Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện diễn châu, tỉnh nghệ an

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRưỜNG ĐẠI HỌC VINH
= = =  = = =

THÁI THỊ VIỆT HÒA

VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT
SỐ
XÃ THUỘC HUYỆN DIỄN CHÂU, TỈNH NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

VINH - 2010


2

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại Học Vinh
= = =  = = =

THÁI THỊ VIỆT HÒA

VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT
SỐ
XÃ THUỘC HUYỆN DIỄN CHÂU, TỈNH NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Vinh - 2010


3

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng Đại Học Vinh
= = =  = = =

THÁI THỊ VIỆT HÒA

VI KHUẨN LAM TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT
SỐ
XÃ THUỘC HUYỆN DIỄN CHÂU, TỈNH NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC
Chuyên ngành : Thực vật
Mã : 60.42.20

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. LÊ THỊ THÚY HÀ

Vinh - 2010


4

Lời cảm ơn
Trong hơn hai năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Vinh, tôi
đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các giảng viên, kỹ thuật viên, bạn bè

và gia đình.
Nhân dịp này tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gửi tới Cơ giáo,
T.S Lê Thị Thúy Hà đã hướng dẫn khoa học và nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn
thành đề tài này.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo PGS – T.S Võ Hành, PGS -T.S
Nguyễn Đình San đã có những góp ý chỉ bảo q báu trong q trình viết luận
văn.
Tơi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy cô giáo Khoa
Sau đại học - Trường Đại học Vinh, kỹ thuật viên phịng hóa sinh và phịng
thí nghiệm bậc thấp, cán bộ Sở tài nguyên môi trường tỉnh Nghệ An, Cô giáo
Trần Thị Tuyết Hồng, giáo viên Hố học Trường THPT Nguyễn Xn Ơn,
tập thể Giáo viên trường THPT Nguyễn Xn Ơn, gia đình và bạn bè đã động
viên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Vinh, tháng 12 năm 2010
Tác giả

Thái Thị Việt Hòa


5

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn……………………………………………………………...........1
Mục lục………………………………………………………………............2
Danh mục bảng và các hình trong luận văn………………………….............4
Mở đầu……………………………………………………………….............5
Chương 1: Tổng quan tài liệu…………………………………………..........6
1.1.Tình hình nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam………..6

1.1.1. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới……………….6
1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam ở Việt Nam ……..………...7
1.2. Vai trò của Vi khuẩn lam………………………………………...............8
1.3. Đặc điểm phân bố và sinh thái của Vi khuẩn lam trong đất...…………..11
1.3.1 Đặc điểm, cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam............................................11
1.3.2. Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất…... . ………………..12
1.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn lam13
1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Diễn Châu, Nghệ An.. ………15
1.4.1 Đặc điểm tự nhiên……………………………………………………..15
1.4.2 Điều kiện khí hậu……………………………………………………...16
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu…………………………18
2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu…………………………...18
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu……………………………………… ………..18
2.1.2 Địa điểm nghiên cứu…………………………………………………..18
2.1.3 Thời gian thu và xử lí mẫu………………………………….. ………..18
2.2 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………...18
2.2.1 Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nơng hóa…………18
2.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất……………….19
2.2.3 Định loài Vi khuẩn lam bằng phương pháp hình thái so sánh………...20
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận……………………...................23


6

3.1 Một số chỉ tiêu nơng hóa thổ nhưỡng của các loại đất trồng ở các xã
nghiên cứu…………………………………………………………………...23
3.1.1 Độ ẩm………………………………………………………………….23
3.1.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu………………………………………………...24
3.1.3 Hàm lượng lân dễ tiêu…………………………………………............25
3.1.4 Hàm lượng kali tổng số………………………………………………..25

3.2 Đa dạng vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện Diễn
Châu, Nghệ An………………………………………………………………26
3.2.1 Cấu trúc thành phần loài…………………………………… …………26
3.2.2 Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ………………… ………...32
3.2.3 Phân bố các taxon bậc loài trong chi…………………………………..33
3.2.4 Cấu trúc thành phần loài Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã
thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An……………………………………...34
3.2.5 Mối quan hệ giữa tính chất nơng hố thổ nhưỡng và thành phần loài
phân bố ở các xã..............................................................................................35
3.2.6 Đa dạng về hình thái…………………………………………………..36
Kết luận, kiến nghị…………………………………………………………..38
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………..39
Phụ lục ảnh………………………………………………………………….43


7

DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ
Trang
Bảng 3.1 Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu…………………………………23
Bảng 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu……….......24
Bảng 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất qua các đợt thu mẫu…………….25
Bảng 3.4 Hàm lượng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu………..........26
Bảng 3.5 Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện
Diễn Châu, tỉnh Nghệ An……………………………………………………27
Bảng 3.6 Số lượng taxon đã gặp của nghành Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa
ở một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An…………………………29
Bảng 3.7 Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ đã gặp……………….32
Bảng 3.8 Phân bố số lượng loài/ dưới loài trong các chi của Vi khuẩn lam đã
được phát hiện……………………………………………………………….33

Bảng 3.9 Phân bố taxon Vi khuẩn lam trong các xã………………………...34
Bảng 3.10 Mối quan hệ giữa tính chất nơng hố thổ nhưỡng và thành phần
loài phân bố ở các xã.......................................................................................35
Bảng 3.11 Đa dạng hình thái các taxon Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở
một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An…………………………...36
Bảng 3.12 Đa dạng hình thái Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã
thuộc huyện Diễn Châu so với các vùng đã được nghiên cứu……………....37
Hình 3.1 Độ ẩm của đất ở các xã……………………………………………23
Hình 3.2 Hàm lượng nitơ dễ tiêu ở các xã …………………….....................24
Hình 3.3 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các xã…………………….......................25
Hình 3.4 Hàm lượng kali ở các xã ………………………………………….26
Hình 3.5 Tỉ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở
một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ………………………….30
Hình 3.6 Tỉ lệ % số lồi ở các họ của ngành Vi khuẩn trong đất trồng lúa ở
một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An ………………………….32
Hình 3.7 Số lượng lồi ở các xã…………………………………………….34


8

MỞ ĐẦU
Vi khuẩn lam có vai trị quan trọng trong các hệ sinh thái nói chung và
hệ sinh thái đất nói riêng, đặc biệt là trong đất trồng lúa. Chúng tham gia vào
việc sản xuất sinh khối và điều chỉnh cân bằng thành phần khí. Một số lồi có
khả năng cố định nitơ phân tử. Nhiều loài Vi khuẩn lam có thể được sử dụng
làm thức ăn cho động vật hoặc nguyên liệu để tách chiết các hoạt chất sinh
học. Chính vì vậy, chúng đang là đối tượng được nhiều nhà khoa học ở các
nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu.
Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu và ứng dụng Vi khuẩn lam ở nước ta
hiện nay, một trong những vấn đề quan trọng là lựa chọn được các dòng Vi

khuẩn lam đạt tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện địa phương để ni đại trà. Vì
vậy, cơng tác điều tra cơ bản thành phần lồi là nền móng đẩy mạnh các
nghiên cứu chuyên sâu.
Ở Việt Nam, cho đến nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu đa dạng vi
tảo (trong đó có Vi khuẩn lam) nhưng phần lớn vẫn là các cơng trình nghiên
cứu Vi khuẩn lam trong các thuỷ vực dạng hồ, sông…Ở khu vực Bắc Trung
Bộ trong đó có Nghệ An đã có một số cơng trình nghiên cứu, ứng dụng Vi
khuẩn lam trên đất trồng lúa như: Nguyễn Đình San, Lê Thanh Tùng - Ảnh
hưởng của Vi khuẩn lam đến sự nảy mầm và sinh trưởng của giống lúa Mộc
Tuyền. Đặng Thị Ngọc Liên – Vi tảo trong đất trồng lúa bị nhiễm mặn ở
huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An…Tuy nhiên nghiên cứu thành phần loài Vi
khuẩn lam trong đất trồng lúa ở huyện Diễn Châu Tỉnh Nghệ An thì chưa có
tác giả nào đề cập đến.
Chính vì vậy tơi chọn đề tài “Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một
số xã thuộc huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An”
Mục tiêu của đề tài là nhằm điều tra thành phần loài vi khuẩn lam ở đất
trồng lúa một số xã thuộc huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An.


9

CHƢƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI KHUẨN LAM TRÊN THẾ GIỚI
VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới
Trong những thập kỷ gần đây Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay tảo
lam (Cyanophyta) đã lôi cuốn nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác
nhau như: Thực vật học, vi sinh vật học, sinh lí học, sinh hố học, di truyền

học, Công nghệ sinh học, môi trường và trồng trọt [22].
Ở Châu Á, tại Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ Desikachary
(1959) [30] đã tiến hành nghiên cứu khu hệ Vi khuẩn lam trong nhiều năm,
kết quả có 750 lồi thuộc 85 chi đã được xác định, trong đó có 70 loài lần đầu
tiên được xác định ở nước này.
Subeen Naz và cs [35] thuộc Cục thực vật học, Đại học Karachi,
Pakistan đã thu thập mẫu từ các môi trường sống khác nhau trong các mùa
khác nhau ở giai đoạn 1996 – 2000 đã phân lập được 45 loài thuộc chi
Oscillatoria.
Cũng ở Ấn Độ, Aushal và cs [29] thuộc Cục thực vật học, Đại học
Bihar BR, A nghiên cứu trong khoảng 60 ngày đã thống kê được 28 loài đại
diện cho 9 chi.
Ở Châu Âu, Pau James [34] đã nghiên cứu và chụp ảnh hiển vi điện tử
được 34 loài thuộc chi Nostoc.
Không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu khu hệ các tác giả còn đi sâu
nghiên cứu về đặc tính sinh lí, sinh hố của các chủng Vi khuẩn lam để ứng
dụng trong nuôi trồng và thực tiễn đồng ruộng.
Năm 2000, V.M. Dembly và cs [31] thuộc phòng Khoa học môi trường,
Trường Đại học Khoa học ứng dụng, Đại học Hebrew ở Jerusalem, Israel đã
nghiên cứu sự biến đổi thành phần lipit của Cyanobacterium đất từ lưu vực
biển chết đến sa mạc Nêgv.


10

Aushas và cs [29] qua nghiên cứu cho rằng Cyanobacteria đã thúc đẩy
q trình tổng hợp nitơ trong khí quyển thành dạng hoà tan của ammoniac với
sự giúp đỡ của các enzyme. Ngoài ra Cyanobacteria tăng cường khả năng giữ
nước bằng cách thêm các vật liệu polysaccharidic vào đất và gia tăng chất
dinh dưỡng trong đất. Cyanobacteria là nhân tố bài tiết các chất vào đất.

Năm 2005, Hồng J và cs [33] nghiên cứu ảnh hưởng của áng sáng đến
quá trình sinh trưởng của tảo và tảo chỉ sinh trưởng được trong điều kiện ánh
sáng cho phép và Vi khuẩn lam là nhóm kém ưa ánh sáng.
Năm 2006, Ohad và cs [34] cho rằng ánh sáng dư thừa Microcoleus sp.
thay đổi hệ quang II thích nghi với điều kiện đất cát sa mạc.
Wale và cs (2006) [37] khi nghiên cứu hoạt động của Microcoleus
chthonoplaster trong bùn đã khẳng định Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi
trong nước, đất, cát, trên đá và có mặt nhiều nhất ở mặt ruộng lúa nơi mà các
yếu tố ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH, nước, khống đều thích hợp cho Vi
khuẩn lam phát triển đặc biệt là Microcoleus.
1.1.2. Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trong đất trồng ở Việt
Nam
Nhiều học giả trên thế giới từ lâu đã nghiên cứu về Vi khuẩn lam
nhưng ở Việt Nam những thế kỷ qua là rất hiếm và hầu như khơng có cơng
trình chun khảo nào về Vi khuẩn lam, tuy nhiên vẫn có một số dẫn liệu
cơng bố trong những kết quả nghiên cứu tổng thể về phù du thực vật nước
biển hoặc nước ngọt [22].
Cơng trình đầu tiên về tảo ở Việt Nam do J.Loureiro viết năm 1793,
ông đã mô tả tảo lục, Ulva pisum. Năm 1927, P. Fremy đã cơng bố 3 lồi tảo
lam ở Việt Nam [22]. Người Việt Nam đầu tiên chuyên về tảo lam là Cao
Ngọc Phương [theo 22] bà đã mô tả về 23 taxon tảo lam sát mặt đất ở Sài Gòn
và Đà Lạt, trong đó có 11 chi với 2 chi có tế bào dị hình, 1 lồi mới cho khoa
học. Năm 1977, Dương Đức Tiến [19] trong bài báo về “Tảo lam cố định đạm


11

trên đất trồng lúa Miền Bắc Việt Nam” đã công bố 13 lồi tảo lam thuộc 6 chi
(4 chi có tế bào dị hình và 2 chi khơng có tế bào dị hình).
Trong những năm gần đây có một số tác giả như: Võ Hành, Đặng Thị

Ngọc Liên [12] đã cơng bố 23 lồi Vi khuẩn lam gặp ở vùng đất ngập mặn
huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An. Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000 – 2001)
[15] đã nghiên cứu điều tra thành phần loài Vi khuẩn lam ở ruộng lúa ở Hà
Nội và phụ cận, nhóm tác giả này đã phát hiện được hơn 50 loài thuộc 19 chi
trong 5 bộ, ưu thế thuộc về chi Nostoc và Anabaena. Năm 2001, Nguyễn
Quốc Hùng [theo 13] cũng với vùng đất Hà Nội và phụ cận đã nâng tổng số
loài và dưới loài Vi khuẩn lam lên đến 80 trong 20 chi thuộc 4 bộ. Hồ Sĩ
Hạnh (2007) [13] đã cơng bố 129 lồi và dưới lồi thuộc 20 chi, 10 họ và 4 bộ
trong đó ở đất trồng lúa gặp 62 lồi và dưới lồi. Đặng Đình Kim và cs (1999)
[14] đã nghiên cứu ứng dụng của Vi khuẩn lam tạo sinh khối cho người và
động vật, khai thác các hoạt chất từ tảo (Vitamin, lipit, sắc tố, cacbohyđrat,
chất chống ơxi hóa), nguồn phân bón sinh học.
Như vậy, ở Việt Nam cho tới thời điểm này các cơng trình chun khảo
về Vi khuẩn lam trong đất cịn rất ít mà chủ yếu là nghiên cứu về Vi khuẩn
lam trong các thủy vực, hồ, cửa sông… như nghiên cứu của Lê Thúy Hà - Võ
Hành [5]; Hồ Thanh Hải [8]; Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức Tiến, Hồ Thanh
Hải, Mai Đình Yên [26]; Nguyễn Văn Tuyên [27].
Gần đây nhất có nghiên cứu của Đặng Lê Uyên Phương - Hồ Sỹ Hạnh
[18] nghiên cứu sự đa dạng Vi khuẩn lam ở một số vùng cửa sông Tiền và
sông Hậu đã xác định được 54 loài và dưới loài, chúng thuộc 17 chi và 9 họ
trong đó họ đa dạng nhất thuộc về Osillatoriaceace, Anabaenaceace,
Chroococcaceae. Các chi chiếm ưu thế là: Lyngbya, Oscillatoria, Anabaena.
1.2. Vai trò của Vi khuẩn lam
Vi khuẩn lam là sinh vật tiên phong chinh phục mơi trường trong q
trình diễn thế nguyên sinh, cải tạo môi trường làm nền tảng cho các quần xã
tiếp theo phát triển.


12

Vi khuẩn lam có vai trị rất lớn cho nơng nghiệp vì nhiều lồi Vi khuẩn
lam có khả năng cố định đạm chuyển hóa nitơ phân tử thành dạng NH4+ rồi
chuyển hóa thành axit amin và prơtêin, chúng gây ảnh hưởng tốt đến tính chất
cơ, lí học của đất (tăng độ thống, độ ẩm), chống xói mịn. Ở vùng ơn đới
lượng nitơ do Vi khuẩn lam đem lại cho đất đạt 17 – 24kg/ha. Ở vùng nhiệt
đới từ 90kg/ha. Đó là kết quả hoạt động của các loài thuộc giống Nostoc,
Anabaena, Calothrix, Tolypothix [9].
Tảo đất là sinh vật đầu tiên cư trú trên núi đá vôi là “nhân vật” tạo mùn
sơ cấp từ khống vật. Chính các ưu điểm này đã thúc đẩy hướng nghiên cứu
“tảo hóa” đất trồng ngày một gia tăng và có kết quả.
Phân bón chứa nitơ được coi là yếu tố hạn chế trong sản xuất lương
thực. Việc cố định nitơ từ khơng khí, tảo lam có vai trị rất quan trọng. Cho
đến nay người ta biết tới 152 lồi tảo lam có khả năng cố định đạm [14]. Các
lồi này thuộc 4 nhóm chính:
+ Tảo dạng sợi có tế bào dị hình, cố định nitơ trong điều kiện có ơxi.
+ Tảo đơn bào hoặc tập đồn, cố định nitơ trong điều kiện có ơxi.
+ Tảo dạng sợi, khơng có tế bào dị hình, chỉ cố định nitơ trong điều kiện thiếu
ôxi.
+ Tảo dạng sợi, không có tế bào dị hình, chỉ cố định nitơ trong điều kiện có
ơxi.
Các đại diện điển hình của tảo lam đơn bào cố định nitơ là các chi
Aphanothece, Myxosarcina, Chroococcidiopsis, Pleurocapsa. Đại diện tảo
lam dạng sợi, khơng có tế bào dị hình là các chi Microcoleus, Oscillatoria,
Pseudoanabaena, Lyngbya, Plectonema, Phormidium, Tricodesmus. Các chi
tảo lam cố đinh nitơ có cấu trúc sợi kèm theo tế bào dị hình là Anabaena,
Gloeotrichia, Hapalosiphon, Nostoc, Scytonema, Stigonema…Trong số các vi
sinh vật khử N2 thành NH4+ thì Cyanobacteria đóng vai trị chính vì chúng cố
định nitơ cả trong trạng thái sống tự do và sống cộng sinh.

13

Có thể nói rằng gây nhiễm Vi khuẩn lam cố định nitơ sống tự do hoặc
cộng sinh đóng vai trị rất lớn trong việc bón phân cho đất, đặc biệt là các
cánh đồng lúa. Có thể giảm thiểu lượng phân bón hóa học cho lúa tới 15% [9]
nếu dùng Vi khuẩn lam cố định đạm. Trong mùa phát triển thích hợp, Vi
khuẩn lam có thể cố định được 20– 30kg nitơ/ha [14]. Mặt khác, tảo cịn kích
thích sinh trưởng lúa thông qua các hoocmon do chúng bài tiết ra môi trường.
Hiện nay nhiều nơi trên thế giới đã tiến hành cấy tảo lam xuống ruộng
lúa để làm phân bón như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, …Ở Trung Quốc
người ta thường dùng Anabaena azotica và Nostoc sphaeroides cấy cho
khoảng 25.000 ha, trong khi Ấn Độ sử dụng các loài thuộc chi Aulosira,
Anabaena, Nostoc, Plectonema, Scytonema và Tolypothrix trên diện tích
khoảng 2000000 ha canh tác [theo 14].
Ngồi sản xuất phân bón, người ta còn sử dụng Vi khuẩn lam để sản
xuất sinh khối làm thức ăn cho người và động vật, khai thác hoạt chất
(Vitamin, lipit, sắc tố, …).
Tính tốn cho thấy trên trái đất có tới gần 1.454 triệu km3 nước bao
gồm nước từ đại dương, nước ngầm, băng, hồ, hơi ẩm trong khơng khí, sơng,
suối. Trong số này khoảng 94% là nước mặn. Điều đáng lưu ý là nhu cầu sử
dụng nước của nhân loại mỗi ngày một tăng và tồn bộ nước cấp cho sinh
hoạt, nơng nghiệp, cơng nghiệp, dịch vụ sau khi sử dụng đều trở thành nước
thải bị ô nhiễm. Người ta đã sử dụng tảo trong đó có Vi khuẩn lam để xử lý
nước thải. Các loài Vi khuẩn lam tập đoàn dạng hoặc dạng sợi như
Oscillatoria chiếm ưu thế trong các hồ xử lý nước thải [14].
Một số tác giả không những nghiên cứu các loài Vi khuẩn lam mang
lại giá trị kinh tế cao mà cịn đi sâu nghiên cứu các lồi Vi khuẩn lam gây
độc. Ở nước ta, những nghiên cứu về tảo độc ở biển được bắt đầu từ năm
1973. Tại một số thủy vực Hà nội và các vùng lân cận đã xác định được 7
taxon loài và dưới loài đều thuộc nghành Vi khuẩn lam. Trong 3 chi đã phát

hiện thì chi Microcytis có lồi M. aeruginosa xuất hiện ở Hồ Hoàn Kiếm,


14

Thiền Quang và một số ao nuôi cá thuộc ngoại thành Hà Nội với mật độ cao.
Gần đây, Dương Đức Tiến và Trịnh Tam Kiệt [24] thuộc Trung tâm Công
nghệ sinh học, Đại học quốc Gia Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu Vi khuẩn
lam gây hại thuộc chi Microcytis ở ao hồ và hồ chứa trong phạm vi cả nước.
1.3. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ SINH THÁI CỦA VI KHUẨN LAM
TRONG ĐẤT
1.3.1. Đặc điểm, cấu tạo, hình thái Vi khuẩn lam
Vi khuẩn lam là sinh vật chưa có nhân chính thức, chưa có sinh sản hữu
tính, cơ thể khơng có roi. Khi nghiên cứu Vi khuẩn lam cần có kiến thức về
hình thái, tế bào học, sinh lí, sinh thái và sinh hoá. Những chỉ tiêu bắt buộc để
xem xét đối tượng nghiên cứu có phải là Vi khuẩn lam hay khơng [21], bao
gồm:
- Tế bào khơng có nhân và thể màu.
- Cơ thể không chuyển động.
- Màu sắc có thể thay đổi từ đỏ đến xanh lam, do có hai sắc tố chính là
chlorophin và phycobilin.
- Sai khác với Prochlorales là chỉ chứa chlorophin a.
Hình dạng Vi khuẩn lam chia thành hai kiểu :
- Tế bào hình cầu, hình elip rộng, hình quả lê và hình trứng.
- Tế bào được kéo dài về một phía, hình elip kéo dài, hình thoi, hình ống. Các
tế bào sống riêng rẽ hoặc liên kết lại thành tập đồn hay hình sợi.
Màng tế bào Vi khuẩn lam khá dầy, một số hoá nhầy thành bao chun hố.
Hình thái Vi khuẩn lam được chia làm ba dạng : Đơn bào, tập đoàn và
đa bào dạng sợi.
Các dạng đơn bào và tập đoàn : nếu tập đoàn tồn tại trong thời gian dài

của sự phát triển gọi là tập đoàn vĩnh viễn, một số lồi hình thành tập đồn giả
vẫn giữ hình dáng cũ.


15

Tế bào đầu ngọn hay gốc của sợi ở một số lồi có những đặc điểm phân
biệt, ta cần căn cứ vào đó để mơ tả và đặc điểm này dùng làm tiêu chuẩn phân
loại đến loài.
Ở một số taxon các trichom khơng có bao (như ở Oscillatoria) hoặc
bao chỉ chứa một trichom (như ở Phormidium, Lyngbya) hay trong bao chứa
nhiều trichom (các chi trong họ Schizotrichaceae).
Tế bào dị hình hình thành từ tế bào dinh dưỡng bình thường biến đổi
cấu trúc.
Các sợi Vi khuẩn lam có dạng phân nhánh và dạng khơng phân nhánh
(tuỳ lồi) :
- Phân nhánh thực : bắt đầu từ một tế bào dinh dưỡng nào đó của trichom
phân chia theo chiều dài sau đó một trong những tế bào non tạo mấu lồi ở
phía bên sau đó tiếp tục phân chia theo hướng đó, nhánh thật được hình thành
vng góc với sợi chính. Đơi khi nhánh bị lệch do phân chia chia chéo hoặc
nghiêng của vách ngăn.
- Phân nhánh giả : gồm phân nhánh đôi (trichom trong bao bị đứt đoạn, ở hai
đầu đoạn đứt mới hình thành tế bào phân chia rồi chọc thủng bao chui ra
ngoài), phân nhánh đơn (một đầu chui ra khỏi bao còn đầu kia vẫn tiếp tục ở
trong bao).
- Phân nhánh chữ V : hình thành do hai tế bào trên sợi phát triển theo hai
hướng ngược nhau trên trục chính (trường hợp này ít gặp).
1.3.2. Đặc điểm phân bố của Vi khuẩn lam trong đất:
Số lượng, sự phân bố thành phần loài cũng như sự biến động số lượng
Vi khuẩn lam trong đất phụ thuộc nhiều yếu tố nhưng rõ nét nhất là đặc điểm

thổ nhưỡng, phương thức canh tác…Trong đất bỏ hoang với độ sâu hàng mét
vẫn tìm thấy sự có mặt của tảo, trong đất canh tác Vi khuẩn lam phân bố chủ
yếu ở độ sâu 0 - 20cm, tuy nhiên ở độ sâu 50 - 60 cm vẫn tìm thấy Vi khuẩn
lam. Trên đất canh tác bộ Nostocaceae phát triển mạnh nhất với nhiều loài có
tế bào dị hình có khả năng cố định nitơ. Điều tra về Vi khuẩn lam trong ruộng


16

lúa nước ở Việt Nam cho thấy số lượng thành phần Vi khuẩn lam rất đa dạng
và phong phú phụ thuộc vào mùa vụ và điều kiện sinh thái. Nguyễn Thị Minh
Lan và cs. (2001) [15] cho biết ở lớp bề mặt xuất hiện nhiều loài nhất, càng
xuống sâu số lượng loài càng giảm.
1.3.3. Ảnh hƣởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trƣởng của Vi khuẩn
lam
* Yếu tố vô sinh:
+ Ánh sáng:
Là yếu tố quan trọng chi phối sự phân bố địa lý và sự biến động số
lượng cũng như thành phần loài theo mùa trong năm. Sinh trưởng của Vi
khuẩn lam bị ức chế dưới điều kiện chiếu sáng mạnh là hình thức quan sát rõ
ràng nhất trong phịng thí nghiệm cũng như ngồi thiên nhiên. Mức độ quang
ức chế phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và chất lượng phổ ánh sáng. Mặt
khác ánh sáng có cường độ cao cũng ức chế hô hấp của các tế bào đang quang
quang hợp mạnh. Sự thích nghi màu của một số Vi khuẩn lam được biểu thị
bằng sự thay đổi sinh tổng hợp phycobiliprơtêin và carơtenoit. Ví dụ: Tế bào
Lyngbya plectonema, Phormidium sp. sinh trưởng dưới ánh sáng đỏ có hàm
lượng carotenoit tăng gấp đơi do hàm lượng β – Caroten và zeaxanthin so với
hiệu quả nuôi trồng dưới ánh sáng trắng trong cùng điều kiện phịng thí
nghiệm. Ánh sáng cũng là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng
tới sự vận động của Vi khuẩn lam. Tảo Oscillatoria điều chỉnh việc chìm dưới tác động của ít nhất 3 yếu tố: chế độ sáng, CO2 và chế độ dinh dưỡng

[14].
+ Độ ẩm và nƣớc:
Độ ẩm quyết đinh đến nhiệt độ đất, khả năng hoà tan khống chất, hàm
lượng ơxi và cacbonic vì vậy độ ẩm quyết định đến mức độ phong phú về
thành phần loài của Vi khuẩn lam.
+ Ảnh hƣởng của pH:


17

Nhiều quá trình sinh học bị tác động bởi giá trị pH. Giá trị pH ảnh
hưởng tới:
- Khả năng phân ly muối và phức chất, gián tiếp gây độc và tác động ức
chế sinh trưởng của Vi khuẩn lam.
- Tính hòa tan của các muối kim loại.
- Hàm lượng độc tố trong tảo.
Vi khuẩn lam sinh trưởng tối ưu ở môi trường pH bằng 6,7 – 7. Khả năng cố
định nitơ ở đất kiềm cao hơn đất chua.
+ Các nguyên tố khống: Hai nhóm ngun tố khống cần thiết cho sự
sinh trưởng của Vi khuẩn lam là nguyên tố đa lượng và nguyên tố vi lượng.
Trong nguyên tố đa lượng phải kể đến đầu tiên là phôtpho, trên ruộng lúa mật
độ Vi khuẩn lam nhiều hay ít phụ thuộc lớn vào hàm lượng phơtpho. Đa số
các lồi Vi khuẩn lam sử dụng nitơ tự do trong khơng khí để đồng hoá hơn là
sử dụng nitơ liên kết nhưng nếu hàm lượng nitơ liên kết quá cao cũng ức chế
sinh trưởng của chúng [theo 13]. Nguồn cácbon duy nhất để Vi khuẩn lam
quang hợp là CO2, Vi khuẩn lam phát triển mạnh ở nồng độ CO2 là 0,25% với
nhiệt độ 200C. Nhóm nguyên tố thứ hai là nguyên tố vi lượng tuy Vi khuẩn
lam cần ít nhưng khơng thể thiếu trong quá trình phát triển của chúng.
Molipden cần thiết cho Vi khuẩn lam trong điều kiện sử dụng nitơ là nguồn
dinh dưõng duy nhất. Các nguyên tố khác như Ca, K,Mg, Cu… có vai trị

trong q trình sinh trưởng của Vi khuẩn lam.
* Yếu tố sinh học
Tác nhân gây bệnh cho Vi khuẩn lam như vi khuẩn, nấm, tảo…tiết ra
chất độc kìm hãm sự phát triển lẫn nhau.
Vi khuẩn lam là thức ăn ưa thích của nhiều lồi động vật khơng xương
sống, vì vậy dễ thấy trong hầu hết mẫu đất phân tích xuất hiện các lồi động
vật khơng xương sống.
Hoạt động canh tác của con người cũng ảnh hưởng tới sinh trưởng của
Vi khuẩn lam. Bón phân Ure, vùi rơm rạ tạo điều kiện sinh trưởng và cố định


18

nitơ của Vi khuẩn lam. Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật gây độc cho Vi
khuẩn lam. Vì vậy việc lựa chọn phương thức canh tác và sử dụng phân bón
hợp lí rất quan trọng.
1.4. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KHÍ HẬU CỦA HUYỆN DIỄN CHÂU,
NGHỆ AN
[Nguồn: Nghệ An - Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên. Nxb KH
&KT Hà Nội. 2001.
Trung tâm khí hậu - thủy văn Bắc Miền Trung: Số liệu khí hậu thủy văn Diễn
Châu - Nghệ An.
Sở Khoa học và Công nghệ Nghệ An: Số liệu tài nguyên đất Nghệ An.]
1.4.1. Đặc điểm tự nhiên
* Vị trí địa lý và đất đai:
Toạ độ địa lý:
18056'31'' - 19011'05''vĩ độ Bắc
105030' 13'' kinh độ Đông
Diễn Châu là một huyện ven biển của Tỉnh Nghệ An, diện tích tự nhiên
31.028ha trong đó có 15.029ha đất nơng nghiệp (10.147ha trồng lúa) [12, 19],

huyện cách thành phố Vinh khoảng 40 km về phía Nam, cách thủ đơ Hà Nội
khoảng 360km về phía Bắc. Phía Nam giáp huyện Nghi Lộc, phía Bắc giáp
huyện Quỳnh Lưu, phía Tây nam giáp huyện n Thành, phía Đơng giáp biển
Đơng.
* Về địa hình:
Địa hình Diễn Châu được chia thành 3 vùng: vùng đồi núi tương đối
dốc, nên bị rửa trơi xói mịn mạnh; vùng đồng bằng tương đối bằng phẳng, độ
cao từ 0,5 đến 3,5m; thấp dần theo hình lịng chảo (nơi thấp úng có độ cao từ
0.5 đến 1.7m thường bị ngập úng vào mùa mưa - tháng 8 và 9 hàng năm);
vùng cát ven biển có diện tích 7800ha có độ cao từ 1.8 đến 3.0mét, đây là địa
hình dễ chịu tác động của nước biển đặc biệt lúc thuỷ triều lên [theo 12].


19

1.4.2. Về khí hậu:
Diễn Châu thuộc đới gió mùa chí tuyến, á đới có mùa đơng lạnh. Khí
hậu có sự phân hố theo chiều Bắc - Nam, chiều Đơng - Tây. Hằng năm, Diễn
Châu nhận được lượng bức xạ mặt trời phong phú với tổng lượng bức xạ là
131,8 kcal/cm3/năm. Tổng nhiệt độ trong năm hơn 8.5000C. Số giờ nắng trong
năm đạt từ 1500 – 1700 giờ. Nhiệt độ trung bình trong năm đạt 23,9 0C; cao
nhất là 430C và thấp nhất là 200C. Lượng mưa trung bình năm từ 1.800 2.000mm. Về chế độ nhiệt có sự phân hóa hai mùa rõ rệt là mùa nóng và mùa
lạnh. Tháng lạnh nhất là tháng 1 do chịu ảnh hưởng của khí hậu á đới và gió
mùa. Tháng nóng nhất là tháng 6 do chịu ảnh hưởng của gió Tây mang hiệu
ứng phơn làm cho nhiệt độ tăng đột ngột, gây nên tình trạng khơ hạn nghiêm
trọng. Diễn Châu cũng là địa phương có nhiều bão nhất, 3- 4 cơn/năm, các
cơn bão thường là lớn.


20

Sơ đồ các điểm thu mẫu


21

CHƢƠNG II

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng, địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong
đất trồng lúa ở huyện Diễn Châu, Nghệ An.
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu:
Chúng tôi tiến hành thu mẫu ruộng lúa ở 3 xã thuộc huyện Diễn Châu,
Nghệ An.
1. Xã Diễn Phúc (Ký hiệu: DP)
2. Xã Diễn Thọ (Ký hiệu: DT)
3. Xã Diễn Cát (Ký hiệu: DT)
2.1.3. Thời gian thu và xử lý mẫu
Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu:
Đợt 1: tháng 11/2009 đến tháng 12/2009
Đợt 2: tháng 2/2010 đến tháng 3/2010
Đợt 3: tháng 4/2010 đến tháng 5/2010
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu:
2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nơng hố
Để phân tích một số chỉ tiêu nơng hố tại mỗi điểm, mẫu đất được lấy ở
độ sâu 0- 20 cm theo phương pháp đường chéo [17]. Các vị trí của mẫu thành
phần cách nhau 50m sau đó trộn đều rồi lấy khoảng 500gam cho vào túi nilon,
ghi kí hiệu, thời gian. Mẫu chuyển về phịng phân tích. Các chỉ tiêu nơng hố

phân tích theo các tài liệu [17].
- Độ ẩm của đất đo tại chỗ bằng máy water test (Model 94)
- Đạm dễ tiêu (mg NH4+/100gam đất) theo phương pháp Chuirin - Cônnova.
Chỉ tiêu đánh giá đạm dễ tiêu: < 4mg/100g đất là đất thiếu đạm, 4- 8mg/ 100g
đất là đất thiếu vừa, > 8mg/100g đất là đất thiếu ít hoặc không thiếu.


22

- Xác định lân dễ tiêu: (mg P2O5/100g đất) theo phương pháp Oniani. Chỉ tiêu
đánh giá: 5- 10mg P2O5/100g đất là đất nghèo lân, 10 - 15mg/100g đất là đất
trung bình, trên 15mg/100g đất là đất giàu lân.
- Xác định kali tổng số (%) theo phương pháp Matlova bằng quang kế ngọn
lửa. Chỉ tiêu đánh giá: Đất feralit có 0,5 - 2% K2O; đất cát 0,2 - 0,3%; đất
than bùn 0,1 - 0,15%
2.2.2. Phƣơng pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất
Tại mỗi điểm nghiên cứu, đất được lấy ở 3 vị trí khác nhau theo
phương pháp của Gollberbakh và Shtina (1969). Mẫu lấy ở các độ sâu 0 - 5cm
và 5 - 20 cm bằng các dụng cụ đã tiệt trùng. Tại các độ sâu khác nhau, các
mẫu được trộn đều rồi lấy mẫu đại diện, cho vào túi nilon đã được tiệt trùng.
Các mẫu được chuyển về phịng thí nghiệm. Tại phịng thí nghiệm, mỗi mẫu
đất cho vào 2 đĩa petri có lót giấy lọc đã tiệt trùng. Mỗi đĩa bổ sung môi
trường Elenkin (môi trường dành riêng cho tảo lam). Tất cả mẫu vật đặt dưới
ánh sáng đèn neon có cường độ 1000 - 1200lux) tạo điều kiện cho Vi khuẩn
lam phát triển sau 2 tuần tiến hành phân tích mẫu.
Sau đây là mơi trường Elenkin (môi trường dành riêng cho tảo lam)
[theo 9]:
MgSO4

0,1g

CaCl2

0,1g

KH2PO4

0,2g

KNO3

0,73g

Fe3Cl6

1%

Nước cất

1lít

Khử trùng mơi trường dưới áp suất 1,5 atm trong 30 phút. Sau khi để
nguội điều chỉnh pH của môi trường ở 7,1.
Môi trường thạch cứng: cho 10g agar trong 1 lit nước quấy đều sau đó
đun trên bếp chưng cách thuỷ.


23

2.2.3. Định lồi Vi khuẩn lam bằng phƣơng pháp hình thái so sánh

Nửa sau thế kỷ XIX, Thuret (1875) đặt nền móng và sau đó Kirchner
đã phát triển thêm hệ thống phân loại Vi khuẩn lam. Năm 1914, đã xuất hiện
hàng loạt các hệ thống mới về phân loài Vi khuẩn lam như Elenkin (1916,
1923, 1936; Brorch, 1914, 1916, 1917; Geitler, 1925,1932). Hệ thống Elenkin
phản ánh đầy đủ sự đa dạng về hình thái của Vi khuẩn lam trên cơ sở nghiên
cứu hệ thống chủng loại phát sinh. Các nhà tảo học Liên Xô (trước đây) đã
tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu này (Gollerbakh, Kosinski, Polijanski,
1953), tiếp theo là cơng trình của Kondratieva (1968) [22].
P. Fremy (1930) được xem là người đầu tiên phân loại Vi khuẩn lam
vùng nhiệt đới. Nhà tảo học Ấn Độ - Desikachary (1959) đã phản ánh phong
phú các taxon Vi khuẩn lam thường gặp trong khu vực khí hậu nóng ẩm có
nhiều mưa của vùng nhiệt đới và hiện vẫn đang được sử dụng rộng rãi. Cho
đến nay các tiêu chuẩn về hình thái luôn được coi trọng trong phân loại, tuy
nhiên trong khuynh hướng hiện nay việc xây dựng các đơn vị phân loại dựa
trên kết quả thực nghiệm về hình thái trong ni trồng và sinh lý, hóa sinh
[theo 21].
Dựa vào hệ thống của Desikachary (1959), sau đây là một số nét chính
của khố phân loại này [theo 13]:
(1) Nhóm đơn bào: Bao gồm các chủng đơn bào sinh trưởng trên môi
trường Elenkin. Trong tự nhiên chúng tạo thành những tập đoàn dạng nhầy
trôi nổi, hoặc bám trên bề mặt đất. Gồm các chi Gloeocapsa, Synechocystis,
Microcystis, Chroococcus…
(2) Nhóm Nostoc: Các chủng có tế bào dị hình; sợi khơng phân nhánh,
tạo thành tập đồn dạng nhầy có giới hạn rõ ràng. Trong tự nhiên, nó tạo
thành tập đồn lớn, dạng nhầy trơi nổi, hoặc bám trên mặt đất, trong đất.
Thuộc nhóm này có chi Nostoc.


24

(3) Nhóm Anabaena: các chủng đều có tế bào dị hình. Sợi có bao
mỏng, khơng phân nhánh, tạo thành dạng nhầy có hình dạng xác định. Nhóm
này có các chi Anabaena, Nodularia, Cylindrospermum, Anabaenopsis…
(4) Nhóm Aulosia: các chủng đều có tế bào dị hình. Sợi có bao dày,
khơng phân nhánh, khơng hình thành tập đồn lan toả trên mơi trường thạch.
Trong tự nhiên tạo thành màng dai trên bề mặt đất hay nổi trên nước
(5) Nhóm Scytonema: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,
khơng phân cực. Trên mơi trường thạch, hình thành tập đồn trơng giống như
những mảng nhung nhỏ. Trong tự nhiên, sinh trưởng trong đất hay bề mặt đất.
(6) Nhóm Calothrix: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,
phân cực, hình thành tập đoàn như những mảnh vải nhung nhỏ. Trong tự
nhiên chúng sinh trưởng trên mặt đất, trong đất. Trong nhóm này có
Calothrix, Tolypothrix.
(7) Nhóm Gloeothrichia: các chủng có dị bào nang; sợi phân cực, hình
thành tập đồn nhầy có hình dạng xác định. Thuộc nhóm này có các chi
Gloeothrichia, Rivularia.
(8) Nhóm Fischerella: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh
thực. Trong tự nhiên chúng sinh trưởng trong đất, trên bề mặt đất rất khó quan
quan sát bằng mắt thường. Nhóm này gồm các chi: Fischerella, Westiellopsis,
Stigonema.
(9) Nhóm Oscillatoria: các chủng khơng có tế bào dị hình; sợi khơng
phân cực, khơng phân nhánh. Chúng hình thành tập đồn lan toả trên đĩa
thạch. Trong nhóm này có các chi: Lyngbya, Phormidium, Osillatoria…
Các lồi Vi khuẩn lam có tế bào dị hình có ý nghĩa thực tiễn lớn cho
khoa học, sau khi quan sát định lồi chúng tơi tiến hành cấy truyền sang môi
trường thạch đĩa mới để làm sạch tảo và Vi khuẩn lam khác, mơi trường ni
cấy có bổ sung Elenkin, tất cả được nuôi ở nhiệt độ phòng, ánh sáng neon với
cường độ 1000 - 1200lux.

25

Môi trường nuôi cấy đều được khử trùng ở 1,5atm trong thời gian 30
phút.
Số liệu trong luận văn được xử lý theo phương pháp thống kê.
* Tính kết quả trung bình:

1 n
X  . xi
n i 1
X : Giá trị trung bình

xi: kết quả thu được
n: Số mẫu