Luận án: Vi khuẩn chịu mặn cố định đạm, IAA trên mô hình canh tác lúa tôm

LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn thầy PGS. Nguyễn Hữu Hiệp, thầy đã tận tình hướng dẫn khoa học, tư vấn thiết kế các thí nghiệm, hướng dẫn cách tiếp cận các kiến thức khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu, từ đó giúp tôi hoàn thành luận án. Xin Chân thành cảm ơn và tri ân sâu sắc đến thầy. Chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Cần Thơ, Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công Nghệ Sinh học, Khoa Sau đại học đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.

Chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Nghiên Cứu và Phát triển Công Nghệ Sinh học, trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Sở Giáo Dục và Đào Tạo tỉnh Sóc Trăng, Lãnh đạo trường THPT Hoàng Diệu đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chân thành cảm ơn em Nguyễn Thị Thúy Duy và các em sinh viên đã hỗ trợ tôi hoàn thành nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và cán bộ Trung tâm giống cây trồng tỉnh Sóc Trăng đã hỗ trợ tôi khảo nghiệm các dòng vi khuẩn trong điều kiện ngoài đồng.

Sau cùng xin được cảm ơn những người thân trong gia đình và đồng nghiệp đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. i TÓM TẮT Đề tài “Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn có khả năng cố định đạm, tổng hợp IAA trên mô hình canh tác lúa – tôm ở Bạc Liêu, Sóc Trăng và Kiên Giang” được thực hiện từ tháng 12 năm 2014 đến tháng 3 năm 2018. Những nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện nhằm đạt đến mục tiêu tuyển chọn được một số dòng vi khuẩn bản địa, chịu mặn có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA hiệu quả lên cây lúa chịu mặn, sản xuất theo mô hình canh tác lúa – tôm. Kết quả nghiên cứu của đề tài đạt được như sau: Hai trăm mười sáu dòng vi khuẩn đã được phân lập từ 65 mẫu đất vùng rễ lúa chịu mặn ở 3 tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng và Kiên Giang trên môi trường Burk không đạm có bổ sung muối 10‰.

Tất cả các dòng vi khuẩn được phân lập đều có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA. Ba mươi lăm dòng vi khuẩn vừa có khả năng tổng hợp NH4+ với hàm lượng ≥ 1,0 µg/mL vừa tổng hợp IAA với hàm lượng ≥ 15,0 µg/mL được chọn để định danh và khảo nghiệm khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA hữu hiệu lên cây lúa LP5. Hai mươi dòng vi khuẩn thuộc chi Bacillus, 4 dòng thuộc chi Burkholderia, 3 dòng thuộc chi Enterobacter, 3 dòng thuộc chi Geobacillus và 1 dòng thuộc chi Paracocus. Đánh giá hiệu quả của 35 dòng vi khuẩn được tuyển chọn lên chiều cao và trọng lượng khô lên cây lúa LP5 trồng trong dung dịch khoáng Yoshida ở giai đoạn 20 ngày, 4 dòng vi khuẩn: Bacillus sp.

PL2, Burkholderia sp. PL9, Enterobacter sp. LĐ1 và Acinetobacter sp. GH1-1 có độ hữu hiệu cao để tiến hành khảo nghiệm trên cây lúa LP5 ở điều kiện nhà lưới.

Hai dòng vi khuẩn Burkholderia sp. PL9 và Acinetobacter sp. GH1-1 có khả năng cung cấp từ 25 – 50% nhu cầu đạm cho sinh trưởng và phát triển của cây lúa ở điều kiện nhà lưới. Kết quả thí nghiệm ngoài đồng cho thấy 2 dòng vi khuẩn Burkholderia sp.

PL9 và Acinetobacter sp. GH1-1 có ảnh hưởng tốt đến sự tăng trưởng và năng suất của giống lúa LP5 trồng trên nền đất nhiễm mặn sản xuất lúa theo mô hình lúa – tôm ở xã Gia Hòa 2, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng. Chủng dòng vi khuẩn Burkholderia sp. PL9 hoặc Acinetobacter sp.

GH1-1 kết hợp với bón 50% phân đạm cho năng suất lúa khác biệt không ý nghĩa so với lúa không chủng vi khuẩn và có bón 100%N hóa học. Như vậy, trồng lúa LP5 ở đất nhiễm mặn trong mô hình lúa – tôm có chủng vi khuẩn và bón bổ sung 50%N giúp tiết kiệm 50% phân bón đạm hóa học. Từ khóa: Cố định đạm sinh học, năng xuất, sản xuất lúa – tôm, tổng hợp IAA, vi khuẩn chịu mặn. ii ABSTRACT Thesis “Isolation and identification of salinity tolerant bacteria which can fix nitrogen and synthesize IAA in rice production system rice-shrimp in Bac Lieu, Soc Trang and Kien Giang provinces″ was carried out from December 2014 to March 2018.

The purpose of this thesis was to select good indigenous bacteria which can fix nitrogen and synthesize IAA in rice production system rice-shrimp. The results of the thesis were as lested below. Two hundred and sixteen bacterial isolates were isolated from 65 rhizosphere soil samples collected from 3 provinces Bac Lieu, Soc trang and Kien Giang on nitrogen free Burk medium containing sodium chloride (10‰). These isolates could fix nitrogen and synthesise IAA.

Thirty five isolates had the capacity of nitrogen fixing (NH4+ ) ≥ 1,0 µg/mL and synthesizing IAA ≥ 15,0 µg/mL as well. These strains were chosen for identifying and testing of their effectiveness on nitrogen fixing and IAA synthesizing capacity on rive variety LP15. Twenty bacterial isolates were identified as Bacillus genus, 4 isolates belonged to Burkholderia genus, 3 isolates belonged to Burkholderia genus, 3 isolates belonged to Geobacillus and one isolate belonged to Paracoccus genus. Based on the effectiveness of thirty five strains on the height and dry weight of rice seedlings grown in Yoshida medium after 20 days, 4 strains Bacillus sp.

PL2, Burkholderia sp. PL9, Enterobacter sp. LĐ1 and Acinetobacter sp. GH1-1 which had high capacity of fixing nitrogen and synthsizing IAA were chosen to test their effectiveness on rice grown in the nethouse.

Two strains Burkholderia sp. PL9 and Acinetobacter sp. GH1-1 had high effectiveness on rice growth could support 25 – 50% of nitrogen for rice growth in nethouse condition. In the field experiment, strains Burkholderia sp.

PL9 and Acinetobacter sp. GH1-1 had good effects on rice growth and yield of rice variety LP5. Rice LP5 inoculated with either strain Burkholderia sp. PL9 or strain Acinetobacter sp.

GH1-1 and supplied 50% nitrogen had the same yield as uninoculated rice applied 100% nitrogen. So, inoculated rice grown in rice production system rice-shrimp could save up to 50% of nitrogen fertilizer. Keywords: Biological nitrogen fixation, IAA synthesis, production system rice-shrimp, salanity tolerant bacteria, yield. iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án “Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn có khả năng cố định đạm, tổng hợp IAA trên mô hình canh tác lúa – tôm ở Bạc Liêu, Sóc Trăng và Kiên Giang” này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả này chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác.

Cán bộ hướng dẫn Tác giả luận án PGS. NGUYỄN HỮU HIỆP NGUYỄN ANH HUY iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………. iii MỤC LỤC. v DANH SÁCH BẢNG.

vii DANH SÁCH HÌNH. i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .1 Thời gian nghiên cứu .2 Địa điểm nghiên cứu .5 Những đóng góp của luận án .6 Cơ sở lý luận và giả thuyết khoa học .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn. 4 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Đất nhiễm mặn và mô hình sản xuất lúa – tôm ở đồng bằng sông Cửu Long .1 Đất nhiễm mặn .2 Tính chống chịu mặn của cây lúa .3 Hiện trạng sản xuất lúa – tôm ở đồng bằng sông Cửu Long .2 Vi khuẩn có khả năng tổng hợp NH4+ và tổng hợp IAA .3 Khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA của vi khuẩn vùng rễ lúa .4 Khả năng chịu mặn của vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA .5 Cơ chế và các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng cố định đạm của vi khuẩn .6 Tổng hợp IAA của vi khuẩn .1 Lược sử phát hiện IAA .2 Chức năng của IAA .3 Cơ chế tổng hợp IAA ở vi khuẩn .7 Tương tác giữa vi khuẩn vùng rễ và thực vật .2 Xâm nhập của vi khuẩn vào rễ lúa.

26 CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU .1 Nội dung nghiên cứu.2 Phương tiện nghiên cứu .3 Thiết bị thí nghiệm.4 Hóa chất và môi trường nuôi cấy.3 Phương pháp nghiên cứu .1 Thu mẫu đất .3 Khảo sát đặc điểm khuẩn lạc và vi khuẩn .4 Xác định khả năng tổng hợp NH4+ của các dòng vi khuẩn .5 Định lượng khả năng tổng hợp IAA của vi khuẩn .6 Định danh các dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp NH4+ và IAA với hàm lượng cao bằng phương pháp giải trình tự vùng gen 16S rDNA .7 Khảo nghiệm các dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp NH4+ và IAA hàm lượng cao.8 Cách lấy chỉ tiêu nông học của cây lúa .4 Tóm tắt các nội dung thí nghiệm. 46 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Phân lập vi khuẩn chịu mặn sống tự do từ đất sản xuất lúa – tôm có khả năng tổng hợp NH4+ và IAA .1 Kết quả thu mẫu từ đất sản xuất lúa-tôm .2 Kết quả phân lập vi khuẩn chịu mặn sống tự do trong đất sản xuất lúa – tôm, có khả năng cố định đạm NH4+ và tổng hợp IAA .2 Khả năng tổng hợp NH4+ và tổng hợp IAA của các dòng vi khuẩn được phân lập .1 Khả năng tổng hợp NH4+ của các dòng vi khuẩn được phân lập .2 Khả năng tổng hợp IAA của các dòng vi khuẩn được phân lập .3 Khả năng cố định đạm của 4 dòng vi khuẩn có hiệu quả cao với cây lúa ở giai đoạn mạ, ở độ mặn 0‰, 5‰ và 10‰ .4 Định danh các dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp và tổng hợp IAA với hàm lượng cao bằng kỹ thuật sinh học phân tử .5 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp NH4+ và IAA với hàm lượng cao cho canh tác lúa .1 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm hữu hiệu đối với cây lúa trồng trong điều kiện phòng thí nghiệm .2 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm hữu hiệu đối với cây lúa trồng trong chậu trong điều kiện nhà lưới.3 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm đối với cây lúa trồng ở điều kiện ngoài đồng.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. 93 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 102 vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Phân loại đất mặn dựa vào các chỉ tiêu pH, EC, SAR, ESP .