Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân Khoa học Sinh học: Ảnh hưởng của vi khuẩn lam cố định Nitơ lên sự nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96

Chia sẻ: Hoang Linh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

166
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân Khoa học Sinh học: Ảnh hưởng của vi khuẩn lam cố định Nitơ lên sự nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96 nghiên cứu vai trò tích cực của vi khuẩn lam cố định nitơ lên cây đậu tương ở giai đoạn nảy mầm để sử dụng chúng như một biện pháp sinh học nâng cao hiệu suất nảy mầm, sức sống, chịu đựng của mầm. Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân Khoa học Sinh học: Ảnh hưởng của vi khuẩn lam cố định Nitơ lên sự nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA SINH HỌC ¶NH H¦ëNG CñA VI KHUÈN LAM Cè §ÞNH NIT¬ LªN Sù N¶Y MÇM CñA GIèNG §ËU T¦¥NG §T 96 kho¸ luËn tèt nghiÖp Ngµnh : Cö NH¢N KHOA HäC SINH HäC Gi¸o viªn híng dÉn : PGS.TS. NguyÔn §×nh San Sinh viªn thùc hiÖn : Lª Thïy Linh Líp : 48B – Sinh häc M· sè sinh viªn : 0753022611 Lời cảm ơn 1
Để hoàn thành được khoá luận tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè và gia đình. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Đình San, người thầy mà tôi luôn kính trọng, thầy đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong tổ Sinh lý hoá sinh nói chung và các thầy cô trong phòng thí nghiệm Sinh lý hoá sinh nói riêng đã góp ý, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, các anh chị Cao học, những người đã luôn ở bên, động viên tôi trong những lúc khó khăn nhất. Dù đã cố gắng hết sức, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, khoá luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 5 năm 2011 Tác giả Lê Thuỳ Linh 2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VKL Vi khuẩn lam VKL CĐN Vi khuẩn lam cố định đạm Lô 1 100% nước cất ( Đối chứng) Lô 2 100% dung dịch BG 11 không đạm ( Đối chứng) Lô 1A – 1B 25% dịch vẩn vi khuẩn lam + 75% nước cất Lô 2A – 2B 50% dịch vẩn vi khuẩn lam + 50% nước cất Lô 3A – 3B 75% dịch vẩn vi khuẩn lam + 25% nước cất Lô 4A 4B 100% dịch vẩn vi khuẩn lam Chủng A Nostoc calcicola Breb.ex Born.et Flah Chủng B Cylindrospermum licheniforme Kuetz.ex Born.et Flah SS( %) So sánh % X Giá trị trung bình DANH MỤC CÁC BẢNG 3
Bảng 1.1: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương trên thế giới......................21 Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương của Việt Nam..................22 Bảng 2.1: Thành phần môi trường BG11:.............................................................24 Bảng 3.1 Sinh khối VKL sau 15, 30 và 45 ngày............................26 Bảng 3.2 : Tốc độ sinh trưởng tuyệt đối của VKL...............................................27 Bảng 3.3 : Tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96...............................29 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của VKL đến chiều dài thân mầm (mm):...........................30 Bảng 3.5 : Ảnh hưởng của VKL đến đường kính thân mầm (mm).......................33 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên cường độ hô hấp...........................36 của hạt nảy mầm ở giống đậu tương ĐT 96........................................................36 Bảng 3.7 : Ảnh hưởng của dich vẩn VKL CĐN lên hoạt độ catalaza của hạt đậu tương ĐT 96 ( đơn vị catalaza)..............................................................................38 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 : Sinh khối của VKL sau 15, 30 và 45 ngày.......................................27 Biểu đồ 3.2: Tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96 sau 24, 48, 72 giờ...29 Biểu đồ 3.3: Chiều dài thân mầm giống đậu tương ĐT 96.............................32 Biểu đồ 3.4 : Đường kính thân mầm đậu tương ĐT 96..................................34 Biểu đồ 3.5: Cường độ hô hấp của hạt đang nảy mầm giống đậu tương ĐT 96..37 Biểu đồ 3.6: Hoạt độ catalaza của hạt đang nảy mầm giống đậu tương ĐT 96....40 4
MỤC LỤC MỞ ĐẦU..............................................................................................................7 CHƯƠNG I ..........................................................................................................9 TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................................................9 1.1. Vài nét về vi khuẩn lam cố định nitơ ..............................................................9 1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lam ( VKL )............................................................9 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển, cố định Nitơ của VKL .............................................................................................................................10 1.1.3. Ứng dụng của VKL trong sản xuất.............................................................12 1.2. Vài nét về cây đậu tương...............................................................................15 1.2.1. Đặc điểm phân loại học, hình thái cây đậu tương.......................................15 1.2.1.1. Đặc điểm phân loại học..........................................................................15 1.2.1.2. Đặc điểm hình thái cây đậu tương : [1],[5]................................................16 1.2.2. Nguồn gốc của cây đậu tương ..................................................................16 1.2.4. Các đặc điểm sinh thái cây đậu tương........................................................18 * Nhiệt độ:...........................................................................................................18 * Độ ẩm..............................................................................................................19 * Chất dinh dưỡng................................................................................................19 1.2.5. Giá trị cây đậu tương...................................................................................20 1.2.6. Tình hình sản xuất đậu tương....................................................................21 1.2.6.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới :............................................21 1.2.6.2.Hiện trạng sản xuất đậu tương tại Việt Nam...........................................22 CHƯƠNG II........................................................................................................23 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG .................................................................................23 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................23 2.1. Đối tượng.....................................................................................................23 2.1.1. Chủng vi khuẩn lam....................................................................................23 5
2.1.2. Giống đậu tương đậu tương ĐT 96.............................................................23 2.2. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................24 2.3. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................24 2.3.1. Nuôi cấy vi khuẩn lam ..............................................................................24 2.3.2. Bố trí thí nghiệm .......................................................................................25 2.3.3. Xử lý hạt giống ..........................................................................................25 2.4. Phương pháp xử lý số liệu ...........................................................................26 CHƯƠNG III.......................................................................................................26 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................................................26 3.1. Kết quả theo dõi sinh khối tảo lam sau 15 ngày, 30 ngày và 45 ngày:.............26 3.2. Ảnh hưởng của VKL lên tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96:...........28 Chỉ tiêu chiều dài thân mầm phản ánh sức sống và tốc độ sinh trưởng của mầm. Kết quả thu được thể hiện qua bảng 3.4:.............................................................30 3.4. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên tăng trưởng đường kính của thân mầm giống đậu tương ĐT 96........................................................................................33 3.5. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL đến cường độ hô hấp hạt nảy mầm giống đậu tương ĐT 96.........................................................................................................35 3.6. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên hoạt độ catalaza ở hạt đang nảy mầm của giống đậu tương ĐT96.........................................................................................38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..................................................................................41 A Kết luận:.........................................................................................................41 B Đề nghị...........................................................................................................42 6
MỞ ĐẦU Trong tự nhiên, vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là sinh vật nhỏ bé, quang tự dưỡng. Trong chúng có một số loài có khả năng cố định đạm, chuyển nitơ tự do sang dạng nitơ sử dụng được như amonium (NH4). Ngoài ra, trong quá trình tạo ra NH4, vi khuẩn lam cố định Đạm còn tạo ra các chất có hoạt tính sinh học cao kích thích sự sinh trưởng phát triển và năng suất của thực vật bậc cao. Nhờ có các khả năng này vi khuẩn lam được ứng dụng như một loại phân bón sinh học hữu hiệu. Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam những loại vi khuẩn lam để làm giàu đạm cho đất ngày càng được đầu tư nghiên cứu, sử dụng. Những nghiên cứu, ứng dụng vi khuẩn lam lên quá trình nảy mầm, sinh trưởng phát triển và năng suất của một số cây như lúa, ngô, lạc… đều cho kết quả khả 7
quan. Điều đó cho thấy, khả năng ứng dụng của vi khuẩn lam vào thực tiễn sản xuất là rất lớn. Ngày nay, ô nhiễm môi trường đã trở thành vấn đề nan giải đối với con người, trong đó có nguyên nhân do lạm dụng quá mức phân bón hoá học trong thời gian dài và không có khoa học. Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng những loại phân bón có nguồn gốc sinh học, thân thiện với môi trường như vi khuẩn lam cố định đạm là rất có ý nghĩa. Nước ta là nước nông nghiệp, có các điều kiện thích hợp cho nhiều loại cây trồng phát triển, đặc biệt là những cây lương thực, hoa màu. Trong đó, cây đậu tương là một trong những loại cây trồng chính, có giá trị kinh tế cao, đây là nguồn thực phẩm giàu dưỡng chất cho con người và nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Vì vậy, việc nâng cao chất lượng cũng như sản lượng đậu tương có ý nghĩa lớn. Trong các giai đoạn phát triển của cây đậu tương, giai đoạn nảy mầm là giai đoạn có vai trò nền móng cho sự phát triển của cây sau này và trong sản xuất thời kỳ mọc mầm có tính quyết định đến số lượng cây trên đơn vị diện tích và ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất. Để đánh giá rõ nét hơn vai trò của vi khuẩn lam lên quá trình nảy mầm đối với cây trồng chúng tôi tiếp tục nghiên cứu đề tài : “Ảnh hưởng của vi khuẩn lam cố định Nitơ lên sự nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96”. Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu vai trò tích cực của vi khuẩn lam cố định nitơ lên cây đậu tương ở giai đoạn nảy mầm để sử dụng chúng như một biện pháp sinh học nâng cao hiệu suất nảy mầm, sức sống, chịu đựng của mầm. Để đạt được những mục tiêu nhiệm vụ của đề tài là: Nuôi 2 chủng vi khuẩn lam cố định Đạm để thu sinh khối làm thí nghiệm. Chuẩn bị giống đậu tương để tác động lên sự nảy mầm của hạt. 8
Nghiên cứu thời gian nuôi vi khuẩn lam cố định đạm để làm thí nghiệm. Tìm hàm lượng vi khuẩn lam tươi trong dịch vẩn thích hợp có tác dụng tối ưu lên sự nảy mầm. CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vài nét về vi khuẩn lam cố định nitơ 1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lam ( VKL ) VKL (Cyanobacteria) trước đây gọi là tảo lam (Cyanophyta) là những cơ thể nguyên thuỷ, tế bào của chúng chưa có cấu trúc nhân điểm hình giống 9
như vi khuẩn, nhưng khác vi khuẩn ở chỗ chúng có sắc tố quang hợp nên tự dưỡng được. Cùng với vi khuẩn trong sinh giới, người ta xếp chúng vào nhóm cơ thể chưa có cấu trúc nhân điển hình (Procaryota). Xét về cấu trúc hình thái, cơ thể tảo lam thường gặp các mức độ sau: đơn bào, tập đoàn (kiểu palmelloid), dạng sợi và dị sợi. Tế bào cơ thể đơn bào thường có dạng hình cầu, hình trụ hoặc hình elip có hoặc không có màng nhầy. Ở cơ thể tập đoàn các tế bào sau khi phân chia lại tập hợp lại để thành dạng mới. [7], [19] VKL chứa các sắc tố: diệp lục a, B- caroten và phycobiliprotein (gồm phycocyanin, allophycocyanin và phycoerythrin). Sản phẩm quang hợp là glycogen, các chất dự trữ: tinh bột tảo lam (cyanophycin), hạt volutin (polyphosphat), các hạt carboxysome. [7] Chất nguyên sinh ở VKL đậm đặc hơn ở các loài thực vật khác, chúng chứa rất ít không bào, thường chứa không bào khí. Không bào khí thường gặp ở các loài có đời sống trôi nổi, và thường xuất hiện nhiều khi cường độ ánh sáng tăng lên, trong trường hợp này chúng có vai trò tán xạ ánh sáng để tế bào khỏi bị đốt nóng. [7] Ở VKL còn có các tế bào dị hình, đó là các tế bào với màng tế bào dày, có màu vàng hay không màu, không chứa các hạt dự trữ. Tế bào dị hình có nhiều cách phân chia khác nhau, được coi là tế bào sinh sản, cơ quan liên kết, điều chỉnh sự hình thành bào tử và sự cố định Nitơ tự do. Tế bào dị hình có nhiều ở những tảo lam đa bào ví dụ ở Nostocales và Stgonematales [7], [19]. Một số tảo lam có khả năng cố định Đạm khí quyển, những loài này hầu hết đều có tế bào dị hình và thích ứng với lối sống trên mặt đất.[20] Tảo lam phân bố khắp nơi trên Trái Đất. Đại bộ phận tảo lam sống trong nước ngọt và hình thành phù du thực vật của các thuỷ vực. Một số phân bố trong nước mặt giàu chất hữu cơ, hoặc trong nước lợ. Ngoài môi trường nước tảo lam còn thấy trên đá, trên vỏ cây, ở trong đất chứa chất hữu cơ. Tảo lam cộng sinh với nấm hình thành địa y.[20] 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển, cố định Nitơ của VKL * Các yếu tố vật lý 10
Nhiệt độ: VKL thuộc loại ưa nhiệt, nhiều loài có khả năng chịu giá lạnh, mặt khác chúng có khả năng phát triển ở nhiệt độ cao, thậm chí ở trong các hồ nước nóng (có thể tới 87oC). Nhiệt độ tối ưu tối ưu cho sinh trưởng của VKL vào khoảng 3035 0C, tuy nhiên có một số loài có khả năng phát triển bình thường ở 40oC. Sự dao động nhiệt độ ảnh hưởng tới sinh khối, thành phần khu hệ và khả năng sinh sản của VKL.[19],[20]. Ánh sáng: Ánh sáng là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sự sinh trưởng của VKL. Theo nhiều tác giả VKL đặc biệt mẫn cảm với cường độ chiếu sáng, được coi là loài kém ưa sáng. Sự sinh trưởng của VKL bị ức chế dưới ánh sáng cường độ cao. Tuy nhiên có một số loài như Anabaena cylidrica sự sinh trưởng và cố định đạm tăng khi cường độ chiếu sáng là 16000 lux trong 1314 giờ chiếu sáng.[19] Độ ẩm và nước: Đây là 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến thành phần loài và mật độ VKL trong đất. Độ ẩm và nước quy định nhiệt độ đất, độ hoà tan và nồng độ các muối, hàm lượng CO2, O2 trong đất, là điều kiện có tính chất quyết định đến hoạt động sống của VKL * Các nhân tố hoá học : Độ pH của môi trường: PH là yếu tố quan trọng xác định thành phần của VKL trong đất. VKL được tìm thấy rất ít trong đất, nước có độ pH thấp hơn 4,4. pH từ trung tính đến kiềm thích hợp nhất cho sự tăng trưởng của VKL, kém tăng trưởng khi pH thấp hơn 6,5. PH tối ưu cho sinh trưởng của VKL 6,5 7,0. Tuy nhiên 1 số loài sinh trưởng và phát triển bình thường trong môi trường pH = 5,0 – 6,0 thậm chí 3,5 6,5. [8], [12]. Phot pho : Nhu cầu P đối với sinh trưởng tối ưu của VKL khác nhau giữa các loài khi không có các yếu tố bên ngoài giới hạn (Kuhl 1974, Rohode 1984). Theo Stewart và cộng sự (1970) thì hoạt tính khử acetylen của VKL thấp khi thiếu Photpho và khi thêm phôtpho hoạt tính nitrogenaza tăng trong 1530 phút. Theo 11
Fogg và cộng sự (1973) sự sinh trưởng của VKL CĐN hầu hết bị hạn chế bởi pH thấp và thiếu phôtpho. [19] Cacbon: Sinh trưởng của VKL phụ thuộc vào nồng độ CO2 trong không khí. Nồng độ CO2 tối thích cho sự phát triển của VKL trong điều kiện chiếu sáng thích hợp là 0,1% ở 150C; 0,25% ở 20oC. Sự đồng hoá sẽ dừng lại ở mức nồng độ CO2 0,5%. [19] Nitơ: Nhu cầu nitơ của VKL lớn hơn nhu cầu Photpho, nhưng trong điều kiện tự nhiên nitơ không phải là chất dinh dưỡng chủ yếu giới hạn sinh trưởng của VKL. Mặc dù nhiều VKL có khả năng lấy nitơ khí quyển và không phụ thuộc vào nguồn nitơ liên kết, song tất cả chúng đều có khả năng sử dụng Nitơ liên kết để phát triển. Mặt khác Nitơ liên kết ở nồng độ cao lại ức chế sinh trưởng của VKL. Dạng đạm Urê, amon, nitrat ức chế mạnh quá trình cố định đạm. [19] Molipden: Mo là nguyên tố cần thiết đối với tất cả các VKL trong quá trình phát triển của chúng. Mo là thành phần của enzim Nitrogenaza, đây là enzim xúc tác quá trình cố định Đạm ở VKL cũng như ở các loài sinh vật khác. Mo còn tham gia vào thành phần của enzim Nitrat reductaza – enzim xúc tác quá trình trao đổi hydratcacbon, các hợp chất lân, qúa trình tổng hợp diệp lục và vitamim. [12], [19]. * Các nhân tố khác: Nhu cầu Canxi đối với sinh trưởng VKL nhiều hơn nhu cầu Nitơ liên kết (Fay 1962). Nguyên tố Magie rất cần thiết cho việc tổng hợp Nitrogenaza và glutamim. Phản ứng cố định Nitơ chỉ xảy ra khi có Magie. Các ion Mn, Co, Fe, Ni có thể thay thế Mo, nhưng Cu, Zn lại kìm hãm quá trình này. [19] Ngoài ra tác động đến sự sinh trưởng của VKL còn có yếu tố sinh học và các hoạt động canh tác của con nguời. 1.1.3. Ứng dụng của VKL trong sản xuất Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nghiên cứu và sử dụng VKL với nhiều mục đích khác nhau ngày càng được đẩy mạnh. VKL đã lôi cuốn 12
được sự chú ý của nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau như: thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, hoá sinh học, công nghệ sinh học, trồng trọt… Những năm gần đây một số VKL ( Spirulina platenisis, Spirulina maxina…) được tập trung sản xuất trên quy mô công nghiệp để thu sinh khối nhằm bổ sung lượng protein cần thiết cho chăn nuôi và cho con người. Tảo xoắn Spirulina plantensis đã được nuôi trồng ở nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam theo quy mô công nghiệp. Tại Việt Nam, tảo Spirulina đã được nuôi thử ở quy mô khá lớn từ nguồn nước khoáng ở Bình Thuận hoặc từ nguồn nước thải của nhà máy phân đạm Bắc Giang. Việc nuôi cấy tảo Spirulina từ nước thải của các bể khí sinh học có thể phát triển rộng ở các vùng nông thôn để vừa góp phần cải thiện môi trường sống vừa tạo ra nguồn thức ăn bổ sung cho nghề nuôi trồng thủy sản. [17] Tảo lam đã được dùng làm thức ăn cho người từ rất lâu ở nhiều nước trên thế giới, người ta đã chứng minh tảo có tác dụng rất tốt với vận động viên thể thao và trẻ em. Ở nước ta cũng đã thử nghiệm đưa Spirulina vào khẩu phần ăn cho bộ đội (30g tảo khô/ ngày). Đã sử dụng rộng rãi tảo trong chăn nuôi gà và cho kết quả tốt, làm tăng màu làm đỏ trứng và làm thịt vàng, gà sinh trưởng tốt và ít mắc bệnh. Kết quả thí nghiệm tại trại gà Cầu Diễn với tỉ lệ 1% tảo bổ sung đã cho kết quả tốt và cũng đã sử dụng tảo để nuôi thuỷ sản, tăng tỷ lệ nuôi sống cá bột trong điều kiện nuôi với mật độ cá dày. [17] Hiện nay ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề báo động, VKL được sử dụng như tác nhân hữu hiệu trong việc sử lý các nguồn nước thải, chúng góp phần loại trừ các chất độc hại, làm tăng hàm lượng oxy trong nước, có ý nghĩa đối với qúa trình hô hấp của rễ thực vật. Vai trò quan trọng của VKL trong nghề trồng lúa liên quan trực tiếp với khả năng cố định N của chúng, tức là khả năng khử N phân tử (N 2) khí quyển thành amonium (NH4) mà sau đó chúng được sử dụng cho sinh vật tổng hợp axit amin và protein. Các hợp chất chứa N có thể được thực vật bậc cao đồng hoá, cuối cùng được thoát ra đất, sau khi tế bào VKL chết, và sự khoáng hoá hoặc Nitrat hoá sẽ diễn ra tiếp theo. [3] 13
Hiện tại đã xác định được khoảng 250 loài VKL có khả năng cố định đạm. VKL sống tự do có khả năng cố định từ 2030 kg N/ h năm [6]. Ở vùng ôn đới, lượng Nitơ do VKL đưa lại cho đất đạt 1724 kg/năm; ở vùng nhiệt đới tới 90kg/năm, đó là kết quả hoạt động của các loài thuộc các chi Nostoc, Anabaena, Calothrix, Tolypothrix [7]. Ngoài cố định N phân tử VKL còn tiết ra các chất có hoạt tính sinh học cao có tác dụng kích thích sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Vì vậy VKL cố định đạm được nhiều nước sử dụng như một nguồn đạm sinh học. Những chủng VKL lam có hoạt tính CĐN cao đã được sản xuất thành các chế phẩm dùng để lây nhiễm cho ruộng lúa nhằm giảm bớt việc sử dụng phân đạm hoá học. Các thực nghiệp tại một số vùng nông thôn cho thấy mỗi sào lúa có thể tích kiệm được mỗi vụ 23 kg Urê.[17] Trong những thập kỷ gần đây nghiên cứu về sự cố định Nitơ của VKL được tăng lên nhanh chóng và mở rộng trên nhiều địa bàn khác nhau. Việc sử dụng VKL CĐN làm nguồn phân bón cho ruộng lúa cũng như các hoạt động cố định đạm trên các địa phương, lãnh thổ khác nhau giành được sự chú ý của các nhà khoa học đặc biệt ở các nước có vùng trồng lúa như ở châu Á, như Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc…Ở Ấn Độ từ lâu đời ở nhiều địa phương đã có tập quán chia bờ giữ nước ruộng trong thời kỳ ruộng bỏ hoá để tạo điều kiện cho VKL phát triển nhằm tăng độ phì cho đất trước khi gieo trồng. Người Trung Quốc đã thực hiện biện pháp: “Rêu hoá ruộng nước” thực chất là tăng cường sinh khối VKL CĐN tự do. Ở trung Á, Liên Xô cũ thường dùng kênh mương vốn rất giàu VKL làm phân bón. Các nước cộng hoà thuộc Liên Xô cũ thường dùng những khối lượng VKL (vốn làm hồ ao có màu sắc) làm phân bón đều có năng suất cao.[19] Theo tính toán thì gây nhiễm VKL CĐN có thể thay thế cho 60 kg đạm sunfat/ha. Ở Ai Cập gây nhiễm VKL CĐN tự do làm tăng năng suất lúa lên 2030%. Ở Trung Quốc biện pháp lây nhiễm VKL CĐN được mở rộng trên hàng vạn ha lúa, trung bình tăng 1020%. Ở Liên Xô cũ tại các nước Cộng hoà có trồng lúa lây nhiễm Nostoc muscorum và Nostoc punctiforme đã làm tăng năng suất từ 13 20%. [19] 14
Ở việt Nam các công trình nghiên cứu sử dụng VKL CĐN tự do đã được tiến hành tập trung từ thập kỷ 90. Việc lây nhiễm VKL CĐN vào đồng ruộng đã được triển khai và có những kết quả tốt (Dương Đức Tiến 1990, Trần Văn Nhị và cộng sự, 1984, 1991; Nguyễn Thanh Hiền 1991). [19] Trên các ruộng lúa nước huyện Hoài Đức (Hà Nội) trong 3 năm (1988, 1989, 1990) đã thí nghiệm lây nhiễm các loài VKL Aphanothes sp, Nostoc muscorum, Anabaenas phaeria, Fisherrella sp, Scytonema sp với diện tích 240 m2 đến 1ha, lây nhiễm VKL CĐN vao ruộng lúa được tiến hành khi cấy 10 15 ngày. Kết quả cho thấy VKL CĐN có tác dụng tốt tới năng suất lúa tiết kiệm Urê, hàm lượng mùn và N tổng số trong đất ruộng trước và sau khi lây nhiễm. Đáng chú ý là tác dụng kéo dài của VKL và sự tăng dần hiệu ứng của VKL nếu lây nhiễm nhiều lần trên một nền đất. Điều đó cho thấy rằng nếu liên tục lây nhiễm VKL CĐN thì VKL không chỉ là lượng phân đạm thay thế một phần đạm khoáng mà còn là một yếu tố cải tạo và nâng dần độ phì của đất ruộng (về cả chất hữu cơ và và chất đạm). Tuy nhiên VKL CĐN chỉ là yếu tố giúp cho cây trồng tăng năng suất, đấy không phải là nguồn đạm duy nhất cung cấp cho sản xuất. [19] Ngoài những hữu ích đã nêu, một số VKL trong quá trình sống đã tiết ra môi trường những độc tố gây độc cho các sinh vật khác. Khi phát triển mạnh, VKL gây ra hiện tượng nở hoa trong nước, trong các thuỷ vực làm ảnh hưởng tới chất lượng nước. Vì thế chúng có tác dụng có hại hoặc ức chế quá trình sinh trưởng và phát triển của các sinh vật sống trong môi trường nước. 1.2. Vài nét về cây đậu tương 1.2.1. Đặc điểm phân loại học, hình thái cây đậu tương 1.2.1.1. Đặc điểm phân loại học Cây đậu tương Glycine max (L.) Merrill. thuộc : + Họ đậu : Fabaceae + Bộ đậu : Fabales + Phân lớp Hoa hồng : Rosidae + Lớp 2 lá mầm : Dicotyledoneae hay Lớp Ngọc lan Magnoliopsida 15
+ Ngành hạt kín : Angiospermae hay Ngành Ngọc lan Magnoliophyta 1.2.1.2. Đặc điểm hình thái cây đậu tương : [1],[5]. Thân đậu tương: là thân thảo, có màu xanh hoặc tím nhạt. Trên thân có nhiều lông tơ, chiều cao thân thường thay đổi từ 2050 cm, có khi tới 150 cm. Trên thân cây đậu tương chủ yếu là cành cấp 1. Lá đậu tương: gồm có 3 loại lá : hai lá mầm (tử diệp); hai lá đơn mọc đối và các lá kép. Lá kép ( lá thật) có 3 lá chét. Hình dạng lá chét khác nhau tùy giống : có thể hơi dài, hẹp, tròn hình quả trứng hoặc lưỡi mác... Hoa đậu tương: Hoa có màu trắng, tím hoặc tím nhạt. Hoa thường mọc thành chùm, mỗi chùm thường từ 35 hoa, hoa lưỡng tính. Quả đậu tương: thường là quả giáp. Mỗi quả có 14 hạt, thường là 2 hạt; lúc chín quả thường có màu vàng tro hoặc xám đen. Nhiều giống quả có lông tơ bao phủ. Hạt đậu tương: Hạt đậu tương có nhiều hình dáng: tròn bầu dục, trò dài, tròn dẹt, và có nhiều màu sắc: vàng đậm, vàng nhạt, xanh đen, nâu. Vỏ hạt nhẵn bóng hoặc xỉn mỡ. Rễ cây đậu tương: Bộ rễ gồm có rễ chính và nhiều rễ phụ. Rễ chính ăn sâu tới 150 cm, từ rễ chính, các rễ bên mọc sâu xuống còn phát triển ngang tới 40 50 cm. Đặc điểm quan trọng của rễ là hình thành nốt sần với sự cộng sinh của vi khuẩn Rhizobium japonicum. Nốt sần có phẩm chất tốt là loại nốt sần to, màu hồng. Số lượng, trọng lượng và phẩm chất nốt sần có quan hệ chặt chẽ với sự sinh trưởng và năng suất cây đậu tương. 1.2.2. Nguồn gốc của cây đậu tương Cây đậu tương là cây trồng cổ của nhân loại, nguồn gốc cụ thể của nó vẫn chưa được làm rõ. Căn cứ vào các thư tịch cổ Trung Quốc như “Thần nông bản thảo kinh”, “Bản thảo cương mục”, cây đậu tương đã được đề cập đến. Theo đó thì cây đậu tương có nguồn gốc ở phương Đông (Đông Á), được biết đến cách đây 5000 năm, được trồng vào thế kỷ XI trước Công nguyên và được coi là 1 trong 5 cây lương thực cổ đại của Trung Quốc. [14],[16]. Theo một số nhà khoa học cho rằng, cây đậu tương xuất hiện đầu tiên ở lưu vực sông Trường Giang (Trung Quốc) và loại đậu tương trồng (Glycine 16
max) có thể có nguồn gốc từ loài dại (G. ussuriensis). Hiện nay, loài đậu tương dại (G. ussuriensis) được thấy nhiều ở vùng Đông Bắc – Trung Quốc. Từ Trung Quốc, đậu tương được du nhập đến các quốc gia phía đông và đông nam Á khác, chủ yếu là Nhật Bản, Triều Tiên, Việt Nam, Thái Lan, Indonecia...và vùng viễn Đông thuộc Liên bang Nga. Từ phía bắc Trung Quốc cây đậu tương được di thực thâm nhập sang Châu Âu. Châu Âu bắt đầu trồng đậu tương vào khoảng thế kỷ XVIII. Cho đến giữa thế kỷ XX, Trung Quốc là quốc gia sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới (sản xuất 60% sản lượng thế giới). [14] Ở châu Mỹ, cây đậu tương được trồng ở Hoa Kỳ từ năm 1804, nhưng đến năm 1924, mới được trồng chính thức như một cây trồng nông nghiệp sản xuất thức ăn xanh cho gia súc. Do sự thích hợp về điều kiện sống, cộng với nhu cầu thị trường và sự khuyến khích của Chính phủ… sản xuất đậu tương ở Hoa Kỳ tăng trưởng nhanh và đến thập kỷ 60 của thế kỷ XX, Hoa Kỳ đã trở thành quốc gia sản xuất đậu tương dẫn đầu thế giới cả diện tích và sản lượng.[14] 1.2.3. Các giai đoạn sinh trưởng cây đậu tương Tuỳ thuộc vào từng giống và điều kiện ngoại cảnh khác nhau mà các giai đoạn phát triển của đậu tương có thể kéo dài từ 80 đến 140 ngày. Giai đoạn nảy mầm mọc : Giai đoạn này bắt đầu khi hạt hút nước, mầm phôi phát động sinh trưởng, kết thúc khi xoè 2 lá đơn mọc đối trên 2 lá mầm. Giai đoạn này dài hay ngắn là tuỳ thuộc vào giống có thể kéo dài 10 12 ngày mới mọc (vụ xuân); hoặc chỉ 4 5 ngày đã mọc (vụ hè). Trong giai đoạn này, nước cần có sẵn cho hạt hấp thụ, nhiệt độ thích hợp để hạt nảy mầm và trụ mầm dưới phát triển là 25 – 30oC, độ ẩm 65 – 75% trong đất. [14],[2],[18]. Giai đoạn cây non ( giai đoạn sinh trưởng thân lá) Giai đoạn này bắt đầu từ khi có một lá kép và kết thúc căn bản vào thời kỳ nở hoa (giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng), đây là thời kỳ phát triển của thân và lá. Giai đoạn này kéo dài 2040 ngày [5],[16]. Vào thời kỳ đầu của giai đoạn này, cây con sinh trưởng rất chậm, trong khi đó bộ rễ của nó lại phát triển nhanh, các nốt sần trên rễ được hình thành và 17
phát triển. Đến thời kỳ cây chuẩn bị ra nụ, ra hoa thì tốc độ sinh trưởng của cây tăng nhanh lên. Đây cũng là thời điểm cây đậu tương chịu hạn khá nhất. [2], [16], [18] Giai đoạn nở hoa : Đây là thời kỳ quan trọng trong đời sống cây đậu tương. Thời gian ra hoa kéo dài 15 20 ngày, có trường hợp kéo dài đến 40 ngày. Khác với các cây trồng khác, đồng thời với ra hoa, cây đậu tương vẫn phát triển mạnh về thân, lá, rễ [18]. Đây cũng là thời kỳ cây đậu tương mẫn cảm nhất với điều kiện ngoại cảnh. Thời tiết thuận lợi cho việc nở hoa là lúc nhiệt độ đạt 25 – 28 oC, độ ẩm không khí khoảng 75 – 80%. [2] Giai đoạn hình thành quả và hạt : Giữa thời ra hoa và hình thành quả hạt không có ranh giới rõ ràng (thường thấy cả nụ, hoa, quả trên cùng một cây). Lúc các chùm quả non đã xuất hiện thì các chất dinh dưỡng trong thân, lá được vận chuyển về làm cho hạt mảy dần, lúc này sự sinh trưởng của cây bắt đầu chậm lại. Tốc độ tích luỹ chất hữu cơ của hạt tăng nhanh đều cho đến khi hạt chắc.[16], [18]. Giai đoạn hạt chín : Đây là giai đoạn ngắn nhất trong đời sống cây đậu tương và chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ. Hạt đạt tốc độ chín sinh lý khi hạt đã cứng lại và có màu sắc điển hình của giống, vỏ quả đã chuyển sang màu vàng hoặc xám đen [2]. Đậu tương chín cần thời tiết khô ráo, cây có khả năng chịu hạn. Lúc này trong hạt các quá trình chuyển hoá diễn ra mạnh mẽ nhất.[14] 1.2.4. Các đặc điểm sinh thái cây đậu tương * Nhiệt độ: Đậu tương là cây trồng ưa nhiệt độ cao. Tuỳ từng giống mà nhiệt độ tổng số bằng 1700 – 2300oC và nhiệt độ trung bình ngày đêm không dưới 15oC. Nhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc đến sinh trưởng, phát triển và các quá trình sinh lý khác của cây đậu tương. Tuỳ từng giai đoạn khác nhau mà nhiệt độ thích hợp từ 20oC – 28oC. Nhiệt độ thích hợp cho quang hợp ở 25 30oC. Ở nhiệt độ 25 27oC hoạt động của vi khuẩn nốt sần Rhizobium japonicum là tốt nhất. [2],[14], [18]. 18
* Ánh sáng Đậu tương là cây ngắn ngày và là cây rất mẫn cảm với ánh sáng. Chất lượng ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây. Cường độ ánh sáng giảm 50% so với bình thường làm giảm số cành, đốt mang quả và năng suất có thể giảm 50% .[4] Mức độ bão hoà ánh sáng đối với quang hợp của cây đậu tương tuỳ thuộc vào môi trường trồng trọt, trong nhà kính là 20.000 lux, ngoài đồng là 15.000 lux. Trong điều kiện độ dài ngày thích hợp, cây chỉ cần 30% cường độ của bức xạ mặt trời là được, do đó có thể trồng xen đậu tương với các loại cây khác.[18] * Độ ẩm Đậu tương là cây ưa ẩm, nhu cầu về nước của cây đậu tương không đồng đều qua các giai đoạn. Lượng nước cần thiết từ 300 – 400 mm đến 600 mm nước. [14],[18]. Trong thời kỳ nảy mầm, độ ẩm thích hợp là 50%, lượng nước cần hút là 100150% trọng lượng khô của hạt. Thiếu nước vào thời kỳ ra hoa làm hoa rụng nhiều, làm giảm tỉ lệ đậu quả. Giai đoạn hình thành quả, hạt là thời kỳ đậu tương cần nhiều nước nhất, nếu thiếu nước vào thời gian này làm cho năng suất giảm hơn ở các giai đoạn khác.[2] * Chất dinh dưỡng Các nguyên tố N, P, K cần thiết cho cây đậu trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển. Nếu thiếu hoàn toàn hoặc thiếu bất cứ một nguyên tố nào đều ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của cây. Đạm : Nhu cầu về đạm có thể coi là ít nhất so với các cây trồng trong họ đậu khác. Cây đậu tương có thể tự cấp đạm do hoạt động của vi khuẩn nốt sần cố định.[18] Lân : Cây đậu tương cần lân cao hơn đạm. Đủ nhu cầu về lân làm giảm sự rụng hoa, quả non, tăng tỉ lệ quả mảy, hạt chắc, tăng năng suất và chất lượng rõ rệt. Lân ảnh hưởng lên quá trình cố định và tăng cường hoạt động của vi khuẩn nốt sần trong rễ đậu tương. Nhu cầu sử dụng thường là 260 300 kg/ha lân super. Kali : Đối với đậu tương, nhu cầu về kali còn lớn hơn nhu cầu về đạm và lân. Tỉ lệ sử dụng kali tăng dần theo thời gian và cao nhất ở giai đoạn sinh 19
trưởng thân, lá (trước lúc ra hoa), sau đó thấp dần cho đến bắt đầu hình thành hạt và ngừng sử dụng kali vào 2 đến 3 tuần trước khi hạt chín.[2] Vôi : Bón vôi cho đất chua để tạo pH khoảng 6 – 6,5 trung hoà độ chua trong đất, tạo môi trường trung tính cho vi khuẩn nốt sần hoạt động Ngoài các yếu tố đa lượng, cây đậu tương cũng cần các yếu tố vi lượng như Mo, Mn, Cu, Bo, Fe…. để sinh trưởng phát triển bình thường.[2] 1.2.5. Giá trị cây đậu tương Đậu tương là cây công nghiệp ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao, chiếm vị trí quan trọng trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và đa dạng hoá các sản phẩm nông nghiệp. Giá trị kinh tế của đậu tương được quyết định bởi các thành phần chứa trong hạt đậu tương: protein, lipit, hidratcacbon và các khoáng chất. Trong đó protein chiếm 4050 %, lipit 1224% dao động theo từng giống. Giá trị protein của đậu tương đứng hàng đầu trong các cây trồng, đầy đủ và cân đối các loại axit amin thiết yếu cho cơ thể đặc biệt là thành phần lizin và triptophan cao và không có các thành phần tạo colesteron và các dạng axit uric. Lipit của đậu tương còn có một tỉ lệ lớn axit béo chưa no có hệ số đồng hoá cao, có mùi vị thơm ngon (bao gồm 3035% axit oleic, 4555% axit lioleic, 510% linoleic). Trong hạt đậu tương còn chứa sắt, canxi, phốt pho và các thành phần chất xơ tốt cho tiêu hóa, vitamin trong đậu tương có nhiều nhóm B đáng kể là vitamin B1, B2, ngoài ra còn có vitamin PP, E, A, K, D, C...và các loại thành phần muối khoáng khác [11], [18]. Có khoảng 600 loại thực phẩm khác nhau được chế biến từ đậu tương, trong đó khoảng 300 món ăn cổ truyền phương đông như: đậu phụ, tương, sữa đậu nành, xì dầu...hoặc làm các món ăn chế biến cao cấp khác như : socola đậu tương, bánh kẹo, batê, thịt nhân tạo...Ở các nước phát triển, dầu đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp như sử dụng làm xi, sơn, mực in, xà phòng, thuốc trừ sâu, chất dẻo, cao su nhân tạo...[10],[18]. Đậu tương còn được làm thuốc chữa nhiều bệnh như: bệnh đái đường, suy nhược thần kinh, suy dinh dưỡng... Ngoài ra đậu tương còn được sử dụng 20