nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn qxy hóa methane (mob) trong việc giảm phát thải methane từ đất trồng lúa và tăng dinh dưỡng của đất trồng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI – BA ĐÌNH
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI KHUẨN OXY HÓA METHANE (MOB) TRONG VIỆC
GIẢM PHÁT THẢI METHANE TỪ ĐẤT TRỒNG LÚA VÀ TĂNG DINH DƯỠNG CỦA
ĐẤT TRỒNG
Lĩnh vực:
Công nghệ sinh học
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- TS. Đinh Thúy Hằng
- Đơn vị công tác:
Viện vi sinh vật và công nghệ sinh học
(IMBT) trường Đại học Quốc gia Hà Nội
TÁC GIẢ:
1. Huỳnh Vinh Nam
Lớp: 11A1
Trường: THPT Nguyễn Trãi – Ba Đình
2. Vũ Minh Đức
Lớp: 11A1
Trường: THPT Nguyễn Trãi – Ba Đình
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
MỤC LỤC
Phần I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Methane, với công thức hóa học là CH
4
, là một hydrocacbon nằm trong dãy
đồng đẳng ankan. Methane là hydrocacbon đơn giản nhất. Ở điều kiện tiêu

chuẩn, methane là chất khí không màu, không vị. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa
rắn ở −183 °C, và rất dễ cháy. Một mét khối methane ở áp suất thường có khối
lượng 717 g.
Methane là một khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 năm mỗi kg
methane (CH
4
) làm ấm Trái Đất lên gấp 23 lần 1 kg carbon dioxide (CO
2
). Là
thành phần quan trọng thứ hai của khí nhà kính (sau CO
2
), tỷ lệ methane trong
khí quyển hiện đang tăng ở mức 1% mỗi năm, chủ yếu từ các quá trình phân
hủy sinh học kỵ khí.
Phát thải methane từ các quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ diễn ra ở
nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đất canh tác, đất rừng, đất ngập nước
đến trầm tích các thủy vực, trầm tích biển… Bên cạnh đó, con người cũng đóng
góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm các hoạt động sản
xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí đốt), nông nghiệp (chăn thả gia súc,
canh tác lúa nước) và các quá trình phân hủy chất thải hữu cơ (đốt sinh khối, bãi
chôn lấp rác) trong đó nền nông nghiệp lúa nước là một trong những nguồn phát
thải khí methane chính.
Bên cạnh đó, con người cũng đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào
khí quyển, gồm các hoạt động sản xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí
đốt), nông nghiệp (chăn thả gia súc, canh tác lúa nước) và các quá trình phân
hủy chất thải hữu cơ (đốt sinh khối, bãi chôn lấp rác) trong đó nền nông nghiệp
lúa nước là một trong những nguồn phát thải khí methane chính.
Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí (Aerobic Methane-Oxidizing Bacteria –
MOB) có mặt rộng rãi trong môi trường và đóng một vai trò quan trọng trong
kiểm soát hàm lượng methane trong khí quyển. Vi khuẩn này sử dụng methane

làm nguồn cacbon và năng lượng duy nhất để sinh trưởng, qua đó giảm phát
thải methane cũng như tác động của nó trong sự nóng lên ở toàn cầu. Dự án
khoa học này được đề xuất nhằm bước đầu tìm hiểu khả năng ứng dụng vi
khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa ở Việt Nam.
3
Phần II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI,
SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI
Khác với các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước tới nay ở Việt Nam liên
quan đến phát thải methane từ đất trồng lúa chủ yếu tập trung vào xác định
lượng methane phát thải và đánh giá ảnh hưởng của các kỹ thuật sử dụng trong
canh tác lúa (điều kiện tưới nước, bón phân) tới phát thải methane, nghiên cứu
này đề cập đến ứng dụng của vi khuẩn MOB cho mục đích giảm phát thải khí
methane từ đất trồng lúa, tăng khả năng kiểm soát khí methane phát thải vào
môi trường.
Vi khuẩn MOB có mặt rộng rãi và phổ biến trong tự nhiên nên rất dễ được
tìm thấy trong môi trường như đất, trầm tích, bãi rác, nước ngầm, nước biển,
than bùn,… Dựa trên các chủng MOB tiêu biểu đã phân lập, nhiều nghiên cứu
đã được tiến hành về các đặc tính sinh lý cũng như di truyền của MOB, trên cơ
sở đó định hướng nghiên cứu ứng dụng đối với nhóm vi sinh vật này. Vai trò
quan trọng hàng đầu của MOB trong hệ sinh thái là oxy hóa methane được tạo
ra từ quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ trước khi khí này thoát vào
khí quyển, từ đó giảm thiểu tác động của methane trong sự nóng lên toàn cầu.
Một số nghiên cứu về khả năng ứng dụng của MOB đã được tiến hành trên
thế giới, chủ yếu trong chuyển hóa methane thành methanol hoặc sinh khối có
hàm lượng protein cao và xử lý ô nhiễm môi trường. Dự án khoa học này là
bước đầu nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn MOB để chủ động kiểm soát
lượng methane phát thải vào khí quyển trong quá trình canh tác lúa. Ngoài khả
năng oxy hóa methane, MOB là nhóm vi sinh vật có sinh khối giàu protein với
một số axit amin hiếm trong thành phần, do vậy khi methane được chuyển thành
sinh khối MOB thì vi sinh vật hữu ích trong đất sẽ được cung cấp thêm nguồn

dinh dưỡng để sinh trưởng, qua đó tăng độ màu của đất. Những tác động này
của MOB cần được kiểm chứng để hướng tới việc bổ sung vi khuẩn MOB vào
phân bón vi sinh cho công nghệ canh tác lúa giảm phát thải methane.
4
Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
1. Tổng quan tài liệu
1.1. Tình hình phát thải methane
Khí nhà kính gồm methane, cacbonic và oxit nitơ phát thải trong quá trình
phát triển của cây lúa (Hình 1). Ước tính riêng từ đất canh tác lúa, lượng
methane thoát vào khí quyển mỗi năm là 60 – 110 Tg, chiếm khoảng 25% tổng
lượng methane giải phóng trên toàn cầu (Prinn, 1994). Theo báo cáo lần thứ 2
của Việt Nam về phát thải khí nhà kính lên khung Liên Hiệp Quốc về biến đổi
khí hậu, đến năm 2000, phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp chiếm 43,1%
trên tổng phát thải khí nhà kính của Việt Nam và trong lĩnh vực nông nghiệp,
phát thải từ canh tác lúa chiếm tới 57,5%.
Trong khuôn khổ hợp tác với một số nước canh tác lúa trong khu vực như
Thái Lan, Philipine, Indonesia, một số báo cáo về phát thải khí nhà kính từ đất
trồng lúa ở Việt Nam đã được thực hiện.
Hình 1. Vị trí của MOB trong chu trình chuyển hóa methane ở ruộng lúa ngập nước
Theo nghiên cứu của Viện Khoa hoc thủy lợi VN (2012), trung bình lượng
methane phát thải từ đất trồng lúa nước ở Đồng bằng sông Hồng là 369,1 –
457,2 kg CH
4
/ha/vụ ở các khu vực ngập thường xuyên (nông thường xuyên) và
thấp hơn một chút, ở mức 340,3 – 401,5 kg CH
4
/ha/vụ ở các khu vực ngập
không thường xuyên (nông lộ phơi). Thời kỳ phát thải mạnh nhất là các giai
đoạn lúa đẻ nhánh và làm đòng. Ngoài ra, lượng phát thải cũng giảm tại các thời
5

điểm đất ruộng được bón lót, bón thúc. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng áp dụng
tưới Nông lộ phơi có thể tiết kiệm nước tưới và tăng năng xuất lúa so với
phương pháp tưới ngập truyền thống.
Một số nghiên cứu gần đây của trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng
cho thấy sự khác biệt về lượng methane phát thải trong thời kỳ lúa để nhánh rộ
ở các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, trong đó nhỏ nhất ở Thái Bình 39,5 mg
CH
4
/h và cao nhất ở Nam Định 61,3 mg CH
4
/h.
Mới đây Dự án Trồng lúa ít phát thải khí nhà kính do Viện Nghiên cứu phát
triển đồng bằng sông Cửu Long (MDI) chủ trì với trợ giúp kinh phí từ Quỹ Bảo
vệ Môi trường Mỹ (EDF) đã được xây dựng thí điểm đầu tiên tại huyện Châu
Thành, bắt đầu từ vụ đông xuân 2010 và kết thúc năm 2013. Tính khả thi và
thành quả của dự án đang được tổng kết để làm cơ sở nhân rộng trong vùng
đồng bằng sông Cửu Long.
Tuy nhiên có thể thấy rằng các nghiên cứu mới chỉ tập trung vào xác định
lượng methane phát thải từ đất trồng lúa và ảnh hưởng của mức nước cũng như
chế độ bón phân tới mức phát thải, chưa có nhiều nghiên cứu nhằm tìm ra biện
pháp để giảm thiểu tình trạng phát thải methane này. Vi khuẩn oxy hóa methane
(MOB) là mắt xích quan trọng trong quá trình chuyển hóa methane và kiểm soát
lượng methane phát thải vào khí quyển cũng chưa được quan tâm nghiên cứu ở
Việt Nam. Dự án khoa học này được đề xuất nhằm bước đầu tìm hiểu khả năng
ứng dụng vi khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa ở Việt
Nam.
1.2. Vi khuẩn oxy hóa khí methane
1.2.1. Lịch sử phát hiện và nghiên cứu MOB
Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí, như đã nói, có mặt rộng rãi trong môi
trường và đóng một vai trò quan trọng trong kiểm soát hàm lượng methane

trong khí quyển. Năm 1906, nhà vi sinh vật học người Hà Lan Nicolaas
Söhngen lần đầu tiên mô tả một sinh vật phát triển bằng methane được phân lập
từ nước ao và vật liệu trồng cây thủy sinh. Ông đặt tên cho vi sinh vật này là
Bacillus methaneicus, và đã thực hiện những nghiên cứu tìm hiểu về hệ sinh
thái và sinh lý của chúng, làm sáng tỏ phần nào về vai trò của vi sinh vật này
trong chu trình chuyển hóa methane trong môi trường. Đến năm 1970, hơn 100
chủng MOB đã được phân lập, mở ra một kỷ nguyên mới của nghiên cứu về đặc
tính sinh hóa và những con đường của quá trình oxy hóa hiếu khí methane.
6
Cho đến nay, MOB đã được tìm thấy trong nhiều loại môi trường bao gồm
đất (Whittenbury, 1970), trầm tích (Smith, 1997), bãi rác (Wise, 1999), nước
ngầm (Fliermans v, 1988), nước biển (Holmes, 1995), than bùn (Dedysh, 2000),
v.v…, cho thấy sự có mặt phổ biến của những vi sinh vật này trong tự nhiên.
Dựa trên các chủng MOB tiêu biểu đã phân lập, nhiều nghiên cứu đã được tiến
hành về các đặc tính sinh lý cũng như di truyền của MOB, trên cơ sở đó định
hướng nghiên cứu ứng dụng đối với nhóm vi sinh vật này. Vai trò quan trọng
hàng đầu của MOB trong hệ sinh thái là oxy hóa methane được tạo ra từ quá
trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ trước khi khí này thoát vào khí
quyển, từ đó giảm thiểu tác động của methane trong sự nóng lên toàn cầu.
1.2.2. Ứng dụng
Một số nghiên cứu về khả năng ứng dụng của MOB đã được tiến hành trên
thế giới, chủ yếu trong chuyển hóa methane thành methanol hoặc sinh khối có
hàm lượng protein cao và xử lý ô nhiễm môi trường.
Trong tế bào MOB, methane được chuyển hóa đầu tiên thành methanol nhờ
enzyme methane-monooxygenase. Methanol sau đó được oxy hóa tiếp tục đến
CO
2
qua các bước với sự tham gia của nhiều enzyme khác nhau (Hình 2).
Thông qua sử dụng chất ức chế cyclopropanol đối với bước oxy hóa methanol
đầu tiên, hợp chất này có thể được tích lũy với lượng đáng kể trong môi trường

nuôi vi khuẩn. Đây là biện pháp sản sinh methanol ở điều kiện nhiệt độ và áp
suất thông thường, rất có ý nghĩa trong việc thay thế công nghệ sản xuất
methanol hiện nay cần thực hiện ở nhiệt độ 840 – 900°C và áp suất 15 – 30
atm.
7
Hình 2. Chuyển hóa methane thành CO
2
trong tế bào MOB và vị trí tác động của chất ức chế
cyclopropanol để tích lũy methanol
Sinh khối MOB có tỷ lệ protein rất cao, có thể chiếm tới 70% trọng lượng.
Thành phần các axit amin trong sinh khối MOB tương đường với đạm cá hay
đạm đậu tương, do vậy có thể dùng để làm nguồn đạm cho thức ăn chăn nuôi.
Áp dụng đạm từ sinh khối MOB đối với nhiều loại vật nuôi khác nhau như gà,
lợn, dê, cá đều cho kết quả tương đương hoặc cao hơn các loại đạm thông
thường là bột cá hay bột đậu tương. Đứng trước tình hình diện tích đất trồng
ngày càng thu hẹp và sản lượng đánh bắt thủy hải sản không tăng, việc dùng
methane để tạo sinh khối MOB làm nguồn đạm vi sinh cho thức ăn chăn nuôi là
hướng đi phù hợp với xu hướng phát triển bền vững ở nhiều quốc gia.
Ngoài methane, nhiều loài MOB còn có khả năng oxy hóa các hợp chất khí có
tính độc hại như tetrachloro-ethylene (TCE) và thường được sử dụng để xử lý ô
nhiễm các chất này trong môi trường, ví dụ như nước ngầm.
Là loài vi sinh vật có khả năng oxy hóa methane như nguồn cacbon và năng
lượng để sinh trưởng, MOB có vai trò quan trọng trong kiểm soát methane trong
khí quyển và được sử dụng để hạn chế phát thải methane từ các bãi chôn lấp
rác.
8
Vị trí đặt van
Khóa van
Tay cầm
Nắp thùng

Thân thùng
Đế thùng
2. Vật liệu, phương pháp
2.1. Vật liệu
2.1.1. Mô hình thí nghiệm trồng lúa và xác định phát thải
methane
Hình 3. Sơ đồ mô hình thùng mica dùng để trồng lúa và xác định phát thải methane. Với thể
tích xác định, lượng methane có trong mô hình tính bằng % có thể chuyển đổi thành mol khí.
9
2.1.2. Chủng MOB
Chủng BG3 phân lập từ hệ thống xử lý nước thải sau biogas có khả năng
sinh trưởng tốt với methane đã có sẵn tại phòng thí nghiệm Sinh thái Vi sinh
vật, Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội. Thông
tin cụ thể về chủng này như sau:
Mục Thông tin cụ thể Ghi chú
Tên khoa học Methylomonas sp. BG3 loài gần gũi nhất là Methylomonas
methaneica, 95% tương đồng trong trình tự
gen 16S rDNA
Mã các gen tại
GenBank
16S rDNA: KJ081955
pmoA: KJ081956
Gen 16S rDNA
Gen pmoA mã hóa cho tiểu đơn vị α của
enzyme methane-monooxygenase
Điều kiện sinh
trưởng tối ưu
pH 6-8,
nhiệt độ 25-40
o

C,
nồng độ muối 1-15g L⋅
-1
NaCl
2.2. Phương pháp
2.2.1. Phương pháp nuôi cấy MOB
Thao tác nuôi cấy vi khuẩn được thực hiện ở điều kiện vô trùng trong tủ cấy
vi sinh an toàn sinh học (Loại Class II A2 Biological Safety Cabinets) (Hình 4).
Vi khuẩn MOB chủng BG3 được nuôi trong lọ thủy tinh nhỏ thể tích 150 ml, có
nắp cao su và kẹp nhôm, chứa 30 ml môi trường khoáng dành cho MOB. Đậy
kín nắp lọ và bơm khí methane vào để có tỷ lệ 30 – 40% khoảng không khí
trong lọ. Bình được đặt nuôi trên máy lắc 120 vòng/phút để khí methane hòa
vào trong dung dịch. Sau 3 ngày, lấy lọ thủy tinh nuôi MOB đã được lắc để
kiểm tra. Sinh trưởng của vi khuẩn được xác định thông qua mức tăng độ đục
của dịch nuôi.

10
Hình 4. Chuẩn bị các dụng cụ để nuôi cấy MOB trong tủ cấy an toàn sinh học
2.2.2. Thiết lập mô hình trồng lúa trong trong phòng thí nghiệm
Làm sạch phần đáy hai mô hình mica có kích thước 40 × 40 × 30 cm, cho
vào mỗi thùng đất ruộng tới chiều cao 10 cm. Đặt vào mỗi thùng 9 khóm lúa
đang làm đòng, vị trí cách đều theo diện tích đất. Bổ sung nước ruộng vào thùng
cho ngập trên bề mặt đất 0,5 – 1 cm (không dùng nước máy vì trong nước máy
có chất khử trùng, gây hại hoặc diệt MOB và các vi sinh khác). Duy trì điều
kiện ổn định này trong thời gian 1 tuần để lúa thích nghi đồng đều trước khi tiến
hành thí nghiệm bổ sung MOB và đo phát thải methane.
Sau thời gian ổn định, MOB sẽ được bổ sung vào 1 mô hình (MH thí
nghiệm) và mô hình còn lại được sử dụng làm đối chứng (MH đối chứng). Nắp
của mô hình sẽ được đậy vào; sau 1, 2, 3, 4 ngày bổ sung MOB và lấy mẫu khí
qua các van bố trí trên nắp để xác định thành phần methane. Mẫu khí được lấy

bằng van có khóa và đưa lên phân tích trên thiết bị sắc ký. Sau khi đo, nắp của
mô hình lại được mở ra để tránh ảnh hưởng tới sinh trưởng của cây lúa.
2.2.3. Phân Ach methane trên hệ thống sắc ký khí
Nguyên lý hoạt động của hệ thống sắc ký khí (GC - Gas
Chromatography): Mẫu được bơm vào trong và theo dòng khí mang (N
2
) đưa
đến cột sắc ký (pha tĩnh). Mẫu khi qua cột này sẽ được hấp phụ lên trên pha tĩnh
đó. Sau đó, các chất lần lượt tách khỏi cột theo dòng khí ra ngoài được ghi nhận
bởi đầu dò FID (Flame Ionized Detector). Từ các tín hiệu nhận được máy tính
sẽ xử lý và biểu hiện kết quả bằng sắc ký đồ. Các chất được xác định nhờ giá trị
thời gian lưu trên sắc ký đồ. Theo phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên
11
cứu này, peak methane xuất hiện sau 1 phút sau khi bắt đầu một chu kỳ phân
tích.
Thiết lập đường chuẩn: Đường chuẩn được thiết lập với khí methane tinh
khiết trong các lọ thủy tinh thể tích 80 ml chứa không khí và một vài hạt
silicagel đã sấy khô, được đậy nắp cao su bọc nhôm kín. Với mỗi lọ, dùng xi-
lanh hút một lượng khí nhất định rồi bơm trả lại một thể tích khí methane tương
ứng với lượng khí đã lấy ra để có nồng độ khí methane lần lượt là 10%, 20%,
30%, 50%. Lắc đều các lọ đã chuẩn bị, sau đó dùng xi-lanh hút mẫu đưa lên
thiết bị sắc ký khí. Đường chuẩn của khí methane được xây dựng dựa trên mối
quan hệ tuyến tính giữa nồng độ methane đã biết trong các bình chuẩn và diện
tích peak trên sắc ký đồ (Hình 5). Phương trình bậc nhất thể hiện mối tương
quan giữa hai đại lượng nói trên được sử dụng để xác định hàm lượng methane
trong các mẫu khí lấy từ mô hình.
Hình 5. Đường chuẩn áp dụng để tính nồng độ methane (%) phân tích bằng sắc ký khí
3. Kết quả
3.1. Nuôi vi khuẩn MOB chủng BG3
Chủng BG3 được nuôi trong các bình kín khí chứa methane/không khí theo

tỷ lệ 1/2, tại 30°C, lắc 120 vòng/phút trong thời gian 3 ngày. Tại thời điểm
dừng, mật độ quang của dịch nuôi đạt OD
600
= 0,4, màu hồng nhạt, xuất hiện
sinh khối bám trên thành lọ. Lấy 0,1 ml dịch nuôi bằng xilanh vô trùng, đưa lên
phiến kính và tiến hành kiểm tra tế bào vi khuẩn trên kính hiển vi (Hình 6).

Hình 6. Sinh trưởng của chủng vi khuẩn BG3 và dịch nuôi trong bình nuôi và hình thái tế
bào
12
3.2. Thí nghiệm xác định phát thải methane trên các mô hình
Hai mô hình phòng thí nghiệm trồng lúa ở giai đoạn đẻ nhánh tích cực đã
được thiết lập (Hình 7). Mô hình A là mô hình thí nghiệm, trong đó vi khuẩn
MOB chủng BG3 được bổ sung trực tiếp từ dịch nuôi theo tỷ lệ 80 ml dịch/mô
hình. Mô hình B là đối chứng không bổ sung MOB.

Hình 7. Mô hình trồng lúa trong phòng thí nghiệm
Đối với mỗi mô hình, mẫu khí được thu để phân tích hàm lượng methane từ
hai vị trí giữa theo chiều cao của mô hình (van 1 ở MHA, van 3 ở MHB) và
đỉnh (van 2 ở MHA, van 4 ở MHB). Tại mỗi vị trí quá trình đo được lặp lại 3
lần để xác định mức sai số đối với mỗi phép đo. Quá trình theo dõi được duy trì
trong 4 ngày kể từ khi bổ sung vi khuẩn MOB vào mô hình A (Hình 8).



Hình 8. Methane phát thải từ đất trồng lúa trong các mô hình thí nghiệm
13
Ngày 2
C
H

4
(p
p
m)
C
H
4
(p
p
m)
C
H
4
(p
p
m)
C
H
4
(p
p
m)
Ngày 1
Ngày 3
Ngày 4
Kết quả từ hình 8 cho thấy sự khác biệt đáng kể về lượng methane tích lũy
trong mô hình thí nghiệm (MHA) và mô hình đối chứng (MHB). Mức sai số có
ý nghĩa cho thấy sự khá biệt này là đáng kể. Ở ngày đầu tiên sau khi bổ sung
MOB chủng BG3 vào mô hình thí nghiệm thì sự khác biệt chưa rõ rệt, tuy nhiên
ở các ngày tiếp theo (ngày 2 và 3) thì lượng methane tìm thấy trong mô hình thí

nghiệm thấp hơn ∼20% so với mô hình đối chứng. Ở ngày cuối, sự chênh lệch
chỉ còn ở mức ∼11% và sự thay đổi này có thể do ảnh hưởng của điều kiện thí
nghiệm tới sinh trưởng của lúa (trong thời gian bị đậy kín để xác định lượng
methane tạo ra thì thân lúa phải chịu độ ẩm lớn và nhiệt độ cao bên trong các
mô hình, là điều kiện thuận lợi cho rầy nâu phát triển, do vậy ở ngày thứ 4 lá lúa
chuyển nhành sang màu vàng và xuất hiện các đốm rầy dọc theo thân). Đây
cũng là kết quả mô phỏng ảnh hưởng của điều kiện khí nhà kính tới quá trình
canh tác lúa trong thực tế.
Hình 9. So sánh phát thải methane giữa mô hình thí nghiệm và đối chứng
Như vậy, sự có mặt của vi khuẩn MOB chủng BG3 có tác động tích cực tới
việc giảm phát thải methane từ đất trồng lúa. Bên cạnh tác động này, MOB còn
được biết đến là có sinh khối giàu protein với một số axit amin hiếm trong thành
phần, do vậy khi methane được chuyển thành sinh khối MOB thì vi sinh vật hữu
ích trong đất sẽ được cung cấp thêm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng, qua đó
tăng độ màu của đất. Tác động này cần được kiểm chứng để hướng tới việc bổ
sung vi khuẩn MOB vào phân bón vi sinh cho công nghệ canh tác lúa giảm phát
thải methane.
14
Ngày thí nghiệm
C
H
4
(p
p
m)
3.3. Kết quả đo đạc và tính toán lượng khí methane phát thải trên các
mô hình
Kết quả đo được ghi dưới bảng sau (mỗi lần đo cách nhau 30 phút, thực hiện ở
nhiệt độ 20
o

C, áp suất 1 atm):
Thể tích CH
4
(l)
Thể tích CH
4
trên một đơn vị thể
tích khí (ppm=μl/l)
Ngày thứ nhất Van 1 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04137
0,04178
0,04059
344,20
347,63
337,67
Van 2 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04041
0,04098
0,04162
336,15
340,97
346,23
Van 3 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04273

0,04207
0,04208
355,48
349,97
350,11
Van 4 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04285
0,04179
0,04269
356,51
347,68
355,19
Ngày thứ hai Van 1 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,03947
0,04555
0,04442
328,35
378,95
369,53
Van 2 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04526
0,04605
0,04268
376,54

383,11
355,10
Van 3
Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,05759
0,04787
0,05255
479,08
398,29
437,18
Van 4 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,05136
0,05291
0,05584
427,28
440,21
464,52
15
Ngày thứ ba Van 1 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04348
0,04347
0,04278
361,77
361,68

355,91
Van 2 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04121
0,04102
0,04359
342,83
241,28
362,61
Van 3 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,05170
0,04792
0,05268
430,10
398,63
438,24
Van 4 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,05023
0,05061
0,04571
417,89
421,04
380,30
Ngày thứ tư Van 1 Lần 1
Lần 2

Lần 3
0,03888
0,04123
0,03021
323,45
343,03
334,55
Van 2 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,03136
0,04151
0,04101
344,10
345,37
341,18
Van 3 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04461
0,04254
0,04421
371,10
353,92
367,78
Van 4 Lần 1
Lần 2
Lần 3
0,04370
0,04304

0,04311
363,57
358,07
358,67
Cùng với 2 công thức dưới đây, ta tính được lượng khí methane phát thải:
CH
4
tốc độ phát thải [mol CH
4
/min] = CH
4
[ppm/min] * 10
-6
[ppm
-1
]* V * 1/(R*T)
Trong đó V là thể tích khí của mô hình thí nghiệm (l)
R là hằng số khí lý tưởng, tính bằng 0,08205 liter-atm (K
-1
mol
-1
)
T là nhiệt độ tính theo thang độ Kelvin (K)
CH
4
tốc độ phát thải [mg CH
4
/d] = CH
4
tốc độ phát thải [mol CH

4
/min] * 16000
[mg CH
4
mol
-1
]* 1440[min/d]
16
Phần IV: KẾT LUẬN
Qua thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả sau
- Làm quen với việc tìm hiểu vấn đề, cách giải quyết vấn đề trong nghiên cứu
khoa học thực nghiệm
- Tìm hiểu về hiệu ứng khí nhà kính gây ra bởi khí methane dẫn đến sự nóng
lên của khí hậu toàn cầu. Liệt kê các nguồn phát sinh khí methane trong tự
nhiên, đặc biệt tại Việt Nam là do việc trồng lúa nước.
- Để hạn chế ảnh hưởng của việc phát thải khí methane, cụ thể là tìm cách hấp
thụ khí methane sinh ra trên ruộng lúa nước, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu về
một phương pháp vi sinh là sử dụng chủng vi khuẩn MOB có khả năng hấp
thụ khí methane.
Nhóm đã tiến hành thí nghiệm tại Viện vi sinh vật và công nghệ sinh học, sau
đó tính toán ra khối lượng khí CH
4
phát thải trong một giờ như sau:
- Mô hình thí nghiệm: 56,01329 mg CH
4
/h
- Mô hình đối chứng: 62,80376 mg CH
4
/h
→ Như vậy có thể thấy, trung bình cứ một giờ, lượng khí methane ở mô hình

thí nghiệm thấp hơn lượng khí methane ở mô hình đối chừng ~ 6,79 mg CH
4
/h
(tương đương khoảng 11% về khối lượng CH
4
phát thải trong một giờ được
giảm xuống)
Các kết quả thí nghiệm đã chứng tỏ
- Việc bổ sung vi khuẩn MOB vào đất trồng lúa có tác động rõ rệt đến việc giảm
phát thải khí methane, cụ thể đo được là từ 11 – 20%.
- Kết quả bước đầu cho thấy tiềm năng ứng dụng MOB như một thành phần của
phân vi sinh cho công nghệ canh tác lúa có mức phát thải methane thấp, bổ sung
thêm độ màu cho đất, giảm bớt lượng phân đạm cần bón, giúp tiết kiệm chi phí
chăm sóc lúa.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
Tiếp tục làm các thí nghiệm trên mẫu có kích thước lớn, gần với điều kiện sinh
trưởng của cây lúa trong tự nhiên, thời gian theo dõi và đo đạc lâu hơn để đánh
giá chính xác hơn về tác động tích cực của việc bổ sung MOB chủng BG3 vào
đất trồng lúa.
17
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tình hình phát thải khí Metan (CH
4
) do hoạt động canh tác lúa nước ở khu
vực đồng bằng sông Hồng – Nguyễn Hữu Thành, Nguyên Đức Hùng, Trần Thị
Lệ Hà, Nguyễn Thọ Hoàng (Tạp chí Khoa học và Phát triển 2012: Tập 10, số 1:
165 – 172 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI)
2. A History of Methanotrophy – Chris Anthony – University of Southampton,
Southampton, SO17 1BJ, UK.
18