Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án này nhằm đề xuất 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu cố định vi khuẩn cố định đạm trong hạt polyter và ứng dụng trên cây dâu tây

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 Biopolyter- Azotobacter. 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 ĐÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN BỘ POLYTER CHỦNG AZOTOBACTER Hoạt tính Khảo sát điều kiện sinh NGHIÊN CỨU Khả năng Khả năng sinh học trưởng, phát triển TIỀN ĐỀ Khả năng Khả năng hấp thụ giải hấp Khả hấp thụ giải hấp Khả NO3-, NO3 , PO 4 3+ , năng nước nước năng Nhiệt Chế độ PO 4 3+ , K+ cố pH K+ sinh độ lắc định IAA nitơ Lên men bán rắn Azotobacter trên giá thể hạt polyter NGHIÊN CỨU Tối ưu hoá các thông số của quá trình tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter TẠO CHẾ PHẨM BIOPOLYTER- Thí nghiệm tìm tâm của mô hình CCD để tối Tối ưu hóa giá trị các yếu tố ảnh hưởng đến mật AZOTOBACTER ưu hóa mật độ tế bào Azotobacter độ vi khuẩn bằng phương pháp RSM – CCD Tạo chế phẩm Biopolyter-Azotobacter ĐÁNH GIÁ Các khảo sát đại thể, vi thể và mật độ Một số tính chất cơ bản của chế phẩm CHẤT LƯỢNG Azotobacter của chế phẩm ở giai đoạn ban đầu Biopolyter-Azotobacter CHẾ PHẨM BIOPOLYTER- AZOTOBACTER ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VÀ ẢNH HƯỞNG CHẾ Ảnh hưởng của chế phẩm Biopolyter- Nghiên cứu chế phẩm Biopolyter-Azotobacter PHẨM Azotobacter đến cây dây tây trong quá trình trồng dâu tây BIOPOLYTER- AZOTOBACTER ĐẾN CÂY DÂU TÂY NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CHẾ Một số tính chất điển hình của chế phẩm theo Đánh giá chung về hạn sử dụng chế phẩm PHẨM thời gian bảo quản của phép thử dài hạn BIOPOLYTER- AZOTOBACTER 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 Hệ số mã hóa và tự nhiên tƣơng ứng Biến Nhân tố - -1 0 1  Hàm lƣợng sucrose x1 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 (% w/w) x2 Nhiệt độ (0C) 25 27,5 30 32,5 35 x3 pH 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 x4 Độ ẩm (%) 55 60 65 70 75 x5 Tỉ lệ giống (%) 0,5 0,75 1,0 1,25 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 Hàm Mật độ Nhiệt Mật độ pH Mật độ Độ Mật độ Tỉ lệ Mật độ mức lƣợng vi độ vi vi ẩm vi giống vi sucrose khuẩn (0C) khuẩn khuẩn khuẩn (% khuẩn (% (×109 (×109 (×109 (×109 w/w) (×109 w/w) CFU/g) CFU/g) CFU/g) CFU/g) CFU/g) Mức 1,5 0,821 25 1,206 5,5 0,859 55 1,830 0.5 1,830 1 Mức 2,0 1,760 27,5 2,732 6,0 1,596 60 2,792 0.75 2,792 2 Mức 2,5 3,717 30 3,791 6,5 3,779 65 3,793 1.0 3,793 3 Mức 3,0 3,794 32,5 2,660 7,0 2,491 70 2,469 1.25 2,469 4 Mức 3,5 2,795 35 1,603 7.5 2,428 75 1,589 1.5 1,589 5 Mức 4,0 1,740 37 1,010 8,0 2,296 80 1,101 2 1,101 6 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 Môi trƣờng cơ bản Mật độ vi khuẩn Azotobacter Thí (×109 CFU/g) nghiệm x1 x2 x3 x4 x5 Thực nghiệm Suy từ mô hình 1 2,0 27,5 6,5 60,00 1,25 0,662 0,715 2 3,0 27,5 6,5 60,00 0,75 0,122 0,127 3 2,0 32,5 6,5 60,00 0,75 0,115 0,120 4 3,0 32,5 6,5 60,00 1,25 0,931 0,915 5 2,0 27,5 7,5 60,00 0,75 2,827 2,880 6 3,0 27,5 7,5 60,00 1,25 0,803 0,780 7 2,0 32,5 7,5 60,00 1,25 2,779 2,798 8 3,0 32,5 7,5 60,00 0,75 0,694 0,695 9 2,0 27,5 6,5 70,00 0,75 0,816 0,803 10 3,0 27,5 6,5 70,00 1,25 0,914 0,925 11 2,0 32,5 6,5 70,00 1,25 0,261 0,277 12 3,0 32,5 6,5 70,00 0,75 0,200 0,204 13 2,0 27,5 7,5 70,00 1,25 1,836 1,899 14 3,0 27,5 7,5 70,00 0,75 3,525 3,589 15 2,0 32,5 7,5 70,00 0,75 1,034 1,098 16 3,0 32,5 7,5 70,00 1,25 0,515 0,531 17 1,5 30 7,0 65,00 1,00 1,489 1,513 18 3,5 30 7,0 65,00 1,00 0,655 0,705 19 2,5 25 7,0 65,00 1,00 2,627 2,679 20 2,5 35 7,0 65,00 1,00 0,480 0,515 21 2,5 30 6,0 65,00 1,00 0,496 0,480 22 2,5 30 8,0 65,00 1,00 2,806 2,810 23 2,5 30 7,0 55,00 1,00 2,097 2,160 24 2,5 30 7,0 75,00 1,00 1,040 1,111 25 2,5 30 7,0 65,00 0,50 0,511 0,532 26 2,5 30 7,0 65,00 1,50 1,953 1,987 27 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,736 3,720 28 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,779 3,721 29 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,721 3,721 30 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,727 3,721 31 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,798 3,721 32 2,5 30 7,0 65,00 1,00 3,716 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