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

Mục lục chi tiết

• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA
• 2.1.1. Phân loại cây lúa
• 2.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN BÓN
• 2.2.1. Tình hình sử dụng phân bón vô cơ
• 2.2.2. Tình hình sử dụng phân bón sinh học
• 2.3. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 2.4. KHÁI QUÁT NÔNG NGHIỆP TỈNH AN GIANG
• 2.5. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN AZOSPIRILLUM
• 2.5.1. Phân loại vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.2. Đặc tính hình thái, sinh lý của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3. Đặc tính sinh hóa của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3.1. Đặc tính cố định đạm của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3.2. Đặc tính sử dụng nguồn carbon của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3.3. Đặc tính sử dụng acid amin của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3.4. Đặc tính khử acetylene của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.3.5. Đặc tính tổng hợp chất điều hòa tăng trưởng của Azospirillum
• 2.5.4. Đặc tính sinh thái của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.5. Gen nif của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.5.1. Gen nif của Azospirillum
• 2.5.5.2. Cấu trúc gen nifH của vi khuẩn Azospirillum
• 2.5.5.3. Chức năng gen nif của Azospirillum
• 2.5.6. Tính đa dạng của enzyme cố định đạm nitrogenase
• 2.5.6.1. Cấu trúc, chức năng enzyme nitrogenase
• 2.5.6.2. Các yếu tố hạn chế biểu hiện của enzyme nitrogenase
• 2.6. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ AZOSPIRILLUM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 2.7. KỸ THUẬT PCR
• 2.7.1. Khái quát về kỹ thuật PCR
• 2.7.2. Trình tự các bước thực hiện phản ứng PCR
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
• 3.1.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
• 3.1.2. Vật liệu thí nghiệm
• 3.1.3. Hóa chất thí nghiệm
• 3.1.4. Địa điểm thí nghiệm
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.2.1. Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang
• 3.2.1.1. Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum
• 3.2.1.2. Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản trồng và lúa hoang
• 3.2.2. Xác định đặc tính hình thái và định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ thuật sinh học phân tử
• 3.2.2.1. Đặc tính hình thái và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum
• 3.2.2.2. Xác định kích thước tế bào vi khuẩn Azospirillum
• 3.2.2.3. Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum
• 3.2.2.4. Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum
• 3.2.3. Tuyển chọn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí nghiệm
• 3.2.3.1. Môi trường dung dịch trồng cây
• 3.2.3.2. Trồng lúa cao sản ở phòng thí nghiệm
• 3.2.3.3. Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học
• 3.2.4. Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong nhà lưới
• 3.2.4.1. Trồng lúa cao sản trong nhà lưới
• 3.2.4.2. Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học
• 3.2.5. Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài đồng ruộng
• 3.2.5.1. Trồng lúa cao sản ngoài đồng ruộng
• 3.2.5.2. Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang
• 4.1.1. Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản
• 4.1.2. Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum
• 4.1.3. Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum
• 4.2. Đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.1. Đặc tính hình thái của vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.1.1. Hình dạng và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.1.2. Kích thước khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.1.3. Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.2. Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum
• 4.2.2.1. Định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ thuật PCR
• 4.2.2.2. Phân tích gel sản phẩm PCR
• 4.3. Tuyển chọn vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí nghiệm
• 4.3.1. Chiều cao cây lúa
• 4.3.2. Chiều dài rễ lúa sau khi thu hoạch
• 4.3.3. Hàm lượng đạm tổng số của cây lúa
• 4.4. Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong nhà lưới
• 4.4.1. Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng trong nhà lưới
• 4.4.1.1. Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch
• 4.4.1.2. Trọng lượng khô (TLK) thân lá và trọng lượng (TL) 1.000 hạt
• 4.4.1.3. Số hạt trên bông lúa và hàm lượng đạm trong hạt lúa
• 4.4.1.4. Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum
• 4.4.2. Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng trong nhà lưới
• 4.4.2.1. Màu lá và trọng lượng khô thân lá
• 4.4.2.2. Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch
• 4.4.2.3. Số hạt/bông lúa và trọng lượng 1.000 hạt
• 4.4.2.4. Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum
• 4.5. Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài đồng ruộng
• 4.5.1. Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng ngoài đồng
• 4.5.1.1. Màu lá và chiều cao cây lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS)
• 4.5.1.2. Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa
• 4.5.2. Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng ngoài đồng
• 4.5.2.1. Các chỉ tiêu nông học của lúa lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS)
• 4.5.2.2. Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

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.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Cây lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực thiết yếu phục vụ hơn 40% dân số thế giới. Năm 2013, tổng diện tích canh tác lúa toàn cầu đạt 220,86 triệu ha với sản lượng 705,38 triệu tấn. Để tạo ra 1 tấn lúa thương phẩm (bao gồm cả hạt và rơm rạ), cây lúa lấy từ đất khoảng 16–17 kg đạm (N) nguyên chất (De Datta, 1981; Ponnamperuma và Deturck, 1993; Sahrawat, 2000). Nhằm đáp ứng nhu cầu này, nông dân thường bón lượng lớn phân đạm vô cơ (xấp xỉ 100 kg N/ha). Tuy nhiên, hiệu suất hấp thu đạm của cây lúa chỉ đạt 30–40% (De Datta, 1978; Choudhury và Khanif, 2001); phần phân bón thất thoát qua các quá trình khử đạm, rửa trôi và bốc hơi gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt và không khí (Reeves et al., 2002; Shrestha và Ladha, 1998).

Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh An Giang nói riêng (nơi diện tích đất lúa đạt 264.284,61 ha, sản lượng trên 3,9 triệu tấn vào năm 2013), việc thâm canh tăng vụ đi kèm lạm dụng phân đạm hóa học làm gia tăng chi phí sản xuất và suy giảm độ phì của đất. Trong khi đó, các vi sinh vật cố định đạm sinh học ở ruộng lúa nước có thể đóng góp tới 50 kg N/ha/vụ (Roger và Ladha, 1992). Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết là phân lập, nhận diện và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn nội sinh bản địa thuộc chi Azospirillum có khả năng cố định đạm và sinh chất điều hòa sinh trưởng, nhằm đánh giá khả năng hỗ trợ sinh trưởng, gia tăng năng suất và thay thế một phần phân đạm vô cơ cho các giống lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại An Giang.

Mục tiêu tổng quát của luận án là phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh lên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. Năm mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Phân lập các dòng vi khuẩn Azospirillum từ lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang.
2. Xác định đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập bằng kỹ thuật sinh học phân tử.
3. Tuyển chọn các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện phòng thí nghiệm.
4. Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện nhà lưới.
5. 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.

• Đối tượng nghiên cứu: 60 dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh phân lập từ 60 mẫu lúa (48 mẫu lúa cao sản và 12 mẫu lúa hoang mọc lẫn trong ruộng); hai giống lúa cao sản chủ lực gồm OM 6976 (tổ hợp lai IR68144/OM997/OM2718) và OM 4218 (tổ hợp lai OM2031/MTL250).
• Phạm vi không gian: Các điểm thu mẫu trên địa bàn tỉnh An Giang; các thí nghiệm phòng thí nghiệm tại Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học – Trường Đại học Cần Thơ; các thí nghiệm nhà lưới và đồng ruộng thực hiện trên nền đất phù sa ngọt tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang.
• Phạm vi thời gian: Dữ liệu thực nghiệm và thống kê nông nghiệp được thu thập, phân tích và hoàn thành trong giai đoạn 2011–2014.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng hợp lịch sử phân loại và hệ sinh thái của chi Azospirillum (thuộc lớp Alphaproteobacteria), được Beijerinck mô tả năm 1925 và Tarrand et al. định danh lại vào năm 1978 với hai loài ban đầu là A. lipoferum và A. brasilense. Các nghiên cứu kế tiếp đã mở rộng danh mục loài trong chi này: A. amazonense (Magalhães et al., 1983), A. halopraeferens (Reinhold et al., 1987), A. irakense (Khammas et al., 1989, 1991), A. doebereinerae (Eckert et al., 2001), A. oryzae (Xie và Yokota, 2005), A. melinis (Peng et al., 2006), A. canadense và A. zeae (Mehnaz et al., 2007), A. rugosum (Young et al., 2008), A. picis (Lin et al., 2009), A. thiophilum (Lavrinenko et al., 2010), A. formosense (Lin et al., 2012), A. fermentarium (Lin et al., 2013), và A. humicireducens (Zhou et al., 2013).

Loài vi khuẩn	Tác giả công bố	Năm công bố	Nguồn phân lập / Ký chủ
A. lipoferum	Tarrand et al.	1978, 1979	Ngũ cốc, cỏ, mía, cây có củ, cọ dầu
A. brasilense	Tarrand et al.	1978, 1979	Ngũ cốc, cỏ, mía, cọ dầu
A. amazonense	Magalhães et al.	1983	Ngũ cốc, mía, cọ dầu
A. halopraeferens	Reinhold et al.	1987	Cỏ Kallar (Leptochloa fusca)
A. irakense	Khammas et al.	1989, 1991	Cây lúa
A. doebereinerae	Eckert et al.	2001	Cỏ Miscanthus
A. oryzae	Xie và Yokota	2005	Cây lúa
A. canadense, A. zeae	Mehnaz et al.	2007	Cây bắp (Zea mays)
A. formosense	Lin et al.	2012	Đất nông nghiệp

Về cơ chế sinh hóa, Azospirillum có khả năng khử phân tử nitơ không khí thành ammonium trong điều kiện vi hiếu khí nhờ phức hợp enzyme nitrogenase (Dilworth, 1966; Turner và Gibson, 1980). Hoạt tính nitrogenase được điều hòa bởi hệ thống gen draT và draG thông qua cơ chế gắn ADP-ribosyl thuận nghịch vào tiểu đơn vị Fe-protein dinitrogenase reductase khi có nồng độ ammonium cao hoặc oxy dư thừa (Hartmann và Burris, 1986, 1987; Fu et al., 1990; Zhang et al., 1992, 1993). Cụm gen nif (khoảng 40 kb) chứa các operon nifHDK, nifENX, fixABCX chịu trách nhiệm cấu trúc và chức năng enzyme (Elmerich et al., 1997; Galimand et al., 1989).

Bên cạnh cố định đạm, vi khuẩn còn tổng hợp Indole-3-Acetic Acid (IAA) từ tryptophan thông qua lộ trình acid indole-3-pyruvic (IPyA) với enzyme chủ chốt là indole-3-pyruvate decarboxylase do gen ipdC mã hóa (Costacurta et al., 1994; Zimmer et al., 1995; Dosselaere et al., 1999). Vi khuẩn còn thể hiện tính hóa hướng động đối với các acid hữu cơ và đường do rễ tiết ra (Okon et al., 1980; Lopez-de-Victoria và Lowell, 1993).

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Bùi Việt Sang (2008), Dương Thị Kim Loan (2009), Đỗ Kim Nhung và Vũ Thành Công (2011) đã ghi nhận sự hiện diện của Azospirillum trên các vùng đất lúa. Tuy nhiên, việc sàng lọc các dòng vi khuẩn nội sinh từ cả lúa trồng và lúa hoang, định danh phân tử bằng PCR, rồi tiến hành khảo nghiệm từ phòng thí nghiệm, nhà lưới đến đồng ruộng quy mô lớn trên nền đất phù sa ngọt tỉnh An Giang nhằm xác định lượng phân đạm hóa học có thể thay thế là vị trí học thuật mà luận án tập trung giải quyết.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về vi sinh vật vùng rễ kích thích sinh trưởng thực vật (Plant Growth Promoting Rhizobacteria - PGPR), sinh lý cố định đạm sinh học của vi khuẩn vi hiếu khí và sinh tổng hợp phytohormone thúc đẩy rễ hấp thu dinh dưỡng.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế kết hợp phân tích vi sinh học cổ điển, sinh học phân tử và khảo nghiệm nông học định lượng:

• Phân lập vi khuẩn: Thu 60 mẫu rễ và thân từ lúa cao sản (48 mẫu) và lúa hoang (12 mẫu) tại An Giang. Mẫu thực vật được khử trùng bề mặt, nghiền mô và nuôi cấy trên môi trường bán lỏng NFb (Nitrogen Free bromothymol) không đạm ở 30°C. Phản ứng cố định đạm làm môi trường chuyển từ màu xanh lá sang màu xanh dương và hình thành vệt màng trắng đục (pellicle) cách mặt thoáng 3–6 mm sau 1–3 ngày. Vi khuẩn được phân lập thuần khiết trên môi trường NFb đặc, LGI, YMA, MPSS và DYGS.
• Xác định đặc tính hình thái và tế bào: Nhuộm Gram, quan sát hình dạng khuẩn lạc, chuyển động chiên mao trong môi trường lỏng/bán đặc và chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định kích thước tế bào, chiên mao cực, chiên mao bên và thể vùi poly-β-hydroxybutyrate (PHB).
• Định danh bằng kỹ thuật sinh học phân tử (PCR): Tách chiết ADN tổng số của các dòng vi khuẩn và thực hiện phản ứng khuếch đại gen bằng PCR với các cặp mồi chuyên biệt cho loài Azospirillum lipoferum và Azospirillum brasilense. Điện di kiểm tra kích thước sản phẩm PCR trên gel agarose.
• Khảo nghiệm phòng thí nghiệm: Trồng giống lúa OM 4218 trong môi trường dung dịch dinh dưỡng vô trùng; theo dõi chiều cao cây, chiều dài rễ, chỉ số diệp lục tố của lá và hàm lượng đạm tổng số (%) trong cây sau 5 tuần nuôi cấy.
• Trắc nghiệm nhà lưới: Bố trí thí nghiệm chậu tĩnh trong nhà lưới tại huyện Châu Phú trên hai giống lúa OM 6976 và OM 4218. Đánh giá tác động của việc chủng riêng lẻ 04 dòng vi khuẩn (Azospirillum sp. 6T1, T7, 7R, 25HR) so với đối chứng không chủng, không bón đạm. Các chỉ tiêu đo đạc gồm: chiều cao cây ở 30 ngày và lúc thu hoạch, trọng lượng khô thân lá, số hạt/bông, trọng lượng 1.000 hạt, hàm lượng đạm trong hạt và độ hữu hiệu sinh học.
• Trắc nghiệm ngoài đồng ruộng: Bố trí thí nghiệm đồng ruộng chia lô ngẫu nhiên trên đất phù sa ngọt tại huyện Châu Phú, An Giang. Khảo nghiệm nghiệm thức chủng phối hợp 02 dòng vi khuẩn (Azospirillum sp. 6T1 + Azospirillum sp. 25HR) kết hợp các mức bón phân đạm khác nhau trên lúa OM 6976 và OM 4218. Đo đạc màu sắc lá, chiều cao cây lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS), chiều dài bông, số hạt chắc/bông, trọng lượng 1.000 hạt, trọng lượng khô thân lá, hàm lượng đạm trong hạt, năng suất thực tế (tấn/ha) và lượng đạm hóa học thay thế.
• Xử lý số liệu: Dữ liệu được tính toán giá trị trung bình, hệ số biến thiên CV (%), phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức bằng trắc nghiệm khoảng cách có ý nghĩa nhỏ nhất (LSD) ở mức xác suất $p \le 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài dựa trên vai trò an ninh lương thực của lúa gạo, hiện trạng tiêu thụ và thất thoát phân đạm hóa học tại Việt Nam và tỉnh An Giang. Chương nêu rõ 5 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp dữ liệu vi sinh vật bản địa cho giảng dạy, nghiên cứu phân bón sinh học và các điểm mới về số lượng dòng phân lập, nhận diện loài và hiệu quả thay thế đạm vô cơ ngoài đồng ruộng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Chương 2 cung cấp hệ thống cơ sở lý thuyết gồm:

• Phân loại học thực vật chi Oryza, đặc điểm hai giống lúa cao sản OM 4218 (thời gian sinh trưởng 88–92 ngày, năng suất 6–8 tấn/ha) và OM 6976 (100–105 ngày, năng suất 7–8 tấn/ha Đông Xuân, giàu vi chất sắt).
• Thực trạng sử dụng phân bón vô cơ, phân hữu cơ sinh học và lượng phụ phẩm rơm rạ trên 20 triệu tấn/năm tại Đồng bằng sông Cửu Long.
• Khái quát sản xuất lúa gạo thế giới, Việt Nam và cơ cấu giống tại An Giang.
• Phân loại học, hình thái, sinh lý và sinh thái của 17 loài Azospirillum.
• Đặc tính hóa sinh: cố định đạm qua xét nghiệm khử acetylene ($C_2H_2 \rightarrow C_2H_4$), sử dụng nguồn carbon (succinate, malate, fructose), đồng hóa acid amin (sự khác biệt giữa A. brasilense, A. lipoferum, A. amazonense), tổng hợp các polymer EPS, CPS và điều hòa tỷ lệ C/N.
• Sinh tổng hợp chất điều hòa tăng trưởng IAA (vai trò gen ipdC, chuyển hóa tryptophan qua lộ trình IPyA).
• Hệ thống gen cố định đạm nif và cơ chế bất hoạt enzyme nitrogenase thuận nghịch thông qua gen draT/draG.
• Nguyên lý kỹ thuật PCR định danh vi khuẩn.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 mô tả chi tiết trang thiết bị, hóa chất, vật liệu và quy trình thực nghiệm:

• Địa điểm và phương pháp thu thập 60 mẫu lúa từ An Giang.
• Môi trường và quy trình phân lập vi khuẩn Azospirillum nội sinh qua đổi màu chỉ thị bromothymol blue và tạo màng bán lỏng NFb.
• Kỹ thuật xác định hình thái khuẩn lạc, nhuộm Gram, quan sát kính hiển vi điện tử quét.
• Quy trình ly trích ADN, phản ứng PCR với cặp mồi chuyên biệt định danh A. lipoferum và A. brasilense, điện di gel.
• Quy trình bố trí và theo dõi thí nghiệm trồng lúa cao sản trong dung dịch dinh dưỡng tại phòng thí nghiệm (5 tuần).
• Thiết kế thí nghiệm chậu vại trong nhà lưới khảo nghiệm 4 dòng vi khuẩn trên giống OM 6976 và OM 4218.
• Phương pháp phân lô, xử lý giống, chủng vi khuẩn, bón phân và đo đạc các chỉ tiêu nông học, năng suất ngoài đồng ruộng tại huyện Châu Phú.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 4 trình bày các số liệu thực nghiệm thu thập được:

1. Phân lập và hình thái: Từ 60 mẫu lúa thu thập đã phân lập được 60 dòng vi khuẩn Azospirillum. Khuẩn lạc có màu trắng đục, trắng trong hoặc vàng nhạt; hình tròn, bìa nguyên, độ nổi cao hoặc lài; chất nhầy; tế bào dạng que ngắn hoặc que cong, Gram âm/thay đổi, có hạt PHB và chiên mao.
2. Định danh phân tử: Kỹ thuật PCR với cặp mồi chuyên biệt đã định danh được 04 dòng vi khuẩn:
   • Dòng Azospirillum sp. 6T1 (phân lập từ thân lúa cao sản) và dòng Azospirillum sp. T7 thuộc loài Azospirillum lipoferum.
   • Dòng Azospirillum sp. 7R (phân lập từ rễ lúa cao sản) và dòng Azospirillum sp. 25HR (phân lập từ rễ lúa hoang) thuộc loài Azospirillum brasilense.
3. Hiệu quả trong phòng thí nghiệm: Các dòng vi khuẩn giúp cải thiện chiều cao cây, chiều dài rễ, hàm lượng diệp lục tố và hàm lượng đạm tổng số trong mô lúa sau 5 tuần sinh trưởng.
4. Hiệu quả trong nhà lưới: Chủng riêng lẻ 04 dòng vi khuẩn cho hai giống lúa mang lại sự gia tăng rõ rệt so với đối chứng không chủng và không bón đạm ($p \le 0,05$):
   • Giống OM 6976: Chiều cao cây tăng 24,5–34,6%; trọng lượng khô thân lá tăng 36,1–146,4%; số hạt/bông tăng 172,0–218,8%; trọng lượng 1.000 hạt tăng 5,7–6,7%; hàm lượng đạm trong hạt tăng 2,5–3,9%.
   • Giống OM 4218: Chiều cao cây tăng 20,0–21,7%; trọng lượng khô thân lá tăng 83,5–92,9%; số hạt/bông tăng 60,7–61,2%; trọng lượng 1.000 hạt tăng 21,1–23,2%; hàm lượng đạm trong hạt tăng tương đương.
5. Hiệu quả trên đồng ruộng tại Châu Phú, An Giang: Chủng kết hợp 02 dòng Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR trên nền đất phù sa ngọt tạo ra sự vượt trội về các chỉ tiêu nông học và năng suất:

Chỉ tiêu nông học / Năng suất	Giống lúa OM 6976	Giống lúa OM 4218
Chiều cao cây tăng	6,6 – 7,9%	17,7 – 20,9%
Chiều dài bông tăng	1,3 – 4,4%	4,9 – 13,6%
Số hạt chắc trên bông tăng	15,2 – 61,2%	10,2 – 23,5%
Trọng lượng 1.000 hạt tăng	1,5 – 5,6%	8,1 – 8,5%
Trọng lượng khô thân lá tăng	2,8 – 56,9%	28,6 – 57,1%
Hàm lượng đạm trong hạt	Tăng so với đối chứng	Tăng so với đối chứng
Năng suất lúa thu hoạch tăng	55,0 – 55,2%	55,5 – 55,7%
Khả năng thay thế đạm vô cơ	50 – 75 kg N/ha	50 kg N/ha

(Ghi chú: Tỷ lệ phần trăm gia tăng được tính so với nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn và không bón phân đạm).

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Chương 5 tóm tắt các kết luận chính về nguồn vi khuẩn bản địa, kết quả định danh loài và hiệu quả nông học ngoài đồng ruộng. Luận án đề xuất ứng dụng thực tiễn các dòng vi khuẩn tuyển chọn vào quy trình canh tác lúa tại An Giang nhằm giảm lượng phân đạm bón, đồng thời kiến nghị phát triển sản xuất chế phẩm phân sinh học.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án ghi nhận các đóng góp khoa học và thực tiễn:

• Đóng góp lý luận và khoa học:
  • Chứng minh sự hiện diện phổ biến của vi khuẩn cố định đạm nội sinh Azospirillum trong các mô rễ và thân của cả lúa cao sản và lúa hoang tại tỉnh An Giang.
  • Phân lập thành công 60 dòng vi khuẩn Azospirillum bản địa; định danh chính xác bằng kỹ thuật PCR 04 dòng vi khuẩn đại diện, trong đó 02 dòng (Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. T7) thuộc loài Azospirillum lipoferum, và 02 dòng (Azospirillum sp. 25HR và Azospirillum sp. 7R) thuộc loài Azospirillum brasilense.
  • Bổ sung dẫn liệu về khả năng tổng hợp IAA, đồng hóa carbon/acid amin và đặc tính cố định đạm của các dòng vi khuẩn nội sinh bản địa trên cây lúa.
• Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất:
  • Xác định quy trình chủng kết hợp hai dòng vi khuẩn nội sinh Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR cho lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại An Giang.
  • Chứng minh hiệu quả gia tăng năng suất lúa từ 55,0% đến 55,7% so với không bón đạm không chủng vi khuẩn, đồng thời giúp thay thế trực tiếp 50–75 kg N/ha đối với giống OM 6976 và 50 kg N/ha đối với giống OM 4218.
  • Cung cấp luận cứ thực tiễn để sản xuất phân bón sinh học vi sinh vật vùng rễ, giảm chi phí đầu vào và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường nông nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Trong tổng số 60 dòng phân lập được, luận án tập trung định danh sâu bằng PCR cho 04 dòng vi khuẩn thuộc hai loài A. lipoferum và A. brasilense. Các khảo nghiệm đồng ruộng được giới hạn trên nền đất phù sa ngọt tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang với hai giống lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 trong khung thời gian nghiên cứu.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng giải trình tự định danh toàn bộ các dòng vi khuẩn còn lại; tối ưu hóa chất mang và kỹ thuật lên men để sản xuất chế phẩm sinh học dạng thương phẩm; khảo nghiệm hiệu lực của các dòng vi khuẩn trên các nhóm đất khác (đất phèn, đất mặn) và các giống lúa cao sản khác tại Đồng bằng sông Cửu Long.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Vi sinh vật học, Công nghệ Sinh học, Nông học và Khoa học Đất tham khảo quy trình phân lập vi khuẩn cố định đạm vi hiếu khí trên môi trường bán lỏng NFb, kỹ thuật chụp ảnh hiển vi điện tử quét mô tả tế bào/chiên mao, phương pháp phân tử PCR nhận diện loài và thiết kế thí nghiệm nông học nhiều cấp độ.
• Cán bộ khuyến nông và nhà hoạch định chính sách nông nghiệp: Tham khảo các số liệu định lượng về mức độ giảm phân bón vô cơ (50–75 kg N/ha) làm căn cứ xây dựng quy trình canh tác lúa bền vững.
• Các doanh nghiệp sản xuất phân bón vi sinh: Khai thác các chủng vi khuẩn bản địa (Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR) làm nguồn giống sản xuất chế phẩm phân vi sinh cố định đạm cho cây lúa.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã phân lập được bao nhiêu dòng vi khuẩn và định danh được những loài nào?
Luận án đã thu thập 60 mẫu lúa (48 mẫu lúa cao sản và 12 mẫu lúa hoang) tại An Giang và phân lập được 60 dòng vi khuẩn Azospirillum. Bằng kỹ thuật PCR với cặp mồi chuyên biệt, tác giả đã định danh được 04 dòng: dòng Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. T7 thuộc loài Azospirillum lipoferum; dòng Azospirillum sp. 25HR và Azospirillum sp. 7R thuộc loài Azospirillum brasilense.

2. Phản ứng nào trên môi trường nuôi cấy giúp nhận biết sự hiện diện của vi khuẩn cố định đạm Azospirillum?
Khi cấy vi khuẩn vào môi trường bán đặc NFb (không chứa đạm, có chất chỉ thị bromothymol blue), vi khuẩn phát triển cố định đạm làm môi trường chuyển màu từ xanh lá cây sang xanh dương và tạo một vòng màng trắng đục (pellicle) cách bề mặt môi trường khoảng 3–6 mm sau 1–3 ngày nuôi cấy ở 30°C.

3. Khảo nghiệm chủng kết hợp 02 dòng vi khuẩn ngoài đồng ruộng mang lại kết quả cụ thể nào?
Khi chủng kết hợp Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR ngoài đồng ruộng tại huyện Châu Phú trên đất phù sa ngọt, cây lúa gia tăng chiều cao (6,6–7,9% ở OM 6976; 17,7–20,9% ở OM 4218), chiều dài bông (1,3–4,4% ở OM 6976; 4,9–13,6% ở OM 4218), số hạt trên bông (15,2–61,2% ở OM 6976; 10,2–23,5% ở OM 4218), trọng lượng khô thân lá (2,8–56,9% ở OM 6976; 28,6–57,1% ở OM 4218) và năng suất lúa tăng 55,0–55,7% so với đối chứng không bón đạm không chủng.

4. Luận án xác định chủng vi khuẩn Azospirillum có thể thay thế bao nhiêu lượng phân đạm hóa học?
Kết quả khảo nghiệm thực nghiệm ngoài đồng ruộng cho thấy việc chủng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum sp. giúp thay thế được từ 50–75 kg N/ha đối với giống lúa OM 6976 và 50 kg N/ha đối với giống lúa OM 4218.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Đào Thanh Hoàng đã phân lập thành công 60 dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh từ lúa cao sản và lúa hoang tại tỉnh An Giang, trong đó định danh phân tử được 04 dòng thuộc hai loài A. lipoferum và A. brasilense. Khảo nghiệm thực nghiệm qua ba cấp độ (phòng thí nghiệm, nhà lưới và đồng ruộng) đã chứng minh hiệu quả kích thích sinh trưởng, cải thiện các chỉ tiêu cấu thành năng suất và gia tăng hàm lượng đạm trong hạt lúa của các dòng vi khuẩn này. Việc ứng dụng kết hợp hai dòng vi khuẩn bản địa Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR cho phép thay thế từ 50 đến 75 kg N/ha phân đạm hóa học trong canh tác hai giống lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 trên đất phù sa ngọt, cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển phân bón sinh học và canh tác lúa bền vững.

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.