Tên đề tài: “Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long”.

Tác giả: Trần Võ Hải Đường, Khóa: 2016

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học; Mã số: 62420201. Nhóm ngành: Khoa học sự sống.

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Khởi Nghĩa - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: TS. Nguyễn Thị Ngọc Trúc - Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Dưới điều kiện mặn, silic (Si) giúp cải thiện một số đặc tính có lợi cho cây lúa bao gồm: gia tăng hàm lượng chlorophyll ở lá lúa, giảm hàm lượng ion Na⁺ và gia tăng hàm lượng ion K⁺ trong sinh khối khô cây lúa, gia tăng hàm lượng các enzyme oxi hóa-khử và giảm hàm lượng proline trong thân lúa. 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. 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. 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. Trên cơ sở đó, luận án thực hiện 6 nội dung nghiên cứu gồm: (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 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.

2. Những kết quả mới của luận án

- Phân lập được 387 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si ở điều kiện phòng thí nghiệm.

- Năm dòng vi khuẩn được tuyển chọn gồm Microbacterium neimengense MCM_15 (MCM_15), Klebsiella aerogenes LCT_01 (LCT_01), Ochrobactrum ciceri TCM_39 (TCM_39), Citrobacter freundii RTTV_12 (RTTV_12) và Olivibacter jilunii PTST_30 (PTST_30) phát triển mật số và phân giải Si tốt trong dãy pH môi trường từ 5-7, nhiệt độ 35,8^oC và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl.

- Năm 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 khả năng gia tăng sự chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất cây lúa khi được trồng trong điều kiện mặn trong phòng thí nghiệm, nhà lưới và ngoài đồng.

3. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Năm dòng vi khuẩn phân giải Si được tuyển chọn trong nghiên cứu này có tiềm năng rất cao trong việc ứng dụng để sản xuất chế phẩm vi sinh giúp gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất cây lúa khi được trồng trên nền đất nhiễm mặn ở khu vực ĐBSCL trong bối cảnh xâm nhập mặn đã và đang diễn ra gay gắt ở khu vực này.

Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

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.

1. The summary of the dissertation

Under salinity conditions, silicon (Si) helps to improve some beneficial characteristics such as enhancing chlorophyll concentration in rice leaf, decreasing Na⁺ concentration, but increasing K⁺ concentration in rice dried biomass, accelerating content of antioxidant enzymes, and reducing proline content in rice stem. Si is a very abundant element in soil, however mainly exists insoluble forms, so the plant can not absorb (Rodrigues and Datnoff, 2005; Vasanthi et al., 2012). Besides, silicate solubilizing bacteria (SSB) plays an important and efficient role in biodegrading silicate in soil, therefore it supports ameliorating soil fertility, and plant protection ability under stresses (Vasanthi et al., 2012). The study entitled “Isolation silicate solubilizing bacteria in soil and application on rice cultivation in the Mekong Delta” was established to isolate and select some SSB from various sample sources to apply in reinforcing salinity tolerance ability as well as rice growth and yield cultivated on salt-affected soil. Based on that, the six activities were conducted in this dissertation including (1) Isolation and selection of some SSB from intensive soil samples of rice, sugarcane, and bamboo cultivation, as well as earthworm’s intestine and feces in some provinces of the Mekong Delta including Ca Mau, Soc Trang, Hau Giang, Can Tho, and Tra Vinh; (2) Evaluation on genetic relationships of the ten most effective SSB; (3) Determination on nitrogen-fixing, phosphorus degrading, IAA synthesizing ability and organic acid-producing capacity of five selected bacteria; (4) Evaluation on the influence of some environmental factors on bacterial density and silicate solubilization ability of the selected isolates; (5) Assessment on the efficiency of the five selected bacteria on salinity tolerance ability of rice plant in the laboratory conditions; (6) Determination on the efficiency of the five selected bacteria on salinity tolerance ability, growth and yield promotion of rice plant in the greenhouse and field conditions.

2. 2. The innovation outcome of the dissertation

- Thirty hundred and eighty-seven bacterial strains capable of silicate solubilization in vitro were isolated.

- The five selected silicate solubilizing bacteria including Microbacterium neimengense MCM_15 (MCM_15), Klebsiella aerogenes LCT_01 (LCT_01), Ochrobactrum ciceri TCM_39 (TCM_39), Citrobacter freundii RTTV_12 (RTTV_12), and Olivibacter jilunii PTST_30 (PTST_30) grew and solubilized silicate effectively in range of pH 5-7, temperature 35.8^oC, and NaCl up to 0.5%.

- The five selected bacteria also had functions on nitrogen fixation, phosphorus solubilization, and IAA synthesis. Moreover, they showed their good performance on the enhancement of salinity tolerance capability, growth and productivity of rice plants when cultivated in the laboratory, greenhouse and field conditions.

3. Application ability in reality, the gaps should be next studied

Application ability in reality

The five selected silicate solubilizing bacteria of this study have a high potential in producing bio-fertilizer for growth and productivity enhancement of rice plants cultivated on salt-affected soil in the Mekong Delta area being severely affected by salinity intrusion.

The gaps should be next studied

Further investigation on the biological safety of these five SSB before being applied in agricultural cultivation. Survey and determination on the efficacy of these five SSB on rice growth and the yield on various soil types, and different crop types. Besides, studies on the efficacy of these five bacteria on chemical fertilizer dose application reduction for rice and other crops.

• 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)