ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA AZOTOBACTER TRONG ĐỘ PHÌ NHIÊU
VÀ TÍNH BỀN VỮNG CỦA ĐẤT

Giới thiệu

Azotobacter  spp. là vi khuẩn Gram âm, sống tự do, hiếu khí, vi khuẩn hình bầu dục hoặc hình cầu tạo thành nang có vách dày (là phương thức sinh sản vô tính trong điều kiện thuận lợi). Có khoảng sáu loài trong chi Azotobacter một số loài có khả năng di chuyển nhờ trùng roi phúc mạc, những loài khác thì không. Chúng thường đa hình và kích thước của chúng dài từ 2-10 µm và rộng 1-2 µm. Chi Azotobacter được phát hiện vào năm 1901 bởi nhà vi sinh vật học và thực vật học người Hà Lan Beijerinck et al. (người sáng lập vi sinh môi trường). Một chroococcum là hiếu khí sống tự do nitơ fixer đầu tiên.

Những vi khuẩn Azotobacter  spp. này sử dụng khí nitơ trong khí quyển để tổng hợp protein tế bào của chúng. Protein tế bào này sau đó được khoáng hóa trong đất,  do đó góp phần cung cấp nitơ cho cây trồng. Azotobacter spp . nhạy cảm với pH axit, muối cao và nhiệt độ cao. Azotobacter có tác dụng hữu ích đối với sự tăng trưởng và năng suất cây trồng thông qua việc sinh tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học, kích thích vi khuẩn thân rễ, tạo ra các chất ức chế phyopathogenic. Điều chỉnh sự hấp thu chất dinh dưỡng và cuối cùng là thúc đẩy quá trình cố định nitơ sinh học (Somers E et al., 2004)

Vai trò của Azotobacter đối với độ phì nhiêu của đất

Azotobacter trong đất: Sự hiện diện của Azotobacter sp. trong đất có tác dụng có lợi cho cây trồng, nhưng sự phong phú của các vi khuẩn này liên quan đến nhiều yếu tố, lý hóa của đất (ví dụ chất hữu cơ, độ pH, nhiệt độ, độ ẩm của đất) và các đặc tính vi sinh. Độ phong phú của nó thay đổi tùy theo độ sâu của mặt cắt đất (Kizilkaya R., 2009).  Vi khuẩn Azotobacteria có nhiều trong sinh quyển của thực vật hơn là trong đất xung quanh và sự phong phú này phụ thuộc vào loài cây trồng (Kalaigandhi V et al., 2009).

1. Cố định nitơ: Nitơ là thành phần của protein, axit nucleic và diệp lục. Như vậy, nguồn cung cấp nitơ cho cây sẽ ảnh hưởng đến lượng protein, axit amin, nguyên sinh chất và chất diệp lục được hình thành. Vì vậy, cung cấp đầy đủ nitơ là cần thiết để đạt được năng suất cao trong cây trồng.

Khí quyển bao gồm ~ 78% nitơ ở dạng trơ, ở dạng không có sẵn. Trên mỗi ha mặt đất có ~ 80000 tấn nitơ không có sẵn này. Để chuyển đổi thành dạng có sẵn, nó cần phải được cố định thông qua quy trình công nghiệp hoặc thông qua Cố định Nitơ Sinh học (BNF). Nếu không có những chất cố định nitơ này, sự sống trên hành tinh này có thể khó khăn.

Thiếu nitơ (N) thường xuyên là một yếu tố hạn chế chính đối với sản xuất cây trồng. Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu của thực vật, được sử dụng rộng rãi như phân bón N để nâng cao năng suất của các loại cây trồng quan trọng trong nông nghiệp. Một giải pháp thay thế thú vị để tránh hoặc giảm việc sử dụng phân N có thể là khai thác các vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPB) có khả năng tăng cường sự phát triển và năng suất của nhiều loài thực vật, một số loài có ý nghĩa về mặt nông học và sinh thái (Dong H et al., 2012).

Azotobacter spp. là vi khuẩn dị dưỡng không cộng sinh có khả năng cố định trung bình 20 kg N / ha / năm. Vi khuẩn hóa giúp cải thiện sự phát triển của thực vật và tăng lượng nitơ trong đất thông qua quá trình cố định nitơ bằng cách sử dụng carbon cho quá trình trao đổi chất của nó.

2. Azotobacter và sự hấp thu chất dinh dưỡng

Hạt giống được cấy Azotobacter giúp hấp thu đạm, lân cùng với các vi chất dinh dưỡng như sắt (Fe) và kẽm (Zn), trong lúa mì, những chủng này có thể được sử dụng để cải thiện dinh dưỡng lúa mì.  Cấy Azotobacter vào hạt khi gieo trồng đóng góp sâu sắc vào việc tăng năng suất bằng cách cung cấp nitơ cho cây trồng. Cấy hạt Azotobacter chroococcum làm tăng hàm lượng carbohydrate và protein của hai giống ngô (Inra210 và Inra260) trong thí nghiệm trong nhà kính. Sinh khối ngô tăng lên khi bón phân chuồng có kết hợp với Azotobacter  (Rajaee S et al.,2007).

Việc cấy Azotobacter làm tăng chiều dài cây, trọng lượng khô và hàm lượng nitơ, bên cạnh đó nó cũng làm tăng đáng kể lượng nitơ trong đất. Người ta thấy rằng A. chroococcum ở nồng độ 108 cfu ml-1 làm tăng khả năng nảy mầm của hạt Dưa chuột (Salhia B, 2013). Hạt giống lúa mì ( Triticum aestivum ) được tiêm với 11 chủng vi khuẩn A. chroococcum , kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tất cả Azotobacter chroococcum có tác động tích cực đến năng suất và nồng độ đạm của lúa mì (Kizilkaya R, 2008).

3. Vai trò của Azotobacter trong sản xuất và thúc đẩy chất tăng trưởng

Bên cạnh cố định đạm, Azotobacter còn tạo ra Thiomin, Riboflavin, Nicotin, Indol Acetic Acid (IAA) và Giberalin. Khi Azotobacter được áp dụng cho hạt giống, khả năng nảy mầm của hạt được cải thiện đáng kể. 

Vi khuẩn thuộc chi  Azotobacter  tổng hợp auxin, cytokinin và các chất giống điều hòa sinh trưởng (GA), và những vật liệu tăng trưởng này là chất chính kiểm soát sự phát triển tăng cường của cà chua. Eklund và cộng sự (2008), đã chứng minh rằng sự hiện diện của  Azotobacter chroococcum trong thân rễ của cà chua và dưa chuột có liên quan đến việc tăng khả năng nảy mầm và tăng trưởng của cây con. Puertas & Gonzales (1999), báo cáo rằng trọng lượng khô của cây cà chua được cấy vi khuẩn  Azotobacter chroococcum và trồng trên đất thiếu phốt phát cao hơn đáng kể so với cây không cấy. Các nội tiết tố thực vật Phytohormone (auxin, cytokinin, gibberellin) có thể kích thích sự phát triển của rễ.

Sản xuất axit Gibberillic cao được phát hiện ở các chủng Azotobacter (71,42%). Sự hòa tan phosphat cao hơn được phát hiện ở các dòng Azotobacter (74,28%), tiếp theo là Pseudomonas (63,00%). Gibberellins được bón một lượng nhỏ vào đất hoặc hoa hồng trên lá và thân của một số cây nhất định sẽ làm tăng chiều cao. Trong các loại ngũ cốc như lúa mì và ngô, chúng cũng làm tăng chiều dài của lá. Trong một số trường hợp, chúng cũng làm tăng trọng lượng tươi và trọng lượng khô. Tuy nhiên, nó không tạo ra bất kỳ ảnh hưởng nào đến sự phát triển của rễ. (Althaf HS et al., 2013).

Brown & Burlingham đã phát hiện ra rằng sau khi xử lý hạt cà chua hoặc rễ cây con với một lượng nhỏ (0,5-0-01 pg.) Gibberellins GA 3 được sản xuất thương mại , cây trồng phản ứng theo cách tương tự như sau khi xử lý với môi trường nuôi cấy Azotobacter trong 14 ngày chủng chroococcum A 6 . Các chủng Azotobacter chroococcum được phân lập từ thân rễ củ cải đường cũng được chứng minh là sản xuất gibberelin; sự phát triển của hypocotyl hạt đậu tương đương với nồng độ GA3 là 0,003-0,1 μg / cm3 nuôi cấy. Tương tự, Cytokinin có liên quan đến axit nucleic với các tiền chất có tác dụng kích thích sự phân chia tế bào ở các vùng sinh trưởng sinh dưỡng. (Mrkovac N et al., 2001).

Những phản hồi này cho thấy Azotobacter có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật bằng cách tạo ra các chất điều hòa sinh trưởng. Do đó, Azotobacter spp. thường được coi là thành viên của “Vi khuẩn cố định đạm Thúc đẩy Tăng trưởng Thực vật (PGPR)”.

Người ta cũng kết luận rằng chế phẩm Azotobacter có tác dụng thúc đẩy đáng kể các thông số tăng trưởng như rễ, chiều dài chồi và khối lượng khô của cây tre và cây ngô trong ống nghiệm trong các thí nghiệm trong chậu (Salhia B et al., 2013). Việc cấy kép A. chroococcum và P. indica có phản ứng có lợi về chiều dài chồi, chiều dài rễ, chồi tươi và trọng lượng rễ, chồi khô và trọng lượng rễ, và số bông ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây lúa (Kamil P et al., 2008).

Các cây Adathoda vasica được cấy vi khuẩn A. chroococcum cho thấy hàm lượng nitơ trong rễ tăng lên đáng kể so với các cây đối chứng (Anantha NT et al., 2007).  Các Azotobacters mà được tiêm Rhizophora cây giống, tăng đáng kể sinh khối rễ trung bình lên đến bởi 98,2%, chiều dài rễ bằng 48,45%, diện tích lá bằng 277,86%, sinh khối chụp bằng 29,49% so với kiểm soát và họ cũng tăng mức tổng số chất diệp lục và carotenoit lên tới lần lượt là 151,0% và 158,73% (Ravikumara S  et al., 2004). Các Azotobacter tiêm cây trồng cho thấy tốc độ tăng trưởng tốt hơn. Trong giai đoạn hoa cải của canola, Tỷ lệ tăng trưởng cây trồng (CGR) được tìm thấy cao nhất, tức là tăng 10-12%. (Yasari E et al., 2007)

4. Tích tụ chất khô

Có sự gia tăng tích lũy chất khô trong các cây được cấy Azotobacter; nó kích thích sự phát triển của lá, rễ, phân nhánh, ra hoa và kết trái được kích hoạt bởi nitơ cố định và chất điều hòa sinh trưởng thực vật giống như chất được tạo ra. Nó cũng làm tăng khả năng chống chịu của cây khi thiếu nước trong điều kiện bất lợi (Zeña GG et al., 1986). Kết quả tương tự được đưa ra bởi Sandeep et al. (2011) cho thấy cây được cấy Azotobacter có phản ứng tăng trưởng tốt hơn so với cây đối chứng không được cấy. Phản ứng tăng trưởng của cây trồng tốt hơn cuối cùng dẫn đến tích lũy chất khô tốt hơn.

5. Chỉ số khu vực vùng lá (LAI)

Azotobacter trong điều kiện dinh dưỡng cân bằng làm tăng 3,5% chỉ số khu vực vùng lá ở giai đoạn hoa của cây cải dầu và việc bón bổ sung Azotobacter đã làm tăng năng suất 21,17% so với đối chứng (chỉ bón phân hóa học) (Yasari E et al., 2007). 

Tốc độ tăng diện tích lá quyết định khả năng quang hợp của cây, giúp đồng hóa sản phẩm tốt hơn và hướng đến năng suất. Sử dụng Azotobacter spp. năng suất khoai tây đã được tăng 33,3% và 38,3%. Tương tự, mức tăng năng suất 20% được ghi nhận ở các cây được cấy Azotobacter  báo cáo rằng, số lượng cành, quả trên mỗi cây và khối lượng 1000 hạt cũng tăng lên khi có sử dụng dụng Azotobacter (Estiyar HK et al., 2014).

6. Hiệu ứng sinh hóa

Một số chủng Azotobacter có khả năng tạo ra các axit amin khi được nuôi trong môi trường nuôi cấy được bổ sung các nguồn cacbon và nitơ khác nhau (López GJ et al., 2005). Chất như axit amin được tạo ra bởi những vi khuẩn cố định đạm này tham gia vào nhiều quá trình giải thích cho việc thúc đẩy sự phát triển của cây trồng. Phân tích sinh hóa về hàm lượng diệp lục, nitơ, phốt pho, kali và protein ở cây được cấy Azotobacter cao hơn so với cây đối chứng không được cấy (Naseri R et al., 2013).

7. Phản ứng chống lại mầm bệnh

Azotobacter spp. có khả năng tạo ra một trong những chất liên kết với dạng sắt Fe + 3 hòa tan mạnh nhất có sẵn trong thân rễ, do đó làm cho các mầm bệnh không tồn tại trong thân rễ, bảo vệ sức khỏe thực vật. Tương tự, khả năng sản xuất Hydro Cyanine (HCN) ở các tính trạng của Azotobacter cao hơn (77,00%).  Azotobacter tiết ra một loại kháng sinh có cấu trúc tương tự như anisomycin, là một loại kháng sinh diệt nấm đã được ghi nhận. Azotobacter , với số lượng đủ lớn sẽ cạnh tranh với các mầm bệnh, tấn công các mầm bệnh để làm thức ăn. Một số mầm bệnh đã được kiểm soát bởi Azotobacter trong đất và trên lá bao gồm:  Alternaria , Fusarium , Collectotrichum ,Rhyzoctonia,Microfomina , Diplodia , Batryiodiplodia , Cephalosporium , Curvularia , Helminthosporium và Aspergillus (Althaf HS., 2013).

8. Ảnh hưởng của phân bón hóa học trong Azotobacter

Bón kết hợp phân sinh học với 50% lượng phân hóa học (đạm và lân) có tác dụng rõ rệt đối với sự phát triển của cây, chiều cao cây, số cành, trọng lượng tươi và khô của cây so với chỉ bón phân hóa học. Tương tự, việc bón phân Azotobacter biophosphat và phân hữu cơ, với một nửa liều lượng phân hóa học sẽ làm tăng năng suất kinh tế của cây. Hiệu quả của Azotobacter được đánh giá giảm khi mức Nitrat tăng lên (Ojaghloo F et al., 2007).  Quần thể Azotobacter có thể bị ảnh hưởng do lượng nitrat cao và môi trường axit được tạo ra do bón phân hóa học (Gül FS., 2003).

9. Azotobacter trong chu trình dinh dưỡng

Azotobacter tạo ra một số chất dinh dưỡng như Carbon, Nitrogen, Phospho và Sulfur thông qua việc đẩy nhanh quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ trong đất và tránh hấp thụ các kim loại nặng. Azotobacter có thể là một thay thế quan trọng cho phân bón hóa học vì nó cung cấp nitơ dưới dạng amoniac, nitrat và axit amin mà không cần dùng liều lượng nhiều, có thể là một trong những lựa chọn thay thế có thể có của nguồn nitơ vô cơ (ví dụ: urê). Nó giúp duy trì sự phát triển và năng suất của cây ngay cả trong trường hợp đất có hàm lượng photphat thấp, nó tạo điều kiện sử dụng tốt hơn dịch tiết từ rễ cây cũng như giúp hấp thụ các chất dinh dưỡng vi lượng tốt hơn (Lévai L et al., 2008).

Phần kết luận

Azotobacter spp. là vi khuẩn dị dưỡng, sống tự do, không cộng sinh, có khả năng cố định trung bình 20kg N/ha năm. Những vi khuẩn này được coi là Rhizobacteria thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR) tổng hợp chất tăng trưởng giúp tăng cường sự sinh trưởng và phát triển của thực vật và ức chế sự phát triển của bệnh cây (phytopathogenic) bằng cách tiết ra các chất ức chế. Nó cũng giúp hấp thu chất dinh dưỡng và sản xuất một số chất sinh hóa như protein, axit amin, v.v. Azotobacter cải thiện khả năng nảy mầm của hạt và có phản ứng về tỷ lệ tăng trưởng cây trồng (CGR) đối với cây trồng có cấy vi khuẩn này. Nó giúp tăng lượng dinh dưỡng sẵn có và phục hồi độ phì nhiêu của đất để cây trồng hấp thu tốt hơn. Nó là một thành phần quan trọng của hệ thống quản lý dinh dưỡng tổng hợp do vai trò quan trọng của nó đối với tính bền vững của đất. Cần nghiên cứu thêm trong tương lai để khám phá tiềm năng của Azotobacter trong độ phì nhiêu của đất.

Xung đột lợi ích

Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Salhia B. The Effect of Azotobacter chrococcumas Nitrogen biofertilizer on the growth and yield of Cucumis sativus. Deanery of Higher Education Faculty of Science, Master of Biological Sciences, Botany: The Islamic University Gaza; 2013.
2. Somers E, Vanderleyden J, Srinivasan M. Rhizosphere bacterial signaling: A love parade beneath our feet. Crit Rev Microbiol. 2004;30(4):205–240.
3. Nagananda GS, Das A, Bhattachrya S, et al. In vitro studies on the Effects of Biofertilizers (Azotobacter and Rhizobium) on Seed Germination and Development of Trigonella foenum–graecum L. using a Novel Glass Marble containing Liquid Medium. International Journal of Botany. 2010;6(4):394–403.
4. Kizilkaya R. Nitrogen fixation capacity of Azotobacterspp. Strains isolated from soils in different ecosystems and relationship between them and the microbiological properties of soils. J Environ Biol. 2009;30(1):73–82.
5. Dong H, Li W, Eneji AE, et al. Nitrogen rate and plant density effects on yield and late–season leaf senescence of cotton raised on a saline field. Field Crops Research. 2012;126:137–144.
6. Rajaee S, Alikhani HA, Raiesi F. Effect of Plant Growth Promoting Potentials of Azotobacter chroococcum Native Strains on Growth, Yield and Uptake of Nutrients in Wheat [2007–10]. Agris records. 2007;11(41):285–297
7. Kizilkaya R. Yield response and nitrogen concentrations of spring wheat (Triticum aestivum) inoculated with Azotobacter chroococcum strains. Ecological Engineering. 2008;33(2):150.156.
8. Althaf HS, Srinivas P. Evaluation of plant growth promoting traits by Pseudomonas and Azotobacter Isolated From Rhizotic soils of two selected agro forestry tree species of godavari belt region, India. Asian J Exp Biol Sci. 2013;4(3):431–436.
9. Mrkovac N, Milic V. Use of Azotobacter chroococcumas potentially useful in agricultural application. Annals of Microbiology. 2001;51:145–158.
10. Kamil P, Yami KD, Singh A. Plant Growth Promotional Effect of Azotobacterchroococcum, Piriformospora indica and Vermicompost on Rice Plant. Nepal Journal of Science and Technology. 2008;9:85–90.
11. Anantha NT, Earanna N, Suresh CK. Influence of Azotobacterchroococcumstrains on growth and biomass of Adathoda vasicaNees. Karnataka J Agric Sci. 2007;20(3):613–615.
12. Ravikumara S, Kathiresanb K, Thadedus M, et al. Nitrogen–fixing Azotobacters from mangrove habitat and their utility as marine biofertilizers. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 2004;312(1):5–17.
13. Yasari E, Patwardhan AM. Effect of (Azotobacter and Azosprillium) Inoculants and Chemical Fertilizers on Growth and Productivity of Canola (Brassica napus L.). Asian Journal of Plant Sciences. 2007;6(1):77–82.
14. Zeña GG, Peru C. Effect of Different Rates of Azotobacter and Frequency of Application of Agrispon on Yield and Quality in the Growing of Onion (Allium cepa L.) in Cajamarca. National University of Cajamarca Faculty of Agriculture Sciences and Forestry; 1986.
15. Sandeep C, Rashmi SN, Sharmila V, et al. Growth Response of Amaranthus gangeticusto Azotobacter chroococcum Isolated from Different Agroclimatic Zones of Karnataka. Journal of Phytology. 2011;3(7):29–34.
16. Estiyar HK, Khoei FR, Behrouzyar EK. The effect of nitrogen biofertilizer on yield and yield components of white bean (Phaseolus vulgariscv. Dorsa). International Journal of Biosciences. 2014;4(11):217–222
17. López GJ, Pozo RB, López S, et al. Liberation of amino acids by heterotrophic nitrogen fixing bacteria. Amino Acid. 2005;28(4):363–367.
18. Naseri R, Azadi S, Rahimi MJ, et al. Effects of Inoculation with Azotobacterchroococcumand Pseudomonas putida on yield and some of the important agronomic traits in Barley (Hordeum vulgarL). International Journal of Agronomy and Plant Production. 2013;4(7):1602–1610.
19. Ojaghloo F, Farahvash F, Hassanzadeh A, et al. Effect of inoculation with Azotobacterand barvar phosphate bio–fertilizers on yield of safflower (Carthamus tinctorius L.). Journal of Agricultural Sciences. Tabriz Branch: Islamic Azad University; 2007. p. 25–30.
20. GUl FS. Growth and nitrogen fixation dynamics of Azotobacterchroococcumin nitrogen–free and OMW containing medium. The middle east technicaluniversity. 2003. p. 1–12.
21.      Arjun Dev Jnawali, Roshan Babu Ojha,  Sushma Marahatta. Role of Azotobacter in soil fertility and sustainability–a review. Advances in Plants & Agriculture Research. 2015; 2 (6): 250-253

Sao Vàng Mekong tổng hợp 11/10/2021