1.6.1. Phân loại (Cook và Baker, 1989) Bộ: Bacillales
Họ: Bacillaceae Chi: Bacillus 1.6.2 Đặc điểm sinh học
Bacillus sp. cú trong đất, hỡnh que, kớch thước 1,0-1,2 ì 3,0-5,0 àm, gram dương, không có lớp capsule, hiếu khí. Vi khuẩn tạo nội bào tử có kích thước 1,0 x 1,5 àm (Cook và Baker, 1989).
Khuẩn lạc của chi Bacillus có màu hoặc không màu, mặt khuẩn lạc nhăn.
Trong môi trường lỏng chúng tạo thành lớp nhăn, đục và lắng cặn. Chiều dày của tế bào khoảng 0,5-1,2àm, chiều dài phụ thuộc vào điều kiện nuụi cấy và mức độ phát triển (Dương Văn Điệu, 1989).
1.6.3 Sinh thái học của vi khuẩn Bacillus sp.
Nhiệt độ cho phát triển của chúng là 25-32oC, pH 6,8-7,2 (Dương Văn Điệu, 1989). Theo Cook và Baker (1989) thì nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của Bacillus sp. là 35- 450C, các dòng vi khuẩn này có thể được chọn lọc từ xử lý dịch
trích trong đất với nước nóng 80oC trong vòng 10 phút hoặc xử lý trong đất bằng cách xông hơi nước 60oC trong 30 phút đối với các vi khuẩn ưa khí.
Bacillus có những nét đặc trưng riêng biệt, phân bố rộng rãi trong đất, có sức chịu đựng về nhiệt độ cao, có thể phát triển nhanh chóng trong môi trường lỏng và hình thành nội bào tử trong điều kiện khắc nghiệt. Vi khuẩn này được đánh giá hội tụ những tính năng căn bản trong việc ngăn chặn bệnh cây trồng.
Chúng được xem như là những tác nhân sinh học an toàn và có tiềm năng cao trong phòng trừ sinh học (Silo-suh và ctv., 1994, trích dẫn bởi Kim và ctv., 2003).
Đặc tính sinh sản và khả năng lưu tồn
Những tế bào sinh sản chủ yếu bằng phân cắt. Trong điều kiện bất lợi, trong tế bào hình thành nội bào tử có khả năng lưu tồn rất lâu trong những điều kiện khó khăn của môi trường sống. Ở nhiệt độ 100oC nội bào tử của một loài Bacillus có thể chịu được từ 2,5-1200 phút (20 giờ). Những bào tử này rất bền vững với những chất sát trùng hoặc trạng thái khô (Phạm Văn Kim, 2000).
Đặc tính kích thích sinh trưởng của vi khuẩn Bacillus sp.
Theo Muller và ctv. (1989), Wilkinson và ctv. (1994), Vessey (2003) và Phạm Việt Cường và ctv. (2003) (trích dẫn bởi Nguyễn Thanh Phong, 2008) thì Bacillus có khả năng tổng hợp các chất tương tự như auxin có vai trò trọng tâm trong sự tăng trưởng thực vật. Theo Guierrez – Manero và ctv., (2001, trích dẫn bởi Vessey, 2003) đã phát hiện một chủng vi khuẩn Bacillus sp. trên cây táo có khả năng giúp cây trồng tiết ra gibberellin giúp phát triển thân cây nhanh hơn các cây khác.
1.6.4 Vai trò của vi khuẩn Bacillus sp. trong hệ sinh thái nông nghiệp
Nhiều vi sinh vật sống trong vùng rễ có khả năng kích thích cây trồng phát triển gọi là nhóm vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng (Plant Growth Promoting Rhizobacteria – PGPR). Nhóm vi sinh vật này giúp cây trồng cải thiện sự tăng trưởng thực vật theo hai cơ chế là gián tiếp hoặc trực tiếp. Theo cơ chế gián tiếp, PGPR tiết ra chất kháng sinh chống lại vi khuẩn gây bệnh, làm giảm sút sắt hữu dụng đến mầm bệnh thực vật (phytopathogen) trong vùng rễ, tổng hợp các enzyme phân huỷ vách tế bào nấm và cạnh tranh chổ ở (vị trí ở rễ cây) với vi sinh vật gây hại. Còn với cơ chế trực tiếp, PGPR giúp cho sự tăng trưởng, bao gồm tác động giúp giải phóng phosphate hữu dụng sinh học giúp cho cây trồng hấp thu, cố định nitơ cho cây trồng sử dụng, giúp cây trồng có thể sử dụng Fe hữu hiệu hơn
thông qua việc tạo siderophore, là một hợp chất có trọng lượng phân tử thấp (400- 1,000 daltons) có ái lực cao với Fe3+, hoà tan rất kém ở nhiều loại đất (Glick, 1995; Glick và ctv., 1999, trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Hằng, 2008).
1.6.4.1 Vi khuẩn Bacillus sp. trong việc kích thích tăng trưởng cây trồng Trong mối tương tác giữa vi sinh vật và cây trồng, nhóm vi khuẩn vùng rễ giữ vai trò rất quan trọng trong việc kích thích tăng trưởng cây trồng Vi khuẩn vùng rễ hỗ trợ cây trồng hấp thu dinh dưỡng tốt hơn thông qua cố định đạm, hòa tan các khoáng chất dưới dạng không tan, sẽ chuyển biến thành dạng đơn giản dễ tan và dễ được hấp thụ đặc biệt là khoáng lân v.v… Vi khuẩn Bacillus là một trong những vi khuẩn vùng rễ có khả năng kích thích tăng trưởng cây trồng. Vi khuẩn Bacillus tham gia vào rất nhiều quá trình biến đổi khoáng trong đất (Phạm Văn Kim, 2006).
Vi khuẩn Bacillus phân lập từ đất trồng có khả năng sinh tổng hợp indol – acetic acid (IAA) là một chất kích thích sinh trưởng có khả năng kích thích cây trồng phát triển nhanh. Khả năng sinh tổng hợp IAA thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào từng chủng. (Phạm Việt Cường và ctv., 2003).
Các nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn vùng rể Bacillus trong việc kích thích tăng trưởng thực vật:
Vi khuẩn B. amyliquefaciens IN937; B. pumilis INR7, SE34; B. subtilis GB30; B. cereus C4, được thử nghiệm trên cây cà chua và ớt trong điều kiện ngoài đồng, cho thấy có sự gia tăng đáng kể về đường kính thân, diện tích thân, diện tích bề mặt lá, trọng lượng của rễ, cành và số lá; cải thiện sức khoẻ của cây ghép và gia tăng sản lượng trái, tuy nhiên mầm bệnh và bệnh không giảm ở cà chua và ớt (Lucy, 2004).
Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ chứa N
- Có vô số loài vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải hữu cơ. Mật số chứa từ 105 -107/g đất khô. Vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn đều có tham gia vào sự khoáng hoá N hữu cơ trong đất.
- Trong điều kiện hiếu khí sự phân giải protein xảy ra nhanh và cho ra CO2, amonium, sulfat và nước.
- Trong điều kiện yếm khí, sự phân giải chậm hơn và cho ra amonium, acid amin, CO2, các acid hữu cơ, H2S ….
- Vi khuẩn Bacillus sp. tham gia vào sự khoáng hoá các protein. Ngoài ra còn tham gia vào quá trình khoáng hoá phân urea, trong đó có các loài sau đây được nghiên cứu nhiều: B. pasteurii, B. freudenrichii.
- Vi khuẩn Bacillus licheniformis còn tham gia vào quá trình khử nitrat trong đất (Phạm Văn Kim, 2006).
Sự chuyển hoá lân trong đất
Trong đất, chất P hiện diện dưới 2 dạng: chất P hữu cơ và chất P vô cơ.
- Chất P hữu cơ tồn tại trong xác bã thực vật và trong vi sinh vật, trong xác bã thực vật, chất P nằm trong hợp chất hữu cơ như: phytin, phospholipid, acid nucleic, các nucleoprotein, các chất đường có P, các men (phân hoá tố, coenzyme) và các chất khác.
- P vô cơ trong đất thường là những phosphat Ca, phosphat Fe hoặc phosphat Al, thường ở dạng khó tan. Trong đất trung hoà và kiềm, phosphat Ca ưu thế hơn và trong đất chua phosphat Fe và phosphat Al ưu thế.
- Các dạng P kể trên đây, cả hữu cơ lẫn vô cơ, cây trồng không thể hút trực tiếp được. chúng phải chuyển hoá ra dạng P2O5 vô cơ dễ tan, cây trồng mới hấp thu được.
- Các chất hữu cơ chứa P sẽ được vô cơ hoá do các men, tiết ra từ vi sinh vật trong đất. Trong quá trình sống của chúng, vi sinh vật cần phân huỷ các chất hữu cơ này, nhờ các men của vi sinh vật tiết ra, các hợp chất hữu cơ chứa P, phóng thích P với dạng phosphat. Như trong sự phân hủy acid phytic, vi sinh vật tiết ra men phytase, nhờ men này acid phytic được phân ra làm một phân tử inositol và 6 phân tử H3PO4 (Phạm Văn Kim, 2006).
Chuyển hoá Kali khó tan thành dạng dễ tan:
Một số vi sinh vật có khả năng phân giải aluminosilicat kali để phóng thích kali chứa trong ấy cho cây sử dụng. Alcksandrov và ctv., (1950, trích dẫn bởi Phạm Văn Kim,2006) làm thí nghiệm với loài vi khuẩn Bacilluss silicous, trên cây bắp và lúa mì trồng trong đất thanh trùng là đất sạch và đất có chủng vi khuẩn, kết quả trên đất có chủng vi khuẩn B. silicous và không bón kali, cả bắp và lúa mì đều gia tăng năng suất tương ứng với lô trồng ở đất có thanh trùng và có bón thêm kali.
Để phóng thích kali khỏi hợp chất không tan, aluminosilicat, vi khuẩn tiết ra các chất acid hữu cơ như acid carbonic, acid nitric, acid sulfuric và một số acid hữu cơ
khác. Các acid hữu cơ này tác dụng lên aluminosilicat và phóng thích kali thành dạng dễ tan (Phạm Văn Kim, 2006).
Ngoài ra, Bacillus còn tham gia vào quá trình oxy hoá Mn trong đất (Phạm Văn Kim, 2006).
1.6.4.2 Sử dụng Bacillus sp. trong phòng trừ sinh học
- Nhóm vi khuẩn Bacillus sp. được ứng dụng phòng trị sinh học dựa trên cơ sở tiết ra kháng sinh như: chủng B. amyloliquefaciens FZB42 tiết kháng sinh bacillomycin, fengycin ức chế nấm Fusarium oxysporum (Koumoutsi và ctv., 2004); B. subtilis QST713 tiết kháng sinh Iturin A. Các loài thuộc chi Bacillus như B. amyloliquefaciens, B. subtilis, B. cereus, B. pumilus, B. mycoides, và B.
sphaericus được biết là có khả năng kích kháng hay đối kháng giúp giảm bệnh do nhiều loại tác nhân và trên nhiều loại cây trồng khác nhau (Kloepper và ctv., 2004).
- Các chế phẩm ứng dụng:
Theo Kloepper và ctv. (2004) nhóm Bacillus được ứng dụng trong một số chế phẩm như:
Sản phẩm Yield Shield với thành phần hoạt chất là nội bào tử của B.
pumilus chủng GB34 được đăng kí tại Mỹ năm 2003 để chống lại bệnh héo trên dưa do vi khuẩn Erwinia tracheiphila.
Sản phẩm Bio Yield với thành phần hoạt chất là hai chủng B.
amyloliquefaciens GB99 và B. subtilis GB122, được khuyến cáo dùng để kích kháng trên bắp cải, cải bông, dưa leo, dưa hấu, ớt, cà chua nhằm chống lại nhiều tác nhân bệnh và kích thích tăng trưởng của cây.