(Luận án tiến sĩ) 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

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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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 LongPhân 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP LÝ NGỌC THANH XUÂN PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ĐỊNH DANH VI KHUẨN LIÊN KẾT VỚI THỰC VẬT (PLANT ASSOCIATED BACTERIA) Ở LÚA, KHOAI TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÈN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 9620103 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP LÝ NGỌC THANH XUÂN PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ĐỊNH DANH VI KHUẨN LIÊN KẾT VỚI THỰC VẬT (PLANT ASSOCIATED BACTERIA) Ở LÚA, KHOAI TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÈN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 9620103 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS TRẦN VĂN DŨNG GS.TS NGÔ NGỌC HƯNG 2019 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn đến Em Lâm Tiên Nga, em Nguyễn Như Thanh, em Trần Lê Kim Trí, em Lê Thị Thúy Loan, em Nguyễn Thị Xuân Mỵ anh Trần Văn Bé Năm nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình thực luận án Q Thầy, Cơ Anh, Chị, Em Bộ môn Khoa học đất - Khoa Nông nghiệp nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn quý báu ln quan tâm, hỗ trợ tơi việc hồn thành luận án Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp, Khoa Sau Đại học Phòng ban Trường Đại học Cần Thơ hỗ trợ tạo điều kiện cho suốt trình học tập Trường Ban Giám hiệu Trường Đại học An Giang, Lãnh đạo Phòng Quản Trị Thiết bị, bạn đồng nghiệp thuộc Khu Thí nghiệm - Thực hành hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi động viên tơi suốt q trình làm nghiên sinh Đặc biệt xin gởi lời chân thành cảm ơn sâu sắc đến GS TS Ngô Ngọc Hưng, PGS.TS Trần Văn Dũng, GS TS Cao Ngọc Điệp PGS.TS Nguyễn Hữu Hiệp tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp nhiều kiến thức quý báu suốt q trình tơi học tập Từ đó, giúp tơi lĩnh hội thêm nhiều kiến thức lĩnh vực nghiên cứu, thực hoàn thành luận án tốt nghiệp Em Nguyễn Quốc Khương, em Lương Thị Hoàng Dung, em Lê Văn Dang, em Lê Phước Toàn, em Trần Ngọc Hữu em Nguyễn Thị Xuân Đào tận tình giúp đỡ, chia sẽ, động viên suốt trình thực hồn thành luận án Cha mẹ hai bên gia đình nhỏ tơi ln nguồn động viên, chỗ dựa tinh thần, niềm an ủi, ủng hộ, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận án Tôi bày tỏ biết ơn sâu sắc với lòng tơn trọng khắc ghi công ơn quý báo Xin chân thành cảm ơn! Lý Ngọc Thanh Xuân i TĨM TẮT Đất phèn có pH thấp, dẫn đến hàm lượng dưỡng chất thấp Đề tài “Phân lập, tuyển chọn định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (plant associated bacteria) lúa, khoai trồng đất phèn vùng đồng sông Cửu Long” thực nhằm mục tiêu (i) Phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân diện đất nội sinh lúa, khoai lang đất phèn (ii) Xác định ảnh hưởng chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân đến sinh trưởng suất lúa khoai lang Mẫu đất phèn, khoai lang lúa thu thập bốn vùng đất phèn Tứ giác Long Xuyên (TGLX), Đồng Tháp Mười (ĐTM), Trũng sông Hậu (TSH) Bán đảo cà Mau (BĐCM) Bốn trăm ba mươi mốt chủng vi khuẩn liên kết với lúa, có 272 chủng vi khuẩn phân lập từ đất vùng rễ 159 chủng vi khuẩn nội sinh Đặc điểm khuẩn lạc chủng vi khuẩn phân lập có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng trong, vàng nhạt vàng đậm Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu tròn, bìa ngun, hầu hết chủng vi khuẩn có tế bào dạng hình que, Gram âm Bốn trăm hai mươi bốn chủng vi khuẩn liên kết với khoai lang, có 271 chủng vi khuẩn phân lập từ đất vùng rễ 153 chủng vi khuẩn nội sinh Đặc điểm khuẩn lạc chủng vi khuẩn phân lập có màu sắc khác nhau: trắng đục, trắng vàng nhạt vàng đậm Hình dạng khuẩn lạc chủ yếu tròn, bìa ngun, số lượng nhỏ dòng vi khuẩn có tế bào dạng hình cầu Các chủng vi khuẩn có khả cố định đạm có khả hòa tan lân khó tan Hai mươi chín chủng vi khuẩn liên kết với lúa có khả tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan định danh đến mức độ loài kỹ thuật PCR giải trình tự đoạn 16S rDNA Các chủng vi khuẩn đa dạng lồi thuộc nhóm vi khuẩn: Bacilli, Gammaproteobacteria Betaproteobacteria Mười hai chủng vi khuẩn liên kết với khoai lang mà có khả tổng hợp đạm cao, hòa tan lân khó tan định danh đến mức độ loài kỹ thuật PCR giải trình tự đoạn 16S rDNA Các dòng vi khuẩn đa dạng lồi thuộc nhóm vi khuẩn: Bacilli Gammaproteobacteria Kết thí nghiệm đồng ruộng cho thấy nghiệm thức khơng bón đạm làm giảm suất lúa đất phèn, Long Mỹ - Hậu Giang, Hòn Đất - Kiên Giang Hồng Dân, Bạc Liêu, nghiệm thức bón 60 kg N ha-1 kết hợp với vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis X1 đạt suất cao so với đối chứng 90N-60P2O530K2O đất phèn Hòn Đất - Kiên Giang Tương tự, nghiệm thức bổ sung vi khuẩn B vietnamiensis X3 làm tăng suất cao so với đối chứng 90N-60P2O5-30K2O đất phèn Long Mỹ - Hậu Giang Hồng Dân - Bạc Liêu Tuy nhiên, nghiệm thức khơng bón lân chưa thể thiếu lân ba vùng phèn nên chưa đưa đến khác biệt suất sử dụng vi ii khuẩn B vietnamiensis X1 B vietnamiensis X3 Hoạt tính cố định đạm vi khuẩn B acidipaludis X5 mạnh so với vi khuẩn lại thơng qua việc gia tăng số củ suất củ khoai lang Bón 60 kg N ha-1 kết hợp với chủng vi khuẩn B acidipaludis X5 cho số củ, chiều dài củ, đường kính củ suất củ khoai lang tương đương với bón 90 kg N ha-1 Sử dụng chủng vi khuẩn B acidipaludis X5 tiết kiệm khoảng 30% lượng phân đạm bón cho khoai lang Cần áp dụng dòng cánh tác lúa khoai lang ĐBSCL Từ khóa: cố định đạm, đất phèn, hòa tan lân, vi khuẩn đất vùng rễ, vi khuẩn nội sinh iii ABSTRACT Acid sulfate soils possess low pH resulting low nuutrients for plants The study titled “Isolation, selection, characterization and identification of endophytic and rhizospheric bacteria associated with rice and sweet potato from acid sulfate soil in the Mekong delta, Vietnam” 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, phosphatesolubilizing bacterial strains for improvement of sweet potato and rice growth and yield 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 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 is belonged to Bacilli, Gammaproteobacteria and Betaproteobacteria groups Similarly, The 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 is 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-60P2O5-30K2O) 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 B vietnamiensis iv 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 other bacteria through increased number of tubers and yield of sweet potato Applying kg N ha-1 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 kg N ha-1 Incubation with bacteria Burkholderia acidipaludis X5 could save 30% of nitrogen fertilizers for sweet potato The potential bacterial strains should be used in cultivating rice and sweet potato in the Mekong delta Key words: acid sulfate soil, endophytic bacteria, nitrogen fixing, phosphatesolubilizing, rhizobacterial v LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa người khác cơng bố cơng trình khác Số liệu đề tài nghiên cứu sinh thuộc đề tài “Nghiên cứu sử dụng hợp lý đất phèn đồng sơng Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu”, với mã số BĐKH57 Cần Thơ, ngày 04 tháng năm 2019 Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh Lý Ngọc Thanh Xuân vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH BẢNG x DANH SÁCH HÌNH xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Những đóng góp luận án 1.6 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nguyên lý ứng dụng vi khuẩn liên kết với thực vật nông nghiệp 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Nguyên lý ứng dụng vi khuẩn liên kết thực vật 2.1.3 Những tiến nghiên cứu cộng đồng vi sinh vật liên kết với thực vật 12 2.2 Đặc điểm thổ nhưỡng vùng sinh thái đất 16 2.2.1 Phân loại đất phèn 16 2.2.2 Đặc điểm thổ nhưỡng trở ngại đất phèn ĐBSCL 20 2.2.3 Đặc tính hóa học đất phèn ĐBSCL 27 Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 36 3.1 Vật liệu 36 3.1.1 Thời gian địa điểm 36 3.1.2 Vật liệu 36 3.1.3 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 37 vii 3.1.4 Môi trường sử dụng 37 3.1.5 Đặc tính đất thí nghiệm 38 3.2 Phương pháp 38 3.2.1 Nội dung 1: Khảo sát thu thập mẫu đất, thực vật đất phèn vùng sinh thái đồng sông Cửu Long 40 3.2.2 Nội dung 2: Phân lập tuyển chọn vi khuẩn liên kết với thực vật có khả cố định đạm, hòa tan lân 41 3.2.3 Nội dung 3: Tuyển chọn vi khuẩn trước tiến hành nhận diện 46 3.2.4 Nội dung 4: Nhận diện, định danh chủng vi khuẩn tuyển chọn 47 3.2.5 Nội dung 5: Đánh giá hiệu chủng vi khuẩn tuyển chọn lúa trồng đất phèn điều kiện nhà lưới đồng 49 3.2.6 Nội dung 6: Đánh giá hiệu chủng vi khuẩn tuyển chọn khoai lang trồng đất phèn điều kiện nhà lưới đồng 54 3.3 Xử lý số liệu 58 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 4.1 Phân lập vi khuẩn lúa khoai lang 59 4.1.1 Phân lập vi khuẩn vùng rễ lúa nội sinh lúa 59 4.1.2 Đặc điểm hình thái vi khuẩn vùng rễ nội sinh lúa 59 4.1.3 Phân lập vi khuẩn vùng rễ nội sinh khoai lang 60 4.1.4 Đặc điểm hình thái vi khuẩn vùng rễ nội sinh khoai lang 60 4.2 Tuyển chọn chủng vi khuẩn tiềm có khả cố định đạm hòa tan lân 61 + 4.2.1 Khảo sát khả tổng hợp NH4 hòa tan lân chủng vi khuẩn phân lập vùng rễ lúa nội sinh lúa 61 4.2.2 Khảo sát khả tổng hợp NH4+ hòa tan lân chủng vi khuẩn phân lập vùng rễ lúa nội sinh khoai lang 67 4.3 Nhận diện xây dựng mối quan hệ di truyền số chủng vi khuẩn lúa, khoai lang có khả tổng hợp NH4+, hòa tan lân cao 71 4.3.1 Đối với vi khuẩn đất vùng rễ lúa 71 4.3.2 Đối với vi khuẩn nội sinh lúa 74 4.3.3 Đối với vi khuẩn vùng rễ nội sinh khoai lang 76 4.3.4 Tuyển chọn chủng vi khuẩn cho áp dụng điều kiện đồng ruộng 80 viii ... NGỌC THANH XUÂN PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ĐỊNH DANH VI KHUẨN LIÊN KẾT VỚI THỰC VẬT (PLANT ASSOCIATED BACTERIA) Ở LÚA, KHOAI TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÈN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN... TẮT Đất phèn có pH thấp, dẫn đến hàm lượng dưỡng chất thấp Đề tài Phân lập, tuyển chọn định danh vi khuẩn liên kết với thực vật (plant associated bacteria) lúa, khoai trồng đất phèn vùng đồng sông. .. thực vật (plant associated bacteria) lúa, khoai trồng đất phèn vùng đồng sông Cửu Long thực 1.2 Mục tiêu Phân lập chủng vi khuẩn cố định đạm, hòa tan lân diện đất nội sinh lúa, khoai lang đất phèn