Thạc Sĩ Nghiên cứu khả năng sinh enzym cellulase của một số chủng nấm sợi phân lập từ rừng ngập mặn Cần Giờ

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Sự hiện hữu của rừng ngập mặn (RNM) Cần Giờ là kết quả của hơn 25 năm phục hồi và phát triển bằng các nổ lực to lớn của chính quyền và nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh. Vào ngày 21 tháng 1 năm 2000, Ủy ban MAB/ UNESCO đã công nhận RNM Cần Giờ là khu dự trữ sinh quyển đầu tiên tại Việt Nam [55].

RNM Cần Giờ là nơi lưu trữ các nguồn gen sinh vật quí hiếm và bền vững, có khả năng chịu đựng điều kiện sống rất đặc biệt khắc nghiệt. Là nơi có hệ VSV vô cùng phong phú và đa dạng như nấm sợi, vi khuẩn, xạ
khuẩn ., trong đó nấm sợi chiếm số lượng rất lớn. Nấm sợi đóng vai trò rất quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất và năng lượng của hệ sinh thái RNM, nhờ có khả năng sinh các loại enzym ngoại bào như cellulase, protease, kitinase, amylase, enzym phân giải dầu Đặc biệt, enzym cellulase do nấm sợi sống trong RNM sinh ra là rất lớn. Do thảm thực vật dày đặc ở RNM Cần Giờ là nơi sinh sống tốt nhất, nguồn thức ăn dồi dào nhất cho các chủng nấm sợi có khả năng sinh enzym này.

Enzym cellulase là hệ enzym bao gồm các loại enzym: C1, Cx, β-glucosidase, có khả năng hoạt động phối hợp để phân giải cellulose thành glucose. Enzym cellulase được ứng dụng trong nông nghiệp để chế biến thức ăn chăn nuôi, trong công nghiệp thực phẩm để chế biến thực phẩm, trong quá trình li trích các chất từ thực vật, trong việc phân hủy các phế liệu giàu cellulose .Theo Bhat (2000), xấp xỉ 20% trong số 1 tỷ USD thu được từ lượng enzym công nghiệp được bán ra trên thế giới gồm các enzym cellulase, hemicellulase và pectinase. Đến năm 2005, thị trường enzym công nghiệp trên thế giới tăng từ 1,7- 2,0 tỷ USD. Hàng năm, nước ta phải nhập ngoại một lượng lớn những nguồn enzym cellulase để giải quyết vấn đề sản xuất và xử lý ô nhiễm MT. Việt Nam là nước nhiệt đới có nền nông nghiệp rất phong phú, đa dạng và đang trên đà phát triển. Vì vậy, lượng phế thải nông nghiệp rất dồi dào, cùng với sự công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ô nhiễm MT đang trở thành nguy cơ thật sự. Thành phần chính trong phế thải rắn trong sinh hoạt công, nông, lâm nghiệp là cellulose.

Trong khi đó, RNM Cần Giờ là kho dự trữ các chủng VSV có hoạt tính enzym cao chưa được khai thác. Các công trình khoa học nghiên cứu về khả năng sinh enzym cellulase của các chủng nấm sợi ở RNM Cần Giờ cho
đến nay vẫn còn bỏ ngõ.
Từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên gợi ý cho tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh enzym cellulase của một số chủng nấm sợi phân lập từ rừng ngập mặn Cần Giờ”.

2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Các công trình nghiên cứu nấm sợi sinh enzym cellulase Khả năng sinh enzym cellulase chủ yếu được tổng hợp từ nấm sợi Trichoderma và Aspergillus. Ở Mỹ, năm 1983 PTN của Quân đội Mỹ ở Natik và trường đại học Rutgers, sử dụng chủng Trichoderma viride QM6 hoang dại để sản xuất cellulase đầu tiên. Sau đó, gây biến chủng và chọn lọc được biến chủng QM9414 có khả năng sinh ra cellulase cao (theo Rehm, 1983) [74].
Năm 1998, YU đã nuôi cấy T. reesei Rut 30 trong MT chứa 5% bột cellulose và 1% cám mì, thu được hoạt lực CMCase 232,4 IU/g [68].
Năm 2000, Sonia Couri khảo sát khả năng sinh tổng hợp các enzym như polygalacturonase, cellulase, xylanase và protease từ A. niger 3T5B8 trên nguồn phụ phế liệu nông nghiệp khác nhau bằng phương pháp lên men bán rắn và ứng dụng enzym trong việc tách chiết dầu thực vật [61].

Năm 2002, theo báo cáo gần đây của CORAL, dịch nuôi cấy A. niger trong MT Czapek-Dox chứa CMC1%, cho chạy điện di trên gel SDS-PAGE (chứa 0,2% CMC) phát hiện có hai vạch có hoạt tính CMCase và trọng lượng phân tử lần lượt là 83.000 và 50.000 Dalton [67]. Ở Việt Nam, năm 1989, Lê Hồng Mai nghiên cứu về sinh tổng hợp và một số đặc tính của cellulase (typ CMCase) ở A. niger VS-1 trên MT lên men bán rắn [40].

Năm 2001, Huỳnh Anh nghiên cứu về nấm sợi T. reesei sinh tổng hợp enzym cellulase trên MT lỏng với nguồn cacbon là CMC [40].
Năm 2002, Kiều Hoa nghiên cứu sinh tổng hợp enzym cellulase với nguồn cacbon là cellulose tinh khiết, cám trấu, bã mía, vỏ cà phê [22].
Năm 2003, Hoàng Quốc Khánh nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp và đặc điểm cellulase của A. niger Rnnl 363. Châu Hoàng Vũ cũng nghiên cứu thu nhận và tinh sạch enzym cellulase từ nấm mốc T. reesei bằng phương pháp lên men bán rắn [24], [57].
Năm 2004, Trần Thạnh Phong khảo sát khả năng sinh tổng hợp enzym cellulase từ T. reesei và A. niger trên MT lên men bán rắn [40].
Năm 2005, Lê Thị Hồng Nga nghiên cứu sự sinh tổng hợp cảm ứng pectinase và cellulase của một số chủng nấm mốc [27].

Các công trình nghiên cứu nấm sợi sinh enzym cellulase từ RNMCho đến nay, trên thế giới đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phân lập và phân loại nấm sợi trong hệ sinh thái RNM. Nhưng kết quả
nghiên cứu còn sơ sài, chưa đáp ứng được nhu cầu hiểu biết về sự đa dạng của nấm sợi cũng như vai trò của chúng trong hệ sinh thái RNM [64].
Trước đây, người ta cho rằng điều kiện MT RNM quá khắc nghiệt, không thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm sợi. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy trong điềukiện sống đặc biệt như vậy, thì con đường trao đổi chất của nấm sợi cũng khác hơn con đường trao đổi chất của các VSV trên đất liền. Vì vậy, sẽ có những sản phẩm trao đổi chất có tính chất đặc biệt hơn, khác lạ hơn trong đó có các enzym, chất kháng sinh mới [18].
Nhưng đến nay cũng chưa có công trình đi sâu nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các chủng nấm sợi từ RNM.

Ở Việt Nam, cho đến năm 2000 mới chỉ có một thông báo của Mai Thị Hằng và cs về nấm sợi RNM. Năm 2002, tác giả này tiếp tục nghiên cứu sự đa dạng, nghiên cứu khả năng diệt côn trùng và khả năng phân giải cacbua hydro của nấm sợi từ RNM ở hai tỉnh Nam Định, Thái Bình. Riêng ở RNM Cần Giờ chỉ có một số ít nghiên cứu về phân lập. Cho đến nay, vẫn chưa có nghiên cứu nào về khả năng sinh enzym cellulase của các chủng nấm sợi ở RNM Cần Giờ [19], [20], [21].

3. Mục đích nghiên cứu
Phân lập và tuyển chọn các chủng nấm sợi có khả năng sinh enzym cellulase từ RNM Cần Giờ.
Đề xuất hướng ứng dụng các chủng nấm sợi phân lập được.

4. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ sinh thái RNM Cần Giờ.
- Nấm sợi có khả năng sinh enzym cellulase ở RNM Cần Giờ.
- Enzym cellulase sinh ra từ nấm sợi.

5. Phạm vi nghiên cứu
Do hạn chế về thời gian nên đề tài chỉ nghiên cứu phân lập các chủng nấm sợi ở 6 xã của huyện Cần Giờ: xã Bình Khánh, xã An Thới Đông, xã Tam Thôn Hiệp, xã Long Hòa, xã Thạnh An, xã Lý Nhơn. Sau đó, chỉ nghiên cứu một số chủng nấm sợi có khả năng sinh một loại enzym cellulase trong hệ enzym này. Đề tài được thực hiện tại PTN Vi sinh, khoa Sinh Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và PTN Vi sinh, Viện Sinh học Nhiệt đới Thành phố Hồ Chí Minh.

6. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Phân lập các chủng nấm sợi từ RNM Cần Giờ.
- Tuyển chọn một số chủng nấm sợi có khả năng sinh enzym cellulase cao.
- Nghiên cứu các đặc điểm hình thái, sinh lí, sinh hóa và phân loại các chủng nấm sợi được tuyển chọn.
- Nghiên cứu các yếu tố MT ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển và sinh tổng hợp enzym cellulase của các chủng được chọn.
- Bước đầu thử nghiệm sử dụng nấm sợi sinh enzym cellulase vào việc phân hủy các chất phế thải, góp phần hạn chế ô nhiễm MT.

7. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lấy mẫu từ RNM Cần Giờ.
- Phương pháp vi sinh.
- Phương pháp hóa sinh.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp thống kê toán học.

8. Dự kiến cấu trúc
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận kiến nghị được trình bày như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và bàn luận
Kết luận và kiến nghị.