2.4. Tổng quan về vi khuẩn nội sinh
2.4.2. Các nhóm vi khuẩn nội sinh cây lúa
Vi khuẩn nội sinh trong thân, rễ, hạt và lá ở cây lúa rất đa dạng bao gồm nhiều loài khác nhau và được ghi nhận ở Bảng 2.5.
Bảng 2.5. Vi khuẩn nội sinh phân lập từ cây lúa
Vị trí phân lập Nhóm vi khuẩn Loài vi khuẩn Alphaproteobacteria
Thân Methylobacterium sp.
Thân Azospirillum amazonense
Thân Azospirillum lipoferum
Thân Azospirillum brasilense
Rễ Azospirillum irakense
Rễ Rhizobium leguminosarum
Betaproteobacteria
Thân Herbaspirillum seropedicae
Thân Herbaspirillum rubrisubalbicans
Rễ Azoarcus sp.
Rễ Azoarcus indigens
Rễ Burkholderia sp.
Rễ Burkholderia kururiensis
Gamaproteobacteria
Rễ Acinetobacter baumannii
Hạt Pantoea
Hạt Pantoea agglomerans
Hạt Pseudomonas boreopolis
Thân Pseudomonas cepacia
Thân Pseudomonas stutzeri
Hạt Klebsiella oxytoca
Rễ Klebsiella pneumoniae
Thân Enterobacter cancerogenus
Rễ Enterobacter cloacae
Rễ Enterobacter ludwigii
Firmicutes
Hạt Bacillus subtilis
Hạt Bacillus cereus
Lá Bacillus pumilus
Thân Bacillus megaterium
Rễ Staphylococcus sp.
Rễ Clostridium sp.
Actinobacteria
Lá Streptomyces
Bacteroidetes
Hạt Sphingomonas melonis
Hạt Sphingomonas yabuuchiae
Hạt Sphingomonas echinoides
Lá Sphingomonas adheasiva
Rễ Sphingomonas paucimobilis
Hạt Sphingomonas echinoides
(Nguồn: Mano và Morisaki, 2008)
2.4.3. Đặc điểm của vi khuẩn nội sinh thực vật - ở cây lúa
* Qúa trình xâm nhập và nội sinh trong mô thực vật của vi khuẩn nội sinh
+ Nguồn gốc vi khuẩn nội sinh
Qua các kết quả nghiên cứu thu được từ thân, lá, hạt và rễ, Mano và Morisaki (2008) cho rằng nguồn gốc của vi khuẩn nội sinh phải là đất vùng rễ.
McIncroy và Klopper (1995) đã xác định hạt giống như là nguồn của vi khuẩn nội sinh trên bắp ngọt và bông vải. Vi khuẩn nội sinh từ môi trường bên ngoài, ở vùng rễ và rễ hạt đang nảy mầm tấn công vào khí khổng, vết thương. Hầu hết vi khuẩn nội sinh đều có ở vùng rễ. Nhiều vi khuẩn nội sinh không chỉ tấn công vào rễ mà chúng còn tấn công vào hạt và lá.
+ Sự di chuyển của vi khuẩn nội sinh
Theo Hallmann (2001), thường vi khuẩn nội sinh di chuyển từ môi trường bên ngoài đến cây chủ bằng các cơ chế hóa hướng động, ngẫu nhiên hoặc cả hai. Rễ cây tiết ra bên ngoài một số hợp chất hóa học giúp vi khuẩn nội sinh tìm đến và quần tụ trên bề mặt rễ. Vi khuẩn có lợi Pseudomonas fluorescens và Azospirillum brasilense hướng đến rễ lúa mì do rễ tổng hợp và phóng thích hợp chất kích thích (Bashan, 1986). Sự tiếp xúc do rễ phát triển để tìm nguồn nước hay chất dinh dưỡng cũng là cơ hội ngẫu nhiên quan trọng để vi khuẩn có thể tiếp xúc với lông hút của rễ non.
+ Tiếp xúc
Lectin là một hợp chất trung gian để gắn chặt vi khuẩn nội sinh vào bề mặt rễ. Duiff và Lemanceau (1997) đã chứng minh vi khuẩn Pseudomonas fluorescens dòng WCS417r hiện diện trên bề mặt rễ do hợp chất lipo- polysaccharides.
+ Xâm nhập
Theo Hallmann (2001), có nhiều con đường để vi khuẩn nội sinh xâm nhập vào bên trong mô thực vật:
+ Các khoảng trống tự nhiên như thủy khổng, khí khổng, khoảng trống ở rễ.
+ Các vết thương từ sự ma sát với đất hay vết bệnh, vị trí hình thành rễ ngang.
+ Vết thương do tác động vật lý.
+ Các vết nhỏ: khi rễ non mọc ra, lúc này vỏ rễ nứt ra sẽ tạo ra các vết thương và các vi sinh vật xâm nhập vào.
Tuy nhiên, con đường quan trọng nhất vi khuẩn xâm nhập vào bên trong mô thực vật là vết thương và vết nhỏ hiện diện khi hình thành lông hút, đây là lớp tế bào non rất dễ xâm nhập. Vết bệnh cũng là nơi để cho vi khuẩn xâm nhập vào bên trong như vết thương từ tuyến trùng, vết nấm do Rhizotonia solani (Mahaffee và Kloepper, 1997). Ngoài ra vi khuẩn có thể tiết enzyme cellulase để phá hủy lớp tế bào biểu bì của rễ non để xâm nhập vào bên trong thực vật như trường hợp vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus. Vi khuẩn xâm nhập và chui thẳng bên trong nhu mô rễ non và chúng vào thẳng những tế bào rễ. Vi khuẩn có thể xâm nhập vào rễ lúa bằng các khoảng trống trong rễ ngang, chúng tập trung ở bên ngoài, bên trong vùng nhu mô rễ và các bó mạch rồi từ đó chúng di chuyển vào thân lúa, vào nhu mô lá. Mật số vi khuẩn Herbaspirillum duy trì một lượng lớn ở thân từ 2 - 21 ngày sau khi bổ sung.
Hình 2.3. Vi khuẩn Herbaspirillum xâm nhập vào cây lúa (Ando, 2008) Mattos và Romerio (2008) phát hiện nhóm vi khuẩn nội sinh Burkholderia kukuriensis tập trung bên ngoài lông hút rễ non.
+ Sinh sản
Vi khuẩn nội sinh tiếp cận với nơi xâm nhập vào bên trong mô thực vật nhưng mật số tương đối thấp từ 103 - 105 tế bào/g trọng lượng tươi. Mật số vi khuẩn trong mô thực vật tùy thuộc vào loài thực vật, tùy thuộc vào từng bộ phận của cây, ... trong mô rễ mật số 105 tế bào/g trọng lượng tươi, trong mô thân 104 tế bào/g trọng lượng tươi và trong mô lá khoảng 103 tế bào/g trọng lượng tươi (Hallmann, 2001) và chúng phải sinh sản một số lượng lớn trước khi xâm nhập vào bên trong mô thực vật. Hurek et al., (1994) cho rằng sự phân cắt hay sinh sản vi khuẩn Azoarcus sp. được tìm thấy bên ngoài và cả bên trong nhu mô rễ lúa và cỏ Kallar. Sau khi xâm nhập vào trong mô thực
trên cây. Vi khuẩn Azospirillum lipoferum xâm nhập vào rễ và phát triển trong nhu mô rễ, sau đó di chuyển lên thân. Vi khuẩn nội sinh có thể tập trung sinh sống và phát triển trong các tế bào nhu mô lá, tế bào diệp lục. Ở đây chúng có thể phát triển lâu dài hay có thể tiếp tục sinh sản và di chuyển đến các bộ phận khác trong cây như lá, hạt và rễ. Các loài như B. pumillus, Curtobacterium sp., Methylobacterium aquaticum, Sphingomonas yabuuchiae, ... thường gặp trong lá và hạt, chiếm trên 60% số lượng vi khuẩn nội sinh trong các bộ phận này (Mano et al., 2006).