TRNG I HC VINH KHOA SINH HC --------------- ảNH HƯởNG CủA VI KHUẩN LAM Cố ĐịNH NITơ LêN Sự NảY MầM CủA GIốNG ĐậU TƯƠNG ĐT 96 khoá luận tốt nghiệp Ngành : Cử NHÂN KHOA HọC SINH HọC Giáo viên hớng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Đình San Sinh viên thực hiện : Lê Thùy Linh Lớp : 48B Sinh học Mã số sinh viên : 0753022611 1 Lời cảm ơn Để hoàn thành được khoá luận tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè và gia đình. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Đình San, người thầy mà tôi luôn kính trọng, thầy đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong tổ Sinh lý - hoá sinh nói chung và các thầy cô trong phòng thí nghiệm Sinh lý - hoá sinh nói riêng đã góp ý, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, các anh chị Cao học, những người đã luôn ở bên, động viên tôi trong những lúc khó khăn nhất. Dù đã cố gắng hết sức, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, khoá luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 5 năm 2011 Tác giả Lê Thuỳ Linh 2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VKL Vi khuẩn lam VKL CĐN Vi khuẩn lam cố định đạm Lô 1 100% nước cất ( Đối chứng) Lô 2 100% dung dịch BG 11 không đạm ( Đối chứng) Lô 1A – 1B 25% dịch vẩn vi khuẩn lam + 75% nước cất Lô 2A – 2B 50% dịch vẩn vi khuẩn lam + 50% nước cất Lô 3A – 3B 75% dịch vẩn vi khuẩn lam + 25% nước cất Lô 4A - 4B 100% dịch vẩn vi khuẩn lam Chủng A Nostoc calcicola Breb.ex Born.et Flah Chủng B Cylindrospermum licheniforme Kuetz.ex Born.et Flah SS( %) So sánh % X Giá trị trung bình DANH MỤC CÁC BẢNG 3 Bảng 1.1: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương trên thế giới 20 Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương của Việt Nam 21 Bảng 2.1: Thành phần môi trường BG11: .23 Bảng 3.1 Sinh khối VKL sau 15, 30 và 45 ngày .25 Bảng 3.2 : Tốc độ sinh trưởng tuyệt đối của VKL .26 Bảng 3.3 : Tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96 27 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của VKL đến chiều dài thân mầm (mm): .28 Bảng 3.5 : Ảnh hưởng của VKL đến đường kính thân mầm (mm) .31 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên cường độ hô hấp 33 của hạt nảy mầm ở giống đậu tương ĐT 96 .33 Bảng 3.7 : Ảnh hưởng của dich vẩn VKL CĐN lên hoạt độ catalaza của hạt đậu tương ĐT 96 ( đơn vị catalaza) .35 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 : Sinh khối của VKL sau 15, 30 và 45 ngày .25 Biểu đồ 3.2: Tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96 sau 24, 48, 72 giờ 27 Biểu đồ 3.3: Chiều dài thân mầm giống đậu tương ĐT 96 .29 Biểu đồ 3.4 : Đường kính thân mầm đậu tương ĐT 96 31 Biểu đồ 3.5: Cường độ hô hấp của hạt đang nảy mầm giống đậu tương ĐT 96 .34 Biểu đồ 3.6: Hoạt độ catalaza của hạt đang nảy mầm giống đậu tương ĐT 96 36 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .7 4 CHƯƠNG I .9 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .9 1.1. Vài nét về vi khuẩn lam cố định nitơ 9 1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lam ( VKL ) .9 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển, cố định Nitơ của VKL .10 1.1.3. Ứng dụng của VKL trong sản xuất 12 1.2. Vài nét về cây đậu tương .14 1.2.1. Đặc điểm phân loại học, hình thái cây đậu tương .14 1.2.1.1. Đặc điểm phân loại học .14 1.2.1.2. Đặc điểm hình thái cây đậu tương : [1],[5] 14 1.2.2. Nguồn gốc của cây đậu tương .15 1.2.4. Các đặc điểm sinh thái cây đậu tương .17 * Nhiệt độ: 17 * Độ ẩm .18 * Chất dinh dưỡng .18 1.2.5. Giá trị cây đậu tương 18 1.2.6. Tình hình sản xuất đậu tương .19 1.2.6.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới : 20 1.2.6.2.Hiện trạng sản xuất đậu tương tại Việt Nam .21 CHƯƠNG II .22 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG 22 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. Đối tượng 22 2.1.1. Chủng vi khuẩn lam .22 2.1.2. Giống đậu tương đậu tương ĐT 96 22 2.2. Nội dung nghiên cứu 22 2.3. Phương pháp nghiên cứu .22 2.3.1. Nuôi cấy vi khuẩn lam .22 2.3.2. Bố trí thí nghiệm .24 2.3.3. Xử lý hạt giống 24 5 2.4. Phương pháp xử lý số liệu 24 CHƯƠNG III 25 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .25 3.1. Kết quả theo dõi sinh khối tảo lam sau 15 ngày, 30 ngày và 45 ngày: 25 3.2. Ảnh hưởng của VKL lên tỉ lệ nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96: .26 Chỉ tiêu chiều dài thân mầm phản ánh sức sống và tốc độ sinh trưởng của mầm. Kết quả thu được thể hiện qua bảng 3.4: 28 3.4. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên tăng trưởng đường kính của thân mầm giống đậu tương ĐT 96 .31 3.5. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL đến cường độ hô hấp hạt nảy mầm giống đậu tương ĐT 96 32 3.6. Ảnh hưởng của dịch vẩn VKL lên hoạt độ catalaza ở hạt đang nảy mầm của giống đậu tương ĐT96 35 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 38 A- Kết luận: 38 B- Đề nghị 39 6 MỞ ĐẦU Trong tự nhiên, vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là sinh vật nhỏ bé, quang tự dưỡng. Trong chúng có một số loài có khả năng cố định đạm, chuyển nitơ tự do sang dạng nitơ sử dụng được như amonium (NH 4 ). Ngoài ra, trong quá trình tạo ra NH 4 , vi khuẩn lam cố định Đạm còn tạo ra các chất có hoạt tính sinh học cao kích thích sự sinh trưởng phát triển và năng suất của thực vật bậc cao. Nhờ có các khả năng này vi khuẩn lam được ứng dụng như một loại phân bón sinh học hữu hiệu. Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam những loại vi khuẩn lam để làm giàu đạm cho đất ngày càng được đầu tư nghiên cứu, sử dụng. Những nghiên cứu, ứng dụng vi khuẩn lam lên quá trình nảy mầm, sinh trưởng phát triển và năng suất của một số cây như lúa, ngô, lạc… đều cho kết quả khả quan. Điều đó cho thấy, khả năng ứng dụng của vi khuẩn lam vào thực tiễn sản xuất là rất lớn. Ngày nay, ô nhiễm môi trường đã trở thành vấn đề nan giải đối với con người, trong đó có nguyên nhân do lạm dụng quá mức phân bón hoá học trong thời gian dài và không có khoa học. Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng những loại phân bón có nguồn gốc sinh học, thân thiện với môi trường như vi khuẩn lam cố định đạm là rất có ý nghĩa. Nước ta là nước nông nghiệp, có các điều kiện thích hợp cho nhiều loại cây trồng phát triển, đặc biệt là những cây lương thực, hoa màu. Trong đó, cây đậu tương là một trong những loại cây trồng chính, có giá trị kinh tế cao, đây là nguồn thực phẩm giàu dưỡng chất cho con người và nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Vì vậy, việc nâng cao chất lượng cũng 7 như sản lượng đậu tương có ý nghĩa lớn. Trong các giai đoạn phát triển của cây đậu tương, giai đoạn nảy mầm là giai đoạn có vai trò nền móng cho sự phát triển của cây sau này và trong sản xuất thời kỳ mọc mầm có tính quyết định đến số lượng cây trên đơn vị diện tích và ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất. Để đánh giá rõ nét hơn vai trò của vi khuẩn lam lên quá trình nảy mầm đối với cây trồng chúng tôi tiếp tục nghiên cứu đề tài : “Ảnh hưởng của vi khuẩn lam cố định Nitơ lên sự nảy mầm của giống đậu tương ĐT 96”. Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu vai trò tích cực của vi khuẩn lam cố định nitơ lên cây đậu tương ở giai đoạn nảy mầm để sử dụng chúng như một biện pháp sinh học nâng cao hiệu suất nảy mầm, sức sống, chịu đựng của mầm. Để đạt được những mục tiêu nhiệm vụ của đề tài là: - Nuôi 2 chủng vi khuẩn lam cố định Đạm để thu sinh khối làm thí nghiệm. - Chuẩn bị giống đậu tương để tác động lên sự nảy mầm của hạt. - Nghiên cứu thời gian nuôi vi khuẩn lam cố định đạm để làm thí nghiệm. - Tìm hàm lượng vi khuẩn lam tươi trong dịch vẩn thích hợp có tác dụng tối ưu lên sự nảy mầm. 8 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vài nét về vi khuẩn lam cố định nitơ 1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lam ( VKL ) VKL (Cyanobacteria) trước đây gọi là tảo lam (Cyanophyta) là những cơ thể nguyên thuỷ, tế bào của chúng chưa có cấu trúc nhân điểm hình giống như vi khuẩn, nhưng khác vi khuẩn ở chỗ chúng có sắc tố quang hợp nên tự dưỡng được. Cùng với vi khuẩn trong sinh giới, người ta xếp chúng vào nhóm cơ thể chưa có cấu trúc nhân điển hình (Procaryota). Xét về cấu trúc hình thái, cơ thể tảo lam thường gặp các mức độ sau: đơn bào, tập đoàn (kiểu palmelloid), dạng sợi và dị sợi. Tế bào cơ thể đơn bào thường có dạng hình cầu, hình trụ hoặc hình elip có hoặc không có màng nhầy. Ở cơ thể tập đoàn các tế bào sau khi phân chia lại tập hợp lại để thành dạng mới. [7], [19] VKL chứa các sắc tố: diệp lục a, B- caroten và phycobiliprotein (gồm phycocyanin, allophycocyanin và phycoerythrin). Sản phẩm quang hợp là glycogen, các chất dự trữ: tinh bột tảo lam (cyanophycin), hạt volutin (polyphosphat), các hạt carboxysome. [7] Chất nguyên sinh ở VKL đậm đặc hơn ở các loài thực vật khác, chúng chứa rất ít không bào, thường chứa không bào khí. Không bào khí thường gặp ở các loài có đời sống trôi nổi, và thường xuất hiện nhiều khi cường độ ánh sáng tăng lên, trong trường hợp này chúng có vai trò tán xạ ánh sáng để tế bào khỏi bị đốt nóng. [7] Ở VKL còn có các tế bào dị hình, đó là các tế bào với màng tế bào dày, có màu vàng hay không màu, không chứa các hạt dự trữ. Tế bào dị hình có nhiều cách phân chia khác nhau, được coi là tế bào sinh sản, cơ quan liên kết, điều chỉnh sự hình thành bào tử và sự cố định Nitơ tự do. Tế bào dị hình có nhiều ở những tảo lam đa bào ví dụ ở Nostocales và Stgonematales [7], [19]. Một số tảo 9 lam có khả năng cố định Đạm khí quyển, những loài này hầu hết đều có tế bào dị hình và thích ứng với lối sống trên mặt đất.[20] Tảo lam phân bố khắp nơi trên Trái Đất. Đại bộ phận tảo lam sống trong nước ngọt và hình thành phù du thực vật của các thuỷ vực. Một số phân bố trong nước mặt giàu chất hữu cơ, hoặc trong nước lợ. Ngoài môi trường nước tảo lam còn thấy trên đá, trên vỏ cây, ở trong đất chứa chất hữu cơ. Tảo lam cộng sinh với nấm hình thành địa y.[20] 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển, cố định Nitơ của VKL * Các yếu tố vật lý - Nhiệt độ: VKL thuộc loại ưa nhiệt, nhiều loài có khả năng chịu giá lạnh, mặt khác chúng có khả năng phát triển ở nhiệt độ cao, thậm chí ở trong các hồ nước nóng (có thể tới 87 o C). Nhiệt độ tối ưu tối ưu cho sinh trưởng của VKL vào khoảng 30-35 0 C, tuy nhiên có một số loài có khả năng phát triển bình thường ở 40 o C. Sự dao động nhiệt độ ảnh hưởng tới sinh khối, thành phần khu hệ và khả năng sinh sản của VKL.[19],[20]. - Ánh sáng: Ánh sáng là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sự sinh trưởng của VKL. Theo nhiều tác giả VKL đặc biệt mẫn cảm với cường độ chiếu sáng, được coi là loài kém ưa sáng. Sự sinh trưởng của VKL bị ức chế dưới ánh sáng cường độ cao. Tuy nhiên có một số loài như Anabaena cylidrica sự sinh trưởng và cố định đạm tăng khi cường độ chiếu sáng là 16000 lux trong 13-14 giờ chiếu sáng.[19] - Độ ẩm và nước: Đây là 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến thành phần loài và mật độ VKL trong đất. Độ ẩm và nước quy định nhiệt độ đất, độ hoà tan và nồng độ các muối, hàm lượng CO 2 , O 2 trong đất, là điều kiện có tính chất quyết định đến hoạt động sống của VKL * Các nhân tố hoá học : - Độ pH của môi trường: PH là yếu tố quan trọng xác định thành phần của VKL trong đất. VKL được tìm thấy rất ít trong đất, nước có độ pH thấp hơn 4,4. pH từ trung tính đến kiềm thích hợp nhất cho sự tăng trưởng của VKL, kém tăng trưởng khi pH thấp hơn 6,5. PH 10