Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh

Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 3 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN VI SINH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG CÂY TRỒNG .................................................................................................................................... 4 Khái niệm ............................................................................................................................................ 4 I. Các chất điều hòa sinh trưởng cây trồng chính ............................................................................. 4 1.1. Auxin ............................................................................................................................................ 4 1.1.1. Phân loại ................................................................................................................................... 4 1.1.2 Quá trình trao đổi chất của auxin ............................................................................................. 4 1.1.3. Những ảnh hưởng của auxin đối với cây trồng ................................................................... 5 II. Gibberellin (GA) ............................................................................................................................ 7 2.1. Sinh tổng hợp gibberellin ............................................................................................................ 7 2.2. Những ảnh hưởng sinh lý của gibberellin .................................................................................. 8 2.3. Ứng dụng của GA ....................................................................................................................... 9 III. Cytokinin. ...................................................................................................................................... 9 3.1. Nguồn gốc .................................................................................................................................... 9 3.2. Sinh tổng hợp cytokinin ............................................................................................................ 10 3.3. Những ảnh hưởng sinh lý của cytokinin .................................................................................. 11 II. GIỚI THIỆU VI KHUẨN AZOTOBACTER VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT PHÂN BÓN VI SINH. ......................................................................................................... 12 2.1. Đặc tính của vi khuẩn Azotobacter ........................................................................................... 12 2.1.1. Hình thái học .......................................................................................................................... 14 2.1.2. Nang vi khuẩn ......................................................................................................................... 14 2.1.3. Đặc tính vật lý: ....................................................................................................................... 14 2.2. Khả năng sản xuất các chất kích thích sinh trưởng và những tác động của chúng tới cây trồng ............................................................................................................................................ 15 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN VI SINH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG .......... 16 Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 2 III. PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN CHỦNG AZOTOBACTER CÓ KHẢ NĂNG TỔNG HỢP CÁC PHYTOHORMONE. ................................................................................ 17 3.1. Phân lập ................................................................................................................................... 17 3.2. Tuyển chọn các chủng VK Azotobacter sinh tổng hợp IAA ....................................... 18 3.3. Tuyển chọn chủng sinh Gibberelin ................................................................................... 18 3.4. Kiểm tra hoạt lực tổng hợp IAA của chủng vừa tuyển trọn trong thực tế ....... 19 3.5 Lên men thu sinh khối. ........................................................................................................ 20 3.6 Kiểm tra sinh khối ................................................................................................................ 21 IV. CHUẨN BỊ CHẤT MANG .................................................................................................. 22 4.1 Giới thiệu chung về chất mang. .......................................................................................... 22 4.2 Lựa chọn chất mang cho Azotobacter ................................................................................ 22 4.3. Xử lí chất mang ...................................................................................................................... 23 4.4 Cấy chủng ................................................................................................................................. 24 4.5 Bảo quản .................................................................................................................................. 24 4.6 Sử dụng ..................................................................................................................................... 24 PHẦN II. PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CHỦNG TỔNG HỢP RA CHẤT KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG ............................................................................................................ 25 I. Phân lập, tuyển chọn chủng Pseudomonas tổng hợp ra chất kích thích sinh trưởng Auxin ........................................................................................................................................................... 25 1.1. Đặc điểm của chủng Pseudomonas sp .................................................................................. 25 1.2. Phân lập và tuyển chọn chủng Pseudomonas từ các mẫu khác nhau. .............................. 25 II. Phân lập và tuyển chọn chủng Azospirillum tổng hợp Auxin và Giberelin ....................... 30 2.1. Đặc điểm của Azospirillum .................................................................................................... 30 2.2. Phân lập và tuyển chọn Azospirillum từ cây mía ở tỉnh Cần Thơ(ĐH Cần Thơ nghiên cứu ) .................................................................................................................................................. 31 2.3. Phân lập và tuyển chọn Azospirillum từ mẫu đất rừng của quận Thanjavur, Tamil Nadu, Ấn Độ[6] .......................................................................................................................................... 32 PHẦN III. GIỚI THIỆU VỀ AZOTOBACTER ..................................................................... 35 1. Phân lập chủng Azotobacter spp từ đất .................................................................................... 35 Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 3 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với việc gia tăng dân số mạnh mẽ là vấn đề về an ninh lương thực cho mỗi quốc gia và trên toàn thế giới, từ đó nảy sinh những yêu cầu cao hơn đối với nên nông nghiệp, nhằm nâng cao sản lượng, chất lượng của các sản phẩm nông sản phục vụ cuộc sống con người. Từ lâu, người nông dân đã sử dụng các loại phân bón hóa học như một công cụ hữu ích giúp nâng cao năng suất vụ mùa. Thực tế cho thấy, phân bón hóa học đã giúp cải thiện một cách đáng kể sản lượng lương thực thu được. Song mặt khác, việc sử dụng gia tăng phân bón hóa học trong sự mất cân đối nghiêm trọng giữa các yếu tố dinh dưỡng đã gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hiệu quả sản xuất và môi trường sinh thái. Để phát triển nông nghiệp bền vững, cần phải có chiến lược an toàn dinh dưỡng cho đất và cây trồng: đó là bảo đảm cung cấp đủ liều lượng cần thiết các chất dinh dưỡng thiết yếu đúng lúc cây cần, theo tỷ lệ cân đối giữa các chất trong phân bón, phù hợp với yêu cầu từng loại cây trên các vùng đất trồng dưới các điều kiện thời tiết, khí hậu khác nhau: an toàn dinh dưỡng cho cây và đất trồng cũng có nghĩa bảo đảm và phát triển hệ sinh thái đất. Đất trồng không chỉ là tập hợp các nguyên tố hóa học, mà còn là một thế giới sống – nơi trú ngụ và sinh sống của hàng triệu triệu sinh vật, nơi từng giờ, từng phút diễn ra hàng loạt các phản ứng lý, hóa và sinh học. Thông qua các phản ứng lý, hóa, sinh học và các hoạt động của sinh vật sống, đất trồng mới có điều kiện để hồi phục và cân bằng thông qua các quy luật của tự nhiên. Nếu phá vỡ các quy luật này, đất sẽ bị hủy hoại và không phát huy được vai trò của nó. Bảo đảm an toàn dinh dưỡng cho cây và đất trồng không chỉ nâng cao năng suất, chất lượng nông sản, giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi sinh, môi trường thông qua việc tạo thế cân bằng trong tự nhiên, giảm bớt hóa chất độc sử dụng trong phòng trừ sâu bệnh hại cây trồng. Chiến lược an toàn dinh dưỡng cho cây và đất trồng là sử dựng cân đối phân bón hóa học và phân bón sinh học cho cây trồng phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng và điều kiện đất đai, khí hậu trong đó phân bón sinh học có vai trò vô cùng quan trọng. Phân bón sinh học không chỉ cung cấp cho cây trồng các chất dinh dưỡng cần thiết mà còn góp phần duy trì độ phì nhiêu của đất trong quá trình canh tác, do vậy có vai trò rất quan trọng trong thâm canh. Phân bón sinh học là nhóm phân bón có nguồn gốc từ các chất liệu sinh học bao gồm các loại phân vi sinh vật, phân hữu cơ được chế biến thông qua quá trình lên men vi sinh vật. Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 4 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN VI SINH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG CÂY TRỒNG Khái niệm Phân vi sinh kích thích sinh trưởng là sản phẩm chứa các vi sinh vật sống , có khả năng tổng hợp các chất kích thích sinh trưởng như: auxin (IAA), Cytokinin, GA, ethylene... kích thích sự phát triển của cây trồng nâng cao năng suất nông sản. I. Các chất điều hòa sinh trưởng cây trồng chính 1.1. Auxin 1.1.1. Phân loại Auxin có thể được chia thành 6 nhóm sau : - Những dẫn xuất indole: Indole-3-acetic (IAA) và Indole-3-butyric acid (IBA). - Những benzoic acid: 2,3,6-trichlorobenzoic acid và 2-methoxy-3-6- dichlorobenzoic acid (Dicamba). - Những chlorophenoxyacetic acid: 2,4,5 - trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5-T) và 2,4- dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). - Picolinic acid: 4-amino-3,5,6-trichloropiconic acid (Tordon hay Pichloram). - Những naphthalene acid: α và β-naphthaleneacetic acid (α và β - NAA). - Những naphthoxyacetic acid: α và β-naphthoxyacetic acid (α và β- NOA). 1.1.2 Quá trình trao đổi chất của auxin - Sự tổng hợp IAA: Auxin được tổng hợp ở tất cả các thực vật bậc cao, tảo, nấm và cả ở vi khuẩn. Ở thực vật bậc cao IAA được tổng hợp chủ yếu ở đỉnh chồi ngọn và từ đó được vận chuyển xuống dưới với vận tốc 0,5- 1,5cm/h. Sự vận chuyển của auxin trong cây có tính chất phân cực rất nghiêm ngặt, tức là chỉ vận chuyển theo hướng gốc. Chính vì vậy mà càng xa đỉnh ngọn, hàm lượng auxin càng giảm dần tạo nên một gradien nồng độ giảm dần của auxin từ đỉnh ngọn xuống gốc của cây. Ngoài đỉnh ngọn ra auxin còn được tổng hợp ở các cơ quan còn non khác như lá non, quả non, phôi hạt đang sinh trưởng, mô phân sinh tầng phát sinh. Quá trình tổng hợp auxin xảy ra thường xuyên và mạnh mẽ ở trong cây dưới xúc tác của các enzyme đặc hiệu. Axit β-Indol Axetic là loại auxin phổ Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 5 biến trong cây, được tổng hợp từ tryptophan bằng con đường khử amin, cacboxyl và oxy hóa. Công thức tổng quát của Axit β - Indol Axetic là C10H9O2N. - Sự phân hủy auxin: Sự phân hủy auxin cũng là một quá trình quan trọng điều chỉnh hàm lượng auxin trong cây. Auxin sau khi tác dụng có thể bị phân hủy làm mất hoạt tính hoặc trong trường hợp hàm lượng cao và dư thừa auxin có thể bị phân hủy để giảm hàm lượng. Sự phân hủy auxin trong cây chủ yếu xảy ra bằng con đường enzyme IAA-oxidase. IAA-oxidase hoạt động rất mạnh trong cây, đặc biệt trong hệ thống rễ. Dưới tác dụng xúc tác của IAAoxidase, IAA bị ôxy hóa và chuyển thành dạng mất hoạt tính là metilen oxindol. - Sự biến đổi thuận nghịch dạng tự do và dạng liên kết: IAA ở trong cây có thể tồn tại dưới hai dạng là dạng tự do và dạng liên kết. IAA tự do là dạng gây ra hoạt tính sinh lý ở trong cây. Tuy nhiên, trong tế bào IAA tự do chiếm một hàm lượng rất thấp so với dạng IAA liên kết. IAA liên kết ở trong cây là dạng chủ yếu, nhưng chúng không có hoạt tính sinh lý hoặc có hoạt tính sinh lý thấp. AIA liên kết chủ yếu với gluxit và với axit amin. Dạng liên kết của IAA có ý nghĩa rất lớn trong việc dự trữ IAA, làm giảm hàm lượng IAA tự do, tránh tác dụng của IAA-oxidase và cũng là dạng vận chuyển auxin trong cây. Nhờ ba quá trình trao đổi chất tiến hành đồng thời của auxin ở trong cây mà hàm lượng auxin trong cây tương đối ổn định bảo đảm sự sinh trưởng, phát triển của các cơ quan và cơ thể cây hài hòa, không bị rối loạn. Bằng con đường tổng hợp hóa học, hàng loạt hợp chất có bản chất tương tự auxin lần lượt ra đời và có ý nghĩa quan trọng trong việc điều chỉnh sinh trưởng của cây. Có nhiều chất quan trọng như: α-NAA; IAA; IBA; 2,4D; 2,4,5T... 1.1.3. Những ảnh hưởng của auxin đối với cây trồng Auxin liên quan đến nhiều quá trình sinh lý trong cây. Vài ảnh hưởng quan trọng của auxin điều hòa các quá trình sinh lý của thực vật có thể kể đến như sau:  Vươn dài tế bào: Các bước ảnh hưởng lên sự vươn dài do auxin tác động có thể tóm tắt như sau: - Giảm tính chống chịu của vách tế bào đối với sức căng. Điều này gây ra do sự bẻ gãy những liên kết không cộng hóa trị giữa xyloglucans và cellulose trong vách tế bào. - Có một sự thay đổi về những chế độ nước với tế bào. Ngay cả khi áp suất thẩm thấu trong tế bào không thay đổi, thế năng nước trong tế bào được xử lý với auxin trở nên yếu hơn do sự giảm thế năng áp suất. - Sự giảm thế năng nước cho phép nước di chuyển vào bên trong tế bào và tạo ra một áp suất về phía vách tế bào có tính dẻo tạo ra sự vươn dài. Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 6 - Khi sự vươn dài hoàn tất, những liên kết không cộng hóa trị giữa cellulose và những polysaccharide tái lập trở lại. Quá trình này không thuận nghịch.  Quang hướng động: Quang hướng động là sự phát triển của một mô thực vật hướng về phía sáng do sự đáp ứng với thông lượng trực tiếp hoặc gradient. Theo giả thuyết Cholodny - Went thì ánh sáng chiếu từ một phía sẽ gây ra sự di chuyển của auxin về phía tối, do đó nồng độ auxin về phía tối cao hơn phía được chiếu sáng. Sự phân phối auxin không đều được xem là nguyên nhân gây ra sự nghiêng.  Địa hướng động: Là sự hướng động của một cơ quan thực vật đáp ứng với trọng lực. Nếu một câyđược đặt nằm ngang, chồi của nó sẽ nghiêng lên phía trên ngược chiều với trọng lực (địa hướng động âm), trái lại rễ sẽ nghiêng xuống theo chiều của trọng lực (địa hướng động dương). Theo thuyết Cholodny-Went về địa hướng động thì thân và rễ đáp ứng với trọng lực tích lũy IAA về phía thấp hơn. Trong thân IAA kích thích sự sinh trưởng trên mặt đáy của thân và làm cho thân nghiêng về phía trên. Khi cắt chóp rễ đi thì khả năng đáp ứng của rễ đối với trọng lực bị mất đi và khi đặt chóp rễ trở lại thì tính địa hướng động được phục hồi.  Ưu thế chồi ngọn: Chồi ngọn được biết là nguyên nhân khống chế sự phát triển của chồi bên. Khi cắt chồi ngọn, chồi bên sẽ phát triển. Tuy nhiên theo thời gian, chồi bên phát triển trội lên và ức chế sự phát triển của những chồi bên mọc sau. Sau khi auxin được phát hiện, hàm lượng cao của nó trong đỉnh chồi cũng đã được ghi nhận. Ưu thế chồi ngọn đã được ghi nhận ở nhiều loài thực vật và được điều khiển bởi chất điều hòa sinh trưởng.  Sự tượng rễ: Julius Von Sachs (1880) cho rằng trong lá non và những chồi hoạt động có chứa một chất điều hòa sinh trưởng có khả năng dẫn truyền và kích thích sự tượng rễ. IAA cũng đã được biết là chất có khả năng kích thích sự tượng rễ của cành giâm và cũng đã cho thấy khả năng ứng dụng trong thực tiễn. Những auxin tổng hợp thường được dùng thay vì IAA tự nhiên vì chúng không bị phân hủy bởi enzyme IAA oxidase hay những enzyme khác và sẽ tồn tại trong mô trong một thời gian dài. Áp dụng auxin ngoại sinh có thể kích thích sự tượng rễ và sự phát triển sớm của rễ, trái lại sự vươn dài của rễ nói chung bị ức chế trừ khi áp dụng với nồng độ đủ nhỏ. Sự ức chế sinh trưởng của auxin thường có liên quan đến sự kích thích sinh tổng hợp ethylene.  Sự sản sinh ethylene: Sự kích thích sản sinh ethylene gây ra do auxin được ghi nhận đầu tiên trên cà chua bởi Zimmerman và Wilcoxon (1935). Ngày nay, auxin đã được biết là chất điều hòa sinh trưởng kích thích sự sinh tổng hợp ethylene trên nhiều loài thực vật như đậu xanh, lúa, cỏ lồng vực…  Sự phát triển trái: Sự gia tăng kích thước trái chủ yếu do sự nở rộng của tế bào gây ra. Auxin có liên quan đến sự nở rộng của tế bào và đóng vai trò cơ bản trong việc quyết định sự phát triển của trái. Vai trò mạnh mẽ của auxin trong sự phát triển của trái gồm hai yếu tố. Thứ nhất là mối quan hệ giữa sự phát triển hột với kích thước cuối cùng và hình dạng trái. Thứ hai là việc áp dụng auxin lên trái nào đó ở những giai đoạn đặc thù của sự phát Tiểu luận Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Hà, Đặng Thị Thuý, Nguyễn Văn Hùng 7 triển sẽ gây ra sự đáp ứng. Ví dụ ở dâu tây, nội phôi nhủ và phôi trong bế quả sản xuất auxin, nó di chuyển ra ngoài và kích thích sự sinh trưởng. Vị trí của bế quả trên trái có một ảnh hưởng lớn đến hình dạng trái. Bế quả dâu tây nằm bên ngoài đế hoa thịt quả và dễ dàng tác động. Khi tách tất cả bế quả thì trái không phát triển. Tuy nhiên, nếu tách tất cả bế quả và áp dụng auxin lên đế hoa thì trái phát triển bình thường.  Sự rụng: Nếu cắt bỏ phiến lá non thì lá sẽ dễ rụng. Tuy nhiên cuống lá sẽ không rụng nếu được xử lý auxin như IAA. Sự rụng lá là do sự thành lập tầng rời và hiện tượng này bị chi phối bởi auxin. Sự rụng sẽ gia tăng khi lượng auxin nội biên bằng hoặc lớn hơn auxin ngoại biên. Xử lý auxin về phía lá của tầng rụng làm giảm sự lão hóa, về phía thân của tầng rụng kích thích sự lão hóa và gây ra sự rụng. Sự giảm auxin nội sinh trong lá hoặc các cơ quan khác của cây sẽ gây ra sự rụng. Việc xử lý NAA hay 2,4 D cũng làm giảm sự rụng trái.  Sự thể hiện giới tính: Việc xử lý auxin có thể làm thay đổi giới tính của hoa trên một số loài cây và sự thay đổi giới tính này được ghi nhận có liên quan đến sự kích thích sinh tổng hợp ethylene. Khi xử lý auxin ngoại sinh đã làm tăng số lượng hoa cái trên họ bầu bí. II. Gibberellin (GA) 2.1. Sinh tổng hợp gibberellin Nói chung người ta chấp nhận rằng gibberellin được tổng hợp từ mevalonic acid trong những chồi non đang sinh trưởng tích cực và hột đang phát triển. Chu trình mevalonic acid không chỉ có liên quan đến sinh tổng hợp gibberellin mà còn liên quan đến sinh tổng hợp cytokinin, abscisic acid và brassinosteroid (hình 3.6). Sau khi mevalonic acid biến đổi thành mevalonicacid pyrophosphate rồi thành isopentenyl pyrophosphate sẽ tách ra theo hướng tổng hợp cytokinin, abscisic acid và con đường khác theo các bước tiếp theo để tạo thành ent-kaurene sẽ dẫn đến sự thành lập các phân tử gibberellin. Quá trình tổng hợp gibberellin có thể bị ức chế bởi các chất làm chậm sinh trưởng