Nghiên Cứu và Phát Triển Vi Khuẩn Azospirillum Ảnh Hưởng Đến Năng Suất Lúa Cao Sản

Nghiên cứu phân lập và khảo nghiệm vi khuẩn azospirillum nội sinh ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất lúa cao sản tại An Giang.

• Tác giả: Đào Thanh Hoàng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Hiệp
• Trường học: Trường Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Vi Khuẩn Azospirillum Tác Động Đến Sinh Trưởng Lúa Cao Sản Tại An Giang
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Vi Khuẩn Azospirillum Tại An Giang

Nghiên cứu về vi khuẩn Azospirillum đã trở thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp, đặc biệt là trong việc cải thiện sinh trưởng lúa cao sản tại tỉnh An Giang. Vi khuẩn này có khả năng cố định đạm, giúp cây lúa phát triển tốt hơn trong điều kiện đất phù sa. Việc áp dụng phân bón sinh học từ vi khuẩn Azospirillum không chỉ giúp tăng năng suất mà còn bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc Điểm Của Vi Khuẩn Azospirillum

Vi khuẩn Azospirillum là một loại vi khuẩn có lợi, có khả năng cố định đạm và thúc đẩy sự phát triển của cây trồng. Chúng thường được tìm thấy trong đất và rễ cây, đặc biệt là cây lúa. Vi khuẩn này giúp cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây, từ đó nâng cao năng suất.

1.2. Vai Trò Của Vi Khuẩn Trong Nông Nghiệp Bền Vững

Vi khuẩn Azospirillum đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp bền vững. Chúng giúp giảm thiểu việc sử dụng phân bón hóa học, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng vi khuẩn này không chỉ cải thiện năng suất mà còn bảo vệ hệ sinh thái nông nghiệp.

II. Thách Thức Trong Việc Sử Dụng Vi Khuẩn Azospirillum

Mặc dù vi khuẩn Azospirillum mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng chúng trong sản xuất lúa cao sản cũng gặp phải một số thách thức. Các yếu tố như điều kiện môi trường, sự cạnh tranh với các vi khuẩn khác và nhận thức của nông dân về phân bón sinh học là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Điều Kiện Môi Trường Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả

Điều kiện môi trường như độ pH, độ ẩm và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn Azospirillum. Việc nghiên cứu và điều chỉnh các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa hiệu quả của vi khuẩn trong sản xuất lúa.

2.2. Sự Cạnh Tranh Với Vi Khuẩn Khác

Vi khuẩn Azospirillum có thể phải cạnh tranh với các vi khuẩn khác trong đất. Sự cạnh tranh này có thể làm giảm hiệu quả của chúng trong việc cố định đạm và thúc đẩy sinh trưởng của cây lúa. Cần có các nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vi Khuẩn Azospirillum Tác Động Đến Lúa

Nghiên cứu về vi khuẩn Azospirillum thường sử dụng các phương pháp phân lập và khảo nghiệm trong điều kiện thực địa. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá tác động của vi khuẩn này đến sinh trưởng lúa cao sản tại An Giang, từ đó đưa ra các giải pháp áp dụng hiệu quả.

3.1. Phân Lập Vi Khuẩn Từ Mẫu Lúa

Quá trình phân lập vi khuẩn Azospirillum từ mẫu lúa cao sản và lúa hoang là bước đầu tiên trong nghiên cứu. Các mẫu được thu thập và nuôi cấy trong môi trường thích hợp để xác định các dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm tốt nhất.

3.2. Khảo Nghiệm Tác Động Đến Sinh Trưởng Lúa

Các thí nghiệm khảo nghiệm được thực hiện để đánh giá tác động của vi khuẩn Azospirillum đến sinh trưởng và năng suất lúa. Kết quả từ các thí nghiệm này sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc áp dụng vi khuẩn trong sản xuất nông nghiệp.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Vi Khuẩn Azospirillum

Kết quả nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Azospirillum có tác động tích cực đến sinh trưởng của lúa cao sản. Các chỉ tiêu như chiều cao cây, trọng lượng khô và số hạt trên bông đều tăng đáng kể khi sử dụng vi khuẩn này. Điều này chứng tỏ rằng vi khuẩn Azospirillum có thể là một giải pháp hiệu quả cho nông dân tại An Giang.

4.1. Tăng Trưởng Chiều Cao Cây Lúa

Khi áp dụng vi khuẩn Azospirillum, chiều cao cây lúa tăng từ 20% đến 30% so với đối chứng. Điều này cho thấy vi khuẩn này giúp cây lúa phát triển mạnh mẽ hơn trong điều kiện đất phù sa.

4.2. Năng Suất Lúa Tăng Cao

Năng suất lúa cũng tăng lên đáng kể khi sử dụng vi khuẩn Azospirillum. Các thí nghiệm cho thấy năng suất lúa có thể tăng từ 10% đến 20% so với các phương pháp truyền thống, giúp nông dân cải thiện thu nhập.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về vi khuẩn Azospirillum cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện sinh trưởng lúa cao sản tại An Giang. Việc áp dụng vi khuẩn này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn bảo vệ môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho nông nghiệp bền vững.

5.1. Hướng Đi Tương Lai Trong Nghiên Cứu

Cần tiếp tục nghiên cứu để tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hoạt động của vi khuẩn Azospirillum và cách tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng vi khuẩn trong sản xuất nông nghiệp.

5.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Trong Nông Nghiệp

Việc áp dụng vi khuẩn Azospirillum trong sản xuất lúa cao sản có thể trở thành một xu hướng mới trong nông nghiệp. Nông dân cần được đào tạo và cung cấp thông tin để áp dụng hiệu quả công nghệ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực chủ yếu trong khẩu phần dinh dưỡng cho hơn 40% dân số thế giới, điều này làm cho cây lúa trở thành một trong những cây lương thực quan trọng nhất được sản xuất hàng năm (Hossain và Fischer, 1995). Theo Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế - IRRI (2013), tổng diện tích trồng lúa trên toàn thế giới năm 2013 là khoảng 220,86 triệu ha với sản lượng khoảng 705,38 triệu tấn (http://www. Để tăng trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao, cây lúa cần nhiều chất dinh dưỡng khác nhau trong đó chất dinh dưỡng quan trọng nhất là đạm. Theo ước tính để sản xuất một tấn lúa (bao gồm hạt và rơm) cây lúa đã lấy từ đất 16-17 kgN (De Datta, 1981; Ponnamperuma và Deturck, 1993; Sahrawat, 2000).

Tuy nhiên, để thỏa mãn nhu cầu về đạm cho cây lúa nông dân phải sử dụng phân đạm, đặc biệt là phân đạm vô cơ (Nguyễn Hữu Hiệp et al. Thông thường chỉ có khoảng 30% đến 40% phân đạm bón được cây lúa hấp thu (De Datta, 1978; Choudhhury và Khanif, 2001; Choudhury et al. Lượng phân đạm mất đi do sự khử đạm, bốc hơi và rửa trôi (Ponnamperuma, 1972; De Datta và Buresh, 1989). Lượng đạm bị khử và bốc hơi làm ô nhiễm môi trường không khí (Reeves et al., 2002), lượng đạm bị rửa trôi thì làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm (Shrestha và Ladha, 1998).

Hầu hết cây lúa được trồng ở những quốc gia có số dân phát triển nhanh, gấp đôi so với diện tích đất và nguồn tài nguyên khan hiếm. Với dân số thế giới trên 7,2 tỉ người như hiện nay và không ngừng gia tăng trong thời gian tới, trong tương lai lúa gạo sẽ được sản xuất nhiều hơn trên những diện tích đất ngày càng bị thu hẹp (Shenoy et al. Vì vậy, nhu cầu về đạm sẽ gia tăng trong những năm tới nhất là đạm hóa học. Một trong những yếu tố quan trọng nhất để có sản lượng lúa cao cho các mùa vụ là phân đạm.

Nếu thiếu đạm thì sản lượng lúa sẽ giảm đáng kể, trong khi cố định đạm sinh học ở các đồng lúa nước đóng góp to lớn cho độ phì nhiêu lâu dài của đất thì không đủ đáp ứng để sản xuất ra sản lượng lúa tối đa. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng, việc cố định đạm sinh học ở các cánh đồng lúa nước có thể đạt đến 50 kgN/ha/vụ (Roger và Ladha, 1992). Đạm cố định này đủ để duy trì hệ thống lúa ngập nước trước đây đến hàng trăm ngàn năm, tuy nhiên năng suất của chúng thấp với sản lượng ít hơn 4 tấn/ha. Việc giảm lượng phân đạm công nghiệp dùng cho hệ thống nông nghiệp là mục tiêu quan trọng của những nhà khoa học nông nghiệp (Bohlool et al.

Trong việc sản xuất lúa lâu dài thì mục tiêu quan trọng là dần dần thay 1 thế đạm công nghiệp bằng cố định đạm sinh học. Tuy nhiên, việc bón phân đạm sinh học cố định cho cây trồng (như lúa) thì gặp khó khăn. Chẳng hạn như việc cung cấp đạm sinh học cố định thông qua các vi khuẩn cố định đạm hay bón phân xanh có một số trở ngại như phân đạm được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Để đáp ứng các nhu cầu đạm của cây trồng thì phải cần đến lượng lớn các nhóm đạm.

Hệ thống phân xanh được dùng như cây điền thanh nốt sần (Sesbania rostrata), bèo hoa dâu (Azolla) đều cho sản lượng tương đương với những mẫu ruộng được bón phân hoá học (Diekmann et al., 1996; Kumarasinghe et al., 1986; Ladha et al. Tuy nhiên, tỷ lệ đạm từ phân xanh tương đương với tỷ lệ đạm từ phân hoá học (Kumarasinghe et al., 1986) vì vậy việc mất đạm ở hệ thống dùng phân xanh có thể tương tự với việc mất đạm ở hệ thống được bón phân hoá học (Harris et al. Ở mùa vụ cây họ Đậu thì vấn đề này có thể tránh được vì mối quan hệ nội-cộng sinh với Rhizobium cung cấp đạm sinh học cố định trực tiếp cho cây trồng nên không cần nhiều đạm ở đất và NH3 được tạo ra sẽ nhanh chóng được cây trồng đồng hoá một cách hiệu quả. Ở Việt Nam, tổng diện tích trồng lúa của cả nước năm 2013 là 7,9 triệu ha với sản lượng 44,1 triệu tấn và năng suất đạt 55,8 tạ/ha.

Trong đó, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) chiếm khoảng 626,4 ngìn ha với sản lượng 3,2 triệu tấn và năng suất đạt 51,7 tạ/ha. Theo Viện Nghiên cứu lúa ĐBSCL, với 1,8 triệu ha đất trồng lúa, nông dân các tỉnh trong vùng quay vòng từ 2-3 vụ lúa/năm đã đưa diện tích trồng lúa năm 2013 lên trên 4 triệu ha, trong đó có 1 triệu ha sản xuất lúa chất lượng cao (http://www. Ở tỉnh An Giang, tổng diện tích đất tự nhiên là 353.551 ha, diện tích đất trồng lúa là 264.284,61 ha chiếm khoảng 74,75% tổng điện tích, năng suất lúa trung bình khoảng 5,5-6,0 tấn/ha. Năm 2013, ngành nông nghiệp An Giang gặt hái được thành công lớn khi đạt trên 3,9 triệu tấn lúa.

An Giang là tỉnh đứng đầu cả nước về sản lượng lúa và đứng đầu các tỉnh, thành trong khu vực ĐBSCL về sản lượng gạo xuất khẩu với 655.000 tấn, đạt kim ngạch 175 triệu đô la. Giá xuất khẩu lúa gạo bình quân khá cao khoảng 265 đô la/tấn (cao hơn giá xuất khẩu bình quân cả nước 16 đô la/tấn). Các giống lúa cao sản được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến cáo sử dụng và được nông dân ở Nam Bộ trồng phổ biến như AG 25, MTL 233, MTL 250, MTL 384, MTL 415, MTL 416, OM 2514, OM 2517, OM 2518, OM 2717, OM 4517, Jasmine 85,… Trong đó, các giống lúa cho năng suất và chất lượng cao được nông dân trồng phổ biến tại An Giang là OM 6976, OM 4218, OM 2514, OM 2517, OM 2718, OM 3393, OM 4655, OM 1490, Jasmine 85 và OM 4926 (http://www. 2 Để đạt năng suất cao trong sản xuất nông nghiệp, nông dân thường có thói quen sử dụng một lượng phân đạm (N) vô cơ rất cao khoảng 100 kg N/ha để bón cho cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng.

Do đó giá thành sản xuất trên một tấn lúa thương phẩm khá cao dẫn đến lợi nhuận thu được sau mỗi mùa vụ khá thấp do một lượng lớn phân đạm hóa học bón cho lúa bị thất thoát, bị rữa trôi, bị bốc hơi vào không khí và lượng phân đạm hóa học thất thoát này đã góp phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Để có một nền nông nghiệp sạch, bền vững và gia tăng giá trị cây lúa, góp phần giữ vững an ninh lương thực quốc gia, giúp gia tăng năng suất mùa vụ cho cây lúa cao sản, góp phần tăng sản lượng lúa cao sản xuất khẩu ra quốc tế, hạn chế ô nhiễm môi trường trong sản xuất nông nghiệp, góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất, giảm lượng nitrat gây ô nhiễm không khí và nguồn nước, giảm chi phí sản suất nông nghiệp sau mỗi mùa vụ và góp phần tăng thu nhập cho người nông dân tại tỉnh An Giang, nhiều vi sinh vật cố định đạm sinh học đã được ứng dụng để giúp gia tăng năng suất lúa trong các mùa vụ. Mặt khác, An Giang là tỉnh thuộc khu vực ĐBSCL có diện tích sản xuất lúa nói chung và diện tích sản xuất lúa cao sản nói riêng lớn nhất nhì trong vùng ĐBSCL và là tỉnh có trữ lượng gạo xuất khẩu ra thế giới đứng đầu cả nước. Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài Luận án Tiến sĩ Sinh học được nghiên cứu với tựa đề: “Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh trên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại tỉnh An Giang”.

Mục tiêu tổng quát của luận án: Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum trên sinh trưởng và năng suất lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. Mục tiêu cụ thể của luận án: - Phân lập các dòng vi khuẩn Azospirillum từ lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Xác định đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập bằng các kỹ thuật sinh học phân tử. - Tuyển chọn các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện phòng thí nghiệm.

- Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện nhà lưới. - Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện đồng ruộng tại tỉnh An Giang. 3 Ý nghĩa khoa học của luận án: - Kết quả khoa học của luận án là cơ sở để khuyến cáo nông dân áp dụng chủng vi khuẩn Azospirillum trong canh tác nông nghiệp để góp phần gia tăng năng suất lúa cao sản và góp phần giảm lượng phân đạm hóa học bón cho lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường trong sản xuất nông nghiệp và cải thiện độ phì nhiêu của đất nông nghiệp. - Các kết quả của luận án là cơ sở lý thuyết và thực tiễn để làm tài liệu giảng dạy cho khối ngành nông nghiệp và sinh học ứng dụng và là cơ sở khoa học bước đầu để nghiên cứu, sản xuất phân sinh học cho cây lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang.

Điểm mới của luận án: - Kết quả của luận án cho thấy vi khuẩn cố định đạm sinh học Azospirillum hiện diện ở tất cả các mẫu lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Sáu mươi (60) dòng vi khuẩn Azospirillum bản địa được phân lập từ lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Nhận diện và định danh được 04/60 dòng vi khuẩn. Trong đó, 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp.

6T1 và Azospirillum sp. T7 thuộc loài Azospirillum lipoferum và 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 25HR và Azospirillum sp. 7R thuộc loài Azospirillum brasilense.

Bốn dòng vi khuẩn Azospirillum đều có khả năng cố định đạm sinh học cho lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Xác định được độ hữu hiệu của 04 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 7R và Azospirillum sp.

25HR trên lúa cao sản OM 6976 và OM4 218 trồng ở điều kiện nhà lưới tại tỉnh An Giang. - Khi chủng kết hợp 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 đã giúp lúa gia tăng năng suất khi trồng ở đồng ruộng tại tỉnh An Giang.

4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA 2.1 Phân loại cây lúa Cây lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực hàng đầu thế giới cùng với ngô (Zea mays L.), sắn (Manihot esculenta Crantz) và khoai tây (Solanum tuberosum L.