vi sinh vật cố định đạm

Vi khuẩn cộng sinh với cây không thuộc họ đậu  Alnus và cây Casuarina phi lao, dương có khả năng cộng sinh với một loài xạ khuẩn có khả năng cố định N – chi Frankia... CƠ CHẾ CỐ ĐỊN

Đề tài: VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM

VÀ VAI TRÒ TRONG NÔNG

NGHIỆP

GVHD: TRƯƠNG KIM PHƯỢNG

VI SINH NÔNG NGHIỆP

TỔNG QUAN NỘI DUNG

I GIỚI THIỆU VỀ VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM

1 Vi sinh vật cố định đạm không cộng sinh

2 Vi sinh vật cố định đạm cộng sinh

II QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NỐT SẦN Ở RỄ CÂY

1 Phân loại nốt sần

2 Quá trình hình thành nốt sần

3 Cấu tạo của nốt sần

4 Cơ chế cố định Nitơ trong nốt sần

5 Cơ chế phân tử, các gen kiểm soát quá trình cố định

Nitơ

III VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM

1 Phân vi sinh

2 Vi khuẩn cố định đạm có hại

PHẦN I : GIỚI THIỆU VỀ VI SINH

VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM

I VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM KHÔNG CỘNG SINH

1 Vi khuẩn dị dưỡng

 Vi khuẩn hiếu khí : Azotobacter, Beijerinckia

 Vi khuẩn yếm khí : Clostridium

2 Vi khuẩn hóa tự dưỡng : Methanobacillus omelianski.

3 Vi khuẩn quang tổng hợp : Chorobium, Chromatium,

Rhodomicrobium, Rhodopseudomonas,

Rhodospirillum.

4 Tảo lam : Anabaena, Anabaenapsis

 Vi khuẩn hình cầu, Gram

âm không sinh bào tử,

 Tăng cường nguồn thức ăn cung cấp cho cây trồng.

 Kích thích khả năng tăng trưởng.

 Nâng cao tỷ lệ nảy mầm và độ phát triển của mầm (vì nó tiết ra môi trường thiamin, acid nicotinic, acid pantotenic, piridoxin,

biotin, )

 Tiết ra một số chất chống nấm.

CLOSTRIDIUM

TẢO LAM

 Là thành phần cố định N quan trọng trong

thiên nhiên

 Có trong các ao, mặt nước ruộng lúa…

 Cần độ ẩm cao, ánh sáng, điều kiện nhiệt độ khoảng 30oC, pH tối hảo là từ 7-8.5

 Ở ruộng chua, sự tăng trưởng của tảo lam bị hạn chế, trường hợp này bón vôi giúp tăng

thêm lượng tảo và lượng N cố định được

GIỚI THIỆU VỀ VI SINH VẬT CỐ

ĐỊNH ĐẠM

II VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM CỘNG SINH

1 Vi khuẩn cộng sinh với cây họ đậu

 Brachyrhizobium meliloti cộng sinh với cỏ alfalfa.

 B trilolii cộng sinh vơi cỏ clover.

 B phaseoli cộng sinh với các loài đậu hình thận.

 B japonicum cộng sinh ở cây đậu nành.

II VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM CỘNG

SINH

2 Vi khuẩn cộng sinh với cây không thuộc họ đậu

 Alnus và cây Casuarina (phi lao, dương) có

khả năng cộng sinh với một loài xạ khuẩn có

khả năng cố định N – chi Frankia.

PHẦN II: QUÁ TRÌNH HÌNH

THÀNH NỐT SẦN Ở RỄ CÂY

PHÂN LOẠI NỐT SẦN:

• Nhóm vi khuẩn mọc nhanh (vi khuẩn nốt sần cỏ ba

lá, đậu Hà Lan ) thuộc chi Rhizobium.

• Nhóm vi khuẩn mọc chậm ( vi khuẩn nốt sần đậu

tương, lạc ) thuộc chi Bradirhizobium

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NỐT SẦN

CẤU TẠO CỦA NỐT SẦN

CƠ CHẾ CỐ ĐỊNH NITƠ TRONG NỐT

SẦN

 Quá trình cố định nitơ được thực hiện bởi phức

hệ nitrogenase.

 Thành phần chính của phức hệ này là

nitrogenase reductase và nitrogenase.

 Nitrogenase đặc biệt nhạy với oxy và bị bất hoạt khi có mặt oxy.

 Phức hệ này nằm trong tế bào chất của thể vi khuẩn (bacteroid)

 Bacteroid cần năng lượng từ thực vật cung cấp

để cố định đạm

N2 + 8H+ + 8e- → 2NH3 + H2 (16-24ATP 16-24ADP + 16-24Pi )

4 yêu cầu cho quá trình cố

định nitơ ở vi khuẩn

1 Có lực khử mạnh với thể năng khử cao

(Ferredoxin, Plavodoxin, NAD hoặc NADP).

2 Có năng lượng đủ (ATP) và có sự tham gia của

nguyên tố vi lượng (Mg).

3 Có sự tham gia của enzyme nitrogenase.

4 Phải tiến hành trong điều kiện yếm khí ( nồng

độ O2 =0 hoặc gần bằng 0)

CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM

 Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đối

với quá trình cố định N cộng sinh

 Ảnh hưởng của hàm lượng chất đường bột

trong cây

 Ảnh hưởng của P và K

 Ảnh hưởng của pH của đất

 Ảnh hưởng của chất Molybden (Mo)

 Ảnh hưởng của Phage (thực khuẩn thể)

CÁC GEN KIỂM SOÁT TRONG QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM

CÁC GEN KIỂM SOÁT TRONG QUÁ

TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM

1 Gen nod:

 Các gen nod hoạt hóa bởi NodD mã hóa cho

sự hình thành các protein hình thành nốt sần, phần lớn liên quan đến sinh tổng hợp các nhân

tố Nod

 nodA, nodB, nodC mã hóa cho các protein

gây cho đầu lông rễ cây phồng lên và xoắn

 nodE, nodF, nodL ảnh hưởng đến độ đặc hiệu

vật chủ của các nhân tố nod qua việc thêm các gốc đặc hiệu tại đầu khử hay không khử của

gốc đường trên mạch chitin

NHÂN TỐ NOD

CÁC GEN KIỂM SOÁT TRONG QUÁ

TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM

Nhóm Chức năng Các đại diện

Nodulin sớm Mã hóa cho các protein trong chu

trình tế bào và thành tế bào, histone, cyclin tế bào, các protein giàu proline, và hydroxyproline

Cdc2, H4, các gen enod

Nodulin muộn Aquaporin, leghemoglobin,

uricase, sucrose synthase, glutamine synthase, asparagine synthetase, NADH- glutamate synthase

Nodulin 26, Lb, SS, GS, AS,

3 Gen nodulin

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT CỐ

ĐỊNH ĐẠM

PHÂN VI SINH

 Phân bón vi sinh cố định N2 (Biologycal

Nitrogen Fixing Fetilzer) - phân vi sinh vật cố định đạm

 Là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống (tự do, cộng sinh, ký sinh hoặc hiếu khí) đã được tuyển chọn với mật độ đạt theo tiêu chuẩn hiện hành,

 Tạo điều kiện nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, tăng độ màu mỡ của đất

 Phân nitragin chứa vi khuẩn nốt sần cây đậu tương.

 Phân rhidafo chứa vi khuẩn nốt sần cây lạc

 Azotobacterin chứa vi khuẩn hút đạm tự do

 Azozin chứa vi khuẩn hút đạm từ không khí sống trong ruộng lúa Loại phân này có thể trộn với hạt giống lúa

PHÂN VI SINH

VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM CÓ HẠI

Agrobacterium tumefaciens

 Agrobacterium tumefaciens gây ra bệnh khối

u hình chóp (crown gall), sưng lâu năm ở rễ,

củ thực vật

 Khi bị nhiễm A tumefaciens biểu hiện bệnh

rõ nhất là các khối u được hình thành ở ngay chỗ lây nhiễm Sự hình thành khối u sau đó

có thể tiếp tục mà không cần thiết phải có sự hiện diện của vi khuẩn

 Có Ti-plasmid (T-DNA) xâm nhập vào hệ gen của cây bị bệnh

 200-250 kb

trong đó chứa gen mã hóa cho sinh tổng hợp

auxin, cytokinin, opine và các gen gây khối u

nhiễm và tiếp hợp (vùng vir), cho

việc tiêu hóa opine (opine

catabolism).

- Agrobacterium là sau khi xâm nhiễm vào tế

bào, chúng gắn đoạn T-DNA vào bộ máy di truyền của tế bào thực vật, dẫn đến sự rối

loạn các chất sinh trưởng nội sinh, tạo ra

khối u

- A tumefaciens phải tiếp xúc với thành tế

bào thực vật bị tổn thương Khi T-DNA đã

được chuyển giao vào tế bào thực vật, chúng nhanh chóng xâm nhập vào genome tế bào thực vật (integration) được ổn định và di

truyền như các gen bình thường khác

Chuyển DNA ngoại lai vào tế bào và mô

thực vật nhờ Agrobacterium tumefaciens:

VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM CÓ HẠI

Agrobacterium rhizogenes

vật ( bệnh “ hairy root disease” ).

cảm ứng tạo khối u ở thực vật

thực vật, làm rối loạn các chất sinh trưởng nội sinh tạo bệnh rễ tóc ở thực vật.

 Trong vùng T-DNA của A rhizogenes chỉ có

gen sản sinh ra auxin, vì thế sự thay đổi hình thái chính của thực vật là chúng tạo ra rất

nhiều rễ to (hairy roots) khi bị nhiễm bệnh

 Tương tự như vi khuẩn A.tumefaciens, A

rhizogenes sau khi xâm nhiễm vào tế bào,

chúng gắn đoạn T-DNA vào bộ máy di truyền của tế bào thực vật, làm rối loạn các chất

sinh trưởng nội sinh tạo bệnh rễ tóc ở thực vật

Kết luận:

“Vi sinh vật cố định đạm đóng một vai trò

quan trọng trong việc cung cấp đạm cho hoạt động sống của cây

Việc nghiên cứu và ứng dụng những ưu điểm của vi sinh vật cố định đạm trong việc nâng cao năng suất và cải tạo cây trồng đã và

đang mang lại những hiệu quả nhất định

nhằm giúp cân bằng hệ sinh thái và mang lại những nguồn lợi lớn cho nền nông nghiệp”