Luận án Ph.D. Bùi Đoàn Phangkan - Nghiên cứu màng bao và vi khuẩn trong phân bón vô cơ

Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH ******************* BÙI ĐOÀN PH¯ĀNG LINH NGHIÊN CĀU MÀNG BAO K¾T HĀP VI KHUÀN PHÂN GIÀI LÂN T¾O PHÂN BÓN VÔ C¡ TAN CHÀM SĄ DĂNG CHO CÂY TRâNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã sá: 9.01 LUÀN ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHà SINH HâC Thành phá Hã Chí Minh, năm 2023 Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH ******************* BÙI ĐOÀN PH¯ĀNG LINH NGHIÊN CĀU MÀNG BAO K¾T HĀP VI KHUÀN PHÂN GIÀI LÂN T¾O PHÂN BÓN VÔ C¡ TAN CHÀM SĄ DĂNG CHO CÂY TRâNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã sá: 9.01 LUÀN ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHà SINH HâC H°ßng d¿n khoa h漃⌀c: PGS. Huỳnh Thanh Hùng TS. Nguyễn Ngọc Hà Thành phá Hã Chí Minh, năm 2023 i LàI CÀM ¡N Bằng sự nỗ lực, cố gắng hết mình cÿa bÁn thân cùng với sự h°ớng dẫn, góp ý, chia sẻ, động viên, khích lệ cÿa ng°ßi thân, b¿n bè, đßng nghiệp và đặc biệt là Quý Thầy Cô, luận án cÿa tôi đã đ°ợc hoàn thành. Tôi xin chân thành cÁm ¡n: - PGS.

Huỳnh Thanh Hùng và TS. Nguyßn Ng漃⌀c Hà đã tận tình h°ớng dẫn, định h°ớng, truyền đ¿t kinh nghiệm và kiến thāc, giúp đỡ cho tôi từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận án; - PGS. Lê Đình Đôn và TS. Nguyßn Vũ Phong đã động viên, hỗ trợ nhiệt tình về chuyên môn; - Ban Giám hiệu Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh, Tập thể Quý Thầy Cô Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Khoa Khoa học Sinh học, Phòng Đào t¿o Sau đ¿i học đã t¿o điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập; - PGS.

Lê Quang Luân đã quan tâm, góp ý xây dựng và t¿o điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện một số nội dung luận án t¿i Phòng Công nghệ Sinh học Vật liệu và Nano – Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành Phố Hß Chí Minh; - Ban Lãnh đ¿o Công ty cá phần Phân bón Dầu khí Cà Mau đã giúp đỡ và t¿o điều kiện về c¡ sá vật chất cho tôi để thực hiện một số nội dung cÿa luận án; - Ban Giám hiệu và các đßng nghiệp Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai đã t¿o mọi điều kiện, thßi gian cho tôi đi học; - Quý Thầy Cô các hội đßng khoa học trong suốt quá trình học tập cÿa tôi đã nhiệt tình phân tích, góp ý, định h°ớng để giúp tôi hoàn thành luận án; - Một số sinh viên cÿa Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh và Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai kết hợp cùng thực hiện với tôi một số nội dung cÿa luận án; ii - Các anh chị, các b¿n và các em làm việc t¿i phòng thí nghiệm cÿa Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Công ty cá phần Phân bón Dầu Khí Cà Mau đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận án; - Ba mẹ, ông xã và anh chị em trong gia đình đã luôn ÿng hộ, hỗ trợ, nâng đỡ cÁ về vật chất và tinh thần trong suốt thßi gian tôi đi học và thực hiện luận án. Nghiên cāu sinh Bùi Đoàn Ph°ợng Linh iii LàI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa tôi đ°ợc thực hiện d°ới sự h°ớng dẫn cÿa PGS. Huỳnh Thanh Hùng và TS. Nguyễn Ngọc Hà.

Kết quÁ báo cáo trong luận án này là trung thực và ch°a từng đ°ợc công bố trong thßi gian tr°ớc đây bái tác giÁ khác. Nghiên cāu sinh Bùi Đoàn Ph°ợng Linh iv TÓM TÂT Sự kết hợp giữa khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng chậm với ho¿t động cÿa vi sinh vật trong một sÁn phẩm phân bón là một giÁi pháp góp phần tăng hiệu suất sử dụng phân bón và h¿n chế tác động cÿa phân bón tới môi tr°ßng. Mục tiêu cÿa nghiên cāu là chế t¿o đ°ợc phân vô c¡ tan chậm với vỏ bọc t¿o bái polymer phân hÿy sinh học có kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và b°ớc đầu thử nghiệm hiệu quÁ trên cây trßng c¿n á điều kiện nhà l°ới. Để giÁi quyết mục tiêu trên, qua tìm hiểu về lý thuyết, các kết quÁ nghiên cāu thực nghiệm cÿa các công trình nghiên cāu tr°ớc liên quan tới vi sinh vật, phân bón, polymer phân hÿy sinh học, thử nghiệm phân bón trên cây trßng đã đ°ợc thực hiện.

Kết quÁ nghiên cāu đã phân lập đ°ợc 60 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân vô c¡ khó tan, trong đó có 3 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao. Trên môi tr°ßng PVK bá sung 3% và 4% NaCl chỉ có chÿng vi khuẩn PSM54 xuất hiện vòng phân giÁi lân. Kết quÁ định danh hai chÿng vi khuẩn đ°ợc lựa chọn để thực hiện các khÁo sát trong nghiên cāu là chÿng vi khuẩn PSM57 là Burkholderia silvatlantica và chÿng PSM54 là Bacillus velezensis. Thßi gian nhân sinh khối tối °u để thu đ°ợc mật số vi khuẩn cao nhất đối với cÁ 2 chÿng vi khuẩn PSM54 và chÿng vi khuẩn PSM57 là 48 giß.

Mặt khác, đề tài cũng đã xác định đ°ợc ph°¡ng pháp t¿o vi h¿t cố định vi khuẩn bằng ph°¡ng pháp nhốt với sodium alginate 1% và calcium chloride 1% là nßng độ tối °u t¿o vi h¿t có kích th°ớc thích hợp nhằm cố định vi khuẩn vào màng bao polymer dùng để t¿o màng cho phân tan chậm kết hợp vi khuẩn. KhÁ năng bÁo vệ vi khuẩn cÿa các vi h¿t cố định trên màng polymer giúp bÁo vệ vi khuẩn tr°ớc điều kiện bất lợi cÿa môi tr°ßng bên ngoài dựa trên kết quÁ nuôi cấy vi khuẩn tự do và vi khuẩn cố định trong vi h¿t trên môi tr°ßng chāa chitosan cũng đã đ°ợc chāng minh. Đề tài cũng đã xác định đ°ợc vật liệu phân hÿy sinh học chính để làm màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân là polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin và sodium alginate. Phân tan chậm đ°ợc t¿o ra nhß lớp vỏ bọc là các polymer phân hÿy sinh học có bá sung chÿng vi khuẩn PSM54 thỏa mãn tiêu chuẩn về phân tan chậm theo quy định cÿa AAPFCO (Association of American Plant Food Control v Officials) (1997).

Kết quÁ khÁo sát cho thấy sau 60 ngày đ°ợc cố định trong màng bao, chÿng vi khuẩn PSM54 vẫn sống và mật số vi khuẩn trên màng bao đ¿t 88,3% so với mật số ban đầu. Đßng thßi, đề tài cũng đã thử nghiệm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân t¿o đ°ợc trên cây trßng c¿n là cây đậu phộng trong điều kiện nhà l°ới. Kết quÁ b°ớc đầu cho thấy phân có Ánh h°áng tốt tới sự phát triển chiều cao cây, số cành trên cây, khÁ năng hình thành nốt sần và các yếu tố cấu thành năng suất cÿa cây đậu phộng. Khi sử dụng công thāc phân bón với l°ợng phân tan chậm chỉ bằng 60% - 80% so với l°ợng phân bón thông th°ßng thử nghiệm trên cây đậu phộng vẫn cho hiệu quÁ t°¡ng đ°¡ng.

Từ khóa: cố định vi khuẩn, phân vô c¡ tan chậm, polymer phân hÿy sinh học, vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan. vi SUMMARY The combination of slow nutrient release with microbial activity in a fertilizer product could increase the fertilizer’s efficiency and limit the impact of chemical hazar of fertilizer on the environment. The research aims are to create controlled release inorganic fertilizer with a membrane made of biodegradable polymers combined with insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria and test its effectiveness on upland plants under greenhouse conditions. To solve the above goal, through learning about theory, experimental research results of previous studies related to microorganisms, fertilizers, biodegradable polymers, testing fertilizers on plants was done.

Of sixty insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria strains were isolated from soil samples, there are three strains of bacteria that have both phosphate solubilizing activity and salt tolerance. The analysis results on PVK meidum supplemented with 3% and 4% NaCl showed that only PSM54 strain had phosphorus-degrading ring. The results identified two bacterial strains selected for the analysis, the PSM57 strain Burkholderia silvatlantica and the PSM54 strain Bacillus velezensis. The best time for both PSM54 and PSM57 strains to yield the most biomass multiplication and obtain the highest concentration of bacteria was 48 hours.

On the other hand, the results showed that the method to create immobilized microparticles by confinement method using soldium alginate 1% and calcium chloride 1% are the optimal concentrations for the process of creating microparticles with suitable sizes for the purpose of immobilization bacteria into polymeric membranes used to create membranes for controlled realese fertilizers incorporated microorganisms. The thesis identified the ability to protect bacteria from microparticles immobilized on polymer membranes to help protect bacteria against adverse environmental conditions on the results of the culture of free bacteria and immobilized bacteria in bacteria on medium containing chitosan. The polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin and sodium alginate were the biodegradable vii materials that selected for preparing controlled release fertilizers coating membranes combined with microorganisms. The controlled release fertilizer was made by coating of biodegradable polymers incorporated PSM54 bacteria that meets standards for slow dissolution according to AAPFCO (Association of American Plant Food Control Officials) (1997).

After 60 days incorporated on the membrane of controlled release, the PSM54 bacteria remained at 88,3 % compared to the initial density. In addition, the results of the experimental application of controlled release fertilizer combined with microorganisms on potted peanuts showed that when using controlled release fertilizer in combination with microorganisms, affected the growth of plant height, number of branches per tree, nodulation, and yield components of peanut. Using controlled release fertilizer with the amount of fertilizer only 60% - 80% compared to the amount of normal fertilizer, it also had the same effect on the peanuts. Keywords: bacterial immobilization, biodegradable polymers, controlled release inorganic fertiliezer, insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria.

vi Mục lục .viii Danh sách chữ viết tắt. xiv Danh sách các bÁng. xv Danh sách các hình. Tính cấp thiết cÿa đề tài.

Mục tiêu nghiên cāu cÿa đề tài. Thßi gian và địa điểm nghiên cāu. Đối t°ợng nghiên cāu cÿa đề tài. Giới h¿n ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài.

Nội dung nghiên cāu cÿa đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cÿa đề tài. Tính mới cÿa luận án. TäNG QUAN TÀI LIàU.

Khái niệm và đặc điểm cÿa phân bón vô c¡ .Tính tan và yêu cầu cÿa phân bón vô c¡. Phân lo¿i phân bón vô c¡. Tác động cÿa việc sử dụng phân bón vô c¡ đến môi tr°ßng và sāc khỏe. Polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân bón.

Phân hÿy sinh học và polymer phân hÿy sinh học. Phân lo¿i polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân tan chậm. Polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°ợc cÁi biến. Phāc hợp các polymer tự nhiên.

Polymer táng hợp có ngußn gốc sinh học hoặc tự nhiên. Phāc hợp cÿa polymer táng hợp và polymer tự nhiên. Hỗn hợp các hydrocarbon tự nhiên .