Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola HN9 - 1a đến sinh trưởng và năng suất giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An

Trường Đại học Vinh<br /> <br /> Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19<br /> <br /> ẢNH HƢỞNG CỦA DỊCH NUÔI CHỦNG VI KHUẨN LAM Nostoc calcicola<br /> HN9-1a ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ NĂNG SUẤT GIỐNG LÚA TÁM THƠM<br /> THỬ NGHIỆM Ở HUYỆN HƢNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN<br /> Nguyễn Đức Diện (1), Nguyễn Lê Ái Vĩnh (1)<br /> Nguyễn Đình San (2), Võ Hành (3)<br /> 1<br /> Viện Công nghệ Hóa Sinh - Môi trường, Trường Đại học Vinh<br /> 2<br /> Viện Sư phạm Tự nhiên, Trường Đại học Vinh<br /> 3<br /> Hội các ngành Sinh học tỉnh Nghệ An<br /> Ngày nhận bài 25/5/2017, ngày nhận đăng 15/10/2017<br /> Tóm tắt. Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy rằng loài vi khuẩn lam Nostoc<br /> calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault (1886) không những có khả năng cố định<br /> nitơ phân tử mà còn tổng hợp nên một số chất kích thích sinh trƣởng thực vật. Bài báo<br /> này trình bày kết quả nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của dịch nuôi chủng Nostoc<br /> calcicola HN9-1a đến sự sinh trƣởng và năng suất giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở<br /> huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An. Việc phun dịch nuôi chủng Nostoc calcicola<br /> HN9-1a vào giai đoạn cây lúa bắt đầu đẻ nhánh và giai đoạn bắt đầu làm đòng đã giúp<br /> tăng diện tích lá, hàm lƣợng diệp lục, cƣờng độ quang hợp, đồng thời ảnh hƣởng tích<br /> cực đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống lúa Tám thơm. Tỷ lệ gia tăng năng<br /> suất thực tế của lúa Tám thơm là 11,99%.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là những vi sinh vật có khả năng quang hợp thải<br /> oxi, phân bố rộng rãi trong đất và nƣớc. Chúng đƣợc xem là những loài vi sinh vật có ích<br /> cho nông nghiệp bởi chúng góp phần tạo nên lớp mùn trên bề mặt đất và nhiều loài có<br /> khả năng cố định nitơ phân tử, bổ sung nguồn đạm cho cây trồng. Một số chi vi khuẩn<br /> lam bao gồm cả chi Nostoc đƣợc đánh giá là phát triển ƣu thế trong đất trồng lúa [4, 8].<br /> Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy loài vi khuẩn lam Nostoc calcicola Brébisson<br /> ex Bornet et Flahault (1886) không những có khả năng cố định nitơ phân tử [4] mà còn<br /> tổng hợp nên chất kích thích sinh trƣởng thực vật nhƣ indole 3-butyric acid (IBA), indole<br /> 3-acetic acid (IAA) [7]. Ở Việt Nam, một số nghiên cứu cho thấy loài Nostoc calcicola<br /> có ảnh hƣởng tích cực đến sự sinh trƣởng của cây lúa [5, 6].<br /> Đối với chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola HN9-1a, nghiên cứu trƣớc đây của<br /> chúng tôi đã cho thấy dịch chiết của nó có tác dụng tích cực lên giai đoạn sinh trƣởng và<br /> phát triển sinh dƣỡng của cây đậu tƣơng [1, 3]. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu<br /> về ảnh hƣởng của dịch nuôi chủng Nostoc calcicola HN9-1a đến sự sinh trƣởng và năng<br /> suất của giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An.<br /> 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Vật liệu nghiên cứu<br /> Giống lúa Tám thơm canh tác trên vùng chuyên canh lúa ở huyện Hƣng Nguyên,<br /> tỉnh Nghệ An đƣợc cung cấp bởi Viện Nông nghiệp Việt Nam.<br /> Email: ducdien78@yahoo.com (N. Đ. Diện)<br /> <br /> 13<br /> <br /> N. Đ. Diện, N. L. Á. Vĩnh, N. Đ. San, V. Hành / Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam…<br /> <br /> Chủng vi khuẩn lam có tế bào dị hình HN9-1a đƣợc phân lập bởi nhóm nghiên<br /> cứu từ đất trồng lúa ở xã Hƣng Xá, huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An trong năm 2013;<br /> đƣợc định loại thuộc loài vi khuẩn lam Nostoc calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault<br /> (1886) [8].<br /> 2.2. Phƣơng pháp tạo dịch nuôi vi khuẩn lam để phun cho lúa<br /> Dịch nuôi vi khuẩn lam bao gồm toàn bộ môi trƣờng lỏng và sinh khối chủng<br /> Nostoc calcicola HN9-1a nuôi trong môi trƣờng BG-11 không đạm. Quá trình tạo dịch<br /> nuôi đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Đầu tiên, chủng vi khuẩn lam đƣợc nuôi trong 10 lít môi<br /> trƣờng BG-11 có đạm với tỷ lệ giống là 20%; sau 15 ngày, toàn bộ sinh khối đƣợc lọc và<br /> chuyển vào bình nuôi chứa 2 lít môi trƣờng BG-11 không đạm; sau 20 ngày tiếp theo,<br /> dịch nuôi vi khuẩn lam chuyển sang trạng thái đậm đặc với sinh khối đạt 2,5 gam khô/lít<br /> tƣơng đƣơng 25 - 40 g tƣơi/lít.<br /> 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của dịch nuôi vi khuẩn lam lên một<br /> số chỉ tiêu sinh lý, sinh trƣởng và năng suất lúa<br /> 2.3.1. Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng<br /> Các thí nghiệm đƣợc triển khai trong vụ Đông Xuân năm 2016 trên đất chuyên<br /> canh lúa có cùng điều kiện thổ nhƣỡng ở xã Hƣng Long, huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ<br /> An. Việc gieo trồng và chăm bón đƣợc thực hiện theo quy trình canh tác lúa với mật độ<br /> trồng 38 khóm/m2; chế độ phân bón cho 500 m2 gồm 200 kg phân chuồng, 10 kg NPK<br /> (8:10:3) và 2 kg urê.<br /> Các công thức thí nghiệm khác nhau về chế độ chăm bón nhƣ sau:<br /> - Công thức đối chứng: Diện tích 500 m2; chỉ chăm bón bình thƣờng theo chế độ<br /> nêu trên.<br /> - Công thức BG-11 không đạm: Diện tích 500 m2; ngoài việc chăm sóc theo chế<br /> độ nêu trên, môi trƣờng BG-11 không đạm đƣợc phun lên lá lúa sau khi cấy 15 ngày (lúa<br /> bắt đầu đẻ nhánh) và sau khi cấy 50 ngày (lúa bắt đầu làm đòng); 2 lít môi trƣờng BG-11<br /> không đạm pha loãng 10 lần (20 lít) đƣợc sử dụng cho mỗi lần phun.<br /> - Công thức Nostoc calcicola HN9-1a: Diện tích 500 m2; ngoài việc chăm sóc<br /> theo chế độ nêu trên, dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đƣợc phun lên lá lúa sau khi<br /> cấy 15 ngày và sau khi cấy 50 ngày; 2 lít dịch nuôi nêu trên pha loãng 10 lần (20 lít)<br /> đƣợc sử dụng cho mỗi lần phun.<br /> 2.3.2. Phương pháp thu thập và phân tích số liệu<br /> Trong mỗi công thức thí nghiệm, 10 khóm lúa đƣợc lấy ngẫu nhiên để thu thập số<br /> liệu. Các chỉ tiêu về diện tích lá, hàm lƣợng diệp lục, cƣờng độ quang hợp đƣợc phân tích<br /> vào giai đoạn lúa đẻ nhánh rộ (sau khi cấy 35 ngày). Bên cạnh đó, kích thƣớc lá đòng<br /> (giai đoạn lúa trƣớc trổ bông) và các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực tế sau<br /> thu hoạch cũng đƣợc đánh giá. Các chỉ tiêu trên đƣợc phân tích theo những phƣơng pháp<br /> hiện hành dùng trong nghiên cứu sinh lý thực vật [2].<br /> Các phép đo đƣợc lặp lại 3 lần cho mỗi chỉ tiêu nghiên cứu. Kết quả thể hiện<br /> trong các bảng là giá trị trung bình của các chỉ số đƣợc nghiên cứu. Mức độ sai khác của<br /> các giá trị trung bình đƣợc kiểm định bởi phân tích ANOVA ở mức α=0,05.<br /> <br /> 14<br /> <br /> Trường Đại học Vinh<br /> <br /> Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU<br /> 3.1. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến diện tích lá lúa<br /> Tám thơm<br /> Diện tích lá và chỉ số diện tích lá là điều kiện cần thiết để cây lúa tiếp thu năng<br /> lƣợng mặt trời, giúp cho quá trình quang hợp đƣợc tiến hành mạnh mẽ. Khi cây lúa đẻ<br /> nhánh rộ, chúng tôi tiến hành đo kích thƣớc 3 lá trên cùng (kí hiệu: lá 1, lá 2 và lá 3 theo<br /> thứ tự từ ngọn xuống), kết quả thu đƣợc thể hiện ở bảng 1.<br /> Bảng 1: Diện tích trung bình của lá lúa giai đoạn đẻ nhánh rộ<br /> Lá 1<br /> <br /> Lá 2<br /> <br /> Lá 3<br /> <br /> Công thức<br /> <br /> DT<br /> (cm2)<br /> <br /> %SS<br /> <br /> DT<br /> (cm2)<br /> <br /> %SS<br /> <br /> DT<br /> (cm2)<br /> <br /> %SS<br /> <br /> Đối chứng<br /> <br /> 27,80<br /> <br /> 100<br /> <br /> 21,97<br /> <br /> 100<br /> <br /> 18,95<br /> <br /> 100<br /> <br /> BG-11 không đạm<br /> <br /> 26,52<br /> <br /> 95,39<br /> <br /> 20,73<br /> <br /> 94,36<br /> <br /> 18,04<br /> <br /> 95,19<br /> <br /> Nostoc calcicola HN9-1a<br /> <br /> 40,54<br /> <br /> 145,82<br /> <br /> 30,04<br /> <br /> 136,73<br /> <br /> 26,01<br /> <br /> 137,25<br /> <br /> (Ghi chú: DT - diện tích; %SS - so sánh với công thức đối chứng theo tỷ lệ phần trăm)<br /> Kết quả ở bảng 1 cho thấy cây lúa Tám thơm đƣợc xử lý bởi dịch nuôi Nostoc<br /> calcicola HN 9-1a có diện tích lá rộng hơn so với đối chứng: Diện tích lá 1 đạt đƣợc là<br /> 40,54 cm2 (đối chứng 27,80 cm2), lá 2 đạt đƣợc là 30,04 cm2 (đối chứng 21,97 cm2), và<br /> lá 3 đạt đƣợc là 26,01 cm2 (đối chứng 18,95 cm2). Nhƣ vậy, dịch nuôi Nostoc calcicola<br /> HN9-1a đã làm tăng diện tích lá 1, lá 2 và lá 3 từ 36,73% đến 45,82% so với đối chứng;<br /> sai khác này có ý nghĩa thống kê ở mức α=0,05. Trái lại, công thức xử lý bằng môi<br /> trƣờng BG-11 không đạm có dấu hiệu ức chế phát triển lá khi chỉ số sinh trƣởng này luôn<br /> thấp hơn so với đối chứng, mặc dù những sai khác này chƣa thực sự rõ ràng.<br /> 3.2. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến hàm lƣợng diệp<br /> lục trong lá lúa Tám thơm<br /> Kết quả phân tích hàm lƣợng diệp lục ở lá lúa Tám thơm trong giai đoạn đẻ<br /> nhánh rộ đƣợc trình bày ở bảng 2.<br /> Bảng 2: Hàm lượng diệp lục trung bình trong lá lúa ở giai đoạn đẻ nhánh rộ<br /> Công thức<br /> <br /> Diệp lục a<br /> mg/g<br /> %SS<br /> <br /> Diệp lục b<br /> mg/g<br /> %SS<br /> <br /> Diệp lục tổng số<br /> mg/g<br /> %SS<br /> <br /> Đối chứng<br /> <br /> 1,497<br /> <br /> 100<br /> <br /> 0,663<br /> <br /> 100<br /> <br /> 2,160<br /> <br /> 100<br /> <br /> BG-11 không đạm<br /> <br /> 1,402<br /> <br /> 93,71<br /> <br /> 0,624<br /> <br /> 94,05<br /> <br /> 2,026<br /> <br /> 93,78<br /> <br /> Nostoc calcicola HN9-1a<br /> <br /> 1,768<br /> <br /> 118<br /> <br /> 0,764<br /> <br /> 115<br /> <br /> 2,532<br /> <br /> 117<br /> <br /> (Ghi chú: %SS - So sánh với công thức đối chứng theo tỷ lệ phần trăm)<br /> <br /> 15<br /> <br /> N. Đ. Diện, N. L. Á. Vĩnh, N. Đ. San, V. Hành / Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam…<br /> <br /> Bảng 2 cho thấy dung dịch BG-11 không đạm đã làm giảm hàm lƣợng diệp lục,<br /> trong khi dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có tác dụng tốt đến sự tổng hợp sắc tố<br /> quang hợp trong lá lúa Tám thơm. Ở cây lúa đƣợc xử lý bởi dịch nuôi vi khuẩn lam, hàm<br /> lƣợng diệp lục a đạt 1,768 mg/g lá, cao hơn 18% so với đối chứng (1,497 mg/g lá); diệp<br /> lục b đạt 0,764 mg/g lá, cao hơn 15% so với đối chứng (0,663 mg/g lá); diệp lục tổng số<br /> (a+b) đạt 2,532 mg/g lá, cao hơn 17% so với đối chứng (2,160 mg/g lá). Những sai khác<br /> về hàm lƣợng diệp lục trong công thức xử lý bởi dịch nuôi vi khuẩn lam so với đối chứng<br /> là có ý nghĩa ở mức α=0,05.<br /> 3.3. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến cƣờng độ quang<br /> hợp của cây lúa Tám thơm<br /> Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng, tổng số chất khô<br /> do quang hợp tạo ra chiếm 90 - 95% tổng số chất khô của thực vật. Các biện pháp canh<br /> tác đều nhằm mục đích tối ƣu hóa hoạt động của bộ máy quang hợp. Cƣờng độ quang<br /> hợp tăng dẫn đến năng suất tăng. Cƣờng độ quang hợp của cây lúa Tám thơm giai đoạn<br /> đẻ nhánh rộ đƣợc trình bày ở bảng 3.<br /> Bảng 3: Cường độ quang hợp trung bình của cây lúa ở giai đoạn đẻ nhánh rộ<br /> Công thức<br /> <br /> Cƣờng độ quang hợp<br /> IQH (mg CO2/g lá)<br /> <br /> %SS<br /> <br /> Đối chứng<br /> <br /> 0,683<br /> <br /> 100<br /> <br /> BG-11 không đạm<br /> <br /> 0,652<br /> <br /> 95,48<br /> <br /> Nostoc calcicola HN9-1a<br /> <br /> 0,964<br /> <br /> 141,14<br /> <br /> (Ghi chú: IQH - cƣờng độ quang hợp; %SS - so sánh với đối chứng theo tỷ lệ phần trăm)<br /> Kết quả ở bảng 3 cho thấy cây lúa đƣợc phun dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a<br /> đạt cƣờng độ quang hợp cao nhất (0,964 mg CO2/g lá), tăng tới 41,14% so với đối chứng<br /> (0,683 mg CO2/g lá), trong khi chỉ số này ở công thức xử lý bằng môi trƣờng BG-11<br /> không đạm giảm 4,52% so với đối chứng. Phân tích ANOVA ở mức α=0,05 cho thấy sự<br /> sai khác có ý nghĩa về cƣờng độ quang hợp giữa các công thức thí nghiệm.<br /> 3.4. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến kích thƣớc lá<br /> đòng của cây lúa Tám thơm giai đoạn trƣớc trổ bông<br /> Lá đòng là lá trẻ nhất (đƣợc tạo ra sau cùng) trên mỗi nhánh lúa, có vai trò quan<br /> trọng trong nuôi dƣỡng bông lúa. Kích thƣớc lá đòng lớn góp phần tăng khả năng thu<br /> nhận ánh sáng và quang hợp của cây. Kích thƣớc lá đòng trong các công thức thí nghiệm<br /> đƣợc thể hiện ở bảng 4.<br /> <br /> 16<br /> <br /> Trường Đại học Vinh<br /> <br /> Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19<br /> <br /> Bảng 4: Kích thước trung bình của lá đòng cây lúa giai đoạn trước trổ bông<br /> Chiều dài lá đòng<br /> Số đo (cm)<br /> %SS<br /> 33,10<br /> 100<br /> <br /> Công thức<br /> Đối chứng<br /> <br /> Chiều rộng lá đòng<br /> Số đo (cm)<br /> %SS<br /> 1,42<br /> 100<br /> <br /> BG-11 không đạm<br /> <br /> 31,92<br /> <br /> 96,43<br /> <br /> 1,36<br /> <br /> 95,77<br /> <br /> Nostoc calcicola HN9-1a<br /> <br /> 38,23<br /> <br /> 115,49<br /> <br /> 1,57<br /> <br /> 110,56<br /> <br /> (Ghi chú: %SS - so sánh với đối chứng theo tỷ lệ phần trăm)<br /> Cây lúa đƣợc phun bằng dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có chiều dài lá đòng<br /> đạt 38,23 cm, cao hơn 15,49% so với đối chứng (33,10 cm); chiều rộng lá đòng đạt 1,57<br /> cm, cao hơn 10,56% so với đối chứng (1,42 cm). Sai khác này có ý nghĩ về mặt thống kê<br /> ở mức tin cậy 95%. Trong khi đó, các cây lúa đƣợc phun bằng môi trƣờng BG-11 không<br /> đạm có kích thƣớc của lá đòng thấp hơn so với đối chứng nhƣng sai khác không có ý<br /> nghĩa, bởi chiều dài lá chỉ thấp hơn 3,57%, chiều rộng lá thấp hơn 4,22% so với đối<br /> chứng.<br /> 3.5. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến năng suất lúa<br /> Tám thơm<br /> Năng suất lúa đƣợc quyết định bởi các yếu tố: số bông/m2, số hạt/bông, tỉ lệ hạt<br /> chắc và khối lƣợng của 1000 hạt. Các yếu tố này có sự liên quan mật thiết với nhau. Số<br /> bông/m2 phụ thuộc vào tỉ lệ đẻ nhánh và mật độ trồng. Khi cây đẻ nhánh mạnh thì số<br /> bông/m2 sẽ tăng. Khi số bông/m2 tăng quá cao thì bông sẽ bé đi, số hạt/bông giảm, tỷ lệ<br /> hạt chắc/bông cũng giảm. Tỷ lệ hạt chắc và trọng lƣợng hạt phụ thuộc vào số hạt/bông.<br /> Giá trị các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lý thuyết và năng suất thực tế của các thí<br /> nghiệm đƣợc thể hiện ở bảng 5.<br /> Bảng 5: Các yếu tố cấu thành năng suất giống Tám thơm<br /> Công thức<br /> <br /> Mật độ<br /> Tổng số Số hạt P1000<br /> Số bông/ Dài<br /> NS LT NSTT<br /> khóm/<br /> hạt/<br /> chắc/ hạt<br /> (tạ/ha) (tạ/ha)<br /> khóm bông<br /> (g)<br /> m2<br /> bông<br /> bông<br /> <br /> Đối chứng<br /> <br /> 38<br /> <br /> 7,2<br /> <br /> 22,01<br /> <br /> 155<br /> <br /> 129<br /> <br /> 25,0<br /> <br /> 88,23<br /> <br /> 76,20<br /> <br /> BG-11 không đạm<br /> <br /> 38<br /> <br /> 7,2<br /> <br /> 21,55<br /> <br /> 150<br /> <br /> 126<br /> <br /> 24,9<br /> <br /> 85,83<br /> <br /> 70,67<br /> <br /> Nostoc calcicola<br /> HN9-1a<br /> <br /> 38<br /> <br /> 8,0<br /> <br /> 24,03<br /> <br /> 167<br /> <br /> 140<br /> <br /> 25,2 107,25 85,34<br /> <br /> (Ghi chú: P1000 - trọng lƣợng của 1000 hạt; NSLT - năng suất lý thuyết;<br /> NSTT - năng suất thực tế)<br /> Số liệu trong bảng 5 thể hiện rằng dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có tác dụng<br /> làm tăng các yếu tố cấu thành năng suất giống lúa Tám thơm. Số bông/khóm, chiều dài<br /> <br /> 17<br /> <br />