Phân Lập và Định Danh Các Vi Khuẩn Chịu Mặn Từ Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp bảo vệ thực vật phân lập và định danh các vi khuẩn chịu mặn có khả năng phân giải lân từ, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyen Thi Kim Uyen
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thị Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Bảo Vệ Thực Vật
• Đề tài: Phân Lập Và Định Danh Các Vi Khuẩn Chịu Mặn Có Khả Năng Phân Giải Lân Từ Vùng Trồng Lúa Khu Vực Đồng Bằng Sông Cửu Long
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Đặc điểm và tính chất của đất mặn
• 1.2. Tình hình xâm nhập mặn ở Việt Nam
• 1.3. Tình hình xâm nhập mặn trên thế giới
• 1.4. Cơ chế phản ứng của thực vật trong điều kiện mặn
• 1.5. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật
• 1.6. Vi sinh vật kích thích sinh trưởng ở thực vật (PGPM)
• 1.7. Nhóm vi khuẩn vùng sinh quyền và vi khuẩn nội sinh (PGPR)
• 1.8. Một số nghiên cứu trong nước và ngoài nước về vi sinh vật tăng chống chịu mặn
• 1.8.1. Một số nghiên cứu trong nước
• 1.8.2. Một số nghiên cứu trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thời gian và địa điểm
• 2.2. Vật liệu, dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
• 2.3. Phương pháp thực hiện thí nghiệm nghiên cứu
• 2.3.1. Thu thập và khử trùng mẫu
• 2.3.2. Phân lập vi khuẩn và xác định khả năng chịu mặn tối đa của các chủng vi khuẩn
• 2.3.3. Phương pháp quan sát hình thái khuẩn lạc thuần
• 2.3.4. Xác định khả năng phân giải lân của các chủng vi khuẩn phân lập được (TCVN Bop 1)
• 2.3.5. Xác định khả năng tổng hợp 3-indol-axetic (IAA) của chủng vi khuẩn phân lập bằng phương pháp Salkowski (Glickmann & Dessaux, 1995)
• 2.3.5.1. Phương pháp định tính khả năng tăng sinh IAA của các chủng vi khuẩn
• 2.3.5.2. Dựng đồ thị đường chuẩn
• 2.3.5.3. Phương pháp định lượng khả năng tăng sinh IAA của các chủng vi khuẩn phân lập
• 2.3.6. Khảo sát khả năng kích thích sinh trưởng trên hạt lúa từ các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải lân và tăng sinh 3-indol-axetic (IAA)
• 2.3.7. Khảo sát ảnh hưởng của vi khuẩn lên khả năng nảy mầm và kích thích tăng trưởng cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả độ pH và độ mặn đất mẫu
• 3.2. Kết quả khả năng chịu mặn tối đa của các chủng vi khuẩn phân lập được
• 3.2.1. Đặc điểm hình dạng khuẩn lạc
• 3.3. Kết quả thí nghiệm xác định khả năng tổng hợp 3-indol-axetic (IAA) của vi khuẩn bằng phương pháp Salkowski (Glickmann and Dessaux, 1995)
• 3.3.1. Kết quả định tính khả năng sinh tổng hợp IAA
• 3.3.2. Kết quả thí nghiệm định lượng IAA
• 3.4. Kết quả khảo sát khả năng kích thích sinh trưởng trên hạt lúa từ các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải lân và tăng sinh 3-indol-axetic (IAA) trong điều kiện stress mặn
• 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của vi khuẩn BTLD3 lên khả năng nảy mầm và kích thích tăng trưởng cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm
• 3.5.1. Ảnh hưởng lên chiều dài mầm
• 3.5.2. Ảnh hưởng lên chiều dài rễ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vi khuẩn chịu mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long

Nghiên cứu về vi khuẩn chịu mặn từ vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đang trở thành một chủ đề nóng trong bối cảnh xâm nhập mặn ngày càng gia tăng. ĐBSCL là một trong những vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi hiện tượng này, gây ra nhiều thách thức cho sản xuất nông nghiệp. Việc tìm hiểu và phân lập các dòng vi khuẩn chịu mặn có khả năng phân giải lân sẽ giúp cải thiện năng suất cây trồng trong điều kiện khắc nghiệt.

1.1. Tình hình xâm nhập mặn tại Đồng bằng sông Cửu Long

Xâm nhập mặn tại ĐBSCL đã diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa khô. Theo số liệu, diện tích đất bị ảnh hưởng ngày càng tăng, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của người dân. Các nghiên cứu cho thấy rằng môi trường nước mặn đã làm giảm năng suất lúa, đe dọa an ninh lương thực.

1.2. Vai trò của vi khuẩn trong việc cải thiện sức chịu mặn

Vi khuẩn có khả năng chịu mặn đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện sức sống của cây trồng. Chúng giúp tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng và cải thiện sự phát triển của rễ, từ đó nâng cao năng suất cây trồng trong điều kiện stress mặn.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu vi khuẩn chịu mặn

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về vi khuẩn chịu mặn, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc phân lập và ứng dụng chúng trong nông nghiệp. Các vấn đề như sự đa dạng sinh học của vi khuẩn, khả năng chịu mặn và khả năng phân giải lân cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Đặc điểm của vi khuẩn chịu mặn

Các dòng vi khuẩn chịu mặn có khả năng sống sót trong môi trường có nồng độ muối cao. Chúng có thể tồn tại và phát triển trong điều kiện khắc nghiệt, giúp cây trồng chống lại tác động tiêu cực của xâm nhập mặn.

2.2. Thách thức trong việc ứng dụng vi khuẩn vào sản xuất nông nghiệp

Việc ứng dụng vi khuẩn vào sản xuất nông nghiệp gặp nhiều khó khăn, bao gồm việc xác định đúng chủng vi khuẩn có khả năng chịu mặn và phân giải lân. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để đánh giá hiệu quả của chúng trong điều kiện thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn chịu mặn hiệu quả

Để phân lập và định danh các dòng vi khuẩn chịu mặn, các phương pháp hiện đại như nuôi cấy trong môi trường Luria Broth và thí nghiệm phân giải lân được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định khả năng chịu mặn và khả năng kích thích sinh trưởng của vi khuẩn.

3.1. Phương pháp phân lập vi khuẩn từ mẫu đất

Mẫu đất được thu thập từ các khu vực trồng lúa ở ĐBSCL, sau đó được xử lý và nuôi cấy trong môi trường thích hợp để phân lập các dòng vi khuẩn có khả năng chịu mặn.

3.2. Đánh giá khả năng phân giải lân của vi khuẩn

Khả năng phân giải lân của các dòng vi khuẩn được đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, giúp xác định những chủng vi khuẩn có tiềm năng ứng dụng cao trong nông nghiệp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy có nhiều dòng vi khuẩn có khả năng chịu mặn và phân giải lân hiệu quả. Những dòng vi khuẩn này không chỉ giúp cải thiện sự phát triển của cây lúa mà còn có thể được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp tại ĐBSCL.

4.1. Kết quả phân lập vi khuẩn chịu mặn

Nghiên cứu đã phân lập được 11 dòng vi khuẩn chịu mặn từ các mẫu đất, trong đó có 3 dòng có khả năng chịu mặn tối đa lên đến 14% NaCl, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong nông nghiệp.

4.2. Ứng dụng vi khuẩn trong sản xuất lúa

Các dòng vi khuẩn phân lập được đã được thử nghiệm trên giống lúa OM 5451, cho thấy khả năng kích thích sự phát triển của rễ và mầm, giúp cây lúa phát triển tốt hơn trong điều kiện stress mặn.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về vi khuẩn chịu mặn từ vùng ĐBSCL mở ra nhiều triển vọng cho việc cải thiện năng suất cây trồng trong điều kiện xâm nhập mặn. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các dòng vi khuẩn này sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững nông nghiệp.

5.1. Tương lai của nghiên cứu vi khuẩn chịu mặn

Nghiên cứu cần được mở rộng để tìm ra nhiều dòng vi khuẩn mới có khả năng chịu mặn và phân giải lân, từ đó ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của vi khuẩn trong môi trường mặn, cũng như đánh giá tác động lâu dài của chúng đến năng suất cây trồng và chất lượng đất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm và tính chất của đất mặn Đất mặn là những loại đất có độ dẫn điện lớn hơn 4 dS/m ở 25°C tương đương với nồng độ muối hòa tan khoảng 2,56%o (cách tinh thông thường tại Việt Nam). Hiện nay, để đánh giá độ mặn của đất, trên thế giới người ta dùng đại lượng EC là độ dẫn điện của đất, có đơn vị là dS/m (1dS/m = 0,64%o). Các loại muối hòa tan muối phổ biến nhất hiện nay trong đất mặn là clorua, sunphat, canxi, natri và magié, Natri va clorua là các ion chiếm ti lệ nhiều nhất trong các loại đất mặn. Nhiều đất mặn có chứa lượng đáng kê của thạch cao [CaSOu2H›O].

Ngoài ra đất chứa nhiều muối hòa tan (1 — 1,5% hoặc hơn) như những loại muối tan là NaCl, NazSOx, CaCh, CaSO¿, MegCh, NaHCO:. Những loại mudi nay có nguồn gốc khác nhau (nguồn gốc lục địa, nguồn gốc biển, nguồn gốc sinh vật), nhưng nguồn gốc nguyên thủy của chúng là từ các thành phần khoáng của đá núi lửa. Trong quá trình phong hóa đá, những muối này bị hòa tan di chuyên tập trung ở những dang dat trũng không thoát nước (Lê Xuân Phương, 2009). Dat mặn là một van đề toàn cầu có ảnh hưởng đến khoảng 20% diện tích đất tưới tiêu và làm giảm năng suất cây trồng đáng kể (Qadir va ctv, 2014).

Theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4%o xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. Quá trình hình thành đất mặn ở đây chủ yếu do muối được tích tụ và đi chuyên theo mao dẫn rồi tích tụ ở tầng đất mặt, sau đó chảy tràn trên mặt đất theo kiểu rửa trôi (Abrol và Bhumbla, 1979). Theo báo cáo tổng hợp tình hình hạn hán, xâm nhập mặn khu vực miền nam 2019 — 2020 của Cục phòng chống thiên tai, mùa mưa năm 2019 trên lưu vực sông Mê Công xuất hiện muộn, thời gian mùa mưa ngắn, tổng lượng dòng chảy năm chỉ ở mức 3 trung bình — thấp. Dòng chảy về Đồng bang từ đầu mùa khô đến nay giảm nhanh, đang xuống ở mức rất thấp so với tài liệu trung bình nhiều năm (TBNN) từ 1980 đến nay.

Dựa vào nguồn sốc, đất nhiễm mặn được chia thành 2 loại là sơ cấp và thứ cấp. Nhiễm mặn sơ cấp là nhiễm mặn thông qua các quá trình tự nhiên như phong hóa vật lý, phong hóa hóa học và vận chuyển muối từ đá mẹ, trầm tích hoặc nước ngầm. Nước ngầm hòa tan các muối có trong đá bên trong lòng đất và được dâng đến gần mặt đất thông qua mao dẫn và bốc hơi của đất gây nhiễm mặn đất mặt. Những vùng không tiêu trong thời gian dài cũng xảy ra hiện tượng này.

Đất cũng có thê bị nhiễm mặn do nước biển ở những vùng ven biến khi lũ lụt, sóng thần hoặc do triều cường trong thời gian dài hình thành trầm tích biển. Nhiễm mặn thứ cấp bắt nguồn từ các hoạt động của con người như tưới tiêu trong nông nghiệp. Sự khan hiếm nước trong môi trường khô hạn đòi hỏi phải sử dung nước mặn ít hoặc mặn dé đáp ứng nhu cầu nước cho cây trồng. Việc sử dụng nước kém chất lượng này không hợp lý, đặc biệt là trên các loại đất có hệ thống thoát nước kém dẫn đến sự mao dẫn và bốc hơi của đất làm giảm giá trị tài nguyên đất (Daliakopoulos và ctv, 2016; Zaman và ctv, 2018).

Richards và ctv (1954) đã mô tả khả năng sinh trưởng của cây trồng qua 5 mức độ mặn khác nhau dựa trên ECe của đất (Zaman và ctv, 2018): - Không mặn (2 dS/m, nồng độ muối hòa tan: 0 - 1,28%): Ảnh hưởng của mặn gần như không đáng kẻ. - Mặn ít (từ 2 - 4 dS/m, nồng độ muối hòa tan: 1,28 - 2,56%): Năng suất của cây trồng nhạy cảm với mặn bị hạn chế. - Man vừa (từ 4 - 8 dS/m, nồng độ muối hòa tan: 2,56 - 5,12%): Năng suất của nhiều cây trồng bị hạn chế. - Man trung bình (từ 8 - 16 dS/m, nồng độ muối hòa tan: 5,12 - 10,24%): Chỉ những cây trồng chịu mặn mới duy trì được năng suất.

- Rat mặn (16 dS/m, nồng độ muối hòa tan: > 10,24%): Chỉ một vài cây trông chịu mặn cho năng suât đạt yêu câu.2 Tình hình xâm nhập mặn ở Việt Nam Ở Việt Nam, hai vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của hiện tượng xâm nhập mặn là Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Riêng mùa khô 2015 - 2016, diễn biến xâm nhập mặn tại ĐBSCL được đánh giá là nặng nề nhất trong 100 năm qua và được dự báo còn dién biến xấu hơn trong những năm tiếp theo (Cục Thông tin khoa học và Công nghệ Quốc gia, 2016). Theo số liệu thống kê của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, hạn mặn mùa khô 2019 — 2020 đã xảy ra nghiêm trọng hơn năm 2016. Với ranh mặn 4 g/l xâm nhập sâu 57 km theo sông Hàm Luông sâu hơn trung bình nhiều năm 24 km.

Vào tháng 1 năm 2020, xâm nhập mặn tiếp tục lắn vào cửa sông Cửu Long 45 — 66 km sâu hơn mùa khô 2016 từ 6 — 7 km. Tháng 5 năm 2020, phạm vi mặn tiếp tục vào sâu khoảng 100 — 110 km trên sông Vàm Cỏ, vào sâu 50 — 71 km đối với sông Tiền, vào sâu 70 km đối với sông Hậu và vào sâu 65 km đối với sông Cái Lớn. Tình hình xâm nhập mặn vẫn còn đang diễn biến phức tạp và mức độ mặn ngày cảng nghiêm trong hơn, Nguyễn Duy Khang va ctv (2008) đã dùng mô hình MIKE 11 dự báo sự xâm nhập mặn với nồng độ 2,5 g/l vào đất liền có thé lên đến 20 km vào năm 2030 và 50 km vào năm 2090. Đợt hạn - mặn lịch sử đã gây thiệt hại nặng nề cho 9/13 tỉnh thành ven biển, với độ mặn đạt đỉnh 4%o và có đến 11/13 địa phương trên cả nước công bồ tình trạng thiên tai hạn hán, xâm nhập mặn: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Ca Mau, Kiên Giang, Cần Thơ, Hậu Giang, Ninh Thuận (Cục Thông tin khoa học và Công nghệ Quốc gia, 2016).

Hơn nữa, có những nơi ranh giới mặn xâm nhập sâu vào đất liền lên tới 30 km. Theo báo cáo đến ngày 25/3/2016, có đến 170.000 ha lúa và gần 8.000 ha hoa màu bị thiệt hai (Trung tâm Chính sách và Kỹ thuật phòng chống thiên tai, 2016).3 Tình hình xâm nhập mặn trên thế giới Đất mặn là một vấn đề toàn cầu có ảnh hưởng đến khoảng 20% diện tích đất tưới tiêu và làm giảm năng suất cây trồng đáng ké (Qadir va ctv, 2014). Theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn: Xâm 5 nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4%o xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. Quá trình hình thành đất mặn ở đây chủ yêu do muối được tích tụ và đi chuyền theo mao dẫn rồi tích tụ ở tầng đất mặt, sau đó chảy tràn trên mặt đất theo kiểu rửa trôi (Abrol và Bhumbla, 1979).

Người ta ước tính có trên 800 triệu hecta dat va 32 triệu hecta đất nông nghiệp chịu ảnh hưởng của muối trên toàn thế giới (FAO, 2015). Theo Ivushkm và ctv (2019) đã thực hiện nghiên cứu về điện tích đất bị nhiễm mặn trên toàn thé giới, sử dung công nghệ viễn thám, cơ sở dit liệu từ Hệ thống Thông tin Dat Thế giới (WoSIS) kết hợp mô hình hóa. Dữ liệu công bố có khoảng 1,1 tỷ hecta đất bị nhiễm mặn, trong đó 1 tỷ hecta nhiễm mặn nhẹ (2 - 4 dS/m); 19.800 ha nhiễm mặn trung bình (4 - 8 dS/m); 2.300 ha nhiễm mặn cao (8 - 16 dS/m) (Omuto và ctv, 2020).4 Cơ chế phản ứng của thực vật trong điều kiện mặn Stress ở thực vật là ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đến sinh trưởng, phát triển hoặc năng suất của cây trồng. Căng thăng thực vật thường phản ánh một số thay đổi đột ngột trong điều kiện môi trường và được chia thanh hai loại chính là: stress phi sinh hoc va stress sinh học.

- Tác nhân gây stress sinh học ở thực vật là các sinh vật sông, đặc biệt là virus, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng, côn trùng, nhện và cỏ dai gây ra. Những tác nhân nảy trực tiếp lay đi chất dinh đưỡng và làm chết cây vật chủ. - Các stress phi sinh học là những tác động vật lý, hoá học như hạn hán (stress nước), úng nước, nhiệt độ khắc nghiệt (lạnh, sương giá và nóng), độ mặn, độc chất khoáng và bức xa tia cực tim (UV) tác động tiêu cực đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng hạt giống của thực vật (He và ctv, 2018). Trong tương lai, tình trạng khan hiém nước ngọt sẽ tăng lên dẫn đến cường độ căng thang phi sinh học cũng sẽ tăng theo.

Do đó, cần phải phát triển các chế phẩm hỗ trợ cây trồng hay các giống cây trồng có khả năng chống chịu với các áp lực phi sinh học để đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai (Audil và ctv, 2019). Stress mặn Stress do mặn là một vấn đề khó khăn và ngày càng trở nên nghiêm trọng bởi sự nhiễm mặn ngày càng gia tăng của đất canh tác trên toàn thế giới (Munns và Tester, 2008; Yuan và ctv, 2015). Đất mặn có áp suất thấm thấu cao nên cây không thé hút được nước nếu không có cơ chế thích nghi, do đó gây nên hiện tượng hạn sinh lý. Một số ion ở nồng độ thấp không độc nhưng ở nồng độ cao lại gây độc.

Các ion nay lại cạnh tranh với chất dinh dưỡng trong quá trình hút của rễ làm cho rễ khó hút chất dinh dưỡng. Thanh phần các muối trong đất mặn phổ biến là NaCl, NazSOa, Na2SOu, NaxCO3, MgCh, MgSO¿, các muối đó nồng độ cao đều gây độc cho cây (Phạm Đình Thái, 1987). Ở vùng đất mặn, sự tích tụ của các ion Na" này trong các mô thực vật ức chế quá trình quang hợp và tăng cường sự hình thành các loại oxy phản ứng (ROS). Những chất nảy (ROS) có nhiều tác động xấu đến cây trồng như tăng tốc độ phản ứng độc hại, có thé là đột biến DNA, phân hủy protein và tốn thương mang ( Islam và ctv, 2015; Sudhrr và Murthy, 2004).