Đề tài Hiệu quả của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sản phẩm trên cây lúa cao sản trồng ở Hậu Giang

Trang i LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm ơn thầy cô trường đại học Cửu Long, khoa Khoa Học Nông Nghiệp và bộ môn Công nghệ Sinh Học đã trang bị cho tôi những kiến thức chuyên môn cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi chân thành cảm ơn! Thầy ThS. Ngô Thanh Phong, bộ môn Sinh Học, khoa Khoa Học Tự Nhiên, trương Đại Học Cần Thơ, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Thầy PGS.TS. Cao Ngọc Điệp, Viện Nghiên Cứu và Phát Triển Công Nghệ Sinh Học, Trường Đại Học Cần Thơ đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Chân thành cảm ơn quí thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn s i nh họ c đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn các thí nghiệm. Xin cảm ơn gia đình luôn quan tâm giúp đỡ tôi về mọi mặt. Sau cùng tôi gởi lời cảm ơn đến bạn Nguyễn Thị Kim Ngân và bạn Lê Văn Thắng cùng tất cả các bạn lớp Công nghệ sinh học khóa 8, tất cả những gì các bạn đã dành cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn! Cần thơ, ngày 17 tháng 7 năm 2011 SINH VIÊN THỰC HIỆN LÂM VĂN BẠCH Trang ii TÓM LƯỢC Đánh giá hiệu quả của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1, Burkholderia sp. KG2, và dòng phối trộn Burkholderia sp. KG1 với Burkholderia sp. KG2, tác động đến năng xuất lúa cao sản OM4218 được trồng ở Hậu Giang. Tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng cố định đạm cung cấp cho cây lúa để đạt năng suất cao nhất. Kết quả thí nghí nghiệm các chỉ tiêu nông học và năng xuất lúa thực tế đạt hiệu quả cao khi chủng vi khuẩn Burkholderia sp. KG2 và phối trộn Burkholderia sp. KG1 với Burkholderia sp. KG2 có thể giảm được 25-50% đạm hóa học. Năng suất cao nhất là nghiệm thức có dòng phối trộn vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1 với Burkholderia sp. KG2, bón 75% đạm hóa học nhưng năng suất cao hơn nghiệm thức bón 100% đạm hóa học là 27,15% (3.06 kg/4 m2) Từ khóa: lúa cao sản, vi khuẩn, Burkholderia sp., năng suất, cố định đạm. Trang iii Abstract To assess the effects of nitrogen-fixing bacterium Burkholderia sp. KG1, Burkholderia sp.KG2, and the mixing Burkholderia sp.KG1 with Burkholderia sp. KG2, impact on high-yielding paddy rice was grown in Hau Giang OM4218. Selection of bacteria capable of nitrogen fixation to rice plant gave the highest yield survey. The results thought agronomic testing criteria and the fact showed that rice production was seen to be effective when the bacteria Burkholderia sp. KG2 and the mixing Burkholderia sp. KG1 with Burkholderia sp. KG2 could be 25-50% reduction in chemical nitrogen fertilizer. The highest yield was mixed strains treatments had nitrogen-fixing bacteria Burkholderia sp. KG1 with Burkholderia sp. KG2, chemical nitrogen fertilizer 75%, but higher yields of 100% protein treatments, chemical fertilizer was 27,15% (3,06 kg ure/ 4 m2). Keywords: rice, bacteria, Burkholderia sp., yield components, nitrogen fixation Trang iv Mục Lục LỜI CẢM TẠ .................................................................................................. i TÓM LƯỢC ..................................................................................................... ii Mục Lục ........................................................................................................... iv Danh sách bảng ............................................................................................... vi Danh sách hình ............................................................................................... vii Danh sách các từ viết tắt ...............................................................................viii Chương 1: GIỚI THIỆU.................................................................................. 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................... 2 1.3 NỘI DUNG.......................................................................................... 2 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................. 2 Chương 2: TỔNG QUAN ................................................................................ 3 2.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN ĐẠM CHO CÂY LÚA CAO SẢN Ở ĐBSCL ...................................................................................................... 3 2.2 SƠ LƯỢC VI KHUẨN ....................................................................... 3 2.2.1 Đặc điểm chung của vi khuẩn Burkholderia ................................... 3 2.2.2 Một số chủng Burkholderia điển hình............................................. 4 2.2.3 Vi khuẩn Burkholderia sp ............................................................... 5 2.3 VAI TRÒ CỦA ĐẠM ĐỐI VỚI CÂY LÚA VÀ CƠ CHẾ CỐ ĐỊNH ĐẠM SINH HỌC ......................................................................................... 7 2.3.1 Vai trò của đạm đối với cây trồng .................................................. 7 2.3.2 Cơ chế cố định đạm sinh học........................................................ 10 2.4 SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA ................................................................. 16 2.4.1 Phân loại theo khoa học ............................................................... 16 2.4.2 Đặc điểm sinh vật học của cây lúa ............................................... 16 2.4.3 Đặc điểm của giống lúa OM4218 ................................................. 20 2.5 KỸ THUẬT CANH TÁC ................................................................. 20 2.5.1 Thời vụ ...................................................................................... 20 2.5.2 Chuẩn bị giống............................................................................. 21 2.5.3 Làm đất ........................................................................................ 21 2.5.4 Gieo sạ ......................................................................................... 22 2.5.5 Chăm sóc ..................................................................................... 22 2.5.6 Thu hoạch và đánh giá năng xuất................................................. 26 2.5.7 Chế biến và bảo quản (sơ chế) ..................................................... 26 2.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM TRONG NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM............................ 27 2.6.1 Lịch sử phát triển phân vi sinh ..................................................... 27 2.6.2 Ứng dụng phân vi sinh trong sản xuất nông nghiệp...................... 27 2.6.3 Ứng dụng vi khuẩn cố định đạm tự do trên cây lúa ...................... 29 Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 33 3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ..................................................... 33 3.1.1 Vật liệu ............................................................................................ 33 3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ......................................................... 33 Trang v 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 36 3.2.1 Thời gian và địa điểm................................................................... 36 3.2.2 Nhân mật số vi khuẩn Burkholderia sp.KG ................................. 36 3.2.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm ....................................................... 36 3.2.4 Các chỉ tiêu theo dõ...................................................................... 40 3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................ 40 Chương 4: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN .................................................... 41 4.1. KẾT QUẢ CỦA VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM Burkholderia sp. ẢNH HƯỞNG LÊN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA GIỐNG LÚA OM4218 ............. 41 4.1.1. Kết quả chiều dài rễ lúa các giai đoạn phát triển sau sạ................ 41 4.1.2. Kết quả chiều cao cây lúa các giai đoạn phát triển sau sạ............. 43 4.1.3. Kết quả số chồi lúa các giai đoạn phát triển saus sạ...................... 45 4.1.4. Kết quả trọng lượng khô lúa các giai đoạn phát triển sau sạ .......... 47 4.2 KẾT QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM Burkholderia sp. ẢNH HƯỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA GIỐNG LÚA OM4218....................................................................................................... 49 4.2.1 Số bông trên m2 ............................................................................... 49 4.2.2 Số bông trên buội............................................................................. 50 4.2.3 Chiều dài bông ................................................................................ 51 4.2.4 Tỉ lệ hạt chắc trên bông ................................................................... 52 4.2.5 Tỉ lệ hạt chắc trên bụôi .................................................................... 53 4.2.6 Trọng lượng ngàn hạt ...................................................................... 54 4.2.7 Năng suất cây lúa cao sản OM4218 thu hoạch 4m2 ......................... 55 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 57 5.1 KẾT LUẬN ....................................................................................... 57 5.2 ĐỀ NGHỊ........................................................................................... 57 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 58 PHỤ CHƯƠNG .............................................................................................. 61 Trang vi Danh sách bảng Tên bảng Trang Bảng 1: Cách bón phân cho lúa......................................................................... 23 Bảng 2: Đặc điểm của từng loại phân vi sinh ..................................................... 28 Bảng 3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ......................................................................... 37 Bảng 4: Công thức bón phân vụ hè thu của nông dân......................................... 39 Bảng 5: Công thức bón phân trong thí nghiệm kg/1000m2................................. 39 Bảng 6 : Sự phát triển chiều dài rễ qua các giai đoạn (cm)................................. 41 Bảng 7: Sự phát triển chiều cao cây qua các giai đoạn (cm)............................... 43 Bảng 8: Số chồi lúa qua các giai đoạn................................................................ 45 Bảng 9: Trọng lượng khô lúa các giai đoạn 14-84 ngày ..................................... 47 Bảng 10: Trọng lượng lúa trên 4m2.................................................................... 55 Trang vii Danh sách hình Tên hình Trang Hình 1: Cỏ bãi biển châu phi.............................................................................. 4 Hình 2:Vi khuẩn Burkholderia sp.KG1.............................................................. 6 Hình 3:Vi khuẩn Burkholderia sp.KG2.............................................................. 6 Hình 4: Một số dụng cụ, thiết bị thí nghiệm....................................................... 35 Hình 5: Ruông lúa thí nghiệm ............................................................................ 38 Hình 6: Rễ lúa giai đoạn 35 ngày....................................................................... 41 Hình 7: So sánh rễ lúa 84 ngày .......................................................................... 42 Hình 8: Cây lúa 35 ngày .................................................................................... 44 Hình 9: Biểu đồ số bông lúa trên m2 các nghiệm thức........................................ 49 Hình 10: Biểu đồ số bông lúa trên buội các nghiệm thức ................................... 50 Hình 11: Biểu đồ chiều dài bông lúa các nghiệm thức........................................ 51 Hình 12: Biểu đồ thể hiện số hạt chắc trên bông lúa.......................................... 52 Hình 13: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ hạt lép trên bông lúa (%).................................... 52 Hình 14: Biểu đồ thể hiện số hạt chắc trên buội lúa........................................... 53 Hình 15: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ hạt lép trên buội lúa (%).................................... 53 Hình 16: Biểu đồ thể hiện trọng lượng 1000 hạt................................................. 54 Hình 17: Biểu đồ thể hiện sản lượng lúa trên 4m2 .............................................. 55 Trang viii Danh sách các từ viết tắt ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long Bcc: Burkholderia cepacia SA: sunfate amôn N: Đạm Fd : Feredocine NSG : Ngày sau gieo VSV: Vi sinh vật PTNT: phát triển nông thôn BVTV: bảo vệ thực vật Bt: Bacillus thuringiensis EPN: Entomopathogenic nematodes TNHH MTV: Trách nhiệm hửu hạn một thành viên KHKTNN: khoa học kỹ thuật nông nghiệp Trang 1 Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cây lúa Oryza sp. sativa là một trong những cây lương thực chính, cung cấp lương thực cho hơn 65% dân số trên thế giới, sản lượng gạo đạt cao nhất. Hiện nay hơn 100 nước trên thế giới sản xuất lúa. Châu Á là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu chiếm 90% về sản lượng cũng như về diện tích, là nơi có nền nông nghiệp cổ xưa nhất gắn liền với canh tác lúa nước. Việt Nam: Từ bao đời nay cây lúa đã gắn liền với đời sống dân tộc, với lịch sử dựng nước và giữ nước. Nông dân ta rất giàu kinh nghiệm và giỏi nghề trồng lúa. Việt Nam cũng là một trong những trung tâm phát sinh cây lúa và nghề trồng lúa của loài người. Cây lúa luôn là cây lương thực chính trong sản xuất nông nghiệp và là nhân tố quan trọng ổn định tình hình kinh tế, chính trị, văn hoá, xã hội của đất nước. Trong những thập kỷ qua loài người đang đứng trước nguy cơ bùng nổ về dân số, trong đó có Việt Nam. Ở Việt Nam, dân số trên 80 triệu và 100% người Việt Nam sử dụng lúa gạo làm lương thực chính. Vì thế việc đảm bảo an ninh lương thực và sản lượng gạo xuất khẩu ở Việt Nam có vai trò vô cùng to lớn. Nhằm đáp ứng nhu cầu càng cao về lương thực, các nhà nông ở Việt Nam và các nước khác trên thới giới phải canh tác ba vụ lúa trên năm nên đã sử dụng biện pháp gia tăng các loại phân bón cho cây lúa, nhất là đạm vì đạm là nguồn dinh dưỡng chính của cây trồng. Tuy nhiên , trên thực tế chỉ 30% lượng đạm bón vào đất được cây hấp thụ. Do đó, việc bón quá nhiều đạm, nhất là đạm hóa học không những dẫn đến chi phí cao mà còn gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, tổn hại sức khỏe và hệ sinh thái. Nhằm khắc phục những bất lợi của việc sử dụng quá mức phân bón hóa học trong canh tác lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường. Hiện nay đã và đang có nhiều nghiên cứu ứng dụng về việc sử dụng phân bón sinh học trong nông nghiệp, đặc biệt là trên cây lúa. Đây là một trong những biện pháp làm tăng độ phì nhiêu cho đất và hạn chế sự ô nhiểm môi trường, tuy nhiên giá thành của loại phân này vẫn còn cao do phải vận chuyển số lượng lớn từ nơi sản xuất đến đồng ruộng. Để hạn chế việc sử dụng phân bón hóa học và sinh học, việc nghiên cứu và tìm ra các loại vi khuẩn có khả năng cố Trang 2 định đạm là một nhu cầu cấp thiết. Vì những lý do trên mà đề tài: “Hiệu quả của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. trên cây lúa cao sản trồng ở Hậu Giang” được thực hiện nhằm mục đích đánh giá hiệu quả của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. tác động đến năng xuất lúa, góp phần giảm lượng phân hóa học và cải thiện độ phì nhiêu cho đất. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá mức độ phát triển và năng suất lúa khi chủng vi khuẩn cố định đạm vào hạt lúa giống OM4218 (đã nẩy mầm 2-3 cm) được trồng ở Hậu Giang và đề suất công thức bón phân vi sinh kết hợp với phân hóa học một cách hợp lí cho lúa đạt năng suất cao. 1.3 NỘI DUNG Nghiên cứu được tiến hành trên hai dòng vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp.KG1, Burkholderia sp.KG2 và phối trộn Burkholderia sp.KG1,sp.KG2. Đánh giá hiệu quả cố định đạm của dòng vi khuẩn và trong điều kiện thí nghiệm đề nghị công thức bón phân cho lúa cao sản. 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ngoài đồng ruộng tại đất của ông: Châu Trãi, số nhà 28/56 ấp Thạnh Lợi, xã, Tân Phú Thạnh, huyện Châu Thành A, Tỉnh Hậu Giang. Trong vụ hè thu sớm từ tháng 3 năm 2011 đến tháng 6 năm 2011. Trang 3 Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN ĐẠM CHO CÂY LÚA CAO SẢN Ở ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất cả nước, với hơn 4 triệu ha gieo trồng. Trong đó lúa cao sản chiếm hơn 80% diện tích, sản lượng lúa thu hoạch hàng năm lên đến hơn 20 triệu tấn, chiếm trên 53% sản lượng lúa, hơn 90% lượng gạo xuất khẩu cả nước. Để có được năng suất và sản lượng cao như vậy, bên cạnh yếu tố giống, kỹ thuật canh tác…, hàng năm Đồng bằng sông Cửu Long còn phải sử dụng một lượng phân bón hóa học tương đối lớn (trên 2 triệu tấn). (Xuân Diện, 2011). Với sự biến động của tỷ giá ngoại tệ, giá dầu mỏ trên thế giới, giá phân bón hóa học liên tục tăng cao, ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp. 2.2 SƠ LƯỢC VI KHUẨN 2.2.1 Đặc điểm chung của vi khuẩn Burkholderia Burkholderia là vi khuẩn gram âm, hình que, đường kính khoảng 1 µm, chúng có thể di chuyển nhờ các chiêm mao ở đầu (Jesus et al, 2004). Vi khuẩn Burkholderia sinh trưởng và phát triển trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí, nhưng trong môi trường ít khí thì phát triển tốt nhất, chúng phát triển sâu trong môi trường nuôi cấy từ 1-4 mm (Paulina et al., 2001). Trong môi trường nuôi cấy chúng tạo thành những khuẩn lạc trắng hoặc hơi vàng, đường kính khoản 2-4 mm tròn phẳng hoặc lài (Jesus et al., 2004). Vi khuẩn Burkholderia có bộ gen lớn nhất so với các loài vi khuẩn trong đất đã được biết đến có tiềm năng quan trọng trong hệ sinh thái và thương mại cho xử lý sinh học, trình tự bộ gen Burkholderia sẽ đóng vai trò quan trọng trong các cơ chế bảo vệ môi trường. Trang 4 2.2.2 Một số chủng Burkholderia điển hình Cỏ bãi biển châu Phi không phát triển nốt sần nhưng cũng chứa vi khuẩn Burkholderia cố định ni-tơ. (Ảnh: USDA,Howieson, E. Cahill, iStockphoto) Hình 1: Cỏ bãi biển châu phi Vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis và Burkholderia kuruiensis có dạng que ngắn, một số có dạng que dài và tất cả đều có khả năng chuyển động nhờ chiêm mao (Lương Thị Phương Thảo, 2010). Những đặc điểm trên cũng là những đặc điểm nổi bật của hình dạng Pseudomonas cố định đạm. Đa số các dòng Burkholderia có khuẩn lạc màu trắng đục, dạng tròn, có độ nổi mô, bìa nguyên, một số khuẩn lạc có màu vàng, bìa răng cưa, kích thước khuẩn lạc từ 0.5–1.5 mm. (Nguyển Thị Minh Thư, 2010) Burkholderia vietnamiensis được tìm thấy ở rễ bắp, lúa và cà phê (Estrada et al., 2001). Loài Burkholderia vietnamiensis được tìm thấy ở rễ cây lúa trồng ở miền nam Việt Nam, thí nghiệm ở cây lúa chủng Burkholderia vietnamiensis sau 14 ngày chúng giúp tăng khả năng đâm chòi 33%, rễ tăng 57% diện tích lá tăng 30% năng xuất lúa tăng 13-22% (La Nguyễn Tường Vi, 2010) Tiến hành chủng vi khuẩn Herpaspirillum seropedicae và giống vi khuẩn Burkholderia vào cây lúa, kết quả cho thấy vi khuẩn có khả năng cố định đạm khoảng 19% tổng số đạm cần thiết cho cây (Vera et al., 2000). Những ngiên cứu khảo sát khả năng cố định đạm của Burkholderia cho thấy khi chúng sống cộng sinh trong cây bắp trồng ở Mexico cố định đạm tốt như ở cây mía trồng ở Brazil và Nam Phi (Reis et al., 2004). Trang 5 Burkholderia kurriensis là một loài proteobacteria được cô lập từ mẫu nước ngầm bị nhiểm trichloroethylene và dung môi công nghiệp ở Nhật Bản (Zhang et al.,2000). Các phức Burkholderia cepacia bao gồm ít nhất là chín loài liên quan. Các loài của tổ hợp nằm trong số các vi sinh vật đa năng trao đổi chất được biết đến nhiều nhất, đang phát triển trên hơn 200 hợp chất hữu cơ, sửa chữa N2 và mang nhiều kháng sinh. Họ đang tham gia vào quá trình quan trọng như phân hủy sinh học các chất ô nhiễm, như