2.4. Tổng quan về vi khuẩn nội sinh
2.4.5. Những nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn nội sinh thực vật trong sản xuất phân vi sinh
2.4.5.1. Phân vi sinh cố định đạm
Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã phát hiện các nhóm vi khuẩn có khả năng cố định đạm giúp tăng năng suất cây trồng từ 15 - 54%
(Favilli et al., 1987). Các nhóm vi khuẩn này đươc ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ở nhiều nước trên thế giới: Mỹ, Ấn Độ, Thái Lan, Ai Cập, ... đã đạt được kết quả khá cao. Vi khuẩn cố định đạm bổ sung lên thực vật là nguồn cung cấp đạm hữu hiệu có thể thay thế đạm dạng urea dùng cho trồng lúa và các loại ngũ cốc khác (Yanni et al., 1997).
Vi khuẩn Azospirillum sống tự do hoặc cộng sinh với rễ cây trồng, nó phát triển mạnh trên vùng rễ lúa. Azospirillum irakense được phân lập từ rễ lúa (Kapulnik et al., 1983). Vi khuẩn Azospirillum có khả năng cố định đạm và tiết các chất điều hòa sinh trưởng như IAA làm tăng chiều dài, thể tích và số lượng rễ, nhờ đó giúp cây tăng khả năng hấp thu nước và chất khoáng. Ở Isarel, 40 thí nghiệm (1979 - 1986) được tiến hành trên các ruộng trồng bắp, lúa mì, lúa miến, cỏ gia súc và cây lấy hạt. Khi bổ sung Azospirillum đối với bắp, 7 trong 12 thí nghiệm năng suất tăng 20 - 30% so với đối chứng (Zaady et al., 1994). Ở Ý, trong 18 thí nghiệm, bổ sung Azospirillum lên lúa mì làm tăng sản lượng 10 - 40% (Reynders và Vlassak, 1982). Ở Pháp bắt đầu vào năm 1980, vai trò quan trọng của Azospirillum đối với nông nghiệp được kiểm chứng trong thí nghiệm nhà lưới và ngoài đồng. Các dòng vi khuẩn Azospirillum có khả năng cố định đạm được dùng để sản xuất phân bón vi sinh cho cây lúa. Chúng dùng để xử lý hạt, cây mạ trên cánh đồng. Ngoài khả năng cố định đạm chúng còn giúp cây chống chịu được hạn. Azospirillum làm tăng sản lượng lúa một cách đáng kể 32 - 81% (Mirza et al., 2000). Ở cây lúa mì, chiều dài rễ, bề mặt rễ và các chất khoáng trong cây được tăng lên khi bổ sung loài A. brasilense và tổng lượng N cố định chiếm 58,9% từ N2 (Kapulnik et al., 1983).
Kết quả nghiên cứu cho thấy có nhiều vi khuẩn nội sinh giữ vai trò quan trọng trong sản xuất lúa, mía, lúa mì và làm giảm lượng phân đạm cần thiết trong trồng trọt. Yanni et al., (1997) sử dụng Rhizobium bổ sung cây lúa đã tạo ra 144 kg N/ha, Burkholderia MG43 bổ sung vào cây mía cung cấp hơn 1/2 lượng phân bón cần thiết cho cây, đạt 140 kg N/ha. Loài Burkholderia vietnamiensis sau 14 ngày bổ sung trên cây lúa giúp cây tăng khả năng đâm chồi 33%, số lượng rễ tăng 57%, diện tích bề mặt lá tăng 30% và năng suất lúa tăng từ 13 - 22%, lúa trồng ngoài đồng tiết kiệm được phân đạm 25 - 30 kg/ha
(Van et al., 2000). Vi khuẩn Herbaspirillum nội sinh ở nhiều loài cây như:
mía, lúa, lúa mì, lúa mạch và các loại ngũ cốc. Baldani et al., (2000) đã thí nghiệm 80 dòng khác nhau của H. seropedicae được phân lập từ cây lúa, ngô, lúa miến và bổ sung cho cây lúa. Kết quả cho thấy 12% các dòng làm tăng 100% trọng lượng tươi cây lúa. Các thí nghiệm cho thấy trong nhà kính Herbaspirillum tăng năng suất lúa đáng kể 5% đạt 7,5 g/cây (Mirza et al., 2000). Ngoài ra, H. seropedicae Z67 làm tăng hàm lượng N của giống lúa chịu phèn ở rễ tăng 29 - 61% và ở thân tăng 37 - 85%. Một số nghiên cứu khác cũng thấy khi bổ sung H. seropedicae cho hạt bắp trồng trong nhà kính, sản lượng tăng 49 - 82% so với bón phân đạm.
Tương tự như vậy, vi khuẩn nội sinh Burkholderia sp. đã làm tăng sản lượng lúa 0,5 - 0,8 tấn/ha, tăng sinh khối 22 mg/cây (Baldani et al., 2000). Vi khuẩn nội sinh được bổ sung riêng rẽ hay kết hợp nhiều dòng với nhau làm tăng sự phát triển thực vật. Govindarajan et al., (2007) sử dụng hỗn hợp H.
seropedicae LMG6513, Azospirillum lipoferum 4B LMG4348, Gluconacetobacter LMG7603 và B. vietnamiensis LMG10929 với mật số 108 CFU/ml bổ sung lên cây giống sau 5 ngày tuổi. Kết quả phân tích sản lượng tăng 14,4% trong khi đó bổ sung từng dòng hiệu quả chỉ tăng 6,2%.
Ở Việt Nam, Trung tâm nghiên cứu vi sinh vật thuộc trường Đại hoc Tổng hợp Hà Nội kết hợp với phòng Công nghệ Vi Sinh Vật thuộc Viện Vi Sinh Vật Học trường Đại học tổng hợp Bonn - Cộng Hòa Liên Bang Đức đã sản xuất chế phẩm Azospirillum cố định đạm bổ sung trên cây lúa trước khi cấy giúp giảm lượng phân bón hóa học (Nguyễn Phước Tương, 1989).
Theo Nguyễn Tiến Huy (1999) sử dụng phân đạm vi sinh Azospirillum, Pseudomonas, Enterobacter, ... trên cây lúa đã tăng năng suất 10 - 15%, tiết kiệm được 30 - 40 kg N/ha.
Khi xử lý hạt giống lúa Khang Dân với mật số vi khuẩn 105, 106, 107 tế bào/ml, các chỉ tiêu nảy mầm, chiều dài rễ và thân mầm đều tăng so với đối chứng, lúa có thể tăng năng suất 10 - 15%, tiết kiệm 30 - 40 kg N/ha khi bổ sung phân đạm vi sinh (Phạm Thị Ngọc Lan và Lý Kim Bảng, 2004).
Những nghiên cứu bước đầu cho thấy khi bổ sung vi khuẩn nốt rễ và vi khuẩn Pseudomonas spp., lúa cao sản đã cho năng suất cao và tiết kiệm được 70 kg N/ha (Cao Ngọc Điệp, 2005).
Lâm Bạch Vân (2008) bổ sung dòng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum lipoferum lên cây lúa, khoai lang đã làm tăng năng suất và tiết kiệm được 45 kg N/ha.
Hai dòng vi khuẩn cố định đạm (Azospirillum lipoferum và Pseudomonas stutzeri) bổ sung trên lúa ở dạng lỏng hoặc dạng viên kết hợp 50% phân bón
hóa học đã thu năng suất tương đương với nghiệm thức bón 100% phân hóa học, đồng thời hàm lượng protein trong gạo tăng (Lê Thị Diễm Ái, 2010).
Sử dụng phân vi sinh chứa các dòng vi khuẩn Burkholderia tropicalis, B.
tropica và Pseudomonas stutzeri kết hợp 150 kg N, 60 kg P2O5 và 200 kg K2O/ha bón cho cây khóm làm tăng kích thước, khối lượng và năng suất khóm tương đương bón 300 kg N/ha (Trần Thanh Phong và Cao Ngọc Điệp, 2012).
Hiện nay, ở Việt Nam đã sử dụng các vi sinh vật cố định đạm để sản xuất nhiều loài phân vi sinh khác nhau dưới các thương phẩm: Nitragin, Rhidafo, Azotobacterin, Azogin, Dasvila, ... và đã thử nghiệm trên phạm vi cả nước.
Các thử nghiệm sử dụng phân vi sinh cố định nitơ Azogin ở 15 tỉnh miền Bắc, Trung và miền Nam trên diện tích hàng chục ngàn hecta cho thấy, trong cùng điều kiện sản xuất, ruộng lúa được bón phân Azogin đều tốt hơn so với đối chứng, biểu hiện qua bộ lá phát triển tốt hơn, tỷ lệ nhánh hữu hiệu và số bông/khóm nhiều hơn đối chứng. Năng suất hạt tăng 4 - 25%, đặc biệt nhiều nơi bón Azogin và giảm 20% phân hóa học vẫn cho năng suất lúa cao hơn so với đối chứng. Đối với rau (xà lách, rau diếp, khoai tây, ...), bón phân Azogin cũng làm tăng sản lượng thu hoạch 20 - 30%. Việc bón phân Azogin còn làm tăng khả năng chống chịu của cây và giảm lượng nitrat tồn dư trong rau (Nguyễn Minh Hưng, 2007).
2.4.5.2. Phân vi sinh hòa tan lân khó tan
Nhiều loài vi khuẩn có khả năng hòa tan lân khó tan được sử dụng trong sản xuất phân sinh học ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp như:
Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, Agrobacterium, Microccocus, Aereobacter, Flavobacterium và Erwinia (Goldstein, 1986).
Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bổ sung vi khuẩn hòa tan lân cho cây trồng đã làm tăng hiệu quả hấp thu P đối với cây đồng thời kích thích sự phát triển. Các dòng vi khuẩn hòa tan lân Rhizobium, Pseudomonas striata và Bacillus polymyxa khi bổ sung lên cây đậu xanh trồng ngoài đồng đã làm tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng, tăng sự hình thành nốt rễ, hoạt động enzym nitrogenase, sinh khối khô của cây. Ngoài ra, dòng Pseudomonas putida cũng làm tăng khả năng hấp thu P và kích thích sự phát triển của cây cải dầu (Lifshitz et al., 1987). Ở cây lúa mì, khi bổ sung các dòng vi khuẩn hòa tan lân kết hợp với 30 - 40% phân P hóa học thì sản lượng tăng lên đáng kể so với chỉ sử dụng phân P hóa học và khi bổ sung kết hợp Bradyrhizobium japonicum và vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas spp. sản lượng lúa mì tăng lên 20% so với sử dụng phân hóa học (Afzal và Bano, 2008). Khi bổ sung dòng Azospirillum
lipoferum 34H lên hạt lúa đã làm tăng hàm lượng P, chiều dài rễ và trọng lượng tươi khô của cây lúa (Murty và Ladha, 1988). Sản lượng cây trồng cũng tăng lên khi bổ sung Bacillus firmus, B. polymyxa và B. cereus. Dòng vi khuẩn B. mucilaginosus MCRCp1 bổ sung trên cây đậu phộng làm cho hàm lượng dầu trong hạt lên 35% và vi khuẩn vùng rễ tăng lên 500 lần so với nghiệm thức không bổ sung vi khuẩn và làm tăng hàm lượng P hữu hiệu trong đất (Fernández et al., 1984).
Theo kết quả nghiên cứu của Sundara et al., (2002) dòng vi khuẩn hòa tan lân Bacillus megaterium var phosphaticum được áp dụng trong canh tác mía đã làm tăng mật số vi khuẩn vùng rễ và làm tăng lượng P hữu dụng cung cấp cho cây. Ngoài ra, khi kết hợp bổ sung vi khuẩn với phân hóa học, vi khuẩn hòa tan lân đã làm giảm lượng phân bón khoảng 25% so với nghiệm thức đối chứng. Hạt bắp được bổ sung vi khuẩn Bacillus sp. giúp cho cây tăng chiều cao, chiều dài rễ, trọng lượng rễ và thân một cách đáng kể và năng suất tăng hơn 30% so với không bổ sung vi khuẩn (Muhammad et al., 2013).
Khi bổ sung kết hợp các dòng vi khuẩn Pseudomonas striata, Bacillus polymyxa và Azospirillum brasilense đã làm tăng sản lượng ngũ cốc một cách đáng kể so với bổ sung riêng từng dòng vi khuẩn. Khi bổ sung kết hợp các dòng vi khuẩn sẽ làm cân bằng chất dinh dưỡng của cây và tăng cường khả năng hấp thụ N và P (Belimov et al., 1995). Nhiều bằng chứng cho thấy hiệu quả hòa tan lân khó tan của vi khuẩn trong việc tăng cường sự phát triển thực vật. Tuy nhiên, không phải tất cả thí nghiệm đều có kết quả tích cực. Theo Gaur (1990) khi sử dụng chế phẩm Phosphobacterin chứa vi khuẩn Bacillus megaterium var. phosphoricum giúp tăng năng suất cây trồng từ 5 - 10% và có trường hợp tăng 30%. Ở Ấn Độ, năng suất cây trồng tăng lên 10 - 20% tương đương với bón 50 kg P2O5/ha hoặc có thể thay thế 50 - 75% lượng phân lân hóa học mà năng suất và chất lượng không thay đổi.
Phân vi sinh hòa tan lân được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở Việt Nam từ năm 1990, trong đó vi sinh vật phân giải lân sau khi nhân sinh khối được kết hợp với chất mang tạo thành chế phẩm sinh học. Kết quả khảo nghiệm ở nhiều nơi cho thấy phân vi sinh hòa tan lân khó tan có thể nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân khoáng 20 - 30% so với đối chứng, đồng thời có tác dụng nâng cao năng suất cây trồng lên 5 - 15% tùy vào loại đất và cây trồng.
Kết quả thực nghiệm ở nhiều địa phương trên cả nước đã xác định việc sử dụng phân vi sinh hòa tan lân có thể thay thế 30 - 50% lượng phân lân cần bón bằng quặng phosphate với lượng lân tổng số tương đương mà năng suất cây trồng không thay đổi (Nguyễn Minh Hưng, 2007). Trong nước có nhiều nghiên cứu và ứng vi khuẩn hòa tan lân khó tan, theo Cao Ngọc Điệp (2005)
khi bổ sung Pseudomonas spp. hòa tan lân khó tan cho cây đậu nành đã nâng cao chất lượng hạt đậu một cách đáng kể thông qua hàm lượng protein và lipid trong hạt. Sử dụng vi khuẩn cố định đạm Bradyrhizobium japonicum và vi khuẩn hòa tan lân PSB Pseudomonas spp. đã làm tăng số nốt rễ, trọng lượng khô nốt rễ, sản lượng, khả năng hấp thu chất dinh dưỡng trong sản xuất đậu nành và đồng thời giảm lượng phân lân vô cơ, giảm chi phí sản xuất đậu từ 785.000 - 1000.000 đồng/ha (Tran Thi Ngoc Son et al., 2006).
2.4.5.3. Phân vi sinh kích thích, điều hoà sinh trưởng thực vật
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, các dòng vi khuẩn sống vùng rễ hoặc nội sinh ở thực vật - cây lúa như: Rhizobium, Azotobacter, Pantoae agglomerans, Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis và Paenibacillus ngoài khả năng cố định đạm, hòa tan lân còn có khả năng tiết ra các chất điều hòa sinh trưởng kích thích sự phát triển thực vật: IAA, cytokinin, gibberellin, ... được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp (Bernard, 2012). Malik et al., (1994) đã sử dụng các vi khuẩn Azotobacter, Azospirilium, Acetobacter, Bacillus và Pseudomonas giúp cây lúa nước phát triển tốt và gia tăng so với đối chứng và sự tổng hợp IAA của những vi khuẩn này giúp rễ lúa phát triển nhiều hơn để hấp thu nhiều nước và chất dinh dưỡng. Araujo et al., (2005) cho thấy hai dòng B. subtilis có khả năng tạo IAA có tác dụng kích thích sự phát triển cây đậu nành, ngoài ra còn có tác dụng kháng nấm gây bệnh cho cây. Vi khuẩn Pseudomonas spp. ngoài khả năng hòa tan lân còn có khả năng tổng hợp IAA cho hiệu quả tích cực trên cây đậu nành (Nguyễn Hữu Hiệp và Cao Ngọc Điệp, 2004).
2.4.5.4. Phân vi sinh đa chức năng
Nhiều dòng vi sinh vật cố định đạm, hòa tan lân và tổng hợp nhiều chất điều hòa sinh trưởng (phytohormones) gia tăng sự hấp thu nhiều dưỡng chất hơn (Chabot et al., 1993), để phát huy tác dụng của tất cả các nhóm vi sinh vật có ích đã tổng hợp một dạng phân bón sinh học đa chủng, đa chức năng cho cây trồng (Okon và Kapulnik, 1986). Loại phân bón này đã phát huy tác dụng trên cây bắp lai (Chabot et al., 1996), đậu nành (Molla et al., 2001), lúa mạch (Belimov et al., 1995), cải ăn lá (Antoun et al., 1998), lúa gạo và lúa mì (Rasul et al., 1998).
Nghiên cứu công nghệ sản xuất hỗn hợp vi sinh vật cố định nitơ, hòa tan lân, sinh tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật và vi sinh vật đối kháng vi sinh vật gây bệnh vùng rễ như một loại phân bón chức năng được sử dụng trong sản xuất nông lâm nghiệp. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh phân vi
thuốc hóa học bảo vệ thực vật và góp phần tích cực cho việc xây dựng nền nông nghiệp bền vững. Khi chủng 3 dòng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri hòa tan lân và tổng hợp IAA, vi khuẩn Azospirillum lipoferum cố định đạm và Bacillus subtilis hòa tan kali đồng thời bổ sung 25 kg N/ha, 15 kg K2O/ha cho năng suất lúa tương đương bón 100 kg N/ha + 60 kg P2O5 /ha + 30 kg K2O/ha, lúa ít bị đổ ngã, tiết kiệm chi phí sản xuất 2.283.875 đồng/ha (Cao Ngọc Điệp và Phan Văn Tùng, 2010).
Hiện nay, phân vi sinh chức năng đã được bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận cho áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
CHƯƠNG III