Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa và trồng cà phê, cao su ở một số thị xã thuộc thị xã thái hòa nghệ an

Sự phân bố số lượng các loài VKL ở các xã trong các loại hình đất trồng ở Thái Hòa, Nghệ An………... Đa dạng về hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng ở một số xã thuộc thị xã Thái Hòa, tỉn

Lời cảm ơn

Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, đặc biệt thầy PGS TS Võ Hành Thầy là người định hướng và dẫn dắt tôi hoàn thành công việc nghiên cứu của mình Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy Xin được trân trọng cảm ơn thầy giáo, PGS TS Nguyễn Đình San, cô giáo TS Lê Thị Thuý Hà, thầy giáo Nguyễn Tiến Cường Các thầy cô đã có những đóng góp, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành bản luận văn này.

Xin được cảm ơn các thầy – cô giáo khoa Sinh học, khoa đào tạo Sau đại học trường Đại học Vinh, Trung tâm nghiên cứu cây ăn quả thị xã Thái Hòa, Trung tâm khí tượng thuỷ văn Nghệ An, UBND thị xã Thái Hòa đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu.

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Vinh, tháng 12 năm 2010

Tác giả

MỤC LỤC

Lời cảm ơn………

Mục lục………

Chữ cái viết tắt trong luận văn………

Danh mục bảng và hình trong luận văn………

MỞ ĐẦU………

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU………

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ VI KHUẨN LAM 1.1.1 Hình thái và cấu trúc………

1.1.2 Phân loại Vi khuẩn lam ………

1.1.3 Vai trò của Vi khuẩn lam ………

1.1.4 Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam ………

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trên thế giới……

1.2.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam ………

1.3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KHÍ HẬU CỦA THỊ XÃ THÁI HOÀ, NGHỆ AN ………

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên………

1.3.2 Đặc điểm khí hậu………

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

2.1 ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU………

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ………

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu………

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu………

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

2.2.1 Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu………

2.2.2 Định loại VKL bằng phương pháp hình thái so sánh ………

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………

3.1 MỘT SỐ CHỈ TIÊU NÔNG HOÁ THỔ NHƯỠNG CỦA CÁC LOẠI

i ii iv v 1 3 3 3 3 5 7

10 10 12

14 14 14

16 16 16 16 16 17 17 18 20

ĐẤT TRỒNG Ở THỊ XÃ THÁI HOÀ, NGHỆ AN………

3.1.1 Độ pH………

3.1.2 Độ ẩm………

3.1.3 Hàm lượng Nitơ, lân, kali tổng số (%) và nitơ, lân, kali dễ tiêu (mg/100g đất)………

3.2 ĐA DẠNG VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG CỦA MỘT SỐ XÃ THUỘC THỊ XÃ THÁI HOÀ, NGHỆ AN ………

3.2.1 Đa dạng loài………

3.2.2 Đa dạng chi………

3.2.3 Đa dạng họ……… ………

3.2.4 Sự phân bố số lượng các loài VKL trong các loại hình đất trồng ở thị xã Thái Hòa………

3.2.5 So sánh số lượng các chi và số loài ở mỗi chi trong các loại đất trồng ở thị xã Thái Hòa và ở tỉnh Đắc Lắk ………

3.2.6 Đa dạng về hình thái………

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

Phụ lục 1: Nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và lượng mưa trong 12 tháng của năm 2010 ở thị xã Thái Hòa (Nghệ An)………

Phụ lục 2: Ảnh hiển vi các loài VKL trong đất thuộc 3 xã của thị xã Thái Hòa, Nghệ An………

20 20 21

21

22 22 28 28

30

30 33 36 37

41

42

CHỮ CÁI VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu………

Hàm lượng Nitơ, Lân, Kali tổng số (%) và hàm lượng Nitơ, Lân,Kali dễ tiêu (mg/ 100g đất)………

Danh mục Vi khuẩn lam trong đất trồng ở thị xã Thái Hòa, NghệAn………

Phân bố taxon bậc chi và loài trong họ đã gặp…….………

Sự phân bố số lượng các loài VKL ở các xã trong các loại hình đất trồng ở Thái Hòa, Nghệ An………

Số lượng các chi và số loài ở mỗi chi ở Thái Hòa và ở Đắc Lắc…

Đa dạng hình thái bậc chi và loài………

Đa dạng hình thái các taxon VKL trong đất trồng ở một số xãthuộc thị xã Thái Hòa, tỉnh Nghệ An………

Đa dạng về hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng ở một số xã thuộc thị xã Thái Hòa, tỉnh Nghệ An so với các vùng đã được nghiên cứu………

Tỉ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn lam trong đất ở một

số xã thuộc thị xã Thái Hòa, tỉnh Nghệ An………

Tỉ lệ % số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn lam trong đất ở một

số xã thuộc thị xã Thái Hòa, tỉnh Nghệ An………

So sánh số lượng các chi và số loài ở mỗi chi trong các loại đấttrồng ở thị xã Thái Hòa và ở tỉnh ĐắcLắk………

21

21

2328

303133

đất và trong nước, nhưng cũng có một số ít sống nội sinh trong Địa tiền hoặccòn gặp cả ở một số loài Dương xỉ, một số loài Tuế

Vi khuẩn lam đóng vai trò quan trọng, là thành phần không thể thiếucủa hầu hết các hệ sinh thái trên trái đất như sông, suối, ao, hồ hay đất ẩm

Trong thiên nhiên, khi chưa có con người VKL đã là những sinh vậttiên phong có mặt và tồn tại để từ đó làm những việc tiếp nối cho sự phát triển

đa dạng khác

Trong môi trường nước, VKL được sử dụng như một tác nhân hữu hiệutrong biện pháp sinh học xử lý các nguồn nước thải, loại trừ các chất độc hạilàm tăng hàm lượng oxi trong nước góp phần bảo vệ môi trường

Trong môi trường đất, VKL có khả năng tái tạo đất chua, mặn Sự pháttriển của VKL có thể giữ được độ thoáng, độ ẩm cho đất, cung cấp đạm vàchất hữu cơ cho đất

Bên cạnh đó , một số loài Vi khuẩn lam sản sinh các độc tố hòa tan

trong nước, gây nên hiện tượng nở hoa nước Chẳng hạn, Mycrocytis sp có độc tố microcystin; Anabaena có độc tố anotoxin; Trichodesmium

erythraeum có độc tố thần kinh neurotoxin làm chết các loài thủy sản nuôi.

Từ những vai trò đó, VKL đã và đang lôi cuốn sự chú ý của nhiều nhàkhoa học ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt trong lĩnh vực Sinh học và Nônghọc

Cho đến nay, ở Việt Nam việc nghiên cứu tảo đất chưa được chú ýnhiều (so với tảo sống trong các thuỷ vực), các công trình về chúng còn tảnmạn, thiếu hệ thống, đặc biệt ở khu vực miền Trung càng ít được nghiên cứu

Vì vậy, rất cần sự tham gia nghiên cứu của các nhà khoa học trong lĩnh vựcnày

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Vi khuẩn lam

trong đất trồng lúa và trồng cà phê, cao su ở một số xã thuộc thị xã Thái Hòa, Nghệ An”.

Mục tiêu của đề tài nhằm điều tra thành phần loài VKL trong các loạihình đất trồng (trồng lúa và trồng cà phê, cao su) ở một số xã thuộc thị xãThái Hòa, Nghệ An

Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là: Xác định thành phần loàiVKL có mặt trong các loại hình đất trồng.

Đề tài được tiến hành tại Bộ môn Thực vật – khoa Sinh học trường Đạihọc Vinh

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ VI KHUẨN LAM

1.1.1 Hình thái và cấu trúc

Hình thái VKL gặp ở các mức độ sau: đơn bào, tập đoàn dạng hình cầu,dạng sợi hay dị sợi Khi tế bào phân chia, sản phẩm của chúng thường kết hợpvới nhau tạo thành tập đoàn có hình dạng xác định hoặc không xác định [5]

Dạng đơn bào, cơ thể chỉ gồm một tế bào hoàn chỉnh, sống độc lập gồmnhiều hình dạng khác nhau, nhưng phổ biến nhất là dạng hình cầu hoặc ellip

Dạng tập đoàn, gồm nhiều tế bào dính lại với nhau bằng chất nhầy, đadạng: hình cầu, ellip, trụ, khối hoặc bản, hay hình dạng tập đoàn không xácđịnh

Dạng sợi, đơn độc hoặc dính lại nhờ chất nhầy thông qua màng; đôi khitập hợp lại thành khối có hình cầu hoặc bán cầu Các tế bào của sợi có hìnhdạng khác nhau ở các loài khác nhau [30]

Sợi có thể phân nhánh giả hoặc phân nhánh thật Dạng sợi phân nhánhgiả (không có phân nhánh thật) gặp ở bộ Nostocales Cả hai loại tế bào dịhình và bào tử nghỉ (akinete) đều được tạo ra trên sợi Bào tử nghỉ thườngnằm giữa 2 dị bào hoặc tạo thành chuỗi Dạng sợi phân nhánh thật gặp ở bộStigonematales Bộ này bao gồm những VKL có phân nhánh thật, có tế bào dịhình và vách ngăn ngang giữa các tế bào tạo các hố lõm [5]

Chức năng của tế bào dị hình là nơi diễn ra quá trình cố định nitơ, sinhsản và là cơ quan liên kết, điều hòa quá trình hình thành bào tử Hầu hếtnhững VKL có khả năng cố định nitơ đều có tế bào dị hình Nhiều loài đơnbào hay dạng sợi không có tế bào dị hình cũng có khả năng này [theo 8]

Trong chu trình sống, VKL không có giai đoạn nào mang roi và hìnhthức sinh sản duy nhất là sinh sản vô tính Thông thường tế bào phân chia làmđôi hoặc nhờ sự hình thành tảo đoạn (hormogonia), nội bào tử (endospore),ngoại bào tử (exospore) hoặc bào tử nghỉ (ankinete)

1.1.2 Phân loại Vi khuẩn lam

Trong lịch sử nghiên cứu tảo và VKL đã ghi nhận nhiều quan điểmphân loại khác nhau về vị trí của nhóm sinh vật này trong sinh giới Các hệthống về phân loại luôn được điều chỉnh do các dữ liệu mới trong suốt thế kỷ

19 cho đến thế kỷ 20

Theo Võ Hành [5], hiện nay tồn tại các hệ thống phân loại sau:

Hệ thống phân loại của Geitler (1932), VKL có một lớp(Cyanophyceae) và được chia làm 4 bộ: Chroococcales, Dermocarpales,Pleurocapsales và Hormogonales

Hệ thống phân loại của Fritsch (1945), VKL có một lớp(Cyanophyceae) và được chia thành 5 bộ: Chroococcales, Chamaesiphonales,Pleurocapsales, Nostocales và Stigonematales Cánh phân chia này cũng đượcDesikachary (1959) tán thành [35]

Khác với các hệ thống phân loại trên, Gollerbakh (1977) chia VKL thành 3 lớp: Chroococcophyceae, Chamaesiphonophyceae, và

Hormogoniphyceae Theo hệ thống này VKL gồm có 10 bộ, trong đó đáng chú ý là ở lớp Hormogoniphyceae, ông đã tách bộ Nostocales thành hai bộ: Nostocales và Oscillatoriales Các hệ thống phân loại trên chủ yếu dựa vào các đặc điểm về hình thái và tế bào

Van Den Hoek và cs (1995), ngoài tiêu chí phân loại theo phươngpháp truyền thống còn kết hợp tiêu chí phân loại hiện đại là dựa vào các đặcđiểm cấu trúc siêu hiển vi của tế bào, đặc biệt chú trọng đến chỉ tiêu phân tử(ADN) để phân loại và xây dựng hệ thống Theo đó, VKL có một lớpCyanophyceae với 5 bộ: Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales,Nostocales và Stigonematales

Gần đây, hệ thống phân loại của 2 tác giả Komárek J và Anagnostidis

K (1988, 1991, 1999) được nhiều người biết đến và sử dụng rộng rãi [36, 33,34]

Theo hệ thống này, VKL có 1 lớp và chia thành 4 bộ, trong đó nhữngloài không phải ở dạng sợi được xếp vào bộ Chroococcales, những VKL đượcxếp vào 3 bộ còn lại là Oscillatoriales, Nostocales và Stigonematales dựa vàocác đặc tính về hình thái như dạng sợi không có tế bào dị hình, dạng sợi có tếbào dị hình với nhánh giả có hoặc không và dạng sợi có tế bào dị hình vớinhánh thật Sau đây là đặc điểm chính của mỗi bộ:

- Bộ Chroococcales: gồm các loài đơn bào hoặc tập đoàn cũng có gặpmột số loài mà trong đó các tế bào hình thành đám nhờ chất nhầy

- Bộ Oscillatoriales: gồm những VKL dạng sợi, không phân nhánh,sinh sản bằng đoạn tảo sợi chỉ có một kiểu phân nhánh đó là phân nhánh giả,

không có tế bào dị hình và cũng không có bào tử Các loài thường có sự phân

bố rộng trên tất cả các hệ sinh thái

- Bộ Nostocales: gồm những VKL dạng sợi, sinh sản bằng sự hìnhthành đoạn tảo Sợi có phân nhánh giả, nhưng không có phân nhánh thật Cảhai loại tế bào dị hình và bào tử nghỉ (akinete) đều được tạo ra trên sợi

- Bộ Stigonematales: bộ này bao gồm những VKL có phân nhánh thật,

có tế bào dị hình và vách ngăn ngang giữa các tế bào tạo các hố lõm Hầu hếtcác loài trong bộ có sinh trưởng ở đỉnh, sống trong đất, sát mặt đất hoặc trongnước ngọt

1.1.3 Vai trò của Vi khuẩn lam

Trong lịch sử hình thành và phát triển của sự sống trên trái đất, VKLchiếm một vị trí rất quan trọng, chúng tham gia vào quá trình phong hóa đá

tạo ra mùn bã trên lớp đất mặt Sự có mặt của VKL, đặc biệt các chi Nostoc

và Plectonema đã làm tăng lượng chất hữu cơ, hàm lượng lân và đạm trong

đất, nhờ đó tính chất lý hóa của đất được cải tạo [13]

Sự phát triển mạnh mẽ của những VKL cố định Nitơ từ không khí sốngtrên những cánh đồng lúa đã tạo ra những chất hữu cơ giàu đạm cần thiết cho cây trồng, đồng thời trong hoạt động sống chúng cũng tiết vào môi trường nước ammonium và các chất có hoạt tính sinh học, kích thích sự sinh trưởng của thực vật bậc cao [30]

Những nghiên cứu ở bang Bihar (Ấn Độ) cho thấy hàng năm VKL cốđịnh được 14 kg N/ha và ở tây Bengar, có thể đạt tới 15-49 kg N/ha

(Venktaraman, 1982) [37] Riêng loài Cylindrospermum licheniforme trên các cánh đồng mía và ngô hàng năm cũng có thể cung cấp cho đất 88kg N/ha.

Trên đất lúa bằng phương pháp thực nghiệm, Roger và Kulasooriya (1980)[theo 8] cho biết khả năng cố định nitơ của VKL trên đất lúa ở Banglades là10-30 kg/ha và có thể đạt tới 80kg/ha/năm

Vai trò tích cực của Vi khuẩn lam cố định đạm (VKLCĐN) đối với sựgia tăng năng suất lúa đã được Nhật Bản chứng thực tại 11 trại thực nghiệm,

khi cho lây nhiễm Tolypothrix tenuis vào ruộng lúa, kết quả cho thấy sự tăng

luỹ tiến của năng suất lúa hàng năm và sau 4 năm lây nhiễm thì năng suấttăng 128% so với đối chứng [14]

VKL là nguồn phân bón sinh học có giá trị, nó làm tăng hàm lượng ôxitrong nước và đất, nhờ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hô hấp củathực vật [theo 8].

Trong môi trường đất, VKL còn có thể tiết ra các chất có hoạt tính sinhhọc ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của cây trồng Nhiều thí nghiệm tiến hànhngâm hạt lúa với dịch vẩn của VKL đã kích thích sự nảy mầm, sinh trưởngcủa rễ, tăng trọng lượng hạt và hàm lượng protein của lúa Tại viện lúaTasken đã tiến hành gieo các hạt được xử lý dịch vẩn VKLCĐN cho thấynăng suất vượt hơn so vời đối chứng là 13,8 tạ/ha Các chất do chúng tiết ramôi trường có thể là hormon, vitamin, axit amin, (Roger và Reynaud (1982)[theo 8]; Dương Đức Tiến (1994) [29]) Sự phát triển của VKL có thể làmtăng khả năng giữ nước, độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và chua Việc nuôi

cấy Anabaena torulosa nhiều lần sẽ làm độ mặn của đất giảm đi 20 - 30%

(Đoàn Đức Lân, 1996) [23]

Khi sự ô nhiễm môi trường đã và đang là mối hiểm họa đối với sự sốngtrên trái đất thì vai trò của VKL là một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinhhọc để xử lý các nguồn nước thải Chúng góp phần loại trừ các chất độc hại

và tăng cường hàm lượng ôxi (Đặng Đình Kim và cs (1993) [19])

Thời gian gần đây, khi ngành công nghệ sinh học vi tảo phát triển thìVKL được chuyển sang lĩnh vực nghiên cứu về khai thác giá trị dinh dưỡng

và dược liệu Spirulina platensis với hàm lượng protein rất cao (chiếm tới 60

-70% trọng lượng khô), và giàu các vitamin, nguyên tố khoáng, các chất cóhoạt tính sinh học đã được nuôi trồng ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam,

Spirulina đã được nghiên cứu trong hơn hai thập kỷ qua [18].

Ở Nhật Bản và Đài Loan, Spirulina được sử dụng trong chăn nuôi cá.

Một loại cá Chép ở Ấn Độ phát triển mạnh hơn khi khẩu phần ăn có

Spirulina Ở gà, Spirulina giúp nâng cao khả năng chống đỡ bệnh tật Những

người nuôi gia súc và ngựa xác nhận rằng khi thêm Spiruluna vào khẩu phần

ăn thì sẽ tăng khả năng sinh sản của chúng

1.1.4 Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam

* Đặc điểm sinh thái của Vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có mặt ở hầu hết các hệ sinh thái trên trái đất Hình thứcdinh dưỡng chủ yếu là quang tự dưỡng, ngoài ra VKL còn có khả năng quangkhử, quang dị dưỡng, tự dị dưỡng và thậm chí hoàn toàn dị dưỡng Chúng sửdụng các chất hữu cơ trong môi trường dưới dạng nguồn năng lượng bổ sung.Nhờ khả năng hỗn dưỡng, VKL hầu như chiếm ưu thế trong những môitrường có điều kiện khó khăn khắc nghiệt

Một số VKL có khả năng cố định nitơ từ không khí Những loài có khảnăng này hầu hết trên tản đều có tế bào dị hình Đa số chúng thích ứng với lốisống trên mặt đất

VKL là thành phần của thực vật phù phiêu trong các thủy vực giàu chấtdinh dưỡng, khi chúng phát triển mạnh gây nên sự nở hoa của nước Một số

loài Oscillatoria gây nên sự nở hoa nước ở dưới băng, nghĩa là ở nhiệt độ gần

00C Sự nở hoa của VKL thường bị coi là có hại, bởi vì nước trở nên không sửdụng được Sinh khối của VKL đạt tới mức khá lớn ( 200-500g/m3) và trong

đó rất ít loài có thể dùng làm thức ăn cho các sinh vật khác Các loài của chi

Gloeocapsa, Nostoc, Scytonema, Stigonema, Rivularia, Calothrix là những cơ

thể cộng sinh trong địa y Các loài của Anabaena, Nostoc sống trong phòng

khí của rêu sừng

Như vậy VKL phân bố rộng rãi trên tất cả các khu vực với điều kiệnkhác nhau, trong nước ngọt , nước mặn, trên cạn ở hầu như khắp mọi nơi trêntrái đất [30]

* Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất

Sự phân bố thành phần, số lượng loài cũng như biến động về số lượng

tế bào VKL trong đất phụ thuộc vào không gian, thời gian, đặc điểm thổnhưỡng, phương thức canh tác, Khi chúng phát triển mạnh trên đất, làm chomàu sắc đất thay đổi đó là hiện tượng “khai hoa đất” (đất nở hoa) tạo lớpmàng mỏng trên mặt đất và phát triển trên bề mặt, tạo tản nhiều

Trong các loại đất khác nhau thì sự phân bố các nhóm tảo (trong đó cóVKL) cũng khác nhau Ở hầu hết các loại đất lúa đều thấy các loài VKL có tế

bào dị hình, trong đó Nostoc có mặt trong đa số các loại đất VKL phân bố

giảm dần cả về số loài và số lượng tế bào theo độ sâu (Roger 1985 - 1987)[theo 29]

Ở Việt Nam, các kết quả điều tra cơ bản về vi khuẩn lam ở ruộng lúacho thấy, thành phần loài phong phú và đa dạng Nguyễn Thị Minh Lan, LêKhương Thúy (2000) [22], khi nghiên cứu sự phân bố VKLCĐN trong ruộnglúa đã cho biết ở lớp bề mặt có nhiều loài nhất (30 loài), xuống lớp đất dưới

số loài càng ít (17 loài) và trong các mẫu nước ruộng số loài ít nhất (10 loài)

VKL phân bố chủ yếu ỏ tầng đất canh tác (từ 0 - 20cm), tuy nhiên ở độsâu 50 - 60cm vẫn có VKL

* Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL

Yếu tố vô sinh:

Các yếu tố vô sinh đều có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên đờisống của VKL

- Ánh sáng: Là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sinh trưởng phát

triển của VKL Vì vậy trên đất, VKL thường phân bố ở lớp trên cùng có độsâu 0,5cm Reynaud và Roger (1978) [theo 29] cho rằng, VKL đặc biệt mẫncảm với cường độ chiếu sáng cao và được coi là nhóm kém ưa ánh sáng Tuynhiên, cũng có những loài VKL sinh trưởng tốt ở cường độ ánh sáng mạnh

như Aulosira fertilissima (Ấn Độ) Đa số VKL giàu tính cảm quang, sự sinh

trưởng của một số chủng có tế bào dị hình tăng khi cường độ chiếu sáng tănglên [29]

- Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu nhất cho sinh trưởng của VKL từ 250C –

300C [30] Sự dao động của nhiệt độ ảnh hưởng đến sinh khối, thành phần khu

hệ và khả năng sinh trưởng của chúng Nhiệt độ chưa phải là yếu tố giới hạnđối với VKL ở đồng lúa [29] Tuy nhiên, một số VKL trong đất có thể tồn tạitrong những điều kiện nhiệt độ 500C – 700C Một số VKL sống ở suối nướcnóng có nhiệt độ cao tới 70 – 820C, có thể tới 870C [theo 23]

- Độ ẩm và nước: Độ ẩm là điều kiện tiên quyết cho hoạt động sống của

tảo đất, nó xác định mức độ sinh trưởng, phát triển; sự cấu thành các nhómtảo đến thành phần loài và sự đa dạng của chúng Bởi vì, độ ẩm sẽ quyết địnhnhiệt độ đất, độ hòa tan và nồng độ của các muối, hàm lượng CO2 và O2 trongđất Nếu trong đất, độ ẩm đạt 80 - 100% thì VKL phát triển mạnh Tuy nhiên,VKL có khả năng chịu hạn tốt Tại Senegal, nơi mà mùa khô kéo dài 8 tháng,bào tử VKL có tế bào dị hình chiếm tới 95% ở trong thời kỳ khô hạn [theo 8]

- Độ pH: VKL sinh trưởng tốt trong môi trường có pH từ 6,5 - 7, khả

năng cố định nitơ ở đất kiềm cao hơn đất chua Tuy vậy, có những loài sinhtrưởng ở môi trường có pH = 5 - 6 thậm chí 3,5 - 6,5 Độ pH ảnh hưởng trựctiếp đến sự thẩm thấu của các ion trong đất vào tế bào của VKL

- Các nguyên tố khoáng:

Hàm lượng phốt pho dễ tiêu đóng một vai trò không thể thiếu đối vớisinh trưởng của VKL Nó tương quan dương tính với mật độ VKL cố địnhnitơ, tăng hoạt tính nitrogenaza Theo Fogg và cs (1973), sự cố định nitơ củaVKL hầu hết bị hạn chế bởi pH thấp và thiếu phốt pho [theo 23]

Hàm lượng nitơ cho VKL cần nhiều hơn phốt pho, nhưng trong điềukiện tự nhiên nitơ không phải là chất dinh dưỡng chủ yếu giới hạn sinh trưởngcủa chúng Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng nitơ khí quyển không phụthuộc vào nguồn nitơ liên kết để phát triển, nhưng nếu nitơ liên kết ở nồng độcao thì nó ức chế sinh trưởng của VKL [29] Mức độ kìm hãm (ức chế) còntùy thuộc vào dạng nitơ liên kết, thời gian và trạng thái sinh lý của VKL (TrầnĐăng Kế (1993) [16]; Đoàn Đức Lân (1996) [23]

CO2 được VKL sử dụng làm nguồn cacbon duy nhất trong quang hợp(Shiraiwa & Miyachi,1985) [theo 8] De và Sulaiman [theo 23] đã tiến hànhthí nghiệm thổi không khí chứa 2% CO2 vào đất không trồng cây, kết quả chothấy sự cố định nitơ của VKL được kích thích VKL có khả năng thu nhậncacbon từ các nguồn hữu cơ và vô cơ và thực hiện cơ chế dị dưỡng hoặc tựdưỡng (Abe và cs., 1987) [theo 8] Nồng độ CO2 thích hợp cho sự phát triểncủa VKL trong điều kiện ánh sáng thích hợp là 0,1% ở 150C và 0,25% ở 200C

Các yếu tố hữu sinh:

Tảo, VKL và vi khuẩn cùng sống chung trong một khu vực có thể tiết

ra những chất độc kìm hãm sự phát triển của nhau Trong quá trình hoạt động

vi khuẩn khử sunfát tiết ra H2S gây độc cho VKL, còn Azotobacter bị kìmhãm bởi các độc tố do một số VKL tiết ra [23].

Cỏ dại là nhân tố làm hạn chế sự hình thành các tập đoàn VKL trên cácđồng lúa Nhiều động vật không xương sống, ấu trùng muỗi, rất thích ăn tảo

và VKL Sự có mặt của động vật không xương sống trong ruộng lúa liên quanđến khả năng cố định nitơ của VKL, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình

thành các VKL có các lớp nhầy kém hiệu quả cho hoạt động nông học [29]

Hoạt động canh tác:

Hoạt động canh tác như làm đất, làm cỏ, bón phân, sử dụng thuốc hoáhọc phòng trừ sinh vật gây hại đều tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến VKL.Tác động của phân bón đối với VKL không chỉ phụ thuộc vào phương thức sửdụng mà còn phụ thuộc vào bản chất từng loại phân, do đó việc sử dụng phânbón hợp lý rất quan trọng cho sinh trưởng của VKL Giữa cỏ dại và VKL cótác động âm tính [23]

Tóm lại, nghiên cứu sinh thái học đã xác định được quá trình sinhtrưởng của VKL chịu tác động của ánh sáng, nhiệt độ, pH, độ ẩm, muốikhoáng, chế độ canh tác Nhiều nghiên cứu cho thấy VKL phân bố rộng và

có nhiều ở đồng lúa hơn là đất canh tác khác

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.3 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trên thế giới

Nghiên cứu Vi khuẩn lam (VKL) đã được nhiều nhà khoa học tiến hành

từ những năm đầu thập kỷ XIX (C Agardh, 1824, Kuetzing, 1843) [theo 30]

và theo nhiều hướng khác nhau Các nghiên cứu đầu tiên chủ yếu tập trung vềđiều tra, phân loại và tìm hiểu quy luật phân bố của chúng, sau đó đi sâu vàotìm hiểu các quá trình sinh lý, sinh hoá nhằm mục đích phục vụ cho lợi íchcủa con người

Người đầu tiên đặt nền móng nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL),với nhiều mặt của nó là Bristol – Roach (1920) Tiếp đó hàng loạt công trìnhphân loại VKL của các nhà khoa học tên tuổi khác đã bổ sung cho tri thức vềVKL ngày càng thêm đầy đủ và chi tiết hơn: Meier (1922), Oplova (1928),

Golberbakh (1934 - 1936), Lund (1940 – 1962), Singh (1961), Watanabe(1959), Fogg (1942, 1951) [theo 8].

Ở vùng nhiệt đới, có nhiều công trình nghiên cứu khu hệ, phân loạiVKL, điển hình như Frémy (1930) [theo 30] Nhà tảo học Ấn Độ Desikachary(1959) [36] đã tiến hành nghiên cứu khu hệ VKL ở Ấn Độ trong nhiều năm,kết quả đã phản ánh được sự phong phú của các taxon VKL ở khu hệ này (với

750 loài/ dưới loài)

Khu vực Châu Á, ở Nhật Bản và đặc biệt là Ấn Độ, Vi khuẩn lam cókhả năng cố định nitơ dành được sự chú ý cao trong việc sử dụng làm nguồnphân bón cho ruộng lúa Điển hình là các công trình của Desikachary (1959)[36], Singh (1975) [theo 24], Roge (1989) [theo 19]

Ở khu vực Nam và Đông Á, Watanabe (1959) [theo 8] nghiên cứu 851mẫu đất, tìm thấy 46 loài có khả năng cố định nitơ, chúng thuộc các chi:

Tolypothrix, Nostoc, Cylindropermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis, và Schizothrix Theo ông, VKL có nhiều ở vùng nhiệt đới và á

nhiệt đới như Java, Xumatra, Borneo, Philippin, Malaixia, Đông Dương, TháiLan, Hải Nam, Đài Loan, và Hoa Nam nhưng ít thấy ở Nhật Bản, Hoa Bắc,đông Bắc Trung Quốc, Triều Tiên và Xakhalin

Bên cạnh đó một số nhà khoa học còn đi sâu nghiên cứu đặc điểm hìnhthái trong các giai đoạn phát triển cá thể, nhất là các loài VKL dạng sợi phâncực có tế bào dị hình (Abdul Aziz, 1998), (Sanchis, 2004) [theo 8] Ngoài ra,các nhà khoa học còn quan tâm tới độc tố do VKL tiết ra Từ năm 1940, việcphân lập VKL độc mới được Theodose Alson (Đại học tổng hợp, Minnesoto

- Mỹ) tiến hành Ông đã phân lập được nhiều chủng VKL thuộc chi

Microcystis và Anabaena Từ đó nghiên cứu về độc tố của VKL trong các

thủy vực đã được tiến hành trên toàn thế giới [theo 18]

1.2.2 Một số dẫn liệu về nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam

Các công trình nghiên cứu tảo và VKL ở Việt Nam được tiến hànhmuộn hơn so với trên thế giới nhưng cũng đạt được một số thành tựu nhấtđịnh Đầu thế kỷ 20 hầu như chưa có công trình chuyên nghiên cứu về tảo đất

và VKL trong đất, chủ yếu là các nghiên cứu về VKL trong các thuỷ vực.Những nghiên cứu ban đầu về tảo ở Việt Nam chủ yếu được thực hiện bởi các

nhà khoa học người nước ngoài như M.D Bois và P Petit (1904), Frémy(1927) [theo 30].

Công trình đầu tiên về VKL là của Frémy (1927) Ông đã công bố baloài tảo lam trên cơ sở định loại mẫu do D.Gaumont thu thập [theo 30] Cácnghiên cứu về tảo do người Việt Nam thực hiện bắt đầu từ năm 1960 NgườiViệt Nam nghiên cứu và công bố kết quả đầu tiên chuyên về VKL trong đất làCao Ngọc Phương (1964) [38], bà đã công bố 23 taxon tảo lam tại Sài Gòn và

Đà Lạt, trong đó có 11 chi, với 2 chi có tế bào dị hình và một loài mới đối với

khoa học: Phormidium vietnamensis, Gleoeocap punctata var phamhoagii.

Dương Đức Tiến ( 1977) [28] đã công bố 13 loài VKL thuộc 6 chi với

4 chi có tế bào dị hình cùng với khả năng cố định nitơ của chúng Trần VănNhị và cs ( 1984) [26] đã nâng tổng số VKL cố định nitơ lên tới 40 taxon,gồm 17 chi trong đó có 16 chi có tế bào dị hình và một chi dạng sợi không có

tế bào dị hình

Phùng Thị Nguyệt Hồng (1992) [theo 30] đã công bố công trình củamình bằng tiếng Pháp về tảo lam với 94 taxon, trong đó có một loài mới đốivới khoa học và 3 thứ mới

Đoàn Đức Lân (1996) [23], Đoàn Đức Lân và cs (1994) [24] khinghiên cứu vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), đã phân lập được 15loài VKL cố định nitơ và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ tự do củachúng, trong đó chi Nostoc chiếm ưu thế

Đỗ Thị Trường và Võ Hành (1999) [31] đã phát hiện được 45 loài vàdưới loài VKL thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang(Đà Nẵng)

Nguyễn Công Kình (2001) [20] đã phát hiện được 10 loài và dưới loàiVKL của 19 cánh đồng lúa ở thành phố Vinh và vùng phụ cận

Nguyễn Lê Ái Vĩnh, Võ Hành (2001) [33] đã phát hiện được 69 loàiVKL thuộc 15 chi, 5 họ trong đó có 3 chi dạng đơn bào, 5 chi dạng sợi có tếbào dị hình

Ở khu vực Tây Nguyên, Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành, Dương Đức Tiến,(2005) [9, 10] khi nghiên cứu thành phần loài VKL trong các loại hình đấttrồng ở tỉnh Đắk Lắk, đã công bố 62 loài và dưới loài trong đất trồng lúa; 46

loài và dưới loài ở đất trồng bông; 23 loài và đưới loài ở đất trồng cà phêđồng thời phân lập được 9 loài và dưới loài VKL có tế bào dị hình trong đất.

Đặc biệt, vào năm 2007 Hồ Sỹ Hạnh đã công bố trong luận án Tiến sỹcủa mình 129 loài và dưới loài VKL trong các loại hình đất trồng ở tỉnh ĐắcLắc, chúng thuộc 20 chi, 10 họ và 4 bộ, trong đó bộ Oscillatoriales giữ vai tròchủ đạo (chiếm 55,03% tổng số loài đã phát hiện) [8]

Cùng với công tác điều tra, những nghiên cứu chuyên sâu về đặc tínhsinh lý, sinh hóa của các chủng VKL có ý nghĩa thực tiễn đã được khá nhiềutác giả tiến hành nghiên cứu: Nguyễn Đức và cs (1984, 1985) [1, 2]; TrầnHài (1996) [3]; Nguyễn Thị Minh Lan (2000) [21]; Võ Hành, Đỗ Thị Trường(2001) [6] Nghiên cứu VKL trong vùng rễ lúa và lây nhiễm các chủng cókhả năng cố định nitơ tự do có tác giả Dương Đức Tiến (1994) [29]; NguyễnThanh Hiền và cs (1994) [11]; Đặng Diễm Hồng, Nguyễn Hữu Thước (1987)[15]

Hiện nay, VKL và ứng dụng của nó đang được nhiều nhà khoa họcquan tâm và nghiên cứu nhằm mục đích ứng dụng chúng vào việc nâng cao

độ phì của đất, trên cơ sở đó nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, bảo

vệ môi trường, tiến tới một nền nông nghiệp bền vững

1.3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KHÍ HẬU CỦA THỊ XÃ THÁI HOÀ,NGHỆ AN

1.3.3 Đặc điểm tự nhiên

* Vị trí địa lý

Thị xã Thái Hòa được thành lập theo nghị định 164/2007/NĐ-CP ngày

15 tháng 11 năm 2007 của Chính phủ Việt Nam trên cơ sở tách thị trấn TháiHòa và 7 xã thuộc huyện Nghĩa Đàn, với diện tích khoảng 135km2, dân sốkhoảng 66.000 người

Thị xã Thái Hòa nằm ở vùng Tây Bắc tỉnh Nghệ An trên tọa độ: 19013’

- 19033’ vĩ độ Bắc và 105035’ kinh độ Đông, cách thành phố Vinh 90km vềphía Tây

- Phía Bắc, phía Nam và phía Tây giáp huyện Nghĩa Đàn

- Phía Đông giáp hai huyện Quỳnh Lưu và Nghĩa Đàn

* Về đất đai

Tổng diện tích đất tự nhiên theo thống kê của Phòng Tài nguyên Môitrường năm 2008 là 13.518,78 ha chiếm 0,82% diện tích tự nhiên của tỉnhNghệ An; Trong đó diện tích đất nông nghiệp 10.152,62 ha, diện tích đất phinông nghiệp 3.058,62 ha, diện tích đất chưa sử dụng 307,54 ha.

Theo địa hình chủ yếu là đồi núi thoải (chiếm khoảng 60% tổng diệntích), đồng bằng thung lũng chiếm khoảng 30%, đồi núi cao chiếm khoảng10% Do kiến tạo của địa chất nên Thái Hòa cũng có những vùng đất tươngđối bằng phẳng, diện tích lớn và tương đối thuận lợi để phát triển nôngnghiệp

1.3.4 Đặc điểm khí hậu

Thị xã Thái Hòa chịu ảnh hưởng của khí hậu vùng Bắc Trung Bộ vàvùng Tây Bắc Nghệ An, có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Theo tài liệu trạmkhí tượng thị xã Thái Hòa, Nghệ An cho thấy:

* Nhiệt độ

Nhiệt độ không khí trung bình 240C; trung bình tháng cao nhất 28

-290C ở các tháng 6 và tháng 7; trung bình dưới 200C chỉ xuất hiện ở tháng 12,tháng 1 và tháng 2 Có 4 tháng (từ tháng 5 đến tháng 9) nhiệt độ trung bìnhvượt quá 250C Tháng 1 có nhiệt độ trung bình thấp nhất là 16,80C Biên độnhiệt ngày đêm các tháng mùa hè từ 8 - 110C, mùa đông từ 6 - 80C Trong cáctháng mùa đông do nhiệt độ xuống thấp nên thường xuất hiện sương mù,sương muối nhưng ít ảnh hưởng đến sản xuất (phụ lục1)

* Độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm phổ biến từ 80 - 86%, chênhlệch giữa các tháng trong năm không đáng kể (phụ lục 1)

* Lượng mưa và lượng bốc hơi

Lượng mưa bình quân trong 12 tháng là 1562,6 mm (bình quân cả nămkhoảng 1600mm), trong đó có đến trên 70% lượng mưa tập trung từ tháng 7đến tháng 10 Lượng mưa bình quân cao nhất là 390,9 mm, thấp nhất là 17,5

mm (phụ lục 1)

Lượng bốc hơi và tiến trình bốc hơi ảnh hưởng đến độ ẩm không khí,

độ ẩm của đất Tổng lượng bốc hơi bình quân năm là 859 mm

Nhìn chung, thị xã nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, độ ẩm, nhiệt độ,ánh sáng thuận lợi cho VKL phát triển.

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trongđất trồng lúa và đất trồng cao su, cà phê ở thị xã Thái Hoà, Nghệ An

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành thu mẫu nghiên cứu VKL trên 3 loại hình đất trồngtại 3 xã thuộc thị xã Thái Hoà, Nghệ An (bảng 2.1 và hình 1).

Bảng 2.1 Các địa điểm thu mẫu

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu

Đã tiến hành thu, xử lý và phân tích 3 đợt mẫu trong năm 2009 và2010:

Đợt 1: tháng 11/ 2009 đến tháng 1/ 2010

Đợt 2: tháng 3/ 2010 đến tháng 5/ 2010

Đợt 3: tháng 6/ 2010 đến tháng 7/ 2010

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu

Tại mỗi địa điểm, mẫu đất được lấy ở độ sâu 0 – 20 cm theo phươngpháp đường chéo [23] Các vị trí mẫu thành phần cách nhau 50m sau đó trộnđều, lấy khoảng 500g cho vào túi nilon, ghi ký hiệu, thời gian Mẫu đất đượcchuyển về phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, mỗi mẫu đất được cho vào 2 đĩa petri đáy cólót giấy lọc đã tiệt trùng, tưới ẩm bằng môi trường BG-11, chiếu sáng bằng

đèn Neon cường độ 1000 – 1200 lux, ở nhiệt độ phòng 25 - 300C Sau 2 – 3tuần VKL mọc trên bề mặt đĩa khi ấy tiến hành phân tích.

Môi trường BG – 11 thích hợp nhất cho sinh trưởng và phát triển củacác chủng VKL mà không gây đột biến

Với môi trường thạch thì thêm 10 – 15g agar/ lit

2.2.2 Định loài VKL bằng phương pháp hình thái so sánh

Các mẫu VKL được quan sát dưới kính hiển vi quang học với độ phóngđại 100 – 1000 lần, đo kích thước, vẽ hình, mô tả và chụp ảnh hiển vi

Định danh VKL bằng các khóa định loại của:

(1) Nhóm đơn bào: Bao gồm các chủng đơn bào sinh trưởng trên môitrường BG – 11 có đạm Trong tự nhiên, chúng tạo thành những tập đoàn

dạng nhầy trôi nổi hay bám trên bề mặt đất Gồm các chi Gloeocapsa,

Synechocystis, Microcystis, Chroococcus

(2) Nhóm Nostoc: các chủng có tế bào dị hình (heterocyst); sợi không

phân nhánh, tạo thành tập đoàn dạng nhầy có giới hạn rõ ràng Trong tựnhiên, nó tạo thành tập đoàn lớn, dạng nhầy trôi nổi, hoặc bám trên mặt đất,

trong đất Thuộc nhóm này có chi Nostoc.

(3) Nhóm Anabaena: Các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bào

mỏng, không phân nhánh, tạo thành dạng nhầy có hình dạng xác định Nhóm

này có các chi Anabaena, Nodularia, Cylindrospermum, Anabaenopsis

(4) Nhóm Aulosira: Các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bao dày,

không phân nhánh, không hình thành tập đoàn lan tỏa trên môi trường thạch.Trong tự nhiên, tạo thành màng dai trên bề mặt đất hay nổi trên mặt nước

(5) Nhóm Calothrix: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,

phân cực, hình thành tập đoàn như những mảnh vải nhung đỏ Trong tự nhiên,

chúng sinh trưởng trên mặt đất, trong đất Trong nhóm này có Calothrix,

Tolypothrix.

(6) Nhóm Scytonema: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,

không phân cực Trên môi trường thạch, hình thành tập đoàn giống nhưnhững mảnh nhung nhỏ.Trong tự nhiên, sinh trưởng trong đất hay trên bề mặt

đất Thuộc nhóm này có Scytonema.

(7) Nhóm Gloeothrichia: Các chủng có bào dị hình nang; sợi phân cực,

hình thành tập đoàn nhầy dạng xác định Thuộc nhóm này có các chi

Gloeothrichia, Rivularia.

(8) Nhóm Fischerella: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh

thực Trong tự nhiên, chúng sinh trưởng trong đất, trên bề mặt đất (khôngquan sát được bằng mắt thường trong điều kiện tự nhiên) Nhóm này gồm các

chi: Fischerella, Westiellopsis, Stigonema.

(9) Nhóm Oscillatoria: Các chủng không có tế bào dị hình; sợi không

phân nhánh Chúng hình thành tập đoàn lan tỏa trên đĩa thạch Trong nhóm

này có các chi: Lyngbya, Phormidium, Oscillatoria

Số liệu trong luận văn được xử lý theo phương pháp thống kê.

Danh mục loài Vi khuẩn lam được xếp theo hệ thống của Komárek J

và Anagnostidis K [36, 33, 34]

Hình 1 Địa điểm thu mẫu tảo đất (I, II, và III).

I – Xã Tây Hiếu (đất trồng cà phê và cao su)

II – Xã Nghĩa Tiến (đất trồng lúa, cà phê và cao su)

III – Phường Quang Tiến (đất trồng lúa)

II

II

IIII