Luận án: Tuyển chọn vi khuẩn quang dưỡng màu tía cố định đạm cho lúa trên đất nhiễm mặn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN HOÀNG ANH TUYỂN CHỌN VI KHUẨN QUANG DƯỠNG KHÔNG LƯU HUỲNH MÀU TÍA CỐ ĐỊNH ĐẠM ĐẾN HẤP THU ĐẠM, SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT LÚA TRÊN ĐẤT NHIỄM MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH 9620110 NĂM 2025 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN HOÀNG ANH MÃ SỐ NCS: P0222001 TUYỂN CHỌN VI KHUẨN QUANG DƯỠNG KHÔNG LƯU HUỲNH MÀU TÍA CỐ ĐỊNH ĐẠM ĐẾN HẤP THU ĐẠM, SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT LÚA TRÊN ĐẤT NHIỄM MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH 9620110 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS. NGUYỄN QUỐC KHƯƠNG NĂM 2025 TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 9/2022 đến tháng 5/2025 tại Trường Nông nghiệp, Đại học Cần Thơ, TP. Cần Thơ và huyện Trần Đề, Tỉnh Sóc Trăng (Thành phố Cần Thơ mới). Nghiên cứu bao gồm 3 nội dung: (1) Phân lập và tuyển chọn các dòng PNSB cố định đạm trong đất và nước mặn trồng lúa của mô hình lúa – tôm tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre (Vĩnh Long mới).

Định danh các dòng PNSB đã tuyển chọn, (2) Đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn đã tuyển chọn đến hấp thu đạm, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn huyện của một số vùng đất mặn ở ĐBSCL điều kiện nhà lưới, (3) Bước đầu đánh giá hiệu quả của vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía cố định đạm đến khả năng hấp thu đạm, sinh trưởng và năng suất lúa ở điều kiện ngoài đồng. Kết quả đạt được như sau: - Phân lập và làm thuần được 57 dòng PNSB từ đất lúa tôm ở Thạnh Phú - Bến Tre (Vĩnh Long mới) sống tốt trong điều kiện vi yếm khí sáng và háo khi tối, trong đó 49 dòng có khả năng sống trong môi trường pH 5,0 và 24 dòng từ các dòng trên phát triển tốt trong điều kiện có NaCl 5‰. Tuyển chọn được 2 dòng PNSB S01 và S06 vừa có khả năng sống trong điều kiện vi yếm khí sáng và háo khí tối, môi trường có pH 5,0 và nồng độ NaCl 5‰. Hai dòng S01 và S06 có khả năng cố định đạm 16,9 mg/L và 32,1 mg/L ở hai điều kiện sống tương ứng.

Hai dòng vi khuẩn được tuyển chọn có khả năng cung cấp P 0,382-2,954 mg/L từ Al-P, 3,811-4,279 mg/L từ Fe-P và 3,867-4,735 mg/L từ Ca-P; sinh ra indole-3-acetic acid (IAA) (12,3-15,5 mg/L), Exopolymeric substances (EPS) (1,09-1,58 mg/L), siderosphores (10,7-53,6%) và 5- aminolevulinic acid (ALA) (1,68-2,82 mg/L). Dòng S01 và S06 được định danh bằng 16S rRNA là Rhodobacter sphaeroides, với tỷ lệ tương đồng 100%. - Bổ sung vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía cố định đạm Rhodobacter sphaeroides cải thiện đặc tính đất, tăng hấp thu N và giảm hấp thu Na cho cây trồng, giúp giảm hàm lượng Na trong thân lá, hạt và hàm lượng Na+ trong đất ở 2 vụ lúa, cải thiện sinh trưởng và năng suất lúa của 4 vụ. Bón N ở các mức 50, 75, 100% kết hợp với các dòng đơn R.

sphaeroides S01 hay S06 và hỗn hợp hai dòng S01 và S06 giúp cải thiện độ phì nhiêu đất, sinh hóa, hấp thu theo chiều hướng tốt cho cây lúa trồng trên nền đất lúa-tôm Hồng Dân-Bạc Liêu (Cà Mau mới), Thạnh Phú-Bến Tre (Vĩnh Long mới), Châu Thành- Trà Vinh (Vĩnh Long mới), Mỹ Xuyên-Sóc Trăng (Thành phố Cần Thơ mới), Thới Bình-Cà Mau và An Biên-Kiên Giang (An Giang mới). - Bổ sung M-PNSB (hỗn hợp hai dòng S01 và S06) góp phần tăng chiều cao cây lúa (4,23%), số bông trên m 2 (8,56% đến 17,1%), tỷ lệ hạt chắc (17,8%), năng suất hạt (5,26-5,45%), giảm hàm lượng proline (10,8-29,6%), cải thiện đặc tính đất như tăng pH H2O từ 5,15 đến 7,49%,và hàm lượng NH4+ (35,1-45,8%). Bên cạnh đó, PNSB giúp giảm EC và hàm lượng Na + trong trong đất (23,1-32,4%), giảm tổng hấp thu Na và N trồng trong điều kiện ngoài đồng tại Trần Đề-Sóc Trăng (Thành phố Cần Thơ mới). Từ khóa: Vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía (PNSB), vi khuẩn cố định đạm, Rhodobacter sphaeroides.

i SUMMARY The research was conducted from September 2022 to May 2025 at the School of Agriculture, Can Tho City, and Tran De District, Soc Trang Province (Can Tho city). The study includes three main components: (1) Isolation and selection of nitrogen-fixing PNSB from saline soils and waters used in rice cultivation within the rice-shrimp farming system in Thanh Phu district, Ben Tre province (Vinh Long province). Taxonomic identification of the selected PNSB strains (2) Evaluation of the selected PNSB strains’ impact on nitrogen uptake, growth, and yield of rice cultivated from some saline areas of the Mekong Delta under greenhouse conditions (3) Preliminary field evaluation of the effects of nitrogen-fixing PNSB on nitrogen assimilation, growth, and yield of rice under open-field conditions. The results are as follows: - The isolation resulted in 57 pure PNSB strains from 36 soil samples and 36 water samples of rice-shrimp paddy fields in Thanh Phu - Ben Tre (Vinh Long province).

Among them, 49 strains survived under pH 5.0 conditions, 24 of which grew well under microaerobic light (ML) and aerobic dark (AD) conditions in a basic isolation medium (BIM) containing NaCl 5‰. Two S01 and S06 strains’ N production was 16.9 mg L-1 under ML condition and 32.1 mg L-1 under AD condition. Moreover, their performed P solubilization at 0.954 mg L-1 from Al-P, 3.28 mg L -1 from Fe-P, and 3.74 mg L -1 from Ca-P, and production of plant growth promoting substances, such as acid Indole-3-acetic (IAA) (12.5 mg L-1), Exopolymeric substances (EPS) (1.6%) and acid 5-aminolevulinic (ALA) (1.82 mg L-1) under both the incubating conditions. Two strains, S01 and S06, were identified by 16S rRNA as Rhodobacter sphaeroides S01 (OR055984) and Rhodobacter sphaeroides S06 (OR055985), with 100% sequence similarity.

- The addition of nitrogen-fixing purple non-sulfur bacteria Rhodobacter sphaeroides improves soil properties, increases nitrogen absorption, reduces sodium uptake in crops across, help reduce sodium content in the stems, leaves, and grains, as well as the Na + content in the soil. PNSB enhance the growth and yield of both rice crops four rice crops. Applying nitrogen at levels of 50%, 75%, and 100% combined with single strains R. sphaeroides S01 or S06, or a mixture of R.

sphaeroides S01 and S06, improves soil fertility, biochemical properties, and nutrient uptake in rice grown in rice-shrimp farming systems in areas such as Hong Dan- Bac Lieu (Ca Mau province); Thanh Phu- Ben Tre (Vinh Long province); Chau Thanh- Tra Vinh (Vinh Long province); My Xuyen- Soc Trang (Can Tho city); Thoi Binh- Ca Mau; and An Bien- Kien Giang (An Giang province). - The results showed that use of M-PNSB increased rice plant height (4.23%), number of panicles per square meter (8.1%), and percentage of filled grains (17.8%), increased grain yield (5.6%), and changed soil characteristics such as increased pH H2O (5. Besides, PNSB also decreased EC and Na+ content (23.4%) in soil, reduced Na uptake, and increased total N uptake in rice in Tran De- Soc Trang (Can Tho city). Keywords: nitrogen-fixing bacteria, purple nonsulfur bacteria (PNSB), Rhodobacter sphaeroides, ii LỜI CẢM ƠN Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.

Nguyễn Quốc Khương, đã tận tình hướng dẫn, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi và những lời khuyên hữu ích, kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu để giúp tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Nông nghiệp, Ban Chủ nhiệm Khoa Khoa học Cây trồng, Thầy Cô đã giảng dạy, hướng dẫn các chuyên đề, chia sẻ kinh nghiệm, động viên và giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Xin thành thật cảm ơn Thầy Cô ở bộ phận quản lý sau đại học của Khoa Khoa học cây trồng, Trường Nông nghiệp; Khoa Sau đại học, Đại học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ các thủ tục hành chính. Tôi cũng rất cảm ơn các em Lê Thanh Quang, Lê Thị Mỹ Thu, Bùi Thị Thiên Hương, Cao Tấn Phát, Nguyễn Kim Tường An, Lê Minh Nhựt, Nguyễn Đức Trọng, Trần Trọng Khôi Nguyên, Huỳnh Thanh Quang, Nguyễn Quốc Quí, Lê Thị Tuyết Hương, Võ Yến Ngọc - Đại học Cần Thơ, đã nhiệt tình, hỗ trợ thực hiện thí nghiệm, phân tích mẫu của một số nội dung nghiên cứu.

Xin trân trọng và khắc ghi những sự đóng góp, giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong giai đoạn rất khó khăn do ảnh hưởng của dịch bệnh COVID-19 và những khi thực hiện các thí nghiệm. Nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Anh MỤC LỤC TÓM TẮT. ii LỜI CẢM ƠN. iii TRANG CAM ĐOAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.

iv MỤC LỤC .v DANH SÁCH BẢNG. ix DANH SÁCH HÌNH. xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xiv CHƯƠNG 1.1 Tính cấp thiết .2 Mục tiêu nghiên cứu .1 Mục tiêu chung .2 Mục tiêu cụ thể .3 Đối tượng nghiên cứu .4 Phạm vi nghiên cứu .5 Nội dung nghiên cứu.6 Ý nghĩa khoa học của luận án .7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án.8 Điểm mới của luận án.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Canh tác lúa trên nền đất nhiễm mặn .1 Tình hình sản xuất lúa ở các vùng xâm nhập mặn ở ĐBSCL .2 Đặc tính đất nhiễm mặn.3 Các trở ngại về sự hấp thu dưỡng chất của cây lúa trồng trên đất nhiễm mặn .2 Vai trò của đạm trong canh tác lúa .1 Vai trò của đạm đối với cây lúa.2 Sự mất đạm trên đất trồng lúa .3 Biện pháp giúp tăng hiệu quả sử dụng phân đạm.3 Sự đa dạng về vi sinh vật cố định N .1 Cơ chế cố định N của vi sinh vật.2 Vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh tía cố định N .4 Ứng dụng của vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía .1 Trên đất phèn .2 Trên đất mặn. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Vật liệu thí nghiệm trong nhà lưới và ngoài đồng.2 Vật liệu phân tích trong phòng thí nghiệm.2 Phương pháp .1 Nội dung 1: Phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía trong đất và nước mặn trồng lúa ở mô hình lúa - tôm.2 Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn Rhodobacter sphaeroides S01 và S06 có khả năng cố định đạm đến hấp thu đạm, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn trong điều kiện nhà lưới .3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn đã tuyển chọn trong giảm lượng đạm vô cơ trong điều kiện ngoài đồng trên vùng đất nhiễm mặn Trần Đề-Sóc Trăng.3 Xử lý số liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.1 Nội dung 1: Phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía trong đất và nước mặn trồng lúa ở mô hình lúa – tôm .1 Đặc tính hóa học đất phân lập vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía từ đất lúa-tôm ở Huyện Thạnh Phú, Tỉnh Bến Tre.2 Kết quả phân lập vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía.3 Tuyển chọn vi khuẩn quang dưỡng không lưu huỳnh màu tía chịu được điều kiện chua và mặn .