Vi khuẩn lam ( cyanobacteria) trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh đắk lắk và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái

Vi khuẩn Lam ( Cyanobacteria) trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắk Lắk và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học vinh ]^ Hồ Sỹ Hạnh Vi khuẩn lam (cyanobacteria) Trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắk Lắk v mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 62 42 20 01 Tóm tắt Luận án tiến sĩ sinh học Vinh - 2007 Công trình đợc hoàn thành tại Trờng đại học Vinh. Ngời hớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Võ Hành. 2. GS. TSKH. Dơng Đức Tiến. Phản biện 1: TSKH. Nguyễn Tiến Cảnh, Viện Nghiên cứu Hải sản. Phản biện 2: PGS. TSKH. Trần Văn Nhị, Viện Công nghệ Sinh học. Phản biện 3: GS. TS. Đặng Đình Kim, Viện Công nghệ Môi trờng. Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc họp tại Trờng đại học Vinh, vào hồi 8 giờ 30 phút ngày 02 tháng 10 năm 2007 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Th viện Quốc gia, - Th viện Trờng đại học Vinh. 1 Khái quát chung về luận án 1. Tính cấp thiết của đề tài Vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) thuộc nhóm sinh vật tiền nhân, có đời sống quang tự dỡng, một số trong chúng có khả năng cố định nitơ phân tử làm giàu nguồn đạm cho đất trồng. Bên cạnh đó, chúng còn tham gia trong việc chống xói mòn đất, bổ sung lợng vật chất hữu cơ cho đất và tiết ra môi trờng chất kích thích có tác dụng tốt đối với thực vật. Một số loài vi khuẩn Lam (VKL) đợc dùng làm chỉ thị cho mức độ ô nhiễm môi trờng, cũng nh khả năng làm sạch sinh học môi trờng đất và nớc. Việc tìm hiểu đặc điểm nhóm sinh vật hữu ích này ở trong đất là vấn đề cấp thiết trong chiến lợc bảo vệ môi trờng đất, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp phát triển bền vững. ở Việt Nam, các nghiên cứu về VKL trong đất cha có nhiều, đặc biệt khu vực Tây Nguyên nói chung và Đắk Lắk nói riêng, cho đến nay cha có công trình nào nghiên cứu một cách có hệ thống vấn đề trên. Xuất phát từ lý do đó chúng tôi tiến hành đề tài Vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắk Lắk và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái. 2. Mục tiêu của đề tài Điều tra thành phần loài và mật độ của vi khuẩn Lam trong đất trồng (đất trồng lúa, đất trồng bông và trồng cà phê) ở tỉnh Đắk Lắk, đồng thời xem xét mối quan hệ của chúng với một số yếu tố sinh thái. 3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Những kết quả của luận án góp thêm sự hiểu biết mới về khu hệ tảo đất và VKL ở Việt Nam nói chung, Tây Nguyên nói riêng, đặc biệt là tỉnh Đắk Lắk. Lần đầu tiên đề tài đã nghiên cứu một cách hệ thống về thành phần loài, mật độ VKL cũng nh sự biến động của chúng theo mùa, theo độ sâu ở các loại hình đất trồng. Đồng thời góp phần tìm hiểu các nguồn gen (VKL) bản địa có vai trò trong việc cải tạo chất lợng môi trờng đất. 4. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Đối t ợng nghiên cứu là vi khuẩn Lam trong đất trồng lúa, trồng bông và cà phê ở tỉnh Đắk Lắk. 2 5. Những đóng góp của luận án + Là công trình đầu tiên về điều tra thành phần loài VKL và sự phân bố của chúng một cách có hệ thống trong các loại hình đất trồng của tỉnh Đắk Lắk. + Bớc đầu kết hợp phơng pháp phân loại hình thái và phơng pháp phân loại phân tử để định danh một số taxon VKL. + Đã xác định dợc 129 loài và dới loài VKL, chúng thuộc 20 chi, 10 họ, 4 bộ trong đất trồng ở tỉnh Đắk Lắk. + Đã bổ sung 1 chi và 38 loài/dới loài VKL thuộc địa bàn nghiên cứu cho hệ vi tảo đất Việt Nam. + Làm sáng tỏ qui luật phân bố thành phần loài VKL cũng nh mật độ của chúng trong các mùa và theo độ sâu ở các loại hình đất trồng. + Làm sáng tỏ mối quan hệ của VKL với một số yếu tố của môi trờng đất, xác định đợc các yếu tố có tầm quan trọng đối với sự phân bố của VKL trong các loại hình đất trồng trên địa bàn nghiên cứu bằng phơng pháp CCA. 6. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 149 trang, trong đó có 36 bảng số liệu, 27 hình, 38 ảnh hiển vi các loài mới cho Việt Nam, 1 sơ đồ vị trí thu mẫu, và đợc cấu trúc nh sau: Mở đầu: 2 trang Chơng 1: Tổng quan tài liệu 28 trang Chơng 2: Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu 11 trang Chơng 3: Kết quả nghiên cứu 86 trang Kết luận và đề nghị 3 trang Danh mục các công trình đã công bố 2 trang Tài liệu tham khảo 17 trang (gồm 152 tài liệu tham khảo, trong đó 73 tài liệu tiếng Việt, 60 tài liệu tiếng Anh, 2 tài liệu tiếng Pháp, 1 tài liệu tiếng Đức và 16 tài liệu tiếng Nga). Phụ lục: gồm phụ lục trình bày ảnh hiển vi các loài VKL, các bảng số liệu phân tích các chỉ tiêu nông hoá, phân tích định lợng VKL. 3 Chơng 1 Tổng quan ti liệu 1.1. Vị trí của VKL trong sinh giới và các hệ thống phân loại 1.1.1. Vị trí của VKL trong hệ thống sinh giới Từ lâu, VKL còn đợc gọi là tảo Lam hay rong Lam, tảo Nhầy (thuộc lớp Myxophyceae), thực vật phân cắt (lớp Schizophyceae) và đợc xếp vào một trong các ngành của nhóm Tảo - ngành tảo Lam (Cyanophyta). Hiện nay tảo Lam đợc gọi là vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) thuộc Prokaryota, tuy nhiên trong các chuyên khảo về tảo vẫn coi VKL là một ngành của nhóm tảo. 1.1.2. Các hệ thống phân loại VKL Có thể kể tới một số hệ thống điển hình: Geitler (1932), Fritsch (1945), Gollerbakh (1977), Komarék & Anagnostidis (1986, 1989), Anagnostidis & Komarék (1988, 1990) Theo Waterbury (1989), Waterbury & Rippka (1989) VKL đợc chia thành 5 bộ: Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales, Nostocales và Stigonematales. Sự hợp lí của hệ thống này cũng đợc Van den Hoek et al., (1995) thừa nhận. 1.2. Tình hình nghiên cứu VKL trong đất trên thế giới và ở Việt Nam Ngời đầu tiên đặt nền móng nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL) là Bristol-Roach (1920). Sau Bristol đã có một loạt các công trình nghiên cứu về các khu hệ tảo đất của các tác giả ở Mỹ, Liên Xô (cũ), Nhật Bản, ấn Độ, Pakistan Có thể dẫn ra một số công trình tiêu biểu của: Meier (1922), Gollerbakh (1936, 1969 - 1976), Lund (1940), Fogg (1942, 1962a); Richler (1943), Drouet (1956 - 1981), Kondratieva (1958, 1968), Desikachary (1959), Watanabe (1959), Singh (1961, 1978), Gregorio T.Velasquez (1963), Steward (1972- 1983), Kozuakov et al. (1972), Mc Curdy et al. (1974), Shtina (1976), (Roger và Reynaud, 1982), Venkataraman (1982), Abdul Aziz (1998), Abed et al. (2003), Sanchis et al. (2004), Aziz và Hashem (2004). ở Việt Nam các công bố về tảo nói chung và VKL nói riêng phần lớn đều tập trung vào thuỷ vực, còn trong môi trờng đất, cho đến nay các công trình chuyên khảo về tảo đất và VKL trong đất hãy còn ít ỏi. Ngời đầu tiên nghiên cứu điều tra về VKL trong đất là Cao Ngọc Ph ơng (1964), tiếp đó Nguyễn Thanh Tùng (1978, 1980), Dơng Đức 4 Tiến (1977, 2000, 2004, 2005), Trần Văn Nhị (1984), Phùng Thị Nguyệt Hồng và cs. (1992), Đoàn Đức Lân (1994, 1996), Nguyễn Thị Minh Lan và cs. (2000, 2001), Nguyễn Quốc Hùng (2001), Nguyễn Lê ái Vĩnh và Võ Hành (2001) Bên cạnh đó, những nghiên cứu ứng dụng chúng vào thực tiễn sản xuất cũng đợc tiến hành: Dơng Đức Tiến (1975, 1977, 1990), Nguyễn Đức và cs. (1984, 1985), Trần Văn Nhị (1986, 1988), Đặng Diễm Hồng, Nguyễn Hữu Thớc (1987) . Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phớc Hiền (1993), Nguyễn Thanh Hiền và cs. (1994) 1.3. Một vài đặc điểm về điều kiện tự nhiên và thổ nhỡng của tỉnh Đắk Lắk + Vị trí địa lý Đắk Lắk (cũ) là một tỉnh nằm trên cao nguyên nam Trung bộ, phía bắc giáp tỉnh Gia Lai, phía đông giáp tỉnh Phú Yên và Khánh Hoà, phía nam giáp tỉnh Lâm Đồng và tỉnh Bình Phớc, phía Tây giáp Vơng quốc Cămpuchia; có tọa độ địa lý 11 0 10- 13 0 40 vĩ độ Bắc, 107 0 25- 109 0 06 kinh độ Đông, với diện tích 1.959.950 ha. Địa hình đợc đặc trng bởi cao nguyên, có độ cao trung bình so với mực nớc biển là 550 m và bao gồm các nhóm đất chính: đất phù sa, đất glây, đất đen, đất xám và đất đỏ. + Điều kiện khí hậu Đắk Lắk nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa, có hai mùa rõ rệt: mùa ma từ tháng 5 đến tháng 10; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Chơng 2 Đối tợng v phơng pháp nghiên cứu 2.1. Đối tợng nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của đề tài là vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) trong các loại hình đất trồng lúa, đất trồng bông và đất trồng cà phê ở tỉnh Đắk Lắk. 2.2. Địa điểm, thời gian thu mẫu nghiên cứu Thu mẫu nghiên cứu tại 26 xã thuộc 7 huyện của tỉnh Đắk Lắk (cũ) trong ba loại hình đất trồng (lúa, bông và cà phê). 5 Số mẫu đất dùng để phân tích các chỉ tiêu nông hoá là 54 mẫu của năm 2002 (27 mẫu của mùa khô và 27 mẫu của mùa ma). Số mẫu đất để phân tích thành phần loài VKL trong năm 2002 và 2003 là 324, cụ thể: đất trồng lúa là 108, đất trồng bông là 108 và đất trồng cà phê là 108. Một phần của các mẫu đất của năm 2002 đợc sử dụng để xác định mật độ VKL. 2.3. Phơng pháp nghiên cứu + Phơng pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá Mẫu đất đợc lấy ở độ sâu 0 - 20 cm theo theo phơng pháp hiện hành. Phân tích và đánh giá các chỉ tiêu theo Nguyễn Mời và cs. (1978), Lê văn Khoa và cs. (1996): - Độ ẩm đợc xác định tại hiện trờng bằng máy water test (Model 94); - Chất hữu cơ (mùn) (%) theo phơng pháp Walkley-Black; - Độ chua trao đổi (mgdl H + /100 gam đất) theo phơng pháp Iric; - Nitơ tổng số (%) theo phơng pháp Kjeldahl; - Lân tổng số (%) bằng phơng pháp so màu xanh molipđen; - Nitơ dễ tiêu (mg NH 4 + /100 gam đất) theo phơng pháp Chiurin- Cononova; - Kali dễ tiêu (mg K 2 O/100 gam đất) theo phơng pháp Matlova bằng quang kế ngọn lửa; - Lân dễ tiêu (mg P 2 O 5 /100 gam đất) theo phơng pháp Oniani. (Phân tích các chỉ tiêu đợc thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu đất Tây Nguyên). + Phơng pháp thu, xử lý mẫu VKL trong đất Lấy mẫu đất để xác định VKL theo phơng pháp của Gollerbakh và Shtina (1969). Xử lý mẫu VKL trong đất theo Dơng Đức Tiến (1994). Mẫu VKL đợc lu giữ tại phòng Vi tảo - Bộ môn Thực vật, khoa Sinh học, trờng Đại học Vinh. + Định loại VKL bằng phơng pháp hình thái so sánh VKL đợc định loại bằng phơng pháp hình thái so sánh dựa vào một số tài liệu của: Gollerbakh và cs. (1953), Desikachary (1959), Kondratieva (1968), Ardales và Roger (1987), Dơng Đức Tiến (1996), Komárek và Anagnostidis (1999). Danh lục VKL sắp xếp theo hệ thống của Van den Hoek et al. (1995). 6 + Phơng pháp xác định mật độ VKL Dựa theo Nguyễn Lân Dũng và cs. (1976). Mật độ VKL đợc biểu thị bằng CFU (đơn vị hình thành khuẩn lạc) hình thành trong một gam đất. + Phân loại VKL bằng kỹ thuật RAPD-PCR; xác định trình tự nucleotit đoạn gen 16S rDNA của Westiellopsis sp.VN dựa theo các tài liệu: Sambrook et al. (2001), Đặng Diễm Hồng và cs. (2002), Lê Quang Huấn cs. (2003). + Phân lập và nuôi trồng một số chủng vi khuẩn Lam có tế bào dị hình theo Dơng Đức Tiến (1994). + Xử lý số liệu - So sánh giá trị trung bình của một số yếu tố môi trờng đất đợc thực hiện bằng phơng pháp phân tích phơng sai ANOVA và phơng pháp so sánh t (t-test). - Hệ số tơng quan của VKL với một yếu tố môi trờng đất bằng phơng pháp phân tích tơng quan cặp. - Đánh giá quan hệ thành phần loài VKL ở ba loại hình đất trồng lúa, trồng bông và đất trồng cà phê giữa các mùa đợc sử dụng công thức tính hệ số giống nhau của Sorenxen (1948), và Stugren - Radulescu (1961). - Phân tích tơng quan giữa sự phân bố của VKL với các yếu tố môi trờng đất đợc thực hiện theo cách định vị trực tiếp bằng phơng pháp CCA (Jongman et al., 1995). Chơng 3 KếT QUả NGHIêN CứU 3.1. Một số chỉ tiêu nông hoá thổ nhỡng của các loại hình đất trồng ở tỉnh Đắk Lắk 3.1.1. Giá trị trung bình một số yếu tố môi trờng của đất trồng lúa, trồng bông và cà phê - Độ ẩm Độ ẩm trung bình trong ba loại hình đất trồng ở mùa ma đạt từ 88,33 - 99,39%; vào mùa khô độ ẩm đạt mức 57,87% - 89,83%. Tuy nhiên, trong cả hai mùa thì độ ẩm trong đất trồng bông và cà phê đều thấp hơn đất trồng lúa. - Độ pH [...]... giảm dần từ đất trồng lúa đến đất trồng bông và đất trồng cà phê; từ mùa ma sang mùa khô và từ lớp đất mặt (0 - 5 cm) xuống lớp sâu trong đất (5 - 20 cm) 18 3.8 Mối quan hệ của vi khuẩn Lam với một số yếu tố môi trờng đất Bảng 3.35 Hệ số tơng quan (P) giữa vi khuẩn Lam với các yếu tố môi trờng ở các loại hình đất trồng trong mùa khô HSTQ (P) Độ ẩm pH Hữu cơ Nts Ndt Pts Pdt Kdt Đất lúa Số loài Mật độ... ảnh hởng lớn đến thành phần loài và mật độ của chúng, kết quả đợc chỉ ra trong bảng 3.35 và bảng 3 36 ở đất trồng lúa, thành phần loài VKL có quan hệ khá chặt với yếu tố Ndt (P = 0,640), với đất trồng bông thì ẩm độ và Kdt; còn đất trồng cà phê thì yếu tố độ ẩm và Pdt lại có quan hệ chặt chẽ hơn so với các yếu tố khác (Bảng3.35) Mối quan hệ giữa mật độ VKL với các yếu tố môi trờng ở đất trồng lúa ở mùa... và đất trồng cà phê có S = 0,32, giữa đất trồng lúa và đất trồng cà phê có S = 0,29 Các giá trị đó cho thấy có sự khác nhau khá lớn về thành phần loài ở các loại hình đất trồng, khác biệt nhất là giữa đất trồng lúa và đất trồng cà phê (Bảng 3.33) 17 Bảng 3.33 Hệ số Sorenxen giữa ba loại hình đất trồng Taxon Số loài và dới loài gặp ở (a) gặp ở (b) gặp chung Cặp so sánh Đất trồng lúa Đất trồng bông Đất. .. kể Mật độ vi khuẩn Lam dao động từ 1,10 11,82 x 103 CFU/1g đất, cao nhất ở đất trồng lúa, thấp nhất ở đất trồng cà phê Vào mùa ma mật độ cao hơn mùa khô và càng xuống sâu mật độ giảm mạnh 5 Xem xét mối quan hệ thành phần loài vi khuẩn Lam trong ba loại hình đất trồng và ở các mùa trong năm cho thấy: Thành phần loài vi khuẩn Lam trong đất trồng lúa gần với thành phần loài ở đất trồng bông (Rg = - 0,36,... ở tỉnh Đắk Lắk Bảng 3.18 Phân bố các taxon vi khuẩn Lam trong các loại hình đất trồng T Taxon Số bộ Số họ Số chi Số loài/dới loài Tổng số đã gặp 4 10 20 129 1 Đất trồng lúa 4 9 18 101 2 Đất trồng bông 4 8 14 55 3 Đất trồng cà phê 4 8 11 26 T Đất trồng Số liệu ở bảng 3.18 cho thấy trong ba loại hình đất trồng thì số lợng taxon bậc họ, bậc chi và bậc loài giảm dần theo thứ tự từ đất trồng lúa, đất trồng. .. 3 Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành, Dơng Đức Tiến (2 005), Đặc điểm nông hoá và vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số huyện thuộc tỉnh Đắk Lắk, Tạp chí Khoa học đất, N023/2005, tr 52-54 4 Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành, Dơng Đức Tiến (2 005), Vi khuẩn Lam trong đất trồng cây công nghiệp (bông và cà phê) ở tỉnh Đắk Lắk, Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong Khoa học sự sống, Báo cáo khoa học hội nghị toàn... 3.1.2 So sánh một số yếu tố giữa mùa khô và mùa ma Độ ẩm trong ba loại hình đất đều có sự khác biệt quan trọng giữa mùa ma và mùa khô (t-test < 0,05) Ngoài độ ẩm, ở đất trồng bông còn có sự khác biệt các yếu tố pH và Pts giữa hai mùa; còn ở đất trồng cà phê lại là Pdt và Kdt; đối với đất trồng lúa các yếu tố còn lại không có sự khác biệt giữa hai mùa 3.2 Đa dạng các taxon ngành vi khuẩn Lam 3.2.1 Cấu... 3 Vi khuẩn Lam trong đất trồng ở tỉnh Đắk Lắk đa dạng về hình thái: có 7 loài và dới loài đơn bào (chiếm 5,43%) và 122 loài và dới loài có cấu trúc dạng sợi (9 4,57%), trong đó dạng sợi không phân nhánh có 108 (thuộc 11 chi), dạng sợi phân nhánh là 14 (thuộc 5 chi) 4 Thành phần loài và mật độ vi khuẩn Lam có sự biến động theo các loại hình đất trồng, độ sâu và theo mùa Trong cả mùa ma và mùa khô, ở đất. .. thấy: đất trồng lúa và đất trồng bông có thành phần loài khá gần nhau (Rg: - 0,36; Rs: 0,48; R: - 0,08), tiếp đến là đất trồng bông và đất trồng cà phê (Rg: - 0,33; Rs: 0,62; R: - 0,01), còn đất trồng lúa và trồng cà phê có sự khác biệt cao (Rg: - 0,05; Rs: 0,64; R: 0,18) Kết quả trên cũng phù hợp với kết quả khi xem xét hệ số Sorenxen (S) Hệ số này giữa đất trồng lúa và trồng bông là 0,41 Giữa đất trồng. .. tầm quan trọng nhất đối với sự phân bố của VKL Với đất trồng bông thì yếu tố pH có tầm quan trọng nhất, còn đối với đất trồng cà phê thì cả yếu tố pH và Kdt, Pts 21 Kết luận v đề nghị Kết luận: Từ các kết quả thu đợc trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đi đến những kết luận sau: 1 Đã xác định đợc 129 loài và dới loài vi khuẩn Lam trong đất trồng ở tỉnh Đắk Lắk, chúng thuộc 20 chi, 10 họ, 4 bộ Trong . phát từ lý do đó chúng tôi tiến hành đề tài Vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắk Lắk và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái. 2. Mục tiêu. phần loài và mật độ của vi khuẩn Lam trong đất trồng ( ất trồng lúa, đất trồng bông và trồng cà phê) ở tỉnh Đắk Lắk, đồng thời xem xét mối quan hệ của chúng với một số yếu tố sinh thái. 3 dục và đào tạo Trờng đại học vinh ]^ Hồ Sỹ Hạnh Vi khuẩn lam (cyanobacteria) Trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắk Lắk v mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố