1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN THỊ HƯƠNG VI KHUẨN LAM (CYANOBACTERIA)
TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ
THUỘC HUYỆN CẨM XUYÊN, TĨNH HÀ TĨNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC SINH HỌC
(Chuyên ngành: Thực vật học)
Nghệ An - 2014 3
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân
thành sâu sắc đến cô giáo TS Lê Thị Thuý Hà, người đã dành nhiều thời gian,
tâm huyết và công sức để chỉ dẫn, giúp đỡ và hướng dẫn khoa học để tôi hoàn
thành tốt bản luận văn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong
trường Đại học Vinh, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh, Tổ bộ
môn thực vật cũng như các đồng nghiệp tại Trường THPT Nguyễn Đình Liễn,
Huyện Cẩm Xuyên, Tĩnh Hà Tĩnh đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện đề tài.
Nhân đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn
bè và những người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn để đạt được kết quả tốt.
Nghệ An, Ngày 22 tháng 10 năm 2014
Tác giả
Trần Thị Hương
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 13
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu 13
2.1.3. Thời gian thu và xử lí mẫu 13
2.2. Phương pháp nghiên cứu 15
2.2.1. Phương pháp thu và xử lý mẫu Vi khuẩn lam trong đất 15
2.2.2. Định loài Vi khuẩn lam bằng phương pháp hình thái so sánh 16
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 17
3.1. Một số đặc điểm về điều kiện tự và khí hậu của huyện Cẩm Xuyên (Hà
Tĩnh). 17
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên 17
5
3.1.2. Đặc điểm khí hậu 18
3.2. Đa dạng Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa của một số xã thuộc huyện
Cẩm Xuyên. 19
3.2.1. Cấu trúc thành phần loài 19
3.2.2. Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa ở
huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh. 31
3.2.3. Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ 34
3.2.4. Phân bố các taxon bậc loài trong chi 35
3.2.5. Vi khuẩn lam có tế bào dị hình trong đất trồng lúa của huyện Cẩm
Xuyên, Hà Tĩnh……………………………………… 37
3.3. Đa dạng về thành phần loài VKL ở các địa điểm thu mẫu 38
3.4. Đa dạng về thành phần loài VKL qua các đợt thu mẫu 40
3.5. Đa dạng về hình thái 42
3.6. So sánh tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện
Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh với một số công trình nghiên cứu khác 44
7 DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Danh lục Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc
huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh. 20
Bảng 3.2. Số lượng taxon bậc bộ, họ, chi và loài/dưới loài đã gặp của ngành
Trang
Hình 2.1. Sơ đồ các điểm thu mẫu………………………………… ………14
Hình 3.1. Số lượng taxon các bậc của ngành Vi khuẩn lam trong đất trồng
lúa huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh ………………………………………… 31
Hình 3.2. Tỉ lệ % các họ trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam………… .32
Hình 3.3. Tỉ lệ % các chi trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam………… 33
Hình 3.4. Tỉ lệ % các loài trong các bộ của ngành Vi khuẩn lam……… 33
Hình 3.5. Tỉ lệ % số chi và số loài ở các họ của ngành Vi khuẩn trong đất
trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tĩnh Hà Tĩnh 34
Hình 3.6. Tỷ lệ số lượng loài VKL CĐN trong đất trồng lúa huyện Cẩm
Xuyên……………………………………………………………………… 37
Hình 3.7. Số lượng loài ở các xã của huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh 39
Hình 3.8. Tỉ lệ % số chi và số loài qua các đợt thu mẫu 41
9
Tỉnh Hà Tĩnh.
10
Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là:
+ Xác định được thành phần loài VKL có trong đất trồng lúa ở một số xã
thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tỉnh Hà Tĩnh.
+ Đánh giá được tính đa dạng về thành phần loài VKL và VKL cố định nitơ
trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Cẩm Xuyên, Tỉnh Hà Tĩnh.
Đề tài được tiến hành từ tháng 8 năm 2013 đến tháng 8 năm 2014 tại Bộ
môn Thực vật, Khoa Sinh và Trung tâm thực hành thí nghiệm, Trường Đại
học Vinh.
trong nhiều năm, kết quả đã xác định được 750 loài thuộc 85 chi, trong đó có
70 loài lần đầu tiên được phát hiện ở nước này. Gregorio T. Velasquez (1963)
[41] công bố kết quả nghiên cứu VKL tại Phillippines với 162 loài và 3 dạng,
thuộc 33 chi, 8 họ.
Watanabe (1959) [ dẫn theo 9] đã tiến hành nghiên cứu nhiều vùng
khác nhau của Nam và Đông Á. Trong số 851 mẫu đất, đã tìm thấy 46 loài có
khả năng cố định nitơ, chúng thuộc các chi Tolypothrix, Nostoc,
Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis và
Schizothrix. Theo tác giả VKL có nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như
Malaixia, Thái Lan, Đài Loan nhưng ít thấy ở Nhật Bản, Trung Quốc .
12
Aushas và cs (2009) [1] qua nghiên cứu cho rằng VKL đã thúc đẩy
quá trình tổng hợp nitơ trong khí quyển thành dạng hoà tan của ammoniac với
sự giúp đỡ của các enzyme. Ngoài ra VKL tăng cường khả năng giữ nước
bằng cách thêm các vật liệu polysaccharidic vào đất và gia tăng chất dinh
dưỡng trong đất.
Whale và cs (2006) [37] khi nghiên cứu hoạt động của Microcoleus
chthonoplaster trong bùn đã khẳng định VKL 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, khoáng đều thích hợp cho Vi khuẩn lam
phát triển đặc biệt là Microcoleus.
Một số tác giả khác đi sâu nghiên cứu đặc điểm hình thái trong các
giai đoạn phát triển cá thể, nhất là các loài VKL dạng sợi phân cực có tế bào
dị hình (Abdul Aziz, 1998), (Sanchis và cs., 2004) hoặc thăm dò đặc tính chịu
nhiệt của VKL ở vùng nhiệt đới (Abed và cs.,2003) và tiến hành phân lập
nuôi trồng chúng (Mccurdy và cs.,1974) ; Nghiên cứu sự hình thành và đặc
phân lập được 15 loài VKL cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố
định nitơ tự do của chúng.
Khi nghiên cứu vi tảo và VKL trong đất ngoại thành Hà Nội và vùng
phụ cận, Nguyễn Thị Minh Lan và cs. (2000, 2001) [18], [19], [20] đã phát
hiện được 50 loài thuộc 19 chi và 5 bộ. Nguyễn Quốc Hùng (2001) [13] công
bố 103 loài và dưới loài, trong đó VKL có 80 loài và dưới loài trong 20 chi
thuộc 4 bộ.
Ở khu vực bắc Trung bộ cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu như:
Võ Hành và Đỗ Thị Trường (2001) [8] đã phát hiện được 45 loài và dưới loài
VKL thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang, thành
phố Đà Nẵng. Nguyễn Lê Ái Vĩnh và Võ Hành [35] công bố 69 loài và dưới
loài thuộc 15 chi, 5 họ trên vùng đất trồng lúa huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh),
trong đó có 3 chi dạng đơn bào, 5 chi dạng sợi có tế bào dị hình, 7 chi có tế
bào dị hình.
Hồ Sỹ Hạnh (2006) [9], nghiên cứu VKL trong đất trồng ở một số
vùng thuộc tỉnh Đắc Lắc và mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố sinh
thái đã xác định được 129 loài và dưới loài, chúng thuộc 20 chi, 10 họ, trong
14
4 bộ.Trong đó có 122 loài là cấu trúc dạng sợi, có 51 loài có tế bào dị hình
thuộc 9 chi, dạng cấu trúc hạt (đơn bào) có số loài ít nhất (7 loài). Tác giả đã
bổ sung 3 chi, 35 loài, 9 dưới loài mới cho khu hệ tảo đất Việt Nam .
Như vậy, ở Việt Nam cho tới thời điểm này các công trình chuyên
khảo về Vi khuẩn lam trong đất còn rất ít mà chủ yếu là nghiên cứu về Vi
khuẩn lam trong các thủy vực, hồ, cửa sông… như nghiên cứu của Lê Thị
Thúy Hà - Võ Hành [4]; Hồ Thanh Hải [5]; Đặng Ngọc Thanh, Dương Đức
Tiến, Hồ Thanh Hải, Mai Đình Yên [27]; Nguyễn Văn Tuyên [34], Đặng Lê
đã có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của VKLCĐN lên sinh trưởng
của cây trồng.
Ở nhiều nước trên thế giới đã tiến hành lây nhiễm VKLCĐN trên đất
trồng như: Ấn Độ (tại bang Bihr) hàng năm VKL cố định được 14 Kg N/ha và
ở tây Bengar, giá trị này có thể đạt tới 15- 49 Kg N/ha (Venkataraman, 1982)
[9]. Roger và Kulasooriya (1980) [ dẫn theo 9] đã tiến hành thực nghiệm trên
đất lúa và cho biết khả năng cố định nitơ của VKL trên đất lúa ở Banglades là
10-30 kg N/ha và có thể đạt tới 80 kg/ha/năm.
VKL còn có thể tiết vào môi trường đất các chất có hoạt tính sinh học,
ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của cây trồng. Nhiều thí nghiệm tiến hành
ngâm hạt lúa với dịch vẫn của VKL đã kích thích sự nảy mầm, sinh trưởng
của rễ, tăng trọng lượng hạt và hàm lượng Prôtêin của lúa (Đặng Diễm Hồng
và Nguyễn Hữu Thước, 1987 ; Trần Đăng Kế, 1993 ; Trần Văn Nhị và Đặng
Văn Hạnh, 1994 [14], [24]. Tại viện lúa Tasken đã tiến hành gieo các hạt đã
được xử lý dịch vẫn VKLCĐN cho thấy năng suất vượt trội hơn so với đối
chứng là 13,8 tạ/ha. Các chất do chúng tiết ra ngoài môi trường có thể là
hoocmon, vitamin, axit amin…(Roger và Reynaud, 1982) [9], (Dương Đức
Tiến, 1994) [30].
Sự phát triển của VKL có thể làm tăng khả năng giữ nước, độ thoáng
khí, cải tạo đất mặn và đất chua. Việc nuôi cấy Anabaena torulosa nhiều lần
sẽ làm độ mặn của đất giảm đi 20-30% (Đoàn Đức Lân, 1996) [21]
Trong điều kiện hiện nay, khi sự ô nhiễm môi trường đang trở thành
mối hiểm hoạ đối với sự sống trên hành tinh chúng ta thì VKL còn được sử
dụng như một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học để xử lý các nguồn
nước thải. Các loài Vi khuẩn lam tập đoàn dạng sợi như Oscillatoria chiếm
ưu thế trong các hồ xử lý nước thải [16]. Chúng góp phần loại trừ các chất
độc hại và làm tăng hàm lượng oxy. Ngoài ra, vai trò tự làm sạch môi trường
trên mặt nước [2]. Ngoài ra một số VKL có thể hoá nhầy, đây là một đặc
trưng chỉ có ở VKL hoặc hình thành bao nhầy chuyên hoá quanh tế bào, sự
17
thích nghi này đã giúp VKL tránh được điều kiện bất lợi của môi trường sống
trong những ngày nhiệt độ cao và độ ẩm thấp [7].
Hình dạng tế bào sinh dưỡng của VKL cũng rất đa dạng như : Hình
cầu, elíp rộng hay elíp dài, hình quả lê, hình trứng, hình thoi, hình ống.
Cơ thể VKL có thể ở dạng đơn bào, tập đoàn hoặc dạng sợi, nhóm
khác có dạng sợi không phân nhánh với các tế bào giống nhau nhưng trên sợi
xen kẻ một số tế bào chuyên hoá gọ là tế bào dị hình.
Cơ thể đơn bào có dạng hình cầu, hình trụ hoặc hình elíp có hoặc
không có màng nhầy.
VKL dạng tập đoàn thường có dạng hình cầu, hình trụ, hình elíp đôi
khi dạng bản hay dạng khối còn cơ thể dạng sợi thì nó có thể phân nhánh hoặc
không phân nhánh.
Dạng sợi đơn giản không phân nhánh gồm một dãy tế bào là đặc điểm
của Lynbya, Anabaena và Nostoc [43]. Ở một số taxon các trichom không có
bao (Oscillatoria, Spirulina). Số khác có bao nhưng chỉ chứa một trichom
(Phormidium, Lynbya) hoặc có nhiều trichôm (Microcoleus, Schizothrix). Tế
bào đầu ngọn hay gốc của sợi ở một số loài có hình dạng khác nhau.
Dạng sợi phân nhánh gồm có các kiểu : phân nhánh thực và phân
nhánh giả. Sự phân nhánh thực đựoc xẩy ra từ một tế bào sinh dưỡng nào đó
của trichôm, nó phân chia theo chiều dọc, sau đó một trong những tế bào con
mới hình thành tạo mấu lồi ở phía bên và tiếp tục phân chia theo hướng đó.
Kiểu này thường gặp trong các chi Hapalosiphon, Fischerella,
Westiellopsis…
thổ nhưỡng, phương thức canh tác, không gian, thời gian…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. Shtina và Gollerback (1976) [52] cho thấy sự
phân bố của tảo đất giảm dần theo độ sâu cả về số loài và số lượng tế bào tảo
trên đơn vị diện tích hoặc khối lượng. Mật độ của chúng thay đổi từ 10
2
-
8.10
6
cá thể/cm
2
ở cm lớp đầu tiên của đất và ở lớp đất sâu hơn là 6.10
4
cá
thể/cm
2
.
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
19
ruộng 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) [20] cho biết ở lớp bề mặt xuất hiện nhiều loài nhất,
càng xuống sâu số lượng loài càng giảm.
1.3.3. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của Vi khuẩn
lượng O
2
, CO
2
[50], [52] vì vậy độ ẩm quyết định đến mức độ phong phú về
thành phần loài của Vi khuẩn lam.
20
1.3.3.2. Yếu tố hoá học
+ Ảnh hưởng của pH:
Độ PH của môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sự thẩm thấu của ion
trong đất, VKL sinh trưởng ở môi trường PH = 6,7 - 7 [29]. Khả năng cố định
nitơ của VKL ở đất kiềm cao hơn ở đất chua.
+ Các nguyên tố khoáng
- Phốt pho : Trong ruộng lúa, phốt pho làm tăng sự sinh trưởng và hoạt tính
cố định đạm của VKL. Sinh trưởng của VKL thấp ở nồng độ 0 - 5ppm và tăng
khi nồng độ 6 ppm [30].
- Nitơ : Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng N khí quyển và không phụ
thuộc vào nguồn N liên kết để phát triển nhưng nếu hàm lượng nitơ liên kết
quá cao cũng ức chế sinh trưởng của chúng.
- Nguồn cácbon duy nhất để Vi khuẩn lam quang hợp là CO
2
, Vi khuẩn lam
phát triển mạnh ở nồng độ CO
2
là 0,25% với nhiệt độ 20
0
Dựa vào kết quả điều tra, khảo sát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm
của đất trồng lúa huyện Cẩm Xuyên, chúng tôi tiến hành thu mẫu ruộng lúa ở
5 xã:
1. Xã Cẩm Dương : (Ký hiệu: CD)
2. Xã Cẩm Yên : (Ký hiệu: CY)
3. Xã Cẩm Quang : (Ký hiệu: CQ)
4. Xã Cẩm Bình : (Ký hiệu: CB)
5. Xã Cẩm Thành : (Ký hiệu: CT)
2.1.3. Thời gian thu và xử lý mẫu
Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu:
Đợt 1: Ngày 27 tháng 8 năm 2013
Đợt 2: Ngày 26 Tháng 2 năm 2014
Đợt 3: Ngày 3 tháng 4 năm 2014
22 Hình 2.1. Sơ đồ các điểm thu mẫu
hành quan sát mô tả và định loại, đồng thời tách và chuyển các loài Tảo lam
vào nuôi cấy trong ống nghiệm bằng môi trường BG-11.
Môi trường BG-11 và De thích hợp nhất cho sinh trưởng và phát triển
của hầu hết các chủng VKL.
Sau đây là môi trường De (g/l) [6]:
MgSO
4
0,097 g
CaCl
2
0,1g
K
2
HPO4
0,2g
KNO
3
0,2g
FeCl
3
2 giọt
Nước cất 2 lần 1lít
Thành phần môi trường BG-11 (g/l) [44].
K
2
HPO4
0,04 g
Nước cất 1 lít
(*) Thành phần dung dịch A
5
(g/l)
H
3
BO
3
2,86g
MnCl
2
. 4 H
2
O 1,81g
ZnSO
4
.7 H
2
O 0,22 g
NaMoO
4
.2 H
2
O 0,39 g
CuSO
4
.5 H
2
O 0,079 g
Co(NO
3.1. Một số đặc điểm về điều kiện tự nhiên và khí hậu của huyện Cẩm
Xuyên (Hà Tĩnh).
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên
*Vị trí địa lý
Cẩm Xuyên nằm về phía Đông Nam của tỉnh Hà Tĩnh, có tọa độ địa lý:
18°02’18’’ đến 18°20’51’’ vĩ độ Bắc, 105°51’17’’ đến 106°09’13’’ kinh
Đông.
Phía Tây Bắc giáp thành phố Hà Tĩnh và huyện Thạch Hà
Phía Đông Bắc giáp biển Đông
Phía Tây, Tây Nam giáp huyện Hương Khê và tỉnh Quảng Bình
Phía Đông giáp huyện Kỳ Anh [12].
Toàn huyện có 27 đơn vị hành chính cấp xã với tổng diện tích đất tự
nhiên 63.649,01 ha, chiếm 10,50% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh; đất
Nông nghiệp chiếm 47.650,00 ha, đất trồng lúa chiếm 8. 315, 64 ha trong đó
đất chuyên trồng lúa nước chiếm 7. 333, 21 ha [26].
Thị trấn Cẩm Xuyên là trung tâm kinh tế - văn hóa – chính trị của
huyện, cách trung tâm thành phố Hà Tĩnh 10 km về phía Đông Nam. Trên
địa bàn huyện có tuyến quốc lộ 1A, tỉnh lộ 4 chạy qua và nhiều tuyến đường
liên huyện, liên xã khác. Như vậy, huyện Cẩm Xuyên có vị trí khá thuận lợi
cho việc phát triển các ngành kinh tế-xã hội nói chung cũng như phát triển
ngành nông nghiệp nói riêng.
*Điều kiện tự nhiên
Thuộc vùng duyên hải Bắc Trung Bộ, tiếp giáp vùng biển Đông và
vùng đồi núi thấp nối Đông Trường Sơn, địa hình của huyện nhìn chung
nghiêng theo hướng Tây Nam - Đông Bắc với 3 dạng địa hình chính.
Copyright: Tài liệu đại học ©