Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật nội sinh để tăng cường tính kích kháng đối với bệnh khô cành ngọn keo tai tượng tại một số vùng sinh thái chính ở miền bắc Việt Nam

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM

----------  ----------

VŨ VĂN ĐỊNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH ĐỂ TĂNG

CƢỜNG TÍNH KÍCH KHÁNG ĐỐI VỚI BỆNH KHÔ CÀNH NGỌN

KEO TAI TƢỢNG TẠI MỘT SỐ VÙNG SINH THÁI CHÍNH Ở

MIỀN BẮC VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP

HÀ NỘI - NĂM 2014

ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM

----------  ----------

VŨ VĂN ĐỊNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH ĐỂ TĂNG

CƢỜNG TÍNH KÍCH KHÁNG ĐỐI VỚI BỆNH KHÔ CÀNH NGỌN

KEO TAI TƢỢNG TẠI MỘT SỐ VÙNG SINH THÁI CHÍNH Ở

MIỀN BẮC VIỆT NAM

Chuyên ngành đào tạo : Quản lý Bảo vệ Tài nguyên rừng

Mã số : 62 62 02 11

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. TS. PHẠM QUANG THU

HÀ NỘI - NĂM 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Luận án được hoàn thành trong Chương trình đào tạo tiến sĩ khóa 21 (2009-

2014) tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Tôi xin cam đoan công trình

nghiên cứu này là của bản thân tôi. Các kết quả trình bày trong luận án là trung

thực. Nếu có gì sai sót, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Hà Nội ngày 2 tháng 07 năm 2014

Tác giả

Vũ Văn Định

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành trong Chương trình đào tạo nghiên cứu sinh

khóa 21 giai đoạn 2009 - 2014 tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Trong quá

trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của

Lãnh đạo Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo sau Đại học, Trung

tâm Nghiên cứu Bảo vệ rừng và thầy giáo hướng dẫn.

Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phạm Quang

Thu với tư cách là người hướng dẫn khoa học đã dành nhiều thời gian và công sức

giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này.

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ rừng, Ban

Đào tạo và hợp tác quốc tế, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam.

Trân trọng cảm ơn GS.TS. Trần Văn Mão Trưởng khoa Công nghệ Nông

lâm thực phẩm trường Đại học Thành Tây, GS.TS. Phạm Văn Lầm, PGS.TS. Lê

Văn Trịnh, TS. Hà Minh Thanh Viện Bảo vệ thực vật, GS.TS. Nguyễn Thế Nhã

nguyên Trưởng khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường, trường Đại học Lâm

nghiệp Việt Nam, TS. Phạm Văn Mạch nguyên Phó vụ trưởng Vụ Khoa học Công

nghệ - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, PGS.TS. Lê Lương Tề giảng viên

trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, TS. Nguyễn Như Kiểu phó viện trưởng viện

Nông hóa Thổ nhưỡng đã đóng góp những ý kiến quý báu cho việc hoàn thành luận án.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Chi cục Lâm nghiệp tỉnh Tuyên Quang, Chi

cục Lâm nghiệp tỉnh Lào Cai, Chi cục Lâm nghiệp tỉnh Phú Thọ, các Hạt Kiểm lâm,

các Công ty Lâm nghiệp, UBND các xã của các huyện thuộc vùng nghiên cứu đã

tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong việc thu thập mẫu, thu thập số

liệu tại hiện trường.

Xin cảm ơn sự giúp đỡ của các đồng nghiệp thuộc Trung tâm Nghiên cứu

Bảo vệ rừng đã tham gia, hỗ trợ trong việc thực hiện một số thí nghiệm và đã có

những ý kiến đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thành tốt luận án tiến sĩ.

Tác giả xin chân trọng cảm ơn tất cả những người thân bên nội, bên ngoại,

bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, kinh phí giúp tác giả

hoàn thành luận án này.

iii

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU ........................................... vi

DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................x

PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU...........................................6

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.......................................................................6

1.1.1. Nghiên cứu về Keo tai tượng.............................................................................6

1.1.2. Nghiên cứu về bệnh hại keo ..............................................................................9

1.1.3. Nghiên cứu biện pháp phòng trừ bệnh hại keo...............................................10

1.1.4. Nghiên cứu tính kích kháng bệnh của cây trồng .............................................11

1.1.5. Nghiên cứu về vi sinh vật nội sinh...................................................................13

1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước....................................................................16

1.2.1 . Nghiên cứu về Keo tai tượng..........................................................................16

1.2.2. Nghiên cứu về bệnh hại keo ............................................................................18

1.2.3. Nghiên cứu biện pháp phòng trừ bệnh hại keo...............................................22

1.2.4. Nghiên cứu tính kích kháng bệnh của cây trồng .............................................25

1.2.5. Nghiên cứu về vi sinh vật nội sinh ..................................................................26

1.3. Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu..............................................................28

1.3.1. Đặc điểm tự nhiên của huyện Thanh Sơn, Phú Thọ........................................28

1.3.2. Đặc điểm tự nhiên của huyện Hàm Yên, Tuyên Quang ..................................28

1.3.3. Đặc điểm tự nhiên huyện Văn Bàn, Lào Cai...................................................30

1.3.4. Đặc điểm tự nhiên huyện Bảo Thắng, Lào Cai...............................................31

Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG - ĐỊA ĐIỂM - NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU.........................................................................................................32

2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu.....................................................................32

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................32

2.1.2. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................................32

iv

2.2. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................32

2.2.1. Nghiên cứu bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng..............................................32

2.2.2. Nghiên cứu vi khuẩn nội sinh và khả năng kích kháng nấm gây bệnh ...........33

2.2.3. Nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn nội sinh ...................................................33

2.2.4. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi khuẩn nội sinh để kích kháng bệnh khô

cành ngọn Keo tai tượng...........................................................................................33

2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................34

2.3.1. Phương pháp nghiên cứu bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng........................34

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn nội sinh và khả năng đối kháng với nấm

gây bệnh ....................................................................................................................42

2.3.3. Phương pháp nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi khuẩn nội sinh.....................48

2.3.4. Phương pháp nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi khuẩn nội sinh để kích kháng

bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng ...........................................................................51

Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................54

3.1. Bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng....................................................................54

3.1.1. Xác định nguyên nhân gây bệnh .....................................................................54

3.1.2. Đặc điểm sinh học của nấm gây bệnh.............................................................62

3.1.3. Điều tra bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng...................................................66

3.2. Vi khuẩn nội sinh và khả năng đối kháng nấm gây bệnh ..................................67

3.2.1. Phân lập vi khuẩn nội sinh và đánh giá khả năng đối kháng nấm gây bệnh .67

3.2.2. Đặc điểm, hình thái và định danh vi khuẩn nội sinh có hoạt tính đối kháng cao ..73

3.2.3. Vi khuẩn nội sinh kích kháng bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng..................77

3.2.4. Một số đặc điểm sinh học khác của vi khuẩn nội sinh có hoạt tính kháng bệnh

cao .............................................................................................................................80

3.3. Tạo chế phẩm vi khuẩn nội sinh ........................................................................82

3.3.1. Điều kiện nhân sinh khối.................................................................................82

3.3.2. Tạo chế phẩm và đánh giá chất lượng chế phẩm theo thời gian bảo quản....84

3.4. Ứng dụng chế phẩm vi khuẩn nội sinh để kích kháng bệnh khô cành ngọn Keo

tai tượng ....................................................................................................................86

v

3.4.1. Ảnh hưởng của chế phẩm vi khuẩn nội sinh đến sự nảy mầm của hạt ...........86

3.4.2. Ảnh hưởng của chế phẩm vi khuẩn nội sinh đến kích kháng bệnh khô cành

ngọn Keo tai tượng trong giai đoạn vườn ươm ........................................................88

3.4.3. Ảnh hưởng của chế phẩm vi khuẩn nội sinh đến kích kháng bệnh khô cành

ngọn Keo tai tượng ở giai đoạn cây 1 năm tuổi........................................................92

KẾT LUẬN - TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ............................................................96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................98

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN ÁN .....................................................................................................110

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU

Chữ viết tắt/ký hiệu Giải nghĩa đầy đủ

ADN Acid Deoxyribo Nucleic

BNN Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

CFU Đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml mẫu

CHLB Cộng hòa liên bang

CSIRO Tổ chức nghiên cứu khoa học và công nghiệp

CT Công thức

D1.3 Đường kính ngang ngực

ĐC Đối chứng

Do Đường kính gốc

DTB Đường kính trung bình

DNA Deoxyribonucleic acid

Fpr Xác xuất kiểm tra của F

Hdc Chiều cao dưới cành

Hvn Chiều cao vút ngọn

HXVK Héo xanh vi khuẩn

IAA Indole-3-acetic acid

KV Khu vực

LC Lào Cai

LSD Khoảng sai dị

M Trọng lượng

MĐ Mật độ

NIAST Viện Khoa học công nghệ nông nghiệp Hàn quốc

NIRA Viện nghiên cứu Nông nghiệp Pháp

P% Tỷ lệ bị bệnh

PCR Polymerase Chain Reaction

PDA Potato Dextrose Agar

vii

PNG Papua New Guinea

PT Phú Thọ

RAPD Ramdom Amplified Polymorphism DNA

R Cấp bị bệnh

R % Mức độ bị bệnh

RNA Ribonucleic acid

Sd Sai tiêu chuẩn

TCLN Tổng cục Lâm nghiệp

TB Trung bình

TQ Tuyên Quang

V% Hệ số biến động %

VK Vi khuẩn

VKNS Vi khuẩn nội sinh

VSV Vi sinh vật

VSVNS Vi sinh vật nội sinh

- Không có hiệu lực

+ Hiệu lực kháng yếu

++ Hiệu lực kháng trung bình

+++ Hiệu lực kháng mạnh

++++ Hiệu lực kháng rất mạnh

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1: Tài liệu khí tượng thuỷ văn của huyện Thanh Sơn, Phú Thọ ..................28

Bảng 3.1: Khả năng gây bệnh của các chủng nấm C. gloeosporioides trong phòng

thí nghiệm..................................................................................................................60

Bảng 3.2: Khả năng gây bệnh của các chủng nấm C. gloeosporioides đối với Keo

tai tượng trong giai đoạn vườn ươm .........................................................................61

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của hệ sợi nấm .......................62

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của ẩm độ đến sinh trưởng của hệ sợi nấm...........................64

Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH môi trường đến sinh trưởng của nấm bệnh.....................65

Bảng 3.6: Tỷ lệ bị bệnh và cấp bị bệnh khô cành ngọn Keo tai tượng tại một số khu

vực ở miền Bắc Việt Nam.........................................................................................66

Bảng 3.7: Số lượng các chủng VK nội sinh trong cây Keo tai tượng ở các khu vực

nghiên cứu theo cấp bệnh..........................................................................................69

Bảng 3.8: Hiệu lực đối kháng với nấm gây bệnh và mật độ của VK nội sinh.........70

Bảng 3.9: Số lượng các chủng VK nội sinh có hiệu lực kháng nấm gây bệnh từ mức

trung bình đến rất mạnh theo cấp bệnh .....................................................................72

Bảng 3. 10. Kết quả định danh VK nội sinh có hoạt tính đối kháng nấm gây bệnh cao .76

Bảng 3.11: Khả năng kích kháng của vi khuẩn nội sinh với nấm C. gloeosporioides

...................................................................................................................................77

Bảng 3.12: Thí nghiệm kích kháng với cành, lá non Keo tai tượng ........................79

Bảng 3.13: Khả năng phân giải lân của 5 chủng VK nội sinh có hoạt tính cao.......81

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của môi trường nhân sinh khối đến mật độ tế bào VK nội sinh

...................................................................................................................................82

Bảng 3.15: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến mật độ tế bào của VK nội sinh .............82

Bảng 3.16: Thời gian nhân sinh khối ảnh hưởng đến mật độ tế bào của vi khuẩn nội sinh

...................................................................................................................................83

Bảng 3.17: Nhiệt độ nhân sinh khối ảnh hưởng đến mật độ tế bào của vi khuẩn nội

sinh ............................................................................................................................83

ix

Bảng 3.18: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến mật độ vi khuẩn nội sinh ........85

Bảng 3.19: Ảnh hưởng của VK nội sinh đến nảy mầm của hạt Keo tai tượng........86

Bảng 3.20: Ảnh hưởng của vi khuẩn nội sinh đến khả năng kích kháng bệnh khô

cành ngọn Keo tai tượng trong giai đoạn vườn ươm................................................87

Bảng 3.21: Hiệu quả nhiễm vi khuẩn nội sinh cho Keo tai tượng trong giai đoạn

vườn ươm bằng phương pháp tiêm...........................................................................89

Bảng 3.22: Hiệu quả nhiễm vi khuẩn nội sinh cho Keo tai tượng trong giai đoạn

vườn ươm bằng phương pháp phun ..........................................................................90

Bảng 3.23: Hiệu quả nhiễm vi khuẩn nội sinh bằng phương pháp tưới cho Keo tai

tượng trong giai đoạn vườn ươm ..............................................................................91

Bảng 3.24: Ảnh hưởng của vi khuẩn nội sinh đến Keo tai tượng 1 năm tuổi..........93

x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình Tên hình Trang

Hình 3.1: Lá Keo tai tượng bị bệnh..........................................................................54

Hình 3.2: Cành Keo tai tượng bị bệnh khô cành ngọn.............................................54

Hình 3.3: Rừng Keo tai tượng ở Phú Thọ................................................................54

Hình 3.4: Tổ chức bị bệnh........................................................................................55

Hình 3.5: Khối bào tử vô tính ..................................................................................55

Hình 3.6: Bào tử nấm gây bệnh................................................................................56

Hình 3.7: Bào tử nấm gây bệnh nảy mầm................................................................56

Hình 3.8: Hệ sợi chủng nấm PT...............................................................................56

Hình 3.9: Hệ sợi chủng nấm TQ ..............................................................................56

Hình 3.10: Hệ sợi chủng nấm LC1 ..........................................................................57

Hình 3.11: Hệ sợi chủng nấm LC2 ..........................................................................57

Hình 3.12: Đồ thị sinh trưởng của hệ sợi nấm chủng PT trên môi trường PDA .....57

Hình 3.13a: CT1 Lá nhiễm nấm...............................................................................60

Hình 3.13b: CT2 Lá đối chứng ................................................................................60

Hình 3.13c: CT3 Cành nhiễm nấm ..........................................................................60

Hình 3.13d: CT4 Cành đối chứng............................................................................60

Hình 3.14: Cây con bị bệnh khô cành ngọn.............................................................62

Hình 3.15: Đối chứng cây không bị bệnh ................................................................62

Hình 3.16: Sinh trưởng của hệ sợi nấm C. gloeosporioides ở các thang nhiệt độ khác nhau

...................................................................................................................................63

Hình 3.17: Ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng của hệ sợi nấm....................64

Hình 3.18: Ảnh hưởng pH môi trường đến sinh trưởng của nấm bệnh ...................65

Hình 3.19: Cây không bị bệnh .................................................................................67

Hình 3.20: Cây bị bệnh cấp 1...................................................................................68

Hình 3.21: Cây bị bệnh cấp 2...................................................................................68

Hình 3.22: Cây bị bệnh cấp 3...................................................................................68

Hình 3.23: Cây bị bệnh cấp 4...................................................................................68

xi

Hình 3.24: (a,b) Chủng LC đối kháng với nấm C. gloeosporioides và bào tử........73

Hình 3.25(a,b): Chủng KPT đối kháng với nấm C. gloeosporioides và bào tử ......74

Hình 3.26(a,b): Chủng P01 đối kháng với nấm C. gloeosporioides và bào tử........74

Hình 3.27(a,b): Chủng X02 đối kháng với nấm C. gloeosporioides và bào tử.......75

Hình 3.28(a,b): Chủng B03 đối kháng với nấm C. gloeosporioides và bào tử .......75

Hình 3.29: Dịch chủng LC kháng nấm ....................................................................78

Hình 3.30: Hiệu lực thuốc Carbenzim 50WP kháng nấm........................................78

Hình 3.31: Đối chứng...............................................................................................78

Hình 3.32: Hàm lượng IAA của 5 chủng VK nội sinh ............................................80

Hình 3.33: Khả năng sinh IAA của 5 chủng VK nội sinh .......................................80

Hình 3.34: Khả năng phân giải lân của 5 chủng VK nội sinh..................................81

Hình 3.35: Ảnh hưởng của phương thức nhiễm đến khả năng kích kháng của Keo

tai tượng trong giai đoạn vườn ươm .........................................................................92

Hình 3.36: Ảnh hưởng của VK nội sinh đến tỷ lệ bị bệnh và mức độ bị bệnh của

Keo tai tượng 1 năm tuổi...........................................................................................94

Hình 3.37: Khả năng kích kháng của VK nội sinh với Keo tai tượng 1 năm tuổi...95