Tên đề tài: “Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn bản địa có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA để canh tác rau ở Sóc Trăng”.

Tác giả: Lê Thị Xã, 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. Phạm Ngọc Tú - Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long

1. Tóm tắt nội dung luận án

Hiện nay việc áp dụng vi sinh vật trong trồng trọt đang phát triển mạnh trên thế giới cũng như trong nước. Do đó, việc khai thác vi sinh vật bản địa (tiếng Anh: Indigenous Microorganisms, viết tắt: IMO) để ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp giúp giảm thiểu áp dụng các chất hóa học từ phân bón vô cơ, chất kích thích sinh trưởng cũng như giảm độc trong sản phẩm nông sản và giảm thiểu các tác động làm ô nhiễm môi trường là việc rất quan trọng và cần thiết. Mặt khác, việc nghiên cứu các vi sinh vật có ích ở Sóc Trăng sẽ góp phần tăng sản xuất rau sạch, rau an toàn cho Sóc Trăng nói chung và cho Đồng Bằng Sông Cửu Long nói riêng. Vì vậy, đề tài "Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn bản địa có khả năng cố định đạm và tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA) để canh tác rau ở Sóc Trăng" được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn bản địa có hai chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA trong các hệ IMO thu thập từ đất canh tác các loại cây trồng khác nhau ở tỉnh Sóc Trăng nhằm kích thích sinh trưởng, tăng năng suất cây rau muống, cây cải xanh và giảm lượng phân bón đạm khuyến cáo ở điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và ngoài đồng. Trên cơ sở đó, luận án thực hiện 6 nội dung nghiên cứu gồm: (1) Khảo sát sự đa dạng các nhóm vi sinh vật trong các hệ IMO từ đất canh tác các loại cây trồng khác nhau ở tỉnh Sóc Trăng; (2) Đánh giá khả năng kích thích sinh trưởng cây trồng gồm cố định đạm, và tổng hợp IAA của các hệ IMO thu thập; (3) Phân lập, tuyển chọn và định danh các dòng vi khuẩn bản địa có hai chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA từ các hệ IMO thu được; (4) Đánh giá ảnh hưởng của một số dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn và các IMO chứa những dòng vi khuẩn này lên khả năng nảy mầm và sinh trưởng cây rau muống và cải xanh ở điều kiện phòng thí nghiệm; (5) Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn và 5 IMO chứa những dòng vi khuẩn này lên sinh trưởng và năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện nhà lưới; (6) Đánh giá hiệu quả của 3 dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn và 2 IMO chứa những dòng vi khuẩn này lên sinh trưởng và năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện ngoài đồng.

2. Những kết quả mới của luận án

Hướng nghiên cứu đánh giá thành phần vi sinh vật, chức năng kích thích sinh trưởng của IMO cũng như khai thác nhóm vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp các IAA trong các IMO của luận án là hướng nghiên cứu mới do đó đã mang lại một số đóng góp mới sau:

Luận án đã cung cấp những kết quả nghiên cứu khoa học mới về một số đặc tính của 20 hệ vi sinh vật bản địa IMO trên các hệ thống canh tác cây trồng tại tỉnh Sóc Trăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự đa dạng về các nhóm vi sinh vật chính bao gồm vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO. Tuy nhiên, không có sự hiện diện những vi sinh vật gây bệnh đường tiêu hóa ở người như Salmonella, Shigella, Coliform, E. coli. Bên cạnh đó các IMO còn cho thấy chúng có các chức năng kích thích sinh trưởng cây trồng như cố định đạm và tổng hợp IAA.

Ngoài ra các kết quả nghiên cứu về các dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA phân lập trong các hệ vi sinh vật bản địa cũng như hiệu quả của chúng trong kích thích nảy mầm, sinh trưởng và làm tăng năng suất rau, giảm nitrate tồn dư trong rau trong khi bón giảm lượng phân đạm theo công thức khuyến cáo là những kết quả nghiên cứu mới về các dòng vi khuẩn đa chức năng trong các hệ IMO tại Việt Nam và là nghiên cứu đầu tiên, chính quy trong tuyển chọn các dòng vi khuẩn kích thích sinh trưởng, làm tăng năng suất cây rau muống và cải xanh tại tỉnh Sóc Trăng. Điều này rất có ý nghĩa trong phát triển sản xuất rau sạch, rau an toàn cho tỉnh Sóc Trăng nói riêng và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung.

Tính mới của luận án còn thể hiện ở kết quả so sánh hiệu quả kích thích nảy mầm, sinh trưởng cây rau giữa hệ IMO thu thập tại Sóc Trăng với các dòng vi khuẩn có chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA được phân lập từ các hệ IMO này và đã cho thấy rằng cả hai (IMO và dòng vi khuẩn) cho hiệu quả kích thích nảy mầm và sinh trưởng cây rau là tương đương nhau, tuy nhiên khi so sánh về chức năng chuyên biệt như cố định đạm thì các dòng vi khuẩn phân lập cho hiệu quả kích thích sinh trưởng cao hơn các hệ IMO. Ngoài ra, 3 dòng vi khuẩn tuyển chọn được định danh là những dòng vi khuẩn có độ an toàn sinh học cao.

Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo tốt cho các nghiên cứu tiếp theo và làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy cho các ngành công nghệ sinh học, vi sinh vật đất, nông nghiệp và sinh học khác.

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

Khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Về mặt ý nghĩa thực tiễn, luận án hỗ trợ cho ngành nông nghiệp trong việc sử dụng phân bón vi sinh học hoặc chế phẩm vi sinh vật để trồng rau giúp tăng thu nhập cho người nông dân, giảm ô nhiễm môi trường, tạo sản phẩm rau sạch và an toàn trong canh tác rau.

Trên cơ sở nghiên cứu về các hệ IMO cho thấy IMO là nguồn vi sinh vật rất phong phú và có tính đa dạng cao về chức năng, trong đó có các chức năng cố định đạm và tổng hợp hormone thực vật IAA, do đó có thể ứng dụng IMO trong canh tác rau để góp phần thay thế và giảm thiểu lượng phân đạm hoá học.

Trong tương lai, đối với 3 dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn hiệu quả cao nhất sau khi hoàn thiện được quy trình sản xuất chúng sẽ có tiềm năng ứng dụng rất cao nhằm bổ sung vào các nguồn vi sinh vật có lợi cho cây trồng phục vụ sản xuất phân bón vi sinh vật góp phần giảm thiểu sử dụng phân đạm hoá học trong sản xuất rau theo hướng an toàn, thân thiện và bền vững ở tỉnh Sóc Trăng và các tỉnh khác ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long.

Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của 3 dòng vi khuẩn Paraburkholderia tropica TP-1.3, Paenibacillus cineris TP-1.4 và Bacillus megaterium MQ-2.5 trên nhiều đối tượng cây rau ở điều kiện ngoài đồng cũng như đánh giá thêm khả năng thích nghi và sống sót của 3 dòng vi khuẩn này ở các nhóm đất có đặc tính khác nhau trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng.

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của 3 dòng vi khuẩn Paraburkholderia tropica TP-1.3, Paenibacillus cineris TP-1.4 và Bacillus megaterium MQ-2.5 trong việc giảm hàm lượng nitrate tích lũy trong các loại rau góp phần tham gia vào quá trình sản xuất rau an toàn ở tỉnh Sóc Trăng.

Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học hoặc phân sinh học giúp giảm sử dụng phân bón đạm hóa học, kích thích sinh trưởng và làm tăng năng suất cây rau trong địa bàn tỉnh Sóc Trăng, từ đó gia tăng hiệu quả kinh tế, góp phần tham gia sản xuất nông nghiệp bền vững của tỉnh Sóc Trăng.

Có thể mở rộng đánh giá hiệu quả các dòng vi khuẩn trên các đối tượng cây trồng khác trong tỉnh Sóc Trăng nhằm phục vụ nhu cầu trồng trọt theo xu hướng thích ứng với biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn của tỉnh Sóc Trăng.

1. The summary of the dissertation

Currently, the application of microorganisms in cultivation is thriving all over the world as well as in the country. Therefore, the exploitation of indigenous microorganisms (IMO) for application in agricultural production helps to reduce the use of chemical fertilizers, stimulants as well as the contamination in agricultural products and to minimize the pollution of the environment. These advantages are very important and necessary. Moreover, the study of beneficial indigenous microorganisms in Soc Trang province will contribute to produce clean and safe vegetable products not only good for Soc Trang but also for the whole Mekong Delta of Vietnam. Therefore, the study entitled “Isolation and selection of indigenous bacteria capable of fixing nitrogen and producing IAA for vegetable cultivation in Soc Trang province” was established. The aim of the study was to isolate and select some of indigenous bacterial strains with two simultaneous functions of nitrogen fixation and indole-3-acetic acid synthesis in IMO collected from cultivated soils of different crops in Soc Trang province to stimulate growth and increase yield of water spinach and mustard green in the laboratory, greenhouse and field conditions. Based on that, the six activities were conducted in this dissertation including (1) Surveying the diversity of different groups of microorganisms in IMOs from different crop systems in Soc Trang province; (2) Determining the nitrogen fixing, IAA synthesizing capacity of the collected IMOs; (3) Isolation and selection of some indigenous bacterial strains with two functions of nitrogen fixation and IAA synthesis from the collected IMOs; (4) Evaluating the effect of some bacterial strains being able to fix biologically nitrogen and producing IAA and some IMOs on germination and growth of water spinach and mustard green under the laboratory conditions; Evaluation on the effect of 5 selected bacterial strains and 5 selected IMOs on the growth, yield of water spinach and mustard green under greenhouse conditions. (6) Evaluation on the effects of 3 selected strains and 2 selected IMOs on the growth and yield of water spinach and mustard green under field conditions.

2. 2. The innovation outcome of the dissertation

The thesis provided initial scientific research results with some basic properties of 20 indigenous microorganisms (IMOs) collected from 19 different cropping systems within SocTrang province. The results showed that there was a big diversity of bacterial, fungal, and actinomycetal community composition, and there were no pathogenic microorganisms like Salmonella, Shigella, Coliform, E. coli present in collected IMOs. In addition, the IMOs also showed their functions in plant growth promotion such as nitrogen fixation and IAA synthesis. Besides, isolation of nitrogen-fixing and IAA synthesizing bacteria from IMOs as well as their efficacy in stimulating seed germination, growth, and yield of water spinach and mustard green, reducing chemical fertilizers, nitrate residue in vegetables were new and outstanding results. This indicated that multi-functional bacterial strains can be isolated from IMOs in Vietnam and this dissertation was the first and official study in selecting bacterial strains to promote the growth, and vegetable yield of vegetables in Soc Trang province. This result had a significant meaning in developing safe vegetable production in Soc Trang province. The novelty of this thesis was that a comparison between isolates and IMOs having nitrogen fixation and IAAsynthesis was performed and the result showed that both (IMO and isolates) had a similar capacity in seed germination and growth stimulation, however, the bacterial isolates showed their higher stimulating effect than that of the IMOs. The results of the thesis can be a great reference for the next research and as a reference in teaching for other fields of studies like biotechnology, agriculture, and biotechnology application.

3. Application ability in reality, and the future perspectives

Application ability in reality

On the basis of IMO research, it showed that IMO was a good source of microorganisms with a high density of cells, and a diverse group of microorganisms with different functions, including the functions of biological nitrogen-fixing, plant hormone IAA synthesis, so it is worth to apply IMO in vegetable cultivation to replace partially amount of chemical nitrogen fertilizers.

In the future, utilization of selected bacterial strains having both functions in nitrogen fixation and IAA synthesis is very meaningful for the community and society and there will be a high potential for the application of nitrogen-fixing bacteria into the soil to reduce chemical fertilizer in vegetable production for a safe, friendly and sustainable orientation for Soc Trang province as well as for provinces within the Mekong Delta.

Future perspectives

An evaluation on the efficacy of 3 strains,  Parabulkhoderiatropica TP-1.3, Paenibacillus cineris TP-1.4, and Bacillus megaterium MQ-2.5 on many other vegetables under field conditions as well as a further assessment in adaptability and survival of these 3 bacterial strains in different soil groups with different soil characteristics in Soc Trang province should be done.

An evaluation of the efficacy of three bacterial strains such as Parabulkhoderia tropica TP-1.3, Paenibacillus cineris TP-1.4, and Bacillus megaterium MQ-2.5 in reducing nitrate accumulation in vegetables for contributing in safe vegetable production in Soc Trang province should be involved in the future.

Research on producing bio-products or bio-fertilizers for reducing the use of chemical nitrogen fertilizers, for stimulating the growth and for increasing the vegetable productivity in Soc Trang province, thereby this also will help to increase economic efficiency, then finally a great contribution to the sustainable agricultural production in Soc Trang province.

It is possible to expand the assessment about the efficacy of these selected bacterial strains on other crops in Soc Trang province for plant cultivation to adapt the climate change and salinity intrusion in Soc Trang 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)