Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh trên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại tỉnh An Giang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC




ĐÀO THANH HOÀNG





PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ KHẢO NGHIỆM
CÁC DÒNG VI KHUẨN AZOSPIRILLUM NỘI
SINH TRÊN SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT
CỦA LÚA CAO SẢN TRỒNG TRÊN ĐẤT
PHÙ SA NGỌT TẠI TỈNH AN GIANG




LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC






CẦN THƠ - NĂM 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐÀO THANH HOÀNG


PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ KHẢO NGHIỆM
CÁC DÒNG VI KHUẨN AZOSPIRILLUM NỘI
SINH TRÊN SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT
CỦA LÚA CAO SẢN TRỒNG TRÊN ĐẤT
PHÙ SA NGỌT TẠI TỈNH AN GIANG



LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH: VI SINH VẬT HỌC
MÃ SỐ: 62420107




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN HỮU HIỆP




CẦN THƠ - NĂM 2014

i

MỤC LỤC
Trang

MỤC LỤC i
TÓM TẮT iv
ABSTRACT v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH SÁCH BẢNG vii
DANH SÁCH HÌNH x
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA 5
2.1.1 Phân loại cây lúa 5
2.1.2 Họ hòa thảo (Poaceae) 5
2.1.3 Chi lúa (Oryza) 5
2.1.4 Các loài lúa trồng 6
2.1.5 Lúa hoang 8
2.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN BÓN 8
2.2.1 Tình hình sử dụng phân bón vô cơ 8
2.2.2 Tình hình sử dụng phân bón sinh học 9
2.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.10
2.4 KHÁI QUÁT NÔNG NGHIỆP TỈNH AN GIANG 12
2.5 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN AZOSPIRILLUM 14
2.5.1 Phân loại vi khuẩn Azospirillum 14
2.5.2 Đặc tính hình thái, sinh lý của vi khuẩn Azospirillum 14
2.5.3 Đặc tính sinh hóa của vi khuẩn Azospirillum 20
2.5.3.1 Đặc tính cố định đạm của vi khuẩn Azospirillum 20
2.5.3.2 Đặc tính sử dụng nguồn carbon của vi khuẩn Azospirillum 25
2.5.3.3 Đặc tính sử dụng acid amin của vi khuẩn Azospirillum 26

2.5.3.4 Đặc tính khử acetylene của vi khuẩn Azospirillum 29
2.5.3.5 Đặc tính tổng hợp chất điều hòa tăng trưởng của Azospirillum 30
2.5.3.6 Đặc tính sinh thái của vi khuẩn Azospirillum 35
2.5.4 Gen nif của vi khuẩn Azospirillum 36
2.5.4.1 Gen nif của Azospirillum 36
2.5.4.2 Cấu trúc gen nifH của vi khuẩn Azospirillum 37
2.5.4.3 Chức năng gen nif của Azospirillum 38
2.5.5 Tính đa dạng của enzyme cố định đạm nitrogenase 43
2.5.5.1 Cấu trúc, chức năng enzyme nitrogenase 43
2.5.5.2 Các yếu tố hạn chế biểu hiện của enzyme nitrogenase 44
ii

2.6 HỮNG NGHIÊN CỨU VỀ AZOSPIRILLUM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT
NAM 44
2.7 KỸ THUẬT PCR 47
2.7.1 Khái quát về kỹ thuật PCR 47
2.7.2 Trình tự các bước thực hiện phản ứng PCR 48
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49
3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 49
3.1.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 49
3.1.2 Vật liệu thí nghiệm 50
3.1.3 Hóa chất thí nghiệm 51
3.1.4 Địa điểm thí nghiệm 51
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52
3.2.1 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang 52
3.2.1.1 Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum 52
3.2.1.2 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản trồng và lúa hoang 53
3.2.2 Xác định đặc tính hình thái và định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ
thuật sinh học phân tử 55
3.2.2.1 Đặc tính hình thái và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum 55

3.2.2.2 Xác định kích thước tế bào vi khuẩn Azospirillum 55
3.2.2.3 Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum 57
3.2.2.4 Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum 57
3.2.3 Tuyển chọn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí nghiệm 59
3.2.3.1 Môi trường dung dịch trồng cây 59
3.2.3.2 Trồng lúa cao sản ở phòng thí nghiệm 59
3.2.3.3 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học 60
3.2.4 Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong
nhà lưới 61
3.2.4.1 Trồng lúa cao sản trong nhà lưới 61
3.2.4.2 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học 61
3.2.5 Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài
đồng ruộng 62
3.2.5.1 Trồng lúa cao sản ngoài đồng ruộng 62
3.2.5.2 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học 62
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64
4.1 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang 64
4.1.1 Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản 64
4.1.2 Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum 65
4.1.3 Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum 67
4.2 Đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum 70
iii

4.2.1 Đặc tính hình thái của vi khuẩn Azospirillum 70
4.2.1.1 Hình dạng và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum 70
4.2.1.2 Kích thước khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn Azospirillum 71
4.2.1.3 Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum 73
4.2.2 Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum 73
4.2.2.1 Định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ thuật PCR 73
4.2.2.2 Phân tích gel sản phẩm PCR 75

4.3 Tuyển chọn vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí
nghiệm 76
4.3.1 Màu lá lúa 77
4.3.2 Chiều cao cây lúa 77
4.3.3 Chiều dài rễ lúa sau khi thu hoạch 77
4.3.4 Hàm lượng đạm tổng số của cây lúa 80
4.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong nhà
lưới 80
4.4.1 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng trong nhà lưới 80
4.4.1.1 Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch 80
4.4.1.2 Trọng lượng khô (TLK) thân lá và trọng lượng (TL) 1.000 hạt 81
4.4.1.3 Số hạt trên bông lúa và hàm lượng đạm trong hạt lúa 82
4.4.1.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum 83
4.4.2 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng trong nhà lưới 85
4.4.2.1 Màu lá và trọng lượng khô thân lá 85
4.4.2.2 Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch 86
4.4.2.3 Số hạt/bông lúa và trọng lượng 1.000 hạt 88
4.4.2.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum 89
4.5 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài đồng
ruộng 89
4.5.1 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng ngoài
đồng 89
4.5.1.1 Màu lá và chiều cao cây lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS) 89
4.5.1.2 Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa 90
4.5.2 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng ngoài đồng 94
4.5.2.1 Các chỉ tiêu nông học của lúa lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS) 94
4.5.2.2 Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa 96
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 100
5.1 KẾT LUẬN 100
5.2 ĐỀ XUẤT 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

iv

TÓM TẮT

Sáu mươi mẫu lúa (48 mẫu lúa cao sản và 12 mẫu lúa hoang mọc lẫn trong
ruộng lúa cao sản) được thu thập để phân lập vi khuẩn cố định đạm
Azospirillum. Hình thái khuẩn lạc và tế bào của các dòng vi khuẩn
Azospirillum có màu trắng đục, trắng trong, vàng nhạt; hình dạng tròn, bìa
nguyên, độ nổi cao (hay lài); tròn, bìa nguyên, nhầy, độ nổi cao (hay lài); tế
bào dạng que ngắn. Vi khuẩn Azospirillum dùng chủng cho lúa cao sản OM
6976 và OM 4218 trồng tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang nhằm xác định
hiệu quả của các dòng vi khuẩn đã phân lập được. Kết quả có 04 dòng vi
khuẩn Azospirillum sp. 6T1, Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R, và
Azospirillum sp. 25HR được định danh trong tổng số 60 dòng vi khuẩn
Azospirillum đã được phân lập. Khi chủng riêng lẻ 04 dòng vi khuẩn
Azospirillum sp. cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 trồng trong nhà lưới
tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang, các dòng vi khuẩn này giúp lúa gia tăng
chiều cao cây (24,5-34,6%, 20,0-21,7%), trọng lượng khô của cây (36,1-
146,4%, 83,5-92,9%), số hạt trên bông (172,0-218,8%, 60,7-61,2%), so với
nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn Azospirillum sp. và không bón
đạm. Hàm lượng đạm trong hạt lúa ở những nghiệm thức có chủng vi khuẩn
Azospirillum sp. đều cao hơn 2,5-3,9% so với nghiệm thức đối chứng. Ở các
nghiệm thức có chủng vi khuẩn Azospirillum sp. trọng lượng 1.000 hạt cao
hơn (5,7-6,7%, 21,1-23,2%) so với nghiệm thức đối chứng. Ứng dụng 02 dòng
Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR khi chủng cho lúa cao sản
(OM 6976 và OM 4218) trồng trên đất phù sa ở điều kiện đồng ruộng tại
huyện Châu Phú, tỉnh An Giang để xác định hiệu quả cố định đạm của hai
dòng vi khuẩn lên sự phát triển và năng suất lúa. Kết quả thí nghiệm cho thấy,

khi chủng kết hợp cùng lúc 02 dòng vi khuẩn này đã giúp lúa gia tăng chiều
cao cây (6,6-7,9%, 17,7-20,9%), chiều dài bông (1,3-4,4%, 4,9-13,6%) số hạt
trên bông (15,2-61,2%, 10,2-23,5%), trọng lượng 1.000 hạt (1,5-5,6%, 8,1-
8,5%), trọng lượng khô thân lá (2,8-56,9%, 28,6-57,1%) cao hơn so với
nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn Azospirillum sp. và không bón
đạm. Hàm lượng đạm trong hạt lúa ở những nghiệm thức có chủng 02 dòng vi
khuẩn Azospirillum sp. cao hơn so với nghiệm thức đối chứng không chủng vi
khuẩn Azospirillum sp. (6,0-11,0%). Ở các nghiệm thức chủng vi khuẩn
Azospirillum sp. năng suất lúa cao hơn so với nghiệm thức đối thức đối chứng
không chủng vi khuẩn và không bón đạm (55,0-55,2%, 55,5-55,7%). Từ kết
quả thí nghiệm cho thấy, chủng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum sp. giúp thay
thế đạm (50-75 kgN/ha, 50KgN/ha).
Từ khóa: Azospirillum, phân lập, vi khuẩn cố định đạm, lúa cao sản OM
6976, lúa cao sản OM 4218, lúa hoang.

v

ABSTRACT

Sixty samples rice (forty-eight samples of high yield rice and twelve samples
wild rice appeared in cultivated rice field) were collected to isolate nitrogen-
fixing bacterium Azospirillum. Ecology of colonies and cells of bacterium
Azospirillum are milky-white, white, yellowish; in a circular form, the cover
material, high buoyancy (or interest); round, cover materials, mucous, high
buoyancy (or interest); short rod-shaped cells. These bacteria were applied to
the high yield rice OM 6976 and OM 4218 grown in Chau Phu District, An
Giang Province in order to estimate the efficiency of the isolated bacterial
strains. The results showed that 4/60 strains including Azospirillum sp. 6T1,
Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R, and Azospirillum sp. 25HR were
identified. When these four strains were applied separately to the high yield

rice OM 6976 and OM 4218 grown in pots in a greenhouse in Chau Phu
District, An Giang Province, they enabled the rice to increase their height
(24.5-34.6%%, 20.0-21.7%), dry weight (36.1-146.4%, 83.5-92.9%), the
number of full grains on blossoms (172.0-218.8%, 60.7-61.2%), in
comparision to Azospirillum sp. free treatments. The nitrogen content of rice
grains in inoculated Azospirillum sp. treatments was higher 2.5-3.9% than
those of Azospirillum sp. free ones. 1000-seed weight of inoculated
Azospirillum sp. treatments was higher (5.7-6.7%, 21.1-23.2%) than those of
nitrogen and Azospirillum sp. free ones. Azospirillum sp. 6T1 and
Azospirillum sp. 25HR were applied to the high crop yield rice (OM 6976 and
OM 4218) grown in alluvial soil in Chau Phu District, An Giang Province to
determine their effectiveness on the growth and yield of rice. The results
showed that these two bacterial strains Azospirillum sp. enabled the
inoculated rice increased their height (6.6-7.9%, 17.7-20.9%), length of
blossoms (1.3-4.4%, 4.9-13.6%), the number of full grains on blossoms (15.2-
61.2%, 10.2-23.5%), 1,000 grain weight (1.5-5.6%, 8.1-8.5%), dry weight of
plant (2.8-56.9%, 28.6-57.1%) compared to those of Azospirillum sp. free
treatments. The nitrogen content of rice grains in Azospirillum sp. treatments
was higher 6.0-11.0% than those of Azospirillum sp. free ones. Yield of rice
inoculated with Azospirillum sp. treatments was higher than those nitrogen
and Azospirillum sp. free ones (55.0-55.2%, 55.5-55.7%). The experimental
results showed that the combination of two nitrogen-fixing bacterial strains
Azospirillum sp. helped replace nitrogen (50-75 KgN/ha, 50KgN/ha).
Key words: Azospirillum, isolate, nitrogen-fixing bacterium, high yield rice
OM 6976, high yield rice OM 4218, wild rice.


vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A: Azospirillum.
ADN: Acid Deoxyribo Nucleic.
Azo: Azospirillum.
AzoCR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa cao sản
AzoCT: Vi khuẩn Azospirillum ở thân lúa cao sản
AzoHR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa hoang.
AzoR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa.
AzoT: Vi khuẩn Azospirillum ở thân lúa.
Biofertilizer: Phân sinh học.
CFU: Colony-Forming Unit.
CPS: Capsular polysaccharide.
CV: Coefficient of Variation.
EM: Effective Microorganisms.
EPS: Exo-polysaccharide.
FAO: Food and Agriculture Organization.
GDP: Gross Domestic Product.
IAA: Indole-3-Acetic Acid.
LSD: Least Significant Difference.
MA: Mẫu Anh.
NFb: Nitrogen Free brothymol.
NPK: Nitrogen - Phosphorus - Kali.
PCR: Polymerase Chain Reaction.
PE: Polyethylene.
PGPR: Plant Growth Promoting Rhizobacteria.
PP: Polypropylene.
ppm: parts per million.
PSM: Phosphate Solubilizing Microorganisms.
UV: Ultraviolet.
YMA: Yeast Mannitol Agar.

vii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa trên thế giới

qua các năm 11
Bảng 2.2: Diện tích và sản lượng lúa trong cả nước qua các năm 12
Bảng 2.3: Đặc tính một số giống lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang 12
Bảng 2.4: Diện tích trồng lúa tại các huyện, thị, thành phố trong

tỉnh An Giang 13
Bảng 2.5: Cơ cấu giống lúa trồng vụ Hè Thu và Đông Xuân tại An Giang 13
Bảng 2.6: Các loài Azospirillum đã được phân lập, định danh theo thời gian.21
Bảng 2.7: Sự hiện diện của Azospirillum trên cây trồng, đất và

hợp chất hữu cơ 22
Bảng 2.8: Môi trường, đặc tính hình thái và điều kiện sinh trưởng của
Azospirillum 23
Bảng 2.9: EPS (Exo-polysaccharide) được tổng hợp bởi A. lipoferum và A.
brasilense trong quá trình tăng trưởng 24

Bảng 2.10: CPS (Capsular polysaccharide) được tổng hợp bởi A. lipoferum và
A. brasilense và tỷ lệ C/N trong sinh khối tế bào khi tăng trưởng 24
Bảng 2.11: Tỷ lệ hấp thu oxy của A. lipoferum và A. brasilense khi phát triển
trong nồi lên men 5 lít ở quá trình đồng hóa của fructose và sự suy thoái
của EPS 24
Bảng 2.12: Hoạt động khử acetylene của A. lipoferum và A. brasilense khi
nuôi cấy trong nồi lên men 5 lít ở quá trình đồng hóa của fructose và sự suy
thoái của EPS 24
Bảng 2.13: Ảnh hưởng của các loại acid amin lên sự tăng trưởng và cố định
đạm của Azospirillum spp 27
Bảng 2.14: Ảnh hưởng của acid amin lên sự tăng trưởng và giải phóng
ammoniac của Azospirillum spp 28
Bảng 2.15: Ảnh hưởng của acid amin lên sự tăng trưởng và cố định đạm của
Azospirillum spp
a
29
Bảng 2.16: Hàm lượng IAA do vi khuẩn Azospirillum sp. tổng hợp 33
Bảng 2.17: Những gen cố định đạm của Azospirillum đã được xác định 40
viii

Bảng 2.18: Thành phần dung dịch dùng cho phản ứng PCR 48
Bảng 4.1: Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản được thu hoạch.64
Bảng 4.1: Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản được thu hoạch
(tt)… 65
Bảng 4.2: Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập từ lúa 66
Bảng 4.2. Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập từ lúa (tt).67
Bảng 4.3: Đặc điểm, màu sắc môi trường và thời gian tăng trưởng của
Azospirillum 69
Bảng 4.3: Đặc điểm, màu sắc môi trường và thời gian tăng trưởng của
Azospirillum (tt) 70

Bảng 4.4: Đặc tính khuẩn lạc của các dòng vi khuẩn Azospirillum 71
Bảng 4.4. Đặc tính khuẩn lạc của các dòng vi khuẩn Azospirillum (tt) 71
Bảng 4.5: Đặc tính tế bào của các dòng vi khuẩn Azospirillum 74
Bảng 4.5: Đặc tính tế bào của các dòng vi khuẩn Azospirillum (tt) 75
Bảng 4.6 Màu diệp lục tố lá lúa theo thời gian tăng trưởng của cây lúa 78
Bảng 4.7 Chiều cao cây lúa 5 tuần sau khi trồng trong phòng thí nghiệm 79
Bảng 4.8 Chiều dài rễ lúa lúc 5 tuần sau khi trồng ở phòng thí nghiệm 80
Bảng 4.9 Hàm lượng đạm của cây lúa trồng ở phòng thí nghiệm (%) 80
Bảng 4.10: Chiều cao cây lúa lúc 30 ngày sau khi trồng và lúc thu hoạch 81
Bảng 4.11: Trọng lượng khô thân lá và trọng lư
ợng 1.000 hạt
lúc thu hoạch lúa 82
Bảng 4.12: Số hạt trên bông và hàm lượng đạm trong hạt lúa lúc thu hoạch 83
Bảng 4.13: Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum khi chủng cho lúa 85
Bảng 4.14: Màu lá và trọng lượng khô thân lá 85
Bảng 4.15: Chiều cao cây lúc 30 ngày sau khi trồng và lúc thu hoạch 88
Bảng 4.16: Số hạt/trên bông lúa và trọng lượng 1.000 hạt lúc thu hoạch lúa 89
Bảng 4.17: Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum khi chủng cho lúa 89
Bảng 4.18: Màu lá và chiều cao cây lúa lúc 45 ng
ày sau khi
trồng ngoài đồng 90
Bảng 4.19: Chiều cao cây, chiều dài bông và số hạt trên bông

lúc thu hoạch lúa 92
ix

Bảng 4.20: Trọng lượng 1.000 hạt, trọng lượng khô thân lá và hàm lượng N
trung bình trong hạt lúc thu hoạch lúa 93
Bảng 4.21: Năng suất lúa lúc thu hoạch ngoài đồng ruộng 93
Bảng 4.22: Màu lá và chiều cao cây lúa

lúc 45 ngày sau khi
trồng ngoài đồng 96
Bảng 4.23: Chiều cao cây, chiều dài bông và số hạt/bông lúc thu hoạch 97
Bảng 4.24: Trọng lượng khô thân lá và trọng lượng 1.000 hạt 98
Bảng 4.25: Năng suất lúa lúc thu hoạch ngoài đồng ruộng 99





















x

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Vi khuẩn A. brasilense ATCC 29145 được nuôi cấy trên môi trường
MPSS ở 30
o
C trong 24 giờ với độ phóng đại 15.000 lần 17
Hình 2.2: Vi khuẩn A. lipoferum A28 được phân lập từ rễ lúa MTL 405, được
nuôi cấy trên môi trường NFb ở 30
o
C và ch
ụp bằng kính hiển vi điện tử quét
ở độ phóng đại 20.000 lần 17
Hình 2.3: Vi khuẩn A. amazonense ATCC 35119 được nuôi cấy trên môi
trường LGI ở 30
o
C trong 24 giờ, các hạt PHB hiện diện trong tế bào và chụp
bằng kính hiển vi điện tử quét với độ phóng đại 13.000 lần 18
Hình 2.4: Vi khuẩn A. halopraeferens được chụp bằng kính hiể
n
vi điện tử quét 18
Hình 2.5: Vi khuẩn A. irakense KBC1 phát triển ở 30
o
C trong 20 gi
ờ
trong môi trường dinh dưỡng, tế bào có dạng que cong hoặc chữ S 18
Hình 2.6: Vi khuẩn A. doebereinerae GSF71
T
phân lập từ rễ cỏ Miscanthus,
được nuôi cấy 5 ngày trên môi trường NFb bán đặc (A) và DYGS lỏng (B) với
thước đo 10µm 18
Hình 2.7: Vi khuẩn A. canadense DS2
T

phân lập từ bắp, nuôi cấy trên môi
trường M ở 30
o
C, pH 7,2–7,4 trong 48–72 giờ và chụp bằng kính hiể
n vi
điện tử quét với thước đo 0,6µm 19
Hình 2.8: Vi khuẩn A. zeae N6 được phân lập từ bắp và chụp dướ
i
kính hiển vi điện tử quét với thước đo 0,6µm 19
Hình 2.9: Vi khuẩn A. picis IMMIB TAR-3
T
được chụp bằng kính hiển vi điện
tử quét, tế bào dạng que ngắn có chiên mao dài ở đầu với
thước đo 0,5µm 19
Hình 2.10: Vi khuẩn A. thiophilum BV-S
T
được chụp bằng kính hiển
vi điện tử quét 19
Hình 2.11: Vi khuẩn A. formosense sp. nov. CC-Nfb-7
T

được phân lập từ đất nông nghiệp ở tỉnh Yunlin, Đài Loan và chụp bằng kính
hiển vi điện tử quét 20
Hình 2.12: Hệ thống phân tích và khử acetylene (C
2
H
2
) thà
nh
ethylene (C

2
H
4
) 30
Hình 2.13: Sự hình thành IAA từ Tryptophan thông qua vi khuẩn
Azospirillum 32
xi

Hình 2.14: Tổ chức các vùng gen trong t
ổng hợp Tryptophan của
A. brasilense 34
Hình 2.15: Chu trình hoạt động của enzyme nitrogenase do Ribosyltransferase
Dinitrogenase Reductase-ADP/Dinitrogenase Reductase kích hoạt
glycohydrolase ở vi khuẩn Azospirillum brasilense 42
Hình 2.16: Cấu trúc của enzyme cố định đạm nitrogenase 43
Hình 2.17: Enzyme nitrogenase xúc tác phản ứng chuyển hoá đạm (trên) và
cấu trúc của phức hợp FeMo trong enzyme nitrogenase (dưới) 43
Hình 2.18: Trình tự các bước thực hiện phản ứng PCR khuyếch đại ADN 41
Hình 3.1. Vật liệu thí nghiệm lúa hoang và lúa cao sản thu hoạch
tại An Giang 50
Hình 3.2: Bản đồ các địa điểm thu mẫu lúa cao sản và lúa h
oang
tại các huyện, thị, thành phố trong tỉnh An Giang 52
Hình 3.3: Quy trình phân lập vi khuẩn Azospirillum từ cây lúa 54
Hình 3.4: Các bước phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa
hoang 55
Hình 4.1: Vi khuẩn Azopirillum dòng 3CR được phân lập từ rễ lúa cao sản
OM4218 và nuôi cấy trong môi trường NFb bán đặc (A) làm môi trường đổi
màu từ xanh lá sang xanh (B) và tạo vòng trắng đục (pellicle) cách mặt môi
trường khoảng 3-6mm sau 1-3 ngày nuôi cấy 68

Hình 4.2: Khuẩn lạc Azospirillum dòng 15T1 (B) được phân lập từ thân
lúa cao sản OM4218, dòng 4R (C) từ rễ lúa cao sản OM4218 và được nuôi cấy
trên môi trường NFb đặc (A) làm môi trường thay đổi màu từ xanh lá sang
xanh (B và C) 68
Hình 4.3: Khuẩn lạc Azospirillum dòng H1T6 (D) được phân lập từ thân
lúa hoang, dòng 1HR (E) từ rễ lúa hoang và được nuôi cấy tr
ên
môi trường NFb đặc (A) làm môi trường thay đổi màu t
ừ xanh lá (A)
sang xanh (D và E) 68
Hình 4.4: Phổ diện điện di các dòng vi khuẩn
Azospirillum
với cặp mồi chuyên biệt Azospirillum lipoferum 76
Hình 4.5: Phổ diện điện di các dòng vi khuẩn
Azospirillum
với cặp mồi chuyên biệt Azospirillum brasilense 76
Hình 4.6: Các nghiệm thức trồng lúa cao sản OM 4218 lúc 5 tuần khi trồng
trong phòng thí nghiệm 79
xii

Hình 4.7: Chiều cao, màu lá cây lúa cao sản OM 4218 của các nghiệm thức
lúc 5 tuần khi trồng trong phòng thí nghiệm 79
Hình 4.8. Đặc điểm sinh trưởng của các cây lúa OM 6976 ở 9 nghiệm thức lúc
60 ngày sau khi gieo sạ trong nhà lưới 84
Hình 4.9: Màu lá, chiều cao cây lúa OM 6976 có chủng Azospirillum (B, C, D
và E) và đối chứng (A) lúc 60 ngày khi trồng trong nhà lưới 84
Hình 4.10. Đặc điểm sinh trưởng của các cây lúa OM 4218 ở 9 nghiệm thức
lúc 60 ngày sau khi gieo sạ trong nhà lưới 87
Hình 4.11. Màu lá, chiều cao cây lúa OM 4218 có chủng Azospirillum (B, C,
D và E) và đối chứng (A) lúc 60 ngày khi trồng trong nhà lưới 87

Hình 4.12: Các thí nghiệm trồng lúa ngoài đồng ruộng được phân lô trước khi
gieo sạ lúa cao sản OM 6976 91
Hình 4.13: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM 6976 đối chứng (A),
có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc 45 ngày sau khi gieo s
ạ
ngoài đồng ruộng 91
Hình 4.14: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM6976 đối chứng (A),
có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc chu
ẩn bị thu hoạch
ngoài đồng ruộng 94
Hình 4.15: Các thí nghiệm trồng lúa ngoài đồng ruộng được phân lô trước khi
gieo sạ lúa cao sản OM 4218 95
Hình 4.16: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM 4218 đối chứng (A), có
chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc 45 ngày sau khi gieo s
ạ
ngoài đồng ruộng 95
Hình 4.17: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM4218 đối chứng (A), có
chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc chuẩn bị thu hoạch ngoài đồng ruộng 98








1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực chủ yếu trong khẩu phần dinh
dưỡng cho hơn 40% dân số thế giới, điều này làm cho cây lúa trở thành một
trong những cây lương thực quan trọng nhất được sản xuất hàng năm (Hossain
và Fischer, 1995). Theo Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế - IRRI (2013), tổng diện
tích trồng lúa trên toàn thế giới năm 2013 là khoảng 220,86 triệu ha với sản
lượng khoảng 705,38 triệu tấn (). Để tăng trưởng, phát triển
tốt và cho năng suất cao, cây lúa cần nhiều chất dinh dưỡng khác nhau trong
đó chất dinh dưỡng quan trọng nhất là đạm. Theo ước tính để sản xuất một tấn
lúa (bao gồm hạt và rơm) cây lúa đã lấy từ đất 16-17 kgN (De Datta, 1981;
Ponnamperuma và Deturck, 1993; Sahrawat, 2000). Tuy nhiên, để thỏa mãn
nhu cầu về đạm cho cây lúa nông dân phải sử dụng phân đạm, đặc biệt là phân
đạm vô cơ (Nguyễn Hữu Hiệp et al., 2005). Thông thường chỉ có khoảng 30%
đến 40% phân đạm bón được cây lúa hấp thu (De Datta, 1978; Choudhhury và
Khanif, 2001; Choudhury et al., 2002). Lượng phân đạm mất đi do sự khử
đạm, bốc hơi và rửa trôi (Ponnamperuma, 1972; De Datta và Buresh, 1989).
Lượng đạm bị khử và bốc hơi làm ô nhiễm môi trường không khí (Reeves et
al., 2002), lượng đạm bị rửa trôi thì làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước
ngầm (Shrestha và Ladha, 1998).
Hầu hết cây lúa được trồng ở những quốc gia có số dân phát triển nhanh,
gấp đôi so với diện tích đất và nguồn tài nguyên khan hiếm. Với dân số thế
giới trên 7,2 tỉ người như hiện nay và không ngừng gia tăng trong thời gian
tới, trong tương lai lúa gạo sẽ được sản xuất nhiều hơn trên những diện tích
đất ngày càng bị thu hẹp (Shenoy et al., 2001). Vì vậy, nhu cầu về đạm sẽ gia
tăng trong những năm tới nhất là đạm hóa học. Một trong những yếu tố quan
trọng nhất để có sản lượng lúa cao cho các mùa vụ là phân đạm. Nếu thiếu
đạm thì sản lượng lúa sẽ giảm đáng kể, trong khi cố định đạm sinh học ở các
đồng lúa nước đóng góp to lớn cho độ phì nhiêu lâu dài của đất thì không đủ
đáp ứng để sản xuất ra sản lượng lúa tối đa. Các nghiên cứu trước đây cho
thấy rằng, việc cố định đạm sinh học ở các cánh đồng lúa nước có thể đạt đến
50 kgN/ha/vụ (Roger và Ladha, 1992). Đạm cố định này đủ để duy trì hệ

thống lúa ngập nước trước đây đến hàng trăm ngàn năm, tuy nhiên năng suất
của chúng thấp với sản lượng ít hơn 4 tấn/ha.
Việc giảm lượng phân đạm công nghiệp dùng cho hệ thống nông nghiệp
là mục tiêu quan trọng của những nhà khoa học nông nghiệp (Bohlool et al.,
1992). Trong việc sản xuất lúa lâu dài thì mục tiêu quan trọng là dần dần thay

2

thế đạm công nghiệp bằng cố định đạm sinh học. Tuy nhiên, việc bón phân
đạm sinh học cố định cho cây trồng (như lúa) thì gặp khó khăn. Chẳng hạn
như việc cung cấp đạm sinh học cố định thông qua các vi khuẩn cố định đạm
hay bón phân xanh có một số trở ngại như phân đạm được sản xuất theo quy
mô công nghiệp. Để đáp ứng các nhu cầu đạm của cây trồng thì phải cần đến
lượng lớn các nhóm đạm. Hệ thống phân xanh được dùng như cây điền thanh
nốt sần (Sesbania rostrata), bèo hoa dâu (Azolla) đều cho sản lượng tương
đương với những mẫu ruộng được bón phân hoá học (Diekmann et al., 1996;
Kumarasinghe et al., 1986; Ladha et al., 1992). Tuy nhiên, tỷ lệ đạm từ phân
xanh tương đương với tỷ lệ đạm từ phân hoá học (Kumarasinghe et al., 1986)
vì vậy việc mất đạm ở hệ thống dùng phân xanh có thể tương tự với việc mất
đạm ở hệ thống được bón phân hoá học (Harris et al., 1994). Ở mùa vụ cây họ
Đậu thì vấn đề này có thể tránh được vì mối quan hệ nội-cộng sinh với
Rhizobium cung cấp đạm sinh học cố định trực tiếp cho cây trồng nên không
cần nhiều đạm ở đất và NH
3
được tạo ra sẽ nhanh chóng được cây trồng đồng
hoá một cách hiệu quả.
Ở Việt Nam, tổng diện tích trồng lúa của cả nước năm 2013 là 7,9 triệu
ha với sản lượng 44,1 triệu tấn và năng suất đạt 55,8 tạ/ha. Trong đó, Đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) chiếm khoảng 626,4 ngìn ha với sản lượng 3,2
triệu tấn và năng suất đạt 51,7 tạ/ha. Theo Viện Nghiên cứu lúa ĐBSCL, với

1,8 triệu ha đất trồng lúa, nông dân các tỉnh trong vùng quay vòng từ 2-3 vụ
lúa/năm đã đưa diện tích trồng lúa năm 2013 lên trên 4 triệu ha, trong đó có 1
triệu ha sản xuất lúa chất lượng cao ().
Ở tỉnh An Giang, tổng diện tích đất tự nhiên là 353.551 ha, diện tích đất
trồng lúa là 264.284,61 ha chiếm khoảng 74,75% tổng điện tích, năng suất lúa
trung bình khoảng 5,5-6,0 tấn/ha. Năm 2013, ngành nông nghiệp An Giang gặt
hái được thành công lớn khi đạt trên 3,9 triệu tấn lúa. An Giang là tỉnh đứng
đầu cả nước về sản lượng lúa và đứng đầu các tỉnh, thành trong khu vực
ĐBSCL về sản lượng gạo xuất khẩu với 655.000 tấn, đạt kim ngạch 175 triệu
đô la. Giá xuất khẩu lúa gạo bình quân khá cao khoảng 265 đô la/tấn (cao hơn
giá xuất khẩu bình quân cả nước 16 đô la/tấn). Các giống lúa cao sản được Bộ
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến cáo sử dụng và được nông dân ở
Nam Bộ trồng phổ biến như AG 25, MTL 233, MTL 250, MTL 384, MTL
415, MTL 416, OM 2514, OM 2517, OM 2518, OM 2717, OM 4517, Jasmine
85,… Trong đó, các giống lúa cho năng suất và chất lượng cao được nông dân
trồng phổ biến tại An Giang là OM 6976, OM 4218, OM 2514, OM 2517, OM
2718, OM 3393, OM 4655, OM 1490, Jasmine 85 và OM 4926
().

3

Để đạt năng suất cao trong sản xuất nông nghiệp, nông dân thường có
thói quen sử dụng một lượng phân đạm (N) vô cơ rất cao khoảng 100 kg N/ha
để bón cho cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Do đó giá thành sản xuất
trên một tấn lúa thương phẩm khá cao dẫn đến lợi nhuận thu được sau mỗi
mùa vụ khá thấp do một lượng lớn phân đạm hóa học bón cho lúa bị thất thoát,
bị rữa trôi, bị bốc hơi vào không khí và lượng phân đạm hóa học thất thoát này
đã góp phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Để có một nền
nông nghiệp sạch, bền vững và gia tăng giá trị cây lúa, góp phần giữ vững an
ninh lương thực quốc gia, giúp gia tăng năng suất mùa vụ cho cây lúa cao sản,

góp phần tăng sản lượng lúa cao sản xuất khẩu ra quốc tế, hạn chế ô nhiễm
môi trường trong sản xuất nông nghiệp, góp phần cải thiện độ phì nhiêu của
đất, giảm lượng nitrat gây ô nhiễm không khí và nguồn nước, giảm chi phí sản
suất nông nghiệp sau mỗi mùa vụ và góp phần tăng thu nhập cho người nông
dân tại tỉnh An Giang, nhiều vi sinh vật cố định đạm sinh học đã được ứng
dụng để giúp gia tăng năng suất lúa trong các mùa vụ. Mặt khác, An Giang là
tỉnh thuộc khu vực ĐBSCL có diện tích sản xuất lúa nói chung và diện tích
sản xuất lúa cao sản nói riêng lớn nhất nhì trong vùng ĐBSCL và là tỉnh có trữ
lượng gạo xuất khẩu ra thế giới đứng đầu cả nước.
Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài Luận án Tiến sĩ Sinh học được
nghiên cứu với tựa đề: “Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi
khuẩn Azospirillum nội sinh trên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản
trồng trên đất phù sa ngọt tại tỉnh An Giang”.
Mục tiêu tổng quát của luận án: Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm
các dòng vi khuẩn Azospirillum trên sinh trưởng và năng suất lúa cao sản trồng
tại tỉnh An Giang.
Mục tiêu cụ thể của luận án:
- Phân lập các dòng vi khuẩn Azospirillum từ lúa hoang và lúa cao sản
trồng tại tỉnh An Giang.
- Xác định đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn
Azospirillum đã phân lập bằng các kỹ thuật sinh học phân tử.
- Tuyển chọn các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở
điều kiện phòng thí nghiệm.
- Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa
cao sản trồng ở điều kiện nhà lưới.
- Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa
cao sản trồng ở điều kiện đồng ruộng tại tỉnh An Giang.

4

Ý nghĩa khoa học của luận án:
- Kết quả khoa học của luận án là cơ sở để khuyến cáo nông dân áp dụng
chủng vi khuẩn Azospirillum trong canh tác nông nghiệp để góp phần gia tăng
năng suất lúa cao sản và góp phần giảm lượng phân đạm hóa học bón cho lúa,
hạn chế ô nhiễm môi trường trong sản xuất nông nghiệp và cải thiện độ phì
nhiêu của đất nông nghiệp.
- Các kết quả của luận án là cơ sở lý thuyết và thực tiễn để làm tài liệu
giảng dạy cho khối ngành nông nghiệp và sinh học ứng dụng và là cơ sở khoa
học bước đầu để nghiên cứu, sản xuất phân sinh học cho cây lúa cao sản trồng
tại tỉnh An Giang.
Điểm mới của luận án:
- Kết quả của luận án cho thấy vi khuẩn cố định đạm sinh học
Azospirillum hiện diện ở tất cả các mẫu lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh
An Giang.
- Sáu mươi (60) dòng vi khuẩn Azospirillum bản địa được phân lập từ lúa
hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang.
- Nhận diện và định danh được 04/60 dòng vi khuẩn. Trong đó, 02 dòng
vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. T7 thuộc loài Azospirillum
lipoferum và 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 25HR và Azospirillum sp. 7R
thuộc loài Azospirillum brasilense. Bốn dòng vi khuẩn Azospirillum đều có
khả năng cố định đạm sinh học cho lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang.
- Xác định được độ hữu hiệu của 04 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1
và Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R và Azospirillum sp. 25HR trên lúa
cao sản OM 6976 và OM4 218 trồng ở điều kiện nhà lưới tại tỉnh An Giang.
- Khi chủng kết hợp 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và
Azospirillum sp. 25HR cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 đã giúp lúa gia
tăng năng suất khi trồng ở đồng ruộng tại tỉnh An Giang.

5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA
2.1.1 Phân loại cây lúa
Cây lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực hàng đầu thế
giới cùng với ngô (Zea mays L.), lúa mì (Triticum sp.), sắn (Manihot esculenta
Crantz) và khoai tây (Solanum tuberosum L.). Về phân loại thực vật, cây lúa
được phân loại như sau:
Giới (kingdom/regnum): Thực vật (Plantae).
Ngành (phyla): Thực vật có hoa (Angiospermae).
Lớp (class): Thực vật một lá mầm (Monocots).
Bộ (order): Hòa thảo (Poales).
Họ (familia): Hòa thảo (Poaceae).
Chi (genus) : Lúa (Oryza).
Loài (species): Lúa Châu Á (Oryza sativa), lúa Châu Phi (Oryza
glaberima).
2.1.2 Họ hòa thảo (Poaceae)
Họ Hòa thảo hay họ lúa là một họ thực vật một lá mầm (lớp Monocots =
Liliopsida), với danh pháp khoa học là Poaceae, còn được biết dưới danh pháp
khác là Gramineae. Trong họ này có khoảng 668 chi với khoảng 10.035 loài.
Các nhà khoa học ước tính rằng các đồng cỏ chiếm khoảng 20% toàn bộ thảm
thực vật trên trái đất. Họ Hòa thảo là họ thực vật quan trọng nhất đối với toàn
bộ nền kinh tế của loài người, bao gồm cả các bãi cỏ tự nhiên và cỏ trồng cho

chăn nuôi gia súc cũng như là nguồn lương thực chủ yếu (ngũ cốc) cho toàn
thế giới, hay các loại tre, trúc được sử dụng rộng rãi ở Châu Á trong xây dựng
nhà ở nông thôn. Họ hòa thảo trước đây được cho là đã tiến hóa vào khoảng
55 triệu năm trước, khi các nhà khoa học căn cứ vào các mẫu hóa thạch đã có.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây nhất về các loại thực vật hóa thạch đến 65
triệu năm tuổi, bao gồm các tổ tiên của lúa và tre trong phân hóa đá của khủng
long kỷ Phấn trắng đã đặt sự đa dạng của các loài cỏ hòa thảo có ở thời kỳ
sớm hơn.
2.1.3 Chi lúa (Oryza)
Chi Lúa (Oryza) là một Chi với khoảng 20 loài thuộc họ Hòa thảo
(Poaceae) nằm trong Phân họ Oryzoideae, có nguồn gốc ở các khu vực nhiệt
đới và cận nhiệt đới của Châu Á và Châu Phi. Chúng là các loài cây thân thảo

6

cao, ưa sống ở những vùng ẩm ướt, có thể cao từ 1-2 m hoặc hơn. Chi này bao
gồm cả những loài sống lâu năm và một năm. Chi lúa có nguồn gốc từ Châu Á
và Châu Phi, trong đó có một loài lúa tẻ (Oryza sativa) là cây lương thực có
tầm quan trọng toàn cầu. Chi lúa là loại cây lương thực có sản lượng đứng
hàng thứ 5 trên thế giới, chủ yếu giải quyết lương thực cơ bản cho khoảng
50% dân số thế giới.
2.1.4 Các loài lúa trồng
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới. Lúa trồng
thuộc hai loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong họ Poaceae, có nguồn
gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam Châu Á và Châu
Phi. Hai loài này cung cấp hơn 1/5 lương thực con người. Lúa trồng là các loài
thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-2 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng,
hẹp bản (1-2,5 cm) và dài 30-100 cm. Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành các
cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 20-40 cm. Hạt là loại quả
thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và ngang 2-3 mm.

Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các
hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo
mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt gọi là ruộng mạ, sau
một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Hình thức xôm
lổ bỏ hạt còn phổ biến ở vùng cao. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau
khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là
cám, tấm và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn 50% dân số thế
giới (chủ yếu ở Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ La tinh), điều này làm cho cây
lúa trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất. Trong tiếng
Anh, từ rice (lúa, gạo) có nguồn gốc từ arisi trong tiếng Tamil.
a) Loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa).
Oryza sativa, thường được gọi là lúa Châu Á, là loài thực vật được
biết đến trong khoa học như là loài ngũ cốc có hệ gen nhỏ nhất gồm 430 Mb
trên 12 nhiễm sắc thể. Nó nổi tiếng là dễ dàng để biến đổi gen và là loại thực
vật mô hình cho sinh học ngũ cốc. Oryza sativa chứa hai phân loài lớn, thứ
(var.) Japonica hoặc Sinica hạt to và ngắn, phát triển ở vùng khí hậu ôn đới và
thứ (var.) indica hạt dài, phát triển ở vùng nhiệt đới Châu Á. Giống O. Sativa
var japonica thường được trồng trong các khu vực khô, vùng Đông Á ôn đới,
các vùng cao của khu vực Đông Nam Á và các sơn nguyên có độ cao ở Nam
Á, trong khi giống O. Sativa var indica chủ yếu là trồng ở vùng đồng bằng.
Lúa phát triển chủ yếu ở ruộng ngập nước, trong suốt vùng nhiệt đới Châu
Á. Gạo có nhiều màu sắc, bao gồm: trắng, nâu, đen, tím và đỏ. Trong đó giống

7

lúa cho gạo trắng được trồng chủ yếu. Một phân loài thứ ba có hạt to và hơi
tròn phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt đới, đã được xác định dựa trên hình
thái học và ban đầu được gọi là O. Sativa var javanica, nhưng ngày nay được
gọi là O. Sativa var japonica nhiệt đới. Hiện còn được trồng ở ruộng bậc
thang trên triền núi Cordillera ở miền bắc đảo Luzon, Philippines.

b) Giống lúa trồng Châu Phi (Oryza glaberrima).
Oryza glaberrima, thường được gọi là lúa Châu Phi, là một
loài lúa thuần, ít phổ biến và ít nổi tiếng hơn so với giống lúa Châu Á (Oryza
sativa). Lúa Châu Phi được xác định đã thuần hóa 3.000-4.000 năm trước đây
trong nội địa vùng đồng bằng sông Niger Thượng. Ở Mali tổ tiên hoang dại
của lúa trồng Châu Phi là giống Oryza barthii. Loài lúa Châu Phi được trồng
chủ yếu ở Tây Phi, và cho thấy một số đặc điểm tiêu cực so với lúa
Châu Á (O. sativa) như hạt giòn dể vở, và chất lượng xay xát kém. Quan trọng
hơn, nó luôn cho sản lượng thấp hơn so với O. sativa, nhưng lúa Châu Phi
thường cho thấy khả năng chịu biến động trong độ sâu của nước, ngộ độc sắt,
đất vô sinh, điều kiện khí hậu khắc nghiệt và sự chăn sóc kém của của con
người, kháng nhiều loài sâu bệnh và tuyến trùng (Heterodera sacchari và
Meloidogyne sp.), kháng muỗi hành và một số virus gây hại lúa. Loài lúa Châu
Phi (Oryza glaberrima) được trồng từ lâu trước khi người Châu Âu đến Châu
lục này. Hiện nay, O. glaberrima đang được thay thế bởi loài lúa Châu Á
Oryza sativa. Một số nông dân Tây Phi, bao gồm miền Nam Senegal, vẫn còn
trồng lúa Châu Phi để sử dụng trong các nghi lễ. Các nhà khoa học từ Trung
tâm lúa gạo Châu Phi dùng giống lúa Châu Phi lai với giống lúa Châu Á để tạo
ra giống mới gọi là NERICA (viết tắt của tên giống lúa mới cho Châu Phi).
Giống mới này có ưu điểm của cả hai loài O. Sativa và O. Glaberrima. Thành
công này mở ra con đường tái phát triển nghề trồng lúa ở Châu Phi
().
c) Giống lúa cao sản OM 4218
- Nguồn gốc: Giống lúa cao sản OM 4218 được chọn từ tổ hợp lai
OM2031/MTL250.
- Đặc tính: Thời gian sinh trưởng từ 88-92 ngày, chiều cao cây 95-100
cm, cứng cây, đẻ nhánh khá, dạng hình gọn, bông dài, lá cờ nhỏ, ngắn, chống
chịu trung bình với rầy nâu, nhiễm bệnh đạo ôn, hơi kháng bệnh cháy lá (cấp
3), năng suất bình quân từ 6-8 tấn/ha, thích nghi cả hai vụ Đông Xuân và Hè
Thu, trọng lượng 1.000 hạt 25,1g. Hạt gạo thon dài, trong, vỏ trấu mỏng, gạo

nguyên cao, ít bạc bụng, cơm mềm, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.

8

d) Giống lúa cao sản OM 6976
- Nguồn gốc: Giống lúa cao sản OM 6976 được chọn từ tổ hợp lai
IR68144/OM997/OM2718. Đây là giống có hàm lượng vi chất dinh dưỡng sắt
trong gạo khá cao.
- Đặc tính: Thời gian sinh trưởng từ 100-105 ngày, đẻ nhánh khá, dạng
hình gọn, chiều cao cây 100-105cm, dạng hình đẹp, rất cứng cây, bông to, hơi
kháng rầy nâu và bệnh đạo ôn, chống chịu bệnh vàng lùn-lùn xoắn lá khá;
năng suất trung bình vụ Đông Xuân từ 7-8 tấn/ ha và Hè Thu từ 5,5-6,5 tấn/ha;
trọng lượng 1.000 hạt từ 25-26g; hạt gạo dài trung bình, trong, ít bạc bụng,
cơm hơi mềm khi nguội; thích nghi rộng trên nhiều loại đất, từ phù sa ngọt đến
phèn nặng.
2.1.5 Lúa hoang
Cây nhất niên cao 50-170 cm. Lá có phiến dài, bìa hơi “cắt”, bẹ dài, có
mép cao trắng, tai cong, có lông. Chùm tụ tán, gié hoa mau trở nên màu vàng,
dĩnh nhỏ, trấu có hoặc không có lông gai, có hoa, tiểu nhụy,… Thời gian sinh
trưởng của cây lúa tính từ lúc nảy mầm cho đến lúc chín dao động trong
khoảng từ 90-180 ngày tùy theo giống, loại đất trồng, khí hậu,… Ở Đồng bằng
sông Cửu Long, nhiều giống lúa địa phương trong các mùa vụ có thời gian
sinh trưởng khoảng 200-240 ngày, đặc biệt có những giống lúa nổi thời gian
sinh trưởng kéo dài đến 270 ngày (Phạm Hoàng Hộ, 2000).
2.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN BÓN
2.2.1 Tình hình sử dụng phân bón vô cơ
Tại Việt Nam, mỗi năm nông dân đã sử dụng khoảng 05 triệu tấn phân
bón vô cơ quy chuẩn, không kể phân hữu cơ và các loại phân bón khác do các
cơ sở tư nhân và công ty sản xuất cung ứng. Từ năm 1985 đến nay, mức tiêu
thụ phân đạm tăng trung bình 7,2%/năm, phân lân tăng 13,9%/năm, riêng phân

kali có mức tăng cao nhất là 23,9%/năm. Tổng lượng sử dụng N-P
2
O
5
-K
2
O
trong 15 năm qua tăng trung bình 9,0%/năm và trong thời gian tới có xu
hướng tăng mỗi năm khoảng 10%. Trong 15 năm qua, ở các giai đoạn 1985-
1990, 1991-1995 và 1996-2001 lượng tiêu thụ phân kali ở Việt Nam tăng rất
nhanh và liên tục. Ở các giai đoạn 1985-1990, 1991-1995 và 1996-2001 mức
tiêu thụ phân đạm tăng hàng năm tương ứng là 10,3%, 16,7% và 8,2%. Như
vậy trong năm năm trở lại đây mức tiêu thụ phân đạm đã giảm dần. Ở ba giai
đoạn trên, mức tiêu thụ phân lân tăng hằng năm tương ứng là 13,4%, 26,8% và
21,1% và cũng có xu hướng giảm dần ().

9

Hiện nay, ngành sản xuất phân hóa học nước ta mới đáp ứng được
khoảng 45% nhu cầu của sản xuất nông nghiệp, phần còn lại phải nhập khẩu
gần như toàn bộ phân đạm urê, kali và phân phức hợp DAP, một lượng khá
lớn phân hỗn hợp NPK với tổng số trên 3 triệu tấn/năm. Riêng đối với phân
kali, do phải nhập khẩu hoàn toàn nên tiêu thụ kali ở nước ta bị phụ thuộc thị
trường nước ngoài ().
2.2.2 Tình hình sử dụng phân bón sinh học
Trong những năm qua, sản xuất nông nghiệp vùng ĐBSCL có nhiều tiến
bộ vượt trội và đóng góp cho sự phát triển kinh tế xã hội của vùng. Trong
tương lai, ĐBSCL được định hướng phát triển thành vùng chuyên canh hàng
hoá. Việc thâm canh cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, song bên cạnh
đó cũng gây ra nhiều bất lợi đối với môi trường và sự phát triển bền vững.

Trong khi đó, nguồn phế phụ phẩm trong nông nghiệp thải ra trong quá trình
sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản của Việt Nam ước tính trên 50
triệu tấn/năm. Nguồn phế thải trong chăn nuôi gia súc gia cầm lên đến hàng
ngàn tấn. Lượng phế thải này phần lớn là những hợp chất hữu cơ giàu carbon
và các nguyên tố khoáng đa vi lượng. Đây là nguồn nguyên liệu có giá trị lý
tưởng cho sản xuất các dạng chế phẩm sinh học cũng như phân hữu cơ sinh
học chất lượng cao phục vụ cho sản xuất nông nghiệp của vùng ĐBSCL (Võ
Thị Gương et al., 2010).
Lúa là cây lương thực chính và quan trọng của vùng ĐBSCL với diện
tích gieo trồng khoảng 3,86 triệu ha/năm cho sản lượng lúa hàng năm lên đến
hơn 20,5 triệu tấn và khoảng trên 20 triệu tấn rơm rạ được thải ra. Hầu hết rơm
rạ này sau khi thu hoạch được đốt bỏ hoặc chuyển đi nơi khác mà không được
tái sử dụng lại, không trả lại dinh dưỡng cho đất mặc dù cũng có một số ít
nông dân có kinh nghiệm trong việc sử dụng rơm rạ này để vùi vào đất nông
nghiệp (như ở rừng U Minh) hoặc ủ phân trồng hoa màu (như ở Bến Tre). Mặt
khác, rơm rạ sau khi thu hoạch không thể vùi trực tiếp vào trong đất nông
nghiệp bởi vì tỷ số C/N của chúng rất cao, chúng được biết đến là làm giảm
lượng dinh dưỡng hữu dụng quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của
cây trồng thông qua sự bất động ở dạng hữu cơ và cũng sản sinh ra các độc tố
thực vật trong suốt thời gian phân huỷ. Việc lấy đi rơm rạ khỏi đồng ruộng đã
làm giảm lượng carbon hữu cơ một cách đáng kể, nếu hàm lượng carbon hữu
cơ ban đầu là 3,56%, sau 10 năm canh tác 02 vụ lúa/năm, hàm lượng carbon
hữu cơ chỉ còn 3,03%, sau 50 năm canh tác chỉ còn 1,59% và sau 100 năm
canh tác còn lại 0,71%, vì vậy đất đai ngày càng suy giảm độ phì nhiêu dẫn
đến giảm tính ổn định và bền vững trong sản xuất nông nghiệp mặc dù đã có
nhiều nghiên cứu để cải thiện tính bền vững trong sản xuất lúa gạo. Ngoài ra,

10

do điều kiện thâm canh tăng vụ trên đất lúa hằng năm, nông dân thường quá

lạm dụng phân hoá học và theo thời gian sẽ dẫn đến việc mất cân bằng dinh
dưỡng trong đất làm ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất và gây ra ô nhiễm
môi trường. Vai trò của việc cố định đạm sinh học đối với việc cung cấp đạm
là rất cần thiết cho cây trồng, có thể giúp cho quá trình sản xuất nông nghiệp
theo hướng bền vững hơn mà không làm hại môi trường cần được khuyến cáo
rộng rãi trong quá trình canh tác. Sau chất đạm (N), thì chất lân (P) là dinh
dưỡng thứ hai giới hạn sự phát triển của cây trồng và chất này hiện diện trong
đất trong cả hai dạng hữu cơ và vô cơ. Tuy nhiên, đất tại vùng ĐBSCL lại
thiếu chất P trầm trọng bởi nó thường hiện diện ở dạng khó tan. Phân lân sinh
học với những vi khuẩn có khả năng hoà tan lân khó tan, đặc biệt là vi khuẩn
hoà tan lân sống ở vùng rễ, có thể giúp hòa tan lân khó tan thành dạng dễ tiêu
cho cây trồng hấp thu và sử dụng (Richarson, 1994; Nautiyal et al., 2000).
Những vi sinh vật có ích này, đặc biệt là vi khuẩn vùng rễ có khả năng kích
thích sự tăng trưởng cây trồng được nuôi trong môi trường đơn giản, rẻ tiền và
trộn với chất kết dính thích hợp để sản xuất phân sinh học, đây là định hướng
lâu dài của một nền nông nghiệp theo hướng bền vững. Vì vậy cần có những
nghiên cứu tiếp tục với trình độ cao hơn để sử dụng được khối lượng chất hữu
cơ khổng lồ này phục vụ cho chính sản xuất lúa với các giải pháp khoa học
công nghệ ở trình độ cao hơn nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất lúa gạo theo
hướng hữu cơ phục vụ các hệ thống nông nghiệp bền vững (Trần Thị Ngọc
Sơn et al., 2009).
2.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Diện tích trồng lúa trên thế giới gia tăng theo từng năm kể từ năm 1955
đến 1980. Trong vòng 25 năm, diện tích trồng lúa trên thế giới tăng bình quân
1,36 triệu ha/năm. Từ năm 1980, diện tích lúa tăng chậm và đạt cao nhất vào
1999 (156,77 triệu ha) với tốc độ tăng bình quân 630.000 ha/năm (IRRI, 1990).
Từ năm 2000 trở đi, diện tích trồng lúa thế giới có nhiều biến động và có
xu hướng giảm dần, đến năm 2010 đạt 152,9 triệu ha. Diện tích trồng lúa tập
trung ở Châu Á (khoảng 90%). Các nước có diện tích lúa lớn nhất theo thứ tự
là Trung Quốc, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Việt Nam đứng hàng thứ 6

trước Miến Ðiện. Năng suất lúa bình quân trên thế giới cũng tăng khoảng 1,3
tấn/ha trong vòng 30 năm từ 1955 đến 1985, đặt biệt là từ sau cuộc cách mạng
xanh của thế giới vào những năm 1965-1970, với sự ra đời của các giống lúa
thấp cây, ngắn ngày, tiêu biểu là giống lúa IR5, IR8. Các giống lúa này có yêu
cầu chăm sóc không cao, tạo điều kiện cho các nước phát triển tăng nhanh sản
lượng lúa bằng con đường tăng năng suất nhanh để có điều kiện phát triển. Do

11

đó, đến những năm 1990 năng suất lúa trên thế giới đạt ở mức cao tại các nước
Triều Tiên, Úc, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Tây Ban Nha (IRRI, 1990) (Bảng 2.1).
Bảng 2.1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa trên thế giới qua các năm.

Nguồn: FAO, 2013;
Tại Việt Nam, trong hơn hai mươi năm qua, diện tích và sản lượng lúa
trong cả nước tăng đều theo từng năm kể từ năm 1990 (Bảng 2.2). Đặc tính
một số giống lúa cao sản được các ngành chức năng khuyến cáo trồng tại tỉnh
An Giang (Bảng 2.3) ().









Stt Năm Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng
(triệu tấn)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

1961
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
115,50
124,98
133,10
141,97

144,67
143,90
146,98
149,49
150,17
151,00
151,68
156,77
153,94
151,71
147,53
147,26
150,31
152,90
153,72
156,45
170,50
168,68
167,70
164,60

215,83
220,86

1,87
2,03
2,38
2.51
2,74
3,25

3,53
3,66
3,78
3,82
3,82
3,89
3,89
3,94
3,85
3,98
4,06
4,12
4,10
4,18
4,25
4,29
4,32
4,38

3,04
3,19

215,65
254,08
316,38
357,00
396,87
467,95
518,21
547,20

567,84
576,76
578,86
610,63
598,40
597,32
568,30
585,73
610,84
629,30
540,50
424,50

661.81

650,25
670,90
721,00

655,27
705,38