Nghiên Cứu Về Chất Giữ Ẩm Polyter Và Ứng Dụng Trên Cây Dâu Tây

Luận án tiến sĩ công nghệ sinh học nghiên cứu vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây, mang lại tiềm năng mới cho nông nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Thùy Quý Tú
• Người hướng dẫn: TS. Phạm S
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Về Chất Giữ Ẩm Polyter Và Ứng Dụng Trên Cây Dâu Tây
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Chất giữ ẩm trong nông nghiệp. Polymer và phương pháp tổng hợp
• 1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chất giữ ẩm trong canh tác nông nghiệp
• 1.3. Nguyên lý tạo độ ẩm
• 1.4. Cơ chế trương nước của polyter. Các loại sản phẩm polyter trên thị trường
• 1.5. Vai trò của polyter trong canh tác nông nghiệp
• 1.6. Nghiên cứu cải tạo vai trò chất giữ ẩm nông nghiệp bằng phương pháp lên men bán rắn
• 1.7. Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất phân bón vi sinh
• 1.8. Lên men bán rắn và kỹ thuật cố định vi sinh vật
• 1.9. Thiết bị nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường bán rắn
• 1.10. Phương pháp nhốt tế bào trong cấu trúc gel
• 1.11. Một số chất mang sử dụng trong phương pháp nhốt tế bào
• 1.12. Cố định tế bào vi sinh vật và ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.13. Ảnh hưởng của polymer siêu hấp thụ nước (SAP) lên hệ vi sinh vật đất
• 1.14. Vai trò sử dụng polymer siêu hấp thụ nước là chất mang cố định vi sinh vật trong nông nghiệp
• 1.15. Cây dâu tây và tình hình sản xuất dâu tây
• 1.16. Nhận xét chung và những vấn đề quan tâm
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu
• 2.2.1. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu trong phòng
• 2.2.2. Vật liệu, dụng cụ nghiên cứu ngoài đồng
• 2.3. Sơ đồ tổng quát nội dung luận án
• 2.4. Giai đoạn nghiên cứu tiền đề
• 2.5. Khảo sát một số tính chất cơ bản của hạt polyter
• 2.6. Đánh giá và tuyển chọn các chủng Azotobacter
• 2.7. Nghiên cứu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 2.7.1. Bước đầu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 2.7.2. Tối ưu hóa các thông số của quá trình tạo chế phẩm
• 2.7.3. Đánh giá kết quả tối ưu hóa
• 2.8. Đánh giá chất lượng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 2.8.1. Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ Azotobacter của chế phẩm ở giai đoạn ban đầu
• 2.8.2. Một số tính chất cơ bản của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 2.9. Đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng của chế phẩm đến cây dâu tây
• 2.9.1. Ứng dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trên cây dâu tây
• 2.9.2. Nghiên cứu về chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong thực tế ứng dụng trồng dâu tây
• 2.10. Nghiên cứu ổn định chất lượng chế phẩm
• 2.11. Một số phương pháp phân tích
• 2.11.1. Phương pháp vi sinh
• 2.11.2. Phương pháp hóa sinh
• 2.11.3. Phương pháp xác định nito tổng
• 2.11.4. Phương pháp xác định IAA
• 2.11.5. Phương pháp hóa lý
• 2.11.6. Phương pháp xác định lượng nước hấp thụ của polyter
• 2.11.7. Phương pháp xác định mức độ lưu giữ nước của polyter
• 2.11.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• 2.11.9. Các phương pháp lấy mẫu và theo dõi cây trồng
• 2.11.10. Phương pháp tính toán xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu tiền đề
• 3.1.1. Kết quả khảo sát một số tính chất cơ bản của hạt polyter
• 3.1.2. Ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp thụ nước của polyter
• 3.1.3. Khả năng lưu giữ nước ở điều kiện phòng thí nghiệm của polyter
• 3.1.4. Khả năng hấp thụ dinh dưỡng của polyter
• 3.1.5. Khả năng giải hấp dinh dưỡng của polyter
• 3.1.6. Kết quả đánh giá và tuyển chọn các chủng Azotobacter
• 3.1.7. Kết quả khảo sát các hoạt tính sinh học của các chủng Azotobacter
• 3.1.8. Kết quả khảo sát điều kiện sinh trưởng, phát triển của các chủng Azotobacter
• 3.2. Nghiên cứu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 3.2.1. Bước đầu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 3.2.2. Kết quả tối ưu hóa các thông số của quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter bằng lên men bán rắn trên giá thể hạt polyter
• 3.2.3. Thí nghiệm tìm tâm của mô hình CCD để tối ưu hóa mật độ tế bào Azotobacter
• 3.2.4. Tối ưu hóa giá trị các yếu tố ảnh hưởng đến mật độ vi khuẩn bằng phương pháp RSM - CCD
• 3.2.5. Đánh giá kết quả tối ưu hóa
• 3.3. Đánh giá chất lượng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 3.3.1. Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ Azotobacter của chế phẩm ở giai đoạn ban đầu
• 3.3.2. Một số tính chất hóa lý cơ bản của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
• 3.3.3. Khả năng hấp thụ và giải hấp nước
• 3.3.4. Khả năng hấp thụ và giải hấp NO3, PO4, K+
• 3.4. Đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng của chế phẩm đến cây dâu tây
• 3.4.1. Ảnh hưởng của chế phẩm đến cây dâu tây
• 3.4.2. Theo dõi tình hình sinh trưởng, năng suất cây dâu tây
• 3.4.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm trái dâu tươi của mô hình
• 3.5. Kết quả nghiên cứu chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong quá trình trồng dâu tây
• 3.6. Kết quả nghiên cứu ổn định chất lượng chế phẩm
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Chất Giữ Ẩm Polyter

Chất giữ ẩm polyter là một trong những sản phẩm polymer siêu hấp thụ nước (SAP) được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu các tính chất của chất giữ ẩm polyter và ứng dụng của nó trên cây dâu tây. Polyter có khả năng giữ nước gấp 500 lần trọng lượng của nó, giúp cây trồng duy trì độ ẩm và cung cấp dinh dưỡng cần thiết.

1.1. Đặc Điểm Của Chất Giữ Ẩm Polyter

Polyter có cấu trúc đặc biệt cho phép nó hấp thụ và giữ nước hiệu quả. Khi tiếp xúc với nước, polyter nở ra và tạo thành một bọc giữ nước, giúp cây trồng không bị thiếu nước trong thời gian dài.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Chất Giữ Ẩm Polyter

Chất giữ ẩm polyter được phát minh bởi nhà khoa học Philippe Di Giorno Ouaki vào năm 2003. Từ đó, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp để cải thiện khả năng giữ nước của đất.

II. Vấn Đề Thiếu Nước Trong Nông Nghiệp Hiện Nay

Tình trạng thiếu nước đang trở thành một thách thức lớn trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở các khu vực như Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Khí hậu thay đổi và hạn hán kéo dài đã làm giảm nguồn nước, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Việc sử dụng chất giữ ẩm polyter có thể là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này.

2.1. Tác Động Của Khí Hậu Đến Nông Nghiệp

Khí hậu thay đổi đã dẫn đến tình trạng hạn hán nghiêm trọng, làm giảm khả năng cung cấp nước cho cây trồng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

2.2. Giải Pháp Sử Dụng Chất Giữ Ẩm

Việc áp dụng chất giữ ẩm polyter trong canh tác có thể giúp cải thiện khả năng giữ nước của đất, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và giảm thiểu tác động của hạn hán.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Chất Giữ Ẩm Polyter

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp lên men bán rắn để tối ưu hóa quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter. Các yếu tố như hàm lượng sucrose, nhiệt độ, pH và độ ẩm được khảo sát để đạt được kết quả tối ưu nhất.

3.1. Quy Trình Tạo Chế Phẩm Biopolyter Azotobacter

Quy trình tạo chế phẩm bao gồm việc lên men các chủng Azotobacter trên giá thể polyter. Kết quả cho thấy mật độ tế bào cao và khả năng tổng hợp dinh dưỡng tốt.

3.2. Tối Ưu Hóa Các Thông Số Kỹ Thuật

Sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ, pH và hàm lượng sucrose, nhằm đạt được mật độ vi khuẩn Azotobacter cao nhất.

IV. Ứng Dụng Chế Phẩm Biopolyter Azotobacter Trên Cây Dâu Tây

Chế phẩm Biopolyter-Azotobacter đã được thử nghiệm trên cây dâu tây, cho thấy hiệu quả tích cực trong việc cải thiện sinh trưởng và năng suất. Cây dâu tây được bổ sung chế phẩm này ra hoa sớm hơn và năng suất tăng từ 11-17%.

4.1. Kết Quả Thí Nghiệm Trên Cây Dâu Tây

Kết quả cho thấy cây dâu tây sử dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter có sự phát triển vượt trội về năng suất và chất lượng trái, với độ Brix tăng từ 3-4%.

4.2. Đánh Giá Chất Lượng Trái Dâu Tây

Chất lượng trái dâu tây được cải thiện rõ rệt, với hàm lượng đường và vitamin C tăng lên, nhờ vào việc cung cấp dinh dưỡng từ chế phẩm.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về chất giữ ẩm polyter và ứng dụng trên cây dâu tây đã mở ra hướng đi mới trong việc cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Việc sử dụng chế phẩm này không chỉ giúp cây trồng phát triển tốt hơn mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Tương Lai Của Chất Giữ Ẩm Trong Nông Nghiệp

Chất giữ ẩm polyter có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

5.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các chế phẩm mới từ polyter, nhằm tối ưu hóa khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tình trạng biến đổi khí hậu diễn ra phức tạp tại Việt Nam, đặc biệt ở khu vực Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, dẫn đến hiện tượng khô hạn kéo dài, suy giảm nguồn nước trên các lưu vực sông và khan hiếm nước tưới phục vụ nông nghiệp. Thành phố Đà Lạt thuộc tỉnh Lâm Đồng có diện tích đất xám chiếm 35.200 ha (tương đương 90,05% tổng diện tích đất tự nhiên), đặc trưng bởi thành phần cơ giới nhẹ, cấu trúc rời rạc, khả năng giữ nước và phân bón kém, đất chua, nghèo mùn và dinh dưỡng. Việc ứng dụng chất giữ ẩm dạng polymer siêu hấp thụ nước (Super Absorbent Polymer - SAP) tại Việt Nam còn hạn chế, chủ yếu dừng lại ở việc thử nghiệm các sản phẩm ngoại nhập trên cây chè, cà phê, ngô nhằm theo dõi mức độ tiết kiệm nước.

Song song đó, việc ứng dụng vi sinh vật hữu ích nhằm cung cấp dinh dưỡng sạch, tăng độ phì đất và giảm phân bón hóa học đã được triển khai, song chưa có nghiên cứu nào công bố về việc sử dụng chất giữ ẩm làm chất mang cố định vi sinh vật cố định đạm để tạo ra tác động kép: vừa giữ nước vừa tổng hợp và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Luận án "Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây" của nghiên cứu sinh Nguyễn Thuỳ Quý Tú, chuyên ngành Công nghệ sinh học (mã số: 62420201) tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (năm 2019), được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định như sau:

• Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hạt polyter trong sản xuất nông nghiệp, tạo cơ sở khoa học cho việc khai thác tác dụng kép của hạt polyter: vừa giữ ẩm vừa làm chất mang cố định vi sinh vật có ích cho cây trồng.
• Mục tiêu cụ thể: Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và thử nghiệm ứng dụng trên cây dâu tây.

Nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

1. Nghiên cứu tiền đề: Khảo sát một số tính chất cơ bản của hạt polyter; đánh giá và tuyển chọn các chủng Azotobacter.
2. Nghiên cứu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter (BioPA) và tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá trình lên men bán rắn.
3. Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter.
4. Đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng của chế phẩm đến cây dâu tây.
5. Nghiên cứu độ ổn định và chất lượng của chế phẩm theo thời gian bảo quản.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất giữ ẩm polyter và các chủng vi khuẩn thuộc chi Azotobacter. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc xác định các điều kiện công nghệ tạo chế phẩm trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm thực tế trên cây dâu tây tại Lâm Đồng và đánh giá sự biến thiên chất lượng chế phẩm trong thời gian lưu trữ dài hạn (lên đến 18 tháng).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã điểm lại hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về chất giữ ẩm, vi sinh vật cố định đạm và kỹ thuật cố định tế bào:

• Nghiên cứu về chất giữ ẩm SAP: SAP được Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ nghiên cứu từ những năm 1960. Tu và cộng sự (1985) đã chứng minh SAP làm tăng khối lượng cây, tăng thoát nước và $\text{CO}_2$ ở cây họ cúc (Ceneraria) và đậu đỏ (Phaseolus vulgaris), nhưng không làm tăng đáng kể ở cây tếch Úc (Tectona grandis) và sồi sữa (Baeolophus inornatus). Fry và Butler (1989) ứng dụng SAP tỷ lệ 1% trên cỏ đuôi trâu (Festuca rubra). Các thử nghiệm khác ghi nhận SAP kéo dài thời gian sống của thông non Pinus sabiniana lên 1,4 - 2,0 lần khi ngưng tưới; tăng gấp đôi tỷ lệ sống của bạch đàn Eucalyptus sideroxylon tại Sudan; nâng tỷ lệ sống của thông Aleppo khi bổ sung 0,49% SAP. Woodhouse và Johnson (1991) khảo sát ảnh hưởng của SAP đến sự nảy mầm của lúa mạch (Avena sativa), cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) và xà lách (Lactuca sativa). Dexter và Miyamoto (1959) nghiên cứu trên củ cải đường (Beta vulgaris); Sabota (1987) nghiên cứu trên bắp ngọt (Zea mays convar. rugosa). Van Cotthem (1999), Al-Mana và Beattie (1996) ứng dụng SAP kết hợp chất kích thích sinh trưởng trên cây sồi (Quercus rubra) và bạch đàn (Nyssa sylvatica). Prasad và Strzalka (2002) chỉ ra SAP hạn chế hấp thu chì ở vùng đất ô nhiễm kim loại nặng. Năm 1999, Trung Quốc công bố chế phẩm Khoa Đa 98 có khả năng hút nước 1.000 lần.
• Nghiên cứu SAP tại Việt Nam: Các chế phẩm trong nước như PA, AA, Copolymer PVA-PA, AMS-1 (Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu từ ghép acid acrylic vào tinh bột biến tính, hút nước 400 - 420 lần), GAM-Sorb (Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ bức xạ TP.HCM), và sản phẩm SAP bức xạ gamma của Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt (hút nước 200 lần). Nguyễn Văn Hùng (2012) nghiên cứu bổ sung 40 - 60 kg polyter/ha trên chè TB14 và Kim Tuyên tại Bảo Lộc, Lâm Đồng, ghi nhận tăng hiệu quả kinh tế từ 12,7 đến 52,30 triệu đồng/ha/năm.
• Chất giữ ẩm polyter: Do Philippe Di Giorno Ouaki phát minh năm 2003, cấu trúc gồm chuỗi gốc $\alpha$-glucose liên kết $\alpha$-1,6-glucozit gắn các mạch nhánh acrylic liên kết chéo, có khả năng hấp thụ nước gấp 400 - 500 lần trọng lượng khô, giữ nước ổn định dưới áp lực < 5 bar và giải phóng 95% lượng nước tích trữ cho rễ cây.
• Vi khuẩn Azotobacter và phân bón vi sinh: Martinus Beijerinck phân lập Azotobacter năm 1901; Hellrigel và Uynfac (1886) xác định bản chất cố định nitơ tự do nhờ enzyme nitrogenase. Vi khuẩn thuộc nhóm Gram âm, hiếu khí, chịu muối đến 2,5 - 3% NaCl, đồng hóa đường sinh đạm (1 g glucose đồng hóa 8 - 18 mg N) và tổng hợp auxin, vitamin nhóm B. Tiêu chuẩn Việt Nam quy định mật độ vi sinh vật cố định đạm trong phân bón đạt $\ge 10^8 \text{ CFU/g}$ hoặc Azotobacter $\ge 10^7 \text{ CFU/g}$.
• Cố định vi sinh vật trên chất mang: Chiu-Chung Young và cộng sự (2006) từng bao gói Bacillus subtilis trong gel alginate giàu acid humic để sinh tổng hợp Indol Acetic Acid (IAA). Grula và cộng sự (1994) khảo sát tương tác giữa SAP và vi khuẩn trong đất.

Khoảng trống nghiên cứu: Các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng hạt SAP như một tác nhân giữ nước thuần túy hoặc sử dụng chất mang alginate/agar để bao bọc tế bào. Chưa có công trình nào kết hợp sử dụng chính hạt polyter làm giá thể rắn trong quy trình lên men bán rắn nhằm cố định mật độ cao vi khuẩn Azotobacter, tạo ra chế phẩm sinh học tích hợp hai chức năng giữ ẩm và cung cấp đạm sinh học.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về mạng lưới không gian ba chiều của hydrogel trương nở nước, sinh lý học vi khuẩn cố định đạm tự do và động học quá trình lên men bán rắn (Solid-State Fermentation - SSF).

Nhóm phương pháp	Kỹ thuật / Công cụ sử dụng	Chỉ tiêu và mục đích phân tích
Phương pháp vi sinh	- Nuôi cấy trên môi trường bán rắn - Đếm khuẩn lạc (CFU/g) - Kỹ thuật cố định tế bào	Tuyển chọn chủng Azotobacter; xác định mật độ tế bào sau lên men và độ ổn định trong thời gian bảo quản.
Phương pháp hóa sinh	- Phương pháp Kjeldahl - Đo quang phổ so màu	- Định lượng nitơ tổng số ($\text{mg N/100ml}$). - Định lượng Indol Acetic Acid (IAA) ($\mu\text{g/ml}$).
Phương pháp hóa lý	- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) - Sắc ký ion (IC) - Cân khối lượng sấy khô	- Quan sát hình thái vi cấu trúc gel và sự phân bố tế bào. - Xác định khả năng hấp thu và giải hấp ion $\text{K}^+$. - Xác định khả năng hấp thu và giải hấp ion $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$. - Xác định độ trương, độ lưu giữ nước theo pH.
Phương pháp tối ưu hóa	Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) kết hợp phương án cấu trúc có tâm (CCD)	Tối ưu hóa 5 yếu tố công nghệ lên men bán rắn: hàm lượng sucrose, nhiệt độ, pH, độ ẩm ban đầu, tỷ lệ cấy giống.
Phương pháp nông học	Thí nghiệm đồng ruộng/nhà kính tại Đà Lạt theo khối ngẫu nhiên	Theo dõi các chỉ tiêu nông học dâu tây: thời gian ra hoa, năng suất, độ Brix, chất khô hòa tan, đường tổng, vitamin C.

Nguồn tư liệu và vật liệu phục vụ nghiên cứu bao gồm:

• Các chủng vi khuẩn Azotobacter do Bộ môn Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM cung cấp (gồm chủng A2: Azotobacter chroococcum ATCC 4412 và chủng A3: Azotobacter vinelandii ATCC 12337).
• Hạt chất giữ ẩm polyter thương phẩm (loại polyter GR kích thước 1 - 2 mm).
• Địa bàn bố trí thí nghiệm thực tế: Công ty TNHH Organik Đà Lạt và Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau và Hoa Đà Lạt trong giai đoạn năm 2015.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng thuật toàn diện các kiến thức nền tảng và cơ sở khoa học liên quan trực tiếp đến đề tài:

• Trình bày khái niệm, cơ chế hóa lý, phương pháp trùng hợp/trùng ngưng và phân loại polymer siêu hấp thụ nước (SAP). Phân tích cấu trúc của polyter gồm chuỗi copolymer acrylamide-acrylate liên kết ngang gắn với tinh bột biến tính. Khả năng hút nước của polyter đạt 400 g/g đối với nước cất (trong 30 phút) và 62 g/g đối với nước muối sinh lý (trong 35 phút), tỷ trọng khô đạt $0,6\text{ g/cm}^3$, thời gian phân hủy sinh học trong đất từ 3 đến 5 năm.
• Tổng kết tình hình ứng dụng SAP trong nông nghiệp: khả năng giảm lượng nước tưới, tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt, giữ phân bón, hỗ trợ tái sinh rễ và làm giá thể canh tác không dùng đất.
• Trình bày đặc tính sinh học của 8 nhóm vi sinh vật sử dụng trong phân bón vi sinh, đi sâu vào vi khuẩn Azotobacter (hình thái song cầu, Gram âm, hiếu khí, tạo nang xác cyst, khả năng đồng hóa đường sinh đạm và tổng hợp phytohormone).
• Phân tích kỹ thuật lên men bán rắn, các dạng thiết bị nuôi cấy (khay ngang, tháp đứng, thùng quay) và các phương pháp cố định vi sinh vật (hấp phụ, liên kết cộng hóa trị, bao gói màng, nhốt trong cấu trúc gel).
• Đánh giá hiện trạng sản xuất cây dâu tây (Fragaria x anannassa) tại Đà Lạt: 98% diện tích canh tác trực tiếp trên đất, dễ nhiễm bệnh, năng suất bình quân 4 - 5 tấn/ha nâng lên 11 - 13 tấn/ha khi áp dụng công nghệ cao, nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với năng suất canh tác giá thể của thế giới (Mỹ đạt 48 - 68 tấn/ha ngoài trời, 180 tấn/ha trên giàn).

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và phương pháp đánh giá qua 5 nội dung chính:

• Giai đoạn tiền đề: Đo lường độ trương nở của polyter trong các dải pH từ acid đến kiềm; đánh giá tốc độ nhả nước ở điều kiện phòng thí nghiệm; đánh giá khả năng hấp thu và giải hấp các ion $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{K}^+$; sàng lọc hoạt tính cố định đạm và sinh IAA của các chủng Azotobacter A1, A2, A3, A4.
• Tối ưu hóa quá trình tạo chế phẩm: Thiết lập thí nghiệm tìm điểm tâm và ma trận quy hoạch thực nghiệm RSM - CCD gồm 5 biến độc lập: hàm lượng sucrose ($X_1$), nhiệt độ ($X_2$), pH ($X_3$), độ ẩm giá thể ($X_4$), tỷ lệ giống cấy ($X_5$), hàm mục tiêu là mật độ tế bào Azotobacter thu nhận ($\text{CFU/g}$).
• Đánh giá chất lượng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter: Khảo sát hình thái đại thể, vi thể qua ảnh chụp SEM; kiểm tra khả năng hấp thụ và giải hấp nước cùng các chất dinh dưỡng khoáng sau khi vi khuẩn được cố định.
• Ứng dụng trên cây dâu tây: Thiết kế mô hình trồng dâu tây bổ sung chế phẩm Biopolyter-Azotobacter tại hai địa điểm (Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau và Hoa Đà Lạt; Công ty TNHH Organik Đà Lạt) qua hai vụ mùa trong năm 2015 (vụ 1: tháng 1 - 6/2015, vụ 2: tháng 7 - 12/2015). Theo dõi định kỳ mật độ vi khuẩn trong giá thể, độ ẩm giá thể, ngày ra hoa, năng suất thu hoạch và phân tích các chỉ tiêu chất lượng quả tươi (độ Brix, đường tổng, vitamin C, chất khô hòa tan).
• Nghiên cứu độ ổn định chất lượng: Thử nghiệm bảo quản dài hạn chế phẩm trong 18 tháng ở hai điều kiện nhiệt độ: nhiệt độ phòng ($28 - 32^\circ\text{C}$) và nhiệt độ mát ($15 - 20^\circ\text{C}$).

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm thu được:

Thí nghiệm tiền đề & Tuyển chọn chủng (A2, A3)
Tối ưu hóa lên men bán rắn trên polyter (RSM-CCD)
Đặc tính hóa lý & Vi cấu trúc BioPA (SEM, IC, AAS)
Thực nghiệm canh tác dâu tây tại Đà Lạt (2 vụ mùa)
Đánh giá độ ổn định bảo quản (15 - 18 tháng)

1. Kết quả nghiên cứu tiền đề và tuyển chọn chủng:

• Polyter thể hiện khả năng hấp thu và lưu giữ nước phụ thuộc vào pH môi trường, duy trì độ ẩm kéo dài trong điều kiện phòng thí nghiệm. Hạt có khả năng hấp thụ và giải hấp chậm các ion $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{K}^+$.
• Tuyển chọn được hai chủng vi khuẩn ưu việt là A2 (Azotobacter chroococcum ATCC 4412) và A3 (Azotobacter vinelandii ATCC 12337). Cả hai chủng đều có khả năng sinh tổng hợp nitơ tổng đạt 7,1 - 7,5 mg/100ml dịch nuôi cấy và hàm lượng IAA đạt 70,08 - 78,15 $\mu\text{g/ml}$ sau 9 ngày nuôi cấy. Hai chủng sinh trưởng tốt trong dải nhiệt độ $20 - 40^\circ\text{C}$ (tối ưu $25 - 30^\circ\text{C}$) và dải pH 4,0 - 8,5 (tối ưu 6,5 - 7,5).

2. Kết quả tối ưu hóa quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter bằng RSM - CCD:

Yếu tố khảo sát	Giá trị tối ưu xác định
Hàm lượng sucrose (%)	2,90
Nhiệt độ lên men ($^\circ\text{C}$)	31,50
Độ pH môi trường	6,44
Độ ẩm ban đầu của giá thể (%)	61,04
Tỷ lệ giống cấy (%)	1,05
Mật độ tế bào dự báo (lý thuyết)	$4,12 \times 10^9 \text{ CFU/g}$
Mật độ tế bào thực nghiệm kiểm chứng	Độ tương thích đạt 97% so với mô hình

3. Đặc tính hóa lý và cấu trúc vi thể của chế phẩm BioPA:

• Ảnh chụp SEM xác nhận tế bào vi khuẩn Azotobacter phân bố mật độ cao trong các khoang rỗng và mạng lưới gel của hạt polyter trương nở mà không phá hủy cấu trúc khung polymer.
• Chế phẩm giữ nguyên các tính năng cơ bản của chất giữ ẩm SAP: hấp thụ và giải phóng nước thuận nghịch, đồng thời duy trì khả năng hấp thụ và nhả chậm các ion khoáng $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{K}^+$.

4. Kết quả ứng dụng trên cây dâu tây tại Lâm Đồng:

Chỉ tiêu nông học & chất lượng	Nghiệm thức đối chứng (không dùng BioPA)	Nghiệm thức bổ sung BioPA	Mức độ cải thiện
Mật độ Azotobacter trong giá thể sau 6 tháng	Không phát hiện / rất thấp	$3,20 - 3,92 \times 10^7 \text{ CFU/g}$	Duy trì ổn định
Thời gian ra hoa	Theo chu kỳ chuẩn	Sớm hơn 8 - 9 ngày	Rút ngắn thời gian
Năng suất thu hoạch	Mức chuẩn đối chứng	Tăng 11 - 17%	Tăng 11 - 17%
Độ Brix trái dâu tươi	Mức chuẩn đối chứng	Tăng 3 - 4%	Tăng vị ngọt
Chất lượng quả (vitamin C, đường tổng, chất khô hòa tan)	Mức cơ sở	Tăng đồng bộ ở cả hai vụ mùa	Nâng cao phẩm chất quả

5. Kết quả độ ổn định chất lượng trong bảo quản:

• Sau 15 tháng bảo quản, mật độ vi khuẩn Azotobacter trong chế phẩm vẫn đạt $0,30 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ ở điều kiện nhiệt độ phòng ($28 - 32^\circ\text{C}$) và đạt $1,28 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ ở điều kiện nhiệt độ mát ($15 - 20^\circ\text{C}$).
• Mức mật độ này đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng phân bón vi sinh vật (yêu cầu tối thiểu $\ge 10^7 \text{ CFU/g}$ đối với Azotobacter).

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

• Chứng minh thành công tính khả thi của việc sử dụng chất giữ ẩm polymer siêu hấp thụ nước (polyter) làm giá thể rắn để nuôi cấy và cố định vi khuẩn cố định đạm Azotobacter bằng phương pháp lên men bán rắn.
• Cung cấp các thông số động học và bộ dữ liệu tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM-CCD) cho hệ thống lên men bán rắn trên giá thể hydrogel.
• Xác lập dẫn liệu khoa học về sự tương thích sinh học giữa mạng lưới gel polyacrylate-tinh bột biến tính và tế bào vi khuẩn Azotobacter, chứng minh cấu trúc gel bảo vệ tế bào vi khuẩn sống sót với mật độ cao trong thời gian dài mà không làm mất đi các tính chất giữ nước, giải hấp ion khoáng tự nhiên của polymer.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Chế tạo thành công chế phẩm sinh học mới Biopolyter-Azotobacter tích hợp chức năng kép: vừa giữ ẩm điều hòa nước tưới, vừa cố định đạm tự do và sinh tổng hợp phytohormone (IAA) cung cấp cho cây trồng.
• Xây dựng quy trình bổ sung chế phẩm Biopolyter-Azotobacter vào giá thể canh tác dâu tây tại Lâm Đồng, giúp cây sinh trưởng khỏe, ra hoa sớm hơn 8 - 9 ngày, tăng năng suất từ 11 đến 17%, tăng độ Brix thêm 3 - 4% cùng hàm lượng vitamin C và đường tổng số.
• Đưa ra giải pháp kỹ thuật bảo quản chế phẩm ở nhiệt độ mát ($15 - 20^\circ\text{C}$) giúp duy trì mật độ vi sinh vật hữu ích đạt $1,28 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ sau 15 tháng lưu trữ.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản luận án nêu ra một số phạm vi và giới hạn thực nghiệm:

• Thử nghiệm ứng dụng đồng ruộng của chế phẩm mới tập trung trên đối tượng cây dâu tây canh tác trên giá thể tại thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng trong chu kỳ 2 vụ của năm 2015.
• Nghiên cứu cố định vi sinh vật trên hạt polyter mới triển khai đối với chi vi khuẩn cố định đạm Azotobacter, chưa mở rộng sang các nhóm vi sinh vật chức năng khác.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất từ luận án:

• Mở rộng thử nghiệm chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trên các loại cây công nghiệp dài ngày (cà phê, chè, tiêu) và các loại cây ăn trái khác tại vùng đất xám khô hạn khu vực Tây Nguyên và Nam Trung Bộ.
• Nghiên cứu kết hợp đa chủng vi sinh vật trên giá thể polyter, bao gồm vi sinh vật phân giải lân, vi sinh vật phân giải silicat và vi sinh vật đối kháng nấm bệnh vùng rễ.
• Hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết bị lên men bán rắn ở quy mô pilot và công nghiệp nhằm thương mại hóa chế phẩm.

---

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Công nghệ sinh học: Có thể tham khảo phương pháp quy hoạch thực nghiệm RSM - CCD để tối ưu hóa quá trình lên men bán rắn trên giá thể polymer xốp; phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong cấu trúc hydrogel; và các kỹ thuật phân tích hóa sinh (IAA, nitơ tổng số).
• Các nhà khoa học ngành Nông học, Thổ nhưỡng và Khoa học Cây trồng: Cung cấp dữ liệu định lượng về khả năng giữ nước, giải hấp dinh dưỡng khoáng ($\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{K}^+$) của SAP và ảnh hưởng của chế phẩm sinh học đa chức năng lên năng suất, chất lượng quả dâu tây.
• Cơ quan quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp sản xuất vật tư nông nghiệp: Là tài liệu kỹ thuật phục vụ xây dựng mô hình nông nghiệp tiết kiệm nước, giảm thiểu phân bón hóa học, thích ứng với biến đổi khí hậu tại Lâm Đồng và các tỉnh Tây Nguyên.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hai chủng vi khuẩn Azotobacter nào được lựa chọn để tạo chế phẩm và hoạt tính sinh học của chúng đạt mức bao nhiêu?
Luận án đã tuyển chọn hai chủng vi khuẩn là A2 (Azotobacter chroococcum ATCC 4412) và A3 (Azotobacter vinelandii ATCC 12337). Sau 9 ngày nuôi cấy, hai chủng này có khả năng sinh tổng hợp nitơ tổng đạt 7,1 - 7,5 mg/100ml và sinh tổng hợp IAA đạt 70,08 - 78,15 $\mu\text{g/ml}$, sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ $25 - 30^\circ\text{C}$ và pH 6,5 - 7,5.

2. Các giá trị thông số công nghệ tối ưu của quá trình lên men bán rắn tạo Biopolyter-Azotobacter là gì?
Mô hình toán học RSM - CCD xác định bộ thông số tối ưu gồm: hàm lượng sucrose 2,90%; nhiệt độ lên men $31,5^\circ\text{C}$; pH môi trường 6,44; độ ẩm ban đầu 61,04%; tỷ lệ giống cấy 1,05%. Mật độ tế bào cực đại đạt $4,12 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ với độ tương thích thực nghiệm đạt 97%.

3. Hiệu quả thực tế của chế phẩm khi bổ sung vào giá thể trồng dâu tây tại Đà Lạt được ghi nhận như thế nào?
Trong suốt 6 tháng theo dõi, mật độ Azotobacter trong giá thể duy trì ở mức $3,20 - 3,92 \times 10^7 \text{ CFU/g}$. Cây dâu tây ra hoa sớm hơn 8 - 9 ngày, năng suất quả tăng 11 - 17%, độ Brix tăng 3 - 4%, đồng thời tăng hàm lượng chất khô hòa tan, đường tổng và vitamin C.

4. Khả năng sống sót của vi khuẩn Azotobacter trong chế phẩm sau thời gian bảo quản dài hạn đạt mức bao nhiêu?
Sau 15 tháng bảo quản, mật độ vi khuẩn đạt $0,30 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ ở điều kiện nhiệt độ phòng ($28 - 32^\circ\text{C}$) và đạt $1,28 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ ở điều kiện nhiệt độ mát ($15 - 20^\circ\text{C}$), đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật cho phân bón vi sinh vật.

5. Cơ chế tác dụng kép của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter là gì?
Chế phẩm kết hợp khung mạng polymer siêu hấp thụ nước polyter và vi khuẩn Azotobacter: hạt polyter đóng vai trò giữ nước, chống rửa trôi khoáng và nhả chậm ẩm độ cho rễ; đồng thời cấu trúc xốp của hạt là nơi cư trú giúp vi khuẩn Azotobacter tồn tại lâu dài, liên tục cố định nitơ khí quyển thành đạm dễ tiêu và tiết hormone IAA kích thích sinh trưởng cây trồng.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Thuỳ Quý Tú đã hoàn thành việc nghiên cứu cố định vi khuẩn Azotobacter (A. chroococcum ATCC 4412 và A. vinelandii ATCC 12337) trên giá thể hạt polyter bằng phương pháp lên men bán rắn. Quá trình công nghệ được tối ưu hóa bằng mô hình RSM - CCD, tạo ra chế phẩm Biopolyter-Azotobacter có mật độ tế bào đạt $4,12 \times 10^9 \text{ CFU/g}$ và duy trì độ ổn định sinh học trên 15 tháng bảo quản. Thử nghiệm thực địa tại Lâm Đồng khẳng định chế phẩm phát huy tác dụng kép giữ ẩm và cung cấp dinh dưỡng, giúp dâu tây ra hoa sớm 8 - 9 ngày, tăng năng suất 11 - 17% và nâng cao phẩm chất quả tươi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nghiên cứu về chất giữ âm trong nông nghiệp và hạt polyter 1. Chất giữ am trong nông nghiệp L111. Khái niệm Chất giữ âm là loại vật liệu có khả năng hút, giữ nước được dùng trong nhiều lĩnh vực như y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, xử lý nước, khai khoáng.

Trước đây những chất hút nước thường có thành phân chủ yếu là cellulose va sợi như than bun, bã mia, xơ dừa, cao lanh., va chỉ có khả năng giữ nước khoảng 20 lần trọng lượng của chúng. Hiện nay với sự hỗ trợ của khoa học công nghệ đã sản xuất được nhiều loại polymer siêu hap thụ nước (SAP - Super Absorbent Polymers), có thê hút và giữ một khối lượng dung dịch lớn (có thé gap 400 - 500 lần) so với khôi lượng ban dau của nó [7. Chat giữ 4m trong nông nghiệp hiện nay có bản chất là polymer siêu hấp thụ nước (SAP - Super Absorbent Polymers) hay còn được gọi là hydrogel, được Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ nghiên cứu và sử dụng đầu tiên từ những năm 1960. Ngày nay, SAP được sử dụng nhiều trong nông nghiệp để giữ ấm và cải tạo đất, vận chuyền cây trông đi xa, kết hợp với phân bón và phụ gia dé canh tác trong chậu.

Với khả năng giữ được một lượng nước lớn, hút và nhả nước nhiều lần, SAP có ý nghĩa quan trọng trong việc đây mạnh phát triển sản xuất nông nghiệp, chỗng hạn cho cây trồng. giữ ôn định sinh thái đất và đối phó với biến đối khí hậu, ngoài ra SAP còn có vai trò trong xử lý nước thải và đất nhiễm kim loại nặng [7, 9]. Tình hình sản xuất và ứng dụng chat giữ âm dé nâng cao hiệu qua phân bón và tăng khả năng chống hạn cho cây trồng trên thế giới và Việt Nam nỗi bật ba xu hướng chính: nghiên cứu sản xuất các vật liệu ôn định đất, giữ âm với các thành phan như hop chat tự nhiên (cellulose,.), polymer, polyacrylate, vinyl 5 polymer.; ứng dụng chất giữ 4m phục vụ canh tác, trồng trọt và hướng nghiên cứu kết hợp phân bón va chất giữ âm [10, 11, 12, 13]. Polymer và phương pháp tong hop a.

Định nghĩa Polymer là hợp chất cao phân tử được cau tạo từ một nhóm nguyên tu, lặp đi lặp lại nhiều lần trong đại phân tử. Nhóm nguyên tử tham gia cau thành trong dai phân tử được đặc trưng cho độ trùng hợp cua polymer [13]. Về cau trúc, polymer được phân ra làm 3 loại như sau: polymer mạch thắng, polymer mạch phân nhánh, polymer liên kết ngang hay polymer khâu mạch. Về tính chất, polymer được phân ra làm 2 loại như sau: polymer tan nước và polymer trương nước (hydrogel).

Cac vật liệu hydrogel có phạm vi ứng dụng rộng, chung được dùng trong các quá trình tách chiết làm màng vi lọc, siêu lọc, thấm khí; trong y học, hydrogel được dùng làm vật liệu cấy ghép, da nhân tạo, màng lọc máu; trong nông nghiệp được dùng làm chất giữ nước cho các vùng khô hạn hay sa mạc. Ngoài ra, vật liệu hydrogel còn được sử dụng trong lĩnh vực xử lý nước thai [14]. Phương pháp tông hợp polymer Nguyên liệu ban dau dùng dé tổng hợp polymer là những hợp chất có khối lượng phân tử thấp monomer hay oligomer. Các monomer ban đầu phải có liên kết bội hay phải có ít nhất hai nhóm chức trở lên.

Có hai phương pháp cơ bản dùng dé tổng hop polymer là phương pháp trùng ngưng và phương pháp trùng hợp. Phương pháp trùng hợp: là phản ứng kết hợp các phân tử nhỏ thành đại phân tử mà không tách ra các sản phẩm phụ. Quá trình trùng hợp kéo theo sự giảm độ không no của các chất tham gia phản ứng, giảm số phân tử chung của hệ và làm tăng trọng lượng phân tử trung bình của phân tử. Phương pháp trùng ngưng: là phản ứng kết hợp các phân tử nhỏ thành đại phân tử kèm theo sự tách các loại chất đơn giản như H;O, ROH, NH3, HCl.

Phản ứng trùng ngưng đặc trưng cho các hợp chất chứa các nhóm chức trong phân tử. Tình hình nghiên cứu và ứng dung chất giữ dm trong canh tác nông nghiệp Nghiên cứu ngoài nước: Việc nghiên cứu chế tạo polymer siêu hấp thụ nước được tiến hành từ lâu và đến nay vẫn tiếp tục được nghiên cứu nhằm tạo ra vật liệu với giá thành thấp, có khả năng phân hủy sinh học, có độ trương lớn hơn cũng như đa dạng hóa các ứng dụng của SAP trong nông nghiệp. Bên cạnh đó, việc sử dụng SAP làm giá thé trồng trọt không chỉ thân thiện môi trường mà còn giúp phát triển hiệu quả vì nhu câu nông nghiệp sạch , bên vững, công nghệ đơn giản. Nhiêu nghiên cứu đã tiên hành dé khảo sát vai trò và kha nang ứng dụng các san phẩm SAP vào nông nghiệp, một số hướng nghiên cứu được chú ý như: Khả năng hạn chế lượng nước tưới cung cấp cho cây trồng khi sử dung SAP: Tur năm 1985, Tu và cộng sự kết luận rang cây họ cúc (chỉ Ceneraria) và cây đậu đỏ (Phaseolus vulgaris) tăng tong khối lượng cây, tăng sự thoát nước và CO2, trong khi cây tếch Úc (Tectona grandis) và cây sồi sữa (Baeolophus inornatus) (loài chịu hạn) không tang đáng kế về khối lượng cây khi sử dung SAP [15].

Cây họ cúc và cây đậu đỏ đã tăng tổng khối lượng khô lên khi thêm SAP vào đất trồng. Các tác giả này còn quan sát được t lệ thoát nước tăng đối với các loài cây chịu hạn khi b6 sung SAP trong môi trường trong, sự phát triển về tong thé có khác biệt so với môi trường không su dung SAP. Sau đó, Fry va Butler (1989) phát hiện SAP có hiệu ứng ôn định sinh trưởng cho những loài ưa âm trồng trong điều kiện khô han [16]. Cỏ đuôi trâu (Festuca rubra) phát triển tốt khi thêm SAP voit lệ 1% vào đất trước khi gieo hạt, có các phan ứng tăng chỉ số sinh trưởng trong điều kiện nhà kính.

Các tác giả cũng kết luận rang can tỉ lệ SAP lớn hơn để đạt được cùng hiệu ứng trong điều kiện thực hiện ngoài đồng ruộng. Trong mớt số trường hợp khác, SAP duy trì nước có sẵn khi ngưng tưới, giúp kéo dài thời gian sống của cây trồng [17]. Bộ rễ cây có thé xuyên vào SAP dé lay nước có sẵn. Trong môi trường có SAP cây bat dau chết sau 19 ngày, trong khi các mẫu cây đối chứng không dùng SAP bắt đầu chết sau 5 ngày khô hạn.

Trong sản xuất quy mô đồng rudng, các cây thông non Y (Pinus sabiniana) song lâu hon 14 - 2,0 lần khi dùng SAP so với đối chứng không dùng [18]. Cây bạch đàn (Eucalyptus sideroxylon) trồng ở Sudan sử dung SAP tron vào đất cát, trong điều kiện không tưới nướct_ lệ sống tăng gấp đôi so với cây thử nghiệm không dùng SAP. Cùng điều kiện nhưng giamt lệ tưới tiêu t lệ sống sót tăng 1,4 - 1,6 lần. Trong một thử nghiệm khác khi ngưng tưới trong 6 ngày tất cả cây con ở ô đôi chứng đều chết, so với cây có bón SAPt_ lệ sống từ 57 - 71%.

Cây thông Aleppo tăng gấp doit lệ sống khi thêm 0,49% SAP trong đất so với dat không dùng. Nghiên cứu còn cho thấy khi thêm SAP vào môi trường làm tăng bồ rễ của cây thông Aleppo và tăng tông khối lượng cây. Các loài cây chịu hạn như cây tếch Úc, cây sồi sữa cũng tăng khối lượng khô đáng kể [15, 19]. Các loài cây nhiều lá như Fraser photinia (cây trồng cảnh quan) có phan ứng tăng khối lượng khi thêm SAP vào môi trường.

Các loại cây cà chua, rau diép, cu cal, lúa mì cũng tăng khối lượng khô khi ngừng thời gian tưới đến khi cây xuất hiện triệu chứng héo khi có bổ sung SAP trong dat trồng. Cây vòi rồng tăng t lệ sống sót và khối lượng khô khi trồng trong môi trường có trên SAP. Các loại cây ngăn ngày không chịu hạn như cây Dã Yên (Petunia hybrida) gia tăng số hoa và khối lượng khô khi trồng trong điều kiện khô có bố sung SAP [20]. Năm 1999, Trung Quốc công bố chế phẩm Khoa Du 98 là vật liệu polymer có sức hút nước 1.000 lần, đã được ứng dụng cho cây trồng, tiết kiệm được 50% lượng nước tưới và tăng sản lượng 15 - 20%.

Tại Trung Quốc và Mỹ đã có nhiều sản phẩm SAP đã được đăng ký bang sáng chế [21]. Vai trò cải thiện khả năng nảy mâm của hạt và tỉ lệ sống của cây con: Tốc độ nảy mam có thé gia tăng khi các SAP được sử dung, đặc biệt trong môi trường khô hạn va bán khô hạn. Lượng nước có sẵn ở vùng bẻ mặt giữa dat và hạt giống rất quan trọng cho sự nảy mam của hạt. Sự nảy mam của hạt giảm nếu sự tiếp xúc nước giữa đất và hạt giảm trong điều kiện môi trường khô hạn và bán khô han [22].

Woodhouse va Johnson (1991) đã quan sát thấy khi thêm SAP vào cau trúc của đất đã tạo nhiều yếu tô thuận lợi cho sự nảy mam của lúa mach (Avena sativa), cỏ ba lá trang (Trifolium repens) và rau diễp (Lactuca sativa); tuy nhiên khi thêm lượng SAP cao ở mức 0,5% trong môi trường sẽ làm giảm sự nảy mam của rau diép [23]. Bên cạnh đó, các SAP được dùng dé 6n định cây trồng ở quy mô đồng ruộng trong các dự án tái sinh thực vật, ôn định và phát triển sản xuất các cây ngắn ngày và lâu năm. Ngoài ra, các cây có các phản ứng khác nhau ở các giai đoạn phát triển khác nhau vì vậy lượng SAP có thé thay đối khi cây phát triển. SAP giúp ôn định các cây con nuôi cấy mô ở các vùng khô hạn như Châu Phi và Châu Úc, giúp tăng khả năng sống của cây.

Dexter va Miyamoto (1959) cũng chứng minh khi bón thêm SAP hạt cu cải đường (Beta vulgaris) sẽ xúc tiến sự nảy mam và sự phát triển rễ trong môi trường cát [25]. Các nghiên cứu của Sabota (1987) cho thấy khi ngâm trước hạt bắp ngọt (Zea mays convar. rugosa) trong SAP sẽ giảm thời gian nảy mam, thúc day sự phát triển, cải thiện tốc độ nảy mam của hạt bắp ngọt trong đất lạnh (<10°C) [26]. Khi bổ sung thêm SAP vào dat trồng, tuy không làm tăng tốc độ nay mam của cây trồng ở Sudan, nhưng tăngt lệ sống của các hat nay mam lên 40% [27].

Tuy nhiên sử dung SAP không đúng liều lượng cũng sẽ có tác dụng ngược lại, có thê làm hong hạt giông do cung cap nước quá nhiêu [28]. Bap ngọt do có nói nhũ dựa trên tinh bớt mà hap thụ nước chậm hơn và giữ nước ít hơn đậu bò.