Phân lân vi sinh

Tuy nhiên do sử dụng không đúng cách, lạm dụng các loại phân bón và thuốc trừ sâu hóa học làm tăng dư lượng các chất hóa học gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng đến

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

-š &

› -CEMINAR

HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ VI SINH

ĐỀ TÀI

PHÂN VI SINH PHÂN GIẢI PHOSPHATE

KHÓ TAN (PHÂN LÂN VI SINH)

Giảng viên Th.s Phan Văn ThuầnNhóm thực hiện

Nhóm 7: SP sinhK4

Thủ Dầu Một, tháng 02/2011

MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU

I./ Đặt vấn đề 3

II./ Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng phân vi sinh 4

PHẦN II: NỘI DUNG I./ Các dạng lân và sự chuyển hóa lân 7

II./ Phân vi sinh phân giải phosphate khó tan (phân lân vi sinh) 11

1./ Định nghĩa 11

2./ Quy trình sản xuất 11

2.1/ Phân lập và tuyển chọn giống vi sinh vật phân giải lân 11

2.2/ Nhân sinh khối, xử lí sinh khối và tạo sản phẩm 13

2.3./ Yêu cầu chất lượng và công tác kiểm tra chất lượng 14

3./ Ưu điểm và nhược điểm của phân lân vi sinh trên thị trường hiện nay 14

4./ Phương pháp bón phân lân vi sinh 18

5./ Hiệu quả của phân lân vi sinh 19

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ I./ Kết luận 20

II./ Khuyến nghị 21

Phụ lục hình màu 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I./ Đặt vấn đề

Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón đóng vai trò quan trọng quyết định

cả về chất lượng và sản lượng thu hoạch Hiện nay có rất nhiều dạng phân bón khác nhau đã được sản xuất sử dụng trong nông nghiệp như: Phân hoá học đa lượng hoặc vi lượng: Phân hữu cơ, phân sinh học, phân vi sinh

Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay chủ yếu sử dụng phân bón hóa học trong canh tác và sản xuất Tuy nhiên do sử dụng không đúng cách, lạm dụng các loại phân bón và thuốc trừ sâu hóa học làm tăng dư lượng các chất hóa học gây ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước và ảnh hưởng đến sinh vật cũng như con người đồng thời làm đất canh tác bị bạc màu nhanh chóng

Dưới tác động của việc đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước góp phần làm diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm đi Chính vì vậy để tăng năng suất, sản lượng cây trồng đồng thời phải đảm bảo môi trường phát triển bền vững là một vấn đề cấp thiết hiện nay

Cùng với chất hữu cơ, vi sinh vật sống trong đất, nước và vùng rễ cây có ý nghĩa quan trọng trong các mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của vi sinh vật (mùn hoá, khoáng hoá chất hữu cơ, phân giải, giải phóng chất dinh dưỡng vô cơ từ hợp chất khó tan hoặc tổng hợp chất dinh dưỡng từ môi trường )

Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức (1896)

và được đặt tên là Nitragin Sau đó phát triển sang một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914)

Phân đạm vi sinh, phân vi sinh hỗn hợp, phân vi sinh vật phân giải phosphate khó tan có khả năng chuyển hoá các hợp chất phospho khó tan thành

dễ tiêu cho cây trồng sử dụng, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông phẩm, không gây hại đến sức khoẻ của người, động thực vật và không ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái

Phân bón vi sinh dựa vào các chủng vi sinh vật sẽ phân giải các chất hữu

cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công nông nghiệp,… tạo ra sinh khối, sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất, giúp cải tạo làm đất tơi xốp Vậy phân lân vi sinh có những đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm… như thế nào? Vai trò ra sao…Nhằm hiểu sâu hơn về vấn đề này chúng em đã tìm hiểu về phân lân

vi sinh

II./ Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng phân vi sinh

Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón có một vai trò quan trọng quyết định cả về chất lượng và sản lượng thu hoạch Trên thế giới cũng như ở nước ta

đã có nhiều công trình nghiên cứu giúp cho nông dân biết chọn lựa những loại phân có ích nhất và cách sử dụng phân như: bón phân vào thời điểm nào và liều lượng bao nhiêu là có hiệu quả cao nhất

Hiện nay có rất nhiều dạng phân bón khác nhau đã được sử dụng trong nông nghiệp như: Phân hoá học dưới dạng đa lượng hoặc vi lượng, phân hữu cơ, phân sinh học, phân vi sinh.Trong những năm gần đây, ở nhiều nước trên thế giới, người ta đã tổ chức sản xuất công nghiệp một số loại phân vi sinh vật và đem bán ở thị trường trong nước Một số loại phân vi sinh vật được bán rộng rãi trên thị trường thế giới Tuy nhiên, các loại phân vi sinh vật còn rất ít và chỉ là bộ phận nhỏ so với phân hoá học trên thị trường phân bón

Ở Việt Nam, phân VSV cố định đạm cây họ đậu và phân VSV phân giải lân

đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong

cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số VSV phân giải lân

Trên cơ sở tính năng tác dụng của các chủng loại VSV sử dụng, phân bón VSV còn được gọi dưới các tên:

- Phân VSV cố định nitơ (phân đạm vi sinh) chứa các VSV sống cộng sinh

với cây bộ đậu, hội sinh trong vùng rễ cây trồng cạn hay tự do trong đất, nước có khả năng sử dụng N từ không khí tổng hợp thành đạm cung cấp cho đất và cây trồng

- Phân VSV phân giải hợp chất phosphate khó tan (phân lân vi sinh) sản

xuất từ các VSV có khả năng chuyển hoá các hợp chất phosphate khó tan thành

dễ tiêu cho cây trồng sử dụng

- Phân VSV kích thích, điều hoà sinh trưởng thực vật chứa các VSV có khả

năng sản sinh các hoạt chất sinh học có tác dụng điều hoà, kích thích quá trình trao đổi chất của cây

- Phân VSV chức năng là sản phẩm có chứa không chỉ các VSV làm phân

bón như cố định nitơ, phân giải lân, kích thích sinh trưởng thực vật mà còn có các loại VSV có khả năng ức chế, tiêu diệt VSV gây bệnh cây trồng

Phân bón vi sinh vật được sản xuất bằng cách nhân sinh khối VSV trong môi trường và điều kiện thích hợp để đạt được một mật độ nhất định sau đó xử lý bảo quản và đưa đi sử dụng trực tiếp hoặc phối trộn với cơ chất hữu cơ tạo sản phẩm phân hữu cơ vi sinh vật Trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu thuộc chương trình công nghệ sinh học giai đoạn 1991-2000 Viện Khoa học kỹ thuật

nông nghiệp Việt Nam đã phối kết hợp cùng gần 20 cơ quan nghiên cứu, giảng dạy và công ty chuyên ngành đã xây dựng và triển khai thành công các qui trình sản xuất phân vi sinh vật cố định nitơ, phân vi sinh vật phân giải lân, phân vi sinh vật hỗn hợp cố định nitơ và phân giải lân Sản phẩm phân bón VSV được các hội đồng khoa học nghiệm thu, đánh giá và công nhận là tiến bộ kỹ thuật.

PHẦN II: NỘI DUNG

I./ Các dạng lân và sự chuyển hóa lân

Lân trong đất gồm 2 dạng chính:

1.1 Lân hữu cơ

Lân hữu cơ có trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật thường gặp ở các hợp chất chủ yếu như phytin (phytin và các chất họ hàng: inositol, inositolmonophosphate, inositoltriphosphate), phospholipit, axit nucleic Trong không bào người ta còn thấy lân vô cơ ở dạng octhophosphate làm nhiệm

vụ đệm và chất dự trữ Cây trồng, vi sinh vật không thể trực tiếp đồng hoá lân hữu cơ Muốn đồng hoá chúng phải được chuyển hoá thành dạng muối H3PO4.1.2 Lân vô cơ

Lân vô cơ thường ở trong các dạng khoáng như apatit, phosphoric, phosphate sắt, phosphate nhôm Muốn cây trồng sử dụng được phải qua chế biến, để trở thành dạng dễ tan

Nhờ vi sinh vật lân hữu cơ được vô cơ hoá biến thành muối của axit phosphoric Các dạng lân này một phần được sử dụng, biến thành lân hữu cơ, một phần bị cố định dưới dạng lân khó tan như Ca3(PO2)2, FePO4, AlPO4

Những dạng khó tan này trong môi trường có pH thích hợp, với sự tham gia của

vi sinh vật sẽ chuyển hoá thành dạng dễ tan

2./ Sự chuyển hóa lân

Trong đất thường tồn tại các vi sinh vật có khả năng hoà tan lân Các vi sinh vật này được các nhà khoa học đặt tên cho chúng là: HTL (hoà tan lân, tên tiếng anh PSM – phosphate solubilizing microorganisms)

2.1/ Sự chuyển hoá lân vô cơ

2.1.1/ Vi sinh vật phân giải

Vi khuẩn phân giải những hợp chất lân vô cơ khó tan thường gặp các

giống: Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter, Brevibacterium, Micrococcus, Flavobacterium

Bên cạnh các vi khuẩn và xạ khuẩn thì nấm cũng có tác dụng trong quá

trình hoà tan hợp chất lân khó tan: Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Sclerotium.

2.1.2/ Cơ chế hoà tan phospho

Đại đa số nghiên cứu đều cho rằng sự phân giải Ca3(PO4)2 có liên quan mật thiết với sự sản sinh axit trong quá trình sống của vi sinh vật Trong đó axit cacbonic rất quan trọng Chính H2CO3 và hệ enzim phosphatase do vi sinh vật tiết ra làm cho Ca3(PO4)2 phân giải

Quá trình phân giải theo phương trình sau:

Ca3(PO4)2 + 4CO2 + 4H2O Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2Ngoài ra Phosphate khó tan cũng được chuyển thành dạng dễ tan dưới tác dụng của axit hữu cơ (carboxylic acids) do vi sinh vật tiết ra Tuy nhiên mỗi loại

vi sinh vật tiết ra những loại axit khác nhau và có tác dụng chuyển hóa các phosphate khác nhau

Một nghiên cứu được tiến hành trên 3 chủng Pseudomonas fluorescens

(CB501, CD511 và CE509) Trên môi trường thạch, hai chủng (CB501 và CE509) có khả năng hòa tan 3 loại phosphate Ca3(PO4)2, AlPO4·H2O hoặc FePO4·2H2O trong khi chủng CD511 cho thấy một vùng quầng chỉ trên một tấm thạch phosphate có bổ sung sắt (Fe-P) Tuy nhiên, trong môi trường lỏng, tất cả các chủng đã có thể huy động một lượng đáng kể phốt pho (P) phụ thuộc vào từng loại phosphate Calcium phosphate (Ca-P) hòa tan kết quả của sự kết hợp giữa độ pH và carboxylic acids Tại pH 7, nó đã được hòa tan bởi hầu hết các axit hữu cơ Tuy nhiên, tổng hợp các carboxylic acids là cơ chế chính tham gia trong quá trình hòa tan phosphate nhôm (Al-P) và phosphate sắt (Fe-P) Cả hai

đã được huy động ở pH 4 bởi citrate, malate, tartrate, và trên mức thấp hơn nhiều

với gluconate và trans-aconitate Sau đó, một thử nghiệm được tiến hành trên

giống ngô Zea mays, kết quả thu được sử dụng 5 thông số trong đó bao gồm cả năng suất và hấp thu P, kết quả cho thấy chủng CB501 là tốt nhất kết quả toàn

bộ với +37%, tiếp theo chủng CE509 (+21,2%) và sau đó bởi chủng CD511 (+16,7%)

Ảnh hưởng của carboxylic acids đến sự hòa tan phosphate phụ thuộc vào

độ pH Calcium phosphate Ca-P được hòa tan ở pH trung tính (pH7 cho Ca3(PO4)2 ) , trong khi Al-P và Fe-P sẽ được hòa tan trong điều kiện có tính axit (pH4 cho FePO4 và AlPO4 ) Chỉ citrate hòa tan đáng kể Ca-P, Tartrate và trans-aconitate có hiệu lực nhẹ Vì vậy, đặc biệt là sản xuất citrate chủng rất quan trọng để cải thiện khả phosphate trong kiềm đất hoặc trong trường hợp làm màu

mỡ với đá phosphate

Trong đất, vi khuẩn nitrat hoá và vi khuẩn chuyển hoá S cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2.

2.1.3 Điều kiện ngoại cảnh

Độ pH: pH ảnh hưởng không nhiều đến vi sinh vật phân giải lân nhưng chúng ảnh hưởng đến quá trình phân giải lân của vi sinh vật như ví dụ ở phần trên Nhìn chung ở pH 7,8 - 7,9 ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của hệ vi sinh vật phân giải lân

Độ ẩm: Ở những nơi ngập nước, hàm lượng axit hữu cơ cao (do hoạt động của vi sinh vật) làm tăng quá trình phân giải lân hữu cơ khó tan

Hợp chất hữu cơ: Hàm lượng chất hữu cơ mùn hoá không ảnh hưởng đến quá trình phân giải lân Hợp chất hữu cơ tươi làm tăng sự sinh trưởng của hệ vi sinh vật, dẫn đến tăng quá trình hoà tan hợp chất lân khó tan

Hệ rễ: Hệ rễ cây trồng kích thích sự sinh trưởng phát triển của vi sinh vật

Do đó sự phân giải hợp chất lân khó tan cũng được tăng cường

2.2/ Sự chuyển hoá lân hữu cơ

2.2.1/ Vi sinh vật phân giải

Giống Bacillus: B megaterium, B subtilis, B malaberensis.

B megaterium không những có khả năng phân giải hợp chất lân vô cơ mà còn có khả năng phân giải hợp chất lân hữu cơ Người ta còn dùng B megaterium làm phân vi sinh vật.

Ngoài ra còn các giống Serratia, Proteus, Arthrobscter Nấm: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Cunnighamella Xạ khuẩn: Streptomyces.

2.2.2/ Cơ chế phân giải

Nhiều vi sinh vật đất có men dephotphorylaza phân giải phytin theo phản ứng sau:

Nucleoprotit  axit nucleic  nucleotit  H3PO4

II./ Phân vi sinh phân giải phosphate khó tan (phân lân vi sinh)

1./ Định nghĩa

Phân vi sinh vật phân giải phosphate 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 phospho 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 vật không gây hại đến sức khoẻ của người, động thực vật và không ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái

2./ Quy trình sản xuất

2.1/ Phân lập và tuyển chọn giống vi sinh vật phân giải lân

Chủng vi sinh vật phân giải lân được phân lập, tuyển chọn từ đất hoặc từ vùng rễ cây trồng trên các loại đất hay cơ chất giàu hữu cơ theo phương pháp

nuôi cấy pha loãng trên môi trường đặc Pikovskaya Trong quá trình nuôi cấy trên môi trường đặt Pikovskaya các chủng vi sinh vật phân giải lân sẽ tạo vòng phân giải (vòng tròn trong suốt bao quanh khuẩn lạc) Vòng phân giải được hình thành nhờ khả năng hoà tan hợp chất phospho không tan được bổ sung vào môi trường nuôi cấy.

Dựa vào đường kính vòng phân giải, thời gian hình thành và độ trong của vòng phân giải ta có thể đánh giá định tính khả năng phân giải mạnh hay yếu của các các chủng vi sinh vật phân lập Để đánh giá chính xác mức độ phân giải các hợp chất phospho khó tan của vi sinh vật, ta phải xác định định lượng hoạt tính phân giải của chúng bằng cách phân tích hàm lượng lân dễ tan trong môi trường nuôi cấy có chứa loại phosphate không tan Tỉ lệ (%) giữa hàm lượng lân tan và lân tổng số trong môi trường được gọi là hiệu quả phân giải

Để sản xuất phân lân vi sinh ta cần tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải nhiều loại hợp chất phospho khác nhau và có ảnh hưởng tốt đến cây trồng Vì ngoài hoạt tính phân giải lân, nhiều chủng vi sinh vật còn có các hoạt tính sinh học khác gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng Chính vì vậy sau khi đánh giá khả năng phân giải lân của các chủng vi sinh vật dùng để sản xuất phân lân vi sinh ta cần phải đánh giá được ảnh hưởng của chúng đến đối tượng cây trồng sử dụng Chỉ sử dụng chủng

vi sinh vật vừa có hoạt tính phân giải lân cao vừa không gây ảnh hưởng xấu đến cây trồng và môi trường sinh thái

Ngoài những chỉ tiêu quan trọng như trên ta còn phải đánh giá đặc tính sinh học như: thời gian mọc; kích thước tế bào, khuẩn lạc; khả năng thích ứng ở pH; khả năng cạnh tranh Để có thể tạo ra loại phân lân vi sinh mang những đặc tính tốt nhất

2.2/ Nhân sinh khối, xử lí sinh khối và tạo sản phẩm.

Trong quá trình sản suất phân lân vi sinh hiên nay người ta sử dụng chủng giống vi sinh được lựa chọn (chủng gốc) người ta tiến hành nhân sinh khối, xử lý sinh khối và tạo sản phẩm phân lân vi sinh Thông thường để sản xuất phân lân

vi sinh từ vi khuẩn người ta sử dụng phương pháp lên men chìm (Submerged culture) trong các nồi lên men và sản xuất phân lân vi sinh từ nấm người ta sử dụng phương pháp lên men xốp Sản phẩm tạo ra của phương pháp lên men xốp

là chế phẩm dạng sợi hoặc chế phẩm bào tử

Quy trình chung cho sản xuất phân vi sinh vật từ vi khuẩn theo phương pháp lên men chìm như sau: