Vi sinh vật học nông nghiệp

VI SINH VẬT HỌC NÔNG NGHIỆPGiảng viên: CN. Nguyễn Đồng KhởiĐại học Bình DươngEmail: Dongkhoi_bdu@yahoo.comNội dungChương 1: Giới thiệuChương 2: Đại cương về vi sinh vậtChương 3: VirusChương 5: Di truyền ở vsv.Chương 6: Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh và phân bố vsv.Chương 7: Ứng dụng của vsv trong nông nghiệpChương 8: Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi, thú yChương 1: Giới thiệu1.1 Đối tượng và nhiệm vụ của vsv học nông nghiệp.Định nghĩa vsv: là những cơ thể vô cùng nhỏ bé, mà mắt thường không nhìn thấy được, chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi.Vsv bao gồm nhiều nhóm: virus, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi khuẩn lam, tảo,Vsv phân bố rất rộng rãi trong tự nhiênCác lĩnh vực vsv học: vsv đất, trồng trọt, bảo vệ thực vật, xử lý ô nhiễm môi trường, chăn nuôi, thú y, thủy hải sản, lâm nghiệp,Flash1.2 Nội dung của môn học vsv nông nghiệpTìm hiểu về các quy luật: phát sinh, phát triển, và tiến hóa của vsv.Tìm hiểu về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hóa, di truyền vsv.Trên cơ sở các kiến thức về vsv, định hướng trong nghiên cứu và sản xuất ra các chế phẩm vsv hữu ích ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp, phục vụ đắc lực cho hoạt động sống con người.1.4 Vai trò của vi sinh vật1. Vai trò thuận: + Tham gia vào quá trình hình thành đất trồng trọt, phân hủy, chuyển hóa các hợp chất thành các chất đơn giản, chất dinh dưỡng, cố định Nitơ, + Sản xuất các chất kháng sinh, vitamin, chất kích thích sinh trưởng, 2. Vai trò nghịch: +Gây bệnh cho người, động vật, thực vật, phá hủy mùa màng, thực phẩm,BackChương 2: Đại cương về vi sinh vật2.1 Phân loại vsvVSV nhân sơ(Procaryote)Vi khuẩn cổVsv nhân thực(Eucaryote)2.2 Các nhóm vsv:1. Vi khuẩn2. Xạ khuẩn3. Nấm men4. Nấm mốc5. Tảo6. Ricketxi7. Mycoplasma8. Virus2.3 Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩnSố lượng tế bào sau n lần phân chia: N=No.2n.Pha mở đầu: tính từ lúc bắt đầu cấy cho đến khi vi khuẩn đạt cực đại.Pha sinh sản: vi khuẩn sinh trưởng theo lũy thừa(N=No.2n).Pha ổn đinh: số lượng tế bào sinh ra bằng số lượng tế bào chết đi.Pha tử vong: số lượng tế bào giảm theo lũy thừaHình-Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩnLag phase: pha lag(pha mở đầu)Log,or exponential growht, phase: pha log(pha sinh sản)Stationary phase: pha ổn địnhDeath,or logarithmic decline,phase: pha tử vongỨng dụng lý thuyết sinh trưởng và phát triển trong thực tế: + Trong sản xuất, người ta khống chế sự phát triển của vi khuẩn có hại. Ngược lại, người ta tạo điều kiện cho vi khuẩn có lợi phát triển mạnh. + Sau pha ổn định là pha tử vong, do đó để vsv sinh trưởng và phát triển bình thường, phải cấy truyền vào môi trường dinh dưỡng mới.2.4 Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh. 2.4.1 Ảnh hưởng của các nhân tố vật lýĐộ ẩmNhiệt độÁp suất thẩm thấuTia bức xạ(ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại,tia X)2.4.2 Ảnh hưởng của các nhân tố hóa họcĐộ pH: pH ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng của vsv.Các chất sát trùng, ức chế, diệt khuẩnCác chất hóa trị liệu: độc đv vsv nhưng không gây hại cho động vật.Chất kháng sinh: mỗi loại kháng sinh chỉ tác động lên một (hoặc nhiều) nhóm vi khuẩn.Tiêu độc,khử trùng, tiệt trùng.Chương 3: Virus 3.1. Lịch sử nghiên cứu virus:Virus là loại vsv cực kỳ nhỏ bé(không thấy được bằng kính hiển vi thường) lọt qua được lưới lọc vi khuẩn nhỏ nhất, có khả năng gây bệnh cho thực vật, động vật.Năm 1982, Ivanopski phát hiện được tác nhân gây bệnh trên cây đốm cây thuốc lá và mở đầu cho việc định nghĩa virusVirus đốm thuốc láHerpex virusVirus dạiVirus cúm Phân loại Virus theo Baltimore 3.2. Sức đề kháng của virusDo cấu tạo đơn giản, nên virus rất nhạy cảm với các hóa chất(chất sát trùng, formol,), vật lý(nhiệt độ cao, tia cực tím,).Virus không bị ảnh hưởng bởi kháng sinh.Virus bắt buộc phải ký sinh trong tế bào chủ, do vậy thường phải nuôi cấy virus trên: +Động vật. Vd: virus toi gà(Newcastle) thì dung gà giò +Phôi thai gà +Trên môi trường tế bào tổ chức .-Capsid:-Glycoprotein:-Reverse transcriptase enzyme:-Viral envelope:-RNA:Cấu tạo virus HIVChương 4: Ứng dụng của vsv trong nông nghiệp4.1 Phân vi sinh vật cố định Nitơ:Là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vsv cố định nitơ, cung cấp nitơ cho đất và cây trồng.Các loài vsv có khả năng cố định nitơ: tảo lam(Cyanobacterium), vi khuẩn Azotobacter, Rhizobium, xạ khuẩn Actinomyces, Klebsiella.Các chế phẩm vsv cố định đạm: -Phân Nitragin, Ridafo, Azozin,Giống gốcCấy giốngMôi trường lên men cấp 1Lên men cấp 1Lên men cấp 2Sinh khối vsvXử lýChế phẩm dạng khôChế phẩm dạng lỏngỨng dụng CNSH vào lĩnh vực phân vsv cố định Nitơ:Sử dụng công nghệ gene để tạo ra chủng vsv cố định đạm với nhiều đặc tính tốt: khả năng cố định đạm cao, khả năng cộng sinh tốt,Chuyển gene cố định đạm từ vi khuẩn vào cây trồngcây trồng có thể tự cố định đạm được.4.2 Phân vsv phân giải photphat khó tan:Cây chỉ có thể hút được lân hòa tan trong dung dịch đất.Trong đất luôn tồn tại một số nhóm vsv hòa tan lân(phosphate solubilizing microorganisms-PMS)Nhóm vsv hòa tan lân gồm: Aspergillus niger, Pseudomonas sp, Bacillus sp,Một số loài vsv sống cộng sinh trên rễ cây có khả năng hút lân để cung cấp cho cây(mycorhiza sp)Các công đoạn sản xuất phân lân vi sinh tương tự như quy trình sản xuất phân vi khuẩn cố định đạm.Có 2 phương pháp sản xuất phân lân vi sinh: lên men bán rắn(bề mặt) và lên men chìm.Phương pháp lên men bán rắn tạo ra sản phẩm dạng bào tử hoặc dạng sợi. Người ta thường trộn bột quặng phosphorit với chế phẩm vsv để bón.Sản phẩm phân lân vsv trên thị trường: phosphobacterin, PB500Lên men bán rắn (solid state fermentation)Lên men chìm bằng bioreactor4.3 Phân hữu cơ vsv: Là loại phân được sản xuất từ các chất phế thải hữu cơ trộn chung với vsv.Phế thải hữu cơ: rơm rạ, lõi trấu, bã ngô, bã mía, mùn cưa, vỏ cà phê,Thông thường người ta trộn loại vsv chuyển hóa cellulose và hemicellulose: Aspergillus niger, Trichoderma reesei, Penicilium sp,Phương pháp chế biến phân hữu cơ vsv: trộn chất phế thải hữu cơ với vsv  ủ từ 1-4 tháng.4.4 Chế phẩm vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây:Là phân chứa một hay nhiều nhóm vsv khác nhau, những vsv này được phân lập từ tập đoàn vsv đất.Chế phẩm hiện nay được quan tâm là: chế phẩm E.M(effective microorganisms). Chế phẩm E.M gồm khoảng 80 loài vsv (thuộc nhóm vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn,vi khuẩn quang hợp,). Tác dụng tốt của chế phẩm E.M đã được công nhận ở nhiều nơi trên thế giới.Các tác dụng của chế phẩm E.M: cải tạo đất, tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh, góp phần làm sạch môi trường.Chế phẩm E.M được dùng rộng rãi trong trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản.4.5 Chế phẩm virus:Là loại chế phẩm có chứa virus gây bệnh trên côn trùng hại cây trồng.Virus trong chế phẩm thuộc 2 họ: Baculovirus và Reoviridae.Virus gây bệnh trên côn trùng có đặc điểm: gây bệnh cho loài vật chủ nhất định.Dịch virus được giải phóng từ cơ thể sâu bị hại sẽ rơi xuống đất hoặc bám trên các bộ phận của thực vật tạo thành nguồn virus lan truyền bệnh.Quy trình sản xuất chế phẩm virusNuôi sâu hàng loạtNhiễm bệnh virus cho sâuThu sâu chết, nghiền, ly tâm loại cặn bãTrộn thêm chất phụ giaLàm khôĐóng góiKiểm tra chất lượng4.6 Chế phẩm BT(Bacillus thuringienesis)Vi khuẩn Bacillus thuringienesis sản xuất tinh thể độc có tác dụng tiêu diệt sâu hại(sâu tơ, sâu xanh, bướm trắng,).Sâu khi ăn phải thuốc sẽ ngừng ăn sau vài giờ và chết sau 1 – 3 ngày Hiện nay, người ta đã chuyển gene BT vào một số cây(bắp, bông vải,) Chế phẩm BT trên thị trường:Vi-BT 32000WP, 16000WP; BT Xentary 35WDG, Firibiotox  P dạng bột; Firibiotox  C 4.7 Chế phẩm Trichoderma sp :Trichoderma là loại nấm đối kháng có tác dụng cao trong việc thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ và có nhiều tác dụng, được dùng cho các loại cây trồng.Chống được các loại nấm bệnh cây trồng gây bệnh thối rễ, chết yểu, xì mủ, do các nấm bệnh gây nên (Fusarium, Sclerotium, )Tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật cố định đạm sống trong đất phát triển.Sinh tổng hợp các enzyme cellulase, chitinase, protease, pectinase, amlylase nên có khả năng phân giải tốt các chất xơ, chitin, lignin, pectin trong phế thải hữu cơ thành các đơn chất dinh dưỡng, tạo điều kiện cho cây hấp thu được dễ dàng-          Kết hợp với phân hữu cơ có tác dụng cải tạo đất xốp hơn, chất mùn nhiều hơn, đất trồng có độ phì cao hơn. -          Hạn chế việc sử dụng các phân bón hoá học và thuốc trừ sâu hoá học độc hại4.8 Một số chế phẩm không phải là chế phẩm vsv: 7.8.1 Chế phẩm từ cây Neem: Có chứa họat chất Azadirachtin, có hiệu lực phòng trừ nhiều lọai sâu hại trên cây trồng như lúa, rau màu, cây công nghiệp, cây ăn trái, hoa kiểng. Thuốc tác động đến côn trùng gây hại bằng cách gây sự ngán ăn, xua đuổi, ngăn sự lột xác của côn trùng cũng như ngăn cản sự đẻ trứng là giảm khả năng sinh sản.Các sản phẩm thương mại tương tự từ cây Neem: Neemaza, Neemcide 3000 SP, Neem Cake 4.8.2 Chế phẩm Rotenone: Được chiết xuất từ hai giống cây họ đậu là Derris elliptica Benth và Derris trifoliata có thể sử dụng như một lọai thuốc trừ sâu thảo mộc có tác dụng diệt trừ sâu rầy trên lúa, ốc bươu vàng cũng như các lọai cá dữ, cá tạp trong ruộng nuôi tôm. 4.9 Chế phẩm từ tuyến trùngChế phẩm có nguồn gốc tuyến trùng: (tuyến trùng Entomopathogenic nematodes (EPN)). Tuyến trùng ký sinh và gây bệnh cho côn trùng. Tuyến trùng sẽ là tác nhân triển vọng bởi vì nó có khả năng diệt sâu nhanh, phổ diệt sâu rộng, an toàn cho người, động vật và không gây khả năng "kháng thuốc" ở sâu hại. Chương 5: Ứng dụng vsv trong chăn nuôi thú y.5.1. Công nghệ sản xuất sinh khối nấm men:Nấm men dùng để sản xuất gồm 3 giống: Saccharomyces, Candida, Torulopsis.Nấm men có tốc độ sinh trưởng nhanh, khả năng tổng hợp sinh khối cao.Nguyên liệu cho việc nuôi cấy,sản xuất nấm men: rỉ đường, tinh bột, bã rượu,Sinh khối nấm men được ứng dụng nhiều trong chăn nuôi gia súc, gia cầm.Quy trình sản xuấtNồi lên men công nghiệpPTNSản xuất nấm menXử lý nhiệtPhá vỡ tế bào TáchQuá trình phá vỡ tế bàoSấy khô và đóng góiYeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext..Yeast Ext.Nấm men Cô đặcNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimos Vách tế bào nấm men5.2. Công nghệ sản xuất enzyme:Trước đây, con người sản xuất enzyme từ động vật, thực vật. Tuy nhiên hiệu quả không cao và không kinh tế.Vsv có khả năng tổng hợp enzyme nhanh. Do vậy vsv được ứng dụng để sản xuất enzyme với số lượng lớn.Phương pháp sản xuất enzyme: lên men bề mặt và lên men chìm.Phương pháp lên men bề mặt bán rắn:Nguyên liệu: cám mì, cám gạo,Độ ẩm:48% - 60%Giống(vi khuẩn hoặc nấm mốc) được cấy vào các khay bằng nhôm(hoặc nhựa). Sau đó đưa vào phòng nuôi cấy với các điều kiện phát triển thích hợp (nhiệt độ, pH,độ ẩm thích hợp).Ưu điểm: nồng độ và hoạt tính enzyme cao, dễ sấy khô, dễ vận chuyển,thiết bị đơn giản,Nhược điểm: cần mặt bằng lớn và chi phí lao động cao, khó cơ giới hóaPhương pháp lên men chìm:Giống được nhân lên trong PTN sau đó lên men ở quy mô lớn trong các bình bioreactor(dung dịch nuôi cấy lỏng)Ưu điểm: sản xuất ở quy mô lớn, kiểm soát được các thông số(pH,to,nồng độ dinh dưỡng,), chi phí nhân công ít.Nhược điểm: chi phí đầu tư lớn, khi bị nhiễm sẽ làm nhiễm toàn bộ dịch nuôi cấy.Lên men chìm bằng bioreactorQuy trình sản xuấtNồi lên men công nghiệpPTNSản xuất nấm menXử lý nhiệtPhá vỡ tế bào TáchQuá trình phá vỡ tế bàoSấy khô và đóng góiYeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext.Yeast Ext..Yeast Ext.Nấm men Cô đặcNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimosNutrimos Vách tế bào nấm menỨng dụng CNSH trong sản xuất enzyme:Cải tạo giống vsv để cho năng suất enzyme cao hơn. Vd: gây đột biến bằng các tác nhân vật lý, hóa học để nâng cao hoạt tính, sản lượng enzyme.Chuyển gene mã hóa enzyme từ tế bào này sang tế bào khác, giúp cho việc nuôi cấy, thu enzyme dễ dàng hơn. Vd:chuyển gene phytase từ A.niger sang E.coli.Chuyển gene mã hóa enzyme bền nhiệt vào vi khuẩn E.coli.5.3. Công nghệ sản xuất acid amin:Hiện nay acid amin được sử dụng nhiều trong chăn nuôi nhằm cân đối về dinh dưỡng trong khẩu phần thức ăn.Vd:lysine, methionine, valin,. Các acid amin tồn tại ở 2 dạng đồng phân D- và L-. Và chỉ có dạng L- mới có ý nghĩa.Người ta dùng phương pháp lên men vsv để sản xuất acid amin. Sản phẩm là acid amin dạng L-Phương pháp sản xuất acid amin:Thủy phân các nguyên liệu tự nhiên chứa protein bằng acid, kiềm hoặc enzyme.Phương pháp tổng hợp hóa học, sản phẩm của phương pháp này là hỗn hợp 2 dạng D- và L-.Phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và sinh tổng hợp bằng vi sinh vật. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì sản phẩm cuối cùng là acid amin dạng L-, ít tốn kém, nguyên liệu rẻ tiền.Ứng dụng CNSH trong quá trình sản xuất acid amin:Chọn lọc giống vsv có khả năng sinh tổng hợp acid amin cao.Tạo chủng đột biến để sản xuất acid amin với số lượng nhiều hơn.Gây đột biến cho vsv để vsv có thể sống trên môi trường dinh dưỡng rẻ tiền(rỉ đường, dịch thủy phân gỗ, sản phẩm dầu mỏ).Vd: Gây đột biên chủng Corynebacterium glutamicum để tăng sản lượng sản xuất Lysine.5.4. Công nghệ sản xuất vitamin:Một số vsv khi sinh trưởng trên môi trường tự nhiên hoặc tổng hợp sẽ tích lũy một số vitamin trong cơ thể hoặc tiết ra môi trường bên ngoài.Các loại vitamin ứng dụng trong chăn nuôi: Vitamin C, B2,B12,