Luận án Tiến sĩ Sinh học: Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn bản địa có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA để canh tác rau ở Sóc Trăng

Phân Lập Và Tuyển Chọn Vi Khuẩn Bản Địa Có Khả Năng Cố Định Đạm Và Tổng Hợp IAA Để Canh Tác Rau Ở Sóc Trăng

Tác giả: Lê Thị Xã

Lĩnh vực: Công nghệ sinh học

Nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc đánh giá chức năng cố định đạm và tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA) của các vi sinh vật bản địa (IMO) thu thập từ các hệ thống canh tác ở Sóc Trăng. Mục tiêu là phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng, từ đó nâng cao năng suất rau muống và cải xanh. Nghiên cứu đã phân lập được 44 dòng vi khuẩn có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA, trong đó 10 dòng ưu tú đã được xác định thuộc 5 chi: Bacillus, Klebsiella, Paenibacillus, Paraburkholderia và Pseudomonas. Kết quả thực nghiệm cho thấy các dòng vi khuẩn được tuyển chọn có khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng của cây rau, đồng thời có thể giảm lượng phân đạm hóa học mà vẫn duy trì năng suất tương đương. Đặc biệt, một số dòng vi khuẩn còn giúp tăng năng suất rau và giảm hàm lượng nitrate tồn dư trong rau. Nghiên cứu đề xuất ứng dụng ba dòng vi khuẩn (TP-1.3, TP-1.4, MQ-2.5) và hỗn hợp của chúng trong canh tác rau sạch và rau an toàn tại Sóc Trăng.

Mục lục chi tiết:

• MỤC LỤC
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
• 1.1 Đặt vấn đề
• 1.2 Mục tiêu của đề tài
• 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4 Nội dung nghiên cứu
• 1.5 Tính cấp thiết của luận án
• 1.6 Đóng góp mới của luận án
• 1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
• 2.1 Điều kiện địa lí và tự nhiên tỉnh Sóc Trăng
• 2.2 Định hướng phát triển cây rau ở Sóc Trăng
• 2.3 Tổng quan về cây rau
• 2.3.1 Giá trị dinh dưỡng
• 2.3.2 Giá trị kinh tế
• 2.3.3 Yêu cầu về đất trồng, dinh dưỡng, phân bón và nước trong canh tác rau
• 2.3.4 Nhu cầu đạm của rau ăn lá
• 2.3.5 Cây rau muống
• 2.3.6 Cây cải xanh
• 2.4 Vai trò của vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật đối với cây trồng
• 2.4.1 Vi khuẩn kích thích sinh trưởng thực vật
• 2.4.2 Cố định đạm
• 2.4.2.1 Định nghĩa quá trình cố định đạm
• 2.4.2.2 Enzyme nitrogenase trong quá trình cố định đạm
• 2.4.2.3 Gen nif trong cố định đạm
• 2.4.2.4 Cơ chế của quá trình cố định đạm
• 2.4.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định đạm
• 2.4.2.6 Vi sinh vật cố định đạm
• 2.4.3 Tổng hợp indole-3-acetic acid
• 2.4.3.1 Vai trò sinh lý của auxin
• 2.4.3.2 Vi sinh vật tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA)
• 2.4.3.3 Các con đường tổng hợp IAA ở vi sinh vật
• 2.4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp IAA
• 2.4.4 Các nghiên cứu, ứng dụng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA trong và ngoài nước
• 2.4.4.1 Ngoài nước
• 2.4.4.2 Trong nước
• 2.5 Hệ vi sinh vật bản địa IMO
• 2.5.1 Lịch sử nghiên cứu
• 2.5.2 Vai trò và chức năng của IMO đối với cây trồng
• 2.5.3 Các nghiên cứu và ứng dụng IMO trong và ngoài nước
• 2.5.3.1 Nghiên cứu và ứng dụng IMO ở các nước
• 2.5.3.2 Nghiên cứu và ứng dụng IMO ở Việt Nam
• 2.6 Đa dạng vi sinh vật
• 2.6.1 Khái niệm đa dạng vi sinh vật và vai trò đa dạng vi sinh vật trong đất
• 2.6.2 Phương pháp đánh giá đa dạng vi sinh vật
• 2.6.2.1 Phương pháp truyền thống trong đánh giá đa dạng vi vinh vật
• 2.6.2.2 Phương pháp sinh học phân tử trong đánh giá đa dạng vi sinh vật
• 2.6.2.3 Phương pháp phân tích đa dạng vi sinh vật dựa vào giải trình tự acid nucleic đoạn gen mã hóa 16S-rRNA
• 2.6.2.4 Phương pháp điện di theo gradient biến tính (DGGE và TGGE)
• CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1 Phương tiện nghiên cứu
• 3.1.1 Thời gian và địa điểm
• 3.1.2 Vật liệu nghiên cứu
• 3.1.3 Dụng cụ, thiết bị và hoá chất
• 3.1.3.1 Dụng cụ
• 3.1.3.2 Thiết bị
• 3.1.3.3 Hoá chất
• 3.2 Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1 Nội dung 1: Khảo sát sự đa dạng nhóm vi sinh vật trong các hệ IMO thu thập
• 3.2.1.1 Thu thập nguồn vi sinh vật bản địa IMO
• 3.2.1.2 Khảo sát sự đa dạng của các nhóm vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO bằng phương pháp PCR
• 3.2.1.3 Đánh giá sự đa dạng vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO thu thập bằng phương pháp nested-PCR kết hợp DGGE
• 3.2.1.4 Khảo sát mật số vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO thu thập
• 3.2.1.5 Khảo sát sự hiện diện của một số vi khuẩn gây bệnh (Coliform, E. coli, Salmonella và Shigella) trong các hệ IMO thu thập
• 3.2.2 Nội dung 2: Khảo sát và đánh giá một số chức năng kích thích sinh trưởng cây trồng của các hệ IMO thu thập
• 3.2.2.1 Khảo sát khả năng tổng hợp hormone thực vật IAA của các hệ IMO thu thập
• 3.2.2.2 Khảo sát khả năng cố định đạm của các hệ IMO thu thập
• 3.2.3 Nội dung 3: Phân lập, tuyển chọn và định danh các dòng vi khuẩn bản địa có chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA từ các hệ IMO thu thập
• 3.2.3.1 Phân lập các dòng vi khuẩn bản địa có khả năng cố định đạm từ các hệ IMO thu thập
• 3.2.3.2 Khảo sát khả năng cố định đạm của các dòng vi khuẩn bản địa phân lập từ các hệ IMO trong môi trường nuôi cấy lỏng
• 3.2.3.3 Khảo sát sự hiện diện của gen nifH đối với các dòng vi khuẩn phân lập
• 3.2.3.4 Khảo sát khả năng tổng hợp IAA của các dòng vi khuẩn cố định đạm đã tuyển chọn
• 3.2.3.5 Giải trình tự gen 16S-rRNA của 10 dòng vi khuẩn có đồng thời hai chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn
• 3.2.4 Nội dung 4: Đánh giá ảnh hưởng của một số dòng vi khuẩn cố định đạm và tổng hợp IAA tuyển chọn và các hệ IMO chứa những dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng nảy mầm và sinh trưởng cây rau trong điều kiện phòng thí nghiệm
• 3.2.4.1 Ảnh hưởng của một số dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng nảy mầm và sinh trưởng cây rau muống và cây cải xanh ở điều kiện phòng thí nghiệm
• 3.2.4.2 Ảnh hưởng của một số hệ IMO tuyển chọn lên khả năng nảy mầm và sinh trưởng cây rau muống và cây cải xanh ở điều kiện phòng thí nghiệm
• 3.2.5 Nội dung 5: Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn và 5 hệ IMO chứa những dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng sinh trưởng và năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện nhà lưới
• 3.2.5.1 Chuẩn bị đất thí nghiệm
• 3.2.5.2 Chuẩn bị nguồn vi sinh vật
• 3.2.5.3 Bố trí thí nghiệm
• 3.2.5.4 Các chỉ tiêu theo dõi
• 3.2.6 Nội dung 6: Đánh giá hiệu quả của 3 dòng vi khuẩn và 2 IMO tuyển chọn lên sinh trưởng, năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện ngoài đồng
• 3.2.6.1 Chuẩn bị nguồn vi sinh vật
• 3.2.6.2 Chuẩn bị đất thí nghiệm
• 3.2.6.3 Bố trí thí nghiệm
• 3.2.6.4 Các chỉ tiêu theo dõi
• 3.3 Phương pháp xử lý số liệu
• CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
• 4.1 Nội dung 1: Sự đa dạng về nhóm vi sinh vật trong các hệ IMO thu thập
• 4.1.1 Đặc điểm sinh hóa của các hệ vi sinh vật bản địa thu thập
• 4.1.2 Sự hiện diện của vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO thu thập
• 4.1.3 Sự đa dạng hệ vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong IMO
• 4.1.3.1 Đa dạng quần thể vi khuẩn
• 4.1.3.2 Đa dạng quần thể nấm
• 4.1.3.3 Đa dạng quần thể xạ khuẩn
• 4.1.4 Mật số vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong các hệ IMO thu thập
• 4.1.4.1 Mật số vi khuẩn
• 4.1.4.2 Mật số nấm
• 4.1.4.3 Mật số xạ khuẩn
• 4.1.5 Sự hiện diện của vi khuẩn gây bệnh trong hệ IMO thu thập
• 4.2 Nội dung 2: Chức năng kích thích sinh trưởng cây trồng của các hệ IMO thu thập
• 4.2.1 Tổng hợp IAA
• 4.2.2 Cố định đạm
• 4.2.2.1 Gen chức năng nifH trong các hệ IMO
• 4.2.2.2 Khả năng cố định đạm sinh học của 20 hệ IMO trong môi trường Burk’s lỏng
• 4.3 Nội dung 3: Phân lập tuyển chọn và định danh các dòng vi khuẩn bản địa có chức năng cố định đạm và tổng hợp IAA từ các hệ IMO thu thập
• 4.3.1 Mật số vi khuẩn cố định đạm trong các hệ IMO
• 4.3.2 Kết quả phân lập vi khuẩn cố định đạm từ các hệ IMO thu thập
• 4.3.3 Khả năng cố định đạm của các dòng vi khuẩn cố định đạm phân lập
• 4.3.3.1 Hàm lượng đạm tổng số (Nts)
• 4.3.3.2 Hàm lượng đạm hữu dụng (NH4+)
• 4.3.4 Gen nifH trong cấu trúc di truyền của một số dòng vi khuẩn cố định đạm tuyển chọn
• 4.3.5 Khả năng tổng hợp IAA của 50 dòng vi khuẩn cố định đạm phân lập được tuyển chọn
• 4.3.6 Kết quả giải trình tự gen 16S-rRNA của 10 dòng vi khuẩn tuyển chọn
• 4.4 Nội dung 4: Ảnh hưởng của một số dòng vi khuẩn tuyển chọn và các IMO chứa các dòng vi khuẩn này lên khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng rau muống và cải xanh ở điều kiện phòng thí nghiệm
• 4.4.1 Khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng cây rau muống của 8 dòng vi khuẩn tuyển chọn
• 4.4.1.1 Ảnh hưởng của mật số vi khuẩn lên khả năng nảy mầm hạt rau muống
• 4.4.1.2 Ảnh hưởng của 8 dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng kích thích sinh trưởng rau muống
• 4.4.2 Khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng cây cải xanh của 5 dòng vi khuẩn
• 4.4.2.1 Ảnh hưởng của các mức mật số vi khuẩn khác nhau lên khả năng nảy mầm hạt cải xanh
• 4.4.2.2 Ảnh hưởng của 5 dòng vi khuẩn thử nghiệm lên sinh trưởng cây cải xanh
• 4.4.3 Khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng cây rau muống của 5 hệ IMO tuyển chọn
• 4.4.3.1 Ảnh hưởng của mức pha loãng lên tỷ lệ nảy mầm hạt rau muống
• 4.4.3.2 Ảnh hưởng của 5 hệ IMO tuyển chọn lên khả năng sinh trưởng cây rau muống
• 4.4.4 Khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng cây cải xanh của 5 hệ IMO tuyển chọn
• 4.4.4.1 Ảnh hưởng của mức pha loãng khác nhau lên tỷ lệ nảy mầm hạt cải xanh
• 4.4.4.2 Ảnh hưởng của các hệ IMO lên khả năng sinh trưởng của cây cải xanh ở điều kiện phòng thí nghiệm
• 4.5 Nội dung 5: Hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn và 5 IMO chứa các dòng vi khuẩn tuyển chọn lên sinh trưởng, năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện nhà lưới
• 4.5.1 Sinh trưởng và năng suất rau muống trong nhà lưới
• 4.5.1.1 Chiều cao cây rau muống
• 4.5.1.2 Số lá rau muống
• 4.5.1.3 Đường kính thân
• 4.5.1.4 Hàm lượng chlorophyll tổng số trong lá
• 4.5.1.5 Sinh khối tươi/chậu
• 4.5.2 Sinh trưởng và năng suất cải xanh trong nhà lưới
• 4.5.2.1 Vụ cải xanh thứ nhất
• 4.5.2.2 Vụ cải xanh thứ hai
• 4.6 Nội dung 6: Hiệu quả của 3 dòng vi khuẩn tuyển chọn và 2 IMO lên sinh trưởng, năng suất rau muống và cải xanh ở điều kiện đồng ruộng
• 4.6.1 Sinh trưởng và năng suất rau muống ở điều kiện đồng ruộng
• 4.6.1.1 Vụ rau muống thứ nhất
• 4.6.1.2 Vụ rau muống thứ hai
• 4.6.2 Sinh trưởng và năng suất cải xanh ở điều kiện ngoài đồng
• 4.6.2.1 Vụ cải xanh thứ nhất
• 4.6.2.2 Vụ cải xanh thứ hai
• CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1 Kết luận