+ Azotobacter: là vi khuẩn hiếu khí, Gram âm, không sinh bào tử, có hình que khi còn non, nhưng khi già kích thước thu ngắn lại trông giống như hình cầu.
Azotobacter có thể sống được ở phạm vi pH rộng từ 4,5 – 9,0, nhưng thích hợp nhất là pH = 7,2 – 8,2. Azotobacter là nhóm vi sinh vật ưa ấm, có thể phát triển được ở nhiệt độ 16 – 45 oC, nhiệt độ thích hợp là 25 – 30oC, nhưng cũng có khả năng chống chịu rất tốt với nhiệt độ thấp. Azotobacter đòi hỏi một độ ẩm khá cao, nhu cầu về độ ẩm của chúng tương tự như cây trồng. Trung bình khi tiêu thụ 1 gam glucoza chúng có khả năng cố định 10 – 15mg nitơ. Azotobacter mẫn cảm với hàm lượng lân của đất, lân có tác dụng tăng cường sự cố định nitơ của chúng, ngoài ra canxi cũng ảnh hưởng lớn đến sự cố định nitơ của Azotobacter. Vì vậy, việc bón phân xanh, rơm rạ vào đất sẽ cung cấp thức ăn cacbon cho Azotobacter hoạt động. Tất cả các biện pháp kỹ thuật như: bón lân, bón vôi, làm ải đất, làm thoáng đất, tưới tiêu hợp lý... đều tạo điều kiện cho chúng hoạt động tốt.
Azotobacter có các loài chủ yếu sau: Azotobacter chroococcum, Azotobacter beijerinckii, Azotobacter vinelandii.
+ Beijerinckia: là vi khuẩn hiếu khí, Gram âm, không sinh bào tử, có hình que, hình cầu, hình bầu dục. Beijerinckia chịu chua cao hơn nhiều so với
Azotobacter (có thể phát triển được ngay cả trong môi trường có pH = 3,0). Trung bình khi tiêu thụ 1 gam glucoza chúng cố định được 16 – 20 mg nitơ. Để phát triển và cố định nitơ, Beijerinckia không đòi hỏi canxi (khác với Azotobacter). pH thích hợp nhất với chúng là 4,5 – 6,0, nhiều loài ngay ở pH = 3,9 cũng phát triển được, khi pH = 7,0 sự phát triển của chúng bị ức chế một cách rõ rệt. Phạm vi nhiệt độ mà
khá lâu ở 0oC hoặc nhiệt độ thấp hơn nữa. Một số nghiên cứu còn cho thấy thời kỳ tiềm phát là ngắn nhất khi nuôi cấy chúng ở nhiệt độ 30 – 35oC và pH = 4,5 – 5,3.
+ Clostridium: là vi khuẩn kỵ khí, Gram dương, sinh bào tử, có hình que. Chúng có thể phát triển được trong phạm vi pH khá rộng (pH = 4,7 – 8,5), nhưng thích hợp nhất là 6,9 – 7,3. Nhiệt độ thích hợp cho Clostridium là 25 – 30oC, ẩm độ thích hợp là 60 – 80%.
Các loài có khả năng cố định nitơ như: Clostridium pasteurianum,
Clostridium butyricum, Clostridium butylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium pectinovorum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium felsineum, trong đó Clostridium pasteurianum là loài có khả năng cố định nitơ cao nhất (khi đồng hoá 1 gam glucoza có thể cố định được 5 – 10 mg nitơ).
- Vi khuẩn lam sống tự do và vi khuẩn lam sống cộng sinh trong bèo hoa dâu:
Đa số các loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ sống tự do trong đất và nước, nhưng cũng có một số ít loài có đời sống cộng sinh với thực vật. Chẳng hạn dạng cộng sinh với nấm trong một số loài địa y. Đặc biệt là loài Anabaena azollae
cộng sinh trong khoang khí dưới phiến lá bèo hoa dâu, một loại cây dùng làm phân xanh và làm thức ăn gia súc có ý nghĩa kinh tế rất lớn ở nước ta, hàm lượng nitơ trong lá bèo hoa dâu khoảng 3 – 4%, ngoài ra do cộng sinh với vi khuẩn lam nên trong lá bèo hoa dâu còn có nhiều vitamin B12, khoảng 70γ/kg (tính theo khối lượng khô). Bèo hoa dâu là một loài Dương xỉ thuộc chi Azolla, họ Azollaceae, bộ
Hydropteridales, lớp Filicineae, ngành Pteropsida.Vi khuẩn lam là loại vi sinh vật hiếu khí, nhiệt độ thích hợp khoảng 28 – 30oC, pH thích hợp từ trung tính đến hơi kiềm (pH = 7 – 8), nhu cầu ánh sáng của vi khuẩn lam rất lớn: 8 giờ chiếu sáng mỗi ngày và cường độ chiếu sáng là 12.000 – 24.000 lux. Quá trình cố định nitơ tiến
hành thuận lợi cần được cung cấp đầy đủ các nguyên tố đa lượng như P, K, Ca, Mg
và một số nguyên tố vi lượng như Mo, Co, B, Mn. Hoạt tính cố định nitơ của vi khuẩn lam vào khoảng 1 – 2,5 µmol/g tươi/giờ. Nhờ sự phát triển của vi khuẩn lam trong ruộng lúa mà hàng năm mỗi ha đất trồng lúa có thể lấy được thêm từ không khí khoảng 15 – 50 kg nitơ, trung bình là 20 – 25 kg, đôi khi thu được 80 kg thậm chí nhiều hơn nữa.
- Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây thuộc bộ Đậu:
Khả năng cố định nitơ ở cây bộĐậu được H. Hellriegel và H. Wilff phát hiện năm 1886, đến năm 1888, M.W. Bejerinckii lần đầu tiên phân lập được vi khuẩn nốt sần từ cây bộ Đậu và năm 1889, B. Frank đặt tên cho chúng là Rhizobium.
Theo Bergey (1974) có 7 loài Rhizobium, chúng thuộc 2 nhóm sau:
* Nhóm 1: có 2 – 6 tiên mao mọc kiểu chu mao, sinh trưởng nhanh trên môi
trường có cao nấm men, gồm có 4 loài:
1. Rhizobium leguminosarum: cộng sinh ở cây đậu Hà lan và nhiều loài khác thuộc chi Pisum, Vicia, Lens.
2. Rhizobium phaseoli: cộng sinh ở rễ nhiều loài đậucô ve (Phaseolus). 3. Rhizobium trifolii: cộng sinh ở rễ cây nhiều loài cỏ 3 lá (Trifolum spp.).
4. Rhizobium meliloti: cộng sinh ở rễ nhiều cây phân xanh thuộc các chi Melilotus, Medicago, Trigonella...
* Nhóm 2: có tiên mao mọc ở gần đỉnh, sinh trưởng chậm trên môi trường cao nấm men, gồm có 3 loài:
1. Rhizobium japonicum: cộng sinh trên rễ cây đậu tương. 2. Rhizobium lupini: cộng sinh trên rễ cây Lupin.
3. Rhizobium vigna: cộng sinh trên rễ cây lạc, đậu xanh.
Theo Mixustin (1978), vi khuẩn nốt sần gồm có 11 loài:
1. Rhizobium leguminosarum: Cộng sinh trên đậu Hà lan và đậu tằm... 2. Rhizobium phaseoli: cộng sinh ở rễ đậu xanh, đậu đen, đậu côve... 3. Rhizobium trifolii: cộng sinh ở rễ cây chẽ ba.
4. Rhizobium meliloti: cộng sinh ở rễ cây Medicago, cây ngạc ba... 5. Rhizobium japonicum: cộng sinh trên rễ cây đậu tương.
6. Rhizobium lupini: cộng sinh trên rễ cây luy panh. 7. Rhizobium vigna: cộng sinh trên rễ cây lạc. 8. Rhizobium cicer: cộng trên rễ cây đậu mỏ két.
9. Rhizobiumsimplese: cộng sinh trên rễ cây Onobrychis. 10. Rhizobium lotus: cọng sinh trên rễ cây lotus. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
11. Rhizobium robinii: cộng sinh trên rễ cây keo.
Năm 1996, vi khuẩn cố định nitơ lại được các nhà khoa học phân thành 4 giống:
1. Sinorhizobium fredy: là những chủng vi sinh vật mọc nhanh, trong hoạt động sống chúng đã làm axit hoá môi trường.
2. Bradyrhizobium: là những chủng vi sinh vật mọc chậm, trong hoạt động sống của chúng đã làm kiếm hoá môi trường.
3. Agrobacterium: là những chủng vi sinh vật có khả năng cố định nitơ nhưng không thuộc cây họ Đậu.
4. Phylobacterium: là những chủng vi sinh vật công sinh trên cây rừng có khả năng cố định nitơ và tạo nốt sần.
Vi khuẩn nốt sần thuộc loại hiếu khí, Gram âm, không sinh bào tử. Có hình dạng thay đổi tuỳ theo từng giai đoạn phát triển và điều kiện sống: khi còn non tế bào hình que, kích thước vào khoảng 0,5 – 0,9 x 1,2 – 3,2 µm, bắt màu đồng đều và có khả năng di động nhờ tiên mao. Khi già vi khuẩn trở nên bất động, nhuộm màu không đều, có khi trở thành dạng hình cầu. Bình thường trong đất vi khuẩn nốt sần có hình que, hình cầu tuỳ theo điều kiện môi trường. Trong nốt sần đến một giai đoạn phát triển nhất định sẽ xuất hiện thể giả khuẩn (bacteroid) có kích thước lớn, thường phân nhánh tạo thành các hình giống chữ X, Y, V.... Thể giả khuẩn chứa nhiều glycogen, volutin và lipoprotein, đây là trạng thái duy nhất có khả năng cố định nitơ của vi khuẩn nốt sần.
Vi khuẩn nốt sần ưa pH trung tính đến hơi kiềm, phạm vi pH thích hợp là 6,5
khuẩn nốt sần có khả năng sử dụng nhiều nguồn hydratcacbon khác nhau, tuy nhiên chúng không sử dụng được tinh bột và xenluloza. Khi sống cộng sinh trên rễ cây bộ Đậu chúng có khả năng cố định nitơ phân tử nhưng khi sống trong đất hay trên các môi trường nhân tạo chúng sử dụng các hợp chất nitơ hữu cơ và vô cơ có sẵn. Trên môi trường rất nghèo nitơ vi khuẩn nốt sần cũng phát triển được, nhưng trên môi trường có nhiều nitơ dễ tiêu sẽ ức chế sự tạo thành nốt sần và hạn chế khả năng cố định nitơ của chúng.
Người ta phân biệt 2 loại vi khuẩn nốt sần: vi khuẩn nốt sần hữu hiệu và vi khuẩn nốt sần vô hiệu. Nốt sần hữu hiệu thường có sắc tố màu hồng, đó là sắc tố
leghemoglobin, sắc tố này có bản chất tương tự như hemoglobin và cũng làm nhiệm
vụ vận chuyển O2.
Mỗi một loài vi khuẩn nốt sần chỉ có khả năng xâm nhiễm lên một nhóm cây bộ Đậu nhất định, người ta gọi đó là tính đặc hiệu của vi khuẩn nốt sần, hay còn gọi là tính chuyên hoá của vi khuẩn nốt sần.
Các vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào rễ cây bộ Đậu thông qua lông hút hoặc các tế bào bị thương của biểu bì rễ, đặc biệt là ở những chỗ phân nhánh của rễ. Trước hết cây bộ Đậu tiết ra xung quanh rễ những chất có tác dụng kích thích sự phát triển của các vi khuẩn nốt sần tương ứng (đường, axit hữu cơ, vitamin, enzim...), do đó có tác dụng thu hút các vi khuẩn nốt sần đến tập trung gần vùng rễ và xâm nhập vào rễ. Vào trong rễ vi khuẩn nốt sần kích thích tế bào rễ cây phát triển và phân chia mạnh mẽ, từ đó hình thành mô nốt sần, lúc này vi khuẩn chuyển sang trạng thái thể giả khuẩn.
- Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây không thuộc bộ Đậu (Xạ khuẩn
Frankia cộng sinh trên cây thông).