Luận văn thạc sĩ Sinh học: Phân lập, tuyển chọn một số chủng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum trong rễ cây ngô tại một số địa điểm của tỉnh Đăk Nông

Chia sẻ: Trang Lê | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

210
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu đề tài: phân lập và tuyển chọn được một số chủng Azospirillum cố định đạm trong rễ cây ngô, xây dựng qui trình nhân sinh khối một số chủng Azospirillum có hoạt tính cố định đạm làm phân sinh học chuyên dụng cho cây ngô.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Sinh học: Phân lập, tuyển chọn một số chủng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum trong rễ cây ngô tại một số địa điểm của tỉnh Đăk Nông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN NGUYỄN TIẾN DŨNG PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM Azospirillum TRONG RỄ CÂY NGÔ TẠI MỘT SỐ ĐỊA ĐIỂM CỦA TỈNH ĐĂK NÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC BUÔN MA THUỘT, NĂM 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN NGUYỄN TIẾN DŨNG PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM Azospirillum TRONG RỄ CÂY NGÔ TẠI MỘT SỐ ĐỊA ĐIỂM CỦA TỈNH ĐĂK NÔNG Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 604230 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Sinh học Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Anh Dũng BUÔN MA THUỘT, NĂM 2011
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Người cam ñoan Nguyễn Tiến Dũng
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn tất khóa luận này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới: Trường Đại học Tây Nguyên, các Phòng ban và Khoa chức năng ñã tổ chức ñào tạo, quản lý và tạo ñiều kiện thuận cho tôi hoàn tất khóa học và luận văn. Các thầy, cô giáo trong và ngoài trường ñã nhiệt tình giảng dạy và cung cấp những kiến thức quý báu trong suốt khóa học. PGS. TS Nguyễn Anh Dũng, người quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành khóa luận. PGS. TS Nguyễn Hữu Hiệp thuộc viện nghiên cứu và phát triển Công Nghệ Sinh học, trường Đại học Cần Thơ ñã có những trao ñổi quý báu và tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành khóa luận. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Bộ môn Sinh học thực vật, Bộ môn SHTN, Bộ môn khoa học ñất, Trại thực nghiệm Khoa Nông Lâm và Phòng thí nghiệm CNSH&MT là các ñơn vị ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi thực hiện và hoàn tất khóa luận. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể cán bộ, giáo viên trường THCS Tô Hiệu, huyện Krông Ana, tỉnh Đăklăk ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi thực hiện và hoàn tất khóa luận. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể lớp Cao học Sinh học thực nghiệm K03 ñã cùng tôi san sẻ những buồn vui, cùng tôi học tập và trao ñổi kiến thức trong suốt khóa học. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới em Nguyễn Xuân Tài lớp Khoa học cây trồng K2007, em Lê Thị Hương lớp Cử nhân Sinh K2007 ñã cùng tôi tham gia nghiên cứu ñề tài. Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những người thân trong gia ñình ñã luôn quan tâm, tin tưởng, ñộng viên tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn. Buôn Ma Thuột, tháng 09 năm 2011 Nguyễn Tiến Dũng
iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài .................................................................................. 1 2. Mục tiêu của ñề tài ......................................................................................... 2 3. Ý nghĩa của ñề tài ........................................................................................... 2 PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 3 1.1 Giới thiệu về cây ngô .................................................................................... 3 1.1.1 Phân loại thực vật ...................................................................................... 3 1.1.2 Đặc ñiểm hình thái cây ngô ....................................................................... 3 1.1.3 Yêu cầu sinh thái của cây ngô ................................................................... 4 1.1.3.1 Yêu cầu nhiệt ñộ ..................................................................................... 4 1.1.3.2 Yêu cầu về ánh sáng ............................................................................... 4 1.1.3.3 Yêu cầu về nước ..................................................................................... 5 1.1.3.4 Yêu cầu về ñất ........................................................................................ 5 1.1.3.5 Yêu cầu chế ñộ không khí trong ñất ........................................................ 5 1.1.4 Vai trò các chất dinh dưỡng với cây ngô ................................................... 6 1.1.4.1 Vai trò của ñạm ...................................................................................... 6 1.1.4.2 Vai trò của lân ........................................................................................ 6 1.1.4.3 Vai trò của kali ....................................................................................... 6 1.1.4.4 Vai trò các nguyên tố vi lượng ................................................................ 7 1.2 Tổng quan về vi khuẩn cố ñịnh Nitơ (N)....................................................... 7 1.2.1 Vi khuẩn cố ñịnh N tự do........................................................................... 7 1.2.1.1 Vi khuẩn cố ñịnh N tự do hiếu khí .......................................................... 7 1.2.1.2 Vi khuẩn cố ñịnh N tự do kỵ khí Clostridium ......................................... 9 1.2.2 Vi khuẩn cố ñịnh N cộng sinh .................................................................... 9 1.2.2.1 Các vi khuẩn sống cộng sinh với cây họ Đậu .......................................... 9 1.2.2.2 Các vi khuẩn sống cộng sinh với cây không thuộc họ Đậu .................... 10
iv 1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nuớc................................................................ 13 1.4 Nghiên cứu trong nước ............................................................................... 15 PHẦN II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................... 17 2.1 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 17 2.2 Vật liệu và ñịa ñiểm nghiên cứu ................................................................. 17 2.2.1 Vật liệu và thiết bị nghiên cứu ................................................................. 17 2.2.2 Địa ñiểm nghiên cứu................................................................................ 18 2.2.3 Thời gian nghiên cứu ............................................................................... 18 2.3 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 18 2.3.1 Phương pháp thu mẫu .............................................................................. 18 2.3.2 Phương pháp phân lập ............................................................................. 18 2.3.3 Phương pháp mô tả ñặc ñiểm hình thái, ñặc ñiểm sinh học của các chủng Azospirillum ..................................................................................................... 20 2.3.4 Phương pháp xác ñịnh khả năng tạo IAA của các chủng Azospirillum ..... 20 2.3.5 Phương pháp tuyển chọn các chủng Azospirillum có khả năng cố ñịnh ñạm bằng nghiên cứu thử nghiệm trên cây ngô ........................................................ 21 2.3.6 Phương pháp ñịnh danh các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn bằng kỹ thuật PCR ......................................................................................................... 23 2.3.7 Phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình nhân sinh khối của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn .......................................................................... 23 2.3.7.1 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ...................................................................... 23 2.3.7.2 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum .............................................................................. 25 2.3.7.3 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của tốc ñộ lắc ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ........................................................................................... 25 2.3.7.4 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ............................................................... 25
v 2.3.7.5 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum .............................................................................. 25 2.3.8 Phương pháp ñánh giá khả năng cố ñịnh ñạm của các chủng vi khuẩn Azospirillum ñược tuyển chọn trên ñồng ruộng................................................. 26 2.3.9 Phương pháp xử lý số liệu thống kê ......................................................... 28 PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 29 3.1 Phân lập các chủng vi khuẩn Azospirillum trong rễ cây ngô tại một số ñịa ñiểm của tỉnh Đăk Nông ................................................................................... 29 3.2 Mô tả ñặc ñiểm hình thái, ñặc ñiểm sinh học của các chủng Azospirillum .. 30 3.3 Kết quả nghiên cứu xác ñịnh khả năng tạo IAA của các chủng Azospirillum ......................................................................................................................... 34 3.4 Kết quả tuyển chọn các chủng Azospirillum có khả năng cố ñịnh ñạm bằng nghiên cứu thử nghiệm trên cây ngô ................................................................. 37 3.4.1 Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñến sinh trưởng của cây ngô trong bầu ñất .............................................................................................................. 37 3.4.2 Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñến hàm lượng ñạm trong lá ngô 41 3.4.3 Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñến hàm lượng diệp lục trong lá 43 3.5 Kết quả ñịnh danh các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn bằng kỹ thuật PCR .................................................................................................................. 45 3.6 Nghiên cứu xây dựng quy trình nhân sinh khối của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ............................................................................................... 46 3.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ........................................................................................... 46 3.6.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum..................................................................................... 47 3.6.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc ñộ lắc ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ..................................................................................................... 49 3.6.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum .............................................................................. 51
vi 3.6.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ...................................................................... 53 3.7 Kết quả ñánh giá khả năng cố ñịnh ñạm của các chủng vi khuẩn Azospirillum ñược tuyển chọn trên ñồng ruộng ..................................................................... 55 3.7.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến sinh trưởng của cây ngô..................................................................... 55 3.7.1.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến chiều cao cây ngô .............................................................................. 55 3.7.1.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến số lá của cây ngô ............................................................................... 58 3.7.1.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến chiều dài lá cây ngô ........................................................................... 61 3.7.1.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến ñường kính gốc ............................................................................................ 63 3.7.1.5 Kết quả xác ñịnh hàm lượng diệp lục trong lá ....................................... 65 3.7.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến năng suất của cây ngô ........................................................................ 66 PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 72 4.1 Kết luận ...................................................................................................... 72 4.2 Kiến nghị .................................................................................................... 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABA Abscisic acid BNF Biological nitrogen fixation bp Base pairs Cs Cộng sự Cl Clo DNA Deoxyribonucleic acid dNTP Deoxyribonucleotide triphotphate ĐC Đối chứng EtBr Ethidium bromide GA Gibberillins IAA Indole - 3 - acetic acid IBA Indole - 3 - butyric acid K2O Kali nguyên chất Mg Magie N Đạm NT Nghiệm thức PCR Polymerase chain reaction PHB Poly hydroxybutyrate P2O5 Lân nguyên chất S Lưu huỳnh VK Vi khuẩn
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Đặc ñiểm hình thái khuẩn lạc của các chủng Azospirillum ................ 30 Bảng 3.2. Kết quả nhuộm gram của các chủng Azospirillum ............................ 33 Bảng 3.3. Giá trị OD530nm ño ñược ở các nồng ñộ IAA pha loãng khác nhau .... 34 Bảng 3.4. Kết quả nghiên cứu khả năng tổng hợp IAA của các chủng Azospirillum (mg/l)........................................................................................... 35 Bảng 3.5. Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây ngô trồng trong bầu ñất.................. 37 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñến sinh khối tươi và khô của cây ngô ............................................................................................................. 39 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñến hàm lượng N tổng số trong lá ngô. ..................................................................................................... 41 Bảng 3.8. Hàm lượng diệp lục trong lá ngô (mg/g) ........................................... 43 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ( x 109 tế bào/ml) ......................................................................... 46 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ( x 109 tế bào/ml) ......................................................................... 48 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tốc ñộ lắc ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ( x 109 tế bào/ml) ................................................................................................ 50 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ( x 109 tế bào/ml) ......................................................................... 52 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ( x 109 tế bào/ml) ......................................................................... 54 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nghiệm thức ñến chiều cao cây (cm) ...................... 56 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nghiệm thức ñến số lá của cây ngô (lá/cây) ............ 59 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nghiệm thức ñến chiều dài lá của cây ngô (cm) ..... 61 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nghiệm thức ñến ñường kính gốc cây ngô (mm) .... 64 Bảng 3.18. Hàm lượng diệp lục trong lá ngô (mg/g) ......................................... 65
ix Bảng 3.19. Các chỉ tiêu năng suất của cây ngô trồng ngoài ñồng ...................... 67 Bảng 3.20. Khối lượng khô 100 hạt và năng suất lý thuyết ............................... 70
x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu ñồ 3.1. Phương trình ñường chuẩn về mối tương quan tuyến tính giữa chỉ số OD530nm và nồng ñộ IAA (mg/l) ................................................................... 35 Biểu ñồ 3.2. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ..................................................................................................... 47 Biểu ñồ 3.3. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ..................................................................................................... 49 Biểu ñồ 3.4. Ảnh hưởng của tốc ñộ lắc ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ......................................................................................................................... 51 Biểu ñồ 3.5. Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum ........................................................................................... 53 Biểu ñồ 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ nuôi cấy ñến sinh khối của các chủng Azospirillum..................................................................................................... 55 Biểu ñồ 3.7. Hàm lượng diệp lục trong lá (mg/g) .............................................. 66 Biểu ñồ 3.8. Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến số hạt/hàng của bắp ngô. ...................................................................................... 68 Biểu ñồ 3.9. Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến chiều dài của bắp ngô................................................................................................ 69 Biểu ñồ 3.10. Ảnh hưởng của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn ñến năng suất lý thuyết. ................................................................................................... 71
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Phân lập vi khuẩn từ môi trường bán ñặc Nfb ................................... 29 Hình 3.2. Kết quả ñiện di DNA của các chủng Azospirillum ñược tuyển chọn .. 45
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Phân vi sinh có nhiều ưu ñiểm so với phân hóa học, ngoài tác dụng nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng, tiết kiệm phân vô cơ, giảm chi phí sản suất thì phân vi sinh còn góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Tuy nhiên tình hình sản xuất phân vi sinh ở nước ta vẫn chưa ñáp ứng ñủ nhu cầu thực tiễn sản xuất của nền nông nghiệp, do quy mô sản xuất nhỏ, chất lượng sản phẩm chưa hoàn thiện và ổn ñịnh. Do ñó, nghiên cứu ñể hoàn thiện và nâng cao chất lượng phân vi sinh là việc làm hết sức cần thiết. Trong ñó, việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật là khâu ñầu tiên và quan trọng trong quy trình tạo ra chế phẩm [5]. Hướng ñến một nền sản xuất nông nghiệp sinh thái bền vững, trong vài chục năm gần ñây ngày càng gia tăng các nghiên cứu vi khuẩn có ích khu trú trong rễ cây trồng không thuộc cây họ ñậu, ñặc biệt ở cây ngũ cốc. Theo Doebereiner, vi khuẩn Azospirillum ở trong rễ cây không gặp phải sự cạnh tranh nguồn Carbon như vi khuẩn khu trú trên bề mặt rễ và có thể cung cấp ñạm cho cây trồng mà không phải nhờ ñến khi tế bào chết [35]. Nhóm Azospirillum là vi khuẩn sống trong rễ các loại cây ngũ cốc như lúa, ngô. Nhóm vi khuẩn này có khả năng cố ñịnh N, tổng hợp nhiều chất kích thích sinh trưởng thực vật IAA, GA3… góp phần nâng cao ñộ phì nhiêu của ñất, kích thích tăng trưởng, tăng năng suất cây trồng, hạn chế bón phân hóa học và phát triển nền nông nghiệp sinh thái bền vững [35] Ở Việt Nam ñã có một số nghiên cứu, phân lập các chủng vi khuẩn thuộc chi Azospirillum trong rễ lúa. Bên cạnh ñó, ngô là một ñối tượng có vòng ñời sinh trưởng và phát triển tương ñối ngắn, ít ñầu tư, hiệu quả kinh tế cao, ñược trồng phổ biến. Tuy nhiên, những nghiên cứu về vi khuẩn cố ñịnh ñạm Azospirillum trong rễ cây ngô còn rất ít. Đặc biệt, hiện nay chưa có một nghiên
2 cứu nào về thành phần loài của chi Azospirillum trong rễ cây ngô tại một số ñịa phương của tỉnh Đăk Nông. Xuất phát từ thực tế ñó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Phân lập, tuyển chọn một số chủng vi khuẩn cố ñịnh ñạm Azospirillum trong rễ cây ngô tại một số ñịa ñiểm của tỉnh Đăk Nông”. 2. Mục tiêu của ñề tài - Phân lập và tuyển chọn ñược một số chủng Azospirillum cố ñịnh ñạm trong rễ cây ngô. - Xây dựng qui trình nhân sinh khối một số chủng Azospirillum có hoạt tính cố ñịnh ñạm làm phân sinh học chuyên dụng cho cây ngô. 3. Ý nghĩa của ñề tài Ý nghĩa khoa học Xác ñịnh ñược một số chủng Azospirillum có khả năng cố ñịnh ñạm, sống nội sinh trong rễ cây ngô. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của ñề tài là cơ sở cho việc lựa chọn các chủng Azospirillum sống nội sinh trong rễ cây ngô có hoạt tính cố ñịnh ñạm ñể sản xuất phân vi sinh có hiệu quả, nâng cao ñộ phì nhiêu của ñất, hạn chế bón phân hóa học, tăng năng suất cây ngô và góp phần phát triển một nền nông nghiệp sinh thái bền vững.
3 PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về cây ngô 1.1.1 Phân loại thực vật Ngô có tên khoa học là Zea mays L (Zea: Từ Hi Lạp ñể chỉ cây ngũ cốc và từ Mays là từ “Mahix” tên gọi cây ngô của người bản ñịa da ñỏ [7]. Cũng có thể Mays là từ “Maya” tên một bộ tộc da ñỏ ở vùng Trung Mỹ - xuất xứ của cây ngô) [18]. Cây ngô thuộc: Ngành : Maopholiophyta Lớp : Liliopsida Bộ : Poales Chi : Zea Loài : Mays 1.1.2 Đặc ñiểm hình thái cây ngô [7],[15],[16] Rễ ngô: trong quá trình sinh trưởng phát triển, cây ngô có 3 loại rễ. Đó là: rễ mầm, rễ ñốt và rễ chân kiềng. Thân ngô: thân ñặc, ñường kính thân khoảng 2 – 4cm tùy thuộc vào giống, mùa vụ và trình ñộ thâm canh, thân có nhiều lóng. Trong ñiều kiện bình thường ngô cao từ 1,8 – 2m, từ khi mọc ñến khi cây có 6 – 7 lá thân phát triển chậm, từ lúc 8 – 9 lá ñến nhú cờ, nở hoa cây phát triển nhanh và ñến khi hoa ñực phơi màu, bắp phun râu cây vẫn tiếp tục lớn. Sau khi thụ phấn thì thân ngừng phát triển. Lá ngô: gồm có lá mầm, lá thân, lá ngọn và lá bẹ. Lá ñược chia thành các bộ phận như: bẹ lá, phiến lá và thìa lá. Phiến lá rộng và dài, mép lá gợn sóng, có nhiều lông tơ. Gân lá song song. Lá mang bắp có chiều dài dài nhất. Hoa ngô: gồm hoa ñực (bông cờ) và hoa cái. Bông cờ có nhiều nhánh, mỗi nhánh có nhiều hoa xếp thành từng chùm, mỗi chùm có hai hoa, mỗi hoa có 3 nhị ñực, mỗi nhị ñực có 1 bao phấn, một bao phấn có hai ô, một ô chứa từ 1000 – 2500 hạt phấn. Hoa cái sinh ra từ nách lá gồm có lõi bắp có nhiều ñốt
4 ngắn có lá bao bi, mỗi hoa cái có một râu. Hoa cái mọc từng ñôi trên hoa tự. Mỗi chùm hoa có hai hàng hoa nhưng hoa thứ hai bị thoái hóa chỉ một hoa hình thành hạt, một ñôi chùm hoa cho hai hàng hạt nên hàng hạt ở trên bắp luôn luôn chẵn. Hạt ngô: thuộc loại quả dĩnh, gồm các bộ phận chính là vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ, phía dưới của hạt có gốc hạt là phần dính liền hạt với lõi ngô. Hạt ngô ñược hình thành gồm các giai ñoạn: từ thụ phấn ñến chín sữa là 10 – 15 ngày, từ chín sữa ñến chín sáp là 15 – 20 ngày và từ chín sáp ñến chín hoàn toàn là 10 – 15 ngày. 1.1.3 Yêu cầu sinh thái của cây ngô [18],[22] 1.1.3.1 Yêu cầu nhiệt ñộ Ngô là cây trồng ưa khí hậu ẩm, nhiệt ñộ thích hợp vào khoảng 200C - 28 0 C. Nhiệt ñộ có thể ảnh hưởng ñến thời gian sinh trưởng của cây ngô. Trong cả chu kỳ sống cũng như trong từng thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây ngô cần một lượng tích nhiệt nhất ñịnh. Đủ lượng nhiệt cây mới sinh trưởng phát triển bình thường. Tùy vào từng giống khác nhau mà cần một lượng nhiệt khác nhau. Giống càng chín muộn thì cần lượng tích nhiệt càng cao. 1.1.3.2 Yêu cầu về ánh sáng Ngô là cây có nguồn gốc nhiệt ñới thuộc nhóm cây ngày ngắn. Ánh sáng là yếu tố quan trọng cho sinh trưởng và phát triển của cây ngô, tạo ñiều kiện thuận lợi cho quá trình tích luỹ chất dinh dưỡng và ảnh hưởng ñến ñộ dài của quá trình sinh trưởng. Trung bình cần 12 giờ chiếu sáng/ngày. Nghiên cứu phản ứng của cây ngô với ñộ dài ngày cho thấy cây ngô hình thành các kiểu hình thái khác nhau. D.Azit ñã chỉ ra rằng: Các giống ngô ở châu Âu do kết quả chọn lọc ñã hoàn thành ñược chu kỳ ánh sáng trong ñiều kiện ngày dài, loại trừ ñược yêu cầu ngày ngắn. Cuperman và Razumov cho rằng rút ngắn thời gian chiếu sáng ban ngày ñến 12 giời sẽ thúc ñẩy sự trổ cờ và hình thành bắp. Ánh sáng ảnh hưởng ñến sinh trưởng của cây ngô ở hai mặt là số giờ chiếu sáng và chất lượng ánh sáng. Những tia sáng dài ñã kìm hãm sự sinh
5 trưởng của cây ngô, các tia sáng ngắn lại thúc ñẩy sự phát triển. Nghiên cứu của Cuperman ñã xác ñịnh thời gian chiếu sáng và chất lượng ánh sáng ñã gây ảnh hưởng rất lớn ñến sự phát triển của bắp và bông cờ của cây ngô. Trong ñiều kiện chiếu sáng bằng ánh sáng trắng và xanh lam thì sự phát triển của cây diễn ra nhanh nhất. Trong diều kiện chiếu sáng bằng ánh sáng ñỏ thì sự phát triển của bông cờ hầu như không bị ảnh hưởng nhưng sự hình thành của bắp chậm lại. Ánh sáng lục kìm chế sự sinh trưởng và phát dục của bắp. 1.1.3.3 Yêu cầu về nước Ngô là cây trồng cạn, bộ rễ ngô phát triển rất mạnh, hút nước khỏe và sử dụng tiết kiệm nước. Cây ngô sinh trưởng nhanh tạo ra sinh khối lớn. Do vậy cây cần một lượng nước rất lớn. Trung bình cây ngô trong một chu kỳ sống cần khoảng 200 lít nước ñể sinh trưởng và phát triển. Ở các thời kì sinh trưởng khác nhau cây ngô yêu cầu lượng mưa và lượng nước tưới khác nhau. Cây ngô không chịu ñược úng, ñộ ẩm của ñất quá cao, lớn hơn 80% có ảnh hưởng xấu ñến sinh trưởng phát triển của cây ngô, ñặc biệt là từ lúc cây mọc ñến khi cây ñược 8 lá. Vào giai ñoạn này chỉ cần ngập nước 1 – 2 ngày cây ngô cũng có thể bị chết úng. Ẩm ñộ thích hợp khoảng 70%. 1.1.3.4 Yêu cầu về ñất Đất rất quan trọng trong sản xuất ngô, ñất trồng ngô phải tơi xốp, nhiều mùn, hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ thoát nước, tầng canh tác dày, pH từ 6 – 7, thuận lợi cho việc tưới nước vào mùa khô và tiêu nước vào mùa mưa. Hầu hết, ngô ñược trồng ở trên ñất cạn, không ngập nước, ñất có thành phần cơ giới nhẹ, ñất cát pha, trên các loại ñất vụ trước trồng các cây họ ñậu, hoặc các cây phân xanh cải tạo ñất. 1.1.3.5 Yêu cầu chế ñộ không khí trong ñất Để thu hoạch sản lượng ngô cao, ngoài việc cung cấp nước và dinh dưỡng còn phải chú ý ñến chế ñộ không khí ở trong ñất. Chế ñộ không khí ảnh hưởng gián tiếp thông qua nhiều khâu khác nhau như là vi sinh vật, quá trình biến ñổi hóa học trong ñất. Cây ngô ñặc biệt là rễ ngô phát triển tốt trong ñiều kiện háo
6 khí, nếu ñất chặt bí thiếu tơi xốp thì rễ ngô phát triển kém, ăn nông, rễ ngắn ít lông hút, khả năng hút dinh dưỡng khoáng và nước kém. Dẫn ñến tình trạng cây ngô thiếu dinh dưỡng sẽ sinh trưởng, phát triển kém. 1.1.4 Vai trò các chất dinh dưỡng với cây ngô [16],[18],[22] 1.1.4.1 Vai trò của ñạm Đạm là yếu tố dinh dưỡng quan trọng nhất, ñóng vai trò tạo năng suất và chất lượng của ngô, 66% ñạm ñược tích luỹ trong hạt. Cây ngô hút ñạm tăng dần từ khi cây có 3 – 4 lá tới trước trổ cờ. Ở nước ta, một số kết quả nghiên cứu cho thấy thời kỳ hút ñạm mạnh nhất là 6 – 12 lá và trước khi trổ cờ, nếu các giai ñoạn này mà thiếu ñạm thì năng suất giảm rõ rệt. Triệu chứng thiếu ñạm ở ngô: cây thấp, lá nhỏ có màu vàng, các lá già có vệt xém ñỏ, cây sinh trưởng chậm, cằn cỗi, cờ ít, bắp nhỏ, năng suất thấp. 1.1.4.2 Vai trò của lân Lân có vai trò quan trọng với cây ngô tuy nhiên khả năng hút lân ở giai ñoạn cây non lại rất yếu. Thời kỳ 3 – 4 lá, cây ngô hút không ñược nhiều lân, ñó là thời kỳ khủng hoảng lân của ngô, nếu thiếu lân trong giai ñoạn này sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Cây ngô hút nhiều lân nhất ( khoảng 62% tổng lượng lân yêu cầu) ở thời kỳ 6 – 12 lá sau ñó giảm ñi ở các thời kỳ sau. Triệu chứng thiếu lân của ngô biểu hiện bằng màu huyết dụ trên bẹ lá và gốc cây, trái cong queo. Trường hợp thiếu nặng lá sẽ chuyển vàng và chết. Hiện tượng này xảy ra ở lá già trước, sau ñó chuyển sang lá non và phổ biến ở ngô vụ ñông trong ñiều kiện thời tiết khắc nghiệt. 1.1.4.3 Vai trò của kali Kali có vai trò rất quan trọng tới sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của ngô. Kali tích luỹ nhiều ở thân, lá (khoảng 80%) và tích luỹ trong hạt ít hơn. Cây ngô hút kali mạnh ngay từ giai ñoạn sinh trưởng ban ñầu. Từ khi cây mọc tới trổ cờ ngô ñã hút khoảng 70% lượng kali cây cần. Thiếu kali, protein và sắt sẽ tích tụ gây cản trở quá trình vận chuyển chất hữu cơ. Thiếu kali là nguyên nhân rễ ngang phát triển mạnh, rễ ăn sâu kém phát
7 triển, do ñó cây dễ ñổ. Thiếu kali thể hiện ở các triệu chứng như chuyển nâu và khô dọc theo mép và chóp lá, bắp nhỏ, nhiều hạt lép ở ñầu bắp (bắp ñuôi chuột) và năng suất thấp. 1.1.4.4 Vai trò các nguyên tố vi lượng Đối với cây ngô, các chất vi lượng thường thiếu là kẽm và molypñen. Thiếu kẽm lá có màu trắng (bệnh bạch tạng), giữa các gân lá có những dải màu vàng sáng, các lóng ngắn lại. Hiện tượng thiếu kẽm thường xảy ra trên ñất kiềm, nghèo mùn, ñất giàu lân dễ tiêu hay bón quá nhiều lân. Thiếu molypñen lá chuyển xanh nhạt, lá non teo lại và héo, nặng hơn lá ngọn không bung ra ñược, có nhiều vết xém vàng. 1.2 Tổng quan về vi khuẩn cố ñịnh Nitơ (N ) Vi sinh vật cố ñịnh N có một vai trò quan trọng trong chu trình tuần hoàn N2 và cung cấp một lượng N ñáng kể cho cây trồng. Theo tính toán của các nhà khoa học, các nhóm vi sinh vật cố ñịnh N BNF (Biological nitrogen fixation) có thể cung cấp tới 240 x 106 tấn N/năm trên cả hành tinh, gấp 6 lần lượng N mà cả thế giới sản xuất bằng con ñường hóa học. Vi sinh vật cố ñịnh N là các nhóm vi sinh vật có khả năng chuyển hóa khí N2 dồi dào trong không khí (79%) thành dạng NH4+ cung cấp cho cây. Vi khuẩn cố ñịnh N gồm có hai nhóm lớn:[5]. - Vi khuẩn cố ñịnh N tự do gồm: + Vi khuẩn cố ñịnh N tự do hiếu khí: Azotobacter và Beijerinskia sp. + Vi khuẩn cố ñịnh N kỵ khí: Vi khuẩn thuộc nhóm Clostridium. - Vi khuẩn cố ñịnh N cộng sinh như cộng sinh với rễ cây họ ñậu Rhizobium, cộng sinh với rễ lúa Azoarcus, ... 1.2.1 Vi khuẩn cố ñịnh N tự do 1.2.1.1 Vi khuẩn cố ñịnh N tự do hiếu khí