Ảnh hưởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lí sinh trưởng của giống ngô VN2

Trờng đại học Vinh Khoa sinh học ------------------- Nguyễn gia đăng ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý sinh tr- ởng của giống ngô DK -888 và giống ngô VN 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học Ngành cử nhân s phạm sinh học Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh Vinh, 2007 Lời cảm ơn Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi còn nhận đợc sự hớng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo T.S. Nguyễn Đình San, Th.S. Nguyễn Đức Diện. Sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, cán bộ kỹ thuật phòng thí nghiệm Sinh lý - Hoá sinh khoa Sinh học, các anh chị cao học, sự động viên của gia đình, bạn bè. Nhân dịp này, cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các quý thầy cô giáo, cán bộ kỹ thuụât viên, gia đình, các anh chị cao học và tất cả bạn bè đã khuyến khích động viên tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Vinh, tháng 5 năm 2007. Sinh viên thực hiện Nguyễn Gia Đăng 2 Mục lục Trang Mở đầu .1 Chơng 1: Tổng quan tài liệu .3 1.1. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam 3 1.1.1. Vài nét về tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới 3 1.1.2. Vài nét về tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam ở Việt Nam .5 1.2. Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn lam vào thực tiễn sản xuất và đời sống .7 1.3. Một số đặc điểm sinh học của VKL 10 1.4. Các nhân tố ảnh hởng đến sinh trởng và hoạt động cố định nitơ của VKL 10 1.4.1. Các nhân tố vật lý 10 1.4.2. Vai trò của một số kim loại đối với VKL cố định ntơ 11 1.5. Vài nét về cây ngô .11 1.5.1. Nguồn gốc .14 1.5.2. Phân loại 14 1.5.3. Đặc điểm sinh trởng và phát triển của cây ngô .14 1.5.4. Đặc điểm sinh thái của cây ngô .15 1.6. Tình hình phát triển cây ngô trên thế giới và ở Việt Nam .16 1.6.1. Trên thế giới 20 1.6.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 20 Chơng 2: Đối tợng - nội dung và phơng pháp nghiên cứu .23 2.1. Đối tợng nghiên cứu 23 2.2. Nội dung nghiên cứu 24 2.3. Phơng pháp nghiên cứu 24 2.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 28 Chơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận .29 3.1. Sinh khối vi khuẩn lam sau khi nuôi 15 ngày - 30 ngày .29 Kho¸ lu©n tèt nghiÖp NguyÔn Gia §¨nng - 44 A Sinh 4 3.2. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam (nuôi 30 ngày) đến sự nảy mầm của hạt giống DK-888 và giống VN 2 32 3.2.1. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến tốc độ, tỷ lệ và năng lực nảy mầm 32 3.2.2. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến sự tăng trởng của thân, rễ mầm đối với hai giống ngô .34 3.2.3. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến cờng độ hô hấp của hạt nảy mầm của hai giống ngô 36 3.3. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến các chỉ tiêu sinh trởng của cây ngô ở giai đoạn 15, 30, 45 ngày 39 3.3.1. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến chiều cao cây ngô 39 3.3.2. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến chiều dài rễ 41 3.3.3. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên diện tích lá .43 3.3.4. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến hàm lợng diệp lục 45 3.3.5. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến cờng độ quang hợp của hai giống ngô .50 Kết luận và đề nghị .53 Tài liệu tham khảo 55 Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh Mở đầu Nông nghiệp sinh thái bền vững và đa dạng là chiến lợc phát triển của mọi quốc gia. Điều đó càng có ý nghĩa hơn đối với các nớc nhiệt đới nắng nóng ma nhiều và lắm thiên tai nh Việt Nam. Mặt khác, sau hơn hai mơi năm đổi mới, nớc ta đã khởi sắc, kinh tế -xã hội ngày càng nâng cao, nhu cầu cuộc sống của dân c ngày càng phong phú, đa dạng và chất lợng hơn, trong đó ngành nông nghiệp chiếm vai trò quan trọng, chiếm 80% tỉ trọng nền kinh tế quốc dân. Để phát huy thế mạnh của sản xuất nông nghiệp, nớc ta đã và đang tiến hành việc đa dạng hoá cây trồng, trong đó ngô đợc xem là cây lơng thực quan trọng thứ hai (sau cây lúa) bởi cây ngô có nhiều đặc điểm tốt. Về đặc điểm thực vật cây ngô thuộc nhóm thực vật C 4 , có khả năng chống chịu tốt với điều kiện môi trờng bất lợi, cho năng suất cao. Hoa ngô khác tính cùng gốc, thụ phấn chéo nên hiệu suất đậu quả cao. Về giá trị sử dụng rất đa dạng, Ngô dùng làm lơng thực cho con ngời, thức ăn cho gia súc- gia cầm, làm nguyên liệu cho công nghiệp. Từ ngô có thể chế ra rất nhiều loại hàng hoá khác nhau của các ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghiệp dợc phẩm [11]. ở nớc ta hiện, ngô đợc xem cây lơng thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và đợc trồng ở cả ba vùng đồng bằng, trung du, miền núi. Trớc sức ép của sự gia tăng dân số thì lơng thực là một vấn đề bức thiết của toàn xã hội. Chính vì vậy, ngoài cây lúa thì việc tăng năng suất, sản lợng cây cây ngô trên một đơn vị diện tích đợc các nhà khoa học quan tâm đặc biệt. Để tăng năng suất, sản lợng ngoài các yếu tố: công nghệ giống, công nghệ sinh học, biện pháp thâm canh, .thì chúng ta không thể không nói đến sự đóng góp của công nghệ phân bón đối với sự phát triển của ngành nông nghiệp. Hiện nay, vấn đề phân bón sinh học (Biofertirifer) đang là mối quan tâm đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Bởi vì, việc sử dụng phân bón hoá học vô 6 Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh cơ đã gây nên nhiều tác hại đến sinh vật nói chung và sức khoẻ con ngời nói riêng, cùng với sự phát triển của ngành nông nghiệp thì nhu cầu sử dụng phân đạm vô cơ hàng năm trên thế giới tăng rất nhanh, phí tổn hàng chục tỷ đôla, đó là một chi phí rất lớn, đặc biệt là đối với các nớc đang phát triển. Ngoài ra, việc sử dụng quá mức phân bón hoá học vô cơ đã gây nên ô nhiễm môi trờng đồng ruộng, làm giảm độ phì nhiêu của đất, sự xói mòn làm cho phân hoá học vô cơ bị cuốn trôi, . trong khi đó, trong đồng ruộng có nhiều loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ khí quyển, nh một số họ: Anabaenaceae, Nostocaceae và Scytonemataceae [20]. Vi khuẩn lam cố định nitơ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ phì nhiêu cho đất một cách tự nhiên, sự phát triển của vi khuẩn lam tạo nên những chất hữu cơ giàu đạm chúng sẽ chuyển hoá tạo thành các dạng vô cơ nh NH + 4 , đây là dạng mà cây trồng dễ hấp thu, cần thiết cho sự sinh trởng, phát triển của cây trồng. Ngoài ra, vi khuẩn lam còn tiết ra môi trờng một số chất kích thích có tác dụng lên sự sinh trởng của cây trồng. Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm các nhà khoa học đã phân lập đợc nhiều chủng vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ khí quyển và đã sản xuất đ- ợc nhiều chế phẩm vi khuẩn lam, việc nghiên cứu vi khuẩn lam để nâng cao năng suất, cải tạo đất trồng lúa đang đợc chú ý ở nhiều nơi trên thế giới. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sự ảnh hởng của vi khuẩn lam lên quá trình sinh trởng, phát triển của cây ngô cha nhiều. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành tìm hiểu đề tài: ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý sinh trởng của giống ngô DK -888 và giống ngô VN 2 . Mục tiêu của đề tài nhằm đánh giá sự ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm, sinh trởng của cây ngô ở giai đoạn cây non, góp phần vào việc sử dụng vi khuẩn lam làm nguồn phân bón sinh học hữu hiệu trong trồng ngô cũng nh trong sản xuất và bảo vệ môi trờng. Chơng 1: tổng quan tàI liệu 7 Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh 1.1. Tình hình nghiên cứa vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Vài nét về tình hình nghiên cứa vi khuẩn lam trên thế giới Trong những thập kỷ gần đây vi khuẩn lam (Cyanobacteria) đã lôi cuốn sự chú ý của nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau nh: thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, di truyền học, công nghệ sinh học, môi trờng học và trồng trọt. Sự chú ý đó có cơ sở, bởi vì hiện nay vấn đề phân bón sinh học (Biofertilizer) đơng là mối quan tâm đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp [21]. Chính vì vai trò của vi khuẩn lam mà những tri thức về vi khuẩn lam ngày càng nâng cao và phong phú; hàng loạt các công trình chuyên khảo phục vụ cho điều tra phân loại vi tảo nói chung và vi khuẩn lam nói riêng đã ra đời. Những công trình nghiên cứu về vi khuẩn lam đầu tiên đã đợc tiến hành trong những năm đầu thế kỷ XIX (C.Argardh, 1824; Kuetzing, 1843) và ngời đặt cơ sở đầu tiên cho việc phân loại vi khuẩn lam là Thuret (1875) và sau đó là Kirchler (1900), cùng với sự đóng góp của Slizenberger (1860) và Sach (1874) [19]. Sau đó là hàng loạt các công trình nghiên cứa về vi khuẩn lam đợc công bố tập trung theo các hớng phân loại học và sinh học thực nghiệm; sau năm 1914, đã xuất hiện hàng loạt các hệ thống mới về phân loại vi khuẩn lam, với số lợng loài ngày một tăng và ban đầu có sự phân hớng nghiên cứa ở các châu lục. ở Châu Âu: có công trình nghiên cứu của Elenkin (1916, 1923, 1936), Borch (1914, 1916,1917), Geitler (1925, 1932). Đó là bớc đi dài, đáng kể về phía trớc nếu so với hệ thống của Thuret và của Tirchner, hệ thống của Elenkin phản ánh đầy đủ đa dạng về hình thái của vi khuẩn lam trên cơ sở nghiên cứu hệ thống chủng loại phát sinh [21]. ở khu vực châu á hớng nghiên cứu về phân loại vi khuẩn lam ở vùng nhiệt đới, có thể coi Fremy (1930) là ngời đầu tiên khai phá và công trình của Borgensen F.C.F (1930, 1940) viết về vi khuẩn lam và vi tảo ở Đông Dơng. Công trình về tảo lam đầu tiên do nhà tảo học ấn Độ Đesikachary (1959) đã phản ánh khá phong phú các taxon tảo lam thờng gặp trong lĩnh vực khí hậu nóng và có ma nhiều ở vùng nhiệt đới [21]. 8 Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh Trong lịch sử nghiên cứa về vi khuẩn lam cố định nitơ, Frank (1889) là ngời đầu tiên đã có những nhận xét về khả năng đồng hoá nitơ phân tử của vi khuẩn lam. Những nhận xét này đợc các nhà khoa học đơng thời xác nhận (Schloesing và Laurent,1892; Beijerinck, 1901; Heinzen, 1906) song họ cha giải thích đợc [20]. Đến năm 1928, Drew đã phân lập đợc 3 loài vi khuẩn lam và kết quả thí nghiệm với những chủng này cho thấy chúng có khả năng đồng hoá nitơ phân tử. Tiếp theo nhiều công trình thực nghiệm đã khẳng định kết luận trên (Allisona.Morris, 1930, 1932). Các nhà tảo học đã phân lập đợc từ đất Nostoc muscorum có khả năng cố định nitơ, trong môi trờng hoàn toàn không có đạm vô trùng sạch sẽ. Với công trình nghiên cứu của Fritsch, De (1938, 1939), tìm hiểu nguyên nhân tại sao trong một vùng đất chuyên trồng lúa nhiều năm không bón phân ở ấn Độ mà cây lúa vẫn phát triển mùa màng thu hoạch tốt. Những công trình nghiên cứu của Fogg (1942, 1951, 1956, 1962); Singh (1942, 1961); Herisset (1942, 1952); Watanabe (1950, 1956, 1959, 1962, 1965); Allen a. arnon (1955) . tìm hiểu mỗi quan hệ giữa cố định nitơ, với các hoạt động sinh lý khác của vi khuẩn lam, các kết quả đã làm chỉ ra rằng không phải tất cả các loài vi khuẩn lam đều có khả năng cố định nitơ mà đa số các loài vi khuẩn lam cố định nitơ thuộc họ Anabaenaceae, Nostocaceae, Rivulariaceae và Scytonemataceae, thuộc lớp Hormogoneae [20]. Trong những năm cuối thế kỷ 20 ngời ta chú ý đến ứng dụng vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ nghiên cứu trên 20 loại đất ấn Độ, Madagasca, Malaixia, Philippin, Thái Lan, Bồ Đào Nha và Sênêgan. Nhà khoa học ngời Pháp Roger (1985 - 1987) đã nhận thấy các quần xã tảo và vi khuẩn lam trong các loại đất khác nhau, nhng tất cả đều có các loài vi khuẩn lam có tế bào dị hình (Heterocyst) và Nostoc bao trùm trong đa số các loại đất. Theo Rippka và cộng sự thì các loài vi khuẩn lam chủ yếu về các chi Nostoc, Anabaena và Calothrix chiếm tới 60% tổng số loài. Vi khuẩn lam cố định nitơ đóng vai trò quan trọng trong việc làm độ phì cho đất một cách tự nhiên, nhất là ruộng lúa. Trên 125 chủng hoặc Typ vi khuẩn lam đã đợc biết là 9 Khoá luân tốt nghiệp Nguyễn Gia Đănng - 44 A Sinh có khả năng cố định nitơ. Chính vì vậy, mà có nhiều công trình tập trung nghiên cứu vi khuẩn lam cố định nitơ của Wenkataraman (1975, 1982); Roge (1979,1986,1989); Kapoor (1981); Hamdi (1986). Sản xuất vi tảo ở quy mô lớn đang đợc thực hiện ở ấn Độ và đã đợc bắt đầu ở Miễn Điện, Trung Quốc, Philippin, Thái Lan và Việt Nam (Richmond,1986). ở khoa công nghệ sinh học của viện khoa học kỹ thuật Thái Lan nhiều loài vi khuẩn lam đã đợc nuôi cấy ở quy mô lớn nh: Anabaena siamensis, Calothrix spp, Tolipothrix spp, Haplosiphon spp . chúng đợc giữ giống và đợc bảo quản trong bộ su tập giống [1]. 1.1.2. Vài nét về tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam ở Việt Nam Nếu nh nhiều học giả trên thế giới từ rất lâu đã nghiên cứu về vi khuẩn lam thì ở Việt Nam thì những công trình nghiên cứu về vi khuẩn làmcó thể nói là rất hiếm và hầu nh không có công trình chuyên khảo nào về nó. Công trình nghiên cứu về vi khuẩn lam đầu tiên là P.Fremy (1927), ông đã công bố ba loại vi khuẩn lam tìm thấy ở Việt Nam trên cơ sở định loại mẫu do D.Gaumont thu thập. Ngời Việt Nam nghiên cứu và công bố kết quả đầu tiên chuyên về vi khuẩn lam là Cao Ngọc Phợng (1964). Bà viết 23 taxon tảo lam sát mặt đất ở Sài Gòn và Đà Lạt, Trong đó có 11 chi (với 2 chi có tế bào dị hình và 9 chi không có tế bào dị hình), một loài mới đới với khoa học: Phormidium vietnamense và một thứ (Varietas) mới: Gloeocapsa punetata var. phamhoangii. tháng 11 năm 1966, phân tích nớc hồ hoàn kiếm vào thời điểm nớc nở hoa, nhà tảo học Hungari T.Hortobagyi (1967,1968,1969) đã xác định 24 taxon tảo lam thuộc về 14 chi (1 chi có tế bào dị hình và 13 chi không có tế bào dị hình) [21]. ở miền Bắc từ năm 1960 đã có những công trình nghiên cứu về vi tảo tuy chỉ ở mức báo cáo nội bộ. Năm 1966 Dơng Đức Tiến đã nghiên cứu thực vật vùng ngoại ô Hà Nội và tiếp theo là công trình nghiên cứu về tảo lam của ông 10 . đề tài: ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý sinh trởng của giống ngô DK -888 và giống ngô VN 2 . Mục tiêu của đề. học Vinh Khoa sinh học ------------------- Nguyễn gia đăng ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý sinh tr- ởng của giống