Đặt vấn đề Mía là một cây công nghiệp có giá trị kinh tế quan trọng được trồng tại hơn 110 nước nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới. Ngày nay, ngoài sản xuất đường, nhiều sản phẩm có giá trị khác đã được tạo ra từ cây mía như ethanol, nhựa, xơ sợi; đặc biệt là nhiên liệu sinh học (Viện Nghiên cứu mía đường, 2020). Chính vì thế, việc duy trì và gia tăng năng suất mía đã trở thành trọng tâm nghiên cứu của nhiều quốc gia (Mehnaz, 2011). Nhìn chung tổng diện tích trồng mía trên thế giới tăng dần qua các năm, từ 44.000 nghìn ha ở năm 1961 lên đến 269.
Ở một số năm như 1999, 2002, 2003, diện tích trồng mía tăng hơn 300 nghìn ha. Tuy nhiên, trong những năm gần đây diện tích trồng mía đường có phần giảm nhẹ (FAOSTAT, 2020). Trong công nghiệp sản xuất đường, đường mía hiện chiếm trên 60% tổng sản lượng đường thô của toàn thế giới. Ở Việt Nam, nghề trồng mía để sản xuất đường bắt đầu từ những năm 1990.
Do thích nghi với điều kiện tự nhiên, cây mía có thể được trồng ở nhiều vùng, miền khắp nước ta (Viện Nghiên cứu mía đường, 2020). Năng suất mía bình quân của cả nước vào năm 2018 là khoảng 66,6 tấn/ha và sản lượng là 17. Năm 2018, theo thống kê sơ bộ từ các Cục thống kê, tổng diện tích trồng mía ở Đông Nam Bộ là khoảng 24. Trong đó, Tây Ninh là tỉnh có diện tích trồng mía lớn nhất, gồm 14.
Chính vì vậy, Tây Ninh có cơ sở để trở thành một vùng mía đường quan trọng của cả nước và của khu vực. Hiện nay, phương thức tổ chức sản xuất và cải tiến kỹ thuật mà các nước, trong đó có Việt Nam, đã áp dụng thành công để tăng năng suất mía là: sản xuất tập trung chuyên canh, cải thiện giống mía, hóa học hóa, thủy lợi hóa và cơ giới hóa, trong đó đặc biệt coi trọng công tác nghiên cứu khoa học. Tuy vậy, theo Thaweenut và cộng sự (2011), ở các nước đang phát triển vẫn có tập quán bón nhiều phân hóa học cho cây mía ở giai đoạn sớm nhằm tăng cường sản lượng và chữ đường. Ở Việt Nam, nghiên cứu cho thấy năng suất mía tơ tăng lên tỷ lệ thuận với lượng phân bón.
Lượng phân NPK bón cho 1 ha mía tơ đạt năng suất 70 – 80 tấn là: 180– 200 kg N, 60 – 80 kg P2O5 và 150 – 180 kg K2O. Nếu muốn năng suất tăng lên 90 – 100 tấn/ha, thì lượng phân tương ứng sẽ là: 200 – 250, 80 – 100, và 180 – 220. Ngoài ra, tùy theo loại đất và mức độ thâm canh mà phân bón hoá học được sử dụng với hàm lượng khác nhau. Với đất xám cát và đất xám bạc màu có mức độ thâm canh cao, lượng NPK/ha khuyến cáo là khoảng 200 – 250 kg N, 90 – 100 kg P2O5 và 180 – 200 kg K2O (Viện Nghiên cứu mía đường, 2020).
1 Việc sử dụng quá nhiều phân hóa học cũng như các chất bảo vệ thực vật không những làm tăng chi phí sản xuất mà còn gây bất lợi đối với cây trồng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, môi trường và sức khỏe con người. Chính vì thế, việc nghiên cứu và ứng dụng các vi khuẩn có lợi là một phần trong chiến lược nông nghiệp sinh thái hiện nay. Theo Singh và Singh (2012), việc sử dụng các vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật như là các chế phẩm chủng cho cây trồng có khả năng thay thế hoặc bổ sung một phần cho phân bón hóa học, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ, đồng thời giúp duy trì tính bền vững của năng suất cây trồng và sự an toàn của môi trường. Thực tế đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng phân bón hợp lý và tăng cường ứng dụng vi khuẩn có lợi liên kết thực vật, đặc biệt là các vi khuẩn cố định đạm ở các cây không họ Đậu như lúa, khoai lang và mía.
Trong đó, Brazil là một ví dụ điển hình cho các quốc gia sản xuất mía hàng đầu trên thế giới với lượng phân đạm hóa học được sử dụng ở mức thấp nhất (Ridge, 2013; Yoneyama et al. Mặc dù triển vọng của phân bón vi sinh trong sản xuất nông nghiệp bền vững là rất lớn, song các nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn liên kết thực vật trên cây mía nói chung và cây mía trồng trên đất xám vẫn còn ít được công bố. Trong bối cảnh trên, đề tài nghiên cứu thuộc luận án tiến sĩ “Phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp L.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh” đã được thực hiện nhằm tìm kiếm những dòng vi khuẩn bản địa với các đặc tính quý như cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA. Những dòng vi khuẩn này sẽ là nguồn giống cho các nghiên cứu sản xuất các loại phân bón sinh học vừa có khả năng bổ sung các nguyên tố phân bón đa lượng như N và P, vừa có khả năng thúc đẩy sự tăng trưởng của cây trồng nói chung và cây mía nói riêng thông qua sự sản xuất các hormone thực vật.
Đây là một hướng nghiên cứu nhằm đảm bảo sử dụng bền vững và hiệu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên trong chiến lược phát triển nông nghiệp bền vững. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu nhằm tìm kiếm và khai thác tiềm năng của các giống vi khuẩn bản địa có khả năng thúc đẩy tăng trưởng cây mía trong lĩnh vực sản xuất phân bón vi sinh, hướng tới một nền nông nghiệp phát triển bền vững.2 Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu Phân lập, nhận diện, tuyển chọn các dòng vi khuẩn nội sinh và vùng rễ cây mía có khả năng cố định đạm, hòa tan lân và sản xuất hormone tăng trưởng thực vật IAA. Thử nghiệm hiệu quả của các dòng vi khuẩn tuyển chọn trên cây mía trồng trong chậu và ngoài đồng.
Phạm vi nghiên cứu Vi khuẩn được phân lập từ các mẫu đất vùng rễ và mẫu mô thân, rễ của cây mía trồng tại 7 huyện của tỉnh Tây Ninh (trừ Hoà Thành và thành phố Tây Ninh). Thử nghiệm hiệu quả của các dòng vi khuẩn tuyển chọn trên cây mía nuôi cấy mô, giống VN-85-1859, trồng trong điều kiện nhà lưới ở giai đoạn 3 tháng tuổi. Thử nghiệm hiệu quả của các dòng vi khuẩn tuyển chọn trên các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất, và chữ đường của cây mía giống K95-156 trồng trong chậu và ngoài đồng tại Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Mía đường Thành Thành Công, ấp Bình Hòa, xã Thái Bình, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh. Nội dung nghiên cứu (1) Phân lập các dòng vi khuẩn có cả hai khả năng cố định đạm và hòa tan lân trong đất vùng rễ và nội sinh cây mía trên môi trường LGI, Burk’s không đạm và NBRIP.
(2) Định lượng khả năng cố định đạm và hòa tan lân in vitro của các dòng vi khuẩn đã phân lập. (3) Đánh giá hoạt tính sản xuất IAA và siderophore in vitro của một số dòng vi khuẩn có cả hai khả năng cố định đạm và hòa tan lân. (4) Nhận diện và tìm hiểu quan hệ phát sinh của các dòng có các đặc tính tốt qua kết hợp hình thái tế bào, khuẩn lạc, sinh học phân tử và công cụ tin sinh học. (5) Nhân giống in vitro đối với giống mía VN-85-1859 để tạo nguồn nguyên liệu cây mía con sạch khuẩn.
Đánh giá hiệu quả của các vi khuẩn có đặc tính tốt trên các cây mía con trồng trong bình Leonard trong điều kiện nhà lưới. 3 (6) Đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn có hiệu quả tốt sau thí nghiệm ở nội dung thứ 5, dựa trên các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất, và chữ đường của mía trồng trong chậu và trồng ngoài đồng. Ý nghĩa nghiên cứu Về mặt lý luận Nghiên cứu này nhằm dò tìm và nhận diện vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh có đặc tính thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật liên kết với cây mía trồng trên loại đất xám của tỉnh Tây Ninh. Dựa trên trình tự gene 16S rRNA, xây dựng cây phả hệ để tìm hiểu mối quan hệ giữa các dòng vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh phân lập được từ cây mía trồng ở các địa phương khác nhau của tỉnh Tây Ninh.
Kết quả thu được của đề tài sẽ góp phần làm phong phú cơ sở dữ liệu về lĩnh vực nông học của Tây Ninh và vùng Đông Nam Bộ về mối quan hệ tương tác của bộ ba “đất, cây trồng và vi sinh vật đất”. Về mặt thực tiễn Đất xám là loại đất có hàm lượng dinh dưỡng thấp nhưng chiếm trên 81% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh Tây Ninh. Loại đất này đã được sử dụng để trồng hoa màu và cây công nghiệp, trong đó có cây mía. Chi phí phân bón cho sản xuất mía trên đất xám và đất bạc màu thường cao hơn so với các loại đất khác.
Chính vì vậy, nguồn vi khuẩn bản địa mà đề tài đã thu thập được cùng với các thông tin nghiên cứu cơ bản sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu chế tạo và sản xuất phân bón sinh học thân thiện với cây trồng và môi trường của địa phương. Thời gian thực hiện và địa điểm nghiên cứu Thu mẫu mía và phân lập, tuyển chọn, nhận diện các dòng vi khuẩn đất vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây mía có khả năng cố định đạm, hòa tan lân được tiến hành từ tháng 10/2015 đến tháng 4/2017. Đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn tuyển chọn trên cây mía nhân giống in vitro trồng trong điều kiện nhà lưới được thực hiện từ tháng 4/2017 đến tháng 5/2018. Đánh giá hiệu quả của vi khuẩn tuyển chọn trên cây mía trồng trong chậu và ngoài đồng được thực hiện từ tháng 5/2019 đến tháng 1/2020.
Các nghiên cứu phân lập, tuyển chọn và nhận diện vi khuẩn có khả năng thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật được thực hiện ở phòng thí nghiệm Vi sinh vật học, phòng thí nghiệm Sinh hóa và phòng thí nghiệm Nuôi cấy mô (trường Đại học Sài Gòn), phòng thí nghiệm Vi sinh vật đất, Vi sinh vật môi trường và phòng thí nghiệm Sinh học phân tử (Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ). 4 Thử nghiệm hiệu quả của các dòng vi khuẩn tuyển chọn trên cây mía giai đoạn 3 tháng tuổi, trồng trong điều kiện nhà lưới, được thực hiện tại khu thí nghiệm A trường Đại học Sài Gòn.
