Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện diễn châu, tỉnh nghệ an

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trưêng §¹i Häc Vinh = = = & = = = THÁI THỊ VIỆT HÒA VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ Xà THUỘC HUYỆN DIỄN CHÂU, TỈNH NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Vinh - 2010 1 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng §¹i Häc Vinh = = = & = = = THÁI THỊ VIỆT HÒA VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ Xà THUỘC HUYỆN DIỄN CHÂU, TỈNH NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC Chuyên ngành : Thực vật Mã : 60.42.20 Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ THỊ THÚY HÀ Vinh - 2010 2 Lời cảm ơn Trong hơn hai năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Vinh, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các giảng viên, kỹ thuật viên, bạn bè và gia đình. Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi tới Cô giáo, T.S Lê Thị Thúy Hà đã hướng dẫn khoa học và nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo PGS – T.S Võ Hành, PGS -T.S Nguyễn Đình San đã có những góp ý chỉ bảo quý báu trong quá trình viết luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy cô giáo Khoa Sau đại học - Trường Đại học Vinh, kỹ thuật viên phòng hóa sinh và phòng thí nghiệm bậc thấp, cán bộ Sở tài nguyên môi trường tỉnh Nghệ An, Cô giáo Trần Thị Tuyết Hồng, giáo viên Hoá học Trường THPT Nguyễn Xuân Ôn, tập thể Giáo viên trường THPT Nguyễn Xuân Ôn, gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Vinh, tháng 12 năm 2010 Tác giả Thái Thị Việt Hòa 3 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn…………………………………………………………… .1 Mục lục……………………………………………………………… 2 Danh mục bảng và các hình trong luận văn………………………… .4 Mở đầu……………………………………………………………… .5 Chương 1: Tổng quan tài liệu………………………………………… 6 1.1.Tình hình nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam……… 6 1.1.1. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới……………….6 1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam ở Việt Nam …… ……… .7 1.2. Vai trò của Vi khuẩn lam……………………………………… .8 1.3. Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam trong đất .………… 11 1.3.1 Đặc điểm, cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam 11 1.3.2. Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất… . . ……………… 12 1.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn lam13 1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Diễn Châu, Nghệ An ………15 1.4.1 Đặc điểm tự nhiên…………………………………………………… 15 1.4.2 Điều kiện khí hậu…………………………………………………… .16 Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu…………………………18 2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu………………………… .18 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu……………………………………… ……… 18 2.1.2 Địa điểm nghiên cứu………………………………………………… 18 2.1.3 Thời gian thu và xử lí mẫu………………………………… ……… 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… .18 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hóa…………18 2.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất……………….19 2.2.3 Định loài Vi khuẩn lam bằng phương pháp hình thái so sánh……… .20 Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận…………………… .23 4 3.1 Một số chỉ tiêu nông hóa thổ nhưỡng của các loại đất trồng ở các xã nghiên cứu………………………………………………………………… .23 3.1.1 Độ ẩm………………………………………………………………….23 3.1.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu……………………………………………… .24 3.1.3 Hàm lượng lân dễ tiêu………………………………………… 25 3.1.4 Hàm lượng kali tổng số……………………………………………… 25 3.2 Đa dạng vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện Diễn Châu, Nghệ An………………………………………………………………26 3.2.1 Cấu trúc thành phần loài…………………………………… …………26 3.2.2 Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ………………… ……… .32 3.2.3 Phân bố các taxon bậc loài trong chi………………………………… 33 3.2.4 Cấu trúc thành phần loài Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An…………………………………… .34 3.2.5 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã 35 3.2.6 Đa dạng về hình thái………………………………………………… 36 Kết luận, kiến nghị………………………………………………………… 38 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 39 Phụ lục ảnh………………………………………………………………….43 5 DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Trang Bảng 3.1 Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu…………………………………23 Bảng 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu……… .24 Bảng 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu…………….25 Bảng 3.4 Hàm lượng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu……… 26 Bảng 3.5 Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An……………………………………………………27 Bảng 3.6 Số lượng taxon đã gặp của nghành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An…………………………29 Bảng 3.7 Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ đã gặp……………….32 Bảng 3.8 Phân bố số lượng loài/ dưới loài trong các chi của Vi khuẩn lam đã được phát hiện……………………………………………………………….33 Bảng 3.9 Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã……………………… .34 Bảng 3.10 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã .35 Bảng 3.11 Đa dạng hình thái các taxon Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An………………………… .36 Bảng 3.12 Đa dạng hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu so với các vùng đã được nghiên cứu…………… 37 Hình 3.1 Độ ẩm của đất ở các xã……………………………………………23 Hình 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu ở các xã …………………… .24 Hình 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các xã…………………… .25 Hình 3.4 Hàm lượng kali ở các xã ………………………………………….26 Hình 3.5 Tỉ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ………………………….30 Hình 3.6 Tỉ lệ % số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ………………………….32 Hình 3.7 Số lượng loài ở các xã…………………………………………….34 6 MỞ ĐẦU Vi khuẩn lam có vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái đất nói riêng, đặc biệt là trong đất trồng lúa. Chúng tham gia vào việc sản xuất sinh khối và điều chỉnh cân bằng thành phần khí. Một số loài có khả năng cố định nitơ phân tử. Nhiều loài Vi khuẩn lam có thể được sử dụng làm thức ăn cho động vật hoặc nguyên liệu để tách chiết các hoạt chất sinh học. Chính vì vậy, chúng đang là đối tượng được nhiều nhà khoa học ở các nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu và ứng dụng Vi khuẩn lam ở nước ta hiện nay, một trong những vấn đề quan trọng là lựa chọn được các dòng Vi khuẩn lam đạt tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện địa phương để nuôi đại trà. Vì vậy, công tác điều tra cơ bản thành phần loài là nền móng đẩy mạnh các nghiên cứu chuyên sâu. Ở Việt Nam, cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng vi tảo (trong đó có Vi khuẩn lam) nhưng phần lớn vẫn là các công trình nghiên cứu Vi khuẩn lam trong các thuỷ vực dạng hồ, sông…Ở khu vực Bắc Trung Bộ trong đó có Nghệ An đã có một số công trình nghiên cứu, ứng dụng Vi khuẩn lam trên đất trồng lúa như: Nguyễn Đình San, Lê Thanh Tùng - Ảnh hưởng của Vi khuẩn lam đến sự nảy mầm và sinh trưởng của giống lúa Mộc Tuyền. Đặng Thị Ngọc Liên – Vi tảo trong đất trồng lúa bị nhiễm mặn ở huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An…Tuy nhiên nghiên cứu thành phần loài Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Diễn Châu Tỉnh Nghệ An thì chưa có tác giả nào đề cập đến. Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An” Mục tiêu của đề tài là nhằm điều tra thành phần loài vi khuẩn lam ở đất trồng lúa một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An. 7 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 Trong những thập kỷ gần đây Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay tảo lam (Cyanophyta) đã lôi cuốn nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau như: Thực vật học, vi sinh vật học, sinh lí học, sinh hoá học, di truyền học, Công nghệ sinh học, môi trường và trồng trọt [22]. Ở Châu Á, tại Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ Desikachary (1959) [30] đã tiến hành nghiên cứu khu hệ Vi khuẩn lam trong nhiều năm, kết quả có 750 loài thuộc 85 chi đã được xác định, trong đó có 70 loài lần đầu tiên được xác định ở nước này. Subeen Naz và cs [35] thuộc Cục thực vật học, Đại học Karachi, Pakistan đã thu thập mẫu từ các môi trường sống khác nhau trong các mùa khác nhau ở giai đoạn 1996 – 2000 đã phân lập được 45 loài thuộc chi Oscillatoria. Cũng ở Ấn Độ, Aushal và cs [29] thuộc Cục thực vật học, Đại học Bihar BR, A nghiên cứu trong khoảng 60 ngày đã thống kê được 28 loài đại diện cho 9 chi. Ở Châu Âu, Pau James [34] đã nghiên cứu và chụp ảnh hiển vi điện tử được 34 loài thuộc chi Nostoc. Không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu khu hệ các tác giả còn đi sâu nghiên cứu về đặc tính sinh lí, sinh hoá của các chủng Vi khuẩn lam để ứng dụng trong nuôi trồng và thực tiễn đồng ruộng. Năm 2000, V.M. Dembly và cs [31] thuộc phòng Khoa học môi trường, Trường Đại học Khoa học ứng dụng, Đại học Hebrew ở Jerusalem, Israel đã nghiên cứu sự biến đổi thành phần lipit của Cyanobacterium đất từ lưu vực biển chết đến sa mạc Nêgv. 8 Aushas và cs [29] qua nghiên cứu cho rằng Cyanobacteria 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 Cyanobacteria tăng cường khả năng giữ nước bằng cách thêm các vật liệu polysaccharidic vào đất và gia tăng chất dinh dưỡng trong đất. Cyanobacteria là nhân tố bài tiết các chất vào đất. Năm 2005, Hồng J và cs [33] nghiên cứu ảnh hưởng của áng sáng đến quá trình sinh trưởng của tảo và tảo chỉ sinh trưởng được trong điều kiện ánh sáng cho phép và Vi khuẩn lam là nhóm kém ưa ánh sáng. Năm 2006, Ohad và cs [34] cho rằng ánh sáng dư thừa Microcoleus sp. thay đổi hệ quang II thích nghi với điều kiện đất cát sa mạc. Wale và cs (2006) [37] khi nghiên cứu hoạt động của Microcoleus chthonoplaster trong bùn đã khẳng định Vi khuẩn lam 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. 1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trồng ở Việt Nam Nhiều học giả trên thế giới từ lâu đã nghiên cứu về Vi khuẩn lam nhưng ở Việt Nam những thế kỷ qua là rất hiếm và hầu như không có công trình chuyên khảo nào về Vi khuẩn lam, tuy nhiên vẫn có một số dẫn liệu công bố trong những kết quả nghiên cứu tổng thể về phù du thực vật nước biển hoặc nước ngọt [22]. Công trình đầu tiên về tảo ở Việt Nam do J.Loureiro viết năm 1793, ông đã mô tả tảo lục, Ulva pisum. Năm 1927, P. Fremy đã công bố 3 loài tảo lam ở Việt Nam [22]. Người Việt Nam đầu tiên chuyên về tảo lam là Cao Ngọc Phương [theo 22] bà đã mô tả về 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, 1 loài mới cho khoa học. Năm 1977, Dương Đức Tiến [19] trong bài báo về “Tảo lam cố định đạm 9 trên đất trồng lúa Miền Bắc Việt Nam” đã công bố 13 loài tảo lam thuộc 6 chi (4 chi có tế bào dị hình và 2 chi không có tế bào dị hình). Trong những năm gần đây có một số tác giả như: Võ Hành, Đặng Thị Ngọc Liên [12] đã công bố 23 loài Vi khuẩn lam gặp ở vùng đất ngập mặn huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An. Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000 – 2001) [15] đã nghiên cứu điều tra thành phần loài Vi khuẩn lam ở ruộng lúa ở Hà Nội và phụ cận, nhóm tác giả này đã phát hiện được hơn 50 loài thuộc 19 chi trong 5 bộ, ưu thế thuộc về chi Nostoc và Anabaena. Năm 2001, Nguyễn Quốc Hùng [theo 13] cũng với vùng đất Hà Nội và phụ cận đã nâng tổng số loài và dưới loài Vi khuẩn lam lên đến 80 trong 20 chi thuộc 4 bộ. Hồ Sĩ Hạnh (2007) [13] đã công bố 129 loài và dưới loài thuộc 20 chi, 10 họ và 4 bộ trong đó ở đất trồng lúa gặp 62 loài và dưới loài. Đặng Đình Kim và cs (1999) [14] đã nghiên cứu ứng dụng của Vi khuẩn lam tạo sinh khối cho người và động vật, khai thác các hoạt chất từ tảo (Vitamin, lipit, sắc tố, cacbohyđrat, chất chống ôxi hóa), nguồn phân bón sinh học. 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 Thúy Hà - Võ Hành [5]; Hồ Thanh Hải [8]; Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức Tiến, Hồ Thanh Hải, Mai Đình Yên [26]; Nguyễn Văn Tuyên [27]. Gần đây nhất có nghiên cứu của Đặng Lê Uyên Phương - Hồ Sỹ Hạnh [18] nghiên cứu sự đa dạng Vi khuẩn lam ở một số vùng cửa sông Tiền và sông Hậu đã xác định được 54 loài và dưới loài, chúng thuộc 17 chi và 9 họ trong đó họ đa dạng nhất thuộc về Osillatoriaceace, Anabaenaceace, Chroococcaceae. Các chi chiếm ưu thế là: Lyngbya, Oscillatoria, Anabaena. 1.2. Vai trò của Vi khuẩn lam Vi khuẩn lam là sinh vật tiên phong chinh phục môi trường trong quá trình diễn thế nguyên sinh, cải tạo môi trường làm nền tảng cho các quần xã tiếp theo phát triển. 10