Nghiên cứu xử lý vỏ cà phê bằng vi sinh vật để sản xuất giá thể trồng rau sạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN MẬU NGHĨA NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VỎ CÀ PHÊ BẰNG VI SINH VẬT ĐỂ SẢN XUẤT GIÁ THỂ TRỒNG RAU SẠCH CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 8420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NHƯ NGỌC Gia Lai, 2023 i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tư - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Mọi trích dẫn đề tài ghi rõ nguồn gốc Gia Lai, ngày 28 tháng năm 2023 NGƯỜI CAM ĐOAN Nguyễn Mậu Nghĩa ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài này, tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn, hỗ trợ tạo điều kiện của: TS Nguyễn Như Ngọc, toàn thể cán Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, phòng Đào tạo sau Đại học, Ban Giám đốc Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp tỉnh Gia Lai, Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp Gia Lai, ngày 28 tháng năm 2023 TÁC GIẢ Nguyễn Mậu Nghĩa iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng ngành sản xuất cà phê Việt Nam 1.2 Tình trạng vỏ cà phê cơng nghệ xử lý 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Ở Việt Nam 1.3 Nhu cầu giá thể trồng rau đô thị Việt Nam 1.4 Tổng quan giá thể hữu 1.5 Tình hình sản xuất giá thể hữu từ phế phụ phẩm 10 1.5.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất giá thể hữu giới 10 1.5.2 Nghiên cứu phát triển giá thể hữu Việt Nam 12 Chương MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU13 2.1 Mục tiêu đề tài 13 2.2 Nội dung nghiên cứu 13 2.3 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu 13 2.3.1 Đối tượng nghiên cứu 13 2.3.2 Dụng cụ hóa chất 13 2.3.3 Thời gian địa điểm nghiên cứu 14 2.4 Phương pháp nghiên cứu 14 2.4.1 Phương pháp xác định số chất vỏ cà phê 14 2.4.2 Phương pháp phân lập tuyển chọn vi sinh vật hữu ích từ vỏ cà phê 14 iv 2.4.3 Phương pháp xác định đặc tính sinh hóa định tên chủng tuyển chọn 16 2.4.4 Quy trình xử lý vỏ cà phê thành giá thể hữu 20 2.4.5 Phương pháp đánh giá tiêu dinh dưỡng giá thể hữu từ vỏ cà phê 22 2.4.6 Phương pháp đánh giá hiệu giá thể hữu từ vỏ cà phê 23 2.4.7 Phương pháp thu thập xử lý kết 24 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Kết xác định thành phần chất nguyên liệu vỏ cà phê 24 3.2 Kết phân lập tuyển chọn vi sinh vật hữu ích từ vỏ cà phê 25 3.2.1 Kết phân lập vi sinh vật từ mẫu vỏ cà phê 25 3.2.2 Kết tuyển chọn chủng hữu ích 28 3.2.3 Đặc điểm sinh hóa định tên chủng tuyển chọn 33 3.3 Kết xây dựng quy trình xử lý vỏ cà phê thành giá thể 38 3.3.1 Lên men thu sinh khối chủng vi sinh vật 38 3.3.2 Kết phối trộn sinh khối vi sinh vật để xử lý vỏ cà phê 40 3.4 Kết đánh giá hiệu sử dụng giá thể hữu từ vỏ cà phê rau mầm 44 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Viết đầy đủ CMC Cacboxyl metyl cellulose CT DNA Công thức Deoxy ribo nucleic acid ĐC Đối chứng IAA Indole acetic acid TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam NCBI National Center for Biotechnology Information NA Nutrient Agar NT Nghiệm thức PCR Polymerase chain reaction PDA Potato Dextrose Agar VSV Vi sinh vật V/P Vòng/phút vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Xác định chất vỏ cà phê 14 Bảng 2.2 Thành phần phản ứng PCR 17 Bảng 2.3 Thành phần phản ứng PCR gen ITS 19 Bảng 2.4 Chu trình nhiệt phản ứng PCR mồi ITS 19 Bảng 2.5 Các công thức ủ giá thể từ vỏ cà phê 22 Bảng 2.6 Các tiêu dinh dưỡng giá thể hữu từ vỏ cà phê 22 Bảng 2.7 Bố trí thí nghiệm trồng rau cải với giá thể hữu từ vỏ cà phê 23 Bảng 3.1 Thành phần chất vỏ cà phê (%) 24 Bảng 3.2 Đặc điểm chủng vi sinh vật phân lập từ vỏ cà phê 25 Bảng 3.3 Đường kính vịng phân giải chất chủng 28 Bảng 3.4 Khả sinh tổng hợp IAA chủng 30 Bảng 3.5 mật độ tế bào chủng môi trường Norris 32 Bảng 3.6 Hàm lượng NH4+ dịch nuôi cấy chủng 32 Bảng 3.7 Đặc điểm sinh hóa chủng tuyển chọn 33 Bảng 3.8 Mức độ tương đồng đoạn gen 16S rRNA chủng CF2 với trình tự mẫu gen Ngân hàng sữ liệu gen NCBI 33 Bảng 3.9 Mức độ tương đồng đoạn gen 16S rRNA chủng CF4 với trình tự mẫu gen Ngân hàng sữ liệu gen NCBI 35 Bảng 3.10 Mức độ tương đồng đoạn gen ITS1-5,8S-ITS2 mẫu nấm CF17 với trình tự mẫu gen Ngân hàng sữ liệu gen NCBI 36 Bảng 3.11 Các thông số đống ủ vỏ cà phê sau phối trộn hỗn hợp sinh khối 41 Bảng 3.12 Kết phân tích chất lượng giá thể 43 Bảng 3.13 Chất lượng rau mầm giá thể hữu từ vỏ cà phê 44 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Kim ngạch xuất cà phê Việt Nam 2009-2022 Hình 2.1 Chu trình nhiệt phản ứng PCR 18 Hình 2.2 Sơ đồ ủ nguyên liệu vỏ cà phê hỗn hợp sinh khối 21 Hình 3.1 Một số hình ảnh hoạt tính phân giải chất chủng 30 Hình 3.2 Cây phân loại mẫu vi khuẩn CF2 34 Hình 3.3 Cây phân loại mẫu chủng vi khuẩn CF4 36 Hình 3.4 Cây phát sinh lồi mẫu nấm CF17 38 Hình 3.5 Đường cong sinh trưởng chủng vi khuẩn CF2 CF4 39 Hình 3.6 Đường cong sinh trưởng chủng CF17 40 Hình 3.7 Một số thí nghiệm trồng rau cải mầm giá thể 45 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nước xuất cà phê lớn thứ hai giới Theo thống kê, diện tích cà phê đạt 664.000 ha, suất khoảng 27 tạ/ha, sản lượng đạt xấp xỉ 1,9 triệu tấn, kim ngạch xuất khoảng 3,5 tỷ USD, chiếm 14% thị phần giới [1] Theo số liệu Bộ Công thương, tháng 8/2022, Việt Nam xuất 112.531 cà phê với kim ngạch 266 triệu USD, tăng 13% kim ngạch so với tháng 8/2021 Với lượng cà phê nhân xuất khổng lồ vậy, lượng vỏ cà phê thải nước, đặc biệt Tây Nguyên năm 1.000.000 [2] Theo tính tốn chuyên gia, với sản lượng vỏ cà phê khô khổng lồ thải ra, nguyên liệu có giá trị cho vài ngành sản xuất công nghiệp, đến chưa tận dụng triệt để Hiện nay, lượng lớn vỏ cà phê thường đốt đổ thẳng vườn cà phê khơng qua xử lý nên q trình phân hủy tự nhiên chậm, gây ô nhiễm môi trường, gây bệnh hại cho vụ trồng sau và lãng phí Do vỏ cà phê có chứa nhiều caffein tanin chất có khả ức chế vi sinh vật, làm chậm q trình phân hủy mơi trường tự nhiên (chỉ sau thời gian đến hai năm phân hủy) Tuy nhiên, vỏ cà phê lại giàu lignocellulose số chất khoáng, nguyên liệu lý tưởng để làm giá thể trồng loại rau, hoa ngắn ngày [8] Trong năm gần đây, tốc độ thị hóa Việt Nam ngày nhanh Diện tích đất trồng trọt bị thu hẹp Việc tìm kiếm khoảng khơng gian thành phố để trồng rau sạch, hoa, cảnh vấn đề nan giải Việc trồng rau thùng xốp khơng cịn xa lạ với hộ gia đình thị Việt Nam Chính vậy, việc trồng giá thể (trồng không cần đất) bước phát triển Việt Nam Đây thực chất kỹ thuật trồng không dùng đất mà trồng trực tiếp giá thể hữu hay giá thể trơ cứng có tưới dung dịch dinh dưỡng Đề tài: “Nghiên cứu xử lý vỏ cà phê vi sinh vật để sản xuất giá thể trồng rau sạch” thực nhằm tìm điều kiện quy trình tốt hơn, đơn giản hơn, dễ dàng thực nhà để phục vụ cho khu vực đô thị, chung cư, nhà cao tầng tự tạo loại rau với giá thành thấp góp phần phát triển kinh tế bảo vệ môi trường Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài cung cấp dẫn liệu khoa học nghiên cứu việc tận dụng phụ phế phẩm nông nghiệp, cụ thể vỏ cà phê để sản xuất giá thể hữu phương pháp sử dụng chủng vi sinh vật 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Tận dụng vỏ cà phê để sản xuất giá thể hữu có ý nghĩa lớn giải phụ phế phẩm q trình chế biến cà phê, giảm thiểu nhiễm mơi trường góp phần tăng giá trị kinh tế trình phục vụ nhu cầu giá thể hữu trồng rau trồng hoa cho người dân vùng thị khơng có diện tích đất canh tác Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu xử lý vỏ cà phê để sản xuất giá thể hữu trồng rau đánh giá hiệu giá thể hữu từ vỏ cà phê số loại rau Đề tài nghiên cứu thực Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp tỉnh Gia Lai Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp