Tên đề tài: “Phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp L.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh”.

Tác giả: Hoàng Minh Tâm, Khóa: 2015

Chuyên ngành: Vi sinh vật học; Mã số: 62420107. Nhóm ngành: Khoa học sự sống.

Người hướng dẫn chính: GS.TS. Cao Ngọc Điệp - Trường Đại học Cần Thơ.

Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Nguyễn Bảo Toàn - Hội Sinh vật cảnh TP Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Luận án nhằm phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh có khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và sản xuất siderophore. Các đặc tính này giúp thúc đẩy sự tăng trưởng và năng suất của mía, đồng thời giảm thiểu lượng phân đạm, lân hóa học cũng như sự ảnh hưởng tiêu cực lên môi trường và sức khỏe con người. Vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây mía có khả năng cố định đạm và hòa tan lân đã được phân lập trên môi trường Burk, LGI không đạm và môi trường NBRIP chứa phosphate khó tan. Đánh giá khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA, siderophore của các dòng vi khuẩn đã được thực hiện thông qua phương pháp so màu. Định danh các dòng vi khuẩn đã chọn dựa trên trình tự gene 16S rRNA bằng phương pháp sinh học phân tử và công cụ tin sinh học. Khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật đã được đánh giá trên cây mía trồng trong điều kiện nhà lưới, trong chậu và ngoài đồng. Kết quả là đã phân lập được 422 dòng vi khuẩn, trong đó có 246 dòng vi khuẩn vùng rễ và 176 dòng vi khuẩn nội sinh có cả hai khả năng cố định đạm và hòa tan lân, 101 dòng có khả năng tổng hợp IAA, và 81 dòng có khả năng sinh siderophore. Ba mươi sáu dòng tuyển chọn đã được định danh dựa trình trên gene 16S rRNA với mức tương đồng trình tự từ 95 – 100% so với các chủng vi khuẩn có trong cơ sở dữ liệu của Genbank, NCBI. Các dòng vi khuẩn này thuộc về các chi Enterobacter, Burkholderia, Bacillus, Stenotrophomonas, Kosakonia, Serratia, Advenella, Paraburkholderia, Chitinophaga, Herbaspirillum, và Acinetobacter. Mười hai trong số 36 dòng đã định danh tiếp tục được chọn lựa để đánh giá khả năng thúc đẩy sự phát triển của cây mía nuôi cấy mô trồng trong bình Leonard. Hai dòng tốt nhất là vi khuẩn nội sinh cây mía CT4bd (Serratia oryzae) và vi khuẩn vùng rễ cây mía TPD3b (Bacillus subtilis) đã được tiếp tục đánh giá sự thúc đẩy tăng trưởng của cây mía trồng trong chậu và ngoài đồng. Sự kết hợp của 2 dòng CT4bd và TP3b cho thấy khả năng thúc đẩy sinh trưởng của cây mía cao nhất. Đối với mía trồng trong chậu và ngoài đồng, khi sử dụng phối hợp 2 dòng vi khuẩn với 75% lượng phân N và P đã cho kết quả về năng suất mía ngang bằng với nghiệm thức sử dụng 100% phân N và P hóa học. Ngoài ra, năng suất đường cũng tăng khoảng 14%, tương đương khoảng 1,02 tấn/ha trong điều kiện trồng ngoài đồng.

2. Những kết quả mới của luận án:

Luận án được thực hiện với một số điểm mới về đối tượng, phương pháp, không gian nghiên cứu và kết quả đạt được. Luận án nghiên cứu vi khuẩn đất vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây mía trồng trên đất xám của 7 huyện thuộc tỉnh Tây Ninh. Nhằm loại trừ các vi sinh vật ngoại nhiễm, cây mía nuôi cấy mô trong điều kiện gnotobiotic được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật in vivo của các vi khuẩn tuyển chọn trong giai đoạn khảo sát đầu tiên, trước khi đi vào thử nghiệm ở quy mô lớn hơn. 

Luận án đã phân lập được có 422 dòng vi khuẩn có cả hai khả năng cố định đạm và hoà tan lân đã được phân lập, trong đó có 101 dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA và 81 dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp siderophore. Trong số đó, 36 dòng vi khuẩn có đặc tính tốt đã được định danh dựa trên trình tự gene 16S rRNA.

 Dòng CT4bd (tương đồng 99,76% với Serratia oryzae) cùng với TPD3b (Tương đồng 96% với Bacillus subtilis) có hiệu quả thay thế 25% phân hóa học N và P trên khía cạnh năng suất mía và làm tăng 14% chữ đường khi thử nghiệm trên cây mía trồng ở quy mô ngoài đồng. Đặc biệt, dòng vi khuẩn CT4bd nội sinh thân cây mía trồng tại Hảo Đước, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh được nhận diện như là vi khuẩn Serratia oryzae sp. nov., một loài mới được phát hiện nội sinh cây lúa trồng ở Trung Quốc và công bố lần đầu vào năm 2017 bởi Zhang và cộng sự (2017).

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

Nguồn vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía bản địa mà đề tài đã thu thập được cùng với các thông tin nghiên cứu cơ bản sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu chế tạo và sản xuất phân bón sinh học thân thiện với cây trồng, môi trường, đồng thời giảm lượng phân bón hóa học và chi phí trong sản xuất mía đường ở tỉnh Tây Ninh.

Kết quả thu được của đề tài sẽ góp phần làm phong phú cơ sở dữ liệu về lĩnh vực nông học của Tây Ninh và vùng Đông Nam Bộ về mối quan hệ tương tác của bộ ba “đất, cây trồng và vi sinh vật đất”.

Hai dòng vi khuẩn tiềm năng CT4bd và TP3b đã được đề xuất tiếp tục khảo nghiệm khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật trên nhiều giống mía khác nhau ở cả vụ mía tơ và mía gốc ở các vùng mía nguyên liệu khác nhau của tỉnh Tây Ninh.

. Abstract

The thesis aims to isolate, characterize and identify endophytic bacteria and rhizospheric bacteria from sugarcane (Saccharum spp) grown on acrisols in Tay Ninh province with capacities of nitrogen fixation, phosphate solubilization, IAA synthesis and siderophore production. These characteristics help promote the growth and yield of sugarcane, while minimizing the amount of chemical nitrogenous and phosphorus fertilizer as well as negative impacts on the environment and human health. Endophytic and rhizospheric bacteria of sugarcane capable of nitrogen fixation and phosphate solubilization were isolated on N-free Burks’ and LGI media and NBRIP media containing insoluble phosphate. Evaluation of nitrogen fixation, phosphorus solubility, IAA and siderophore synthesis of bacterial strains was done through the colorimetric method. Identification of selected bacterial strains based on 16S rRNA gene sequence by molecular biology method and bioinformatics tool. The ability to promote plant growth was assessed in sugarcane grown in net houses, pots and field. As a result, 422 bacterial strains were isolated, including 246 rhizospheric isolates and 176 endophytic isolates capable of nitrogen fixation and phosphorus solubilization, 101 isolates are capable of synthesizing IAA, and 81 isolates are capable of producing siderophore. Thirty-six selected strains were identified based on the 16S rRNA gene with sequence similarity from 95 to 100% compared with strains found in the Genbank database, NCBI. These strains belong to the genera Enterobacter, Burkholderia, Bacillus, Stenotrophomonas, Kosakonia, Serratia, Advenella, Paraburkholderia, Chitinophaga, Herbaspirillum, and Acinetobacter.  Twelve of the 36 identified isolates were selected to evaluate their ability to promote the growth of sugarcane grown in Leonard jars. The two best bacterial strains, the endophytic bacteria CT4bd (Serratia oryzae) and the rhizospheric bacteria TPD3b (Bacillus subtilis), were further evaluated for their ability to promote the growth of potted and field sugarcane plants. The combination of these two isolates showed the highest ability to promote the growth of sugarcane. In terms of sugarcane grown in pots and in the field, when using a combination of the two bacterial isolates and 75% of N and P fertilizer amount, the result was equal to the sugarcane yield of the treatment of 100% chemical N and P fertilizer. In addition, sugar yield also increased by about 14%, equivalent to about 1.02 tons/ha in field trials.

2. New results of the dissertation

The dissertation was implemented with a number of new points about the object, method, space of researches and achieved results. It studied endophytic and rhizospheric bacteria of sugarcane grown on acrisols of 7 districts of Tay Ninh province. To eliminate exogenous microorganisms, micro propagated sugarcane was used to study plant growth promotion ability of selected bacteria in the first period before being tested on larger scale.

The researchers isolated 422 strains of bacteria with both capacities of nitrogen fixation and phosphate solubilization, of which 101 strains are capable of synthesizing IAA and 81 are capable of synthesizing siderophore. Out of them, Thirty-six selected strains of bacteria with good characteristics were identified based on the 16S rRNA gene sequence.

In terms of sugarcane yield, CT4bd (with 99.76% similarity to Serratia oryzae) together with TPD3b (with 96 % similarity to Bacillus subtilis) effectively replaced 25% of chemical N and P fertilizers and increased 14% of CCS when tested on the fielded sugarcane.  In particular, the strain CT4bd being an endophytic bacterium on sugarcane stalks grown in Hao Duoc, Chau Thanh district, Tay Ninh province was recognized as Serratia oryzae sp. nov., a newly discovered endophytic species in rice grown in China and first announced in 2017 by Zhang et al. (2017).

3. Applications/potential application and suggestions for future studies

The source of endophytic bacteria and rhizospheric bacteria of sugarcane grown in Tây Ninh province that the dissertation isolated, and basic research information of them will be based for researches on studying and producing bio-fertilizers which contribute to reducing uses of chemical fertilizers, costs and negative effects on the environment in sugarcane production in Tay Ninh province.

The results of the dissertation also contribute to enriching the database on agronomic fields of Tay Ninh province and the Southeast of Vietnam on the interactive relationship of soil, plants and soil microorganisms".

These two potential isolates CT4bd and TPD3b have been proposed to continue testing their ability to promote plant growth on many different sugarcane varieties in both plant-cane and ratoon crops in different raw material sugarcane areas of Tay Ninh province.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)