Đặt vấn đề Silic (Si) có số nguyên tử bằng 14, khối lượng nguyên tử 28 và là á kim, hóa trị IV. Si là nguyên tố có hàm lượng đứng hàng thứ hai trong vỏ trái đất, chiếm 27,7% tổng khối lượng trái đất (Datnoff et al. Trong đất Si tồn tại trong các khoáng quartz, feldspar, mica, amphibole, pyroxene, olivine và khoáng sét (chủ yếu ở dạng SiO2 chiếm 1-45% khối lượng khô của đất) (Sposito, 1989). Si có ảnh hưởng tích cực lên sự hấp thu và vận chuyển của nhiều yếu tố đa, vi lượng cũng như sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Ma and Yamaji, 2008; Vijayapriya and Muthukkaruppan, 2010), giúp giảm những ảnh hưởng bất lợi của kim loại nặng, mặn, hạn, mất cân bằng dinh dưỡng, nhiệt độ và pH cao hay thấp (Adatia and Besford, 1986; Ma, 2004; Ma and Yamaji, 2006) lên cây trồng bằng cách gia tăng hàm lượng các enzyme oxy hóa-khử, ổn định cấu trúc và chức năng của màng tế bào (Ma, 2004) và giúp kích kháng chống lại côn trùng và bệnh hại cây trồng (Vijayapriya and Muthukkaruppan, 2010).
Trong điều kiện mặn, Si giúp cải thiện một số đặc tính có lợi cho cây lúa bao gồm: gia tăng hàm lượng chlorophyll ở lá lúa (Yeo et al., 1990; Bonilla and Tsuchiya, 1998), duy trì tính thấm của màng tế bào do đó giảm điện tích rò rỉ qua màng tế bào (Lutts et al., 1996; Kaya et al., 2006; Liang et al., 1996), giúp gia tăng hàm lượng nước tương đối cho cây lúa (Tuna et al., 2008), giảm hàm lượng ion Na+ và gia tăng hàm lượng ion K+ trong sinh khối khô cây lúa (Matoh et al., 1986; Ahmad et al., 1992), giảm hàm lượng hydrogen peroxide (H2O2) (Zhu et al., 2004) đồng thời gia tăng hàm lượng các enzyme oxi hóa-khử như guaiacol peroxidase (GPX), glutathione reductase (GR) và superoxide dismutase (SOD) (Liang et al., 2003; Zhu et al., 2004) cũng như giảm hàm lượng proline trong thân lúa (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al., 2009; Lee et al. Si trong đất rất dồi dào tuy nhiên hầu hết tồn tại dưới dạng không hòa tan do đó cây trồng không thể hấp thu được (Rodrigues and Datnoff, 2005; Vasanthi et al. Mặt khác, hàm lượng Si trong đất bị suy giảm do (i) sự di chuyển trầm tích và xói mòn đất thường xuyên với cường độ cao, (ii) đa số cây trồng hấp thu Si tương đương với các nguyên tố đa lượng khác, tuy nhiên, Si không được bổ sung mỗi vụ như N, P và K và (iii) Si bị mất đi do quá trình khử Si trong đất. Đất ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có hàm lượng Si hòa tan thấp và có thể được gia tăng nhờ vào phân bón Si (Meena et al.
Ngoài ra, hàm lượng Si hữu dụng trong đất khu vực bố trí thí nghiệm lúa ở điều kiện ngoài đồng tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu là 16,9 (g.kg-1 đất khô) được đánh giá ở mức thấp (Fox et al., 1967; Haysom and Chapman, 1975), do đó cần bổ sung thêm phân bón Si vào đất nhằm gia tăng lượng Si hữu dụng trong đất. Bên cạnh đó, nhu cầu 1 của cây lúa đối với Si rất cao và hàm lượng Si trong thân lúa dao động từ 5-15% (SiO2) khối lượng khô (Epstein, 1994; Epstein, 1999). Sau mỗi vụ canh tác cây lúa hấp thu khoảng 230-470 kg Si.ha-1 và phần lớn khoáng Si được hấp thu trong sinh khối cây lúa, tuy nhiên phần sinh khối này cũng được lấy đi ra khỏi đồng ruộng (Ma and Yamaji, 2008; Meena et al. Hơn nữa, Si bất động trong đất có thể chuyển thành dạng hòa tan dưới tác động của sự phong hóa, hoạt động sinh học của rễ cây, vi sinh vật và động vật đất (Goudie, 1996; Vasanthi et al.
Trong đó, vi khuẩn phân giải Si đóng vai trò quan trọng và hiệu quả cao trong việc phân giải Si bất động trong đất vì vậy giúp gia tăng độ phì nhiêu đất và gia tăng khả năng bảo vệ cây trồng dưới điều kiện bất lợi của môi trường (Vasanthi et al. Cơ chế phóng thích Si từ khoáng Si được giải thích là do vi khuẩn tiết ra acid hữu cơ như acid citric, acid oxalic, acid keto, acid hydroxyl carboxylic, acid tartaric, acid gluconic, acid acetic (Sheng et al., 2003; Sheng, 2005; Sheng et al., 2008), acid 2-keto-gluconic, alkalis và polysaccharide (Joseph et al., 2015) giúp phân cắt cầu nối liên kết cộng hóa trị giữa Si và các nguyên tố khác trong khoáng Si (Vijayapriya and Muthukkaruppan, 2012). Mặt khác, hầu hết các nghiên cứu trong và ngoài nước tập trung vào vai trò của vi khuẩn phân giải Si lên sinh trưởng và năng suất cây trồng trong điều kiện bình thường, trong khi các nghiên cứu về bổ sung kết hợp giữa khoáng Si và vi khuẩn phân giải Si vào đất giúp phân giải khoáng Si nhằm gia tăng khả năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất cây trồng trên nền đất nhiễm mặn còn rất hạn chế. Bên cạnh đó, lúa là cây trồng chủ lực ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, tuy nhiên, hiện tại việc canh tác lúa ở khu vực này đang phải đối mặt với những hậu quả do tác động của biến đổi khí hậu gây ra, dẫn đến một lượng lớn diện tích trồng lúa bị nhiễm mặn.
Do đó, nghiên cứu “Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập, tuyển chọn các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau nhằm ứng dụng cho việc gia tăng khả năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất của cây lúa khi được canh tác trên nền đất nhiễm mặn.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các dòng vi khuẩn phân giải Si trong đất chuyên canh lúa, mía, tre lâu năm cũng như phân trùn và ruột trùn đất có khả năng phân giải Si. Nghiên cứu được giới hạn trên các dòng vi khuẩn phân giải Si được phân lập từ 96 mẫu gồm đất, phân trùn và ruột trùn đất tại 5 tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh. Dựa trên các 2 nghiên cứu trước đây cho thấy cây lúa, mía và tre có nhu cầu về Si rất cao cho sinh trưởng và phát triển, bên cạnh đó, trong đường ruột của trùn và phân trùn chứa hệ vi khuẩn có khả năng phân giải tốt các khoáng chất trong đất, do đó tiềm năng phân lập được các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật này rất cao.4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Các công việc gồm thu mẫu, phân lập, tuyển chọn và nhận diện các dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si được thực hiện từ tháng 8/2016 đến tháng 6/2017. Ngoài ra, thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng phân giải Si và mật số vi khuẩn phân giải Si của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn được tiến hành từ tháng 7/2017 đến tháng 2/2018.
Nội dung đánh giá khả năng kích thích sinh trưởng cây lúa trong điều kiện mặn trong phòng thí nghiệm của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn được thực hiện từ tháng 3/2018 đến tháng 5/2018. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới và ngoài đồng được thực hiện từ tháng 6/2018 đến tháng 01/2019. Các nội dung nghiên cứu về phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải Si và khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng phân giải Si và mật số vi khuẩn cũng như đánh giá hiệu quả của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng kích thích sinh trưởng và tăng cường khả năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm và nhà lưới được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Sinh học Đất, Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ. Nội dung đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si lên việc gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn trong mô hình canh tác lúa-tôm được thực hiện tại ấp Long Hải, thị trấn Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu.5 Nội dung nghiên cứu - Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất canh tác lúa, mía, tre lâu năm, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh.
- Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả. - Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả. - Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm. 3 - Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất lúa trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng.6 Đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Các nghiên cứu trước đây cho thấy Si là nguyên tố có lợi cho cây trồng và có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cây trồng gia tăng khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường như mặn, hạn, ngộ độc kim loại nặng, hạn chế sự tấn công của nấm bệnh và côn trùng chích hút.
Ngoài ra, việc bổ sung các nguồn vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ chứa Si kết hợp vi khuẩn phân giải Si vào đất canh tác nông nghiệp giúp gia tăng sinh trưởng và năng suất lúa. Tuy nhiên, nghiên cứu về kết hợp bổ sung phân bón Si dạng khoáng và vi khuẩn phân giải Si cho canh tác lúa trên nền đất nhiễm mặn nhằm gia tăng khả năng chống chịu mặn của cây lúa còn rất hạn chế không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới. Do đó, hướng nghiên cứu của đề tài nhằm phân lập, tuyển chọn các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau giúp đa dạng nguồn vi khuẩn phân giải Si thu thập.
