Tên đề tài: “Phân lập, tuyển chọn và nhận diện vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân trong đất vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây ngô (bắp) (Zea mays L.) trồng trên đất xám vùng Đông Nam Bộ” .

 Tác giả: Đặng Thị Ngọc Thanh, Khóa 2012 đợt 2.

 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.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Hướng tới việc khai thác lợi ích của các loại vi khuẩn có khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật để ứng dụng trong sản xuất ngô bền vững và giảm sự lệ thuộc vào phân bón hóa học, đề tài “Phân lập, tuyển chọn và nhận diện vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân trong đất vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây ngô (bắp) (Zea mays L.) trồng trên đất xám vùng Đông Nam Bộ” đã được thực hiện nhằm mục tiêu tìm kiếm nguồn vi khuẩn bản địa có khả năng bổ sung hai nguyên tố quan trọng là N và P cho cây ngô. Bằng việc sử dụng 2 loại môi trường không đạm NFb và LGI cùng với môi trường NBRIP chứa lân khó tan, đã phân lập được 180 dòng vi khuẩn đất vùng rễ và 319 dòng vi khuẩn nội sinh thân/rễ cây ngô có cả hai khả năng cố định đạm và hòa tan phosphate. Thông qua việc khảo sát định lượng bằng phương pháp so màu đã chọn ra được 25 dòng vi khuẩn đất vùng rễ và 30 dòng vi khuẩn nội sinh có khả năng cố định đạm và hòa tan lân in vitro tốt. Để nhận diện các dòng tuyển chọn, kỹ thuật PCR khuếch đại trình tự gene 16S rRNA với cặp mồi 8F và 1492R và cặp mồi p515FPL và p13B đã được sử dụng. Các sản phẩm PCR đã được giải trình tự, dò tìm dòng tương đồng và phân tích cây phả hệ làm cơ sở cho sự định danh. Theo tên gọi định danh, 55 dòng đã tuyển chọn thuộc về ba nhóm Proteobacteria, Firmicutes GC cao và Firmicutes GC thấp với mức độ tương đồng từ 97% - 100%, trong đó có 3 chi chủ yếu gồm Burkholderia, Enterobacter và Bacillus. Một số dòng tuyển chọn cũng đã được đánh giá đa dạng di truyền cũng như các đặc tính thúc đẩy tăng trưởng thực vật khác để đặc tính hóa đối tượng và thu gọn nghiệm thức, tiến tới thử nghiệm trên cây ngô trồng trong chậu và ngoài đồng. Qua đó cho thấy các vi khuẩn nội sinh thể hiện một sự đa dạng nucleotide trong trình tự gene 16S rRNA và một số dòng vi khuẩn đất vùng rễ thể hiện tiềm năng sống nội sinh trong cây ngô. Tất cả các dòng tuyển chọn đều có khả năng sản xuất IAA, đặc biệt dòng DDN10b còn có khả năng sản xuất siderophore. Thử nghiệm in vivo cho thấy hai dòng DDN10b (Burkholderia sp.) và VTN2b (Bacillus subtilis) là hai ứng viên có khả năng được sử dụng như các chế phẩm chủng cho cây ngô trồng trên đất nghèo dinh dưỡng khi mà hai dòng này đã sở hữu các đặc tính thúc đẩy tăng trưởng thực vật và có khả năng tiết kiệm 25% phân NP hóa học đồng thời làm tăng năng suất thêm 11,7 - 24,9%. Do vậy, hướng nghiên cứu tiếp theo trong tương lai là đánh giá các hoạt tính thúc đẩy tăng trưởng thực vật khác của 55 dòng tuyển chọn cũng như tiếp tục đánh giá hiệu quả của 2 dòng vi khuẩn DDN10b và VTN2b trên các giống ngô trồng tại các vùng trọng điểm của Đông Nam Bộ.

2. Những kết quả mới của luận án:

Một bộ sưu tập 180 dòng vi khuẩn vùng rễ và 319 dòng vi khuẩn nội sinh có cùng lúc hai khả năng cố định đạm và hòa tan lân đã được xác định đặc tính hình thái khuẩn lạc, hình dạng và khả năng chuyển động của tế bào, trong đó có 55 dòng đã được đặc tính hóa phân tử 16S rDNA cũng như phân tích sâu hơn về các đặc tính PGP gồm sự sản xuất IAA và siderophore.

Trải qua các thí nghiệm trong chậu và ngoài đồng, 2 dòng DDN10b (Burkholderia sp.) và VTN2b (Bacillus subtilis) đã bộc lộ khả năng của các chế phẩm vi khuẩn dùng cho cây ngô trồng trên đất nghèo dinh dưỡng của Đông Nam Bộ. Sử dụng 2 dòng vi khuẩn này để chủng cho cây ngô có thể giúp tiết kiệm 25% phân NP hóa học và đồng thời làm tăng năng suất ngô thêm 11,7 - 24,9%.

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

Sự đặc tính hóa phân tử và chức năng PGP của 499 dòng vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây ngô trồng trên đất xám vùng Đông Nam Bộ sẽ là nguồn bổ sung cho cơ sở dữ liệu nông học của vùng này và là nguồn tham khảo trong lĩnh vực nghiên cứu.

Năm mươi lăm dòng đã tuyển chọn và định danh là nguồn vật liệu cho các nghiên cứu xa hơn, trong đó 2 dòng DDN10b và VTN2b có thể là nguồn vật liệu cho các nghiên cứu chế tạo chế phẩm vi khuẩn phục vụ canh tác ngô trong tương lai.

1. Thesis summary

Aims to exploit the benefits of plant promoting bacteria for applications in sustainable maize-producting and reduce dependence on chemical fertilizers, the thesis entitled “Isolation, selection and identification of nitrogen fixation and phosphate solubilization rhizospheric bacteria and endophytic bacteria from maize (Zea mays L.) grown on acrisol soils of  the Southeast” has been done to target indigenous bacteria to have the ability to add two important macronutrients as nitrogen and phosphorus for maize.  By using two types of N-free media LGI and NFb and NBRIP medium contain insoluble inorganic phosphate, a total of 180 rhizospheric and 319 endophytic isolates from the rhizosphere or stems/roots of maize were isolated have both the ability to fix atmospheric nitrogen and soluble inorganic phosphorus. Through the quantitative analysis by colorimetric methods helped to select 25 rhizospheric and 30 endophytic isolates showed better abilities for in vitro nitrogen fixation and phosphate solubilization. In order to identify selected isolates, PCR 16S rRNA gene fragments applications using 8F and 1492R primers and p515FPL and p13B primers and sequencing were used. The PCR products were subsequently sequenced, done searching similarities and analyzing phylogenetic trees as a basis for identification. Based on by identified names, 55 selected isolates belonged to three groups of Proteobacteria, high GC content Firmicutes, and low GC content Firmicutes with the values ranging between 97% and 100% of similarity in which 3 major genera were Burkholderia, Enterobacter and Bacillus. Some of selected isolates were also evaluated genetic diversity as well as other plant growth promoting characteristics to characterize the strains and collapse treatments and eventually tested pots and fields experiments on maize. This indicates that high levels of nucleotide diversity of sequences of 16S rRNA genes and some of rhizospheric isolates expressed endogenous potential in maize plants. All selected isolates were capable of producing IAA, particularly DDN10b was also capable of producing siderophore. The in vivo experiments showed that isolate DDN10b (Burkholderia sp.) and isolate VTN2b (Bacillus subtilis) are two potential candidates used as inoculants for maize growing on poorly fertile soils as they owned the promoting plant growth properties and helped to save 25% of total standard mounts of N and P fertilizers and improved the yields of maize up from 11.7% to 24.9%. Hence, suggested the next studies will be more plant growth promotion potentials evaluations on 55 selected isolates as well as continue to assess the effectiveness of the two bacterial strains DDN10b and VTN2b on maize-planting in the key areas of the Southeast.

2. New findings of the thesis

A collection of 180 rhizospheric and 319 endophytic bacterial isolates having simultaneously two possibilities of nitrogen fixation and phosphate solubilization was characterized by colony morphology, cellular shape and motion, in which 55 isolates had been characterized of 16S rDNA sequences as well as had further analyses of the characteristics of PGP including the production of IAA and siderophore.

Undergo experiments in pots and in fields, 2 isolates DDN10b (Burkholderia sp.) and VTN2b (Bacillus subtilis) have revealed the ability of bacterial inoculants for maize grown on poorly fertile soils of the Southeast. Using these 2 isolates for maize, it could save 25% chemical fertilizers N and P, and simultaneously increase the yield of maize up from 11.7 to 24.9%.

3. Applications/ applicability in practice, the issues need further study

The molecular characterization and PGP function of 499 rhizospheric and endophytic bacterial isolates of maize grown on acrisol soils of the Southeast will be an additional source of agronomic database of this region and a reference in the domain of research.

Fifty five isolates which had been selected and identified could be considered as a source of materials for further study, in which including 2 isolates DDN10b and VTN2b could be the materials of research and manufacturing bacterial inoculants to serve maize cultivation in the future.

>> Xem chi tiết nội dung luận án

 >> Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo.