BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐOÀN THỊ THANH HƯƠNG ĐA DẠNG VỀ THÀNH PHẦN LOÀI VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA) TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: THỰC VẬT Mã số : 60.42.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS. VÕ HÀNH Nghệ An, 2012 LỜI CẢM ƠN i Để thực hiện đề tài nghiên cứu của mình, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Trước hết tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến GS. TS. Võ Hành. Thầy đã trực tiếp định hướng và tận tình giúp đỡ tôi rất nhiều cả về kiến thức và phương pháp nghiên cứu. Tôi đã nhận được sự giúp đỡ và những lời khuyên bổ ích của TS. Nguyễn Lê Ái Vĩnh. Các thầy cô giáo tại Bộ môn Thực vật, Bộ môn Sinh lý – Hoá sinh, Khoa Sinh học, Phòng Đào tạo Sau đại học (Trường Đại học Vinh); các cán bộ của Trung tâm khí tượng thuỷ văn Bắc Trung Bộ, Phòng Nông Nghiệp huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) đã nhiệt tình chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong gian học tập và nghiên cứu. TP. Vinh, tháng 10 năm 2012. Học viên Đoàn Thị Thanh Hương ii MỤC LỤC Trang DANH M C B NG Ụ Ả .v CH NG I. T NG QUAN TÀI LI UƯƠ Ổ Ệ ix 1.1. Tình hình nghiên c u v VKL trên th gi i v Vi t Namứ ề ế ớ à ở ệ ix 1.1.1. M t s d n li u nghiên c u v VKL trên th gi iộ ố ẫ ệ ứ ề ế ớ .ix 1.1.2. M t s d n li u nghiên c u VKL trong t Vi t Namộ ố ẫ ệ ứ đấ ở ệ x 1.2. Vai trò c a VKL i v i t tr ngủ đố ớ đấ ồ .xi 1.3. c i m phân b v sinh thái c a VKL trong tĐặ đ ể ố à ủ đấ xiii 1.3.1. c i m phân b c a VKL trong tĐặ đ ể ố ủ đấ .xiii 1.3.2. nh h ng c a các y u t sinh thái n sinh tr ng c a VKLẢ ưở ủ ế ố đế ưở ủ .xiii 1.4. c i m t nhiên v khí h u c a huy n H ng Nguyên (Ngh An).Đặ đ ể ự à ậ ủ ệ ư ệ .xv 1.4.1. c i m t nhiên.Đặ đ ể ự .xv 1.4.2. i u ki n khí h u.Đ ề ệ ậ xvi CH NG II. I T NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ ĐỐ ƯỢ ƯƠ Ứ .xvi 2.1. i t ng, a i m v th i gian nghiên c u.Đố ượ đị đ ể à ờ ứ .xvi 2.1.1. i t ng nghiên c u.Đố ượ ứ .xvi 2.1.2. a i m nghiên c u.Đị đ ể ứ xvi 2.1.3. Th i gian thu v x lý m uờ à ử ẫ .xviii 2.2. Ph ng pháp nghiên c uươ ứ xviii 2.2.1. Ph ng pháp l y m u t v phân tích các ch tiêu nông hoáươ ấ ẫ đấ à ỉ xviii 2.2.2. Ph ng pháp thu v x lý m u VKL trong tươ à ử ẫ đấ .xix 2.2.3. Ph ng pháp nh lo i lo i VKLươ đị ạ à xx CH NG III. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU NƯƠ Ế Ả Ứ Ả Ậ .xxii 3.1. K t qu phân tích m t s ch tiêu nông hóa c a t tr ng lúa huy n ế ả ộ ố ỉ ủ đấ ồ ệ H ng Nguyên (Ngh An)ư ệ xxii 3.1.1. pHĐộ xxii 3.1.2. mĐộ ẩ xxii 3.1.3. H m l ng nit d tiêu.à ượ ơ ễ .xxiii 3.1.4. H m l ng lân d tiêu.à ượ ễ .xxiv 3.1.5. H m l ng kali t ng s .à ượ ổ ố .xxv 3.2.1. Th nh ph n lo i VKL trong t tr ng lúa huy n H ng Nguyênà ầ à đấ ồ ệ ư .xxvi 3.2.2. VKL c nh nit trong t tr ng lúa huy n H ng Nguyênố đị ơ đấ ồ ở ệ ư 27 3.3. S phân b c a VKL v m i quan h v i m t s ch tiêu nông hóa ự ố ủ à ố ệ ớ ộ ố ỉ trong t tr ng lúa huy n H ng Nguyên (Ngh An)đấ ồ ệ ư ệ 29 3.2.1. S bi n ng v th nh ph n v s l ng lo i VKL qua các t ự ế độ ề à ầ à ố ượ à đợ thu m uẫ .29 3.3.2. M i quan h gi a c i m nông hoá v th nh ph n lo i VKL ố ệ ữ đặ đ ể à à ầ à trong t tr ng lúa huy n H ng Nguyên (Ngh An)đấ ồ ệ ư ệ 30 3.4. So sánh tính a d ng v th nh ph n lo i VKL trong t tr ng lúa đ ạ ề à ầ à đấ ồ huy n H ng Nguyên (Ngh An) v i m t s n i khác mi n Trung ệ ư ệ ớ ộ ố ơ ở ề . 32 K T LU N VÀ NGHẾ Ậ ĐỀ Ị .33 iii TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 34 PH L CỤ Ụ 38 .45 iv DANH MỤC BẢNG DANH M C B NG Ụ Ả .v CH NG I. T NG QUAN TÀI LI UƯƠ Ổ Ệ ix CH NG II. I T NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ ĐỐ ƯỢ ƯƠ Ứ .xvi CH NG III. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU NƯƠ Ế Ả Ứ Ả Ậ .xxii K T LU N VÀ NGHẾ Ậ ĐỀ Ị .33 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 34 PH L CỤ Ụ 38 .45 v DANH BIỂU ĐỒ DANH M C B NG Ụ Ả .v CH NG I. T NG QUAN TÀI LI UƯƠ Ổ Ệ ix CH NG II. I T NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ ĐỐ ƯỢ ƯƠ Ứ .xvi CH NG III. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU NƯƠ Ế Ả Ứ Ả Ậ .xxii K T LU N VÀ NGHẾ Ậ ĐỀ Ị .33 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 34 PH L CỤ Ụ 38 .45 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH M C B NG Ụ Ả .v CH NG I. T NG QUAN TÀI LI UƯƠ Ổ Ệ ix CH NG II. I T NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ ĐỐ ƯỢ ƯƠ Ứ .xvi CH NG III. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU NƯƠ Ế Ả Ứ Ả Ậ .xxii K T LU N VÀ NGHẾ Ậ ĐỀ Ị .33 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 34 PH L CỤ Ụ 38 .45 MỞ ĐẦU Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) thuộc nhóm vi sinh vật tiền nhân, có khả năng quang tự dưỡng thải oxy. Môi trường sống của chúng chủ yếu là đất và nước. Chúng đóng vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái. Một số vi khuẩn lam (VKL) có khả năng cố định nitơ phân tử góp phần tạo nên độ phì nhiêu cho đất trồng. Ngoài việc cố định đạm cung cấp nitơ dễ tiêu cho cây trồng, VKL ở ruộng lúa còn làm tăng hàm lượng oxi hoà tan do đó giảm được sự tích lũy và khử độc cho lúa. Sự phát triển của VKL làm tăng khả năng giữ nước đối với vùng đất khô hạn, tăng độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và chua. VKL tiết vào môi trường các chất có hoạt tính sinh học kích thích sự sinh trưởng của cây trồng. Điều đó cho thấy khả năng ứng dụng của VKL vào thực tiển sản xuất là rất lớn. Chính vì thế VKL đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học vi trên thế giới, đặc biệt ở các vùng trồng lúa ở Châu Á như là Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập . Ở nước ta cho đến nay việc nghiên cứu tảo đất chưa được chú ý nhiều so với tảo sống trong môi trường nước. Đã có một số công trình nghiên cứu trong các loại hình đất trồng: Vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), đất Sài Gòn, Đà Lạt, ngoại thành Hà Nội và phụ cận, đất trồng lúa huyện Hoà Vang (Đà Nẵng), huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh), Tây Nguyên . Việc điều tra cơ bản các nhóm vi sinh vật sống trong môi trường đất, trong đó có VKL trên quan điểm phát huy và bảo vệ tính đa dạng của chúng là vấn đề cần thiết trong chiến lược bảo vệ môi trường đất. Ở tỉnh Nghệ An nói chung và ở huyện Hưng Nguyên nói riêng cho đến nay chưa có tác giả nào đi sâu nghiên cứu về VKL trong đất trồng lúa. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Đa dạng vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An”. Mục tiêu của đề tài nhằm điều tra thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Hưng Nguyên (Nghệ An). Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là: 1. Đánh giá về dinh dưỡng của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên thông qua việc phân tích một số chỉ tiêu nông hoá thổ nhưỡng. 2. Xác định thành phần loài VKL có mặt trong đất trồng lúa. 3. Tìm hiểu sự phân bố số lượng loài VKL trong mối quan hệ với một số chỉ tiêu nông hoá thổ nhưỡng của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An). Đề tài được tiến hành tại Bộ môn Thực vật học – Khoa Sinh học – Trường Đại học Vinh. vii viii CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tình hình nghiên cứu về VKL trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Một số dẫn liệu nghiên cứu về VKL trên thế giới Vi khuẩn lam đã được nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu từ những năm đầu thập kỷ XIX (C.Agardh, 1824, Kuetzing, 1843) [24]. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung về phân loại và quy luật phân bố của chúng, sau đó đi sâu vào tìm hiểu các quá trình sinh lý, sinh hoá của VKL nhằm phục vụ lợi ích của con người. Đặt nền móng nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL), với nhiều mặt của nó là Bristol - Roach (1920) và tiếp đó là hàng loạt công trình phân loại tảo lam của các nhà khoa học có tên tuổi khác khiến cho tri thức về tảo lam càng phong phú và đầy đủ. Geitler (1925, 1932), các nhà Liên Xô (cũ) tiếp tục theo hướng này (Gollerbax, Konsinski, Polianski, 1953) và gần đây nhất là của Kondratieva (1968). Ở vùng nhiệt đới, người đặt nền móng để nghiên cứu phân loại tảo lam phải kể đến Frémy (1930) [24]. Tại Mỹ, đã có nhiều công trình nghiên cứu khu hệ, phân loại, phân lập tảo đất đồng thời mô tả nhiều loại mới cho khoa học. Điển hình là Drouet (1956, 1968, 1973, 1978, 1981) [theo 1]. Nhà tảo học Ấn Độ Desikachary (1959) đã phản ánh phong phú các taxon tảo lam thường gặp tại khu vực khí hậu nóng ẩm và nhiều mưa [theo 1]. Song song với hướng nghiên cứu về phân loại học, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu về sinh lý, sinh hoá của VKL và đặc biệt chú ý đến những loài VKL khả năng cố định nitơ khí quyển. Ở nước Ý, Florenzano đã dành toàn bộ đời mình cho việc nghiên cứu động thái và nuôi trồng tảo đất khác nhau; tiến hành phân lập tảo thuần khiết; nghiên cứu một số loài tảo có khả năng cố định nitơ khí quyển, đồng thời nuôi trồng chúng để thu sinh khối nhằm sử dụng chúng trong việc cải tạo đất trồng trọt [theo 1]. Ở khu vực Châu Á, Nhật Bản và Ấn Độ là các nước đã đạt được những thành tựu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu VKL ở trong đất, nhất là các công trình nghiên cứu sinh thái, sinh lý, khả năng cố định nitơ và sử dụng chúng ix như nguồn phân bón sinh học vào cải tạo đất nông nghiệp nhằm tăng năng suất cây trồng [29]. Ở các vùng khác nhau của Nam và Đông Á Watanabe (1959) [32] đã tíên hành nghiên cứu 851 mẫu đất, ông tìm thấy 46 loài có khả năng cố định nitơ, chúng thuộc các chi: Tolypothrix, Nostoc, Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis và Schizothrix. Ông cho biết VKL có nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như Java, Xumatra, Borneo, Philippin, Malaxia, Đông Dương, Thái Lan, Hải nam, Đài Loan và Hoa Nam nhưng ít thấy ở Nhật Bản, Hoa Bắc, đông bắc Trung Quốc, Triều Tiên và Xakhalin. Hiện nay, trên thế giới đã biết đến hơn 125 loài vi khuẩn lam cố định Nitơ (VKLCĐN). Ở Mỹ, hãng Cyanotech còn sản xuất VKL dưới dạng phân bón từ 8 loài VKL sống trên mặt đất và có khả năng cố định hơn 100 kg N 2 /ha trong một mùa sinh trưởng [6]. 1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam Cho đến nay, các công trình nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam còn rất ít, chủ yếu nghiên cứu về VKL trong nước. Các dẫn liệu về VKL trong đất của Việt Nam lần đầu tiên đã được Cao Ngọc Phương (1964) [33] đề cập khi nghiên cứu VKL trong một số mẫu đất mặt của Sài Gòn và Đà Lạt, đã mô tả 23 taxon trong đó có 11 chi với 2 chi có tế bào dị hình và 2 taxon bậc loài và dưới loài mới cho khoa học: Phormidium vietnamensis và Gloeocap punctata var. phamhoangii. Dương Đức Tiến (1977) [23] đã công bố 13 loài VKL thuộc 6 chi với đặc điểm phân loại và khả năng cố định Nitơ của chúng. Trần Văn Nhị, Trần Hài, Đặng Diễm Hồng và Dương Đức Tiến (1984) [21] đã nâng tổng số VKL cố định nitơ ở Việt Nam lên 40 taxon gồm 17 chi trong đó có 16 chi có tế bào dị hình và một chi dạng sợi không có tế bào dị hình. Trên vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), Đoàn Đức Lân (1996) [19], Đoàn Đức Lân và cs. (1994) [20] đã phân lập được 15 loại VKL cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ tự do của chúng. So với kết quả khảo sát ruộng lúa vùng đất ngọt thì VKL cố đinh nitơ vùng đất mặn có phần kém đa dạng hơn nhưng chi Nostoc vẫn chiếm ưu thế. x . HỌC VINH ĐOÀN THỊ THANH HƯƠNG ĐA DẠNG VỀ THÀNH PHẦN LOÀI VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA) TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN. trong đất trồng lúa. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: Đa dạng vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Hưng Nguyên,