Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây (tt)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.3 MB, 28 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THUỲ QUÝ TÚ

NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM
TRONG HẠT POLYTER VÀ ỨNG DỤNG
TRÊN CÂY DÂU TÂY

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số chuyên ngành: 60420201

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2018

1

Công trình đƣợc hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: TS. PHẠM S
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS. TS. NGUYỄN THUÝ HƢƠNG

Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc
giờ
ngày
tháng
năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:
- Thƣ viện Khoa học Tổng hợp Tp. HCM
- Thƣ viện Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
2

1. Nguyễn Thúy Hƣơng, Nguyễn Thùy Quý Tú, 2013. Thử nghiệm tạo
chế phẩm Biopolyter-Azotobacter bằng phƣơng pháp lên men bán rắn
trên giá thể hạt Polyter. Tạp chí Nông nghiệp&PTNT, số 15.
2. Nguyễn Thùy Quý Tú, Nguyễn Thúy Hƣơng, 2013. Tối ƣu hóa các
thông số của quá trình tạo chế phẩm biopolyter-Azotobacter bằng lên
men bán rắn trên giá thể là hạt polyter. Tạp chí Nông nghiệp&PTNT,
số 17.
3. Nguyễn Thùy Quý Tú, Nguyễn Thúy Hƣơng, Phạm S, 2016. Xây dựng
mô hình canh tác dâu tây theo hƣớng an toàn trên giá thể mụn xơ dừa
bổ sung biopolyter-Azotobacter. Tạp chí Khoa học công nghệ NNVN,
số 3.
4. Nguyễn Thùy Quý Tú, Nguyễn Thúy Hƣơng, Phạm S, 2016. Nghiên
cứu ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc tƣới và liều lƣợng N đến sinh trƣởng,
phát triển và năng suất của cây dâu tây trồng trên giá thể mụn xơ dừa

sử dụng biopolyter-Azotobacter. Tạp chí Khoa học công nghệ NNVN,
số 5.
5. Nguyễn Thùy Quý Tú, Nguyễn Thúy Hƣơng, Phạm S, 2016. Nghiên
cứu ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc tƣới và đạm đến sinh trƣởng của cây
dâu tây trên giá thể vụn xơ dừa sử dụng biopolyter-Azotobacter. Tạp
chí Khoa học Đại học Tây Nguyên, số 21.

3

4

MỞ ĐẦU
Ở nƣớc ta, đặc biệt khu vực Tây nguyên và Nam Trung bộ trong những năm
gần đây, tình hình khí hậu có nhiều thay đổi, hạn hán thƣờng xuyên xảy ra ở
nhiều nơi và có dấu hiệu kéo dài, tình trạng suy giảm nguồn nƣớc dẫn đến hiện
tƣợng thiếu nƣớc trên các lƣu vực sông, khan hiếm nƣớc diễn ra ngày càng
thƣờng xuyên hơn, phạm vi rộng và nghiêm trọng hơn. Do vậy, vấn đề cung
cấp nƣớc cho cây trồng trở thành mối quan tâm hơn bao giờ hết. Để canh tác
nông nghiệp bền vững, các biện pháp sử dụng nƣớc tiết kiệm đƣợc ƣu tiên
nghiên cứu và ứng dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng chất giữ ẩm trong nông
nghiệp tại Việt Nam còn hết sức hạn chế. Một số thử nghiệm sử dụng chất giữ
ẩm mới chỉ đƣợc thực hiện trên một số cây công nghiệp nhƣ cà phê, chè, bắp…
Ngoài ra, các thử nghiệm này mới chỉ dừng ở mức độ ứng dụng sản phẩm có
sẵn, theo dõi mức độ tiết kiệm nƣớc tƣới và ảnh hƣởng đến năng suất sản phẩm.
Thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng, nhóm đất xám có diện tích cao nhất,
khoảng 35.200 ha, chiếm đến 90,05

tổng diện tích đất tự nhiên. Đất xám có

thành phần cơ giới nh , kết cấu rời rạc, khả năng giữ nƣớc giữ phân kém, đất
chua, hàm lƣợng hữu cơ và mùn thấp, nghèo dinh dƣ ng, dung tích hấp thu và
độ no kiềm đất thấp.
Hạt polyter là một trong những sản phẩm polymer siêu hấp thụ nƣớc (Super
absorbent polymers – SAP) đƣợc sử dụng làm chất giữ ẩm trong nông nghiệp
đã đƣợc thƣơng mại hóa trên thế giới. Đây là phát minh vào những năm 90 của
nhà khoa học ngƣời Pháp, có tên là Philippe Di Giorno Ouaki. Khi gặp nƣớc,
hạt polyter sẽ nở ra thành bọc có màng thẩm thấu hút một lƣợng nƣớc đến 500
lần trọng lƣợng của hạt ban đầu (kích thƣớc của hạt khoảng vài mm). Hạt có
đặc tính hút nƣớc kéo theo chất dinh dƣ ng, phân bón vào bọc để dự trữ và
cung cấp cho cây trồng theo nhu cầu, đồng thời hạn chế sự rửa trôi, bốc hơi,
lãng phí, giúp cây không bị gián đoạn về nƣớc và dinh dƣ ng.
Bên cạnh đó, những ƣu điểm của các loại dinh dƣ ng do vi sinh vật có ích tổng
hợp cung cấp cho cây trồng đã đƣợc biết đến và ứng dụng trong sản xuất nông
nghiệp nhằm tăng độ phì của đất, tăng sức đề kháng của cây trồng, cung cấp
5

dinh dƣ ng “sạch” cho cây tạo ra sản phẩm chất lƣợng tốt và hạn chế sự ô
nhiễm môi trƣờng do thƣờng xuyên phải sử dụng một lƣợng lớn phân bón hoá
học. Hiện nay, chƣa có nghiên cứu nào đƣợc công bố về việc sử dụng chất giữ
ẩm làm chất mang để cố định vi sinh vật có lợi nhằm tổng hợp dinh dƣ ng từ tự
nhiên nhƣ là một tác động kép đảm bảo đáp ứng nhu cầu nƣớc và dinh dƣ ng
đồng thời cung cấp cho cây trồng.
Để làm cơ sở khoa học trong việc cải tiến và ứng dụng các chất giữ ẩm trong
nông nghiệp ngày một hiệu quả hơn với nhiều chức năng hơn, góp phần ứng
phó với biến đổi khí hậu trong sản xuất nông nghiệp nói chung và khu vực Tây
Nguyên nói riêng, đề tài “Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong
hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây” đã đƣợc thực hiện.

Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu các giải pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng hạt polyter trong sản
xuất nông nghiệp đồng thời làm cơ sở khoa học cho những nghiên cứu chuyên
sâu về tác dụng kép của hạt polyter trong việc vừa giữ ẩm vừa làm chất mang
cố định một số vi sinh vật có ích cho cây trồng.
Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và thử nghiệm ứng
dụng trên cây dâu tây.
Các nội dung chính
 Khảo sát một số tính chất cơ bản của hạt polyter.
 Đánh giá, tuyển chọn các chủng Azotobacter.
 Nghiên cứu tạo chế phẩm mới Biopolyter-Azotobacter và tối ƣu hóa quá
trình tạo chế phẩm.
 Đánh giá chất lƣợng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter.

 Đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hƣởng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
đến cây dâu tây.

 Nghiên cứu ổn định chất lƣợng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter.

6

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
 Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp những dẫn liệu khoa học nhằm bổ sung đặc
tính cơ bản về hạt polyter và góp thêm cơ sở cho việc sử dụng hiệu quả chất
giữ ẩm trong nông nghiệp.
 Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp các thông số kỹ thuật tối ƣu tạo chế phẩm

Biopolyter-Azotobacter và nghiên cứu ổn định chất lƣợng chế phẩm.
 Nghiên cứu chế phẩm Biopolyter-Azotobacter và bƣớc đầu đánh giá hiệu
quả sử dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter qua các giai đoạn ứng dụng
trên cây dâu tây.
Ý nghĩa thực tiễn
 Lần đầu tiên nghiên cứu tạo ra chế phẩm mới Biopolyter-Azotobacter có tác
dụng kép vừa giữ ẩm vừa lƣu giữ và cung cấp vi sinh vật có ích cho cây
trồng.
 Bƣớc đầu nghiên cứu Biopolyter-Azotobacter trong sản xuất nông nghiệp bổ
sung vào giá thể trồng dâu tây.
 Nghiên cứu ứng dụng một cách thực tế về chất giữ ẩm nhằm mở ra con
đƣờng cải tiến tạo sản phẩm chất giữ ẩm đa chức năng trong tƣơng lai.
Những đóng góp mới của đề tài
Nghiên cứu thành công cố định vi khuẩn Azotobacter trên giá thể hạt polyter
truyền thống bằng phƣơng pháp lên men bán rắn để tạo chế phẩm BiopolyterAzotobacter. Chế phẩm Biopolyter-Azotobacter tạo thành có hai chức năng,
vừa là chất giữ ẩm trong nông nghiệp vừa cung cấp vi sinh vật hữu ích cho cây
trồng. Quá trình nghiên cứu đƣợc tiến hành qua các giai đoạn: từ quá trình cố
định, tạo chế phẩm, đánh giá chất lƣợng chế phẩm tạo thành đồng thời đánh giá
hiệu quả sử dụng và ảnh hƣởng của chế phẩm đến cây dâu tây; đến giai đoạn
cuối, nghiên cứu ổn định chất lƣợng chế phẩm.

7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ
KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Chất giữ ẩm trong nông nghiệp đang là hƣớng nghiên cứu đƣợc quan tâm trên
thế giới, việc ứng dụng chất giữ ẩm trong canh tác đã đƣợc áp dụng ở nhiều nơi
trên thế giới. Từ năm 1990, hƣớng nghiên cứu chất giữ ẩm kết hợp với phân
bón đã bắt đầu xuất hiện nhƣng mãi đến giai đoạn 2009 – 2012 hƣớng nghiên

cứu này mới thực sự phát triển. Tuy nhiên, tại Việt Nam việc nghiên cứu và
ứng dụng chất giữ ẩm còn hạn chế. Các sản phẩm giữ ẩm nông nghiệp tại Việt
Nam hiện nay chỉ đơn thuần là các vật chất giữ ẩm cho đất và chỉ mới khảo
nghiệm trên một số ít loại cây trồng (cây công nghiệp ngắn và dài ngày) cũng
nhƣ còn thiếu các nghiên cứu cụ thể trên từng đối tƣợng cây trồng để xác định
phƣơng pháp canh tác phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Vi khuẩn Azotobacter có khả năng cố định đạm, sinh ra nhiều chất hoạt động
sinh học nhƣ: indol acetic acid (IAA), vitamin B1, B6, biotin, kháng sinh nhóm
anixomycin… kích thích sự sinh trƣởng của cây trồng, nên đã đƣợc sử dụng
trong sản xuất phân vi sinh từ rất lâu. Trƣớc đây ngƣời ta thu sinh khối chủng
Azotobacter bằng phƣơng pháp lên men chìm sục khí. Tuy nhiên phƣơng pháp
này cho năng suất không cao và tốn nhiều năng lƣợng. Phƣơng pháp cải tiến so
với phƣơng pháp lên men chìm sục khí là lên men bán rắn trên bề mặt một giá
thể [95]. Nhiều giá thể đƣợc sử dụng trong lên men bán rắn tùy theo định
hƣớng ứng dụng sau lên men. Các giá thể trƣớc đây thƣờng đƣợc sử dụng là
cám trấu, mảnh hạt ngũ cốc, bã mía, bụi xơ dừa, lõi bắp, đất, than bùn,…
Chế phẩm polyter đã đƣợc sử dụng rộng rãi tại nhiều khu vực trên thế giới, đây
là sản phẩm giữ ẩm trong canh tác nông nghiệp, đƣợc cấu tạo bởi một loại
polymer (acrylic) và một số phụ liệu. Ngoài ra, hạt polyter còn có nhiều ƣu
điểm của một giá thể trong nuôi cấy vi sinh vật kiểu lên men bán rắn nhƣ giá
thành thấp, độ tinh khiết cao, khả năng giữ ẩm tốt, có độ đàn hồi, độ bền cao, dễ
bị phân hủy [40]. Cho đến nay vẫn chƣa có công bố nào về các kết quả nghiên
cứu liên quan đến cải tiến hay sử dụng polyter với tính chất đa chức năng, tức là
8

bên cạnh chức năng giữ ẩm còn có thêm chức năng khác nhƣ là một chế phẩm
biopolyter.
Dâu tây (Fragaria x anannassa) là cây trồng có nguồn gốc từ châu Mỹ, di thực
vào Việt Nam từ thời Pháp thuộc, nên đƣợc gọi là dâu tây [11]. Tại Việt Nam, ở

thành phố Đà Lạt do điều kiện thuận lợi về thổ nhƣ ng và khí hậu mà dâu tây
đƣợc canh tác quanh năm. Dâu tây đòi hỏi điều kiện kỹ thuật canh tác đặc biệt
nhƣ trồng trên giá thể sạch, ít sử dụng phân bón hóa học nhằm đảm bảo chất
lƣợng; vì sản phẩm quả chủ yếu dùng cho ăn tƣơi. Hiện nay tại Đà Lạt có tới
98

diện tích dâu tây đƣợc trồng trực tiếp trên đất. Việc sử dụng giá thể phù

hợp để canh tác nhằm giảm dƣ lƣợng phân bón, thuốc hóa học; đồng thời việc
áp dụng giải pháp kỹ thuật đồng bộ để tăng năng suất, chất lƣợng dâu tây luôn
là vấn đề ngƣời trồng quan tâm.
Việc cải tiến chế phẩm polyter để sử dụng đa mục đích chưa có một nghiên cứu
nào tiến hành tại Việt Nam được ghi nhận, mặc dù hướng nghiên cứu này là
hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng. Luận án này sẽ quan tâm chủ yếu đến
cải tiến chất giữ ẩm polyter làm môi trường chất mang để lên men chủng
Azotobacter được chọn lựa bằng phương pháp lên men bán rắn trên giá thể hạt
polyter thu sinh khối Azotobacter nhằm thử nghiệm tạo chế phẩm mới
Biopolyter-Azotobacter vừa giữ chức năng vật liệu giữ ẩm cho đất vừa đóng vai
trò là phân bón vi sinh trong nông nghiệp. Chế phẩm mới tạo thành sẽ được
tiến hành các khảo sát về đại thể, vi thể, mật độ Azotobacter và một số tính chất
của chế phẩm; thông qua ứng dụng trên cây dâu tây tại Đà Lạt để nghiên cứu
chế phẩm trong quá trình sử dụng; và tiến hành nghiên cứu ổn định chất lượng
chế phẩm.

9

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sơ đồ tổng quát nội dung luận án:
KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HẠT

POLYTER
NGHIÊN CỨU
TIỀN ĐỀ

Khả năng Khả năng
hấp thụ
giải hấp
nước
nước

Khả năng
hấp thụ
NO3-,
PO 4 3+ , K+

Khả năng
giải hấp
NO3 , PO 4 3+ ,
K+

ĐÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN BỘ
CHỦNG AZOTOBACTER
Hoạt tính Khảo sát điều kiện sinh
sinh học
trưởng, phát triển
Khả
Khả
năng
năng Nhiệt
Chế độ

cố
pH
sinh
độ
lắc
định
IAA
nitơ

Lên men bán rắn Azotobacter trên giá thể hạt polyter
NGHIÊN CỨU
TẠO CHẾ
PHẨM
BIOPOLYTERAZOTOBACTER

Tối ưu hoá các thông số của quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
Thí nghiệm tìm tâm của mô hình CCD để tối Tối ưu hóa giá trị các yếu tố ảnh hưởng đến mật
ưu hóa mật độ tế bào Azotobacter
độ vi khuẩn bằng phương pháp RSM – CCD
Tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter

ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG
CHẾ PHẨM
BIOPOLYTERAZOTOBACTER

Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ
Azotobacter của chế phẩm ở giai đoạn ban đầu

Một số tính chất cơ bản của chế phẩm

Biopolyter-Azotobacter

ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ SỬ
DỤNG VÀ ẢNH
HƯỞNG CHẾ
PHẨM
BIOPOLYTERAZOTOBACTER
ĐẾN CÂY DÂU
TÂY

Ảnh hưởng của chế phẩm BiopolyterAzotobacter đến cây dây tây

Nghiên cứu chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
trong quá trình trồng dâu tây

NGHIÊN CỨU
ỔN ĐỊNH CHẤT
LƯỢNG CHẾ
PHẨM
BIOPOLYTERAZOTOBACTER

Một số tính chất điển hình của chế phẩm theo
thời gian bảo quản của phép thử dài hạn

Đánh giá chung về hạn sử dụng chế phẩm

10

2.1. Nghiên cứu tiền đề
Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp thụ nước của polyter: Thí
nghiệm đƣợc bố trí làm 6 nghiệm thức, 3 lần lặp lại, mỗi độ pH là một
nghiệm thức thí nghiệm ứng với độ pH: 5,0; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5 và 8,0.
Nghiên cứu khả năng lưu giữ nước ở điều kiện thường của polyter: Thí
nghiệm đƣợc bố trí làm 6 nghiệm thức, 3 lần lặp lại, mỗi độ pH là một
nghiệm thức thí nghiệm ứng với độ pH: 5,0; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5 và 8,0.
Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp thụ một số nguyên tố phân
bón đa lượng (NO3-, PO43-, K+) của hạt polyter: Mỗi yếu tố dinh dƣ ng
NO3- hoặc K+ hoặc PO43 là một thí nghiệm. Trong mỗi thí nghiệm thì mỗi độ
pH là một nghiệm thức, nhƣ vậy mỗi thí nghiệm có 4 nghiệm thức, 3 lần lặp
lại ứng với các độ pH: pH 5,5; pH 6,0; pH 6,5; pH 7,0.
Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng giải hấp một số nguyên tố
phân bón đa lượng (NO3-, PO43-, K+) của hạt polyter: Mỗi yếu tố dinh
dƣ ng NO3- hoặc K+ hoặc PO43 là một thí nghiệm. Trong mỗi thí nghiệm thì
mỗi độ pH là một nghiệm thức, nhƣ vậy mỗi thí nghiệm có 4 nghiệm thức, 3
lần lặp lại ứng với các độ pH: pH 5,5; pH 6,0; pH 6,5; pH 7,0.
Đánh giá và tuyển chọn các chủng Azotobacter: Đánh giá và tuyển chọn
chủng Azotobacter thông qua khảo sát khả năng cố định nitơ, khả năng sinh
indol acetic acid (IAA) và khảo sát điều kiện sinh trƣởng và phát triển của
các chủng Azotobacter.
2.2. Nghiên cứu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
Phương pháp tạo Biopolyter-Azotobacter: Phƣơng pháp lên men bán rắn
nhân sinh khối trên giá thể hạt polyter. Lên men bán rắn trên các khay có
kích thƣớc 25 cm x 40 cm. Hạt polyter ngâm trong 2h để trƣơng nở hoàn
toàn trong môi trƣờng Ashby có cấy giống Azotobacter với tỷ lệ 1 , đƣợc
đƣa vào khay lên men với độ dày 2cm để thực hiện quá trình lên men bán
rắn trong thời gian theo dõi từ 1-6 ngày, chỉ tiêu theo dõi là mật độ vi khuẩn
Azotobacter.

11

Quan sát sự phân bố vi khuẩn Azotobacter trong hạt polyter: Hạt polyter sau
quá trình lên men bán rắn đƣợc sấy chân không ở 400C, 80 mbar. Sau đó
mẫu đƣợc cắt lát và chụp hình dƣới kính hiển vi điện tử quét (Scaning
Electron Microscope- SEM).
Tối ưu hoá các thông số của quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
Thiết kế thí nghiệm tìm yếu tố ở tâm và phƣơng pháp RSM-CCD: Hàm đáp
ứng đƣợc chọn là mật độ vi khuẩn Azotobacter (CFU/g). Mô hình hóa đƣợc
biểu diễn bằng phƣơng trình bậc 2. Chọn điểm tối ƣu bằng chƣơng trình
Design-Expert 8.0.7. Từ kết quả phân tích, xác định mức tối ƣu của các yếu
tố cho mật độ vi khuẩn Azotobacter đạt cực đại.
Bảng 3.1 Thiết kế thí nghiệm tìm yếu tố ở tâm
Biến
x1
x2
x3
x4
x5

Nhân tố
Hàm lƣợng sucrose
(% w/w)
Nhiệt độ (0C)
pH
Độ ẩm (%)
Tỉ lệ giống (%)

-

Hệ số mã hóa và tự nhiên tƣơng ứng
-1
0
1


1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

25
6,0
55
0,5

27,5
6,5
60
0,75

30
7,0
65

1,0

32,5
7,5
70
1,25

35
8,0
75
1,5

Đánh giá kết quả tối ƣu hoá: Lên men thử nghiệm mô hình tối ƣu và so sánh
với kết quả dự đoán của mô hình. Thử nghiệm mô hình 20 khay/lần. Thí
nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần.
2.3. Đánh giá chất lượng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter
Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ Azotobacter của chế phẩm ở giai đoạn
ban đầu và một số tính chất của chế phẩm.
2.4. Đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng của chế phẩm đến cây
dâu tây
Ứng dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trên cây dâu tây: theo dõi, đánh
giá sinh trƣởng, năng suất, chất lƣợng trái dâu.
12

Nghiên cứu về chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong thực tế ứng dụng
trồng dâu tây: theo dõi mật độ Azotobacter trong chế phẩm, độ ẩm giá thể
khi sử dụng.
2.5. Nghiên cứu ổn định chất lượng chế phẩm
Một số tính chất điển hình của chế phẩm theo thời gian bảo quản của phép

thử dài hạn: ở chế độ nhiệt độ phòng (28-320C) và nhiệt độ mát (15 – 200C).
Đánh giá chung về hạn sử dụng chế phẩm: Dựa trên kết quả theo dõi thời
gian bảo quản theo phép thử dài hạn đƣa ra thời hạn sử dụng của chế phẩm.

13

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả nghiên cứu tiền đề
3.1.1.

Kết quả nghiên cứu một số tính chất cơ bản của hạt Polyter

3.1.1.1. Ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp thụ nước của polyter

3.1.1.2. Khả năng lưu giữ nước ở điều kiện thường của polyter

3.1.1.3. Khả năng hấp thu một số nguyên tố dinh dưỡng của polyter

14

3.1.1.4. Khả năng giải hấp một số nguyên tố dinh dƣ ng của polyter

Kết quả khảo sát một số tính chất cơ bản của polyter chỉ ra polyter có khả năng
hấp thụ nƣớc cao nhất là 377 g.g-1 ở pH dung dịch bằng 7 và có khả năng lƣu
trữ nƣớc sau 7 tuần ở điều kiện phòng thí nghiệm. Quá trình hấp thụ nƣớc kéo
theo quá trình hấp thụ các nguyên tố NO3-, PO43-, K+. Lƣợng hấp thụ và giải hấp
các nguyên tố này đạt giá trị cao nhất ở pH 7. Thời gian hấp thụ các nguyên tố
NO3-, PO43-, K+ diễn ra trong thời gian ngắn (1 ngày) tuy nhiên thời gian giải

hấp diễn ra suốt quá trình 5 tuần theo dõi. Ngoài ra, pH dung dịch để sử dụng
polyter hiệu quả nhất ở pH 7.
3.1.2.

Kết quả đánh giá và tuyển chọn các chủng Azotobacter

3.1.2.1. Kết quả khảo sát các hoạt tính sinh học của các chủng Azotobacter
a. Khả năng cố định nitơ

b. Khả năng sinh IAA của các chủng vi khuẩn Azotobacter
15

Bảng 3.1. Khả năng sinh IAA của các chủng vi khuẩn Azotobacter
Chủng vi khuẩn
Mật độ tế bào (108 CFU/ml)
Hàm lƣợng IAA (µg/ml)
d
A1
5.0600 ± 0.01
69.523 ± 0.0252c
A2
9.2633 ± 0.0115a
78.163 ± 0.0153a
A3
7.460 ± 0 0.01b
70.097 ± 0.0153b
A4
5.2000 ± 0.00c
66.460 ± 0.01d

3.1.2.2. Khảo sát điều kiện sinh trưởng, phát triển của các chủng Azotobacter
Bảng 3.2. Sinh trƣởng và phát triển của các chủng Azotobacter (108 CFU/ml)
Chủng
Nhiệt độ sinh trưởng (0C)
VK
20
25
30
35
40
A1
1,52c
3,24c
6,50d
3,50c
3,21c
A2
8,85a
8,96a
9,89a
9,55a
8,79a
b
b
b
b
A3
8,18
8,46
8,90

8,15
8,28b
d
d
c
d
A4
1,09
2,23
6,80
1,82
1,15d
pH
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
a
a
d
d
A1
8,66
8,50
6,50
6,28
1,16d
A2
4,86c

5,29c
9,89a
9,95a
2,18c
b
b
b
b
A3
4,90
5,36
8,90
8,98
3,56a
d
d
c
c
A4
2,88
4,80
6,80
6,95
3,81b
Chế độ lắc
100v/ph
150 v/ph
200 v/ph
250 v/ph
A1

1,45c
2,50d
6,50d
6,55d
b
c
a
A2
2,15
2,74
9,89
9,75a
A3
2,90a
3,94a
8,90b
8,56b
d
b
c
A4
1,19
2,80
6,80
6,85c
Xét trên các điều kiện sinh trƣởng, phát triển của các chủng Azotobacter, tính
dễ thích nghi khi đƣa ra ứng dụng, chúng tôi sử dụng 2 chủng A2 (Azotobacter
chroococcum ATCC 4412) và A3 (Azotobacter vinelandii ATCC 12837) cho
thử nghiệm lên men bán rắn trên giá thể hạt polyter.
3.2. Kết quả nghiên cứu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter

3.2.1.

Kết quả bước đầu tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter

16

Bảng 3.3. Mật độ vi khuẩn Azotobacter theo thời gian ủ trên giá thể (109CFU/g)
Thời gian
Azotobacter A2
Azotobacter A3
(ngày)
1
1,44e
2,08d
d
2
1,89
2,92c
3
2,52c
3,52b
b
4
3,20
3,80a
b
5
3,28
3,84a

b
6
3,25
3,83a

3.2.2. Kết quả tối ưu hoá các thông số của quá trình tạo chế phẩm
Biopolyter-Azotobacter bằng lên men bán rắn trên giá thể là hạt polyter
3.2.2.1. Thí nghiệm tìm tâm của mô hình CCD để tối ưu hóa mật độ tế bào
Azotobacter
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát các điểm tại tâm của mô hình CCD
Các
mức

Mức
1
Mức
2
Mức
3
Mức
4
Mức
5
Mức
6

Hàm
lƣợng
sucrose
(%

w/w)

Mật độ
vi
khuẩn
(×109
CFU/g)

Nhiệt
độ
(0C)

Mật độ
vi
khuẩn
(×109
CFU/g)

pH

Mật độ
vi
khuẩn
(×109
CFU/g)

Độ
ẩm

Mật độ

vi
khuẩn
(×109
CFU/g)

Tỉ lệ
giống
(%
w/w)

Mật độ
vi
khuẩn
(×109
CFU/g)

1,5

0,821

25

1,206

5,5

0,859

55

1,830

0.5

1,830

2,0

1,760

27,5

2,732

6,0

1,596

60

2,792

0.75

2,792

2,5

3,717

30

3,791

6,5

3,779

65

3,793

1.0

3,793

3,0

3,794

32,5

2,660

7,0

2,491

70

2,469

1.25

2,469

3,5

2,795

35

1,603

7.5

2,428

75

1,589

1.5

1,589

4,0

1,740

37

1,010

8,0

2,296

80

1,101

2

1,101

17

3.2.2.2. Tối ưu hóa giá trị các yếu tố ảnh hưởng đến mật độ vi khuẩn bằng
phương pháp RSM – CCD
Bảng 3.5. Kết quả thực hiện RSM – CCD để tối ƣu hóa mật độ Azotobacter trên
môi trƣờng bán rắn
Thí
nghiệm
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

Môi trƣờng cơ bản

Mật độ vi khuẩn Azotobacter
(×109 CFU/g)
Thực nghiệm Suy từ mô hình

x1

x2

x3

x4

x5

2,0
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2,0

27,5
27,5

32,5
32,5
27,5
27,5
32,5
32,5
27,5
27,5
32,5
32,5
27,5

6,5
6,5
6,5
6,5
7,5
7,5
7,5
7,5
6,5
6,5
6,5
6,5
7,5

60,00
60,00
60,00
60,00

60,00
60,00
60,00
60,00
70,00
70,00
70,00
70,00
70,00

1,25
0,75
0,75
1,25
0,75
1,25
1,25
0,75
0,75
1,25
1,25
0,75
1,25

0,662
0,122
0,115
0,931
2,827
0,803

2,779
0,694
0,816
0,914
0,261
0,200
1,836

0,715
0,127
0,120
0,915
2,880
0,780
2,798
0,695
0,803
0,925
0,277
0,204
1,899

3,0
2,0
3,0
1,5
3,5
2,5
2,5
2,5

2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5

27,5
32,5
32,5
30
30
25
35
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30

30

7,5
7,5
7,5
7,0
7,0
7,0
7,0
6,0
8,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0

70,00
70,00
70,00
65,00
65,00
65,00
65,00
65,00

65,00
55,00
75,00
65,00
65,00
65,00
65,00
65,00
65,00
65,00
65,00

0,75
0,75
1,25
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,50
1,50
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00

1,00

3,525
1,034
0,515
1,489
0,655
2,627
0,480
0,496
2,806
2,097
1,040
0,511
1,953
3,736
3,779
3,721
3,727
3,798
3,716

3,589
1,098
0,531
1,513
0,705
2,679
0,515
0,480

2,810
2,160
1,111
0,532
1,987
3,720
3,721
3,721
3,721
3,721
3,721

18

Bằng phƣơng pháp RSM-CCD, chúng tôi đã tối ƣu tổng hợp đƣợc 5 giá trị yếu
tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến quá trình lên men bán rắn tạo chế phẩm
Biopolyter-Azotobacter. Các giá trị tối ƣu này (sucrose 2,9 ; nhiệt độ 31,50C;
pH là 6,44; độ ẩm là 61,04 ; tỉ lệ giống là 1,05 ) sẽ dùng để thiết kế kiểm
chứng bằng thực nghiệm.
3.2.3. Đánh giá kết quả tối ưu hoá
Để kiểm tra kết quả của mô hình, tiến hành thí nghiệm với các giá trị tối ƣu dự
đoán để thu sinh khối cực đại. Kết quả của trung bình 3 lần lặp lại, có kết hợp
xử lý thống kê, mật độ vi khuẩn nhận đƣợc từ kết quả thực nghiệm là 3,987 ×
109 CFU/g, mật độ vi khuẩn thu đƣợc theo dự đoán của mô hình là 4,12 × 10 9
CFU/g. Kết quả thực nghiệm tƣơng thích 96,77% so với kết quả tối ƣu hóa của
mô hình. Sự tƣơng quan chặt chẽ giữa hai kết quả tính toán giúp khẳng định
tính chính xác của mô hình và sự tồn tại của các giá trị tối ƣu.
3.3. Kết quả đánh giá chất lượng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter sau khi
hình thành

3.3.1.

Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ Azotobacter của chế phẩm ở
giai đoạn ban đầu

19

3.3.2.

Một số tính chất cơ bản của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter

3.3.2.1. Khả năng hấp thụ và giải hấp nước

3.3.2.2. Khả năng hấp thụ và giải hấp NO3-, PO43-, K+

20

Các khảo sát một số tính chất hoá lý của chế phẩm Biopolyter-Azotobacter chỉ
ra sau quá trình lên men tạo chế phẩm, chế phẩm vẫn giữ đƣợc các đặc tính ban
đầu của hạt polyter, chế phẩm tạo thành vẫn giữ đƣợc các tính chất của chất giữ
ẩm dùng trong nông nghiệp, ngoài ra mật độ A3 (Azotobacter vinelandii ATCC
12837) đạt 3,98 x 109 CFU/g.
3.4. Khảo sát đánh giá hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng của chế phẩm
Biopolyter-Azotobacter đến cây dâu tây
3.4.1.

Ảnh hưởng của chế phẩm đến cây dây tây

3.4.1.1. Theo dõi tình hình sinh trưởng, năng suất cây dâu tây
Bảng 3.6. So sánh chỉ số sinh trƣởng, năng suất của dâu tây giữa nghiệm
thức sử dụng và không sử dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong
canh tác tại Đà Lạt, thời gian 1/2015 – 6/2015
Chỉ tiêu

Sử dụng BioPA

Số lá
ĐK tán (cm)
ĐK thân (cm)
Chiều cao (cm)
Ra hoa NST (ngày)
Tỉ lệ đậu ( )
Năng suất (kg/m2)

32,9a
21,3a
2,3
31,6a
83,9a
91,8
2,44a

Không sử dụng
BioPA
30,4b
20,5b
2,2
30,5b

95,9b
91,1
2,20b

21

Prob.
***
*
ns
*
***
ns
***

Bảng 3.7 So sánh chỉ số sinh trƣởng, năng suất của dâu tây sử dụng và
không sử dụng chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong canh tác tại Đà Lạt,
thời gian 7/2015 – 12/2015
Chỉ tiêu

Sử dụng BioPA

Số lá
ĐK tán (cm)
ĐK thân (cm)
Chiều cao (cm)
Ra hoa NST (ngày)
Tỉ lệ đậu (%)
Năng suất (kg/m2)

26,3a
26,4
2,06
26,3a
90,9a
93,0
3,16a

Không sử dụng
BioPA
25,5b
25,5
2,01
25,5b
98,0b
92,2
2,70b

Prob.
*
ns
ns
*
***
ns
***

3.4.1.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm (trái dâu tươi) của thí nghiệm
Bảng 3.8. Độ Brix của trái dâu tây đo tại vƣờn

Chỉ tiêu

Sử dụng BioPA

Không sử dụngBioPA

Prob.

6,9b

**

7,1b

***

1. Vụ 1/2015 – 6/2015
Độ Brix

7,1a

2. Vụ tháng 7/2015 – 12/2015
Độ Brix

7,4a

Ghi chú bảng 3.6 và 3.7:
ĐK: Đường kính; NST: ngày sau trồng
*, ** và ***: Trong cùng hàng, có giá trị trung bình có cùng chữ cái không
khác biệt có ý nghĩa tương ứng với P = 0,05, P= 0,01 và P = 0,001.

ns: các khác biệt không có ý nghĩa thống kê
Việc bƣớc đầu sử dụng bổ sung Biopolyter-Azotobacter trong canh tác dâu tây
trên giá thể ghi nhận cây dâu tây sinh trƣởng, phát triển tốt, cây ra hoa sớm hơn
8 – 9 ngày, mặc dù tỉ lệ đậu trái không khác biệt ở hai nghiệm thức nhƣng năng
suất ở nghiệm thức sử dụng Biopolyter-Azotobacter cao hơn 11 – 17 % nghiệm
thức không sử dụng Biopolyter-Azotobacter và cao hơn các công bố cùng điều
kiện (ở Việt Nam) giai đoạn gần đây.
22

Bảng 3.9. Kết quả phân tích mẫu dâu tƣơi vụ tháng 1- 6/2015
Chỉ tiêu
phân tích

Đơn vị

Sử dụng BioPA

mg/kg tƣơi

Nitrate

Không sử dụng
BioPA

28

41

Chất khô hoà tan

/kg tƣơi

7,78

6,68

Đƣờng tổng

/kg tƣơi

6,7

5,6

49,1

33,7

mg/100g tƣơi

Vitamin C

Giới hạn
cho phép

Dư lượng thuốc BVTV

Chlorpyrifos

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

0,3

Permethrin

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,009)

KPH (LOD=0,009)

1

Cypermethrin

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,004)

KPH (LOD=0,004)

0,07

Metalaxyl

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

0,2

Difenoconazole

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

2.2

Chlorfenapyr

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

0.05

Bảng 3.10. Kết quả mẫu phân tích dâu tƣơi vụ tháng 7-12/2015
Chỉ tiêu
phân tích
Nitrate
Chất khô hoà tan
Đƣờng tổng

Vitamin C

Đơn vị

Sử dụng BioPA

mg/kg tƣơi
/kg tƣơi

Không sử dụng
BioPA

19

40

8.47

7.47

/kg tƣơi

7.3

6.8

mg/100gtƣơi

36.7

31.8

Giới hạn
cho phép

Dư lượng thuốc BVTV

Chlorpyrifos

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

0,3

Permethrin

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,009)

KPH (LOD=0,009)

1

Cypermethrin

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,004)

KPH (LOD=0,004)

0,07

Metalaxyl

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

0,2

Difenoconazole

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

Chlorfenapyr

mg/kg tƣơi

KPH (LOD=0,005)

KPH (LOD=0,005)

Từ các kết qủa phân tích và đo đạc đƣợc gửi mẫu đánh giá khách quan bởi Viện
nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, nhận thấy ở cả hai vụ, kết quả phân tích các chỉ
tiêu về kim loại nặng (As, Cd, Pb), vi sinh vật gây hại (E.Coli và Coliforms),
nitrat ở cả hai mẫu là tƣơng đƣơng nhƣng hàm lƣợng chất khô hoà tan, đƣờng
tổng, vitamin C, độ Brix của nghiệm thức sử dụng Biopolyter-Azotobacter đều
23

tăng so với nghiệm thức không sử dụng, về dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật chỉ
phát hiện hàm lƣợng nhỏ ở mẫu không sử dụng Biopolyter-Azotobacter (vụ 1),
từ đó chúng tôi khẳng định chất lƣợng trái dâu tƣơi đƣợc tăng lên khi bổ sung
Biopolyter-Azotobacter trong giá thể canh tác. Với mục tiêu chính của luận án
là nghiên cứu chế phẩm BioPA tạo thành, qua mô hình ứng dụng trên cây dây
tây, chúng tôi khảo sát chế phẩm trong quá trình thực tế sử dụng, kết quả thể
hiện tại mục 3.4.2.
3.4.2.

Kết quả nghiên cứu chế phẩm Biopolyter-Azotobacter trong quá trình
trồng dâu tây

Bảng 3.11. Mật độ vi khuẩn Azotobacter chế phẩm trong 6 tháng ứng
dụng trên cây dâu tây
Thời gian
Thời gian
Mật độ Azotobacter
Mật độ Azotobacter
theo dõi

theo dõi
9
(10 CFU/g)
(109 CFU/g)
(tuần)
(tuần)
2
3,92
14
3,48
4
3,90
16
3,50
6
3,90
18
3,50
8
3,74
20
3,46
10
3,62
22
3,27
12
3,55
24
3,20

Bảng 3.12. Kết quả theo dõi độ ẩm giá thể trồng nghiệm thức sử dụng BioPA
và không sử dụng BioPA
24

Thời gian theo dõi
Độ ẩm tƣơng ứng ( )
Prob.
(tuần)
Sử dụng BioPA
Không sử dụng BioPA
2
67a
59b
***
a
4
72
62b
***
a
b
6
72
62
***
8
71a
64b
***

10
70a
59b
***
a
b
12
70
63
***
14
71a
68b
***
16
70a
67b
***
18
68a
61b
***
a
b
20
66
60
***
22
72a

62b
***
24
67a
63b
***
***: Trong cùng hàng, có giá trị trung bình có cùng chữ cái không khác biệt có
ý nghĩa tương ứng với P = 0,001.
3.5. Kết quả nghiên cứu ổn định chất lượng chế phẩm
Một số tính chất điển hình của chế phẩm theo thời gian bảo quản
của phép thử dài hạn
Bảng 3.13. Mật độ Azotobacter trong quá trình bảo quản chế phẩm (109 CFU/g)

3.5.1.

Thời gian
theo dõi
(tháng)

Chế độ
phòng
(28-320C)

Chế độ
mát
(15-200C)

Thời gian
theo dõi
(tháng)