Công nghệ vi sinh và môi trường

 CÔNG NGHỆ VI SINH VÀ MÔI TRƯỜNG 
 ------ 
 I. NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 
 1. Phá rừng: Có thể xem phá rừng là nguyên nhân cơ bản, là nguồn gốc của nhiều 
nguyên nhân khác làm mất cân bằng hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường. 
 Hình 12.1. Hiện trạng rừng Việt Nam năm 1943 (trái) và năm 1999 (phải) 
 Bảng 12.1. Diễn biến diện tích rừng từ năm 1943 đến năm 1999 
 Đơn vị tính: 1000ha 
 - Xã hội càng văn minh, con người càng có nhu cầu sử dụng nhiều loại phương tiện gây ô 
nhiễm môi trường như xe có động cơ, tủ lạnh... Ô nhiễm do xe cộ thải ra trong môi trường không 
khí ngoài CO2 ra còn có cả Pb. 
 Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác cũng gây ô nhiễm môi trường, có nguyên nhân 
thường xuyên, có nguyên nhân xảy ra đột xuất. Ví dụ: cháy rừng, đắm tàu chở dầu, tai nạn nhà 
máy hạt nhân, thử vũ khí hạt nhân, vũ khí hóa học, chiến tranh. . . 
 15,85% 32,75%
 9,86%
 11,27%
 11,97%
 7,75%
 1,76% 8,80%
 C«ng nghiÖp §iÖn, ®iÖn tö C«ng nghiÖp Ho¸ chÊt
 C«ng nghiÖp NÆng C«ng nghiÖp NhÑ
 C«ng nghiÖp Thùc phÈm S¶n xuÊt VËt liÖu x©y dùng
 S¶n xuÊt thñ c«ng Ngµnh kh¸c
 Hình 12.4.Xung đột giữa phát triển kinh tế và ô nhiễm môi trường 
 II. MỘT SỒ BIỆN PHÁP VI SINH GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 
 Việc bảo vệ môi trường có thể thực hiện theo các phương pháp cơ bản là: 
 - Triệt tiêu nguyên nhân hay hạn chế nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. 
 - Xử lý hậu quả mà các nguyên nhân đã gây ra sự ô nhiễm. 
 Với những phương hướng đó, CNVS có thể góp phần bảo vệ môi trường theo các biện 
pháp sau: 
 1. Trồng cây xanh: Trồng cây xanh để phủ xanh đất trống đồi trọc, cải tạo đất, cải tạo 
môi sinh, cải tạo hệ sinh thái. . . là biện pháp hữu hiệu hạn chế sự ô nhiễm môi trường do rừng bị 
tàn phá gây ra. 
 2. Dùng phân sinh học thay phân hóa học: 
 Hạn chế sử dụng phân hóa học nhờ CNSH tạo ra các dạng phân sinh học như 
Nitragin, azotobacterin, phân lân vi sinh. . . Nhờ đó giảm thiểu sự ô nhiễm do phân học học gây 
ra. 
 3.Dùng phương pháp sinh học để bảo vệ thực vật thay cho thuốc trừ sâu 
 - Dùng VSV diệt côn trùng gây hại 
 - Dùng động vật diệt côn trùng gây hại 
 - Công nghệ gen tạo giống cây chịu sâu bệnh 
2.1. Phân vi khuẩn nốt sần (Nitragin): 
 Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizobium do Beijerink phân lập năm 
1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp của họ đậu. 
 Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và được đặt tên là 
nitragin: Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga 
(1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914). Tùy từng nước mà nitragin sản xuất ra dưới những hình 
thức khác nhau: trên thạch, trong dịch thể, hấp thụ vào than bùn, đất vườn. . . 
 Hình 12.6. Một số dạng chế phẩm Nitragin 
 Quá trình sản xuất nitragin được tiến hành theo các bước sau: 
 - Phân lập vi khuẩn nốt sần từ nốt rễ các cây họ đậu 
 - Tuyển chọn các chủng có hoạt tính cố định đạm cao, có khả năng chịu đựng được các 
điều kiện bất lợi của môi trường và có khả năng cạnh tranh được với các VSV khác sống xung 
quanh rễ cây; có khả năng sống sót trên hạt khi tẩm nhiễm. 
 - Nhân giống rồi cho hấp thụ vào chất mang. 
 Theo GS.Nguyễn Lân Dũng trong hoàn cảnh nước ta hiện nay trước mùa gieo một loại 
đậu đỗ nào đó, các phòng thí nghiệm nhỏ tổ chức ở các tỉnh sẽ sản xuất các ống nghiệm thạch 
nghiêng cấy vi khuẩn nốt sần và chuyển trực tiếp xuống các hợp tác xã, các nông trường, ở đây 
giống được nhân lên trong các môi trường đơn giản (chứa nước chiết đậu 5%, với 1% đường 
kính). Sau 72 giờ nuôi cấy trong mỗi ml môi trường này có thể đạt tới 3800.1016 vi khuẩn nốt sần 
điền thanh hoặc 2800.1016 tế bào vi khuẩn nốt sần lạc. Đem tẩm vào hạt hoặc bón vào đất. . . Cần 
chú ý tránh sử dụng đồng thời các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ có khả năng tiêu diệt hoặc ức 
chế sự phát triển của vi khuẩn nốt sần. 
 Trong nhiều năm gần đây, tiếp theo việc nghiên cứu và sử dụng phân đạm sinh học để 
thay cho phân đạm hóa học người ta cũng đã đi sâu nghiên cứu việc chế tạo phân lân sinh học. 
 Để phân hủy dạng lân hữu cơ khó tan, người ta đã sử dụng nhóm VSV có khả năng phân 
hủy lân hữu cơ như: Bacillus mycoides, B.subtilis, Proteus vulgaris . . . 
 Để phân hủy lân vô cơ, cần sử dụng VSV nhóm: Bacillus megatherium. B.mycoides, 
B.butyricus, Pseudomonas gracilis, P.herbicola, P.radiobacter. . . Nấm mốc Aspergillus niger. 
Quá trình sản xuất phân lân sinh học tiến hành qua các bước chủ yếu sau: 
 - Phân lập và thuần khiết các VSV có khả năng phân giải lân 
 - Tuyển chọn chủng có hoạt tính phân giải lân cao, có khả năng thích hợp với các điều 
kiện sống khác nhau trong môi trường đất, có khả năng tồn tại trong chất mang khi sản xuất chế 
phẩm. 
 - Nhân giống VSV để gia tăng số lượng VSV phân giải lân 
 - Chế tạo chế phẩm bằng cách trộn VSV phân giải lân với chất mang với tỷ lệ thích 
hợp. Chất mang thường dùng là than bùn, đất bột apatit, có thể bổ sung thêm 1% đường làm chất 
dinh dưỡng cho vi khuẩn phát triển tốt, chế phẩm có thể ở dạng bột hay dạng viên. 
 3.Thuốc sinh học bảo vệ thực vật 
 Việc sử dụng quá nhiều thuốc hoá học trừ sâu và diệt cỏ dại trong nông nghệp ngày 
càng dẫn đến hậu quả ô nhiễm môi trường và phá hoại hệ sinh thái tự nhiên. Thuốc sinh học bảo 
vệ thực vật dựa trên quan hệ đối kháng giữa các nhóm vi sinh vật với nhau, giữa côn trùng với 
nhau, cũng như giữa VSV với côn trùng. Các quan hệ đối kháng này vốn đã có trong tự nhiên, nó 
chính là một trong các yếu tố tự điều chỉnh của hệ sinh thái. Khi một loài nào đó trong hệ sinh thái 
phát triển quá nhiều về số lượng thì có một loài khác dùng nó làm thức ăn cũng phát triển mạnh 
và tiêu diệt nó. Nhờ các quan hệ đối kháng như vậy, các loài trong tự nhiên luôn luôn được giữ ở 
thế cân bằng. Hệ sinh thái tự nhiên được bảo tồn nhờ những quy luật tự điều chỉnh như vậy. Khi 
sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu và diệt cỏ, các loài đối kháng vốn đã ít lại bị tiêu diệt đi cùng với 
côn trùng gây hại, và vì thế yếu tố điều chỉnh tự nhiên ngày càng mất đi. 
 Phương pháp sinh học bảo vệ thực vật nhằm mục đích phục hồi những loài đối kháng 
với côn trùng gây hại, dựa trên nguyên tắc nuôi nhân tạo các loài đối kháng, thả ra thiên nhiên ở 
những nơi có nhiều loài gây hại. Có thể sử dụng biện pháp côn trùng diệt côn trùng như nuôi nhân 
tạo ong mắt đỏ Tricoderma để diệt trừ sâu xám và một số loại sâu khác. Có thể sử dụng biện pháp 
diệt côn trùng như như nuôi cấy Bacillus thuringiensis để gây bệnh cho các loài sâu hại cây 
trồng. 
 Trong tế bào của loại vi khuẩn B. thuringiensis có những hạt tinh thể hình quả trám có 
độc tính đối với côn trùng. Những vi khuẩn diệt côn trùng đầu tiên được phân lập ra đầu tiên từ 
côn trùng bị bệnh. Sau đó được nuôi cấy, nhân giống và cuối cùng được đưa trở lại thiên nhiên, 
gây dịch bệnh hàng loạt cho côn trùng hại cây. Hiện nay có hai nhóm biện pháp có thể sử dụng 
VSV để phòng trừ bệnh cây: dùng VSV diệt côn trùng và dùng VSV diệt VSV bằng khả năng 
sinh chất kháng sinh. 
 Khi nang bào tử phát triển đến một giai đoạn nào đó, chúng sẽ nứt ra, giải phóng bào tử 
và tinh thể. Kích thước bào tử 0,8-0,9m x 2m. Bào tử dạng ngủ có thể đề kháng với các điều 
kiện môi trường bất lợi. Chế phẩm vi khuẩn thường được bảo quản ở dạng bào tử. Tinh thể 
thường có kích thước thay đổi, nhưng thường vào khoảng 0,6m x 2m; hình thoi, hình bầu dục 
tùy theo loài và loại môi trường. 
 Hình 12.9. Nang bào tử vỡ giải phóng bào tử và tinh thể độc của BT 
 3.1.2.Cơ chế gây độc của tinh thể độc BT 
 Hình 12.10. Cơ chế hoạt động của tinh thể đôc diệt côn trùng 
 Tinh thể độc cùng với bào tử xâm nhập vào cơ thể sâu bằng con đường tiêu hóa khi sâu 
ăn phải lá có vi khuẩn. Trong điều kiện bình thường, tinh thể độc không hòa tan. Khi đi vào ruột 
giữa của sâu, nơi có pH kiềm cao (>9,5) làm cho tinh thể độc tan ra. Tuy nhiên, dạng hòa tan này 
chưa phải là dạng hoạt động. Dạng tiền độc tố này được protease trong ruột giữa của sâu hoạt hóa 
thành dạng hoạt tính độc tố . Độc tố này liên kết với tế bào biểu mô thành ruột, đâm qua màng 
 Bảng 12.2 Môi trường dùng để phân lập vi khuẩn B. thuringiensis 
 Nguyên liệu (g/l) Môi trường 1 Môi trường 2 Môi trường 3 Môi trường 4 
 Glucose 15 5 3 
 Saccarose 10 
 Cao ngô 4.5 
 Tinh bột ngô 6.0 5 
 Cao nấm men 3.5 2 
 K2HPO4 1 
 KH2PO4 1 1 
 NaOH 0.43 
 CaCl2 0.1 
 Pepton 10 30 10 
 NaCl 2 5 
 MgSO4.7H2O 0.1 
 Na2HPO4 5 
 Cao thịt 3 
 (Dẫn theo Trần Cẩm Vân, 1995). 
 b.Tuyển chọn chủng thích hợp: Cần tuyển chọn chủng vi khuẩn BT mang các đặc điểm: 
 -Có hiệu lực diệt sâu cao 
 -Có tỉ lệ sống sót cao khi phun một số lượng lớn ra ngoài đồng ruộng 
 -Có khả năng sinh trưởng, phát triển, giữ hoạt tính trong điều kiện nuôi cấy nhân giống 
ở phòng thí nghiệm. 
 -Có tỉ lệ sống sót cao trong chế phẩm. 
 c.Lên men tạo chế phẩm: Để sản xuất chế phẩm BT có 3 phương pháp chính: Lên men 
trên môi trường lỏng (lên men chìm), lên men trên môi trường đặc và lên men trên môi trường bán 
lỏng (còn gọi là lên men xốp). 
 Sau đây chúng tôi xin giới thiệu phương pháp lên men chìm: 
 -Nhân giống cấp 1; Môi trường có thành phần như MT 1 Bảng IV.1 
 -Nhân giống cấp 2: Môi trường có thành phần (g/l): 
 Glucose -3; Khô lạc - 5; Bột cá- 5; Cao ngô-5; Dầu đậu tương- 2.5ml; nước 1lit. 
 -Lên men : Môi trường lên men chìm có thành phần g/l): 
 Khô lạc - 20; Bột cá- 5; Cao ngô-18; CaCO3- 5; MgSO4.7H2O-0.07; Dextrin- 5; 
K2HPO4- 0.4; Dầu đậu tương- 3ml; nước 1lit.