BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN VĂN TÂN VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA) TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở HUYỆN LỘC HÀ – TỈNH HÀ TĨNH Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 60.42.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH SAN NGHỆ AN, 2012 LỜI CẢM ƠN Trong hơn hai năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Vinh, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các giảng viên, kỹ thuật viên, bạn bè và gia đình. Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi tới thầy giáo PGS – TS Nguyễn Đình San đã hướng dẫn khoa học và nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo GS. Võ Hành đã có những góp ý chỉ đạo quý báu trong quá trình viết luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo Phòng sau Đại học – Trường Đại học Vinh, Kỹ thuật viên phòng Hóa sinh và phòng Thí nghiệm Thực vật bậc thấp, cán bộ Sở Tài nguyên môi trường tỉnh Hà Tĩnh, tập thể giáo viên Trường THPT Chuyên Hà Tĩnh, gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm đề tài. Vinh, tháng 10 năm 2012 Tác giả Trần Văn Tân i CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN VKL : Vi khuẩn Lam VKL CĐNT : Vi khuẩn lam cố định ni tơ TL : Xã Thịnh Lộc HL : Xã Hồng Lộc BL : Xã Bình Lộc TB : Xã Thạch Bằng IH : Xã Ích Hậu TM : Xã Thạch Mỹ ii DANG MỤC BẢNG Bảng 3.1. Độ pH của đất ở các đợt thu mẫu Bảng 3.2. Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu Bảng 3.3. Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu (mgNH 4 + /100g đất) Bảng 3.4. Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu (mg P 2 O 5 /100g đất) Bảng 3.5. Hàm lượng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu Bảng 3.6. Danh mục vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Bảng 3.7. Số lượng taxon của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Bảng 3.8. Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ đã gặp Bảng 3.9. Phân bố số lượng loài/ dưới loài trong các chi của Vi khuẩn lam đã được phát hiện Bảng 3.10. Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã Bảng 3.11. Mối quan hệ giữa tính chất nông hóa thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã Bảng 3.12. Đa dạng về hình thái các taxon Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Bảng 3.13. Đa dạng về hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) so với các vùng được nghiên cứu. iii DANH MỤC BIỂU ĐỒ Hình 3.1. Độ pH của đất ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.2. Độ ẩm của đất ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.3. Hàm lượng nitơ dễ tiêu ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.4. Hàm lượng lân dễ tiêu ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.5. Hàm lượng kali ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.6. Tỷ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.7. Tỷ lệ % số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) Hình 3.8. Số lượng loài ở các xã. iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tình hình nghiên cứu VKL trên thế giới và ở Việt Nam 3 1.1.1. Một số dẫn liệu về nghiên cứu VKL trên thế giới 3 1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất trồng ở Việt Nam 4 1.2. Vai trò của VKL 5 1.3. Đặc điểm phân bố và sinh thái của VKL trong đất nông nghiệp 9 1.3.1. Đặc điểm hình thái VKL 9 1.3.2. Đặc điểm phân bố của VKL trong đất 10 1.3.3 Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL 10 1.4. Đặc điểm tự nhiên và khí hậu huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) 12 1.4.1. Đặc điểm tự nhiên 12 1.4.2. Về khí hậu 12 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 13 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 13 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu 13 2.1.3. Thời gian thu và xử lý mẫu 13 2.2. Phương pháp nghiên cứu 13 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích chỉ tiêu nông hóa 13 2.2.2. Phương pháp thu và xử lý vi khuẩn lam trong đất 14 2.2.3. Định loại VKL bằng phương pháp hình thái so sánh 15 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17 3.1. Một số chỉ tiêu nông hóa thổ nhưỡng trong đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) 17 3.1.1. Độ pH 17 3.1.2. Độ ẩm 18 3.1.3. Hàm lượng nitơ dễ tiêu 19 3.1.4. Hàm lượng lân dễ tiêu 20 3.1.5. Hàm lượng kali tổng số 20 3.2. Đa dạng VKL trong đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) 21 3.2.1. Cấu trúc thành phần loài 21 3.2.2. Phân bố taxon bậc chi và loài trong họ 32 3.2.3. Phân bố taxon bậc loài trong chi 33 3.2.4. Phân bố vi khuẩn lam trong đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) 34 3.2.5. Mối quan hệ giữa tính chất nông hóa thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã 35 3.2.6. Đa dạng về hình thái 36 v Kết luận và đề nghị 38 Tài liệu tham khảo 39 Phục lục I. Ảnh về các loài Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh) 42 Phụ lục 2. Một số ảnh nuôi cấy VKL tại Phòng Thí nghiệm 51 vi MỞ ĐẦU VKL có vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái đất nói riêng, đặc biệt là trong đất trồng lúa. Chúng tham gia vào việc sản xuất sinh khối và điều chỉnh cân bằng thành phần khí. Một số loài có khả năng cố định ni tơ phân tử. Nhiều loại VKL có thể được sử dụng làm thức ăn cho động vật hoặc nguyên liệu để tách chiết các hoạt chất sinh học. Chính vì vậy, chúng đang là đối tượng được nhiều nhà khoa học ở các nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Trong tự nhiên nhiều loài VKL sống tự do hoặc sống cộng sinh có khả năng cố định ni tơ tự do, chúng góp phần đáng kể trong việc duy trì độ màu mỡ cho các hệ sinh thái tự nhiên, hệ sinh thái nông nghiệp và đặc biệt là cho đất trồng lúa. Nhờ sự phát triển của VKL trong đất trồng lúa mà hàng năm trong mỗi hec ta đất có thể lấy thêm từ không khí 15 đến 50 kg ni tơ. Ngoài ra VKL còn có khả năng tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học cao kích thích sự phát triển của thực vật và đã có nhiều thử nghiệm thành công đối với cây lúa. Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu và ứng dụng VKL ở nước ta hiện nay, một trong những vấn đề quan trọng là lựa chọn được các dòng VKL đạt tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện địa phương để nuôi đại trà. Vì vậy, cần phải nhấn mạnh rằng công tác điều tra cơ bản thành phần loài là nền móng đẩy mạnh các nghiên cứu chuyên sâu nhằm khai thác khả năng tiềm tàng của VKL và ứng dụng chúng vào thực tiễn sản xuất đạt hiệu quả. Ở nước ta đã có một số công trình về điều tra và ứng dụng của VKL trong ruộng lúa, tập trung chủ yếu ở đồng bằng Bắc bộ, Nam bộ và một số ít ở dải đồng bằng ven biển Trung bộ. Ở Hà Tĩnh mới chỉ có một công trình nghiên cứu VKL ở Huyện Thạch Hà năm 2001 của Nguyễn Lê Ái Vĩnh.Nghiên cứu VKL đang là một vấn đề mới đối với Hà Tĩnh Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà – Tỉnh Hà Tĩnh”. Mục tiêu của đề tài là nhằm điều tra thành phần loài và tìm hiểu sự phân bố của VKL trong đất trồng lúa ở huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh). 1 Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ của đề tài cần giải quyết là: 1. Tìm hiểu một số đặc điểm nông hóa thổ nhưỡng của đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh). 2. Điều tra thành phần loài VKL trong đất trồng lúa 3. Tìm hiểu sự phân bố của VKL trong mối quan hệ với một số chỉ tiêu nông hóa thổ nhưỡng của đất trồng lúa huyện Lộc Hà (Hà Tĩnh). Đề tài được tiến hành từ tháng 2 năm 2012 đến tháng 7 năm 2012 tại bộ môn thực vật, Khoa Sinh, Trường Đại học Vinh. Chương I 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1. Một số dẫn liệu nghiên cứu vi khuẩn Lam trên thế giới Trong những thập kỷ gần đây VKL (Cyanobacteria) hay tảo lam (Cyanophyta) đã lôi cuốn nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau như: Thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, sinh hóa học, di truyền học, công nghệ sinh học, môi trường và trồng trọt [22]. Ở Châu Á, tại Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ, Desikachary (1959) đã tiến hành nghiên cứu khu hệ VKL trong nhiều năm, kết quả có 750 loài thuộc 85 chi đã được xác định, trong đó có 70 loài lần đầu tiên được xác định ở nước này [30]. Subeen Naz và cs thuộc Cục thực vật học, Đại học Karachi, Pakistan đã thu thập mẫu từ các môi trường sống khác nhau trong các mùa khác nhau ở giai đoạn 1996 – 2000 đã phân lập được 45 loài thuộc chi Oscillatoria [35]. Cũng ở Ấn Độ, AuShal và cs thuộc Cục thực vật học, Đại học Bihar BR, A nghiên cứu trong khoảng 60 ngày đã thống kê được 28 loài đại diện cho 9 chi [29]. Ở Châu Âu, Pau James đã nghiên cứu và chụp ảnh hiển vi điện tử được 34 loài thuộc chi Nostoc [34]. Không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu khu hệ các tác giả còn đi sâu nghiên cứu về đặc tính sinh lý, sinh hóa của các chủng VKL để ứng dụng trong nuôi trồng và thực tiễn đồng ruộng. Năm 2000, V.M. Dembly và cs thuộc Phòng Khoa học môi trường, Trường Đại học Khoa học Ứng dụng, Đại học Hebrew ở Jerusalem, Israel đã nghiên cứu sự biến đổi thành phần lipit của Cyanobacteria đất từ lưu vực biển chết đến sa mạc Nêgv [31]. Aushas và cs qua nghiên cứu cho rằng Cyanobacteria đã thúc đẩy quá trình tổng hợp nitơ trong khí quyển thành dạng hòa tan của ammoniac với sự giúp đỡ của các enzyme. Ngoài ra Cyanobacteria tăng cường khả năng giữ 3