PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)

PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI KERATIN TRONG CHĂN NUÔI (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ QUÁCH TH TH NH T M PH N LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PH N GIẢI KER TIN TRONG CHĂN NUÔI LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã ngành: 62 42 01 07 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH HÂN CẦN THƠ, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ QUÁCH TH TH NH T M PH N LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PH N GIẢI KER TIN TRONG CHĂN NUÔI LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã ngành: 62 42 01 07 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHO HỌC TS B I TH MINH DI U PGS TS NGUYỄN NH T U N DUNG CẦN THƠ - 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨ VI T NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc CAM KẾT KẾT QUẢ Tơi xin cam kết luận án đƣợc hồn thành dựa kết nghiên cứu kết nghiên cứu chƣa đƣợc dùng cho luận án cấp khác Cần Thơ, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh thực Quách Th Thanh T mKER TIN TỪ CHẤT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHO HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHO HỌC 2SÖC - GI CẦ TS B I TH MINH DI UM PGS.TS NGUYỄN NH T U N DUNG i LỜI CÁM ƠN Với tất lòng biết ơn s u sắc, xin ch n thành cám ơn TS i Th Minh iệu PGS.TS Nguy n Nhựt Xu n ung tận tình hƣớng dẫn giúp tơi hồn thành luận án ô ngƣời truyền cho lòng nhiệt huyết thổi lên lửa đam mê khoa học, khơi dậy nỗ lực, tự tin, cố gắng khơng ngừng khơng nản lòng trƣớc khó khăn suốt tiến trình thực luận án tiến sĩ Xin cám ơn Cô dành nhiều thời gian, cơng sức ln giúp tơi có đƣợc ngh lực đ nh hƣớng đắn học tập nghiên cứu Tiến trình năm thực thí nghiệm luận án, tơi ln đƣợc quan t m, hỗ trợ an lãnh đạo Viện Nghiên cứu Phát triển ông nghệ Sinh học-trƣờng Đại học ần Thơ, quý Thầy ô Viện Nghiên cứu Phát triển ông nghệ Sinh học, quý Thầy ô Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng Đại học ần Thơ, giúp tơi có thêm nhiều ngh lực để hoàn thành nội dung nghiên cứu Xin cám ơn: án phòng Thí nghiệm chun s u, phòng thí nghiệm Sinh học ph n tử Viện Nghiên cứu Phát triển ông nghệ sinh học-Trƣờng Đại học ần Thơ hỗ trợ thực nội dung nghiên cứu ạn Kim Ngọc, bạn Nghiên cứu sinh, học viên ao học em Sinh viên đồng hành c ng tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu; chia s khó khăn khuyến khích, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu uối c ng, xin đƣợc gởi lời biết ơn đến Trƣờng ao đ ng ộng Đồng Vĩnh Long xếp công việc tạo điều kiện thuận lợi thời gian để tơi hồn thành kế hoạch học tập tồn khóa chƣơng trình đào tạo tiến sĩ h n thành cám ơn ii TÓM LƢỢC L ng gi s gia cầm phế phẩm đượ t o r với khối lượng lớn từ hăn nu i giết mổ gi s gia cầm Với thành phần keratin (90%), lơng khó phân hủy gây ảnh hưởng xấu đến m i trường Sử dụng vi huẩn để phân hủy nguồn chất thải đ ng hướng mới, vừa giải vấn đề ô nhiễm m i trường l i vừa tận dụng sản phẩm để bổ sung vào thứ ăn hăn nu i ho làm ph n n sinh h Luận án bao gồm nội dung với 12 thí nghiệm nhằm phân lập, tuyển ch n, định danh khảo sát điều kiện nuôi cấy phù hợp hủng vi khuẩn có khả ph n hủy hất thải l ng gi s gi ầm hiệu cao, từ đ ứng ụng ủ lông gia cầm với chủng vi khuẩn Bacillus megaterium K79 thành bột lông sinh h c dùng ni gà thả vườn Tổng cộng có 429 chủng vi khuẩn hiếu khí địa phân hủy chất thải l ng phân lập Trong đ 115 hủng vi huẩn phân giải er tin phân lập m i trường với bột lông gia cầm đượ ùng nguồn carbon nitơ uy từ 42 mẫu (đất, nước lông gia cầm) thu sở giết mổ gi ầm thuộc thành phố Cần Thơ, Vĩnh Long Đồng Tháp; 225 hủng vi huẩn ng đượ ph n lập từ 126 mẫu (đất, nướ l ng heo sở giết mổ gi s Đ c biệt 89 chủng vi khuẩn hịu nhiệt hiếu h ph n hủy l ng gi ầm ng phân lập từ 23 mẫu đất mẫu nước thu t i sở giết mổ tr i hăn nu i gi ầm Vĩnh Long Đồng Tháp Các hủng vi huẩn phân lập đượ thể ho t t nh er tin se hất azokeratin Kết ph n t h ph n hủy ột l ng ho thấy 115 hủng vi huẩn ph n hủy ột l ng gi ầm đ làm giảm hối lượng ột l ng gi ầm từ 20,87% đến 84,31% s u tuần lắ ủ 37o ; 225 hủng vi huẩn ph n hủy l ng heo đ làm giảm hối lượng ột l ng heo từ 6,27% đến 63,38% 89 hủng vi huẩn hịu nhiệt ng làm giảm hối lượng ột l ng gi ầm từ 7,54% đến 66,66% Trong 429 hủng vi huẩn này, 26 hủng vi huẩn ph n hủy l ng gi s , gi ầm hiệu đượ tuyển h n định nh theo hệ thống ph n lo i ergey ết hợp với giải tr nh t đo n gen 16S rRN y phát sinh loài đượ v từ tr nh t đo n gen 16S rRN ủ 26 hủng vi huẩn đượ tuyển h n đ thể mối liên hệ i truyền gi h ng Ngoài r , ết n ho thấy phần lớn vi huẩn đượ tuyển h n thuộ lớp Bacilli (73,08% , hủng vi huẩn n l i thuộ lớp et proteo teri (3,85% , lớp l vo teri (7,69% lớp mm proteo teri (15,38% iii hủng vi huẩn illus meg terium K79 ph n hủy l ng gi ầm tốt hủng vi huẩn revi illus p r revis Kr110 ph n hủy l ng gi s tốt đượ tuyển h n để tiếp tụ nghiên ứu m i trường nu i Kết nghiên ứu ho thấy ph n hủy ột l ng gi ầm ủ illus megaterium K79 ph n hủy ột l ng heo ủ revi illus p r revis Kr110 ùng đ t hiệu o m i trường nu i nhiệt độ 35o p 8,0 với nồng độ ị h vi huẩn đư vào 10% h ột l ng nguồn inh ng r on nitơ Thời gi n nu i ủ sợi l ng gi ầm nguyên với illus meg terium K79 10 tuần ho ết ph n hủy 100% thời gi n nu i ủ sợi l ng heo nguyên với revi illus p r revis Kr110 10 tuần ho hiệu suất ph n hủy 38,5% Trong th nghiệm nu i gà, hủng vi huẩn illus meg terium K79 đượ ứng ụng để ủ l ng gi ầm 10 tuần đ t o đượ ột l ng sinh h đ t mứ n toàn vi sinh đượ ùng nguồn th liệu ung ấp đ m hẩu phần với mứ 2%, 5%, 8% ùng nu i ng gà thả vườn thành ng Với mứ ổ sung 5% ột l ng sinh h vào hẩu phần đ gi p gà sinh trưởng tốt, t lệ nu i sống o (100% với h tiêu sinh trưởng h tiêu th n thịt tốt đ t tương đương với nghiệm thứ đối hứng T m l i, vi huẩn ph n giải er tin ản đị nghiên ứu có tiềm ứng ụng th tế nhờ đáp ứng tốt yêu ầu qu n tr ng: gi p xử lý nguồn nhiễm m i trường từ phế phẩm l ng gi s , gi ầm; gi p tái hế iến nguồn phế phẩm thành thứ ăn ổ sung protein với giá trị inh ng tiêu h o cho vật nu i; t o m i trường th n thiện Từ khố: Bacillus megaterium, Brevibacillus parabrevis Kr110, bột lơng sinh học, ch tiêu th n th t tốt, gà thả vƣờn, t l ph n hủy lông iv ABSTRACT Feather and cattle hair were the waste generated in large quantity from livestock and slaughterhouses Because their main component is keratin (90%), they are difficultly degraded and become a serious environmental pollutants Using bacteria to decompose these wastes was a new solution to solve the environmental pollution and used the product as animal supplement feed or bio-fertilizer This dissertation was carried out on contents with 12 experiments to isolate, screen, identify and survey the suitable culture conditions of two selected keratinolytic bacteria isolates that showing the most effective capacity in feather and pig hair degradation and apply one of them for production biological feather meal as feed supplementation for raising backyard chicken A total of 429 indigenous aerobic keratinolytic bacteria were isolated Specifically, 115 keratinolytic bacterial strains were isolated on agar medium with feather powder used as the sole carbon and nitrogen source from 42 samples (soil, waste water and poultry feather) collecting from the poultry slaughterhouse in Can Tho city, Vinh Long and Dong Thap; 225 keratinolytic bacterial strains were also isolated from 126 samples (soil, waste water and pig hair) collecting from the cattle slaughterhouses Especially 89 thermophilic keratinolytic strains were isolated from 23 samples of soil, waste water samples collecting from the poultry processing plants and farm in Vinh Long and Dong Thap All isolated bacteria showed keratinase activity on azokeratin Results of feather degrading capacity analysis showing 115 strains isolated on feather powder media reduced the feather powder from 20,87% to 84,31% after shaking incubation for a week at 37°C; 225 pig hair strains revealed decomposed capacity from 6,27% to 63,38% in pig hair powder decomposition; and 89 thermophilic strains also reduced feather powder in rating from 7.54% to 66.66 % Among these 429 keratinolytic bacteria strains, 26 isolates having the most effective degrading capacity were chosen and i entifie uil ing on ergey’s m nu l om ining 16S rRN gene sequen ing Phylogenetic tree deducing from the 16S rRNA partial gene sequences of 26 selected strains showed a genetic link between them In addition, the identification results noticed that most belonged to Bacilli class (73,08%) and the rest strains as members of Betaproteobacteria class (3,85%), Flavobacteria class (7,69%) and Gammaproteobacteria class (15,38%) v Bacillus megaterium K79, the best strain in decomposing feather and Brevibacillus parabrevis Kr110 as the best for decaying pig hair were chosen to study their suitable culture conditions Results showed that the most effective feather degradation of Bacillus megaterium K79 as well as the best pig hair decomposition of Brevibacillus parabrevis Kr110 were at 35°C and pH8,0 in the medium inoculated with 10% bacteria, using feather or pig hair as the sole nitrogen and carbon source Within 10 weeks, the intact feather incubated with Bacillus megaterium K79 was decayed 100% while Brevibacillus parabrevis Kr110 degraded 38,5% intact pig hair In the chicken raising experiment, biological feather powder produced by incubating feathers with Bacillus megaterium K79 for 10 weeks demonstrated that this product was a microbiological safety product, which was successfully used as an alternative supplemental protein with 2%, 5% and 8% in the diet for backyard chicken Among these diets, rate 5% showed as the best rate that the broilers got good growth with high survival rate (100%) and good carcass ratio comparing to the control In short, the indigenous keratinolytic bacteria from this study showed high applicable potentiality by meeting to three important requirements: supporting for pollution treatment of feather and hair; reprocessing this waste as feed supplementation of protein with high nutritious value and high digestible ability for domestic animal; making friendly environment Keyword: Bacillus megaterium K79, Brevibacillus parabrevis Kr110, backyard chicken, biological feather powder, feather decomposed ratio, good carcass ratio vi MỤC LỤC Trang LỜI ÁM ƠN ii TÓM LƢỢ iii ABSTRACT v DANH SÁCH HÌNH xii ANH SÁ H ẢNG xiv ANH MỤ TỪ VIẾT TẮT xix hƣơng GI I THI U 1.1 Lý chọn đề tài, lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu Những đóng góp đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN T I LI U 2.1 Sơ lƣợc chất thải lông 2.2 Sơ lƣợc keratin 2.3 ác phƣơng pháp ph n giải keratin 2.3.1 Phƣơng pháp lý hóa 2.3.2 Phƣơng pháp sinh học 2.4 Keratinase chế ph n giải keratin vi khuẩn 12 2.6 Vi khuẩn ph n giải keratin 13 2.6.1 Tình hình nghiên cứu giới 13 Tình hình nghiên cứu nƣớc 18 2.7 ác yếu tố ảnh hƣởng đến khả ph n giải keratin, tạo keratinase mật số vi khuẩn ph n giải keratin 18 Ảnh hƣởng chất dinh dƣ ng môi trƣờng nuôi cấy 19 Ảnh hƣởng nhiệt độ pH 22 vii 2.7.3 Ảnh hƣởng thời gian nuôi cấy 24 2.8 Nhu cầu dinh dƣ ng gia cầm 25 2.8.1 Nhu cầu protein 25 2.8.2 Nhu cầu lƣợng 27 2.8.3 Nhu cầu chất xơ 27 2.8.4 Ảnh hƣởng phần protein lên suất sinh trƣởng chất lƣợng th n th t gà 28 2.9 ột lông gia cầm (bột lông vũ) 29 HƢƠNG VẬT LI U V PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU 33 3.1 Sơ đồ khối tổng quát nội dung luận án 33 3.2 Nội dung 1: Khảo sát thực trạng chất thải lông sở giết mổ gia súc gia cầm thành phố ần Thơ, Vĩnh Long Đồng Tháp 34 3 Nội dung 2: Ph n lập, tuyển chọn nhận diện vi khuẩn hiếu khí ph n giải keratin mạnh từ chất thải chăn nuôi chế biến gia súc, gia cầm .34 3.3.1.Vật liệu 34 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 37 3.3 Ph n tích thống kê nội dung nghiên cứu 45 3.4 Nội dung Ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng nuôi cấy đến phát triển, khả ph n hủy lông hàm lƣợng protein chủng sàng đƣợc tuyển từ Thí nghiệm Thí nghiệm 45 3.4 Vật liệu 45 3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 45 3.4.3 Ph n tích thống kê nội dung nghiên cứu 49 3.5 Ủ lông gia cầm với chủng vi khuẩn Bacillus megaterium K79 49 Nội dung 4: Nghiên cứu ứng dụng chủng vi khuẩn ph n hủy mạnh lông gia cầm đƣợc tuyển chọn để chế biến lông gà thành thức ăn bổ sung protein cho gà th t 51 3.6 Vật liệu thí nghiệm 51 3.6 Phƣơng pháp thí nghiệm 55 3.6 ác ch tiêu theo d i 56 3.6 Ph n tích hóa học 59 viii ... CẦN THƠ QUÁCH TH TH NH T M PH N LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN PH N GIẢI KER TIN TRONG CHĂN NUÔI LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã ngành: 62 42 01 07 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU... chủng vi khuẩn Bacillus megaterium K79 thành bột lông sinh h c dùng ni gà thả vườn Tổng cộng có 429 chủng vi khuẩn hiếu khí địa phân hủy chất thải l ng phân lập Trong đ 115 hủng vi huẩn phân giải... nhận diện vi khuẩn hiếu khí ph n giải keratin mạnh từ chất thải chăn nuôi chế biến gia súc, gia cầm 64 Kết ph n lập, tuyển chọn nhận diện số chủng vi khuẩn có khả ph n giải keratin lông