BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN VÕ HẢI ĐƯỜNG PHÂN LẬP VI KHUẨN PHÂN GIẢI SILIC TRONG ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CANH TÁC LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN VÕ HẢI ĐƯỜNG PHÂN LẬP VI KHUẨN PHÂN GIẢI SILIC TRONG ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CANH TÁC LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Pgs. NGUYỄN KHỞI NGHĨA Ts. NGUYỄN THỊ NGỌC TRÚC 2021 LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn đến: Pgs. Nguyễn Khởi Nghĩa – người Thầy đã tận tâm chỉ dạy, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu và hỗ trợ tất cả các điều kiện cần thiết giúp tôi hoàn thành luận án. Nguyễn Thị Ngọc Trúc đã giúp đỡ, hỗ trợ cho tôi có đủ điều kiện cần thiết cho việc học tập nghiên cứu sinh. Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp, Khoa Sau Đại học và các Phòng Ban khác của Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án. Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Bạc Liêu, Ban lãnh đạo Khoa Nông nghiệp – Thủy sản, Phòng Tổ chức – Hành chính, Phòng Đào tạo, các Phòng, Ban, Trung tâm khác, Quý Thầy Cô, Anh, Chị, Em đồng nghiệp của Trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Bạc Liêu đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án. Nguyễn Minh Chơn và Ts. Trương Thị Bích Vân đã kiểm tra, đôn đốc các thủ tục, hồ sơ nghiên cứu sinh, giúp cho tôi có được các điều kiện cần thiết cho báo cáo luận án. Trần Nhân Dũng, Pgs. Nguyễn Minh Chơn và Pgs. Trương Trọng Ngôn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho tôi có đủ được các điều kiện cần thiết cho việc tham gia và học tập làm nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học. Trần Thị Ngọc Sơn – người Cô rất tận tâm và chu đáo chỉ dạy, giúp đỡ cho tôi kiến thức trong nghiên cứu, làm việc cũng như các điều kiện cần thiết giúp tôi hoàn thành luận án. Tất cả Quý Thầy Cô cùng các Anh Chị và các Em công tác tại Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình chỉ dạy kiến thức, cách thực hiện nghiên cứu khoa học và cách làm việc giúp cho tôi có được những nền tảng cơ bản cho việc thực hiện đề tài nghiên cứu. Gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị em là nghiên cứu sinh của Viện NC & PT Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ (đặc biệt là chị Lê Thị Xã) đã động viên, chia sẻ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận án. i Chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Pgs. Trần Văn Dũng, Thầy Ts. Dương Minh Viễn, Cô Ts. Đỗ Thị Xuân và Cô Ts. Châu Thị Anh Thy đã đưa ra các ý kiến góp ý rất quý báu về phương pháp và nội dung nghiên cứu cũng như động viên tôi rất nhiệt tình để tôi thực hiện tốt luận án tiến sĩ này. Chị Nguyễn Thị Thu Hà, em Nguyễn Thị Kiều Oanh, em Võ Thị Ngọc Cẩm, anh Nguyễn Vũ Bằng, chị Đặng Thị Yến Nhung, Nguyễn Hoàng Kim Nương, Lâm Tử Lăng, em Nguyễn Hữu Thiện, Nguyễn Thị Kiều Anh, Đỗ Thành Luân, Lâm Tuấn Kiệt, Cao Thị Mỹ Tiên, Nguyễn Phúc Tuyên là cán bộ Phòng thí nghiệm sinh học đất, Bộ môn Khoa học đất, Khoa nông nghiệp, Trường đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thực hiện các thao tác kỹ thuật trong phòng thí nghiệm và cách trình bày báo cáo nghiên cứu khoa học. Gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Nguyễn Hồng Giang, em Trần Anh Đức, anh Trần Huỳnh Khanh, chị Võ Thị Thu Trân, chị Đoàn Thị Trúc Linh, chị Lê Thị Thanh Chi, em Huỳnh Mạch Trà My là cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Khoa học đất, Khoa nông nghiệp, Trường đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ trong các công việc liên quan đến phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm và thủ tục giấy tờ và thanh toán. Em Đào Thị The (Học viên cao học lớp Công nghệ Sinh học K24, Trường Đại học Cần Thơ), em Võ Việt Hải và Lâm Thanh Tâm (Sinh viên lớp Khoa học đất K41 A2) đã tận tình, chung tay, chia sẻ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án tốt nghiệp này. Bạn Ngô Thị Phương Thảo (Học viên cao học lớp Công nghệ Sinh học K20, Trường Đại học Cần Thơ) cùng các em học viên và sinh viên thuộc các lớp Nông nghiệp Sạch K39, Khoa học đất K40, K41 A1, K41 A2, Bảo vệ thực vật K41 gồm: Khúc Thành Lộc, Phan Hoàng Phúc, Nguyễn Phước Duy, Nguyễn Quốc Tịnh, Nguyễn Bá Điền, Thạch Hoài Hận, Hồ Minh Thuấn, Nguyễn Ngọc Hải, Nguyễn Hữu Thiện, Nguyễn Thị Như Ngọc, Huỳnh Như, Bạch Thị Ngọc Tuyền, Lâm Quang Phương Mai, Sơn Thị Búp Pha, Đỗ Thành Luân, Dương Trúc Mai, Trần Thị Thúy Cầm, Thị Hạnh Nguyên, Giang Yến Anh, Đoàn Vũ Luận, Nguyễn Thị Thúy Kiều, Huỳnh Hiếu Hạnh, Nguyễn Hoàng Nhi và Trần Thiện Chiến đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thu mẫu, xử lý mẫu, phân tích và thu chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm cũng như thí nghiệm nhà lưới và ngoài đồng cho luận án tiến sĩ này. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô, các anh chị cùng các em công tác tại Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã động viên, giúp đỡ trực tiếp và gián tiếp để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ này. ii Gia đình chú Trương Văn Tự nông dân ở ấp Long Hải, thị trấn Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu và chị Thái Thị Loan, Trưởng phòng nông nghiệp huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện nội dung thí nghiệm ngoài đồng. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên và người thân của gia đình gồm Ông Bà, Cha Mẹ ruột, Cha Mẹ Vợ, Cậu Dì, Cô Chú Bác, Các Em Anh Chị và đặc biệt là Vợ (Hồ Tú Quyên) và Con tôi (Trần Đường Minh) là những người luôn đồng hành, sát cánh cùng tôi và đã hỗ trợ tôi hết mình về tinh thần và tài chính trong những lúc khó khăn trong thời gian thực hiện luận án để giúp tôi vững tin thực hiện thành công luận án tiến sĩ này. Xin thành thật cảm ơn! Trần Võ Hải Đường iii TÓM TẮT Silic là một trong những nguyên tố dinh dưỡng mang nhiều lợi ích cho cây trồng giúp cây cứng chắc, chống đổ ngã, tăng cường sự tiếp nhận ánh sáng ở lá, kháng lại một số bệnh do nấm và vi khuẩn, chống lại sự tấn công của côn trùng, giúp cây trồng chịu mặn, chống lại ngộ độc kim loại nặng và dư thừa N, P ở trong mô thực vật. Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập một số dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si từ nhiều hệ sinh thái khác nhau như hệ vi khuẩn đường ruột trùn đất, hệ vi khuẩn trong phân trùn đất và hệ vi khuẩn trong đất canh tác chuyên canh lúa, mía và tre ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) để tăng cường khả năng chống chịu mặn của cây lúa trên nền đất nhiễm mặn. Kết quả cho thấy tổng cộng 387 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải khoáng Si được phân lập. Trong đó, 10 dòng vi khuẩn được định danh như loài Microbacterium neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40, Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13, Agromyces ulmi PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27 và Olivibacter jilunii PTST_30 với độ tương đồng từ 99-100% thể hiện khả năng phân giải khoáng Si cao nhất. Mặt khác, 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn gồm MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12 và PTST_30 phát triển mật số và phân giải Si tốt trong môi trường có pH từ 5-7, nhiệt độ 35oC và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl. Bên cạnh khả năng phân giải Si, năm dòng vi khuẩn này còn có khả năng cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA. Mặt khác, chúng còn có khả năng giúp cây lúa gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và sinh khối lúa khi được trồng ở điều kiện mặn trong phòng thí nghiệm. Bên cạnh đó, thí nghiệm ở điều kiện nhà lưới và ngoài đồng cho thấy 5 dòng vi khuẩn này giúp cây lúa gia tăng khả năng chống chịu mặn, kích thích sinh trưởng và năng suất lúa. Đặc biệt, nghiệm thức bón hỗn hợp 5 dòng vi khuẩn phân giải Si này cho hiệu quả cao nhất trong việc kích thích sinh trưởng và năng suất lúa và giúp tiết kiệm được 25% lượng phân bón NPK khuyến cáo nhưng vẫn cho năng suất cao hơn so với nghiệm thức đối chứng dương. Từ khóa: canh tác lúa, đất nhiễm mặn, Silic, vi khuẩn đất, vi khuẩn phân giải Silic iv ABSTRACT Silicon is one of the most beneficial nutrient elements, bringing many benefits for plants in enhancement of the strength of plants to resist to the falling, light reception of leaf, bacterial and fungal caused pathogen resistance, insect attack resistance, salinity resistance, heavy metal toxicity resistance and avoiding the over uptake of N and P in plant tissue. The objective of this study aimed at isolating silicate solubizing bacteria from different habitats including earthworm’s intestine, earthworm’s feces, rice soil, sugarcane soil, and bamboo soil from some selected provinces in the Mekong Delta to enhance the salinity resistance of rice and stimulate the growth and yield of rice under the salinity impact. The results showed that 387 bacterial strains in total were obtained with a function in silicate mineral solubilization. Among them, 10 strains identified as Microbacterium neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40, Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13, Agromyces ulmi PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27, and Olivibacter jilunii PTST_30 with a variation in similarity between 99-100% had the highest capability in silicate mineral solubilization. In addition, these five selective bacteria including MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12, and PTST_30 showed their best growth and silicate mineral solubilizing capacity under the following inoculation conditions pH 5-7, temperature 35oC, and salinity up to 0. Beside that, these five bacteria also had good capacity in nitrogen fixation, phosphorus solubilization, and IAA synthesis. Moreover, they were also able to enhance the salinity resistance capacity, growth, and biomass of rice when cultivated under the laboratory salinity conditions. The greenhouse and field experiment indicated that these five isolates helped to enhance the resistance capacity of rice toward salinity, growth and yield promotion of rice.
