Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long

pdf 228 trang Phương Linh 22/07/2025 70
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfLuan an_Tran Vo Hai Duong.pdf
  • pdfTom tat luan an tieng Anh_Tran Vo Hai Duong.pdf
  • pdfTom tat luan an tieng Viet_Tran Vo Hai Duong.pdf
  • docTrang thong tin luan an tieng Anh_Tran Vo Hai Duong.doc
  • docTrang thong tin luan an tieng Viet_Tran Vo Hai Duong.doc

Nội dung tài liệu: Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã ngành: 62420201 TRẦN VÕ HẢI ĐƯỜNG PHÂN LẬP VI KHUẨN PHÂN GIẢI SILIC TRONG ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CANH TÁC LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Cần Thơ, 2021
  2. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: PGS. TS. Nguyễn Khởi Nghĩa Người hướng dẫn phụ: TS. Nguyễn Thị Ngọc Trúc Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp cơ sở Họp tại: Phòng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ, Lầu 2 – Nhà Điều hành, Trường Đại học Cần Thơ Vào lúc 14 giờ 00 phút ngày 26 tháng 8 năm 2020 Phản biện 1: GS. TS. Cao Ngọc Điệp Phản biện 2: TS. Trần Đình Giỏi Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Trung tâm học liệu, Trường Đại học Cần Thơ Thư viện Quốc gia Việt Nam
  3. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Trần Võ Hải Đường và Nguyễn Khởi Nghĩa, 2018. Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phân giải khoáng Silic từ nhiều môi trường sống khác nhau. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Thái Nguyên, 180(4): 9-14. 2. Trần Võ Hải Đường, Đào Thị The và Nguyễn Khởi Nghĩa, 2018. Đánh giá hiệu quả của năm dòng vi khuẩn phân giải khoáng Silic phân lập lên tỉ lệ nảy mầm, sinh trưởng và sinh khối của lúa trong điều kiện có và không bổ sung NaCl. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 54: 227-234. 3. Trần Võ Hải Đường và Nguyễn Khởi Nghĩa, 2019. Hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải khoáng silic lên sinh trưởng và năng suất giống lúa IR 50404 trong điều kiện nhà lưới. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 55(2): 10-19. 4. Tran Vo Hai Duong and Nguyen Khoi Nghia, 2019. Evaluation of some biophysical characteristics of five silicate solubilizing bacteria isolated from different ecosystems. Journal of Biotechnology, 17(4): 775-784. 5. Trần Võ Hải Đường và Nguyễn Khởi Nghĩa, 2020. Hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Silic lên sinh trưởng và năng suất lúa một bụi đỏ trên nền đất nhiễm mặn trong mô hình canh tác lúa-tôm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 56 (Số chuyên đề: Khoa học đất): 47-57.
  4. CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Dưới điều kiện đất nhiễm mặn, Silic (Si) giúp cải thiện một số đặc tính có lợi cho cây lúa bao gồm: gia tăng hàm lượng chlorophyll trong lá lúa (Yeo et al., 1990; Bonilla and Tsuchiya, 1998), giảm hàm lượng ion Na+ và gia tăng hàm lượng ion K+ trong sinh khối khô cây lúa (Matoh et al., 1986; Ahmad et al., 1992), gia tăng hàm lượng các enzyme oxi hóa-khử và giảm hàm lượng proline trong thân lúa (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al., 2009; Lee et al., 2010). Si trong đất rất dồi dào tuy nhiên hầu hết tồn tại dưới dạng không hòa tan do đó cây trồng không thể hấp thu được (Rodrigues and Datnoff, 2005; Vasanthi et al., 2012). Bên cạnh đó, vi khuẩn phân giải Si đóng vai trò quan trọng và hiệu quả cao trong việc phân giải Si bất động trong đất vì vậy giúp gia tăng độ phì nhiêu đất và gia tăng khả năng bảo vệ cây trồng dưới điều kiện bất lợi của môi trường (Vasanthi et al., 2012). Mặt khác, các nghiên cứu về bổ sung kết hợp giữa khoáng Si và vi khuẩn phân giải Si vào đất giúp phân giải khoáng Si nhằm gia tăng khả năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất cây trồng trên nền đất nhiễm mặn còn rất hạn chế. Thêm vào đó, lúa là cây trồng chủ lực ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, tuy nhiên, hiện tại việc canh tác lúa ở khu vực này đang phải đối mặt với những hậu quả do tác động của biến đổi khí hậu gây ra, dẫn đến một lượng lớn diện tích trồng lúa bị nhiễm mặn. Do đó, nghiên cứu “Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện. 1.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập, tuyển chọn các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau nhằm ứng dụng cho việc gia tăng khả năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất của cây lúa khi được canh tác trên nền đất nhiễm mặn. 1.3 Nội dung nghiên cứu (1) Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất canh tác lúa, mía, tre lâu năm, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh; (2) Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả; (3) Đánh giá khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và một số acid hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn; (4) Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả; (5) Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm; (6) Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si 1
  5. tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất lúa trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng. 1.4 Đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Các nghiên cứu về kết hợp bổ sung phân bón Si dạng khoáng và vi khuẩn phân giải Si cho canh tác lúa trên nền đất nhiễm mặn nhằm gia tăng khả năng chống chịu mặn của cây lúa còn rất hạn chế không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới. Do đó, hướng nghiên cứu của đề tài nhằm phân lập, tuyển chọn các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau giúp đa dạng nguồn vi khuẩn phân giải Si thu thập, đồng thời, ứng dụng các dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả trong nghiên cứu này trong việc giúp gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa khi trồng trên nền đất nhiễm mặn nhằm góp phần giải quyết vấn đề xâm nhập mặn đang ảnh hưởng nghiêm trọng ở một số tỉnh ĐBSCL hiện nay. Đây là một đóng góp mới có ý nghĩa thiết thực trong lĩnh vực nông nghiệp và môi trường. Về ý nghĩa lý luận, luận án đã khái quát được một số đặc tính có lợi như phân giải Si, cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA của 5 dòng vi khuẩn phân lập từ đất chuyên canh lúa, mía, tre lâu năm, cũng như phân trùn và ruột trùn đất, góp phần bổ sung vào cơ sở dữ liệu về lĩnh vực vi sinh nông nghiệp của vùng ĐBSCL. Kết quả đạt được của đề tài là bộ sưu tập gồm 387 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si in vitro. Trong đó, 5 dòng vi khuẩn được tuyển chọn gồm MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12 và PTST_30 phát triển mật số và phân giải Si tốt trong dãy pH môi trường từ 5-7, nhiệt độ 35,8oC và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl. Bên cạnh khả năng phân giải Si, 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn còn có khả năng cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA. Mặt khác, chúng còn thể hiện sự kích thích gia tăng khả năng chống chịu mặn, tăng sinh trưởng và năng suất cây lúa khi được trồng trong điều kiện mặn trong phòng thí nghiệm, nhà lưới và ngoài đồng. Về ý nghĩa thực tiễn, kết quả của đề tài giúp năng suất lúa ở các nghiệm -1 thức được chủng với các dòng vi khuẩn phân giải Si + 100 kg CaSiO3.ha + 100% NPK hoặc 75% NPK gia tăng lần lượt 5,06-15,5% hoặc 2,55-7,24% so với nghiệm thức đối chứng dương (100% NPK). Do đó, 5 dòng vi khuẩn phân giải Si trong nghiên cứu này có tiềm năng rất cao trong việc ứng dụng để sản xuất chế phẩm vi sinh giúp gia tăng sinh trưởng và năng suất cây lúa khi được trồng trên nền đất nhiễm mặn ở khu vực ĐBSCL. CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU Các nghiên cứu trước đây cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của Si đối với cây trồng. Khi trong đất có chứa một lượng Si cao, cây trồng hấp thu và vận chuyển vào mô cùng với các nguyên tố khác như: P, K, Ca, Mg và S. Hầu hết Si sau khi được cây trồng hấp thu đều chuyển hóa thành dạng gel silica 2
  6. (SiO2.nH2O) và tham gia vào cấu tạo vách tế bào thực vật, tuy nhiên về mặt hình thái, cấu tạo vách tế bào còn tùy thuộc vào kiểu gen của cây trồng và điều kiện môi trường. Si có ảnh hưởng quan trọng lên sự hấp thu và vận chuyển của nhiều yếu tố đa, vi lượng và ảnh hưởng tích cực lên sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Ngoài ra, Si làm giảm và ngăn chặn những ảnh hưởng có hại của sự dư thừa P, kim loại nặng và môi trường bị nhiễm mặn bằng cách gia tăng hàm lượng các emzyme oxi hóa-khử, ổn định cấu trúc và chức năng của màng tế bào. Cuối cùng, Si tham gia vào cấu tạo vách tế bào giúp cây trồng kháng lại sự tấn công của nấm bệnh và một số côn trùng (Epstein, 1994). Sự hấp thu, tích lũy Si là khác nhau giữa các loài và nhóm thực vật (Ma et al., 2001; Richmond and Sussman, 2003). Mặt khác, hoạt động phân giải Si của vi khuẩn là do vi khuẩn tiết ra các acid hữu cơ như acid acetic, acid gluconic, acid 2-keto gluconic và polysaccharide ngoại bào. Việc chủng vi khuẩn phân giải Si vào trong đất là một trong những cách cung cấp Si hiệu quả cho nhiều cây trồng khác nhau và vi khuẩn này được sử dụng như phân bón sinh học giúp ích cho sự tăng trưởng, bảo vệ cây trồng khỏi côn trùng, mầm bệnh và góp phần giúp cây trồng gia tăng năng suất. Ngoài ra, hiện tại ĐBSCL đang phải đối mặt với vấn nạn xâm nhập mặn trên một diện tích đất canh tác lúa không nhỏ, dẫn đến việc canh tác lúa trên nền đất này ở nhiều nơi gặp bất lợi, suy giảm năng suất lúa. Tuy nhiên, vẫn chưa có những nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn phân giải Si trong canh tác lúa nhằm gia tăng khả năng chống chịu mặn, kích thích sinh trưởng và năng suất cây lúa khi trồng trên nền đất nhiễm mặn ở khu vực ĐBSCL. CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Vật liệu thí nghiệm Chín mươi sáu mẫu vật gồm đất chuyên lúa, mía, tre, phân trùn và ruột trùn được thu thập tại 5 tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh) dùng để phân lập vi khuẩn phân giải Si (Bảng 3.1). Bảng 3.1: Địa điểm và số lượng mẫu vật được thu thập STT Địa điểm Nguồn mẫu Ký hiệu Tổng số Đvậấtt thumía MCM lượng8 Xã Tân Lộc – Huyện Thới Bình – 1 Đthấậtp lúa LCM mẫu (96)8 Tỉnh Cà Mau Đất tre TCM 8 Đất mía MHG 8 Xã Hòa An – Huyện Phụng Hiệp 2 Đất lúa LHG 8 – Tỉnh Hậu Giang Đất tre THG 8 Xã Thới Thạnh – Huyện Thới Lai Đất lúa LCT 8 3 – Thành phố Cần Thơ Đất tre TCT 8 Xã Vĩnh Hải – Huyện Vĩnh Châu Phân Trùn PTST 8 4 – Tỉnh Sóc Trăng Ruột Trùn RTST 8 Phân Trùn PTTV 8 3
  7. 5 Xã Ngọc Biên – Huyện Trà Cú – Ruột Trùn RTTV 8 3.2 Nội dungTỉnh và Trà phương Vinh pháp nghiên cứu 3.2.1 Nội dung nghiên cứu 1: Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long Thí nghiệm được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si trong đất có nguồn gốc từ đất chuyên lúa, mía và tre lâu năm, ruột và phân trùn đất 5 tỉnh khu vực ĐBSCL gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh. Môi trường dung dịch đất bổ sung 0,25% magnesium trisilicate (Mg2O8Si3) như là nguồn Si khó hòa tan (Vasanthi et al., 2013) được sử dụng cho phân lập vi khuẩn. 3.2.2 Nội dung nghiên cứu 2: Khảo sát mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si cao Khảo sát mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn tuyển chọn ký hiệu MCM_15, LCT_01, LCT_03, TCM_39, TCM_40, RTTV_12, RTTV_13, PTTV_16, PTTV_27 và PTST_30 thông qua giải mã trình tự đoạn gene 16S RNA. 3.2.3 Nội dung nghiên cứu 3: Khảo sát khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và một số acid hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn Nghiên cứu được tiến hành nhằm mục tiêu khảo sát khả năng cố định đạm, hòa tan ba nguồn lân khó tan khác nhau gồm Ca3(PO4)2, FePO4 và AlPO4, tổng hợp IAA và một số acid hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn trong môi trường lỏng. 3.2.4 Nội dung nghiên cứu 4: Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu khảo sát ảnh hưởng của 4 mức pH: 3, 5, 7 và 9; 4 mức nồng độ muối NaCl: 0,0, 0,15, 0,30 và 0,50%; và 3 mức nhiệt độ 25, 35 và 45oC lên khả năng phân giải Si và mật số của năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn. 3.2.5 Nội dung nghiên cứu 5: Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên sinh trưởng, sinh khối và tăng cường khả năng chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm trong môi trường dung dịch dinh dưỡng lỏng Hoagland. Giống lúa MTL 480 (Viện Nghiên cứu và Phát triển Đồng bằng sông Cửu Long) được sử dụng trong thí nghiệm. 4
  8. 3.2.6 Nội dung nghiên cứu 6: Đánh giá hiệu quả của năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới và ngoài đồng Thí nghiệm trong điều kiện nhà lưới được thực hiện trên nền đất nhiễm mặn thu thập từ mô hình canh tác lúa-tôm theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên với 9 nghiệm thức và 4 lặp lại trong 2 vụ liên tiếp. Vi khuẩn được cố định trong xỉ than và được chủng vào trong chậu đất thí nghiệm một lần mỗi vụ vào thời điểm trước khi gieo hạt 1 ngày với mật số cuối cùng của dòng vi khuẩn TCM_39, RTTV_12, PTST_30, LCT_01 và MCM_15 trong đất thí nghiệm lần lượt đạt 12 x 107 CFU.g-1, 6 x 107 CFU.g-1, 11 x 107 CFU.g-1, 11 x 107 CFU.g-1 và 8 x 107 CFU.g-1. Thí nghiệm ở điều kiện ngoài đồng được bố trí trên nền đất nhiễm mặn trong mô hình canh tác lúa-tôm tại ấp Long Hải, thị trấn Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên với 15 nghiệm thức và 4 lặp lại, mỗi lô thí nghiệm tương ứng 1 lặp lại. Các dòng vi khuẩn được chủng vào đất ở giai đoạn bón lót và giai đoạn 45 ngày sau khi gieo để đạt mật số vi khuẩn 105 CFU.g-1 đất ở mỗi thời điểm chủng vi khuẩn thông qua sử dụng chất mang bằng xỉ than. CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nội dung nghiên cứu 1: Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất chuyên canh lúa, mía, tre, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long 4.1.1 Kết quả phân lập Từ 96 mẫu vật liệu có nguồn gốc từ các môi trường sống khác nhau gồm đất chuyên canh lúa, mía, tre, mẫu trùn đất và phân trùn đã phân lập được 387 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải khoáng Si dựa vào phương pháp định tính trên môi trường dịch đất agar bổ sung 0,25% Mg2O8Si3 như nguồn khoáng Si. Vi khuẩn có khả năng phân giải Si hình thành vòng phân giải khoáng Si trong suốt xung quanh khuẩn lạc (Hình 4.1). Kết quả cho thấy các dòng vi khuẩn phân giải Si hiện diện nhiều trong đất canh tác lâu năm và chuyên canh với tre, lúa và mía. Điều này cũng phù hợp vì các loại cây trồng này hấp thu số lượng lớn và không giới hạn Si từ trong đất. Do đó, sự thiếu hụt hàm lượng Si hòa tan trong dung dịch đất là điều không tránh khỏi và ở các vùng đất này xuất hiện một nhóm vi sinh vật trong đất tự thích nghi bằng nhiều cách để có thể phân giải Si trong khoáng Si của đất cũng như nguồn Si từ xác bã động, thực vật cho nhu cầu của chúng và vi sinh vật khác trong đất, cuối cùng là cho cây trồng. Bên cạnh đó, số dòng vi khuẩn phân lập được trong phân và ruột trùn thu từ hệ sinh thái đất cát cũng ở mức khá cao điều này có thể là do trong hệ vi sinh vật đường ruột của trùn chứa lượng lớn vi khuẩn có khả năng sản xuất enzyme chuyên biệt 5
  9. để phân giải Si trong lúc tiêu hóa thức ăn (một phần thức ăn của trùn đất trong vùng đất cát là đất). Vòng phân giải khoáng Si Vòng phân giải khoáng Si A B Hình 4.1: Vi khuẩn phân giải Si tạo vòng phân giải khoáng Si trong suốt xung quanh khuẩn lạc (A: vi khuẩn PTST_30; B: vi khuẩn MCM_15) 4.1.2 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào và sinh hóa của 54 dòng vi khuẩn tuyển chọn cho khả năng phân giải Si cao Kết quả khảo sát khả năng phân giải khoáng Si của 387 dòng vi khuẩn phân lập trong môi trường dịch đất lỏng bổ sung 0,25% magnesium trisilicate như là nguồn khoáng Si khó hòa tan đã tuyển chọn được 54 dòng vi khuẩn thể hiện khả năng phân giải khoáng Si tốt nhất để mô tả đặc điểm hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào, Gram và khả năng tổng hợp enzyme catalase (Bảng 4.1, Bảng 4.2, Hình 4.2 và Hình 4.3). Bảng 4.1: Một số đặc điểm hình thái khuẩn lạc của 54 dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si cao nhất trong tổng số 387 dòng vi khuẩn phân lập STT Đặc điểm hình thái Chi tiết Số lượng Tỷ lệ (%) 1 Hình dạng khuẩn lạc Tròn (dòng)46 85,2 Mép không đều 8 14,8 Trắng đục 25 46,3 Trắng trong 10 18,5 2 Màu sắc Vàng 13 24,1 Nâu 1 1,9 Hồng 5 9,3 Bằng phẳng 8 14,8 3 Độ nổi Mô 39 72,2 Nhô lên 6 11,1 Lõm xuống 1 1,9 4 Dạng bìa Nguyên 46 85,2 Gợn sóng 8 14,8 Kết quả cho thấy các dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn có sự đa dạng về hình thái khuẩn lạc và tế bào. Bên cạnh đó, vi khuẩn thuộc nhóm Gram âm (-), catalase dương tính (+) chiếm ưu thế. 6
  10. Bảng 4.2: Một số đặc điểm hình thái tế bào của 54 dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si cao nhất trong tổng số 387 dòng vi khuẩn phân lập STT Đặc điểm hình thái Chi tiết Số lượng Tỷ lệ (%) Cầu (dòng)38 70,4 1 Hình dạng tế bào Liên cầu 6 11,1 Que 10 18,5 2 Gram Âm (-) 44 81,5 Dương (+) 10 18,5 3 Catalase Âm tính (-) 19 35,2 Dương tính (+) 35 64,8 A B C D E Hình 4.2: Hình dạng tế bào của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn (A: TCM_39 – Hình que; B: LCT_01 – Hình que; C: PTST_30 – Hình que; D: RTTV_12 – Hình que; D: MCM_15 – Hình que) A B Hình 4.3: Phản ứng khả năng tổng hợp enzyme catalase của vi khuẩn (A: MCM_15 âm tính với catalase; và B: TCM_39 dương tính với catalase) 4.1.3 Khả năng phân giải khoáng Si trong môi trường lỏng của các dòng vi khuẩn phân giải Si phân lập Kết quả khảo sát cho thấy các dòng vi khuẩn phân lập thể hiện khả năng phân giải khoáng Si rất khác nhau và biến động cao giữa các dòng. Cụ thể như sau: khả năng phân giải khoáng Si trong môi trường nuôi cấy lỏng của 387 dòng vi khuẩn phân lập dao động từ 0,52 mg.L-1 Si đến 55,2 mg.L-1 Si trong thời gian từ 2 đến 8 ngày nuôi cấy. Do số lượng vi khuẩn phân lập khá nhiều nên trong phần này chỉ trình bày kết quả của 25 dòng vi khuẩn tuyển chọn từ 54 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si cao nhất (Bảng 4.3). Bảng 4.3: Khả năng phân giải khoáng Si của 25 dòng vi khuẩn tiêu biểu nhất trong tổng số 387 dòng vi khuẩn phân lập trong môi trường dịch đất lỏng -1 Hàm lượng H4SiO4 hoà tan (mg.L ) STT Ký hiệu Ngày thí nghiệm 2 4 6 8 1 LCT_01 37,1abc 26,1d-h 31,6hi 35,4bc 2 LCT_02 18,3f-k 23,7d-i 30,5i 24,1fghi 3 LCT_03 38,3ab 29,1cde 39,3defg 26,8efg 4 LCT_31 21,2efgh 16,3ijkl 10,6k 29,9cdef 5 LCT_32 20,2e-i 14,1jkl 39,1defg 25,8efgh 6 LHG_11 17,1f-k 19,4g-k 23,0j 18,1i 7
  11. 7 MCM_15 27,1de 29,8bcde 39,1defg 27,3efg 8 MCM_28 13,5ijk 18,7h-l 32,8ghi 30,4cdef 9 PTST_30 21,0efgh 30,8bcd 51,7ab 35,4bc 10 PTTV_11 21,8efgh 11,6l 19,5j 27,8def 11 PTTV_13 22,4efg 24,2d-h 38,5d-h 19,6hi 12 PTTV_16 31,2cd 29,3cde 37,4eghi 19,6hi 13 PTTV_23 21,8efgh 20,2f-j 31,0i 21,0ghi 14 PTTV_27 34,7abc 36,9b 45,4bcd 27,5defg 15 PTTV_28 16,3g-k 22,7e-i 38,9defg 24,2fghi 16 PTTV_32 16,5g-k 16,7ijkl 31,0i 30,4cdef 17 RTTV_11 11,8k 28,8cde 33,3ghi 34,0cd 18 RTTV_12 41,2a 33,8bc 32,8ghi 27,5defg 19 RTTV_13 33,5bcd 28,8cde 42,4cde 30,9cde 20 RTTV_21 13,1jk 28,8cde 32,9ghi 40,7b 21 TCM_39 18,8f-j 52,0a 48,1bc 50,3a 22 TCM_40 17,7f-k 26,8c-g 42,0cdef 35,1bc 23 TCT_17 19,8f-j 29,8bcde 38,5d-h 27,5defg 24 TCT_31 15,3hijk 12,1kl 55,2a 29,9cdef 25 TCT_42 23,8ef 27,4cdef 35,1fghi 26,5efg F * * * * CV (%) 36,9 34,5 26,7 24,6 *Ghi chú: * khác biệt ý nghĩa 5% và trong cùng một cột những số có chữ số theo sau giống nhau thì sự khác biệt không có ý nghĩa theo phép thử Duncan ở 5% Do đề tài lựa chọn nguồn mẫu vật cho phân lập vi khuẩn phân giải Si gồm đất trồng lúa, mía, tre, mẫu phân trùn và ruột trùn nên 5 dòng vi khuẩn phân giải Si cao và ổn định ở mỗi nguồn mẫu vật được lựa chọn cho các nội dung nghiên cứu tiếp theo nhằm đa dạng nguồn vi khuẩn và cũng để khảo sát xem với các vi khuẩn từ các nguồn phân lập khác nhau có hiệu quả giống hay khác nhau lên đối tượng cây lúa nước. Do đó, năm dòng vi khuẩn LCT_01, MCM_15, PTST_30, RTTV_12 và TCM_39 được lựa chọn như là 5 dòng vi khuẩn tiêu biểu nhất cho các nội dung nghiên cứu về gia tăng khả năng chống chịu mặn và tăng trưởng của cây lúa. 4.2 Nội dung nghiên cứu 2: Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si cao 4.2.1 Định danh 10 dòng vi khuẩn có tiềm năng ứng dụng cao nhất Trong số 10 dòng vi khuẩn tuyển chọn, 2 dòng vi khuẩn Klebsiella aerogenes LCT_01 và Citrobacter freundii RTTV_12 đều thuộc lớp Gammaproteobacteria do đó có khả năng phân giải, phóng thích khoáng chất khó tan đặc biệt là khoáng Si thành dạng hữu dụng cho cây trồng hiệu quả (Liu et al., 2011). Các dòng vi khuẩn còn lại là các dòng vi khuẩn mới chưa được công bố ở các nghiên cứu trước đây về khả năng phân giải khoáng Si, do đó, cần có nghiên cứu nhiều hơn về khả năng phân giải khoáng Si của chúng (Bảng 4.4). 8
  12. Bảng 4.4: Định danh 10 dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si tốt nhất theo độ tương đồng đoạn gen vùng 16S rRNA Các dòng vi khuẩn Dòng vi Độ tương Nguồn gốc trên cơ sở dữ liệu Định danh khuẩn đồng (%) Vi khuẩn Số đăng ký Microbacterium Đất mía Cà Microbacterium NC015663. MCM_15 99 neimengense Mau neimengense 1 MCM_15 Klebsiella Đất lúa Cần Klebsiella NR102493. LCT_01 99 aerogenes Thơ aerogenes 2 LCT_01 Bacillus Lúa Cần Bacillus MN240409 LCT_03 100 megaterium Thơ megaterium .1 LCT_03 Đất tre Cà Ochrobactrum NR115819. Ochrobactrum TCM_39 99 Mau ciceri 1 ciceri TCM_39 Staphylococcus Tre Cà Staphylococcus KX344032. TCM_40 100 arlettae Mau arlettae 1 TCM_40 Citrobacter Ruột trùn Citrobacter AB681088. RTTV_12 100 freundii Trà Vinh freundii 1 RTTV_12 Ruột trùn Micrococcus Micrococcus RTTV_13 100 FJ189776.1 Trà Vinh luteus luteus RTTV_13 Phân trùn NR_02910 Agromyces ulmi PTTV_16 99 Agromyces ulmi Trà Vinh 8.1 PTTV_16 Phân trùn Rhodococcus KF873018. Rhodococcus PTTV_27 100 Trà Vinh equi 1 equi PTTV_27 Phân trùn Olivibacter NR109321. Olivibacter PTST_30 99 Sóc Trăng jilunii 1 jilunii PTST_30 4.2.2 Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si cao Các dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn có sự đa dạng về mặt di truyền (thuộc vào 10 chi khác nhau) (Hình 4.4). Mặt khác, chúng được chia thành 2 nhóm chính: Nhóm 1 gồm các dòng vi khuẩn Agromyces ulmi PTTV_16, Micrococcus luteus RTTV_13, Bacillus megaterium LCT_03, Staphylococcus arlettae TCM_40 và Rhodococcus equi PTTV_27; Nhóm 2 gồm các dòng vi khuẩn Citrobacter freundii RTTV_12, Klebsiella aerogenes LCT_01, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Microbacterium neimengense MCM_15 và Olivibacter jilunii PTST_30. Điều này có thể là do: (i) các dòng vi khuẩn phân giải Si trong ở nhóm 1 hầu hết là vi khuẩn gram dương, ngược lại các dòng vi khuẩn ở nhóm 2 hầu hết là vi khuẩn gram âm, và (ii) phần lớn các dòng vi khuẩn phân giải Si thuộc nhóm 1 được biết như là những vi khuẩn mang đặc tính gây bệnh trên người nhiều hơn so với lợi ích của chúng trong nông nghiệp, trong khi 9
  13. đó các dòng vi khuẩn ở nhóm 2 lại cho thấy nhiều lợi ích ứng dụng như là phân bón vi sinh trong nông nghiệp hơn là chức năng gây bệnh trên người. Đồng thời đây cũng là một trong những lý do giải thích cho việc tại sao 5 dòng vi khuẩn thuộc nhóm 2 được chọn để thực hiện các nội dung nghiên cứu tiếp theo. 42 Agromyces ulmi PTTV_16 60 Micrococcus luteus RTTV_13 100 Bacillus megaterium LCT_03 100 Staphylococcus arlettae TCM_40 Rhodococcus hoagii PTTV_27 98 Citrobacter freundii RTTV 12 Klebsiella aerogenes LCT 01 Orchobactrum ciceri TCM 39 Microbacterium neimengense MCM 15 47 58 Olivibacter jilunii PTST 30 0.2 Hình 4.4: Mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn dựa trên trình tự gen 16S rRNA *Ghi chú: khoảng cách và sự phân nhóm dựa trên phương pháp neighbor-joining. Giá trị Boostrap (>40%) với 1000 lặp lại được trình bày dưới dạng phần trăm ở các điểm nhánh. Cây di truyền không gốc được xây dựng với độ dài nhánh = 2,23; và 0,2: scale length Ngoài ra, hầu hết 5 dòng vi khuẩn được tuyển chọn ở nhóm 2 gồm Citrobacter freundii RTTV_12, Klebsiella aerogenes LCT_01, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Microbacterium neimengense MCM_15 và Olivibacter jilunii PTST_30 đã được chứng minh các nghiên cứu trước đây là có khả năng ứng dụng như là phân bón vi sinh cho cây trồng cũng như xử lý các vấn đề môi trường (Saleh and Glick, 2001; Babalola et al., 2003; Nguyen et al., 2003; Park et al., 2009; Costa and Melo, 2012; Das and Adhya, 2012; Gloria et al., 2014; Ritika and Uptal, 2014; Vajan et al., 2016; Kecskes et al., 2016; Schutz et al., 2018). 4.3 Khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và một số acid hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn 4.3.1 Khả năng số định đạm, hòa tan 3 dạng lân khó tan và tổng hợp IAA Kết quả khảo sát về khả năng cố định đạm, hòa tan 3 dạng lân khó tan và tổng hợp IAA và mật số của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn gồm PTST_30, LCT_01, RTTV_12, TCM_39 và MCM_15 trong môi trường lỏng cho thấy năm dòng vi khuẩn tuyển đều có khả năng cố định đạm sinh học, hòa tan 3 nguồn lân khó tan gồm AlPO4, FePO4 và Ca3(PO4)2 trong đó chủ yếu là Ca3(PO4)2, và tổng hợp IAA. Ngoài ra, mối tương quan chặt chẽ được tìm thấy giữa các thông số hàm lượng đạm được cố định, lân hòa tan, IAA tổng hợp với mật số 5 dòng vi khuẩn trong môi trường lỏng. Như vậy, 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn ngoài khả năng phân giải khoáng Si còn có khả năng cố định đạm, phân giải hiệu quả nguồn lân và tổng hợp hormone thực vật IAA. 10
  14. 4.3.2 Khả năng tổng hợp một số acid hữu cơ Kết quả khảo sát khả năng tổng hợp một số acid hữu cơ của các dòng vi khuẩn tuyển chọn cho thấy mỗi dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp acid hữu cơ với hàm lượng khác nhau, và mỗi acid hữu cơ đóng vai trò mạnh hay yếu khác nhau trong việc tham gia vào tiến trình phân giải Si tùy thuộc vào từng dòng vi khuẩn. Năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn có khả năng tiết các acid hữu cơ gồm acid lactic, acid acetic và acid citric và các acid hữu cơ này ít nhiều cũng đã góp phần trong việc hòa tan khoáng Si thành dạng hữu dụng (H4SiO4) trong môi trường lỏng có bổ sung 0,25% magnesium trisilicate. 4.4 Nội dung nghiên cứu 4: Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tốt nhất Khả năng phân giải khoáng Si bởi các dòng vi khuẩn thử nghiệm trong môi trường nuôi cấy lỏng hầu hết được xếp hạng theo xu hướng giảm dần như sau pH 7 > pH 5 > pH 9 > pH 3. Mặt khác, 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn có thể sinh trưởng và phân giải Si tốt nhất trong điều kiện môi trường không bổ sung NaCl. Đáng chú ý là 5 dòng vi khuẩn thử nghiệm còn có thể sống sót và thực hiện chức năng phân giải Si khi môi trường nuôi cấy chứa nồng độ muối NaCl lên đến 0,5%. Thêm vào đó, 5 dòng vi khuẩn thử nghiệm đều thể hiện khả năng phân giải Si trong môi trường nuôi cấy lỏng tốt nhất ở mức nhiệt độ môi trường nuôi cấy khoảng 35,8oC. 4.5 Nội dung nghiên cứu 5: Hiệu quả của năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm 4.5.1 Chiều dài thân và rễ lúa Hình 4.5 (A) và (B) cho thấy hầu hết tất cả nghiệm thức được bổ sung vi khuẩn phân giải Si cho thấy có sự kích thích gia tăng chiều dài thân và rễ cây lúa hiệu quả, đặc biệt khi có ứng dụng kết hợp bổ sung khoáng Si trong điều kiện môi trường bất lợi mặn (NaCl 0,3%). A B Hình 4.5: Chiều dài thân lúa (A) và rễ lúa (B) của các nghiệm thức được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl *Ghi chú: ĐC: nghiệm thức đối chứng; LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức 11
  15. chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn 4.5.3 Sinh khối thân và rễ lúa Sinh khối thân và rễ cây lúa ở nghiệm thức chỉ bổ sung vi khuẩn phân giải Si dạng đơn lẻ hoặc tổ hợp và nghiệm thức vừa bổ sung khoáng Si vừa bổ sung vi khuẩn phân giải Si dạng đơn lẻ hoặc tổ hợp đều cao hơn so với các nghiệm thức đối chứng (không chủng Si và vi khuẩn) (Hình 4.6 A và B). Điều này có thể giải thích là do cây lúa ở các nghiệm thức này hấp thu được lượng lớn hơn Si hòa tan trong môi trường nuôi cấy do vi khuẩn phóng thích ra từ nguồn khoáng Si và do đó Si đã thể hiện vai trò và chức năng trong việc bảo vệ cây lúa, giúp cây lúa không bị ngộ độc muối NaCl và gia tăng về sinh trưởng (Ma and Takahashi, 2002; Ma, 2004). A B Hình 4.6: Sinh khối thân lúa (A) và rễ lúa (B) của các nghiệm thức được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl *Ghi chú: ĐC: nghiệm thức đối chứng; LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn 4.5.4 Hàm lượng Si trong thân cây lúa Hầu hết các nghiệm thức được bổ sung vi khuẩn phân giải Si có hàm lượng Si trong thân cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các nghiệm thức còn lại không chủng vi khuẩn (Hình 4.7). Trong đó, nghiệm thức bổ sung Si+vi khuẩn phân giải Si cho hàm lượng Si trong thân cao hơn so với nghiệm thức chỉ có vi khuẩn phân giải Si. 12
  16. Hình 4.7: Hàm lượng Si trong thân cây lúa của các nghiệm thức được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl *Ghi chú: ĐC: nghiệm thức đối chứng; LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn 4.5.5 Hàm lượng proline trong thân lúa Trong điều kiện bất lợi mặn, hàm lượng proline trong thân cây trồng gia tăng, tuy nhiên, khi Si được bổ sung vào môi trường, hàm lượng proline trong thân cây trồng giảm xuống (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al., 2009; Lee et al., 2010) vì Si có khả năng giúp cây trồng chống chịu được tốt với điều kiện mặn. Việc bổ sung riêng lẻ Si và vi khuẩn phân giải Si hoặc kết hợp giữa Si với vi khuẩn phân giải Si đều làm giảm hàm proline trong thân lúa bởi vì có sự hiện diện của Si trong thân lúa khi đó ion Na+ ít được hấp thu vào thân cây từ rễ trong điều kiện mặn (Hình 4.8). Do đó có thể thấy vai trò tích cực của vi khuẩn phân giải Si giúp phân giải khoáng Si để cho cây lúa hấp thu nhằm giúp gia tăng khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi mặn. Hình 4.8: Hàm lượng proline trong thân lúa của các nghiệm thức được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl *Ghi chú: ĐC: nghiệm thức đối chứng; LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn 13
  17. 4.5.6 Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô Các nghiệm thức bổ sung Si kết hợp chủng vi khuẩn phân giải Si có tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với nghiệm thức còn lại (Hình 4.9). Ngoài ra, nghiệm thức chỉ chủng vi khuẩn phân giải Si có tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô cao hơn so với nghiệm thức chỉ bổ sung Si và nghiệm thức đối chứng (p<0,05). Điều này có thể giải thích là do Si được cây lúa hấp thu đã giúp giảm sự hấp thu Na+ đồng thời gia tăng sự hấp thu K+ từ môi trường lỏng nhằm giúp cây lúa vượt qua điều kiện bất lợi mặn của môi trường. Hình 4.9: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô của các nghiệm thức được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl *Ghi chú: ĐC: nghiệm thức đối chứng; LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn 4.5.7 Mật số vi khuẩn phân giải Si trong môi trường lỏng Bảng 4.5 cho thấy hầu hết các nghiệm thức có bổ sung Si cho mật số vi khuẩn phân giải Si trong môi trường lỏng cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các nghiệm thức không được bổ sung Si (p<0,05). Bảng 4.5: Mật số vi khuẩn phân giải Si trong môi trường lỏng được bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl Mật số vi khuẩn phân giải Si (log10 CFU.mL-1) TT Nghiệm thức ( log10Ngày CFU.mL -1) 2 4 6 8 1 LCT_01 8,31 cd 8,24 d 8,25 d 8,28 e 2 RTTV_12 8,35 c 8,29 d 8,27 d 8,25 e 3 PTST_30 8,0 f 8,12 e 8,17 e 8,15 f 4 MCM_15 8,22 e 8,24 d 8,26 d 8,24 e 5 TCM_39 8,38 bc 8,39 c 8,37 c 8,38 d 6 MIX 8,38 bc 8,41 c 8,43 c 8,41 d 7 Si+LCT_01 8,63 a 8,57 b 8,59 b 8,60 b 8 Si+RTTV_12 8,65 a 8,57 b 8,57 b 8,52 c 9 Si+PTST_30 8,24 de 8,24 d 8,26 d 8,20 e 10 Si+MCM_15 8,46 b 8,57 b 8,58 b 8,40 d 14
  18. 11 Si+TCM_39 8,64 a 8,67 a 8,63 b 8,59 b 12 Si+MIX 8,69 a 8,70 a 8,73 a 8,72 a F * * * * CV(%) 2,5 2,3 2,2 2,1 *Ghi chú: LCT_01: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn LCT_01; RTTV_12: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn RTTV_12; PTST_30: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn PTST_30; MCM_15: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn MCM_15; TCM_39: nghiệm thức chỉ chủng dòng vi khuẩn TCM_39; MIX: nghiệm thức chủng hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; Si: nghiệm thức chỉ bổ sung Si; Si+LCT_01: nghiệm thức bổ sung Si+LCT_01; Si+RTTV_12: nghiệm thức bổ sung Si+RTTV_12; Si+PTST_30: nghiệm thức bổ sung Si+PTST_30; Si+MCM_15: nghiệm thức bổ sung Si+MCM_15; Si+TCM_39: nghiệm thức bổ sung Si+TCM_39; Si+MIX: nghiệm thức bổ sung Si+hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn; *là khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa 5% và trong cùng một cột các số có chữ theo sau giống nhau thì khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% theo phép thử Duncan Như vậy, việc chủng vi khuẩn phân giải Si kết hợp bổ sung Si giúp vi khuẩn phân giải Si tăng trưởng hiệu quả hơn dẫn đến hàm lượng Si hòa tan trong môi trường lỏng cho cây lúa hấp thu tăng lên, do đó, cây lúa có thể chống chịu được mặn tốt hơn và giúp sinh trưởng hiệu quả hơn trong điều kiện môi trường bất lợi mặn (NaCl 0,3%). 4.5.8 Phân tích tương quan và hồi quy Mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng Si trong thân với các chỉ tiêu theo dõi thể hiện vai trò tích cực của Si và vi khuẩn phân giải Si trong việc hỗ trợ cây lúa gia tăng khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi mặn và tăng trưởng (Bảng 4.6). Bảng 4.6: Tương quan giữa hàm lượng Si trong thân cây lúa và một số chỉ tiêu sinh trưởng cây lúa CDT CDR SKT SKR K/Na SSB ProTT SiTT 0,82 0,91 0,91 0,80 0,85 0,85 -0,90 * Ghi chú: là tương quan có ý nghĩa thống kê ở mức 1%; CDT: Chiều dài thân; CDR: Chiều dài rễ; SKT: Sinh khối thân; SKR: Sinh khối rễ; K/Na: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô; SSB: Mật số vi khuẩn phân giải Si trung bình của các ngày; ProTT: Hàm lượng proline trong thân cây lúa; SiTT: Hàm lượng Si trong thân cây lúa Phương trình tuyến tính chuẩn hóa với giá trị R2 đạt 0,938 được xây dựng như sau: SKT = 0,543.SSB + 0,401.K/Na + 0,080.CDT + 0,066.SiTT Trong đó: 0,543; 0,401; 0,080 và 0,066 lần lượt là mức độ tác động của biến SSB (mật số vi khuẩn phân giải Si trong môi trường lỏng), K/Na (tỷ lệ K+/Na+ trong thân), CDT (chiều dài thân) và SiTT (hàm lượng Si trong thân) lên biến phụ thuộc SKT (sinh khối thân) với giá trị sig đạt 0,000; 0,000; 0,389 và 0,561. Tóm lại, sinh trưởng của cây lúa trong ống nghiệm trong điều kiện mặn NaCl 0,3% ở điều kiện phòng thí nghiệm chịu tác động mạnh bởi mật số vi khuẩn phân giải Si và tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô. Điều này có thể là do các dòng vi khuẩn phân giải Si khi được bổ sung vào môi trường lỏng giúp gia tăng hàm lượng Si hòa tan cho cây lúa hấp thu dẫn đến gia tăng hàm lượng Si 15
  19. trong thân cây lúa, do vậy giúp gia tăng tỷ lệ K+/Na+ trong thân, hỗ trợ cây lúa có thể chống chịu với điều kiện bất lợi mặn đồng thời gia tăng sinh trưởng. 4.6 Nội dung nghiên cứu 6: Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên tăng cường khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới và ngoài đồng 4.6.1 Thí nghiệm nhà lưới 4.6.1.1 Chiều cao cây lúa Kết quả khảo sát về chiều cao cây lúa qua 2 vụ trồng liên tiếp trồng cùng trên nền đất mặn ở điều kiện nhà lưới cho thấy chiều cao cây lúa ở hầu hết các nghiệm thức có bón phân Si tương đương và khác biệt không có ý nghĩa thống kê khi so sánh với các nghiệm thức chỉ bón NPK theo khuyến cáo. Vì vậy, việc bổ sung NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si chưa giúp gia tăng chiều cao cây lúa qua 2 vụ trồng lúa liên tiếp ở điều kiện nhà lưới. 4.6.1.2 Hàm lượng chlorophyll trong lá lúa Các nghiệm thức bón phân NPK+Si kết hợp chủng các dòng vi khuẩn phân giải Si góp phần làm gia tăng hàm lượng chlorophyll trong lá lúa. Kết quả này có thể giải thích là các dòng vi khẩn phân giải Si có khả năng cố định đạm sinh học tự do nên cung cấp thêm một lượng đạm đáng kể giúp cây lúa hấp thu và chuyển hóa để tham gia vào cấu tạo của chlorophyll trong lá lúa một cách hiệu quả. Tóm lại, việc bón NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hàm lượng chlorophyll lá lúa. 4.6.1.3 Độ cứng lóng thân cây lúa Biện pháp chủng các dòng vi khuẩn phân giải Si kết hợp bón phân NPK+Si giúp gia tăng độ cứng lóng thân 1, 2 và 3 của cây lúa. Do đó có thể nhận thấy vai trò rất quan trọng của vi khuẩn phân giải khoáng Si giúp tăng hàm lượng Si hòa tan trong đất, vì vậy cây lúa hấp thu Si cao hơn dẫn đến thân lá cứng chắc, ít bị đổ ngã hơn so với các nghiệm thức không chủng vi khuẩn phân giải Si. 4.6.1.4 Chiều dài bông Kết quả khảo sát chiều dài bông lúa qua 2 vụ liên tiếp trên cùng 1 nền đất nhiễm mặn trong điều kiện nhà lưới đã cho thấy được vai trò quan trọng của vi khuẩn phân giải Si khi được chủng vào trong đất nhiễm mặn kết hợp với việc bón đầy đủ phân NPK+Si trong việc kích thích gia tăng chiều dài bông lúa. 4.5.6.5 Tỷ lệ hạt chắc trên bông Tương tự, kết quả về tỷ lệ hạt chắc trên bông khảo sát qua 2 vụ lúa thí nghiệm trong nhà lưới một lần nữa chứng minh vai trò tích cực của các dòng vi khuẩn phân giải Si phân lập lên sự gia tăng tỷ lệ hạt chắc trên bông, là một trong những thành phần quan trọng quyết định đến năng suất lúa. 4.6.1.6 Sinh khối khô trên chậu 16
  20. Hình 4.10 A và B cho thấy việc bổ sung đầy đủ NPK theo khuyến cáo kết hợp bổ sung Si và vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng sinh khối khô cây lúa trên chậu trồng trên nền đất nhiễm mặn trong nhà lưới. A B Hình 4.10: Sinh khối khô trên chậu của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX 4.6.1.7 Hàm lượng Si trong thân Việc bón NPK+Si góp phần thúc đẩy gia tăng hàm lượng Si trong thân, đặc biệt hàm lượng Si trong thân này càng được gia tăng cao hơn khi có sự kết hợp vừa bón Si, NPK với việc bổ sung vi khuẩn phân giải Si (Hình 4.11 A và B). A B Hình 4.11: Hàm lượng Si trong thân cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX 4.6.1.8 Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô Hình 4.12 A và B cho thấy việc bổ sung Si kết hợp bón đầy đủ NPK theo khuyến cáo có hiệu quả trong việc làm giảm sự tác động của mặn lên cây lúa, cụ thể là ion Na+, tuy nhiên, hiệu quả giảm sự tác động của mặn lên trên cây lúa được gia tăng tích cực hơn nữa khi chủng vào đất các dòng vi khuẩn phân giải Si. 17
  21. A B Hình 4.12: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX Mặt khác, tỷ lệ K+/Na+ của các nghiệm thức ở vụ 2 tăng lên so với vụ 1, có thể là do nguyên nhân sau: sự thích nghi và tăng trưởng của các dòng vi khuẩn phân giải Si trong đất dẫn đến hàm lượng Si hòa tan được tích lũy và gia tăng qua mỗi vụ canh tác, do đó cây lúa có thể hấp thu Si nhiều hơn. Vì vậy, hàm lượng K+ được cây lúa gia tăng sự hấp thu, đồng thời giảm sự hấp thu Na+, kết quả là tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô cây lúa tăng lên ở vụ 2. 4.6.1.9 Năng suất hạt chắc/chậu Kết quả khảo sát năng suất hạt chắc/chậu ở ẩm độ 14% của các nghiệm thức thí nghiệm được trồng trên nền đất mặn trong nhà lưới qua 2 vụ thí nghiệm liên tục cho thấy việc bón phân NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy gia tăng năng suất hạt chắc/chậu (Hình 4.13 A và B). A B Hình 4.13: Năng suất hạt chắc/chậu của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX 4.6.1.10 Mật số vi khuẩn phân giải Si Việc chủng vi khuẩn phân giải Si+NPK+Si đã góp phần gia tăng mật số vi khuẩn phân giải Si trong đất dẫn đến gia tăng hàm lượng Si hòa tan trong đất và do đó cây lúa hấp thu hàm lượng Si nhiều hơn trong sinh khối và vì vậy góp phần làm gia tăng khả năng chống chịu mặn thông qua việc tăng cường hút ion 18
  22. K+ thay cho Na+, ngoài ra, các dòng vi khuẩn phân giải Si còn có chức năng kích thích sinh trưởng cây lúa, do đó, vừa giúp cây lúa chống chịu mặn tốt đồng thời giúp tăng sinh trưởng, sinh khối thân và rễ dẫn đến cuối cùng là năng suất lúa được gia tăng (Hình 4.14 A và B). A B Hình 4.14: Mật số vi khuẩn phân giải Si của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX 4.6.1.11 Hàm lượng Si hòa tan trong đất Hàm lượng Si hòa tan trong đất ở vụ 2 có xu hướng tăng cao hơn so với vụ 1 trong cùng 1 nghiệm thức thí nghiệm (Hình 4.15 A và B). Kết quả này có thể là do sự thích nghi và tăng trưởng của vi khuẩn phân giải Si trong đất dẫn đến hàm lượng Si hòa tan được tích lũy và gia tăng qua mỗi vụ canh tác. A B Hình 4.15: Hàm lượng Si hòa tan trong đất của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới trong vụ 1 (A) và vụ 2 (B) *Ghi chú: NT1_Đối chứng; NT2_NPK; NT3_NPK+Si; NT4_NPK+Si+LCT_01; NT5_NPK+Si+RTTV_12; NT6_NPK+Si+PTST_30; NT7_NPK+Si+MCM_15; NT8_NPK+Si+TCM_39; NT9_NPK+Si+MIX Ngoài ra, hầu hết các nghiệm thức được chủng với vi khuẩn phân giải Si đều cho hàm lượng Si hòa tan trong đất cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê khi so với các nghiệm thức không chủng vi khuẩn. Bên cạnh đó, vi khuẩn phân giải Si có khả năng sản xuất các acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic và acid citric góp phần biến đổi Si thành dạng hữu dụng cho cây trồng. 19
  23. 4.6.1.12 Phân tích tương quan và hồi quy Hàm lượng Si hòa tan trong đất tương quan rất chặt chẽ với các chỉ tiêu gồm chiều cao cây, hàm lượng chlorophyll ở lá, chiều dài bông lúa, sinh khối khô, năng suất hạt chắc trên chậu, hàm lượng Si trong thân cây lúa, tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô và mật số vi khuẩn phân giải Si với hệ số tương quan dao động trong khoảng 0,63-0,95 (Bảng 4.7). Bảng 4.7: Tương quan giữa hàm lượng Si hòa tan trong đất và một số chỉ tiêu sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất CCC Chl CDB SKK SiTT K/Na SSB NSHCTC SiTD 0,63 0,83 0,84 0,86 0,94 0,95 0,93 0,94 * Ghi chú: là tương quan có ý nghĩa thống kê ở mức 1%; CCC: Chiều cao cây trung bình của 2 vụ; Chl: Hàm lượng chlorophyll ở lá trung bình của 2 vụ; CDB: Chiều dài bông lúa trung bình của 2 vụ; SKK: Sinh khối khô trung bình của 2 vụ; SiTT: Hàm lượng Si trong thân cây lúa trung bình của 2 vụ; K/Na: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô trung bình của 2 vụ; SSB: Mật số vi khuẩn phân giải Si trung bình của 2 vụ; NSHCTC: Năng suất hạt chắc trên chậu trung bình của 2 vụ; SiTD: Hàm lượng Si trong đất trung bình của 2 vụ Phương trình tuyến tính chuẩn hóa với giá trị R2 đạt 0,961 như sau: NSHCTC = 0,667.SKK + 0,323.K/Na + 0,005.CDB Trong đó: 0,667, 0,323 và 0,005 lần lượt là mức độ tác động của biến SKK (sinh khối khô trung bình của 2 vụ); K/Na (tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô trung bình của 2 vụ) và CDB (chiều dài bông trung bình của 2 vụ) lên biến phụ thuộc NSHCTC (năng suất hạt chắc/chậu trung bình 2 vụ) với giá trị sig đạt 0,000; 0,003 và 0,931. Như vậy, khối lượng hạt lúa chắc trên chậu chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi sinh khối khô, kế tiếp là tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô. Điều này cho thấy rằng biện pháp bổ sung NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hàm lượng Si hòa tan trong đất cho cây lúa hấp thu, dẫn đến gia tăng tỷ lệ K+/Na+ trong thân cây lúa do đó hạn chế được ảnh hưởng của điều kiện bất lợi mặn lên cây lúa, vì vậy cây lúa gia tăng sinh trưởng và năng suất. 4.6.2 Thí nghiệm ngoài đồng 4.6.2.1 Chiều cao cây lúa Việc bón 100%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si thúc đẩy gia tăng hiệu quả chiều cao cây lúa khi trồng ở ngoài đồng trên nền đất mặn. Mặt khác, việc sử dụng lượng phân NPK giảm đi 25% so với khuyến cáo kết hợp phân CaSiO3 100 kg.ha-1 và vi khuẩn phân giải Si giúp thúc đẩy gia tăng chiều cao cây lúa tương đương với nghiệm thức bón 100%NPK theo khuyến cáo. 4.6.2.2 Số chồi lúa/m2 Việc chủng các dòng vi khuẩn phân giải Si kết hợp bón 100%NPK theo -1 2 khuyến cáo và 100 kg CaSiO3.ha giúp gia tăng số chồi lúa/m cao hơn so với nghiệm thức đối chứng bón 100%NPK và 100%NPK + Si. Ngoài ra, việc chủng vi khuẩn phân giải Si vào trong đất kết hợp bón Si giúp giảm thiểu được 25% 20
  24. lượng phân bón hóa học khuyến cáo NPK nhưng vẫn cho số chồi tương đương với nghiệm thức bón 100%NPK và 100%NPK + Si. 4.6.2.3 Hàm lượng chlorophyll trong lá lúa Kết quả khảo sát về hàm lượng chlorophyll trong lá cho thấy việc bón 100%NPK và việc bón giảm đi 25%NPK kết hợp phân Si và vi khuẩn phân giải Si đều cho hàm lượng chlorophyll trong lá lúa tương đương và cao hơn so với nghiệm thức bón 100%NPK và 100%NPK + Si. 4.6.2.4 Độ cứng lóng thân cây lúa Bảng 4.8 cho thấy việc bón đầy đủ 100%NPK hoặc 75%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hiệu quả độ cứng lóng thân lúa. Bảng 4.8: Độ cứng lóng thân cây lúa (lóng 1, lóng 2 và lóng 3) của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng Độ cứng lóng thân lúa (N) TT Nghiệm thức Lóng 1 Lóng 2 Lóng 3 1 100%NPK 3,52 hi 3,38 f 1,71 h 2 100%NPK+Si 3,53 hi 3,43 ef 1,83 g 3 100%NPK+Si+LCT_01 3,84 e 3,62 d 1,93 ef 4 100%NPK+Si+RTTV_12 6,16 b 5,02 b 2,79 b 5 100%NPK+Si+PTST_30 3,52 hi 3,42 ef 1,84 g 6 100%NPK+Si+MCM_15 3,77 ef 3,52 e 1,97 e 7 100%NPK+Si+TCM_39 4,25 d 3,66 d 2,29 c 8 100%NPK+Si+MIX 6,40 a 5,56 a 3,25 a 9 75%NPK+Si 3,45 i 3,21 g 1,60 i 10 75%NPK+Si+LCT_01 3,61 gh 3,43 ef 1,85 g 11 75%NPK+Si+RTTV_12 4,50 c 4,01 c 1,92 ef 12 75%NPK+Si+PTST_30 3,32 j 3,12 g 1,58 i 13 75%NPK+Si+MCM_15 3,68 fg 3,44 ef 1,87 fg 14 75%NPK+Si+TCM_39 3,76 ef 3,51 e 1,96 e 15 75%NPK+Si+MIX 4,59 c 4,03 c 2,05 d F * * * CV (%) 22,5 17,6 21,5 *Ghi chú: * là khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa 5% và trong cùng một cột các số có chữ theo sau giống nhau thì khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% theo phép thử Duncan 4.6.2.5 Hàm lượng Si trong thân Hình 4.16 cho thấy các nghiệm thức bón 75%NPK hoặc 100%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si đều cho lượng Si hấp thu trong thân lúa cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các nghiệm thức chỉ bón 100%NPK, do đó việc bón 75%NPK hoặc 100%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hiệu quả huy động Si trong thân cây lúa, độ cứng thân và khả năng chống chịu của lúa trước điều kiện môi trường bất lợi mặn. 21
  25. Hình 4.16: Hàm lượng Si trong thân của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng 4.6.2.6 Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô Việc bón đầy đủ 100%NPK hoặc 75%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hiệu quả tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô cây lúa trong điều kiện đất nhiễm mặn (Hình 4.17). Điều này có thể là do Si hòa tan trong đất được hòa tan bởi vi khuẩn phân giải Si được cây lúa hấp thu vào trong mô cây và từ đó giúp gia tăng sự hấp thu K+ và giảm sự hấp thu Na+, do đó tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô gia tăng nhằm hỗ trợ cho cây lúa chống chịu lại với điều kiện bất lợi của đất nhiễm mặn. Hình 4.17: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng 4.6.2.7 Năng suất lúa Kết quả khảo sát về năng suất lúa thực tế của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng cho thấy cùng chủng dòng vi khuẩn phân giải Si nhưng các nghiệm thức kết hợp bón 100%NPK+100 kg -1 CaSiO3.ha giúp năng suất lúa cao hơn so với các nghiệm thức kết hợp bón -1 75%NPK+100 kg CaSiO3.ha và phần trăm năng suất lúa gia tăng khi so với nghiệm thức đối chứng dương (100%NPK) dao động trong khoảng lần lượt từ 5,06-15,5% và 2,55-7,34% (Hình 4.18). Như vậy, việc bón NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si giúp tăng năng suất lúa cao hơn so với nghiệm thức bón 100% NPK khuyến cáo. 22
  26. Hình 4.18: Năng suất lúa thực tế của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng 4.6.2.8 Mật số vi khuẩn phân giải Si Việc bón 100%NPK hoặc 75%NPK+Si+vi khuẩn phân giải Si thúc đẩy gia tăng mật số vi khuẩn phân giải Si trong đất hiệu quả (Bảng 4.9). Bảng 4.9: Mật số vi khuẩn phân giải Si trong đất của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng Mật số vi khuẩn phân giải Si (log10 CFU.g-1 đất) TT Nghiệm thức Ngày sau khi gieo 0 30 45 60 90 120 1 100%NPK 4,99 5,36 g 5,31 i 5,35 fg 5,29 gh 5,34 gh 2 100%NPK+Si 4,99 5,37 fg 5,33 hi 5,38 f 5,34 fg 5,37 fg 3 100%NPK+Si+LCT_01 4,99 5,71 c 5,68 c 5,72 c 5,51 d 5,56 c 4 100%NPK+Si+RTTV_12 4,99 5,88 b 5,80 b 5,90 b 5,65 c 5,68 b 5 100%NPK+Si+PTST_30 4,99 5,62 de 5,56 d 5,64 d 5,54 d 5,56 c 6 100%NPK+Si+MCM_15 4,99 5,71 c 5,47 ef 5,54 e 5,33 fg 5,40 ef 7 100%NPK+Si+TCM_39 4,99 5,91 b 5,43 f 5,86 b 5,72 b 5,76 a 8 100%NPK+Si+MIX 4,99 6,06 a 5,89 a 5,95 a 5,77 a 5,79 a 9 75%NPK+Si 4,99 5,34 g 5,30 i 5,31 g 5,28 h 5,33 gh 10 75%NPK+Si+LCT_01 4,99 5,65 d 5,51 de 5,62 d 5,42 e 5,46 d 11 75%NPK+Si+RTTV_12 4,99 5,59 de 5,50 e 5,61 d 5,51 d 5,58 c 12 75%NPK+Si+PTST_30 4,99 5,56 e 5,41 fg 5,51 e 5,42 e 5,44 de 13 75%NPK+Si+MCM_15 4,99 5,42 f 5,24 j 5,31 g 5,26 h 5,29 h 14 75%NPK+Si+TCM_39 4,99 5,62 de 5,38 gh 5,51 e 5,37 g 5,38 fg 15 75%NPK+Si+MIX 4,99 5,86 b 5,46 ef 5,67 d 5,52 d 5,59 c F ns * * * * * CV (%) 0,40 3,80 3,34 3,64 2,92 2,86 *Ghi chú: * là khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa 5%. Trong cùng một cột các giá trị trung bình có chữ theo sau giống nhau thì khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan 4.6.2.9 Hàm lượng Si hòa tan trong đất Việc chủng vi khuẩn phân giải Si vào trong đất kết hợp bón phân Si và NPK theo khuyến cáo hoặc giảm 25% NPK theo khuyến cáo có ý nghĩa rất quan trọng trong việc cung cấp Si hòa tan cho cây lúa khi trồng trên nền đất nhiễm mặn nhằm giúp cây lúa chống lại tác động của mặn trong đất (Bảng 4.10). Bảng 4.10: Hàm lượng Si hòa tan trong đất của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng 23
  27. Hàm lượng Si hòa tan trong đất (g.kg-1 đất khô) TT Nghiệm thức Ngày sau khi gieo 0 30 45 60 90 120 1 100%NPK 16,9 14,8 j 12,0 ef 43,2 ef 2,90 l 26,7 j 2 100%NPK+Si 16,9 19,4 f 17,6 c 46,2 e 28,9 d 39,7 e 3 100%NPK+Si+LCT_01 16,9 29,2 c 23,7 b 46,6 e 27,6 e 42,7 d 4 100%NPK+Si+RTTV_12 16,9 34,8 b 29,3 a 79,5 b 34,1 b 57,9 b 5 100%NPK+Si+PTST_30 16,9 22,5 e 17,6 c 43,2 ef 28,4 de 39,3 e 6 100%NPK+Si+MCM_15 16,9 26,6 d 16,8 cd 52,7 d 25,8 f 37,1 f 7 100%NPK+Si+TCM_39 16,9 34,8 b 21,1 b 54,9 d 32,8 c 43,6 d 8 100%NPK+Si+MIX 16,9 36,9 a 24,1 b 96,4 a 42,3 a 64,4 a 9 75%NPK+Si 16,9 18,9 fg 13,7 de 43,6 ef 11,1 j 28,0 i 10 75%NPK+Si+LCT_01 16,9 17,4 hi 13,7 de 46,2 e 15,5 h 30,2 h 11 75%NPK+Si+RTTV_12 16,9 16,4 i 22,8 b 60,5 c 13,7 i 32,3 g 12 75%NPK+Si+PTST_30 16,9 14,8 j 9,4 f 40,1 f 17,6 g 31,9 g 13 75%NPK+Si+MCM_15 16,9 17,9 gh 13,7 de 47,5 e 8,53 k 25,0 k 14 75%NPK+Si+TCM_39 16,9 16,9 hi 11,1 ef 44,9 e 11,6 j 31,9 g 15 75%NPK+Si+MIX 16,9 26,1 d 17,6 c 60,8 c 34,1 b 49,7 c F ns * * * * * CV (%) 5,27 32,7 38,8 28,5 50,5 29,0 *Ghi chú: * là khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa 5% và trong cùng một cột các số có chữ theo sau giống nhau thì khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% theo phép thử Duncan 4.6.2.10 Phân tích tương quan và hồi quy Hàm lượng Si hòa tan trong đất tương quan chặt chẽ với chiều cao cây, số chồi/m2, hàm lượng chlorophyll trong lá lúa, độ cứng lóng thân, hàm lượng Si trong thân cây lúa, tỷ lệ K+/Na+ trong thân cây lúa, năng suất thực tế và mật số vi khuẩn phân giải Si trong đất với hệ số tương quan rất chặt chẽ dao động trong khoảng 0,84-0,92 (Bảng 4.11). Bảng 4.11: Tương quan giữa hàm lượng Si hòa tan trong đất và một số chỉ tiêu sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất CCC SC Chl DCL SiTT K/Na NS SSB SiTD 0,85 0,89 0,92 0,91 0,84 0,92 0,86 0,89 * Ghi chú: là tương quan có ý nghĩa thống kê ở mức 1%; CCC: Chiều cao cây trung bình của các giai đoạn thu mẫu; SC: Số chồi lúa/m2 trung bình của các giai đoạn thu mẫu; Chl: Hàm lượng chlorophyll ở lá của các giai đoạn thu mẫu; DCL: Độ cứng lóng thân cây lúa trung bình lóng 1, 2 và 3 ở giai đoạn thu hoạch; SiTT: Hàm lượng Si trong thân cây lúa ở giai đoạn thu hoạch; K/Na: Tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô giai đoạn thu hoạch; NS: Năng suất lúa; SSB: Mật số vi khuẩn phân giải Si trung bình của các giai đoạn thu mẫu; SiTD: Hàm lượng Si trong đất trung bình của các giai đoạn thu mẫu Phương trình tuyến tính chuẩn hóa với giá trị R2 đạt 0,894 được xây dựng như sau: NS = 0,615.K/Na + 0,263.SC + 0,098.CCC Trong đó: 0,615; 0,263 và 0,098 lần lượt là mức độ tác động của biến K/Na (tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô); SC (số chồi trên/m2) và CCC (chiều cao cây) lên biến phụ thuộc NS (năng suất) với giá trị sig đạt 0,000; 0,014 và 0,304. 24
  28. Điều này có nghĩa là năng suất lúa chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô, kế tiếp là số chồi/m2. Ngoài ra, việc bón phân Si và NPK theo khuyến cáo vào đất kết hợp chủng vi khuẩn phân giải Si giúp gia tăng hàm lượng Si hòa tan trong đất cho cây lúa hấp thu dẫn đến gia tăng tỷ lệ K+/Na+ trong sinh khối khô do đó gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất. Mặt khác, kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả các dòng vi khuẩn phân giải Si trên cùng nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng còn cho thấy hiệu quả ổn định của các dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên gia tăng khả năng chống chịu và tăng trưởng của cây lúa khi được trồng trong các điều kiện mặn ở phòng thí nghiệm cho đến nhà lưới và ngoài đồng. CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Chín mươi sáu mẫu vật dùng để phân lập vi khuẩn phân giải Si từ các mẫu đất chuyên lúa, chuyên mía, chuyên tre, phân trùn và ruột trùn ở 5 tỉnh ĐBSCL gồm: Trà Vinh, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng và Cà Mau có chứa 387 dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si. Các dòng vi khuẩn phân giải Si có sự đa dạng về hình thái khuẩn lạc và tế bào. Mười dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả được định danh như loài Microbacterium neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40, Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13, Agromyces ulmi PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27 và Olivibacter jilunii PTST_30 với độ tương đồng 99-100% có sự đa dạng di truyền khá cao. Năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn gồm MCM_15, LCT_01, TCM_29, RTTV_12 và PTST_30 phát triển mật số và phân giải Si tốt trong dãy pH môi trường từ 5-7, nhiệt độ 35oC và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl. Ngoài khả năng phân giải Si, năm dòng vi khuẩn này còn có khả năng cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA. Năm dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn duy trì hiệu quả ổn định trong gia tăng khả năng chống chịu mặn và tăng trưởng của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và cho đến ngoài đồng. Việc chủng tổ hợp 5 dòng vi khuẩn phân giải Si cho hiệu quả tốt nhất giúp cây lúa tăng cường khả năng chống chịu mặn, tăng sinh trưởng và năng suất lúa, và việc chủng 5 tổ hợp 5 dòng vi khuẩn phân giải Si còn giúp tiết kiệm được 25% lượng phân bón NPK khuyến cáo nhưng vẫn cho năng suất cao hơn so với nghiệm thức đối chứng dương. 25
  29. 5.2 Kiến nghị Kiểm tra thêm về tính an toàn sinh học của các dòng vi khuẩn cho việc ứng dụng trong canh tác nông nghiệp. Cần tiếp tục khảo sát và đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si lên sinh trưởng và năng suất lúa ở các biểu loại đất khác nhau và các loại cây trồng khác, cũng như nghiên cứu về khả năng và mức độ tiết kiệm phân bón hóa học đối với cây lúa và cây trồng khác. Nghiên cứu quy trình sản xuất và bảo quản chế phẩm vi sinh chứa các dòng vi khuẩn phân giải Si nhằm phục vụ cho gia tăng sinh trưởng và năng suất cây trồng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Costa, F.E. and L.S. Melo, 2012. Endophytic and rhizosperic bacteria from opuntia-ficus-indica mill and their ability to promote plant growth in cowpea. Afr. J. Microbiol. Res., 6: 1345-1353. Das, S. and T.K. Adhya, 2012. Dynamics of methanogenesis and methanotrophy in tropical paddy soils as influenced by elevated CO2 and temperature interaction. Soil Biol. Biochem., 47: 36-45. Gloria, M.F.P., S. Hendri, A. Alina and R. Iman, 2014. Effectivity of methanotrophic bacteria and Ochrobactrum anthropi as biofertilizer and emission reducer of CH4 and N2O in inorganic paddy fields. J. Med. Biol. Eng., 3(3): 217-221. Kecskes, M.L., A.T.M.A. Choudhury, A.V. Casteriano, R. Deaker, R.J. Roughley, L. Lewin, R. Ford and I.R. Kennedy, 2016. Effects of bacterial inoculant biofertilizers on growth, yield and nutrition of rice Australia. J Plant Nutr., 39(3): 377-388. Lee, S.K., E.Y. Sohn, M. Hamayun, J.Y. Yoon and I.J. Lee, 2010. Effect of silicon on growth and salinity stress of soybean plant grown under hydroponic system. Agroforest. Syst., 80(3): 333-340. Liu, D., B. Lian, B. Wang and G. Jiang, 2011. Degradation of potassium rock by earthworms and reponses of bacterial communities in its gut and surrounding substrates after being fed with mineral. PLOS ONE, 6(12): 1-17. Ma, J.F., 2004. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses. Soil Sci. Plant Nutr., 50(1): 11-18. Ritika, B. and D. Uptal, 2014. Bio-fertilizer a way towards organic agriculture: A Review. Academic Journals. 8(24): 2332-2342. Rodrigues, F.A. and L.E. Datnoff, 2005. Silicon and rice disease management. Fitopatol. Bras., 30: 457-469. 26
  30. Schutz, L., A. Gattinger, M. Meier, A. Muller, T. Boller, P. Mader and N. Mathimaran, 2018. Improving crop yield and nutrient use efficiency via biofertilization – a global meta-analysis. Front. Plant Sci., (8): 1-13. Soylemezoglu, G., K. Demir, A. Inal and A. Gunes, 2009. Effect of silicon on antioxidant and stomatal response of two grapevine (Vitis vinifera L.) rootstocks grown in boron toxic, saline and boron toxic-saline soil. Sci. Hortic., 123(2): 240-246. Tuna, A.L., C. Kaya, D. Higgs, B. Murillo-Amador, S. Aydemir and A.R. Girgin, 2008. Silicon improves salinity tolerance in wheat plants. Environ. Exp. Bot., 62: 10-16. Vajan, P., R. Abdullah, T. Khadiran, S. Ismail and A.N. Boyce, 2016. Role of plant growth promoting rhizobacteria in agricultural sustainability-a review. Molecules, 21(573): 1-17. Vasanthi, N., L.M. Saleena and S.A. Raj, 2013. Evaluation of media for isolation and screening of silicate solubilizing bacteria. Int. J. Curr. Res., 5(2): 406-408. Vasanthi, N., M. Lilly, S. Saleena and R. Anthoni, 2012. Concurrent release of secondary and micronutrient by a Bacillus sp. Am. Eurasian J. Agric. Environ. Sci., 12(8): 1061-1064. 27