Thăm dò ảnh hưởng của cường độ và thời gian chiếu sáng đến sinh trưởng, khả năng cố định nitơ của hai chủng vi khuẩn lam nostoc calcicola, cylindropermum licheniforme luận văn tốt nghiệp đại học

Bên cạnh khả năng đặc biệt của nó là cố định đạm, vi khuẩn lam có thể làm tăng hàm lượng oxi hòa tan, do đó nó loại trừ được sự tích lũy sắt sunfat và khửđộc cho môi trường nước, làm tăn

đạI HọC VINHKHOA SINH HọC

NGHàNH Cử NHÂN KHOA HọC SINH HọC

Giáo viên hớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình San

Sinh viên thực hiện : Trần Thị Thu Thuỷ Lớp : K48B – Sinh học

Tụi xin bày tỏ lũng biết ơn đối với gia đỡnh, người thõn và bạn bố đó tạo điều kiện động viờn tụi hoàn thành khúa luận này.

Vỡ thời gian và khả năng cú hạn, khúa luận này khụng trỏnh khỏi những hạn chế Tụi rất mong muốn nhận được sự đúng gúp ý kiến chỉ dẫn của quớ thầy cụ

và cỏc bạn sinh viờn

Tỏc giả

Trần Thị Thu Thủy

Danh mục biểu đồ Trang

Biểu đồ 1: Sự sinh trưởng của 2 chủng VKL ở Ics=700lux……… …… 21Biểu đồ 2: Sự sinh trưởng của 2 chủng VKL ở Ics= 1200lux……….………… 23Biểu đồ 3: Sự sinh trưởng của 2 chủng VKL ở Ics= 1500lux……… … 25Biểu đồ 4: Sự sinh trưởng của 2 chủng VKL ở Ics= 2000- 5000lux( ỏnh sỏng tự nhiờn……… 28Biểu đồ 5: Sự biến động sinh khối tảo theo thời gian chiếu sỏng và cường độ chiếu sỏng ở thời điểm 30 ngày nuụi……….………… … 30Biểu đồ 6 : Hàm lượng NH4 cú trong dịch vẩn VKL nuụi trong Ics=700lux… 32Biểu đồ 7 : Hàm lượng NH4 cú trong dịch vẩn VKL nuụi trong Ics=1200lux ….34

Biểu đồ 8: Hàm lượng NH4 cú trong dịch vẩn VKL nuụi trong Ics= 1500lux… 36Biểu đồ 9: Hàm lượng NH4 cú trong dịch vẩn VKL nuụi trong Ics= 2000 –

5000lux (ỏnh sỏng tự nhiờn)……….……… 38Biểu đồ 10: Sự biến động NH4 theo thời gian chiếu sỏng và cường độ chiếu sỏng

ở thời điểm 30 ngày nuụi……… ……….…….40

Danh mục bảng Trang

Bảng 1: Thành phần mụi trường BG11……… …16Bảng 2: Sự tăng sinh khối của 2 chủng vi khuẩn lam với Ics=700lux……… 19Bảng 3: Sự tăng sinh khối của 2 chủng vi khuẩn lam với Ics= 1200lux…… 22Bảng 4: Sự tăng sinh khối của 2 chủng vi khuẩn lam với Ics= 1500lux…….….24Bảng 5: Sự tăng sinh khối của 2 chủng vi khuẩn lam với Ics= 2000 –5000lux 26Bảng 6: Sự biến động sinh khối tảo theo thời gian chiếu sáng và cờng độ chiếusáng ở thời điểm 30 ngày 29Bảng 7: Hàm lợng NH4 trong dịch vẩn vi khuẩn lam nuôi trong Ics= 700lux 31Bảng 8: Hàm lợng NH4 trong dịch vẩn vi khuẩn lam nuôi trong Ics=1200lux 33Bảng 9: Hàm lợng NH4 trong dịch vẩn vi khuẩn lam nuôi trong Ics= 1500

Bảng 10: Hàm lợng NH4 trong dịch vẩn vi khuẩn lam nuôi trong Ics= 2000 –

5000lux 37

Bảng 11: Sự biến động hàm lợng NH4 theo thời gian chiếu sáng và cờng độ chiếu sáng 38

Mục lục Trang Mở đầu……….1

Chơng i: Tổng quan tài liệu……… 2

1.1 Vài nét về tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định Nitơ trên thế giới và Việt Nam 2

1.1.1 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định Nitơ trờn thế giới 2

1.1.2 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định Nitơ ở Việt Nam 3

1.2 Đặc điểm sinh học của vi khuẩn lam 5

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo 5

1.2.2 Về sinh sản, dinh dỡng và sinh thái……….… …7

1.2.3 Khả năng cố định Nitơ………10

1.3 Các nhân tố ảnh hởng đến sinh trởng của vi khuẩn lam……….11

1.3.1 Các nhân tố vật lý……… 11

1.3.1.1 ánh sáng……….………11

1.3.1.2 Nhiệt độ……….………11

1.3.1.3 Độ ẩm và nớc……….… 12

1.3.2 Các nhân tố hoá học……… 12

1.3.2.1 Độ PH của môi trờng 12

1.3.2.2 Phốtpho……… ….… 12

1.3.2.3 Cácbon……… …….… 13

1.3.2.4 Nitơ……… ……… 13

1.3.2.5 Mo líp đen……… ………… 14

1.3.2.6 Các nguyên tố khác……… ………….14

Chơng ii: Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu……….…15

2.1 Đối tợng nghiên cứu 15

2.2 Nội dung nghiên cứu 15

2.3 Phơng pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phơng pháp nuôi cấy vi khuẩn lam cố địh nitơ trong mô trờng BG11 không đạm 16

2.3.2 Phơng pháp bố trí thí nghiệm 16

2.3.3 Phơng pháp xác định sinh khối tơicủa vi khuẩn lam 17

2.3.4 Phơng pháp xác định hàm lợng NH4 do vi khuẩn lam cố định 17

2.4 Xử lý số liệu 17

Chơng III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận… …….….19

3.1ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng lên sự sinh trởng của 2 chủng vi khuẩn lam 19

3.1.1ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 700lux lên sự sinh trởng của vi khuẩn lam 19

3.1.2ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 1200lux lên sự sinh trởng của vi khuẩn lam 22

3.1.3ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 1500lux lên sự sinh trởng của vi khuẩn lam 24

3.1.4ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 2000 - 5000lux (ánh sáng tự nhiên) lên sự sinh trởng của vi khuẩn lam 26

3.2 ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng lên khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam 31

3.2.1 ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 700lux lên khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam 31

3.2.2ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 1200lux lên khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam 33

3.2.3ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 1500lux lên khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam 35

3.2.4ảnh hởng của cờng độ chiếu sáng 2000 - 5000lux lên khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam 37

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ……… ….… …41

A.KẾT LUẬN 41

B.ĐỀ NGHỊ 42

Tµi liÖu tham kh¶o……… ……….….… 43

KÝ hiÖu viÕt t¾t trong kho¸ luËn

VKL Vi khuÈn lam

Më ®Çu

Vi khuẩn lam ( Cyanobacteria ) là đối tượng được sự chú ý của nhiều nhà khoa

học trong các lĩnh vực như nông học, vi sinh vật học, y học, sinh học… bởi vai trò của nó trong các lĩnh vực đời sống rất nhiều như trong nông nghiệp nhờ có khả năng cố định đạm cung cấp Nitơ góp phần tăng năng suất cây trồng đặc biệttrong các vụ lúa, xử lý các nguồn nước thải làm sạch môi trường nước, khai thác các giá trị dinh dưỡng và dược liệu làm thức ăn trong chăn nuôi

Bên cạnh khả năng đặc biệt của nó là cố định đạm, vi khuẩn lam có thể làm tăng hàm lượng oxi hòa tan, do đó nó loại trừ được sự tích lũy sắt sunfat và khửđộc cho môi trường nước, làm tăng khả năng giữ nước, độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và chua, vi khuẩn lam có thể tiết vào môi trường các chất có hoạt tính sinh học cao kích thích sự sinh trưởng của cây, tất cả những điều đó cho thấy khả năng ứng dụng của vi khuẩn lam vào thực tiễn sản xuất là rất lớn

Trong quá trình sống vi khuẩn lam chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau với những mối quan hệ khá phức tạp, các nghiên cứu trước đã cho thấy các

như: ánh sáng, nhiệt độ, độ pH của môi trường và một số nguyên tố khoáng nhưphotpho, nitơ, molipden, cacbon…Trong đó thì ánh sáng là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sự sinh trưởng của vi khuẩn lam là những vi sinh vật quang tự dưỡng và nó luôn bị giới hạn bởi ánh sáng Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi

tìm hiểu đề tài : “ Thăm dò ảnh hưởng của cường độ và thời gian chiếu sáng đến sinh trưởng, khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola, Cylindrospermum licheniforme”.

Qua việc xác định cường độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng thích hợp với quá trình sinh trưởng và khả năng cố định đạm của vi khuẩn lam để rút ra đượcnhận xét làm cơ sở cho việc bố trí nuôi các chủng vi khuẩn lam trong điều kiện tốt nhất, cho năng suất và chất lượng cao nhất để phục vụ cho sản xuất cũngnhưtrong các nghành khoa học, ứng dụng có liên quan

Ch¬ng I

Tæng quan tµi liÖu

I.1 Vài nét về tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định Nitơ trên thế giới

và Việt Nam

1.1.1 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định nitơ trên thế giới:

Vi khuẩn lam là những sinh vật tự dưỡng có kích thước hiển vi sống ở nhiều môi trường khác nhau nhưng chủ yếu trong đất và trong nước

Việc nghiên cứu vi khuẩn lam trên thực tế đã có từ lâu được tiến hành theo nhiều hướng khác nhau Đâu tiên là việc phân loại chúng, đặc điểm phân bố sau

đó đi sâu tìm hiểu các quá trình trao đổi chất của vi khuẩn lam và cuối cùng là nghiên cứu ứng dụng phục vụ lợi ích cho con người [5]

Cùng với những hướng phân loại là những hướng nghiên cứu khả năng đồng hóa Nitơ việc nghiên cứu về khả năng cố định nitơ của vi khuẩn lam, B.Frank (1889) là người đầu tiên nghiên cứu về vấn đề này tiếp đó là Beijerinck (1901) B.Heize (1906) cũng đi theo hướng này nhưng chưa được thừa nhận ngay bởi vìkhi đó việc tách vi khuẩn lam ra dưới dạng thuần khiết còn gặp nhiều khó khăn.Đến năm 1928 nhà khoa học Đức Drius( Von K.Drewes) lần đầu tiên được

chứng minh một cách xác đáng khả năng cố định nito của ba loài vi khuẩn lam

đã được phân lập và nuôi cấy một cách thuần khiết Thí nghiệm này đã mở đầu cho hàng loạt thí nghiệm của rất nhiều nhà khoa học khác Những thí nghiệm với nito phóng xa N15 càng chứng minh chắc chắn khả năng cố định nito không khí của nhiều loài vi khuẩn lam sống trong nước và trong đất [12]

Cùng với thời gian này còn có các công trình nghiên cứu của Frich (1938, 1939) đã tìm hiểu một số vùng đất chuyên trồng lúa nhiều năm không bón phân

ở Ấn Độ mà cây lúa vẫn phát triển và đạt năng suất khá cao cho thấy đất trồng

đã tích lũy một lượng đạm đáng kể do vi khuẩn lam tổng hợp [12]

Tiếp đến hang loạt công trình nữa của Fogg (1950, 1951, 1956, 1962); Singh (1941, 1961); Herissa( 1946, 1952); Watababe (1950, 1956, 1965…) đã tập trung nghiên cứu mối quan hệ giữa khả năng cố định Nitơ với các hoạt động khác của vi khuẩn lam [12]

Trong những thập kỉ gần đây vi khuẩn lam đóng vai trò khá lớn làm nguồn phân bón cho ruộng lúa đã dành được nhiều sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học thực nghiệm Đặc biệt là các vùng trồng lúa ở châu Á như các nước Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc, Ai Cập…Sự hoạt hóa enzim trong quá trình cố định Nitơ đang được sự chú ý của các nhà khoa học như Singh (1960), Stina (1970)

1.1.2 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam cố định Nitơ ở Việt Nam

Ở nước ta cho đến nay những tài liệu về phân loại vi khuẩn lam cũng như các công trình nghiên cứu về phân loại các chủng vi khuẩn lam cố định nitơ đã được công nhận khá nhiều như trong bài báo cáo về vi khuẩn lam cố định Nitơ trên đất trồng lúa miền Bắc của Việt Nam của Dương Đức Tiến (1977) đã có công bố 13 loài vi khuẩn lam thuộc 6 chi với 4 chi có tế bào dị hình với đặc điểm phân loại và khả năng cố định Nitơ của chúng [1]

Tiếp đó Trần văn Nhị, Trần Hà, Đặng Diễm Hồng, Dương Đức Tiến (1984)

đã mở rộng phạm vi nghiên cứu và nâng tổng số vi khuẩn lam lên tới 40 taxon,

gồm 17 chi trong đó có 16 chi có tế bào dị hình và một chi không có tế bào dị hình [18].

Đến năm 1996 nghiên cứu trên vùng đất chua mặn của huyện Thái Thụy củatỉnh Thái Bình, Đoàn Đức Lân đã phân lập được 15 loại vi khuẩn lam cố định đạm và thăm dò khả năng cố định nitơ của chúng trong đó chi Nostoc vẫn chiếm ưu thế trong khu vực nghiên cứu

Ở khu vực Bắc Trung Bộ, Đỗ Thị Trường ( 1998) đã phát hiện 45 loài và dưới loài vi khuẩn lam thuộc 16 chi, 4 họ, 2 bộ trong đất trồng lúa của huyện Hòa Vang của Thành phố Đà Nặng [3]

Nghiên cứu vi tảo và vi khuẩn lam trong đất ngoại thành Hà Nội và các vùnglân cận, Nguyễn Thị Minh Lan (2000) đã tiến hành nghiên cứu điều tra thành phần loài vi khuẩn lam ở ruộng lúa và đã phát hiện được 50 loài thuộc 19 chi

trong 5 bộ [15] Nghiên cứu cũng cho thấy ưu thế thuộc về chi Nostoc và

Anabaena, đồng thời cũng phân lập một số chủng vi khuẩn lam nhằm thăm dò

khả năng cố định nitơ của chúng Và những năm sau đó các nghiên cứu chủ yếu

đi theo hướng phân loại thành phần loài của vi khuẩn lam như các nghiên cứu

cả Nguyễn Công Kình, Nguyễn Lê Ái VÜnh và Võ Hành (2001), Lê Thị Thúy

Hà (2004), Hồ Sỹ Hạnh, Dương Đức Tiến (2005 – 2006)

Tiếp sau đó hướng nghiên cứu về sự ảnh hưởng của vi khuẩn lam lên sự sinh trưởng của một số giống lúa, ngô… Năm 2006, trong luận văn nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số chủng vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lí ở giai đoạn cây non của giống lúa Nhị ưu 838 và Nhị ưu 63 của Dương Thị Hương Giang [17]

Năm 2007 Ảnh hưởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉtiêu sinh lí sinh trưởng của giống ngô VN2 / Nguyễn Gia Đăng Cũng trong năm này trong nghiên cứu của Lê Thanh Tùng Phân lập một số chủng vi khuẩn lam cố định nitơ trên đất chua mặn và nghiên cứu ảnh hưởng của chúng lên sinhtrưởng, phát triển, năng suất thu hoạch của giống lúa mộc tuyền ở xã Hải Châu

huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hoá [9] Mới đây năm 2008 trong khóa luận của Nguyễn Thị Thúy cũng đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của 2 chủng vi khuẩn lam

cố định nitơ lên sự nảy mầm và sinh trưởng của giống lạc L20 và sản dầu

Nhìn chung, những nghiên cứu gần đây cho thấy vấn đề ứng dụng của vi khuẩn lam trong sản xuất nông nghiệp đã được chú ý Tuy nhiên, chưa quan tâm đúng mức đến vai trò của các yếu tố môi trường ảnh hưởng như thế nào đến sự sinh trưởng và khả năng cố định Nitơ của vi khuẩn lam như: cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH của môi trường….vv

1.2 Đặc điểm sinh học của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam tên khoa học là Cyanobacteria là cơ thể đơn giản gần gũi với

vi khuẩn và phân biệt với tất cả các hệ thống, do nó mang nhiều đặc điểm giống

với tảo vì thế trước đây thường gọi là tảo lam (Cyanophyta) tảo lam lục( blue algae), tuy nhiên nó mang những đặc điểm giống vi khuẩn sau đây chúng ta xét

những đặc điểm về hình dạng cấu tạo sinh trưởng, phát triển và sinh sản của nó đặc biệt là khả năng cố định đạm trong đất [19]

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo

Đây là một nhóm vi sinh vật nhân nguyên thủy hay vi khuẩn thật, là một nhóm cổ gồm những dạng có cấu tạo rất nguyên thủy và phần lớn chúng có cấu tạo đơn bào, thường tập hợp thành tập đoàn, cũng có khi là đa bào hình sợi Vi khuẩn lam có hình dạng và kích thước rất khác nhau Chúng có thể là đơn bào hoặc là dạng sợi đa bào [1]

Vi khuẩn lam là những cơ thể mà tế bào của chúng chưa có nhân điển hình, không có màng nhân, vật chất di truyền tụ tập trong chất nhân, DNA tạo thành

1 sợi duy nhất khép lại thành vòng [1]

Tế bào sinh dưỡng có thể có hình cầu, hình elip rộng, hình quả lê, hình trứng, hình kéo dài về một phía, hình thoi, hình ống.Có tế bào chỉ có đường

kính chỉ khoảng 1 micromet( như chi Synechococus) nhưng cũng có tế bào chiều rộng vượt quá 30 micromet( như chi Oscillatoria).

Tế bào chưa có nhân điển hình, vật chất di truyền tập trung trong chất nhân, không có màng nhân, không có một số bào quan như thể gongil, ty thể, mạng lưới nội chất

Tế bào vi khuẩn lam gần gũi với cấu tạo của vi khuẩn Gram âm( G-) Thành

tế bào khá dày phân thành 2 tầng, tầng ngoài là tầng lipopolosaccarit, tầng trong

là tầng peptidoglican ( hay còn gọi là lớp murein) Nhiều vi khuẩn lam còn tiết

ra bên ngoài một lớp bao nhầy có cấu tạo polisaccarit, bao nhầy có nhiều hình thái khác nhau : lớp dịch nhầy, vỏ nhầy, bao nhầy còn có thành phần là

xenlulo nhưng vai trò chủ yếu thuộc về pectin và polisaccarit [13]

Chất nguyên sinh chia vi khuẩn lam thành 2 phần, phần ngoài tập trung các phiến mỏng quang hợp, thể ribo, phần trong chứ chất nhân và các chất màu phân bố ở phía ngoài( có màu đặc trưng là màu xanh lam), chất màu có diệp lục

a ,biliprotein gồm phicoxianin ( màu xanh lam) và phicoeritrin ( màu hồng ), một số carotenoit và xanthophin [13]

Vi khuẩn lam có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ chứa sắc tố quang hợp

là chất diệp lục a Quá trình quang hợp của vi khuẩn lam là quá trình photphorylhóa quang hợp phi tuần hoàn, có giải phóng oxy như ở quá trình quang hợp ở cây xanh [13]

Bộ phận thực hiện quá trình quang hợp trong tế bào vi khuẩn lam được gọi

là tilacoit ( thylakoids), chúng có số lượng rất nhiều, có dạng bản xếp song songhay có dạng uốn khúc nằm ở gần màng tế bào chất [13]

Trên màng của tilacoit có chứa các chất diệp lục a, β- caroten, carotene và các thành phần có liên quan đến chuỗi chuyền điện tử trong quá trình quang

hợp.Trên mặt ngoài của tilacoit có chứa phicobilixom là một cấu trúc protein códạng đĩa cấu tạo 75% phicoxianin, 12% allophicoxianin và đặc biết ở vi khuẩn lam thì vắng mặt thành phần clorophin b và có mặt của phicoxianin và

phicoeritrin [13]

Chức năng hấp thụ ánh sáng thì do hai sắc tố phicoxianin màu lam và

phicoeritrin màu đỏ Chúng đưa ánh sáng vào hệ thống quang hợp II còn

clorophin a thì phát huy trong hệ thống quang hợp I Tùy điều kiện môi trường ánh sáng khác nhau thì việc tổng hợp phicoxianin hay phicoeritrin chiếm ưu thế

ví dụ như trong điều kiện ánh sáng màu lam , lục thì việc tổng hợp phicoeritrin chiếm ưu thế, hay trong ánh sáng đỏ thì việc tổng hợp phicoxianin chiếm ưu thế[19]

Các chất dự trữ trong tế bào vi khuẩn lam là glycogen

,poly-β-hydroxybutyrat volutin (poliphotphat), xianophixin

Tế bào vi khuẩn lam có những cơ quan khá đặc trưng đó là các tế bào dị hình, là bào tử nghỉ ( akinete), tảo đoạn, vi tiểu bào nang, hạt sinh sản[1]

Tế bào dị hình có thành dày, màu nhạt, không chứa sắc tố quang hợp, không chứa các hạt dữ trự, và được hình thành từ tế bào dinh dưỡng trên các vị trí khác nhau của sợi, ví dụ như tế bào dị hình hình thành đơn độc ở đầu sợi như ở

Gloeotrichia, Cylindrospermum nhưng thường xếp thành dãy, trên tế bào dị

hình có các nút hoặc các lỗ có thành dày và nối tiếp giữa tế bào dị hình với các

tế bào dinh dưỡng kế tiếp, nhiều nghiên cứu cho thấy tế bào dị hình là nơi có khả năng thực hiện quá trình cố định nit¬ khi có oxy, về khả năng cố định nit¬ của vi khuẩn lam xin không nói thêm mà sẽ được trình bày ở phần sau [19]Bào tử nghỉ là loại tế bào nằm ở đầu hoặc ở giữa sợi, có thành dày, màu sẫm, có tác dụng chống chịu cao đối với các điều kiện thời tiết bất lợi của môi trường[19]

Tảo đoạn là chuỗi các tế bào ngắn được đứt ra từ sợi vi khuẩn lam, tảo đoạn có khả năng chuyển động trong nước nhờ khả năng tiết chất nhầy và gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành một sợi mới và cũng nhờ cấu trúc này mà vi khuẩn lam có thể sống trôi nổi trên bề mặt nước.

Vi tiểu bào nang là các túi nhỏ bé được sinh ra từ bên trong tế bào cơ thể mẹ

do sự co nguyên sinh

Hạt sinh sản là một tế bào có màng nhầy được tách ra từ sợi vi khuẩn lam vàlàm chức năng sinh sản

1.2.2 Về sinh sản, dinh dưỡng và sinh thái

Những tảo đơn bào sinh sản bằng cách phân đôi tế bào Ở những dạng sợi thì tách thành từng đoạn gọi là khúc tản Các sợi sinh sản theo kiểu này thường

là những tế bào sắp xếp nối nhau, thỉnh thoảng có những tế bào dị hình lớn hơn.Sợi tảo thường đứt ngang ở chỗ có tế bào dị hình và tạo thành một sợi mới [19]

Ở một số loài có hình thức sinh sản vô tính bằng bào tử trong các bào tử này được hình thành trong tế bào cơ thể mẹ, không có roi, ở một số loài khác bào tửđược hình thành từ phần đỉnh của sợi và gọi là bào tử ngoài Khi bào tử chín thì màng tế bào mẹ nứt ra và bào tử mới chui ra ngoài sau đó phát triển thành cơ

thể mới Hay ở một số chi Gloeotrichia, Anabaena bào tö có thể được sinh ra

do sự dính kết một số tế bào dinh dưỡng lại, chiều dài của chúng có khi đạt tới 0,5mm [1]

Khi gặp điều kiện không thuận lợi, nó hình thành bào tử bảo vệ như vi khuẩn có lớp trong và lớp ngoài, bào tử do những tế bào dinh dưỡng tạo nên, tích lũy nhiều chất dữ trữ và bọc trong màng dày ở phía ngoài, khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử chui ra khỏi màng nảy mầm và tạo thành cơ thể mới

Ở vi khuẩn lam chưa phát hiện thấy các hình thức sinh sản hữu tính[5]

Đa số vi khuẩn lam có khả năng tông hợp các chất hữu cơ trên cơ sở sử dụngnăng lượng ánh sáng mặt trời Quá trình quang hợp ở vi khuẩn lam có nhiều điểm giống với các cơ thể có diệp lục khác ví dụ như ở thực vật là cơ thể điển

hình có diệp lục Cyanobacteria chiếm 20-30% năng suất quang của Trái đất và

chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học được lưu trữ năng

lượng sinh khối ở mức ~ 450 TW Cyanobacteria sử dụng năng lượng của ánh

sáng mặt trời vào ổ đĩa quang, một quá trình mà năng lượng của ánh sáng được

sử dụng để tách các phân tử nước thành ôxy, proton và electron

Quang tự dưỡng không phải là hình thức dinh dưỡng duy nhất của vi khuẩn lam Ngoài quang hợp chính thức vi khuẩn lam còn có khả năng quang khử, quang dị dưỡng, và có thể là hoàn toàn dị dưỡng Chúng sử dụng các chất hữu

cơ có trong môi trường dưới dạng nguồn năng lượng bổ sung, vì thế nó có thể tích cực hoạt động trong điều kiện khó khăn để dinh dưỡng, trong các điều kiện sống khó khăn thì tảo lam chiếm ưu thế hơn cả

Trong các điều kiện thiếu ánh sáng và môi trường thiếu chất dinh dưỡng Ví

dụ như trong hạng động, dưới mực nước sâu, có chất độc, thành phần chất mầu trong tế bào tảo lam có thể bị thay đổi

Nhiệt độ tối đa để vi khuẩn lam có thể sống và quang hợp được là +650c tuy nhiên với một số loài đó chưa phải là khả năng giới hạn, sở dĩ chúng có thể chịuđược nhiệt độ cao như thế là nhờ trạng thái đặc biệt của keo nguyên sinh đậm đặc hơn so với thực vật khác, nó cũng có khả năng tồn tại ở nhiệt độ thấp ở Nam cực ( -830c) một lượng lớn tảo Nostoc được tìm thấy, Ngoài ra nó còn chịuđược ảnh hưởng của bức xạ mặt trời rất mạnh ở trên núi cao nhờ hình thành hàng loạt khả năng chống đỡ, đặc biệt là sự tiết nhầy xung quanh tế bào, có vai trò bảo vệ tránh cho nó không bị khô hạn và những tác động bên ngoài nhờ bao nhầy có khả năng hấp thụ và gữi nước lâu nên có thể dinh dưỡng bình thường trong điều kiện thời tiết khô hạn [12]

Vi khuẩn lam phân bố rộng rãi trong tự nhiên chúng có mặt cả trong nước, trong đất, vỏ cây, trên đá, các vùng khô hạn, núi cao, vùng cực…Đại bộ phận vikhuẩn lam sống trong nước ngọt và tạo thành thực vật phù du trong các thủy vực Một số phân bố trong những vùng nước mặn giàu chất hữu cơ hay trong

nước lợ, một số sống cộng sinh ví dụ như loài Anabaena azollae cộng sinh với bèo hoa dâu, cộng sinh trong rễ cây thuộc chi Cycas, Gunera, địa y, Có thể gặp

trên bề mặt các tảng đá

Một số vi khuẩn lam có giá trị dinh dưỡng cao, có chứa một số hoạt chất có giá trị trong y học, lại có tốc độ phát triển nhanh, khó nhiễm tạp khuẩn vì thích hợp được với điều kiện môi trường khá đặc biết nên phạm vi phân bố rộng rãi Cũng

đã tìm thấy vi khuẩn lam trong các suối nước nóng có nhiệt độ cao tới 870c, trong các vùng biển có nồng độ muối tới 0,7%

Ở đáy các ao hồ thường gặp các chi vi khuẩn lam là Oscillatoria, Lyngbya, ở bề mặt ao hồ gặp các chi Microcystis, Merismopedia, Anabaena phát triển mạnh

gây ra hiện tượng “nở hoa nước” [4]

1.2.3 Khả năng cố định nitơ của vi khuẩn lam

Các nhận xét đầu tiên về khả năng cố định nitơ của vi khuẩn lam( B.Frank, 1889; Beijerinck, 1901 ; B.Heize, 1906) chưa được thừa nhận ngay bởi vì khi

đó việc tách vi khuẩn lam dưới dạng thuần khiết còn gặp nhiều khó khăn [3].Năm 1928 nhà khoa học Đức Đriuss (Von K.Drewes) lần đầu tiên đã chứng minh một cách xác đáng khả năng cố định nitơ của ba loài vi khuẩn lam đã được phân lập và nuôi cấy một cách thuần khiết Điều đó được khẳng định trong các nghiên cứu với nitơ phóng xạ N15 [1]

Tùy thuộc vào các điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu mà loại vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ chiếm ưu thế ở từng vùng khác nhau là không giống nhau

Ví dụ loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ mạnh nhất ở các ruộng lúa Ấn

Độ là fertilissima, ở các ruộng lúa Nhật Bản là Tolypothrix tenuis [1].

Đa số các loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ sống tự do trong đất và trong nước, nhưng cũng có một số loài có đời sống cộng sinh với thực vật ví dụ như: các dạng sống cộng sinh với nấm trong một số loài địa y, hay các dạng sống trong khoang của Địa tiền hoặc còn gặp với một số loại Dương Xỉ(

Polypodium), loài Tuế ( Cycadales), đặc biệt đáng chú ý là loài Anabaena azollae cộng sinh trong bèo hoa dâu, hay cộng sinh với nốt sần của cỏ ba lá

Trifolium alexandrinum [13]

Cyanobacteria có khả năng cố định nitơ thích hợp phát triển trong các môi

trường trung tính hoặc kiềm

Những chủng vi khuẩn lam có hoạt tính cố định nitơ cao thường thuộc các chi

như Nostoc, Anabaena, Tolypothrix, Scytonema… Đã được sản xuất thành các

chết phẩm dùng để lây nhiễm cho ruộng lúa nhằm giảm bớt lượng tiêu dùng phân đạm hóa học

Trên thế giới người ta đã tìm thấy trên 100 loài vi khuẩn lam cố định nitơ và có đến 40 loài trong số này đã được tìm thấy ở nước ta [13]

1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi khuẩn lam

1.3.1 Các nhân tố vật lý

1.3.1.1 Ánh sáng :

Theo nhận xét của nhiều tác giả ( Reynand Roger, 1978, Brown, Riclasdson,1968) thì vi khuẩn lam đặc biệt mẫn cảm với cường độ chiếu sáng cao và được coi là loại kém ưa sáng Sự thiếu ánh sáng cũng là một nhân tố giới hạn với vi khuẩn lam

Đây là nhân tố rất quan trọng đối với sự sinh trưởng của vi khuẩn lam, vi khuẩn lam là những vi sinh vật quang tự dưỡng bị giới hạn bởi vùng ánh sáng

và thường phát triển ở lớp đất 0.5 cm phía trên Trên cánh đồng lúa vi khuẩn lam chủ yếu sống ở dạng váng trên bề mặt [13]

1.3.1.2 Nhiệt độ:

Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của vi khuẩn lam vào khoảng 25 – 300C sự dao động nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao đều ảnh hưởng bất lợi đến quá trình sinh trưởng quang hợp, khả năng cố định nitơ tuy nhiệt độ chưa phải là yếu tố giới hạn đối với vi khuẩn lam Có những loài phát triển bình thường ở 400C ví dụ

như Mastigocladus, Anabaena floasaquae, Aulosira ferti lissima phát triển ở 34

– 390C, vi khuẩn lam trong đất có thể tồn tại ở nhiệt độ từ 50 – 700C, một số loài vi khuẩn lam sống trong các suối nước nóng có nhiệt độ cao từ 700C – 820C

( Dương Đức Tiến và Võ Văn Chỉ, 1978) Mastocladus laminosus và

Phormidium laminosus là 2 loài vi khuẩn lam sống được ở môi trường nước

nóng 500C hay ở nhiệt độ - 800C ở các vùng Nam cực Oscillatoria vẫn tồn tại trong khi đó Nostoc và Cylindrospermum sẽ chết ở nhiệt độ -20C đến 80C [12]

1.3.1.3 Độ ẩm và nước

Đây là 2 yếu tố trực tiếp hoặc gián tiếp đến thành phần loài, mật độ vi khuẩn lam, độ ẩm gián tiếp quyết định nhiệt độ đất, độ hòa tan và nồng độ của các muối, hàm lượng CO2, O2 trong đất vì vậy có thể nói độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của vi khuẩn lam, nó xác định mức độ sinh trưởng, phát triển, sự cấu thành các nhóm, thành phần và sự phồn thịnh của nó [4]

1.3.2 Các nhân tố hóa học

1.3.2.1 Độ pH của môi trường:

Theo Pandey(1965) và Holm – Hansen (1968) PH tối ưu cho sinh trưởng của chúng khoảng 6,5 – 7,0 Golbrbik và Shtima(1969) cho rằng qui luật chung về

sự ảnh hưởng của pH đến vi khuẩn lam là số lượng loài tăng dần khi đất chua được kiềm hóa pH đến 6,0 Theo thí nghiệm nuôi cấy vi khuẩn lam trên đất của Roger và Kulasooriya(1980) đã nhận thấy khả năng cố định nitơ của chúng trong đất hơi kiềm cao hơn ở đất chua, vì thế pH của môi trường có sự ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi khuẩn lam Tuy vậy có những loài sinh trưởng

trong môi trường có pH từ 5.0 – 6.0 như Sira ferli lissma, Calothrix brevissima

Trong ruộng lúa Phot pho làm tăng sự sinh trưởng và hoạt tính cố định đạm của

vi khuẩn lam Theo Fogg và cộng sự 1973 sự sinh trưởng của vi khuẩn lam cố định nitơ hầu như bị hạn chế bởi PH thấp và thiếu P [12]

rõ rệt khi phot pho cung cấp đầy đủ [13]

Nồng độ tối thích cho sự phát triển trong điều kiện chiếu sáng thích hợp trung bình là 0,1% ở 150C và 0,25% ở 200C sự đồng hóa sẽ dừng lại ở nồng độ CO2

0,5%

1.3.2.4 Nitơ (N)

Nhu cầu Nitơ của vi khuẩn lam lớn hơn nhu cầu Phốt pho, nhưng trong điều kiện tự nhiên Nitơ không phải là chất dinh dưỡng chủ yếu giới hạn sinh trưởng của vi khuẩn lam Mặc dù vi khuẩn lam có khả năng lấy nitơ khí quyển và

không phụ thuộc vào Nitơ liên kết song tất cả chúng đều có khả năng sử dụng nitơ liên kết để phát triển Mặt khác Nitơ liên kết ở nồng độ cao lại ức chế sinh trưởng của vi khuẩn lam, theo nghiên cứu của nhiều tác giả thì một số hợp chất chứa Nitơ như các dạng đạm hóa hợp, các axit amin, kinetin, auxin đã kích

thích sinh trưởng của vi khuẩn lam Anabaena, kinitin, auxin đã kích thích sinh

trưởng tối ưu với hoạt tính cố định đạm chúng có thể ức chế hoạt tính tùy thuộc vào nồng độ sử dụng dạng đạm urê, amôn, nitrat ức chế đến quá trình cố định đạm [11]

1.3.2.4 Mô líp đen (Mo)

Mo là nguyên tố cần thiết đối với vi khuẩn lam và quá trình phát triển của chúng, Mo tham gia vào quá trình cố định đạm, nó xúc tác sự hoạt động của Enzim Nitrogenaza và Nitratreductaza thực hiện quá trình cố định đạm, đồng hóa nitrat(Nicholas D.J.D và cộng sự 1953) [15]

Ngoài ra Mo tham gia vào quá trình trao đổi hidrocacbon các hợp chất tan, quá trình tổng hợp chất diệp lục và các vitamin

Theo Waisham payar – 1983 sinh trưởng của Anabaena sp, Anabaena

cylindrical, Nostoc muscomun ngừng khi Mo ra khỏi môi trường nuôi cấy.Vì

thế, Mo là nguyên tố cần thiết cho sự phát triển bình thường của vi khuẩn lam

Magiê là cần thiết cho việc tổng hợp nitrogenaza và glutamine, phản ứng cố định nitơ có thể xảy ra khi có Mg.

Các ion Mn, Co, Fe, Ni có thể thay thế Mo nhưng Cu( đồng), Zn( kẽm) lại kìm hàm quá trình này( Burrus, 1969) Khi sử dụng Mg kết hợp với Ca, Na, K

đã có tác dụng kích thích lên Aulosica ferlilissima.

Ch¬ng II

§èi tîng, néi dung vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Chủng vi khuẩn lam được lấy từ phòng tảo bộ môn Thực vật, trường Đại học Vinh

- Chủng vi khuẩn lam: Nostoc calcicola Breb Ex Born Et Flah.

+ Thuộc chi : Nostoc Vanch Ex Born.et Flah, 1886

2.2.1 Theo dõi sự ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên sự tăng sinh khối

và khả năng cố định nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam cố định nitơ là Nostoc

calcicola và Cylindrospermum licheniforme.

Với cường độ chiếu sáng khoảng 700 lux, 1200 lux, 1500lux, từ 2000 lux đến 5000lux

2.2.2 Theo dõi ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đến sự tăng trưởng và khảnăng cố định Nitơ của 2 chủng vi khuẩn lam ở các thời gian : 8h, 10h, 12h.Thời điểm theo dõi là 15 ngày, 30 ngày, 45 ngày

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp nuôi cấy vi khuẩn lam cố định Nitơ trong môi trường BG 11

Để có môi trường BG11 không đạm ta loại bỏ NaN03 và Sắt – Amonium CytratKhi pha xong môi trường BG11 không đạm, đem khử môi trường dưới áp suất 1,5 atm trong khoảng 30 – 45 phút, để nguội chỉnh pH môi trường tới 7,1

Thả nuôi 2 chủng vi khuẩn lam nói trên được nuôi trong bình cầu 250ml với 100ml dung dịch dinh dưỡng, với lượng tảo thả nuôi ban đầu là 10ml trong 100ml môi trường Nuôi ở nhiệt độ 20 – 300C.

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Bố trí giàn đèn neon với cường độ chiếu sáng khác nhau:

TN1 : Khoảng 700 lux lắp 1 đèn neon dài 1.2m

TN2 : Khoảng 1200 lux lắp 1 đèn neon dài 1.2m + 1 đèn neon 0.6m

TN3 : khoảng 1500 lux lắp 2 đèn neon dài 1.2m

TN4 : khoảng 2000 lux đến 5000 lux dưới ánh sáng tự nhiên

Sử dụng 24 bình cầu 250ml cho các thí nghiệm được đánh dấu thứ tự 1, 2, 3 tương ứng với các thời gian mà bình đó cần như sau

Bình cầu số 1: tương ứng với thời gian chiếu sáng 8h/24h

Bình cấu số 2: tương ứng với thời gian chiếu sáng 10h/24h

Bình cầu số 3: tương ứng với thời gian chiếu sáng 12h/24h

Thí nghiệm được lặp lại 3 lần

2.3.3 Phương pháp xác định sinh khối tươi của vi khuẩn lam

Xác định sinh khối tươi của vi khuẩn lam bằng phương pháp ly tâm dịch vẩn chứa vi khuẩn lam lấy 1 lượng 10ml dịch chứa vi khuẩn lam lắc đều, đưa vào máy ly tâm ở tốc độ 1200 vòng/ 1 phút, sinh khối vi khuẩn lam lắng đọng dưới đáy ống ly tâm, gạn bỏ chất lỏng phía trên, sau đó đổ them 5ml nước cất rồi ly tâm tiếp với tốc độ 2000 vòng/1 phút

Sau khi ly tâm gạn bỏ phần nước, thấm khô nước, cân xác định trọng lượng tươi

Sinh khối tươi của vi khuẩn lam được tính theo g/100ml dịch vẩn

2.3.4 Phương pháp xác định hàm lượng đạm NH 4 do vi khuẩn lam cố định

Xác định hàm lượng NH4 bằng phương pháp so màu với thuốc thử Nessler trên máy so màu quang phổ UV – Vis đo ở bước song 440 nm

2.4 Xử lý số liệu:

- Các kết quả thu được xử lý bằng toán học thống kê.

- Sử dụng số liệu thu được tạo thành các biểu đồ

) (

Trong đó:

TN : Kết quả thí nghiệm

ĐC : Kết quả đối chứng

Ch¬ng III

KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn

3.1 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng lên sự sinh trưởng của 2 chủng vi khuẩn lam

3.1.1 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng 700lux lên sự sinh trưởng của vi khuẩn lam:

Bảng 2: Sự tăng sinh khối của 2 chủng vi khuẩn lam với cường độ chiếu sáng

700lux

Vi khuẩn lam Khối lượng tươi g/100ml

Thời gian chiếu sáng

0 ngày 15 ngày 30 ngày 45 ngày

Nostoc calcicola và 0,114g/100ml chủng Cylindrospermum licheniforme.