Phân lập một số chủng vi khuẩn lam cố định nitơ trên đát chua mặn và nghiên cứu ảnh hưởng của chúng lên sinh trưởng, phát triển, năng suất thu hoạch của giống lúa mộc tuyền ở xã hải châu huyện tĩnh gia

Bộ Giáo dục và đào tạoTRờng đại học vinh Lê thanh tùng Phân lập một số chủng vi khuẩn lam cố định nitơ trên đất chua mặn và nghiên cứu ảnh hởng của chúng lên sinh tr- ởng, phát triển, nă

Bộ Giáo dục và đào tạo

TRờng đại học vinh

Lê thanh tùng

Phân lập một số chủng vi khuẩn lam cố định nitơ trên đất chua mặn và nghiên cứu ảnh hởng của chúng lên sinh tr- ởng, phát triển, năng suất thu hoạch của giống

lúa Mộc Tuyền ở xã Hải châu, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hoá

lúa Mộc Tuyền ở xã Hải châu huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hoá

Để hoàn thành luận văn này, Tác giả đã nhận đợc sự ớng dẫn tận tình của TS Nguyễn Đình San, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ quí báu đó.

h-Xin chân thành cảm ơn Ths Mai Văn Chung, ThS Nguyễn Đức Diện, cùng các anh chị tại bộ môn Thực vật, bộ môn Sinh lý – Sinh hoá, khoa Sinh học, khoa Đào tạo Sau

đại học - trờng Đại học Vinh, trạm khí tợng huyện Tĩnh Gia, UBND xã Hải Châu, đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả hoàn thiện kết quả nghiên cứu của mình.

Tác giả cũng xin đợc bày tỏ lòng biết ơn đối với bạn bè,

ng-ời thân đã cho tác giả thêm nghị lực để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Vinh, tháng 12 năm 2007

Học viên

Lê Thanh Tùng

Môc lôc Trang

Më ®ÇuCh¬ng 1 Tæng quan vÒ tµi liÖu1.1 T×nh h×nh nghiªn cøu vi khuÈn lam trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam

1.1.1 Vµi nÐt vÒ nghiªn cøu vi khuÈn lam trªn thÕ giíi

1.1.2 T×nh h×nh nghiªn cøu vi khuÈn lam ë ViÖt Nam

1.4 Vai trß cña VKL vµ nh÷ng øng dông cña VKL trong mét sè lÜnh vùc kh¸c

1.5 Vµi nÐt vÒ c©y lóa

1.5.1 Nguån gèc c©y lóa

1.6.2 §iÒu kiÖn tù nhiªn

a §iÒu kiÖn tù nhiªn huyÖn TÜnh Gia

b §iÒu kiÖn tù nhiªn x· H¶i Ch©u

1.6.3 §Æc ®iÓm khÝ tîng thuû v¨n huyÖn TÜnh Gia

133357889991010101010101011151516161616161718181819202020202021

Chơng 2 Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu2.1 Đối tợng nghiên cứu

2.2 Nội dung nghiên cứu

Chơng 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1 Kết quả phân tích độ pH và độ mặn tại các địa điểm thu mẫu VKL

3.2 Thành phần loài VKL trong đất chua mặn trồng lúa ở huyện Tĩnh Gia – Thanh Hoá

3.3 Phân lập và tìm hiểu đặc điểm một số chủng VKL cố định nitơ trong đấtchua mặn trồng lúa Mộc Tuyền ở xã Hải Châu - huyện Tĩnh Gia – Thanh Hoá

3.3.1 Thành phần loài VKL cố định nitơ có tế bào dị hình đã đợc phân lập và thuần khiết

3.3.2 Đặc điểm hình thái các chủng VKL đã phân lập

3.4 Sự tăng sinh khối của một số chủng VKLCĐN theo thời gian

3.5 ảnh hởng của dịch vẩn VKL đến sự nảy mầm ở hạt lúa Mộc Tuyền

3.5.1 ảnh hởng của dịch vẩn 2 chủng VKL đến tỷ lệ nảy mầm ở hạt lúa Mộc Tuyền

3.5.2 ảnh hởng của dịch vẩn 2 chủng VKL đến sự tăng trởng thân mầm củahạt lúa Mộc Tuyền

3.5.3 ảnh hởng của dịch vẩn 2 chủng VKL đến sự tăng trởng rễ mầm củahạt lúa Mộc Tuyền

3.5.4 ảnh hởng của dịch vẩn VKL đến cờng độ hô hấp của hạt lúa Mộc Tuyền

3.6 ảnh hởng của dịch vẩn VKL lên một số chỉ tiêu sinh lý của cây mạ 30 ngày tuổi

3.6.1 ảnh hởng của dịch vẩn VKL lên diện tích lá cây mạ ở giống lúa Mộc Tuyền

3.6.2 ảnh hởng của dịch vẩn VKL lên hàm lợng diệp lục cây mạ 30 ngày tuổi

3.6.3 ảnh hởng của dịch vẩn VKL lên cờng độ quang hợp của cây mạ 30 ngày tuổi

3 6.4 ảnh hởng của dịch vẩn VKL đến cờng độ hô hấp của cây mạ 30 ngày tuổi

3.7 ảnh hởng của dịch vẩn VKL lên một số chỉ tiêu sinh trởng và sinh lý củacây lúa giai đoạn đẻ nhánh, làm đòng

3.8 ảnh hởng của dịch vẩn VKL đến chiều cao cây và kích thớc lá đòng của câylúa giai đoạn trớc trổ bông

3.9 Năng suất lúa thu hoạch của giống lúa Mộc Tuyền

212323232323232424

2527272828303131323434353839394143

45474748515253

Kết luận và đề nghị

Tài liệu tham khảo

565961

Bảng 1 Độ pH và độ mặn tại các địa điểm thu mẫu VKL

Bảng 2 Thành phần loài VKL trong đất chua mặn trồng lúa ở huyện Tĩnh Gia

– Thanh Hoá

Bảng 3 Sự phân bố số lợng loài trong các chi VKL trong 2 đợt thu mẫu

Bảng 4 Thành phần loài VKL có tế bào dị hình đã đợc phân lập

Bảng 5 Sinh khối vi khuẩn lam sau 15, 30, 45 ngày

Bảng 6 ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nẩy mầm của hạt giống lúa

Mộc Tuyền

Bảng 7 Sự tăng trởng chiều dài thân mầm của giống lúa Mộc Tuyền dới tác

dụng của dịch vẩn vi khuẩn lam

Bảng 8 Sự tăng trởng chiều dài rễ mầm của giống lúa Mộc Tuyền dới tác dụng

của dịch vẩn vi khuẩn lam

Bảng 9 ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên cờng độ hô hấp của hạt giống

lúa Mộc Tuyền

Bảng 10 Diện tích lá của cây mạ 30 ngày tuổi

Bảng 11 Hàm lợng diệp lục của cây mạ 30 ngày tuổi

Bảng 12 Cờng độ quang hợp của cây mạ 30 ngày tuổi

Bảng 13 Cờng độ hô hấp cây mạ 30 ngày tuổi

Bảng 14 Diện tích lá, hàm lợng diệp lục tổng số và cờng độ quang hợp của cây

3132333438404244454749525214

lúa giai đoạn đẻ nhánh rộ

Bảng 15 Chiều cao cây, kích thớc lá đòng của cây lúa giai đoạn trớc trổ bông

Biểu đồ1 Sinh khối vi khuẩn lam sau 15, 30, 45 ngày

Biểu đồ 2 ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nẩy mầm của hạt

giống lúa Mộc Tuyền

Biểu đồ 3 Sự tăng trởng chiều dài thân mầm của giống lúa Mộc Tuyền

d-ới tác dụng của dịch vẩn vi khuẩn lam

Biểu đồ 4 Sự tăng trởng chiều dài rễ mầm của giống lúa Mộc Tuyền dới

tác dụng của dịch vẩn vi khuẩn lam

Biểu đồ 5 ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên cờng độ hô hấp của

hạt giống lúa Mộc Tuyền

Biểu đồ 6 Diện tích lá của cây mạ 30 ngày tuổiBiểu đồ 7 Hàm lợng diệp lục của cây mạ 30 ngày tuổi

Biểu đồ 8 Cờng độ quang hợp của cây mạ 30 ngày tuổi

Biểu đồ 9 Cờng độ hô hấp cây mạ 30 ngày tuổi

Biểu đồ 10 Diện tích lá, hàm lợng diệp lục tổng số và cờng độ quang hợp

của cây lúa giai đoạn đẻ nhánh rộ

Biểu đồ 11 Chiều cao cây lúa giai đoạn trớc trổ bông

Biểu đồ 12 Kích thớc lá đòng của cây lúa giai đoạn trớc trổ bông

Biểu đồ 13 Năng suất thu hoạch của giống lúa Mộc Tuyền

394042

44464850535354565657

Ký hiệu viết tắt trong luận vănVKL

Đối chứngThí nghiệm 1Thí nghiệm 2Cờng độ quang hợpCờng độ hô hấpDiệp lục

Chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola Chủng vi khuẩn lam Anabaena doliolum Bharadw.

Chủng vi khuẩn lam Cylindrospermum trichotospermum Fremy

(1930)

Chủng vi khuẩn lam Scytonema ocellatum Lyngb ex Born et Flah Chủng vi khuẩn lam Calothrix bervissima var bervissima Lalor et

MitraMôi trờng BG11 không đạm

Mở đầu

Hiện nay, dân số thế giới tăng nhanh đến mức chóng mặt với tỷ lệ giatăng trung bình 1,8 %, mỗi năm dân số thế giới tăng thêm hơn 80 triệu ngời,cùng với xu hớng công nghiệp hoá, đô thị hoá,…trên phạm vi toàn cầu đã làmtrên phạm vi toàn cầu đã làmcho nhu cầu về lơng thực, thực phẩm cũng tăng nhanh Để có thể đáp ứng đợcnhu cầu đó, con ngời đã và đang phải sử dụng nhiều biện pháp kỹ thuật vàosản xuất nông nghiệp nh: đa các giống cây có năng suất cao, có khả năngthích ứng với nhiều loại đất trồng khác nhau và kháng bệnh tốt vào sản xuất

nông nghiệp Mặt khác, tăng lợng phân bón, tới tiêu, chăm sóc là điều kiệntiên quyết để nâng cao năng suất cây trồng, nâng cao chất lợng sản phẩm trêncùng một đơn vị diện tích canh tác Việc sử dụng ngày càng nhiều loại phânbón cả về số lợng và chủng loại vào trong quá trình trồng trọt đã và đang gây

ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trờng tự nhiên, phá vở cân bằng sinh thái cầnthiết của đồng ruộng Vấn đề đặt ra là phải tìm kiếm những giải pháp để khắcphục hậu quả trên mà vẫn có thể đáp ứng đợc những yêu cầu cấp thiết đó Mộttrong những hớng nghiên cứu mang lại hiệu quả tốt mà giá thành rẻ là sử dụngphân bón có nguồn gốc sinh học từ việc khai thác hàm lợng N2 do vi khuẩnlam cố định đạm tạo ra, hớng này đã thu hút đợc sự quan tâm và đợc ứng dụng

ở nhiều nơi trên thế giới cũng nh ở Việt Nam

Đối với các nớc có diện tích trồng lúa lớn nh: ấn Độ, Ai Cập, Nhật Bản,Thái Lan, Trung Quốc, Liên Xô cũ, Philippin, Mỹ, Israel …trên phạm vi toàn cầu đã làm Vi khuẩn lam cố

định đạm có ý nghĩa hết sức đặc biệt, đóng vai trò là nguồn phân đạm tự nhiên cóthể thay thế một phần phân đạm hoá học và làm tăng năng suất lúa lên 10 –30% Hiện đã biết khoảng 250 loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ

Ngoài những giá trị đó, trong quá trình sống vi khuẩn lam còn tiết vào

đất một số chất hoạt tính sinh học cao kích thích sự sinh trởng và phát triểncủa cây trồng, điều này rất có ý nghĩa đối với những vùng đất chua mặn Thực

tế sản xuất đã cho năng suất thu hoạch rất thấp, Vì vậy, cần phải tìm kiếm cácchủng vi khuẩn lam cố định N2 trên đất chua mặn trồng lúa, để có thêm nguồn

đạm sinh học có sẵn trong tự nhiên nhờ vào khả năng cố định N2 phân tử củachúng Xuất phát từ những lý do nêu trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề

tài: Phân lập một số chủng vi khuẩn lam cố định nitơ trên đất chua mặn|

và nghiên cứu ảnh hởng của chúng lên sinh trởng, phát triển, năng suất thu hoạch của giống lúa Mộc Tuyền ở xã Hải Châu, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hoá”.

Mục tiêu của đề tài là:

Tìm kiếm các chủng vi khuẩn lam cố định N2 trên đất chua mặn tại địaphơng để tác động lên giống lúa ở đây nhằm thay thế một phần phân bónhoá học, nâng cao năng suất lúa, đồng thời góp phần bảo vệ môi tr ờng vàcải tạo đất

Chơng 1 Tổng quan tài liệu

1.1 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam.

1.1.1 Vài nét về nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới.

Vi khuẩn lam (VKL) là nhóm sinh vật xuất hiện từ khá sớm trong lịch

sử hình thành và phát triển của sinh giới Qua nghiên cứu hoá thạch thời tiềnCambri, ngời ta đã chứng minh đợc sự có mặt của chúng cách đây 3,5 tỷ năm.Không những vậy, nó còn mang nhiều đặc điểm có tính chất nguyên thuỷ và đã

có giả thuyết cho rằng chúng có quan hệ gần gủi với thuỷ tổ sinh vật (Dơng

Đức Tiến, Võ Văn Chi (1978); Whitton and Potts (2000)) [3]

Trong những thập kỷ gần đây, vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay tảo

lam (Cyanophyta) đã lôi cuốn sự chú ý của nhiều nhà khoa học thuộc nhiềulĩnh vực khác nhau nh: thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, sinh hoá học,

di truyền học, công nghệ sinh học, môi trờng học và trồng trọt Sự chú ý đó là

có cơ sở, bởi vì hiện nay vấn đề phân bón sinh học (Biofertilizer) đơng là mốiquan tâm đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp [36], [38]

Trong lợc sử nghiên cứu vi khuẩn lam cố định đạm trên thế giới thì C.Agardh, (1824); Kutzing, (1843) là những ngời nghiên cứu về VKL đầu tiêntrong nửa đầu thế kỷ XIX Ngời đặt cơ sở đầu tiên cho việc phân loại tảo lam làThuret (1875) và sau đó là Kirchner (1900), cùng với sự đóng góp củaStizenberger (1860) và Sach (1874) [38], [39]

Sang thế kỷ XX, hàng loạt các công trình nghiên cứu về VKL đợc công

bố, tập trung theo các hớng phân loại học và sinh học thực nghiệm Sau năm

1914, đã xuất hiện hàng loạt các hệ thống mới về phân loại tảo lam với số l ợng loài ngày một tăng Đó là các công trình nghiên cứu của Elenkin (1916,

-1923, 1936); Borch (1914; 1916; 1917); Geitler (1925; 1932) [36], [38] Cácnhà tảo học thuộc Liên Xô (cũ) đã tiếp tục phát triển với hớng phân loại họcnh: Gollerbakh, Kosinski, Poltanski (1953), Chauvat F.J (1988) và gần

đây của Kondratieva (1963) [45], [58]

Về hệ thống phân loại tảo có nhiều quan điểm khác nhau Trong nhữngnăm cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX, các tác giả Đông Âu (cũ) xếp chúngthành 10 nghành: Tảo lam (Cyanophyta), tảo giáp (Pyrrophyta), tảo vàng ánh(Chrysophyta), tảo vàng (Xanhthophyta), tảo silic (Bacillariophyta), tảo nâu(Phacophyta), tảo đỏ (Rhodophyta), tảo mắt (Englenophyta), tảo lục(Chlorophyta) và tảo vòng (Chorophyta) Trong hệ thống này tảo vòng đợctách khỏi ngành tảo lục và xếp thành một ngành riêng [19]

Hệ thống của các tác giả Tây Âu, Nhật Bản lại xếp tảo theo nhóm sắc

tố (Pigment) Các ngành tảo giáp, tảo silic, tảo vàng và tảo vàng ánh đợc xếptrong ngành Chrysophyta và tảo vòng đợc xếp thành một lớp Charophycaelthuộc ngành tảo lục (Chlorophyta) Nh vậy, theo cách phân chia này thì tảo đ-

ợc phân chia thành 6 ngành Một số quan điểm khác lại phân chia thành 4ngành: tảo lam (Cyanophyta), tảo đỏ (Rhodophyta), ngành Chromophyta baogồm: (tảo giáp, tảo silic, tảo vàng ánh, tảo vàng, tảo mắt, tảo nâu) và ngànhtảo lục (Chlorophyta), trong đó có cả tảo vòng [19]

Hiện nay, số loài vi tảo đợc phát hiện khoảng 26000 loài [34], trong đó

có khoảng 2000 loài tảo đất [7] Những thành tựu nghiên cứu tảo đất gắn liềnvới những phát kiến trong lĩnh vực vi sinh vật đất của Vinogratski Đặc biệtcủa là công trình nghiên cứu của Frank (1889), ngời đầu tiên đã có nhận xét

về khả năng đồng hoá nitơ khí quyển của vi khuẩn lam Hơn 20 năm sau Drew(1928) đã phân loại đợc 3 loài sạch vi khuẩn Kết quả cho thấy chung có khảnăng đồng hoá nitơ phân tử Về sau có các công trình nghiên cứu của Fogg(1942; 1951; 1956; 1962); Singh (1942; 1961); Herisset (1946; 1952) đãkhẳng định không phải tất cả các loài VKL đều có khả năng cố định nitơ khíquyển mà chỉ có một số trong chúng biểu thị khả năng này, phần lớn VKL cố

định nitơ thuộc về các họ: Anabaenaceae, Nostocaceae, Rivulariaceae và

Scytonemataceae [38]

Về sau, hàng loạt các công trình nghiên cứu về VKL cố định nitơ củaVenkataraman (1975) [56]; Roger (1979, 1981, 1989) [7], [50] [52] Kapoor(1981) [48]; Hamdi (1936) [46]; Schaejer (1987) [53]; Antarikamoda (1991)cho thấy sự đa dạng về thành phần loài và khả năng phân bố rộng rải của VKLtrong các môi trờng sống khác nhau [44] ở các nớc Liên Xô cũ, theo số liệucủa M M Gollerbakh và E A Shtina (1976) đã phát hiện đợc trong một sốmẫu đất gần 1500 loài và dới loài, trong đó có 488 loài vi khuẩn lam, [7].Cùng với việc nghiên cứu khu hệ tảo, việc phát hiện một số loài tảo đất có khảnăng cải tạo đất trồng đã đợc chú ý Tại ấn Độ Venkataraman (1975) cho haytrong số 2213 mẫu đất lấy từ ruộng lúa thì có khoảng 30% trong số đó có mặt

vi khuẩn lam cố định nitơ [7], [24], [56]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam ở Việt Nam.

ở Việt Nam, cho đến nay hầu nh cha có tài liệu chuyên khảo về tảo đất

và VKL trong đất Dẫn liệu đầu tiên về VKL do P Femy (1927), ông đã công

bố 3 loài VKL tìm thấy ở Việt Nam trên cơ sở định loại mẫu do D Gaumontthu thập Ngời Việt Nam công bố kết quả đầu tiên về tảo lam là Cao Ngọc Ph-

ơng (1946) Bà đã công bố 23 taxon tảo lam quan sát trên mặt đất ở Sài Gòn,

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

khoa học Phormidium vietnamense và một thứ (varietass) mới Gloeocapsa

punctata var phanhiangii Nhà tảo học T Hortobagyi (1969) khi phân tích

mẫu nớc của hồ Hoàn Kiếm Hà Nội, đã công bố 128 taxon bậc loài và dớiloài, trong đó có 24 taxon vi khuẩn lam thuộc 14 chi, với một chi có tế bào dịhình và 13 chi không có tế bào dị hình [38], [47]

Dơng Đức Tiến (1977) đã công bố 13 loài vi khuẩn lam thuộc 6 chicùng với đặc điểm phân loại và khả năng cố định nitơ của chúng [35]; TrầnVăn Nhị và cộng sự (1984) đã nâng tổng số loài VKL cố định nitơ ở Việt Namlên 40 taxon, gồm 17 chi, trong đó 16 chi có tế bào dị hình và một chi dạngsợi không có tế bào dị hình [28]

Phùng Thị Nguyệt Hồng (1992) đã công bố bằng tiếng Pháp toàn bộcông trình nghiên cứu nhiều năm của mình về tảo lam ở châu thổ sôngMêkông với 94 taxon, trong đó có một số loài mới đối với khoa học:

Tolypothrix hatienensis, Hapalosiphon parmlus var Minor và Hapalosiphon

welwitachii var vietnamensis cùng với một số chi có tế bào dị hình thờng gặp

nh: Anabaena, Cylindrospermum, Nostoc và Scytonema [18] Trên vùng đất

mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), Đoàn Đức Lân (1996) đã phân lập đợc 15loài vi khuẩn lam cố định đạm, sau đó còn nghiên cứu thăm dò khả năng cố địnhnitơ của chúng So với kết quả khảo sát tại ruộng lúa vùng nớc ngọt thì vi khuẩnlam cố định nitơ ở vùng nớc mặn kém phần đa dạng hơn [27]

ở khu vực miền Trung, Đỗ Thị Trờng (1999), khi nghiên cứu vi khuẩnlam trên đất trồng lúa của 14 xã thuộc huyện Hoà Vang – TP Đà Nẵng, đã

phát hiện đợc 45 loài và dới loài, trong đó chi Osillatoria và Nostoc chiếm u thế, có 3 loài có khả năng cố định nitơ thuộc các chi Anabaena và Nostoc

[41] Nguyễn Công Kình (2001), khi nghiên cứu mẫu đất từ cánh đồng lúa 19của thành phố Vinh và vùng lân cận đã phát hiện đợc 10 loài và dới loài vikhuẩn lam [25] Nguyễn Đình San (2001) đã phát hiện đợc 29 loài vi khuẩnlam trong các thuỷ vực nớc ngọt bị ô nhiễm của các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ

An, Hà Tĩnh [32], [33] Nguyễn Lê ái Vĩnh, Võ Hành (2001) đã phát hiện

đ-ợc 69 loài và dới loài thuộc 15 chi, 5 họ khi nghiên cứu VKL trên đất Thạch

Hà - Hà Tĩnh [43]

Gần đây nhất có các công trình nghiên cứu của Lê Thị Thuý Hà (2004)

đã phát hiện đợc 56 loài VKL ở sông Cả [9] Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành, Dơng ĐứcTiến (2005 - 2006) đã công bố các taxon bậc loài, và dới loài VKL trong các loạihình đất trồng ở tỉnh Đắk Lắk, cụ thể: ở đất trồng lúa gặp 62 loài và dới loài, đấttrồng bông gặp 46 loài và dới loài ở đất trồng cà phê gặp 23 loài và dới loài Cóthể nói đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu VKL trong các loạihình đất ở Tây Nguyên nói chung và Đắk Lắk nói riêng [13]

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu chủ yếu đợc thực hiện đến mức

độ xác định thành phần loài trong khu vực nghiên cứu, còn những nghiên cứutheo hớng ứng dụng thì vẫn cha thu hút đợc sự quan tâm đúng mức

1.2 Đặc điểm sinh học của VKL

Vi khuẩn lam trớc đây còn đợc gọi là tảo lam (Cyanophyta) là những cơthể nguyên thuỷ, tế bào của chúng cha có nhân điển hình giống nh vi khuẩn,nhng khác vi khuẩn ở chổ là nó có chứa sắc tố quang hợp nên tự dỡng đợc.Thông thờng vi khuẩn lam có màu xanh lam, do trong thành phần tế bào ngoài cóchứa diệp lục a còn chứa các sắc tố khác nh caroten, xantophin, c-phycobilin và c-phycoerytrin Sản phẩm quang hợp của nó là glycogen [37]

Hình dạng tế bào sinh dỡng của vi khuẩn lam rất đa dạng nh: hình cầu,elíp rộng hay hình elíp dài, hình quả lê, hình trứng, dạng hình thoi, hình ống.Cơ thể vi khuẩn lam có thể là dạng đơn bào, tập đoàn hay dạng sợi (đa bào).Màng tế bào vi khuẩn lam khá dày có lớp bọc ngoài (peptidoglycan) dày từ 2 -

200 AO Chất nguyên sinh của tế bào vi khuẩn lam đậm đặc hơn chất nguyênsinh tế bào của thực vật khác, nó hầu nh không chuyển động Trong tế bào vikhuẩn lam thờng có không bào khí giúp cho chúng dễ trôi nổi trong nớc [38].Một số loài vi khuẩn lam có màng tế bào hoá nhầy hoặc hình thành bao nhầychuyên hoá quanh tế bào

ở hầu hết vi khuẩn lam dạng sợi có các dị bào nang (Heterocyst) ở đầu

và giữa sợi Đó là các tế bào có kích thớc thờng lớn hơn tế bào dinh dỡng, cómàu vàng, bao nhầy, chứa ít sắc tố Khi quan sát dới kính hiển vi, ngời ta thấy

nó sáng hơn do độ chiết quang cao hơn hay còn gọi là tế bào dị hình Nơi tiếpxúc giữa dị bào nang và tế bào dinh dỡng chứa hạt có tính chiết quang cao gọi

là hạt cực Dị bào nang có một số chức năng: là nơi diễn ra quá trình cố địnhnitơ, sinh sản, là cơ quan liên kết với các tế bào cạnh nó, điều hoà quá trìnhhình thành bào tử Sự phân bố của dị bào nang trên sợi đặc trng cho từng loài

và số lợng các dị bào nang phụ thuộc vào điều kiện môi trờng sống có thuậnlợi hay không Do có những đặc điểm sai khác đó nên trong phân loại thànhphần loài vi khuẩn lam thì đặc điểm này đợc coi là một tiêu chí quan trọng đểnhận biết các loài vi khuẩn lam có tế bào dị hình [27], [37]

Những cơ thể dạng sợi có thể là đơn độc hoặc phân nhánh, có kiểu phânnhánh thật và phân nhánh giả Trong đó, sự phân nhánh giả là một tế bào trênsợi chính phân chia theo chiều dọc của sợi, sau đó một trong những tế bào mới

đợc hình thành tạo mấu lồi ở phía bên và tiếp tục phân chia theo hớng đó;phân nhánh giả là trong bao trichom bị đứt đoạn, sau đó hai đầu đoạn đứt mớihình thành tế bào phân chia, chọc thủng bao chui ra ngoài cho 2 nhánh giả, tr-ờng hợp đó là sự phân nhánh đôi, còn nếu một đầu sợi chui ra khỏi bao, đầukia vẫn ở trong bao đợc gọi là phân nhánh đơn [20], [37], [49]

Vi khuẩn lam không có sinh sản hữu tính, chúng sinh sản bằng hìnhthức phân đôi đơn giản hoặc nhờ sự hình thành nội bào tử (endospore),ngoại bào tử (exospore) Vi khuẩn lam phân bố khắp nơi và th ờng thấytrong các ruộng lúa

1.3 ảnh hởng của một số yếu tố sinh thái đến đời sống của VKL

Có rất nhiều yếu tố hoá học, vật lí, sinh học ảnh hởng đến sinh trởng vàphát triển của VKL Trong giới hạn đề tài, chúng tôi chỉ đề cập đến một sốyếu tố ảnh hởng rõ rệt nhất đến sự sinh trởng và phát triển của VKL

1.3.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ tối u cho sinh trởng của VKL là từ 25 - 30oC Sự dao động củanhiệt độ ảnh hởng tới sinh khối, thành phần khu hệ và khả năng sinh sản củachúng Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao đều ảnh hởng bất lợi đến quá trình quanghợp, sinh trởng và cố định nitơ của VKL Một số VKL chịu đợc ở nhiệt độ trong

các suối nớc nóng, điển hình ở một số đại diện nh: Mastigocladus laminosus,

Anabaena flosaquae, Aulosira fertilisma,…trên phạm vi toàn cầu đã làm.[36], [37], [38]

1.3.2 ánh sáng

Là sinh vật tự dỡng, do vậy mà ánh sáng là nhân tố hàng đầu đối vớisinh trởng và phát triển của VKL thông thờng VKL phát triển mạnh ở lớp đất0,5 cm phía trên (theo chiều thẳng đứng từ trên xuống) Theo nhận xét của cáctác giả Reynaud, Roger (1978), Brown, Richardson (1968) thì VKL đặc biệtmẫn cảm với cờng độ chiếu sáng cao và đợc coi là nhóm kén ánh sáng vì thếVKL bị ức chế dới ánh sáng cao, tăng nhanh sinh khối ở các ruộng lúa đã thuhoạch (chịu cờng độ chiếu sáng lớn nhất < 100 000 lux) Hầu hết VKL giàutính cảm quang, nhìn chung chúng chỉ đồng hoá nitơ trong tối nhng chậm hơnngoài sáng Nhiều kết quả nghiên cứu Aller và Arnon cho thấy: sự sinh trởng

và khả năng cố định đạm của một số chi Anabaena, Cylindrospermum tăng

theo cờng độ chiếu sáng là 1600 lux trong 13 – 14 giờ chiếu sáng [6], [12],[37], [39]

1.3.3 Độ ẩm và nớc

Độ ẩm và nớc là yếu tố ảnh hởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến thànhphần loài và mật độ tảo và VKL trong đất, bởi vì độ ẩm sẽ quyết định nhiệt độ

đất, độ hoà tan và nồng độ các muối, hàm lợng CO2, O2 trong đất Vì vậy,

có thể nói rằng độ ẩm là điều kiện tiên quyết đến hoạt động sống của VKL,

nó xác định mức độ sinh trởng, sự cấu thành các nhóm VKL và sự phồnthịnh của chúng

1.3.4 Độ pH của môi trờng

Độ pH của môi trờng ảnh hởng trực tiếp đến sự thẩm thấu của các loạiion trong đất Theo một số kết quả phân tích của Pandey (1965) và Holm –Hasnon (1968) thì VKL trong quá trình sống làm thay đổi pH của đất, pH tối -

u cho sinh trởng của chúng khoảng từ 0,5 đến 7,0 Tuy nhiên, cũng có một sốloài sinh trởng trong môi trờng pH là 5 – 6 [27], [37].

1.3.5 Các nguyên tố khoáng

a Photpho

Hàm lợng photpho dễ tiêu trong đất đóng một vai trò không thể thiếu

đối với sinh trởng của VKL, Roges (1982) cho biết mật độ VKL cố định N2 cótơng quan dơng tính với photpho dễ tiêu trong ruộng lúa

Nguyễn Thị Loan, Dơng Đức Tiến, Tellen Johnsen (1997) khi nghiên cứu

ảnh hởng của vôi, phân lân, molipden đến sự tăng trởng của VKL đã có kết luận rằnghoạt tính khử axetylen của VKL thấp khi thiếu photpho Sau khi xử lý nâng nồng

độ photpho lên thì hoạt tính nitrogenaza tăng trong 15 - 30' [37], [38]

trởng và phát triển Vì lẽ đó mà chúng ta nên có nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơnnữa nhằm tìm kiếm những điều kiện thuận lợi nhất để khai thác tốt nhất những lợiích trong việc nuôi trồng vi tảo.

1.4 Vai trò của VKL và những ứng dụng của VKL trong một số lĩnh vực khác.

Vi khuẩn lam là một trong những sinh vật tiên phong, tham gia vào quátrình phong hoá nham thạch (đá) để tạo ra mùn bã sơ cấp trên cơ chất Cũngchính từ cơ chất này chúng thu nhận các muối khoáng cần thiết để tồn tại,

đồng thời tích tụ các chất hữu cơ nhờ đó mà các cơ thể vi sinh vật dị dỡng bậcthấp phát triển [7] Một số loài tảo đất có khả năng tiết các chất nhầy tạo nênmột lớp màng, ngăn cản sự thoát hơi nớc cho đất, làm đất luôn có độ ẩm, đồngthời cải tạo các tính chất lý học và pH đất Theo Schawbe (1963), các chi VKL

Nostoc và Plectonema đóng vai trò quan trọng chủ đạo trong vấn đề này [14].

Hiện nay, trên thế giới cũng nh ở Việt Nam, nghiên cứu và sử dụngVKL với nhiều mục đích khác nhau ngày càng đợc đẩy mạnh Ngời ta sử dụngVKL không chỉ trong nông nghiệp mà còn ứng dụng nhiều trong các lĩnh vựcnh: Thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, sinh hóa học, công nghệ sinhhọc,…trên phạm vi toàn cầu đã làm

Dịch vẩn VKL cố định nitơ có tác dụng thuận lợi đến sự nảy mầm vàcác yếu tố cấu thành năng suất cây trồng ở các vùng núi và trung du đất luôn

bị xói mòn do các trận ma lũ, do tập quán canh tác Vi khuẩn lam sống trong

đất còn có vai trò tham gia tạo nguồn hữu cơ, theo Podin và Gollerbakh (1964)

thì các loài thuộc bộ Oscillatoriales tạo đợc khoảng 500 kg/ha (trọng lợng khô tính theo số lợng tế bào) Kết quả của Shtina (1961), cho thấy loài tảo Nostoc

sphaeroides có thể tạo đợc 60 – 140 kg/ha [7], [46] Ngoài ra, vai trò nông

học của VKL đợc gắn liền với khả năng cố định N2, tức là quá trình khử nitơphân tử trong khí quyển thành NH4+, một số loài VKL còn là nguồn cung cấpcác nguyên tố P, N, Fe, Si,…trên phạm vi toàn cầu đã làm do quá trình chuyển hoá vật chất sau khi tảochết, làm thay đổi pH, chống xói mòn đất,…trên phạm vi toàn cầu đã làmĐặc biệt nhiều loài VKL cố địnhnitơ khí quyển đã làm tăng độ phì cho đất [26]

Trong những thập kỷ gần đây, vai trò của VKL đối với đời sống con

ng-ời đã đợc quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới Một số loài VKL đã

đợc đa vào sản xuất trên quy mô lớn nhằm khai thác giá trị dinh dỡng và dợc

liệu nh Spirulina, do trong thành phần trọng lợng khô có hàm lợng protein rất

cao có thể chiếm 60 – 70 % Ngoài ra, chúng còn giàu vitamin, nguyên tốkhoáng, sắc tố và các chất có hoạt tính sinh học cao Vấn đề này cũng đã đavào nghiên cứu và ứng dụng ở nớc ta trong những năm gần đây [42], [23].

VKL còn đợc sử dụng nh một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinhhọc xử lý các nguồn nớc thải nhờ vào khả năng hấp thụ kim loại nặng, loại trừ

các chất độc hại và tăng hàm lợng oxy nh: nuôi Spirulina platensis trong nớc

thải của phân xởng Urê, nhà máy phân đạm Hà Bắc vừa có tác dụng khử N –

NH3 là tác nhân chính gây ô nhiễm, khả năng khử của chủng này có thể đạt0,040 – 0,058 g/l/ ngày Ngoài ra, vai trò tự làm sạch môi trờng nớc ở mặt

đất, hồ chứa, nớc thải và nớc ngầm đã đợc nhiều công trình nghiên cứu tiếnhành và đều cho kết quả khả quan Đồng thời chúng thải ra môi trờng các chất

có khả năng kháng khuẩn cao làm cho một số vi sinh vật gây hại bị chết, giúpchúng ta có thể dễ dàng loại bỏ đợc một số vi sinh vật bất lợi có thể gây bệnh

để tiếp tục đa nớc vào công đoạn xử lý nhằm tái sử dụng nguồn nớc này, việclàm này đã góp phần bảo vệ môi trờng bền vững hơn, mặt khác có thể bù đắp

đợc một lợng nớc khá lớn mà nhân loại đang rất cần [16], [24], [54]

ở bang Bihar của ấn Độ, những nghiên cứu cho thấy khả năng cố địnhnitơ bởi VKL đợc xác định là 14 kg/ha, còn ở tây Bengar, giá trị này có thể

đạt tới 15 – 49 kg/ha (Venkataraman (1982)), [56]

Tác dụng của VKL cố định nitơ đối với sự gia tăng năng suất lúa đã đợckhẳng định tại 11 trại thực nghiệm ở Nhật Bản, các thí nghiệm trên quy mô

lớn về ảnh hởng của Tolypothirix tenuis đối với lúa, kết quả cho thấy sự tăng

luỹ tiến của năng suất lúa, sau bốn năm lây nhiễm làm năng suất tăng tới 28%

so với đối chứng [14]

Trong điều kiện không bón đạm và lân ở Ai Cập cũng sử dụng VKL trên làm

tăng năng suất lúa 4,2 %, còn khi ding Anabaena oryzae phân lập từ địa phơng, dù

bón phân đạm hay không, năng suất lúa cũng tăng 31,6%, đồng thời khả năng hấpthụ nitơ của cây lúa cũng tăng 25 – 42,5 % (Hamdi, 1986) [46]

Vai trò hữu ích của VKL cố định nitơ cũng đã đợc chứng minh ở nhiềunớc khác: Thái Lan, Myanma, Philippin, Ixaren, Liên xô (cũ), Hoa kỳ,…trên phạm vi toàn cầu đã làm…trên phạm vi toàn cầu đã làmHãng công nghệ Cyanotech (Hoa kỳ) đã giới thiệu một loại phân sinh học làhỗn hợp của 8 loài tảo có thể cung cấp 100 kg/ha/vụ [46] Thử nghiệm VKL

cố định nitơ cho lúa trên nền đất mặn, đã làm tăng hàm lợng protein từ 8,3%

đến 10,6 % [44]

Ngoài khả năng cố định nitơ, VKL còn tiết vào môi trờng các chất cóhoạt tính sinh học cao, kích thích sự sinh trởng của cây trồng Nhiều thínghiệm tiến hành ngâm hạt lúa trong dịch vẩn VKL cho thấy, tỷ lệ nảy mầmtăng, mầm mạ, rễ mạ sinh trởng nhanh, tăng hàm lợng protein Viện lúaTasken đã tiến hành gieo các hạt lúa đợc xử lý dung dịch VKL cố định nitơ,năng suất lúa tăng hơn so với đối chứng 13,8 tạ/ha [50], [51].

Việc nuôi cấy VKL ở ruộng lúa nớc có thể làm tăng hàm lợng oxy hoàtan, do đó loại trừ đợc sự tích luỹ sắt, sunphát và khử độc cho lúa Sự pháttriển của VKL có thể làm tăng khả năng giữ nớc, độ thoáng khí, cải tạo đấtmặn và đất chua [53]

ở Việt Nam các công trình nghiên cứu, ứng dụng VKL cố định nitơ tự

do đã đợc tiến hành tập trung trong 20 năm gần đây Những nghiên cứu, ứngdụng VKL cố định nitơ nh một nguồn phân bón cho lúa Trần Văn Nhị vàcộng sự trong những năm 1984, 1985, 1986, 2003 đã chứng minh đợc: trong

điều kiện tự nhiên trên cát rửa sạch, lúa ngừng sinh trởng khi cạn chất dự trữtrong hạt giống Trong khi những thí nghiệm cho nhiễm các chủng VKL cố

định nitơ Anabaena sphaerica và Nostoc muscorum hoặc Anabaena varabilis,

cây lúa có thể phát triển qua tất cả các giai đoạn của nó Một số thí nghiệm bố

trí trên bể xi măng thì Anabaena sphaerica và Nostoc muscorum còn năng

suất lúa nếp cái hoa vàng tăng lên 44% và 29% tơng ứng so với đối chứng trênnền không bón đạm khoáng Trong 3 năm 1988 – 1990 tại đồng ruộng trồnglúa huyện Hoài Đức – Hà Nội đã thử nghiệm lây nhiễm tập đoàn VKL cố

định nitơ bao gồm: Aphanothese sp, Nostoc muscorum, Anabaena sphaerica,

Fischerella sp., Scytonema sp trên diện tích lên tới 1 ha Kết quả cho thấy

VKL cố định nitơ có tác dụng tốt tới năng suất thu hoạch, tiết kiệm đợc urê,bệnh lá lúa giảm, hàm lợng mùn nitơ tổng số trong đất tăng lên Những nghiêncứu về VKL cố định nitơ bớc đầu cho thấy, lây nhiễm VKL cố định nitơ cónguồn gốc địa phơng vào trong vùng sinh thái có khả năng góp phần nângcao năng suất lúa, bổ sung thêm một nguồn phân bón có ích cho cây lúa[37]

Ngoài các vai trò hữu ích đã nêu, một số VKL trong quá trình sốngchúng tiết ra môi trờng những độc tố gây độc cho các sinh vật Khi pháttriển mạnh, VKL gây ra hiện tợng nở hoa nớc trong các thuỷ vực làm ảnhhởng tới chất lợng nớc Vì thế mà chúng sẽ có tác dụng không có lợi hoặc

ức chế quá trình sinh trởng và phát triển của sinh vật sống trong môi trờng

đó

ở Việt Nam, bột VKL Spirulina đã đợc dùng làm thực phẩm bồi bổ

và bào chế ở dạng viên bán đợc dùng để tăng tiết sữa cho các bà mẹ nuôi

con, ngoài ra VKL Spirulina còn đợc dùng để nhuộm màu thực phẩm, làm

mỹ phẩm và điều chế vitamin B12 Ngoài ra, ngời ta nuôi VKL còn để khaithác các hoạt chất từ nó nh là vitamin, lipit, cacbon hyđrat, sắc tố và chấtchống ôxy hoá Sự phát triển của VKL còn có thể giữ nớc, tăng độ thoáng khí

và cải tạo đất mặn, đất chua [25]

1.5 Vài nét về cây lúa

1.5.1 Nguồn gốc cây lúa.

Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và đa ra các ý kiến khácnhau về nguồn gốc cây lúa Các tài liệu khảo cổ ở Trung Quốc, ấn Độ, ViệtNam,…trên phạm vi toàn cầu đã làm cho thấy cây lúa đã đợc xuất hiện từ 3000 – 2000 năm trớc Côngnguyên ở vùng Triết Giang (Trung Quốc) đã trồng cây lúa cách đây 5000năm trớc Công nguyên ấn Độ, khi nghiên cứu khảo cổ ở Hasthinapur(Bang Utarpradesh) đã tìm thấy các hạt lúa hóa thạch có niên đại 1000 nămtrớc Công nguyên ở Thái Lan, các nhà khảo cổ cũng chỉ ra rằng, vào cuốithời kỳ đồ đá mới đến thời kỳ đồ đồng 4000 năm trớc Công nguyên cây lúa

đã đợc trồng ở đây [15]

Cây lúa trồng Oryza Sativa L là cây thân thảo đợc sử dụng làm lơng

thực, với ích lợi đó làm con ngời đa vào trồng khá sớm ở nớc ta, một số dẫnliệu đợc chỉ ra rằng: Cây lúa đợc trồng và trở thành nghề khá phồn thịnh vàothời kỳ đồ đồng 4000 – 3000 năm trớc Công nguyên

Theo một số tác giả ở Đại học Nông nghiệp Triết Giang (Trung Quốc),

cây lúa đầu tiên đợc trồng có nguồn gốc từ lúa dại Oryza sativa L F.

Spontaneae và Linnee là ngời đầu tiên đặt nền móng cho việc phân loại

lúa Sau đó, Natalin N B có nhận xét là Oryza sativa và Oryza

glaberrima có tổ tiên chung là Oryza prennis Moeach Hiện nay, lúa đợc

trồng khắp nơi là nguồn cung cấp lơng thực chủ yếu cho nhiều quốc giakhác nhau Cùng với những tiến bộ của khoa học thì con ngời ngày càngtạo ra đợc các giống lúa mới năng suất cao nhằm đáp ứng cho nhu cầucủa con ngời Vì vậy, có thể nói sự tiến hoá của cây lúa gắn liền với sựphát triển và tiến hoá của loài ngời [17]

1.5.2 Đặc điểm phân loaị

Tên khoa học: Oryza Sativa L.

Thuộc chi: Oryza

Họ hoà thảo: Graminaceae

Bộ hoà thảo: GraminalesLớp một lá mầm: LiliopsidaNgành hạt kín: Magnoliophyta

1.5.3 ảnh hởng của mộ số yếu tố sinh thái đến đời sống của cây lúa

1.5.3.2 Đặc điểm sinh thái:

a Nhiệt độ

Nhiệt độ có vai trò quyết định đến sinh trởng, phát triển của cây lúa.Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều có ảnh hởng không tốt đến đời sống củacây lúa Các nhà nghiên cứu đã xác định đợc nhiệt độ tới hạn cao của cây lúa

là không quá 36 OC và nhiệt độ tới hạn thấp của cây lúa là dới 20 OC Nhiệt độtới hạn của cây lúa thay đổi tuỳ theo giai đoạn sinh trởng, tuỳ theo đặc điểmcủa giống và tình trạng sinh lý của cây TheoYoshida S (1981) [30], [57]phản ứng của cây lúa đối với nhiệt độ khác nhau ở các giai đoạn sinh trởngkhác nhau nh sau

Trong phạm vi từ nhiệt độ tới hạn thấp đến tới hạn cao, nhiệt độ làmtăng tốc độ ra lá, tạo nhiều mầm nách, ở nhiệt độ thấp cây cũng có thể đẻnhánh Chỉ sau khi nảy mầm, nhiệt độ mới có ảnh hởng đến tốc độ sinh trởngtrong phạm vi 20 -31OC [57]

Nhiệt độ thấp có ảnh hởng tới sinh trởng của cây lúa ở tất cả các thời kỳnặng nhất là thời kỳ 12 –14 ngày trớc khi trổ, tức là lúc tế bào sinh dục đanghình thành Vào lúc phân bào giảm nhiễm, nếu nhiệt độ dới 20 OC sẽ làm tăng

tỷ lệ hạt lép (theo Sakata, 1969, 1976 ) Tác động của nhiệt độ 15OC trong 4ngày sẽ làm cho 51 % số hạt bị lép Nhiệt độ 12OC trong 2 ngày thì không ảnh h-ởng lớn nhng trong 6 ngày thì tỷ lệ hạt lép có thể đạt 100% [57]

ảnh hởng của nhiệt độ đến các giai đoạn khác nhau của cây lúa nh sau:Các giai đoạn sinh trởng Nhiệt độ tới hạn (OC) Nhiệt độ tối

thích (OC)Thấp Tối thích

đang phân hoá gié và hoa thì số lợng hoa sẽ giảm, về sau nhiều hoa bị thui.Lúc lúa bắt đầu chắc xanh và chín, nhu cầu nớc lại giảm mạnh và giảm đến sốkhông khi lúa chín vàng

Theo Bùi Huy Đáp (1999), mực nớc thích hợp đối với ruộng lúa nớc lànông thờng xuyên (trên dới 5 cm và không quá 10cm) Mực nớc sâu trong thời kỳsinh trởng sinh thực, cũng nh thiếu nớc trong thời kỳ này đều có hại [1]

c ánh sáng

ánh sáng là nhân tố không thể thiếu quyết định đến năng suất của câylúa, cờng độ ánh sáng ảnh hởng trực tiếp đến hoạt động quang hợp, chu kỳchiếu sáng lại có tác động đến quá trình làm đòng và ra hoa

d Đất

Lúa đợc trồng trên nhiều loại đất, nhng cây lúa phát triển tốt nhất trên đấtthịt hoặc đất thịt pha sét Tuỳ thuộc vào từng loại đất mà chế độ bón phân cũngkhác nhau Đất phải đảm bảo tơi xốp đủ chất dinh dỡng, đủ độ ẩm

- Đạm: Đạm là yếu tố dinh dỡng chủ yếu, nó có ảnh hởng nhiều đến chỉ số

thu hoạch vì chỉ khi có đủ đạm các chất khác mới phát huy tác dụng [2], [8],[16] Trong kỹ thuật bón phân cần cung cấp đủ đạm cho lúa đẻ nhánh và làm

đòng Nhng bón đạm sớm quá hoặc nhiều quá dễ làm cho thân vơn nhanh, lá

to, dễ đổ, cây lúa yếu và dễ bị sâu bệnh phá hại

Đạm giữ vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất lúa Nó là yếu tốcơ bản trong quá trình phát triển của tế bào và các cơ quan nh rễ, thân, lá…trên phạm vi toàn cầu đã làmNếu nh cây thiếu đạm sẽ ảnh hởng rất lớn đến sinh trởng và phát triển của câylúa nh: cây thấp, đẻ nhánh kém, phiến lá mỏng, hàm lợng diệp lục giảm, màng

tế bào dày lên và cứng, số bông và hạt ít, năng suất giảm Nếu nh thừa đạm thìcũng ảnh hởng không tốt đến cây lúa nh: hô hấp tăng lên, tăng lợng gluxit tiêuhao Do vậy, tuỳ từng loại giống, từng thời kỳ, từng loại đất mà bón phân đạmcho hợp lý để đa lại năng suất cao

- Kali: Kali là yếu tố rất cần thiết cho quá trình tổng hợp protein của cây lúa

nó cũng cần thiết khi cây lúa tổng hợp đờng và thành tinh bột Thiếu kali lúa

sẽ quang hợp kém, hô hấp tăng, lợng đờng tinh bột giảm, quá trình tích luỹchất khô kém Theo Bùi Huy Đáp (1999), khi thiếu kali số nhánh tuy khônggiảm nhng cây thấp, lúa trổ sớm, lá lúa chóng tàn, quá trình tổng hợp proteingặp trở ngại, sức chống chịu của cây lúa giảm và năng suất giảm [1]

- Lân: Là thành phần chính của nhân tế bào, đồng thời có vai trò trong sự hình

thành xenluloza và các chất khác tạo thành tế bào Vì vậy, trong thời kỳ lúaphân bào mạnh, tổng hợp tinh bột, xenluloza nhiều và cấu tạo hạt lúa cầnnhiều lân hơn

Cây lúa thiếu lân có lá màu xanh thẫm, không bình thờng, thân cây nhỏ,lúa đẻ chậm

- Silíc: Là chất khoáng mà lúa hút nhiều nhất so với nhiều loại cây khác Tỷ lệ

silic trong thân và lá tăng cao có thể đạt 10 – 20 % [1] Tỷ lệ silic/đạm có

quan hệ mật thiết đến sự sinh trởng của cây Tỷ lệ này càng cao thì cây lúacàng khỏe mạnh.

g Các yếu tố vi lợng

Ngoài các loại phân kể ra ở trên thì một số nguyên tố vi lợng nh: Fe, Cu,

Zn, Mg, Mo…trên phạm vi toàn cầu đã làmđều có những ảnh hởng nhất định đến sinh trởng và phát triển củacây lúa Mặc dù những nguyên tố này không cần nhiều nhng chúng có vai tròquan trọng đối với sự sinh trởng và phát triển của cây lúa Nếu thiếu sắt, sựsinh trởng không điều hoà, lá vàng và chết dần Còn Nếu thiếu Mn lúa có vệtnâu trên lá và thờng kèm theo hiện tợng ngộ độc sắt [1]

h Độ pH và mật độ của quần thể:

Độ pH: cây lúa có thể sinh sống trong khoảng pH thay đổi từ 3 – 9

nh-ng pH < 4 hay pH > 8 lúa mọc xấu, rễ mọc kém Phạm vi pH thích hợp nhất

đối với lúa là 5 -7,5 [1]

Mật độ quần thể: Mật độ là yếu tố chi phối chặt chẽ quá trình phát triểncủa cả quần thể Giữa cá thể và quần thể có ảnh hởng qua lại chi phối sự sinh tr-ởng và phát triển của cả ruộng lúa trong suốt quá trình cây lúa sống ở ngoàiruộng cho tới lúc chín

Bùi Huy Đáp (1999) cho rằng: Quá trình đẻ nhánh của các khóm lúa thểhiện một cách khác nhau tuỳ theo mật độ trong khóm; cấy càng nhiều bụi, lúacàng ít hạt; mật độ càng dày, số hạt càng giảm; số bông trong khóm giảm khimật độ trong khóm tăng Tuy nhiên, trọng lợng 1000 hạt ở mật độ từ rất tha đến

độ dày cao không thay đổi nhiều [1]

1.6 Một số đặc điểm về điều kiện tự nhiên, khí tợng thuỷ văn ở huyện Tĩnh Gia – Thanh Hoá

1.6.1 Vị trí địa lý.

Tĩnh Gia là một huyện đồng bằng ven biển của tỉnh Thanh Hoá cóphạm vi ranh giới nh sau:

- Phía Bắc: giáp huyện Quảng Xơng

- Phía Nam: giáp tỉnh Nghệ An

- Phía Đông: giáp biển đông

- Phía tây: giáp huyện Nông Cống và huyện Nh Xuân

- Huyện có 34 đơn vị hành chính và có toạ độ địa lý nh sau:

+ Kinh độ Đông: 1040 37’ 51’’ - 1050 55’ 52’’

+ Vĩ độ Bắc: 190 17’22’’ - 190 37’ 52’’ [30], [28]

1.6.2 Điều kiện tự nhiên

a Điều kiện tự nhiên huyện Tĩnh Gia

Huyện Tĩnh Gia có 230.378 ngời, trong đó số lao động có 109.484 ngờichiếm 47,52%, lao động nông nghiệp có 64.597 ngời chiếm 30,21%, mật độdân số trung bình 500 ngời/ km2 [28]

Nền kinh tế của huyện vẫn là nền kinh tế nông nghiệp, tổng diện tích tựnhiên có 45.733,61 ha, trong đó có 13 392,01 ha là diện tích nông nghiệpchiếm 29,28%, diện tích trồng lúa là 7 699,61 ha chiếm 16, 84%, diện tíchmặt nớc dùng cho nuôi trồng thuỷ sản là 899,35ha [28]

b Điều kiện tự nhiên xã Hải Châu

Xã Hải Châu có 10.500 dân, với 4.725 lao động, mật độ trung bình

1000 ngời/ km2 Diện tích tự nhiên là 380,55ha chiếm 42,1%, trong đó diệntích trồng lúa là 70,31ha chiếm 7,8%

Do là xã có vị trí địa lý giáp biển và lạch ghép nên diện tích mặt nớcdùng cho nuôi trồng thuỷ sản là 110,12ha chiếm 12% [29]

1.6.3 Đặc điểm khí tợng thuỷ văn huyện Tĩnh Gia

Theo số liệu tổng hợp của phòng thống kê và trạm khí tợng huyệnTĩnh Gia [31]

Điều kiện khí tợng thuỷ văn của huyện Tĩnh Gia năm 2006 – 2007

Bốc hơi (mm)

Tốc độ gió (m/

s)

Lợng ma (mm)

Nhiệt

độ ( O C)

Độ ẩm (%)

Bốc hơi (mm)

Tốc độ gió (m/

s)

Lợng ma (mm)

- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình qua các năm 2006 là 24,52 OC; năm

2007 (10 tháng) là 25,050C, đợc chia làm các mùa rõ rệt Mùa lạnh từ tháng

12 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình là 19,70C, đạt thấp tuyệt đối là

16,80C (1/ 2007) Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10, nhiệt độ trung bình là25,05OC, đạt cao nhất là 30,20C (6/2007) Số giờ nắng trung bình trong năm

đạt 1518 giờ

- Độ ẩm trung bình hàng năm đạt 84% cao nhất: 92% và thấp nhất là 76%

- Lợng ma: lợng ma trung bình đạt 190mm, trong đó từ các tháng 5 –

11 ma nhiều, lợng ma có tháng đạt 706mm, nhng có tháng lợng ma đo đợc rấtthấp chỉ đạt 20 mm

- Gió: Từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau gió mùa đông bắc làm nhiệt độkhông khí giảm kèm theo ma rét kéo dài đã làm ảnh hởng đến lúa vụ ĐôngXuân Từ tháng 4 đến tháng 8 gió Tây Nam gây khô hạn và nóng ảnh hởng

đến lúa vụ mùa Gió đông xen kẻ mùa hè và mùa thu, gió Đông Nam thổi từbiển vào mang theo hơi nớc làm cho thời tiết mát mẽ hơn, ma nhiều tạo điềukiện tốt cho cây nông nghiệp nói chung và cây lúa nói riêng sinh trởng và pháttriển tốt

Chơng 2

Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu

2.1 Đối tợng nghiên cứu

- Các chủng Vi khuẩn lam có tế bào dị hình (phân lập từ đất chua mặntrồng lúa ở huyện Tĩnh Gia – Thanh Hoá)

- Giống lúa Mộc Tuyền: Là giống lúa chịu đất chua mặn và đợc ngờidân địa phơng sử dụng vào sản xuất nông nghiệp tại địa bàn nghiên cứu

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Thu mẫu, phân lập và thuần khiết một số chủng vi khuẩn lam cố địnhnitơ trên đất trồng lúa chua mặn tại huyện Tĩnh Gia – Thanh Hoá

- Chọn một số chủng VKL cố định đạm, xem xét khả năng sinh trởng, tăngsinh khối của chúng ở các thời điểm khác nhau, chọn 2 chủng có khả năng phát triển,tăng sinh khối nhanh nhất để làm thí nghiệm trên lúa.

- Nghiên cứu ảnh hởng của VKL cố định nitơ lên các chỉ tiêu sinh lýsinh trởng và năng suất thu hoạch của giống lúa Mộc Tuyền ở các giai đoạnphát triển khác nhau nh: (Tỷ lệ nảy mầm, độ dài thân mầm, rễ mầm, chiều caocây, cờng độ quang hợp, cờng độ hô hấp, hàm lợng diệp lục, năng suất thuhoạch kg/ ha,…trên phạm vi toàn cầu đã làm)

2.3 Phơng pháp nghiên cứu

2.3.1 Thu mẫu và xử lý mẫu VKL

- Đối với VKL trong đất: thu mẫu đất trên bề mặt ruộng ở độ sâu từ 0– 5 cm Cùng với việc thu mẫu đất thì đồng thời đo pH và độ muối của đất tại

điểm thu mẫu Mẫu đất sau khi thu về đợc cho vào đĩa petri có lót giấy ở phíadới đáy, tới ẩm bằng môi trờng BG11 không đạm, chiếu sáng bằng đèn neonvới cờng độ chiếu sáng 1200 lux, nhiệt độ 20 - 300C [10], [37]

- Đối với mẫu tảo nớc: thu các mẫu VKL bám trên mặt ruộng, vớt cáckhối nhầy có màu xanh lam nổi trên mặt nớc và thu các khối nhầy bám trêngốc lúa, lá lúa Sau đó chuyển vào nuôi trong các bình cầu 250 ml bằng môitrờng BG11 không đạm, ở cờng độ chiếu sáng khoảng 1200 lux, nhiệt độ 20

- 300C [10], [37]

2.3.2 Phơng pháp định loại VKL

Sau thời gian xử lý 7 – 10 ngày, các tập đoàn VKL phát triển nhanhtrên các đĩa petri hoặc trong các bình cầu Lấy các mẫu VKL trên quan sát dớikính hiển vi quang học có độ phóng đại 600 - 1000 lần: đo kích thớc, vẽ hình,mô tả, chụp ảnh, sử dụng tài liệu định loại của M M Gollerbakh và cộng sự(1953), Dơng Đức Tiến (1996) để xác định taxon VKL [4], [11], [38], [58]

2.3.3 Phơng pháp phân lập và thuần khiết một số chủng VKL có khả năng cố định nitơ

Sau khi xử lý mẫu VKL mọc lên thì tiến hành phân lập VKL, cách tiếnhành nh sau: Mẫu đất thu đợc cho vào các đĩa pêtri, thêm một lớp cát đã khửtrùng, tới dung dịch BG11 không đạm đủ ẩm bề mặt cát Đặt đĩa dới giàn đènnêon với cờng độ chiếu sáng 1200 – 2000 lux, nhiệt độ 20 – 30 0C Sau 7– 10 ngày các tập đoàn VKL phát triển trên bề mặt cát Dùng thìa thuỷ tinh

đã khử trùng lấy lớp cát có chứa các tập đoàn vi khuẩn lam chuyển vào các đĩapêtri khác sau đó thêm khoảng 5 – 7 lớp giấy lọc, tới dung dịch BG11 đủ ẩmlớp giấy Sau 7 – 10 ngày các tập đoàn VKL phát triển trên bề mặt giấy lọc.Dùng que cấy lấy một vài tập đoàn VKL cho vào bình cầu 250ml có 100mldung dịch môi trờng BG11, dùng đũa thuỷ tinh đánh mạnh để làm đứt các sợitảo, đa lên kính hiển vi kiểm tra mức độ pha loãng sao cho mỗi giọt có từ 2-5trichom Lấy 1 ml dịch chứa VKL nhỏ lên bề mặt của thạch (BG11 không

đạm), san đều mẫu cấy bằng que gạt hình tam giác Đặt đĩa dới giàn đèn neonvới cờng độ chiếu sáng 1200 lux, nhiệt độ 20 – 30 0C Sau 10 – 15 ng yàycác khuẩn lạc VKL có khả năng cố định nitơ sẽ mọc trên bề mặt thạch còn cácVKl không có khả năng cố định nitơ và các loại tảo khác sẽ chết Dùng kimmũi mác đầu nhọn lấy khuẩn lạc VKL rồi cấy truyền sang môi trờng thạchmới Quá trình trên đợc tiến hành nhiều lần cho đến khi thu đợc VKL cố địnhnitơ thuần khiết

- Để làm sạch VKL khỏi vi khuẩn, sử dụng phơng pháp chiếu tia tửngoại qua các mẫu VKL thuần khiết ở khoảng cách 20 cm trong thời gian 5 –

10 phút Vài ngày sau chọn các đoạn tảo phát triển ở xa điểm cấy hoặc các

đoạn tảo chui ra khỏi bao nhầy lại cấy truyền sang môi trờng thạch mới Kiểmtra độ thuần khiết qua kính hiển vi quang học có độ phóng đại 400 – 600 lần.Khi có VKL thuần khiết sẽ đợc chuyển vào bình tam giác loại 250 ml chứa100ml dung dịch BG11 không đạm, nuôi và dùng làm đối tợng nghiên cứu.Môi trờng nuôi VKL đợc khử trùng ở 1.5 at trong 30 phút Bình nuôi VKL đ-

ợc rửa bằng dung dịch cromic và K3PO4 Sau đó đợc tráng bằng nớc cất Cácthí nghiệm đợc tiến hành trong điều kiện môi trờng đợc vô trùng, mỗi đợt tiếnhành trong 15 - 20 ngày [10], [37]

Mẫu VKL đợc lu giữ tại phòng tảo – bộ môn Thực vật, khoa Sinh học,trờng Đại học Vinh

2.3.4 Phơng pháp nuôi VKL để tăng sinh khối

Môi trờng BG11 là môi trờng thích hợp nhất cho sinh trởng, phát triểncủa hầu hết các chủng VKL mà không gây biến thái hình dáng

Thành phần môi trờng BG11 (gam/l) đợc pha theo công thức sau: [37]

Hoá chất Hàm lợng (tính theo gam/lít)

Vi khuẩn lam đợc nuôi ở bình cầu 250 ml với 100ml dung dịch dinh ỡng BG11 không đạm Đặt bình dới giàn đèn neon với cờng độ chiếu sángkhoảng 1200 lux, nhiệt độ 20 - 300C, độ ẩm 60 - 80%, thời gian chiếu sáng12/24h và đợc nuôi với một lợng thả ban đầu 0,1 g/100ml dung dịch dinh d-ỡng BG11 không đạm Chỉ tiêu xác định sinh khối đợc theo dõi ở các thời

d-điểm 15, 30 ,45 ngày tuổi tơng ứng với các chủng VKL làm thí nghiệm

- Để xác định sinh khối VKL chúng tôi tiến hành li tâm dịch chứa vikhuẩn lam (tốc độ 700 – 1000 vòng/phút) Sinh khối VKL lắng xuống đáyống li tâm, gạn bỏ chất lỏng phía trên sau đó đổ thêm 10 ml nớc cất 2 lần rồitiếp tục li tâm, loại bỏ và thấm khô nớc, cân xác định trọng lợng Sinh khốiVKL tơi đợc tính theo gam/100ml dung dịch môi trờng [5], [10], [37]

2.3.5 Phơng pháp bố trí thí nghiệm

* Trong phòng thí nghiệm

Đếm 100 hạt lúa giống (chắc, đều) cho vào đĩa petri có giấy lọc và tẩm

ớt bằng các dung dịch thí nghiệm sau:

Lô 1: Dung dịch dinh dỡng BG11 không đạm

Lô 2: Nớc cất (đối chứng)

Lô 3: Tỷ lệ 70% dịch vẩn vi khuẩn lam + 30 % nớc cất

Lô 4: Tỷ lệ 30% dịch vẩn vi khuẩn lam + 70 % nớc cất

Thí nghiệm bố trí ở nhiệt độ 27 - 280C, sau đó đếm số hạt nảy mầm, xác

định cờng độ hô hấp của hạt và đo độ dài thân mầm, rễ mầm ở các thời điểm48h, 72h, 96h

Hạt lúa sau khi nẩy mầm thì đợc gieo lên đất thí nghiệm và tiếp tụcphun dịch vẩn VKL (7 ngày/lần) để theo dõi một số chỉ tiêu sinh trởng, pháttriển ở giai đoạn mạ với các lô thí nghiệm nh sau:

Lô 2: nớc máy (đối chứng)

Lô 3: 10,6 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Nostoc

calcicola và 9,1 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Calothrix bervissima var bervissima dùng để phun cho 50m2 diện tích thí nghiệm

Lô 4: 4,5 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Nostoc

calcicola và 3,9 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Calothrix bervissima var bervissima dùng để phun cho 50m2 diện tích thí nghiệm

Lô 5: 15,1 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Nostoc

calcicola và 14,3 gam VKL tơi trong 1000ml dịch tảo đối với chủng Calothrix bervissima var bervissima dùng để phun cho 50m2 diện tích thí nghiệm

* Ngoài đồng ruộng: Trên nền đất chua mặn (ở xã Hải Châu, huyện Tĩnh

Gia, Thanh hoá), đồng đều về dinh dỡng và pH với 3 công thức: đối chứng

(ĐC); 2 chủng VKL Nostoc calcicola (TN1) và Calothrix bervissima var.

Bervissima (TN2) Mỗi công thức có diện tích là 100m2 và lặp lại 3 lần, mật

độ trồng: 37 khóm/m2, điều kiện chăm sóc nh nhau ( 200kg phân chuồng + 10

kg NPK (8 – 10 -3) + 2 kg urê)

Đối với các công thức thí nghiệm tiếp tục phun dịch tảo (với chủng

Nostoc calcicola: 10,605g VKL tơi/l - TN1; còn với chủng Calothrix

bervissima var bervissima: 9,114g VKL tơi/l – TN2) Lợng dịch vẩn mỗi lần

2 lít/100m2, phun 3 lần trong suốt quá trình làm thí nghiệm

Các chỉ tiêu theo dõi: diện tích lá, hàm lợng diệp lục, cờng độ hô hấp, cờng

độ quang hợp (ở giai đoạn cây lúa đẻ nhánh rộ); chiều cao cây, kích thớc lá đòng(giai đoạn lúa trớc trổ bông); các chỉ tiêu năng suất (khi thu hoạch)

2.3.6 Phơng pháp phân tích các chỉ tiêu theo dõi [21], [ 22].

- Phơng pháp xác định độ pH của đất

Nguyên tắc: Độ pH đợc xác định theo điện thế trong huyền dịch của đấtvới KCl 1N

Các bớc tiến hành: Cân 10 gam đất mịn, cho vào bình nhựa miệng rộng

có dung tích 100ml, thêm vào 25 ml dung dịch KCl 1N, dùng nút cao su đậylại, lắc độ 1giờ Để lắng qua đêm, gạn lấy 5 ml dịch trong dùng pH met đo trị

Tỷ lệ nẩy mầm (%) = Tổng số hạt thí nghiệmSố hạt nảy mầm x100%

- Đo độ dài của rễ và thân mầm bằng thớc kẹp Palmer điện tử

- Xác định cờng độ hô hấp theo phơng pháp Boisen-Jensen

- Xác định cờng độ quang hợp theo phơng pháp Ivanop - Coxơvich

- Xác định diện tích lá theo công thức:

Diện tích lá = chiều dài x chiều rộng x k (k là hệ số điều chỉnh

của quá trình thực nghiệm).

-Xác định hàm lợng diệp lục theo phơng pháp Wintermuns,Demots,1965

- Xác định năng suất lúa (tạ /ha)

Để xác định đợc số khóm/m2 sử dụng khung gỗ tự tạo có kích thớc 1m x1m chụp xuống ruộng thí nghiệm, sau đó đếm số khóm trong khung