Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn có khả năng cố định đạm, tổng hợp INDOLE ACETIC ACID trên mô hình canh tác lúa – tôm ở bạc liêu, sóc trăng và kiên giang tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chun ngành: Cơng nghệ Sinh học Mã ngành: 94 20 201 TÊN NCS: NGUYỄN ANH HUY PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI KHUẨN CHỊU MẶN CÓ KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH ĐẠM, TỔNG HỢP INDOLE ACETIC ACID TRÊN MƠ HÌNH CANH TÁC LÚA – TƠM Ở BẠC LIÊU, SĨC TRĂNG VÀ KIÊN GIANG Cần Thơ, 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Hữu Hiệp Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: ………………………………, Trường Đại học Cần Thơ) Vào lúc … … ngày … tháng … năm … Phản biện 1: Phản biện 2: Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Anh Huy Nguyễn Hữu Hiệp, 2018 Phân lập nhận diện dòng vi khuẩn chịu mặn có khả cố định đạm tổng hợp IAA từ đất lúa Bạc Liêu, Sóc Trăng Kiên Giang Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ 54(1B): – 12 ISSN: 1859 – 1477 Nguyễn Anh Huy Nguyễn Hữu Hiệp, 2019 Hiệu vi khuẩn chịu mặn Burkholderia sp PL9 Acinetobacter sp GH1-1 lên sinh trưởng suất lúa LP5 trồng đất nhiễm mặn mơ hình lúa-tơm huyện Mỹ Xun, tỉnh Sóc Trăng Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ 55(1B): 24-30 ISSN: 1859 – 1477 MỞ ĐẦU Mục đích luận án “Phân lập tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn có khả cố định đạm, tổng hợp IAA mô hình canh tác lúa-tơm Bạc Liêu, Sóc Trăng Kiên Giang” tìm kiếm khai thác dịng vi khuẩn địa có khả cố định tổng hợp IAA hữu hiệu lên lúa trồng đất sản xuất lúa – tôm đồng sông Cửu Long Luận án gồm chương với 105 trang (không kể phần tài liệu tham phụ lục), 22 Bảng 87 Hình Chương “Giới thiệu” bao gồm thơng tin tính cấp thiết luận án, mục tiêu, nhiệm vụ nội dung nghiên cứu, phát ý nghĩa luận án Những thông tin nhằm nêu bật chủ đề nghiên cứu Đồng sông Cửu Long hai đồng sản xuất lúa lớn nước, phải đối mặt với tượng xâm nhập mặn hạn hán ngày gay gắt Vì vậy, việc tìm kiếm dịng vi khuẩn chịu mặn có khả cố định đạm tổng hợp IAA hữu hiệu lên lúa sản xuất theo mơ hình lúa – tơm nhằm góp phần trì mở rộng hình thức sản xuất “thơng minh” thích ứng với biến đổi khí hậu Chương “Tổng quan tài liệu”, luận án phân tích chi tiết tài liệu có cho thấy thơng tin liên quan đến nghiên cứu, bao gồm thông tin trạng sản xuất lúa – tôm đồng sông Cửu Long, đặc tính đất nhiễm mặn khả chịu mặn lúa Kiến thức vi khuẩn vùng rễ có khả cố định đạm tổng hợp IAA Chương “Phương pháp nghiên cứu” trình bày phương pháp thực nội dung nghiên cứu bao gồm vật liệu thí nghiệm, cách thực thí nghiệm, thu thập phân tích, xử lý số liệu nội dung phân lập, khảo sát khả cố định tổng hợp IAA, giải trình tự vùng gene 16SrDNA để định danh vi khuẩn, khảo nghiệm khả cố định đạm tổng hợp IAA hữu hiệu lên lúa điều kiện phịng thí nghiệm, chậu đồng Chương “kết thảo luận” tổng hợp kết thực được, đồng thời liên hệ với nghiên cứu có liên quan Chương “Kết luận đề xuất” tóm tắt kết thực đồng thời hướng nghiên cứu tiếp tục triển khai tương lai Kết nghiên cứu phân lập 216 dòng vi khuẩn chịu mặn có khả cố định đạm tổng hợp IAA Ba mươi lăm dịng vừa có khả cố định tổng hợp IAA với hàm lượng cao giải trình tự vùng gene 16SrDNA so sánh trình tự GenBank (NCBI), kết đạt độ tương đồng từ 84 – 99%, có 20 dịng thuộc chi Bacillus, dòng thuộc Burkholderia, dòng thuộc chi Enterobacter, dòng thuộc chi Rhizobium, dòng thuộc chi Acinetobacter, dòng thuộc chi Geobacillus dòng thuộc chi Paracocus Các thí nghiệm khảo nghiệm cho thấy dịng PL9 (Burkholderia sp PL9) dòng GH1-1 (Acinetobacter sp GH1-1) có khả tiết kiệm từ 25 – 50% phân đạm, dòng PL9 tiết kiệm 50% phân đạm giúp gia tăng suất thêm 2,23% Các đề xuất nghiên cứu thêm khảo sát khả hòa tan lân dòng vi khuẩn, khảo nghiệm thêm vùng sản xuất lúa tôm đồng sông Cửu Long, đồng thời phối hợp sử dụng chủng vi khuẩn Chương GIỚI THIỆU Tính cấp thiết nghiên cứu Trong điều kiện biến đổi khí hậu nóng lên tồn cầu xâm nhập mặn vấn đề cấp thiết ngành nơng nghiệp tác động trực tiếp đến suất chất lượng nông sản Đồng sông Cửu Long vùng trọng điểm sản xuất lúa nước vùng chịu ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu Khi đất bị nhiễm mặn khả hấp thu chất dinh dưỡng nước lúa bị hạn chế Thêm vào đó, để bảo vệ môi trường cho vụ nuôi tôm, người dân hạn chế sử dụng phân bón hóa học thuốc bảo vệ thực vật Kết vụ lúa cho suất thấp Vi khuẩn vùng rễ có khả cố định đạm tổng hợp IAA có tác dụng kích thích sinh trưởng phát triển rễ giúp tăng hấp thu dưỡng chất từ đất, đồng thời cung cấp đạm cho lúa Vì vậy, đề tài “Phân lập tuyển chọn vi khuẩn chịu mặn có khả cố định đạm, tổng hợp IAA mô hình canh tác lúa – tơm Bạc Liêu, Sóc Trăng Kiên Giang” tiến hành nhầm tuyển chọn dịng vi khuẩn địa vừa có khả cố định đạm vừa tổng hợp IAA với hàm lượng cao Đồng thời có hiệu giống lúa kháng mặn LP5 canh tác theo mơ hình lúa – tơm, vừa có tác dụng giảm lượng phân bón hóa học vừa giúp gia tăng suất cho lúa trồng đất nhiễm mặn Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu phân lập, tuyển chọn nhận diện dòng vi khuẩn chịu mặn sống tự đất vùng rễ lúa trồng đất nhiễm mặn có khả cố định đạm tổng hợp IAA có tiềm ứng dụng để sản xuất phân bón vi sinh dùng mơ hình canh tác lúa-tôm Phát ý nghĩa luận án Đề tài phân lập 216 dịng vi khuẩn chịu mặn xác định hình thái đặc tính sinh hóa khả cố định đạm tổng hợp IAA Trong có 35 dịng giải trình tự vùng gene 16S rDNA Đây nguồn nguyên liệu cho nghiên cứu nguồn tham khảo bổ sung giáo trình giảng dạy Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU Trong chương này, luận án tập trung phân tích tài liệu tham khảo liên quan đến chủ đề nghiên cứu Tình hình đất nhiễm mặn giới bối cảnh ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu Hiện trạng canh tác lúa-tôm đồng sông Cửu Long Vi khuẩn vùng rễ lúa có khả cố định tổng hợp IAA, chế nhân tố ảnh hưởng đến khả cố định đạm tổng hợp IAA, phương pháp khảo sát hàm lượng ammonium IAA vi khuẩn tổng hợp Chương phân làm phần đề cặp đến chủ đề nghiên cứu Phần có tựa đề “Đất nhiễm mặn mơ hình sản xuất lúa – tơm đồng sơng Cửu Long”, gồm có nội dung, nội dung đề cặp đến “đất nhiễm mặn” diện tích đất nhiễm mặn đồng sông Cửu Long dựa vào tài liệu Trần Minh Tiến ctv (2013); đặc tính lý, hóa đất mặn ảnh hưởng đến trồng theo tài liệu Lê Thanh Bồn (2009) Harreaves and Merkley (1998) Nội dung đề cặp đến “Tính chống chịu mặn lúa”, chế chịu mặn lúa theo tài liệu Pearson et al (1966) IRRI (1967); khả chịu mặn số giống lúa theo tài liệu tác giả Landon (1991), Lê Xuân Thái Trần Nhân Dũng (2013), Phạm Phước Nhẫn Phạm Minh Thùy (2011), Nguyễn Thị Thanh Thảo ctv (2016) Nội dung 3, tổng quan tài liệu “hiện trạng sản xuất lúa – tôm đồng sông Cửu Long” theo tài liệu Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 2015); “kỹ thuật canh tác lúa đất nuôi tôm” chủ yếu theo tài liệu tác giả Trương Hoàng Minh ctv (2013) Võ Văn Bé ctv (2013) Phần Hai tổng quan tài liệu đặc điểm hình thái sinh hóa vi khuẩn có khả tổng hợp NH4+ tổng hợp IAA, gồm loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus, Burkholderia, Enterobacter Rhizobium Phần Ba lược khảo tài liệu khả cố định đạm tổng hợp IAA vi khuẩn vùng rễ lúa Nguyễn Thị Phương Oanh ctv (2013) phân lập vi khuẩn vùng rễ lúa có khả cố định đạm 4,13 g/L, tổng hợp IAA 52,14 g/L, Kizilkaya (2009) khả cố định đạm lồi Azotobacter chroococcum từ 3,50 – 29,35 µg/mL, Nguyễn Kim Anh ctv (2008) phân lâp số dịng thuộc chi Azotobacter có khả cố định đạm 4,52 mg/mL tổng hợp IAA 4,313 µg/mL, Nguyễn Lân Dũng ctv (1998), khả cố định đạm lên tới mg/mL chịu nồng độ muối (NaCl) 2,5 – 3,0% số loài thuộc chi Azotobacter, khả tổng hợp IAA Bacillus spp đạt hàm lượng 53,1 – 71,1 ppm (Lwin et al., 2012), theo Park et al (2005) Bacillus fusiformis khả cố định đạm 150 nmol/giờ/mg protein tổng hợp IAA 255 µg/mL, khả tổng hợp IAA Bacillus subtilis đạt hàm lượng12,67 ± 0,325 µg/mL (Reetha et al., 2014) Phần Bốn, lược khảo tài liệu “khả chịu mặn dòng vi khuẩn cố định đạm tổng hợp IAA”, Theo Talbi et al (2013) Burkholderia phymatum GR01N khơng có thay đổi mật số ni mơi trường lỏng có nồng độ NaCl thay đổi từ 150, 300, 400 nM Nhưng khả tạo nốt cố định đạm lại giảm 9% Kết tương tự thấy kết nghiên cứu Diouf et al (2015) Dịng Bacillus subtilis AS-4 có khả cố định đạm chịu nồng độ muối lên tới 10 – 15% (Satapute et al., 2012) Theo Sachdev et al (2009), Klebsiella pneumoniae có khả tổng hợp IAA mơi trường ni có nồng độ muối (NaCl) 5‰ Phần Năm với tựa đề “Cơ chế nhân tố ảnh hưởng đến khả cố định đạm vi khuẩn”, phần gồm nội dung Nội dung 1, mô tả hệ thống gen nif, thành phần cấu tạo nitrogenase chế cố định đạm vi khuẩn, theo tác giả Desnoues (2003), Yan et al (2008) Ibrahim et al (1999) Nội dung 2, tìm hiểu nhân tố ảnh hưởng đến khả cố định đạm vi khuẩn oxygen (O2), nhiệt độ, pH, ẩm độ, hàm lượng đạm vô đất Nồng độ oxygen ảnh hưởng đến hoạt tính nitrogenase Theo Appleby (1984) enzyme nitrogenase biến tính hàm lượng O2 vượt 10 mM Những loài thuộc chi Azosipirillum cố định đạm điều kiện vi hiếu khí, Azotobacter chroococcum Azotobacter vinelandii có khả cố định đạm điều kiện hiếu khí (Rivera-Ortiz et al., 1975; Seefeldt et al., 2004) Nhiệt độ ảnh hưởng đến trao đổi chất sinh trưởng vi khuẩn, loài Azospirillum sinh trưởng tối ưu nhiệt độ nhiệt độ 32 – 40ºC pH đất tác động lên hoạt đông vi sinh vật, theo Fierer Jackson (2006), pH đất có ảnh hưởng lớn đến đa dạng phong phú quần xã sinh vật ảnh hưởng nhiệt độ, lượng mưa vĩ độ Ẩm độ tác động trực tiếp đến sinh trưởng tác động gián tiếp thông qua hoạt động vi sinh vật Có mối tương quan thuận hoạt động enzyme nitrogenase độ ẩm đất (Lance et al., 1995) Hàm lượng đạm vô đất cao ức chế khả cố định đạm vi khuẩn nồng độ NH3 cao ức chế tổng hợp nitrogenase Phần Sáu trình bày chế tổng hợp IAA vi khuẩn Ở vi khuẩn IAA tổng hợp từ tiền chất tryptophan khơng có tryptophan (Baca and Elmerich, 2007) Theo Koga et al (1991) có lộ trình tiêu biểu cho biến đổi tryptophan thành IAA, (1) lộ trình indole-3-pyruvic acid, (2) Lộ trình tryptamine, (3) Lộ trình tryptamine Theo Carro-López et al (2000) loài Azospirillum brasilense tổng hợp IAA theo lộ trình indole-3-pyruvic acid Pseudomonas spp có khả tổng hợp IAA không cần tryptophan, theo Last et al (1991), mơi trường khơng có tryptophan số vi sinh vật có khả chuyển indole-3glycerol phosphate thành tryptophan Phần Bảy, trình bày “tương tác vi khuẩn vùng rễ thực vật” Vùng rễ lớp đất mỏng bao quanh rễ cây, nơi dồi chất dinh dưỡng làm cho sinh vật quần tụ nhiều đa dạng Theo Jones and Hisinger (2008) vùng rễ nơi đa dạng sinh học có lẽ mơi trường sống động trái đất Vi sinh vật sống vùng rễ xâm nhập vào lớp tế bào biểu bì rễ qua lỗ tự nhiên thủy khổng, khí khổng, lỗ rễ Ngồi vi khuẩn tiết enzyme celulase phá vỡ vách cellulose rễ non để xâm nhập vào bên (Edward and Cocking, 2012) 140 120 100 80 60 40 20 132 95 86 35 46 38 11 31 34 48 40 37 50,00-66,53 40,00-49,99 30,00-39,99 20,00-29,99