Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện diễn châu, tỉnh nghệ an

Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu và ứng dụng Vi khuẩn lam ở nước tahiện nay, một trong những vấn đề quan trọng là lựa chọn được các dòng Vikhuẩn lam đạt tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại Học Vinh

= = = & = = =

THÁI THỊ VIỆT HềA

VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT

Bộ giáo dục và đào tạoTrờng Đại Học Vinh

= = = & = = =

THÁI THỊ VIỆT HềA

VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT

Lời cảm ơn

Trong hơn hai năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Vinh, tôi

đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các giảng viên, kỹ thuật viên, bạn bè

và gia đình

Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi tới Cô giáo,T.S Lê Thị Thúy Hà đã hướng dẫn khoa học và nhiệt tình giúp đỡ tôi hoànthành đề tài này

Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo PGS – T.S Võ Hành, PGS -T.SNguyễn Đình San đã có những góp ý chỉ bảo quý báu trong quá trình viết luậnvăn

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy cô giáo KhoaSau đại học - Trường Đại học Vinh, kỹ thuật viên phòng hóa sinh và phòngthí nghiệm bậc thấp, cán bộ Sở tài nguyên môi trường tỉnh Nghệ An, Cô giáoTrần Thị Tuyết Hồng, giáo viên Hoá học Trường THPT Nguyễn Xuân Ôn,tập thể Giáo viên trường THPT Nguyễn Xuân Ôn, gia đình và bạn bè đã độngviên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Vinh, tháng 12 năm 2010

Tác giả

Thái Thị Việt Hòa

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn……… 1

Mục lục……… 2

Danh mục bảng và các hình trong luận văn……… 4

Mở đầu……… 5

Chương 1: Tổng quan tài liệu……… 6

1.1.Tình hình nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam……… 6

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới……….6

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam ở Việt Nam …… ……… 7

1.2 Vai trò của Vi khuẩn lam……… 8

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam trong đất ………… 11

1.3.1 Đặc điểm, cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam 11

1.3.2 Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất… ……… 12

1.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn lam13 1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Diễn Châu, Nghệ An ………15

1.4.1 Đặc điểm tự nhiên……… 15

1.4.2 Điều kiện khí hậu……… 16

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu………18

2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu……… 18

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu……… ……… 18

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu……… 18

2.1.3 Thời gian thu và xử lí mẫu……… ……… 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu……… 18

2.2.1 Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hóa…………18

2.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất……….19

2.2.3 Định loài Vi khuẩn lam bằng phương pháp hình thái so sánh……… 20

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận……… 23

3.1 Một số chỉ tiêu nông hóa thổ nhưỡng của các loại đất trồng ở các xã

nghiên cứu……… 23

3.1.1 Độ ẩm……….23

3.1.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu……… 24

3.1.3 Hàm lượng lân dễ tiêu……… 25

3.1.4 Hàm lượng kali tổng số……… 25

3.2 Đa dạng vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện Diễn Châu, Nghệ An………26

3.2.1 Cấu trúc thành phần loài……… …………26

3.2.2 Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ……… ……… 32

3.2.3 Phân bố các taxon bậc loài trong chi……… 33

3.2.4 Cấu trúc thành phần loài Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An……… 34

3.2.5 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã 35

3.2.6 Đa dạng về hình thái……… 36

Kết luận, kiến nghị……… 38

Tài liệu tham khảo……… 39

Phụ lục ảnh……….43

DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Trang

Bảng 3.1 Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu………23

Bảng 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu……… 24

Bảng 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu……….25

Bảng 3.4 Hàm lượng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu……… 26

Bảng 3.5 Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An………27

Bảng 3.6 Số lượng taxon đã gặp của nghành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An………29

Bảng 3.7 Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ đã gặp……….32

Bảng 3.8 Phân bố số lượng loài/ dưới loài trong các chi của Vi khuẩn lam đã được phát hiện……….33

Bảng 3.9 Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã……… 34

Bảng 3.10 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã 35

Bảng 3.11 Đa dạng hình thái các taxon Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An……… 36

Bảng 3.12 Đa dạng hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu so với các vùng đã được nghiên cứu……… 37

Hình 3.1 Độ ẩm của đất ở các xã………23

Hình 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu ở các xã ……… 24

Hình 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các xã……… 25

Hình 3.4 Hàm lượng kali ở các xã ……….26

Hình 3.5 Tỉ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ……….30

Hình 3.6 Tỉ lệ % số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ……….32

Hình 3.7 Số lượng loài ở các xã……….34

MỞ ĐẦU

Vi khuẩn lam có vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái nói chung và

hệ sinh thái đất nói riêng, đặc biệt là trong đất trồng lúa Chúng tham gia vàoviệc sản xuất sinh khối và điều chỉnh cân bằng thành phần khí Một số loài cókhả năng cố định nitơ phân tử Nhiều loài Vi khuẩn lam có thể được sử dụnglàm thức ăn cho động vật hoặc nguyên liệu để tách chiết các hoạt chất sinhhọc Chính vì vậy, chúng đang là đối tượng được nhiều nhà khoa học ở cácnước trên thế giới quan tâm nghiên cứu

Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu và ứng dụng Vi khuẩn lam ở nước tahiện nay, một trong những vấn đề quan trọng là lựa chọn được các dòng Vikhuẩn lam đạt tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện địa phương để nuôi đại trà Vìvậy, công tác điều tra cơ bản thành phần loài là nền móng đẩy mạnh cácnghiên cứu chuyên sâu

Ở Việt Nam, cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng vitảo (trong đó có Vi khuẩn lam) nhưng phần lớn vẫn là các công trình nghiêncứu Vi khuẩn lam trong các thuỷ vực dạng hồ, sông…Ở khu vực Bắc Trung

Bộ trong đó có Nghệ An đã có một số công trình nghiên cứu, ứng dụng Vikhuẩn lam trên đất trồng lúa như: Nguyễn Đình San, Lê Thanh Tùng - Ảnhhưởng của Vi khuẩn lam đến sự nảy mầm và sinh trưởng của giống lúa MộcTuyền Đặng Thị Ngọc Liên – Vi tảo trong đất trồng lúa bị nhiễm mặn ởhuyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An…Tuy nhiên nghiên cứu thành phần loài Vikhuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Diễn Châu Tỉnh Nghệ An thì chưa cótác giả nào đề cập đến

Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một

số xã thuộc huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An”

Mục tiêu của đề tài là nhằm điều tra thành phần loài vi khuẩn lam ở đấttrồng lúa một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An

CHƯƠNG ITỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới

Trong những thập kỷ gần đây Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay tảolam (Cyanophyta) đã lôi cuốn nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khácnhau như: Thực vật học, vi sinh vật học, sinh lí học, sinh hoá học, di truyềnhọc, Công nghệ sinh học, môi trường và trồng trọt [22]

Ở Châu Á, tại Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ Desikachary(1959) [30] đã tiến hành nghiên cứu khu hệ Vi khuẩn lam trong nhiều năm,kết quả có 750 loài thuộc 85 chi đã được xác định, trong đó có 70 loài lần đầutiên được xác định ở nước này

Subeen Naz và cs [35] thuộc Cục thực vật học, Đại học Karachi,Pakistan đã thu thập mẫu từ các môi trường sống khác nhau trong các mùakhác nhau ở giai đoạn 1996 – 2000 đã phân lập được 45 loài thuộc chi

Oscillatoria.

Cũng ở Ấn Độ, Aushal và cs [29] thuộc Cục thực vật học, Đại họcBihar BR, A nghiên cứu trong khoảng 60 ngày đã thống kê được 28 loài đạidiện cho 9 chi

Ở Châu Âu, Pau James [34] đã nghiên cứu và chụp ảnh hiển vi điện tử

được 34 loài thuộc chi Nostoc.

Không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu khu hệ các tác giả còn đi sâunghiên cứu về đặc tính sinh lí, sinh hoá của các chủng Vi khuẩn lam để ứngdụng trong nuôi trồng và thực tiễn đồng ruộng

Năm 2000, V.M Dembly và cs [31] thuộc phòng Khoa học môi trường,Trường Đại học Khoa học ứng dụng, Đại học Hebrew ở Jerusalem, Israel đãnghiên cứu sự biến đổi thành phần lipit của Cyanobacterium đất từ lưu vựcbiển chết đến sa mạc Nêgv

Aushas và cs [29] qua nghiên cứu cho rằng Cyanobacteria đã thúc đẩyquá trình tổng hợp nitơ trong khí quyển thành dạng hoà tan của ammoniac với

sự giúp đỡ của các enzyme Ngoài ra Cyanobacteria tăng cường khả năng giữnước bằng cách thêm các vật liệu polysaccharidic vào đất và gia tăng chấtdinh dưỡng trong đất Cyanobacteria là nhân tố bài tiết các chất vào đất

Năm 2005, Hồng J và cs [33] nghiên cứu ảnh hưởng của áng sáng đếnquá trình sinh trưởng của tảo và tảo chỉ sinh trưởng được trong điều kiện ánhsáng cho phép và Vi khuẩn lam là nhóm kém ưa ánh sáng

Năm 2006, Ohad và cs [34] cho rằng ánh sáng dư thừa Microcoleus sp.

thay đổi hệ quang II thích nghi với điều kiện đất cát sa mạc

Wale và cs (2006) [37] khi nghiên cứu hoạt động của Microcoleus

chthonoplaster trong bùn đã khẳng định Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi

trong nước, đất, cát, trên đá và có mặt nhiều nhất ở mặt ruộng lúa nơi mà cácyếu tố ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH, nước, khoáng đều thích hợp cho Vi

khuẩn lam phát triển đặc biệt là Microcoleus.

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trồng ở Việt Nam

Nhiều học giả trên thế giới từ lâu đã nghiên cứu về Vi khuẩn lamnhưng ở Việt Nam những thế kỷ qua là rất hiếm và hầu như không có côngtrình chuyên khảo nào về Vi khuẩn lam, tuy nhiên vẫn có một số dẫn liệucông bố trong những kết quả nghiên cứu tổng thể về phù du thực vật nướcbiển hoặc nước ngọt [22]

Công trình đầu tiên về tảo ở Việt Nam do J.Loureiro viết năm 1793,

ông đã mô tả tảo lục, Ulva pisum Năm 1927, P Fremy đã công bố 3 loài tảo

lam ở Việt Nam [22] Người Việt Nam đầu tiên chuyên về tảo lam là CaoNgọc Phương [theo 22] bà đã mô tả về 23 taxon tảo lam sát mặt đất ở Sài Gòn

và Đà Lạt, trong đó có 11 chi với 2 chi có tế bào dị hình, 1 loài mới cho khoahọc Năm 1977, Dương Đức Tiến [19] trong bài báo về “Tảo lam cố định đạm

trên đất trồng lúa Miền Bắc Việt Nam” đã công bố 13 loài tảo lam thuộc 6 chi(4 chi có tế bào dị hình và 2 chi không có tế bào dị hình).

Trong những năm gần đây có một số tác giả như: Võ Hành, Đặng ThịNgọc Liên [12] đã công bố 23 loài Vi khuẩn lam gặp ở vùng đất ngập mặnhuyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000 – 2001)[15] đã nghiên cứu điều tra thành phần loài Vi khuẩn lam ở ruộng lúa ở HàNội và phụ cận, nhóm tác giả này đã phát hiện được hơn 50 loài thuộc 19 chi

trong 5 bộ, ưu thế thuộc về chi Nostoc và Anabaena Năm 2001, Nguyễn

Quốc Hùng [theo 13] cũng với vùng đất Hà Nội và phụ cận đã nâng tổng sốloài và dưới loài Vi khuẩn lam lên đến 80 trong 20 chi thuộc 4 bộ Hồ SĩHạnh (2007) [13] đã công bố 129 loài và dưới loài thuộc 20 chi, 10 họ và 4 bộtrong đó ở đất trồng lúa gặp 62 loài và dưới loài Đặng Đình Kim và cs (1999)[14] đã nghiên cứu ứng dụng của Vi khuẩn lam tạo sinh khối cho người vàđộng vật, khai thác các hoạt chất từ tảo (Vitamin, lipit, sắc tố, cacbohyđrat,chất chống ôxi hóa), nguồn phân bón sinh học

Như vậy, ở Việt Nam cho tới thời điểm này các công trình chuyên khảo

về Vi khuẩn lam trong đất còn rất ít mà chủ yếu là nghiên cứu về Vi khuẩnlam trong các thủy vực, hồ, cửa sông… như nghiên cứu của Lê Thúy Hà - VõHành [5]; Hồ Thanh Hải [8]; Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức Tiến, Hồ ThanhHải, Mai Đình Yên [26]; Nguyễn Văn Tuyên [27]

Gần đây nhất có nghiên cứu của Đặng Lê Uyên Phương - Hồ Sỹ Hạnh[18] nghiên cứu sự đa dạng Vi khuẩn lam ở một số vùng cửa sông Tiền vàsông Hậu đã xác định được 54 loài và dưới loài, chúng thuộc 17 chi và 9 họtrong đó họ đa dạng nhất thuộc về Osillatoriaceace, Anabaenaceace,

Chroococcaceae Các chi chiếm ưu thế là: Lyngbya, Oscillatoria, Anabaena.

1.2 Vai trò của Vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam là sinh vật tiên phong chinh phục môi trường trong quátrình diễn thế nguyên sinh, cải tạo môi trường làm nền tảng cho các quần xãtiếp theo phát triển

Vi khuẩn lam có vai trò rất lớn cho nông nghiệp vì nhiều loài Vi khuẩnlam có khả năng cố định đạm chuyển hóa nitơ phân tử thành dạng NH4+ rồichuyển hóa thành axit amin và prôtêin, chúng gây ảnh hưởng tốt đến tính chất

cơ, lí học của đất (tăng độ thoáng, độ ẩm), chống xói mòn Ở vùng ôn đớilượng nitơ do Vi khuẩn lam đem lại cho đất đạt 17 – 24kg/ha Ở vùng nhiệt

đới từ 90kg/ha Đó là kết quả hoạt động của các loài thuộc giống Nostoc,

Anabaena, Calothrix, Tolypothix [9].

Tảo đất là sinh vật đầu tiên cư trú trên núi đá vôi là “nhân vật” tạo mùn

sơ cấp từ khoáng vật Chính các ưu điểm này đã thúc đẩy hướng nghiên cứu

“tảo hóa” đất trồng ngày một gia tăng và có kết quả

Phân bón chứa nitơ được coi là yếu tố hạn chế trong sản xuất lươngthực Việc cố định nitơ từ không khí, tảo lam có vai trò rất quan trọng Chođến nay người ta biết tới 152 loài tảo lam có khả năng cố định đạm [14] Cácloài này thuộc 4 nhóm chính:

+ Tảo dạng sợi có tế bào dị hình, cố định nitơ trong điều kiện có ôxi

+ Tảo đơn bào hoặc tập đoàn, cố định nitơ trong điều kiện có ôxi

+ Tảo dạng sợi, không có tế bào dị hình, chỉ cố định nitơ trong điều kiện thiếuôxi

+ Tảo dạng sợi, không có tế bào dị hình, chỉ cố định nitơ trong điều kiện cóôxi

Các đại diện điển hình của tảo lam đơn bào cố định nitơ là các chi

Aphanothece, Myxosarcina, Chroococcidiopsis, Pleurocapsa Đại diện tảo lam

dạng sợi, không có tế bào dị hình là các chi Microcoleus, Oscillatoria,

Pseudoanabaena, Lyngbya, Plectonema, Phormidium, Tricodesmus Các chi

tảo lam cố đinh nitơ có cấu trúc sợi kèm theo tế bào dị hình là Anabaena,

Gloeotrichia, Hapalosiphon, Nostoc, Scytonema, Stigonema…Trong số các vi

sinh vật khử N2 thành NH4+ thì Cyanobacteria đóng vai trò chính vì chúng cốđịnh nitơ cả trong trạng thái sống tự do và sống cộng sinh

Có thể nói rằng gây nhiễm Vi khuẩn lam cố định nitơ sống tự do hoặccộng sinh đóng vai trò rất lớn trong việc bón phân cho đất, đặc biệt là cáccánh đồng lúa Có thể giảm thiểu lượng phân bón hóa học cho lúa tới 15% [9]nếu dùng Vi khuẩn lam cố định đạm Trong mùa phát triển thích hợp, Vikhuẩn lam có thể cố định được 20– 30kg nitơ/ha [14] Mặt khác, tảo còn kíchthích sinh trưởng lúa thông qua các hoocmon do chúng bài tiết ra môi trường.

Hiện nay nhiều nơi trên thế giới đã tiến hành cấy tảo lam xuống ruộnglúa để làm phân bón như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, …Ở Trung Quốc

người ta thường dùng Anabaena azotica và Nostoc sphaeroides cấy cho khoảng 25.000 ha, trong khi Ấn Độ sử dụng các loài thuộc chi Aulosira,

Anabaena, Nostoc, Plectonema, Scytonema và Tolypothrix trên diện tích

khoảng 2000000 ha canh tác [theo 14]

Ngoài sản xuất phân bón, người ta còn sử dụng Vi khuẩn lam để sảnxuất sinh khối làm thức ăn cho người và động vật, khai thác hoạt chất(Vitamin, lipit, sắc tố, …)

Tính toán cho thấy trên trái đất có tới gần 1.454 triệu km3 nước baogồm nước từ đại dương, nước ngầm, băng, hồ, hơi ẩm trong không khí, sông,suối Trong số này khoảng 94% là nước mặn Điều đáng lưu ý là nhu cầu sửdụng nước của nhân loại mỗi ngày một tăng và toàn bộ nước cấp cho sinhhoạt, nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ sau khi sử dụng đều trở thành nướcthải bị ô nhiễm Người ta đã sử dụng tảo trong đó có Vi khuẩn lam để xử lýnước thải Các loài Vi khuẩn lam tập đoàn dạng hoặc dạng sợi như

Oscillatoria chiếm ưu thế trong các hồ xử lý nước thải [14]

Một số tác giả không những nghiên cứu các loài Vi khuẩn lam manglại giá trị kinh tế cao mà còn đi sâu nghiên cứu các loài Vi khuẩn lam gâyđộc Ở nước ta, những nghiên cứu về tảo độc ở biển được bắt đầu từ năm

1973 Tại một số thủy vực Hà nội và các vùng lân cận đã xác định được 7taxon loài và dưới loài đều thuộc nghành Vi khuẩn lam Trong 3 chi đã phát

hiện thì chi Microcytis có loài M aeruginosa xuất hiện ở Hồ Hoàn Kiếm,