Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (Plant associated bacteria) ở lúa, khoai trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

51
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm phân lập các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân hiện diện trong đất và nội sinh trong cây lúa, khoai lang trên đất phèn. Đánh giá và tuyển chọn các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân có ảnh hưởng đến sinh trưởng, năng suất của lúa và khoai lang trồng trên đất phèn trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (Plant associated bacteria) ở lúa, khoai trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Khoa học Đất Mã ngành: 9620103 LÝ NGỌC THANH XUÂN PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ĐỊNH DANH VI KHUẨN LIÊN KẾT VỚI THỰC VẬT (PLANT ASSOCIATED BACTERIA) Ở LÚA, KHOAI TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÈN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Cần Thơ, 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn: PGS.TS. TRẦN VĂN DŨNG GS.TS. NGÔ NGỌC HƯNG Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp cơ sở Họp tại: Phòng họp 3, lầu 2, Nhà Điều hành, Trường Đại học Cần Thơ. Vào lúc 14 giờ 00 ngày 22 tháng 6 năm 2018 Phản biện 1: TS. LƯU HỒNG MẪN. Phản biện 2: TS. CAO VĂN PHỤNG. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ. Thư viện Quốc gia Việt Nam.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Lý Ngọc Thanh Xuân, Trịnh Quang Khương, Lê Văn Dang, Trần Văn Dũng và Ngô Ngọc Hưng, 2016. Hiệu quả của vi khuẩn nội sinh Burkholderia vietnamiensis lên sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên ba vùng đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 44b: 1-8. 2. Ly Ngoc Thanh Xuan, Tran Van Dung, Ngo Ngoc Hung, Cao Ngoc Diep, 2016. Isolation and characterization of rice endophytic bacteria in acid sulphate soil of Mekong delta, Vietnam. World journal of Pharmacy and Pharmaceutical sciences, 5 (8): 301-317. 3. Ly Ngoc Thanh Xuan, Tran Van Dung, Ngo Ngoc Hung, Cao Ngoc Diep, 2016. Isolation and characterization of rhizospheric bacteria in rice (oryza sativa l.) cultivated on acid sulphate soils of the Mekong delta, Vietnam. World journal of Pharmacy and Pharmaceutical sciences, 5 (9): 343-358. 4. Ly Ngoc Thanh Xuan, Tran Van Dung, Ngo Ngoc Hung, Cao Ngoc Diep, 2017. Isolation and characterization of endophytic and rhizopheric bacteria associated sweet-potato plants cultivated on soils of the Mekong delta, Vietnam. World journal of Pharmacy and Pharmaceutical sciences, 6 (1): 129- 149. 5. Lý Ngọc Thanh Xuân, Lê Văn Dang, Trần Văn Dũng và Ngô Ngọc Hưng, 2018. Ảnh hưởng của vi khuẩn liên kết với thực vật đến năng suất của khoai lang trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 7: 93-103. 1
PHẦN MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Sản xuất nông nghiệp ở đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu sử dụng phân bón hóa học, làm tăng giá thành sản phẩm, giảm hiệu quả sử dụng phân bón và gây ô nhiễm môi trường. Phân bón vi sinh là một giải pháp sản xuất nông nghiệp bền vững ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Vi khuẩn liên kết với thực vật có khả năng cố định đạm, hòa tan lân cũng đã được khá nhiều tác giả công bố (Menard et al., 2007). Tuy nhiên, tuyển chọn vi khuẩn có thể sống ở điều kiện pH thấp có khả năng cố định đạm, hòa tan lân ứng dụng trong canh tác thì còn nhiều hạn chế. Kết quả thực tế cho thấy tính hiệu quả của vi khuẩn phụ thuộc rất nhiều vào tương tác vi khuẩn - cây chủ cũng như điều kiện sinh thái của môi trường (Patnailk, 1994). Việc ứng dụng các chủng vi khuẩn nêu trên có khả năng cố định đạm, hòa tan lân cho lúa, khoai lang trồng trên đất phèn đồng bằng sông Cửu Long thật sự cần thiết nhằm giữ vững năng suất và đảm bảo cho sự phát triển nông nghiệp bền vững. 2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN Phân lập các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân hiện diện trong đất và nội sinh trong cây lúa, khoai lang trên đất phèn. Đánh giá và tuyển chọn các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân có ảnh hưởng đến sinh trưởng, năng suất của lúa và khoai lang trồng trên đất phèn trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng. Đề xuất 2-3 chủng vi khuẩn triển vọng phục vụ cho ổn định năng suất của lúa và khoai lang trồng trên đất phèn. 3. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Không bón đạm đã làm giảm năng suất lúa trên đất phèn, Long Mỹ-Hậu Giang, Hòn Đất-Kiên Giang và Hồng Dân, Bạc Liêu, nhưng bón 60 kg N ha-1 kết hợp với vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 đã đạt năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Hòn Đất-Kiên Giang. Tương tự, vi khuẩn B. vietnamiensis X3 đã đạt năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Long Mỹ-Hậu Giang, và Hồng Dân, Bạc Liêu. Tuy nhiên, không bón lân chưa thể hiện sự thiếu lân trên ba vùng phèn trên nên chưa đưa đến sự khác biệt về năng suất của sử dụng vi khuẩn B. vietnamiensis X1 và B. vietnamiensis X3. 1
Khả năng cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia acidipaludis X5 mạnh nhất so với 2 vi khuẩn còn lại thông qua việc gia tăng số củ và năng suất củ khoai lang. Bón 60 kg N/ha kết hợp với chủng vi khuẩn B. acidipaludis X5 cho số củ, chiều dài củ, đường kính củ và năng suất củ khoai lang tương đương với bón 90 kg N/ha. Sử dụng chủng vi khuẩn B. acidipaludis X5 đã tiết kiệm được khoảng 30% lượng phân đạm bón cho khoai lang. 4. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm 103 trang với 5 chương: Chương 1: Giới thiệu (trang 1-5); Chương 2: Tổng quan tài liệu (trang 6-35); Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu (trang 43-58); Chương 4: Kết quả và thảo luận (trang 59-102); Chương 5: Kết luận và kiến nghị (trang 103-104). PHẦN NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: Tổng quan Vi khuẩn là nhóm phong phú nhất trong vùng rễ. Sau khi tập trung ở vùng rễ (rhizophere), chúng di chuyển đến bề mặt rễ (rhizoplane) và tại đó, thể hiện các lợi ích đối với cây chủ. Một số chủng, loài còn có khả năng xâm nhập vào rễ (endorhizophere), thậm chí là vào các bộ phận khác của cây (Compant et al., 2010). Jha et al., (2013) xếp vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh vào chung nhóm vi khuẩn liên hiệp với thực vật- PAB. Vi khuẩn liên kết với thực vật có khả năng cố định đạm, hòa tan lân, sản xuất các chất điều hòa tăng trưởng thực vật, kiểm soát sinh học và sản xuất siderophore. Hiê êu quả sử thu hồi lân của cây trồng thường thấp trong năm bón phân, 10–30% (Lindsay, 1979; Chien et al., 2012). Lân trong đất thường ở các dạng ion âm như H 2PO4-, H2PO42-, các dạng tồn tại này tùy thuộc vào pH đất. Những ion âm này sẵn sàng phản ứng với các ion dương như Ca, Mg, Fe và Al để tạo ra những hợp chất phosphate khác nhau mà có khả năng tan bị giới hạn (Afzal et al., 2010). Vì vậy, có đến 75 – 95% lân không được sử dụng ở vụ đầu tiên (McLaughlin et al., 2011), nhưng khi lân lưu tồn lâu trong đất thì tính hữu hiệu của lân càng giảm và chuyển lân từ dạng hòa tan sang dạng ít hòa tan như hợp chất Fe-P, Al –P thông qua sự cố định hay hấp thu bề mặt trên đất chua (Syers et al., 2008; Chien and Rehm, 2
2016) bao gồm cả dạng apatite (Follett, 1981; Havlin, 1999). Ngoài ra, kết quả của sự tương tác sắt với lân dẫn đến sự hình thành các dạng không hữu dụng của hai dưỡng chất trên trong đất (Dalton et al., 1983) bởi vì màng sắt hấp phụ trên rễ lúa ngăn ngừa sự di chuyển lân đến rễ (Zhang, 1999). Hàm lượng sắt vượt ngưỡng làm giảm sự tích lũy dưỡng chất lân và kali trong cây lúa (Olaleye et al., 2001; Yoshida, 1981) cũng như làm giảm sự hấp thu can xi, ma giê và kẽm. Việc cung cấp đạm không chỉ cần thiết cho tất cả các loại cây trồng, mà trên đất phèn nó còn giúp gia tăng hiệu quả sử dụng lân (Attanandana et al., 1981). Cộng đồng vi sinh vật trong đất mặc dù chiếm 1 tỉ lệ khiêm tốn nhưng giữ vai trò quan trọng trong chuyển hóa dinh dưỡng trong đất, ảnh hưởng gián tiếp đến sản lượng cây trồng (Rousk et al., 2009). Nấm và vi khuẩn là 2 nhóm vi sinh vật quan trọng, chúng chia nhau nhiệm vụ phân hủy chất hữu cơ trong đất, tuy nhiên mật số, nhu cầu dinh dưỡng, điều kiện ngoại cảnh…ảnh hưởng đến sự hoạt động của chúng trong đó có pH và các độc tố khác như Al và Fe (Wallenstein et al., 2006). Bryan (1923) tìm thấy các nhóm vi khuẩn nốt rễ (nốt sần) ở cây đậu ba lá, đậu nành không thể nào sống sót sau 75 ngày ở trong đất có pH 5,1, 4,9 hay 4,2, theo thứ tự. Các tác giả sau này cũng tìm thấy kết quả tương tự trên các loại đất phèn hay đất có pH
đều giảm nhưng không do độc tố mà do các nhóm vi sinh vật đối kháng, chúng lấy glucose làm năng lượng phát triển và tấn công các nhóm vi khuẩn còn lại làm cho mật số vi khuẩn chủng vào đất bị giảm, điều này được chứng minh ở nghiệm thức ở đất khử trùng cho thấy các nhóm vi sinh vật chủng vào đất đều tăng. Năm 1998, Giller et al., tổng kết nhiều thí nghiệm trên thế giới cho rằng chính độc tố trong đất đã làm cho vi khuẩn chủng vào đất bị chết, sự phát triển kém và dĩ nhiên độ phì của đất cũng giảm. Điều lưu ý của các tác giả trên là độc tố trong đất ở thể hòa tan hay di động lại tùy thuộc pH trong đất, như vậy pH ảnh hưởng gián tiếp đến sự sống sót của vi khuẩn chủng vào đất. Tuy nhiên những nhà khoa học gần đây cho rằng điều này có thể khắc phục phần nào do dịch tiết của rễ cây làm trung hòa pH đất hay cải thiện pH đất giúp pH vùng rễ tốt hơn so với chung quanh vì thế vi khuẩn vùng rễ phát triển hơn (Raboin et al., 2016). Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu Mẫu đất vùng rễ, mẫu rễ và thân cây lúa, khoai lang trồng trên trên đất phèn ở bốn vùng sinh thái (Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên, Trủng sông Hậu và Bán đảo Cà Mau). Các môi trường phân lập vi khuẩn liên kết với thực vật Burk, NBRIP, LGI, NFb Nhận diện vi khuẩn đất vùng rễ: sử dụng cặp mồi 8F và 1492R (Turner et al., 1999) 8F: 5’- AGAGTTTGATCC TGGCTCAG-3’. 1492R: 5’-TACGGTTACCTTGTTACGACTT-3’. - Nhận diện vi khuẩn nội sinh: sử dụng cặp mồi P515FPL và P13B (Zinniel et al., 2002): P515FPL: 5’- GTGCCAGCAGCCGCGGTA A -3’. P13B: 5’- AGGCCCGGG AACGTATTCAC -3’. - Các hóa chất cần thiết khác. 4
2.2 Phương pháp nghiên cứu Nội dung 2.1: Thu thập mẫu đất, mẫu cây của lúa và khoai lang trồng trên đất phèn ở các vùng sinh thái tại đồng bằng sông Cửu Long Mẫu đất vùng rễ lúa và mẫu cây lúa được thu tại 4 vùng đất phèn trồng lúa của đồng bằng sông Cửu Long (Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên, Trủng sông Hậu và Bán đảo Cà Mau). Mẫu đất vùng rễ khoai lang và mẫu cây khoai lang được thu tại 3 vùng đất phèn trồng khoai lang của đồng bằng sông Cửu Long (Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên, và Trủng sông Hậu). Nội dung 2.2: Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn liên kết với thực vật có khả năng cố định đạm, hòa tan lân Vi khuẩn liên kết với thực vật được phân lập trên các môi trường Burk, NBRIP, LGI, NFb để khảo sát khả năng cố định đạm, hòa tan lân của các chủng vi khuẩn đã được phân lập thông qua việc định lượng đạm sinh ra khi nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường Burk không đạm, định lượng lân hòa tan khi nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường NBRIP chứa lân khó tan. Nội dung 2.3: Nhận diện vi khuẩn trước khi tiến hành tuyển chọn Một số chủng vi khuẩn đã phân lập được nhận diện bằng phương pháp sinh học phân tử Sản phẩm PCR được tinh sạch theo kit Invitrogen và giải trình tự 2 mạch theo phương pháp của phương pháp Sanger bằng máy giải trình tự tự động ABI 3130 của công ty Phù Sa – Việt Nam. Sử dụng chương trình BLAST N của NCBI để so sánh trình tự DNA của các chủng vi khuẩn đã được giải trình tự với trình tự DNA của bộ gen ở các loài vi khuẩn trong ngân hàng gen (NCBI). Mối quan hệ giữa các chủng vi khuẩn đã được giải trình cũng được mô tả dựa trên cây phả hệ (phylogenetic tree) được thiết lập bằng phần mềm MEGA 6.06. Nội dung 2.4: Tuyển chọn vi khuẩn trước khi tiến hành nhận diện Các chủng vi khuẩn đã giải trình tự được tiến hành kiểm tra khả năng cố định đạm với môi trường Burk cải tiến pH = 4,0 kiểm 5
tra khả năng hòa tan lân với môi trường NBRIP cải tiến pH = 4,0 và Ca3(PO4)2 được thay thế bằng FePO4. Lựa chọn 3 chủng vi khuẩn được phân lập trên lúa và 3 chủng vi khuẩn được phân lập trên khoai lang có khả năng cố định đạm, hòa tan lân tốt đem tiến hành thí nghiệm trên lúa và khoai lang. Nội dung 2.5: Đánh giá hiệu quả của các chủng vi khuẩn đã tuyển chọn trên cây lúa trồng trên đất phèn trong điều kiện ngoài đồng. Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn kết hợp lượng đạm lên năng suất lúa vụ hè thu 2015. Thí nghiệm thừa số hai nhân được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 3 mức đạm (30 N, 60 N, 90 N) x 3 dòng vi khuẩn (VK1, VK2, VK3) với 9 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức bố trí 4 lần lặp lại, diện tích mỗi lô thí nghiệm là 20 m 2. Các nghiệm thức thí nghiệm thức thí nghiệm được trình bày ở bảng 2.1. Bảng 2.1: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn kết hợp lượng đạm lên năng suất lúa vụ hè thu 2015. Dòng vi khuẩn Lượng N (kg/ha) VK1 VK2 VK3 30 NT1 NT2 NT3 60 NT4 NT5 NT6 90 NT7 NT8 NT9 Lượng lân và kali bón cho thí nghiệm: 60 P2O5 - 30 K2O kg ha-1. Thí nghiệm 2: Đánh giá sử dụng vi khuẩn triển vọng lên năng suất lúa ở đồng bằng sông Cửu Long vụ thu đông 2015. Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên một nhân tố bao gồm 6 nghiệm thức với 4 lần lặp lại trên diện tích mỗi lô thí nghiệm là 20 m2. Các nghiệm thức thí nghiệm trình bày ở bảng 2.1. Bảng 2.2: Đánh giá sự phối hợp vi khuẩn triển vọng với 3 lượng N lên năng suất lúa vụ thu đông 2015. STT Nghiệm thức Mô tả 1 00-60-30 Không bón đạm 2 90-00-30 Không bón lân 3 90-60-30 Bón đủ NPK 4 30-60-30 + VKX Bón 30 kg N/ha, kết hợp chủng VK X được xác 6
định từ thí nghiệm 1 (vụ hè thu 2015) Bón 60 kg N/ha, kết hợp chủng VK X được xác 5 60-60-30 + VKX định từ thí nghiệm 1 (vụ hè thu 2015) Bón 90 kg N/ha, kết hợp chủng VK X được xác 6 90-60-30 + VKX định từ thí nghiệm 1 (vụ hè thu 2015) Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của chủng vi khuẩn kết hợp các mức lân lên năng suất lúa ở đồng bằng sông Cửu Long vụ thu đông 2015. Thí nghiệm thừa số hai nhân được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên gồm gồm 3 mức P2O5 (30 P2O5, 60 P2O5, 90 P2O5) x 3 dòng vi khuẩn (VK1, VK2 và VK3) với 9 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức bố trí 4 lần lặp lại, diện tích mỗi lô thí nghiệm là 20 m2. Các nghiệm thức thí nghiệm được trình bày ở bảng 2.3. Bảng 2.3: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn kết hợp lượng lân lên năng suất lúa vụ thu đông 2015. Dòng vi khuẩn Lượng P2O5 (kg /ha) VK1 VK2 VK3 30 NT1 NT2 NT3 60 NT4 NT5 NT6 90 NT7 NT8 NT9 Nội dung 2.6: Đánh giá hiệu quả của các chủng vi khuẩn đã tuyển chọn trên cây khoai lang trồng trên đất phèn trong điều kiện ngoài đồng. Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của vi khuẩn (VK4, VK5, VK6) kết hợp với các liều lượng đạm đến năng suất khoai lang tím nhật vào vụ xuân hè 2016. Thí nghiệm hai nhân tố được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên. Trong đó, nhân tố (A): các liều lượng đạm/ha (30 kg N, 60 kg N, 90 kg N) và nhân tố (B): dòng vi khuẩn (VK4, VK5, VK6) với 3 lần lặp lại trên diện tích mỗi lô thí nghiệm là 5 m2 (dài 5 m x 1 m). Các nghiệm thức được trình bày trong Bảng 2.4. Bảng 2.4: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn kết hợp lượng đạm lên năng suất khoai lang vụ xuân hè 2016. Dòng vi khuẩn Lượng N (kg/ha) VK4 VK5 VK6 7
30 NT1 NT2 NT3 60 NT4 NT5 NT6 90 NT7 NT8 NT9 Công thức bón phân cho thí nghiệm: 90 P2O5 - 90 K2O kg ha-1. Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của vi khuẩn triển vọng đến năng suất khoai lang tím nhật vào vụ hè thu 2016. Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên một nhân tố, bao gồm 6 nghiệm thức với 3 lần lặp lại trên diện tích mỗi lô thí nghiệm là 5 m2 (dài 5 m x 1 m). Bảng 2.5: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn triển vọng đến năng suất khoai lang vụ hè thu 2016. Nghiệm thức Mô tả 00-90-90 Không bón đạm 90-00-90 Không bón lân 90-90-90 Bón đầy đủ NPK 30-90-90+VKX Bón 30 kg N/ha kết hợp với VKX xác định từ thí nghiệm 1 (vụ xuân hè) 60-90-90+VKX Bón 60 kg N/ha kết hợp với VKX xác định từ thí nghiệm 1 (vụ xuân hè) 90-90-90+VKX Bón 90 kg N/ha kết hợp với VKX xác định từ thí nghiệm 1 (vụ xuân hè) Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của VK4, VK5, VK6 kết hợp với các liều lượng lân đến năng suất khoai lang tím nhật vào vụ hè thu 2016. Thí nghiệm hai nhân tố được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên. Trong đó, nhân tố (A): các liều lượng lân (30 kg P 2O5, 60 kg P2O5, 90 kg P2O5/ha) và nhân tố (B): dòng vi khuẩn (VK4, VK5, VK6) với 3 lần lặp lại trên diện tích mỗi lô thí nghiệm 5 m2 (dài 5 m x 1 m). Các nghiệm thức được trình bày trong bảng 2.6. Bảng 2.6: Ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn kết hợp lượng lân lên năng suất khoai lang vụ hè thu 2016. Dòng vi khuẩn Lượng P2O5 (kg/ha) VK4 VK5 VK6 30 NT1 NT2 NT3 60 NT4 NT5 NT6 90 NT7 NT8 NT9 Công thức bón phân cho thí nghiệm: 90 N - 90 K2O kg ha-1. 8
2.3 Phương pháp xử lý số liệu Xử lý số liệu, xây dựng đồ biểu bằng phần mềm Microsoft Excel, số liệu của thí nghiệm sẽ được phân tích phương sai và kiểm định Ducan ở mức xác xuất 95% để so sánh khác biệt giữa các nghiệm thức bằng phần mềm SPSS 16.0. Dữ liệu trình tự gene sẽ được xử lý bằng phần mềm MEGA 6.0 để tìm mối quan hệ di truyền giữa các chủng vi khuẩn. Chương 3: Kết quả và thảo luận 3.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân hiện diện trong đất và nội sinh trong cây lúa, khoai lang trên đất phèn Bốn trăm ba mươi mốt chủng vi khuẩn liên kết với cây lúa, trong đó có 272 chủng vi khuẩn được phân lập từ đất vùng rễ và 159 chủng vi khuẩn nội sinh. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn phân lập được có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng trong, vàng nhạt và vàng đậm. Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu là tròn, bìa nguyên, hầu hết các chủng vi khuẩn có tế bào dạng hình que, Gram âm. Bốn trăm hai mươi bốn chủng vi khuẩn liên kết với cây khoai lang, trong đó có 271 chủng vi khuẩn được phân lập từ đất vùng rễ và 153 chủng vi khuẩn nội sinh. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn phân lập được có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng trong vàng nhạt và vàng đậm. Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu là tròn, bìa nguyên, một số lượng nhỏ các dòng vi khuẩn có tế bào dạng hình cầu. Các chủng vi khuẩn có khả năng cố định đạm và có khả năng hòa tan lân khó tan. Hai mươi chín chủng vi khuẩn liên kết với cây lúa mà có khả năng tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan đã được định danh đến mức độ loài bằng kỹ thuật PCR và giải trình tự đoạn 16S rDNA. Các chủng vi khuẩn này đa dạng về loài thuộc 3 nhóm vi khuẩn: Bacilli, Gammaproteobacteria và Betaproteobacteria. Mười hai chủng vi khuẩn liên kết với cây khoai lang mà có khả năng tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan đã được định danh đến mức độ loài bằng kỹ thuật PCR và giải trình tự đoạn 16S rDNA. Các dòng vi khuẩn này đa dạng về loài chỉ thuộc 2 nhóm vi khuẩn: Bacilli và Gammaproteobacteria. Từ 15 chủng vi khuẩn vùng rễ và nội sinh lúa có khả năng cố định đạm cao nhất và 20 chủng vi khuẩn hòa tan lân tốt nhất trong 9
môi trường pH = 7,0 được sử dụng để đánh giá hai khả năng trên trong điều kiện chua ở pH = 4,0. Kết quả cho thấy hầu hết vi khuẩn có khả năng cố định đạm và hòa tan lân sắt và lân nhôm ở môi trường pH = 4,0. Chủng vi khuẩn KG2-21, HG6-21b và BL1-21b có hàm lượng đạm cố định là 0,79 – 1,38 mg L-1 vào thời điểm 8 NSU. Tương tự, hàm lượng lân sắt và lân nhôm được hòa tan theo thứ tự 22,2 – 58,1 và 24,9 – 48,9 mg L-1 (Bảng 3.1). Bảng 3.1: Khả năng cố định đạm, hòa tan lân sắt và lân nhôm của các chủng vi khuẩn tiềm năng từ đất trồng lúa. Ngày sau ủ Vùng Chủng vi phèn khuẩn NH4+ (mg L-1) 2 NSU 4 NSU 6 NSU 8 NSU KG2-21 1.51 1.49 1.83 1.37 AG5-13 0.25 0.66 0.88 0.73 DT10-12a 0.33 0.37 0.42 0.34 TGLX AG8-13 0.28 0.30 0.35 0.29 AG9-22 0.16 0.21 0.22 0.25 KG5-3a 0.20 0.23 0.21 0.25 AG5-3 0.21 0.23 0.22 0.25 AG9-4b 0.17 0.23 0.18 0.27 LA2-21b 0.45 0.52 0.60 0.56 LA5-22b 0.17 0.39 0.34 0.33 DT9-11 0.26 0.35 0.33 0.43 ĐTM LA4-3b 0.31 0.29 0.36 0.29 LA5-3 0.25 0.40 0.41 0.34 LA4-3c 0.22 0.30 0.28 0.31 HG6-21b 1.06 0.91 0.81 0.79 HG9-3a 0.47 0.64 0.60 0.81 HG10-3a 0.32 0.28 0.54 0.45 TSH VL3-21 0.15 0.33 0.62 0.33 VL4-12 0.12 0.29 0.44 0.37 VL3-3b 0.19 0.18 0.42 0.38 VL3-3c 0.16 0.15 0.35 0.32 BĐCM BL1-21b 1.51 1.48 1.82 1.38 10
BL5-12 0.44 0.76 0.78 0.62 CM7-22 0.11 0.33 0.28 0.51 BL2-21b 0.18 0.16 0.33 0.49 BL3-4a 0.17 0.32 0.20 0.21 BL4-3 0.17 0.13 0.18 0.21 BL5-4b 0.33 0.31 0.31 0.33 BL5-3 0.27 0.24 0.47 0.34 Vùng Chủng vi P-Fe (mg L-1) phèn khuẩn 5 NSU 10 NSU 15 NSU 20 NSU KG2-21 73.9 32.8 27.5 22.2 AG5-13 10.03 9.00 8.70 9.95 DT10-12a 21.35 18.68 16.36 13.36 AG8-13 12.98 4.33 3.85 2.60 TGLX AG9-22 14.56 5.47 4.61 3.33 KG5-3a 11.26 10.50 10.54 13.60 AG5-3 11.70 10.90 10.90 13.30 AG9-4b 10.32 14.21 15.55 16.69 LA2-21b 24.5 10.1 9.2 5.4 LA5-22b 14.21 7.00 6.37 7.15 DT9-11 9.58 3.72 3.35 1.78 ĐTM LA4-3b 11.05 4.67 5.80 3.78 LA5-3 18.06 10.84 11.88 14.04 LA4-3c 11.00 9.28 9.11 4.12 HG6-21b 145.0 63.2 55.8 58.1 HG9-3a 44.3 26.6 29.1 34.4 HG10-3a 33.2 22.5 25.6 22.6 TSH VL3-21 15.1 16.8 22.1 22.3 VL4-12 7.9 9.8 17.8 18.8 VL3-3b 11.8 8.9 4.5 1.0 VL3-3c 9.8 7.4 3.8 0.8 BĐCM BL1-21b 135.7 48.1 54.2 54.4 BL5-12 22.8 13.2 11.0 6.6 11
CM7-22 16.9 12.1 9.8 4.4 BL2-21b 13.4 15.8 5.8 1.2 BL3-4a 10.14 14.62 12.10 16.38 BL4-3 10.50 13.80 10.25 17.00 BL5-4b 1.78 0.77 0.95 0.63 BL5-3 2.28 1.14 1.04 1.16 Vùng Chủng vi P-Al (mg L-1) phèn khuẩn 5 NSU 10 NSU 15 NSU 20 NSU KG2-21 7.5 9.3 11.1 24.9 AG5-13 3.1 3.8 4.0 4.7 DT10-12a 2.20 4.10 2.80 8.90 AG8-13 2.10 4.00 3.00 8.00 TGLX AG9-22 1.30 2.30 3.20 6.20 KG5-3a 0.88 1.37 1.40 1.21 AG5-3 0.80 1.47 1.32 1.25 AG9-4b 0.72 1.46 1.28 1.27 LA2-21b 2.7 4.7 5.1 12.4 LA5-22b 3.8 2.2 1.9 1.2 DT9-11 2.6 2.3 2.0 1.6 ĐTM LA4-3b 5.2 2.7 2.4 2.8 LA5-3 5.5 3.0 2.9 3.4 LA4-3c 5.1 2.8 2.4 3.1 HG6-21b 18.4 18.3 16.2 45.8 HG9-3a 2.7 4.7 5.1 12.4 HG10-3a 1.6 1.9 3.9 7.8 TSH VL3-21 1.2 1.1 1.2 6.3 VL4-12 0.6 0.8 1.4 1.7 VL3-3b 1.4 0.9 1.8 5.2 VL3-3c 1.2 0.8 1.5 4.3 BĐCM BL1-21b 19.6 18.8 21.3 48.9 BL5-12 3.4 5.6 6.7 11.5 CM7-22 1.2 0.6 3.2 4.3 12
BL2-21b 1.0 0.5 1.9 5.6 BL3-4a 0.88 1.48 1.35 1.24 BL4-3 1.80 1.51 1.38 1.37 BL5-4b 1.12 0.49 0.41 0.33 BL5-3 0.36 0.22 0.19 0.12 -Vi khuẩn cố định đạm và hòa tan lân cho đất trồng khoai lang Kết quả tuyển chọn vi khuẩn có khả năng cố định đạm và hòa tan lân sắt và lân nhôm từ 8 chủng vi khuẩn cố định đạm và 12 chủng vi khuẩn hòa tan lân vùng rễ và nội sinh cây khoai lang. Cụ thể, ba chủng KG2-32, TG7-2-22 và HG7-2-12 ó khả năng cố định đạm hòa tan lân sắt, lân nhôm, với hàm lượng cụ thể là 2,18 - 2,53, 9,94 - 13,73 và 7,59 - 11,88 mg L-1 (Bảng 3.2). Nhìn chung, vi khuẩn có khả năng hòa tan lân sắt tốt hơn lân nhôm vì sắt cần thiết cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Bảng 3.2: Khả năng cố định đạm, hòa tan lân sắt và lân nhôm của các chủng vi khuẩn tiềm năng từ đất trồng khoai lang Ngày sau ủ Chủng vi Vùng phèn NH4+ (mg L-1) khuẩn 2 NSU 4 NSU 6 NSU 8 NSU KG2-32 0.84 1.09 2.15 2.28 KG9-211 0.34 0.23 0.39 0.44 TGLX AG1-111 0.41 0.30 0.34 0.33 AG9-31 0.21 0.24 0.28 0.25 TG7-2-22 0.72 0.82 1.73 2.53 LA2-33 0.28 0.31 0.48 0.61 ĐTM LA1-33 0.18 0.20 0.23 0.22 LA2-113 0.28 0.26 0.26 0.28 HG7-2-12 0.62 0.77 1.49 2.18 VL9-42 0.40 0.52 0.26 0.40 TSH VL5-211 0.32 0.29 0.29 0.32 HG5-32 0.34 0.38 0.36 0.31 Chủng vi P-Fe (mg L-1) Vùng phèn khuẩn 5 NSU 10 NSU 15 NSU 20 NSU TGLX KG2-32 9.47 9.85 11.48 11.60 13
KG9-211 4.24 2.55 8.41 6.21 AG1-111 3.64 2.16 2.03 2.51 AG9-31 3.62 2.11 1.77 1.43 TG7-2-22 9.01 9.83 7.58 13.73 LA2-33 4.42 4.88 5.70 6.08 ĐTM LA1-33 1.71 1.02 0.87 0.55 LA2-113 1.20 1.05 0.92 0.75 HG7-2-12 5.91 8.75 4.03 9.94 VL9-42 3.71 3.80 9.52 7.76 TSH VL5-211 3.37 1.51 1.27 1.03 HG5-32 1.55 1.34 1.27 1.04 -1 Chủng vi P-Al (mg L ) Vùng phèn khuẩn 5 NSU 10 NSU 15 NSU 20 NSU KG2-32 3.18 5.29 7.75 10.50 KG9-211 2.36 2.81 3.07 4.28 TGLX AG1-111 1.08 0.56 0.40 0.58 AG9-31 0.83 0.48 0.45 0.57 TG7-2-22 4.63 4.75 9.68 11.88 LA2-33 2.96 3.07 3.58 3.62 ĐTM LA1-33 0.53 0.46 0.44 0.36 LA2-113 0.26 0.33 0.34 0.42 HG7-2-12 5.52 6.09 7.11 7.59 VL9-42 1.26 1.84 2.73 3.10 TSH VL5-211 0.25 0.21 0.19 0.15 HG5-32 1.04 0.43 0.34 0.15 Để nâng cao hiệu quả áp dụng trên các vùng phèn, mỗi vùng tuyển chọn một chủng vi khuẩn tốt nhất nhằm tận dụng đặc tính thích nghi của vi sinh vật bản địa. Do phạm vi nghiên cứu của các chủng vi khuẩn được thực hiện trên ba vùng phèn TGLX, TSH và BĐCM nên ba chủng vi khuẩn KG2-21, HG6-21b và BL1-21b được chọn; Cả ba chủng vi khuẩn này có khả năng hòa tan lân mạnh nhất trên từng vùng, với hàm lượng lân hòa tan trung bình của KG2-21, HG6-21b và BL1-21b lần lượt là 47,8, 98,5 và 88,8 mg L-1. Bên cạnh 14
đó, tất cả các chủng này đều có khả năng cố định đạm, đặc biệt, các chủng HG6-21b và BL1-21b thuộc nhóm 15 chủng vi khuẩn có khả năng hòa tan đạm tốt nhất cho từng vùng. Các chủng KG2-21, HG6- 21b và BL1-21b được nhận dạng với tương ứng là Burkholderia vietnamiensis X1, Burkholderia vietnamiensis X2 và Burkholderia vietnamiensis X3, theo thứ tự. Cả ba chủng vi khuẩn này đều thuộc genus Burkholderia, các chuẩn vi khuẩn thuộc nhóm này có khả năng hòa tan lân tốt. Tương tự sự lựa chọn chủng vi khuẩn cho cây lúa, các chủng vi khuẩn được chọn cho thí nghiệm trồng khoai lang gồm KG2-32, TG7-2-22, và HG7-2-12 từ đất phèn TGLX, ĐTM và TSH, theo thứ tự. Các chủng này được nhận dạng tương ứng là Enterobacter cloacae X4, Burkholderia acidipaludis X5 và Bacillus sp. X6. Hai chủng KG2-32 và HG7-2-12 được chọn vì đạt hàm lượng đạm cố định cao nhất, ứng với khả năng cố định lân cao nhất trong nhóm 15 chủng vi khuẩn của mỗi vùng. Riêng chủng TG7-2-22 được chọn vì B. acidipaludis X5 là chủng có khả năng chịu được mồi trường chua tốt. Đây là một trong nhưng đặc tính đặc trưng cho đất phèn. 3.2 Đánh giá ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân đến sinh trưởng và năng suất lúa và khoai lang. Mẫu đất phèn, khoai lang và lúa được thu thập tại bốn vùng phèn Tứ giác Long Xuyên (TGLX), Đồng Tháp Mười (ĐTM), Trũng sông Hậu (TSH) và Bán đảo cà Mau (BĐCM) 3.2.1 Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn B. vietnamiensis X1, X2, X3 kết hợp các mức đạm lên năng suất lúa trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long vụ hè thu 2015 Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu (i) đánh giá ảnh hưởng của 3 dòng vi khuẩn (Burkholderia vietnamiensis X1, Burkholderia vietnamiensis X2, Burkholderia vietnamiensis X3) kết hợp với các liều lượng phân đạm, phân lân lên năng suất của lúa (ii) hiệu quả của vi khuẩn triển vọng lên năng suất lúa trồng trên đất 15
phèn đồng bằng sông Cửu Long.Thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ: hè thu và thu ddông năm 2015 trên 3 địa điểm: Long Mỹ, Hồng Dân và Hòn Đất đại diện cho 3 vùng sinh thái đất phèn khác nhau ở ĐBSCL. Kết quả thí nghiệm cho thấy: Trong vụ hè thu 2015 ở Hồng Dân, Long Mỹ chủng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X3 làm tăng cao số bông m-2, số hạt chắc bông-1, do đó năng suất lúa do chủng vi khuẩn này đạt cao nhất trong số 3 dòng vi khuẩn được thử nghiệm. Tuy nhiên, ở Hòn Đất lại cho thấy chủng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 cho hiệu quả cao nhất.Trong vụ thu đông 2015, chủng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X3 được chọn lọc kết hợp bón 60 kg N ha -1 cho năng suất lúa cao hơn so với chỉ bón 90 kg N ha-1 ở Hồng Dân, Long Mỹ và ở Hòn Đất khi chủng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 kết hợp bón 60 kg N ha -1 cho năng suất lúa cao hơn so với chỉ bón 90 kg N ha-1. Năng suất lúa không đáp ứng với các liều lượng phân lân được bón trên đất phèn. Sự phối hợp bón phân lân với chủng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 cho năng suất cao nhất ở Hòn Đất và Burkholderia vietnamiensis X3 cho năng suất lúa cao nhất ở Hồng Dân. Bảng 3.3: Ảnh hưởng của chủng vi khuẩn kết hợp các mức đạm lên năng suất và thành phần năng suất của lúa trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long vụ hè thu 2015 Năng Số Tỉ lệ Trọng Số hạt Địa Nhân Nghiệm suất bông hạt lượng trên điểm tố thức (tấn trên chắc 1.000 hạt bông ha-1) m-2 (%) (gram) Long 30 N 5,45b 460b 89b 64,4b 23,6 Đạm Mỹ, 60 N 6,41a 510a 101a 70,6a 23,7 (A) Hậu 90 N 6,52a 528a 105a 63,0b 23,7 Giang Vi VK1 6,02b 481b 100 68,2 23,7 khuẩn VK2 5,89b 481b 96 66,9 23,8 (B) VK3 6,53a 537a 100 62,9 23,7 F (A) ** ** * * ns F (B) * ** ns ns ns 16
F (A*B) * * ns ns ns CV (%) 6,99 5,48 11,6 8,86 7,24 30 N 3,95b 372b 80,9b 79,1 25,8 Đạm a a 60 N 4,76 473 94,5a 84,4 25,7 (A) 90 N 4,81a 478a 96,3a 76,4 25,2 a a a Hòn Vi VK1 4,89 476 102 81,1 25,8 Đất, khuẩn VK2 4,21b 422b 86,1b 82,1 25,7 Kiên (B) VK3 4,41b 426b 82,8b 76,7 25,3 Giang F (A) ** ** ** ns ns F (B) * * ** ns ns F (A*B) ns ns ns ns ns CV (%) 10,1 9,66 10,8 8,74 7,64 30 N 5,20b 424b 97b 68,6 24,6 Đạm 60 N 5,77a 481a 106ab 70,9 23,3 (A) 90 N 5,63a 494a 114a 71,1 24,1 b b b Hồng Vi VK1 5,37 460 97 69,2 23,6 Dân, khuẩn VK2 5,36b 444b 101b 72,1 23,9 Bạc (B) VK3 5,86a 494a 119a 69,3 24,3 Liêu F (A) ** ** ** ns ns F (B) ** ** ** ns ns F (A*B) * ** ns ns ns CV (%) 6,16 5,34 9,32 13,0 6,04 Trong cùng một cột, những số có chữ theo sau khác nhau thì có khác biệt ý nghĩa thống kê ở mức 1% (**), 5% (*) và ns: không có khác biệt ý nghĩa thống kê VK1: Burkholderia vietnamiensis X1; VK2: Burkholderia vietnamiensis X2; VK3: Burkholderia vietnamiensis X3 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của chủng vi khuẩn phối hợp các lượng phân lân lên năng suất và thành phần năng suất lúa trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long vụ thu đông 2015 Năng Số Tỉ lệ Trọng Số hạt Địa Nhân Nghiệ suất bông hạt lượng trên điểm tố m thức (tấn trên m- chắc 1.000 hạt bông ha-1) 2 (%) (gram) Long 30 P2O5 6,37 538 107 62,1 23,7 Lân Mỹ, 60 P2O5 6,37 549 100 62,9 23,9 (A) Hậu 90 P2O5 6,65 558 108 65,8 24,1 Giang Vi VK1 6,17b 548 110 59,1 23,7 khuẩn VK2 6,52a 536 99 66,2 24,1 (B) VK3 6,70a 562 106 63,2 23,9 F (A) ns ns ns ns ns 17