Ngày nay các nhà khoa học đã phát hiện nhiều nhóm VKNS trong nhiều loại cây trồng và cả những loài thực vật hoang dại, các nhóm VKNS thường gặp sẽ mô tả dưới đây:
2.3.2.1 Vi khuẩn Azospirillum
Vào năm 1923, Beijerinck phân lập được nhóm vi khuẩn giống như xoắn khuẩn, và đã được Becking (1963) phát hiện lại. Đến năm 1976, Döbereiner và Day mô tả về sự liên hợp của những vi khuẩn này với các cây cỏ và nhiều loại ngũ cốc khác nhau. Sau đó các vi khuẩn này được phân thành giống mới, và được gọi là Azospirillum
(Tarrand et al., 1978).
Azospirillum thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm, có khả năng chuyển động và có dạng hình que ngắn; kích thước biến thiên trong khoảng 0,8-1,7μm chiều rộng và 1,4 - 3,7μm chiều dài (Nguyễn Hữu Hiệp et al., 2005). Các loài Azospirillum biểu hiện sự phân bố sinh thái vô cùng rộng lớn và được gắn liền với sự đa dạng to lớn của cây trồng (Van Berkum và Bohlool, 1980).
Trong những năm 1984 - 1985, người ta đã phát hiện nhiều loài của giống
Azospirillum trong vùng rễ của cỏ Kallar (Leptochloa fusca) (Reinhold et al., 1986); trong đó các vi khuẩn xâm nhập vào bên trong nhu mô rễ có khả năng cố định đạm, hòa tan lân ở dạng khoáng khó tan và các chất dinh dưỡng khác (Seshadri et al., 2000; Richardson, 2003), sản xuất kích thích tố thực vật (Vande Broek et al., 1999), hay
kiểm soát các vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng (Rangarajan et al., 2003). Khi Okon và Labandera - Gonzalez (1994) phân tích tài liệu về các thử nghiệm ngoài đồng ở các cây trồng được chủng với Azospirillum thì nhận thấy sản lượng cây trồng tăng 5 - 30%, cao hơn nhiều so với khi sử dụng phân bón hóa học. Sản lượng tăng là do hệ thống rễ phát triển tốt hơn, tương quan với việc tăng tỉ lệ nước và khoáng được rễ hấp thu.
2.3.2.2 Vi khuẩn Azotobacter
Năm 1966, Döbereiner phân lập được loài Azotobacter paspali từ các cây cỏ đang sinh trưởng trước phòng thí nghiệm của bà (Döbereiner, 1974). Sự khám phá ra vi khuẩn A. paspali là một bước quan trọng trong sự cố định đạm cộng sinh. Đây là loài đặc hiệu cho Paspalum notatum và khoai lang. Tuy nhiên, khi Brown (1976) theo dõi sự khử acetylene thì nhận thấy không phải lúc nào Paspalum notatum cũng được cộng sinh với sự có mặt của A. paspali ở vùng rễ, và bà cho rằng A. paspali cải thiện sự sinh trưởng của Paspalum notatum chủ yếu là bằng việc tạo ra các auxin hơn là bằng sự cố định đạm.
2.3.2.3 Vi khuẩn Klebsiella
Vi khuẩn Klebsiella thuộc nhóm γ - Proteobacteria, là vi khuẩn Gram âm, có dạng hình que, không hay ít chuyển động, kết nang, sống kỵ khí không bắt buộc. Có 2 loài quan trọng là Klebsiella pneumoniae và Klebsiella oxytoca. Vi khuẩn Klebsiella
thường xuất hiện tự nhiên trong đất, một số xâm nhập vào cây trồng và sống nội sinh trong cây. Có khoảng 30% các dòng của 2 loài này có thể cố định đạm trong các điều kiện kỵ khí (http://en.wikipedia.org/wiki/Klebsiella, 24/11/2013).
Theo Lü và Song (2001), vi khuẩn Klebsiella oxytoca dòng SG-11 được phân lập từ rễ lúa là vi khuẩn kích thích sinh trưởng thực vật nhờ vào khả năng cố định đạm từ nitơ không khí và khả năng tổng hợp IAA từ tryptophan theo lộ trình indole -3- pyruvic acid của chúng.
Ở Ấn Độ, Jha và Kumar (2007) nghiên cứu vi khuẩn K. oxytoca dòng GR - 3 được phân lập từ rễ và thân của cây cỏ đuôi mèo (Typha australis) thì nhận thấy chúng có mật số ở rễ là 6x106
CFU/g, khả năng tổng hợp IAA từ tiền chất tryptophan là 30μg/mg trọng lượng khô, khả năng hòa tan lân khó tan là 31,5 μg/mg trọng lượng khô, và mức độ biểu hiện hoạt tính của phức hệ nitrogenase qua phản ứng khử
dụng vi khuẩn K. oxytoca dòng GR - 3 chủng cho giống lúa Malviya dhan - 36 thì nhận thấy vi khuẩn này giúp gia tăng toàn bộ chiều dài cây và tăng hàm lượng chlorophyll - a có hiệu quả; đồng thời chúng còn kích thích sự thành lập rễ bên và rễ bất định cho cây.
2.3.2.4 Vi khuẩn Enterobacter
Vi khuẩn Enterobacter cũng thuộc nhóm γ - Proteobacteria, hầu hết là vi khuẩn Gram âm, có dạng hình que, sống kỵ khí không bắt buộc. Một số loài của vi khuẩn này sống ở vùng rễ hay nội sinh bên trong các mô thực vật có khả năng cố định đạm, là vi khuẩn kích thích sự sinh trưởng thực vật (http://en.wikipedia.org/wiki/Enterobacter, 24/11/2013).
Hwangbo et al. (2003) đã phân lập được loài Enterobacter intermedium từ vùng rễ của một số cây cỏ ở Triều Tiên, chúng có khả năng hòa tan các phosphate khó tan để cung cấp cho cây theo cơ chế acid hóa bằng cách sản xuất hợp chất 2-ketogluconic acid.
2.3.2.5 Vi khuẩn Burkholderia
Vi khuẩn Burkholderia là vi khuẩn cố định đạm, Gram âm, dạng hình que ngắn, đường kính khoảng 1 m, chúng có thể di chuyển nhờ các chiên mao ở đầu (Caballero - Mellado et al., 2004). Chúng sinh trưởng và phát triển trong điều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí, trong môi trường ít khí oxy thì phát triển tốt nhất. Trong môi trường nuôi cấy, chúng tạo thành các khuẩn lạc màu trắng hoặc hơi vàng, đường kính khoảng 2-4 cm, tròn, phẳng hoặc lài (Caballero - Mellado et al., 2004; 2007). Vi khuẩn này có khả năng cố định đạm và tạo nốt sần trong những cây họ đậu nhiệt đới (Mounlin et al., 2001). Vi khuẩn Burkholderia sống cộng sinh với cây trồng và có khả năng cố định đạm, kích thích sự tăng trưởng của cây, hiện diện trong vùng rễ và rễ của nhiều loại cây như: bắp, mía, cà phê, lúa (Scarpella et al., 2003). Hiện nay người ta tìm được khoảng hơn 40 loài Burkholderia (Martinez - Aguilar et al., 2008) bao gồm vi khuẩn cố định đạm trong đất, rễ cây, đẩy mạnh các giai đoạn phát triển của cây (Coenye và Vandamme, 2003; Osullivan và Mahenthiralingam, 2005).
2.3.2.6 Vi khuẩn Pseudomonas
Pseudomonas là vi khuẩn xuất hiện ở mọi nơi trong môi trường. Sự biến dưỡng
dễ thay đổi và linh động của chúng làm cho chúng có thể sống ở nhiều môi trường khác nhau như nước, đất, trên cây và trong các động vật. Trong số những loài
Pseudomonas này, có những loài tiêu biểu có thể được sử dụng trong công nghệ sinh
học.
Đặc điểm hình thái học chung cho Pseudomonas là Gram âm, tế bào hình que, di động nhờ roi ở đầu và không có bào tử. Các đặc điểm sinh lý là dị dưỡng, không lên men, linh hoạt về dinh dưỡng, không quang hợp hoặc cố định nitrogen (http://vi.wiki pedia.org/wiki/Pseudomonas, 24/11/2013).
Một số chủng Pseudomonas có ảnh hưởng quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển thực vật như tổng hợp kích thích tố tăng trưởng thực vật như: auxin, cytokinin, kích thích sự phát triển của bộ rễ cây làm gia tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng trong đất ở một số loài như: Pseudomonas putida, Pseudomonas
fluorescens, Pseudomonas syringae (Glickmann et al., 1998). Khả năng phân giải
phosphat. Trong rác ủ, phospho tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau. Phospho được tích luỹ trong rác khi động thực vật chết đi, những hợp chất phospho hữu cơ này được vi sinh vật phân giải tạo thành các hợp chất phospho vô cơ khó tan. Do đó phospho tồn tại ở hai dạng: phospho hữu cơ và phospho vô cơ. Vi sinh vật hòa tan lân hữu cơ chủ yếu thuộc hai chi: Bacillus và Pseudomonas. Các loài có khả năng phân giải mạnh là B. megatherium, B. mycoides và Pseudomonas sp.
Trong số các loài Pseudomonas spp., P.fluorescens là được chú ý nghiên cứu hơn hết, vì ngoài khả năng đối kháng với 10 loại mầm bệnh phát sinh từ đất, nó còn có khả năng kích thích sự phát triển của cây trồng (Nguyễn Trọng Thể, 2004).
* Pseudomonas fluorescens:
Pseudomonas fluorescens là vi khuẩn hình que, Gram âm, sống trong đất, thực
vật và cả trên mặt nước. Nhiệt độ phát triển tối ưu từ 25 - 30oC. Chủng Pf-5 trong vùng rễ của cây trồng và sản xuất nhiều loại chất chuyển hóa thứ cấp bao gồm thuốc kháng sinh chống lại đất chịu tác nhân gây bệnh (Paulsen et al., 2005). Chủng Pseudomonas
fluorescens SBW25 phát triển trên lá cây và rễ nơi chúng có thể đóng góp vào sự tăng
tác nhân gây bệnh. Pseudomonas fluorescens là một loài vi khuẩn thú vị và quan trọng để nghiên cứu vì nó tạo ra một kháng sinh đặc biệt (mupirocin) đã được chứng minh có hiệu quả trong điều trị một số loại da, tai, và các rối loạn mắt (http://microbewiki. kenyon.edu/index.php/Pseudomonas fluorescens, 24/11/2013).
2.3.2.7 Vi khuẩn Bacillus
Vi khuẩn Bacillus có dạng hình que, Gram dương, di động bằng roi, có kích thước 2-3 x 0,7-0,8µm, nội bào tử ở trung tâm có kích thước 1,5-1,8 x 0,8 µm. Vi khuẩn B. subtilis cũng được tìm thấy có khả năng tiết ra một số hợp chất diệt khuẩn và diệt nấm. Sản phẩm các kháng sinh được tiết ra là difficidin, oxydifficidin, bacitracin, bacillin, bacilomycin B có khả năng kháng các loài vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí (Claus và Berkeley, 1986). Bên cạnh đó, Wei Sheng Wu Xue Bao (1998) đã phân lập và nhận diện được một số dòng vi khuẩn Bacillus licheniformis, B. subtilis, B. azotoformans, B. cereus, B. pumilus, B. brevis, B. megaterium, B. firmu có khả năng cố định đạm ở vùng rễ cây gạo.
Tất cả các loài thuộc chi Bacillus đều có khả năng dị dưỡng và hoại sinh nhờ sử dụng các hợp chất hữu cơ đa dạng như đường, acid amin, acid hữu cơ,… một vài loài có thể lên men carbohydrat tạo thành glycerol và butanediol; một vài loài như Bacillus
megaterium thì không cần chất hữu cơ để sinh trưởng, một vài loài khác thì cần acid
amin, vitamin B. Hầu hết đều là loài ưa nhiệt trung bình với nhiệt độ tối ưu là 30 - 45oC, nhưng cũng có nhiều loài ưa nhiệt với nhiệt độ tối ưu là 65oC (Rosovitz et al., 1998) .
Đa số Bacillus sinh trưởng ở pH = 7, một số phù hợp với pH = 9 - 10 như
Bacillus alcalophillus, hay có loại phù hợp với pH = 2 - 6 như Bacillus acidocaldrius
(Cao Thị Hạnh, 2007).
Bacillus có khả năng sản sinh enzyme ngoại bào (amylase, protease, cellulase…),
do đó chúng được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, trong xử lý môi trường,.. Sau đây là một số loài Bacillus thường gặp trong tự nhiên:
*Bacillus subtilis
Bacillus subtilis, còn được gọi là trực khuẩn cỏ khô hoặc trực khuẩn cỏ, là một
loại vi khuẩn Gram dương , catalase dương tính, thuộc chi Bacillus , Bacillus subtilis
là trực khuẩn hình que, có khả năng tạo bào tử, có khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Mặc dù loài này thường được tìm thấy trong đất, tuy nhiên nhiều bằng chứng cho thấy B. subtilis cũng tồn tại trong ruột người, động vật (http://menvisinh.org/content/Bacillus-subtilis, 24/11/2013).
B. subtilis có thể phân chia đối xứng để tạo thành hai tế bào con (nhị phân phân
hạch), hoặc không đối xứng, tạo bào tử trong điều kiện môi trường bất lợi như hạn hán, độ mặn, bức xạ cực cao, pH và dung môi, môi trường nghèo dinh dưỡng. Trong môi trường sống khắc nghiệt, trước giai đoạn hình thành bào tử, các tế bào vi khuẩn có thể tự tạo ra các chất đề kháng (kháng sinh), hoặc giết chết đồng loại để tìm kiếm dinh dưỡng (http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_subtilis, 24/11/2013).
B.subtilis có khả năng sinh tổng hợp một số chất kháng sinh có tác dụng ức chế
sinh trưởng hoặc tiêu diệt một số vi sinh vật khác, tác dụng lên cả vi khuẩn Gram (-), Gram (+) và nấm gây bệnh. Các sản phẩm kháng sinh được tiết ra là difficidin, oxydifficidin, bacitracin, bacillin, bacilomycin B có khả năng kháng các loài vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí (Claus and Berkeley, 1986). Nghiên cứu của Stein (2005) cho thấy tiềm năng sản sinh chất kháng sinh của B. subtilis đã được ghi nhận hơn 50 năm qua. Theo nghiên cứu của Fernando et al. (2005), Bacillus megaterium và B. subtilis được phát hiện là vi khuẩn nội sinh trong cây cà phê. Ngoài ra, B. subtilis cũng đã được báo cáo là vi khuẩn nội sinh trong cây dẻ, giúp cây chống lại bệnh cháy lá do nấm
Cryphonectria parasitica gây ra (Wilhelm et al, 1998).
* Bacillus amyloliquefaciens
Bacillus amyloliquefaciens là một trực khuẩn gram dương có liên quan chặt chẽ
với các loài Bacillus subtilis. Hai loài này có nhiều gen tương đồng và xuất hiện tương tự nhau không thể phân biệt được chúng một cách trực quan (Friest et al., 1987).
Bacillus amyloliquefaciens là trực khuẩn Gram dương, hình que, di động, kích thước 0,7 - 0,9 x1,8 - 3m, nội bào tử (0,6 - 0,8 x 1 - 1,4m), là vi khuẩn hiếu khí hay kỵ khí, phát triển tối ưu ở pH = 7, NaCl không cần thiết cho sự tăng trưởng. Nhiệt độ giới hạn 15 - 50o C, nhiệt độ tối ưu 30 - 40oC (http://www.tgw1916.net/Bacillus/
amyloliquefaciens.html, ngày 26/11/2013). Nó cũng tổng hợp protein barnase là một loại kháng sinh tự nhiên (http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_amyloliquefaciens, ngày 26/11/2013).
B. amyloliquefaciens FZB42 được coi là PGPR do kiểm soát sinh học và sản xuất
auxin thúc đẩy tăng trưởng thực vật (Chen et al., 2007). Bacillus amyloliquefaciens
được tìm thấy để sản xuất hỗn hợp của acid lactic, isovaleric, isobutyric, acid acetic và cũng được báo cáo là có khả năng hòa tan lân (Idriss et al., 2002). Sushil et al. (2013) cho rằng dòng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens sks_bnj_1 thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật và ảnh hưởng trên đất vùng rễ của đậu tương. Mẫu phân lập được xác định dựa vào trình tự gen 16S - rRNA cho thấy 98,7% tương đồng với dòng vi khuẩn
Bacillus amyloliquefaciens sks_bnj_1 (AY 932.823) chúng có khả năng thúc đẩy sự
tăng trưởng ở cây đậu tương như: sản xuất siderophore, indole -3- acetic acid, deaminase ACC, phosphatases, phytase, HCN, cellulase, hòa tan kẽm và đối kháng với các mầm bệnh trong đất gây ra. Nghiên cứu này cho thấy rằng dòng vi khuẩn B.
amyloliquefacienssks_bnj_1 cải thiện hầu hết các thuộc tính vùng rễ, cây tăng trưởng,
đồng hóa các chất dinh dưỡng và năng suất của đậu tương.
* Bacillus cereus
Đây là loại có mối quan hệ gần gũi với Bacillus anthracis, Bacillus mycoides, Bacillus thuringiensis. Bào tử của chúng phát tán khắp nơi, trong đất, không khí… Chúng thường sinh sôi nảy nở trên thực phẩm như cơm và có thể sinh ra độc tố làm cho thực phẩm hư hỏng. Chúng được áp dụng để sản xuất kháng sinh (http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus, ngày 24/11/2013).
Tế bào Bacillus cereus dày, kích thước (1 - 1,5) x (3 - 5)µm, có khi dài hơn, chúng đứng riêng rẽ hay xếp chuỗi. Bào tử hình bầu dục kích thước 0,9 x (1,2 - 1,5)µm nằm lệch tâm, tế bào chất của nó chứa các hạt và không bào (Lương Đức Phẩm, 2007). Khuẩn lạc của chúng phẳng, khá khuyếch tán, hơi lõm, trắng đục, mép lồi lõm (Nguyễn Lân Dũng, 1983).
Theo nghiên cứu của Swetha và Valli (2012) trên cây bứa mủ vàng (Garcinia
xanthochymus), Bacillus cereus sống nội sinh có khả năng diệt các chủng vi khuẩn E.
coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi và Klebsiella
* Bacillus polymyxa
Bacillus polymyxa là vi khuẩn Gram dương, có khuẩn lạc vô màu, phẳng hoặc
lồi, trơn, nhày, lan dần ra xung quanh, mép đôi khi có thùy. Tế bào của Bacillus
polymyxa có kích thước (0,6 - 1) x (2 - 7) µm, đứng riêng rẽ hay xếp thành đôi, chuỗi
ngắn. Khi hình thành bào tử tế bào đó sẽ phồng lên hình quả chanh (Nguyễn Lân Dũng, 1983). Bào tử hình bầu dục kéo dài, trên bề mặt cắt ngang như hình sao.
Chúng phát tán rộng, kích thước dài khoảng 1,7 - 2,6 µm, nằm giữa tế bào. Loại vi khuẩn này làm giảm pectin và polysaccharide trong cây. Chúng còn có khả năng cố định đạm. Chúng thường sinh trưởng phát triển trên thực vật đang bị hỏng. Vì vậy người ta thường phân lập chúng từ thực phẩm. Môi trường kem và những môi trường có tính acid yếu phù hợp với loại vi khuẩn này. Chúng là nguồn để sản xuất kháng sinh polymyxin. Đây là một loại vi khuẩn rất phổ biến và có ích, chủ yếu là cho công nghiệp dược (http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus, ngày 24/11/2013).