Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn azospirillum nội sinh trên...

Tài liệu Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn azospirillum nội sinh trên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại tỉnh an giang

.PDF
122
514
84

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÀO THANH HOÀNG PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ KHẢO NGHIỆM CÁC DÒNG VI KHUẨN AZOSPIRILLUM NỘI SINH TRÊN SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT CỦA LÚA CAO SẢN TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA NGỌT TẠI TỈNH AN GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC CẦN THƠ - NĂM 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÀO THANH HOÀNG PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ KHẢO NGHIỆM CÁC DÒNG VI KHUẨN AZOSPIRILLUM NỘI SINH TRÊN SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT CỦA LÚA CAO SẢN TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA NGỌT TẠI TỈNH AN GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH: VI SINH VẬT HỌC MÃ SỐ: 62420107 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN HỮU HIỆP CẦN THƠ - NĂM 2014 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ...................................................................................................... i TÓM TẮT......................................................................................................iv ABSTRACT....................................................................................................v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................vi DANH SÁCH BẢNG .................................................................................. vii DANH SÁCH HÌNH.......................................................................................x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU...........................................................................1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................5 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA ....................................................................5 2.1.1 Phân loại cây lúa.....................................................................................5 2.1.2 Họ hòa thảo (Poaceae) ...........................................................................5 2.1.3 Chi lúa (Oryza).......................................................................................5 2.1.4 Các loài lúa trồng....................................................................................6 2.1.5 Lúa hoang...............................................................................................8 2.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHÂN BÓN .......................................................8 2.2.1 Tình hình sử dụng phân bón vô cơ ......................................................... 8 2.2.2 Tình hình sử dụng phân bón sinh học .................................................... 9 2.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .10 2.4 KHÁI QUÁT NÔNG NGHIỆP TỈNH AN GIANG .................................12 2.5 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN AZOSPIRILLUM ...................................14 2.5.1 Phân loại vi khuẩn Azospirillum ...........................................................14 2.5.2 Đặc tính hình thái, sinh lý của vi khuẩn Azospirillum ...........................14 2.5.3 Đặc tính sinh hóa của vi khuẩn Azospirillum ........................................20 2.5.3.1 Đặc tính cố định đạm của vi khuẩn Azospirillum ...............................20 2.5.3.2 Đặc tính sử dụng nguồn carbon của vi khuẩn Azospirillum ................25 2.5.3.3 Đặc tính sử dụng acid amin của vi khuẩn Azospirillum ......................26 2.5.3.4 Đặc tính khử acetylene của vi khuẩn Azospirillum .............................29 2.5.3.5 Đặc tính tổng hợp chất điều hòa tăng trưởng của Azospirillum...........30 2.5.3.6 Đặc tính sinh thái của vi khuẩn Azospirillum .....................................35 2.5.4 Gen nif của vi khuẩn Azospirillum ........................................................36 2.5.4.1 Gen nif của Azospirillum....................................................................36 2.5.4.2 Cấu trúc gen nifH của vi khuẩn Azospirillum .....................................37 2.5.4.3 Chức năng gen nif của Azospirillum...................................................38 2.5.5 Tính đa dạng của enzyme cố định đạm nitrogenase ..............................43 2.5.5.1 Cấu trúc, chức năng enzyme nitrogenase ...........................................43 2.5.5.2 Các yếu tố hạn chế biểu hiện của enzyme nitrogenase .......................44 i 2.6 HỮNG NGHIÊN CỨU VỀ AZOSPIRILLUM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.............................................................................................................44 2.7 KỸ THUẬT PCR ....................................................................................47 2.7.1 Khái quát về kỹ thuật PCR....................................................................47 2.7.2 Trình tự các bước thực hiện phản ứng PCR ..........................................48 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................49 3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU.............................................................49 3.1.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .............................................................49 3.1.2 Vật liệu thí nghiệm ...............................................................................50 3.1.3 Hóa chất thí nghiệm..............................................................................51 3.1.4 Địa điểm thí nghiệm .............................................................................51 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................52 3.2.1 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang..................52 3.2.1.1 Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum .............................................52 3.2.1.2 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản trồng và lúa hoang .....53 3.2.2 Xác định đặc tính hình thái và định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ thuật sinh học phân tử ...................................................................................55 3.2.2.1 Đặc tính hình thái và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum ...........55 3.2.2.2 Xác định kích thước tế bào vi khuẩn Azospirillum .............................55 3.2.2.3 Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum.........................................57 3.2.2.4 Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum ........................................57 3.2.3 Tuyển chọn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí nghiệm ....59 3.2.3.1 Môi trường dung dịch trồng cây.........................................................59 3.2.3.2 Trồng lúa cao sản ở phòng thí nghiệm ...............................................59 3.2.3.3 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học .................................60 3.2.4 Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong nhà lưới .........................................................................................................61 3.2.4.1 Trồng lúa cao sản trong nhà lưới........................................................61 3.2.4.2 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học .................................61 3.2.5 Trắc nghiệm độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài đồng ruộng ....................................................................................................62 3.2.5.1 Trồng lúa cao sản ngoài đồng ruộng ..................................................62 3.2.5.2 Thu mẫu lúa và phân tích các chỉ tiêu nông học .................................62 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................64 4.1 Phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang ....................64 4.1.1 Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản .................................64 4.1.2 Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum ..........................................65 4.1.3 Môi trường nuôi vi khuẩn Azospirillum ................................................67 4.2 Đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum .............70 ii 4.2.1 Đặc tính hình thái của vi khuẩn Azospirillum........................................70 4.2.1.1 Hình dạng và chuyển động của vi khuẩn Azospirillum .......................70 4.2.1.2 Kích thước khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn Azospirillum.................71 4.2.1.3 Xác định Gram của vi khuẩn Azospirillum.........................................73 4.2.2 Định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum ...........................................73 4.2.2.1 Định danh vi khuẩn Azospirillum bằng kỹ thuật PCR.........................73 4.2.2.2 Phân tích gel sản phẩm PCR ..............................................................75 4.3 Tuyển chọn vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở phòng thí nghiệm .........................................................................................................76 4.3.1 Màu lá lúa.............................................................................................77 4.3.2 Chiều cao cây lúa..................................................................................77 4.3.3 Chiều dài rễ lúa sau khi thu hoạch ........................................................77 4.3.4 Hàm lượng đạm tổng số của cây lúa .....................................................80 4.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng trong nhà lưới................................................................................................................80 4.4.1 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng trong nhà lưới ..80 4.4.1.1 Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch.......................................80 4.4.1.2 Trọng lượng khô (TLK) thân lá và trọng lượng (TL) 1.000 hạt ..........81 4.4.1.3 Số hạt trên bông lúa và hàm lượng đạm trong hạt lúa.........................82 4.4.1.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum .............................................83 4.4.2 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng trong nhà lưới ..85 4.4.2.1 Màu lá và trọng lượng khô thân lá .....................................................85 4.4.2.2 Chiều cao cây lúc 30 ngày và lúc thu hoạch.......................................86 4.4.2.3 Số hạt/bông lúa và trọng lượng 1.000 hạt...........................................88 4.4.2.4 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum .............................................89 4.5 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ngoài đồng ruộng..... ........................................................................................................89 4.5.1 Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum trên lúa OM 6976 trồng ngoài đồng..... ........................................................................................................89 4.5.1.1 Màu lá và chiều cao cây lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS) ....................89 4.5.1.2 Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa.............................................90 4.5.2 Độ hữu hiệu của Azospirillum trên lúa OM 4218 trồng ngoài đồng ......94 4.5.2.1 Các chỉ tiêu nông học của lúa lúc 45 ngày sau khi sạ (NSKS)............94 4.5.2.2 Các chỉ tiêu nông học lúc thu hoạch lúa.............................................96 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................100 5.1 KẾT LUẬN...........................................................................................100 5.2 ĐỀ XUẤT .............................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................102 iii TÓM TẮT Sáu mươi mẫu lúa (48 mẫu lúa cao sản và 12 mẫu lúa hoang mọc lẫn trong ruộng lúa cao sản) được thu thập để phân lập vi khuẩn cố định đạm Azospirillum. Hình thái khuẩn lạc và tế bào của các dòng vi khuẩn Azospirillum có màu trắng đục, trắng trong, vàng nhạt; hình dạng tròn, bìa nguyên, độ nổi cao (hay lài); tròn, bìa nguyên, nhầy, độ nổi cao (hay lài); tế bào dạng que ngắn. Vi khuẩn Azospirillum dùng chủng cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 trồng tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang nhằm xác định hiệu quả của các dòng vi khuẩn đã phân lập được. Kết quả có 04 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1, Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R, và Azospirillum sp. 25HR được định danh trong tổng số 60 dòng vi khuẩn Azospirillum đã được phân lập. Khi chủng riêng lẻ 04 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 trồng trong nhà lưới tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang, các dòng vi khuẩn này giúp lúa gia tăng chiều cao cây (24,5-34,6%, 20,0-21,7%), trọng lượng khô của cây (36,1146,4%, 83,5-92,9%), số hạt trên bông (172,0-218,8%, 60,7-61,2%), so với nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn Azospirillum sp. và không bón đạm. Hàm lượng đạm trong hạt lúa ở những nghiệm thức có chủng vi khuẩn Azospirillum sp. đều cao hơn 2,5-3,9% so với nghiệm thức đối chứng. Ở các nghiệm thức có chủng vi khuẩn Azospirillum sp. trọng lượng 1.000 hạt cao hơn (5,7-6,7%, 21,1-23,2%) so với nghiệm thức đối chứng. Ứng dụng 02 dòng Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR khi chủng cho lúa cao sản (OM 6976 và OM 4218) trồng trên đất phù sa ở điều kiện đồng ruộng tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang để xác định hiệu quả cố định đạm của hai dòng vi khuẩn lên sự phát triển và năng suất lúa. Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi chủng kết hợp cùng lúc 02 dòng vi khuẩn này đã giúp lúa gia tăng chiều cao cây (6,6-7,9%, 17,7-20,9%), chiều dài bông (1,3-4,4%, 4,9-13,6%) số hạt trên bông (15,2-61,2%, 10,2-23,5%), trọng lượng 1.000 hạt (1,5-5,6%, 8,18,5%), trọng lượng khô thân lá (2,8-56,9%, 28,6-57,1%) cao hơn so với nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn Azospirillum sp. và không bón đạm. Hàm lượng đạm trong hạt lúa ở những nghiệm thức có chủng 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. cao hơn so với nghiệm thức đối chứng không chủng vi khuẩn Azospirillum sp. (6,0-11,0%). Ở các nghiệm thức chủng vi khuẩn Azospirillum sp. năng suất lúa cao hơn so với nghiệm thức đối thức đối chứng không chủng vi khuẩn và không bón đạm (55,0-55,2%, 55,5-55,7%). Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, chủng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum sp. giúp thay thế đạm (50-75 kgN/ha, 50KgN/ha). Từ khóa: Azospirillum, phân lập, vi khuẩn cố định đạm, lúa cao sản OM 6976, lúa cao sản OM 4218, lúa hoang. iv ABSTRACT Sixty samples rice (forty-eight samples of high yield rice and twelve samples wild rice appeared in cultivated rice field) were collected to isolate nitrogenfixing bacterium Azospirillum. Ecology of colonies and cells of bacterium Azospirillum are milky-white, white, yellowish; in a circular form, the cover material, high buoyancy (or interest); round, cover materials, mucous, high buoyancy (or interest); short rod-shaped cells. These bacteria were applied to the high yield rice OM 6976 and OM 4218 grown in Chau Phu District, An Giang Province in order to estimate the efficiency of the isolated bacterial strains. The results showed that 4/60 strains including Azospirillum sp. 6T1, Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R, and Azospirillum sp. 25HR were identified. When these four strains were applied separately to the high yield rice OM 6976 and OM 4218 grown in pots in a greenhouse in Chau Phu District, An Giang Province, they enabled the rice to increase their height (24.5-34.6%%, 20.0-21.7%), dry weight (36.1-146.4%, 83.5-92.9%), the number of full grains on blossoms (172.0-218.8%, 60.7-61.2%), in comparision to Azospirillum sp. free treatments. The nitrogen content of rice grains in inoculated Azospirillum sp. treatments was higher 2.5-3.9% than those of Azospirillum sp. free ones. 1000-seed weight of inoculated Azospirillum sp. treatments was higher (5.7-6.7%, 21.1-23.2%) than those of nitrogen and Azospirillum sp. free ones. Azospirillum sp. 6T1 and Azospirillum sp. 25HR were applied to the high crop yield rice (OM 6976 and OM 4218) grown in alluvial soil in Chau Phu District, An Giang Province to determine their effectiveness on the growth and yield of rice. The results showed that these two bacterial strains Azospirillum sp. enabled the inoculated rice increased their height (6.6-7.9%, 17.7-20.9%), length of blossoms (1.3-4.4%, 4.9-13.6%), the number of full grains on blossoms (15.261.2%, 10.2-23.5%), 1,000 grain weight (1.5-5.6%, 8.1-8.5%), dry weight of plant (2.8-56.9%, 28.6-57.1%) compared to those of Azospirillum sp. free treatments. The nitrogen content of rice grains in Azospirillum sp. treatments was higher 6.0-11.0% than those of Azospirillum sp. free ones. Yield of rice inoculated with Azospirillum sp. treatments was higher than those nitrogen and Azospirillum sp. free ones (55.0-55.2%, 55.5-55.7%). The experimental results showed that the combination of two nitrogen-fixing bacterial strains Azospirillum sp. helped replace nitrogen (50-75 KgN/ha, 50KgN/ha). Key words: Azospirillum, isolate, nitrogen-fixing bacterium, high yield rice OM 6976, high yield rice OM 4218, wild rice. v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A: Azospirillum. ADN: Acid Deoxyribo Nucleic. Azo: Azospirillum. AzoCR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa cao sản AzoCT: Vi khuẩn Azospirillum ở thân lúa cao sản AzoHR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa hoang. AzoR: Vi khuẩn Azospirillum ở rễ lúa. AzoT: Vi khuẩn Azospirillum ở thân lúa. Biofertilizer: Phân sinh học. CFU: Colony-Forming Unit. CPS: Capsular polysaccharide. CV: Coefficient of Variation. EM: Effective Microorganisms. EPS: Exo-polysaccharide. FAO: Food and Agriculture Organization. GDP: Gross Domestic Product. IAA: Indole-3-Acetic Acid. LSD: Least Significant Difference. MA: Mẫu Anh. NFb: Nitrogen Free brothymol. NPK: Nitrogen - Phosphorus - Kali. PCR: Polymerase Chain Reaction. PE: Polyethylene. PGPR: Plant Growth Promoting Rhizobacteria. PP: Polypropylene. ppm: parts per million. PSM: Phosphate Solubilizing Microorganisms. UV: Ultraviolet. YMA: Yeast Mannitol Agar. vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa trên thế giới qua các năm ..................................................................................................11 Bảng 2.2: Diện tích và sản lượng lúa trong cả nước qua các năm ..................12 Bảng 2.3: Đặc tính một số giống lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang ............12 Bảng 2.4: Diện tích trồng lúa tại các huyện, thị, thành phố trong tỉnh An Giang................................................................................................13 Bảng 2.5: Cơ cấu giống lúa trồng vụ Hè Thu và Đông Xuân tại An Giang ....13 Bảng 2.6: Các loài Azospirillum đã được phân lập, định danh theo thời gian .21 Bảng 2.7: Sự hiện diện của Azospirillum trên cây trồng, đất và hợp chất hữu cơ.............................................................................................22 Bảng 2.8: Môi trường, đặc tính hình thái và điều kiện sinh trưởng của Azospirillum ..................................................................................................23 Bảng 2.9: EPS (Exo-polysaccharide) được tổng hợp bởi A. lipoferum và A. brasilense trong quá trình tăng trưởng ...........................................................24 Bảng 2.10: CPS (Capsular polysaccharide) được tổng hợp bởi A. lipoferum và A. brasilense và tỷ lệ C/N trong sinh khối tế bào khi tăng trưởng ..................24 Bảng 2.11: Tỷ lệ hấp thu oxy của A. lipoferum và A. brasilense khi phát triển trong nồi lên men 5 lít ở quá trình đồng hóa của fructose và sự suy thoái của EPS .........................................................................................................24 Bảng 2.12: Hoạt động khử acetylene của A. lipoferum và A. brasilense khi nuôi cấy trong nồi lên men 5 lít ở quá trình đồng hóa của fructose và sự suy thoái của EPS ................................................................................................24 Bảng 2.13: Ảnh hưởng của các loại acid amin lên sự tăng trưởng và cố định đạm của Azospirillum spp..............................................................................27 Bảng 2.14: Ảnh hưởng của acid amin lên sự tăng trưởng và giải phóng ammoniac của Azospirillum spp ....................................................................28 Bảng 2.15: Ảnh hưởng của acid amin lên sự tăng trưởng và cố định đạm của Azospirillum sppa...........................................................................................29 Bảng 2.16: Hàm lượng IAA do vi khuẩn Azospirillum sp. tổng hợp ..............33 Bảng 2.17: Những gen cố định đạm của Azospirillum đã được xác định........40 vii Bảng 2.18: Thành phần dung dịch dùng cho phản ứng PCR ..........................48 Bảng 4.1: Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản được thu hoạch.64 Bảng 4.1: Nguồn gốc của các mẫu lúa hoang và lúa cao sản được thu hoạch (tt)…..... ........................................................................................................65 Bảng 4.2: Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập từ lúa ......66 Bảng 4.2. Nguồn gốc các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập từ lúa (tt).67 Bảng 4.3: Đặc điểm, màu sắc môi trường và thời gian tăng trưởng của Azospirillum ..................................................................................................69 Bảng 4.3: Đặc điểm, màu sắc môi trường và thời gian tăng trưởng của Azospirillum (tt) ............................................................................................70 Bảng 4.4: Đặc tính khuẩn lạc của các dòng vi khuẩn Azospirillum ................71 Bảng 4.4. Đặc tính khuẩn lạc của các dòng vi khuẩn Azospirillum (tt) ..........71 Bảng 4.5: Đặc tính tế bào của các dòng vi khuẩn Azospirillum ......................74 Bảng 4.5: Đặc tính tế bào của các dòng vi khuẩn Azospirillum (tt) ...............75 Bảng 4.6 Màu diệp lục tố lá lúa theo thời gian tăng trưởng của cây lúa .........78 Bảng 4.7 Chiều cao cây lúa 5 tuần sau khi trồng trong phòng thí nghiệm ......79 Bảng 4.8 Chiều dài rễ lúa lúc 5 tuần sau khi trồng ở phòng thí nghiệm..........80 Bảng 4.9 Hàm lượng đạm của cây lúa trồng ở phòng thí nghiệm (%) ............80 Bảng 4.10: Chiều cao cây lúa lúc 30 ngày sau khi trồng và lúc thu hoạch......81 Bảng 4.11: Trọng lượng khô thân lá và trọng lượng 1.000 hạt lúc thu hoạch lúa ...........................................................................................82 Bảng 4.12: Số hạt trên bông và hàm lượng đạm trong hạt lúa lúc thu hoạch ..83 Bảng 4.13: Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum khi chủng cho lúa...........85 Bảng 4.14: Màu lá và trọng lượng khô thân lá ...............................................85 Bảng 4.15: Chiều cao cây lúc 30 ngày sau khi trồng và lúc thu hoạch ...........88 Bảng 4.16: Số hạt/trên bông lúa và trọng lượng 1.000 hạt lúc thu hoạch lúa..89 Bảng 4.17: Độ hữu hiệu của vi khuẩn Azospirillum khi chủng cho lúa...........89 Bảng 4.18: Màu lá và chiều cao cây lúa lúc 45 ngày sau khi trồng ngoài đồng ...........................................................................................90 Bảng 4.19: Chiều cao cây, chiều dài bông và số hạt trên bông lúc thu hoạch lúa ...........................................................................................92 viii Bảng 4.20: Trọng lượng 1.000 hạt, trọng lượng khô thân lá và hàm lượng N trung bình trong hạt lúc thu hoạch lúa ...........................................................93 Bảng 4.21: Năng suất lúa lúc thu hoạch ngoài đồng ruộng.............................93 Bảng 4.22: Màu lá và chiều cao cây lúa lúc 45 ngày sau khi trồng ngoài đồng ...........................................................................................96 Bảng 4.23: Chiều cao cây, chiều dài bông và số hạt/bông lúc thu hoạch ........97 Bảng 4.24: Trọng lượng khô thân lá và trọng lượng 1.000 hạt .......................98 Bảng 4.25: Năng suất lúa lúc thu hoạch ngoài đồng ruộng.............................99 ix DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Vi khuẩn A. brasilense ATCC 29145 được nuôi cấy trên môi trường MPSS ở 30oC trong 24 giờ với độ phóng đại 15.000 lần................................17 Hình 2.2: Vi khuẩn A. lipoferum A28 được phân lập từ rễ lúa MTL 405, được nuôi cấy trên môi trường NFb ở 30oC và chụp bằng kính hiển vi điện tử quét ở độ phóng đại 20.000 lần .............................................................................17 Hình 2.3: Vi khuẩn A. amazonense ATCC 35119 được nuôi cấy trên môi trường LGI ở 30oC trong 24 giờ, các hạt PHB hiện diện trong tế bào và chụp bằng kính hiển vi điện tử quét với độ phóng đại 13.000 lần...........................18 Hình 2.4: Vi khuẩn A. halopraeferens được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét ...............................................................................................18 Hình 2.5: Vi khuẩn A. irakense KBC1 phát triển ở 30oC trong 20 giờ trong môi trường dinh dưỡng, tế bào có dạng que cong hoặc chữ S ...............18 Hình 2.6: Vi khuẩn A. doebereinerae GSF71T phân lập từ rễ cỏ Miscanthus, được nuôi cấy 5 ngày trên môi trường NFb bán đặc (A) và DYGS lỏng (B) với thước đo 10µm ..............................................................................................18 Hình 2.7: Vi khuẩn A. canadense DS2T phân lập từ bắp, nuôi cấy trên môi trường M ở 30oC, pH 7,2–7,4 trong 48–72 giờ và chụp bằng kính hiển vi điện tử quét với thước đo 0,6µm....................................................................19 Hình 2.8: Vi khuẩn A. zeae N6 được phân lập từ bắp và chụp dưới kính hiển vi điện tử quét với thước đo 0,6µm ................................................19 Hình 2.9: Vi khuẩn A. picis IMMIB TAR-3T được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét, tế bào dạng que ngắn có chiên mao dài ở đầu với thước đo 0,5µm .............................................................................................19 Hình 2.10: Vi khuẩn A. thiophilum BV-ST được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét ...............................................................................................19 Hình 2.11: Vi khuẩn A. formosense sp. nov. CC-Nfb-7T được phân lập từ đất nông nghiệp ở tỉnh Yunlin, Đài Loan và chụp bằng kính hiển vi điện tử quét........................................................................................20 Hình 2.12: Hệ thống phân tích và khử acetylene (C2H2) thành ethylene (C2H4) ............................................................................................30 Hình 2.13: Sự hình thành IAA từ Tryptophan thông qua vi khuẩn Azospirillum ..................................................................................................32 x Hình 2.14: Tổ chức các vùng gen trong tổng hợp Tryptophan của A. brasilense..................................................................................................34 Hình 2.15: Chu trình hoạt động của enzyme nitrogenase do Ribosyltransferase Dinitrogenase Reductase-ADP/Dinitrogenase Reductase kích hoạt glycohydrolase ở vi khuẩn Azospirillum brasilense .......................................42 Hình 2.16: Cấu trúc của enzyme cố định đạm nitrogenase.............................43 Hình 2.17: Enzyme nitrogenase xúc tác phản ứng chuyển hoá đạm (trên) và cấu trúc của phức hợp FeMo trong enzyme nitrogenase (dưới) .....................43 Hình 2.18: Trình tự các bước thực hiện phản ứng PCR khuyếch đại ADN ....41 Hình 3.1. Vật liệu thí nghiệm lúa hoang và lúa cao sản thu hoạch tại An Giang..................................................................................................50 Hình 3.2: Bản đồ các địa điểm thu mẫu lúa cao sản và lúa hoang tại các huyện, thị, thành phố trong tỉnh An Giang..........................................52 Hình 3.3: Quy trình phân lập vi khuẩn Azospirillum từ cây lúa......................54 Hình 3.4: Các bước phân lập vi khuẩn Azospirillum từ lúa cao sản và lúa hoang .........................................................................................................55 Hình 4.1: Vi khuẩn Azopirillum dòng 3CR được phân lập từ rễ lúa cao sản OM4218 và nuôi cấy trong môi trường NFb bán đặc (A) làm môi trường đổi màu từ xanh lá sang xanh (B) và tạo vòng trắng đục (pellicle) cách mặt môi trường khoảng 3-6mm sau 1-3 ngày nuôi cấy ................................................68 Hình 4.2: Khuẩn lạc Azospirillum dòng 15T1 (B) được phân lập từ thân lúa cao sản OM4218, dòng 4R (C) từ rễ lúa cao sản OM4218 và được nuôi cấy trên môi trường NFb đặc (A) làm môi trường thay đổi màu từ xanh lá sang xanh (B và C) ...............................................................................................68 Hình 4.3: Khuẩn lạc Azospirillum dòng H1T6 (D) được phân lập từ thân lúa hoang, dòng 1HR (E) từ rễ lúa hoang và được nuôi cấy trên môi trường NFb đặc (A) làm môi trường thay đổi màu từ xanh lá (A) sang xanh (D và E) .......................................................................................68 Hình 4.4: Phổ diện điện di các dòng vi khuẩn Azospirillum với cặp mồi chuyên biệt Azospirillum lipoferum............................................76 Hình 4.5: Phổ diện điện di các dòng vi khuẩn Azospirillum với cặp mồi chuyên biệt Azospirillum brasilense ...........................................76 Hình 4.6: Các nghiệm thức trồng lúa cao sản OM 4218 lúc 5 tuần khi trồng trong phòng thí nghiệm .................................................................................79 xi Hình 4.7: Chiều cao, màu lá cây lúa cao sản OM 4218 của các nghiệm thức lúc 5 tuần khi trồng trong phòng thí nghiệm ..................................................79 Hình 4.8. Đặc điểm sinh trưởng của các cây lúa OM 6976 ở 9 nghiệm thức lúc 60 ngày sau khi gieo sạ trong nhà lưới...........................................................84 Hình 4.9: Màu lá, chiều cao cây lúa OM 6976 có chủng Azospirillum (B, C, D và E) và đối chứng (A) lúc 60 ngày khi trồng trong nhà lưới .........................84 Hình 4.10. Đặc điểm sinh trưởng của các cây lúa OM 4218 ở 9 nghiệm thức lúc 60 ngày sau khi gieo sạ trong nhà lưới .....................................................87 Hình 4.11. Màu lá, chiều cao cây lúa OM 4218 có chủng Azospirillum (B, C, D và E) và đối chứng (A) lúc 60 ngày khi trồng trong nhà lưới .....................87 Hình 4.12: Các thí nghiệm trồng lúa ngoài đồng ruộng được phân lô trước khi gieo sạ lúa cao sản OM 6976.........................................................................91 Hình 4.13: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM 6976 đối chứng (A), có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc 45 ngày sau khi gieo sạ ngoài đồng ruộng...........................................................................................91 Hình 4.14: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM6976 đối chứng (A), có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc chuẩn bị thu hoạch ngoài đồng ruộng...........................................................................................94 Hình 4.15: Các thí nghiệm trồng lúa ngoài đồng ruộng được phân lô trước khi gieo sạ lúa cao sản OM 4218.........................................................................95 Hình 4.16: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM 4218 đối chứng (A), có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc 45 ngày sau khi gieo sạ ngoài đồng ruộng...........................................................................................95 Hình 4.17: Đặc điểm sinh trưởng của lúa cao sản OM4218 đối chứng (A), có chủng vi khuẩn (B, C, D và E) lúc chuẩn bị thu hoạch ngoài đồng ruộng ......98 xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực chủ yếu trong khẩu phần dinh dưỡng cho hơn 40% dân số thế giới, điều này làm cho cây lúa trở thành một trong những cây lương thực quan trọng nhất được sản xuất hàng năm (Hossain và Fischer, 1995). Theo Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế - IRRI (2013), tổng diện tích trồng lúa trên toàn thế giới năm 2013 là khoảng 220,86 triệu ha với sản lượng khoảng 705,38 triệu tấn (http://www.irri.org). Để tăng trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao, cây lúa cần nhiều chất dinh dưỡng khác nhau trong đó chất dinh dưỡng quan trọng nhất là đạm. Theo ước tính để sản xuất một tấn lúa (bao gồm hạt và rơm) cây lúa đã lấy từ đất 16-17 kgN (De Datta, 1981; Ponnamperuma và Deturck, 1993; Sahrawat, 2000). Tuy nhiên, để thỏa mãn nhu cầu về đạm cho cây lúa nông dân phải sử dụng phân đạm, đặc biệt là phân đạm vô cơ (Nguyễn Hữu Hiệp et al., 2005). Thông thường chỉ có khoảng 30% đến 40% phân đạm bón được cây lúa hấp thu (De Datta, 1978; Choudhhury và Khanif, 2001; Choudhury et al., 2002). Lượng phân đạm mất đi do sự khử đạm, bốc hơi và rửa trôi (Ponnamperuma, 1972; De Datta và Buresh, 1989). Lượng đạm bị khử và bốc hơi làm ô nhiễm môi trường không khí (Reeves et al., 2002), lượng đạm bị rửa trôi thì làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm (Shrestha và Ladha, 1998). Hầu hết cây lúa được trồng ở những quốc gia có số dân phát triển nhanh, gấp đôi so với diện tích đất và nguồn tài nguyên khan hiếm. Với dân số thế giới trên 7,2 tỉ người như hiện nay và không ngừng gia tăng trong thời gian tới, trong tương lai lúa gạo sẽ được sản xuất nhiều hơn trên những diện tích đất ngày càng bị thu hẹp (Shenoy et al., 2001). Vì vậy, nhu cầu về đạm sẽ gia tăng trong những năm tới nhất là đạm hóa học. Một trong những yếu tố quan trọng nhất để có sản lượng lúa cao cho các mùa vụ là phân đạm. Nếu thiếu đạm thì sản lượng lúa sẽ giảm đáng kể, trong khi cố định đạm sinh học ở các đồng lúa nước đóng góp to lớn cho độ phì nhiêu lâu dài của đất thì không đủ đáp ứng để sản xuất ra sản lượng lúa tối đa. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng, việc cố định đạm sinh học ở các cánh đồng lúa nước có thể đạt đến 50 kgN/ha/vụ (Roger và Ladha, 1992). Đạm cố định này đủ để duy trì hệ thống lúa ngập nước trước đây đến hàng trăm ngàn năm, tuy nhiên năng suất của chúng thấp với sản lượng ít hơn 4 tấn/ha. Việc giảm lượng phân đạm công nghiệp dùng cho hệ thống nông nghiệp là mục tiêu quan trọng của những nhà khoa học nông nghiệp (Bohlool et al., 1992). Trong việc sản xuất lúa lâu dài thì mục tiêu quan trọng là dần dần thay 1 thế đạm công nghiệp bằng cố định đạm sinh học. Tuy nhiên, việc bón phân đạm sinh học cố định cho cây trồng (như lúa) thì gặp khó khăn. Chẳng hạn như việc cung cấp đạm sinh học cố định thông qua các vi khuẩn cố định đạm hay bón phân xanh có một số trở ngại như phân đạm được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Để đáp ứng các nhu cầu đạm của cây trồng thì phải cần đến lượng lớn các nhóm đạm. Hệ thống phân xanh được dùng như cây điền thanh nốt sần (Sesbania rostrata), bèo hoa dâu (Azolla) đều cho sản lượng tương đương với những mẫu ruộng được bón phân hoá học (Diekmann et al., 1996; Kumarasinghe et al., 1986; Ladha et al., 1992). Tuy nhiên, tỷ lệ đạm từ phân xanh tương đương với tỷ lệ đạm từ phân hoá học (Kumarasinghe et al., 1986) vì vậy việc mất đạm ở hệ thống dùng phân xanh có thể tương tự với việc mất đạm ở hệ thống được bón phân hoá học (Harris et al., 1994). Ở mùa vụ cây họ Đậu thì vấn đề này có thể tránh được vì mối quan hệ nội-cộng sinh với Rhizobium cung cấp đạm sinh học cố định trực tiếp cho cây trồng nên không cần nhiều đạm ở đất và NH3 được tạo ra sẽ nhanh chóng được cây trồng đồng hoá một cách hiệu quả. Ở Việt Nam, tổng diện tích trồng lúa của cả nước năm 2013 là 7,9 triệu ha với sản lượng 44,1 triệu tấn và năng suất đạt 55,8 tạ/ha. Trong đó, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) chiếm khoảng 626,4 ngìn ha với sản lượng 3,2 triệu tấn và năng suất đạt 51,7 tạ/ha. Theo Viện Nghiên cứu lúa ĐBSCL, với 1,8 triệu ha đất trồng lúa, nông dân các tỉnh trong vùng quay vòng từ 2-3 vụ lúa/năm đã đưa diện tích trồng lúa năm 2013 lên trên 4 triệu ha, trong đó có 1 triệu ha sản xuất lúa chất lượng cao (http://www.gso.gov.vn). Ở tỉnh An Giang, tổng diện tích đất tự nhiên là 353.551 ha, diện tích đất trồng lúa là 264.284,61 ha chiếm khoảng 74,75% tổng điện tích, năng suất lúa trung bình khoảng 5,5-6,0 tấn/ha. Năm 2013, ngành nông nghiệp An Giang gặt hái được thành công lớn khi đạt trên 3,9 triệu tấn lúa. An Giang là tỉnh đứng đầu cả nước về sản lượng lúa và đứng đầu các tỉnh, thành trong khu vực ĐBSCL về sản lượng gạo xuất khẩu với 655.000 tấn, đạt kim ngạch 175 triệu đô la. Giá xuất khẩu lúa gạo bình quân khá cao khoảng 265 đô la/tấn (cao hơn giá xuất khẩu bình quân cả nước 16 đô la/tấn). Các giống lúa cao sản được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến cáo sử dụng và được nông dân ở Nam Bộ trồng phổ biến như AG 25, MTL 233, MTL 250, MTL 384, MTL 415, MTL 416, OM 2514, OM 2517, OM 2518, OM 2717, OM 4517, Jasmine 85,… Trong đó, các giống lúa cho năng suất và chất lượng cao được nông dân trồng phổ biến tại An Giang là OM 6976, OM 4218, OM 2514, OM 2517, OM 2718, OM 3393, OM 4655, OM 1490, Jasmine 85 và OM 4926 (http://www.angiang.gov.vn). 2 Để đạt năng suất cao trong sản xuất nông nghiệp, nông dân thường có thói quen sử dụng một lượng phân đạm (N) vô cơ rất cao khoảng 100 kg N/ha để bón cho cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Do đó giá thành sản xuất trên một tấn lúa thương phẩm khá cao dẫn đến lợi nhuận thu được sau mỗi mùa vụ khá thấp do một lượng lớn phân đạm hóa học bón cho lúa bị thất thoát, bị rữa trôi, bị bốc hơi vào không khí và lượng phân đạm hóa học thất thoát này đã góp phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Để có một nền nông nghiệp sạch, bền vững và gia tăng giá trị cây lúa, góp phần giữ vững an ninh lương thực quốc gia, giúp gia tăng năng suất mùa vụ cho cây lúa cao sản, góp phần tăng sản lượng lúa cao sản xuất khẩu ra quốc tế, hạn chế ô nhiễm môi trường trong sản xuất nông nghiệp, góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất, giảm lượng nitrat gây ô nhiễm không khí và nguồn nước, giảm chi phí sản suất nông nghiệp sau mỗi mùa vụ và góp phần tăng thu nhập cho người nông dân tại tỉnh An Giang, nhiều vi sinh vật cố định đạm sinh học đã được ứng dụng để giúp gia tăng năng suất lúa trong các mùa vụ. Mặt khác, An Giang là tỉnh thuộc khu vực ĐBSCL có diện tích sản xuất lúa nói chung và diện tích sản xuất lúa cao sản nói riêng lớn nhất nhì trong vùng ĐBSCL và là tỉnh có trữ lượng gạo xuất khẩu ra thế giới đứng đầu cả nước. Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài Luận án Tiến sĩ Sinh học được nghiên cứu với tựa đề: “Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum nội sinh trên sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản trồng trên đất phù sa ngọt tại tỉnh An Giang”. Mục tiêu tổng quát của luận án: Phân lập, tuyển chọn và khảo nghiệm các dòng vi khuẩn Azospirillum trên sinh trưởng và năng suất lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. Mục tiêu cụ thể của luận án: - Phân lập các dòng vi khuẩn Azospirillum từ lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Xác định đặc tính hình thái và định danh các dòng vi khuẩn Azospirillum đã phân lập bằng các kỹ thuật sinh học phân tử. - Tuyển chọn các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện phòng thí nghiệm. - Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện nhà lưới. - Trắc nghiệm độ hữu hiệu của các dòng vi khuẩn Azospirillum trên lúa cao sản trồng ở điều kiện đồng ruộng tại tỉnh An Giang. 3 Ý nghĩa khoa học của luận án: - Kết quả khoa học của luận án là cơ sở để khuyến cáo nông dân áp dụng chủng vi khuẩn Azospirillum trong canh tác nông nghiệp để góp phần gia tăng năng suất lúa cao sản và góp phần giảm lượng phân đạm hóa học bón cho lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường trong sản xuất nông nghiệp và cải thiện độ phì nhiêu của đất nông nghiệp. - Các kết quả của luận án là cơ sở lý thuyết và thực tiễn để làm tài liệu giảng dạy cho khối ngành nông nghiệp và sinh học ứng dụng và là cơ sở khoa học bước đầu để nghiên cứu, sản xuất phân sinh học cho cây lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. Điểm mới của luận án: - Kết quả của luận án cho thấy vi khuẩn cố định đạm sinh học Azospirillum hiện diện ở tất cả các mẫu lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Sáu mươi (60) dòng vi khuẩn Azospirillum bản địa được phân lập từ lúa hoang và lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Nhận diện và định danh được 04/60 dòng vi khuẩn. Trong đó, 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. T7 thuộc loài Azospirillum lipoferum và 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 25HR và Azospirillum sp. 7R thuộc loài Azospirillum brasilense. Bốn dòng vi khuẩn Azospirillum đều có khả năng cố định đạm sinh học cho lúa cao sản trồng tại tỉnh An Giang. - Xác định được độ hữu hiệu của 04 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. T7, Azospirillum sp. 7R và Azospirillum sp. 25HR trên lúa cao sản OM 6976 và OM4 218 trồng ở điều kiện nhà lưới tại tỉnh An Giang. - Khi chủng kết hợp 02 dòng vi khuẩn Azospirillum sp. 6T1 và Azospirillum sp. 25HR cho lúa cao sản OM 6976 và OM 4218 đã giúp lúa gia tăng năng suất khi trồng ở đồng ruộng tại tỉnh An Giang. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY LÚA 2.1.1 Phân loại cây lúa Cây lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực hàng đầu thế giới cùng với ngô (Zea mays L.), lúa mì (Triticum sp.), sắn (Manihot esculenta Crantz) và khoai tây (Solanum tuberosum L.). Về phân loại thực vật, cây lúa được phân loại như sau: Giới (kingdom/regnum): Thực vật (Plantae). Ngành (phyla): Thực vật có hoa (Angiospermae). Lớp (class): Thực vật một lá mầm (Monocots). Bộ (order): Hòa thảo (Poales). Họ (familia): Hòa thảo (Poaceae). Chi (genus) : Lúa (Oryza). Loài (species): Lúa Châu Á (Oryza sativa), lúa Châu Phi (Oryza glaberima). 2.1.2 Họ hòa thảo (Poaceae) Họ Hòa thảo hay họ lúa là một họ thực vật một lá mầm (lớp Monocots = Liliopsida), với danh pháp khoa học là Poaceae, còn được biết dưới danh pháp khác là Gramineae. Trong họ này có khoảng 668 chi với khoảng 10.035 loài. Các nhà khoa học ước tính rằng các đồng cỏ chiếm khoảng 20% toàn bộ thảm thực vật trên trái đất. Họ Hòa thảo là họ thực vật quan trọng nhất đối với toàn bộ nền kinh tế của loài người, bao gồm cả các bãi cỏ tự nhiên và cỏ trồng cho chăn nuôi gia súc cũng như là nguồn lương thực chủ yếu (ngũ cốc) cho toàn thế giới, hay các loại tre, trúc được sử dụng rộng rãi ở Châu Á trong xây dựng nhà ở nông thôn. Họ hòa thảo trước đây được cho là đã tiến hóa vào khoảng 55 triệu năm trước, khi các nhà khoa học căn cứ vào các mẫu hóa thạch đã có. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây nhất về các loại thực vật hóa thạch đến 65 triệu năm tuổi, bao gồm các tổ tiên của lúa và tre trong phân hóa đá của khủng long kỷ Phấn trắng đã đặt sự đa dạng của các loài cỏ hòa thảo có ở thời kỳ sớm hơn. 2.1.3 Chi lúa (Oryza) Chi Lúa (Oryza) là một Chi với khoảng 20 loài thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) nằm trong Phân họ Oryzoideae, có nguồn gốc ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới của Châu Á và Châu Phi. Chúng là các loài cây thân thảo 5 cao, ưa sống ở những vùng ẩm ướt, có thể cao từ 1-2 m hoặc hơn. Chi này bao gồm cả những loài sống lâu năm và một năm. Chi lúa có nguồn gốc từ Châu Á và Châu Phi, trong đó có một loài lúa tẻ (Oryza sativa) là cây lương thực có tầm quan trọng toàn cầu. Chi lúa là loại cây lương thực có sản lượng đứng hàng thứ 5 trên thế giới, chủ yếu giải quyết lương thực cơ bản cho khoảng 50% dân số thế giới. 2.1.4 Các loài lúa trồng Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới. Lúa trồng thuộc hai loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong họ Poaceae, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam Châu Á và Châu Phi. Hai loài này cung cấp hơn 1/5 lương thực con người. Lúa trồng là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-2 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (1-2,5 cm) và dài 30-100 cm. Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 20-40 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và ngang 2-3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt gọi là ruộng mạ, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Hình thức xôm lổ bỏ hạt còn phổ biến ở vùng cao. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám, tấm và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn 50% dân số thế giới (chủ yếu ở Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ La tinh), điều này làm cho cây lúa trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất. Trong tiếng Anh, từ rice (lúa, gạo) có nguồn gốc từ arisi trong tiếng Tamil. a) Loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa). Oryza sativa, thường được gọi là lúa Châu Á, là loài thực vật được biết đến trong khoa học như là loài ngũ cốc có hệ gen nhỏ nhất gồm 430 Mb trên 12 nhiễm sắc thể. Nó nổi tiếng là dễ dàng để biến đổi gen và là loại thực vật mô hình cho sinh học ngũ cốc. Oryza sativa chứa hai phân loài lớn, thứ (var.) Japonica hoặc Sinica hạt to và ngắn, phát triển ở vùng khí hậu ôn đới và thứ (var.) indica hạt dài, phát triển ở vùng nhiệt đới Châu Á. Giống O. Sativa var japonica thường được trồng trong các khu vực khô, vùng Đông Á ôn đới, các vùng cao của khu vực Đông Nam Á và các sơn nguyên có độ cao ở Nam Á, trong khi giống O. Sativa var indica chủ yếu là trồng ở vùng đồng bằng. Lúa phát triển chủ yếu ở ruộng ngập nước, trong suốt vùng nhiệt đới Châu Á. Gạo có nhiều màu sắc, bao gồm: trắng, nâu, đen, tím và đỏ. Trong đó giống 6
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan