Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh dạng hạt từ vi khuẩn Bacillus megaterium và chất mang chiếu xạ

Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh dạng hạt từ vi khuẩn Bacillus megaterium VAC 118 và chất mang xử lý chiếu xạ, thúc đẩy sinh trưởng cây trồng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Quỳnh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh dạng hạt có khả năng kích thích sinh trưởng từ vi khuẩn Bacillus megaterium VACC 118 và chất mang được xử lý chiếu xạ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về phân bón vi sinh vật
• 1.2. Định nghĩa phân bón vi sinh vật
• 1.3. Phân loại phân bón vi sinh
• 1.4. Vai trò của phân bón vi sinh với cây trồng
• 1.5. Hạn chế của phân bón vi sinh
• 1.6. Vai trò của vi khuẩn vùng rễ đối với đất trồng và sự sinh trưởng phát triển của thực vật
• 1.7. Vi sinh vật sinh tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật Bacillus megaterium
• 1.8. Một số đặc điểm nuôi cấy vi sinh vật
• 1.9. Nguồn dinh dưỡng. Điều kiện nhiệt độ
• 1.10. pH môi trường
• 1.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ tiếp giống
• 1.12. Đặc điểm của chất mang sử dụng trong sản xuất phân bón vi sinh
• 1.13. Bọc tế bào VSV trong chất mang nguồn gốc alginate
• 1.14. Xử lý chiếu xạ biến tính tinh bột sắn
• 1.15. Tính mới của đề tài
• 1.16. Mục đích nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu
• 2.2. Môi trường nuôi cấy VSV sử dụng trong nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Xác định điều kiện lên men B.megaterium VACC 118 phù hợp
• 2.5. Đánh giá ảnh hưởng của môi trường và thời gian lên men đến quá trình sinh trưởng và phát triển của B.
• 2.6. Đánh giá ảnh hưởng của pH môi trường đến quá trình sinh trưởng của B.
• 2.7. Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến quá trình sinh trưởng của B.
• 2.8. Đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng cấp khí và tốc độ khuấy đến quá trình sinh trưởng của B.
• 2.9. Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ giống gốc đến quá trình sinh trưởng của B.
• 2.10. Tạo hạt phân bón vi sinh vật
• 2.11. Đánh giá chất lượng của phân bón vi sinh dạng hạt
• 2.12. Đánh giá ảnh hưởng của phân bón VSV đối với cây rau
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định điều kiện lên men thích hợp cho chủng Bacillus megaterium VACC 118 và đánh giá chất lượng của sản phẩm phân bón vi sinh dạng hạt
• 3.2. Xác định điều kiện lên men B.megaterium VACC 118 thích hợp
• 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của môi trường và thời gian lên men đến quá trình sinh trưởng của B.
• 3.4. Đánh giá ảnh hưởng của pH môi trường đến quá trình sinh trưởng của B.
• 3.5. Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên men đến quá trình sinh trưởng của B.
• 3.6. Đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng cấp khí và tốc độ khuấy lên men đến quá trình sinh trưởng của B.
• 3.7. Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống đến quá trình sinh trưởng của B.
• 3.8. Đánh giá chất lượng phân bón vi sinh dạng hạt
• 3.9. Đánh giá hiệu quả phân bón trên cây rau
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium

Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium và chất mang chiếu xạ đang trở thành một xu hướng quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Phân bón vi sinh không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn cải thiện độ màu mỡ của đất. Bacillus megaterium là một trong những vi khuẩn có khả năng cố định đạm và hòa tan phosphate, giúp cây trồng phát triển tốt hơn. Việc sử dụng chất mang chiếu xạ giúp bảo vệ vi sinh vật trong quá trình vận chuyển và bảo quản, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón vi sinh.

1.1. Định nghĩa và vai trò của phân bón vi sinh

Phân bón vi sinh là chế phẩm chứa các vi sinh vật sống, giúp kích thích sự phát triển của cây trồng. Chúng cung cấp dinh dưỡng và cải thiện cấu trúc đất, từ đó nâng cao năng suất cây trồng. Việc sử dụng Bacillus megaterium trong sản xuất phân bón vi sinh mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp.

1.2. Tại sao chọn Bacillus megaterium cho sản xuất phân bón

Bacillus megaterium có khả năng sinh tổng hợp các hormone kích thích sinh trưởng thực vật, giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ. Ngoài ra, vi khuẩn này còn có khả năng hòa tan phosphate, cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng.

II. Thách thức trong sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là khả năng sống sót của vi sinh vật trong quá trình bảo quản và vận chuyển. Nhiệt độ cao và điều kiện bảo quản không phù hợp có thể làm giảm chất lượng của sản phẩm. Hơn nữa, việc sử dụng chất mang không phù hợp cũng có thể dẫn đến tình trạng nhiễm tạp và giảm hiệu quả của phân bón.

2.1. Vấn đề bảo quản và vận chuyển phân bón vi sinh

Phân bón vi sinh thường có thời gian sử dụng ngắn và dễ bị giảm chất lượng do vi sinh vật chết hoặc nhiễm tạp. Việc bảo quản ở nhiệt độ thấp và trong điều kiện không bị chiếu sáng trực tiếp là rất quan trọng để duy trì hiệu quả của sản phẩm.

2.2. Tác động của chất mang đến hiệu quả phân bón

Chất mang đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vi sinh vật. Việc sử dụng chất mang không phù hợp có thể dẫn đến tình trạng nhiễm tạp và giảm hiệu quả của phân bón vi sinh. Do đó, cần nghiên cứu và phát triển các chất mang mới có khả năng bảo vệ tốt hơn cho vi sinh vật.

III. Phương pháp sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium

Quy trình sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, vi khuẩn được nuôi cấy trong môi trường thích hợp để phát triển. Sau đó, chất mang được xử lý chiếu xạ để đảm bảo không có tạp nhiễm. Cuối cùng, vi khuẩn được bọc trong chất mang và đóng gói để bảo quản. Quy trình này giúp nâng cao khả năng sống sót của vi sinh vật và hiệu quả của phân bón.

3.1. Quy trình nuôi cấy Bacillus megaterium

Việc nuôi cấy Bacillus megaterium cần được thực hiện trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, pH và nồng độ dinh dưỡng. Điều này giúp đảm bảo vi sinh vật phát triển mạnh mẽ và đạt mật độ cao.

3.2. Xử lý chiếu xạ chất mang

Chất mang được xử lý chiếu xạ nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Phương pháp này giúp kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao hiệu quả của phân bón vi sinh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium

Phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phân bón này giúp tăng năng suất cây trồng và cải thiện chất lượng sản phẩm. Các thử nghiệm thực địa cho thấy cây trồng được bón phân vi sinh phát triển tốt hơn, ít bị sâu bệnh và có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

4.1. Kết quả nghiên cứu trên cây trồng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium có tác dụng tích cực đến sự phát triển của nhiều loại cây trồng như cà chua, cải bắp và cải củ. Các thử nghiệm cho thấy năng suất cây trồng tăng đáng kể khi sử dụng phân bón này.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng phân bón vi sinh

Việc sử dụng phân bón vi sinh không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm chi phí cho nông dân. Phân bón vi sinh có thể thay thế một phần phân bón hóa học, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phân bón vi sinh

Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium và chất mang chiếu xạ mở ra nhiều triển vọng cho nông nghiệp bền vững. Việc phát triển các sản phẩm phân bón vi sinh chất lượng cao sẽ giúp nâng cao năng suất cây trồng và bảo vệ môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới cho nông nghiệp hiện đại.

5.1. Triển vọng phát triển sản phẩm phân bón vi sinh

Với sự phát triển của công nghệ, việc sản xuất phân bón vi sinh từ Bacillus megaterium sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện quy trình sản xuất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Tác động đến nông nghiệp bền vững

Phân bón vi sinh không chỉ giúp tăng năng suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc sử dụng phân bón vi sinh sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe con người, từ đó thúc đẩy nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Phân bón là nguồn cung cấp các chất dinh dưỡng bổ sung cho cây, giúp tăng sản lượng cây trồng. Song theo các nhà khoa học đất đai và dinh dưỡng thực vật, cây trồng chỉ có thể sử dụng chưa tới 50% lượng đạm (nitrogen) từ phân khoáng hóa học cho sự phát triển, khoảng 50% còn lại được cung cấp từ phân chuồng, phân hữu cơ, và một phần khá lớn do hoạt động của vi sinh vật (VSV) hữu ích trong đất trồng như các chủng VSV cố định đạm (Azotobacter, Azospirilium, Rhizobium…), VSV phân giải hợp chất phosphat thành dạng dễ tiêu (Bacillus, Pseudomonas…) hay VSV sinh tổng hợp các hormon sinh trưởng thực vật (Azotobacter, Bacillus). Theo định nghĩa, phân vi sinh là chế phẩm “inoculant” gồm các VSV sống được bổ sung vào đất với khả năng cung cấp hoặc chuyển hóa chất dinh dưỡng giúp cây trồng sinh trưởng tốt hơn, với năng suất và chất lượng cao hơn. Phân bón vi sinh có thể được dùng ở dạng lỏng để phun trực tiếp vào đất hoặc ngâm với hạt giống trước khi gieo.

Tuy nhiên, ở dạng này, khả năng sống của các tế bào VSV và mật độ của chúng trong quần thể nhanh chóng bị giảm xuống trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Trong những năm qua, các chế phẩm vi sinh dạng rắn trên nền chất mang (carrier) đã được phát triển với các nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên như than bùn, đất sét, bentonite và các phế thải nông nghiệp… song các chất mang này đòi hỏi điều kiện đặc biệt để khử trùng do có mức độ tạp nhiễm ban đầu cao, và dễ bị nhiễm tạp nên chỉ giữ được hiệu quả trong thời gian 3-6 tháng. Vì vậy, các nhà khoa học đã quan tâm hơn đến việc làm thế nào để cải thiện tính ổn định của sản phẩm và tăng thời gian bảo quản chúng. Gần đây, các chất mang nguồn gốc polymer đã được các nhà khoa học quan tâm nhờ khả năng hình thành cấu trúc mạng lưới không gian cho phép cố định các tế bào sống để bảo vệ chúng chống lại các kích thích ngoại lai, giúp các tế bào vi khuẩn ở trạng thái tiềm sinh dễ dàng nảy mầm khi được bón vào đất.

Các tế bào có thể được bọc vào trong gel polymer bằng cách phối trộn trước với chất mang hoặc được hấp phụ vào trong chất mang dạng gel. Việc bọc “encapsulation” các tế bào 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] VSV trong lớp vỏ polymer như các polyacrylamide, alginate… có thể ngăn chặn nhiễm tạp một cách hiệu quả, và kéo dài hoạt lực của các VSV. Nhiều loại chất mang polymer đã được nghiên cứu và sử dụng như giá thể cố định enzyme, tế bào VSV. Đáng chú ý nhất trong số đó là sodium alginate, một polysaccharide tích điện âm có khả năng tạo gel khâu mạch với các ion tích điện dương.

Vì vậy, các hạt (bead) khâu mạch hình thành giữa alginate và ion calcium (Ca2+) đã được sử dụng phổ biến như chất mang để vận chuyển các chất có hoạt tính sinh học, các enzym và tế bào. Kết quả là, một số sản phẩm phân bón trên nền chất mang dạng gel alginate- calcium đã được phát triển [7, 29]. Tuy nhiên, do alginate là polysaccharide có kích thước phân tử lớn và độ nhớt cao, dung dịch alginate thường chỉ có nồng độ thấp, làm cho gel tạo được không đồng nhất và có tính bền cơ học kém. Hơn nữa, polymer này rất ưa nước, nên sản phẩm dễ bị nhiễm tạp.

Vì vậy, một số polymer khác đã được sử dụng như chất độn (filler) để cải thiện tính bền cơ lý của hạt, đồng thời giảm chi phí làm khô, bảo quản. Gần đây, người ta thấy rằng tinh bột biến tính có thể được sử dụng như chất độn bổ sung vào công thức để tạo thành chất mang có tính bền cải thiện mà vẫn phân hủy sinh học. Bên cạnh đó, polysaccharide này cũng có thể được các VSV tận dụng như nguồn cacbon để duy trì khả năng sống trong quá trình bảo quản. Trong những năm qua, kỹ thuật khử trùng sử dụng công nghệ bức xạ đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội để diệt côn trùng, nấm mốc, đảm bảo chất lượng hàng hóa và kéo dài thời gian bảo quản.

Xử lý chiếu xạ cũng có thể tạo các hiệu ứng khâu mạch, cắt mạch và ghép mạch polymer tạo cho chúng những đặc tính mới phù hợp với ứng dụng. Phương pháp này đã được áp dụng để biến tính tinh bột sắn tạo sản phẩm tinh bột biến tính có khả năng tan trong nước tốt hơn, dễ phân hủy sinh học hơn, với các đặc tính hóa lý phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau thay vì chỉ sử dụng như thành phần thực phẩm hoặc thức ăn gia súc như hiện nay. Quá trình chiếu xạ với liều phù hợp cũng có tác dụng thanh trùng, giúp tận dụng tinh bột biến tính bức xạ như thành phần chất mang chất lượng cao trong sản xuất phân bón vi sinh trên nền chất mang khử trùng. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nhằm cung cấp lựa chọn mới cho người dân, giảm thiểu sử dụng phân bón hóa học, cũng như thúc đẩy ứng dụng năng lượng nguyên tử vì hòa bình, cụ thể là xử lý chiếu xạ biến tính tinh bột sắn, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh dạng hạt có khả năng kích thích sinh trưởng từ vi khuẩn Bacillus megaterium VACC 118 và chất mang được xử lý chiếu xạ”.

3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về phân bón vi sinh vật 1. Định nghĩa phân bón vi sinh vật Phân bón vi sinh hay phân vi sinh là chế phẩm có chứa các loài vi sinh vật (VSV) sống, mà khi được bón vào đất hay tiếp xúc với bề mặt rễ sẽ kích thích sự phát triển của cây trồng bằng cách tăng lượng dinh dưỡng hữu ích cho cây trồng [58]. Phân bón sinh học nói cách khác là một dạng phân bón hữu cơ hiện đại kết hợp với sự có mặt của lợi khuẩn [55].

Theo Mohammadi và Sohrabi công bố năm 2012, phạm trù phân bón vi sinh có thể được sử dụng để chỉ tất cả các loại phân bón hữu cơ giúp kích thích sinh trưởng thực vật thông qua sự tương tác giữa vi sinh vật có trong phân bón đó với đất hoặc với cây trồng [44] 1. Phân loại phân bón vi sinh Phân bón vi sinh được phân loại thành nhiều loại tùy thuộc vào chức năng của các nhóm VSV chứa trong đó. trình bày một số loại phân bón vi sinh được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp hiện nay. Phân bón vi sinh cố định nitơ (Nitrogen fixing bio-fertilizers - NFB): Ví dụ Rhizobium spp.

và bèo hoa dâu; chúng cố định nitơ trong khí quyển chuyển thành dạng nitơ hữu cơ (cây có thể sử dụng) trữ trong đất hoặc trong nốt sần của rễ như ở cây họ đậu [18]. Phân bón vi sinh hòa tan phosphate (Phosphate solubilizing bio-fertilizer – PSB): Một số VSV được sử dụng phổ biến để sản xuất phân bón loại này gồm Bacillus spp. và Aspergillus spp. Các VSV này hòa tan phosphate không tan trong đất chuyển thành dạng hòa tan, giúp cây trồng dễ dàng hấp thu.

Trong thực tế, phốt pho trong đất hầu hết tồn tại ở dạng không tan và cây trồng không thể sử dụng [15]. Tuy vậy, một vài nhóm vi khuẩn và nấm trong đất có tham gia vào quá trình chuyển hóa phốt phát bằng cách tiết ra axit hữu cơ làm giảm pH đất, giúp hòa tan các hợp chất phosphate không tan [15]. Phân bón vi sinh chuyển hóa phosphate (Phosphate mobilizing bio-fertilizer – PMB): Ví dụ nấm rễ Mycorrhiza sẽ biến đổi các hợp chất phosphat thông qua quá 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trình khoáng hóa và hòa tan phốt pho cung cấp cho cây. Hiện nay, cơ chế và chứng năng của PMB vẫn chưa được hiểu rõ [17].

Một số nhóm VSV sử dụng trong sản xuất phân bón vi sinh Loại phân bón Nhóm VSV Phân bón vi sinh cố định nitơ (Nitrogen fixing bio- fertilizers) Azotobacter, Bejerinkia, Clostridium, Klebsiella, Sống tự do Anabaena, Nostoc Sống cộng sinh Rhizobium, Frankia, Anabaena, Azollae Hoại sinh Azospirillum Phân bón vi sinh hòa tan phốt phát (Phosphate solubilizing bio-fertilizer) Bacillus megaterium var, Phosphaticum, Bacillus Vi khuẩn subtilis, Bacillus circulans Nấm Penicillum spp. , Aspergillus awamori Phân bón vi sinh chuyển hóa photphat thành dạng dễ tiêu (Phosphate mobilizing bio-fertilizers) Nấm cộng sinh Glomus spp. and Sclerocystis spp Nấm rễ ngoài Laccaria spp. and Amanita (Ectomycorrhiza) spp Ericoid Mycorrhiza Pezizella ericae Orchid Mycorrhiza Rhizoctonia solani Phân bón vi sinh cung cấp dinh dƣỡng vi lƣợng (Bio-fertilizers for micronutrients) VSV hòa tan silicat và kẽm (Silicate and zinc Bacillus sp.

solubilizers) VSV rễ kích thích sinh trưởng thực vật 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Pseudomonas Pseudomonas fluorescens Nguồn tham khảo: "Biofertilizer, a way towards organic agriculture: A review", in trên tạp chí African Journal of Microbiology Research năm 2014 [10] Phân bón vi sinh kích thích sinh trƣởng thực vật (Plant growth promoting bio-fertilizer – PGPB). Nhóm này gồm các VSV vùng rễ như Pseudomonas spp…. Nhiệm vụ của nhóm VSV này là sản xuất ra các hocmon và chất kháng chuyển hóa (anti- metabolites) giúp kích thích rễ phát triển, phân hủy chất hữu cơ, thúc đẩy quá trình khoáng hóa trong đất, làm tăng năng suất cây trồng [11, 44] Phân bón vi sinh hòa tan kali (Potassium solubilizing bio-fertilizer – KSB). Thuộc nhóm này gồm Bacillus spp.

và Aspergillus niger. Kali trong đất chủ yếu tồn tại dạng khoáng silicat và cây trồng không sử dụng được kali dạng này. Một số VSV tổng hợp ra các axit hữu cơ gây phân giải silicat, chuyển kali từ dạng khó tan thành dạng dễ tan giúp cây dễ dàng hấp thụ. Phân bón vi sinh làm di động kali (Potassium mobilizing bio-fertilizer – KMB).

Đại diện được sử dụng trong nhóm này bao gồm Bacillus spp. Các VSV này sẽ thu hút kali dạng khó tan về khu vực chúng hoạt động và phân giải kali. Một số phân bón vi sinh hòa tan phosphate có chứa Bacillus spp. và Aspergillus spp., đồng thời cũng có khả năng di động kali [31].

Phân bón vi sinh oxi hóa sulfur (Sulfur oxidizing bio-fertilizer – SOB): Thiobacillus spp. là một trong số các VSV có khả năng này. Chúng oxi hóa sulfur thành sulfate giúp cây dễ dàng hấp thụ [31] 1. Vai trò của phân bón vi sinh với cây trồng Phân bón vi sinh đóng vai trò quan trọng trong cải thiện độ màu mỡ của đất.

Bên cạnh đó, chúng cải thiện cấu trúc đất và giảm việc lạm dụng phân bón hóa học. Tại các vùng đất ngập nước, việc sử dụng tảo xanh (blue green algae – BGA) cùng với Azospirillum giúp cải thiện đáng kể năng suất của các cây họ lúa.