và cố định đạm trong cây họ đậu
GS.TS. Cao Ngọc Điệp
khuẩn vùng rễ kích thích sự tăng trưởng thực vật (Plant Growth Promoting Rhizobacteria = PGPR), vi khuẩn nội sinh (endophytic bacteria) và vi khuẩn sống trên bề mặt rễ (rhizoplane) cũng sản sinh siderophores giúp cạnh tranh nguyên tố sắt trong đất với những vi sinh vật lạ hay gây bệnh (pathogens) (Rajkumar et al. 2009), và như vậy hạn chế sự phát triển của mầm bệnh thông qua việc tranh giành thức ăn (là Fe).
Để làm sáng tỏ vai trò của siderophores trong ức chế bệnh phức tạp và là một trong những ví dụ tốt nhất trong những vấn đề có thể gặp phải bằng cách ngoại suy để kết luận từ các phương thức thử nghiệm đơn giản sử dụng sự đồng chủng (co-culture) của vi khuẩn
Pseudomonas (một loài PGPR phổ biến) và tác nhân gây bệnh trên môi trường thạch để chứng minh rằng siderophores có tác dụng trong việc hạn chế sự tăng trưởng của nấm gây bệnh khác nhau trong hoàn cảnh giới hạn sắt. Trong những thử nghiệm, các siderophores giành lấy tất cả các chất sắt có sẵn để cho các tác nhân gây bệnh không thể nhận được sắt. Sự gia tăng số lượng vi sinh vật tổng hợp siderophores trong vùng rễ liên quan với sự gia tăng ức chế bệnh và có thể đạt được bằng
cách cải tạo đất với phân hữu cơ (Alverez et al., 1995). Tuy nhiên, kết quả chỉ thực hiện trong ống nghiệm, cho nên chức năng của siderophores với tác nhân gây bệnh trực tiếp đối kháng trong vùng rễ cịn phải nghiên cứu bên ngồi.
Một trong những phương pháp mạnh mẽ để nghiên cứu chức năng của siderophores trong kiểm soát sinh học của các vi sinh vật gây bệnh trên rễ liên quan đến tạo ra những chủng đột biến khiếm khuyết trong sản xuất kháng sinh hoặc siderophores. Các vi khuẩn này được cấy vào đất để khảo nghiệm hiệu lực ức chế bệnh của chúng. Ví dụ ở những nơi siderophores xuất hiện tác động trực tiếp lên tác nhân gây bệnh là rất hiếm và sự xuất hiện hiệu quả của giống phụ thuộc ảnh hưởng đặc trưng của bệnh. Ví dụ cơ chế duy nhất liên quan đến sự lấn át nấm bệnh Fusarium gây héo củ cải của chủng vi khuẩn Pseudomonas WCS358 là cạnh tranh sắt qua trung gian siderophores trong khi chủng WCS374 là bằng cảm ứng hệ thống kháng.
Cho dù thuốc kháng sinh hoặc siderophores hoặc cả hai có liên quan đến ức chế bệnh tật, một vai trò rõ ràng của siderophores là năng lực cạnh tranh nâng cao có thể được kết hợp
Hình 2a. Siderophores được hấp thu bởi rễ cây như 1 loại dưỡng chất
Nguồn: Ahemad và Kilbret, 2013
Hình 2b. Vi khuẩn mang siderophores tiếp cận đầu lông hút rễ non để cung cấp Fe cho cây
với khả năng sản xuất và sử dụng siderophores hấp thu sắt trong điều kiện carbon cao giới hạn sắt trong vùng rễ. Nói chung, mật độ vi khuẩn
Pseudomonas 105 CFU g-1 trong đất có liên quan đến khả năng ức chế bệnh do các loài vi khuẩn này tranh giành thức ăn, cụ thể là Fe hữu dụng, làm cho các vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng “đói Fe” nên khơng thể phát triển được. Vì vậy cơ chế kiểm sốt bệnh chủ yếu do sự tranh giành thức ăn chứ không phải đối kháng trực tiếp. Sự ức chế bệnh trong đất cung cấp kiểm soát sinh học tự nhiên được kết hợp với một số lượng lớn vi khuẩn này cũng sản xuất kháng sinh 2,4-diacetylphloroglucinol (Raaijmarkers và Weller, 1988).
Phương pháp nhận diện vi khuẩn sử dụng siderophores
Thí nghiệm nhận diện hợp chất siderophores dựa theo phương pháp do Schwyn và Neilands (1987) mô tả bằng cách sử dụng môi trường đặc chứa chorome azurol S (CAS). Vi khuẩn vùng rễ được nuôi trong môi trường PS để tăng sinh khối. Nhỏ giọt 50μl dịch vi khuẩn trên môi trường chorome azurol S (CAS) agar và ủ
ở 300C trong 48 giờ, sau đó quan sát khả năng
sản xuất siderophores của từng dòng. Khi vi khuẩn sử dụng sắt trong mơi trường thì màu
xanh của mơi trường CAS xung quanh khuẩn lạc khơng cịn nữa. Thay vào đó, vịng sáng màu cam sẽ được tạo thành quanh khuẩn lạc, đó là do có sự hiện diện của siderophores. Qua thí nghiệm khảo sát khả năng cố định đạm, hịa tan lân khó tan và tổng hợp IAA các dịng NBT613, NBT625, NOM131, NPD721, NPD855, PBT622, POM112 và POM222 là những dịng có đặc tính hữu hiệu nhất, chúng được chọn để khảo sát khả năng sản suất siderophores theo phương pháp của Schwyn và Neilands. Kết quả các dòng NOM131, NBT625, NPD721, NBT613, PBT622, POM112 và POM222 làm xuất hiện vịng sáng màu cam và làm đổi màu mơi trường CAS quanh khuẩn lạc sau 48 giờ phát triển trên mơi trường CAS agar, chứng tỏ có sự hiện diện của siderophores (Hình 3).
Tuy nhiên, dịng NBT613 và NOM131 có vịng sáng nhạt hơn, điều này có thể cho là khả năng sản xuất siderophores của 2 dòng này yếu hơn 5 dòng còn lại. Riêng dòng NPD855 mặc dù có phát triển trên mơi trường CAS agar nhưng khơng thấy xuất hiện vịng sáng màu cam chứng tỏ dịng này khơng có khả năng sản xuất siderophores.
Vai trò của siderophores trong cố định nitơ
Sắt cần thiết với số lượng lớn cho các vi khuẩn cố định nitơ vì cấu tạo enzyme nitrogenase chủ yếu là Fe, và tầm quan trọng của siderophores trong các phản ứng cần sắt của các vi sinh vật này đã được giải thích rõ trong báo cáo khoa học của Davidsen et al. 2004 và Bauer et al., 1999. Sắt là một thành phần thiết yếu của phức hợp enzyme nitrogenase và cần thiết cho sự hô hấp, kết hợp và phân phối oxy bởi leghemoglobin, cho tổng hợp ferredoxin, mang điện tử đến nitrogenase. Siderophores cũng quan trọng trong việc lưu trữ tạm thời chất sắt trong không gian peribacteroid của symbiosome nốt sần trên rễ. Siderophores tìm thấy trong khoảng khơng gian peribacteroid khác nhau đối với các lồi vi khuẩn Rhizobium. Các siderophores nguyên mẫu được sản xuất bởi Rhizobium được gọi là rhizobactin và cấu trúc được mô tả như là
một dẫn xuất của citrate trong đó các nhóm carboxyl ngoại biên của phân tử citrate được sự tham gia của một liên kết amide với hai
Hình 3. Các dịng vi khuẩn làm xuất hiện vịng sáng màu cam sau 48 giờ phát triển trên môi trường CAS agar (thí nghiệm của Giang et al., 2005)
chuỗi bên (Chen et al., 2001). Các nghiên cứu khác đã cho thấy rằng không phải tất cả các
chủng Bradyrhizobium và Rhizobium sản xuất
siderophores, và các loại siderophores sản xuất bao gồm cả siderophores loại hydroxamate và catecholate (Finkel và Kolter, 2001). Trong thử nghiệm sàng lọc 31 chủng, người ta thấy rằng sản xuất siderophores có tương quan với khả năng cố định nitơ. Các nghiên cứu khác cho thấy rằng điều này có thể khơng phải ln luôn xảy ra (Mongold, 1992).
Sự khác biệt trong sản xuất siderophores đã được quan sát ở các hình thức sống tự do của vi khuẩn cộng sinh. Tuy nhiên, nó chưa được xác định liệu sự sản xuất lượng cao của siderophores có tương ứng với sự gia tăng khả năng cố định nitơ hoặc áp dụng các chủng vi
khuẩn Rhizobium cho đất hạn chế sắt. Trong
một nghiên cứu kiểm tra siderophores đột biến khác nhau của R. meliloti, cho thấy rằng sự hấp dẫn sắt cao trong hệ thống thu thập sắt thể hiện bằng hình thức sống tự do của vi khuẩn này là không cần thiết cho cố định nitơ; mặc dù nó có thể ảnh hưởng đến sự kiện đầu tiên của những nốt sần (Redfield, 1997). Ngược lại, kết quả của một nghiên cứu khác cho thấy rằng khả năng sản xuất siderophores là điều cần thiết cho sự cố định đạm. Trong trường hợp này, thể đột biến của R. meliloti dịng 1021 khơng còn khả năng tổng hợp rhizobactin sản xuất các nốt sần trên cỏ linh lăng nhưng cố định nitơ thực sự không đáng kể (Tojum, 2004). Đột biến của R. meliloti giúp tổng hợp rhizobactin cũng sản xuất nốt rễ, nhưng cố định nitơ thấp. Những dữ liệu tương phản này cho thấy có một nhu cầu cho sản xuất siderophores cộng sinh, nhưng vai trị chính xác của siderophores trong việc hình thành nốt vẫn chưa rõ ràng.
Jadhav và Desai (1999) cho thấy trong khi vi khuẩn đậu Rhizobium GN1 (chủng vi khuẩn nốt rễ đậu phộng) sản xuất siderophores trong điều kiện nghèo sắt, yếu tố dinh dưỡng và nhân tố môi trường khác cũng ảnh hưởng đến sản xuất siderophores và đồng hóa sắt của vi sinh vật này. Sự sản xuất siderophores tối đa đã thu được maltose và urê như nguồn carbon và nguồn nitơ, tương ứng. Với citrate như là một nguồn carbon duy nhất có ức chế hồn tồn sản xuất siderophores khơng có bất kỳ ảnh
hưởng đến tăng trưởng. Sự tham gia của citrate trong vận chuyển sắt hiểu sâu bởi các nghiên
cứu sự hấp thu 55Fe-citrate. Điều này cho thấy
các loài cây sản xuất số lượng lớn citrate để đáp ứng với cần sắt có thể cung cấp sắt cho
Rhizobium trong vùng rễ và trong những mấu (nốt) nhỏ.
Tương tác tích cực giữa vi khuẩn vùng rễ (rhizobacteria) thúc đẩy tăng trưởng thực vật và vi khuẩn Rhizobium đã được báo cáo, nhưng cho đến nay, có rất ít bằng chứng cho thấy siderophores sản xuất bởi Pseudomonads có lợi để thúc đẩy tạo nhiều nốt sần và cố định nitơ cao. Trong các thí nghiệm kiểm tra vai trị của sản xuất siderophores trên cây cỏ ba lá có nốt rễ, đột biến khiếm khuyết siderophores cho thấy sự kích thích sinh trưởng của cây cỏ ba lá có nốt rễ tương tự như sự sản xuất siderophores chủng cha mẹ.
Tóm lại
Chức năng chính của siderophores thực vật và vi sinh vật trong vùng rễ là hấp thu sắt trong điều kiện sắt hạn chế. Hầu như tất cả các vi sinh vật đã được tìm thấy đều có thể sản xuất siderophores và có khả năng cạnh tranh về sắt với nhau, tùy thuộc vào khả năng của chúng để sử dụng khác nhau tùy thuộc loại siderophores khác nhau được sử dụng hoặc dựa trên động học hấp thu của hệ thống vận chuyển siderophores của chúng.
Nhiều vi sinh vật có hệ thống vận chuyển sắt nhờ chức năng các acid hữu cơ như citrate, và cả acid hữu cơ và siderophores thực vật đã được chứng minh cung cấp có hiệu quả các nguồn sắt cho vi khuẩn Pseudomonas sống trong vùng rễ cây. Trong vùng rễ, nguồn carbon dễ sử dụng được cung cấp như dịch tiết từ rễ và hợp chất đã phân giải nhưng trong vùng đặc biệt mà bao gồm một phần tương đối nhỏ trong tổng diện tích bề mặt rễ. Sự sản xuất siderophores có thể xảy ra ở những vị trí nơi mà có sự cạnh tranh khốc liệt chất carbon dễ sử dụng. Trong môi trường nghèo dinh dưỡng của những vùng rễ già, bao gồm hầu hết các vùng rễ, carbon chỉ có ở dạng những hợp chất bền chắc như cellulose. q
Tiền Giang có khoảng 5.350ha ni tơm nước lợ, trong đó ni thâm canh và bán thâm canh là 3.340ha, chiếm 62%, tập trung tại 4 huyện Gị Cơng Đơng, Tân Phú Đơng, Gị Cơng Tây và TX. Gị Công.
Tôm là mặt hàng thủy sản xuất khẩu có giá trị kinh tế cao, đem về nguồn ngoại tệ lớn cho đất nước. Nên muốn sản phẩm
đạt tiêu chuẩn chất lượng theo quy định của nhà nhập khẩu, cần phải có nghề ni ổn định và bền vững.
Trong những năm gần đây, do sức hấp dẫn về lợi nhuận, diện tích ni tơm liên tục tăng nên tiềm ẩn và bộc lộ nhiều rủi ro do thiên tai, dịch bệnh gây thiệt hại không nhỏ cho người ni. Bên cạnh đó, các nước nhập khẩu đã sử
dụng rào cản kỹ thuật là vấn đề dư lượng kháng sinh trong sản phẩm. Chính vì vậy, muốn sản phẩm tơm xuất khẩu được thì phải thực hiện tích cực các biện pháp đồng bộ từ quản lý đến sản xuất nguyên liệu và thu gom, chế biến sản phẩm để vượt qua rào cản này. Dù gặp khơng ít khó khăn như thế, nhưng với sự quan tâm của các cấp, các ngành và sự quyết