rhizobium, tổng hợp về công nghệ sản xuất chế phẩm
và quản lý chất lượng sản phẩm
1. Giới thiệu và mục tiêu
Nghiên cứu và đào tạo này là một phần nội dung của dự án CARD 013/06VIE “Thay thế phân bón hoá học N bằng chế phẩm vi sinh cố định đạm cho cây họ đậu tại Việt nam để tăng lợi nhuận cho nông dân và bảo vệ mội trường”. Mục tiêu của khoá đào tạo này là để thực hiện các nghiên cứu liên quan đến nhận diện, sự tồn tại của các chủng vi sinh vật cốđịnh đạm của Việt nam, Úc và một số nước khác. Tham gia trong việc tổng hợp, xem xét công nghiệp sản xuất chế phẩm vi sinh cho cây họ đậu và hệ thống quản lý chất lượng sản phẩm tại Úc và chuẩn bị
cho tài liệu chỉ dẫn thực hành áp dụng cho sản xuất chế phẩm nhiễm cho cây họ đậu và dự thảo quản lý chất lượng để áp dụng tại Việt nam.
Nghiên cứu thực hiện tại Khoa Nông nghiệp, Thực phẩm và Tài nguyên Thiên nhiên tại trường Đại học Sydney từ ngày 20 đến ngày 28 tháng 11 và từ 15 đến 20 tháng 12. Tại Trung tâm Nghiên cứu Chế phẩm Vi sinh cho Cây Họ Đậu (ALIRU), Sở Các nghành Công nghiệp Cơ bản NSW, Gosford.
2. Các hoạt động
Bộ các chủng vi khuẩn cố định đạm cho cây đậu tương và lạc bao gồm 34 chủng có nguồn gốc từ Úc, Mỹ, Achentina, Hàn Quốc và Việt nam đã được sử dụng trong quá trình nghiên cứu. Các chủng này đầu tiên được cấy ria trên môi trường YEM có bổ sung Cogo red trong vònh 7 ngày để xác định tính thuần chủng . Các chủng này sau đó được cấy chuyền trên môi trường YEM để giữ giống và thực hiện các nghiên cứu.
Nhận diện các chủng vi sinh vật cốđịnh đạm: trong nghiên cứu và sản xuất các chế phẩm vi sinh vật nói chung và chế phẩm vi sinh cố định đạm nói riêng, sự
nhận diện các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng. Trong quá trình cấy chuyền vi sinh vật rất nhiều khả năng vi sinh vật bị tạp nhiễm và có thể xảy ra quá trình thay
đổi về di truyền dẫn đến sự thay đổi hoạt tính sinh học. Nhận diện các chủng bao gồm nhận diện về hình thái, nhận diện về bản chất di truyền của chủng. Các nhận diện về hình thái bao gồm: các đặc tính hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào. Các chủng (34 chủng) đã được xác định về hình thái khuẩn lạc trên môi trường YEM, tiến hành nhuộm Gram và quan sát hình thái tế bào thông qua kính hiển vi. Các chủng này cũng được tiến hành PCR. Các bước bao gồm ly trích DNA, nhân PCR 16S rDNA, kiểm tra sản phẩm DNA trên gel agarose. Nghiên cứu này đang được tiếp tục với nội dung giải mã gien sử dụng bộ genome của Úc.
71
Tổng hợp về sản xuất, quản lý chất lượng chế phẩm vi khuẩn cố định đạm và
đề xuất cho Việt nam
Sản xuất chế phẩm vi sinh cốđịnh đạm: Có rất nhiều bài viết về công nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh cốđịnh đạm. Than bùn là cơ chất được sử dụng nhiếu nhất trong sản xuất, ở dạng khử trùng và không khử trùng. Chế phẩm trên nền chất mang than bùn khử trùng vẫn được lựa chọn nhiều hơn bởi vì chúng có chứa số
lượng tế bào sống trong chế phẩm nhiều hơn 100 lần so với chế phẩm trên nền than bùn không khử trùng. Số lượng tế bào đạt tới 109 tế bào/g. Tại Úc hầu hết các chế phẩm vi sinh cốđịnh đạm sử dụng chất mang than bùn khử trùng mặc dù
đòi hỏi của thị trường có thay đổi (chế phẩm trên hạt, chế phẩm hạt áp dụng vào
đất). Than bùn được khử trùng bằng tia gamma. Tuy nhiên phương pháp khử
trùng này đắt tiền và có thể là một vấn đề cho các nhà sản xuất vừa và nhỏ tại Việt nam. Cần có khảo sát về việc khử trùng bằng tia gamma, đặc biệt xem xét khía cạnh hiệu quả kinh tế. Nếu số lượng tế bào ít ở thời điểm sản xuất thì số lượng tế
bào sẽ giảm mạnh trong quá trình bảo quản do ảnh hưởng của các vi sinh vật tạp nhiễm. Các tính chất tốt của than bùn dùng cho sản xuất được liệt kê như sau: - Khả năng giữ nước cao
- Không độc tốđối với rhizobium
- Dễ dàng khử trùnh bởi autoclave hoặc tia gamma - Nguồn cơ chất dồi dào và không đắt tiền
- Dính tốt trên hạt
- Có khả năng ổn định pH
- Có khả năng trao đổi anion và cation
Bên cạnh đó các chủng cũng cần lựa chọn về các đặc tính sau: - Hình thành nốt sần và cốđịnh N cho các cây cộng sinh - Cạnh tranh tốt với các chủng rhizobium đã có sẵn trong đất
- Cốđịnh đạm với khoảng rộng về kiểu gen của cây chủ và thích ứng đối với nhiều vùng sinh thái khác nhau
- Hình thành nốt sần và cốđịnh đạm trong môi trường đất có nitrat - Duy trì ổn định di truyền
- Không bịảnh hưởng bởi các chất hoá học dùng trong nông nghiệp
Tiêu chuẩn của chế phẩm cốđịnh đạm cho cây họđậu
Chất lượng của chế phẩm vi sinh cố định đạm có thể được định nghĩa bởi một phức hợp gồm nhiều yếu tố. Các yếu tốảnh hưởng đến chất lượng trên nền chất mang than bùn đã được mô tả bởi Roughley và Pulsford (1982) và hình thành một nền tảng cho việc kiểm tra chất lượng được thực hiện bởi “Đơn vị Nghiên cứu vi sinh cốđịnh đạm cho cây họđậu của Úc” (ALIRU). Chúng bao gồm:
72 - Hiệu quả cốđịnh đạm
- Ẩm độ
- Số lượng vi sinh vật tạp nhiễm
Tiêu chuẩn của Úc:
Tiêu chuẩn được xây dựng trên cơ sở số lượng tế bào sống được nhiễm lên trên hạt. Trong thực tế áp dụng thì số lượng được diễn đạt số lượng rhizobium/g sản phẩm và do đó liều lượng nhiễm cần phải được xem xét khi tiêu chuẩn được tính toán. Tiêu chuẩn 109 tế bào/g than bùn được tính toán dựa trên tiêu chuấn 108 tế
bào/g ở lúc bán. Tiêu chuẩn ở lúc bán thì được tính toán sao cho tối thiểu có 300 tế bào/hạt (Roughley 1964; Date 1970). Năm 1964 Roughley đề xuất tăng tiêu chuẩn từ 100 lên 300 tế bào/hạt. Sau đó thì tiêu chuẩn tăng lên 1000 tế bào/hạt. Sự
thay đổi này do công nghệ sản xuất được cải thiện dần lên.
Tiêu chuẩn thì thông thường được thiết lập dựa trên 2 khả năng: lý thuyết và thực tế áp dụng. Tiêu chuẩn hiện tại của chế phẩm tại Úc được trình bày trong bảng 1 dưới đây.
Bảng 1. Tiêu chuẩn hiện tại của chế phẩm vi sinh cố định đạm cho cây họ đậu tại úc Sản phẩm Số lượng Số lượng lúc hết hạn Hạn sử dụng (tháng/kể từ khi kiểm tra) Than bùn (cfu/g) Dịch thể (cfui/ml) Hạt (MPN/g)
Đông khô (cfu/lọ)
≥1x 109 ≥5x 109 ≥1x 107 ≥1x 1012 ≥1x 108 ≥1x 109 ≥1x 106 ≥1x 1011 12-18 6 6 6 Chất lượng và thời hạn sử dụng của chế phẩm cốđịnh đạm tại Úc (2004-2008) Chế phẩm trên nền chất mang than bùn: Các chế phẩm đã được thu thập tại nơi phân phối hàng và số lượng rhizobium được xác định bở ALIRU. Số lượng vi sinh vật tạp nhiễm thì có mặt trong tất cả các nhóm và tỷ lệ nhiễm ở các đợt sản xuất thay đổi trong khoảng 9.8% - 26.3%. Điều này chỉ ra rằng tạp nhiễm xảy ra ngay cả khi trộn sinh khối với than bùn hoặc là có vi sinh vật tạp nhiễm trong than bùn sau khi khử trùng. Tỷ lệ chế phẩm không đạt chất lượng thì nhỏ hơn nhiều tỷ
lệ này. Khi so sánh các số liệu này với các số liệu đã được kiểm tra khi xuất xưởng thì có sự khác biệt. Sự khác biệt này là do bảo quản. Nhiệt độ bảo quản ở
các mẫu này khác nhau, có nơi trong phòng lạnh nhưng có nơi ở nhiệt độ thường.
Điều này chứng tỏđiều kiện bảo quản là một vấn đề chính để bảo đảm chất lượng sản phẩm. Một số mẫu thì đã hết hạn sử dụng và những mẫu này không đật tiêu chuẩn.
73
Chế phẩm hạt và đông khô: Tiêu chuẩn quốc gia hiện tại là tối thiểu 106 rhizobium/g ở lúc hết hạn sử dụng. Tuy nhiên nhiều mẫu không đạt mức này. Chất lượng chế phẩm phụ thuộc rất nhiều vào ẩm độ sản phẩm và do đó yếu tố
môi trường rất quan trọng. Một trong những lợi điểm quan trọng nhất của chế
phẩm đông khô là không có vi khuẩn tạp nhiễm trong sản phẩm bên cạnh thời gian bảo quản dài. Các sản phẩm đông khô của Úc có thời gian bảo quản đến 1.8 năm đối với fafa bean.
Sản xuất và các vấn đề chất lượng tại Việt nam
Một trong những kết quả giá trị nhất của dự án này là xác định được hai chủng vi sinh cốđịnh đạm cho đậu tương và lạc để áp dụng vào sản xuất chế phẩm tại Việt nam. Tuy nhiên công nghệ sản xuất cần được cải thiện. Cho đến nay thì sản xuất chế phẩm tại Việt nam phụ thuộc vào các viện nghiên cứu, chất lượng hiện tại thay đổi 104-109 cfu/g, tỷ lệ mẫu đạt số lượng cao là ít. Chất lượng chế phẩm thay
đổi rất lớn phụ thuộc vào chất lượng than bùn sử dụng, ẩm độ và mức độ vô trùng của than bùn. Chất lượng cũng phụ thuộc vào trình độ sản xuất giữa các viện nghiên cứu. Trong tương lai gần chúng ta cần chọn lọc nguồn than bùn ổn định cho sản xuất, xác định chếđộ khử trùng than bùn và xác định chếđộ bảo quản sản phẩm trong khi cung cấp. Vấn đề xác định tiêu chuẩn cho sản xuất hết sức quan trọng, điều này bảo đảm chất lượng sản phẩm cho người nônmg dân. Tiêu chuẩn cần được ban hành bởi chính phủ trong khi sự kiểm tra chất lượng cần áp dụng mô hình của Úc nghĩa là một đơn vịđộc lập thực hiện.
2. Kết luậnvà kiến nghị
- Chuyến đi đã thực hiện được các nghiên cứu về nhận diện rhizobium. Một số thí nghiệm sẽ tiếp tục được thực hiện đểđủ cơ sở cho một xuất bản khoa học
- Đã tìm hiểu công nghệ sản xuất chế phẩm cố định đạm tại Úc, tiêu chuẩn quốc gia và thực hiện quản lý chất lượng. Trên cơ sở này và các kết quả nghiên cứu của dự án về công nghệ sản xuất, một ấn phẩm về công nghệ sản xuất đang được chuẩn bị, cùng với các vấn đềđặt ra cho công nghệ sản xuất tại Việtnam.
- Hiện nay Việt nam chưa có tiêu chuẩn quốc gia riêng cho chế phẩm vi sinh cố định đạm. Dựa vào các kết quả kiểm tra chất lượng chế phẩm và các kinh nghiệm
đã học được từ công tác này của Úc, chúng tôi đang hoàn tất soạn thảo tiêu chuẩn và thực hành quản lý chất lượng chế phẩm vi khuẩn cốđịnh đạm áp dụng tại Việt nam và đậ trình lên chính phủ xem xét.
____________________________________
Người báo cáo: Trần Yên Thảo