Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hữu ích để sản xuất phân hữu cơ vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO Gia
TẠOLai,BỘ
NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PHẠM THỊ BÍCH LIỄU

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI
SINH VẬT HỮU ÍCH ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN HỮU
CƠ VI SINH
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ: 8420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN NHƯ NGỌC
2. TS. VŨ KIM DUNG

Gia Lai, 2023


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả những kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa được công bố. Nếu sai tôi xin chịu trách nhiệm hồn tồn.
Mọi trích dẫn trong đề tài đều đã được ghi rõ nguồn gốc.
Học viên

Phạm Thị Bích Liễu

ii
LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được đề tài này, tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,
hướng dẫn, hỗ trợ và tạo điều kiện của: TS. Nguyễn Như Ngọc, TS. Vũ Kim
Dung và tồn thể cán bộ Viện Cơng nghệ sinh học Lâm nghiệp, Ban Giám
đốc Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp tại tỉnh Gia Lai, Ban Giám hiệu
Trường Đại học Lâm nghiệp, phòng Đào tạo sau Đại học trường Đại học Lâm
Nghiệp.
Học viên

Phạm Thị Bích Liễu


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................. vii
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1 .......................................................................................................... 3
TỔNG QUAN .................................................................................................. 3
1.1. Khái niệm phân hữu cơ vi sinh .............................................................. 3
1.2. Vai trò của vi sinh vật phân giải chất hữu cơ......................................... 4
1.2.1. Vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ............................................. 5
1.2.3. Vai trị của vi sinh vật phân giải lân khó tan .................................. 8

1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ trên thế giới .............. 9
1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ ở Việt Nam ............. 10
Chương 2 MỤC TIÊU – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 13
2.1. Mục tiêu ............................................................................................... 13
2.1.1. Mục tiêu chung .............................................................................. 13
2.1.2. Mục tiêu cụ thể .............................................................................. 13
2.2. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 13
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 13
2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 14
2.4.1. Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật có năng lực phân
giải các hợp chất hữu cơ. ................................................................................ 14
2.4.2. Tuyển chọn các chủng vi sinh vật có các đặc tính phù hợp để sản
xuất phân hữu cơ vi sinh ................................................................................. 14
2.4.3. Phương pháp định tên các chủng tuyển chọn ............................... 16


iv
2.4.4. Phương pháp tối ưu hóa xác định thơng số lên men thu sinh khối
các chủng vi sinh vật tuyển chọn .................................................................... 19
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 23
3.1. Kết quả phân lập các chủng vi sinh vật................................................ 23
3.2. Kết quả tuyển chọn các chủng vi sinh vật......................................... 25
3.2.1. Các chủng có khả năng phân giải hợp chất hữu cơ ..................... 25
3.2.2. Chủng có khả năng cố định ni tơ .................................................. 28
3.2.3. Chủng có khả năng phân giải Photphate khó tan......................... 30
3.2.4. Chủng có khả năng sinh tổng hợp IAA ......................................... 31
3.2.5. Chủng có khả năng đối kháng với vi sinh vật gây bệnh ............... 32
3.3. Kết quả định tên các chủng tuyển chọn ............................................... 33
3.3.1. Chủng vi khuẩn N24 ....................................................................... 33
3.3.2. Chủng vi khuẩn NT ....................................................................... 34

3.3.3. Chủng nấm N1 ............................................................................... 35
3.4. Kết quả khảo sát và tối ưu điều kiện lên men thu sinh khối các chủng36
3.4.1. Kết quả khảo sát các điều kiện lên men thu sinh khối các chủng. 36
3.4.2. Kết quả tối ưu hóa các thơng số lên men thu sinh khối các chủng
......................................................................................................................... 41
3.5. Kết quả xác định các thông số của quy trình tạo chế phẩm phân bón . 50
3.5.1. Tạo chế phẩm phân bón vi sinh trên chất mang ........................... 50
3.5.2. Thử nghiệm hiệu quả của chế phẩm vi sinh trên chất thải ........... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 54
1. Kết luận ................................................................................................... 54
2. Kiến nghị ................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56
PHỤ LỤC .......................................................................................................... .


v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CMC

Cacboxyl metyl cellulose

DNA

Deoxy ribo nucleic acid

HCHC

Hợp chất hữu cơ

IAA

Indole acetic acid

NCBI

National Center for Biotechnology
Information

RCR

Polymerase chain reaction

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VSV

Vi sinh vật


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Đặc điểm khuẩn lạc các chủng vi sinh vật phân lập ........................ 23
Bảng 3.2. Đường kính vịng phân giải cơ chất của enzym ngoại bào từ các
chủng ............................................................................................................... 26
Bảng 3.3 Hàm lượng NH4+ trong dịch nuôi cấy các chủng ............................ 29
Bảng 3.5 Hàm lượng IAA trong dịch nuôi cấy các chủng.............................. 31
Bảng 3.7 Kết quả so sánh mức độ tương đồng về trình tự gen 16 S rRNA của

chủng N24 trên NCBI ....................................................................................... 34
Bảng 3.9 Mức độ tương đồng đoạn gen ITS1-5,8S-ITS2 của mẫu nấm N1 với
trình tự mẫu gen trên Ngân hàng dữ liệu gen NCBI ....................................... 35
Bảng 3.10 Ma trận thực nghiệm quá trình ni cấy thu sinh khối chủng N24. 42
Bảng 3.11 Kết quả phân tích phương sai ANOVA của mơ hình thí nghiệm
chủng N24......................................................................................................... 43
Bảng 3.12 Ma trận thực nghiệm quá trình ni cấy thu sinh khối chủng NT 45
Bảng 3.13 Kết quả phân tích phương sai ANOVA của mơ hình thí nghiệm
chủng NT ......................................................................................................... 46
Bảng 3.14 Ma trận thực nghiệm q trình ni cấy thu sinh khối chủng N1.. 48
Bảng 3.15 Kết quả phân tích phương sai ANOVA của mơ hình thí nghiệm
chủng N1 .......................................................................................................... 49
Bảng 3.16 Mật độ vi sinh vật hữu ích trong chế phẩm ................................... 51
Bảng 3.17 Kết quả phân tích chỉ tiêu phân bón .............................................. 52


vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Sơ đồ ủ chất thải thành phân bón .................................................... 22
Hình 3.1 Vịng phân giải cơ chất của một số chủng vi sinh vật phân lập được
(A: CMC; B: tinh bột; C: pectin; D: cazein) ................................................... 27
Hình 3.2 Vịng phân giải Ca3(PO4)2 của các chủng ........................................ 31
Hình 3.3 Vịng đối kháng vi sinh vật gây bệnh của các chủng ....................... 33
Hình 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột tới sinh khối các chủng ........... 36
Hình 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng peptone đến sinh khối của các chủng .. 37
Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy đến sinh khối các chủng . 38
Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ mơi trường ni cấy đến sinh khối các chủng 40
Hình 3.8 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến sinh khối các chủng ........................ 41
Hình 3.9 Bề mặt đáp ứng của hàm lượng sinh khối ướt chủng N24 ................ 43
Hình 3.10 Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu của chủng N24 ........................... 44

Hình 3.11 Bề mặt đáp ứng của hàm lượng sinh khối ướt chủng NT .............. 46
Hình 3.12 Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu của chủng NT ........................... 47
Hình 3.13 Bề mặt đáp ứng của hàm lượng sinh khối ướt chủng N1 ............... 49
Hình 3.14 Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu của chủng N1 ............................ 50
Hình 3.15 Chế phẩm vi sinh trên chất mang ................................................... 51


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những thập kỷ gần đây, nông nghiệp Việt Nam đã có những
bước phát triển mạnh mẽ và đạt được những thành tựu đáng kể về năng suất,
sản lượng, chủng loại và quy mô sản xuất... đã tạo ra một khối lượng sản
phẩm rất lớn đảm bảo tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Tuy nhiên, nông
nghiệp nước ta vẫn đang phải đối mặt với những thách thức lớn về vấn đề ô
nhiễm môi trường, đất đai bạc màu, suy giảm đa dạng sinh học, ngộ độc thuốc
bảo vệ thực vật ở người, bùng phát sâu bệnh do sự phá huỷ hệ sinh thái xuất
phát từ việc sử dụng q nhiều hóa chất…
Hiện nay, nền nơng nghiệp nước ta đang từng bước chuyển dịch sang
nền sản xuất nông nghiệp an tồn, nơng nghiệp hữu cơ. Người dân đã biết đến
và đang hình thành thói quen sử dụng các sản phẩm nông sản hữu cơ: rau
sạch, quả sạch, ngũ cốc và thực phẩm sạch, an tồn…
Để có nền nơng nghiệp hữu cơ ngày càng phát triển bền vững thì một
trong những yếu tố quan trọng không thể thiếu là sản lượng và chất lượng phân
bón hữu cơ. Việc nghiên cứu để sản xuất các loại phân bón hữu cơ vi sinh tuy đã
được quan tâm từ khá lâu xong đến nay hiệu quả của việc sử dụng phân bón hữu
cơ trên diện rộng là chưa lớn do hiệu quả về kinh tế của loại phân bón hữu cơ
chưa thực sự cạnh tranh được với thị trường phân bón hóa học.
Với những lý do như vậy, ngày nay các nhà khoa học vẫn đang tập
trung nghiên cứu để lựa chọn được các chủng vi sinh vật hữu ích, đa năng để
sản xuất phân bón hữu cơ, đặc biệt là xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp hoặc

chất thải thành phân bón hữu cơ, vừa giảm tải ơ nhiễm mơi trường, vừa giảm
giá thành sản xuất để mang phân bón hữu cơ đến với đa số người dân, dần
thay thế cho phân bón hóa học với giá thành cạnh tranh.
Do đó, đề tài “Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hữu ích
để sản xuất phân hữu cơ vi sinh” tập trung vào nghiên cứu tuyển chọn các
chủng vi sinh vật hữu ích, có năng lực phân giải mạnh chất thải và các đặc
tính phù hợp để sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh.


2
Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Tính cấp thiết
Hiện nay, nền nông nghiệp đang từng bước chuyển dịch sang nền sản xuất
nơng nghiệp an tồn, nơng nghiệp hữu cơ. Người dân đang hình thành thói
quen sử dụng các các loại phân bón, thuốc trừ sâu có nguồn gốc sinh học
trong sản xuất nông nghiệp.
Việc nghiên cứu và sản xuất các loại phân bón hữu cơ vi sinh tuy đã được
quan tâm từ khá lâu. nhiều nhà khoa học vẫn đang tập trung nghiên cứu để lựa
chọn được các chủng vi sinh vật hữu ích, đa năng để sản xuất phân bón hữu
cơ, đặc biệt là xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp hoặc chất thải thành phân bón
hữu cơ, vừa giảm tải ơ nhiễm mơi trường, vừa giảm giá thành sản xuất để
mang phân bón hữu cơ đến với đa số người dân, dần thay thế cho phân bón
hóa học với giá thành cạnh tranh.
Việc nghiên cứu tphaan lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật có ích và tạo
ra các chế phẩm vi sinh vật có khả năng phân giải các phế phụ nông nghiệp thành
phân bón hữu cơ vi sinh sẽ giúp bảo vệ mơi trường và phát triển nền nông nghiệp
theo hướng bền vững. Vì vậy, việc thực hiện đề tài “Phân lập và tuyển chọn các
chủng vi sinh vật hữu ích để sản xuất phân hữu cơ vi sinh” là rất cần thiết.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài cung cấp thông tin về các chủng vsv hữu ích trong nơng

nghiệp, đồng thời đề tài góp phần tạo ra phân bón vi sinh phục vụ cho việc
phát triển nông nghiệp bền vững.


3
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm phân hữu cơ vi sinh
Phân hữu cơ vi sinh là loại phân bón được tạo thành bằng cách pha trộn
và xử lý các nguyên liệu hữu cơ rồi sau đó cho lên men. Trong thành phần của
phân hữu cơ vi sinh sẽ có chứa nhiều hơn 15% chất hữu cơ và tồn tại trong đó
từ một hoặc nhiều các loại vi sinh vật vẫn còn sống và sẽ hoạt động khi được
bón vào đất với mật độ trung bình là từ ≥ 1×106 CFU/mg mỗi loại. Cơng dụng
của nhóm phân hữu cơ vi sinh này không chỉ dừng lại ở việc cung cấp đủ các
yếu tố dinh dưỡng mà nó cịn giúp đất chống lại các mầm bệnh cũng như bồi
dưỡng, cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu, tăng lượng mùn trong đất.
Phân bón hữu cơ vi sinh vật (tên thường gọi: phân hữu cơ vi sinh) là sản
phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau, nhằm cung cấp
chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật
sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn qui định, góp phần nâng cao
năng suất, chất lượng nông sản. Phân hữu cơ vi sinh vật không gây ảnh hưởng
xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản [2].
Trong sản xuất phân bón sinh học, cần lợi dụng sự hoạt động của các
VSV có sẵn trong tự nhiên hoặc từ các chế phẩm vi sinh để thúc đẩy quá trình
phân giải và chuyển hóa các chất hữu cơ khó hấp thu thành các chất dinh
dưỡng dễ hấp thu đối với cây trồng. Các q trình sinh hóa diễn ra trong đống
ủ chủ yếu là do hoạt động của các VSV sử dụng các hợp chất hữu cơ làm
nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng. Trong quá trình này,
các loại VSV phân giải cellulose, phân giải tinh bột, phân giải xylan, pectin,
protein…là rất cần thiết. Mặc khác, các chủng vi sinh vật cố định Nitơ, phân

giải phosphat khó tan, có khả năng kháng vi sinh gây bệnh cũng đóng vai trị
quan trọng trong q trình sản xuất phân hữu cơ. Nên việc nghiên cứu tuyển


4
chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải chất thải rắn nông nghiệp
làm cơ chất để sản xuất phân hữu cơ sẽ đem lại nhiều lợi ích. Một mặt đẩy
nhanh quá trình phân giải chất thải rắn nơng nghiệp để tạo phân bón hữu cơ vi
sinh, cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Mặt khác, vừa giảm
ô nhiễm môi trường nông thôn, giảm phát thải khí nhà kính. Do đó, việc tiến
hành nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi sinh vật phân giải cellulose mạnh
để sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ chất thải rắn nơng nghiệp là cần thiết và có
ý nghĩa quan trọng [6].
1.2. Vai trò của vi sinh vật phân giải chất hữu cơ
Phân hủy sinh học là một quá trình quan trọng mà các chất gây ơ nhiễm
có thể được loại bỏ khỏi đất và môi trường. Các vi sinh vật có khả năng vượt
trội để chuyển hóa một loạt các hợp chất cực kỳ đa dạng và có thể là vô giá
trong việc khắc phục môi trường bị ô nhiễm.
Cụ thể, phân hủy sinh học là sự phân hủy của chất hữu cơ ô nhiễm do
hoạt động của vi sinh vật gây ra mà trong q trình đó, những chất gây ơ
nhiễm này có thể được coi là thức ăn của vi sinh vật. Phân hủy sinh học của
bất kỳ hợp chất hữu cơ đều phải trải qua một loạt các bước phân hủy sinh học
hoặc một con đường cuối cùng dẫn đến sự oxy hóa của hợp chất gốc và kết
quả của con đường này là tạo ra năng lượng. Cho dù nguồn carbon là một loại
đường đơn giản như glucose, hay các chất có cấu trúc phức tạp như polymer
thực vật: cellulose, tinh bột, xylan, pectin, hemicellulose, protein… hoặc các
chất gây ô nhiễm phân tử. Mỗi bước phân giải hợp chất trong con đường
chuyển hóa này đều được xúc tác bởi một loại enzyme cụ thể được tạo ra bởi
tế bào vi sinh vật.
Enzym thường được tìm thấy nhiều nhất trong tế bào nhưng cũng có được

tạo ra và giải phóng khỏi tế bào (enzym ngoại bào) để giúp bắt đầu quá trình thực
hiện phản ứng phân giải. Enzym ngoại bào rất quan trọng trong quá trình phân
hủy các đại phân tử như như cellulose polymer thực vật, pectin, tinh bột hay


5
protein.... Các đại phân tử phải được cắt thành các tiểu đơn vị nhỏ hơn bên ngoài
tế bào để cho phép chúng được vận chuyển các phần tử nhỏ hơn tiểu đơn vị vào
trong tế bào. Sự vắng mặt hoặc thiếu các enzyme phân hủy sinh học thích hợp là
một lý do phổ biến cho sự tồn lưu của các chất ô nhiễm hữu cơ [37, 40].
1.2.1. Vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ
Cellulose và pectin là những cơ chất khơng hồ tan, khó phân giải. Bởi
vậy, VSV phân hủy cellulose, hemicellulose hay pectin phải có một hệ
enzyme gọi là hệ enzyme cellulase, hemicellulase và pectinase. Trong thiên
nhiên, có nhiều nhóm VSV có khả năng phân hủy các hợp chất này nhờ có hệ
enzyme ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì
chúng tiết ra mơi trường một lượng lớn enzyme đầy đủ các thành phần. Các vi
nấm có hoạt tính phân giải cellulose, hemicellulose hay pectin đáng chú ý là
Tricoderma. Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất
và đều có khả năng phân hủy các cơ chất này hiệu quả. Chúng tiến hành phân
hủy các tàn dư của thực vật để lại trong đất, góp phần chuyển hóa một lượng
chất hữu cơ khổng lồ. Tricoderma cịn sống trên tre, nứa, gỗ tạo thành lớp
mốc màu xanh phá huỷ các vật liệu trên. Trong nhóm vi nấm ngồi
Tricoderma cịn có nhiều giống khác có khả năng phân giải các hợp chất này
như Aspergillus, Fusarium, Mucor... Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng
phân hủy chúng, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm. Nguyên nhân
là do số lượng enzyme tiết ra môi trường của vi khuẩn thường nhỏ hơn, thành
phần các loại enzyme không đầy đủ. Thường ở trong đất có một số lồi vi
khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ các loại enzyme, trong hệ enzyme phân giải
cellulose, hemicellulose và pectin. Nhóm này tiết ra một loại enzyme trong hệ

enzyme cellulase. Nhóm khác lại tiết ra một loại enzyme khác, chúng phối
hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ hỗ sinh. Nhóm vi khuẩn
hiếu khí phân giải tốt các hợp chất saccharide thường bao gồm Bacillus,
Pseudomonas, Cellulomonas, Achromobacter. Nhóm vi khuẩn kỵ khí bao


6
gồm Clostridium và đặc biệt là nhóm vi khuẩn sống trong dạ cỏ của động vật
nhai lại thuộc chi Ruminococcus có khả năng phân hủy chúng. Ngồi vi nấm
và vi khuẩn, xạ khuẩn cũng có khả năng phân hủy những hợp chất này. Người
ta thường sử dụng các chủng vi khuẩn hoặc vi nấm có khả năng phân giải các
hợp chất trong sinh khối để phân hủy rác thải sinh hoạt [2, 20, 28, 49].
Với tinh bột, protein, nhìn chung các vi sinh vật có khả năng phân giải
dễ dàng hơn so với cơ chất cellulose, hemcellulose, pectin… vì tinh bột và
protein là nguồn carbon và năng lượng cần thiết cho nhiều vi sinh vật, chúng
sử dụng các enzym ngoại bào để thủy phân nguồn thức ăn này, hấp thu các
oligosacarit và peptit ngắn hơn vào tế bào và tiếp tục phân hủy thành glucose
và axit amin.
Các vi sinh vật phân giải tinh bột và protein có vai trị rất lớn đối với
các ngành công nghiệp như công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm, dệt
may và công nghiệp giấy, xử lý mơi trường…Các vi sinh vật có khả năng
phân giải tinh bột và protein mạnh thuộc vi khuẩn và nấm [20, 21].
Trong số các loài nấm mốc sản sinh hàm lượng amylase và protease
cao, có Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Thermomyces lanuginosus và
Penicillium expansum, cùng với nhiều loài thuộc chi Mucor, các loài thuộc
chi Trichoderma. Đối với vi khuẩn, Bacillus spp và các chi liên quan tạo ra
nhiều loại enzyme ngoại bào, trong đó amylase và protease có ý nghĩa đặc
biệt đối với ngành công nghiệp, như: B. cereus, B. circulans, B. subtilis, B.
licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. stearothermophilus và Clostridium
thermosulfurogenes. Ngồi ra, các chi thuộc Lactobacillus cũng được chọn vì

khả năng tổng hợp một lượng lớn α-amylase, protease ngoại bào. Hơn nữa,
nhiều loại vi khuẩn dạ cỏ thể hiện khả năng sử dụng tinh bột làm chất nền
tăng trưởng và hiện diện trong dạ cỏ với số lượng đủ để có ý nghĩa định lượng
trong q trình lên men của chất nền này. Những loài này bao gồm


7

Bacteroides ruminicola, Ruminobacter amylophilus, Butyrivibrio fibrisolvens,
Selenomonas ruminantium và Streptococcus bovis… [20, 21].
1.2.2. Vai trò của vi sinh vật cố định Nitơ (N2)
Trong khơng khí có rất nhiều nitơ (N2) phân tử, nhưng tuyệt đại đa số
sinh vật không sử dụng được nguồn này. Chỉ có một số VSV là có thể hấp thụ
được N2. Qua hoạt động sống của chúng, N2 sẽ được chuyển thành Ni tơ trong
các hợp chất (protein và các sản phẩm thủy phân protein). Hoạt động này
được gọi là sự cố định nitơ phân tử.
Vi sinh vật cố định N sống tự do (không cộng sinh): bao gồm một số vi
khuẩn, nấm và tảo. Trong số này quan trọng nhất là các loài thuộc chi
Azotobacter và loài Clostridium pasteurianum.
Azotobacter: Đây là vi khuẩn cố định N sống tự do, hiếu khí, khơng có
bào tử. Chúng đã được phân lập và nuôi cấy thuần khiết từ năm 1901 bởi nhà
VSV Hà Lan Beijerinck. Đại diện điển hình của chi này là Azotobacter
chroococcum.
Ngoài hai loài trên, trong các VSV cố định N2 cịn có một số vi khuẩn
thuộc chi Clostridium, Bacillus và Azotomonas; nấm thuộc các chi Phoma,
Macroporum, Cladosporum, Trichoderma và một số loài tảo. Tuy nhiên, những
loài này thường có hiệu lực cố định N2 thấp hơn so với Azotobacter [2].
Hiện nay, sử dụng phân đạm vô cơ khá tốn kém và gây ô nhiễm đất. Sử
dụng vi sinh vật như một tác nhân sinh học có lợi trong sản xuất nông nghiệp
là một trong những xu hướng có tiềm năng phát triển thành cơng nghệ vi sinh

trên khắp thế giới.
Từ các kết quả nghiên cứu trước đây, cho thấy các chế phẩm vi sinh
vật có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, giảm thiểu thuốc hóa
học bảo vệ thực vật và góp phần tích cực vào việc xây dựng nền nơng
nghiệp bền vững [6].


8
Đối với Việt Nam, các hình thức sản xuất hiệu quả thường là tạo giống
từ các phịng thí nghiệm và chuyển trực tiếp xuống các cơ sở sản xuất để nhân
giống trong các mơi trường đơn giản.
1.2.3. Vai trị của vi sinh vật phân giải lân khó tan
Trong tự nhiên, phosphor (P) nằm trong nhiều dạng hợp chất khác
nhau. P hữu cơ có trong cơ thể động vật và thực vật, được tích luỹ trong đất
khi động vật và thực vật chết đi. Những hợp chất photphate hữu cơ này, được
VSV phân giải tạo thành các hợp chất photphate vô cơ khó tan, một số ít được
tạo thành dạng dễ tan. Các hợp chất photphate vơ cơ khó tan cịn có nguồn
gốc từ những quặng thiên nhiên như apatit, phosphorit, phosphor sắt,
phosphate nhơm... Những hợp chất này rất khó hồ tan và cây trồng không thể
hấp thụ trực tiếp được. Cây trồng chỉ có thể hấp thu được khi chúng được
chuyển hóa thành dạng dễ tan. Q trình này, được thực hiện một phần quan
trọng là nhờ nhóm VSV phân hủy lân vô cơ. Các muối của acid phosphoric
dạng dễ tan được cây trồng hấp phụ và chuyển thành các hợp chất P hữu cơ
trong cơ thể thực vật. Động vật và người sử dụng các sản phẩm thực vật làm
thức ăn lại biến P hữu cơ của thực vật thành P hữu cơ của động vật và người.
Người, động vật và thực vật chết đi để lại P hữu cơ trong đất. Vịng tuần hồn
của các dạng hợp chất P trong tự nhiên cứ thế diễn ra. VSV đóng một vai trị
quan trọng trong vịng tuần hồn đó. Nếu như thiếu sự hoạt động của một
nhóm VSV nào đó thì sự chuyển hóa của vịng tuần hồn sẽ bị ảnh hưởng
nghiêm trọng [6].

Việc sử dụng phân lân hóa học đã làm tăng sản lượng cây trồng một
cách rõ rệt nhưng bón phân lân vào đồng ruộng có hiệu quả hay khơng cịn
phụ thuộc vào sự có mặt của các nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải hợp
chất lân khó tan thành dạng dễ hịa tan. Đây là cơ sở để tạo các chế phẩm lân
sinh học.


9

Theo tài liệu của Sở Nghiên cứu phân bón thuộc Viện Di truyền Nơng
nghiệp Trung Quốc, lồi vi khuẩn Bacillus subtilis có khả năng phân giải lân
khó tan được sử dụng để tạo chế phẩm bón cho lúa, ngơ làm tăng năng suất
10%. Ngồi ra, phân lân sinh học cịn có tác dụng tốt đối với mơi trường, làm
giàu độ mùn cho đất, tăng khả năng hấp thụ lân đối với cây trồng.
1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ trên thế giới
Trong những năm gần đây, nhiều tác giả đã nghiên cứu sâu việc sản
xuất, sử dụng phân bón hữu cơ và họ đã chứng minh được ưu điểm, hiệu quả
trong việc tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng
như tận dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp.
Chandramohan Marimuthu và cộng sự nghiên cứu sử dụng các chất thải
hữu cơ và phân bón để sản xuất phân bón sinh học hiệu quả và nghiên cứu
ứng dụng tại quận Tiruchirapalli của Nam Ấn Độ. Kết quả đã chứng minh
rằng, việc sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải nơng nghiệp là phương pháp
đơn giản, giảm chi phí sản xuất, vận chuyển và lao động. Sau 120 ngày ủ,
phân hữu cơ áp dụng vào trồng cây có tác dụng tốt: cây khỏe mạnh, kháng
bệnh, với khả năng chịu áp lực gió. Ngồi ra, phân cịn làm tăng cường độ phì
nhiêu cho đất trồng sau khi thu hoạch [22].
Trong nghiên cứu của Soh-Fong Lim, phân bón sinh học đã được
nghiên cứu sản xuất từ phế phụ phẩm của một số loại quả bằng lên men rắn.
Phân hữu cơ tạo thành có các giá trị pH, hàm lượng kali, nitơ và các chất dinh

dưỡng cao, áp dụng vào trồng rau cho thấy rau có trọng lượng sinh khối tươi,
chiều cao và chiều dài rễ cao hơn so với sử dụng phân hóa học [46].
Vidhya Devi và cộng sự cũng đã nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ
phế phụ phẩm rau quả như: dưa hấu, ổi, đu đủ, dứa, na… bằng quá trình lên
men rắn và bổ sung các chủng vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men.
Kết quả cho thấy, việc áp dụng phân bón hữu cơ đã mang lại hiệu quả cao
trong việc nảy mầm hạt và ngăn chặn bệnh của rễ [50].


10
Tác giả Christian O. Asadu và cộng sự của ông, mới đây cũng đã
nghiên cứu so sánh hiệu quả của việc sử dụng phân bón sinh học (được sản
xuất từ chất thải nông nghiệp bao gồm bùn thải và mùn cưa, sử dụng chế
phẩm vi sinh Actinomyces) với việc sử dụng phân bón hóa học áp dụng trên
đồng ruộng trồng ngơ. Kết quả đã chứng minh rằng, phân bón sinh học đã
tăng cường sự phát triển của ngô đáng kể hơn so với phân hóa học [23].
1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ ở Việt Nam
Việt Nam là nước nơng nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn,
rất đa dạng. Chương trình 1 triệu tấn đường đã để lại hàng chục vạn tấn bã
mía, mùn mía và tàn dư phế thải từ sản xuất, chế biến mía thành đường.
Ngành cơng nghiệp chế biến xuất khẩu cà phê đã thải ra môi trường hơn 20
vạn tấn vỏ/năm. Trên đồng ruộng, nương rẫy hàng năm để lại hàng triệu tấn
phế thải là rơm rạ, lõi ngô, cây sắn, thân lá thực vật... Ngồi ra cịn có tới
hàng triệu tấn rác thải sinh hoạt. Tất cả nguồn phế thải này một phần bị đốt,
còn lại trở thành rác thải, phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường và
nguồn nước, trong khi đất đai lại thiếu trầm trọng nguồn dinh dưỡng cho cây
và hàng năm chúng ta phải bỏ ra hàng chục triệu USD để mua phân hóa học ở
nước ngồi [2].
Từ lâu, việc nghiên cứu xử lý các phế thải nơng nghiệp thành phân bón
đã được các nhà khoa học nghiên cứu sản xuất và ứng dụng.

Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Phương và cộng sự đã áp dụng công
nghệ vi sinh để ủ chất thải của nhà máy sản xuất bia, chế biến thủy hải sản và
bùn mía làm phân hữu cơ vi sinh. Kết quả cho thấy phân hữu cơ vi sinh sau ủ
đạt chất lượng cao với 2,83-2,85%N; 5,6-6,63% P2O5, 2,1-2,11% K2O, và
35,21-40,98% C. Hàm lượng kim loại nặng, mật độ Salmonella và
Escherichia coli đều đạt dưới ngưỡng cho phép. Mật độ Trichoderma sau ủ
đạt tiêu chuẩn với 7,14x107 -7,82x107 CFU/g. Năng suất cây rau tăng có ý


11
nghĩa thống kê ở tất các các thí nghiệm đồng ruộng khi bón 5 tấn/ha phân hữu
cơ vi sinh [3].
Phạm Thị Hà Nhung và cộng sự khi nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ
từ lá táo theo quy mô hộ gia đình đã xây dựng cơng thức ủ phân từ lá táo, rơm
rạ, thân cây ngô, đạm, lân, kali và chế phẩm vi sinh Trichoderma. Sau 70
ngày, sản phẩm phân hữu cơ tơi, xốp, có màu đen đặc trưng, hàm lượng dinh
dưỡng tốt với 16,221% OC; 1,435% N; 0,256% P2O5; 0,316% K2O; pH đạt
mức 7,42 thích hợp cho nhiều cây trồng. Thử nghiệm trồng rau cải với phân
từ thí nghiệm cho thấy sinh trưởng của cây tốt hơn nhiều so với trồng trên nền
đất trắng [5].
Hồ Bích Liên đã kết hợp hai thành phần là rác thải sinh hoạt và lá cây
cao su (Hevea brasiliensis) có bổ sung chế phẩm sinh học Trichoderma nhằm
mục đích tạo ra một loại giá thể mới phục vụ cho nơng nghiệp và đồng thời
góp phần giảm ô nhiễm môi trường hiện nay. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy:
Giá thể được sản xuất từ nguyên liệu rác thải sinh hoạt và lá cây cao su ở tỷ lệ
1:1,5 và bổ sung nồng độ chế phẩm sinh học Trichoderma 2% cho kết quả tối
ưu nhất so với các tỷ lệ còn lại với hàm lượng đạm tổng là 1,68%, hàm lượng
đạm dễ tiêu là 0,044%, không nhiễm Coliform, giá thành sản xuất 1kg giá thể
thấp nhất là 4.250 VNĐ/kg [1].
Tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy cũng đã nghiên cứu tuyển chọn được ba

chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose mạnh bao gồm nấm mốc, xạ
khuẩn và vi khuẩn. Ủ phế phụ phẩm nông nghiệp với các chủng vi sinh vật
tuyển chọn cho thấy khả năng phân giải cellulose của chúng rất tốt (giảm
75,0% cellulose so với đối chứng) và hàm lượng đạm, lân, kali tổng số đều
tăng hơn so với đối chứng [4].
Những kết quả khả quan trong nghiên cứu trước đây đã làm rõ cơ sở lý
thuyết và khoa học để ứng dụng trong xây dựng các cơ sở xử lý, tái chế phế
thải bằng biện pháp sinh học ngày càng tăng lên. Các nghiên cứu và ứng dụng


12
trong xử lý phế thải và tái chế phân hữu cơ đã bước đầu góp phần làm giảm
thiểu ơ nhiễm đồng thời mở ra hướng đi mới trong việc khắc phục hậu quả
của thời đại công nghiệp. Hiện nay, nhiều nhà khoa học vẫn đang tiếp tục
nghiên cứu đi sâu về việc tuyển chọn các chủng vi sinh vật có đặc tính ưu việt
để tạo ra những chế phẩm vi sinh vật chuyên biệt có hiệu quả cao nhằm
thương mại hóa cũng như ứng dụng trong phạm vi xử lý chất thải khối lượng
lớn hơn hướng tới quy mô công nghiệp.