Tên đề tài: “Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (plant associated bacteria) ở lúa, khoai trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long. ”.

 Tác giả: Lý Ngọc Thanh Xuân, Khóa: 2014

  Chuyên ngành: Khoa học đất; Mã số: 62620103. Nhóm ngành: Nông, lâm nghiệp và thuỷ sản.

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Văn Dũng - Trường Đại học Cần Thơ

 Người hướng dẫn phụ: GS.TS. Ngô Ngọc Hưng - Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Đề tài “Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (plant associated bacteria) ở lúa, khoai trồng trên đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện nhằm mục tiêu (i) Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân hiện diện trong đất và nội sinh trong cây lúa, khoai lang trên đất phèn (ii) Đánh giá ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân đến sinh trưởng và năng suất lúa và khoai lang. Mẫu đất phèn, khoai lang và lúa được thu thập tại bốn vùng phèn Tứ giác Long Xuyên (TGLX), Đồng Tháp Mười (ĐTM), Trũng sông Hậu (TSH) và Bán đảo cà Mau (BĐCM). Bốn trăm ba mươi mốt chủng vi khuẩn liên kết với cây lúa, trong đó có 272 chủng vi khuẩn được phân lập từ đất vùng rễ và 159 chủng vi khuẩn nội sinh. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn phân lập được có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng trong, vàng nhạt và vàng đậm. Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu là tròn, bìa nguyên, hầu hết các chủng vi khuẩn có tế bào dạng hình que, Gram âm. Bốn trăm hai mươi bốn chủng vi khuẩn liên kết với cây khoai lang, trong đó có 271 chủng vi khuẩn được phân lập từ đất vùng rễ và 153 chủng vi khuẩn nội sinh. Đặc điểm khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn phân lập được có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng trong vàng nhạt và vàng đậm. Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu là tròn, bìa nguyên, một số lượng nhỏ các dòng vi khuẩn có tế bào dạng hình cầu. Các chủng vi khuẩn có khả năng cố định đạm và có khả năng hòa tan lân khó tan. Hai mươi chín chủng vi khuẩn liên kết với cây lúa có khả năng tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan đã được định danh đến mức độ loài bằng kỹ thuật PCR và giải trình tự đoạn 16S rDNA. Các chủng vi khuẩn này đa dạng về loài thuộc 3 nhóm vi khuẩn: Bacilli, Gammaproteobacteria và Betaproteobacteria. Mười hai chủng vi khuẩn liên kết với cây khoai lang có khả năng tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan đã được định danh đến mức độ loài bằng kỹ thuật PCR và giải trình tự đoạn 16S rDNA. Các dòng vi khuẩn này đa dạng về loài chỉ thuộc 2 nhóm vi khuẩn: Bacilli và Gammaproteobacteria. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng cho thấy nghiệm thức không bón đạm đã làm giảm năng suất lúa trên đất phèn, Long Mỹ - Hậu Giang, Hòn Đất - Kiên Giang và Hồng Dân, Bạc Liêu, nhưng nghiệm thức bón 60 kg N ha^-1 kết hợp với vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 đã đạt năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Hòn Đất-Kiên Giang. Tương tự, nghiệm thức bổ sung vi khuẩn B. vietnamiensis X3 đã làm tăng năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Long Mỹ-Hậu Giang và Hồng Dân- Bạc Liêu. Tuy nhiên,nghiệm thức không bón lân chưa thể hiện sự thiếu lân trên ba vùng phèn trên nên chưa đưa đến sự khác biệt về năng suất của sử dụng vi khuẩn B. vietnamiensis X1 và B. vietnamiensis X3. Hoạt tính cố định đạm của vi khuẩn B. acidipaludis X5 mạnh nhất so với 2 vi khuẩn còn lại thông qua việc gia tăng số củ và năng suất củ khoai lang. Bón 60 kg N/ha kết hợp với chủng vi khuẩn B. acidipaludis X5 cho số củ, chiều dài củ, đường kính củ và năng suất củ khoai lang tương đương với bón 90 kg N/ha. Sử dụng chủng vi khuẩn Burkholderia acidipaludis X5 đã tiết kiệm được khoảng 30% lượng phân đạm bón cho khoai lang.

2. Những kết quả mới của luận án:

- Không bón đạm đã làm giảm năng suất lúa trên đất phèn, Long Mỹ-Hậu Giang, Hòn Đất-Kiên Giang và Hồng Dân, Bạc Liêu, nhưng bón 60 kg N ha^-1 kết hợp với vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 đã đạt năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Hòn Đất-Kiên Giang. Tương tự, vi khuẩn B. vietnamiensis X3 đã đạt năng suất cao hơn so với đối chứng 90N-60P-30K trên đất phèn Long Mỹ-Hậu Giang, và Hồng Dân, Bạc Liêu. Tuy nhiên, không bón lân chưa thể hiện sự thiếu lân trên ba vùng phèn trên nên chưa đưa đến sự khác biệt về năng suất của sử dụng vi khuẩn B. vietnamiensis X1 và B. vietnamiensis X3.

- Khả năng cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia acidipaludis X5 mạnh nhất so với 2 vi khuẩn còn lại thông qua việc gia tăng số củ và năng suất củ khoai lang. Bón 60 kg N/ha kết hợp với chủng vi khuẩn B. acidipaludis X5 cho số củ, chiều dài củ, đường kính củ và năng suất củ khoai lang tương đương với bón 90 kg N/ha. Sử dụng chủng vi khuẩn B. acidipaludis X5 đã tiết kiệm được khoảng 30% lượng phân đạm bón cho khoai lang.

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

- Cung cấp nguồn vi khuẩn tốt có khả năng cố định đạm và các chủng vi khuẩn có khả năng hòa tan phân lân khó tan thành lân dễ tan cung cấp cho cây lúa, khoai lang để ứng dụng cho việc nghiên cứu và sản xuất trên đất phèn đồng bằng sông Cửu Long.

- Việc áp dụng các dòng vi khuẩn góp phần giảm lượng đạm để đạt được mục tiêu canh tác bền vững trong điều kiện biến đổi khí hậu

 - Nghiên cứu khả năng tiết indole-3-acetic acid (IAA), 5-aminolevulinic acid (ALA), siderophores và các chất kích thích sinh trưởng thực vật của các chủng vi khuẩn đã áp dụng trong điều kiện đồng ruộng trên cây lúa và cây khoai lang.

- Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn có triển vọng B. vietnamiensis X1, X2, X3 cho cây lúa và VK1: E. cloacae X4, B. acidipaludis X5, Ba. sp. X6 cho khoai lang để tận dụng khả năng hiệp lực của các chủng này đến hiệu quả về năng suất lúa, năng suất khoai lang ở các vùng đất phèn.

- Triển khai áp dụng trên diện rộng để đánh giá ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ chua…lên hiệu quả của các dòng vi khuẩn tiềm năng.

- Sản xuất chất mang phù hợp để nâng cao khả năng sống sót và hoạt tính của các dòng vi khuẩn trong điều kiện đồng ruộng.

1. Brief contents

The dissertation titled “Isolation, selection and identification plant associated bacteria at rice, sweet potato cultivated on acid sulphate soils in the Mekong Delta” was conducted for the following objectives (i) isolation of endophytic and rhizospheric bacterial strains associated with sweet potato and rice for abilities of nitrogen fixing, phosphate-solubilizing; (ii) selection of promising nitrogen fixing, phosphate-solubilizing bacterial strains for improvement of sweet potato and rice growth and yield. Rice and rice rhizospheric soil samples were collected from Long Xuyen Quadrangle, Plain of Reed, Depressed of Hau River and Ca Mau Peninsula. For sweet potato samples were also collected from 4 areas, the exception for Ca Mau Peninsula. The sweet potato and rice plant, and soil samples were collected from four acid sulfate soil areas including Ca Mau Peninsula, Long Xuyen Quadrangle, Depressed area of Hau River and Plain of Reed in the Mekong Delta, Vietnam. A total of 431 rice endophytic bacterial strains including 272 strains isolated from rhizobacterial strains and 159 endophytic bacterial strains were obtained. Morphological properties of colonies had colorless, opaque, yellow and very yellow. Besides, colony morphology was mainly circular shapes and entire margin, rod shape and Gram-negative. A total of 424 rice endophytic bacterial strains consisting of 271 strains isolated from rhizobacterial strains and 153 endophytic bacterial strains were obtained. The morphological characteristics of colonies also were transparency, milk-color, yellow and very yellow. Moreover, colony morphology was mostly circular shapes and entire margin, rod shape and Gram-positive, but several strains had sphere shape. The 25 selected rice endophytic bacterial strains had promised high abilities for nitrogen fixing, phosphate-solubilizing that were identified by 16S rDNA sequence analysis. The phylogenetic analysis has belonged to Bacilli, Gammaproteobacteria and Betaproteobacteria groups. Similarly, The 2 selected sweet potato, yam, and cassava endophytic bacterial strains had high promised capacities for nitrogen fixing, phosphate-solubilizing, which were identified by 16S rDNA sequence analysis. The phylogenetic analysis was closely classified to Bacilli and Gammaproteobacteria groups. The without nitrogen fertilizer application decreased rice yield on acid sulfate soil in Long My – Hau Giang, Hon Dat – Kien Giang and Hong Dan – Bac Lieu, but the application of both 60 kg N ha^-1 and Burkholderia vietnamiensis X1 resulted in higher rice yield compared to control treatment (90N-60P-30K) on acid sulfate soil in Hon Dat – Kien Giang. Similarly, the applied B. vietnamiensis X3 increased productivity in Long My – Hau Giang, and Hong Dan – Bac Lieu. However, without phosphorus fertilizer application have not been improved yield by application of B. vietnamiensis X1 và B. vietnamiensis X3 because there were not significant differences between phosphorus and without phosphorus fertilization. The bacteria Burkholderia acidipaludis X5 have high nitrogen fixation capability compared to those in the 2 other bacteria through increased number of tubers and yield of sweet potato. Applying 60 kg N/ ha in combination with incubation of bacteria Burkholderia acidipaludis X5 showed that the tuber number, tuber length, tuber diameter and sweet potato yield were equivalent with applying 90 kg N/ha. Incubation with bacteria Burkholderia acidipaludis X5 could save 30% of nitrogen fertilizers for sweet potato.

2. The new findings of the dissertation:

The without nitrogen fertilizer application decreased rice yield on acid sulfate soil in Long My – Hau Giang, Hon Dat – Kien Giang and Hong Dan – Bac Lieu, but the application of both 60 kg N ha^-1 and Burkholderia vietnamiensis X1 resulted in higher rice yield compared to control treatment (90N-60P-30K) on acid sulfate soil in Hon Dat – Kien Giang. Similarly, the applied B. vietnamiensis X3 increased productivity in Long My – Hau Giang, and Hong Dan – Bac Lieu. However, without phosphorus fertilizer application have not been improved yield by application of B. vietnamiensis X1 và B. vietnamiensis X3.

The bacterium Burkholderia acidipaludis X5 has high nitrogen fixation capability compared to those in the 2 other bacteria through increased number of tubers and yield of sweet potato. Applying 60 kg N/ ha in combination with incubation of bacteria Burkholderia acidipaludis X5 showed that the tuber number, tuber length, tuber diameter and sweet potato yield were equivalent with applying 90 kg N/ha. Incubation with bacteria Burkholderia acidipaludis X5 could save 30% of nitrogen fertilizers for sweet potato.

3. Applications and suggestions for further study

Making the diversity of bacterial source having high ability of nitrogen fixation and phosphorus solubilization to meet the demand of sustainability of agriculture in Mekong Delta.

The application of bacteria as nitrogen fixer reduced large amount of N fertilizer rates as methane emission to obtain sustainable agriculture under climate change conditions

Evaluation of released indole-3-acetic acid (IAA), 5-aminolevulinic acid (ALA), siderophores, plant growth promoting sunstances in vitro

Use the mixture of B. vietnamiensis X1, X2, X3 for rice and E. cloacae X4, B.acidipaludis X5, Ba. sp. X6 for sweet potato to confirm the efficacy of synergistic action on rice and sweet potato yield in four ASS areas

Due to the effects of soil environmental factors on rice growth, the potent bacteria should be investigated under acidic paddy fields to evaluate their efficiency on soil health in paddy fields on ASS before recommending to farmers.

Selection of suitable carriers to improve the survival and their activities under field condition due to interaction with soil normal flora, bacterial communities.

• 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)