Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở đồng bằng sông cửu long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TRẦN VÕ HẢI ĐƯỜNG

PHÂN LẬP VI KHUẨN PHÂN GIẢI SILIC
TRONG ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CANH TÁC LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG
CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TRẦN VÕ HẢI ĐƯỜNG

PHÂN LẬP VI KHUẨN PHÂN GIẢI SILIC
TRONG ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CANH TÁC LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG
CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Pgs. Ts. NGUYỄN KHỞI NGHĨA
Ts. NGUYỄN THỊ NGỌC TRÚC

2021


LỜI CẢM TẠ
Tôi xin chân thành cảm ơn đến:
Pgs. Ts. Nguyễn Khởi Nghĩa – người Thầy đã tận tâm chỉ dạy, hướng
dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu và hỗ trợ tất cả các điều kiện
cần thiết giúp tơi hồn thành luận án.
Ts. Nguyễn Thị Ngọc Trúc đã giúp đỡ, hỗ trợ cho tơi có đủ điều kiện
cần thiết cho việc học tập nghiên cứu sinh.
Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban lãnh đạo Viện Nghiên
cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông
nghiệp, Khoa Sau Đại học và các Phòng Ban khác của Trường Đại học Cần
Thơ đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận án.
Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Bạc Liêu, Ban
lãnh đạo Khoa Nông nghiệp – Thủy sản, Phịng Tổ chức – Hành chính, Phịng
Đào tạo, các Phịng, Ban, Trung tâm khác, Q Thầy Cơ, Anh, Chị, Em đồng
nghiệp của Trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Bạc Liêu đã hỗ trợ, tạo điều
kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận án.
Pgs. Ts. Nguyễn Minh Chơn và Ts. Trương Thị Bích Vân đã kiểm tra,
đơn đốc các thủ tục, hồ sơ nghiên cứu sinh, giúp cho tơi có được các điều kiện
cần thiết cho báo cáo luận án.
Pgs. Ts. Trần Nhân Dũng, Pgs. Ts. Nguyễn Minh Chơn và Pgs. Ts.
Trương Trọng Ngơn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho tơi có đủ được các
điều kiện cần thiết cho việc tham gia và học tập làm nghiên cứu sinh tại Viện
Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học.
Ts. Trần Thị Ngọc Sơn – người Cô rất tận tâm và chu đáo chỉ dạy, giúp
đỡ cho tôi kiến thức trong nghiên cứu, làm việc cũng như các điều kiện cần
thiết giúp tơi hồn thành luận án.
Tất cả Quý Thầy Cô cùng các Anh Chị và các Em công tác tại Viện

Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ đã tận
tình chỉ dạy kiến thức, cách thực hiện nghiên cứu khoa học và cách làm việc
giúp cho tơi có được những nền tảng cơ bản cho việc thực hiện đề tài nghiên
cứu.
Gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị em là nghiên cứu sinh của
Viện NC & PT Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ (đặc biệt là chị
Lê Thị Xã) đã động viên, chia sẻ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian
thực hiện luận án.
i


Chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Pgs. Ts. Trần Văn Dũng, Thầy Ts.
Dương Minh Viễn, Cô Ts. Đỗ Thị Xuân và Cô Ts. Châu Thị Anh Thy đã đưa ra
các ý kiến góp ý rất quý báu về phương pháp và nội dung nghiên cứu cũng như
động viên tơi rất nhiệt tình để tơi thực hiện tốt luận án tiến sĩ này.
Chị Nguyễn Thị Thu Hà, em Nguyễn Thị Kiều Oanh, em Võ Thị Ngọc
Cẩm, anh Nguyễn Vũ Bằng, chị Đặng Thị Yến Nhung, Nguyễn Hoàng Kim
Nương, Lâm Tử Lăng, em Nguyễn Hữu Thiện, Nguyễn Thị Kiều Anh, Đỗ
Thành Luân, Lâm Tuấn Kiệt, Cao Thị Mỹ Tiên, Nguyễn Phúc Tun là cán bộ
Phịng thí nghiệm sinh học đất, Bộ môn Khoa học đất, Khoa nông nghiệp,
Trường đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi trong thực hiện các
thao tác kỹ thuật trong phịng thí nghiệm và cách trình bày báo cáo nghiên cứu
khoa học.
Gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Nguyễn Hồng Giang, em Trần Anh
Đức, anh Trần Huỳnh Khanh, chị Võ Thị Thu Trân, chị Đoàn Thị Trúc Linh,
chị Lê Thị Thanh Chi, em Huỳnh Mạch Trà My là cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ
môn Khoa học đất, Khoa nông nghiệp, Trường đại học Cần Thơ đã tận tình
giúp đỡ trong các cơng việc liên quan đến phân tích mẫu trong phịng thí
nghiệm và thủ tục giấy tờ và thanh tốn.
Em Đào Thị The (Học viên cao học lớp Công nghệ Sinh học K24,

Trường Đại học Cần Thơ), em Võ Việt Hải và Lâm Thanh Tâm (Sinh viên lớp
Khoa học đất K41 A2) đã tận tình, chung tay, chia sẻ và giúp đỡ tơi hồn thành
luận án tốt nghiệp này.
Bạn Ngơ Thị Phương Thảo (Học viên cao học lớp Công nghệ Sinh học
K20, Trường Đại học Cần Thơ) cùng các em học viên và sinh viên thuộc các
lớp Nông nghiệp Sạch K39, Khoa học đất K40, K41 A1, K41 A2, Bảo vệ thực
vật K41 gồm: Khúc Thành Lộc, Phan Hoàng Phúc, Nguyễn Phước Duy,
Nguyễn Quốc Tịnh, Nguyễn Bá Điền, Thạch Hoài Hận, Hồ Minh Thuấn,
Nguyễn Ngọc Hải, Nguyễn Hữu Thiện, Nguyễn Thị Như Ngọc, Huỳnh Như,
Bạch Thị Ngọc Tuyền, Lâm Quang Phương Mai, Sơn Thị Búp Pha, Đỗ Thành
Luân, Dương Trúc Mai, Trần Thị Thúy Cầm, Thị Hạnh Nguyên, Giang Yến
Anh, Đoàn Vũ Luận, Nguyễn Thị Thúy Kiều, Huỳnh Hiếu Hạnh, Nguyễn
Hoàng Nhi và Trần Thiện Chiến đã tận tình giúp đỡ trong q trình thu mẫu,
xử lý mẫu, phân tích và thu chỉ tiêu trong phịng thí nghiệm cũng như thí
nghiệm nhà lưới và ngoài đồng cho luận án tiến sĩ này.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô, các anh chị cùng các em công tác
tại Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã
động viên, giúp đỡ trực tiếp và gián tiếp để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ này.
ii


Gia đình chú Trương Văn Tự nơng dân ở ấp Long Hải, thị trấn Phước
Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu và chị Thái Thị Loan, Trưởng phịng
nơng nghiệp huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu đã tận tình giúp đỡ trong q
trình thực hiện nội dung thí nghiệm ngồi đồng.
Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, tôi xin chân thành bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên và người thân của gia đình gồm Ơng
Bà, Cha Mẹ ruột, Cha Mẹ Vợ, Cậu Dì, Cơ Chú Bác, Các Em Anh Chị và đặc
biệt là Vợ (Hồ Tú Quyên) và Con tôi (Trần Đường Minh) là những người luôn
đồng hành, sát cánh cùng tôi và đã hỗ trợ tơi hết mình về tinh thần và tài chính

trong những lúc khó khăn trong thời gian thực hiện luận án để giúp tôi vững
tin thực hiện thành công luận án tiến sĩ này.
Xin thành thật cảm ơn!
Trần Võ Hải Đường

iii


TÓM TẮT
Silic là một trong những nguyên tố dinh dưỡng mang nhiều lợi ích cho cây
trồng giúp cây cứng chắc, chống đổ ngã, tăng cường sự tiếp nhận ánh sáng ở lá,
kháng lại một số bệnh do nấm và vi khuẩn, chống lại sự tấn công của côn trùng,
giúp cây trồng chịu mặn, chống lại ngộ độc kim loại nặng và dư thừa N, P ở trong
mô thực vật. Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập một số dịng vi
khuẩn phân giải khống Si từ nhiều hệ sinh thái khác nhau như hệ vi khuẩn đường
ruột trùn đất, hệ vi khuẩn trong phân trùn đất và hệ vi khuẩn trong đất canh tác
chuyên canh lúa, mía và tre ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)
để tăng cường khả năng chống chịu mặn của cây lúa trên nền đất nhiễm mặn. Kết
quả cho thấy tổng cộng 387 dịng vi khuẩn có khả năng phân giải khống Si được
phân lập. Trong đó, 10 dịng vi khuẩn được định danh như loài Microbacterium
neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium
LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40,
Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13, Agromyces ulmi
PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27 và Olivibacter jilunii PTST_30 với độ
tương đồng từ 99-100% thể hiện khả năng phân giải khống Si cao nhất. Mặt
khác, 5 dịng vi khuẩn tuyển chọn gồm MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12
và PTST_30 phát triển mật số và phân giải Si tốt trong mơi trường có pH từ 5-7,
o

nhiệt độ 35 C và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl. Bên cạnh khả năng phân

giải Si, năm dòng vi khuẩn này còn có khả năng cố định đạm, hịa tan lân và tổng
hợp IAA. Mặt khác, chúng cịn có khả năng giúp cây lúa gia tăng khả năng chống
chịu mặn, sinh trưởng và sinh khối lúa khi được trồng ở điều kiện mặn trong
phịng thí nghiệm. Bên cạnh đó, thí nghiệm ở điều kiện nhà lưới và ngồi đồng
cho thấy 5 dịng vi khuẩn này giúp cây lúa gia tăng khả năng chống chịu mặn,
kích thích sinh trưởng và năng suất lúa. Đặc biệt, nghiệm thức bón hỗn hợp 5
dịng vi khuẩn phân giải Si này cho hiệu quả cao nhất trong việc kích thích sinh
trưởng và năng suất lúa và giúp tiết kiệm được 25% lượng phân bón NPK khuyến
cáo nhưng vẫn cho năng suất cao hơn so với nghiệm thức đối chứng dương.

Từ khóa: canh tác lúa, đất nhiễm mặn, Silic, vi khuẩn đất, vi khuẩn phân giải
Silic

iv


ABSTRACT
Silicon is one of the most beneficial nutrient elements, bringing many
benefits for plants in enhancement of the strength of plants to resist to the falling,
light reception of leaf, bacterial and fungal caused pathogen resistance, insect
attack resistance, salinity resistance, heavy metal toxicity resistance and avoiding
the over uptake of N and P in plant tissue. The objective of this study aimed at
isolating silicate solubizing bacteria from different habitats including earthworm’s
intestine, earthworm’s feces, rice soil, sugarcane soil, and bamboo soil from some
selected provinces in the Mekong Delta to enhance the salinity resistance of rice
and stimulate the growth and yield of rice under the salinity impact. The results
showed that 387 bacterial strains in total were obtained with a function in silicate
mineral solubilization. Among them, 10 strains identified as Microbacterium
neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium
LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40,

Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13, Agromyces ulmi
PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27, and Olivibacter jilunii PTST_30 with a
variation in similarity between 99-100% had the highest capability in silicate
mineral solubilization. In addition, these five selective bacteria including
MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12, and PTST_30 showed their best growth
and silicate mineral solubilizing capacity under the following inoculation
o

conditions pH 5-7, temperature 35 C, and salinity up to 0.5% NaCl. Beside that,
these five bacteria also had good capacity in nitrogen fixation, phosphorus
solubilization, and IAA synthesis. Moreover, they were also able to enhance the
salinity resistance capacity, growth, and biomass of rice when cultivated under the
laboratory salinity conditions. The greenhouse and field experiment indicated that
these five isolates helped to enhance the resistance capacity of rice toward
salinity, growth and yield promotion of rice. Especially, the treatment inoculated
with a mixture of these five bacterial isolates obtained the highest efficacy on rice
growth and yield stimulation, and saved 25% of recommended NPK dose, but
remained rice yield higher than as compared with the positive control treatment.

Keywords: rice cultivation, salt-affected soil, silicon, silicate solubilizing
bacteria, soil bacteria

v


vi


MỤC LỤC
Trang

LỜI CẢM TẠ............................................................................................ i
TÓM TẮT................................................................................................ iv
ABSTRACT.............................................................................................. v
LỜI CAM ĐOAN................................................... Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC................................................................................................ vi
DANH SÁCH BẢNG................................................................................ x
DANH SÁCH HÌNH.............................................................................. xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................xv
CHƯƠNG I............................................................................................... 1
GIỚI THIỆU............................................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề......................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................... 2
1.4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu..................................................... 3
1.5 Nội dung nghiên cứu......................................................................... 3
1.6 Đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án................4
CHƯƠNG II............................................................................................. 6
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU........................................................................ 6
2.1 Si trong đất........................................................................................ 6
2.2 Vai trò của Si đối với cây lúa............................................................. 6
2.3 Vai trò của Si trong việc bảo vệ cây trồng dưới điều kiện đất
nhiễm mặn............................................................................................... 7
2.4 Một số phương pháp đo Si hòa tan trong đất..................................... 9
2.5 Vi khuẩn phân giải Si...................................................................... 12
2.5.1 Nhóm vi khuẩn phân giải Si..................................................... 12
2.5.2 Đặc điểm sự phân giải Si của vi khuẩn..................................... 13
2.5.3 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình phân giải Si
của vi khuẩn...................................................................................... 13
2.6 Sự hấp thu, vận chuyển và tích lũy Si ở thực vật............................14
2.7 Một số đặc tính nơng học và nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa........16

2.7.1 Một số đặc tính nơng học của cây lúa....................................... 16
2.7.2 Nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa............................................... 17
2.8 Canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long dưới điều kiện xâm
nhập mặn............................................................................................... 20
2.9 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn phân giải Si trên cây
trồng trong và ngoài nước..................................................................... 22
2.9.1 Ngoài nước............................................................................... 22
2.9.2 Trong nước............................................................................... 24
CHƯƠNG III.......................................................................................... 27
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................27
vii


3.1 Thời gian và địa điểm...................................................................... 27
3.1.1 Thời gian nghiên cứu................................................................ 27
3.1.2 Địa điểm nghiên cứu................................................................. 27
3.2 Phương tiện nghiên cứu.................................................................. 27
3.2.1 Vật liệu thí nghiệm................................................................... 27
3.2.2 Các trang thiết bị hóa chất........................................................ 28
3.2.3 Các mơi trường được sử dụng trong đề tài...............................29
3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu............................................ 31
3.3.1 Nội dung nghiên cứu 1: Phân lập và tuyển chọn một số dịng
vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất, ruột và phân trùn
đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long.................................... 31
3.3.2 Nội dung nghiên cứu 2: Khảo sát mối quan hệ di truyền của
10 dòng vi khuẩn phân giải Si cao..................................................... 34
3.3.3 Nội dung nghiên cứu 3: Khảo sát khả năng cố định đạm, hòa
tan lân, tổng hợp IAA và một số acid hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn
tuyển chọn......................................................................................... 35
3.3.4 Nội dung nghiên cứu 4: Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu

tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi
khuẩn tuyển chọn.............................................................................. 39
3.3.5 Nội dung nghiên cứu 5: Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi
khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chịu mặn của cây lúa
trong điều kiện phòng thí nghiệm...................................................... 41
3.3.6 Nội dung nghiên cứu 6: Đánh giá hiệu quả của năm dòng vi
khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, sinh
trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện
nhà lưới và ngồi đồng...................................................................... 44
3.3.7 Phân tích số liệu....................................................................... 52
CHƯƠNG IV.......................................................................................... 53
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................ 53
4.1 Nội dung nghiên cứu 1: Phân lập và tuyển chọn một số dịng vi
khuẩn có khả năng phân giải Si từ các mẫu đất chuyên canh lúa, mía,
tre, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long......53
4.1.1 Kết quả phân lập....................................................................... 53
4.1.2 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào và sinh hóa của
54 dịng vi khuẩn tuyển chọn cho khả năng phân giải Si cao............54
4.1.3 Khả năng phân giải khống Si trong mơi trường lỏng của các
dòng vi khuẩn phân giải Si phân lập.................................................. 58
4.2 Nội dung nghiên cứu 2: Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10
dòng vi khuẩn phân giải Si cao............................................................. 60
4.2.1 Định danh 10 dịng vi khuẩn có tiềm năng ứng dụng cao nhất
60

viii


4.2.2 Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân
giải Si cao.......................................................................................... 61

4.3 Khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và một số acid
hữu cơ của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn................................................ 63
4.3.1 Khả năng số định đạm.............................................................. 63
4.3.2 Khả năng hòa tan 3 dạng lân khó tan........................................ 64
4.3.3 Khả năng tổng hợp IAA........................................................... 67
4.3.4 Khả năng tổng hợp một số acid hữu cơ....................................69
4.4 Nội dung nghiên cứu 4: Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường
lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si
tốt nhất.................................................................................................. 71
4.4.1 Ảnh hưởng của pH môi trường................................................. 71
4.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl......................................... 74
4.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................... 78
4.5 Nội dung nghiên cứu 5: Hiệu quả của năm dòng vi khuẩn phân
giải Si tuyển chọn lên khả năng chịu mặn của cây lúa trong điều kiện
phịng thí nghiệm.................................................................................. 82
4.5.1 Chiều dài thân lúa..................................................................... 82
4.5.2 Chiều dài rễ.............................................................................. 84
4.5.3 Sinh khối thân........................................................................... 85
4.5.4 Hàm lượng Si trong thân cây lúa.............................................. 88
4.5.5 Hàm lượng proline trong thân lúa............................................. 89
+
+
4.5.6 Tỷ lệ K /Na trong sinh khối khô............................................. 91
4.5.7 Mật số vi khuẩn phân giải Si trong mơi trường lỏng................92
4.5.8 Phân tích tương quan và hồi quy.............................................. 94
4.6 Nội dung nghiên cứu 6: Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn
phân giải Si tuyển chọn lên tăng cường khả năng chống chịu mặn,
sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện
nhà lưới và ngồi đồng.......................................................................... 96
4.6.1 Thí nghiệm nhà lưới................................................................. 96

4.6.2 Thí nghiệm ngồi đồng........................................................... 125
CHƯƠNG V.......................................................................................... 143
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................. 143
5.1 Kết luận......................................................................................... 143
5.2 Kiến nghị....................................................................................... 143
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 143
PHỤ LỤC.............................................................................................. 164

ix


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Một số phương pháp xác định Si hòa tan trong đất ....................
Bảng 3.1: Địa điểm và số lượng mẫu vật được thu thập .............................
Bảng 3.2: Danh sách tên và nguồn gốc các hóa chất được sử dụng ...........
Bảng 3.3: Thành phần phản ứng PCR với tổng thể tích 50 µL...................
Bảng 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trong nhà lưới .......................................
Bảng 3.5: Lịch bón phân hóa học ở các nghiệm thức thí nghiệm lúa .........
Bảng 3.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ngồi đổng tại ấp Long Hải, thị trấn
Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu (9/2018-1/2019) .....
Bảng 3.7: Lịch bón phân cho thí nghiệm ngoài đồng tại ấp Long Hải,
thị trấn Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu (9/20181/2019) ................................................................................................
Bảng 4.1: Một số đặc điểm hình thái khuẩn lạc của 54 dịng vi khuẩn
phân giải khoáng Si cao nhất trong tổng số 387 dòng vi khuẩn
phân lập ...............................................................................................
Bảng 4.2: Một số đặc điểm hình thái tế bào của 54 dịng vi khuẩn phân
giải khống Si cao nhất trong tổng số 387 dịng vi khuẩn phân lập
.............................................................................................................
Bảng 4.3: Khả năng phân giải khoáng Si của 25 dòng vi khuẩn tiêu biểu
nhất trong tổng số 387 dịng vi khuẩn phân lập trong mơi trường

dịch đất lỏng ........................................................................................
Bảng 4.4: Định danh 10 dòng vi khuẩn phân giải khoáng Si tốt nhất
theo độ tương đồng đoạn gen vùng 16S rRNA ...................................
Bảng 4.5: Tối ưu hóa hàm lượng Si hòa tan ...............................................
Bảng 4.6: Mật số vi khuẩn phân giải Si trong mơi trường lỏng được bố
trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa
0,3% NaCl ...........................................................................................
Bảng 4.7: Tương quan giữa hàm lượng Si trong thân cây lúa và một số
chỉ tiêu sinh trưởng .............................................................................
Bảng 4.8: Chiều cao cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên
nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018)
.............................................................................................................
Bảng 4.9: Chiều cao cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên
nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 2 (10/2018 –
01/2019) ..............................................................................................
Bảng 4.10: Hàm lượng chlorophyll trong lá lúa của các nghiệm thức thí
nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 1
(6/2018 – 9/2018) ................................................................................
Bảng 4.11: Hàm lượng chlorophyll trong lá lúa của các nghiệm thức thí
nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 2
(10/2018 – 01/2019) ..........................................................................
x


Bảng 4.12: Độ cứng lóng thân cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm
trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 1 ở thời
điểm thu hoạch (6/2018 – 9/2018) ....................................................
Bảng 4.13: Độ cứng lóng thân cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm
trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 2 ở thời
điểm thu hoạch (10/2018 – 01/2019) ................................................

Bảng 4.14: Mật số vi khuẩn phân giải Si của các nghiệm thức thí
nghiệm trong nhà lưới ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018) ..............................
Bảng 4.15: Mật số vi khuẩn phân giải Si của các nghiệm thức thí
nghiệm trong nhà lưới ở vụ 2 (10/2018 – 01/2019) ..........................
Bảng 4.16: Hàm lượng Si hòa tan trong đất của các nghiệm thức thí
nghiệm trong nhà lưới ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018) ..............................
Bảng 4.17: Hàm lượng Si hòa tan trong đất của các nghiệm thức thí
nghiệm trong nhà lưới ở vụ 2 (10/2018 – 01/2019) ..........................
Bảng 4.18: Tương quan giữa hàm lượng Si hòa tan trong đất và một số
chỉ tiêu sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất ..................
Bảng 4.19: Chiều cao cây lúa của các nghiệm thức thí nghiệm ngồi
đồng trên nền đất nhiễm mặn ở ngồi đồng trong mơ hình lúa-tơm
tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu (9/2018-01/2019) ..................
2
Bảng 4.20: Số chồi lúa/m của các nghiệm thức thí nghiệm trên nền đất
nhiễm mặn ở ngồi đồng trong mơ hình lúa-tơm tại huyện Phước
Long, tỉnh Bạc Liêu (9/2018-01/2019) .............................................
Bảng 4.21: Hàm lượng chlorophyll trong lá lúa ở các thời điểm thu mẫu
của các nghiệm thức thí nghiệm trên nền đất nhiễm mặn ở ngồi
đồng trong mơ hình lúa-tơm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu
(9/2018-01/2019) ..............................................................................
Bảng 4.22: Độ cứng lóng thân cây lúa (lóng 1, lóng 2 và lóng 3) của
các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều
kiện ngồi đồng trong mơ hình canh tác lúa-tơm tại huyện Phước
Long, tỉnh Bạc Liêu (9/2018-01/2019) .............................................
Bảng 4.23: Mật số vi khuẩn phân giải Si trong đất của các nghiệm thức
thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngồi đồng
trong mơ hình canh tác lúa-tơm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc
Liêu (9/2018-01/2019) ......................................................................
Bảng 4.24: Hàm lượng Si hịa tan trong đất của các nghiệm thức thí

nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng trong
mơ hình canh tác lúa-tơm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu
(9/2018-01/2019) ..............................................................................
Bảng 4.25: Tương quan giữa hàm lượng Si hòa tan trong đất và một số
chỉ tiêu sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất ..................

xi


DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1: Con đường vận chuyển Si và phân bố Si trong mô lúa qua sự
hấp thu (Nguồn: Ma, 2009)................................................................ 15
Hình 4.1: Vi khuẩn phân giải Si tạo vịng phân giải khống Si trong
suốt xung quanh khuẩn lạc.................................................................53
Hình 4.2: Hình dạng, màu sắc, độ nổi và dạng bìa khuẩn lạc của vi
khuẩn phân giải Si.................................................................................................. 55
Hình 4.3: Hình dạng tế bào của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển
chọn.............................................................................................................................. 57
Hình 4.4: Phản ứng khả năng tổng hợp enzyme catalase của vi khuẩn.......57
Hình 4.5: Mối quan hệ di truyền giữa các dòng vi khuẩn phân giải Si
dựa trên trình tự gen 16S rRNA........................................................................ 63
Hình 4.6: Hàm lượng đạm cố định trong mơi trường ni cấy lỏng bởi
5 dịng vi khuẩn tuyển chọn (n=3).................................................................... 64
Hình 4.7: Mật số vi khuẩn cố định đạm trong môi trường nuôi cấy lỏng
(n=3)............................................................................................................................. 64
Hình 4.8: Hàm lượng lân hịa tan trong mơi trường ni cấy lỏng bởi 5
dịng vi khuẩn tuyển chọn (n=3)....................................................................... 65
Hình 4.9: Mật số vi khuẩn hịa tan lân trong mơi trường ni cấy lỏng
(n=3)............................................................................................................................. 67

Hình 4.10: Hàm lượng IAA tổng hợp trong mơi trường ni cấy lỏng
bởi 5 dịng vi khuẩn tuyển chọn (n=3)............................................................ 68
Hình 4.11: Mật số vi khuẩn tổng hợp IAA trong môi trường nuôi cấy
lỏng (n=3).................................................................................................................. 69
Hình 4.12: Diễn biến hàm lượng acid hữu cơ trong mơi trường ni
cấy lỏng được tổng hợp bởi 5 dịng vi khuẩn tuyển chọn (n=3)...........70
Hình 4.13: Hàm lượng Si hịa tan trong môi trường nuôi cấy lỏng với
các mức pH khác nhau của 5 dịng vi khuẩn thử nghiệm (n=3)............72
Hình 4.14: Mật số 5 dòng vi khuẩn phân giải Si trong mơi trường ni
cấy lỏng có các mức pH khác nhau (n=3)..................................................... 73
Hình 4.15: Hàm lượng Si hịa tan trong môi trường nuôi cấy lỏng bổ
sung nồng độ NaCl khác nhau bởi 5 dịng vi khuẩn phân giải Si
(n=3)..................................................................................................75
Hình 4.16: Mật số 5 dòng vi khuẩn phân giải Si trong môi trường nuôi
cấy lỏng chứa các nồng độ NaCl khác nhau (n=3).................................... 77
Hình 4.17: Hàm lượng Si hịa tan bởi 5 dòng vi khuẩn ở các mức nhiệt
độ khác nhau trong mơi trường ni cấy lỏng (n=3)..........................79
Hình 4.18: Mơ hình bề mặt đáp ứng biểu diễn sự phụ thuộc của hàm
-1
o
lượng Si hòa tan (mg.L ) với nhiệt độ ( C) và thời gian (ngày)........80
Hình 4.19: Mật số 5 dịng vi khuẩn phân giải Si trong môi trường nuôi
cấy lỏng ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau (n=3).....................81
xii


Hình 4.20: Chiều dài thân và rễ lúa của các nghiệm thức được bố trí
trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa
0,3% NaCl................................................................................................................. 82
Hình 4.21: Chiều dài thân lúa của các nghiệm thức được bố trí trong

ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3%
NaCl............................................................................................................................. 83
Hình 4.22: Chiều dài rễ lúa của các nghiệm thức được bố trí trong ống
nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl.......84
Hình 4.23: Sinh khối thân lúa của các nghiệm thức được bố trí trong
ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3%
NaCl.................................................................................................. 86
Hình 4.24: Sinh khối rễ lúa của các nghiệm thức được bố trí trong ống
nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland chứa 0,3% NaCl.........87
Hình 4.25: Hàm lượng Si trong thân cây lúa của các nghiệm thức được
bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland
chứa 0,3% NaCl....................................................................................................... 89
Hình 4.26: Hàm lượng proline trong thân lúa của các nghiệm thức được
bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland
chứa 0,3% NaCl....................................................................................................... 90
+
+
Hình 4.27: Tỷ lệ K /Na trong sinh khối khô của các nghiệm thức được
bố trí trong ống nghiệm chứa dung dịch dinh dưỡng Hoagland
chứa 0,3% NaCl....................................................................................................... 91
Hình 4.28: Chiều cao cây lúa giai đoạn 45 ngày của các nghiệm thức
thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới
trong vụ 1 (6/2018 – 9/2018).............................................................................. 96
Hình 4.29: Chiều cao cây lúa giai đoạn 90 ngày của các nghiệm thức
thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới
trong vụ 2 (10/2018 – 01/2019)......................................................................... 97
Hình 4.30: Chiều dài bông lúa ở thời điểm thu hoạch của các nghiệm
thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới
ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018).................................................................. 104
Hình 4.31: Chiều dài bông lúa ở thời điểm thu hoạch của các nghiệm

thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới
trong vụ 2 (10/2018 – 01/2019)...................................................................... 105
Hình 4.32: Chiều dài bơng lúa ở thời điểm thu hoạch của các nghiệm
thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới
ở vụ 2 (10/2018 – 01/2019).............................................................................. 106
Hình 4.33: Tỷ lệ hạt chắc trên bơng ở thời điểm thu hoạch của các
nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện
nhà lưới ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018).................................................................. 107

xiii


Hình 4.34: Tỷ lệ hạt chắc trên bơng ở thời điểm thu hoạch của các
nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện
nhà lưới ở vụ 2 (11/2018 – 01/2019) ................................................
Hình 4.35: Sinh khối khơ trên chậu của các nghiệm thức thí nghiệm
trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 1 (6/2018
– 9/2018) ...........................................................................................
Hình 4.36: Sinh khối khơ trên chậu của các nghiệm thức thí nghiệm
trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 2
(10/2018-01/2019) ............................................................................
Hình 4.37: Hàm lượng Si trong thân cây lúa vào thời điểm thu hoạch
của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở
điều kiện nhà lưới ở vụ 1 (6/2018 – 9/2018) ....................................
Hình 4.38: Hàm lượng Si trong thân cây lúa vào thời điểm thu hoạch
của các nghiệm thức thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở
điều kiện nhà lưới ở vụ 2 (10/2018 – 01/2019) ................................
+
+
Hình 4.39: Tỷ lệ K /Na trong sinh khối khô của các nghiệm thức thí

nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 1
(6/2018 – 9/2018) ..............................................................................
+
+
Hình 4.40: Tỷ lệ K /Na trong sinh khối khô của các nghiệm thức thí
nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở vụ 2
(10/2018 – 01/2019) ..........................................................................
Hình 4.41: Năng suất hạt chắc/chậu ở ẩm độ 14% của các nghiệm thức
thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở
vụ 1 (6/2018 – 9/2018) ......................................................................
Hình 4.42: Năng suất hạt chắc/chậu ở ẩm độ 14% của các nghiệm thức
thí nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện nhà lưới ở
vụ 2 (10/2018-01/2019) ....................................................................
Hình 4.43: Hàm lượng Si trong thân của các nghiệm thức thí nghiệm
trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngồi đồng trong mơ
hình canh tác lúa-tơm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu
(9/2018-01/2019) ..............................................................................
+
+
Hình 4.44: Tỷ lệ K /Na trong sinh khối khơ của các nghiệm thức thí
nghiệm trồng trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngoài đồng trong
mơ hình canh tác lúa-tơm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu
(9/2018-01/2019) ..............................................................................
Hình 4.45: Năng suất lúa thực tế của các nghiệm thức thí nghiệm trồng
trên nền đất nhiễm mặn ở điều kiện ngồi đồng trong mơ hình
canh tác lúa-tôm tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu (9/201801/2019) ............................................................................................

xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BLAST
CCC
CCI
CDB
cDNA
CDR
CDT
CEC
Chl
ĐBSCL
DCL
DNA
EDTA
HPLC
NSHCTC
LCT
MCM
MSVK
NS
NT
ProTT
PTST
RNA
RTTV
SC
Si
SiTD
SiTT
SKK

SKR
SKT
SSB
TAE
TCM
TLHCTB
TLK_Na
TSB

: Basic Local Alignment Search Tool
: Chiều cao cây
: Chỉ số hàm lượng chlorophyll
: Chiều dài bông
: Complementary Deoxiribonucleic Acid
: Chiều dài rễ
: Chiều dài thân
: Cation Exchange Capacity
: Chlorophyll
: Đồng bằng sông Cửu Long
: Độ cứng lóng
: Deoxiribonucleic Acid
: Ethylene Diamine Tetraacetic Acid
: High Performance Liquid Chromatography
: Năng suất hạt chắc trên chậu
: Lúa Cần Thơ
: Mía Cà Mau
: Mật số vi khuẩn
: Năng suất
: Nghiệm thức
: Hàm lượng proline trong thân

: Phân trùn Sóc Trăng
: Acid Ribonucleic
: Ruột trùn Trà Vinh
: Số chồi
: Silic
: Hàm lượng Si trong đất
: Hàm lượng Si trong thân cây lúa
: Sinh khối khô
: Sinh khối rễ
: Sinh khối thân
: Mật số vi khuẩn phân giải Si
: Tris-Acetate-EDTA
: Tre Cà Mau
: Tỷ lệ hạt chắc trên bông
: Tỷ lệ K+/Na+
: Tryptone Soya Broth

xv


CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Silic (Si) có số nguyên tử bằng 14, khối lượng nguyên tử 28 và là á kim, hóa
trị IV. Si là nguyên tố có hàm lượng đứng hàng thứ hai trong vỏ trái đất, chiếm
27,7% tổng khối lượng trái đất (Datnoff et al., 2001). Trong đất Si tồn tại trong các
khoáng quartz, feldspar, mica, amphibole, pyroxene, olivine và khoáng sét (chủ yếu
ở dạng SiO2 chiếm 1-45% khối lượng khơ của đất) (Sposito, 1989). Si có ảnh
hưởng tích cực lên sự hấp thu và vận chuyển của nhiều yếu tố đa, vi lượng cũng
như sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Ma and Yamaji, 2008; Vijayapriya

and Muthukkaruppan, 2010), giúp giảm những ảnh hưởng bất lợi của kim loại
nặng, mặn, hạn, mất cân bằng dinh dưỡng, nhiệt độ và pH cao hay thấp (Adatia and
Besford, 1986; Ma, 2004; Ma and Yamaji, 2006) lên cây trồng bằng cách gia tăng
hàm lượng các enzyme oxy hóa-khử, ổn định cấu trúc và chức năng của màng tế
bào (Ma, 2004) và giúp kích kháng chống lại cơn trùng và bệnh hại cây trồng
(Vijayapriya and Muthukkaruppan, 2010). Trong điều kiện mặn, Si giúp cải thiện
một số đặc tính có lợi cho cây lúa bao gồm: gia tăng hàm lượng chlorophyll ở lá
lúa (Yeo et al., 1990; Bonilla and Tsuchiya, 1998), duy trì tính thấm của màng tế
bào do đó giảm điện tích rị rỉ qua màng tế bào (Lutts et al., 1996; Kaya et al.,
2006; Liang et al., 1996), giúp gia tăng hàm lượng nước tương đối cho cây lúa
+

+

(Tuna et al., 2008), giảm hàm lượng ion Na và gia tăng hàm lượng ion K trong
sinh khối khô cây lúa (Matoh et al., 1986; Ahmad et al., 1992), giảm hàm lượng
hydrogen peroxide (H2O2) (Zhu et al., 2004) đồng thời gia tăng hàm lượng các
enzyme oxi hóa-khử như guaiacol peroxidase (GPX), glutathione reductase (GR)
và superoxide dismutase (SOD) (Liang et al., 2003; Zhu et al., 2004) cũng như
giảm hàm lượng proline trong thân lúa (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al.,
2009; Lee et al., 2010).

Si trong đất rất dồi dào tuy nhiên hầu hết tồn tại dưới dạng khơng hịa tan do đó
cây trồng khơng thể hấp thu được (Rodrigues and Datnoff, 2005; Vasanthi et al.,
2012). Mặt khác, hàm lượng Si trong đất bị suy giảm do (i) sự di chuyển trầm
tích và xói mịn đất thường xun với cường độ cao, (ii) đa số cây trồng hấp thu
Si tương đương với các nguyên tố đa lượng khác, tuy nhiên, Si không được bổ
sung mỗi vụ như N, P và K và (iii) Si bị mất đi do quá trình khử Si trong đất.
Đất ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có hàm lượng Si hịa tan thấp và có thể
được gia tăng nhờ vào phân bón Si (Meena et al., 2014). Ngoài ra, hàm lượng Si

hữu dụng trong đất khu vực bố trí thí nghiệm lúa ở điều kiện ngồi đồng tại
-1

huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu là 16,9 (g.kg đất khô) được đánh giá ở mức
thấp (Fox et al., 1967; Haysom and Chapman, 1975), do đó cần bổ sung thêm
phân bón Si vào đất nhằm gia tăng lượng Si hữu dụng trong đất. Bên cạnh đó,
nhu cầu 1


của cây lúa đối với Si rất cao và hàm lượng Si trong thân lúa dao động từ 5-15%
(SiO2) khối lượng khô (Epstein, 1994; Epstein, 1999). Sau mỗi vụ canh tác cây lúa
-1

hấp thu khoảng 230-470 kg Si.ha và phần lớn khoáng Si được hấp thu trong sinh
khối cây lúa, tuy nhiên phần sinh khối này cũng được lấy đi ra khỏi đồng ruộng
(Ma and Yamaji, 2008; Meena et al., 2014). Hơn nữa, Si bất động trong đất có thể
chuyển thành dạng hòa tan dưới tác động của sự phong hóa, hoạt động sinh học của
rễ cây, vi sinh vật và động vật đất (Goudie, 1996; Vasanthi et al., 2012). Trong đó,
vi khuẩn phân giải Si đóng vai trị quan trọng và hiệu quả cao trong việc phân giải
Si bất động trong đất vì vậy giúp gia tăng độ phì nhiêu đất và gia tăng khả năng
bảo vệ cây trồng dưới điều kiện bất lợi của môi trường (Vasanthi et al., 2012). Cơ
chế phóng thích Si từ khống Si được giải thích là do
vi khuẩn tiết ra acid hữu cơ như acid citric, acid oxalic, acid keto, acid hydroxyl
carboxylic, acid tartaric, acid gluconic, acid acetic (Sheng et al., 2003; Sheng,
2005; Sheng et al., 2008), acid 2-keto-gluconic, alkalis và polysaccharide
(Joseph et al., 2015) giúp phân cắt cầu nối liên kết cộng hóa trị giữa Si và các
ngun tố khác trong khống Si (Vijayapriya and Muthukkaruppan, 2012).
Mặt khác, hầu hết các nghiên cứu trong và ngồi nước tập trung vào vai
trị của vi khuẩn phân giải Si lên sinh trưởng và năng suất cây trồng trong điều
kiện bình thường, trong khi các nghiên cứu về bổ sung kết hợp giữa khoáng Si

và vi khuẩn phân giải Si vào đất giúp phân giải khoáng Si nhằm gia tăng khả
năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất cây trồng trên nền đất
nhiễm mặn cịn rất hạn chế. Bên cạnh đó, lúa là cây trồng chủ lực ở vùng Đồng
bằng sông Cửu Long, tuy nhiên, hiện tại việc canh tác lúa ở khu vực này đang
phải đối mặt với những hậu quả do tác động của biến đổi khí hậu gây ra, dẫn
đến một lượng lớn diện tích trồng lúa bị nhiễm mặn. Do đó, nghiên cứu “Phân
lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở
Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân lập, tuyển chọn các dòng
vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau nhằm ứng dụng cho việc
gia tăng khả năng chống chịu mặn cũng như sinh trưởng và năng suất của cây
lúa khi được canh tác trên nền đất nhiễm mặn.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các dòng vi khuẩn phân giải Si trong đất chuyên
canh lúa, mía, tre lâu năm cũng như phân trùn và ruột trùn đất có khả năng phân
giải Si.
Nghiên cứu được giới hạn trên các dòng vi khuẩn phân giải Si được phân lập
từ 96 mẫu gồm đất, phân trùn và ruột trùn đất tại 5 tỉnh Đồng bằng sơng Cửu Long
gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh. Dựa trên các

2


nghiên cứu trước đây cho thấy cây lúa, mía và tre có nhu cầu về Si rất cao cho
sinh trưởng và phát triển, bên cạnh đó, trong đường ruột của trùn và phân trùn
chứa hệ vi khuẩn có khả năng phân giải tốt các khống chất trong đất, do đó
tiềm năng phân lập được các dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật
này rất cao.
1.4 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Các công việc gồm thu mẫu, phân lập, tuyển chọn và nhận diện các dòng vi
khuẩn có khả năng phân giải Si được thực hiện từ tháng 8/2016 đến tháng 6/2017.
Ngồi ra, thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng
phân giải Si và mật số vi khuẩn phân giải Si của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn
được tiến hành từ tháng 7/2017 đến tháng 2/2018. Nội dung đánh giá khả năng kích
thích sinh trưởng cây lúa trong điều kiện mặn trong phịng thí nghiệm của 5 dịng
vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn được thực hiện từ tháng 3/2018 đến tháng 5/2018.
Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng chống
chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn
ở điều kiện nhà lưới và ngoài đồng được thực hiện từ tháng 6/2018 đến tháng
01/2019.
Các nội dung nghiên cứu về phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải Si và
khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng phân giải Si và mật
số vi khuẩn cũng như đánh giá hiệu quả của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn lên
khả năng kích thích sinh trưởng và tăng cường khả năng chống chịu mặn của
cây lúa trong điều kiện phịng thí nghiệm và nhà lưới được thực hiện tại Phịng
thí nghiệm Sinh học Đất, Bộ mơn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Viện
Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ. Nội
dung đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si lên việc gia tăng khả
năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm
mặn trong mơ hình canh tác lúa-tơm được thực hiện tại ấp Long Hải, thị trấn
Phước Long, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu.
1.5 Nội dung nghiên cứu
Phân lập và tuyển chọn một số dịng vi khuẩn có khả năng phân giải Si từ
các mẫu đất canh tác lúa, mía, tre lâu năm, ruột và phân trùn đất ở một số tỉnh
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần
Thơ và Trà Vinh.
Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si
hiệu
quả.

Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả
năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả.
Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả
năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phịng thí nghiệm.
3


Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả
năng chống chịu mặn, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất lúa trong điều
kiện nhà lưới và ngồi đồng.
1.6 Đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Các nghiên cứu trước đây cho thấy Si là nguyên tố có lợi cho cây trồng và
có vai trị quan trọng trong việc hỗ trợ cây trồng gia tăng khả năng chống chịu
với các điều kiện bất lợi của môi trường như mặn, hạn, ngộ độc kim loại nặng,
hạn chế sự tấn công của nấm bệnh và cơn trùng chích hút. Ngồi ra, việc bổ
sung các nguồn vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ chứa Si kết hợp vi khuẩn phân giải
Si vào đất canh tác nông nghiệp giúp gia tăng sinh trưởng và năng suất lúa. Tuy
nhiên, nghiên cứu về kết hợp bổ sung phân bón Si dạng khống và vi khuẩn
phân giải Si cho canh tác lúa trên nền đất nhiễm mặn nhằm gia tăng khả năng
chống chịu mặn của cây lúa cịn rất hạn chế khơng chỉ ở Việt Nam mà cịn trên
thế giới. Do đó, hướng nghiên cứu của đề tài nhằm phân lập, tuyển chọn các
dòng vi khuẩn phân giải Si từ các nguồn mẫu vật khác nhau giúp đa dạng nguồn
vi khuẩn phân giải Si thu thập. Đồng thời, ứng dụng các dòng vi khuẩn phân
giải Si hiệu quả trong nghiên cứu này cịn có ý nghĩa quan trọng trong việc giúp
cây lúa gia tăng khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất khi trồng
trên nền đất nhiễm mặn, từ đó góp phần giải quyết vấn đề xâm nhập mặn đang
ảnh hưởng nghiêm trọng ở một số tỉnh ĐBSCL hiện nay. Đây là một đóng góp
mới có ý nghĩa thiết thực trong lĩnh vực nơng nghiệp và môi trường.
Về ý nghĩa lý luận, luận án đã khái qt được một số đặc tính có lợi như phân
giải Si, cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA của 5 dòng vi khuẩn phân lập từ

đất chuyên canh lúa, mía, tre lâu năm, cũng như phân trùn và ruột trùn đất, góp
phần bổ sung vào cơ sở dữ liệu về lĩnh vực vi sinh nông nghiệp của vùng ĐBSCL.
Kết quả đạt được của đề tài là bộ sưu tập gồm 387 dịng vi khuẩn có khả năng phân
giải Si in vitro. Trong đó, 10 dịng vi khuẩn được định như loài
Microbacterium neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus
megaterium LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae
TCM_40, Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13,
Agromyces ulmi PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27 và Olivibacter jilunii
PTST_30 với độ tương đồng 99-100% thể hiện khả năng phân giải khống Si cao
nhất. Mặt khác, 5 dịng vi khuẩn được tuyển chọn gồm MCM_15, LCT_01,
TCM_39, RTTV_12 và PTST_30 phát triển mật số và phân giải Si tốt trong dãy
o

pH môi trường từ 5-7, nhiệt độ 35 C và chịu được độ mặn lên đến 0,5% NaCl.
Bên cạnh khả năng phân giải Si, 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn cịn có
khả năng cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA. Mặt khác, chúng cịn thể
hiện sự kích thích gia tăng khả năng chống chịu mặn, tăng sinh trưởng và năng
4


suất cây lúa khi được trồng trong điều kiện mặn trong phịng thí nghiệm, nhà
lưới và ngồi đồng.
Về ý nghĩa thực tiễn, trên cơ sở các dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả nhất
tuyển chọn được sử dụng bổ sung như nguồn phân bón vi sinh kết hợp với phân
bón Si giúp thúc đẩy sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất lúa khi được
canh tác trên nền đất nhiễm mặn. Mặt khác, năng suất lúa ở các nghiệm thức được
-1

chủng với các dòng vi khuẩn phân giải Si + 100 kg CaSiO 3.ha + 100% NPK
(43N-68P2O5-45K2O) hoặc 75% NPK (32N-51P2O5-34K2O) giúp gia tăng lần lượt

5,06-15,5% hoặc 2,55-7,24% so với nghiệm thức đối chứng dương (100% NPK;
43N-68P2O5-45K2O). Ngoài ra, các chỉ tiêu về hàm lượng Si hòa tan trong đất,
hàm lượng Si trong thân, hàm lượng chlorophyll trong lá lúa, độ cứng lóng thân và
đặc biệt là năng suất lúa của nghiệm thức chủng tổ hợp
-1

5 dòng vi khuẩn phân giải Si + 100% NPK + 100 kg CaSiO 3.ha cao hơn và khác
biệt ý nghĩa thống kê so với nghiệm thức bón 100% NPK khuyến cáo. Do đó, 5
dịng vi khuẩn phân giải Si trong nghiên cứu này có tiềm năng rất cao trong việc
ứng dụng để sản xuất chế phẩm vi sinh giúp gia tăng sinh trưởng và năng suất
cây lúa khi được trồng trên nền đất nhiễm mặn ở khu vực ĐBSCL.

5


CHƯƠNG II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Si trong đất
Si là nguyên tố có số nguyên tử bằng 14, khối lượng nguyên tử 28 và là á
kim, hóa trị IV. Si là nguyên tố có hàm lượng đứng hàng thứ hai được tìm thấy
trong vỏ trái đất sau oxygen và trong đất Si tồn tại chủ yếu ở dạng SiO 2 chiếm
-1

1-45% khối lượng khơ của đất. Đất cát có hàm lượng Si khoảng 450 g.kg ,
-1

nhiều hơn so với đất sét (khoảng 275 g.kg ). Mặc dù, Si trong đất chiếm tỷ lệ
cao nhưng chỉ một phần nhỏ được hòa tan và hữu dụng cho cây trồng hấp thu
(Sposito, 1989). Trong dung dịch đất, Si được tìm thấy ở dạng hữu dụng acid
monosilicic (H4SiO4) có nồng độ dao động từ 0,1 đến 0,6 mM (Epstein, 1994),

có thể lên đến 0,8 mM ở điều kiện bão hòa khi pH dưới 9 (Lindsay, 1979; Ma
and Takahashi, 2002). Ở mức pH 6, với nồng độ acid monosilicic 1,0 mM
-

H4SiO4 sẽ được phân rã thành 0,999 mM H 4SiO4 và 0,001 mM H3SiO4 , tuy
nhiên ở pH 10, với nồng độ acid monosilicic 1,0 mM H 4SiO4 sẽ phân rã thành
-

0,404 mM H4SiO4 và 0,596 mM H3SiO4 (Lindsay, 1979). Si trong đất có thể
được bổ sung ở dạng potassium silicate (K2SiO3), magnesium silicate (MgSiO3)
và calcium silicate (CaSiO3) bằng cách bón trực tiếp vào đất hoặc phun qua lá.
Ngoài ra, tái sử dụng vỏ trấu và rơm rạ có thể thay thế cho nguồn phân bón Si
đắt tiền trong hệ thống quản lý dinh dưỡng khép kín. Mặt khác, tăng cường hoạt
động sinh học trong đất kết hợp với bổ sung phân hữu cơ có thể cải thiện hàm
lượng Si hòa tan trong đất (Thilagam et al., 2014).
2.2 Vai trò của Si đối với cây lúa
Si có vai trị quan trọng tham gia vào thành phần cấu tạo tế bào của cây
trồng mặc dù Si không được biết đến như là nguyên tố thiết yếu tương tự các
nguyên tố khác mà cây trồng cần đến với số lượng nhiều như N, P và K
(Epstein, 1972; Marschner, 1986; Asher, 1991). Các nhà sinh lý thực vật cho
rằng một ngun tố đóng vai trị thiết yếu đối với cây trồng khi chúng phải đáp
ứng một trong hai tiêu chuẩn sau: (1) Nếu thiếu nguyên tố này cây trồng khơng
thể hồn thành được chu kỳ sống và khơng đơn thuần là giúp cây trồng vượt qua
một số điều kiện bất lợi về mặt hóa học hay vi sinh vật mà còn là chất dinh
dưỡng cho cây trồng hấp thu và (2) là thành phần thiết yếu trong tế bào thực vật
hoặc là thành phần tham gia vào quá trình trao đổi chất (Epstein, 1972).
Si tham gia vào hợp phần cấu tạo tế bào thực vật giúp cho vách tế bào thực
vật trở nên rắn chắc (Epstein and Bloom, 2005) đồng thời mang đến nhiều lợi ích
cho cây trồng (Van Soest, 2006). Si không tồn tại ở dạng tự do trong cây trồng, cụ
thể acid monosilicic được hấp thu từ đất, sau đó chuyển thành dạng gel silica

(SiO2.nH2O) tồn tại bền vững trong cây trồng (Gao et al., 2005; Ma and Yamaji,
2006). Mặt khác, Si có hiệu quả lên sinh trưởng và năng suất cây trồng, giúp cây
6


cứng cáp, chống đổ ngã, tăng cường sự tiếp nhận ánh sáng ở lá, kháng lại một
số bệnh do nấm và vi khuẩn (Fawe et al., 2001; Voogt and Sonneveld, 2001),
chống lại sự tấn công của côn trùng (Coors, 1987), giúp cây trồng chịu được
nhiệt độ thấp (Epstein, 1999), mặn (Hamayun et al., 2010; Lee et al., 2010),
chống lại ngộ độc kim loại nặng (Voogt and Sonneveld, 2001; Liang et al.,
2005), trong đó có Al (Cocker et al., 1998; Kidd et al., 2001), hạn chế tác hại do
dư thừa N và P trong mô thực vật (Bollard and Butler, 1966; Epstein and
Bloom, 2005). Si không chỉ đem lại hiệu quả cao thông qua việc hấp thu bởi cây
trồng từ rễ mà cịn mang lại hiệu quả kháng bệnh thơng qua việc phun Si lên bề
mặt lá cây (Richmond and Sussman, 2003).
Mặc dù, tất cả các cây trồng đều chứa Si trong tế bào thực vật nhưng Si
vẫn được cho là ngun tố khơng quan trọng với cây trồng vì khơng có bằng
chứng nào cho thấy Si có liên quan đến q trình trao đổi chất của cây trồng và
khơng được thừa nhận như là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng.
Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trị của Si lên việc kiểm sốt
cơn trùng và mầm bệnh gây hại, đặc biệt là sự tích lũy Si ở trong cây lúa và mía.
Ngồi ra, Si tương tác với các nguyên tố dinh dưỡng khác như: N, P và K giúp
tăng cường hiệu quả hấp thu và sử dụng của các nguyên tố này. Như vậy, rõ
ràng Si là nguyên tố thật sự quan trọng và rất cần thiết đối với cây lúa. Cây lúa
-1

hấp thu Si với lượng 150-300 kg.ha ở dạng acid monosilicic (H 4SiO4), sau đó,
được vận chuyển đến thân qua tiến trình thốt hơi nước, khi đó acid monosilicic
được tập trung và cuối cùng hình thành gel silica (SiO2.nH2O) là sản phẩm cuối
cùng nằm ở mô cây trồng (Yoshida, 1975; Bazilevich, 1993). Hiệu quả của Si

đối với cây lúa được thể hiện ở các khía cạnh như sau: giúp cho cây lúa vượt
qua được nhiều điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học của môi trường
(Mitani and Ma, 2005), giúp cho lớp cuticle dày lên, ngăn chặn được sự xâm
nhiễm của mầm bệnh do vi sinh vật gây ra, trong đó có bệnh đạo ơn do nấm gây
ra trên cây lúa (Datnoff et al., 1997), giảm sự tấn công của sâu đục thân hại lúa
do Si giúp gia tăng độ dày của lớp biểu bì dẫn đến cơn trùng khơng dễ dàng
chích hút, giúp giảm số hạt lép, làm tăng năng suất lúa và giảm sự thoát hơi
nước qua lá giúp tăng cường hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng, cải thiện khả
năng chống chịu của cây lúa trong điều kiện khơ hạn. Ngồi ra, Si cịn giúp rễ
cây trồng hạn chế hấp thu một số kim loại nặng như: Mn, Fe và Al. Đặc biệt, Si
còn giúp cây trồng hạn chế tác động của các yếu tố bất lợi của môi trường như:
mặn, hạn, mất cân bằng dinh dưỡng, nhiệt độ và pH cao hay thấp (Ma, 2004).
2.3 Vai trò của Si trong việc bảo vệ cây trồng dưới điều kiện đất nhiễm mặn
Si giúp cho cây trồng chống chịu được các điều kiện bất lợi của môi trường
như: khô hạn, nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, tia UV, mất cân bằng dinh dưỡng, ngộ
độc kim loại và nhiễm mặn (Ma and Takahashi, 2002; Ma, 2004). Đặc biệt, điều

7


kiện bất lợi do mặn gây ra dẫn đến việc giảm năng suất cây trồng chủ yếu ở khu
vực khô hạn và bán khô hạn, đồng thời yếu tố bất lợi này có thể được ngăn chặn
bằng cách tăng lượng Si hấp thu bởi cây trồng (Tahir et al., 2006). Mặt khác, Si
còn giúp tăng cường hoạt động enzyme oxi hóa-khử như superoxide dismutase
(SOD; EC 1.15.1.1), guaiacol peroxidase (GPX; EC 1.11.1.7), ascorbate
peroxidase (APX; EC 1.11.1.11), dehydroascorbate reductase (DHAR; EC
1.8.5.1) và glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2) ở cây trồng dưới điều kiện
mặn (Ma, 2003; Liang, 1999) nhằm giảm sự tổn hại tế bào do q trình oxi hóa
ở điều kiện mặn gây ra, cụ thể giảm mức độ rò rỉ điện tích, sự oxi hóa lipid và hàm
lượng H2O2 trong tế bào thực vật (Gossett et al., 1994; Shalata and Tal, 1998;

Meneguzzo et al., 1999; Sahebi et al., 2014). Ngoài ra, Si được cây trồng hấp thu
làm tăng hoạt động của enzyme pyrophosphatase (EC 3.6.1.1) và ATPase ở
+

+

không bào. Đây là hai enzyme giúp giảm hấp thu Na và tăng cường hấp thu K
+
bởi màng tế bào. Sự phân cắt và vận chuyển ion Na và Cl đến không bào kết
+
+
+
hợp với việc tăng tỷ lệ K /Na ở tế bào rễ và lá giúp giảm ngộ độc Na .
Mặt khác, hiệu quả của Si trong việc giảm thiểu ảnh hưởng của mặn đối với
cây trồng đã được chứng minh trên lúa mì (Triticum sp.) (Ma, 2004; Ahmad et al.,
1992), lúa (Oryza sativa) (Ma, 2004; Gong et al., 2006), lúa mạch (Hordeum
vulgare L.) (Liang et al., 2003; Liang et al., 2005; Ma, 2004; Liang et al., 2006), cà
chua (Solanum lycopersicum) (Al-aghabary et al., 2004; Romero-Aranda et al.,
2006), dưa leo (Cucumis sativus) (Yildirim et al., 2008) và bắp (Moussa, 2006;
Kaya et al., 2006). Cụ thể, sinh khối lúa ở nghiệm thức bổ sung Si trong điều kiện
mặn được cải thiện đáng kể so với nghiệm thức đối chứng (Matoh et al., 1986), khả
năng chống chịu mặn của lúa mì (Ahmad et al., 1992) và cây lúa trồng trong dung
dịch dinh dưỡng bổ sung Si gia tăng và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với
nghiệm thức đối chứng (Liang et al., 1996). Hơn nữa, Si giúp
+

giảm nồng độ Na ở thân lúa mạch (Liang, 1999) và lúa (Yeo et al.,1999). Si gián
tiếp giúp giảm q trình oxi hóa làm tổn thương tế bào của dưa leo dưới điều kiện
mặn thông qua việc gia tăng hoạt động của enzyme guaiacol peroxidase, ascorbate
peroxidase, superoxide dismutase, dehydroascorbate reductase và glutathione

reductase (Zhu et al., 2004). Sự tổn hại tế bào do q trình oxi hóa ở cà chua được
giảm đáng kể khi tăng hàm lượng Si hòa tan trong đất cho cây trồng (Richmond
and Sussman, 2003). Hoạt động của enzyme catalase và superoxide dismutase
được tăng cường nên kích thích hàm lượng protein trong lá cà chua gia
tăng đồng thời giảm hàm lượng H 2O2 (Al-aghabary et al., 2004). Ngoài ra, Si ở
+
màng tế bào rễ có thể làm tăng sự hấp thu và vận chuyển ion K và giảm sự hấp
+

thu và vận chuyển ion Na từ rễ đến thân lúa mạch trong điều kiện mặn (Liang
+
et al., 2006). Mặt khác, nồng độ ion Na ở mô cải dầu dưới điều kiện mặn giảm
rất đáng kể khi Si được bổ sung vào trong đất. Sự tích lũy Si ở lớp tế bào nội bì
8