Phân lập, định danh và nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của nấm có khả năng phân giải phosphat và kali khó tan (khóa luận tốt nghiệp)

HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC
-------------***-------------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“PHÂN LẬP, ĐỊNH DANH VÀ NGHIÊN CỨU
MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA NẤM
CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI PHOSPHAT VÀ KALI
KHÓ TAN”

HÀ NỘI-2022


HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC
-------------***-------------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“PHÂN LẬP, ĐỊNH DANH VÀ NGHIÊN CỨU
MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA NẤM
CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI PHOSPHAT VÀ KALI
KHÓ TAN”
Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN THỊ DỊU

Lớp

: K63CNSHD

Mã sinh viên

: 637309

Giảng viên hướng dẫn

: TS. HUỲNH THỊ THU HUỆ
PGS. TS. NGUYỄN XUÂN CẢNH

HÀ NỘI-2022


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung
thực và chưa được cơng bố dưới bất kì hình thức nào.
Tơi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận đã được cảm
ơn và các thơng tin trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 08 tháng 09 năm 2022
Sinh viên

Nguyễn Thị Dịu

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian làm đề tài tốt nghiệp tại Bộ môn Công nghệ vi sinh, được sự

giúp đỡ và dìu dắt tận tình của các thầy giáo, cơ giáo, các cán bộ tại phịng thí
nghiệm của Bộ mơn cùng với sự cố gắng và nỗ lực học tập của bản thân, tơi đã
hồn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc Học viện, Ban chủ
nhiệm khoa Công nghệ sinh học cùng tồn thể các thầy cơ giáo đã truyền đạt cho
tơi những kiến thức vơ cùng bổ ích và quý báu trong suốt thời gian học tập, rèn
luyện và thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS. Nguyễn Xuân Cảnh –
Trưởng khoa Công nghệ sinh học đã định hướng đề tài và tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ tơi trong suốt q trình làm khóa luận tốt nghiệp.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô và cán bộ tại bộ môn
Công nghệ vi sinh, chị kỹ thuật viên Nguyễn Thị Thu đã giúp đỡ tận tình, tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q trình làm khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn tới gia đình, người thân và các anh, chị, em, bạn
bè đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tơi trong suốt q trình học tập
và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 08 tháng 09 năm 2022
Sinh viên

Nguyễn Thị Dịu

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. v

DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii
TÓM TẮT KẾT QUẢ ........................................................................................ viii
PHẦN 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề....................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................... 2
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
2.1. Tổng quan về phân bón .................................................................................. 3
2.1.1. Các loại phân bón hiện nay ......................................................................... 3
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ phân bón trên thế giới và tại Việt Nam .......... 4
2.1.3. Hiệu lực sử dụng phân bón ......................................................................... 6
2.2. Các dạng phosphat và kali trong đất và vòng tuần hoàn của phosphat và kali
trong tự nhiên ................................................................................................ 6
2.2.1. Các dạng phosphat trong đất và vịng tuần hồn của phosphat trong tự
nhiên .............................................................................................................. 6
2.2.2. Các dạng kali trong đất và sự chuyển hóa kali trong đất .......................... 10
2.3. Tổng quan về vi sinh vật phân giải phosphat và kali trong đất ................... 13
2.3.1. Vi sinh vật phân giải phosphat trong đất................................................... 13
2.3.2. Vi sinh vật phân giải kali trong đất ........................................................... 14
2.4. Tình hình nghiên cứu vi sinh vật có khả năng phân giải phosphat và kali khó
tan trong đất................................................................................................. 15
2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................ 15
2.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam........................................................... 17
PHẦN III. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP .......................... 19
iii


3.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 19
3.2. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 19

3.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................ 19
3.4. Hóa chất, mơi trường, dụng cụ và thiết bị.................................................... 19
3.4.1. Hóa chất và mơi trường nghiên cứu .......................................................... 19
3.4.2. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................... 20
3.6. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 21
3.6.1. Phương pháp thu thập mẫu........................................................................ 21
3.6.2.. Phương pháp phân lập, làm thuần và giữ giống....................................... 21
3.6.3. Phương pháp xác định khả năng phân giải kali ........................................ 22
3.6.4. Phương pháp xác định chỉ số hòa tan phosphat và kali của các chủng nấm
..................................................................................................................... 22
3.6.5. Phương pháp xác định hoạt độ phân giải phosphat của các chủng nấm ... 23
3.6.6. Ảnh hưởng của điều kiện pH tới khả năng phân giải phosphat và kali của
các chủng nấm ............................................................................................. 25
3.6.7. Phương pháp xác định các đặc điểm hình thái tản nấm, hình thái bào tử
nấm .............................................................................................................. 25
3.6.8. Đánh giá khả năng sinh enzyme ngoại bào bằng phương pháp khuếch tán
đĩa thạch ...................................................................................................... 25
3.6.9. Phương pháp tách chiết DNA ................................................................... 26
3.6.10. Phương pháp chạy điện di trên gel Agarose ........................................... 27
3.6.11. Kỹ thuật PCR .......................................................................................... 27
PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 29
4.1. Kết quả phân lập và tuyển chọn các chủng nấm phân giải phosphat và kali
..................................................................................................................... 29
4.2. Kết quả xác định chỉ số hòa tan phosphat và hoạt độ phân giải phosphat của
các chủng nấm ............................................................................................. 31
4.2.1.Kết quả xác định chỉ số hòa tan phosphat của các chủng nấm .................. 31
4.2.2. Kết quả xác định hoạt độ phân giải phosphat của các chủng nấm............ 33
4.3. Kết quả xác định chỉ số hòa tan kali của các chủng nấm............................. 36
4.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân giải phosphat và kali của các chủng
nấm thu được ............................................................................................... 38

iv


4.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân giải phosphat của các chủng nấm
..................................................................................................................... 38
4.4.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân giải kali của các chủng nấm ....... 39
4.5. Nghiên cứu đặc điểm hình thái của 4 chủng nấm ........................................ 40
4.6. Khả năng sinh enzyme ngoại bào của các chủng nấm ................................. 43
4.7. Định danh các chủng nấm bằng phương pháp sinh học phân tử ................. 44
4.7.1. Kết quả khuếch đại vùng gen ITS ............................................................. 44
4.7.3. Xây dựng cây phân loại............................................................................. 45
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 47
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 47
5.2. Kiến nghị ...................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 48
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 56

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Biểu đồ top 10 quốc gia sản xuất và tiêu thụ phân bón lớn nhất thế giới
năm 2017 ................................................................................................. 4
Hình 2. 2. Biểu đồ lượng tiêu thụ phân bón trên một hecta đất canh tác của một
số quốc gia. ............................................................................................. 6
Hình 2.3. Vịng tuần hồn phosphat trong tự nhiên ............................................ 10
Hình 2.4. Sự chuyển hóa kali trong đất.............................................................. 12
Hình 4.1. Chủng nấm phân lập được trên mơi trường NBRIP ........................... 29
Hình 4.2. Chủng nấm phân giải phosphat khó tan trên mơi trường NBRIP ....... 30
Hình 4.3. Chủng nấm phân giải kali khó tan trên mơi trường Aleksandrov....... 31

Hình 4.4. Khả năng phân giải phosphat sau 5 ngày ni cấy ............................. 33
Hình 4.5. Đồ thị đường chuẩn của phản ứng so màu Xanh molipdate ............... 34
Hình 4.6. Hoạt độ phân giải phosphat của các chủng nấm ................................. 35
Hình 4.7. Khả năng phân giải kali sau 5 ngày ni cấy...................................... 37
Hình 4.8. Khả năng sinh enzyme cellulase ......................................................... 43
Hình 4.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR của 4 chủng nấm ............................... 44
Hình 4.10. Cây phân loại của các chủng nấm NM1, NM2, NM7, TB ............... 45

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Xây dựng dãy nồng độ đường chuẩn ................................................. 24
Bảng 4.1. Chỉ số phân giải photphat ................................................................... 32
Bảng 4.2. Tương quan giữa nồng độ PO43- và chỉ số OD ................................... 34
Bảng 4.3. Chỉ số phân giải kali ........................................................................... 36
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân giải phosphat ....................... 38
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân giải kali ................................ 39
Bảng 4.6. Hình thái của 4 chủng nấm ................................................................. 40
Bảng 4.7. Khả năng sinh enzyme cellulase của 4 chủng nấm ............................ 43

vii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Diễn giải từ viết tắt

BLAST

Basic Local Alignment Search Tool

CMC

Carboxymethyl Cellulose

DNA

Deoxyribonucleic acid

ĐC

Đối chứng

ITS

Internal Transcribed Spacer

NBRIP

National Botanical Research Institute’s
Phosphat growth medium

NCBI

National Center for Biotechnology
Information

PCR

Polymer Chain Reaction

PDA

Potato Dextrose Agar

RNA

Ribonucleic acid

TAE

Tris-acetate-EDTA

µl

Microliter

ng

nanogram

pmol

picromol

viii

TÓM TẮT KẾT QUẢ
Đề tài nghiên cứu “Phân lập, định danh và nghiên cứu một số đặc điểm sinh
học của nấm có khả năng phân giải phosphat và kali khó tan” được tiến hành tại
phịng thí nghiệm bộ mơn Cơng nghệ vi sinh – Khoa Công nghệ sinh học, Học
viện nông nghiệp Việt Nam từ tháng 3/2022 – 9/2022. Với mục đích là phân lập,
định danh và nghiên cứu các chủng nấm có khả năng phân giải phosphat và kali
khó tan để ứng dụng vào việc tạo ra các chế phẩm vi sinh giúp cải tạo đất nông
nghiệp. Các mẫu nấm được phân lập từ 10 mẫu đất thu thập ở Gia Lâm – Hà Nội
(7 mẫu) và Quỳnh Phụ – Thái Bình (3 mẫu). Kết quả phân lập được 4 chủng nấm:
NM1, NM2, NM7, TB có khả năng phân giải phosphat, kali khó tan. Bốn chủng
nấm cho thấy chỉ số phân giải phosphat và kali cao nhất ở ngày nuôi cấy thứ 5,
khả năng phân giải phosphat và kali là tối ưu nhất lần lượt tại pH7 và pH6. Các
chủng nấm đều có khả năng phân giải enzyme cellulase. Dựa vào kết quả nghiên
cứu đặc điểm hình thái và kết quả giải trình tự vùng ITS xác định được: trong số
4 chủng nấm nghiên cứu có 3 chủng nấm: NM1, NM2, TB có quan hệ gần gũi với
chủng Talaromyces funiculosus và chủng NM7 có quan hệ gần gũi với chủng
Penicillium sp.

ix


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Đối với ngành trồng trọt phân bón là một nguồn vật tư quan trọng, khơng
chỉ giúp nâng cao năng suất cây trồng mà cịn nâng cao chất lượng nơng sản, bởi
phân bón cung cấp cho cây trồng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết như: N, P,
K,… Các nguồn dinh dưỡng thiết yếu này hầu hết được cung cấp bởi các loại phân
bón vơ cơ: NPK, phân đạm (N), phân lân (P2O5), phân kali (K2O),… Việc sử dụng
các loại phân bón khác như phân hữu cơ và phân vi sinh hiện nay còn hạn chế bởi
sự khó khăn trong sản xuất và thương mại hóa. Do đó, việc sử dụng cũng như sản

xuất phân bón hiện nay hầu hết là phân bón vơ cơ. Tính đến năm 2020, cả nước
có 10.23 triệu tấn phân bón được sử dụng, trong đó có 7.6 triệu tấn phân bón vơ
cơ và 2.63 triệu tấn phân bón hữu cơ (Nguyễn Hường, 2021). Theo Bộ Cơng
thương tính đến tháng 11 năm 2020, mức sản xuất phân bón trong nước đều tăng
so với cùng kỳ năm 2019: sản lượng phân urê tăng 7.3%, phân NPK tăng 3.5%,
phân DAP tăng 3.3%.
Việc sử dụng và sản xuất phân bón ngày càng gia tăng đã đem lại các giá
trị to lớn về mặt kinh tế. Tuy nhiên, sử dụng phân bón ngày càng nhiều và bón
khơng đúng cách cho cây trồng gây mất cân bằng sinh học trong đất, làm cho đất
bị chua và bạc màu, đồng thời gây ra sự lãng phí về mặt kinh tế. Bởi cho đến nay,
hiệu lực sử dụng phân bón vẫn cịn rất thấp. Theo một thống kê năm 2013, hiệu
lực sử dụng phân đạm chỉ đạt khoảng 60%, phân lân khoảng 40% và phân kali
khoảng 50%. Như vậy, một lượng lớn phân bón bị tồn dư trong đất, nguồn nước
ngầm gây nên ô nhiễm đất, nước (Phạm Quang Hà & Nguyễn Văn Bộ, 2013). Rất
nhiều các giải pháp được đưa ra nhằm tăng hiệu quả sử dụng phân bón cũng như
làm giảm thiểu tác động của phân bón vơ cơ đến mơi trường. Đầu tiên là sử dụng
phân bón đúng thời điểm, đúng loại và đúng tỷ lệ được khuyến nghị, điều này
giúp làm giảm sự lãng phí các loại phân bón khơng cần thiết, giảm chi phí sản
xuất cho người nơng dân. Tuy nhiên, giải pháp này rất khó thực hiện bởi truyền
1


thống sử dụng phân bón vơ cơ thường dựa vào kinh nghiệm, thói quen của người
nơng dân rất khó thay đổi. Bên cạnh đó, việc sử dụng các loại phân hữu cơ cũng
là một giải pháp thân thiện với môi trường bởi việc tận dụng các nguồn hữu cơ có
sẵn (xác bã thực vật, phân chuồng,...) đồng thời giúp duy trì độ phì nhiêu của đất.
Tuy nhiên, việc xử lý phân hữu cơ không đúng cách lại dễ gây bệnh cho cây trồng
và gây ô nhiễm môi trường. Trong những năm gần đây, việc sử dụng vi sinh vật
đặc biệt là các vi sinh vật trong đất có khả năng phân giải các chất dinh dưỡng
khó tan nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng phân bón được coi là giải pháp bền vững

và thân thiện với môi trường.
Xuất phát từ lý do đó, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phân lập, định danh
và nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của nấm có khả năng phân giải
phosphat và kali khó tan”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân lập các chủng nấm phân giải phosphat và kali khó tan.
- Đánh giá một số đặc điểm sinh học của các chủng nấm thu được.
- Định danh các chủng nấm.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
- Cung cấp những thông tin về các chủng nấm phân giải phosphat và kali
khó tan giúp tăng hiệu quả sử dụng các nguồn photphat và kali khó tan của cây
trồng.
- Nghiên cứu chọn ra các chủng nấm có khả năng phân giải phosphat và
kali khó tan để sản xuất, bổ sung vào các chế phẩm sinh học, góp phần xây dựng
nền nông nghiệp sạch, bền vững và thân thiện với môi trường.

2


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về phân bón
2.1.1. Các loại phân bón hiện nay
Phân bón là những chất, hợp chất cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho cây
trồng, nhằm thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây, cung cấp chất dinh
dưỡng cho đất, làm thay đổi chất đất sao cho phù hợp với nhu cầu của từng loại
cây trồng (Roy, 2007). Hầu hết các loại phân bón có thành phần dinh dưỡng tương
tự nhau, dựa vào nguồn gốc, phân bón được chia thành 3 nhóm chính (Bùi Thị
Phương, 2019):
Phân bón vơ cơ (hay phân bón hóa học): loại phân được tổng hợp từ các chất
hóa học hoặc khống thiên nhiên, chứa một hoặc nhiều ngun tố cần thiết dưới

dạng muối khống vơ cơ cần thiết cho cây trồng. Đây là loại phân chiếm 90%
tổng nhu cầu tiêu thụ phân bón hiện nay ở nước ta. Dựa vào ngun tố dinh dưỡng,
phân bón vơ cơ bao gồm: phân đa lượng, trung lượng và phân vi lượng. Theo
thành phần cấu tạo, phân bón vơ cơ được chia thành 2 loại chính:
- Phân đơn: được tổng hợp từ một thành phần đa lượng là nitơ, phospho
hay kali. Loại phân đơn thường được dùng có thể kể đến: phân đạm, phân lân,
phân kali.
- Phân phức hợp: được tổng hợp từ hai hay nhiều thành phần đa lượng
bằng phương pháp hóa học hay phương pháp trộn. Có thể kể đến một số loại
phân: NPK 16-16-8, DAP, MPK,…
Phân bón hữu cơ: được sản xuất từ nguyên liệu chính là chất hữu cơ tự nhiên
(phân chuồng, chất thải gia súc, gia cầm, tàn dư từ thân cây, lá cây, phụ phẩm từ
sản xuất nơng nghiệp,…) thơng qua q trình phân giải, lên men thành dạng cây
dễ dàng hấp thu được, khi bón vào đất giúp tăng độ phì nhiêu cho đất, cải tạo đất
nhờ việc cung cấp các chất hữu cơ cho cây trồng.
Phân bón vi sinh: loại phân bón trong thành phần có chứa một hay nhiều loại
vi sinh vật sống có lợi (vi sinh vật phân giải lân, cố định đạm, phân giải xenlulo,
3


vi sinh vật đối kháng,…) nhằm cung cấp và bổ sung cho cây trồng lượng dinh
dưỡng nhất định giúp nâng cao năng suất, chất lượng nông sản.
Hiện nay, phân hữu cơ và phân vi sinh rất khó sản xuất thương mại và cơ giới
hóa ở quy mơ lớn. Do đó, phân bón hữu cơ chỉ sản xuất kết hợp với các loại phân
vô cơ khác giúp tăng dinh dưỡng cho cây.
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ phân bón trên thế giới và tại Việt Nam
Theo báo cáo phân tích ngành phân bón năm 2019, sản lượng sản xuất và
tiêu thụ phân bón cao nhất thế giới tập trung tại khu vực Đông Á, chiếm 34% sản
lượng sản xuất và 36,7% sản lượng tiêu thụ tồn cầu. Trong đó, các quốc gia:
Trung Quốc, Ấn Độ, Nga, Mỹ là những nước dẫn đầu về sản lượng sản xuất các

loại phân bón trên thế giới.

Nguồn: IFASTAT, FPTS tổng hợp

Hình 2.1. Biểu đồ top 10 quốc gia sản xuất và tiêu thụ phân bón lớn nhất
thế giới năm 2017
Nhìn chung, nhu cầu phân bón thế giới có mức độ tập trung khá cao, khoảng
73% tổng lượng phân bón tiêu thụ tồn cầu tập trung ở top 10 quốc gia tiêu thụ
phân bón lớn nhất thế giới. Trung Quốc không chỉ là quốc gia dẫn đầu thế giới về
sản lượng phân bón với tỷ trọng 25.6 % mà còn là quốc gia tiêu thụ phân bón lớn
nhất thế giới chiếm 24.2% về sản lượng. Tiếp theo là Ấn Độ và Mỹ chiếm lần lượt
13.8% và 12% tổng lượng tiêu thụ toàn cầu. Việt Nam đứng ở vị trí thứ 9 trong
top 10 các quốc gia tiêu thụ phân bón lớn trên thế giới năm 2017.

4


Tại Việt Nam, theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nơng thơn tính đến năm
2018 cả nước có hơn 700 cơ sở sản xuất kinh doanh phân bón với tổng công suất
lên đến 29.5 triệu tấn/năm. Nước ta đã sản xuất được các loại phân: urê, lân, NPK
và vẫn phải nhập khẩu hoàn toàn phân kali, SA và một phần phân DAP. Theo Bộ
Cơng thương tính đến tháng 11 năm 2020, tình hình sản xuất các loại phân bón
trong nước đều tăng so với cùng kì năm 2019, cụ thể:
 Phân urê: sản lượng đạt gần 2.19 triệu tấn, tăng 7.3% so với cùng kì năm
2019.
 Phân NPK: sản lượng đạt 2.64 triệu tấn, tăng 3,5% so với cùng kì năm 2019.
 Phân DAP: tính chung tháng 11 năm 2020 đạt 339.4 nghìn tấn, tăng 3.3%
so với cùng kì năm 2019.
Trong dài hạn, xu hướng nông nghiệp hữu cơ tạo cơ hội phát triển bền vững
cho ngành phân bón thế giới và Việt Nam. Sản xuất phân bón hữu cơ và vi sinh

tại Việt Nam chiếm tỷ trọng nhỏ nhưng bắt đầu tăng nhanh trong những năm gần
đây. Nhóm phân bón này có khả năng phát triển do tác dụng của chúng đối với
cây trồng và tận dụng được các nguồn nguyên liệu có sẵn như các loại rác thải,
phế liệu có sẵn ở nước ta (Huỳnh Thị Diệu Linh, 2013).
Về tình hình tiêu thụ phân bón, theo World Bank năm 2016, Việt Nam tiêu thụ
430 kg phân bón trên một hecta đất canh tác, chỉ sau một số quốc gia như New
Zealand (1.717 kg/ha), Malaysia (1.539 kg/ha), Ai Cập (645.5 kg/ha), Trung Quốc
(503 kg/ha). Mức tiêu thụ tại Việt Nam cao gấp 3,1 lần mức trung bình thế giới
(138 kg/ha năm 2016). So với các quốc gia sản xuất nông nghiệp trong khu vực,
Việt Nam chỉ đứng sau Trung Quốc về mức độ tiêu thụ phân bón. Các quốc gia
cịn lại tiêu thụ phân bón trên một hecta đất canh tác ở mức khá thấp: Ấn Độ (166
kg/ha), Thái Lan (162 kg/ha), Philippin (157 kg/ha), Campuchia (17.8 kg/ha) (số
liệu năm 2016).

5


Nguồn: FAO, FPTS tổng hợp

Hình 2.2. Biểu đồ lượng tiêu thụ phân bón trên một hecta đất canh tác của
một số quốc gia.
2.1.3. Hiệu lực sử dụng phân bón
Hiệu lực sử dụng phân bón sẽ khác nhau tùy theo các loại cây trồng và vùng
sinh thái. Cho đến nay, tuy đã có rất nhiều các biện pháp trong việc cải thiện
phương pháp bón phân, phương pháp canh tác, thay đổi cơ cấu cây trồng nhằm
nâng cao sức sản xuất của đất và tiết kiệm phân bón nhưng hiệu lực sử dụng phân
bón vẫn cịn rất thấp. Hiệu quả sử dụng phân bón ước tính chỉ đạt khoảng 60%
cho phân đạm, phân lân khoảng 40% và phân kali khoảng 50%. Như vậy, đã có
một lượng lớn phân bón cây trồng khơng hấp thu hết đã đi vào đất, nguồn nước
ngầm gây nên ơ nhiễm đất, nước. Rõ ràng là có một sự lãng phí đáng kể về mặt

kinh tế và mơi trường, chỉ riêng đối với phân bón đơn, mỗi năm đã lãng phí hàng
trăm triệu đơ la mỹ (Phạm Quang Hà & Nguyễn Văn Bộ, 2013).
2.2. Các dạng phosphat và kali trong đất và vịng tuần hồn của phosphat và
kali trong tự nhiên
2.2.1. Các dạng phosphat trong đất và vòng tuần hoàn của phosphat trong tự
nhiên
2.2.1.1. Các dạng phosphat trong đất
Phosphat có vai trị quan trọng đối với cây trồng, bởi đây là nguyên tố dinh
dưỡng đa lượng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây. Tuy nhiên, hiệu
lực sử dụng phosphat của cây chỉ đạt khoảng 40% (Phạm Quang Hà & Nguyễn
Văn Bộ, 2013). Do đó một lượng lớn phosphat đã tồn tại trong đất ở dạng khó hịa
6


tan làm cho cây không thể hấp thụ. Trong đất, hàm lượng phosphat dự trữ xấp xỉ
0.025 – 0.3% P2O5 nhưng chúng tồn tại ở dạng khó tan trong nước làm cây khó
hấp thụ. Thành phần phosphat dễ tan và khó tan được quyết định bởi thành phần
cơ giới, tính chất đất mẹ, độ sâu tầng đất, chế độ canh tác và hàm lượng chất hữu
cơ (Nguyễn Như Hà, 2005).
Theo Hồng Thị Thái Hịa (2011), hàm lượng phosphat tổng số trong đất
Việt Nam khoảng 0.03 – 0.2%. Trong đó, đất giàu phosphat tổng số nhất là đất
bazan nâu đỏ (0.15 – 0.25%), nghèo nhất là đất xám bạc màu (0.03 – 0.04%). Đất
phù sa sơng Hồng có tỷ lệ phosphat trung bình là 0.1%, trong khi đất phù sa ở hệ
thống sông suối khác chỉ đạt tỷ lệ phosphat trung bình < 0.05%. Nhìn chung, phần
lớn đất ở Việt Nam được xếp vào loại nghèo phosphat (Trần Thị Thu Hà, 2009).
Trong đất, phosphat tồn tại và chuyển hóa giữa 2 hình thức là phosphat hữu cơ và
phosphat vơ cơ.
Phosphat hữu cơ
Hàm lượng phosphat hữu cơ trong đất chiếm tỷ lệ 30 – 80% phosphat tổng
số trong đất. Hàm lượng phosphat hữu cơ trong đất phụ thuộc vào yếu tố như:

điều kiện khí hậu, thảm thực vật, kết cấu đất, loại hình sử dụng đất và chế độ phân
bón sử dụng trên đất đó (Trần Thị Thu Hà, 2009).
Hầu hết, các dạng phosphat hữu cơ trong đất là các dạng thức của ester
phosphate như monoesters phosphat (phytate), diester phosphat (axit nucleic và
phospholipid) và triesters phosphat (Turner, 2008).
Các hợp chất hữu cơ chứa phosphat bao gồm: phytin (bao gồm: inositol
phosphat, inositol,…), axit nucleic, phospholipid,... Inositol phosphat chủ yếu có
nguồn gốc từ thực vật và tích tụ trong đất và trở thành hợp chất chiếm tỷ lệ cao
nhất của phosphat hữu cơ trong đất (chiếm khoảng 50%) (Turner & cs., 2002).
Theo Dalal (1977), axit nucleic tồn tại trong đất dưới dạng tàn tích của thực vật,
động vật và vi sinh vật, chiếm khoảng 3% phosphate hữu cơ trong đất.
Phospholipid tồn tại trong đất chủ yếu bắt nguồn từ các mảnh vụn thực vật, chất
7


thải động vật và hoạt động của vi sinh vật, có vai trị quan trọng trong dinh dưỡng
của cây và chu trình phospho trong đất. Phospholipid chiếm khoảng 1% lượng
phosphat hữu cơ trong đất (Dalal, 1977). Phosphat hữu cơ thường khơng bền và
dễ dàng bị khống hóa (phân hủy và giải phóng) dưới dạng phosphat vơ cơ hoặc
có thể được kết hợp với vật liệu hữu cơ ổn định hơn. Quá trình này được thực hiện
bởi vi sinh vật và diễn ra nhanh nhất trong điều kiện đất ẩm và nhiệt độ cao
(Busman & cs., 2002).
Nhờ vào việc tích lũy sinh học, hầu hết các hợp chất phosphat hữu cơ được
tích lũy trong tầng đất mặt. Do đó, ở tầng đất mặt thường chứa nhiều phosphat
hơn các tầng ở dưới sâu. Theo Nguyễn Như Hà (2005), phosphat hữu cơ chủ yếu
nằm trong thành phần mùn, chiếm 20 – 80% phosphat tổng số, ở tầng đất mặt
phosphat hữu cơ chiếm khoảng 50% phosphat tổng số. Đây là dạng phosphat cây
chưa sử dụng được mà cần phải thơng qua q trình khống hóa giải phóng axit
và muối dễ hịa tan cho cây hấp thụ.
Phosphat vô cơ

Phosphat vô cơ thường tồn tại trong các dạng muối phosphat nhưng chủ
yếu là muối không tan như: Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2 (chiếm ưu thế trên đất trung
tính hoặc kiềm); AlPO4, FePO4 (chiếm ưu thế trên đất chua) (Busman & cs.,2009).
Trên thực tế, cây trồng chỉ hấp thụ phosphat ở dạng H2PO4-, các dạng phosphat
còn lại thường là các dạng khó tan cây trồng khơng thể hấp thu được, muốn sử
dụng các dạng này cần phải được biến đổi thành dạng dễ tan (Trần Thị Thu Hà,
2009).
Phosphat canxi được huy động cho cây dễ hơn phosphat Fe, Al vì các cation
Fe3+ và Al3+ có khả năng di động, khi ion phosphat kết hợp với các cation này sẽ
bị di chuyển sâu vào trong đất nên cây trồng khó sử dụng. Quá trình cố định
phosphate bởi các hydroxit Fe và Al thường xảy ra trên các loại đất chua, giàu sắt
và nhôm di động. Gốc (OH)- trong các hydroxit Fe và Al bị thay thế bởi PO43-.
Các dạng phosphat vô cơ trong đất có nguồn gốc chủ yếu từ phân bón. Phosphat
trong phân bón được chuyển hóa thành dạng phosphat hòa tan trong nước dưới
8


dạng ion orthophotphat H2PO4- trong đất trong vòng vài giờ sau khi bón (Busman
& cs., 2002).
Trong hầu hết các loại đất, ion orthophotphat H2PO4- có tỷ lệ cao khi mức
pH trong đất dưới 7 và trên 7.2 (Hinsinger & cs., 1996). Các ion phosphat tích
điện âm gắn chặt vào bề mặt của các khống chất có chứa các ion tích điện dương
như Fe3+ và Al3+ trong đất chua thông qua q trình hấp thụ. Các ion phosphat
tích điện âm cũng tạo kết tủa với Ca2+ trong khoáng chất canxi cacbonat tạo thành
các hợp chất tương đối khó hịa tan (Ahemad & cs., 2009). Các phản ứng này phụ
thuộc vào điều kiện lý hóa của đất như độ ẩm, pH, nhiệt độ, các khoáng chất và
thành phần cơ giới của đất (Busman & cs., 2009). Những dạng phosphat khó tan
này trong điều kiện thích hợp cùng với sự tham gia của vi sinh vật sẽ chuyển hóa
thành các dạng dễ tan.
2.2.1.2. Vịng tuần hồn của phosphat trong tự nhiên

Tương tự như vịng tuần hồn của một số ngun tố khác, vịng tuần hoàn
của phosphat trong tự nhiên cũng như trong đất diễn ra trong một quy trình khép
kín, được gọi là vịng tuần hồn của phosphat.
Phosphat trong tự nhiên được các sinh vật sống hấp thụ và phần lớn được
chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ trong cơ thể chúng. Sau khi chúng chết đi,
lượng phosphat lại được trả lại tự nhiên dưới dạng hợp chất hữu cơ, các hợp chất
này tiếp tục bị biến đổi thành chất vô cơ hoặc được đưa vào các hợp chất hữu cơ
ổn định hơn để trở thành một phần chất hữu cơ trong tự nhiên.

9


Nguồn: Trần Văn Chính, 2010

Hình 2.3. Vịng tuần hồn phosphat trong tự nhiên
2.2.2. Các dạng kali trong đất và sự chuyển hóa kali trong đất
2.2.2.1. Các dạng kali trong đất
Kali là nguyên tố dinh dưỡng đa lượng quan trọng với cây trồng. Kali tuy
không tham gia vào cấu tạo của cây nhưng lại tham gia vào rất nhiều quá trình
trao đổi chất trong cây (Nguyễn Như Hà, 2005). Tuy nhiên, hiệu lực sử dụng kali
của cây chỉ đạt khoảng 50% (Phạm Quang Hà & Nguyễn Văn Bộ, 2013). Do đó
một lượng lớn kali đã tồn tại trong đất ở dạng khó hịa tan làm cho cây khơng thể
hấp thụ. Hàm lượng kali trong đất ở Việt Nam đao động trong khoảng 0.5 – 0.3%,
trong đó đất phù sa sơng Hồng thường có trên dưới 2% K2O. So với các yếu tố
dinh dưỡng đa lượng khác như nitơ và phosphat, tỷ lệ kali trong đất cao hơn nhiều.
hàm lượng kali trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đá
10


mẹ, điều kiện phong hóa đá và hình thành đất, thành phần cơ giới đất, chế độ canh

tác, phân bón (Nguyễn Như Hà, 2005). Theo Lalitha & Dhakshinamoorthy
(2013), kali trong đất tồn tại ở 4 dạng khác nhau: kali hòa tan, kali trao đổi, kali
không thể trao đổi, kali trong khống ngun sinh.
Kali hịa tan: có trong dung dịch đất với hàm lượng rất nhỏ. Đây là dạng
kali mà cây trồng có thể hấp thụ dễ dàng (Ramamoorthy & Velayutham, 1976).
Kali hòa tan chiếm khoảng 0.12% tổng số lượng kali trong đất bề mặt, cho thấy
sự phân bố gần như không đáng kể vào tổng lượng kali của đất (Lalitha &
Dhakshinamoorthy, 2013).
Kali trao đổi: là các ion kali hấp phụ trên bề mặt keo đất, nó có thể đi vào
dung dịch đất nhờ việc được thay thế bằng các cation của muối trung tính có trong
dung dịch đất. Thơng thường, tỷ lệ kali trao đổi chiếm không quá 2% so với kali
tổng số (Schroder, 1974). Kali có thể trao đổi cao nhất thu được trong đất sét, tiếp
theo là đất phù sa và đất đỏ (Srinivasa Rao & Srinivas, 2017).
Kali khơng trao đổi: cịn được gọi là kali cố định, các ion kali nằm trong
mạng lưới khoáng sét (Ramamoorthy & Velayutham, 1976), ít có khả năng trao
đổi do đó cây khó sử dụng được. Hàm lượng kali khơng trao đổi chiếm 3.58% so
với kali tổng số trong đất (Ramanathan & cs., 1981). Lượng kali không trao đổi
tồn tại nhiều nhất trong đất đen, tiếp đến là đất đỏ và cuối cùng là đất phù sa
(Lalitha & Dhakshinamoorthy, 2013).
Kali trong khoáng nguyên sinh: là dạng kali nằm trong mạng lưới tinh thể
của các khoáng nguyên sinh như fenspat kali (chứa 7.5 – 12.5% K2O), mica trắng
(chứa 6.5 – 9% K2O), mica đen ( chứa 5 – 7% K2O), sinvinit, …( Nguyễn Như
Hà, 2005). Nhìn chung, hơn 90% tổng số kali trong đất được tìm thấy ở dạng này
(Anil Sharma & cs., 2009). Các khống ngun sinh này khi bị phong hóa sẽ giải
phóng kali dưới dạng muối tan giúp cây trồng dễ dàng sử dụng.
2.2.2.2. Sự chuyển hóa kali trong đất
Trong đất, ln có sự chuyển hóa lẫn nhau giữa các dạng kali. Dạng kali
khả dụng đối với cây trồng bao gồm dạng kali hòa tan và kali trao đổi (Brady &
11

Weil, 2002). Kali trao đổi là thành phần chủ yếu cung cấp cho cây trồng bởi kali
hòa tan mà cây trồng có thể sử dụng trực tiếp có rất ít, mà giữa kali trao đổi và
kali hòa tan trong dung dịch đất có thể cân bằng động nhanh. Khi cây trồng hút
chất dinh dưỡng, thế cân bằng bị phá vỡ, kali trao đổi nhanh chóng được chuyển
vào dung dịch đất để cung cấp cho cây (Nguyễn Như Hà, 2005). Một số yếu tố
ảnh hưởng đến cân bằng kali trong đất có thể kể đến: loại khống sét, mùn, độ
ẩm,...

Nguồn: Nguyễn Như Hà, 2005

Hình 2.4. Sự chuyển hóa kali trong đất
Sự chuyển hóa kali trong đất bao gồm 2 q trình: q trình phục hồi kali
và q trình thối hóa kali. Quá trình phục hồi kali diễn ra như sau: Kali trong
thành phần đá mẹ có thể chuyển dần sang dạng kali trao đổi rồi đi vào dung dịch
đất cho cây trồng sử dụng. Ngược lại, kali từ dung dịch đất cũng có thể chuyển
hóa ngược trở lại thành dạng kali trao đổi, thậm chí có thể chuyển vào thành phần
đá mẹ (nằm trong mạng lưới tinh thể của các khoáng nguyên sinh) mà cây không
thể hấp thụ được, đây được gọi là q trình thối hóa kali, thường xảy ra trên đất
nghèo kali tổng số.

12


2.3. Tổng quan về vi sinh vật phân giải phosphat và kali trong đất
2.3.1. Vi sinh vật phân giải phosphat trong đất
Vi sinh vật trong đất giúp tăng cường khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng
khó tan của cây trồng. Q trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng khó tan trong
đất có sự tham gia của vi sinh vật (Babalola & Glick, 2012).
Trong đất, có một số lượng lớn các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ

khuẩn thể hiện khả năng phân giải phosphat khó tan. Theo Alori & cs., 2017 các
vi khuẩn có khả năng hịa tan phosphat đã được nghiên cứu có thể kể đến:
Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., Bacillus sequans, Azotobater, Bacillus,
Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Kushneria, Paenibacillus, Ralstonia,
Rhizobium, Rhodococus, Seratia, Bradyrhizobium, Salmonella, Sinomonas và
Thiobacillus. Ngoài ra, các lồi nấm cũng có khả năng phân giải phosphat có thể
kể đến: Achrothcium, Alternaria, Arthrobotrys, Aspergillus, Cephalosporium,
Cladosporium, Curvularia, Cunninghamella, Chaetomium, Glomus, Pythium,
Rhizopus, Torula, Penicillium sp.,…(Sharma & cs., 2013).
Theo Sharma & cs., 2013, nấm được cho là quan trọng hơn các lồi vi sinh
vật khác trong q trình hịa tan phosphat vơ cơ vì chúng thường tạo ra nhiều axit
hơn. Ngồi ra, có khoảng 20% xạ khuẩn có thể hịa tan phosphat và các loại tảo
như vi khuẩn lam cũng cho thấy khả năng hòa tan phosphat.
Cơ chế phân giải phosphat của vi sinh vật bao gồm các quá trình chính: hịa
tan – kết tủa, hấp thụ – giải hấp và khống hóa – cố định (chuyển đổi trung gian
giữa các dạng phosphat hữu cơ và phosphat vô cơ (Sharma & cs., 2013).
Cơ chế hịa tan phosphat vơ cơ của vi sinh vật: cơ chế này hoạt động nhờ
việc sản xuất axit hữu cơ của vi sinh vật, làm axit hóa tế bào và mơi trường xung
quanh chúng, dẫn đến việc giải phóng các ion phosphat từ phosphat vơ cơ bằng
cách thay thế H+ cho cation liên kết với phosphat. Việc sản xuất ra các axit hữu
cơ đi kèm với sự giảm pH dẫn đến axit hóa tế bào vi sinh vật và mơi trường xung
quanh, do đó các ion phosphat được giải phóng bằng cách thay thế H+ cho Ca2+
(Goldstein, 1994). Một cơ chế thay thế để sản xuất axit hữu cơ để hòa tan phosphat
13


vơ cơ là giải phóng H+ ra bề mặt bên ngoài để đổi lấy sự hấp thu cation hoặc với
sự trợ giúp của ATPase chuyển vị H+( Rodríguez & Fraga, 1999). Sự đồng hóa
NH4+ trong tế bào vi sinh vật đi kèm với việc giải phóng các proton và điều này
dẫn đến việc hịa tan phosphat vơ cơ mà khơng tạo ra bất kì axit hữu cơ nào

(Sharma & cs., 2013). Một cơ chế khác của q trình hịa tan phosphat vô cơ của
vi sinh vật là sản xuất các axit vơ cơ. Tuy nhiên, hiệu quả hịa tan phosphat trong
đất thấp hơn so với các axit hữu cơ (Kim & cs., 1997). Bên cạnh đó, việc giải
phóng enzyme của vi sinh vật cũng là một cơ chế khác của q trình hịa tan
phosphat (Zhu & cs., 2011).
Cơ chế hịa tan phosphat hữu cơ của vi sinh vật: đây là quá trình phân hủy
chất hữu cơ chứa phosphat để dần chuyển hóa phosphat thành dạng phosphat hữu
cơ dễ hịa tan. Sự loại bỏ phosphat liên tục dẫn đến sự hòa tan các hợp chất Ca-P
trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật (Phạm Thị Miền & Phan Minh Thụ,
2021). Sự phân hủy phosphat trong chất hữu cơ luôn tương quan với hàm lượng
phosphat trong sinh khối của vi sinh vật phân giải phosphat. Q trình này đóng
một vai trị quan trọng trong chu trình phosphat trong đất (Alori & cs., 2017).
2.3.2. Vi sinh vật phân giải kali trong đất
Trên thế giới, có nhiều nghiên cứu chỉ ra các vi sinh vật bao gồm nấm và
vi khuẩn vùng rễ có khả năng hịa tan các khống chất chưa kali hiệu quả cao như:
Acidithiobacillus ferrooxidans, Pseudomonas Burkholderia, B. megaterium,
Paenibacillus sp., Edaphicus, B. mucilaginosus, Rhizobium pusense, Aspergillus
terreus, Glomas mosseae, G. intraradices, Aspergillus niger (Nguyễn Văn Giang
& cs., 2020).
Các vi sinh vật hịa tan kali thơng qua sản xuất axit hữu cơ mạnh, làm giảm
pH của môi trường đất và tăng khả năng hòa tan kali bằng cách tạo phức với các
ion kim loại như Fe2+, Al3+ và Ca2+ (Styriakova & cs., 2003). Q trình này giúp
hịa tan các khống chất và đá chứa nhiều kali.
Ngồi việc phân giải kali thơng qua sản xuất axit hữu cơ mạnh, các phối tử
tạo phức với kim loại cũng là một cơ chế khác hòa tan kali thông qua vi khuẩn
14