Đề tài Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật phân giải phosphate khó tan trên đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak

PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Các dạng lân trong đất

Lân rất quan trọng đối với cây trồng. Tuy nhiên hiệu suất sử dụng lân bởi cây trồng không quá 25%, trong khi đó một lượng lớn bị cố định trong đất và chuyển thành dạng khó hấp thụ. Lượng dự trữ lân trong đất xấp xỉ 0,025 – 0,3% P2O5 nhưng chúng tồn tại trong đất ở dạng không tan trong nước cây khó hấp thụ. Thành phần lân dễ tan và khó tan trong đất được quyết định bởi tính chất đá mẹ, thành phần cơ giới và hàm lượng chất hữu cơ quyết định [5].

Theo Sepfe-Satsaben (1960) thì hàm lượng phosphate trung bình ở nhiều loại đất thường từ 0.02 – 0.08%. Do quá trình tích lũy sinh học, hàm lượng phosphate trong lớp đất mặt cao hơn ở lớp dưới [13].

Trong các loại đất khoáng , tỉ lệ lân hữu cơ thường từ 25 – 65%. Các cỡ hạt thuộc thành phần sét thường chứa nhiều lân hơn các cỡ thuộc thành phần cát. Do đó: Ở các chân đất nhẹ, đất bạc màu có ít keo sét, thì tỉ lệ phosphate thường thấp hơn các loại đất khác [13].

Tỉ lệ lân trong đất khác nhau thùy theo tính chất của đá mẹ và những tầng phát sinh từ đá mẹ như: Nai, mica, quartzit thường tỉ lệ lân thấp hơn là đất phát sinh từ mẫu thạch không chua như: Bazan, đá vôi, [13]

Quá trình phân giải xác bã động thực vật cung cấp cho đất một nguồn phosphate quan trọng. Như vậy việc bổ sung chất hữu cơ vào đất giúp làm tăng cường hàm lượng lân cho đất. Trong tự nhiên nói chung và trong đất nói riêng , phosphate tồn tại ở hai dạng chủ yếu sau:

2.1.1 Lân hữu cơ

Tùy loại đất, tỷ lệ phosphate hữu cơ thường chiếm từ 20 – 80% phosphate tổng số trong đất. Ở lớp đất mặt, phosphate chiếm khoảng 50% [5]. Phosphate hữu cơ trong đất chủ yếu ở trong thành phần mùn. Đất càng giàu mùn thì càng giàu phosphate hữu cơ. Theo Kletcôpki và Petecbuaxki (1964) thì: Trong phosphate hữu cơ của đất, dạng phổ biến nhất là dạng fytat, có thể chiếm đến 50% tổng số phosphate hữu cơ. Tùy theo môi trường acid hay kiềm mà tồn tại các dạng fytat khác nhau. Ở đất chua, phosphate hữu cơ chủ yếu là fytat Fe, Al; ở đất trung tính, kiềm tồn tại dạng fytat Ca, Mg [13].

Phosphate hữu cơ trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật thường gặp các hợp chất chủ yếu như fitin, phospholipide, acid nucleic. Điều đáng chú ý là phosphate ở vi sinh vật không tham gia trực tiếp vào dinh dưỡng cây trồng mà phải đợi vi sinh vật chết đi, tế bào bị khoáng hóa thì cây trồng mới hấp thu được [5].

Khi thực hiện khoáng hóa có sự tham gia của vi sinh vật phân giải phosphate, những hợp chất hữu cơ (trong đó có lân hữu cơ) sẽ được khoáng hóa để giải phóng ra lân vô cơ hay hữu cơ, là nguồn dinh dưỡng cung cấp thức ăn cho cây trồng. Có 70 – 80 tập đoàn vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải phosphate [13]. Trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ của đất, phosphate hữu cơ được giải phóng ra dưới dạng acid phosphoric và muối dễ tan của nó. Nhưng các dạng lân này lại bị đất hấp phụ và vi sinh vật hút lại, nên trong đất rẩ ít phosphate ở dạng hòa tan. Nhiều tác giả nghiên cứu cho rằng: Nếu chất hữu cơ vùi trong đất là chất hữu cơ nghèo phosphate thì qua quá trình phân giải không những hàm lượng phosphate hữu cơ trong đất không tăng mà còn giảm xuống (Ivanop 1955) [3].

 

doc65 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 18/01/2013 | Lượt xem: 11109 | Lượt tải: 72download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật phân giải phosphate khó tan trên đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Trong cơ thể thực vật, lân đóng vai trò quyết định sự biến đổi vật chất và năng lượng. Nó tham gia cấu tạo nên các acid nucleic, coenzyme, adenosin triphosphate (ATP)… là những chất cần thiết cho sự sống [2]. Ngoài ra lân còn đóng những vai trò khác như tạo môi trường đệm, ảnh hưởng đến quá trình hút các chất khoáng khác của cây. Đất chứa khối lượng lớn chất chứa lân. Tuy nhiên không phải hợp chất chứa lân nào trong đất cũng được cây sử dụng dễ dàng. Đặc biệt là đất bazan nâu đỏ ở Tây Nguyên vốn rất giàu lân tổng số nhưng lân dễ tan lại rất thấp. Sự chuyển hóa lân xảy ra chủ yếu dưới tác dụng của quá trình hóa học và sinh học [1]. Quá trình chuyển hóa hợp chất phophat khó tan trong đất có phần đóng góp quan trọng của các loại vi sinh vật. Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa quặng phosphate khó tan thành dễ tan để cây trồng hấp thụ được. Do vậy bón vi sinh vật phân giải phosphate khó tan sẽ cung cấp một lượng lân dễ tan cho cây trồng và giúp cây hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất tốt hơn [3]. Ngoài ra những vi sinh vật chuyển hóa hợp chất lân vừa có khả năng tạo các chất dinh dưỡng cho cây, sinh tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật đồng thời cũng có khả năng ức chế một số vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng [7]. Theo Fridland (1973) đất bazan nâu đỏ là loại đất hình thành trên đất bazan, trong điều kiện nhiệt đới ẩm, các bazơ bị rửa trôi mạnh, đất có phản ứng chua, sắt nhôm tích lũy nhiều, đây là nguyên nhân chủ yếu của quá trình giữ chặt lân trên đất bazan [13]. Theo Đoàn Triệu Nhạn (1999): Đất bazan nâu đỏ ở Tây Nguyên có hàm lượng lân tổng số đạt 0,02% P2O5 và lượng lân dễ tiêu là 4,12mg P2O5/ 100g đất [13]. Đak Lak với hơn 360.000 ha đất bazan nâu đỏ là một loại đất giàu lân tổng số rất thích hợp cho việc phát triển các cây công nghiệp dài ngày [21]. Tuy nhiên các quá trình cố định lân từ dễ tiêu thành dạng khó tiêu thường xuyên xảy ra nên lượng lân dễ tiêu luôn ở mức nghèo. Đồng thời, nông dân trong thời gian qua thường chỉ dùng phân hóa học để bón cho cây trồng thiếu bón phân hữu cơ cũng như phân vi sinh vật làm cho đất trồng bị thoái hóa, chai cứng, vi sinh vật đất bị suy thoái, gây ô nhiễm môi trường. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật phân giải phosphate khó tan trên đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak. 1.2. Mục tiêu đề tài - Tuyển chọn một số chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải photphate khó tan cao trên đất Bazan nâu đỏ tại Đak Lak. 1.3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn 1.3.1 Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phân làm sáng tỏ vai trò của vi sinh vật phân giải lân khó tan . Các nghiên cứu của Việt Nam và thế giới về phân giải lân khó tan dạng phosphate sắt, nhôm còn rất ít nghiên cứu. Đáng chú ý đề tài nghiên cứu, tuyển chọn và phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải lân khó tan hiệu quả trên đất bazan nâu đỏ trong điều kiện cụ thể ở Đak Lak và góp phần bảo tồn nguồn gen vi sinh vật bản địa hữu ích. 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn Thành công của đề tài sẽ góp phần vào việc sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật phân giải lân khó tan trong sản xuất nông, lâm nghiệp nhằm cung cấp lân dễ tan cho cây trồng, giảm chi phí đầu tư, giảm sự thoái hóa đất, góp phần cải thiện đời sống của nông dân và bảo vệ môi trường nông thôn ở Đak Lak. 1.4. Giới hạn của đề tài Trong quá trình thực hiện do thời gian, trang thiết bị, hóa chất có hạn nên chúng tôi chỉ tiến hành phân lập trên một số mẫu đất của tỉnh Đak Lak và chỉ theo dỏi một số chỉ tiêu cơ bản. Mặc khác, là sinh viên lần đầu tham gia nghiên cứu nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến. PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Các dạng lân trong đất Lân rất quan trọng đối với cây trồng. Tuy nhiên hiệu suất sử dụng lân bởi cây trồng không quá 25%, trong khi đó một lượng lớn bị cố định trong đất và chuyển thành dạng khó hấp thụ. Lượng dự trữ lân trong đất xấp xỉ 0,025 – 0,3% P2O5 nhưng chúng tồn tại trong đất ở dạng không tan trong nước cây khó hấp thụ. Thành phần lân dễ tan và khó tan trong đất được quyết định bởi tính chất đá mẹ, thành phần cơ giới và hàm lượng chất hữu cơ quyết định [5]. Theo Sepfe-Satsaben (1960) thì hàm lượng phosphate trung bình ở nhiều loại đất thường từ 0.02 – 0.08%. Do quá trình tích lũy sinh học, hàm lượng phosphate trong lớp đất mặt cao hơn ở lớp dưới [13]. Trong các loại đất khoáng , tỉ lệ lân hữu cơ thường từ 25 – 65%. Các cỡ hạt thuộc thành phần sét thường chứa nhiều lân hơn các cỡ thuộc thành phần cát. Do đó: Ở các chân đất nhẹ, đất bạc màu… có ít keo sét, thì tỉ lệ phosphate thường thấp hơn các loại đất khác [13]. Tỉ lệ lân trong đất khác nhau thùy theo tính chất của đá mẹ và những tầng phát sinh từ đá mẹ như: Nai, mica, quartzit… thường tỉ lệ lân thấp hơn là đất phát sinh từ mẫu thạch không chua như: Bazan, đá vôi,…[13] Quá trình phân giải xác bã động thực vật cung cấp cho đất một nguồn phosphate quan trọng. Như vậy việc bổ sung chất hữu cơ vào đất giúp làm tăng cường hàm lượng lân cho đất. Trong tự nhiên nói chung và trong đất nói riêng , phosphate tồn tại ở hai dạng chủ yếu sau: 2.1.1 Lân hữu cơ Tùy loại đất, tỷ lệ phosphate hữu cơ thường chiếm từ 20 – 80% phosphate tổng số trong đất. Ở lớp đất mặt, phosphate chiếm khoảng 50% [5]. Phosphate hữu cơ trong đất chủ yếu ở trong thành phần mùn. Đất càng giàu mùn thì càng giàu phosphate hữu cơ. Theo Kletcôpki và Petecbuaxki (1964) thì: Trong phosphate hữu cơ của đất, dạng phổ biến nhất là dạng fytat, có thể chiếm đến 50% tổng số phosphate hữu cơ. Tùy theo môi trường acid hay kiềm mà tồn tại các dạng fytat khác nhau. Ở đất chua, phosphate hữu cơ chủ yếu là fytat Fe, Al; ở đất trung tính, kiềm tồn tại dạng fytat Ca, Mg [13]. Phosphate hữu cơ trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật thường gặp các hợp chất chủ yếu như fitin, phospholipide, acid nucleic. Điều đáng chú ý là phosphate ở vi sinh vật không tham gia trực tiếp vào dinh dưỡng cây trồng mà phải đợi vi sinh vật chết đi, tế bào bị khoáng hóa thì cây trồng mới hấp thu được [5]. Khi thực hiện khoáng hóa có sự tham gia của vi sinh vật phân giải phosphate, những hợp chất hữu cơ (trong đó có lân hữu cơ) sẽ được khoáng hóa để giải phóng ra lân vô cơ hay hữu cơ, là nguồn dinh dưỡng cung cấp thức ăn cho cây trồng. Có 70 – 80 tập đoàn vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải phosphate [13]. Trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ của đất, phosphate hữu cơ được giải phóng ra dưới dạng acid phosphoric và muối dễ tan của nó. Nhưng các dạng lân này lại bị đất hấp phụ và vi sinh vật hút lại, nên trong đất rẩ ít phosphate ở dạng hòa tan. Nhiều tác giả nghiên cứu cho rằng: Nếu chất hữu cơ vùi trong đất là chất hữu cơ nghèo phosphate thì qua quá trình phân giải không những hàm lượng phosphate hữu cơ trong đất không tăng mà còn giảm xuống (Ivanop 1955) [3]. Theo những công trình nghiên cứu của Kaila (1954): Nếu chất hữu cơ vùi xuống đất chứa ít hơn 0.2 – 0.3% P2O5 thì quá trình phân giải không tăng thêm về phosphate dễ tancho cây vì vi sinh vật sẽ hút hết. Cường độ hút phosphate hữu cơ của đất thông qua sự phân giải của vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Theo Sepfe-Satsaben (1960) trong điều kiện nhiệt độ bình thường, ở các nước ôn đới , sự khoáng hóa phosphate hữu cơ tiến hành rất chậm và lượng phosphate cung cấp cho cây từ những hợp chất hữu cơ không đáng kể. Trái lại, ở nhiệt độ từ 35 – 50oC thì quá trình khoáng hóa tăng lên rất mạnh và cung cấp cho cây được nhiều phosphate từ những hợp chất hữu cơ. Vì thế, ở nước ta bón phân chuồng cũng là giải pháp cung cấp phosphate cho cây trồng [13]. 2.1.2. Lân vô cơ Phosphate vô cơ tồn tại ở dạng muối của những nguyên tố Ca, Fe, Al. Ở đất trung tính và đất kiềm thì phosphate Ca là chủ yếu, còn ở đất chua thì phosphate Fe, Al là chủ yếu. Phosphate Ca dễ được huy động để làm thức ăn cho cây hơn là phosphate Fe, Al. Sự tồn tại của ion phosphate trong môi trường đất bị chi phối bởi ion phosphate bị chuyển đổi hóa trị [13]. Môi trường chua: H2PO4- HPO42- PO43- Trong thực tế, H2PO4- là dạng cấy trồng dễ hấp thu nhất. Các dạng phosphate còn lại thường là những loại khó hòa tan mà cây trồng không thể đồng hóa được, muốn cây trồng sử dụng được phải qua quá trình biến đổi thành dạng dễ tan [13]. Cũng như các yếu tố khác, phosphate trong tự nhiên luôn luôn tuần hoàn chuyển hóa. Nhờ vi sinh vật, lân hữu cơ được vô cơ hóa biến thành dạng muối của acid phosphoric. Các dạng lân này một phần được cây trồng sử dụng biến thành dạng lân hữu cơ, một phần bị cố định dưới dạng khó tan như Ca3PO4, AlPO4, FePO4. Những dạng khó tan này trong các môi trường có pH thích hợp sẽ chuyển thành dạng dễ tan. Trong quá trình này, vi sinh vật giữ vai trò quan trọng. 2.1.3 Vòng tuần hoàn của lân trong tự nhiên Vòng tuần hoàn của lân không giống như vòng tuần hoàn của nitơ. Trong khi nitơ luôn khan hiếm trong đất thì lân tồn tại nhiều trong đất ở dạng khó phân giải [15, 18]. Nitơ được đưa vào đất nhờ vi sinh vật cố định đạm từ không khí, còn đối với lân, chúng được các vi sinh vật phân giải từ các nguồn lân vô cơ và hữu cơ khác nhau. Vòng tuần hoàn của lân được biểu diễn trong sơ đồ sau: 2.2. Sự chuyển hóa lân trong đất 2.2.1. Đối với lân hữu cơ Trong đất có nhiều loại vi sinh vật khoáng hóa được lân hữu cơ. Các vi sinh vật này tiết ra các enzyme khử phosphoryl đồng thời giải phóng ion phosphate. Phản ứng enzyme nhanh khi hợp chất lân hữu cơ vừa mới bón vào đất và sau đó xảy ra chậm khi lân đã bị cải biến. Lân sẽ tạo các phức liên kết với Fe, Al, các chất hữu cơ phân tử lượng cao và bị giữ chặt trên các phần tử sét. Tốc độ giải phóng lân phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Bản chất các hợp chất hữu cơ có lân: Acid nucleic dễ khoáng hóa hơn phytin. Nguyên nhân dohầu hết các vi sinh vật khoáng hóa lân hữu cơ đều tiết ra các enzyme tương ứng để phân giải acid nucleic [3]. - Nếu lượng C/P cao hơn 300 thì lân sẽ bị các vi sinh vật trong đất cố định. Còn ở mức C/P nhỏ hơn 200, lân sẽ thừa nên được khoáng hóa [3]. - pH tối thích là 6 – 7. Ở môi trường kiềm lân vô cơ được phóng thích nhanh hơn lân hữa cơ. - Nhiệt độ cao cũng thuận lợi cho việc khoáng hóa lân hữu cơ. Tối thích là 40 – 50oC. Do đó, trong mùa hè tốc độ khoáng hóa lân mạnh hơn các mùa khác. 2.2.2. Đối với lân vô cơ Sự tồn tại các loại ion phosphate trong đất phụ thuộc vào pH đất. Do vậy, thực tế trong đất, lân tồn tại chủ yếu ở hai dạng: H2PO4- và HPO42-. H2PO4- HPO42- PO43- Ở pH = 7 tỷ lệ 2 loại ion này gần bằng nhau. H2PO4- dễ đồng hóa hơn HPO42-, nên về mặt lý thuyết ở pH = 5 – 6 dinh dưỡng lân của cây thuận lợi nhất. Song trong đất do có mặt của nhiều ion khác mà vấn đề trở nên phức tạp hơn. 2.2.2.1. Sự chuyển hóa lân ở đất chua Trong đất chua nghèo chất hữu cơ: Fe, Al và Mn thường nằm dưới dạng hòa tan phản ứng với H2PO4- tạo thành hợp chất không tan cây không đồng hóa được [13]. Al3+ + H2PO4- + 2H2O 2H+ + Al(OH)3.H2PO4 Ở các loại đất rất chua, Al3+ và Fe3+vượt các ion H2PO4- nhiều làm cho phản ứng trên càng nghiêng theo chiều thuận, tạo thành lân không tan khiên cho chỉ còn một lượng rất nhỏ H2PO4- trong đất. Ở đất chua, ion H2PO4- không những phản ứng với Fe3+, Al3+ hòa tan mà còn phản ứng với các oxit ngậm nước của các nguyên tố đó như gibbsit (Al2O3.3H2O) và goethit (Fe2O3.3H2O). Ở đất chua số lượng lân bị các oxit sắt, oxit nhôm ngậm nươc cố định còn vượt quá cả số lượng lân bị kết tủa với Fe, Al và Mn hòa tan. Al(OH)3 + H2PO4- Al(OH)2.HPO4- + H2O Điều đáng lưu ý là hầu hết các loại đất đều chứa oxit sắt, nhôm ngậm nước nên đây cũng là kiểu cố định khá nhiều lân và diễn ra trên phạm vi rộng. Trong môi trường chua còn có hai quá trình cố định lân liên quan tới sét. Đó là do sự tồn tại các ion OH- lộ trên bề mặt khoáng sét. Sự cố định này đi kèm với việc giải phóng kiềm theo phản ứng sau: Sét – OH + Ca(H2PO4)2 sét – H2PO4- +1/2Ca(OH)2 Khả năng cố định thay đổi theo bản chất khoáng vật của keo sét theo thứ tự sau đây: Illit > Kaolinit > Montmorillonit. [Al] + H2PO4- + 2H2O 2H+ + Al(OH)2.H2PO4 Vai trò của sắt và nhôm thể hiện qua thực tế là việc cố định các anion mạnh lên khi tỉ lệ SiO2/seoquioxit giảm, với các loại đất đã mất vôi nếu các seoquioxit cũng mất đi thì khả năng cố định lân cũng giảm. Còn về vôi, người ta thấy khi để cho sét hấp thụ Ca2+, tỉ lệ anion phosphate được hấp thu tăng lên, bất chấp ngưỡng kết tủa canxi phosphate. Điều đó chứng tỏ rằng : Đây là quá tình cố định ion chứ không phải bằng con đường hóa học. Tính ổn định của quá trình giữ chặt này phụ thuộc vào điều kiện môi trường và việc giải phóng anion có thể xảy ra khi điều kiện môi trường thay đổi và đặc biệt là nếu sét bị giải keo. Ở đất chua, các hydroxit sắt, nhôm lương tính có thể mất 1 nhóm OH- trở thành keo dương tính tham gia hấp phụ trao đổi anion: Al(OH)3 + H+ = Al(OH)2+ + H2O 2.2.2.2. Sự chuyển hóa lân ở đất kiềm Trong môi trường kiềm giàu Ca, ion H2PO4- phản ứng mạnh với Ca tạo thành các hợp chất ít tan hơn theo các phản ứng lần lượt như sau [13]: Ca(H2PO4)2 + CaCO3 + H2O → 2CaHPO4.2H2O + CO2 6CaHPO4.2H2O + 2CaCO3 + H2O → Ca8H2(PO4)6.5H2O + 2CO2 Ca8H2(PO4)6.5H2O + CaCO3 → Ca3(PO4)2 + CO2 + 6H2O Lân trở nên kém hòa tan hơn khi gặp điều kiện thuận lợi và đủ thời gian Ca3(PO4)2 có thể chuyển thành các hợp chất không tan hơn nữa như hydroxy, carbon và ngay cả fluoro apatit. 2.3 Tổng quan về vi sinh vật phân giải lân Vi sinh vật (microorganisms) là tên chung dùng để chỉ tất cả các loại sinh vật nhỏ bé mà muốn thấy chúng, người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Theo Hoàng Lương Việt (1978) trung bình một gam đất khô có đến gần 200 triệu tế bào vi sinh vật. Vi sinh vật có các nhóm chính sau: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi tảo, virus [6]. Các nhóm có khả năng phân giải phosphate là vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc [5]. Nghiên cứu của Puneet và cộng sự cho thấy: Việc nhiểm một số chủng nấm sợi có khả năng hòa tan phosphate như Aspergillus flavus và Asp. niger với vi khuẩn cố định nitơ Azotobacter sp đã tăng năng suất hạt 17.7%, trong khi chỉ nhiễm Azotobacter sp chỉ làm tăng 9% [18]. Kopoor và cộng sự cũng đạt kết quả tương tự khi nghiên cứu sự phối hợp giữa chủng Azotobacter sp với các vi khuẩn phân giải phosphate thuộc các chi Asgrobacterium sp, Bacillus sp và Pseudomonas sp…[20] Vi sinh vật phân giải lân được chia thành hai nhóm: Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ và vi sinh vật phân giải lân vô cơ. 2.3.1 Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ Sự chuyển hóa các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4(Stoklaza – 1991, Menkina – 1952) theo sơ đồ sau [1, 5]: 1. Nucleoprotein Nuclein acid nucleic Nucleotic H3PO4 2. Lơxitin Glixerphosphate H3PO4 Sơ đồ của quá trình phân giải nucleoprotein cụ thể như sau: Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ chủ yếu gồm các chủng Bacillus và Pseudomonas. Ngoài ra còn có một số xạ khuẩn và nấm khác. Đáng chú ý là B. megaterium var phosphatsum có khả năng phân giải lân hữu cơ cao [13]. Đồng thời B. megaterium còn có khả năng hình thành bào tử nên sức sống rất mạnh [4]. 2.3.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ Nhiều vi khuẩn như Bacillus megaterium, Bacillus mycoides, Bacillus butyricus, Pseudomonas fluorescens, vi khuẩn nitrat hóa, một số vi khuẩn hệ rễ, xạ khuẩn có khả năng phân giải Ca3(PO4)2 và bột apatit. Khả năng phân giải lân vô cơ liên quan mật thiết tới sự sản sinh acid của vi sinh vật. Quá trình lên men tạo ra acid carbonic, là acid chủ yếu thúc đẩy quá trình hòa tan lân vô cơ [3]. Ca3(PO4)2 + H2CO3 + H2O → Ca(PO4)2H2O + Ca(HCO3)2 Trong đất, vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2. Vì trong quá trình sống, các vi khuẩn này tích lũy trong đất HNO3 và H2SO4. Quá trình hòa tan có thể biểu thị theo phương trình sau: Ca3(PO4)2 + 4 HNO3 = Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(NO3)2 Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 Đối với nấm thì Aspergillus niger cho khả năng phân giải lân mạnh nhất. Ngoài ra còn có một số chủng khác như Penicillin, Rhizopus… 2.3.3. Các điều kiện ảnh hưởng tới khả năng phân giải lân của vi sinh vật - Độ pH: nhìn chung pH ít ảnh hưởng đến khả năng phân giải lân. Tuy nhiên pH trong khoảng 7.8 – 8.0 ảnh hưởng tốt tới sự phát triển của hệ vi sinh vật phân giải lân [5]. - Nhiệt độ: các chủng vi sinh vật có nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân giải lân là khác nhau. Nhìn chung khoảng nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng 20 – 40oC [9]. - Hợp chất hữu cơ: chất hữu cơ làm tăng quá trình sinh trưởng của vi sinh vật. Do đó khả năng phân giải lân của chúng sẽ tăng lên. - Độ ẩm: ở những nơi có độ ẩm cao, do hoạt động của vi sinh vật mạnh nên tạo ra nhiều acid hữu cơ làm tăng phân giải lân. - Hệ rễ: hệ rễ cây trồng khích thích sự sinh trưởng của vi sinh vật. Do đó phân giải lân cũng được tăng cường. Tuy nhiên một số loài cây có thể tiết ra các chất độc ngăn cảng sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật. - Tỷ lệ N và C trong môi trường: N, C là những thành phần cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Tỉ lệ N, C trong môi trường cao sẽ thúc đẩy khả năng phân giải lân. 2.4. Tổng quan về đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak Theo hệ thống phân loại đất của FAO – UNESCO (1995), Đak Lak có 11 nhóm và 84 đơn vị đất đai. Trong đó, nhóm đất xám chiếm diện tích lớn nhất 44%. Nhưng nhóm đất sám thường phân bố ở những vùng đất dốc, về bản chất có độ phì thấp, chua, hàm lượng lân tổng số và lân dễ tiêu thấp. Như vậy, nhóm đất xám không thuận lợi cho việc trồng các loại cây trồng. Nhóm đất chiếm diện tích nhiều thứ 2 ở Đak Lak là đất bazan đỏ (Ferrasols). Diện tích đất bazan đỏ khoảng 311.340ha, chiếm 23.7% diện tích đất tự nhiên. Phân bố tập trung tại các khối bazan Buôn Ma Thuột. Nhóm đất này có các đơn vị phân loại: Nâu đỏ trên Bazan (Fk), nâu vàng trên bazan (Fu), là nhóm đất có tầng B tích tụ nhôm rõ nhất. Đất được phân bố tập trung ở khối bazan Buôn Ma Thuột chảy từ bắc xuống Nam, từ Đông sang Tây. Phía Bắc cao nguyên (Ea H'Leo) có độ cao 800m, phía Nam độ cao 400 m, phía Tây cao 300m (khu vực huyện Cư M'gar). Bề mặt cao nguyên rất bằng phẳng [21].             Đất bazan nâu đỏ hình thành và phát triển trên các cao nguyên Ba zan phần lớn có độ dốc thấp, tầng đất mịn dày, có thành phần cơ giới nặng (tỷ lệ sét >40%), tơi xốp khi ẩm, độ xốp trung bình 62-65%, khả năng giữ nước và hấp thu nước tốt... Rất thích hợp với các loại cây công nghiệp dài ngày có giá trị hàng hoá cao: cà phê, cao su, tiêu và những cây ăn quả khác... [21]. Tuy nhiên, điểm hạn chế của nhóm đất này là hàm lượng lân dễ tiêu thấp, lượng P2O5 dễ tan nhỏ hơn 1,0 mg/100 g đất. Trong khi đó, lân tổng số của nhóm đất này lại cao, P2O5 tổng số trên 0.2% [21]. 2.5. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Hàm lượng lân trong các loại đất thường rất thấp vì vậy người ta tìm cách để tăng lượng lân dễ tan trong đất bằng cách bón phân. Nhưng 2/3 lượng lân bón vào đất bị chuyển hóa trở thành lân khó tiêu khiến cây trồng không hấp thụ được hoặc bị rữa trôi đi. Do đó hiệu quả của việc bón phân lân bị giảm đi nhiều. Các vi sinh vật phân giải lân khó tan đã giải quyết được vấn đề này. Chúng vừa giảm được lượng phân lân bón cho cây, đồng thời huy động được cả lượng lân khó tiêu trong đất. Với những lợi ích như vậy, các vi sinh vật phân giải lân được nhiều nước trên thế giới quan tâm. Nhiều công trình nghiên cứu ở châu Âu, Mỹ và Ấn Độ đã cho thấy hiệu quả to lớn của các vi sinh vật phân giải lân. Các nghiên cứu của Sen và Paul, 1957 , Katznelson và Bose,1967; Ostwal và Bhide, 1999 cho thấy: các chủng vi khuẩn đặc biệt thuộc loài Pseudomonas và Bacillus, các chủng nấm thuộc loài Penicillium, Aspergillus có khả năng chuyển hóa photphat không tan thành dạng dễ hòa tan ở trong đất nhờ tiết ra các acid hữu cơ như formic, acetic, lactic, propionic, fumaric, glucolic và acid succinic. Những acid này làm giảm pH và hòa tan các dạng photphate khó tan [20]. Ở Liên xô (cũ) sản phẩm phân bón vi sinh vật thương mại “phosphobacterin” với sự có mặt của B. megateirum var phosphaticum đã được sử dụng rộng rãi ở Liên xô và các nước Đông Âu , làm tăng năng suất cây trồng 5 – 10% so với đối chứng.Viện nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ đã sử dụng phosphobacterium trên lúa mì, lúa và ngô cũng đã cho kết quả tăng đáng kể so với đối chứng. Người ta tính nếu sử dụng vi sinh vật phân giải lân có tác dụng tương đương với việc bón 50kg P2O5/ha [3]. Kết quả nghiên cứu mới nhất ở Canada cho thấy bón vi sinh vật phân giải lân có thể thay thế 50 – 75% lượng lân cần bón bằng quặng nghèo P2O5 mà năng suất, chất lượng không hề thay đổi (Gaur, 1992). Sử dụng chủng Pseudomonas striata khi bón quặng phosphate và superphosphate cũng làm tăng đáng kể năng suất khoai tây (Gaur và Negi, 1980) [16]. Perez (2007) đã nghiên cứu phân lập được 130 chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phosphat khó tan ở Venezuela. Tuy nhiên, không có chủng nào có hoạt tính phân giải phosphate Fe và Al. Tác giả cũng chọn được 10 chủng có tiềm năng để nghiên cứu tiếp thuộc các chi Raltonia, Pantoea, Serratia [15]. Alvaro (2009) đã phân lập được 2 chủng vi khuẩn từ rễ cỏ ở Tây Ban Nha có hoạt tính phân giải phosphate và kích thích sinh trưởng đối với cây trồng thuôc chi mới là Acenitobacter [17]. Hiện nay, hai nước Trung Quốc và Ấn Độ đang đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân lân vi sinh với quy mô công nghiệp, ứng dụng trên hàng chục triệu ha [3]. 2.6. Tình hình nghiên cứu trong nước Nhằm mục tiêu phát triển nông nghiệp sinh thái bền vững. Việt Nam đã có khá nhiều nghiên cứu về vi sinh vật phân giải lân. Thập kỉ 90 thế kỷ XX các vi sinh vật phân giải lân sau khi được nhân sinh khối được tẩm nhiễm vào chất mang tạo thành chế phẩm vi sinh vật phân giải lân hoặc phối trộn với chất hữu cơ để tạo thành phân lân hữu cơ vi sinh vật. Kết quả nghiên cứu ở nhiều nơi cho thấy phân vi sinh vật phân giải photphate khó tan có thể nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân khoáng lên 20 – 30% so với đối chứng đồng thời có tác dụng nâng cao năng suất cây trồng 5 – 10% tùy loại đất trồng và cây trồng. Việc sử dụng vi sinh vật phân giải lân có thể thay thế 30 – 50% lượng lân cần bón bằng quặng phosphorit với hàm lượng lân tổng số tương đương mà năng suất cây trồng không bị giảm sút. Ngoài tác dụng phân giải lân ,vi sinh vật phân giải lân còn có khả năng sản sinh ra các chất kích thích sinh trưởng thực vật hoặc các chất kháng sinh giúp cây trồng phát triển tốt hơn, chống chịu tốt hơn đối với điều kiện bất lợi từ bên ngoài [7]. Nguyễn Thị Phương Chi, Phạm Thanh Hà, Nguyễn thị Quỳnh Mai đã nghiên cứu khả năng tiết enzyme photphataza của 10 chủng vi sinh vật hòa tan lân và nhận thấy rằng ngoài khả năng hòa tan lân khó tan các chủng vi sinh vật này có khả năng sản sinh enzyme photphatase (chủ yếu là nấm sợi và vi khuẩn) enzyme này đóng vai trò xúc tác không thể thiếu cho quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ chứa lân. Vũ Thúy Nga ,Nguyễn Ngọc Quyên, Trần Thủy Tú, Phạm văn Toản (2003) nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp IAA và phân giải phosphate vô cơ khó tan của vi khuẩn Bradyrhizobium. Kết quả cho thấy chúng có khả năng tổng hợp 20 – 100 microgam/ml môi trường nuôi cấy. Phạm Thanh Hà, Nguyễn Thị Phương Chi (1999) nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn nitơ lên khả năng phân giải photphat khó tan của hai chủng nấm sợi Aspergillus awamori MN1 và Penicillum cyaneofulvum ĐT1.Tác giả nghiên cứu 7 nguồn cung cấp nitơ khác nhau lên khả năng phân giải photphat của Aspergillus awamori MN1 và Penicillum cyaneofulvum ĐT1. Kết quả cho thấy KNO3, NaNO3, (NH4)2SO4 là những nguồn nitơ tốt nhất cho môi trường nuôi chủng MN1 tạo khả năng phân giải photphat cao. Còn đối với chủng ĐT1 là NH4Cl [10]. Nghiên cứu gần đây nhất đối với vi sinh vật phân giải lân trên đất bazan nâu đỏ là sử dụng chế phẩm vi sinh phân giải lân (50g) cho 1 ha cà phê có tác dụng tương đương với 34.3kg P2O5/ha [13]. Nghiên cứu cũng cho thấy, việc bón thêm vi sinh vật phân giải lân làm tăng số lượng vi sinh vật phân giải lân trong đất, dẫn đến tăng cường độ phân giải lân khó tan trong đất 23 – 35%. PHẦN III: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu phân lập các chủng vi sinh vật phân giải photphat khó tan trên đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak. - Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi sinh vật phân giải phosphate khó tan mạnh. - Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến hoạt tính phân giải phosphate khó tan trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, pH, tốc độ lắc) đến khả năng phân giải phosphate khó tan trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu khảo sát hoạt tính phân giải phosphate nhôm khó tan của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn. 3.2. Phương pháp nghiên cứu

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật phân giải phosphate khó tan trên đất bazan nâu đỏ ở Đak Lak.doc
Tài liệu liên quan