- Trang Chủ
- Sinh học
- Đánh giá khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật in vivo của các vi khuẩn liên kết thực vật trên một số loại cây ngũ cốc trồng trong bình Leonard
Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÚC ĐẨY TĂNG TRƯỞNG THỰC VẬT IN
VIVO CỦA CÁC VI KHUẨN LIÊN KẾT THỰC VẬT TRÊN MỘT SỐ
LOẠI CÂY NGŨ CỐC TRỒNG TRONG BÌNH LEONARD
Châu Thị Huyền*, Đậu Thị Minh, Nguyễn Hoàng Trí,
Đặng Thị Ngọc Thanh, Hoàng Minh Tâm
Trường Đại học Sài Gòn
*Tác giả liên lạc: huyenspsinh14@gmail.com
TÓM TẮT
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tìm ra các dòng vi khuẩn liên kết thực vật
có tác động tốt trên sự tăng trưởng của cây lúa và cây ngô một tháng tuổi. Hạt
được khử trùng và gieo tạo cây con vô trùng và được chủng vi khuẩn trước khi
chuyển vào trồng trong bình Leonard với dung dịch dinh dưỡng bao gồm
Hoagland bán phần và Hoagland bán phần không N; đối chứng là nước cất vô
trùng. Trong 7 dòng vi khuẩn liên kết thực vật đã khảo sát, có 3 dòng BD2, BD3
và MT1 cho tác động tốt nhất trên cả hai loại cây khi làm tăng diện tích lá 39 –
166%, tăng khối lượng rễ khô 62 – 171% và tăng khối lượng thân lá khô 50 –
172%. Ba dòng này đã được định danh bằng phương pháp MALDI và tiếp tục
được khảo sát khả năng sản xuất siderophore, khả năng đối kháng sinh học. Kết
quả định danh cho thấy dòng BD2 tương đồng với Bacillus pumilus, hai dòng
MT1 và BD3 tương đồng với Bacillus subtilis. Cả 3 dòng đều có khả năng sinh
siderophore và có khả năng ức chế vi khuẩn chỉ thị Gram âm và Gram dương.
Trong đó, dòng BD2 sản xuất siderophore tốt nhất và dòng MT1 kháng khuẩn tốt
nhất. Cả 3 dòng BD2, BD3 và MT1 có thể được sử dụng phối hợp trong cùng chế
phẩm phân bón vi sinh vì chúng không đối kháng lẫn nhau.
Từ khóa: Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, bình Leonard, đối kháng sinh học,
siderophore, thúc đẩy tăng trưởng thực vật, vi khuẩn liên kết thực vật.
ASSESSMENT OF POTENTIALS FOR IN VIVO PLANT GROWTH
PROMOTING OF PLANT ASSOCIATED BACTERIA IN TYPES OF
CROP PLANTS CULTIVATED IN LEONARD’S JARS
Chau Thi Huyen*, Dau Thi Minh, Nguyen Hoang Tri,
Dang Thi Ngoc Thanh, Hoang Minh Tam
Sai Gon University
*Corresponding Author: huyenspsinh14@gmail.com
ABSTRACT
The research has been conducted to identify the strains of plant associated
bacteria possessing positive impact on growth of one-year old rice and maize.
The seedlings growing from sterilized seeds inoculated with the bacteria cultures,
then cultivated in Leonard’s jars with half-strength Hoagland's solutions, half-
strength Hoagland's solutions without N, and sterile distilled water as a control.
Of the 7 bacteria strains evaluated, three of them, BD2, BD3 and MT1 showed
the best effects on both types of plants, increasing the leaf area, the dry root mass
and dry leafed stem mass about from 39 to 166%, 62 - 171%, and 50 - 172%,
respectively. These three strains have been identified by the MALDI method and
91
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
continue to be investigated for their abilities of producing siderophores, and
biological antagonism. The identification results indicate that the BD2 isolate is
similar to Bacillus pumilus, the two isolates MT1 and BD3 are homologous to
Bacillus subtilis. All three strains are capable of producing siderophore and are
capable of inhibiting Gram-negative and Gram-positive indicator bacteria
strains. Specially, the BD2 isolate has the best capability of producing
siderophore and the MT1 isolate has the best capability of inhibiting the growth
of indicator bacteria. All three strains of BD2, BD3 and MT1 can be used
coordinately in an inoculant as they are not resistant to one other.
Keywords: Antagonism, Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, Leonard’s jar, plant
Associated Bacteri, plant Growth Promoting Bacteria, siderophore.
MỞ ĐẦU lúa. Đây là bước nghiên cứu có ý nghĩa
Lúa gạo (Oryza sativa L.) và ngô (Zea nhất định trong chế tạo phân bón vi
mays L.) là hai trong số các loại ngũ sinh có phổ vật chủ rộng cho các cây
cốc được sử dụng làm lương thực lương thực. Bên cạnh đó, việc xác định
chính của một số dân tộc trên thế giới. đặc tính đối kháng sinh học một cách
Canh tác cây lương thực cũng như các gián tiếp thông qua khả năng sinh
loại cây trồng khác cần dựa trên siderophore hay tính kháng khuẩn của
nguyên tắc của nông nghiệp “sinh thái” các dòng được tuyển chọn còn giúp ích
bền vững và giảm thiểu các tác động cho việc khai thác các khía cạnh có lợi
tiêu cực đối với môi trường và sức khác của chế phẩm, ngoài chức năng
khỏe con người. Nhắm đến mục tiêu “phân bón”. Công tác định danh đã
này, các nhà nghiên cứu thường tập thực hiện cũng cho phép sự cân nhắc
trung khai thác lợi ích của các vi khuẩn về tính an toàn sinh học của chế phẩm
thúc đẩy tăng trưởng thực vật (trong đó khi triển khai ứng dụng thực nghiệm
có các vi khuẩn liên kết thực vật) như ngoài đồng sau này.
là các chế phẩm bổ sung cho cây. Các Trong 10 năm gần đây, đã có nhiều
vi khuẩn giúp thúc đẩy tăng trưởng công bố về tác động thúc đẩy tăng
thực vật thông qua các đặc tính tốt như trưởng thực vật của các vi khuẩn liên
cố định đạm, hòa tan phosphate khó kết thực vật trên cây ngô và cây lúa.
tan, tổng hợp chất điều hòa sinh trưởng Các thí nghiệm nghiên cứu thường tiến
như IAA, và làm tăng khả năng đề hành trên quy mô trồng cây trong ống
kháng bệnh (Siciliano et al., 2001). nghiệm và trong chậu; ít có thử nghiệm
Trong các nghiên cứu trước đây, một ngoài đồng được báo cáo. Tại Thái
bộ sưu tập gồm các dòng vi khuẩn liên Lan, Piromyou et al. (2011) đã tiến
kết cây mía và cây ngô có các khả năng hành nghiên cứu tác động của
cố định đạm, hòa tan lân, và tổng hợp Pseudomonas sp. SUT19 và
IAA đã được tạo ra và hiện đang lưu Brevibacillus sp. SUT 47 lên sự nảy
trữ ở phòng Thí nghiệm Vi sinh vật mầm và tăng trưởng của cây ngô trồng
học, trường Đại học Sài Gòn. Trong trong bình Leonard. Việc chủng vi
nghiên cứu này, 7 dòng vi khuẩn có khuẩn đã giúp tăng sinh khối cây ngô,
đặc tính tốt được lựa chọn từ bộ sưu tập đặc biệt trong giai đoạn 5 đến 8 tuần
lại tiếp tục được đánh giá khả năng tuổi. Tại Brazil, Rodrigues et al. (2016)
thúc đẩy tăng trưởng thực vật in vivo đã phân lập được 136 dòng vi khuẩn
trên chính cây chủ như cây ngô, hay liên kết cây mía. Trong đó có 83 dòng
mở rộng sang một cây chủ khác là cây biểu thị khả năng hòa tan phosphate, cố
92
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
định đạm, sản xuất IAA, HCN, với ngâm hạt trong NaOCl hoặc
ammonia, chitinase, cellulase và Ca(OCl)2 10% trong thời gian từ 5, 10,
pectinase. Bảy dòng tốt nhất thuộc các đến 15 phút. Sau mỗi công đoạn tiến
chi Klebsiella, Enterobacter và hành rửa sạch hóa chất bằng nước cất
Pantoea đã được thử nghiệm về khả vô trùng. Giai đoạn cuối, hạt được rửa
năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật của sạch bằng nước cất vô trùng 4 lần. Đem
chúng trên cây ngô trồng trong chậu, ủ hạt trong đĩa Petri chứa môi trường
giai đoạn 0 – 40 ngày tuổi. Qua đó, có LB 0,7% agar. Sau 2 ngày, quan sát
5 dòng đã được các tác giả đề xuất như nhằm loại bỏ các hạt có biểu hiện
các dòng tiềm năng cho sản xuất phân nhiễm khuẩn. Các hạt không nhiễm sẽ
bón sinh học. được chuyển vào bình nuôi cấy chứa
môi trường 0,7% agar, 1% sucrose, đặt
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ở 26±2oC, chiếu sáng bằng đèn (cường
NGHIÊN CỨU độ 2000 lux, 12 giờ/ngày).
Vật liệu
Đối tượng nghiên cứu là 7 dòng vi KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
khuẩn đã được đánh giá khả năng cố Kết quả khử trùng hạt và tạo cây con
định đạm, hòa tan phosphate và tổng vô trùng trong ống nghiệm
hợp IAA; bao gồm 4 dòng vi khuẩn Quy trình khử trùng hạt tốt nhất đối với
liên kết cây ngô (BD1, BD2, BD3, cả 2 loại hạt ngô và lúa là sử dụng chất
BT2), và 3 dòng liên kết cây mía diệt khuẩn Ca(OCl)2 nồng độ 10%
(MT1, MR1, MR2). trong 10 phút. Tỷ lệ hạt sống, nảy mầm
Hai giống ngũ cốc được sử dụng trong và sạch khuẩn đã đạt được là 96,7% đối
nghiên cứu PGP (Plant Growth với hạt ngô và 94,4% đối với hạt lúa.
Promoting) in vivo là giống lúa gạo Sau khi chuyển các hạt không nhiễm
OM5451 và giống ngô nếp nù TB277. vào môi trường agar bán đặc, tỷ lệ cây
Phương pháp nghiên cứu nảy chồi, mọc rễ và không có dấu hiệu
Hoạt hóa vi khuẩn và tạo dịch huyền nhiễm trùng là 96,7% ở ngô và 97,2%
phù ở lúa. Như vậy, hiệu quả chung của
Sau thời gian lưu trữ, 7 dòng vi khuẩn việc khử trùng hạt và tạo cây sạch
đã được hoạt hóa, cấy chuyển trên môi khuẩn trong ống nghiệm là 93,5% đối
trường phân lập, và kiểm tra lại độ với ngô; và 91,8% đối với lúa. Đây là
thuần. Tiến hành nuôi các dòng thuần một bước quan trọng nhằm nâng cao
trong môi trường LB lỏng (Bertani et điều kiện kiểm sóa t (gnotobiotic
al., 1951), điều kiện lắc 120 vòng/phút, conditions) (Mehnaz, 2011) mà các thí
trong 48 giờ. Thu dịch huyền phù, so nghiệm trồng cây in vitro thường thực
độ đục và điều chỉnh mật số tế bào về hiện nhằm loại bỏ tác động của các vi
chuẩn McFarland 0,5 (1,5 x 108 sinh vật ngoại lai còn sót trên mẫu mô
CFU/mL theo Sutton, 2011) bằng máy thực vật.
đo quang phổ Pharmacia Biotech Ảnh hưởng của yếu tố môi trường
Novaspec II (Hoa Kỳ), sử dụng bước trồng cây và yếu tố vi khuẩn liên kết
sóng 600 nm. thực vật lên sự tăng trưởng của cây
Khử trùng hạt, tạo cây con vô trùng và lúa, cây ngô một tháng tuổi
chủng vi khuẩn vào cây con Đối với chiều dài rễ, khối lượng tươi
Hạt lúa, hạt ngô được rửa sạch bằng và khối lượng khô của rễ cây
nước cất vô trùng (4 lần), lắc trong cồn Đối với cây lúa một tháng tuổi, trong
70o trong thời gian 5 phút và kết hợp môi trường trồng cây là nước cất, dòng
93
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
BD2 có tác động tốt nhất trên chiều dài Hoagland bán phần. Trong khi đó trên
rễ khi làm tăng chiều dài thêm 79% so cây ngô một tháng tuổi, các dòng có tác
với đối chứng không chủng vi khuẩn. động tốt trên diện tích lá là MT1, MR1,
Trong khi đó đối với cây ngô, dòng BD2.
MT1có tác làm tăng thêm 112% so với Kết quả tuyển chọn và định danh các
đối chứng không chủng vi khuẩn. dòng vi khuẩn liên kết thực vật
Chiều dài rễ cây gia tăng khi cây được Kết quả định danh bằng phương pháp
trồng trong điều kiện thiếu dinh dưỡng MALDI cho thấy dòng BD2 tương
(Đặng Thị Ngọc Thanh và cs., 2016). đồng với Bacillus pumilus, 2 dòng
Cây có thể tăng cường sự phát triển rễ MT1 và BD3 cùng tương đồng với
bên để tăng cường sự tiếp cận các Bacillus subtilis. Đây là các vi khuẩn
nguồn dinh dưỡng thông qua sự điều Gram dương, sinh nội bào tử nên có
chỉnh các hormone, trong đó hormone khả năng chống chịu và phát tán tốt.
từ các vi khuẩn liên kết thực vật Bacillus subtilis đã được biết đến nhiều
(Hawkesford et al. 2012; Liu et al. về khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực
2008). Như vậy khối lượng rễ, đặc biệt vật, trợ sinh và ứng dụng trong nhiều
là khối lượng chất khô của rễ là chỉ tiêu chế phẩm thương mại do có tính an
phản ánh sự phát triển của rễ tốt hơn so toàn sinh học cao. Bacillus pumilus đã
với chiều dài rễ. được chứng minh hiệu quả thay thế
Đối với chiều cao cây, khối lượng tươi một phần phân bón hóa học (Kuan et
và khối lượng chất khô của thân-lá al., 2016). Vi khuẩn này cũng có khả
Kết quả nghiên cứu cho thấy trong năng sinh IAA, siderophore, kiểm sóa
cùng một loại môi trường trồng cây, tất t nấm Fusarium, và gia tăng chiều dài
cả các nghiệm thức có chủng vi khuẩn của rễ và chồi ở cây khoai tây
đều cho diện tích lá tốt hơn so với đối (Heidarzadeh et al., 2015).
chứng không chủng vi khuẩn. Các Khả năng sản xuất siderophore và
nghiệm thức cho tác động tốt nhất trên khả năng ức chế vi khuẩn
diện tích lá lúa là BD1, BT2, BD3, Kết quả thí nghiệm định tính cho thấy
MR2, MT1. Đặc biệt, dòng MT1 có tác cả 3 dòng BD2, BD3 và MT1 đều có
dụng làm tăng diện tích lá thêm 69% khả năng sinh siderophore và có khả
khi trồng cây trong môi trường năng ức chế 2 chủng vi khuẩn chỉ thị
Hoagland bán phần không đạm và tăng Gram âm và Gram dương. Trong đó,
thêm 70% khi trồng cây trong môi dòng BD2 sản xuất siderophore tốt
trường Hoagland. Dòng BD3 có tác nhất và dòng MT1 kháng khuẩn tốt
dụng làm tăng diện tích lá lúa thêm nhất (0,2 cm đối với E. coli và 0,5 cm
51% khi trồng cây trong môi trường đối với S. aureus) (Hình 1).
Hình 1. Khả năng sinh siderophore (A), kháng E. coli (B), và kháng S. aureus
(C) của các dòng vi khuẩn tuyển chọn, đối chứng sử dụng nước cất (ĐC)
94
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT BD3 đều có khả năng sinh siderophore
Trong 7 dòng vi khuẩn liên kết thực và kháng vi khuẩn chỉ thị. Cả 3 dòng
vật, có 3 dòng có tác động tốt trên sự BD2, MT1, BD3 có thể được sử dụng
tăng trưởng thực vật của cả hai loại cây phối hợp trong cùng chế phẩm phân
ngũ cốc là ngô và lúa; đó là Bacillus bón vi sinh vì không đối kháng lẫn
pumilus BD2, B. subtilis MT1 và B. nhau.
subtilis BD3. Cả 3 dòng BD2, MT1,
TÀI LIỆU THAM KHẢO
BHARUCHA U. D., PATEL K. C., TRIVEDI U. B, 2013. In vitro screening of
isolates for its plant growth promoting activities from the rhizosphere of
Alfalfa (Medicago Sativa). Journal of Microbiology and Biotechnology
Research.3 (5):79-88.
DANG THI NGOC THANH AND CAO NGOC DIEP: Isolation,
Characterization and Identification of Endophytic Bacteria in Maize (Zea
Mays L.) Cultivated on Acrisols of the Southeast of Vietnam. American
Journal of Life Sciences 2014; 2(4): 224-233 Published online August 30,
2014.
HEIDARZADEH, N., & BAGHAEE-RAVARI, S. (2015). Application of
Bacillus pumilus as a potential biocontrol agent of Fusarium wilt of
tomato. Archives of Phytopathology and Plant Protection, 48(13-16), 841-
849.
KUMAR ET AL., 2011. ISR: Induction of Systemic Resistance of host plant by
PGPR.
PIROMYOU, P., B. BURANABANYAT, P. TANTASAWAT, P.
TITTABUTR, N. BOONKERD AND N. TEAUMROONG, 2011. Effect
of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) inoculation on microbial
community structure in rhizosphere of forage corn cultivated in Thailand.
Eur J Soil Biol. 47(1): 44-54.
95
nguon tai.lieu . vn
