Luận án TS Đinh Hồng Duyên - Tuyển chọn VSV phân giải phế phẩm làm phân bón hữu cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------------------ ĐINH HỒNG DUYÊN TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI PHẾ PHỤ PHẨM SAU THU HOẠCH ĐỂ TẠO CHẾ PHẨM DÙNG TRONG SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TẠI ĐỒNG RUỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội - Năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------------------ ĐINH HỒNG DUYÊN TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI PHẾ PHỤ PHẨM SAU THU HOẠCH ĐỂ TẠO CHẾ PHẨM DÙNG TRONG SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TẠI ĐỒNG RUỘNG Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã số: 62 42 40 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Nguyễn Xuân Thành 2. Phạm Văn Toản Hà Nội - Năm 2011 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ADNr Axit deoxyribonucleic riboxom ARNr Axit ribonucleic riboxom CEC Cacboxyetyl xenluloza CFU Colony forming unit (Đơn vị hình thành khuẩn lạc) CMC Carboxy methyl cellulose (Cacboxy metyl xenluloza) CTĐC Công thức đối chứng CTTN Công thức thí nghiệm CV 5% Sai số thí nghiệm EDTA Ethylene diamine tetra acetic acid (Axit etylen diamin tetra axetic) ETS Externally Transcribed Spacer (Khoảng sao chép bên ngoài) G+C Guanin + Cytozin IGS Inter Genic Spacer ISP International Streptomyces Project (Chƣơng trình xạ khuẩn quốc tế) ITS Internal Transcribed Spacer (Khoảng giữa của hai đoạn gen sao chép) LSD 5% Least Significance difference (Sai khác giữa các công thức có ý nghĩa) MMTCE Million Metric Tons of Carbon Equivalent (triệu tấn cacbon tƣơng đƣơng) MPN Most probable number (Số lƣợng chắc chắn nhất có thể) NSHH Nốt sần hữu hiệu NSTT Năng suất thực thu NTS Non - Transcribed Spacer (Khoảng không sao chép) PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) PDA Potato- dextrose - agar (Khoai tây - glucoza - thạch) SD Standard deviation (Độ lệch chuẩn) TAE Tris-axit axetic - axit etylenediaminetetra axetic TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VSV Vi sinh vật YS Yeast extract-soluble starch (Tinh bột tan - cao nấm men) i DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1. Ƣớc tính khối lƣợng các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp chính ở Việt Nam 5 Bảng 1.

Giá trị dinh dƣỡng của một số phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam 6 Bảng 1. Hàm lƣợng lipit của một số rau quả 8 Bảng 1. Các chủng vi sinh vật trong đống ủ 40 Bảng 1. Nhiệt độ và thời gian chết của một số loài vi sinh vật 41 Bảng 2.

Địa điểm lấy mẫu phân lập vi sinh vật xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp 61 Bảng 3. Hoạt tính sinh học của 7 chủng vi sinh vật thuộc nhóm an toàn 1 91 Bảng 3. Đặc điểm của chủng XX-7 khi nuôi cấy trên các môi trƣờng khác nhau 94 Bảng 3. So sánh đặc điểm phân loại của chủng XX-7 với S.griseoflavus Waksman và Henrici 1948 97 Bảng 3.

Ảnh hƣởng của các môi trƣờng nuôi cấy đến sinh trƣởng và sinh enzym ngoại bào của các chủng VP-14, XX-7, NT-18 101 Bảng 3. Ảnh hƣởng của pH đến sinh trƣởng và sinh enzym ngoại bào của các chủng VP-14, XX-7, NT-18 103 Bảng 3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sinh trƣởng và sinh enzym ngoại bào của các chủng VP-14, XX-7, NT-18 104 Bảng 3. Ảnh hƣởng của nguồn cacbon đến sinh trƣởng và sinh enzym ngoại bào của các chủng VP-14, XX-7, NT-18 106 Bảng 3.

Ảnh hƣởng của nguồn Nitơ đến sinh trƣởng và sinh enzym ngoại bào của các chủng VP-14, XX-7, NT-18 107 Bảng 3. Mật độ và hoạt tính enzym ngoại bào của VP-14, XX-7, NT-18 khi nuôi cấy riêng lẻ và hỗn hợp trong chất mang cám gạo khử trùng 109 ii Bảng 3. Mật độ và hoạt tính enzym ngoại bào của VP-14, XX-7, NT-18 khi nuôi cấy riêng lẻ và hỗn hợp trong môi trƣờng dịch thể 110 Bảng 3. Chất lƣợng của chế phẩm vi sinh vật dạng bột 114 Bảng 3.

Chất lƣợng của chế phẩm vi sinh vật dạng dịch 114 Bảng 3. Kết quả phân tích rơm rạ ở các công thức thí nghiệm sau 40 ngày 117 Bảng 3. Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ của các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác nhau 121 Bảng 3. Kết quả phân tích phế phụ phẩm nông nghiệp trƣớc và sau khi xử lý 124 Bảng 3.

Chất lƣợng của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp 128 Bảng 3. Sinh vật gây bệnh trong đống ủ rơm rạ 129 Bảng 3. Tính chất nông hóa học của 3 loại đất thực nghiệm với cây lúa nƣớc 131 Bảng 3. Tính chất nông hóa học của 3 loại đất thực nghiệm với cây đậu tƣơng 132 Bảng 3.

Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây lúa xuân tại huyện Nam Sách, Hải Dƣơng 134 Bảng 3. Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây lúa xuân tại huyện Gia Lâm - Hà Nội 135 Bảng 3. Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây lúa xuân tại huyện Hiệp Hòa - Bắc Giang 137 Bảng 3. Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây đậu tƣơng tại huyện Hiệp Hòa - Bắc Giang 140 Bảng 3.

Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây đậu tƣơng tại huyện Gia Lâm - Hà Nội 141 Bảng 3. Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp bón cho cây đậu tƣơng tại huyện Nam Sách - Hải Dƣơng 143 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Trang Hình 1. Cấu trúc phân tử xenluloza 21 Hình 1. Sự biến động của nhiệt độ và pH theo thời gian ủ 35 Hình 1.

Sự biến động quần thể vi sinh vật trong suốt quá trình ủ phân vỏ cây 41 Hình 1. Cấu trúc nhóm gen ARNr 59 Hình 1. Sơ đồ biểu diễn cây phả hệ 59 Hình 2. Đƣờng chuẩn nồng độ glucoza 69 Hình 2.

Đƣờng chuẩn tyrosine 71 Hình 2. Mô hình cấy vạch nghiên cứu tính đối kháng 78 Hình 3. Tỷ lệ VSV có hoạt tính enzym trong tổng số VSV phân lập đƣợc 89 Hình 3. Hình thái tế bào và khuẩn lạc của chủng VP-14 92 Hình 3.

Hình thái cuống sinh bào tử, bào tử và khuẩn lạc của chủng XX-7 93 Hình 3. Hình dạng cơ quan sinh sản của chủng NT-18 95 Hình 3. Vị trí phân loại của chủng VP-14 với các loài có quan hệ họ hàng gần 96 Hình 3. Vị trí phân loại của chủng XX-7 với các loài có quan hệ họ hàng gần 98 Hình 3.

Vị trí phân loại của chủng NT-18 với các loài có quan hệ họ hàng gần 99 Hình 3. Quy trình sản xuất chế phẩm dạng dịch từ VP-14 112 Hình 3. Quy trình sản xuất chế phẩm dạng bột từ XX-7 và NT-18 113 Sơ đồ 3. Quy trình xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng 118 Hình 3.

Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ rau quả 122 Hình 3. Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ rơm rạ 122 Hình 3. Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ vỏ hành tỏi 123 Hình 3. Sự biến động OC% trƣớc và sau khi ủ 125 Hình 3.

Sự biến động hàm lƣợng photpho trong quá trình ủ 126 Hình 3. Sự biến động hàm lƣợng kali trong quá trình ủ 127 iv MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt iii Danh mục các bảng iv Danh mục các hình vẽ, đồ thị vi Mục lục vii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. KHÁI NIỆM THUẬT NGỮ.

KHỐI LƢỢNG VÀ THÀNH PHẦN PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP. Phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp lƣơng thực và rau màu. Phụ phẩm từ sản xuất ngành mía đƣờng. Phụ phẩm từ sản xuất ngành cà phê.

BIỆN PHÁP XỬ LÝ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP. Biện pháp vùi trực tiếp vào đất, trên ruộng. Biện pháp tái sử dụng tạo ra các sản phẩm hữu ích khác. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP.

Hệ thống enzym vi sinh vật. Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy. Phân giải xenluloza. Phân giải tinh bột.

Phân giải protein .Phân giải hemixenluloza. Phân giải lignin. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý phế thải làm phân bón. Yếu tố phi sinh học.

Yếu tố sinh học. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI LÀM PHÂN BÓN VÀ CÁC SẢN PHẨM TÁI SỬ DỤNG KHÁC. Nghiên cứu trên thế giới. Nghiên cứu ở Việt Nam.

Vai trò của phân hữu cơ. PHÂN LOẠI VI SINH VẬT XỬ LÝ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP. Phƣơng pháp phân loại thông thƣờng. Phƣơng pháp phân loại hiện đại.

Hoá phân loại. Sinh học phân tử. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT.

Mẫu phế thải. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất. Môi trƣờng. PHƢƠNG PHÁP.

Phân lập vi sinh vật từ các mẫu phế thải. Đánh giá đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật. Xác định thời gian nuôi cấy của các chủng vi sinh vật. Xác định hình thái, kích thƣớc khuẩn lạc và hình thái vi sinh vật.

Lựa chọn môi trƣờng thích hợp. Ảnh hƣởng của nguồn cacbon và nitơ. Ảnh hƣởng của pH ban đầu. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ban đầu.

Xác định hoạt tính enzym bằng phƣơng pháp khuếch tán trên thạch. Định lƣợng enzym. Bảo quản giống. Phân loại vi sinh vật bằng phƣơng pháp sinh học phân tử.

Đọc trình tự ADNr. Xây dựng cây phát sinh chủng loại. Sản xuất chế phẩm vi sinh vật. Nguyên liệu chế tạo chất mang.

Nghiên cứu tính đối kháng giữa các chủng vi sinh vật. Sản xuất chế phẩm vi sinh vật. Các phƣơng pháp phân tích vi sinh vật, sinh vật. Kiểm tra mật độ tế bào vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm .Kiểm tra vi sinh vật tạp.

Kiểm tra mật độ Colifom. Kiểm tra mật độ Salmonella. Kiểm tra mật độ E. Xác định trứng giun.

Phân tích các chỉ tiêu lý tính, hoá tính. Các chỉ tiêu lý tính. Các chỉ tiêu hoá tính. Nghiên cứu hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật.

Thí nghiệm chậu vại. Thử nghiệm hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật trên đống ủ phế phụ phẩm nông nghiệp. Thực nghiệm hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng. Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây lúa giống KD18.

Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây đậu tƣơng giống ĐT84. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT .