Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu vi sinh vật chịu mặn, tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật trên đất trồng cây bưởi Da xanh và cây sầu riêng tại tỉnh Bến Tre

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là phân lập, định danh tên loài chủng vi sinh vật (vi khuẩn) có khả năng chịu mặn, có hoạt tính sinh học (kích thích sinh trưởng thực vật) nhằm hỗ trợ cây ăn quả (cây bưởi Da xanh, cây sầu riêng) phục hồi và phát triển trên đất bị nhiễm mặn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu vi sinh vật chịu mặn, tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật trên đất trồng cây bưởi Da xanh và cây sầu riêng tại tỉnh Bến Tre

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Mai Thị Hồng Hạnh NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT CHỊU MẶN, TỔNG HỢP KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT TRÊN ĐẤT TRỒNG CÂY BƯỞI DA XANH VÀ CÂY SẦU RIÊNG TẠI TỈNH BẾN TRE LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM Hà Nội - năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Mai Thị Hồng Hạnh NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT CHỊU MẶN, TỔNG HỢP KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT TRÊN ĐẤT TRỒNG CÂY BƯỞI DA XANH VÀ CÂY SẦU RIÊNG TẠI TỈNH BẾN TRE Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: TS. Nguyễn Đức Thành Hướng dẫn 2: PGS.TS. Nguyễn Huy Hoàng Hà Nội - năm 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên cao học Mai Thị Hồng Hạnh
ii LỜI CÁM ƠN Luận văn là một phần kết quả của đề tài “Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật phục hồi sản xuất cây ăn quả trên đất bị nhiễm mặn tại tỉnh Bến Tre”, mã số: ĐTĐLCN.29/17 do Bộ Khoa học và Công nghệ cấp kinh phí thực hiện, TS. Nguyễn Đức Thành làm chủ nhiệm đề tài. Phần kết quả nghiên cứu này đã được những người cùng tham gia thực hiện cho phép và sử dụng trong luận văn. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Huy Hoàng và TS. Nguyễn Đức Thành đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn này. Tôi xin được gửi lời chân thành cám ơn tới Ban Giám đốc Học viện Khoa học và Công nghệ, Ban Giám đốc Viện Di truyền Nông nghiệp, cùng các thầy, cô giáo đã trực tiếp giảng dạy, trang bị những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập. Tôi cũng xin được chân thành cám ơn tập thể cán bộ tại Bộ môn Công nghệ Vi sinh - Viện Di truyền Nông nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới tất cả người thân, bạn bè những người luôn bên cạnh động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên cao học Mai Thị Hồng Hạnh
iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Diễn giải ký hiệu, chữ viết tắt 1 BVTV Bảo vệ thực vật 2 Cs Cộng sự 3 CFU Colony forming unit (Số đơn vị khuẩn lạc) 4 CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide 5 DNA Deoxy nucleic acid 6 ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long 7 IAA Indole-3-acetic acid 8 ITS Internal transcribed spacer (Vùng liên gen) 9 LB Luria-Bertani medium (môi trường Luria-Bertani) 10 Nts Nucleotides 11 OD Optical density (Mật độ quang) 12 PCR Polymerase chain reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) 13 PGPR Plant growth-promoting rhizobacteria (Vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng thực vật) 14 VSV Vi sinh vật
iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Kết quả phân lập vi sinh vật có khả năng tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật từ mẫu thu thập tại Bến Tre và một số tỉnh lân cận .............. 31 Bảng 3.2. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật IAA của vi khuẩn chịu mặn bằng phương pháp so màu ........................... 34 Bảng 3.3. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật IAA của chủng vi khuẩn chịu mặn bằng đo mật độ quang ....................... 37 Bảng 3.4. Một số đặc điểm hình thái của chủng vi khuẩn T0906 .................. 39 Bảng 3.5. Một số đặc tính sinh hóa của chủng vi khuẩn T0906 ..................... 41 Bảng 3.6. Kết quả tìm kiếm các trình tự gần gũi trên Ngân hàng Gen ........... 43 Bảng 3.8. Khả năng chịu muối NaCl của chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 trên môi trường Ashby ......................................................................... 47 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 ............................................................................... 48 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy đến chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 trên môi trường Ashby ......................................... 49 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy đến chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 trên môi trường Ashby ......................................... 51
v DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Triệu chứng trên cây (a), trên lá (b) và triệu chứng trên quả bưởi Da xanh (c, d) bị ảnh hưởng của nhiễm mặn tại tỉnh Bến Tre ............................... 9 Hình 1.2. Triệu chứng trên cây (a), trên lá (b), triệu chứng trên hoa (c), quả sầu riêng RI6 (d) bị ảnh hưởng của nhiễm mặn tại tỉnh Bến Tre ..................... 9 Hình 3.1. Tỷ lệ chủng vi khuẩn có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật trên các mẫu thu thập tại 4 tỉnh ....................................................................... 32 Hình 3.2. Một số hình thái khuẩn lạc của chủng vi sinh vật có khả năng chịu muối NaCl ≥ 1%, có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật ...................... 33 Hình 3.3. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp IAA của chủng vi khuẩn bằng phương pháp so màu ....................................................................................... 36 Hình 3.4. Hàm lượng IAA của các chủng vi khuẩn ........................................ 38 Hình 3.6. Kết quả điện di sản phẩm PCR ....................................................... 43 Hình 3.7. Cây phả hệ dựa trên vùng 16S ribosome của vi khuẩn ................... 45 Hình 3.8. Ảnh hưởng của các nồng độ muối NaCl đến sự phát triển của chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 trên môi trường Ashby .......................... 47 Hình 3.9. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến sinh trưởng phát triển của chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 ..................................................... 49 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy đến sinh trưởng phát triển của chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 ..................................................... 50 Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH nuôi cấy đến sinh trưởng phát triển của chủng vi khuẩn Achromobacter sp. T0906 ................................................................ 51
1 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... iv DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ................................................................. v MỤC LỤC ......................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 3 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 3 2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI .................................................. 4 2.1. Mục đích ..................................................................................................... 4 2.2. Yêu cầu....................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 5 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIỆN PHÁP CẢI TẠO ĐẤT NHIỄM MẶN BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT ................................................................. 5 1.2. TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN TẠI TỈNH BẾN TRE........................... 7 1.2.1. Đặc điểm đất nhiễm mặn......................................................................... 7 1.2.2. Nguyên nhân gây mặn............................................................................. 7 1.2.3. Xâm nhập mặn ở tỉnh Bến Tre ................................................................ 7 1.3. NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT CHỊU MẶN, CÓ HOẠT TÍNH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT ........................................................... 10 1.3.1. Khả năng tổng hợp IAA của vi sinh vật................................................ 10 1.3.2. Nghiên cứu vi sinh vật có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật trên thế giới ............................................................................................................. 11 1.3.3. Nghiên cứu vi sinh vật có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật ở Việt Nam ......................................................................................................... 15 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 19 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 19 2.2. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU ......................................... 19 2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 22 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 22
2 2.5.1. Phương pháp phân lập, tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn, tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật ............................................................................... 22 2.5.2. Phương pháp đánh giá hoạt tính tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật của vi khuẩn chịu mặn được nồng độ muối NaCl ≥ 1% ........................... 22 2.5.3. Phương pháp định danh các chủng vi khuẩn tuyển chọn...................... 24 2.5.4. Phương pháp nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn tuyển chọn ....................................................................................................... 28 2.6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ........................................................ 30 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 31 3.1. PHÂN LẬP VI SINH VẬT CÓ HOẠT TÍNH TỔNG HỢP KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT ........................................................... 31 3.2. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH TỔNG HỢP KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT CỦA VI KHUẨN CHỊU MẶN ĐƯỢC NỒNG ĐỘ MUỐI NaCl ≥ 1% ...................................................................................................... 34 3.3. ĐỊNH DANH CHỦNG VI KHUẨN TUYỂN CHỌN CÓ KHẢ NĂNG CHỊU MUỐI NaCl 1%, CÓ HOẠT TÍNH TỔNG HỢP KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT................................................................................... 39 3.3.1. Định danh chủng vi khuẩn tuyển chọn bằng kỹ thuật truyền thống ..... 39 3.3.2. Định danh chủng vi khuẩn tuyển chọn bằng kỹ thuật sinh học phân tử42 3.4. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN ............................................................................................... 46 3.4.1. Khả năng chịu mặn của chủng vi khuẩn T0906 .................................... 46 3.4.2. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy .................................................... 48 3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy ......................................................... 49 3.4.4. Ảnh hưởng của pH môi trường ............................................................. 50 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 52 4.1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 52 4.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 53 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 61
3 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Từ cuối năm 2014, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm cho nền nhiệt độ tăng cao, thiếu hụt lượng mưa, là nguyên nhân gây ra tình trạng hạn hán, xâm nhập mặn, đã gây thiệt hại nặng nề và đe dọa nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt của người dân. Các khu vực bị ảnh hưởng nặng là Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long. Do ảnh hưởng của xâm nhập mặn, nhiều diện tích cây trồng đã bị ảnh hưởng. Ở vụ Mùa và Thu Đông năm 2015, có khoảng 90.000 ha lúa bị ảnh hưởng đến năng suất, trong đó thiệt hại nặng khoảng 50.000 ha (Kiên Giang 34.000 ha, Sóc Trăng 6.300 ha, Bạc Liêu 5.800 ha,..). Vụ Đông Xuân 2015-2016, có 104.000 ha lúa bị ảnh hưởng nặng đến năng suất (chiếm 11% diện tích gieo trồng 8 tỉnh ven biển - đang bị ảnh hưởng nặng của xâm nhập mặn). Dự kiến, trong thời gian tới, diện tích bị ảnh hưởng khoảng 340.000 ha (chiếm 35,5% diện tích 8 tỉnh ven biển). Đến đầu năm 2020, mức ảnh hưởng của xâm nhập mặn được đánh giá còn diễn ra gay gắt hơn so với năm 2015 - 2016. Tính đến ngày 4 tháng 3 năm 2020, đã có 5 tỉnh Kiên Giang, Bến Tre, Tiền Giang, Cà Mau và Long An công bố tình huống khẩn cấp về hạn, mặn. Dù các địa phương đã rút kinh nghiệm từ những đợt hạn, mặn trước đây nhưng vẫn không tránh được thiệt hại. Ở hạ nguồn 3 nhánh sông Mekong gồm sông Tiền, sông Hàm Luông và sông Cổ Chiên, tỉnh Bến Tre là địa phương chịu ảnh hưởng sớm nhất của tình huống nước mặn xâm nhập. Đợt xâm nhập mặn năm 2016 được xem là đợt mặn kỷ lục, 100 năm mới lặp lại thì mùa khô năm 2020 đã phá vỡ mọi kỷ lục được xác lập trước đó. Nếu như năm 2016, nước mặn “âm thầm” xâm nhập vào những ngày người dân đang đón Tết Nguyên đán thì năm 2020 nước mặn xâm nhập sớm hơn năm 2016 khoảng 1 tháng. Bến Tre là một trong những địa phương sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề do biến đổi khí hậu. Đặc biệt, năm 2010, hạn mặn đã làm thiệt hại và giảm năng suất 1.575 ha lúa, bỏ hoang không sản xuất 4.500 ha, thiệt hại và giảm năng
4 suất 10.162 ha cây ăn quả. Theo dự báo của Trung tâm Khí tượng - Thủy văn tỉnh Bến Tre, nhiễm mặn 1‰ trên 3 sông lớn là Hàm Luông, Cửa Đại và Cổ Chiên vào sâu trong đất liền từ 57 - 68 km. Nhiễm mặn 4‰ trên sông Hàm Luông đã và sâu 50km; đặc biệt mặn 1 - 3‰ trên sông Hàm Luông đã tấn công đến vương quốc trái cây đặc sản, hoa kiểng, cây giống Chợ Lách. Trong khi đó, trên sông Cửa Đại mặn 4‰ đã vào sâu gần 50 km, đến xã Quới Sơn, Tân Thạch thuộc huyện Châu Thành; trên sông Cổ Chiên mặn 4‰ lên đến xã Nhuận Phú Tân, Hưng Khánh Trung (khoảng 55 - 60 km). Tình hình thiệt hại do xâm nhập mặn tính đến tháng 3/2016 trên địa bàn tỉnh Bến Tre, diện tích cây ăn quả bị thiệt hại khoảng 1.275 ha (UBND tỉnh Bến Tre, 2016). Xuất phát từ thực tiễn trên, với mong muốn tìm ra giải pháp cải tạo đất giúp cây trồng sinh trưởng phát triển tốt trên nền đất nhiễm mặn, tăng năng suất, chất lượng và đem lại hiệu quả kinh tế cao, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu vi sinh vật chịu mặn, tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật trên đất trồng cây bưởi Da xanh và cây sầu riêng tại tỉnh Bến Tre”. 2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục đích Phân lập, định danh tên loài chủng vi sinh vật (vi khuẩn) có khả năng chịu mặn, có hoạt tính sinh học (kích thích sinh trưởng thực vật) nhằm hỗ trợ cây ăn quả (cây bưởi Da xanh, cây sầu riêng) phục hồi và phát triển trên đất bị nhiễm mặn. 2.2. Yêu cầu Đánh giá khả năng chịu mặn được muối NaCl của các chủng vi khuẩn đã phân lập, tuyển chọn. Định danh chủng vi khuẩn đã phân lập, tuyển chọn dựa vào kỹ thuật truyền thống và kỹ thuật sinh học phân tử (PCR và giải trình tự gen). Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy, nhiệt độ và độ pH đến sự phát triển của chủng vi khuẩn đã phân lập, tuyển chọn.
5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIỆN PHÁP CẢI TẠO ĐẤT NHIỄM MẶN BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT a) Khả năng chống chịu mặn Nhiều nghiên cứu cho thấy sau khi nhiễm nấm cộng sinh vùng rễ như Glomus mosseae, G. intraradices, G. versiform, G. etunicatum, Paraglomus occultum (Selvaraj & Chellappan, 2006; Wu & Zou, 2009; Evelin et al., 2009; Porcel et al., 2011), vi khuẩn như các loài thuộc chi Azospirillum, Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter (Kumar et al., 2001; Khan et al., 2007) lên cây trồng giúp cho cây trồng tăng khả năng chống khô hạn, chống chịu mặn, nhiệt độ, độ ẩm và pH cực đoan và hàm lượng kim loại nặng. Cây nhiễm vi sinh vật có ích thì có thể chống chịu được với độ mặn trong đất hoặc trong nước tưới. Hệ thống nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình thẩm thấu và tạo điều kiện cho sự hấp thụ nước có nồng độ muối cao hơn (Khan et al., 2007; Maheshwari, 2013). b) Khả năng kích thích tăng trưởng của vi sinh vật Trong quá trình cộng sinh với rễ cây, vi sinh vật hình thành nhiều chất kích thích sinh trưởng như chất sinh trưởng tế bào (auxin), chất phân chia tế bào (cytokinin), vitamin B1, indol-3acetic acid (IAA),… (Hayat et al., 2010; Khan et al., 2007; Maheshwari, 2013). c) Khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng Trong đất, hàm lượng lân khó tan (insoluble phosphate) chiếm tỷ lệ 95 - 99% (Hayman, 1975), chỉ một lượng rất ít lân dễ tiêu (soluble phosphate) mà cây có thể hấp thụ được. Vi sinh vật tiết ra enzym phosphorase chuyển hóa lân khó tan thành lân dễ tiêu giúp cho cây sinh trưởng phát triển. Ngoài ra, vi sinh vật có thể sản sinh muối oxalate kết hợp với sắt (Fe), nhôm (Al),
6 lân (P) không tan trong đất, từ đó mà làm tăng khẳ năng hút P của rễ cây (Khan et al., 2007; Maheshwari, 2013). d) Khả năng kháng bệnh Nhiều loại vi sinh vật có khả năng kháng bệnh hại cây trồng bởi một số cơ chế sau như tạo ra kháng sinh là một chất quan trọng sinh ra trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật để tiêu diệt những mầm bệnh có trong đất, giúp cây trồng phát triển. Nó có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự sinh trưởng của vi khuẩn một cách đặc hiệu. Tăng cường sức đề kháng của cây: Tác dụng của vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật (PGPR - Plant Growth Promoting Bacteria) là vi khuẩn vùng rễ, sống tự do ở trong đất, tác động trực tiếp hoặc gián tiếp kích thích sinh trưởng bộ rễ và toàn bộ cây trồng (Mayak et al., 1999). Tác động gián tiếp, khi tương tác với rễ cây thông qua rất nhiều cơ chế khác nhau tạo ra tính kháng của cây chống lại các tác nhân gây bệnh cây. Tác động trực tiếp lên cây trồng như khả năng cố định ni tơ, phân giải lân, sắt, sản sinh ra phytohormone, enzym 1-aminocyclopropane-1- carboxylate (ACC),… (Glick, 1995; Hayat et al., 2010). Hiện tượng này được gọi là tính kích kháng hệ thống (ISR - Induced Systemic Resistance), cũng giống như tính kích kháng hệ thống có điều kiện (SAR- Systemic Acquired Resistance) (Ryu et al., 2005). Nhiều nghiên cứu đã ghi nhận việc ứng dụng vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật trong trồng trọt làm tăng sức đề kháng và năng suất của các loại cây trồng khác nhau trong cả điều kiện bình thường và bất lợi. Cơ chế do siderophore: Siderophore là một loại protein sinh ra trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, nó có khả năng hấp thụ các ion Fe+3 trong môi trường với ái lực cao nhằm phục vụ trực tiếp cho sự sinh trưởng và hô hấp của vi sinh vật, làm cho môi trường xung quanh nghèo sắt, dẫn đến các loại vi sinh vật khác không có đủ ion Fe+3 cho quá trình sinh trưởng của mình, do đó chúng sẽ không sinh trưởng được (Sadeghi et al., 2012; Maheshwari, 2013).
7 1.2. TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN TẠI TỈNH BẾN TRE 1.2.1. Đặc điểm đất nhiễm mặn Đất có thành phần cơ giới nặng, tỷ lệ sét cao (50-60%), đất bí chặt, thấm nước kém, khi khô đất co lại nứt nẻ, khi ướt đất dẻo dính, khó làm đất, vùng rễ cây hoạt động kém. Thành phần muối trong đất phổ biến là NaCl (mặn clo), ngoài ra còn có các muối khác như Na2SO3, Na2SO4, Na2CO3 và MgCl2, MgSO4. Các muối này ở nồng độ cao sẽ gây độc cho cây trồng. Đất có tính kiềm (pHH2O > 6), vi sinh vật hoạt động yếu (Hồ Quang Đức và cs., 2010). Đất bị nhiễm mặn do sự tích tụ quá mức bình thường của các loại muối hòa tan trong đất, dẫn đến áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng cao, natri trao đổi ở mức độ cao, dẫn đến tính chất vật lý của đất rất xấu, hàm lượng dễ tiêu của một số chất dinh dưỡng cần thiết rất thấp. Đất nhiễm mặn làm cho cây trồng bị thiếu dinh dưỡng và nhiễm độc ion, làm cho kết cấu đất bị suy thoái (Setter et al., 2009). 1.2.2. Nguyên nhân gây mặn Do hạn hán, mực nước sông thấp, nước biển theo các con sông vào kênh rạch rồi đi vào đồng ruộng gây mặn. Mặt khác, những vùng ở xa sông thì do nước ngầm mặn di chuyển tầng đất mặt gây mặn (Hồ Quang Đức và cs., 2010). 1.2.3. Xâm nhập mặn ở tỉnh Bến Tre Bến Tre là một trong những địa phương sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề do biến đổi khí hậu. Theo Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bến Tre, từ năm 2000 trở về trước, thường cứ 4 đến 5 năm mới xuất hiện một năm hiện tượng mặn xâm nhập sâu vào nội đồng. Nhưng từ năm 2000 đến nay, xâm nhập mặn sâu xảy ra ngày càng dày hơn, cứ 2 năm xảy ra một lần, thậm chí 2 năm liên tục. Cụ thể là các năm 2000, 2002, 2004, 2005, 2007, 2009, 2010 độ mặn đo được đều ở mức 4‰. Đặc biệt, trong các năm 2004, 2005, 2010 độ mặn 4‰ đã xuất hiện tại Vàm Mơn, cách cửa sông Hàm Luông khoảng 60 km. Những năm này, độ mặn 1‰ hầu như xâm nhập toàn bộ tỉnh Bến Tre. Nguyên nhân chính ảnh
8 hưởng đến mức độ xâm nhập mặn là do ảnh hưởng biến đổi khí hậu làm cho dòng chảy cạn trên sông Tiền, ở mức thấp, thủy triều biển Đông lên cao vào những ngày mùa khô. Những biến đổi này đã dẫn đến hậu quả nghiêm trọng trong sản xuất nông nghiệp. Năm 1995 - 2008, hạn hán và xâm nhập mặn gây ra những thiệt hại 672,305 tỷ đồng. Đặc biệt, năm 2010, hạn mặn đã làm thiệt hại và giảm năng suất 1.575 ha lúa, bỏ hoang không sản xuất 4.500 ha, thiệt hại và giảm năng suất 10.162 ha cây ăn quả. Tổng giá trị thiệt hại ước khoảng 198 tỉ đồng. Bến Tre là một trong những địa phương bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi mặn xâm nhập. Theo số liệu thống kê của Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật các địa phương, tình hình thiệt hại do xâm nhập mặn tính đến tháng 3/2016 trên địa bàn tỉnh Bến Tre bao gồm: Diện tích lúa Đông - Xuân bị thiệt hại 13.844 ha/14.759 ha đã xuống giống chiếm 94%. Diện tích hoa màu, rau.. bị thiệt hại khoảng 503 ha. Diện tích cây ăn quả bị thiệt hại khoảng 1.275 ha (chủ yếu là các loại cây ăn quả có múi như bưởi, chanh, cam, quýt…). Ngày 15/2/2016 Phó Chủ tịch UBND tỉnh Bến Tre đã ký ban hành Quyết định số 294/QĐ-UBND công bố thiên tai xâm nhập mặn năm 2016 trên địa bàn tỉnh. Sau Kiên Giang, đây là tỉnh thứ hai ở ĐBSCL công bố thiên tai xâm nhập mặn trong kỳ đại hạn, mặn năm 2016 (Ủy ban Nhân dân tỉnh Bến Tre, 2016). a) b)
9 c) d) Hình 1.1. Triệu chứng trên cây (a), trên lá (b) và triệu chứng trên quả bưởi Da xanh (c, d) bị ảnh hưởng của nhiễm mặn tại tỉnh Bến Tre Nguồn ảnh: Nguyễn Đức Thành và cs. (2019) a) b) c) d) Hình 1.2. Triệu chứng trên cây (a), trên lá (b), triệu chứng trên hoa (c), quả sầu riêng RI6 (d) bị ảnh hưởng của nhiễm mặn tại tỉnh Bến Tre Nguồn ảnh: Nguyễn Đức Thành và cs. (2019)
10 1.3. NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT CHỊU MẶN, CÓ HOẠT TÍNH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT 1.3.1. Khả năng tổng hợp IAA của vi sinh vật Có 3 lộ trình tiêu biểu nhất cho sự biến đổi của L-tryptophan thành IAA đã được Jinichiro et al. (1991) mô tả chi tiết như sau: Lộ trình indole-3-pyruvic acid: Tryptophan  indole-3-pyruvic acid  indole-3-acetaldehyde  IAA Lộ trình tryptamine: Tryptophan  tryptamine  indole-3-acetaldehyde  IAA Lộ trình indole-3-acetamide: Tryptophan  indole-3-acetamide  IAA Carreno-López et al. (2000) cũng nhận thấy trong các lộ trình tổng hợp IAA ở loài Azospirillum brasilense thì lộ trình indole-3-pyruvic acid vẫn là con đường chủ yếu để tổng hợp IAA từ tiền chất tryptophan và được xúc tác chủ yếu bởi enzym indole pyruvic decarboxylase. Indole-3-acetic acid (IAA) là một dạng auxin, chất điều hòa sinh trưởng của thực vật. IAA chi phối sự phân chia tế bào, sự giãn dài tế bào, phân hóa sinh mô, phát triển trái và hạt và chi phối giai đoạn đầu sự phát triển của cây trồng. Theo Sergeeva et al. (2002), các nhóm vi khuẩn khác nhau kể cả vi khuẩn đất, vi khuẩn biểu sinh, vi sinh vật nội sinh và một số vi khuẩn lam đã được phát hiện là có khả năng sinh tổng hợp IAA từ tiền chất L-tryptophan, góp phần làm tăng sản lượng cây trồng. IAA là một trong số những kích thích tố làm tăng chiều dài rễ, tăng thể tích rễ và số lượng rễ. Nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp IAA giúp tăng khả năng hấp thu khoáng chất và nước, nhờ đó, tăng khả năng sinh trưởng và phát triển cũng như tăng năng suất của cây. Ngoài ra, chúng còn giúp cho cây chống chịu được điều kiện bất thuận như nhiễm mặn, phèn, khô hạn (Sadeghi et al., 2012; Maheshwari, 2013).
11 1.3.2. Nghiên cứu vi sinh vật có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật trên thế giới Vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật được xem là những công cụ tiềm năng cho sản xuất nông nghiệp bền vững và xu hướng phát triển cho tương lai. Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu để tìm hiểu thêm về sự thích nghi của VSV kích thích sinh trưởng vùng rễ, cơ chế của rễ, các hiệu ứng sinh lý, sinh hóa và sự kích thích tăng trưởng ở những loài này để sản xuất các loại phân bón vi sinh phục vụ cho phát triển nông nghiệp. Xác định và sử dụng các vi sinh vật chịu mặn không chỉ có thể tăng cường khả năng chịu mặn của cây trồng mà còn giảm áp lực lên vùng đất trồng trọt. Trong số các vi sinh vật liên quan đến thực vật, vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng thực vật (Plant growth-promoting rhizobacteria - PGPRs) đã có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chịu stress của thực vật (Etesami & Beattie, 2017; Etesami & Maheshwari, 2018). Hiệu quả của vi sinh vật hòa tan lân (PSM - phosphate solubilizing microorganisms) bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các yếu tố môi trường (Yoon et al., 1996; Sánchez-Porro et al., 2009; Walpola & Yoon, 2012). Upadhyay et al. (2009) đã phát hiện ra rằng PGPR làm mất các đặc điểm thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGR - plant growth regulation) với việc tăng độ muối NaCl trong thí nghiệm. Do đó, việc sử dụng vi khuẩn kích thích sinh trưởng thực vật ưa mặn hoặc chịu mặn được lựa chọn dựa trên cả khả năng chịu mặn và hiệu quả cao trong việc thể hiện tính trạng PGP có thể thúc đẩy đáng kể khả năng để trồng cây trong môi trường có độ mặn tự nhiên hoặc gây ra (Zhu et al., 2011). Có nhiều công trình công bố vi khuẩn Azotobacter chroococum, A. vinnel&ii, Azospirillum brasilense, Rhizobium hoặc các chi thuộc Pseudomonas là các vi khuẩn cố định nitơ, ngoài ra người ta còn chứng minh được rằng ngoài hoạt tính cố định nitơ chúng còn có khả năng kích thích sinh trưởng thực vật.
12 Nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Rhizobacteria thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR) liên quan đến cây chịu mặn (halophytes) và sử dụng làm men vi sinh cho nông nghiệp đất mặn là một thay thế đầy hứa hẹn cho phương pháp cổ điển. Cây chịu mặn thích nghi với môi trường nước muối vì cấu trúc di truyền của chúng. Nghiên cứu cho thấy vi khuẩn liên quan đến tính chịu mặn, trực tiếp và gián tiếp, hỗ trợ sự phát triển và năng suất của cây trong điều kiện nhiễm mặn; do đó, những vi khuẩn này có thể được sử dụng làm chế phẩm sinh học cho cây nhạy cảm với muối (glycophytes) được trồng ở khu vực bị ảnh hưởng bởi muối để tăng năng suất cây trồng (Alexander et al., 2019). Các tác giả Nautiyal et al. (1999), đã tìm kiếm các vi khuẩn chịu mặn phân giải phốt phát để sử dụng trong những vùng đất nhiệt đới có nồng độ muối khoảng 2%, pH lên tới 10,5 và nhiệt độ dao động 35 oC đến 45oC. Các loài vi khuẩn ưa mặn đã được các tác giả phân lập các vùng đất khác nhau. Các loài vi sinh vật trên đều có khả năng ưa mặn và phân hủy phốt phát hay cố định nitơ, tăng sức đề kháng cho cây trồng, qua đó giúp cho cây trồng sinh trưởng và phát triển được trên đất bị nhiễm mặn. Khi đất bị nhiễm mặn, vi khuẩn có lợi trong đất đã thúc đẩy sự phát triển và tăng trưởng của nhiều loài thực vật. Các nghiên cứu tác động của vi khuẩn có lợi trên các cây trồng như cà chua (Mayak et al., 2004), cây đậu xanh, cỏ linh lăng (Medicago sativa), cỏ ống (Salicornia europea), ngô (Zea mays) (Bano & Fatima, 2009) và lúa mì (Triticum aestivum) (Tiwari et al., 2010) đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Sử dụng vi sinh vật (như vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn) kích thích sinh trưởng ở thực vật (PGPM - plant growth promoting microorganisms) đang là một chiến lược khả thi nhằm giúp cây trồng sinh trưởng phát triển trên các vùng đất bị nhiễm mặn. Có tác động hiệu quả rõ rệt đến các chỉ tiêu sinh trưởng như tỷ lệ mọc mầm, khối lượng thân, rễ và năng suất cây trồng (Gamalero et al., 2009, 2010; Vivekanandan et al., 2015). PGPM kích thích trực tiếp sự phát triển của thực vật thông qua sự cố định đạm, hòa tan lân khó tan, phân giải kali, sinh tổng hợp chất điều hòa sinh trưởng thực vật, v.v…. Cơ chế tăng trưởng của thực vật trực tiếp thông qua việc hấp thụ kim
13 loại và các ion trên bề mặt rễ cây cũng đã được báo cáo (Bertrand et al., 2000). PGPM tác động tốt đến cây trồng một cách gián tiếp, thông qua sự khống chế các vi sinh vật gây bệnh. Các cơ chế có thể kể đến là cạnh tranh dinh dưỡng, cạnh tranh các nguyên tố kẽm, sắt với vi sinh vật gây bệnh; tổng hợp các chất kháng khuẩn; tiết enzym phân hủy màng tế bào nấm hại; sản sinh hydrogen cyanide khống chế nấm gây hại, v.v... Bên cạnh đó, PGPM còn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sinh học thông qua tính kháng hệ thống tạo được (induced systemic resistance, ISR) và tính kháng tập nhiễm hệ thống (systemic acquired resistance, SAR), từ đó làm giảm tác động xấu của mầm bệnh lên sự tăng trưởng của cây ký chủ, giúp cây có thể duy trì và sinh trưởng trong điều kiện đất bị nhiễm mặn. Nhiều kết quả nghiên cứu đều khẳng định phân vi sinh vật phân giải lân làm tăng khả năng hấp thụ lân, kích thích sinh trưởng cây trồng và làm tăng năng suất cây trồng (Gaur, 1990). Kết quả nghiên cứu của Ponmurugan & Gobi (2006) cho thấy, sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất lân khó tan làm tăng cường khả năng cố định nitơ sinh học của nhóm vi sinh vật cố định nitơ. Sử dụng hỗn hợp vi sinh vật phân giải quặng lân (Pseudomonas chlororaphis) và vi sinh vật cố định nitơ (Arthrobacter pascens) giúp tăng chiều cao cây, khối lượng thân lá, tăng khả năng hấp thụ nitơ và lân (Mohammadi, 2012). Sử dụng vi khuẩn phân giải lân khó tan Pseudomonas sp. làm gia tăng số lượng nốt sần, trọng lượng khô của nốt sần, năng suất của cây đậu tương (Son et al., 2007). Sử dụng chế phẩm vi sinh vật phân giải hợp chất lân khó tan làm tăng năng suất cho mía tới 12,6%. Nghiên cứu tại Ấn Độ cho thấy, khi bón 100% lượng phân khoáng nitơ và lân cho cây dâu tằm kết hợp sử dụng hỗn hợp vi khuẩn phân giải hợp chất phốt phát khó tan (B. megaterium) và vi khuẩn cố định nitơ (A. chroococcum) cho năng suất lá dâu tăng 11,45%, đồng thời khả năng hấp thụ nitơ tăng 20,15%, khả năng hấp thụ lân tăng 15,0%. Sử dụng hỗn hợp vi sinh vật trên đồng thời giảm 25% lượng phân bón nitơ và lân, năng suất lá dâu vẫn