GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT - PGS.TS. TRƯƠNG VĂN LUNG - 3

Hiện nay, người ta tạo ra những giống cây trồng có năng suất cao thường nhu cầu đòi hỏi về phân cũng cao. Vì vậy mà đất không đáp ứng được nhu cầu cho cây. Các nhà khoa học ngày nay phát hiện những bí quyết của vi sinh vật cố định N2, tăng lượng tiêu tốn rất ít mà hiệu quả của sự cố định cao để dùng làm nguồn phân bón bằng con đường CNSH. 4.1. Nhu cầu phân bón đối với cây trồng Đến năm 1974, người ta đã sản xuất được 4.106 tấn phân đạm trị...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT - PGS.TS. TRƯƠNG VĂN LUNG - 3 44CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Trương VănLung Hiện nay, người ta tạo ra những giống cây trồng có năng suất caothường nhu cầu đòi hỏi về phân cũng cao. Vì vậy mà đất không đáp ứngđược nhu cầu cho cây. Các nhà khoa học ngày nay phát hiện những bíquyết của vi sinh vật cố định N2, tăng lượng tiêu tốn rất ít mà hiệu quả củasự cố định cao để dùng làm nguồn phân bón bằng con đường CNSH. 4.1. Nhu cầu phân bón đối với cây trồng Đến năm 1974, người ta đã sản xuất được 4.106 tấn phân đạm trịgiá 8 tỉ dollars để đưa vào sử dụng cho cây trồng. Trong khi đó 25 năm vềtrước hàng năm mới chỉ có 3,5.106 tấn. Đến cuối thế kỉ XX, do nhu cầu vềlương thực ngày càng tăng, con người cần phải sản xuất 200.106 tấn phânđạm. Rõ ràng năng lượng dùng để tiêu thụ cho các nhà máy phân đạm đểsản xuất số lượng phân như trên thì rất khó khăn. Do đó, người ta phảidùng nhiều biện pháp kĩ thuật khác nhau: phương pháp công nghiệp,phương pháp sinh học, phương pháp di truyền. 4.2. Các phương pháp kĩ thuật khác nhau trong việc cố định N2 * Phương pháp cố định N2 công nghiệp bằng qui trình Haber-Bosch. Bằng phương pháp này người ta xây dựng các nhà máy khá tốnkém: cần nhiệt độ cao (500oC), áp suất lớn (hàng ngàn atm) cũng như sựcó mặt của chất xúc tác để biến khí N2 + 3H2 → 2NH3. Hiện nay có nhàmáy lớn sản xuất 1.000 tấn/ngày, nên thế giới mỗi năm sản xuất được4.106 tấn phân đạm. Song hạn chế lớn nhất của phương pháp này là tiềnvốn đầu tư quá lớn. Tuy vậy, do nhu cầu của phân bón mà người ta đã xâydựng khoảng 400-500 nhà máy. * Phương pháp cố định N2 sinh học bằng các vi khuẩn. - Vi khuẩn nốt sần cây bộ Đậu. Người ta đã phát hiện vi khuẩnhình que có chiều dài khoảng 0,5µ, có tiêm mao, ẩn náu trong các u sầncủa rễ cây bộ Đậu, đó là Rhizobium. Nốt sần là nhà máy phân đạm ngầmdưới đất của cây bộ Đậu. Trong vi khuẩn này có một gene điều khiển việctổng hợp enzyme nitrogenase và hydrogenase cùng với sắc tố màu hồngbiến N2 phân tử thành NH3. Nhờ hệ enzyme hoạt hóa này mà Rhizobium chỉ cần một nănglượng nhỏ (3-5 kcalo/M) và cũng không cần áp suất cao cũng có thể dễdàng bẻ gãy các nối liên kết nitrogen trong phân tử (N≡N) dễ dàng hìnhthành NH3. (Muốn bẻ gãy nối ba thứ nhất cần 215kcalo/M, bẻ gãy nối bathứ hai cần 127,65 kcalo/M và nối ba cuối cùng chỉ cần 38 kcalo/M). Vikhuẩn nốt sần cây bộ Đậu có thể đồng hóa 100-250 kg N2/ha.năm, cỏLuzern: 300, cỏ Stylo: 150-200, đậu: 80-120, vi khuẩn sống tự do trongđất: 25-40 kgN2/ha.năm. Vi sinh vật trên vỏ quả đất có khả năng đồng hóa100 triệu tấn/năm. 45CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Trương VănLung Ngày nay, người ta đã sản xuất phân bón nốt sần Rhizobium bằngcách phân lập các vi khuẩn nốt sần, tiến hành nuôi cấy nốt sần này ở nồilên men lớn với các môi trường dinh dưỡng thích hợp (nguồn hydrocarbonvà protein). Khi dung dịch nuôi cấy đạt được một lượng lớn vi khuẩn đemra trộn lẫn với than bùn khô đã được nghiền cùng với rỉ đường, đóng túinhỏ để hở miệng túi từ 3-5 ngày ở nhiệt độ 20oC rồi dán túi, bảo quảntrong tủ lạnh và chuyển đến nơi tiêu dùng . Đó là loại phân sinh họcnitragin. - Vi khuẩn lam (tảo lam) cố định N2 Từ năm 1910, Bottomley đã cho rằng trong túi lá bèo dâu ngoài tảolam Anabaena còn có các loài vi khuẩn khác như Pseudomonas radicicolavà các loài Azotobacter. Tảo lam đã cung cấp cho vi khuẩn các sản phẩmquang hợp còn vi khuẩn cung cấp nitrogen đã cố định được cho tảo lam. Ở Việt Nam, Lê Văn Căn và một số người khác (1954) nuôi 1 gambèo dâu trong dung dịch không chứa nitrogene, sau 20 ngày thu được 42,6gam. Lượng nitrogen trong bèo dâu từ 2 mg đã tăng lên 75,4 mg. Trong 2tháng lượng nitrogen mà bèo dâu đã cố định được 136 kg/1mẫu Bắc Bộ.Vì vậy, bèo dâu là cây phân xanh có giá trị cho nghề nông. - Tảo xanh lục đã dùng sản phẩm quang hợp của mình làm nguồnnăng lượng để đồng hóa N2 của khí quyển. Vì vậy, tảo xanh lục trên cácruộng lúa đang là vấn đề thời sự có nhiều ý nghĩa trong việc tăng lượngđạm cho cây. - Vi khuẩn nitrogen sống tự do trong đất . Chlostridium pesteurianum là loại vi khuẩn yếm khí. Quá trình cốđịnh N2 thường diễn ra như sau: Từ quá trình lên men butyric: C6H12O6 → C3H7COOH + 2CO2 +4H+ Hydrogen của quá trình này Chlostridium lấy để kết hợp với N2: 2N2 + 6H+ → 2NH3 nhờ ở Chlostridium có hai tiểu phần hoạt hóahydrogen và nitrogen (hydrogenease và nitrogenease) khi sử dụng 1 gamđường thì Chlostridium pasteurianum đồng hóa được 2-3 mg N2. . Azotobacter là loại vi khuẩn hiếu khí nhờ đặc tính oxyhóa hiếukhí trong quá trình trao đổi chất. Cho nên hiệu quả cố định N2 ...