Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam nostoc calcicola hn9-1a đến sinh trưởng và năng suất giống lúa tám thơm thử nghiệm ở huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An

Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19 13 ẢNH HƢỞNG CỦA DỊCH NUÔI CHỦNG VI KHUẨN LAM Nostoc calcicola HN9-1a ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ NĂNG SUẤT GIỐNG LÚA TÁM THƠM THỬ NGHIỆM Ở HUYỆN HƢNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN Nguyễn Đức Diện (1), Nguyễn Lê Ái Vĩnh (1) Nguyễn Đình San (2), Võ Hành (3) 1 Viện Công nghệ Hóa Sinh - Môi trường, Trường Đại học Vinh 2 Viện Sư phạm Tự nhiên, Trường Đại học Vinh 3 Hội các ngành Sinh học tỉnh Nghệ An Ngày nhận bài 25/5/2017, ngày nhận đăng 15/10/2017 Tóm tắt. Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy rằng loài vi khuẩn lam Nostoc calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault (1886) không những có khả năng cố định nitơ phân tử mà còn tổng hợp nên một số chất kích thích sinh trƣởng thực vật. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của dịch nuôi chủng Nostoc calcicola HN9-1a đến sự sinh trƣởng và năng suất giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An. Việc phun dịch nuôi chủng Nostoc calcicola HN9-1a vào giai đoạn cây lúa bắt đầu đẻ nhánh và giai đoạn bắt đầu làm đòng đã giúp tăng diện tích lá, hàm lƣợng diệp lục, cƣờng độ quang hợp, đồng thời ảnh hƣởng tích cực đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống lúa Tám thơm. Tỷ lệ gia tăng năng suất thực tế của lúa Tám thơm là 11,99%. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là những vi sinh vật có khả năng quang hợp thải oxi, phân bố rộng rãi trong đất và nƣớc. Chúng đƣợc xem là những loài vi sinh vật có ích cho nông nghiệp bởi chúng góp phần tạo nên lớp mùn trên bề mặt đất và nhiều loài có khả năng cố định nitơ phân tử, bổ sung nguồn đạm cho cây trồng. Một số chi vi khuẩn lam bao gồm cả chi Nostoc đƣợc đánh giá là phát triển ƣu thế trong đất trồng lúa [4, 8]. Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy loài vi khuẩn lam Nostoc calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault (1886) không những có khả năng cố định nitơ phân tử [4] mà còn tổng hợp nên chất kích thích sinh trƣởng thực vật nhƣ indole 3-butyric acid (IBA), indole 3-acetic acid (IAA) [7]. Ở Việt Nam, một số nghiên cứu cho thấy loài Nostoc calcicola có ảnh hƣởng tích cực đến sự sinh trƣởng của cây lúa [5, 6]. Đối với chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola HN9-1a, nghiên cứu trƣớc đây của chúng tôi đã cho thấy dịch chiết của nó có tác dụng tích cực lên giai đoạn sinh trƣởng và phát triển sinh dƣỡng của cây đậu tƣơng [1, 3]. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của dịch nuôi chủng Nostoc calcicola HN9-1a đến sự sinh trƣởng và năng suất của giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An. 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu Giống lúa Tám thơm canh tác trên vùng chuyên canh lúa ở huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An đƣợc cung cấp bởi Viện Nông nghiệp Việt Nam. Email: ducdien78@yahoo.com (N. Đ. Diện) N. Đ. Diện, N. L. Á. Vĩnh, N. Đ. San, V. Hành / Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam 14 Chủng vi khuẩn lam có tế bào dị hình HN9-1a đƣợc phân lập bởi nhóm nghiên cứu từ đất trồng lúa ở xã Hƣng Xá, huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An trong năm 2013; đƣợc định loại thuộc loài vi khuẩn lam Nostoc calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault (1886) [8]. 2.2. Phƣơng pháp tạo dịch nuôi vi khuẩn lam để phun cho lúa Dịch nuôi vi khuẩn lam bao gồm toàn bộ môi trƣờng lỏng và sinh khối chủng Nostoc calcicola HN9-1a nuôi trong môi trƣờng BG-11 không đạm. Quá trình tạo dịch nuôi đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Đầu tiên, chủng vi khuẩn lam đƣợc nuôi trong 10 lít môi trƣờng BG-11 có đạm với tỷ lệ giống là 20%; sau 15 ngày, toàn bộ sinh khối đƣợc lọc và chuyển vào bình nuôi chứa 2 lít môi trƣờng BG-11 không đạm; sau 20 ngày tiếp theo, dịch nuôi vi khuẩn lam chuyển sang trạng thái đậm đặc với sinh khối đạt 2,5 gam khô/lít tƣơng đƣơng 25 - 40 g tƣơi/lít. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng của dịch nuôi vi khuẩn lam lên một số chỉ tiêu sinh lý, sinh trƣởng và năng suất lúa 2.3.1. Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng Các thí nghiệm đƣợc triển khai trong vụ Đông Xuân năm 2016 trên đất chuyên canh lúa có cùng điều kiện thổ nhƣỡng ở xã Hƣng Long, huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An. Việc gieo trồng và chăm bón đƣợc thực hiện theo quy trình canh tác lúa với mật độ trồng 38 khóm/m2; chế độ phân bón cho 500 m2 gồm 200 kg phân chuồng, 10 kg NPK (8:10:3) và 2 kg urê. Các công thức thí nghiệm khác nhau về chế độ chăm bón nhƣ sau: - Công thức đối chứng: Diện tích 500 m2; chỉ chăm bón bình thƣờng theo chế độ nêu trên. - Công thức BG-11 không đạm: Diện tích 500 m2; ngoài việc chăm sóc theo chế độ nêu trên, môi trƣờng BG-11 không đạm đƣợc phun lên lá lúa sau khi cấy 15 ngày (lúa bắt đầu đẻ nhánh) và sau khi cấy 50 ngày (lúa bắt đầu làm đòng); 2 lít môi trƣờng BG-11 không đạm pha loãng 10 lần (20 lít) đƣợc sử dụng cho mỗi lần phun. - Công thức Nostoc calcicola HN9-1a: Diện tích 500 m2; ngoài việc chăm sóc theo chế độ nêu trên, dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đƣợc phun lên lá lúa sau khi cấy 15 ngày và sau khi cấy 50 ngày; 2 lít dịch nuôi nêu trên pha loãng 10 lần (20 lít) đƣợc sử dụng cho mỗi lần phun. 2.3.2. Phương pháp thu thập và phân tích số liệu Trong mỗi công thức thí nghiệm, 10 khóm lúa đƣợc lấy ngẫu nhiên để thu thập số liệu. Các chỉ tiêu về diện tích lá, hàm lƣợng diệp lục, cƣờng độ quang hợp đƣợc phân tích vào giai đoạn lúa đẻ nhánh rộ (sau khi cấy 35 ngày). Bên cạnh đó, kích thƣớc lá đòng (giai đoạn lúa trƣớc trổ bông) và các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực tế sau thu hoạch cũng đƣợc đánh giá. Các chỉ tiêu trên đƣợc phân tích theo những phƣơng pháp hiện hành dùng trong nghiên cứu sinh lý thực vật [2]. Các phép đo đƣợc lặp lại 3 lần cho mỗi chỉ tiêu nghiên cứu. Kết quả thể hiện trong các bảng là giá trị trung bình của các chỉ số đƣợc nghiên cứu. Mức độ sai khác của các giá trị trung bình đƣợc kiểm định bởi phân tích ANOVA ở mức α=0,05. Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19 15 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến diện tích lá lúa Tám thơm Diện tích lá và chỉ số diện tích lá là điều kiện cần thiết để cây lúa tiếp thu năng lƣợng mặt trời, giúp cho quá trình quang hợp đƣợc tiến hành mạnh mẽ. Khi cây lúa đẻ nhánh rộ, chúng tôi tiến hành đo kích thƣớc 3 lá trên cùng (kí hiệu: lá 1, lá 2 và lá 3 theo thứ tự từ ngọn xuống), kết quả thu đƣợc thể hiện ở bảng 1. Bảng 1: Diện tích trung bình của lá lúa giai đoạn đẻ nhánh rộ Công thức Lá 1 Lá 2 Lá 3 DT (cm 2 ) %SS DT (cm 2 ) %SS DT (cm 2 ) %SS Đối chứng 27,80 100 21,97 100 18,95 100 BG-11 không đạm 26,52 95,39 20,73 94,36 18,04 95,19 Nostoc calcicola HN9-1a 40,54 145,82 30,04 136,73 26,01 137,25 (Ghi chú: DT - diện tích; %SS - so sánh với công thức đối chứng theo tỷ lệ phần trăm) Kết quả ở bảng 1 cho thấy cây lúa Tám thơm đƣợc xử lý bởi dịch nuôi Nostoc calcicola HN 9-1a có diện tích lá rộng hơn so với đối chứng: Diện tích lá 1 đạt đƣợc là 40,54 cm 2 (đối chứng 27,80 cm2), lá 2 đạt đƣợc là 30,04 cm2 (đối chứng 21,97 cm2), và lá 3 đạt đƣợc là 26,01 cm2 (đối chứng 18,95 cm2). Nhƣ vậy, dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đã làm tăng diện tích lá 1, lá 2 và lá 3 từ 36,73% đến 45,82% so với đối chứng; sai khác này có ý nghĩa thống kê ở mức α=0,05. Trái lại, công thức xử lý bằng môi trƣờng BG-11 không đạm có dấu hiệu ức chế phát triển lá khi chỉ số sinh trƣởng này luôn thấp hơn so với đối chứng, mặc dù những sai khác này chƣa thực sự rõ ràng. 3.2. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến hàm lƣợng diệp lục trong lá lúa Tám thơm Kết quả phân tích hàm lƣợng diệp lục ở lá lúa Tám thơm trong giai đoạn đẻ nhánh rộ đƣợc trình bày ở bảng 2. Bảng 2: Hàm lượng diệp lục trung bình trong lá lúa ở giai đoạn đẻ nhánh rộ Công thức Diệp lục a Diệp lục b Diệp lục tổng số mg/g %SS mg/g %SS mg/g %SS Đối chứng 1,497 100 0,663 100 2,160 100 BG-11 không đạm 1,402 93,71 0,624 94,05 2,026 93,78 Nostoc calcicola HN9-1a 1,768 118 0,764 115 2,532 117 (Ghi chú: %SS - So sánh với công thức đối chứng theo tỷ lệ phần trăm) N. Đ. Diện, N. L. Á. Vĩnh, N. Đ. San, V. Hành / Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam 16 Bảng 2 cho thấy dung dịch BG-11 không đạm đã làm giảm hàm lƣợng diệp lục, trong khi dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có tác dụng tốt đến sự tổng hợp sắc tố quang hợp trong lá lúa Tám thơm. Ở cây lúa đƣợc xử lý bởi dịch nuôi vi khuẩn lam, hàm lƣợng diệp lục a đạt 1,768 mg/g lá, cao hơn 18% so với đối chứng (1,497 mg/g lá); diệp lục b đạt 0,764 mg/g lá, cao hơn 15% so với đối chứng (0,663 mg/g lá); diệp lục tổng số (a+b) đạt 2,532 mg/g lá, cao hơn 17% so với đối chứng (2,160 mg/g lá). Những sai khác về hàm lƣợng diệp lục trong công thức xử lý bởi dịch nuôi vi khuẩn lam so với đối chứng là có ý nghĩa ở mức α=0,05. 3.3. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến cƣờng độ quang hợp của cây lúa Tám thơm Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng, tổng số chất khô do quang hợp tạo ra chiếm 90 - 95% tổng số chất khô của thực vật. Các biện pháp canh tác đều nhằm mục đích tối ƣu hóa hoạt động của bộ máy quang hợp. Cƣờng độ quang hợp tăng dẫn đến năng suất tăng. Cƣờng độ quang hợp của cây lúa Tám thơm giai đoạn đẻ nhánh rộ đƣợc trình bày ở bảng 3. Bảng 3: Cường độ quang hợp trung bình của cây lúa ở giai đoạn đẻ nhánh rộ (Ghi chú: IQH - cƣờng độ quang hợp; %SS - so sánh với đối chứng theo tỷ lệ phần trăm) Kết quả ở bảng 3 cho thấy cây lúa đƣợc phun dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đạt cƣờng độ quang hợp cao nhất (0,964 mg CO2/g lá), tăng tới 41,14% so với đối chứng (0,683 mg CO2/g lá), trong khi chỉ số này ở công thức xử lý bằng môi trƣờng BG-11 không đạm giảm 4,52% so với đối chứng. Phân tích ANOVA ở mức α=0,05 cho thấy sự sai khác có ý nghĩa về cƣờng độ quang hợp giữa các công thức thí nghiệm. 3.4. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến kích thƣớc lá đòng của cây lúa Tám thơm giai đoạn trƣớc trổ bông Lá đòng là lá trẻ nhất (đƣợc tạo ra sau cùng) trên mỗi nhánh lúa, có vai trò quan trọng trong nuôi dƣỡng bông lúa. Kích thƣớc lá đòng lớn góp phần tăng khả năng thu nhận ánh sáng và quang hợp của cây. Kích thƣớc lá đòng trong các công thức thí nghiệm đƣợc thể hiện ở bảng 4. Công thức Cƣờng độ quang hợp IQH (mg CO2/g lá) %SS Đối chứng 0,683 100 BG-11 không đạm 0,652 95,48 Nostoc calcicola HN9-1a 0,964 141,14 Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19 17 Bảng 4: Kích thước trung bình của lá đòng cây lúa giai đoạn trước trổ bông Công thức Chiều dài lá đòng Chiều rộng lá đòng Số đo (cm) %SS Số đo (cm) %SS Đối chứng 33,10 100 1,42 100 BG-11 không đạm 31,92 96,43 1,36 95,77 Nostoc calcicola HN9-1a 38,23 115,49 1,57 110,56 (Ghi chú: %SS - so sánh với đối chứng theo tỷ lệ phần trăm) Cây lúa đƣợc phun bằng dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có chiều dài lá đòng đạt 38,23 cm, cao hơn 15,49% so với đối chứng (33,10 cm); chiều rộng lá đòng đạt 1,57 cm, cao hơn 10,56% so với đối chứng (1,42 cm). Sai khác này có ý nghĩ về mặt thống kê ở mức tin cậy 95%. Trong khi đó, các cây lúa đƣợc phun bằng môi trƣờng BG-11 không đạm có kích thƣớc của lá đòng thấp hơn so với đối chứng nhƣng sai khác không có ý nghĩa, bởi chiều dài lá chỉ thấp hơn 3,57%, chiều rộng lá thấp hơn 4,22% so với đối chứng. 3.5. Ảnh hƣởng của dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a đến năng suất lúa Tám thơm Năng suất lúa đƣợc quyết định bởi các yếu tố: số bông/m2, số hạt/bông, tỉ lệ hạt chắc và khối lƣợng của 1000 hạt. Các yếu tố này có sự liên quan mật thiết với nhau. Số bông/m 2 phụ thuộc vào tỉ lệ đẻ nhánh và mật độ trồng. Khi cây đẻ nhánh mạnh thì số bông/m 2 sẽ tăng. Khi số bông/m2 tăng quá cao thì bông sẽ bé đi, số hạt/bông giảm, tỷ lệ hạt chắc/bông cũng giảm. Tỷ lệ hạt chắc và trọng lƣợng hạt phụ thuộc vào số hạt/bông. Giá trị các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lý thuyết và năng suất thực tế của các thí nghiệm đƣợc thể hiện ở bảng 5. Bảng 5: Các yếu tố cấu thành năng suất giống Tám thơm Công thức Mật độ khóm/ m 2 Số bông/ khóm Dài bông Tổng số hạt/ bông Số hạt chắc/ bông P1000 hạt (g) NS LT (tạ/ha) NSTT (tạ/ha) Đối chứng 38 7,2 22,01 155 129 25,0 88,23 76,20 BG-11 không đạm 38 7,2 21,55 150 126 24,9 85,83 70,67 Nostoc calcicola HN9-1a 38 8,0 24,03 167 140 25,2 107,25 85,34 (Ghi chú: P1000 - trọng lƣợng của 1000 hạt; NSLT - năng suất lý thuyết; NSTT - năng suất thực tế) Số liệu trong bảng 5 thể hiện rằng dịch nuôi Nostoc calcicola HN9-1a có tác dụng làm tăng các yếu tố cấu thành năng suất giống lúa Tám thơm. Số bông/khóm, chiều dài N. Đ. Diện, N. L. Á. Vĩnh, N. Đ. San, V. Hành / Ảnh hưởng của dịch nuôi chủng vi khuẩn lam 18 bông, số hạt chắc/bông, trọng lƣợng 1000 hạt trong các công thức xử lý vi khuẩn lam đều có giá trị cao hơn so với đối chứng. Năng suất lý thuyết đƣợc tính toán cho tỷ lệ gia tăng 21,55% so với đối chứng. Việc cân, đo sau khi thu hoạch cho thấy mặc dù thấp hơn năng suất lý thuyết nhƣng năng suất thực tế của lúa đƣợc phun dịch nuôi vi khuẩn lam vẫn cao vƣợt trội; năng suất thực tế (85,34 tạ/ha) tăng 11,99% so với đối chứng (76,20 tạ/ha). KẾT LUẬN Dịch nuôi chủng vi khuẩn lam Nostoc calcicola HN9-1a có tác dụng tích cực đến sự sinh trƣởng, phát triển của giống lúa Tám thơm thử nghiệm ở huyện Hƣng Nguyên, tỉnh Nghệ An. Sau khi phun dịch nuôi, vi khuẩn lam đã thúc đẩy cây lúa tăng diện tích lá, hàm lƣợng diệp lục, cƣờng độ quang hợp, đồng thời ảnh hƣởng tốt đến các yếu tố cấu thành năng suất. Tỷ lệ gia tăng năng suất thực tế của lúa Tám thơm là 11,99%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Duc Dien, Nguyen Dinh San, Vo Hanh, Mai Van Chung, Effect of Cyanobacteria Nostoc calcicola HN9-la on the enzymatic antioxidants of Glycine max DT84, Proceeding of the 6th International Conference on Sciences and Social Sciences (ICSSS 2016), Thailand, September 22-23, 2016, 833-840. [2] Trƣơng Đích, Kỹ thuật trồng các giống lúa mới, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 2000. [3] Trần Văn Hùng, Nguyễn Đức Diện, Mai Văn Chung, Ảnh hưởng của dịch chiết vi khuẩn lam Nostoc calcicola HN9-1a đối với cây đậu tương (Gtycine max (L.) Merr. Cv. “Nam Đàn” ở giai đoạn sinh trưởng phát triển sinh dưỡng, Hội nghị khoa học toàn quốc về nghiên cứu và giảng dạy Sinh học ở Việt Nam lần thứ 2, ĐHSP Đà Nẵng, 20/5/2016, 1044-1051. [4] Kadirova G. Kh. and Shakirov Z. S., Identification of nitrogen-fixing and salt- resistant cyanobacteria Nostoc calcicola isolated from the rhizosphere of cotton in Uzbekistan, Environmental Science: An Indian Journal 7(8), 2012, 305-309. [5] Nguyễn Đình San, Nguyễn Thị Kiều Đông, Ảnh hưởng của 2 chủng vi khuẩn lam lên sự nảy mầm, tăng trưởng rễ mầm và thân mầm ở giống lúa Khải Phong, Tạp chí khoa học - Đại học Vinh, 36 (1A), 2007, 111-115. [6] Nguyễn Đình San, Lê Thanh Tùng, Ảnh hƣởng của hai chủng vi khuẩn lam đến sinh lý sinh trƣởng và năng suất của giống lúa Mộc tuyền ở huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 15, 2007, 51-56. [7] Shariatmadari Z., Riahi H., Hashtroudi S. M., Ghassempour A. and Aghashariatmadary Z., Plant growth promoting cyanobacteria and their distribution in terrestrial habitats of Iran, Soil Science and Plant Nutrition, 59:4, 2013, 535-547. [8] Dƣơng Đức Tiến, Phân loại vi khuẩn Lam ở Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1996. Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 46, Số 3A (2017), tr. 13-19 19 SUMMARY EFFECTS OF THE LIQUID CULTURE OF Nostoc calcicola HN9-1a ON GROWTH AND PRODUCTIVITY OF THE “TAM THOM” RICE VARIETY EXPERIMENTED IN HUNG NGUYEN DISTRICT, NGHE AN PROVINCE Previous studies indicated that the cyanobacteria species Nostoc calcicola Brébisson ex Bornet et Flahault (1886) not only be able to fix nitrogen but also produces several plant growth promoting compounds. This paper reported the influences of the cyanobacterial strain Nostoc calcicola HN9-1a on the growth and productivity of the “Tam thom” rice variety tested in Hung Nguyen District, Nghe An Province. Spraying the liquid culture of this train when rice starts branching and be in ear promoted the increases of leaf area, chlorophyll content, photosynthesis and effected positively on productivity indexes of the “Tam thom” rice variety; its real productivity has increased 11.99% in comparison with the control experiment.