Điều tra thành phần loài vi khuẩn lam (cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện nghĩa đàn, tỉnh nghệ an

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN CẢNH HIẾU

ĐIỀU TRA THÀNH PHẦN LOÀI
VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA)
TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ
THUỘC HUYỆN NGHĨA ĐÀN, TỈNH NGHỆ AN

Chuyên ngành: Thực vật
Mã số: 60.42.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ THỊ THÚY HÀ

Nghệ An- 2015


2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của các thầy cô giáo, đặc biệt cô giáo TS Lê Thị Thúy Hà.Là người định
hướng và dẫn dắt tôi hoàn thành công việc nghiên cứu của mình.Nhân dịp này
tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến cô.Xin được trân
trọng cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Lê Ái Vĩnh đã có những góp ý và giúp đỡ
tôi trong quá trình hoàn thành bản luận văn này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong
trường Đại học Vinh, Phòng Sau đại học, Trung tâm thực hành - thí nghiệm

Đại học Vinh, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh, Tổ bộ môn thực vật cũng như các
đồng nghiệp tại Trường THPT Tân Kỳ, huyện Tân Kỳ, tỉnh Nghệ An đã giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu..
Nghệ An, Ngày 24 tháng 10 năm 2015
Tác giả


3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kì công trình nào

Tác giả luận văn

Nguyễn Cảnh Hiếu


4
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
Mục lục
Các chữ viết tắt trong luận văn
Danh mục bảng và các hình trong luận văn
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 nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới........................3
1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam ở Việt Nam.........................4
1.2.Vai trò của Vi khuẩn ................................................................................6
1.3. Đặc điểm của Vi khuẩn lam trong đất......................................................7
1.3.1. Đặc điểm cấu trúc, hình thái Vi khuẩn lam...........................................7
1.3.2. Phân loại vi khuẩn lam…………………………………………..........8
1.3.3. Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam ……….…………………..........9
1.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL…........10
1.4. Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An..............13
1.4.1. Đặc điểm tự nhiên.................................................................................13
1.4.2. Điều kiện khí hậu..................................................................................14
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu....................................15
2.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu...........................................15
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................15
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu.............................................................................15
2.1.3. Thời gian thu và xử lí mẫu....................................................................15
2.2. Nội dung nghiên cứu................................................................................16
2.3. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................17
2.3.1. Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá..............17


5
2.2.2. Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất........................17
2.2.3. Phương pháp định loại VKL.................................................................19
2.2.4. Phương pháp tính hệ số tương đồng Sorenxen (S)................................19
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận..............................................20
3.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nông hóa của đất trồng lúa ở một số xã
của huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An..............................................................20
3.1.1. Độ pH....................................................................................................20
3.1.2. Hàm lượng mùn.....................................................................................21

3.1.3. Hàm lượng nitơ dễ tiêu..........................................................................23
3.1.4. Hàm lượng lân dễ tiêu...........................................................................24
3.2. Đa dạng Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện
Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An................................................................................25
3.2.1. Cấu trúc thành phần loài........................................................................25
3.2.2. Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở
huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An............................................................................30
3.2.3. Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL CĐN trong đất trồng lúa
ở huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An ........................................................................34
3.2.4. Sự biến động về thành phần và số lượng loài VKL qua các điểm thu
mẫu..................................................................................................................35
3.2.5. Sự biến động về thành phần và số lượng loài VKL qua các đợt thu mẫu
.........................................................................................................................36
3.3. Mối quan hệ giữa đặc điểm nông hoá và thành phần loài VKL trong đất
trồng lúa huyện Nghĩa Đàn (Nghệ An)...........................................................38
3.4. Đa dạng về hình thái.................................................................................40
3.5. So sánh tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện
Nghĩa Đàn (Nghệ An) với một số nơi khác ở miền Trung ............................41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...........................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................45
PHỤ LỤC.......................................................................................................51


6
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

VKL

:

Vi Khuẩn Lam

VKL CĐN

:

Vi khuẩn lam cố định nitơ

NH

:

Xã Nghĩa Hưng

NM

:

Xã Nghĩa Mỹ

NL

:

NT

:

Xã Nghĩa Thuận

TB

:

Tế bào

H:

Hình

Xã Nghĩa Lâm


7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1 Độ pH đất ở các đợt thu mẫu...........................................................20
Bảng 3.2 Hàm lượng mùn trong đất ở các đợt thu mẫu.................................21
Bảng 3.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất ở các đợt thu mẫu.......................23
Bảng 3.4 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các đợt thu mẫu trong đất........................24
Bảng 3.5 Danh mục vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã................26
Bảng 3.6 Số lượng taxon bậc bộ, họ, chi và loài/dưới loài đã gặp của ngành
VKL trong đất trồng lúa ở một số xã huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An.................30
Bảng 3.7 Phân bố số lượng loài / dưới loài trong các chi đã phát hiện được
trong đất trồng lúa ở huyện Nghĩa Đàn...........................................................32
Bảng 3.8 Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã.......................................35
Bảng 3.9 Đa dạng về thành phần loài VKL qua các đợt thu mẫu..................36
Bảng 3.10Hệ số Sorenxen (S) của các taxon loài giữa các đợt nghiên cứu ở
Nghĩa Đàn (Nghệ An).....................................................................................38
Bảng 3.11 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần

loài phân bố ở các xã.......................................................................................39
Bảng 3.12 Đa dạng hình thái bậc chi và loài..................................................40
Bảng 3.13 Đa dạng về hình thái vi khuẩn lam trong đất trồng ở một số xã
thuộc huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An so với các vùng đã được nghiên cứu..
.........................................................................................................................41


8
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Trang
Biểu đồ 3.1 Độ pH ở các xã nghiên cứu.........................................................21
Biểu đồ 3.2Hàm lượng mùn ở các xã nghiên cứu...........................................22
Biểu đồ 3.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu giữa các xã nghiên cứu..........................24
Biểu đồ 3.4 Hàm lượng lân dễ tiêu giữa các xã nghiên cứu...........................25


9
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Sơ đồ các điểm thu mẫu...................................................................16
Hình 3.2 Số lượng taxon các bậc của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa
huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An............................................................................30
Hình 3.3 Tỉ lệ % sự phân bố taxon bậc họ trong các bộ đã gặp của ngành Vi
khuẩn lam........................................................................................................31
Hình 3.4 Tỉ lệ % sự phân bố taxon bậc chi trong các họ đã gặp của ngành Vi
khuẩn lam........................................................................................................32
Hình 3.5 Tỉ lệ % sự phân bố taxon bậc loài trong các chi đã gặp của ngành Vi
khuẩn lam........................................................................................................33
Hình 3.6 Tỷ lệ % số lượng loài VKL CĐN trong đất trồng lúa huyện Nghĩa
Đàn.…….........................................................................................................34

Hình 3.7 Số lượng loài ở các xã của huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An.……........36
Hình 3.8 Tỉ lệ % số chi và số loài qua các đợt thu mẫu..…….......................37


10
MỞ ĐẦU
Trong số các cơ thể tự dưỡng được thì Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là
nhóm nguyên thủy nhất. Di tích hóa thạch của Vi khuẩn lam (VKL) dạng sợi
phát hiện được khoảng 3,5 tỷ năm. Mặc dầu tế bào không có cấu trúc phức tạp so
với các nhóm vi sinh vật khác nhưng VKL vẫn là đại diện có vai trò quan trọng ở
các hệ sinh thái nói chung, hệ sinh thái đất nói riêng đặc biệt là trong đất trồng
lúa.

Sự phát triển của VKL trong đất làm tăng khả năng giữ nước đối với
vùng đất khô hạn, tăng độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và chua . Một số loài
VKL có khả năng cố định đạm, chuyển nitơ trong khí quyển từ thể tự do sang
dạng nitơ sử dụng được như amoni (NH 4+), axít amin và một loạt hợp chất nitơ
khác, góp phần tạo nên độ phì nhiêu cho đất trồng. Ngoài ra, một số VKL là

nguồn thức ăn cho cho động vật nuôi hoặc nguyên liệu để tách chiết các hợp
chất sinh học. Điều đó cho thấy triển vọng ứng dụng của VKL vào thực tiễn
sản xuất là rất lớn. Chính vì thế VKL đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều
nhà khoa học trên thế giới.
Ở nước ta cho đến nay việc nghiên cứu VKL trong đất ngày càng được
chú ý nhiều. Đã có một số công trình nghiên cứu trong các loại hình đất trồng
và tập trung chủ yếu ở đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và một số ở dải đồng bằng
ven Biển Trung Bộ như: Vùng đất ngoại thành Hà Nội và phụ cận [11], đất
mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình) [20], đất trồng lúa huyện Hoà Vang (Đà
Nẵng) [7], huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh) [31], đất trồng lúa đồng bằng châu thổ
sông Mê Công [50].

Nghĩa Đàn là huyện miền núi của tỉnh Nghệ An có diện tích đất nông
nghiệp lớn đặc biệt diện tích đất trồng lúa, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có
công trình nào đi sâu vào nghiên cứu về thành phần loài VKL trong đất trồng
lúa ở đây.


11
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Điều
tra thành phần loài vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa
ở một số xã thuộc huyện Nghĩa Đàn, 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 Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An.
Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là:
1. Xác định thành phần loài VKL và một số chỉ tiêu nông hóa thổ
nhưỡng trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ
An.
2. Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở
một số xã thuộc huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An.
3. Đánh giá mối quan hệ giữa đặc điểm một số chỉ tiêu nông hóa và thành
phần loài VKL trong đất trồng lúa tại địa bàn nghiên cứu.
Đề tài được tiến hành từ tháng 8 năm 2014 đến tháng 8 năm 2015 tại Bộ
môn Thực vật, Khoa Sinh và Trung tâm thực hành - thí nghiệm, Trường Đại
học Vinh.


12
CHƯƠNG I
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
Nghiên cứu Vi khuẩn lam (VKL) đã được tiến hành từ những thập
niên đầu thế kỷ thứ XIX (C. Agardn, 1824 ; Kuetzing, 1843) [theo 28] và theo
nhiều hướng khác nhau và 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.
Bristol – Roach (1920) được xem là người đầu tiên đặt nền móng
nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL). Tiếp đó hàng loạt công trình phân loại
VKL của các nhà khoa học tên tuổi khác đã bổ sung cho tri thức về VKL
ngày càng thêm đầy đủ và chi tiết hơn: Meier (1922), Oplova (1928),
Gollberbakh (1934 - 1936) [theo 8].
Khu vực Châu Á, các nước như Ấn Độ, Philippines, Nhật Bản… là
những nước có những nghiên cứu chuyên sâu về VKL cả về mặt phân loại
cũng như đặc tính sinh lý, sinh hóa để sử dụng chúng trong việc cải tạo đất
trồng. Điển hình là các công trình của Desikachary (1959) [34] đã xác định
được 750 loài thuộc 85 chi, trong đó có 70 loài mới ở Ấn Độ.
Ở khu vực Nam Á và Đông Nam Á, cũng có nhiều công trình nghiên
cứu và được công bố như: Watanabe (1959) [theo 8] nghiên cứu 851 mẫu đất,
tìm thấy 46 loài có khả năng cố định nitơ, chúng thuộc các chi: Tolypothrix,
Nostoc, Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis,
và Schizothrix. Theo tác giả VKL có nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới
như Java, Xumatra, Borneo, Philippin, Malaixia, Đông Dương, Thái Lan, Hải
Nam, Đài Loan, và Hoa Nam nhưng ít thấy ở Nhật Bản, Hoa Bắc, đông Bắc


13
Trung Quốc, Triều Tiên và Xakhalin. Aushar và cs. (2009) [33] đã thống kê
được 28 loài thuộc 9 chi trong họ Chroococcaceae ở Ấn Độ.
Những năm gần đây nghiên cứu VKL trên thế giới vẫn thu hút được sự
quan tâm của các nhà khoa học. Ngoài các công trình nghiên cứu về phân bố

của khu hệ VKL thì nhiều loài VKL mới đã được phát hiện. Kastovsky J. và
cs. (2010) [37], công bố kết quả nghiên cứu trên các vùng đất có môi trường
sống bị thay đổi ở Cộng Hòa Czech đã xác định lại được 392 loài còn tồn tại
so với 505 loài đã xác định trước đây. Raeid M. M. Abed và cs. (2011) [41]
công bố kết quả nghiên cứu tại tỉnh Petchaburi, Thái Lan đã phát hiện thêm
16 loài mới chúng thuộc chi Oscillatoria bổ sung cho vùng nghiên cứu.
Sarika Kesarwni và cs. (2015) [44], công bố kết quả nghiên cứu VKL tại Ấn
Độ đã phát hiên thêm 30 loài thuộc chi Oscillatoria so với 208 loài đã được
xác định trước đó.
1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trồng ở Việt
Nam
Công trình đầu tiên ở Việt Nam về VKL là của Fremy (1927) ông đã
công bố 3 loài VKL ở Việt Nam trên cơ sở định loại mẫu do D. Gaunmont thu
thập [theo 28]. Kế tiếp là Cao Ngọc Phương (1964) [49] công bố 23 taxon
VKL ở sát mặt đất Sài Gòn và Đà Lạt, trong đó có 11 chi, với 2 chi có tế bào
dị hình. Dương Đức Tiến (1977) [26] công bố 13 loài VKL thuộc 6 chi, với 4
chi có tế bào dị hình và 2 chi không có tế bào dị hình ở một số vùng phía Bắc
Việt Nam. Trần Văn Nhị và cs. (1984) [22] công bố 40 taxon, gồm 17 chi
trong đó có 16 chi có tế bào dị hình và 1 chi dạng sợi không có tế bào dị hình.
Đoàn Đức Lân (1996) [19], Đoàn Đức Lân và cs. (1994) [20] đã phân lập
được 15 loài VKL cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ
tự do của chúng khi nghiên cứu ở vùng đất mặn huyện Thái Thuỵ (Thái
Bình), Phùng Thị Nguyệt Hồng và cs. (1999) [50] đã công bố công trình
nghiên cứu của mình bằng tiếng Pháp với 94 taxon, khi điều tra VKL trong


14
đất trồng lúa ở đồng bằng châu thổ sông Mê Kông. Nguyễn Thị Minh Lan và
cs. (2000, 2001) [16], [17], [18] đã phát hiện được 50 loài thuộc 19 chi và 5
bộ trên đất trồng ở vùng Hà Nội. Nguyễn Quốc Hùng (2001) [11] công bố

103 loài và dưới loài, trong đó VKL có 80 loài và dưới loài trong 20 chi thuộc
4 bộ trong đất ngoại thành Hà Nội và vùng phụ cận.
Ở khu vực bắc Trung bộ cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu như:
Võ Hành và Đỗ Thị Trường (2001) [7] đã phát hiện được 45 loài và dưới loài
VKL thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang, thành
phố Đà Nẵng. Nguyễn Lê Ái Vĩnh và Võ Hành (2001) [31] công bố 69 loài và
dưới loài thuộc 15 chi, 5 họ trên vùng đất trồng lúa, Thạch Hà (Hà Tĩnh),
trong đó có 3 chi dạng đơn bào, 5 chi dạng sợi có tế bào dị hình, 7 chi có tế
bào dị hình. Lê Thị Thúy Hà - Võ Hành (2003) [3] phát hiện được 56 loài
VKL ở sông Lam. Hồ Sỹ Hạnh (2007) [8], nghiên cứu VKL trong đất trồng ở
một số vùng thuộc tỉnh Đắc Lắc và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố
sinh thái đã xác định được 129 loài và dưới loài, chúng thuộc 20 chi, 10 họ,
trong 4 bộ. Ngoài ra, các công trình nghiên cứu về VKL khác ở Việt Nam đã
được tiến hành trên các loại đất cũng như các thủy vực khác nhau… như các
nghiên cứu của Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức Tiến, Hồ Thanh Hải, Mai
Đình Yên (2002) [25]; Nguyễn Văn Tuyên (2003) [29]; Hồ Thanh Hải (2007)
[4]; Đặng Lê Uyên Phương, Hồ Sỹ Hạnh (2009) [23]...
Thời gian gần đây, Nguyễn Lê Ái Vĩnh và cộng sự (2012) [46], đã
nghiên cứu về đặc điểm hình thái, phả hệ phát sinh của một số loài VKL
thuộc chi Microcytis gây nở hoa nước trong các thủy vực nước ngọt ở Nghệ
An, Hà Tĩnh và Quảng Bình. Nguyễn Thị Thu Liên (2013) [39], dựa vào mô
tả đặc điểm hình thái và sinh hóa đã công bố thêm một loài mới Annamia
toxica Nguyen sp.nov., khi nghiên cứu VKL trong các thủy vực ở Thừa Thiên
Huế.


15
Có thể nói, cùng với công tác điều tra, những nghiên cứu chuyên sâu
tìm hiểu đặc tính sinh lý, sinh hoá về các chủng VKL có ý nghĩa thực tiễn ở
Việt Nam đã tiến hành bởi nhiều tác giả.

1.2. VAI TRÒ CỦA VI KHUẨN LAM
VKL là nhóm sinh vật tiên phong trong hoạt động cải tạo môi trường,
làm cơ sở cho sự phát triển của các quần xã sinh vật tiếp theo trong quá trình
diễn thế nguyên sinh [5].
Trong nông nghiệp, vai trò quan trọng của VKL là làm tăng độ phì cho
đất nhờ khả năng cố định đạm [1].
VKL là nguồn phân bón sinh học có giá trị cao, chính vì vậy đã có
nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của VKL CĐN lên sinh trưởng của
cây trồng. Một số loài VKL trong đất có khả năng tiết các chất nhầy tạo nên
một lớp màng, ngăn cản sự thoát hơi nước cho đất, làm đất luôn có độ ẩm, cải
tạo pH của đất và các tính chất lý học của đất [10].
VKL còn có thể tiết vào môi trường đất các chất có hoạt tính sinh học,
ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của cây trồng. Nhiều thí nghiệm tiến hành
ngâm hạt lúa với dịch vẩn của VKL đã kích thích sự nảy mầm, sinh trưởng
của rễ, tăng trọng lượng hạt và hàm lượng Prôtêin của lúa Trần Đăng Kế
(1993) [12] ; Trần Văn Nhị và cs. (1984) [22]… Sự phát triển của VKL có thể
làm tăng khả năng giữ nước, độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và đất chua.
Hiện nay, một số loài VKL được tập trung nghiên cứu, sản xuất trên
quy mô lớn để khai thác giá trị dinh dưỡng và dược liệu. Đặc biệt là loài tảo
lam xoắn Spirulina platensis với hàm lượng prôtêin rất cao, chiếm tới 60-70%
trọng lượng khô, ngoài ra nó còn giàu các vitamin, nguyên tố khoáng, các
chất có hoạt tính sinh học và việc ứng dụng vi tảo vảo nuôi trồng thuỷ sản
hiện nay được coi là một trong những hướng ứng dụng có triển vọng nhất
[15].
Ngoài các vai trò quan trong đã được nghiên cứu như đã nêu trên, VKL
cũng có những tác dụng tiêu cực: khi phát triển mạnh chúng gây hiện tượng


16
"nước nở hoa' làm giảm chất lượng của nước, ảnh hưởng tới động vật thủy

sinh và biến đổi hệ sinh thái thủy vực [1].
1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT
1.3.1. Đặc điểm cấu trúc, hình thái Vi khuẩn lam
Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là những sinh vật tiền nhân, có khả năng
tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp. Đó là những cơ thể mà tế bào của chúng
chưa có nhân điển hình, không có màng nhân, vật liệu di truyền được tập
trung trong chất nhân [28].
Hình thái VKL gặp ở các mức độ sau: đơn bào, tập đoàn dạng hình cầu,
dạng sợi hay dị sợi. Khi tế bào phân chia, sản phẩm của chúng thường kết hợp
với nhau tạo thành tập đoàn có hình dạng xác định hoặc không xác định [6].
Dạng đơn bào, cơ thể chỉ gồm một tế bào hoàn chỉnh, sống độc lập gồm
nhiều hình dạng khác nhau, nhưng phổ biến nhất là dạng hình cầu hoặc ellip.
Dạng tập đoàn, gồm nhiều tế bào dính lại với nhau bằng chất nhầy, đa
dạng: hình cầu, ellip, trụ, khối hoặc bản, hay hình dạng tập đoàn không xác
định.
Dạng sợi, đơn độc hoặc dính lại nhờ chất nhầy thông qua màng; đôi khi
tập hợp lại thành khối có hình cầu hoặc bán cầu. Các tế bào của sợi có hình
dạng khác nhau ở các loài khác nhau [27].
Sợi có thể phân nhánh giả hoặc phân nhánh thật. Dạng sợi phân nhánh
giả (không có phân nhánh thật) gặp ở bộ Nostocales. Cả hai loại tế bào dị
hình và bào tử nghỉ (akinete) đều được tạo ra trên sợi. Bào tử nghỉ thường
nằm giữa 2 dị bào hoặc tạo thành chuỗi. Dạng sợi phân nhánh thật gặp ở bộ
Stigonematales. Bộ này bao gồm những VKL có phân nhánh thật, có tế bào dị
hình và vách ngăn ngang giữa các tế bào tạo các hố lõm [6].
Chức năng của tế bào dị hình là nơi diễn ra quá trình cố định nitơ, sinh
sản và là cơ quan liên kết giữa các tế bào[43]. Hầu hết những VKL có khả
năng cố định nitơ đều có tế bào dị hình. Nhiều loài đơn bào hay dạng sợi
không có tế bào dị hình cũng có khả năng này [43]. Nhiều loài VKL dạng sợi

17
có tế bào dị hình (Heterocyst) ở đầu tận cùng của sợi hoặc giữa sợi. Đó là
những tế bào đặc biệt có kích thước lớn hơn tế bào dinh dưỡng. Màng của
chúng có hai lớp, nội chất màu vàng nhạt chứa rất ít sắc tố, không chứa không
bào khí và các hạt dự trữ. Nơi tiếp xúc giữa tế bào dị hình với tế bào sinh
dưỡng có một hạt có tính chiết quang cao gọi là hạt cực (Polargranule) [8].
Trong chu trình sống, VKL không có giai đoạn nào mang roi và không
có sinh sản hữu tính. Hình thức duy nhất là sinh sản vô tính. Thông thường là
phân chia tế bào làm đôi hoặc nhờ sự hình thành tảo đoạn (Hormogonia), nội
bào tử (endospore), ngoại bào tử (exospore) hoặc bào tử nghỉ (ankinete)
[Desikachary T.V. (1959) [34], Cyanophyta, Indian Council of Agricultural
Research New Delhi.]
1.3.2. Phân loại Vi khuẩn lam
Trong lịch sử nghiên cứu tảo và VKL đã ghi nhận nhiều quan điểm
phân loại khác nhau về vị trí của nhóm sinh vật này trong sinh giới. Các hệ
thống về phân loại luôn được điều chỉnh do các dữ liệu mới trong suốt thế kỷ
19 cho đến thế kỷ 20.
Theo Võ Hành (2007) [6], hiện nay tồn tại các hệ thống phân loại sau:
Hệ thống phân loại của Geitler (1942), VKL có một lớp
(Cyanophyceae) và được chia làm 4 bộ: Chroococcales, Dermocarpales,
Pleurocapsales và Hormogonales.
Hệ thống phân loại của Fritsch (1945), VKL có một lớp
(Cyanophyceae) và được chia thành 5 bộ: Chroococcales, Chamaesiphonales,
Pleurocapsales, Nostocales và Stigonematales. Cánh phân chia này cũng được
Desikachary (1959) tán thành [theo 3].
Khác với các hệ thống phân loại trên, Gollerbakh (1977) [theo 3] chia
VKL thành 3 lớp: Chroococcophyceae, Chamaesiphonophyceae, và
Hormogoniphyceae. Theo hệ thống này VKL gồm có 10 bộ, trong đó đáng
chú ý là ở lớp Hormogoniphyceae, ông đã tách bộ Nostocales thành hai bộ:
Nostocales và Oscillatoriales. Các hệ thống phân loại trên chủ yếu dựa vào

các đặc điểm về hình thái và tế bào.


18
Van Den Hoek và cs. (1995) [45], ngoài tiêu chí phân loại theo phương
pháp truyền thống còn kết hợp tiêu chí phân loại hiện đại là dựa vào các đặc
điểm cấu trúc siêu hiển vi của tế bào, đặc biệt chú trọng đến chỉ tiêu phân tử
(ADN) để phân loại và xây dựng hệ thống. Theo đó, VKL có một lớp
Cyanophyceae với 5 bộ: Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales,
Nostocales và Stigonematales.
Hiện nay, hệ thống phân loại của Komarek J. và cs. (2012) [35], được
xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn hình thái, hóa sinh, di truyền phân tử cũng
mô tả và phân loại thành công về VKL được nhiều người biết đến và sử dụng
rộng rãi.
Theo hệ thống này, VKL có 1 lớp và chia thành 4 bộ, trong đó những
loài không phải ở dạng sợi được xếp vào bộ Chroococcales, những VKL được
xếp vào 3 bộ còn lại là Oscillatoriales, Nostocales và Stigonematales dựa vào
các đặc tính về hình thái như dạng sợi không có tế bào dị hình, dạng sợi có tế
bào dị hình với nhánh giả có hoặc không và dạng sợi có tế bào dị hình với
nhánh thật. Sau đây là đặc điểm chính của mỗi bộ:
- Bộ Chroococcales: gồm các loài đơn bào hoặc tập đoàn cũng có gặp
một số loài mà trong đó các tế bào hình thành đám nhờ chất nhầy
- Bộ Oscillatoriales: gồm những VKL dạng sợi, không phân nhánh,
sinh sản bằng đoạn tảo sợi chỉ có một kiểu phân nhánh đó là phân nhánh giả,
không có tế bào dị hình và cũng không có bào tử. Các loài thường có sự phân
bố rộng trên tất cả các hệ sinh thái.
- Bộ Nostocales: gồm những VKL dạng sợi, sinh sản bằng sự hình
thành đoạn tảo. Sợi có phân nhánh giả, nhưng không có phân nhánh thật. Cả
hai loại tế bào dị hình và bào tử nghỉ (akinete) đều được tạo ra trên sợi.
- Bộ Stigonematales: bộ này bao gồm những VKL có phân nhánh thật,

có tế bào dị hình và vách ngăn ngang giữa các tế bào tạo các hố lõm. Hầu hết
các loài trong bộ có sinh trưởng ở đỉnh, sống trong đất, sát mặt đất hoặc trong
nước ngọt.
1.3.3. Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất
VKL có sức sống rất dẻo dai, chúng phân bố rộng rãi trong tất cả các
môi trường. Đại bộ phận VKL sống trong đất, nước ngọt, ở các ao hồ có


19
nhiều chất hữu cơ và góp phần hình thành hệ sinh vật nổi (plankton) của các
thủy vực; một số phân bố trong nước mặn hoặc nước lợ, nơi bùn lầy hay đất
ẩm ướt, trên đá, trên vỏ cây ẩm, ngay cả những nơi có điều kiện rất khắc
nghiệt như trong tuyết và ở những suối nước nóng đến 69°C [1].
Sự phân bố thành phần, số lượng loài cũng như biến động về số lượng
tế bào VKL trong đất phụ thuộc vào không gian, thời gian, đặc điểm thổ
nhưỡng, phương thức canh tác,...Khi chúng phát triển mạnh trên đất, làm cho
màu sắc đất thay đổi đó là hiện tượng “khai hoa đất” (đất nở hoa) tạo lớp
màng mỏng trên mặt đất và phát triển trên bề mặt, tạo tản nhiều [theo 9].
Như vậy VKL phân bố rộng rãi trên tất cả các khu vực với điều kiện
khác nhau, trong nước ngọt, nước mặn, trên cạn ở hầu như khắp mọi nơi trên
trái đất [28].
1.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn
lam
1.3.4.1. Yếu tố vật lý
+ Ánh sáng
Ánh sáng là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng phát triển
của VKL. Vì vậy trên đất, VKL thường phân bố ở lớp trên cùng có độ sâu
0,5cm. Reynaud và Roger (1978) [theo 27] cho rằng, VKL đặc biệt mẫn cảm
với cường độ chiếu sáng cao và được coi là nhóm kém ưa ánh sáng. Tuy
nhiên, cũng có những loài VKL sinh trưởng tốt ở cường độ ánh sáng mạnh

như Aulosira fertilissima (Ấn Độ). Đa số VKL giàu tính cảm quang, sự sinh
trưởng của một số chủng có tế bào dị hình tăng khi cường độ chiếu sáng tăng
lên.
+ Nhiệt độ
Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của VKL từ 25- 30 0C [theo 2]. Sự dao
động của nhiệt độ ảnh hưởng tới sinh khối, thành phần và khả năng sinh sản
của chúng.


20
Tuy nhiên, có những loài VKL ở trong đất có thể tồn tại trong những
điều kiện nhiệt độ từ 50 - 700C, một số VKL sống ở suối nước nóng có nhiệt
độ cao tới 70-820C [32].
+ Độ ẩm và nước
Độ ẩm là điều kiện tiên quyết cho hoạt động sống của tảo đất, nó xác
định mức độ sinh trưởng, phát triển; sự cấu thành các nhóm tảo đến thành
phần loài và sự đa dạng của chúng. Bởi vì, độ ẩm sẽ quyết định nhiệt độ đất,
độ hòa tan và nồng độ của các muối, hàm lượng CO 2 và O2 trong đất [theo
27]. Nếu trong đất, độ ẩm đạt 80 - 100% thì VKL phát triển mạnh.
Tuy nhiên, VKL có khả năng chịu hạn tốt. Tại Senegal, nơi mà mùa
khô kéo dài 8 tháng, bào tử VKL có tế bào dị hình chiếm tới 95% ở trong thời
kỳ khô hạn [19].
1.3.4.2. Yếu tố hoá học
+ Ảnh hưởng của pH:
VKL sinh trưởng tốt trong môi trường có pH từ 6,5 – 7,0 khả năng cố
định nitơ ở đất kiềm cao hơn đất chua. Tuy vậy, có những loài sinh trưởng ở
môi trường có pH = 5,0 – 6,0 thậm chí 3,5 - 6,5 [8].
+ Các nguyên tố khoáng
- Nguồn cácbon duy nhất để VKL quang hợp là CO 2, Nồng độ CO2
thích hợp cho sự phát triển của VKL trong điều kiện ánh sáng thích hợp là

0,1% ở 150C và 0,25% ở 200C. Sự đồng hóa sẽ dừng lại ở 0,5% [16].
- Nitơ : Hàm lượng nitơ cho VKL cần nhiều hơn phốt pho, nhưng trong
điều kiện tự nhiên nitơ không phải là chất dinh dưỡng chủ yếu giới hạn sinh
trưởng của chúng. Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng nitơ khí quyển không
phụ thuộc vào nguồn nitơ liên kết để phát triển, nhưng nếu nitơ liên kết ở
nồng độ cao thì nó ức chế sinh trưởng của VKL [27]. Mức độ kìm hãm (ức
chế) còn tùy thuộc vào dạng nitơ liên kết, thời gian và trạng thái sinh lý của
VKL [12], [19].


21
- Phốt pho : Hàm lượng phốt pho dễ tiêu đóng một vai trò không thể
thiếu đối với sinh trưởng của VKL. Nó tương quan dương tính với mật độ
VKL cố định nitơ, tăng hoạt tính nitrogenaza. Theo Fogg và cs. (1973), sự cố
định nitơ của VKL hầu hết bị hạn chế bởi pH thấp và thiếu phốt pho [theo
19].
Trong ruộng lúa, phốt pho làm tăng sự sinh trưởng và hoạt tính cố định
đạm của VKL. Sinh trưởng của VKL thấp ở nồng độ 0 – 5 ppm và tăng khi
nồng độ 6 ppm [27].
- Magiê cần thiết cho sự hoạt hóa nitrogenaza và glutaminsynteaza.
Thiếu magiê VKL chuyển sang màu vàng nhạt rồi trắng bệch [27].
- Molipden là nguyên tố vi lượng mà VKL rất cần trong điều kiện sử
dụng nitơ là nguồn dinh dưỡng duy nhất. Sinh trưởng của VKL được thúc đẩy
nếu bón molipden với liều lượng 0,25 kg/ha [8].
1.3.4.3. Yếu tố sinh học
Tảo, VKL và vi khuẩn cùng sống chung trong một khu vực có thể tiết
ra những chất độc kìm hãm sự phát triển của nhau. Trong quá trình hoạt động
vi khuẩn khử sunfát tiết ra H2S gây độc cho VKL, còn Azotobacter bị kìm
hãm bởi các độc tố do một số VKL tiết ra [19].
Cỏ dại là nhân tố làm hạn chế sự hình thành các tập đoàn VKL trên các

đồng lúa. Nhiều động vật không xương sống, ấu trùng muỗi,... rất thích ăn tảo
và VKL. Sự có mặt của động vật không xương sống trong ruộng lúa liên quan
đến khả năng cố định nitơ của VKL, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình
thành các VKL có các lớp nhầy kém hiệu quả cho hoạt động nông học [27].
Hoạt động canh tác như làm đất, làm cỏ, bón phân, sử dụng thuốc hoá
học phòng trừ sinh vật gây hại đều tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến VKL.
Tác động của phân bón đối với VKL không chỉ phụ thuộc vào phương thức sử
dụng mà còn phụ thuộc vào bản chất từng loại phân, do đó việc sử dụng phân
bón hợp lý rất quan trọng cho sinh trưởng của VKL [19].


22
1.4 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KHÍ HẬU CỦA HUYỆN NGHĨA ĐÀN,
NGHỆ AN
1.4.1 Đặc điểm tự nhiên
* Vị trí địa lý
Nghĩa Đàn là một huyện miền núi của tỉnh Nghệ An, nằm phía bắc của
tỉnh, cách thành phố Vinh khoảng 90 km.
Huyện Nghĩa Đàn có tọa độ địa lý 105018’- 105018’ kinh độ Đông và
19013’-19033’ vĩ độ Bắc.
+ Phía Bắc giáp huyện Tân Kỳ (tỉnh Nghệ An), huyện Như Xuân và
huyện Như Thanh (tỉnh Thanh Hóa).
+ Phía Nam giáp huyện Quỳnh Lưu.
+ Phía Đông giáp huyện Quỳ Hợp, Quỳ Châu, phía Tây và bao quanh
toàn bộ Thị xã Thái Hòa vừa mới thành lập ở giữa.
Ngày 15/11/2007, Chính Phủ ban hành Nghị định số 164/2007/NĐ-CP
điều chỉnh địa giới hành chính chia tách Nghĩa Đàn thành 2 đơn vị hành chính
cấp huyện: Xã Nghĩa Hòa, Nghĩa Quang, Nghĩa Thuận, Nghĩa Mỹ, Nghĩa
Tiến, Thị trấn Thái Hòa, Đông Hiếu, Tây Hiếu thuộc về địa giới hành chính
của thị xã Thái Hòa, các xã còn lại thuộc huyện Nghĩa Đàn [24].

* Về đất đai
Tổng diện tích đất tự nhiên theo thống kê của phòng Tài nguyên Môi
trường năm 2014 có 75.268 ha đất tự nhiên, 2.500 ha đất lúa.
Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính huyện Nghĩa Đàn để thành lập
thị xã Thái Hòa, huyện Nghĩa Đàn còn lại 61.754 ha ha diện tích tự nhiên,
802,42 ha đất lúa nước, diện tích đất cho hoạt động khoáng sản trên địa bàn
huyện là 111,89 ha.
Theo địa hình chủ yếu là đồi núi thoải (chiếm khoảng 60% tổng diện
tích), đồng bằng thung lũng chiếm khoảng 30%, đồi núi cao chiếm khoảng
10%. Do kiến tạo của địa chất nên Nghĩa Đàn cũng có những vùng đất tương
đối bằng phẳng, diện tích lớn và tương đối thuận lợi để phát triển nông
nghiệp [24].


23
1.4.2 Đặc điểm khí hậu
Nghĩa Đàn chịu ảnh hưởng của khí hậu vùng Bắc Trung Bộ và vùng
Tây Bắc Nghệ An, có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa. Theo tài liệu trạm khí
tượng huyện Nghĩa Đàn, Nghệ An cho thấy:
* Nhiệt độ
Nhiệt độ không khí trung bình 24 0C; trung bình tháng cao nhất 28 290C ở các tháng 6 và tháng 7; trung bình dưới 20 0C chỉ xuất hiện ở tháng 12,
tháng 1 và tháng 2. Có 4 tháng (từ tháng 5 đến tháng 9) nhiệt độ trung bình
vượt quá 250C. Tháng 1 có nhiệt độ trung bình thấp nhất là 16,80C. Biên độ
nhiệt ngày đêm các tháng mùa hè từ 8 - 11 0C, mùa đông từ 6 - 80C. Trong các
tháng mùa đông do nhiệt độ xuống thấp nên thường xuất hiện sương mù,
sương muối nhưng ít ảnh hưởng đến sản xuất (phụ lục1).
* Độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm phổ biến từ 80 - 86%, chênh
lệch giữa các tháng trong năm không đáng kể (phụ lục 1).
* Lượng mưa và lượng bốc hơi

Lượng mưa bình quân trong 12 tháng là 1562,6 mm (bình quân cả năm
khoảng 1600mm), trong đó có đến trên 70% lượng mưa tập trung từ tháng 7
đến tháng 10. Lượng mưa bình quân cao nhất là 390,9 mm, thấp nhất là 17,5
mm (phụ lục 1).
Lượng bốc hơi và tiến trình bốc hơi ảnh hưởng đến độ ẩm không khí,
độ ẩm của đất. Tổng lượng bốc hơi bình quân năm là 859 mm.
Nhìn chung, huyện Nghĩa Đàn nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, độ
ẩm, nhiệt độ, ánh sáng thuận lợi cho VKL phát triển.


24
CHƯƠNG II
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong
đất trồng lúa ở huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An.
2.1.2.Địa điểm nghiên cứu
Dựa vào kết quả điều tra, khảo sát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm
của đất trồng lúa huyện Nghĩa Đàn, chúng tôi tiến hành thu mẫu ruộng lúa ở 4
xã:
1. Xã Nghĩa Hưng: (Ký hiệu: NH)
2. Xã Nghĩa Lâm:

(Ký hiệu: NL)

3. Xã Nghĩa Mỹ:

(Ký hiệu: NM)

4. Xã Nghĩa Thuận: (Ký hiệu: NT)
2.1.3. Thời gian thu và xử lý mẫu
Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu:
Đợt 1: Ngày 28 tháng 8 năm 2014
Đợt 2: Ngày 20 Tháng 12 năm 2014
Đợt 3: Ngày 28 tháng 5 năm 2015
Tổng số mẫu đất thu được để phân tích thành phần loài VKL và chỉ tiêu
nông hóa thổ nhưỡng ở cả hai năm là 60 mẫu đất.


25

Hình 2.1. Sơ đồ các điểm thu mẫu
Xã Nghĩa Hưng
Xã Nghĩa Mỹ
Xã Nghĩa Lâm
Xã Nghĩa Thuận
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Điều tra thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc
huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An.
- Xác định một số chỉ tiêu nông hóa của đất như: pH KCl, hàm lượng
mùn, đạm dễ tiêu, lân dễ tiêu tại địa bàn nghiên cứu.
- Đánh giá mối quan hệ giữa một số chỉ tiêu nông hóa với thành phần
loài VKL trong đất trồng lúa tại địa bàn nghiên cứu.