Luận án Phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp L.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh

TRANG THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN

Tên luận án: Phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp L.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh.

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

Mã ngành: 62420107

Họ tên nghiên cứu sinh: Hoàng Minh Tâm

Người hướng dẫn khoa học: Người hướng dẫn chính: GS. TS. Cao Ngọc Điệp Người hướng dẫn phụ: PGS. TS. Nguyễn Bảo Toàn

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Luận án nhằm phân lập, tuyển chọn, nhận diện vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía (Saccharum spp.) trồng trên đất xám tỉnh Tây Ninh có khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA và sản xuất siderophore. Các đặc tính này giúp thúc đẩy sự tăng trưởng và năng suất của mía, đồng thời giảm thiểu lượng phân đạm, lân hóa học cũng như sự ảnh hưởng tiêu cực lên môi trường và sức khỏe con người. Vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây mía có khả năng cố định đạm và hòa tan lân đã được phân lập trên môi trường Burk, LGI không đạm và môi trường NBRIP chứa phosphate khó tan. Đánh giá khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp IAA, siderophore của các dòng vi khuẩn đã được thực hiện thông qua phương pháp so màu. Định danh các dòng vi khuẩn đã chọn dựa trên trình tự gene 16S rRNA bằng phương pháp sinh học phân tử và công cụ tin sinh học. Khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật đã được đánh giá trên cây mía trồng trong điều kiện nhà lưới, trong chậu và ngoài đồng. Kết quả là đã phân lập được 422 dòng vi khuẩn, trong đó có 246 dòng vi khuẩn vùng rễ và 176 dòng vi khuẩn nội sinh có cả hai khả năng cố định đạm và hòa tan lân, 101 dòng có khả năng tổng hợp IAA, và 81 dòng có khả năng sinh siderophore. Ba mươi sáu dòng tuyển chọn đã được định danh dựa trình trên gene 16S rRNA với mức tương đồng trình tự từ 95 – 100% so với các chủng vi khuẩn có trong cơ sở dữ liệu của Genbank, NCBI. Các dòng vi khuẩn này thuộc về các chi Enterobacter, Burkholderia, Bacillus, Stenotrophomonas, Kosakonia, Serratia, Advenella, Paraburkholderia, Chitinophaga Herbaspirillum, và Acinetobacter. Mười hai trong số 36 dòng đã định danh tiếp tục được chọn lựa để đánh giá khả năng thúc đẩy sự phát triển của cây mía nuôi cấy mô trồng trong bình Leonard. Hai dòng tốt nhất là vi khuẩn nội sinh cây mía CT4bd (Serratia oryzae) và vi khuẩn vùng rễ cây mía TPD3b (Bacillus subtilis) đã được tiếp tục đánh giá sự thúc đẩy tăng trưởng của cây mía trồng trong chậu và ngoài đồng. Sự kết hợp của 2 dòng CT4bd và TP3b cho thấy khả năng thúc đẩy sinh trưởng của cây mía cao nhất. Đối với mía trồng trong chậu và ngoài đồng, khi sử dụng phối hợp 2 dòng vi khuẩn với 75% lượng phân N và P đã cho kết quả về năng suất mía ngang bằng với nghiệm thức sử dụng 100% phân N và P hóa học. Ngoài ra, năng suất đường cũng tăng khoảng 14%, tương đương khoảng 1,02 tấn/ha trong điều kiện trồng ngoài đồng.

2. Những kết quả mới của luận án:

Luận án được thực hiện với một số điểm mới về đối tượng, phương pháp, không gian nghiên cứu

và kết quả đạt được. Luận án nghiên cứu vi khuẩn đất vùng rễ và vi khuẩn nội sinh cây mía trồng trên đất xám của 7 huyện thuộc tỉnh Tây Ninh. Nhằm loại trừ các vi sinh vật ngoại nhiễm, cây mía nuôi cấy mô trong điều kiện gnotobiotic được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật in vivo của các vi khuẩn tuyển chọn trong giai đoạn khảo sát đầu tiên, trước khi đi vào thửnghiệm ở quy mô lớn hơn.

Luận án đã phân lập được có 422 dòng vi khuẩn có cả hai khả năng cố định đạm và hoà tan lân đã được phân lập, trong đó có 101 dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA và 81 dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp siderophore. Trong số đó, 36 dòng vi khuẩn có đặc tính tốt đã được định danh dựa trên trình tự gene 16S rRNA.

Dòng CT4bd (tương đồng 99,76% với Serratia oryzae) cùng với TPD36 (Tương đồng 96% với Bacillus subtilis) có hiệu quả thay thế 25% phân hóa học N và P trên khía cạnh năng suất mía và làm tăng 14% chữ đường khi thử nghiệm trên cây mía trồng ở quy mô ngoài đồng. Đặc biệt, dòng vi khuẩn CT4bd nội sinh thân cây mía trồng tại Hảo Đước, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh được nhận diện như là vi khuẩn Serratia oryzae sp. nov., một loài mới được phát hiện nội sinh cây lúa trồng ở Trung Quốc và công bố lần đầu vào năm 2017 bởi Zhang và cộng sự (2017).

3. Các ứng dụng khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

Nguồn vi khuẩn nội sinh và vi khuẩn vùng rễ cây mía bản địa mà đề tài đã thu thập được cùng với các thông tin nghiên cứu cơ bản sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu chế tạo và sản xuất phân bón sinh học thân thiện với cây trông, môi trường, đồng thời giảm lượng phân bón hóa học và chi phí trong sản xuất mía đường ở tỉnh Tây Ninh.

Kết quả thu được của đề tài sẽ góp phần làm phong phú cơ sở dữ liệu về lĩnh vực nông học của Tây Ninh và vùng Đông Nam Bộ về mối quan hệ tương tác của bộ ba “đất, cây trồng và vi sinh vật đất”.

Hai dòng vi khuẩn tiềm tiềm năng CT4bd và TP3b đã được đề xuất tiếp tục khảo nghiệm khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật trên nhiều giống mía khác nhau ở cả vụ mía tơ và mía gốc ở các vùng mía nguyên liệu khác nhau của tỉnh Tây Ninh.