Đặt vấn đề
Silic (Si) có số nguyên tử 14 và khối lượng nguyên tử 28, thuộc nhóm á kim với hóa trị IV Là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất, silic chiếm 27,7% tổng khối lượng của hành tinh (Datnoff et al., 2001) Trong đất, silic tồn tại chủ yếu dưới dạng các khoáng vật như quartz, feldspar, mica, amphibole, pyroxene, olivine và khoáng sét, với SiO2 chiếm từ 1-45% khối lượng khô của đất (Sposito, 1989).
Silic (Si) có tác động tích cực đến sự hấp thu và vận chuyển các yếu tố đa, vi lượng, cũng như sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Si giúp giảm thiểu những ảnh hưởng tiêu cực từ kim loại nặng, độ mặn, hạn hán, mất cân bằng dinh dưỡng, và biến đổi nhiệt độ và pH bằng cách tăng cường hoạt động của các enzyme oxy hóa-khử, ổn định cấu trúc và chức năng màng tế bào, đồng thời kích thích khả năng kháng côn trùng và bệnh hại Trong điều kiện mặn, Si cải thiện các đặc tính có lợi cho cây lúa, bao gồm tăng hàm lượng chlorophyll, duy trì tính thấm của màng tế bào, gia tăng hàm lượng nước, giảm ion Na+ và tăng ion K+ trong sinh khối, giảm hàm lượng hydrogen peroxide, và nâng cao hàm lượng các enzyme oxy hóa-khử như guaiacol peroxidase, glutathione reductase và superoxide dismutase.
2004) cũng như giảm hàm lượng proline trong thân lúa (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al., 2009; Lee et al., 2010)
Silic trong đất rất phong phú nhưng chủ yếu tồn tại dưới dạng không hòa tan, khiến cây trồng khó hấp thu (Rodrigues và Datnoff, 2005; Vasanthi et al., 2012) Hàm lượng silic trong đất giảm do nhiều nguyên nhân, bao gồm sự di chuyển trầm tích và xói mòn đất, cây trồng hấp thu silic như các nguyên tố đa lượng khác nhưng không được bổ sung thường xuyên như N, P và K, và quá trình khử silic trong đất Đặc biệt, đất ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thường có hàm lượng silic hòa tan thấp, có thể được cải thiện bằng cách sử dụng phân bón silic (Meena et al., 2014) Tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu, hàm lượng silic hữu dụng trong đất được đo là 16,9 g.kg-1 đất khô, được đánh giá là thấp (Fox et al., 1967; Haysom và Chapman, 1975), do đó việc bổ sung phân bón silic là cần thiết để tăng cường hàm lượng silic hữu dụng trong đất.
Cây lúa đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ silic (Si), với hàm lượng Si trong thân lúa dao động từ 5-15% (SiO2) khối lượng khô Mỗi vụ canh tác, cây lúa hấp thu khoảng 230-470 kg Si.ha-1, chủ yếu tập trung trong sinh khối của cây Tuy nhiên, phần sinh khối này thường bị lấy đi khỏi đồng ruộng sau thu hoạch Hơn nữa, Si không hòa tan trong đất có thể được chuyển đổi thành dạng hòa tan nhờ vào quá trình phong hóa, hoạt động của rễ cây, vi sinh vật và động vật trong đất.
Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải silic (Si) bất động trong đất, góp phần tăng cường độ phì nhiêu và khả năng bảo vệ cây trồng trước điều kiện môi trường khắc nghiệt (Vasanthi et al., 2012) Cơ chế phóng thích Si từ khoáng Si diễn ra nhờ vi khuẩn tiết ra các axit hữu cơ như axit citric, axit oxalic, axit keto, axit hydroxyl carboxylic, axit tartaric, axit gluconic, và axit acetic (Sheng et al., 2003; Sheng, 2005; Sheng et al., 2008), cùng với axit 2-keto-gluconic, kiềm và polysaccharide (Joseph et al., 2015), giúp phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa Si và các nguyên tố khác trong khoáng Si (Vijayapriya và Muthukkaruppan, 2012).
Hầu hết các nghiên cứu hiện nay tập trung vào vai trò của vi khuẩn phân giải silic trong việc cải thiện sinh trưởng và năng suất cây trồng trong điều kiện bình thường Tuy nhiên, nghiên cứu về việc bổ sung kết hợp giữa khoáng silic và vi khuẩn phân giải silic nhằm tăng cường khả năng chống chịu mặn cho cây trồng trên đất nhiễm mặn còn rất hạn chế Lúa, cây trồng chủ lực ở Đồng bằng sông Cửu Long, đang phải đối mặt với hậu quả của biến đổi khí hậu, dẫn đến nhiều diện tích bị nhiễm mặn Do đó, nghiên cứu “Phân lập vi khuẩn phân giải silic trong đất và ứng dụng trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện nhằm tìm kiếm giải pháp cho vấn đề này.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng phân giải silicon từ nhiều nguồn mẫu khác nhau, với mục tiêu tăng cường khả năng chống chịu mặn và nâng cao sinh trưởng cũng như năng suất của cây lúa khi trồng trên đất nhiễm mặn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào các dòng vi khuẩn có khả năng phân giải silic (Si) trong đất, đặc biệt là ở các vùng chuyên canh lúa, mía và tre lâu năm, cũng như từ phân trùn và ruột trùn đất.
Nghiên cứu này tập trung vào các dòng vi khuẩn phân giải silic được phân lập từ 96 mẫu đất, phân trùn và ruột trùn đất tại 5 tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh.
Ba nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng cây lúa, mía và tre có nhu cầu cao về silic (Si) để sinh trưởng và phát triển Hơn nữa, trong đường ruột và phân của trùn có chứa hệ vi khuẩn có khả năng phân giải tốt các khoáng chất trong đất, điều này cho thấy tiềm năng lớn trong việc phân lập các dòng vi khuẩn phân giải silic từ các nguồn mẫu vật này.
Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Từ tháng 8/2016 đến tháng 6/2017, các công việc thu mẫu, phân lập, tuyển chọn và nhận diện các dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si đã được thực hiện Tiếp theo, từ tháng 7/2017 đến tháng 2/2018, thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên khả năng phân giải Si và mật số vi khuẩn phân giải Si của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn đã được tiến hành Từ tháng 3/2018 đến tháng 5/2018, nội dung đánh giá khả năng kích thích sinh trưởng cây lúa trong điều kiện mặn của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn được thực hiện Cuối cùng, từ tháng 6/2018 đến tháng 01/2019, thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn đã được thực hiện trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng.
Nghiên cứu tập trung vào việc phân lập và tuyển chọn vi khuẩn có khả năng phân giải silic (Si), đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến khả năng phân giải Si và mật số vi khuẩn Đặc biệt, nghiên cứu đánh giá hiệu quả của năm dòng vi khuẩn tuyển chọn trong việc kích thích sinh trưởng và tăng cường khả năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm và nhà lưới tại Phòng thí nghiệm Sinh học Đất, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ Hơn nữa, nghiên cứu cũng xem xét tác động của năm dòng vi khuẩn này đến khả năng chống chịu mặn, sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên nền đất nhiễm mặn trong mô hình canh tác lúa-tôm tại ấp Long Hải, huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu.
Nội dung nghiên cứu
Chúng tôi đã tiến hành phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn có khả năng phân giải silic từ các mẫu đất canh tác lúa, mía, tre lâu năm, cũng như từ ruột và phân trùn đất tại một số tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) như Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Cần Thơ và Trà Vinh.
- Đánh giá mối quan hệ di truyền của 10 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả
- Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên mật số và khả năng phân giải Si của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả
- Đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si tuyển chọn lên khả năng chống chịu mặn của cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của 5 dòng vi khuẩn phân giải Si được chọn lọc cho thấy khả năng nâng cao sức chống chịu mặn, kích thích sự sinh trưởng và tăng năng suất lúa trong cả điều kiện nhà lưới và ngoài đồng Các dòng vi khuẩn này đã chứng minh tiềm năng trong việc cải thiện chất lượng cây trồng, đặc biệt là trong môi trường chịu ảnh hưởng của mặn Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa vi khuẩn và lúa có thể mang lại lợi ích đáng kể cho nông nghiệp bền vững.
Đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Nghiên cứu cho thấy silic (Si) là yếu tố quan trọng giúp cây trồng cải thiện khả năng chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt như mặn, hạn hán và ngộ độc kim loại nặng Si cũng giúp giảm thiểu sự tấn công của nấm bệnh và côn trùng chích hút Việc bổ sung nguồn vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ chứa Si, kết hợp với vi khuẩn phân giải Si vào đất canh tác, có thể nâng cao sinh trưởng và năng suất lúa Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về việc kết hợp phân bón Si dạng khoáng với vi khuẩn phân giải để tối ưu hóa hiệu quả.
Nghiên cứu về khả năng chống chịu mặn của cây lúa trên nền đất nhiễm mặn đang gặp nhiều hạn chế không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn cầu Đề tài này tập trung vào việc phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn phân giải Si từ nhiều nguồn mẫu vật khác nhau, nhằm đa dạng hóa nguồn vi khuẩn Việc ứng dụng các dòng vi khuẩn phân giải Si hiệu quả sẽ giúp cây lúa tăng cường khả năng chống chịu mặn, cải thiện sinh trưởng và năng suất trên đất nhiễm mặn Điều này đóng góp quan trọng vào việc giải quyết vấn đề xâm nhập mặn đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến một số tỉnh ở Đồng bằng sông Cửu Long, mang lại ý nghĩa thiết thực cho nông nghiệp và môi trường.
Luận án đã khái quát một số đặc tính có lợi của 5 dòng vi khuẩn phân lập từ đất chuyên canh lúa, mía và tre lâu năm, bao gồm khả năng phân giải Si, cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA Kết quả của nghiên cứu này đã bổ sung vào cơ sở dữ liệu vi sinh nông nghiệp tại vùng ĐBSCL, với bộ sưu tập 387 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải Si in vitro, trong đó có 10 dòng được xác định là loài.
Microbacterium neimengense MCM_15, Klebsiella aerogenes LCT_01, Bacillus megaterium LCT_03, Ochrobactrum ciceri TCM_39, Staphylococcus arlettae TCM_40, Citrobacter freundii RTTV_12, Micrococcus luteus RTTV_13,
Agromyces ulmi PTTV_16, Rhodococcus equi PTTV_27 và Olivibacter jilunii
PTST_30 với độ tương đồng 99-100% cho thấy khả năng phân giải khoáng Si vượt trội Năm dòng vi khuẩn được tuyển chọn, bao gồm MCM_15, LCT_01, TCM_39, RTTV_12 và PTST_30, phát triển tốt trong môi trường pH từ 5-7, nhiệt độ 35°C và có khả năng chịu đựng độ mặn lên đến 0,5% NaCl Ngoài khả năng phân giải Si, các dòng vi khuẩn này còn có khả năng cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp IAA, đồng thời kích thích khả năng chống chịu mặn và tăng trưởng cây trồng.
5 suất cây lúa khi được trồng trong điều kiện mặn trong phòng thí nghiệm, nhà lưới và ngoài đồng
Việc sử dụng các dòng vi khuẩn phân giải silic (Si) hiệu quả nhất như nguồn phân bón vi sinh kết hợp với phân bón Si đã chứng minh khả năng thúc đẩy sinh trưởng, năng suất và thành phần năng suất lúa trên đất nhiễm mặn Cụ thể, năng suất lúa ở các thí nghiệm với vi khuẩn phân giải Si kết hợp 100 kg CaSiO3.ha-1 và 100% NPK (43N-68P2O5-45K2O) hoặc 75% NPK (32N-51P2O5-34K2O) tăng lần lượt từ 5,06-15,5% và 2,55-7,24% so với nghiệm thức đối chứng dương (100% NPK; 43N-68P2O5-45K2O) Những chỉ tiêu về hàm lượng cũng được cải thiện đáng kể trong các thí nghiệm này.
Si hòa tan trong đất ảnh hưởng đến hàm lượng Si trong thân cây lúa, hàm lượng chlorophyll trong lá, độ cứng lóng thân và đặc biệt là năng suất lúa của các nghiệm thức chủng tổ hợp.
Nghiên cứu cho thấy 5 dòng vi khuẩn phân giải Si kết hợp với 100% NPK và 100 kg CaSiO3.ha-1 mang lại hiệu quả cao hơn và có ý nghĩa thống kê khác biệt so với việc bón 100% NPK khuyến cáo Điều này chứng tỏ rằng các dòng vi khuẩn này có tiềm năng lớn trong việc sản xuất chế phẩm vi sinh, giúp tăng cường sinh trưởng và năng suất cây lúa trên đất nhiễm mặn tại khu vực ĐBSCL.
Si trong đất
Si, với số nguyên tử 14 và khối lượng nguyên tử 28, là một á kim có hóa trị IV Đây là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ trái đất, chỉ sau oxy, và chủ yếu tồn tại dưới dạng SiO2, chiếm khoảng 1-45% khối lượng khô của đất Đất cát chứa khoảng 450 g Si trên mỗi kg, cao hơn so với đất sét với khoảng 275 g Si trên mỗi kg Mặc dù Si có mặt với tỷ lệ lớn trong đất, chỉ một phần nhỏ trong số đó có khả năng hòa tan và được cây trồng hấp thu.
Trong dung dịch đất, silicon (Si) tồn tại dưới dạng acid monosilicic (H4SiO4) với nồng độ từ 0,1 đến 0,6 mM, và có thể đạt đến 0,8 mM khi điều kiện bão hòa ở pH dưới 9.
Ở pH 6, acid monosilicic (H4SiO4) với nồng độ 1,0 mM sẽ phân rã thành 0,999 mM H4SiO4 và 0,001 mM H3SiO4 -, trong khi ở pH 10, nồng độ này sẽ phân rã thành 0,404 mM H4SiO4 và 0,596 mM H3SiO4 - (Lindsay, 1979) Si trong đất có thể được bổ sung qua các dạng như potassium silicate (K2SiO3), magnesium silicate (MgSiO3) và calcium silicate (CaSiO3) bằng cách bón trực tiếp hoặc phun qua lá Việc tái sử dụng vỏ trấu và rơm rạ cũng là một phương pháp hiệu quả để thay thế cho nguồn phân bón Si đắt tiền trong quản lý dinh dưỡng Hơn nữa, việc tăng cường hoạt động sinh học trong đất kết hợp với bổ sung phân hữu cơ có thể nâng cao hàm lượng Si hòa tan trong đất (Thilagam et al., 2014).
Vai trò của Si đối với cây lúa
Silic (Si) có vai trò quan trọng trong cấu tạo tế bào của cây trồng, mặc dù không được coi là nguyên tố thiết yếu như N, P và K Theo các nhà sinh lý thực vật, một nguyên tố được xem là thiết yếu khi cây không thể hoàn thành chu kỳ sống nếu thiếu nó, đồng thời nó cũng cần thiết cho quá trình trao đổi chất trong tế bào thực vật Si không chỉ giúp cây trồng vượt qua các điều kiện bất lợi mà còn là chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây.
Si là một thành phần quan trọng trong cấu trúc tế bào thực vật, giúp vách tế bào trở nên rắn chắc và mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng Trong cây, Si không tồn tại dưới dạng tự do mà được hấp thu từ đất dưới dạng acid monosilicic, sau đó chuyển hóa thành gel silica (SiO2.nH2O) bền vững.
2006) Mặt khác, Si có hiệu quả lên sinh trưởng và năng suất cây trồng, giúp cây
Cây trồng có khả năng cứng cáp và chống đổ ngã, đồng thời tăng cường sự tiếp nhận ánh sáng ở lá, giúp kháng lại một số bệnh do nấm và vi khuẩn Ngoài ra, chúng cũng chống lại sự tấn công của côn trùng, giúp cây chịu được nhiệt độ thấp và điều kiện mặn, cũng như kháng ngộ độc kim loại nặng.
Silic (Si) không chỉ giúp hạn chế tác hại do dư thừa nitơ (N) và phốt pho (P) trong mô thực vật mà còn nâng cao hiệu quả hấp thu của cây trồng từ rễ Ngoài ra, việc phun Si lên bề mặt lá cây còn mang lại hiệu quả kháng bệnh, góp phần cải thiện sức khỏe của cây trồng.
Silic (Si) mặc dù không được coi là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng, nhưng nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng Si đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát côn trùng và mầm bệnh, đặc biệt là trong cây lúa và mía Si tương tác với các nguyên tố dinh dưỡng như N, P và K, giúp cải thiện khả năng hấp thu và sử dụng các nguyên tố này Cây lúa hấp thu Si với lượng từ 150-300 kg/ha dưới dạng acid monosilicic (H4SiO4), sau đó được vận chuyển đến thân cây qua quá trình thoát hơi nước, hình thành gel silica (SiO2.nH2O) trong mô cây Si giúp cây lúa chống lại các điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học, tăng cường độ dày lớp cuticle để ngăn chặn mầm bệnh, giảm sự tấn công của sâu đục thân, làm tăng năng suất và cải thiện khả năng sử dụng nước Ngoài ra, Si còn giúp rễ cây hạn chế hấp thu một số kim loại nặng và giảm tác động của các yếu tố môi trường bất lợi như mặn, hạn, và mất cân bằng dinh dưỡng.
Vai trò của Si trong việc bảo vệ cây trồng dưới điều kiện đất nhiễm mặn
Si giúp cây trồng tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện môi trường khắc nghiệt như hạn hán, nhiệt độ cực cao và thấp, tia UV, mất cân bằng dinh dưỡng, ngộ độc kim loại và nhiễm mặn (Ma và Takahashi, 2002; Ma, 2004).
Mặn gây ra 8 kiện bất lợi, làm giảm năng suất cây trồng ở khu vực khô hạn và bán khô hạn, nhưng có thể được ngăn chặn bằng cách tăng cường hấp thu Si (Tahir et al., 2006) Si không chỉ tăng cường hoạt động của các enzyme oxi hóa-khử như superoxide dismutase (SOD), guaiacol peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX), dehydroascorbate reductase (DHAR) và glutathione reductase (GR) mà còn giúp giảm thiệt hại tế bào do quá trình oxi hóa gây ra trong điều kiện mặn (Ma, 2003; Liang, 1999) Cụ thể, Si giúp giảm rò rỉ điện tích, oxi hóa lipid và hàm lượng H2O2 trong tế bào thực vật (Gossett et al., 1994; Shalata and Tal, 1998; Meneguzzo et al., 1999; Sahebi et al., 2014) Hơn nữa, Si còn làm tăng hoạt động của enzyme pyrophosphatase và ATPase ở không bào, giúp giảm hấp thu Na+ và tăng cường hấp thu K+ qua màng tế bào, từ đó giảm ngộ độc Na+ bằng cách cải thiện tỷ lệ K+/Na+ ở tế bào rễ và lá.
Si đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm thiểu ảnh hưởng của mặn đối với nhiều loại cây trồng, bao gồm lúa mì (Triticum sp.), lúa (Oryza sativa), lúa mạch (Hordeum vulgare L.), cà chua (Solanum lycopersicum), dưa leo (Cucumis sativus) và bắp Các nghiên cứu cho thấy Si giúp cải thiện sức sống và khả năng chống chịu của cây trồng dưới điều kiện mặn, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản.
Nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung silic (Si) có tác động tích cực đến sinh trưởng của cây lúa trong điều kiện mặn, với sinh khối được cải thiện đáng kể so với nghiệm thức đối chứng (Kaya et al., 2006; Matoh et al., 1986) Silic không chỉ tăng khả năng chống chịu mặn của lúa mì (Ahmad et al., 1992) mà còn giúp cây lúa trồng trong dung dịch dinh dưỡng có sự khác biệt ý nghĩa về sinh trưởng (Liang et al., 1996) Hơn nữa, Si giúp giảm nồng độ ion Na+ ở thân lúa mạch và lúa (Liang, 1999; Yeo et al., 1999) Đặc biệt, Si còn giảm thiểu tổn thương tế bào do quá trình oxi hóa ở dưa leo trong điều kiện mặn bằng cách tăng cường hoạt động của các enzyme chống oxi hóa (Zhu et al., 2004) Tương tự, hàm lượng Si hòa tan trong đất cũng làm giảm tổn hại tế bào ở cà chua, tăng cường hoạt động của enzyme catalase và superoxide dismutase, đồng thời giảm nồng độ H2O2 và kích thích hàm lượng protein trong lá (Richmond and Sussman, 2003; Al-aghabary et al., 2004).
Sự bổ sung Si vào đất có thể tăng cường khả năng hấp thu và vận chuyển ion K+ trong rễ lúa mạch, đồng thời giảm hấp thu và vận chuyển ion Na+ trong điều kiện mặn (Liang et al., 2006) Ngoài ra, nồng độ ion Na+ trong mô cải dầu cũng giảm đáng kể khi có Si, cho thấy tác động tích cực của Si đối với sự thích ứng của cây trồng dưới điều kiện mặn.
Vách tế bào thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc giảm sự tích lũy ion Na+ ở rễ và thân cây bằng cách hạn chế quá trình vận chuyển Na+ qua vách tế bào (Saqib et al., 2008; Tuna et al., 2008; Savvas et al., 2009; Hashemi et al., 2010; Ashraf et al., 2010).
Để đánh giá khả năng chống chịu mặn của cây lúa khi bổ sung Si, có một số chỉ tiêu quan trọng: (1) Hàm lượng chlorophyll giảm trong điều kiện mặn, nhưng việc bổ sung Si giúp phục hồi lượng chlorophyll; (2) Phần trăm điện tích rò rỉ tăng do môi trường mặn làm hư hỏng màng tế bào, tuy nhiên, Si giúp duy trì tính thấm của màng; (3) Hàm lượng nước tương đối ở cây lúa thấp trong môi trường mặn, nhưng bổ sung Si gia tăng lượng nước này; (4) Nồng độ Na+ cao hơn và K+ thấp hơn trong điều kiện mặn, nhưng khi có Si, nồng độ Na+ giảm và K+ tăng.
Hàm lượng hydrogen peroxide (H2O2) ở cây lúa gia tăng trong điều kiện mặn, nhưng khi bổ sung silicon (Si) vào môi trường này, hàm lượng H2O2 giảm xuống (Zhu et al., 2004) Đồng thời, trong môi trường mặn có bổ sung Si, hàm lượng các enzyme oxi hóa-khử như guaiacol peroxidase (GPX), glutathione reductase (GR) và superoxide dismutase (SOD) cũng gia tăng, giúp bảo vệ chức năng và cấu trúc tế bào (Liang et al., 2003; Zhu et al., 2004).
Hàm lượng proline trong lá lúa tăng lên khi cây chịu stress mặn, nhưng việc bổ sung silicon vào môi trường lại làm giảm hàm lượng proline trong thân cây (Tuna et al., 2008; Soylemezoglu et al., 2009; Lee et al., 2010).
Một số phương pháp đo Si hòa tan trong đất
Hàm lượng silic tổng số trong đất thường không liên quan chặt chẽ đến hàm lượng silic hòa tan, trong khi silic hòa tan lại rất quan trọng cho sự phát triển của cây trồng Acid monosilic xuất hiện trong dung dịch đất dưới dạng monomer trong điều kiện pH yếu và trung tính, nhưng có thể nhanh chóng tổng hợp thành polymer khi nồng độ monomer cao, pH tăng và có sự hiện diện của oxit và hydroxide nhôm, sắt Bảng 2.1 trình bày các phương pháp phổ biến hiện nay để xác định hàm lượng silic trong đất.
Si hòa tan cho cây trồng trong đất Hàm lượng Si khác nhau phụ thuộc vào dung
Mười loại môi dùng để trích Si có hiệu quả khác nhau, với lượng Si có khả năng ly trích trong đất phụ thuộc vào hàm lượng Al và Fe Tỷ lệ giữa dung môi trích và đất, nhiệt độ, cũng như pH của dung dịch trích cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trích Si Si trong dung dịch đất tồn tại dưới dạng H4SiO4 và được đo bằng phương pháp silicomolybdate blue colour (Iler, 1979).
Hàm lượng Si hòa tan trong đất có thể được xác định thông qua phương pháp trích với nước, một kỹ thuật phổ biến để đánh giá chất lượng đất.
Silic hòa tan trong đất không phải là phương pháp chính xác cao do lực liên kết yếu của ion, dẫn đến việc phân cắt dễ dàng bởi ánh sáng (Lindsay, 1979) Hòa tan silic ở pH < 8 giúp acid monosilicic không bị biến tính, và sự thay đổi lực liên kết của các ion không ảnh hưởng đến hiệu suất trích silic ở các loại đất khác nhau Elgawhary và Lindsay (1972) khuyến nghị sử dụng 0,02 M CaCl2 làm dung môi để trích silic, giúp cân bằng sức mạnh ion và thuận lợi cho việc kết tủa silic.
Nghiên cứu đánh giá các phương pháp trích Si từ nhiều loại đất cho thấy mối tương quan giữa Si tổng số và Si hòa tan trong đất (Berthelsen, 2000) Mẫu đất và cây được lấy từ 200 địa điểm đại diện cho các nhóm đất trồng mía ở Bắc Queensland, Úc Kết quả cho thấy Si hòa tan trong đất có thể xác định qua dung dịch 0,01 M CaCl2, trong khi phương pháp 0,005M H2SO4 không hiệu quả (Berthelsen et al., 2001) Các hóa chất trích Si liên quan đến các đặc tính đất khác, với dung dịch 0,01 M CaCl2 trích Si hòa tan, và hỗn hợp NH4OAc và axit acetic cho thấy Si hòa tan chịu ảnh hưởng của pH, CEC và tỷ lệ Si:Al Hàm lượng sét, sắt và nhôm là những yếu tố quyết định khả năng ly trích Si trong đất, cùng với dung môi phosphate acetate và axit citric.
H2SO4 để trích Si hòa tan trong dịch đất cho thấy Si được hấp phụ mạnh trên nhôm và hydroxide (Berthelsen, 2000)
Bảng 2.1: Một số phương pháp xác định Si hòa tan trong đất
TT Dung môi Tỷ lệ (Đất :
Dung môi) Thang đánh giá Nguồn tham khảo
50-150 mg.kg -1 (trung bình-đủ)
40-100 mg.kg -1 (trung bình-đầy đủ)
20-40 mg.kg -1 (trung bình-đầy đủ)
5 CaCl2 0,01 M 1:10