Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của vi khuẩn sinh IAA đến sự nảy mầm và sinh trưởng phát triển của đậu Côve tại Buôn Ma Thuột

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

 LÊ THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VI KHUẨN SINH IAA ĐẾN SỰ NẢY MẦM VÀ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬU CÔVE TẠI BUÔN MA THUỘT LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC BUÔN MA THUỘT, NĂM 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

 LÊ THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VI KHUẨN SINH IAA ĐẾN SỰ NẢY MẦM VÀ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬU CÔVE TẠI BUÔN MA THUỘT CHUYÊN NGÀNH SINH HỌC THỰC NGHIỆM Mã số: 60.42.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người HDKH: TS. Võ Thị Phương Khanh BUÔN MA THUỘT, NĂM 2011 i i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Người cam đoan Lê Thị Hường ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến: TS. Võ Thị Phương Khanh, người đã dạy dỗ, gần gũi, tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như thời gian thực hiện đề tài. Ban giám hiệu cùng toàn thể quý thầy cô trường THPT Tôn Đức Thắng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Quý thầy cô trong trường, các thầy cô trong khoa Khoa học tự nhiên và công nghệ, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Sinh đã nhiệt tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu suốt ba năm học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Tây Nguyên. Các thầy cô giáo, cán bộ, nhân viên quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, cho phép tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, các bạn học viên lớp Sinh học thực nghiệm K03, đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! BMT, ngày 06 /10 / 2011 Học viên Lê Thị Hường iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................... 3 1.1 Vi khuẩn sinh IAA ................................................................................... 3 1.1.1. Đại cương về vi khuẩn sinh IAA ............................................................ 3 1.1.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của vi khuẩn ....... 7 1.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................... 7 1.1.2.2. Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy ........................................... 7 1.1.2.3. Nước và độ ẩm môi trường ................................................................ 8 1.2. Auxin – chất kích thích sinh trưởng thực vật ....................................... 8 1.2.1. Nguồn gốc ............................................................................................ 8 1.2.2. Cấu trúc hoá học và sự sinh tổng hợp .................................................... 9 1.2.3. Tính chất sinh lý của auxin .................................................................... 10 1.2.3.1. Hoạt động trong sự kéo dài tế bào ...................................................... 10 1.2.3.2. Hoạt động trong sự phân chia tế bào .................................................. 11 1.2.3.3. Hoạt động trong sự phát sinh hình thái (rễ, chồi, quả) ........................ 11 1.3 Tổng quan tài liệu về cây đậu Côve ........................................................ 13 1.3.1. Phân loại ................................................................................................ 13 1.3.2. Nguồn gốc và phân bố ........................................................................... 13 1.3.3. Một số đặc điểm sinh vật học của đậu Côve .......................................... 13 1.3.4.Yêu cầu sinh thái của cây đậu Côve ........................................................ 14 1.4. Tình hình nghiên cứu ............................................................................. 15 1.4.1. Nghiên cứu trong nước .......................................................................... 15 1.4.2. Nghiên cứu trên thế giới ....................................................................... 16 1.5. Điều kiện tự nhiên của Buôn Ma Thuột ............................................... 18 CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 19 iv 2.1 Nội dung ................................................................................................... 19 2.2 Vật liệu và địa điểm nghiên cứu .............................................................. 19 2.2.1 Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 19 2.2.2 Địa điểm nghiên cứu .............................................................................. 19 2.3 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 19 2.3.1. Phương pháp tuyển chọn chủng vi khuẩn sinh IAA ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây mầm đậu Côve ....................................................................... 19 2.3.1.1. Tạo dung dịch thí nghiệm ................................................................... 19 2.3.1.2. Xác định nồng độ vi khuẩn trong dung dịch ....................................... 20 2.3.1.3. Xác định phương trình tương quan giữa chỉ số OD530nm và nồng độ IAA (mg/l)............................................................................................................... 20 2.3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn sinh IAA lên sự sinh trưởng cây mầm đậu Côve .............................................................................. 21 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của chủng vi khuẩn sinh IAA được tuyển chọn lên sự nảy mầm của hạt và sinh trưởng, phát triển của đậu Côve .. 21 3.3.2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn sinh IAA được tuyển chọn đến sự nảy mầm và sinh trưởng cây mầm đậu Côve ...................................................................................................................................... 21 3.3.2.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và số lần tưới của vi khuẩn sinh IAA được chọn đến sinh trưởng phát triển cây đậu Côve ...22 3.3.2.3. Phương pháp đánh giá vi sinh vật đất sau nuôi trồng đậu Côve ......... 24 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn được tuyển chọn để định danh và nhân nuôi sinh khối .................................... 25 3.3.3.1. Mô tả hình thái, màu sắc và đặc điểm khuẩn lạc ................................. 25 3.3.3.2. Phương pháp nhuộm Gram ................................................................. 25 3.3.3.3. Phương pháp xác định hoạt tính catalaza ........................................... 26 3.3.3.4. Phương pháp xác định khả năng cố định nitơ phân tử ........................ 26 3.3.3.5. Phương pháp xác định đường cong sinh trưởng.................................. 26 3.3.3.6. Phương pháp xác định nhiệt độ thích hợp của chủng vi khuẩn sinh IAA ...... 27 v 3.3.3.7. Phương pháp xác định pH thích hợp của chủng vi khuẩn sinh IAA ..... 27 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 28 3.1. Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn sinh IAA ảnh hưởng đến sự sinh trưởng cây mầm đậu Côve ...................................................................................... 28 3.1.1. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn đến tỷ lệ nảy mầm của hạt .............. 28 3.1.2. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn đến sinh trưởng của cây mầm........ 30 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chủng vi khuẩn sinh IAA được tuyển chọn (chủng T5) lên sinh trưởng, phát triển của đậu Côve ................................. 34 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn T5 đến sự nảy mầm ...................................................................................................................................... 34 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn T5 đến sự sinh trưởng cây mầm đậu Côve ..................................................................................................... 36 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và số lần tưới vi khuẩn T5 đến sinh trưởng phát triển cây đậu Côve ....................................................................... 42 3.2.3.1. Ảnh hưởng đến số lượng lá và diện tích lá ......................................... 42 3.2.3.2. Ảnh hưởng đến khả năng ra hoa và đậu quả ...................................... 43 3.2.3.3. Ảnh hưởng đến chiều dài, đường kính quả, năng suất, ........................ 47 3.2.3.4. Ảnh hưởng đến số lượng nốt sần rễ đậu Côve .................................... 51 3.2.4. Đánh giá lượng vi sinh vật đất sau nuôi trồng đậu Côve ....................... 53 3.3. Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn T5 để định danh và nhân nuôi sinh khối ........................................................................ 55 3.3.1. Định danh vi khuẩn chủng T5 ................................................................ 55 3.3.2. Xác định vi khuẩn Gram ....................................................................... 55 3.3.3. Hoạt tính catalaza của vi khuẩn chủng T5 ............................................. 56 3.3.4. Nghiên cứu khả năng cố định nitơ phân tử của vi khuẩn chủng T5 ........ 57 3.3.5. Xác định đường cong sinh trưởng của vi khuẩn chủng T5 .................... 57 3.3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng, phát triển của vi khuẩn chủng T5 ........................................................................................................................ 59 3.3.7. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng, phát triển của vi khuẩn T5 .................. 61 vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 64 Kết luận ......................................................................................................... 64 Kiến nghị ........................................................................................................ 64 Tài liệu tham khảo Phụ lục vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 DT Diện tích 2 D Dài lá 3 IAA Acid indol acetic 4 KHKT Khoa học kỹ thuật 5 KL Khối lượng 6 NĐ Nồng độ 7 ppm Parts Per Milion (1 phần triệu) 8 R Rộng lá 9 TB Trung bình 10 VK Vi khuẩn viii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1. Kí hiệu các nghiệm thức theo nồng độ và số lần tưới dịch thí nghiệm ........................................................................................................................ 23 Bảng 3.1. Tương quan giữa nồng độ vi khuẩn và IAA trong dung dịch nuôi cấy ........................................................................................................................ 28 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn đến tỉ lệ nảy mầm của hạt Côve ........................................................................................................................ 29 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn đến chiều dài rễ, số rễ con và chiều dài thân mầm của cây đậu Côve ............................................................ 31 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn đến khối lượng khô rễ và thân mầm ................................................................................................................ 33 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn T5 đến tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu ...................................................................................... 34 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn đến chiều dài rễ, số rễ con và chiều dài thân mầm của cây đậu Côve ........................................ 40 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian ngâm hạt và nồng độ vi khuẩn T5 đến trọng lượng khô của rễ và thân mầm ........................................................................ 41 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của mật độ vi khuẩn chủng T5 và số lần tưới đến số lượng lá và diện tích lá của cây đậu Côve ................................................................. 43 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn và số lần tưới đến thời gian bắt đầu ra hoa, số hoa/ chùm, tỉ lệ đậu quả .................................................................. 45 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn và số lần tưới đến chiều dài, đường kính quả và năng suất, khối lượng khô của cây .............................................. 49 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn và số lần tưới đến số lượng nốt sần rễ đậu Côve .................................................................................................... 52 Bảng 3.12. Tổng số vi sinh vật trước và sau khi tưới dịch vi khuẩn ................ 54 Bảng 3.13. Đặc điểm khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn chủng T5 ................... 55 ix Bảng 3.14. Sự biến động OD610nm của dung dịch nuôi cấy vi khuẩn T5 theo thời gian ................................................................................................................ 59 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của vi khuẩn T5......... 60 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của các chủng vi khuẩn T5 .... 61 Bảng 3.17. Khả năng sinh IAA của chủng vi khuẩn được tuyển chọn trên các môi trường nuôi cấy ........................................................................................ 63 x DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Các nhóm vi khuẩn có khả năng sinh IAA ...................................... 6 Hình 1.2. Công thức hóa học của IAA ............................................................ 9 Hình 1.3. Hoạt động của IAA trong sự kéo dài tế bào ..................................... 10 Hình 3.1. Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn sinh IAA đến tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu Côve ................................................................................................... 30 Hình 3.2. Chiều dài rễ mầm, thân mầm và số lượng rễ con sau 3 ngày.38 Hình 3.3. Chiều cao thân mầm sau 5 ngày ...................................................... 39 Hình 3.4. Thí nghiệm sử dụng dung dịch vi khuẩn T5 nồng độ 1010 CFU/ml với số lần tưới khác nhau lên đất trồng đậu Côve ................................................. 46 Hình 3.5. Thí nghiệm tưới 3 lần các dung dịch khác nhau lên đất trồng đậu Côve ........................................................................................................................ 46 Hình 3.6. Kích thước quả đậu ......................................................................... 50 Hình 3.7. Bộ rễ đậu Côve sau khi trồng .......................................................... 52 Hình 3.8. Vi sinh vật tổng số ở nghiệm thức tưới dịch vi khuẩn T5 1, 2, 3 lần nồng độ vi khuẩn 1010 CFU/ml ....................................................................... 53 Hình 3.9. Hình khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn chủng T5 ............................ 55 Hình 3.10. Tế bào vi khuẩn T5 nhuộm Gram âm ............................................ 56 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 3.1. Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn chủng T5 ........................ 59 Biểu đồ 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng vi khuẩn T5 ............. 60 Biểu đồ 3.3. Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng vi khuẩn T5 62 xi 1 MỞ ĐẦU Sự sinh trưởng và phát triển của thực vật chịu nhiều tác động của các yếu tố bên trong cũng như bên ngoài môi trường sống bao gồm nguồn dinh dưỡng, nước, nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, các chất điều hòa sinh trưởng, [26]. Mỗi yếu tố có một vai trò đối với đời sống của thực vật. Chất điều hòa sinh trưởng có vai trò quan trọng trong việc điều hòa quá trình sinh trưởng, phát triển, các hoạt động sinh lý của thực vật ngay từ lúc noãn bào được thụ tinh phát triển thành phôi cho đến cây ra hoa, kết quả và kết thúc chu kỳ sống của mình. Hiện nay, bằng con đường hóa học, con người cũng đã tổng hợp nên hàng loạt các chất có hoạt tính sinh lý tương tự chất điều hòa sinh trưởng của thực vật. Các chất này rất phong phú và đã có những ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp [26]. Tuy nhiên việc sử dụng các chất điều hòa sinh trưởng nhân tạo không đúng nguyên tắc sẽ ảnh hưởng đến môi trường, giảm chất lượng nông sản, gây hại đến sức khỏe người tiêu dùng. Trong tự nhiên, ngoài thực vật, một nhóm vi sinh vật cũng có khả năng tạo ra chất kích thích sinh trưởng cho thực vật vào môi trường đất và có tác dụng trực tiếp lên cây trồng, góp phần tăng năng suất, chất lượng nông sản, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng [58], [59]. Đó là nhóm vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA (indol acetic acid) hoặc GA (gibberellin) thuộc chi Rhizobium, Azotobacter, Azospirrillum, Bradyrhizobium, [7], [27], [29], [30], [37]. Đăk Lăk là một trong các tỉnh Tây Nguyên có tiềm năng phát triển nông nghiệp có tổng diện tích tự nhiên 1.312.537 ha, trong đó đất nông nghiệp chiếm 533.404 ha thích hợp cho nhiều loại cây trồng khác nhau kể cả các cây họ đậu. Để tạo điều kiện cho việc thâm canh các cây họ đậu hiệu quả nhưng vẫn đảm bảo tính bền vững môi trường sinh thái, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của vi khuẩn sinh IAA đến sự nảy mầm và sinh trưởng phát triển của đậu Côve tại Buôn Ma Thuột ” được thực hiện. 2 Mục tiêu đề tài 1. Tuyển chọn và đánh giá chủng vi khuẩn sinh IAA phân lập trong đất ảnh hưởng đến sự nảy mầm và sinh trưởng phát triển của cây đậu Côve. 2. Xác định một số đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn sinh IAA được tuyển chọn để định danh và nhân nuôi sinh khối. Ý nghĩa khoa học - Xác định các chủng vi khuẩn có khả năng sinh IAA được phân lập tại Buôn Ma Thuột, góp phần đánh giá sự đa dạng của vi sinh vật đất ở Tây Nguyên. - Đánh giá vai trò của một số vi khuẩn trong tự nhiên đối với sự nảy mầm của hạt cũng như đối với sự sinh trưởng, phát triển ở đậu Côve. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả đề tài góp phần vào việc sử dụng các vi khuẩn có khả năng sinh IAA và giúp sự phát triển nền nông nghiệp theo hướng bền vững, có thể giảm sử dụng chất kích thích sinh trưởng nhân tạo cho cây trồng, từ đó đảm bảo an toàn cho người sử dụng. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vi khuẩn sinh IAA 1.1.1. Đại cương về vi khuẩn sinh IAA Vi sinh vật là sinh vật có cấu tạo đơn giản, kích thước rất nhỏ bé nhưng số lượng của chúng trong môi trường vô cùng lớn. Vi khuẩn trong đất là một nhóm vi sinh vật sử dụng nguồn dinh dưỡng nitơ lấy từ môi trường có từ xác động thực vật. Đặc biệt một số loài có khả năng sử dụng nitơ từ không khí. Những vi khuẩn này có vai trò quan trọng đối với cây trồng góp phần phát triển nền nông nghiệp bền vững. Ngoài ra, một số vi khuẩn cố định đạm còn có khả năng sinh tổng hợp IAA (indol acetic acid) là chất kích thích sinh trưởng ở thực vật. Đó là vi khuẩn thuộc chi Rhizobium, Bradyrhizobium, Azotobacter, Azospirrillum,..[8], [20], [23], [25], [39], [43], [47], [48], [51], [58], [60]. - Rhizobium sp. là vi khuẩn cố định nitơ cộng sinh với rễ cây bộ đậu (còn gọi là vi khuẩn nốt sần), dạng hình que có khả năng di động hoặc hình que phân nhánh mất khả năng di động. Vi khuẩn nốt sần thuộc loại hiếu khí, ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm, nhiệt độ thích hợp từ 28 - 300C, theo khóa phân loại Bergey thì có phạm vi nhiệt độ rộng hơn, độ ẩm từ 60 - 80%, có khả năng sử dụng nitơ không khí, đặc biệt là khả năng sinh IAA kích thích sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng qua sự hình thành lông rễ và kéo dài rễ. Vi khuẩn nốt sần khi còn non có tế bào hình que, kích thước vào khoảng 0,5 - 0,9 x 1,2 - 3,0 µm, bắt màu đồng đều và có khả năng di động nhờ tiên mao, khi già vi khuẩn nốt sần trở nên bất