vi sinh vật chuyển hoá lân và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
VNU University of Science

Vi sinh vật chuyển hoá lân và ứng dụng
Nhóm thực hiện:
1. Nguyễn Hải Đăng
2. Thái Hoàng Linh
3. Trần Thị Thanh
4. Phan Thị Thơm

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

1


Nội dung chính

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

2


1.Lân và chuyển hoá lân trong tự nhiên
1.1.Photpho trong tự nhiên và vai trò
1.1.1.Sơ lược về Photpho
• Photpho (P) là một trong các nguyên tố quan trọng đối với cây trồng. Tuy
nhiên, hiệu suất sử dụng lân bởi cây trồng <=25% do lượng lớn bị cố định
trong đất (0.025-0.3% P2 O5) và bị chuyển hoá thành dạng khó hấp thụ
• Thành phần lân dễ tan hay khó tan trong đất được quyết định bởi tính

chất đá mẹ, thành phần cơ giới và hàm lượng chất hữu cơ quy định
• Hàm lượng photphate trung bình 0.02-0.08%. Do quá trình tích luỹ sinh
học hàm lượng photphate trong lớp đất mặt cao hơn ở lớp dưới
• Qúa trình phân giải xác bã động thực vật cung cấp cho đất một nguồn
photphate quan trọng
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

3


1.1.2.Vai trò
• Là 1 trong 3 nguyên tố đa lượng quan trọng nhất cho sự phát triển của cây
trồng
Vai trò Photpho

Cố định, dự
trữ, chuyển
hoá năng
lượng

Phản ứng oxi
hoá-khử
trong cây:
quang hợp,
hô hấp quá
trình đồng
hoá nito

Qúa trình di
truyền của

cây, tổng
hợp protein

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

Qúa trình
trao đổi
nước, khả
năng chống
chịu của cây,
đảm bảo độ
pH tế bào

4


1.2.Các dạng photpho trong tự nhiên
1.2.1.Lân vô cơ
•Tồn tại trong các khoáng khó tan: apatit, photphoric, photphate Fe,
photphate Al

Quăng Apatit

Quặng
Photphoric
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

5

1.2.1. Lân vô cơ
Photpho vô cơ tồn tại ở 2 dạng chính
• Loại photphat không tan chiếm đa phần, hầu như không tan trong nước.
Thực vật không trực tiếp sử dụng loại photphat này, đó là các apatit.
- Tại đất trung tính, kiềm chủ yếu là photphat của Ca: Ca3(PO4)2
- Tại đất chua, chủ yếu là photphat của Al, Fe: Al3 (PO4 )2 , Fe3 (PO4 )2
• Loại photphat tan thường gặp là KH2 PO4- , Na2 HPO4- , K2HPO4,Ca(HPO4 )2 ,Mg(HPO4 )2 .Thực vật dễ dàng sử dụng tốt các loại photpho
này. Hàm lượng 0.1-1%
• Sự tồn tại ion photphate trong môi trường đất bị chi phối bởi sự chuyển
đổi hoá trị: H2PO4-  HPO42-  PO43-

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

6


1.2.2.Lân hữu cơ
•Chiếm 20-80% tổng số photphate trong đất. Trong đó chiếm 50% ở lớp đất
mặt, càng xuống sâu lượng photpho hữu cơ càng giảm
•Lân hữu cơ trong đất chủ yếu ở trong phần mùn => Đất càng giàu mùn thì
càng giàu photpho hữu cơ
•Trong Photpho hữu cơ,dạng phổ biến nhất là fylat (50%).Tuỳ theo môi
trường mà tồn tại các dạng fylat khác nhau
Ở đất chua,P hữu cơ chủ yếu là fylat Fe,Al
Ở đất trung tính,P hữu cơ chủ yếu là fylat Ca,Mg

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

7

•Photpho hữu cơ tồn tại trong cơ thể động thực vật,vi sinh vật chủ yếu tồn
tại ở dạng dạng hợp chất fytin,photpholipid,acid nucleic,nucleprotein,các
đường chứa P,các men(phân hoá tố,cooenzyme)

Acid phytic

Phospholipid dưới dạng lecitin

•Trong tế bào vi sinh vật,phần lớn P là hợp chất trong acid nucleic của vi
sinh vật,các hợp chất khác trong nguyên sinh chất như
orthophosphat,metaphosphat,đường men có chứa P 15-25%chất P trong
tế bào dưới dạng hợp chất acid
dễ tan
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

8


1.3.Vòng tuần hoàn photpho trong tự nhiên
1.3.1.Vòng chuyển hoá photpho đơn giản

P trong tự nhiên luôn luôn tuần hoàn chuyển hoá.Lân hữu cơ sẽ được
vô cơ hoá nhờ hoạt động các vi sinh vật->muối của acid photphoric.1
phần được cây trồng sử dụng chuyển thành lân hữu cơ,phần bị cố
định dưới dạng khó tan:Ca3(PO4)2 , Al3(PO4)2, FePO4 dạng khó tan này
trong môi trường pH thích hợp sẽ chuyển thành dạng dễ tan
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

9

1.3.2.Vòng tuần hoàn photpho trong tự nhiên

Vòng tuần hoàn photpho trong tự nhiên
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

10


Sơ đồ thu gọn vòng tuần hoàn photpho trong tự nhiên
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

11


2. Vi sinh vật chuyển hoá lân
2.1.1. Cơ chế phân giải lân vô cơ
• Sự sản sinh acid trong quá trình sống của một số nhóm vi sinh vật làm cho nó
có khả năng chuyển hợp chất photpho khó tan sang dạng có thể hoà tan:
CO2 + H2O  H2CO3
Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O  Ca(H2PO4)2 + H2O + 2Ca(HCO3)2
( Dạng khó tan)---------------( Dạng dễ tan)
( Dạng dễ tan)
• Các vi khuẩn nitrat hoá cũng có khả năng phân giải lân vô cơ do nó có khả năng
chuyển hoá NH3 -> NO2 -> NO3 ; NO3 sẽ phản ứng với photphat khó tan tạo hợp
chất dễ tan:
Ca3 (PO4)2 + 4HNO3  Ca(H2PO4)2 + 2Ca(NO3)2
• Các vi khuẩn sunfat hoá cũng có khả năng phân giải photphat khó tan do sự tạo
thành H2 SO4 :

Ca3 (PO4 )2 + 2H2 SO4  Ca(H2 PO4 )2 + 2CaSO4
• Ngoài ra các nhóm VSV có khả năng tạo thành acid hữu cơ cũng có thể phân
giải dạng photphat khó tan thành dễ tan
• Tất cả VSV phân giải lân vô cơ trong quá trình sống đều làm giảm pH của môi
trường
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

12


2.1.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ
• Vi khuẩn có khả năng phân giải mạnh : các vi khuẩn họ Bacillus: Bacillus
Megatherium, B.Butyricus, B.Mycoides,….

B.Megatherium

B.Mycoides

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

13


2.1.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ
• Vi khuẩn họ Pseudomonas: P.Radiobacter, P.Gracilis, P.Fluorescens,…..
• Vi nấm Aspergillus niger
• Một số vi khuẩn sống cộng sinh trên rễ cây có khả năng hút lân để cung cấp
cho cây , điển hình là loài VA mycorrhiza. Loài này có thể hoà tan phosphate
Fe trong đất để cung cấp lân cho cây. Ngoài ra, loài này còn có khả năng huy
động các nguyên tố Cu, Fe, Zn,… cho cây trồng

P. Fluorescens

Aspergillus niger
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

14


2.1.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ
Tên chủng vi sinh vật

Nguồn photphat

% phân giải

Vi khuẩn

Photphat canxi

3-17

Pseudomanas

Photphat canxi

13-58

Aspergillus

Photphat canxi

58.4

Photphat nhôm

24

Photphat sắt

25.6

Photphat canxi

90

Photphat sắt

49.3

Photphat nhôm

28.1

Quặng photphat

12-20

Penicillium

Bacillus

Khả năng phân giải hợp chất photphat khó tan
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

15


2.2. Đối với lân hữu cơ
2.2.1. Cơ chế phân giải lân hữu cơ
• Các hợp chất lân hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ xác động vật, thực
vật, phân xanh, phân chuồng,….
• Hợp chất lân hữu cơ quan trọng nhất được phân giải từ tế bào sinh vật
là Nucleoproteit
• Nucleoproteit có trong thành phần nhân tế bào, nhờ tác động của nhóm
vsv hoại sinh trong đất , chất này tách ra khỏi thành phần nhân tế bào và
được phân giải thành 2 phần: Protein và Nuclein

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

16


• Nuclein sẽ đi vào vòng chuyển hoá các hợp chất Photpho

• Sự chuyển hoá photpho hữu cơ thành muối của H3PO4 được thực hiện
bởi nhóm vsv phân huỷ lân hữu cơ. Các vsv này có khả năng tiết ra enzym
photphataza để xúc tác cho quá trình phân giải. Cơ chế quá trình:
Nucleoproteit -> Nuclein -> Acid Nucleic -> H3PO4
Loxitin -> Glyxerophotphat -> H3PO4

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

17


2.2. Đối với lân hữu cơ
2.2.2. Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ
• Vi khuẩn Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Agrobacterium,
Brevibacterium, Micrococus, Flavobacterium,…

Pseudomonas Rod-Shaped Alcaligenes Faecalis

Agrobacterium tumefaciens

Achromobacter marplatensis sp

Brevibacteriumlinens

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

18


• Xạ khuẩn streptomyces

• Nấm Aspergillus, penicillium, Rhizopus, Sclerotium

Aspergillus awamori

Aspergillus conidia

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

Penicillium
19


2.3. Các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng phân giải lân của vsv
1.

Độ pH: pH trong khoảng 7.8 – 8.0 ảnh hưởng tới sự phát triển của hệ sinh
vật phân giải lân

2.

Nhiệt độ: các chủng vsv có nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân giải lân
khác nhau. Khoảng nhiệt độ thích hợp là 20 – 40oC

3.

Hợp chất hữu cơ: chất hữu cơ làm tăng quá trình sinh trưởng của vsv

4.

Độ ẩm: những nơi độ ẩm cao , do hoạt động của vsv mạnh tạo nên nhiều
acid hữu cơ  tăng khả năng phân giải lân

5.

Hệ rễ: Hệ rễ cây trồng kích thích sự tăng trưởng của vsv phân giải cũng
được tăng cường. Tuy nhiên, một số loài cây cũng có thể tiết ra chất độc

ngăn cản sự sinh trưởng của vsv

6.

Tỷ lệ N:C trong môi trường: Nito và cacbon là những chất cần thiết cho quá
trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Tỷ lệ N:C càng cao thì phân giải
lân diễn ra càng mạnh

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

20


3. Phân lân vi sinh
3.1. Định nghĩa
• Phân vi sinh vật phân giải photphate khó tan là
sản phẩm có chứa một hay nhiều chủng vi sinh
vật còn sống đạt tiêu chuẩn đã ban hành có khả
năng chuyển hoá các hợp chất photpho khó tan
thành dễ tiêu cho cây trồng sử dụng , góp phần
nâng cao năng suất và chất lượng nông phẩm
• Phân lân vi sinh không gây hại đến sức khoẻ
con người, động thực vật và không ảnh hưởng
xấu tới môi trường

Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

21

3.2. Phân loại phân lân vi sinh
 Phân lân vi sinh vật trên nền chất mang thanh trùng
• Mật độ vi sinh vật hữu hiệu lớn 108 – 109 / gam, vi sinh vật tạp ít
• Sử dụng để nhiễm vi sinh vật vào hạt, tưới gốc cây non
Vi sinh vật phân giải lân

Than bùn, chất mang

Nhân sinh khối

Thanh trùng

Xử lí tiềm sinh

Phối trộn

Đóng gói, bảo quản, sử dụng
Quy trình sản xuất
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

22


 Phân lân vi sinh vật trên nền chất mang không thanh trùng
• Mật độ vi sinh vật hữu ích thấp 106 -107 tế
bào/gam. Vi sinh vật tạp cao
• Chất mang
-Chất hữu cơ: than bùn, phế thải
nông nghiệp, rác thải thành phố
-Chất vô cơ: apatit, photphorit, bột

đá vôi
• Chất mang hữu cơ được ủ háo khí hay yếm
khí tuỳ loại nguyên liệu hữu cơ
• Nhược điểm: chất lượng không ổn định,
khó bảo quản
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

23


3.3. Quy trình sản xuất
Phân lập-tuyển chọn
giống vi sinh vật phân
giải lân

 Phân lập-tuyển chọn giống vi sinh vật phân giải
lân
• Lấy mẫu: vùng đất, vùng rễ cây trồng trên các
loại đất giàu chất hữu cơ
• Nuôi cấy pha loãng trên môi trường đặc
Pikovskaya

Nhân sinh khối-xử lí
sinh khối-tạo sản phẩm

Kiểm tra chất lượng

• Trong quá trình nuôi cấy, vi sinh vật phân giải
lân sẽ tạo vòng tròn phân giải( vòng tròn trong
suốt bao quanh khuẩn lạc)

• Dựa vào đường kính, thời gian hình thành, độ
trong vòng phân giải  đánh giá định tính khả
năng phân giải lân vi sinh vật chọn lựa được
dòng vi sinh vật phân giải lân tốt
Đăng-ThaiLinh-Thanh-Thơm

24


 Nhân sinh khối-xử lí sinh khối-tạo sản phẩm(phương pháp lên men chìm)
Chuẩn bị môi trường lên
men cấp 1

Giống gốc
Cây giống
Lên men cấp 1
Chất mang

Lên men cấp 2

Chuẩn bị môi trường lên
men cấp 2

Phối trộn

Sinh khối vi sinh
vật

Kiểm tra

Chế phẩm trên
nền đất mang

Chế phẩm dạng lỏng

Chế phẩm dạng khô

Chế phẩm đông khô,
đông lạnh

25