II. NHÓM VI KHUẨN SỐNG CỘNG SINH
b. Azoll a Anabaena
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
yếu; các dị bào (heterocysts), nơi cố định đạm; và các tế bào bên (akinetes), là những hậu bào tử có vỏ dầy, thành lập từ các tế bào dinh dưỡng (Dworkin, 1979 ; Lumpkin và Plucknett, 1980) (Hình 13).
Azolla phân bố một cách rộng rãi ở vùng nhiệt đới và ôn đới, nhưng phổ biến nhất là ở
vùng nhiệt đới ấm áp và bán nhiệt đới. Azolla được sử dụng làm cây phân xanh trong việc canh tác lúa nước (Chu, 1978; Moore, 1969; Singh, 1978; Watanabe, 1977). Các vi khuẩn lam nằm trong một hốc chứa đầy chất nhầy ở bề mặt bụng của thùy trên của Azolla
(Peter và ctv, 1980). Giống Anabaena thuộc họ Nostocaceae.
Tế bào giống này có dạng hình trụ, hình cầu hay hình trứng, kích thước từ 2 - 10µm, nhưng ở một số loài khác có thể lớn hơn 20µm (Desikachary, 1959). Các tế bào đầu mút có thể tròn hay hình nón.
Anabaena azollae không giống như các loài sống tự do của giống, nó có khả năng
cố định đạm dù môi trường có hiện diện một lượng lớn đạm khoáng. Tùy theo mùa và điều kiện môi trường, trung bình chúng cố định khoảng 30 - 60 kgN/ha/vụ lúa (Kumarasinghe và Zapata, 1986).
c. Nostoc
Giống này cũng thuộc họ Nostocaceae. Nostoc nhiểm vào rễ dạng san hô của các loại cây tuế (cycads) tại mặt đất hay dưới mặt đất. Sau đó phát triển thành nhiều dị bào (Stewart và Rowell, 1977; Rodgers và Stewart, 1977). Tế bào Nostoc có hình trụ, hình cầu hay hình trứng. Nó có thể tăng trưởng ngoài cây chủ, nhưng khi ở trạng thái cộng sinh,
Nostoc hoàn toàn phụ thuộc vào sự quang hợp của cây chủ (Stewart và Rogers, 1977).
Trong những năm gần đây người ta phát hiện nhiều nhóm vi khuẩn sống ở trong vùng rễ, trong rễ cây, thân cây và lá các cây không thuộc họ đậu như lúa, bắp, mía, sorghum, và một số loại cỏ
Các vi khuẩn nầy gíup cây tăng trưởng tốt hơn và làm gia tăng năng suất, hoà tan lân dạng khoáng khó tan và các chất ding dưỡng khác; sản xuất kích thích tố thực vật hay kiểm soát các vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng. Các loài vi khuẩn trên đã được nghiên cứu khá tường tận và mỗi loài giúp tăng năng suất cây trồng khác nhau.
Azospirillum giúp tăng năng suất lúa từ 32-81% ở điều kiện nhà lưới (Mirza và ctv, 2000; Malik và ctv, 2002). Nhưng ở điều kiện ngoài đồng vi khuẩn nầy chỉ làm tăng năng suất lúa được 10-30%.
Tùy theo loại vi khuẩn mà người ta có thể phân lập từ các nguồn khác nhau.
Vi khuẩn Loại cây Bộ phận của cây
Azospirillum brasilense Ngũ cốc Rễ, thân, hạt Cỏ Rễ, thân Mía Rễ, thân, lá Cây cọ dầu Rễ, thân, trái
Azospirillum lipoferum Ngũ cốc Rễ, thân, hạt, nhựa nguyên Cỏ Rễ, lá
Mía Rễ, thân, lá Cây có củ Củ, rễ Cây cọ dầu Rễ, thân, trái
Azospirillum amazonense Ngũ cốc Rễ, thân, hạt Mía Rễ, thân Cây cọ dầu Rễ, thân, trái
Azospirillum irakense Lúa Rễ
Azospirillum là vi khuẩn cố định đạm hiện diện trong rễ, vùng đất quanh rễ, thân và lá của
cây. Chúng sống tự do trong đất hay cộng sinh với rễ của các loại ngũ cốc, cỏ và cây có củ.
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
kém và mất nhiều công sức.
Ngày nay, người ta thường sử dụng phương pháp miễn dịch học hoặc phương pháp sinh học phân tử hoặc kết hợp cả hai để phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn Azospirillum. Đối với Azospirillum lipoferum, người ta dùng cặp mồi chuyên biệt được thiết kế dựa trên trình tự của gen nifH của vi khuẩn Azospirillum được công bố trên trang web ngân hàng gen để nhận diện chúng.
Azospirillum có thể tiết ra những kích thích tố tăng trưởng như: IAA (Indole-3-acetic acid),
IBA (Indole-3-butyric acid), ABA (abscisic acid) và cytokynins. Những kích thích tố đó làm tăng chiều dài rễ, tăng thể tích rễ và số lượng rễ. Từ đó, chúng làm tăng khả năng hấp thu khoáng chất và nước, nhờ đó, tăng khả năng sinh trưởng và phát triển cũng như tăng năng suất của cây. Ngoài ra, chúng còn giúp cho cây chống chịu được điều kiện khô hạn. Ứng dụng Azospirillum có thể giảm được khoảng 30% lượng đạm hóa học cho nông nghiệp.
2.4.Vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus
Năm 1988, một giống vi khuẩn cố định đạm quan trọng mới được Cavalcante V.A và Dobereiner J phân lập lần đầu tiên từ rễ và thân cây mía trồng ở nhiều khu vực khác nhau trên khắp Brazil
G. diazotrophicus là vi khuẩn G-; ưa acid; vi hiếu khí bắt buộc; tế bào dạng que thẳng tròn
đầu (0,7-0,9 µm đến khoảng 1-2 µm) tồn tại ở dạng đơn, đôi hoặc chuỗi mà không có nội bào tử; sử dụng đường (glucose, fructose, sucrose…) ở nồng độ khác nhau làm nguồn C nhưng tăng trưởng tốt nhất là ở nồng độ sucrose 10% và pH=5,5.
Người ta có thể phân lập vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus từ nhiều nguồn khác nhau.
2 Cỏ Cameroon Rễ, thân 3 Khoai lang Rễ, lóng thân 4 Cà phê Rễ, vùng rễ, thân 5 Kê Rễ, vùng rễ, thân 6 Trà Rễ 7 Khóm Trái 8 Xoài Trái 9 Chuối Vùng rễ
G. diazotrophicus nội cộng sinh trong mạch gỗ, khí khổng, khoảng gian bào của lá và thân,
nhu mô gỗ, gỗ sơ cấp và gỗ thứ cấp (tìm thấy nhiều nhất) của thân, lá và rễ mía với số lượng 106 – 107 tế bào/g khối lượng tươi mô cây.Đối với rễ, G. diazotrophicus bắt đầu xâm nhập vào cây từ những điểm lộ rõ trên rễ, nơi những tế bào vi khuẩn được tìm thấy trong lớp tế bào rễ bên và vỏ rễ chính. G. diazotrophicus). Cũng có thể xâm nhập vào cây thông qua những vết nứt được hình thành từ sự thành lập rễ bên, những tế bào đầu rễ lỏng lẻo và những vị trí bị tổn thương trong suốt thời gian tạo mầm mía. Bằng con đường đó, vi
khuẩn có thể tiến vào lục lạp của rễ. Hình thức xâm nhiễm này giống với sự xâm nhiễm của các vi sinh vật cố định đạm khác.
Đối với lá, G. diazotrophicus xâm nhập vào lá qua khí khẩu, rồi từ đó định cư ở những khoang khí khẩu phụ và khoảng gian bào. Tế bào chủ sẽ phản ứng lại bằng cách tạo ra những cấu trúc sợi bao quanh vi khuẩn ở cả thân và lá, đặc biệt là ở mô gỗ thứ cấp.
Đối với thân, vi khuẩn xâm nhập vào mô mạch thông qua các tế bào ngoại biên bị hư. Vì vi khuẩn này không thể tồn tại bên ngoài môi trường của mô cây nên nó sẽ truyền qua các thế hệ kế tiếp thông qua các mắt mía. Chúng cũng có thể xâm nhiễm vào cây thông qua những sản phẩm từ rễ, bã mía và rệp sáp.
Nhờ vào khả năng nội cộng sinh cố định đạm mà không gây hại cho cây, lại sản xuất ra hormone thực vật (auxin, gibberellin), có thể hoà tan Zn và phosphorus nên G. diazotrophicus được xem là một loài vi khuẩn đầy hứa hẹn, với khả năng cung cấp gần
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Cây cộng sinh với Herbaspirillum sp. có thể tăng trưởng tốt và cho năng suất cao. Những hiệu quả này đạt được do một phần đạm tổng hợp từ vi khuẩn. Ngoài ra chúng còn tạo ra những sản phẩm của phytohormones như auxins và gibberillins rất tốt cho sự tăng trưởng của cây. Loài vi khuẩn Herbaspirillum seropedicae có thể tổng hợp 31-54% đạm tổng số cho cây trồng ở điều kiện phòng thí nghiệm. Việc nhiễm Herbasprillum seropedicae trên những cánh đồng mang lại những hiệu quả như: làm cho chồi, thân và rễ dài thêm, tăng năng suất, tăng trọng lượng hạt. Herbaspirillum là các vi khuẩn hình que, gram âm, rộng khoảng 0,5-0,6µm. Chúng sinh trưởng tốt trong môi trường có dicarboxylic và tổng hợp N trong một khoảng pH biến thiên từ 5,3-8. Trong môi trường bán đặc vi khuẩn
Herbaspirillum tạo thành một lớp màng mỏng , trắng, mịn (pellicle). Khi cấy chuyển lên
môi trường đặc JNFb thì lớp màng này phát triển thành khuẩn lạc nhỏ, ẩm, ánh xanh và trên môi trường đặc BMS thu được khuẩn lạc màu trắng sữa.