Luận văn tốt nghiệp: Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 trên cây lúa cao sản trồng trong chậu

Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH SINH HỌC

HIỆU QUẢ CỐ ĐỊNH ĐẠM CỦA VI KHUẨN
BURKHOLDERIA SP. KG1 TRÊN CÂY LÚA
CAO SẢN TRỒNG TRONG CHẬU

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
HIỆN:

SINH VIÊN THỰC

ThS. NGÔ THANH PHONG
DIỆU HIỀN

TRẦN NGUYỄN

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỚP SINH HỌC – K34

i

Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 trên cây
lúa cao sản trồng trong chậu” hoàn thành đúng tiến độ một phần là nhờ sự quan
tâm giúp đỡ tận tình của thầy cô, người thân, bạn bè. Tôi xin chân gởi lời biết
ơn sâu sắc đến:

Ban giám hiệu trường Đại học Cần Thơ, ban chủ nhiệm khoa Khoa Học Tự
Nhiên đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu.

Các Thầy Cô Bộ môn Sinh học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên đã cung cấp
những kiến thức mới về sinh học cho chúng tôi trong suốt thời gian qua.

Tôi chân thành cảm ơn:

ThS Ngô Thanh Phong, Bộ môn Sinh học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên –
Trường Đại học Cần Thơ đã điều kiện để tôi hoàn thành luận văn.

Các bạn tập thể lớp Sinh Học K34, cùng các anh chị khóa trước đã quan tâm
giúp đỡ tôi.

Mẹ tôi là nguồn cổ vũ và động viên to lớn đã đầu tư cho tôi cả vật chất lẫn
tinh thần làm động lực để tôi thực hiện đề tài.

ii


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-----------------

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn

Burkholderia sp. KG1 trên cây lúa cao sản trồng trong chậu” là của riêng tôi. Các
kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được người khác công bố trong bất
kỳ luận văn nào trước đây.

Sinh viên thực hiện

Trần Nguyễn Diệu Hiền

iii


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................

i

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................

ii

MỤC LỤC..............................................................................................................

iii

DANH SÁCH HÌNH..............................................................................................

vi

DANH SÁCH BẢNG.............................................................................................

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................

viii

TÓM LƯỢC ..........................................................................................................

ix

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ...................................................................................

1

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................

1

1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .........................................................................................

2

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU..............................................................

3

2.1. SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA (Oryza sativa L.).....................................................

3

2.1.1. Nguồn gốc và đặc điểm hình thái của cây lúa ...........................................

3

2.1.2. Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa......................................................

6

2.1.3. Vai trò của đạm đối với cây lúa ................................................................

7

2.1.4. Sơ lược về giống lúa OM2517 ..................................................................

8

2.2. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO HIỆN NAY .........................

9

2.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Burkholderia .............................................

10

2.3.1. Vi khuẩn Burkholderia .............................................................................

10

2.3.2. Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia ....................................

13

2.4. CỐ ĐỊNH ĐẠM SINH HỌC ............................................................................

14

2.4.1. Khái quát về cố định đạm sinh học ...........................................................

14

2.4.2. Cơ chế cố định đạm của vi sinh vật ..........................................................

14

2.5. PHÂN VI SINH VÀ TRIỂN VỌNG SỬ DỤNG PHÂN VI SINH ....................

16

2.5.1. Khái niệm.................................................................................................

16

2.5.2. Phân loại ..................................................................................................

16

2.5.3. Triển vọng sử dụng phân vi sinh...............................................................

18

CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............

20

3.1. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ......................................................................

20

3.1.1. Vật liệu thí nghiệm ...................................................................................

20

iv


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

3.1.2. Hóa chất ...................................................................................................

20

3.1.3. Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................

21

3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................................................

22

3.2.1. Kế hoạch thực hiện đề tài .........................................................................

22

3.2.2. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................

22

3.2.3.Tiến hành thí nghiệm.................................................................................

23

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................

30

4.1. Mật số trung bình của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 trong đất trước sạ và
đất vùng rễ lúa. ........................................................................................................

30

4.2. Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 trên các chỉ tiêu sinh trưởng
của cây lúa...............................................................................................................

32

4.2.1. Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên chiều cao trung
bình của cây lúa (cm). .............................................................................................

34

4.2.2. Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên chiều dài rễ trung
bình của cây lúa (cm). .............................................................................................

35

4.2.3. Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên số chồi tối đa và số
chồi hữu hiệu của cây lúa (cm). ...............................................................................

37

4.3. Ảnh hưởng của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1 lên các chỉ tiêu
về năng suất của cây lúa. .........................................................................................

40

4.3.1. Ảnh hưởng của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1 lên số hạt
chắc trên buội của cây lúa........................................................................................

42

4.3.2. Ảnh hưởng của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1 lên tỉ lệ
hạt chắc trên buội của cây lúa. .................................................................................

43

4.3.3. Ảnh hưởng của vi khuẩn cố định đạm Burkholderia sp. KG1 lên trọng
lượng 1000 hạt của cây lúa. .....................................................................................

44

4.4. Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên năng suất lúa
(g/chậu) ...................................................................................................................

45

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................

47

5.1. KẾT LUẬN ......................................................................................................

47

5.2. ĐỀ NGHỊ .........................................................................................................

47

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................

48

v


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

PHỤ LỤC...............................................................................................................

a

Phụ lục 1: Xử lý số liệu chiều cao cây lúa trồng trong chậu đất (cm) .......................

a

Phụ lục 2: Xử lý số liệu chiều dài rễ cây lúa trồng trong chậu đất (cm). ...................

c

Phụ lục 3: Xử lý số liệu số chồi tối đa cây lúa trồng trong chậu đất. ........................

e

Phụ lục 4: Xử lý số liệu số chồi hữu hiệu cây lúa trồng trong chậu đất. ...................

h

Phụ lục 5: Xử lý số liệu số hạt chắc trên buội của cây lúa trồng trong chậu đất.......

k

Phụ lục 6: Xử lý số liệu tỉ lệ hạt chắc của cây lúa trồng trong chậu đất (%). ............

m

Phụ lục 7: Xử lý số liệu trọng lượng 1000 hạt của cây lúa trồng trong chậu đất
(g). ..........................................................................................................................

p

Phụ lục 8: Xử lý số liệu mật số vi khuẩn trong đất. ..................................................

r

Phụ lục 9: Xử lý số liệu năng suất lúa trên chậu (g/chậu) .........................................

v

vi


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

DANH SÁCH HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

2.1

Vi khuẩn Burkholderia

11

2.2

Burkholderia vietnamiensis

12

3.1

Cách pha loãng vi khuẩn bám trên hạt lúa

24

4.1

Khảo sát mật số vi khuẩn trong đất vùng rễ và đất trước sạ

30

4.2

Đĩa petri dùng để đếm mật số vi khuẩn bằng phương pháp
nhỏ giọt

4.3

32

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên chiều cao của cây lúa

4.4

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên chiều dài rễ của cây lúa

4.5

35

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân

đạm hóa học lên số chồi tối đa của cây lúa

4.6

34

37

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên số chồi hữu hiệu của cây lúa

38

4.7

So sánh số chồi tối đa và số chồi hữu hiệu

38

4.8

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên số hạt chắc trên buội của cây lúa

4.9

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên tỉ lệ hạt chắc trên bụi của cây lúa

4.10

43

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 và phân
đạm hóa học lên trọng lượng 1000 hạt của cây lúa (g)

4.11

42

44

Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1
và phân đạm hóa học lên năng suất lúa

vii

45


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Thành phần môi trường Pseudomonas Isolation Agar 46,4g/l

20

3.2

Sơ đồ bố trí thí nghiệm

22

3.3

Các nghiệm thức trong thí nghiệm với vi khuẩn Burkholderia

23

sp. KG1
3.4

Lượng phân bón cần cho 1ha

27

3.5

Lượng phân cần bón cho một chậu

28

3.6

Lượng phân urea bón cho từng chậu lúa theo từng mức phân

28

bón và theo từng đợt
4.1

Mật số vi khuẩn trong đất trước sạ và đất vùng rễ

4.2

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên các chỉ tiêu
sinh trưởng của cây lúa

4.3

31

33

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên các chỉ tiêu 41
về thành phần năng suất của cây lúa

4.4

Ảnh hưởng của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 lên năng suất

của cây lúa

viii

46


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AMF

Bào tử nấm rễ của cây thân bụi

ATP

Adenosine – 5’ – triphotphate

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

FAO

Food Agriculture Organization

IAA

Indol acetic acid

IPNI

Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế

NADP

Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate

NADPH

Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydro

NSS

Ngày sau sạ

NT

Nghiệm thức

PGPR

Plant Growth Promoting Rhizobacter

PSM

Phosphate solubilizing microorganism

TS

Trước sạ

VAM

Vesicular-Arbuscular Mycorrhizae

ix


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

TÓM LƯỢC

Đề tài được thực hiện để đánh giá hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn
Burkholderia sp. KG1 thông qua việc phân tích số liệu về các chỉ tiêu nông học
trên cây lúa cao sản OM2517 như: chỉ tiêu về sinh trưởng, chỉ tiêu về năng suất.
Đồng thời khảo sát mật số vi khuẩn trong đất trước sạ và đất vùng rễ của cây lúa
ở giai đoạn 33 ngày sau sạ.

Kết quả khảo sát mật số vi khuẩn cho thấy khi chủng vi khuẩn Burkholderia
sp. KG1 kết hợp với bón 50% đạm hóa học tạo điều kiện tốt nhất cho sự phát
triển mật số của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1. Đồng thời kết quả nghiên cứu
các chỉ tiêu nông học của cây lúa cho thấy vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 ảnh
hưởng rất hữu hiệu lên sự phát triển chiều cao cây lúa, sự phát triển chồi tối đa
thành chồi hữu hiệu, số hạt chắc trên bụi và đặc biệt là năng suất lúa trên chậu.

Khi chủng vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 kết hợp với bón 50% đạm hóa học
cho hiệu quả tương đương với bón 100% phân đạm hóa học điều này đồng
nghĩa với việc vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 có khả năng cung đến 50% đạm
sinh học cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa.

Từ khóa: Vi khuẩn Burkholderia sp. KG1, lúa cao sản OM2517.
x


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phân bón là một trong những yếu tố quan trọng và được sử dụng với một
lượng khá lớn trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hàng năm. Theo đánh giá
của Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 3035% tổng sản lượng cây trồng. Tuy nhiên việc sử dụng phân bón ngày càng
không hợp lý, tính từ năm 1985 tới năm 2007, diện tích gieo trồng ở nước ta chỉ
tăng 57,7% nhưng lượng phân bón sử dụng tăng tới 517%. Theo tính toán, lượng
phân vô cơ sử dụng tăng mạnh trong vòng 20 năm qua, tổng các yếu tố dinh
dưỡng đa lượng N+P2O5+K2O năm 2007 đạt trên 2,4 triệu tấn, tăng gấp hơn 5 lần
so với lượng sử dụng của năm 1985. Nhưng xét về mặt kinh tế thì khoảng 2/3
lượng phân bón hàng năm cây trồng chưa sử dụng được đồng nghĩa với việc 2/3
lượng tiền người nông dân bỏ ra mua phân bón bị lãng phí, với tổng thất thoát lên
tới khoảng 30 nghìn tỷ đồng tính theo giá phân bón hiện nay. Xét về mặt môi
trường, trừ một phần các chất dinh dưỡng có trong phân bón được giữ lại trong
các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụ sau, hàng năm một lượng lớn
phân bón bị rửa trôi hoặc bay hơi đã làm xấu đi môi trường sản xuất nông nghiệp

và môi trường sống, đó cũng là những tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước, không
khí, làm giảm độ phì nhiêu của đất, thay đổi cơ cấu của đất, tích trữ nitrat gây
độc trong đất,…Trong số đó phân do sản xuất lúa gây ra đối với việc ô nhiễm
môi trường là vấn đề đáng được quan tâm nhất.
( />Đối với phân đạm, hàng năm chi phí cho phân đạm trong nông nghiệp trên
thế giới khoảng 4,5 tỉ USD và tăng với một tỷ lệ tương đương dân số thế giới là
2% (Shenoy, 2001). Hiệu quả bón phân đạm giảm dần theo mùa vụ, gây ô nhiễm
nitrate, acid hóa đất và sinh ra những loại khí nhà kính như NH3, NO,… đây là
một số vấn đề kinh tế và môi trường đang được quan tâm khi sử dụng phân bón
hoá học. Hầu hết phân đạm được sản xuất theo quy trình Haber-Bosch, đòi hỏi
một lượng lớn khí tự nhiên như than đá hoặc dầu đây đều là những nguồn năng
lượng không thể phục hồi. Thêm vào đó việc sản xuất đạm hóa học sinh ra một
1


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

lượng lớn khí CO2 là một trong những nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính mà
cả thế giới đang tìm cách khắc phục. Hơn nữa, chỉ 1/3 lượng đạm bón vào đất
được cây trồng sử dụng, lượng còn dư sẽ thất thoát ra môi trường gây ô nhiễm
nước ngầm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra việc sử dụng quá
mức lượng đạm hóa học sẽ dẫn đến sản sinh ra N2O góp phần gây nên hiện tượng
nóng lên toàn cầu (Stolzful, 1997).
Vì vậy việc sử dụng một loại phân bón mới là vấn đề cấp thiết và phân vi
sinh với những đặc tính ưu việt của nó như: đảm bảo năng suất cây trổng, giảm
chi phí, không gây ô nhiễm môi trường, an toàn với con người. Đồng thời phân
vi sinh cũng cải thiện những đặc tính của đất: làm đất tơi xốp, làm cho đất dễ cày
bừa, tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất, cải thiện và bổ sung những vi sinh

vật có ích trong đất (Lê Văn Tri, 2000) đang được chú ý và nghiên cứu rất nhiều.
Nhiều nghiên cứu đã phân lập được các dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm
trên

cây

lúa

như:

Azospirillum,

Herbaspirillum,

Gluconacetobacter

diazotrophicus, Pseudomonas, Burkholderia, Alcagenesfaecalis,.... Đặc biệt là vi
khuẩn Burkholderia có khả năng cố định đạm cao trên cây lúa. Đã có rất nhiều
nghiên cứu về đặc điểm sinh lý, sinh hóa và khả năng cố định đạm của vi khuẩn
Burkholderia. Tuy nhiên để ứng dụng vi khuẩn Burkholderia vào việc sản xuất
phân vi sinh cần phải nghiên cứu hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn này và đề
tài “Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia sp. KG1 trên cây lúa cao
sản trồng trong chậu” là hướng nghiên cứu cần thiết và mang tính cấp thiết hiện
nay nhằm đáp ứng yêu cầu xác định hiệu quả cố định đạm của dòng vi khuẩn
Burkholderia sp. KG1.
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu nhằm xác định hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn
Burkholderia sp. KG1 khi chủng cho cây lúa cao sản trồng trong chậu.

2

Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1. SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA (Oryza sativa L.)
2.1.1. Nguồn gốc và đặc điểm hình thái của cây lúa
 Nguồn gốc
Cây lúa được trồng hiện nay đã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài và
khá phức tạp, với nhiều thay đổi rất lớn về đặc điểm hình thái, nông học, sinh
lý và sinh thái để thích nghi với điều kiện khác nhau của môi trường thay đổi
theo không gian và thời gian. Sự tiến hoá này bị ảnh hưởng rất lớn bởi 2 tiến
trình chọn lọc: chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo.
Hai loài lúa trồng hiện nay là Oryza sativa L. ở Châu Á và Oryza
glaberrima Steud. ở Châu Phi. Chang (1976) đã tổng kết nhiều tư liệu nghiên
cứu và đưa ra cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay ở Châu Á. Theo
ông, các loài lúa trồng hiện nay ở Châu Á có tổ tiên trực tiếp là Oryza nivara,
một loài lúa hoang hằng niên và ngày nay cây lúa tiến hóa thành ba nhóm chủ
yếu: Indica, Japonica, Javanica (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
Lịch sử trồng lúa nước ở Việt Nam đã xây dựng thành nền văn hóa lúa
nước nổi tiếng ở Châu Á. Cuối thời kỳ nền văn hóa Hòa Bình (8.000 năm), nền
nông nghiệp sơ khai mới xuất hiện. Thời kỳ văn hóa Bắc Sơn (6.000 – 5.000
năm); cư dân trên đất Việt đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm trồng lúa. Các câu
lạc bộ trồng lúa đã xuất hiện trong thời kỳ này, đánh dấu giai đoạn phát triển mới
trong lịch sử phát triển nền văn minh người Việt, ổn định cuộc sống thay vì du
canh, du cư. Sự phát triển của nghề luyện kim tiếp theo sau đó đã giúp nghề nông
tiếp tục hưng thịnh, đặc biệt vào thời kỳ Hùng Vương. Suốt quá trình lập quốc và

phát triển đất nước, người Việt đã liên tục cải tiến ngành trồng lúa, nhằm thỏa
mãn sức ép tăng dân số. Vào thế kỷ thứ I, dân số của 3 quận Giao Chỉ, Cửu Chân
và Nhật Nam có khoảng 1 triệu người. Đầu thế kỷ 15, dân số đạt 3.300.100
người. Năm 1921, dân số Việt Nam là 30 triệu người; năm 1980 là 54 triệu và
hiện nay trên 80 triệu (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2009).

3


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

 Đặc điểm hình thái của cây lúa
Các giống lúa khác nhau thì có những đặc điểm về chiều cao, thời gian
sinh trưởng (dài hay ngắn), chịu mặn,….khác nhau. Song cây lúa đều có các đặc
tính chung về hình thái, giải phẩu và đều có bộ rễ, thân, lá, bông và hạt lúa.
 Rễ lúa
Rễ có nhiệm vụ hút nước và chất dinh dưỡng nuôi cây, giúp cây bám chặt
vào đất, cho nên bộ rễ có khỏe mạnh thì cây lúa mới tốt được. Trong điều kiện
bình thường rễ non có màu trắng sữa, rễ già sẽ chuyển sang màu vàng, nâu nhạt
rồi nâu đậm, tuy nhiên phần chóp rễ vẫn còn màu trắng. Bộ rễ không phát triển,
rễ bị thối đen biểu hiện tình trạng mất cân bằng dinh dưỡng trong đất, cây lúa
không hấp thu được dinh dưỡng nên còi cọc, lá vàng, dễ bị bệnh và rụi dần nếu
không có biện pháp xử lý kịp thời. Sự phát triển của bộ rễ tốt hay xấu tùy loại
đất, điều kiện nước ruộng, tình trạng dinh dưỡng của cây và giống lúa.
Bộ rễ lúa thuộc rễ chùm, rễ lúa gồm rễ mầm và rễ phụ.
 Thân lúa
Thân lúa (stem) gồm những mắt và lóng nối tiếp nhau. Lóng là phần thân
rỗng ở giữa 2 mắt và thường được bẹ lá ôm chặt. Thông thường các lóng bên

dưới ít phát triển nên các mắt rất khít nhau, chỉ có khoảng 3-8 lóng trên cùng
bắt đầu vươn dài khi lúa có đòng (2-35 cm). Thiết diện của lóng có hình tròn
hay bầu dục với thành lóng dày hay mỏng và lóng dài hay ngắn tùy từng loại
giống và điều kiện môi trường, đặc biệt là nước.
 Lá lúa
Lúa là cây đơn tử diệp (1 lá mầm). Lá lúa mọc đối ở 2 bên thân lúa, lá ra
sau nằm về phía đối diện với lá trước đó. Lá trên cùng (lá cuối cùng trước khi
trổ bông) gọi là lá cờ hay lá đòng. Lá lúa gồm phiến lá, cổ lá và bẹ lá.

4


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

 Bông lúa
Bông lúa (panicle) là cả một phát hoa bao gồm nhiều nhánh gié có
mang hoa (spikelet).
Sau khi ra đủ số lá nhất định thì cây lúa sẽ trổ bông. Bông lúa là loại
phát hoa chùm gồm một trục chính mang nhiều nhánh gié bậc nhất, bậc hai và
đôi khi có nhánh gié bậc ba. Hoa lúa được mang bởi một cuống hoa ngắn mọc ra
từng nhánh gié này.
Hạt lúa khi chưa thụ phấn, thụ tinh thì gọi là hoa lúa (spikelet). Hoa lúa
thuộc loại dĩnh hoa, gồm trấu lớn (dưới), trấu nhỏ (trên) tương ứng với dĩnh
dưới và dĩnh trên, một bộ nhụy cái, một bộ nhị đực (hoa lưỡng tính tự thụ).
Bông lúa có nhiều dạng: bông túm hoặc xòe (do các nhánh gié bậc nhất tạo
với trục bông một góc nhỏ hay lớn), đóng hạt thưa hay dày (thưa nách hay dày
nách), cổ hở hay cổ kín (cổ bông thoát ra khỏi bẹ lá cờ hay không) tùy đặc tính
giống và điều kiện môi trường.

 Hạt lúa
Gồm có: phần vỏ lúa và hạt gạo.
Vỏ lúa:
Vỏ lúa gồm 2 vỏ trấu ghép lại (trấu lớn và trấu nhỏ). Ở gốc 2 vỏ trấu chổ
gắn vào đế hoa có mang hai tiểu dĩnh. Phần vỏ chiếm khoảng 20% trọng lượng
hạt lúa.
Hạt gạo:
Bên trong vỏ lúa là hạt gạo. Hạt gạo gồm 2 phần:
 Phần phôi hay mầm (embryo): nằm ở góc dưới hạt gạo, chổ đính vào đế
hoa, ở về phía trấu lớn.
 Phôi nhũ: chiếm phần lớn hạt gạo chứa chất dự trữ, chủ yếu là tinh bột
(phần gạo chúng ta ăn hàng ngày). Bên ngoài hạt gạo được bao bọc bởi một lớp
vỏ lụa mỏng chứa nhiều vitamin, nhất là vitamin nhóm B (Nguyễn Ngọc Đệ,
2008).

5


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

2.1.2. Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa
Đời sống cây lúa bắt đầu từ lúc hạt nẩy mầm cho đến khi lúa chín. Có thể
chia làm 3 giai đoạn chính: giai đoạn tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng), giai
đoạn sinh sản (sinh dục) và giai đoạn chín.
 Giai đoạn tăng trưởng:
Giai đoạn tăng trưởng bắt đầu từ khi hạt nẩy mầm đến khi cây lúa bắt đầu
phân hóa đòng. Giai đoạn này, cây phát triển về thân lá, chiều cao tăng dần và ra
nhiều chồi mới (nở bụi). Cây ra lá ngày càng nhiều và kích thước lá ngày càng

lớn giúp cây lúa nhận nhiều ánh sáng mặt trời để quang hợp, hấp thụ dinh dưỡng,
gia tăng chiều cao, nở bụi và chuẩn bị cho các giai đoạn sau.
 Giai đoạn sinh sản:
Giai đoạn sinh sản bắt đầu từ lúc phân hóa đòng đến khi lúa trổ bông. Giai
đoạn này kéo dài khoảng 27 ngày đến 35 ngày, trung bình 30 ngày và giống lúa
dài ngày hay ngắn ngày thường không khác nhau nhiều. Lúc này, số chồi vô hiệu
giảm nhanh, chiều cao tăng lên rõ rệt do sự vươn dài của 5 lóng trên cùng. Đòng
lúa hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn, cuối cùng thoát ra khỏi bẹ của lá
cờ và trổ bông.
 Giai đoạn chín:
Giai đoạn chín bắt đầu từ lúc trổ bông đến lúc thu hoạch. Giai đoạn này
trung bình khoảng 30 ngày đối với hầu hết các giống lúa ở vùng nhiệt đới. Tuy
nhiên, nếu đất ruộng có nhiều nước, thiếu lân, thừa đạm, trời mưa ẩm, ít nắng
trong thời gian nầy thì giai đoạn chín sẽ kéo dài hơn và ngược lại.

6


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

2.1.3. Vai trò của đạm đối với cây lúa
Cây lúa cần nhiều dưỡng chất khác nhau. Có những chất cây lúa cần với số
lượng lớn, gọi là chất đa lượng như N, P, K, Si, Ca, Mg,… có chất cây lúa cần
với số lượng rất ít, gọi là chất vi lượng như Fe, Zn, Cu, S,…thiếu hoặc thừa một
trong số các chất này, cây lúa sẽ phát triển không bình thường. Trong đó đạm là
yếu tố quan trọng nhất đối với cây lúa, đạm có vai trò quyết định trong quá trình
trao đổi chất và năng lượng cũng như các hoạt động sinh lý của cây. Nó là cơ sở
cấu tạo nên tế bào và mô cây, chất tạo hình cho cây lúa, thành phần chủ yếu của

protein và chất diệp lục làm cho lá xanh tốt, gia tăng chiều cao, tăng số chồi, kích
thước lá thân thúc đẩy quá trình quang hợp tích lũy chất hữu cơ. Đạm giữ vai trò
quan trọng đối với việc hình thành bộ rễ, thúc đẩy nhanh quá trình đẻ nhánh và
cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của thân lá. Do đó, có thể dựa vào màu
sắc và kích thước lá, chiều cao và khả năng nở bụi của cây lúa để chuẩn đoán
tình trạng dinh dưỡng đạm trong cây (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
Cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng đều sử dụng đạm dưới hai dạng
chủ yếu là ammonium (NH4+) và nitrat (NO3-) nhưng phổ biến là dạng
ammonium (NH4+), cây lúa hấp thu đạm ammonium nhanh hơn đạm nitrat. Dù
vậy cây lúa vẫn không tích lũy được ammonium trong tế bào lá, lượng
ammonium dư thừa sẽ kết hợp thành asparagin ở trong lá. Ngược lại khi nồng độ
NO3- trong môi trường cao thì cây lúa tích lũy nhiều NO3- trong tế bào (Nguyễn
Ngọc Đệ, 2008).
Tùy theo giai đoạn sinh trưởng của cây lúa mà cây có nhu cầu đạm khác
nhau. Ở các giai đoạn tăng trưởng thì đạm giúp cây tăng trưởng về chiều cao, tạo
chồi, đẻ nhánh, tăng số lá trên cây và tăng diện tích lá.
Nếu thiếu đạm cây lúa ít nở bụi, chồi nhỏ, lá ngắn hẹp và trở nên vàng và rụi
sớm, cây lúa còi cọc không phát triển. Ngược lại khi thừa đạm cây sinh trưởng
quá mức, tán lá xum xuê tạo điều kiện cho sâu bệnh phát triển và ảnh hưởng rất
lớn đến việc ngã đổ ở các giai đoạn sau. Ở trong cây, đạm chủ yếu được tích lũy
trong thân, lá, khi lúa trổ có khoảng 48-71% đạm được đưa lên bông. Trong giai
đoạn sinh sản, đạm có vai trò trong việc tạo ra mầm hoa, tăng số hạt trên gié,
tăng số gié trên bông và còn giúp tăng số chồi hữu hiệu. Nếu thiếu đạm cây lúa
7


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

sẽ thành lập bông ngắn, ít hạt, hạt nhỏ và có nhiều hạt thoái hóa. Còn khi thừa
đạm, cây lúa sẽ phát triển thân lá quá mức, mô non, mềm dễ ngã, tán lá rậm rạp,
dễ nhiễm sâu bệnh, nên làm giảm năng suất lúa rất lớn. Trong giai đoạn chín thì
quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong lá và thân diễn ra rất mạnh, lá cần gia
tăng tốc độ quang hợp nhưng khi thiếu đạm thì quá trình tổng hợp diệp lục tố
không xảy ra dẫn đến tốc độ quang hợp giảm. Khi đó tinh bột không đủ chuyển
vào bên trong hạt làm cho hạt bị lép (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
Nguyên nhân cây lúa thiếu đạm: Có thể do một hoặc nhiều yếu tố ảnh hưởng.
 Nồng độ đạm trong đất thấp
 Lượng đạm cung cấp không đủ
 Phân đạm sử dụng không hiệu quả (mất do bay hơi, quá trình khử nitrat,
sử dụng không đúng cách hoặc do sự rửa trôi của dòng chảy)
 Điều kiện ngập nước trong một thời gian dài, do mưa rửa trôi.
 Đất bị khô hạn trong quá trình canh tác
 Sự cố định đạm sinh học ít
2.1.4. Sơ lược về giống lúa OM2517
 Nguồn gốc:
Giống lúa OM2517 có nguồn gốc từ tổ hợp lai OM1325/OMCS94. Được
công nhận giống chính thức năm 2004 theo Quyết định số 2182 QĐ/BNNKHCN ngày 29/7/2004 của Bộ Nông Nghiệp & PTNT.
 Đặc tính:
 Thời gian sinh trưởng: 85 - 90 ngày.
 Chiều cao cây 90 - 100 cm, khả năng đẻ nhánh khá.
 Hơi nhiễm rầy nâu, hơi kháng bệnh đạo ôn (cấp 5).
 Năng suất trung bình: Vụ Đông xuân: 6-8 tấn/ha, vụ Hè Thu : 4-5 tấn/ha.
 Khối lượng 1000 hạt 26 - 28g.
 Hàm lượng amyloza 24 - 25%, ít bạc bụng, chiều dài hạt gạo 7,0 - 7,3
mm.
 Giống thích nghi rộng, dễ canh tác, phù hợp với đất đai vùng Đồng Bằng
Sông Cửu Long (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2008).

8


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

2.2. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO HIỆN NAY
Diện tích trồng lúa trên thế giới đã gia tăng rõ rệt từ năm 1955 đến 1980.
Trong vòng 25 năm này, diện tích trồng lúa trên thế giới tăng bình quân 1,36
triệu ha/năm (FAO, 2006). Từ năm 1980, diện tích lúa tăng chậm và đạt cao nhất
vào năm 1999 (156,77 triệu ha) với tốc độ tăng trưởng bình quân 630 ngàn
ha/năm. Từ năm 2000 trở đi diện tích trồng lúa trên thế giới có nhiều biến động
và có xu hướng giảm dần, đến năm 2005 còn ở mức 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 phải kể là Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Bangladesh, Thái Land.
Việt Nam đứng hàng thứ 6 trước Miến Điện.
Đến năm 2005, theo thống kê của FAO (2006) Việt Nam đứng vào nhóm 20
nước có năng suất cao, đặc biệt là vượt trội trong khu vực Đông Nam Á nhờ thuỷ
lợi được cải thiện đáng kể và áp dụng nhanh các tiến bộ kỹ thuật về giống, phân
bón và bảo vệ thực vật.
Hiện nay, Việt Nam đứng hàng thứ 6 thế giới về diện tích gieo trồng lúa và
đứng hàng thứ 5 về sản lượng lúa. Hạt gạo Việt Nam chẳng những đủ bảo đảm
yêu cầu về an ninh lương thực trong nước mà còn góp phần rất quan trọng trong
thị trường lúa gạo thế giới.
Riêng Đồng Bằng Sông Cửu Long, từ sau 1975 đến nay, việc sản xuất lúa đã
vươn lên mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của hệ thống thủy lợi và thủy nông
nội đồng, cùng những tiến bộ kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trên đồng ruộng,
trở thành vùng trọng điểm sản xuất lúa xứng đáng của cả nước. Từ vùng lúa nổi
mênh mông, An Giang, Đồng Tháp, vùng trũng phèn Đồng Tháp Mười, Tứ

Giác long Xuyên, với chỉ một vụ lúa mùa, năng suất thấp và bấp bênh… nay
đã chuyển dần thành vùng lúa 2-3 vụ ngắn ngày năng suất cao, ổn định; cộng
với những hệ thống canh tác đa dạng đã góp phần rất đáng kể vào sản lượng
lương thực và lượng nông sản hàng hóa xuất khẩu hàng năm của cả nước.
Năng suất bình quân cả năm của toàn đồng bằng đã gia tăng từ 2,28 t/ha
(1980) đến 3,64 t/ha (1989) và 4,8 t/ha (2004), cá biệt có một số huyện có thể
đạt được năng suất bình quân trên 6,5 t/ha/vụ và 12 – 17 t/ha/năm với 2 – 3 vụ
lúa (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
9


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

2.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Burkholderia
2.3.1. Vi khuẩn Burkholderia
 Phân loại
Giới:

Vi khuẩn

Ngành: Proteobacteria
Lớp:

Betaproteobacteria

Bộ:

Burkholderiales

Họ:

Burkholdiaceae

Chi:

Burkholderia

Burkholderia được tìm thấy vào năm 1992, khi Yabuuchi et al. phân loại lại
những loài Pseudomonas dựa vào rRNA nhóm II.
Các chi của Burkholderia chứa hơn 30 loài ( Ngoài các dòng vi khuẩn
có khả năng cố định đạm, nhiều loài Burkholderia cũng gây ra bệnh cơ hội trên
con người và là tác nhân gây bệnh cây trồng.
( /> Đặc điểm
Burkholderia là vi khuẩn Gram âm với một lớp màng bên ngoài chủ yếu bao
gồm các lipopolysacharides. Có khả năng cố định đạm trong các loại thực vật,
oxy hóa amoni để sản xuất nitrit-một hóa chất quan trọng cho chức năng thực vật
và gây ra các loại bệnh. Burkholderia được tìm thấy trong các mẫu môi trường,
chẳng hạn như nước thải, đất hoặc nước ngầm trên toàn thế giới.
( />d=1111).
Burkholderia có hình que, đường kính khoảng 1m, chúng có thể di chuyển
bằng các chiên mao ở đầu. Vi khuẩn Burkholderia sinh trưởng phát triển trong
điều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí, nhưng trong môi trường ít khí oxi thì phát triển
tốt nhất, chúng phát triển sâu trong môi trường nuôi cấy từ 1-4mm. Trong môi
trường nuôi cấy chúng tạo khuẩn lạc trắng hoặc hơi vàng, đường kính khoảng 24mm.

10

Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

Hình 2.1: Vi khuẩn Burkholderia.
( /> Khả năng cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia
Burkholderia vietnamiensis
Trong chi Burkholderia, Burkholderia cepacia có nhiều loài nhất và được
tập hợp lại thành Burkholderia cepacia complex bao gồm B.cepacia,
B.multivorans, B.cenocepacia, B.vietnamiensis, B.stabilis, B.ambifaria, B.dolosa,
B.anthina, and B.pyrrocinia trong đó Burkholderia vietnamiensis đang được
nghiên cứu rất nhiều về khả năng cố định đạm
( />Burkholderia vietnamiensis được phát hiện sống trong rễ lúa ở Việt Nam
vào năm 1994 (Gillis et al., 1995), đến măm 1996, người ta phát xác định
Burkholderia vietnamiensis là loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm.
Đa số các dòng vi khuẩn Burkholderia vietnamiensis và Burkholderia
kururiensis có dạng que ngắn, một số loài có que dài và tất cả điều có khả năng
chuyển động bằng chiên mao.
Burkholderia vietnamiensis được tìm thấy trong rễ bắp và cà phê. Loài
Burkholderia vietnamiensis được tìm thấy trên rễ lúa trồng miền nam Việt Nam,
thí nghiệm ở cây lúa chủng Burkholderia vietnamiensis sau 14 ngày chúng giúp
tăng khả năng đâm chồi 33%, rễ tăng 57%, bề mặt lá tăng 30%, năng suất tăng từ
13 – 22%.
11


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

Hình 2.2: Burkholderia vietnamiensis
/>Vi khuẩn Burkholderia spp.
Những loài Burkholderia, trong đó có Burkholderia spp. liên kết với nhiều
đối tượng như tuyến trùng (Meyer et al., 2001; Jagdale và Grewal, 2002), côn
trùng, động vật, protozoa, cũng như thực vật và nấm. Burkholderia spp. có khả
năng sống trên bề mặt hoặc xâm nhập, tồn tại bên trong tế bào của sinh vật chân
hạch (eukaryote). Đối với nấm, đã có nghiên cứu cho thấy Burkholderia spp.
xâm nhập và lấn áp bào tử nấm rễ của cây thân bụi (AMF) trong điều kiện
invitro.
Đã có nhiều báo cáo về lợi ích của việc cộng sinh giữa AMF và vi khuẩn
như Burkholderia spp. Làm tăng sự hình thành hệ nấm vùng rễ và cả với nấm
không thuộc hệ vùng rễ (noo-mycorrhizal fungus).
Vi khuẩn tự do vùng rễ như B. vietnamiensis và B. pseudomallei có khả năng
tấn công AMF và xâm nhập vào bên trong, chúng tồn tại và phát triển nhưng
người ta chưa phân biệt được Burkholderia spp. trên bề mặt và bên trong AMF.
Tuy nhiên, người ta đã tách được Burkholderia spp. trong hệ nấm vùng rễ và cả
nấm bên ngoài vùng rễ (ectomyrrohizal).
Người ta cho rằng, AMF cung cấp thức ăn và nơi ở cho vi khuẩn, còn vi
khuẩn ở bên trong hoặc bên bề mặt bào tử AMF có thể được bảo vệ từ các điều
kiện bất lợi của môi trường nhờ vách bào tử.
( />12


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

Một số dòng vi khuẩn Burkholderia có khả năng cố định đạm khác
Những loại Burkholderia cố định đạm cộng sinh:
B.tuberum là một loài có khả năng cố định đạm khi cộng sinh với các cây họ

đậu Carnosa Aspalathus ( />Burkholderia phymatum có khả năng cố định đạm khi cộng sinh với các cây
họ đậu Machaerium lunatum .
( />Những nghiên cứu khảo sát khả năng cố định đạm của vi khuẩn
Burkholderia tropica cho thấy khi chúng sống cộng sinh ở trong cây bắp trồng ở
Mexico cố định đạm tốt như ở cây mía trồng ở Brazil và Nam Phi (Reis et al.,
2004).
Những loại Burkholderia cố định đạm nội sinh khác như:
Burkholderia brasilensis (dòng 130), Burkholderia tropica (dòng ppe8) trên
cây mía.
Burkholderia kururiensis (Zhang et al., 2000), Burkholderia brasiensis,
Burkholderia tropicalis trên rễ, thân, lá, trái của khóm và chuối (Leonardo
M.C.et al., 2001; Weber et al., 1999; Coeyne, 2003).
Burkholderia unamae sống nội sinh trong bắp (Caballero – Mellado et al.,
2001).
Năm 2001, Estrada de Los Santos tìm thấy Burkholderia cepacia từ những
cánh đồng trồng bắp, cà phê từ những vùng khác nhau của Mexico khi phân lập
chúng từ rễ, mặt rễ và vùng rễ, cho thấy chúng có đặc tính giống Burkholderia
vietnamiensis TVV 75T.
2.3.2. Hiệu quả cố định đạm của vi khuẩn Burkholderia
Burkholderia vietnamiensis và cây lúa trồng ngoài đồng bón phân đạm 2530kg năng suất tương đương nhau.
Người ta tiến hành chủng vi khuẩn Herpaspirillum seropedicae và giống
Burkholderia vào cây lúa, kết quả các vi khuẩn có khả năng cố định khoảng 19%
tổng số đạm cần thiết cho cây.
Dòng vi khuẩn B.vietnamiensis BV3 có khả năng cung cấp 50% đạm sinh
học cho nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây lúa (Ngô Thanh Phong , 2011).
13


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

2.4. CỐ ĐỊNH ĐẠM SINH HỌC
2.4.1. Khái quát về cố định đạm sinh học
Cố định đạm sinh học là quá trình khử N2 thành NH3 dưới sự xúc tác của
enzyme nitrogenase. Sau đó NH3 có thể kết hợp với các acid hữu cơ để tạo thành
các acid amin và protein (Ngô Thanh Phong, 2011).
Quá trình cố định đạm xảy ra trong tế bào của các vi sinh vật đều giống nhau
là nhờ chúng có hệ thống gen nif (ni là chữ viết tắt của nitrogen – nitơ và f là
fixing – cố định) điều khiển quá trình tổng hợp enzyme nitrogenase. Nitrogenase
là hệ enzyme xúc tác cho phản ứng khử N2 thành NH3. Như vậy hệ thống gen nif
được xem là hệ thống gen điều khiển cho quá trình cố định đạm sinh học. Tuy
nhiên, ở vi khuẩn lam quá trình cố định đạm sinh học không xảy ra ở bất kỳ tế
bào nào mà chỉ xảy ra ở dị bào (heterocyst) (Heldt, 1999)
2.4.2. Cơ chế cố định đạm của vi sinh vật
Những điều kiện biến dưỡng cơ bản cho sự cố định ni-tơ là :
 Một chất khử mạnh, có thế oxid khử thấp (như ferredoxin khử,
flavodoxin, NADPH hay NADP, làm nguồn cung cấp điện tử).
 Một hệ thống ATP.
 Hệ enzyme nitrogenase.
 Nồng độ oxy rất thấp hoặc bằng 0.
Enzim nitrogenase xúc tác sự khử N2 thành NH3( hay NH+4) như sau:
N2 + 3XH2 + 6ATP -> 2 NH3 + 3X + 6ADP + 6Pi.
Enzim có 2 thành phần protein: một protein chứa Molipden, Fe (không
heme) và S; protein kia, nhỏ hơn, chỉ chứa Fe và S. Do đó thiếu Mo và Fe sẽ làm
mất khả năng cố định ni-tơ.
Nitrogenase cũng rất nhạy với oxy: oxy là một chất ức chế không hoàn
nghịch của nitrogenase. Điều mâu thuẫn là oxy cũng cần cho quá trình oxyphotphoryl hóa hô hấp cung cấp ATP cho phản ứng khử N2. Vậy cần có một cơ
chế giải quyết sự mâu thuẫn này: một nguồn oxy đảm bảo cho quá trình oxyphotphoryl hóa hô hấp, nhưng phải ở nồng độ đủ thấp để không ức chế
nitrogenase. Đó là vai trò của leghemoglobin, một hemoprotein có khả năng liên

14


Luận văn tốt nghiệp Đại học

Chuyên ngành Sinh học

kết oxy, mang oxy liên kết này đủ cho bacteroic hô hấp mà vẫn giữ được nồng độ
oxy tự do thấp ở mức cần thiết cho dịch bào (5-60 nM).
Ngoài khả năng khử N2, nitrogenase còn có thể khử nhiều hợp chất nối 3
khác như: oxid ni-tơ, xianur, acetilen. Bởi đó người ta thường dùng phản ứng
khử C2 H2 -> C2 H4 để ước lượng hoạt tính nitrogenase.
Nghiên cứu ở Rhizobium và Klebsiella, người ta đã biết được những gen mã
hóa nitrogenase : gọi là “nif gen” gồm gen nifH mã hóa thành phần protein-Fe và
gen nifD và nifK mã hóa protein Mo.Fe.
Nguồn chất khử và ATP được sử dụng cho sự khử N2 rất khác nhau tùy
thuộc loại sinh vật:
 Từ oxid hóa hô hấp và oxy-photphoryl hóa như ở Rhizobium,
Azotobacter (NADPH).
 Từ chuỗi e- quang hợp vòng và quang phophoryl hóa vòng như ở thanh
tảo (Fed khử) ( Nguyễn Thị Ngọc Lang ,1995).
Sự cố định đạm sinh học thông qua nhiều hệ thống kết hợp hoặc không kết
hợp trực tiếp với tế bào thực vật bậc cao:
 Hệ thống cộng sinh, thành nốt sần. Tiêu biểu là sự cộng sinh giữa vi
khuẩn Rhizobium và cây thuộc họ đậu. Theo tính toán của Santos (1999) thì cây
cần 200kgN/ha và cung cấp cho đất 300-400kgN/ha qua sự cộng sinh hoàn chỉnh.
 Hệ thống cộng sinh, không tạo ra nốt sần như trường hợp cộng sinh giữa
vi khuẩn lam và bèo hoa dâu, chúng đóng góp lượng đạm hàng năm cho đất trung
bình từ 79-103 kgN/ha/năm.
 Hệ thống cố định đạm không cộng sinh (vi khuẩn cố định đạm sống tự

do), gặp ở vi khuẩn Azotobacter và Azospirillum. Theo Yoshida và Ancajas
(1973) sự cố định nitơ ở vùng rễ lúa nước của vi khuẩn Azospirillum cung cấp
hàng năm từ 3-63kgN/năm (Nguyễn Xuân Hiển, 1975).

15