Vi khuẩn lam (cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện cẩm xuyên, tỉnh hà tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN THỊ HƯƠNG VI KHUẨN LAM CYANOBACTERIA TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN CẨM XUYÊN, TĨNH HÀ TĨNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC SIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TRẦN THỊ HƯƠNG

VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA)

TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN CẨM XUYÊN, TĨNH HÀ TĨNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC SINH HỌC

(Chuyên ngành: Thực vật học)

Nghệ An - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TRẦN THỊ HƯƠNG

VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA)

TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN CẨM XUYÊN, TĨNH HÀ TĨNH

Chuyên ngành: Thực vật học

Mã số: 60.42.01.11

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS LÊ THỊ THÚY HÀ

Nghệ An - 2014

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bản luận văn này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân

thành sâu sắc đến cô giáo TS Lê Thị Thuý Hà, người đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và công sức để chỉ dẫn, giúp đỡ và hướng dẫn khoa học để tôi hoàn thành tốt bản luận văn

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong trường Đại học Vinh, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh, Tổ bộ môn thực vật cũng như các đồng nghiệp tại Trường THPT Nguyễn Đình Liễn, Huyện Cẩm Xuyên, Tĩnh Hà Tĩnh đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Nhân đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn

bè và những người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn để đạt được kết quả tốt

Nghệ An, Ngày 22 tháng 10 năm 2014

Tác giả

Trần Thị Hương

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn Mục lục Các chữ viết tắt trong luận văn Danh mục bảng và các hình trong luận văn Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan tài liệu 3

1.1 Tình hình nghiên cứu VKL trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới 3

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam ở Việt Nam 4

1.2.Vai trò của Vi khuẩn lam 6

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam trong đất 8

1.3.1 Đặc điểm, cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam 8

1.3.2 Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất………10

1.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL…… 11

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 13

2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 13

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 13

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 13

2.1.3 Thời gian thu và xử lí mẫu 13

2.2 Phương pháp nghiên cứu 15

2.2.1 Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất 15

2.2.2 Định loài Vi khuẩn lam bằng phương pháp hình thái so sánh 16

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 17

3.1 Một số đặc điểm về điều kiện tự và khí hậu của huyện Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh) 17

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 17

3.1.2 Đặc điểm khí hậu 18

3.2 Đa dạng Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên 19

3.2.1 Cấu trúc thành phần loài 19

3.2.2 Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh 31

3.2.3 Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ 34

3.2.4 Phân bố các taxon bậc loài trong chi 35

3.2.5 Vi khuẩn lam có tế bào dị hình trong đất trồng lúa của huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh……… 37

3.3 Đa dạng về thành phần loài VKL ở các địa điểm thu mẫu 38

3.4 Đa dạng về thành phần loài VKL qua các đợt thu mẫu 40

3.5 Đa dạng về hình thái 42

3.6 So sánh tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh với một số công trình nghiên cứu khác 44

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 54

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc

huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh 20

Bảng 3.2 Số lượng taxon bậc bộ, họ, chi và loài/dưới loài đã gặp của ngành

VKL trong đất trồng lúa ở một số xã huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh 31

Bảng 3.3 Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ Vi Khuẩn Lam 34

Bảng 3.4 Phân bố số lượng loài / dưới loài trong các chi của Vi khuẩn lam

đã được phát hiện 35

Bảng 3.5 Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã 39

Bảng 3.6 Đa dạng về thành phần loài VKL qua các đợt thu mẫu 41

Bảng 3.7 Đa dạng về hình thái các taxon Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở

một số xã thuộc huyện huyện Cẩm Xuyên, Tĩnh Hà Tĩnh 43

Bảng 3.8 Đa dạng về hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã

thuộc huyện Cẩm Xuyên, tĩnh Hà Tĩnh so với các vùng được nghiên cứu 44

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Sơ đồ các điểm thu mẫu……… ………14 Hình 3.1 Số lượng taxon các bậc của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh ……… 31 Hình 3.2 Tỉ lệ % các họ trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam………… 32 Hình 3.3 Tỉ lệ % các chi trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam………… 33 Hình 3.4 Tỉ lệ % các loài trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam……… 33 Hình 3.5 Tỉ lệ % số chi và số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tĩnh Hà Tĩnh 34 Hình 3.6 Tỷ lệ số lượng loài VKL CĐN trong đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên……… 37 Hình 3.7 Số lượng loài ở các xã của huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh 39 Hình 3.8 Tỉ lệ % số chi và số loài qua các đợt thu mẫu 41

MỞ ĐẦU;

Trong những năm gần đây vi tảo là đối tượng đã thu hút được sự chú ý

ngày càng tăng của nhiều lĩnh vực như khoa học, công nghệ và thương mại do

những ưu thế của cơ thể này đem lại Trong đó phải kể đến Tảo Lam

(Cyanophyta) hay Vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) có vai trò rất quan trọng

trong các hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái đất nói riêng, đặc biệt là trong

đất trồng lúa Với khả năng cố định N2 chúng đã góp phần làm tăng đáng kể

hàm lượng đạm cho đất Ngoài ra, sự phát triển của VKL làm tăng khả năng

giữ nước đối với vùng đất khô hạn, tăng độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và

chua VKL còn tiết vào môi trường các chất có hoạt tính sinh học kích thích

sự sinh trưởng của cây trồng Điều đó cho thấy khả năng ứng dụng của VKL

vào thực tiễn sản xuất là rất lớn

Việc nghiên cứu Vi khuẩn Lam trong đất trồng lúa là rất cần thiết nhằm

phát hiện những loài có khả năng làm giàu đạm cho đất, nâng cao năng suất

cây trồng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tận dụng và phát triển một nguồn

lợi có ích là sự mong ước của tất cả ai đã và đang quan tâm tới Vi Khuẩn

Lam

Cẩm Xuyên là một huyện ven biển có diện tích đất nông nghiệp lớn của

tỉnh Hà Tĩnh, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu

về thành phần loài Vi Khuẩn Lam trong các loại hình đất trồng ở đây

Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài: “Vi khuẩn Lam

(Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên,

Tỉnh Hà Tĩnh”

Mục tiêu của đề tài là xác định thành phần loài Vi Khuẩn Lam

(Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc Huyện Cẩm Xuyên,

Tỉnh Hà Tĩnh

Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là:

+ Xác định được thành phần loài VKL có trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tỉnh Hà Tĩnh

+ Đánh giá được tính đa dạng về thành phần loài VKL và VKL cố định nitơ trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tỉnh Hà Tĩnh

Đề tài được tiến hành từ tháng 8 năm 2013 đến tháng 8 năm 2014 tại Bộ môn Thực vật, Khoa Sinh và Trung tâm thực hành thí nghiệm, Trường Đại học Vinh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới

Vi Khuẩn Lam (VKL) là những sinh vật tự dưỡng có kích thước hiển

vi, sống chủ yếu trong môi trường nước và đất Nghiên cứu Vi Khuẩn Lam đã được tiến hành từ những thập niên đầu thế kỷ thứ XIX (C Agardn, 1824 ; Kuetzing, 1843) [30] và theo nhiều hướng khác nhau

Từ đầu thế kỷ XX, nghiên cứu về VKL đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới đề cập đến như: Elenkin (1916, 1923, 1936), Geitlr (1925, 1932 ) [30], Gollerbakh và cs (1953) [51], Kondratienva (1968) [52] Các công trình này đã cung cấp những dẫn liệu về nhóm sinh vật nhỏ bé này, vì vậy những tri thức về VKL ngày càng phong phú và hoàn thiện hơn

Ở khu vực Châu Á, các nước Ấn Độ, Nhật Bản và Philippines là những nước có những nghiên cứu chuyên sâu về VKL cả về mặt phân loại cũng như đặc tính sinh lý, sinh hóa để sử dụng chúng trong việc cải tạo đất trồng Desikachary (1959) [40] tiến hành nghiên cứu khu hệ VKL ở Ấn Độ trong nhiều năm, kết quả đã xác định được 750 loài thuộc 85 chi, trong đó có

70 loài lần đầu tiên được phát hiện ở nước này Gregorio T Velasquez (1963) [41] công bố kết quả nghiên cứu VKL tại Phillippines với 162 loài và 3 dạng, thuộc 33 chi, 8 họ

Watanabe (1959) [ dẫn theo 9] đã tiến hành nghiên cứu nhiều vùng khác nhau của Nam và Đông Á Trong số 851 mẫu đất, đã tìm thấy 46 loài có

khả năng cố định nitơ, chúng thuộc các chi Tolypothrix, Nostoc,

Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis và Schizothrix Theo tác giả VKL có nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như

Malaixia, Thái Lan, Đài Loan nhưng ít thấy ở Nhật Bản, Trung Quốc

Aushas và cs (2009) [1] qua nghiên cứu cho rằng VKL đã thúc đẩy quá trình tổng hợp nitơ trong khí quyển thành dạng hoà tan của ammoniac với

sự giúp đỡ của các enzyme Ngoài ra VKL tăng cường khả năng giữ nước bằng cách thêm các vật liệu polysaccharidic vào đất và gia tăng chất dinh dưỡng trong đất

Whale và cs (2006) [37] khi nghiên cứu hoạt động của Microcoleus

chthonoplaster trong bùn đã khẳng định VKL có mặt ở khắp mọi nơi trong

nước, đất, cát, trên đá và có mặt nhiều nhất ở mặt ruộng lúa nơi mà các yếu tố ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH, nước, khoáng đều thích hợp cho Vi khuẩn lam

phát triển đặc biệt là Microcoleus

Một số tác giả khác đi sâu nghiên cứu đặc điểm hình thái trong các

giai đoạn phát triển cá thể, nhất là các loài VKL dạng sợi phân cực có tế bào

dị hình (Abdul Aziz, 1998), (Sanchis và cs., 2004) hoặc thăm dò đặc tính chịu nhiệt của VKL ở vùng nhiệt đới (Abed và cs.,2003) và tiến hành phân lập nuôi trồng chúng (Mccurdy và cs.,1974) ; Nghiên cứu sự hình thành và đặc tính vận động của Hormogonia ở một số loài VKL (Kozuakov và cs.,1972) [dẫn theo 9]

Ngoài ra các nhà khoa học còn quan tâm đến độc tố mà VKL tiết ra

ngoài môi trường Đến năm 1940 việc phân lập và xác định VKL độc mới được Theodose Alson- Đại Học Tổng Hợp Minnesoto (Mỹ) tiến hành, Ông

phân lập được nhiều chủng VKL thuộc chi Microcystis, Anabaena sau đó

nhiều nghiên cứu về độc tố của VKL trong các thuỷ vực được tiến hành trên toàn thế giới [17]

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trồng ở Việt Nam

Các công trình nghiên cứu về tảo nói chung và VKL nói riêng ở Việt

Nam được tiến hành muộn hơn so với thế giới nhưng đã đạt được một số thành tựu nhất định

Công trình đầu tiên ở Việt Nam về VKL là của Fremy (1927) ông đã công bố 3 loài tảo lam ở Việt Nam trên cơ sở định loại mẫu do D Gaunmont thu thâp [30]

Cho đến năm 1964, Cao Ngọc Phương công bố 23 taxon VKL ở sát mặt đất Sài Gòn và Đà Lạt, tròn đó có 11 chi, với 2 chi có tế bào dị hình [53] Năm 1977, Dương Đức Tiến khi nghiên cứu tảo Lam cố định đạm trên đất trồng lúa Miền Bắc Việt Nam đã công bố 13 loài tảo lam thuộc 6 chi, với

4 chi có tế bào dị hình và 2 chi không có tế bào dị hình [28]

Trần Văn Nhị và cs.(1984) [24] đã nâng tổng số VKL cố định nitơ ở Việt Nam lên 40 taxon, gồm 17 chi trong đó có 16 chi có tế bào dị hình và 1 chi dạng sợi không có tế bào dị hình Trên vùng đất mặn huyện Thái Thuỵ (Thái Bình), Đoàn Đức Lân (1996) [21], Đoàn Đức Lân và cs.(1994) [22] đã phân lập được 15 loài VKL cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ tự do của chúng

Khi nghiên cứu vi tảo và VKL trong đất ngoại thành Hà Nội và vùng phụ cận, Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000, 2001) [18], [19], [20] đã phát hiện được 50 loài thuộc 19 chi và 5 bộ Nguyễn Quốc Hùng (2001) [13] công

bố 103 loài và dưới loài, trong đó VKL có 80 loài và dưới loài trong 20 chi thuộc 4 bộ

Ở khu vực bắc Trung bộ cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu như:

Võ Hành và Đỗ Thị Trường (2001) [8] đã phát hiện được 45 loài và dưới loài VKL thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang, thành phố Đà Nẵng Nguyễn Lê Ái Vĩnh và Võ Hành [35] công bố 69 loài và dưới loài thuộc 15 chi, 5 họ trên vùng đất trồng lúa huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh), trong đó có 3 chi dạng đơn bào, 5 chi dạng sợi có tế bào dị hình, 7 chi có tế bào dị hình

Hồ Sỹ Hạnh (2006) [9], nghiên cứu VKL trong đất trồng ở một số vùng thuộc tỉnh Đắc Lắc và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh thái đã xác định được 129 loài và dưới loài, chúng thuộc 20 chi, 10 họ, trong

4 bộ.Trong đó có 122 loài là cấu trúc dạng sợi, có 51 loài có tế bào dị hình thuộc 9 chi, dạng cấu trúc hạt (đơn bào) có số loài ít nhất (7 loài) Tác giả đã

bổ sung 3 chi, 35 loài, 9 dưới loài mới cho khu hệ tảo đất Việt Nam

Như vậy, ở Việt Nam cho tới thời điểm này các công trình chuyên khảo về Vi khuẩn lam trong đất còn rất ít mà chủ yếu là nghiên cứu về Vi khuẩn lam trong các thủy vực, hồ, cửa sông… như nghiên cứu của Lê Thị Thúy Hà - Võ Hành [4]; Hồ Thanh Hải [5]; Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức Tiến, Hồ Thanh Hải, Mai Đình Yên [27]; Nguyễn Văn Tuyên [34], Đặng Lê Uyên Phương - Hồ Sỹ Hạnh (2009) [25]

Thời gian gần đây, Nguyễn Lê Ái Vĩnh và cộng sự (2012), đã nghiên cứu về đặc điểm hình thái, phả hệ phát sinh của một số loài VKL thuộc chi

Microcytis gây nở hoa nước trong các thủy vực nước ngọt ở Nghệ An, Hà

Tĩnh và Quảng Bình [48]

Cùng với công tác điều tra, những nghiên cứu chuyên sâu tìm hiểu đặc tính sinh lý, sinh hoá về các chủng VKL có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam đã tiến hành bởi nhiều tác giả

1.2 VAI TRÒ CỦA VI KHUẨN LAM

Vi khuẩn lam có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp do nhiều loài trong chúng có khả năng cố định đạm bằng cách chuyển hóa nitơ phân tử thành dạng NH4+ rồi chuyển hóa thành axit amin và prôtêin, gây ảnh hưởng tốt đến tính chất cơ, lí học của đất (tăng độ thoáng, độ ẩm), chống xói mòn Ở vùng ôn đới lượng nitơ do Vi khuẩn lam đem lại cho đất đạt 17 – 24kg/ha Ở vùng nhiệt đới từ 90kg/ha Đó là kết quả hoạt động của các loài thuộc giống

Nostoc, Anabaena, Calothrix, Tolypothix [6]

Một số loài VKL trong đất có khả năng tiết các chất nhầy tạo nên một lớp màng, ngăn cản sự thoát hơi nước cho đất, làm đất luôn có độ ẩm, cải tạo

pH của đất và các tính chất lý học của đất Trong phức hệ trao đổi ion canxi

đã thay thế có ion natri; hàm lượng lân và đạm trong đất được tăng lên, trong

vấn đề này các loài thuộc chi Nostoc và Plectonema đóng vai trò chủ đạo[11]

Có thể nói VKL là nguồn phân bón sinh học có giá trị cao chính vì vậy

đã có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của VKLCĐN lên sinh trưởng của cây trồng

Ở nhiều nước trên thế giới đã tiến hành lây nhiễm VKLCĐN trên đất trồng như: Ấn Độ (tại bang Bihr) hàng năm VKL cố định được 14 Kg N/ha và

ở tây Bengar, giá trị này có thể đạt tới 15- 49 Kg N/ha (Venkataraman, 1982) [9] Roger và Kulasooriya (1980) [ dẫn theo 9] đã tiến hành thực nghiệm trên đất lúa và cho biết khả năng cố định nitơ của VKL trên đất lúa ở Banglades là 10-30 kg N/ha và có thể đạt tới 80 kg/ha/năm

VKL còn có thể tiết vào môi trường đất các chất có hoạt tính sinh học, ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của cây trồng Nhiều thí nghiệm tiến hành ngâm hạt lúa với dịch vẫn của VKL đã kích thích sự nảy mầm, sinh trưởng của rễ, tăng trọng lượng hạt và hàm lượng Prôtêin của lúa (Đặng Diễm Hồng

và Nguyễn Hữu Thước, 1987 ; Trần Đăng Kế, 1993 ; Trần Văn Nhị và Đặng Văn Hạnh, 1994 [14], [24] Tại viện lúa Tasken đã tiến hành gieo các hạt đã được xử lý dịch vẫn VKLCĐN cho thấy năng suất vượt trội hơn so với đối chứng là 13,8 tạ/ha Các chất do chúng tiết ra ngoài môi trường có thể là hoocmon, vitamin, axit amin…(Roger và Reynaud, 1982) [9], (Dương Đức Tiến, 1994) [30]

Sự phát triển của VKL có thể làm tăng khả năng giữ nước, độ thoáng

khí, cải tạo đất mặn và đất chua Việc nuôi cấy Anabaena torulosa nhiều lần

sẽ làm độ mặn của đất giảm đi 20-30% (Đoàn Đức Lân, 1996) [21]

Trong điều kiện hiện nay, khi sự ô nhiễm môi trường đang trở thành mối hiểm hoạ đối với sự sống trên hành tinh chúng ta thì VKL còn được sử dụng như một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học để xử lý các nguồn

nước thải Các loài Vi khuẩn lam tập đoàn dạng sợi như Oscillatoria chiếm

ưu thế trong các hồ xử lý nước thải [16] Chúng góp phần loại trừ các chất độc hại và làm tăng hàm lượng oxy Ngoài ra, vai trò tự làm sạch môi trường

nước ở mặt đất và nước ngầm, đồng thời chúng thải ra môi trường các chất kháng khuẩn

Những năm gần đây, một số loài VKL được tập trung nghiên cứu, sản

xuất trên quy mô lớn để khai thác giá trị dinh dưỡng và dược liệu Spirulina

platensis với hàm lượng protein rất cao, chiếm tới 60-70% trọng lượng khô,

ngoài ra nó còn giàu các vitamin, nguyên tố khoáng, các chất có hoạt tính sinh học và việc ứng dụng vi tảo vảo nuôi trồng thuỷ sản hiện nay được coi là một trong những hướng ứng dụng có triển vọng nhất [16]

Ngoài các vai trò hữu ích đã nêu, một số loài VKL, trong quá trình sống chúng tiết ra môi trường những độc tố gây độc cho các sinh vật Khi phát triển mạnh, VKL gây ra hiện tượng ‘‘nở hoa nước’’ ở các thuỷ vực làm ảnh hưởng tới chất lượng nước, do vậy mà ảnh hưởng tới các thuỷ sinh vật cùng sống trong môi trường

1.3 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ SINH THÁI CỦA VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là những cơ thể tiền nhân có khả năng

tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp [2] Đó là những cơ thể mà tế bào của chúng chưa có nhân điển hình, không có màng nhân, vật liệu di truyền được tập trung trong chất nhân [30] Tế bào không có lưới nội sinh chất, ty thể, thể golgi, lạp thể, chứa diệp lục a (Chlorophin) và các sắc tố phụ khác (phycocian màu lam và phycoerytrin màu đỏ) nên màu sắc cơ thể có thể thay đổi từ đỏ đến xanh lam Màng tế bào được cấu tạo từ murein, một loại glycopeptit dày

từ 2-200A0 Cơ thể không có roi do đó không có khả năng chuyển động Trong tế bào của VKL thường thấy các không bào khí Sự có mặt của không bào khí trong tế bào làm giảm đi trọng lượng cơ thể nên giúp chúng rất dễ nổi trên mặt nước [2] Ngoài ra một số VKL có thể hoá nhầy, đây là một đặc trưng chỉ có ở VKL hoặc hình thành bao nhầy chuyên hoá quanh tế bào, sự

thích nghi này đã giúp VKL tránh được điều kiện bất lợi của môi trường sống trong những ngày nhiệt độ cao và độ ẩm thấp [7]

Hình dạng tế bào sinh dưỡng của VKL cũng rất đa dạng như : Hình cầu, elíp rộng hay elíp dài, hình quả lê, hình trứng, hình thoi, hình ống

Cơ thể VKL có thể ở dạng đơn bào, tập đoàn hoặc dạng sợi, nhóm khác có dạng sợi không phân nhánh với các tế bào giống nhau nhưng trên sợi xen kẻ một số tế bào chuyên hoá gọ là tế bào dị hình

Cơ thể đơn bào có dạng hình cầu, hình trụ hoặc hình elíp có hoặc không có màng nhầy

VKL dạng tập đoàn thường có dạng hình cầu, hình trụ, hình elíp đôi khi dạng bản hay dạng khối còn cơ thể dạng sợi thì nó có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh

Dạng sợi đơn giản không phân nhánh gồm một dãy tế bào là đặc điểm

của Lynbya, Anabaena và Nostoc [43] Ở một số taxon các trichom không có bao (Oscillatoria, Spirulina) Số khác có bao nhưng chỉ chứa một trichom (Phormidium, Lynbya) hoặc có nhiều trichôm (Microcoleus, Schizothrix) Tế

bào đầu ngọn hay gốc của sợi ở một số loài có hình dạng khác nhau

Dạng sợi phân nhánh gồm có các kiểu : phân nhánh thực và phân nhánh giả Sự phân nhánh thực đựoc xẩy ra từ một tế bào sinh dưỡng nào đó của trichôm, nó phân chia theo chiều dọc, sau đó một trong những tế bào con mới hình thành tạo mấu lồi ở phía bên và tiếp tục phân chia theo hướng đó

Kiểu này thường gặp trong các chi Hapalosiphon, Fischerella,

Westiellopsis…

Phân nhánh giả thường gặp ở các chi Plectonema, Scytonema,

Tolypothrix… Đó là khi ở trong bao, trichôm bị đứt đoạn, sau đó hai đầu đoạn

đứt mới hình thành tế bào phân chia, rồi chọc thủng bao chui ra ngoài cho hai nhánh giả, trường hợp đó gọi là sự phân nhánh đôi, còn nếu một đầu sợi chui

ra khỏi bao, đầu kia vẫn ở trong bao thì được gọi là phân nhánh đơn [43], [29]

Nhiều loài VKL dạng sợi có tế bào dị hình (Heterocyst) ở đầu tận cùng của sợi hoặc giữa sợi Đó là những tế bào đặc biệt có kích thước lớn hơn tế bào dinh dưỡng Màng của chúng có hai lớp, nội chất màu vàng nhạt chứa rất

ít sắc tố, không chứa không bào khí và các hạt dự trữ Nơi tiếp xúc giữa tế bào

dị hình với tế bào sinh dưỡng có một hạt có tính chiết quang cao gọi là hạt cực (Polargranule) [40] Chức năng của tế bào dị hình là nơi diễn ra quá trình

cố định nitơ, sinh sản và là cơ quan liên kết giữa các tế bào[45] Hầu hết những VKL có khả năng cố định N đều có tế bào dị hình Nhiều loài đơn bào hay dạng sợi không có tế bào dị hình cũng có khả năng này [38], [46]

Trong chu trình sống, VKL không có giai đoạn nào mang roi và không

có sinh sản hữu tính Hình thức duy nhất là sinh sản vô tính Thông thường là phân chia tế bào làm đôi hoặc nhờ sự hình thành tảo đoạn (Hormogonia), nội bào tử (endospore), ngoại bào tử (exospore) hoặc bào tỉư nghỉ (ankinete) [Desikachary T.V (1959), Cyanophyta, Indian Council of Agricultural Research New Delhi.] [43]

1.3.2 Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất

Số lượng, sự phân bố thành phần loài cũng như sự biến động số lượng

Vi khuẩn lam trong đất phụ thuộc nhiều yếu tố nhưng rõ nét nhất là đặc điểm thổ nhưỡng, phương thức canh tác, không gian, thời gian…Trong đất bỏ hoang với độ sâu hàng mét vẫn tìm thấy sự có mặt của tảo, trong đất canh tác

Vi khuẩn lam phân bố chủ yếu ở độ sâu 0 - 20cm, tuy nhiên ở độ sâu 50 - 60

cm vẫn tìm thấy Vi khuẩn lam Shtina và Gollerback (1976) [52] cho thấy sự phân bố của tảo đất giảm dần theo độ sâu cả về số loài và số lượng tế bào tảo trên đơn vị diện tích hoặc khối lượng Mật độ của chúng thay đổi từ 102 - 8.106 cá thể/cm2 ở cm lớp đầu tiên của đất và ở lớp đất sâu hơn là 6.104 cá thể/cm2

Trên đất canh tác bộ Nostocaceae phát triển mạnh nhất với nhiều loài

có tế bào dị hình có khả năng cố định nitơ Điều tra về Vi khuẩn lam trong

ruộng lúa nước ở Việt Nam cho thấy số lượng thành phần Vi khuẩn lam rất đa dạng và phong phú phụ thuộc vào mùa vụ và điều kiện sinh thái Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2001) [20] cho biết ở lớp bề mặt xuất hiện nhiều loài nhất, càng xuống sâu số lượng loài càng giảm

1.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn lam

Có rất nhiều yếu tố hoá học, vật lý và sinh học ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của VKL

1.3.3.1 Yếu tố vật lý

+ Ánh sáng

Ánh sáng là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sinh trưởng của VKL

vì chúng là những vi sinh vật quang dưỡng

Theo nhận xét của (Reynaud, Roger 1978, Brown, Richardron 1968)

[29] thì VKL đặc biệt mẫn cảm với cường độ chiếu sáng cao và được coi là

kém ưa sáng Sự thiếu ánh sáng cũng là một nhân tố giới hạn đối với VKL, tuy nhiên sinh trưởng của VKL bị ức chế dưới ánh sáng cường độ cao

+ Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của VKL từ 25- 300C [3] Sự dao động của nhiệt độ ảnh hưởng tới sinh khối, thành phần khu và khả năng sinh sản của chúng Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao đều ảnh hưởng bất lợi đến quá trình quang hợp, sinh trưởng và cố định nitơ của VKL Tuy nhiên có những loài VKL ở trong đất có thể tồn tại trong những điều kiện nhiệt độ từ 50 -

700C, một số VKL sống ở suối nước nóng có nhiệt độ cao tới 70-820C (Voronop, 1976) [36], có thể tới 870C (Dương Đức Tiến và Võ Văn Chi, 1978) [31]

+ Độ ẩm và nước

Độ ẩm quyết đinh đến nhiệt độ đất, khả năng hoà tan khoáng chất, hàm

lượng O2 , CO2 [50], [52] vì vậy độ ẩm quyết định đến mức độ phong phú về thành phần loài của Vi khuẩn lam

1.3.3.2 Yếu tố hoá học

+ Ảnh hưởng của pH:

Độ PH của môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sự thẩm thấu của ion trong đất, VKL sinh trưởng ở môi trường PH = 6,7 - 7 [29] Khả năng cố định nitơ của VKL ở đất kiềm cao hơn ở đất chua

+ Các nguyên tố khoáng

- Phốt pho : Trong ruộng lúa, phốt pho làm tăng sự sinh trưởng và hoạt tính

cố định đạm của VKL Sinh trưởng của VKL thấp ở nồng độ 0 - 5ppm và tăng khi nồng độ 6 ppm [30]

- Nitơ : Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng N khí quyển và không phụ thuộc vào nguồn N liên kết để phát triển nhưng nếu hàm lượng nitơ liên kết quá cao cũng ức chế sinh trưởng của chúng

- Nguồn cácbon duy nhất để Vi khuẩn lam quang hợp là CO2, Vi khuẩn lam phát triển mạnh ở nồng độ CO2 là 0,25% với nhiệt độ 200C [29]

- Canxi, magiê, molipden cũng là những nguyên tố có ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của VKL [29]

Hoạt động canh tác của con người cũng ảnh hưởng tới sinh trưởng của

Vi khuẩn lam Bón phân Ure, vùi rơm rạ tạo điều kiện sinh trưởng và cố định nitơ của Vi khuẩn lam Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật gây độc cho Vi khuẩn lam Vì vậy việc lựa chọn phương thức canh tác và sử dụng phân bón hợp lí rất quan trọng

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở Huyện Cẩm Xuyên, Tỉnh Hà Tĩnh

2.1.2.Địa điểm nghiên cứu:

Dựa vào kết quả điều tra, khảo sát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm

của đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên, chúng tôi tiến hành thu mẫu ruộng lúa ở

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu

Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu:

Đợt 1: Ngày 27 tháng 8 năm 2013

Đợt 2: Ngày 26 Tháng 2 năm 2014

Đợt 3: Ngày 3 tháng 4 năm 2014

Hình 2.1 Sơ đồ các điểm thu mẫu

2.2 Phương pháp nghiên cứu:

2.2.1 Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất

Tại mỗi điểm nghiên cứu, tiến hành lấy mấu đất để xác định VKL theo phương pháp của Gollberbakh và Shtina (1969) [49] Mẫu đất ấy ở tầng mặt (0 - 5cm) bằng các dụng cụ đã tiệt trùng, các mẫu được trộn đều rồi lấy mẫu đại diện, cho vào túi nilon đã được đánh dấu

Các mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm, mỗi mẫu đất cho vào 3 đĩa petri có lót giấy lọc đã tiệt trùng rồi rắc cát khô đã khử trùng lên thành một lớp dày hơn lớp đất 2 lần Mỗi đĩa bổ sung môi trường

De, sau đó đặt các đĩa Petri dưới ánh sáng đèn neon có cường độ 1000 - 1200 lux ở nhiệt độ phòng 25 - 300 Sau 3 tuần, VKL mọc lên trên bề mặt, tiến hành quan sát mô tả và định loại, đồng thời tách và chuyển các loài Tảo lam vào nuôi cấy trong ống nghiệm bằng môi trường BG-11

Môi trường BG-11 và De thích hợp nhất cho sinh trưởng và phát triển của hầu hết các chủng VKL

Sau đây là môi trường De (g/l) [6]:

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Một số đặc điểm về điều kiện tự nhiên và khí hậu của huyện Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh)

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên

*Vị trí địa lý

Cẩm Xuyên nằm về phía Đông Nam của tỉnh Hà Tĩnh, có tọa độ địa lý: 18°02’18’’ đến 18°20’51’’ vĩ độ Bắc, 105°51’17’’ đến 106°09’13’’ kinh Đông

Phía Tây Bắc giáp thành phố Hà Tĩnh và huyện Thạch Hà

Phía Đông Bắc giáp biển Đông

Phía Tây, Tây Nam giáp huyện Hương Khê và tỉnh Quảng Bình

Phía Đông giáp huyện Kỳ Anh [12]

Toàn huyện có 27 đơn vị hành chính cấp xã với tổng diện tích đất tự nhiên 63.649,01 ha, chiếm 10,50% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh; đất Nông nghiệp chiếm 47.650,00 ha, đất trồng lúa chiếm 8 315, 64 ha trong đó đất chuyên trồng lúa nước chiếm 7 333, 21 ha [26]

Thị trấn Cẩm Xuyên là trung tâm kinh tế - văn hóa – chính trị của huyện, cách trung tâm thành phố Hà Tĩnh 10 km về phía Đông Nam Trên địa bàn huyện có tuyến quốc lộ 1A, tỉnh lộ 4 chạy qua và nhiều tuyến đường liên huyện, liên xã khác Như vậy, huyện Cẩm Xuyên có vị trí khá thuận lợi cho việc phát triển các ngành kinh tế-xã hội nói chung cũng như phát triển ngành nông nghiệp nói riêng

*Điều kiện tự nhiên

Thuộc vùng duyên hải Bắc Trung Bộ, tiếp giáp vùng biển Đông và vùng đồi núi thấp nối Đông Trường Sơn, địa hình của huyện nhìn chung

nghiêng theo hướng Tây Nam - Đông Bắc với 3 dạng địa hình chính

+ Điạ hình đồi núi có diện tích khoảng 38.135,7 ha (chiếm khoảng 60% diện tích toàn huyện)

+ Địa hình đồng bằng có diện tích khoảng 19.067,8 ha (chiếm trên 30% diện tích tự nhiên của huyện)

+ Địa hình ven biển có diện tích 6.355,96 ha (chiếm khoảng gần 10% diện tích lãnh thổ huyện) [12]

3.1.2 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu của huyện Cẩm Xuyên mang đặc điểm chung của khí hậu Việt Nam là nhiệt đới gió mùa Tuy nhiên, do chịu tác động của nhiều nhân tố nên khí hậu có sự phân hóa rất khắc nghiệt Đặc điểm chung là chia thành 2 mùa : mùa khô từ tháng 3 đến tháng 8 và mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau

Các tháng giữa mùa đông tương đối lạnh, nhiệt độ trung bình khoảng 20°C Mùa hè nhiệt độ trung bình 27 – 29°C Biên độ nhiệt giữa ngày và đêm có sự chênh lệch khác nhau giữa mùa hè và mùa đông

+ Vào mùa đông, địa bàn huyện chịu tác động của nhiều đợt gió mùa Đông bắc tràn về gây nên các đợt lạnh đột ngột đồng thời chịu ảnh hưởng của nhiều cơn bão trên biển Đông với mức độ ảnh hưởng khác nhau

+ Vào mùa hè, huyện Cẩm Xuyên nói riêng và các lãnh thổ khác thuộc vùng Bắc Trung Bộ nói chung chịu ảnh hưởng của hiệu ứng “phơn” gây nên thời tiết khô, nóng rất khó chịu ảnh hưởng nhiều đến sản xuất và đời sống của người dân trên địa bàn huyện [12]

- Tổng lượng mưa bình quân hàng năm tương đối lớn (trên 2000 mm) nhưng phân bố không đều giữa các tháng trong năm Tổng lượng mưa 5 tháng mùa đông chỉ chiếm 26% lượng mưa cả năm, lượng mưa chủ yếu tập trung vào mùa mưa (chiếm 74% lượng mưa cả năm) nhưng cũng có sự phân hóa thành mưa phụ và mưa chính Mưa phụ (mưa tiểu mãn) thường xuất hiện vào đầu mùa hè, lượng mưa thường không cao Mưa chính thường tập trung từ tháng

8 đến tháng 11, lượng mưa có tể từ 300-400mm/ tháng

- Độ ẩm không khí bình quân năm là 86% Thời kỳ độ ẩm không khí thấp nhất là vào các tháng 6 - 7, ứng với thời kỳ gió Tây Nam khô nóng hoạt động mạnh, độ ẩm không khí chỉ gần 70% Thời kỳ độ ẩm không khí cao nhất thường xảy ra vào các tháng cuối mùa đông

- Số giờ nắng trung bình cả năm là 1.700h, các tháng mùa đông trung bình 70

- 80h/ tháng, các tháng mùa hè trung bình từ 180 - 190h/ tháng Tháng có số giờ nắng nhiều nhất là tháng 5 khoảng trên 210 h Mùa đông nắng ít gay gắt, thuận lợi cho cây trồng, mùa hè năng gay gắt, bất lợi cho quá trình quang hợp của cây trồng

3.2 Đa dạng Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên

3.2.1 Cấu trúc thành phần loài

Kết quả điều tra VKL trong trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm xuyên, tỉnh Hà Tĩnh, chúng tôi đã xác định được 90 loài và dưới loài, chúng thuộc 25 chi, 6 họ của 3 bộ: Chroococcales, Oscillatorales Nostocales (Bảng 3.1)

Nhìn chung, số lượng các taxon VKL ở bậc bộ, họ, chi không nhiều nhưng số lượng loài VKL trong đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên khá phong phú

Bảng 3.1 Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh

TT

Taxon

Địa điểm nghiên cứu

Ghi chú

CD CY CQ CB CT CD CY CQ CB CT CD CY CQ CB CT

Bộ Chroococcales Wettst., 1923

Họ Chroococcaceae Naegeli, 1848

Chi Aphanocapsa Naegeli, 1849

1 Aphanocapsa grevillei (Berkeley)

Rabenhors

Chi Aphanothece Naeg.

Chi Chroococcus Naegeli, 1849

Chi Gloeocapsopsis Geitler ex

19 Merismopedia angularis

Thompson

Chi Synechocystis Sauv.,1892

Chi Synechococus Naegeli, 1849

Chi Pleurocapsa Thuret in

Hauck 1885

Chi Lemmermanniella Geitler

Chi Lyngbya Agardh, 1824

32 Lyngbya lagerheimii (Moeb.)

Chi Oscillatoria Vauch., 1803

36 Oscillatoria amoena (Kuetz.)

43 O limosa Ag forma dispesso -

gravulata (Schkorb) Elenk

50 O tenuis Ag ex Gom + + + + + ++ + H50

Chi Spirulina Turp

Chi Phormidium Kuetz., 1843

Naum

Chi Symploca Kũtz

Chi Isoccytis Boszi

Chi Pseudanabaena Lauterb

Bộ Nostocales Geitler, 1925

Họ Anabaenaceae Bory,1888

Chi Anabaena Bory,1822

+

+++ H76

77* A thermalis Vouk forma

propinqua (Setchell et Gardn.)

Pohreb

79* A variabilis Kutez Ex Born et

Chi Nostoc Vauch,1803

85* Nostoc calcicola Breb In Menegh

ex Born

87* Nostoc linckia (Roth) Elenk forma

piscinale (Kuetz.) Elenk

Dấu ‘‘ + ’’ Sự xuất hiện của các loài

Dấu ‘‘ * ’’ Các loài VKL CĐN

Chữ‘‘ H ’’ Chú thích thứ tự hình ảnh của các loài

3.2.2 Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa

ở huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh

Thành phần loài VKL trong đất trồng lúa của huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh khá đa dạng và phong phú, tuy nhiên số lượng các taxon bậc họ, chi và các loài VKL của các bộ có đặc trưng riêng được thể hiện ở bảng 3.2 và hình 3.1

Bảng 3.2 Số lượng taxon bậc bộ, họ, chi và loài/dưới loài đã gặp của

ngành VKL trong đất trồng lúa ở một số xã huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh

Số lượng %

Hình 3.1 Số lượng taxon các bậc của ngành Vi khuẩn lam trong đất

trồng lúa huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh