đánh giá sự ảnh hưởng của vi khuẩn cố định nitơ lên một số loại cây trồng

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐÀO MINH THUẬN ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA VI KHUẨN CỐ ĐỊNH NITƠ LÊN MỘT SỐ LOẠI CÂY TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2014 ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐÀO MINH THUẬN ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA VI KHUẨN CỐ ĐỊNH NITƠ LÊN MỘT SỐ LOẠI CÂY TRỒNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS Tăng Thị Chính THÁI NGUYÊN – 2014 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu dƣới đây do tôi và nhóm cộng sự nghiên cứu phòng Vi sinh vật Môi trƣờng - Viện Công nghệ Môi trƣờng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam thực hiện từ tháng 5 năm 2013 tới tháng 5 năm 2014. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Học viên Đào Minh Thuận iv MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ix LỜI CẢM ƠN x MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên 3 1.2. Quá trình cố định nitơ phân tử 5 1.2.1. Quá trình cố định nitơ tự do 6 1.2.1.1. Vi khuẩn cố định nitơ hiếu khí (Azotobacter) 6 1.2.1.2. Vi khuẩn cố định nitơ kỵ khí Clostridium 8 1.2.1.3. Vi khuẩn Beijerinskii 9 1.2.2. Quá trình cố định nitơ cộng sinh 10 1.2.2.1. Khái niệm và quan điểm về phân loại 10 1.2.2.2. Đặc tính sinh học và tính chuyên hóa của vi khuẩn nốt sần 12 1.2.2.3. Sự hình thành hệ cộng sinh ở rễ cây họ đậu 13 1.2.2.4. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn cố định nitơ 15 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình cố định nitơ 17 1.3. Vai trò và ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên cây trồng 18 1.4. Tình hình sử dụng và sản xuất chế phẩm vi khuẩn cố định nitơ trên Thế giới và Việt Nam 19 1.4.1. Tình hình sử dụng và sản xuất chế phẩm vi khuẩn cố định nitơ trên Thế giới 19 1.4.2. Tình hình sử dụng và sản xuất chế phẩm vi khẩn cố định nitơ ở Việt Nam 21 v CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Vật liệu nghiên cứu 26 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu 26 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 26 2.3.1 Địa điểm nghiên cứu 26 2.3.2 Thời gian nghiên cứu 26 2.4. Bố trí thí nghiệm 26 2.4.1. Thực hiện bố trí thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 26 2.4.2. Thực hiện bố trí thí nghiệm trên quy mô đồng ruộng 27 2.5. Phƣơng pháp phân tích 28 2.5.1. Phƣơng pháp xác định mật độ vi sinh vật 28 2.5.2 . Phƣơng pháp xác định chỉ số nốt sần 28 2.5.3. Phƣơng pháp xác định độ ẩm và hệ số khô kiệt của đất 29 2.5.4. Phƣơng pháp phân tích nitơ trong đất 30 2.5.4.1. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng nitơ tổng số 30 2.5.4.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng nitơ dễ tiêu 31 2.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu 31 CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. Ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên cây đậu xanh trên quy mô phòng thí nghiệm 32 3.1.1. Kết quả vi sinh vật trong các mẫu đất 32 3.1.2. Đánh giá tác động của vi khuẩn cố định nitơ tới hàm lƣợng nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong mẫu đất trồng đậu xanh 34 3.1.3. Đáng giá tác động của vi sinh vật cố định nitơ lên sinh trƣởng và năng suất của cây đậu xanh 37 vi 3.2. Đánh giá hiệu quả của vi khuẩn cố định nitơ lên cây ngô và cây bắp cải ngoài đồng ruộng 40 3.2.1. Đánh giá hiệu quả của vi khuẩn cố định nitơ lên cây ngô 40 3.2.1.1. Đánh giá mật độ vi sinh vật trong các mẫu đất trồng ngô 40 3.2.1.2. Đánh giá hàm lƣợng nitơ tổng số và hàm lƣợng nitơ dễ tiêu trong mẫu đất trồng ngô 41 3.2.1.3. Đánh giá tác động của vi khuẩn cố định nitơ lên sự sinh trƣởng của cây ngô 44 3.2.2. Đánh giá tác động lên cây bắp cải 45 3.2.2.1. Đánh giá mật độ vi sinh vật trong các mẫu đất trồng bắp cải 45 3.2.2.2. Đánh giá hàm lƣợng nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong đất trồng cây bắp cải 46 3.2.2.3. Kết quả đánh giá sinh khối bắp cải 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 Kết luận 49 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 Tài liệu Tiếng Việt 50 Tài liệu Tiếng Anh 51 Tài liệu internet 53 PHỤ LỤC 54 vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Nội dung 1 ATP Adenosin triphosphat 2 Az Azotobacter 3 CFU Colony Forming Unit 4 Cl Clostridium 6 ĐC Đối chứng 7 ĐC(-) Đối chứng âm 8 ĐC(+) Đối chứng dƣơng 5 DNA Deoxyribonucleic acid 9 MPA Meat pepton agar 10 N Nitơ 11 P Phốtpho 12 ppm Parts per million 13 TN Thí nghiệm 14 TN1 Thí nghiệm 1 15 TN2 Thí nghiệm 2 16 VSV Vi sinh vật 17 YME Yeast Manniol Extract viii DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tình hình sử dụng chế phẩm nốt sần cho cây đậu đỗ tại Việt Nam 22 1.2 Khả năng cố định nitơ của một số cây họ đậu trên đồng ruộng 24 2.1 Bố trí thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 26 2.2 Bố trí thí nghiệm trên quy mô đồng ruộng với vi khuẩn cố định nitơ 27 2.3 Các thông số xác định chỉ số nốt sần 28 3.1 Sự biến động mật độ vi khuẩn cố định nitơ tự do, nitơ cộng sinh và vsv tổng số trong các mẫu đất trồng cây đậu xanh 32 3.2 Chỉ số nốt sần ở rễ cây đậu xanh 33 3.3 Kết quả so sánh hàm lƣợng nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong đất trồng đậu xanh 36 3.4 Kết quả đo chiều dài trung bình thân cây đậu xanh 37 3.5 Kết quả mật độ vi khuẩn cố định nitơ tự do, nitơ cộng sinh và vsv tổng số trên mẫu đất trồng cây ngô 40 3.6 Kết quả so sánh hàm lƣợng nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong các mẫu đất trồng ngô 43 3.7 Kết quả đánh giá mật độ cố định nitơ tự do, ni tơ cộng sinh và vsv tổng số ở mẫu đất trồng cây bắp cải 45 3.8 Kết quả so sánh hàm lƣợng nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong các mẫu đất trồng bắp cải 47 ix DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1 Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên 4 1.2 Azotobacter 7 1.3 Clostridium 9 1.4 Nốt sần rễ họ đậu 12 1.5 Sự xâm nhiễm của vi khuẩn nốt sần 14 2.1 Đồ thị đƣờng chuẩn P tổng số (mg/ml) ở OD 882 34 2.2 Đồ thị chuẩn đƣờng P dễ tiêu (mg/ml) với OD 882 37 3.1 Sự biến động của nitơ tổng số trong mẫu đất trồng đậu xanh 34 3.2 Sự biến động của nitơ dễ tiêu trong mẫu đất trồng đậu xanh 35 3.3 Sinh khối trung bình cây và chiều dài rễ cây đậu xanh 38 3.4 Quả đậu xanh thu hoạch ở quy mô phòng thí nghiệm 39 3.5 Tỷ lệ quả chắc và năng suất quả trung bình cây đậu xanh 39 3.6 Kết quả phân tích hàm lƣợng N tổng số trong mẫu đất trồng ngô 42 3.7 Kết quả phân tích hàm lƣợng N dễ tiêu trong đất trồng ngô 42 3.8 Hình ảnh cây ngô trồng ở quy mô đồng ruộng 44 3.9 Tỷ lệ bắp đều hạt và năng suất trung bình bắp ngô 44 3.10 Kết quả phân tích nitơ tổng số trong mẫu đất trồng cây bắp cải 46 3.11 Kết quả phân tích nitơ dễ tiêu trong mẫu đất trồng cây bắp cải 46 3.12 Sinh khối tƣơi trung bình của cây bắp cải khi thu hoạch 48 x LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Tăng Thị Chính – Trƣởng phòng Vi sinh vật Môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã định hƣớng nghiên cứu, hƣớng dẫn và tạo điều kiện về kinh phí, hóa chất, thiết bị trong suốt thời gian thực hiện luận văn tại phòng. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới Th.S Đặng Thị Mai Anh và các anh chị, cán bộ phòng Vi sinh vật môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Vũ Thanh Thanh cùng các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên; các thầy cô trong Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những ngƣời đã luôn bên tôi, động viên và góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Học viên Đào Minh Thuận [...]... bón vi sinh vật là vi c làm hết sức cần thiết Xuất phát từ các lý do trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu: Đánh giá sự ảnh hưởng của vi khuẩn cố định nitơ lên một số loại cây trồng * Mục tiêu của đề tài: Đánh giá hiệu quả của các chủng vi khuẩn cố định nitơ đã đƣợc tuyển chọn của Phòng Vi sinh vật Môi trƣờng – Vi n Công nghệ Môi trƣờng – Vi n Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Vi t Nam lên một số. .. một số loại cây trồng, qua đó 2 phục vụ sản xuất phân hữu cơ nhằm hạn chế vi c sử dụng phân bón hóa học, tăng năng suất cây trồng và bảo vệ môi trƣờng * Nội dung nghiên cứu - Đánh giá khả năng cố định nitơ và và sự ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên năng suất cây trồng khi bổ sung vào đất ở quy mô phòng thí nghiệm - Đánh giá khả năng cố định nitơ và và sự ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên năng... trong đất vi khuẩn cố định nitơ vẫn có thể bị thực khuẩn thể ký sinh và gây chết Ở đất trồng đậu, 18 một số thực khuẩn thể có thể đƣợc tích lũy cao trong đất, sẽ tấn công tiêu diệt các chủng vi khuẩn cố định nitơ nhiểm thực khuẩn thể, do đó có thể làm giảm khả năng cố định nitơ của cây đậu 1.3 Vai trò và ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên cây trồng Nitơ có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự sống thực... sẽ gia tăng Ảnh hƣởng của P và K: P và K cũng có ảnh hƣởng đến tốc độ cố định nitơ của vi khuẩn vì là những chất tối cần thiết cho cây và vi khuẩn Ảnh hƣởng của chất môlípđen (Mo): Mo là vi lƣợng rất cần cho vi khuẩn cố định N, nhƣng với lƣợng rất nhỏ Ở đất chua, Mo bị cố định nên nếu trộn một lƣợng nhỏ muối Mo vào hạt đậu thì có khả năng tăng thêm tốc độ cố định nitơ Ảnh hƣởng của thực khuẩn thể (bacteriophage):... khi sản xuất chế phẩm vi khuẩn 17 nốt sần cần phải chọn đƣợc những chủng có sức sống cao, sinh trƣởng, phát triển mạnh, có khả năng cố định đạm cao, đồng thời phải cạnh tranh đƣợc với các loại vi sinh vật đối kháng trong đất 1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định nitơ Ảnh hƣởng của pH của đất: pH ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và tạo nốt sần ở rễ của vi khuẩn cố định nitơ Ở pH nhỏ hơn 4 không... giả khuẩn Thể giả khuẩn là trạng thái duy nhất có khả năng cố định nitơ của vi khuẩn nốt sần, giai đoạn này trùng với giai đoạn ra hoa của thực vật, khi đó cƣờng độ cố định nitơ của chúng là cực đại Vi khuẩn nốt sần có tính chuyên hoá cao, mỗi loài chỉ xâm nhiễm một nhóm cây họ đậu nhất định Ngay từ 1888, ngƣời ta đã phát hiện rằng vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây trồng thuộc bộ đậu có thể cố định. .. ATP của cây làm cho nó khít lại, khi đó quá trình khử nitơ mới diễn ra Vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào rễ cây bộ đậu thông qua các lông hút hoặc những tế bào bị thƣơng của biểu bì và vỏ rễ, đặc biệt là những chỗ phân nhánh của rễ Do sự kích thích của vi khuẩn, rễ tiết ra chất dịch bao vây lấy đƣờng đi của vi khuẩn và cũng là chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn, chúng tạo thành dây xâm nhập nên vi khuẩn. .. làm giảm tốc độ cố định nitơ của vi khuẩn Dù vậy, trong điều kiện thiếu nắng, tốc độ cố định nitơ của vi khuẩn cũng giảm sút rõ rệt Ảnh hƣởng của đạm NH4+ và NO3-: trong đất có hàm lƣợng NH4+ và NO3- cao, vi khuẩn có khuynh hƣớng sử dụng NH4+ hoặc NO3- hơn là cố định N khí trời Ngoài ra, khi bón nhiều phân N vô cơ, số nốt rễ ở cây đậu sẽ giảm bớt Còn ở đất có hàm lƣợng NH4+ và NO3- kém, số nốt sần và... bón vi sinh vật chứa vi khuẩn cố định nitơ tự do đã đƣợc khảo nghiệm hiệu lực đối với cây trồng trên đồng ruộng và đƣợc đƣa vào danh mục các loại phân bón đƣợc phép sử dụng [33] 1.2.1.2 Vi khuẩn cố định nitơ kỵ khí Clostridium Nhiều loại thuộc giống Clostridium có khả năng cố định nitơ trong không khí nhƣ: Cl Pastuerianum, Cl Butyrium, Cl Acetobutylicum, Cl Felsineum Chúng thuộc một nhóm phân loại, ... vulgaris 40 – 170 103 Vi c bón phân vi sinh vật cố định nitơ còn làm tăng khả năng chống chịu của cây và giảm lƣợng nitrat tồn dƣ trong rau Hiệu quả kinh tế sử dụng phân vi sinh vật cố định nitơ là rõ rệt Bón phân vi sinh vật cố định nitơ cho cây trồng có thể thay thế một phần phân đạm khoáng Ngoài tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng, thông qua các hoạt chất sinh học của chúng phân vi sinh vật còn có tác . Đánh giá khả năng cố định nitơ và và sự ảnh hƣởng của vi khuẩn cố định nitơ lên năng suất cây trồng khi bổ sung vào đất ở quy mô phòng thí nghiệm. - Đánh giá khả năng cố định nitơ và và sự ảnh. 3.2.1.2. Đánh giá hàm lƣợng nitơ tổng số và hàm lƣợng nitơ dễ tiêu trong mẫu đất trồng ngô 41 3.2.1.3. Đánh giá tác động của vi khuẩn cố định nitơ lên sự sinh trƣởng của cây ngô 44 3.2.2. Đánh giá. khuẩn cố định nitơ lên cây ngô và cây bắp cải ngoài đồng ruộng 40 3.2.1. Đánh giá hiệu quả của vi khuẩn cố định nitơ lên cây ngô 40 3.2.1.1. Đánh giá mật độ vi sinh vật trong các mẫu đất trồng