Trong hoaït ñoäng soáng, vi sinh vaät coøn saûn sinh ra raát nhieàu chaát hoaït ñoäng sinh hoïc coù taùc duïng tröïc tieáp ñoái vôùi quaù trình sinh tröôûng, phaùt trieån cuûa caây tro[r]
(1)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐAØ LẠT F G
GIÁO TRÌNH
HOẠT TÍNH VI SINH VẬT ĐẤT
( Giảng cho sinh viên năm thứ tư chuyên ngành CƠNG NGHỆ SINH HỌC )
ThS BẠCH PHƯƠNG LAN
(2)MUÏC LUÏC
MUÏC LUÏC - -
Lời tác giả - -
CHƯƠNG I QUAN HỆ GIỮA VI SINH VẬT VAØ CÂY TRỒNG - -
I CÁC KIỂU QUAN HỆ GIỮA VI SINH VẬT VAØ CÂY TRỒNG - -
1 Hợp sinh - -
2 Hoại sinh bán hoại sinh - -
3 Coäng sinh - -
4 Quan hệ ký sinh bán ký sinh - -
5 Quan hệ phụ sinh - -
II ẢNH HƯỞNG CỦA VSV ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG - -
1 Ảnh hưởng có lợi (quan hệ tương hỗ) - -
2 Ảnh hưởng có hại (quan hệ đối kháng) - -
III SỰ PHÂN BỐ CỦA VSV ĐẤT - -
1.Khu hệ VSV vùng quanh rễ: - -
2 Khu hệ VSV rễ: - -
CHƯƠNG II NHỮNG HOẠT ĐỘNG CHỦ YẾU CỦA VI SINH VẬT ĐẤT - 10 -
I VỊ TRÍ CỦA VI SINH VẬT TRONG HỆ SINH THÁI - 10 -
II CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN HUỶ CỦA VSV ĐẤT - 10 -
1 Phân huỷ hợp chất glucid - 10 -
2 Phân giải hợp chất không chứa đạm khác - 13 -
3 Phân giải hợp chất chứa nitơ - 16 -
4 Phân giải hợp chất chứa lân đất - 25 -
5 Phân giải hợp chất chứa lưu huỳnh - 26 -
6 Nhóm vsv quang hợp sống đất - 27 -
7 Nhóm vi sinhvật lên men lactic đất - 29 -
CHƯƠNG III VI SINH VẬT GÂY BỆNH CÂY - 30 -
I CƠ CHẾ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH GÂY NHIỄM BỆNH CÂY - 30 -
1 Đặc điểm trao đổi chất VSV gây bệnh - 30 -
2 Quá trình xâm nhiễm lây lan (gồm bốn giai đoạn) - 30 -
II CÁC NHÓM VI SINH VẬT GÂY BỆNH - 31 -
1 Vi khuẩn gây bệnh - 31 -
2 Virus gây bệnh - 32 -
3 Nấm gây bệnh - 32 -
4 Nhóm xạ khuẩn gây bệnh - 34 -
III CÁC BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG PHÒNG CHỐNG BỆNH CÂY - 34 -
1 Cơ sở khoa học việc sử dụng biện pháp sinh học phòng chống bệnh - 34 -
2 Một số biện pháp sử dụng Việt Nam - 35 -
3 Điều chế sử dụng thuốc trừ sâu sinh học bảo vệ thực vật - 38 -
4 Thúc đẩy phản ứng miễn dịch bảo vệ - 40 -
(3)CHƯƠNG IV CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN VI SINH - 43 -
I QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÂN GIẢI CHẤT MÙN TRONG ĐẤT NHỜ VSV - 43 -
II CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN VSV HIỆN CÓ - 44 -
1 Nhóm công nghệ A - 44 -
2 Nhóm công nghệ B - 45 -
CHƯƠNG V TÁC ĐỘNG QUA LẠI GIỮA HỆ SINH THÁI ĐẤT VỚI KHU HỆ VI SINH ĐẤT - 49 -
I HỆ SINH THÁI TOAØN CẦU - 49 -
1 Sự hình thành đất khí - 49 -
2 Dòng lượng hệ sinh thái - 50 -
3 Sự diễn sinh thái - 50 -
4 Các chu trình sinh địa hố - 50 -
II HỆ SINH THÁI ĐẤT - 51 -
1 Một số đặc trưng cuả hệ sinh thái đất (HSTĐ) - 51 -
(4)LỜI TÁC GIẢ
Chuyên đề Hoạt Tính Vi Sinh Vật Đất dùng để giảng cho sinh viên chuyên ngành Công Nghệ Sinh Học với thời lượng 30 tiết Điều kiện tiên trước nghe giảng môn học sinh viên học qua giáo trình sở thuộc lĩnh vực Sinh Học, bao gồm :
- Sinh Học Tế Bào
- Vi Sinh Vâït Học đại cương - Hoá Sinh Học đại cương - Sinh Lý Thực Vật
Vì lý trên, tài liệu không nhắc lại kiến thức mà sinh viên trang bị năm học trước – trừ trường hợp có yêu cầu riêng Tài liệu đề cập đến kiến thức cốt lõi hoạt động sinh học khu hệ vi sinh vật đất mối tương tác giũa chúng với yếu tố có mặt Hệï Sinh Thái Đất, đặc biệt với trồng – xem phần cứng bài giảng Trong trình giảng dậy, giảng viên phát triển giảng theo hướng
mở rộng nâng cao kiến thức; đồng thời bổ sung thơng tin có liên
quan theo hướng cập nhật thành tựu Khoa Học - Công Nghệ Để làm tốt vịêc cập nhật, giảng viên nên khuyến khích sinh viên tham gia truy cập mạng theo dõi tạp chí chuyên ngành – thơng qua rèn luyện cho sinh viên kỹ tự học kỹ xử lý tài liệu tham khảo
Hy vọng trang viết cịn dùng làm tư liệu cho việc nghiên cứu học tập lĩnh vực lân cận (như Vi Sinh Trồng Trọt, Bảo Vệ Thực Vật…)
Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiêp nhà chuyên mơn lĩnh vực có liên quan để lần tái sau đựợc hoàn thiện
Trong trình biên soạn, chúng tơi nhận hợp tác tích cực CN Nguyễn Khoa Trưởng vịêc sưu tầm tài liệu trình bầy thảo máy vi tính, xin chân thành cám ơn!
Đà Lạt / tháng 4/ 2004
Th.S Bạch Phương Lan
(5)CHƯƠNG I QUAN HỆ GIỮA VI SINH VẬT VAØ CÂY TRỒNG
I CÁC KIỂU QUAN HỆ GIỮA VI SINH VẬT VAØ CÂY TRỒNG Giữa vi sinh vật (VSV) trồng có mối quan hệ qua lại với nhau, có mối
quan hệ VSV trồng sống chung khu vực không xâm nhập vào cây, có VSV xâm nhập vào vùng đó, mơ Cả hai kiểu quan hệ có mặt lợi mặt hại nó, nghĩa có mặt đối kháng mặt tương tác
1 Hợp sinh
Thực vật VSV sống mảnh đất sử dụng sản phẩm trao đổi chất nhau, hoạt động sống bên hồn tồn độc lập với bên hai sinh trưởng phát triển bình thường
2 Hoại sinh bán hoại sinh
Hoại sinh: VSV sống cách phân huỷ hợp chất hữu xác chết thực vật để dùng làm chất dinh dưỡng sinh lượng, có VSV sinh trưởng phát triển bình thường, cịn trồng chết mục rữa, kiểu quan hệ VSV đóng vai trị đối tượng tiêu thụ hình thức phân huỷ Điển hình cho mối quan hệ thể qua trình phân huỷ hợp chất cacbon, nitơ, phospho, kali, lưu huỳnh đất
Bán hoại sinh: bình thường VSV sống hoại sinh điều kiện trở thành kí sinh, lúc xâm nhập vào thể thực vật chưa chết thường xâm nhập vào thể có vết thương, thể lão hố, già cõi
3 Cộng sinh
Vi sinh vật thực vật liên kết chặt chẽ với phụ thuộc lẫn loạt hoạt động sinh học chung, sở hai bên có lợi, bắt buộc VSV phải sống tế bào loại mô định chủ (gọi vị trí cảm thụ đặc hiệu) Trong trình cộng sinh cung cấp chất dinh dưỡng cho VSV cách nhường cho sản phẩm thu nhờ quang hợp, ngược lại VSV sau tiếp nhận nguyên liệu chất dinh dưỡng từ tiến hành hoạt động sống đặc trưng trả lại cho sản phẩm trao đổi chất q nói chúng ni dưỡng lẫn
Ví dụ: - Sự cộng sinh vi khuẩn nốt sần Rhizobium với rễ họ đậu - Sự cộng sinh khuẩn cố định nitơ bèo hoa dâu - Sự cộng sinh nấm tảo địa y
4 Quan hệ ký sinh bán ký sinh
(6)chủ tìm cách để tiêu diệt vi khuẩn nhằm chống lại gây nhiễm Kết đấu tranh hai bên bị thua, vậy, mang bệnh VSV bị tiêu diệt hồn tồn, thơng thường phía chủ trở nên rối loạn trao đổi chất , mang hình dạng bất bình thường, bị bệnh
Bán ký sinh: bình thường loài VSV ký sinh trường hợp đặc biệt khơng chui vào tế bào mô chủ mà sống hoại sinh Thông thường mối quan hệ ký sinh bán ký sinh VSV chủ thể chuyên hóa đặc biệt
Mỗi loại thường bị xâm nhiễm loại VSV ngược lại loại VSV xâm nhập vào loại
Nhóm VSV vật ký sinh gọi nhóm VSV gây bệnh
5 Quan hệ phuï sinh
Vi sinh vật sống nhờ phận dạng “sống gửi” không tiết chất độc để hủy hoại tế bào mô chủ, đồng thới không nhân lên nhiều đến mức phá vỡ làm chết chủ mà xin chủ chất dinh dưỡng mức khơng phá vỡ Bọn VSV vô hại hại không đáng kể
II ẢNH HƯỞNG CỦA VSV ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG
Thông qua mối quan hệ kể trên,VSV có ảnh hưởng đối vối trồng theo hai hướng :
1 Ảnh hưởng có lợi (quan hệ tương hỗ)
Thể chủ yếu nhóm VSV sống hoại sinh, hợp sinh cộng sinh Nó cung cấp cho nguyên liệu quý cần thiết cho trao đổi chất Có thể bọn hợp sinh hoại sinh làm tăng cường màu mỡ đất trồng bọn cộng sinh cung cấp sản phẩm trao đổi chất cho chủ
Những chất chủ yếu mà VSV cung cấp là:
- Những sản phẩm phân giải protein dạng NO3- NH4+;
- Các sản phẩm phân giải tinh bột, cellulose sản phẩm dạng hydratcarbon nói chung dạng carbon vơ cơ;
- Sản phẩm phân giải lân hữu lân khó tan dạng phospho dễ tan, acid phosphoric, carbonat;
- Vi sinh vật tiết chất kích thích sinh trưởng vào đất vào cây, gibberellin, auxin, vitamin vài loại enzyme;
- VSV giải độc cho chữa bệnh cho cây: ví dụ vi khuẩn phân giải lưu huỳnh sulfat hóa biến dạng H2S làm thối rễ sang dạng SO4 vô hại,
(7)2 Ảnh hưởng có hại (quan hệ đối kháng)
Thể hai dạng:
- Trực tiếp gây bệnh cây(do nhóm VSV ký sinh)
- Tiết vào đất chất độc (thể nhóm hợp sinh hoại sinh) Ví dụ: bọn vi khuẩn phản sulfat hóa tiết H2S, số bọn VSV gây thối rữa
tiết indol hợp chất độc với cây, số khác tiết sản phẩm trao đổi chất đặc trưng gây độc cho Một số loại nấm tiết acid hữu mà nồng độ thấp gây độc cho Ngoài cịn có nhóm vi khuẩn phản nitrat hóa - biến NO2 thành N2 làm thiếu hụt nguồn dinh dưỡng đạm
III SỰ PHÂN BỐ CỦA VSV ĐẤT
Khu hệ Vi sinh vật đất đóng vai trị quan trọng nơng nghiệp, góp phần tạo nên kết cấu đất, độ phì nhiêu đất, giúp sinh trưởng, phát triển tốt làm tăng suất trồng Chúng tham gia tích cực vào phân giải, chuyển hố hợp chất vơ cơ, hữu phức tạp đất thành dạng đơn giản mà trồng dễ dàng sử dụng Nhiều loại nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn… phân giải hợp chất phức tạp cellulose, pectin, lignin, lipit… thành acid hữu cơ, rượu, đường cuối CO2 H2O Các dạng lân apatit, phosphoric, phosphate canxi khó hồ
tan vi sinh vật chuyển hóa thành acid phosphoric dạng lân dễ tiêu cung cấp cho trồng Nhóm vi sinh vật cố định nitơ hàng năm làm giàu cho đất lượng nitơ 10% tổng lượng nitơ mà trồng cần Trong hoạt động sống, vi sinh vật sản sinh nhiều chất hoạt động sinh học có tác dụng trực tiếp trình sinh trưởng, phát triển trồng bao gồm: acid amin, vitamin, enzyme, chất kháng sinh, … tích luỹ vùng rễ trồng, làm tăng cường phát triển loài phù hợp với khu hệ vi sinh vật làm hạn chế phát triển lồi khác
Măät khác, có lồi vi sinh vật thuộc nhóm virus, vi khuẩn vi nấm, xạ khuẩn… gây bệnh cho côn trùng hoạt động đối kháng với loài vi sinh vật gây bệnh khác Bên cạnh vi sinh vật cịn sản sinh khối lượng lớn CO2,
cải thiện chế độ thơng khí, chế độ nước đất… giúp trồng quang hợp, sinh trưởng phát triển tốt
Sở dĩ, vi sinh vật đất làm điều kì diệu khu hệ vi sinh vật đất đa dạng, phong phú, có đặc điểm sinh lý, sinh hóa sinh thái khác Các quần thể VSV đất nói chung chia làm hai khu hệ: khu hệ quanh vùng rễ khu hệ vùng rễ
Thực tế, VSV gây bệnh thường tập trung vùng quanh rễ nhiều vùng ngồi rễ, cịn ngược lại VSV có lợi thường tập trung vùng xa rễ
(8)vì đất có chứa nhiều chất hữu dự trử mùn, đầy đủ nguồn C, N, P, khống
1.Khu hệ VSV vùng quanh rễ:
Gồm có vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật Trong chiếm số lượng đông vi khuẩn loại, vi khuẩn kỵ khí sống vùng đất sâu, chua, trũng ngập nước Giữa quần thể VSV với thể đầy đủ mối quan hệ hợp sinh, tương hỗ mối quan hệ đối kháng
Cần lưu ý khu hệ VSV đất vùng quanh rễ có quan hệ đặc hiệu loại trồng có mặt
- Trước tiên, rễ thực vật có đặc điểm tiết vùng quanh rễ chất dinh dưỡng, chất độc VSV Ví dụ: hịa thảo tiết khoáng Ca,Mg, Fe; họ đậu tiết nhiều hợp chất dạng amin
- Bao quanh hệ rễ có khu hệ VSV đặc trưng tương ứng
Tuy vậy, tất khu hệ VSV quanh rễ bao gồm đặc điểm chung:
• Giữa rễ thực vật khu hệ VSV có tương ứng đặc hiệu thể
loại Ví dụ: quanh rễ họ đậu có vi khuẩn cố định nitơ
và vi khuẩn phân giải protein; quanh rễ hịa thảo có vi khuẩn phân giải tinh bột lên men đường
• Mật độ tổng số VSV vùng quanh rễ lớn vùng xa rễ
và mức chênh lệch sâu rõ rệt
Ví dụ: Người ta khảo sát khu hệ vùng quanh rễ lúa mì đen
Độ sâu chênh lệch
→ 25cm 300 laàn
40 → 60 cm 800 laàn
60 → 100 cm 1700 lần
Làm thí nghiệm, đem trồng vào dung dịch dinh dưỡng cho thấy độ sâu 100 cm khơng thể mức chênh lệch mật độ VSV nhiều Có lẽ trồng trơng đất hai tác động: lượng chất tiết rễ thường ăn sâu – dung dịch hai yếu tố khơng cịn thể rõ
• Số lượng VSV vùng rễ biến thiên theo thời kỳ sinh trưởng phát
triển số lượng VSV vùng xa rễ phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng
Khu hệ VSV vùng rễ Khu hệ VSV vùng rễ đậu tương lúa mì
(9)Mật độ tế bào
VSV
Ra hoa Thu hoạch T Ra hoa Thu hoạch T (Ghi chú: T: Chu kỳ sinh trưởng cây)
Hình 1: Biến thiên mật độ VSV vùng rễ chu kỳ sinh trưởng
troàng
Đất mơi trường tự nhiên thích hợp VSV, khối lượng chất hữu có đất lớn, chủ yếu mùn Đó nguồn thức ăn carbon đạm nhiều VSV Các chất dinh dưỡng không tập trung nhiều tầng đất mặt mà phân tán xuống tầng đất sâu Các chất dinh dưỡng (phân bón, xác động thực vật) thường xuyên bổ sung vào đất… tích luỹ chất hữu vô lớp mặt từ đá mẹ nhờ phát triển VSV tự dưỡng Sau tham gia xanh Khi cối chết VSV dị dưỡng phân hủy thành chất hữu vô Một số sản phẩm oxy hố từ chất hữu khơng hoàn toàn kết hợp với chất nhầy VSV tiết phức hệ khoáng đất để tạo thành chất mùn
Mức độ thống khí đất phụ thuộc vào thành phần giới độ ẩm đất Các khí H2, CO2, N2, O2 ln ln có mặt đất O2 cần thiết cho VSV
hiếu khí O2 chiếm trung bình - 8% thể tích khơng khí đất ln
được bổ sung qua nước nhờ quang hợp tảo, nhờ mơ dẫn khí biện pháp canh tác Độ ẩm nhiệt độ đất nói chung thích hợp cho nhiều loại VSV hoạt động Trong gam đất chứa hàng chục triệu đến hàng tỷ VSV bao gồm nhiều loại khác
2 Khu hệ VSV rễ:
Gồm nhóm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật với đặc điểm sinh lý, sinh thái khác Riêng vi khuẩn phong phú, bao gồm: vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn cố định đạm
VSV sống thành quần thể, loại loại khác có tác động qua lại lẫn nhau, chúng tác nhân chủ yếu q trình chuyển hố vật chất đất VSV có mặt tất loại đất chân đất có đầy đủ chất dinh dưỡng, có độ ẩm phản ứng mơi trường thích hợp… VSV phát triển nhiều phong phú thành phần
Trên chân đất nghèo chất dinh dưỡng, nhiều chất độc…VSV hạn chế rõ rệt tạo thành khu hệ VSV đặc biệt thích ứng với điều kiện đất đai bất lợi (VSV chịu chua,VSV có khả phát triển mơi trường nhiều H2S, nhiều
(10)