được kí hiệu là V4 thuộc chi Streptomyces, được phân lập từ mạt dừa được đổ đống lâu ngày 2.2. Phương pháp nghiên cứu ­ Phương pháp nuôi cấy vi sinh vật trên các môi trường cơ bản như PGA, Gauze, meo gạo lức. ­ Phương pháp tạo shock nhiệt cho P. chrysosporium PC36201 ở các nhiệt độ 50oC, 60oC, 70oC trong các thời gian khác nhau. 5 ­ Phương pháp xử lý xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 dưới nguồn UV (hiệu BASSII, bước sóng 253 – 257nm, công suất 1kw) ở khoảng cách 45 cm. ­ Các phương pháp định lượng: cellulose theo Scharrer và Kurscher, lignin theo TAPPI 2002, carbon tổng số theo Grham. ­ Các phương pháp định hoạt tính enzyme: phương pháp xác định hoạt tính LiP dựa vào sự oxy hóa xanh methylen, làm giảm sự hấp thu ở bước sóng 664 nm; phương pháp xác định hoạt tính MnP dựa vào sự oxy hóa hợp chất phenol red, làm gia tăng hấp thu ở bước sóng 610 nm; phương pháp xác định hoạt tính cellulase dựa vào lượng đường khử được phóng thích khi cellulase tác dụng lên CMC. Sau đây là sơ đồ tiến hành các thí nghiệm trên mạt dừa Hình 2.1: Sơ đồ các bước thí nghiệm trên mạt dừa 6 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. Nghiên cứu tác động của shock nhiệt lên nấm mùn trắng Phanerochaete chrysosporium PC36201 và tia UV lên xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 nhằm nâng cao hoạt tính LiP, MnP và cellulase 3.1.1. Đánh giá khả năng phân giải lignin trong mạt dừa của nấm mùn trắng P.PC36201và xạ khuẩn Streptomyces sp.V4 Kết quả nghiên cứu cho thấy PC36201có khả năng phân giải lignin và cellulose trong mạt dừa. Sau 30 ngày xử lý bằng 20% chế phẩm PC36201 hàm lượng lignin trong mạt dừa từ 58,69% giảm còn 44,39%, cellulose ban đầu là 34,29% giảm còn 22,68%. Sau 30 ngày xử lý bằng 20% chế phẩm xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 hàm lượng lignin trong mạt dừa từ 58,69% giảm còn 54,44%, hàm lượng cellulose hầu như không đổi. Vậy khả năng phân giải lignin của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 khá yếu, điều đó làm cho khả năng phân hủy cellulose cũng giảm theo. 3.1.2. Tác động của shock nhiệt lên nấm mùn trắng P. chrysosporium (PC36201) 3.1.2.1. Hoạt tính của LiP, MnP và cellulase của PC36201 theo thời gian nuôi cấy Kết quả cho thấy thời gian nuôi cấy cho hoạt tính LiP cao nhất là từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 7 còn hoạt tính của MnP và cellulase đạt được mức cao nhất là ngày thứ 7. Do đó trong các thí nghiệm sau sử dụng chế phẩm thu được từ việc nuôi cấy lắc PC36201 trong môi trường PGB trong vòng 7 ngày. 3.1.2.2. Nâng cao hoạt tính LiP, MnP và cellulase của P. chrysosporium (PC36201) bằng shock nhiệt Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của P. chrysosporium là 28 – 40oC, nên việc thực hiện shock nhiệt bắt đầu ở 50oC. Khảo sát sơ bộ cho biết ở 7 nhiệt độ 80oC hoạt tính của 3 loại enzyme đạt được sẽ thấp hơn cả khi nuôi cấy ở nhiệt độ bình thường, nên các thí nghiệm đã tiến hành trong khoảng nhiệt độ từ 50 – 70oC. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ 50oC thì hoạt tính LiP, MnP và cellulase của PC36201 chưa có sự bức phá cao vì nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của P. chrysosporium trong khoảng 28oC – 40oC. Hoạt tính của LiP, MnP và cellulase tăng dần nếu tăng thời gian shock nhiệt ở 50oC. Nhưng nếu tăng nhiệt độ shock nhiệt lên 70oC thì hoạt tính LiP, MnP và cellulase hầu như không tăng và còn có xu hướng giảm xuống so với ban đầu do nhiệt độ cao và thời gian shock nhiệt kéo dài làm ảnh hưởng đến khả năng sống sót của PC36201. Đặc biệt ở 60oC thì hoạt tính LiP đạt cực đại ở 120 phút tăng 2,5 lần so với mẫu không shock nhiệt, hoạt tính MnP của PC36201đạt cực đại ở 60 phút, tăng gần gấp đôi so với ban đầu, và cellulase đạt giá trị cao gấp hai lần so với mẫu không xử lý shock nhiệt với thời gian shock nhiệt là 90 phút. 3.1.3. Tác động của tia UV lên xạ khuẩn Streptomyces sp.V4 3.1.3.1. Xác định tỷ lệ sống sót của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 theo thời gian chiếu UV Giống như những nhận định của Savage (1949), việc chiếu xạ bằng tia UV sẽ bước đầu làm lượng bào tử sống sót giảm đi. Thời gian chiếu UV lên dịch huyền phù càng dài thì lượng bào tử sống sót càng thấp. Các bào tử sống sót là những biến dị thu được dưới tác động của tia UV lên xạ khuẩn Streptomyces sp.V4 3.1.3.2. Xác định thời gian chiếu UV tối ưu cho việc sinh tổng hợp LiP, MnP và cellulase có hoạt tính cao Kết quả cho thấy trong khoảng thời gian từ 0 đến 20 phút hoạt tính LiP, MnP và cellulase tăng dần theo thời gian chiếu UV nhưng sau 20 phút thì hoạt tính bắt đầu giảm. Thời gian chiếu UV tối ưu để hoạt tính enzyme cao nhất là 20 phút. Đến 30 phút thì hoạt tính của LiP và cellulase giảm thấp hơn hoạt tính ban đầu khi xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 chưa bị xử lý bằng UV, còn MnP giảm gần bằng hoạt tính ban đầu. 8 3.1.3.3. Khảo sát sự thay đổi hoạt tính LiP, MnP và cellulase của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 bị tác động bởi UV qua 2 thế hệ liên tiếp Nhằm tạo chế phẩm vi sinh vật ở thế hệ thứ hai, thực hiện tạo dịch huyền phù thế hệ thứ nhất, cấy trải sang môi trường thạch Gauze nuôi cấy ở nhiệt độ phòng trong 14 ngày, tạo dịch huyền phù để chuyền sang môi trường Gauze lỏng nuôi cấy lắc trong 7 ngày, thu dịch enzyme thô để định hoạt tính LiP, MnP, cellulase. Kết quả cho thấy, ở thế hệ thứ 2 tại các thời gian chiếu UV khác nhau 15, 20, 25, 30 phút, hoạt tính của LiP, MnP và cellulase đều cao hơn so với đối chứng nhưng giảm hơn so với thế hệ 1. Sự gia tăng hoạt tính của 3 enzyme dưới tác động của tia UV được duy trì từ thế hệ thứ 1 sang thế hệ 2. 3.1.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nuôi lên hoạt tính LiP, MnP và cellulase của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV Kết quả cho thấy đối với hoạt tính LiP thì tăng dần trong khoảng thời gian từ 5 đến 8 ngày, giảm xuống ở ngày thứ 9 và không đổi vào ngày thứ 10 đến 14. Đối với MnP và cellulase thì hoạt tính tăng dần từ ngày 5 đến ngày 7, sau đó giảm dần từ ngày thứ 8. Vậy để thu hoạt tính enzyme LiP cao nhất thì nên thu mẫu vào ngày thứ 8 (LiP: 0,032 UI/ml). Còn đối với MnP và cellulase thì thu mẫu vào ngày thứ 7 (MnP: 41,667 UI/ml, cellulase: 2,65 UI/ml). Bảng 3.1 So sánh hoạt tính LiP, MnP và cellulase của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV và của PC36201 được shock nhiệt Xạ khuẩn P. chrysosporium Hoạt tính Streptomyces sp. V4 (PC36201) Enzyme Đối Được xử lý bằng Đối Được shock nhiệt (UI/ml) chứng tia UV 20 phút chứng ở 60oC LiP 0,01 0,04 0,03 0,08 (120 phút) MnP 11,90 44,05 59,52 120,00 (60 phút) Cellulase 0,58 2,37 0,28 0,61 (90 phút) 9 Các kết quả trong bảng 3.1 phù hợp với đặc tính riêng của từng loài vi sinh vật, P. chrysosporium đặc trưng cho khả năng phân giải lignin nên hoạt tính LiP và MnP cao hơn so với xạ khuẩn; xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 có khả năng phân giải cellulose tốt hơn PC36201 nên hoạt tính cellulase của xạ khuẩn cũng cao hơn PC36201. Các chủng vi sinh vật này sẽ được sử dụng để xử lý mạt dừa làm tăng hiệu quả phân giải lignin, thúc đẩy quá trình mùn hóa mạt dừa để ứng dụng trong sản xuất phân hữu cơ. 3.2. Kết hợp phương pháp hóa học và sinh học nhằm làm giảm hàm lượng lignin trong mạt dừa 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch kiềm lên quá trình phân giải lignin trong mạt dừa Để thăm dò ảnh hưởng của một số dung dịch kiềm làm giảm hàm lượng lignin. Mạt dừa được ngâm 1 ngày trong NaOH, Ca(OH)2 (ở 3 dạng: Ca(OH)2, nước vôi, nước vôi trong) có nồng độ là 2% và đối chứng là nước máy. Kết quả sự thay đổi hàm lượng lignin được trình bày ở hình 3.1. Hình 3.1: Hàm lượng Lignin (%) trong mạt dừa sau khi xử lý trong một số dung dịch kiềm 10 Kết quả cho thấy xử lý mạt dừa bằng NaOH, Ca(OH)2 cho kết quả hàm lượng lignin gần như nhau. Tuy nhiên Ca là chất cần cho cây trồng, giá thành của Ca(OH)2 (nước vôi) rẻ hơn nhiều nên Ca(OH)2 (nước vôi) được chọn làm chất xử lý trong các thí nghiệm sau. Nhằm xác định nồng độ Ca(OH)2 và thời gian xử lý thích hợp, đã tiến hành xử lý mạt dừa bằng Ca(OH)2 ở các nồng độ 0, 1, 3, 5, 7% với thời gian xử lý là 1, 2, 3 ngày. Từ các kết quả thu được trong các thí nghiệm cho thấy nồng độ Ca(OH)2 thích hợp là 5% và thời gian xử lý là 2 ngày làm giảm 20,17% hàm lượng lignin trong mạt dừa. 3.2.2. Kết hợp Ca(OH)2 và nấm mùn trắng để phân giải lignin trong mạt dừa 3.2.2.1. Kết hợp Ca(OH)2 và P. chrysosporium (PC36201) được shock nhiệt nhằm làm giảm hàm lượng lignin trong mạt dừa Kết quả cho thấy dưới tác động của PC36201, hàm lượng lignin trong mạt dừa chỉ giảm khoảng 4,84%, nhưng nếu mạt dừa được xử lý trước với Ca(OH)2 rồi mới bổ sung chế phẩm PC36201 thì hoạt động của PC36201 làm giảm đến 8,66% hàm lượng lignin. Như vậy Ca(OH)2 có vai trò quan trọng trong giai đoạn tiền xử lý giúp tháo gỡ cấu trúc lignin khá phức tạp trong mạt dừa, giúp cho các phản ứng oxi hóa, cắt nhánh bên (C-C), mở vòng, demethoxyl hóa, dechlorine hóa của ligninase trong PC36201 được thực hiện dễ dàng hơn. Kiềm (Ca(OH)2) và hệ ligninase, mỗi loại tác dụng lên một hay một số kiểu liên kết giúp cho quá trình phân giải lignin xảy ra hiệu quả hơn. Sau khi xử lý Ca(OH)2 lignin trong mạt dừa từ 64,88% giảm còn 45,41% và tiếp tục giảm còn 36,75% dưới tác động của hệ ligninase trong PC36201. Trong các thí nghiệm sau sử dụng Ca(OH)2 5% xử lý mạt dừa trong 2 ngày trước khi bổ sung chế phẩm PC36201. 11 Xử lý mạt dừa bằng PC36201 được shock nhiệt ở 60oC trong 60 phút (cho hoạt tính MnP cao nhất) và 120 phút (cho hoạt tính LiP cao nhất). Kết quả cho thấy vai trò của LiP và MnP là như nhau trong sự phân giải lignin. Để nâng cao khả năng phân giải lignin của PC36201 trên đối tượng mạt dừa, tiến hành khảo sát lượng chế phẩm PC36201 bổ sung vào mạt dừa để đạt hiệu quả tốt nhất. Kết quả cho thấy nồng độ chế phẩm PC36201 thích hợp để bổ sung là 500ml/500g mạt dừa (20%). Nhằm xác định thời gian bổ sung chế phẩm PC36201 và thời gian xử lý mạt dừa thích hợp tiến hành tiếp các thí nghiệm sau. Ligninase chủ yếu được tạo ra trong giai đoạn thứ cấp của quá trình sinh trưởng P. chrysosporium, nên lượng sinh khối nấm càng nhiều thì khả năng phân giải lignin càng tốt. Lignin không phải là nguồn carbon đầu tiên mà P. chrysosporium sử dụng, nguồn carbon thích hợp để nuôi cấy loài này là cellulose, glucose, xylose… Khi nguồn carbon và nitơ trong môi trường bị hạn chế sẽ kích hoạt sinh tổng hợp enzyme phân giải lignin. Vì vậy, việc bổ sung một lượng lớn chế phẩm PC36201 ngay giai đoạn đầu sẽ không mang lại hiệu quả phân giải lignin cao. Nên việc bổ sung sinh khối PC36201 trong từng giai đoạn giúp việc tổng hợp ligninase tốt hơn. Tiến hành tăng sinh khối PC36201 đã được shock nhiệt trong môi trường PGB với nguồn carbon được bổ sung là glucose, sau đó bổ sung vào mạt dừa với tỉ lệ 20% ở các giai đoạn cách nhau 15 ngày. Kết quả cho thấy sự thay đổi hàm lượng lignin trong giai đoạn từ 15 đến 30 ngày là rõ rệt nhất, đây là giai đoạn PC36201 được shock nhiệt đã phá vỡ được các liên kết trong phân tử lignin đặc trưng cho hệ ligninase của nó, còn các liên kết khác có thể khó bị phân giải hơn. Bên cạnh đó hàm lượng cellulose hầu như không thay đổi qua các giai đoạn xử lý, điều này có thể được lý giải là do trong mạt dừa hàm lượng 12 cellulose chiếm khoảng 20% còn hàm lượng lignin lại khá cao (>50%), như vậy cellulose được bảo vệ hiệu quả trong lignin dày đặc và tác nhân Ca(OH)2 và chế phẩm PC36201 chưa đủ phá vở sự bảo vệ đó. Vì vậy hàm lượng carbon tổng số giảm chủ yếu là do sự giảm hàm lượng lignin trong mạt dừa. Trong khi đó hàm lượng nitơ tăng lên do lượng chế phẩm PC36201 được bổ sung vào và sự tích lũy trong quá trình hoạt động của vi sinh vật. 3.2.2.2. Kết hợp Ca(OH)2 và Pleurotus sajor-caju (nấm bào ngư) nhằm làm giảm hàm lượng lignin trong mạt dừa Trong công nghệ trồng nấm bào ngư hiện nay, mạt cưa cao su được sử dụng như là nguồn cơ chất tối ưu và cho năng suất tương đối ổn định. Do đó, khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến sự phát triển của nấm khi sử dụng mạt dừa thay thế mạt cưa cao su làm cơ chất và phối trộn thêm một số chất dinh dưỡng khác. Kết quả cho thấy nghiệm thức chứa mạt dừa, bột bã dầu mè, ure, đường mía, KH2PO4 là nghiệm thức tối ưu cho độ lan tơ của Pleurotus sajor-caju (Hình 3.2) . Hình 3.2: Pleurotus sajor-caju lan tơ trên các nghiệm thức CT1  CT4 Hình 3.3: Pleurotus sajor-caju trên CT3 và CT3A CT1 (đối chứng): Mạt cưa cao su + cám gạo + ure + đường mía + KH2PO4; CT2: Mạt dừa + cám gạo + ure + đường mía + KH2PO4; CT3: Mạt dừa + bột bã dầu mè + ure + đường mía + KH2PO4; CT4: Mạt dừa + bột bã dầu mè + ure + đường mía + grow more (GR) 13 Nhằm đẩy mạnh hơn nữa tốc độ lan tơ của Pleurotus sajor-caju, tiến hành tăng 1,5 lần lượng dinh dưỡng cho tất cả các thành phần hiện có trong CT3 để có nghiệm thức CT3A. Kết quả cho thấy tốc độ lan tơ của Pleurotus sajor-caju ở nghiệm thức cải tiến CT3A rất nhanh (Hình 3.3). Sau các khảo sát độ lan tơ của Pleurotus sajor-caju ở qui mô “ống nghiệm”, thực hiện các thí nghiệm nuôi Pleurotus sajor-caju trong bịch nylon với khối lượng 500g môi trường CT3A /bịch trong thời gian 56 ngày là thời gian để nấm có thể lan tơ đầy bịch trong nghiệm thức . Tương tự P. chrysosporium PC36201, thực hiện khảo sát ảnh hưởng của Ca(OH)2 lên sự phân giải lignin trong mạt dừa của Pleurotus sajor-caju. Kết quả cho thấy khả năng phân giải lignin của Pleurotus sajor-caju tăng lên khi mạt dừa được tiền xử lý bằng Ca(OH)2. Trong CT3A, Pleurotus sajor-caju được nuôi cấy trong môi trường vô trùng và giàu dinh dưỡng nên lan tơ trên mạt dừa tốt dẫn đến khả năng phân giải lignin và cellulose tốt hơn do đó hàm lượng carbon tổng số giảm nhiều. Hình 3.4 và 3.5 cho thấy sự phát triển của Pleurotus sajor-caju trên 2 nghiệm thức CT3 và CT3A. Hình 3.4: Pleurotus sajor-caju trên CT3A (hàng trên) và CT3 (hàng dưới) sau 56 ngày lan tơ Hình 3.5: CT3A sau 56 ngày lan tơ của Pleurotus sajor-caju 14 Qua các thí nghiệm kết hợp Ca(OH)2 với PC36201 được shock nhiệt và Ca(OH)2 với Pleurotus sajor-caju nhận thấy hàm lượng lignin giảm đáng kể, tuy nhiên hàm lượng cellulose thay đổi ít vì vậy ở những thí nghiệm sau sẽ bổ sung thêm xạ khuẩn để nâng cao khả năng phân giải cellulose nhằm tăng độ mùn hóa của mạt dừa. 3.3. Sử dụng xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 (đươc xử lý bằng tia UV) để phân giải cellulose trong mạt dừa Xạ khuẩn có khả năng phân giải cellulose và chịu nhiệt khá tốt. Sau quá trình phân giải lignin của PC36201 được shock nhiệt hay Pleurotus sajor-caju, cấu trúc lignocellullose đã được phân giải một phần so với ban đầu tạo điều kiện dễ dàng cho xạ khuẩn tiếp xúc với cellulose và hoạt động phân giải chúng. 3.3.1. Sử dụng Ca(OH)2 , xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV phân giải lignin và cellulose trong mạt dừa Mạt dừa được xử lý bằng Ca(OH)2 5% trong 2 ngày, sau đó được ủ 30 ngày với xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV, hàm lượng lignin và cellulose giảm không đáng kể, từ đó cho thấy khả năng phân giải lignin của xạ khuẩn không cao, khi lignin chưa được phân giải thì việc phân giải cellulose sẽ gặp khó khăn. 3.3.2. Sử dụng Ca(OH)2, PC36201 được shock nhiệt và xạ khuẩn V4 được xử lý bằng tia UV để phân giải lignin và cellulose trong mạt dừa Kết quả cho thấy khi xử lý mạt dừa bằng Ca(OH)2 và ủ 45 ngày với PC36201 được shock nhiệt, hàm lượng lignin giảm 57,56% , hàm lượng cellulose hầu như không đổi so với ban đầu. Tại thời điểm 45 ngày này bổ sung 20% lượng sinh khối xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV và tiếp tục ủ thêm 35 ngày, hàm lượng lignin giảm thêm 6,67% và hàm lượng cellulose giảm 19,76% so với ban đầu. Sự thay đổi hàm lượng cellulose cho thấy cấu trúc lignin của mạt dừa đã được phá vỡ phần nào nên vi sinh vật có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ này một cách dễ dàng hơn trong quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng. 15 3.3.3. Sử dụng Ca(OH)2, Pleurotus sajor-caju và xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV phân giải lignin và cellulose trong mạt dừa Kết quả cho thấy từ 0 đến 56 ngày Pleurotus sajor-caju được nuôi cấy trong điều kiện vô trùng, có khả năng lan tơ trong mạt dừa giúp quá trình phân giải lignin tốt hơn tạo điều kiện cho xạ khuẩn tiếp xúc với cellulose. Mạt dừa được bổ sung nhiều chất dinh dưỡng trước khi sử dụng để trồng Pleurotus sajor-caju, do đó sau quá trình xử lý bằng Ca(OH)2, Pleurotus sajor-caju và xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV, tiến hành xác định một số chỉ tiêu nhằm mục đích ứng dụng mẫu mạt dừa này làm nguyên liệu trong sản xuất phân bón. Bảng 3.2 : Một số chỉ tiêu trong mạt dừa sau 96 ngày xử lý bằng Ca(OH)2, Pleurotus sajor-caju và xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV Chỉ tiêu Mạt dừa ban đầu Lignin (%) Cellulose(%) Nitơ (%) C (%) C/N P2O5 K2 O 65,98 21,71 0,27 45,8 170,24 Mạt dừa sau 56 ngày lan tơ của nấm bào ngư 19,19 16,59 0,97 11,59 11,96 Mạt dừa sau 96 ngày (bổ sung xạ khuẩn ở ngày 56) 16,29 9,79 1,07 10,01 9,35 0,28 1,98 Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.2 cho thấy mạt dừa sau khi trồng Pleurotus sajor-caju và ủ với xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 được xử lý bằng tia UV chứa khá đầy đủ các chất dinh dưỡng có thể 16 dùng làm phân bón cho cây sau khi bổ sung thêm một số chất đa lượng và vi lượng theo nhu cầu của từng loại cây. Các kết quả nghiên cứu về khả năng phân giải lignin và cellulose trong mạt dừa bởi các tác nhân hóa học và sinh học được trình bày tóm tắt trong bảng 3.3 . Mạt dừa là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất chỉ xơ dừa nên hàm lượng lignin thường không ổn định. Trong bảng kết quả 3.3, hàm lượng lignin, cellulose, nitơ tổng số, carbon tổng số và tỉ lệ C/N ban đầu được xem là 100% Bảng 3.3: Sự thay đổi hàm lượng lignin, cellulose, nitơ tổng số, carbon tổng số và tỉ lệ C/N trong mạt dừa dưới tác dụng của các tác nhân hóa học và sinh học Các tác nhân Chỉ tiêu Thời gian xử lý Lignin (%) Cellulose (%) Nitơ tổng số (%) Carbon tổng số (%) C/N Ban đầu 100 100 Ca(OH)2 + PC36201 Ca(OH)2 được 5%, shock nhiệt 2 ngày 45 ngày 68,82 42,44 Hầu như không đổi Ca(OH)2 + PC36201 được shock nhiệt + Xạ khuẩn được xử lý bằng tia UV 60 ngày 80 ngày 40,61 35,77 83,46 80,24 Ca(OH)2 + Pleurotus sajor-caju Ca(OH)2 + Pleurotus sajor-caju + Xạ khuẩn được xử lý bằng tia UV 56 ngày 29,08 74,80 76 ngày 27,00 54,77 96 ngày 24,69 45,09 100 177,78 229,63 307,41 355,00 377,78 396,30 100 39,30 37,12 32,07 25,07 24,08 21,86 100 21,56 16,02 10,40 7,02 6,35 5,49 17 Qua các kết quả được trình bày ở bảng 3.3 cho thấy việc phối hợp phương pháp sinh học và hóa học trong xử lý mạt dừa đạt kết quả cao: hàm lượng lignin giảm 65% - 75% và tỉ lệ C/N giảm 90% - 95% với thời gian phân giải 80 – 96 ngày, ngắn hơn nhiều so với thời gian phân giải trong tự nhiên (tính theo năm). Với các chỉ tiêu đạt được mạt dừa đã qua xử lý trở thành nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ có thể dùng bón trực tiếp cho cây hoặc phối trộn với các yếu tố dinh dưỡng khác để đáp ứng nhu cầu của từng loại cây hoặc ở từng giai đoạn phát triển khác nhau của cây. 3.4. Nghiên cứu một số khả năng ứng dụng của mạt dừa trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường Ba phần nghiên cứu trước của đề tài được tiến hành nhằm mục đích làm giảm hàm lượng lignin, một yếu tố làm cản trở quá trình mùn hóa của mạt dừa để có thể sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất phân hữu cơ. Tuy nhiên việc chậm mùn hóa của mạt dừa cũng là tính chất thuận lợi để làm giá thể trồng rau. Vì vậy, đề tài đã tiến hành tìm các hướng xử lý khác, như nghiên cứu các điều kiện sử dụng mạt dừa làm giá thể trồng cây, hay dựa vào khả năng hút ẩm tốt của mạt dừa để xử lý nước rỉ rác với mong muốn là từ hai nguồn phế thải gây ô nhiễm môi trường có thể tạo nên sản phẩm có ích cho xã hội. 3.4.1. Biện pháp sử dụng mạt dừa làm giá thể trồng rau sạch Than bùn là loại vật liệu thường được sử dụng làm giá thể. Để xác định khả năng ứng dụng của mạt dừa làm giá thể trồng cây, xây dựng các nghiệm thức thay thế dần lượng than bùn bằng mạt dừa và đánh giá hiệu quả của nó. Các nghiệm thức được trồng trên 3 lô khác nhau để khảo sát 2 loại phân bón (Lô A bón phân chậm tan dạng bột, Lô B bón phân chậm tan dạng viên, Lô C bón phân dạng bột:dạng viên = 18 1:1). Đối chứng là đất trồng thương mại của công ty Humic. Đánh giá hiệu lực nông học thông qua sự gia tăng trọng lượng cải theo thời gian (15 và 40 ngày) và khả năng tái sử dụng của giá thể mạt dừa thông qua độ mùn hóa cũng như tỉ lệ C/N. 3.4.1.1. Một số chỉ tiêu ban đầu trong mạt dừa Kết quả cho thấy pH của mạt dừa gần trung tính, thích hợp làm nguyên liệu trồng cải ngọt. Trong mạt dừa, hàm lượng lignin và tỉ lệ C/N cao, đây là yếu tố làm giảm tốc độ mùn hóa của mạt dừa, điều này rất có lợi và đáp ứng được yêu cầu trong việc sử dụng mạt dừa làm giá thể. Lượng N tổng số quá thấp (0,1%), không có giá trị dinh dưỡng cho cây trồng. Do đó cần bổ sung đạm dễ tiêu cung cấp cho sự phát triển của cây trồng. 3.4.1.2. Hiệu lực nông học của 4 nghiệm thức Thời gian sinh trưởng của cải ngọt là 35 – 45 ngày, do đó đã theo dõi hiệu lực nông học của cải ở thời điểm 15 ngày và 40 ngày để đánh giá chất lượng của các nghiệm thức. Kết quả cho thấy các giá thể được bón phân chậm tan dạng viên (lô B) cho trọng lượng cải tốt nhất. Các cây ở lô C bón cùng lúc phân dạng viên và dạng bột (tỉ lệ 1:1) cũng đều có trọng lượng cao hơn các cây lô A chỉ bón phân dạng bột. Như vậy có thể kết luận là giá thể thử nghiệm thích hợp nhất là dùng loại phân chậm tan dạng viên. Hơn nữa hàm lượng mạt dừa trong các nghiệm thức càng cao thì độ thông thoáng giúp rễ len lõi và sử dụng chất dinh dưỡng dễ dàng hơn nên các cây ở nghiệm thức 1 (chứa 95% mạt dừa : 5% phân trùn, không có than bùn) có trọng lượng lớn nhất. 3.4.1.3. Sự mùn hóa của giá thể Thành phần C tổng số trong mạt dừa khá cao, sau khi trộn với than bùn thì hàm lượng C giảm dần theo tỉ lệ than bùn bổ sung tăng dần (vì hàm lượng C trong than bùn ít hơn trong mạt dừa). Hiệu số hàm 19 lượng C tổng số của mẫu ban đầu và mẫu sau 40 ngày trồng cải ở nghiệm thức 1 chứa 95% mạt dừa và 5% phân trùn là thấp nhất, điều này đồng nghĩa với tốc độ phân giải giá thể chậm nhất. Còn hàm lượng nitơ của giá thể tăng dần trong quá trình trồng cải, và nghiệm thức 1 có hàm lượng N tổng số tăng cao nhất cũng tương ứng với cây cho trọng lượng lớn nhất sau 40 ngày trồng điều này chứng tỏ nghiệm thức này giữ phân tốt. 3.4.1.4. Humic acid, fulvic acid Kết quả thu được như sau: humic acid là 4,88%, fulvic acid là 3,29%, đây là các acid có lợi vì kích thích sự sinh trưởng của cây. Như vậy nghiệm thức 1 (95% mạt dừa, 5% phân trùn và phân chậm tan dạng viên) đạt đầy đủ các yêu cầu cần thiết của giá thể trồng cây: tơi xốp, thoáng khí, trung tính, trơ, sạch, giữ ẩm, giữ phân, kích thích sinh trưởng cho cây. Trọng lượng cải đạt được 115,47g, khả năng giữ đạm tốt, hàm lượng N tổng là 1,71%, tốc độ phân giải chậm, hàm lượng C tổng số là 27,93% so với ban đầu là 37,55%. Hình 3.6: Cây đối chứng và các cây thuộc lô A, B, C với thành phần giá thể chứa 95% mạt dừa : 5% phân trùn sau 40 ngày trồng 20 3.4.2. Bước đầu khảo sát biện pháp sử dụng mạt dừa làm vật liệu xử lý nước rỉ rác đô thị Nước rỉ rác chứa hàm lượng đạm khá cao và một số khoáng chất khác. Tuy nhiên, nước rỉ rác lại có chứa thành phần hữu cơ khó phân giải, có mùi hôi khó chịu, số lượng rất lớn gây ô nhiễm môi trường. Một trong những đặc tính nổi bật của mạt dừa là khả năng hút ẩm khá tốt của nó. Kết quả cho thấy sau 3 ngày ủ với mạt dừa thì nước rỉ rác hoàn toàn mất mùi hôi. Điều này là do mạt dừa (đặc biệt là mạt dừa phơi khô) có khả năng hút nước và khử mùi rất tốt, bản chất tương tự như than hoạt tính. Nhằm chuyển hóa các thành phần hữu cơ và vô cơ khá phức tạp trong 2 loại phế thải này thì biện pháp sử dụng vi sinh vật có thể được cho là tối ưu nhất vì không gây ô nhiễm môi trường trong quá trình xử lý, chi phí thấp và giữ được sự bền vững của môi trường. Quá trình hoạt động của vi sinh vật sẽ chuyển hóa các thành phần có sẵn trong mạt dừa và nước rỉ rác thành các chất dễ tiêu làm nguyên liệu sản xuất phân bón. Do đó tiến hành khảo sát ảnh hưởng của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4, P. chrysosporium (PC36201) và chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM lên hỗn hợp mạt dừa và nước rỉ rác 3.4.2.1. Bổ sung xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 vào hỗn hợp mạt dừa và nước rỉ rác Kết quả trong phần thí nghiệm 1.1.3 và 1.2.4 đã chứng minh được rằng khả năng phân giải lignin của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 rất yếu. Trong phần thí nghiệm này khả năng phân giải lignin có phần giảm sút hơn khi phối trộn mạt dừa với nước rỉ rác. Tuy nhiên kết quả cũng cho thấy nước rỉ rác có chứa vi sinh vật phân giải lignin và cellulose. Hàm lượng cellulose trong hỗn hợp mạt dừa và nước rỉ rác chỉ giảm khoảng 3% dưới tác động của xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 và hệ vi sinh vật trong nước rỉ rác. Sự kết hợp giữa xạ khuẩn Streptomyces sp. V4 và vi sinh vật trong nước rỉ rác làm tăng lượng nitơ tổng số trong hỗn hợp mạt dừa và nước rỉ rác sau 45 ngày ủ.
- Xem thêm -