Đặt vấn đề Cam là một trong những cây trồng cho hiệu quả kinh tế cao, trước những năm 2018 có thể đạt từ 300-500 triệu đồng/ha. Vì vậy, diện tích trồng cam tăng trưởng nóng trong 10 năm nay, bình quân khoảng 10%/năm. Để cây cam từng bước khẳng định thương hiệu thì người dân không chỉ chú trọng đến diện tích trồng cam mà còn phải trú trọng đến chât lượng cây trồng, trong đó việc tăng cường phân bón cho cây là một yếu tố quan trọng. Hiện nay, các nguồn bổ sung hóa chất hoạt động như chất điều hòa sinh trưởng thực vật (sử dụng cơ chế kích thích tố) và chất dinh dưỡng có thể thúc đẩy sự phát triển của sinh khối thực vật.
Chất dinh dưỡng bổ sung vào đất chủ yếu là phosphate và kẽm. Không thể phủ nhận hiệu quả của phân bón hóa học khiến giá thành nông sản rẻ, cây trồng sinh trưởng tốt. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều của hóa chất trong trồng trọt dẫn đến một số vấn đề như suy thoái đất, ô nhiễm nước, phát thải khí nhà kính, mất đa dạng sinh học và tăng nguy cơ ảnh hưởng có hại đến sức khỏe cho con người. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây trồng chỉ có thể sử dụng từ 30 đến 50% lượng phân bón hóa học, do đó một lượng lớn các thành phần được bón bị mất trong đất (Norse, 2005; MEP, 2010; Mózner et al.
Theo đó chúng ta đang đói diện với việc lạm dụng phân bón hóa học, và điều cần thiết là phải phát triển chiến lược nông nghiệp bền vững. Nhiều nhà khoa học trong nước và quốc tế đã và đang đưa ra các hướng nghiên cứu sử dụng các loại vi sinh vật có thể phân giả một số yếu tố có trong phân bón hóa học mà vẫn giúp ích cho sự phát triển của cây. Theo Murphy và cộng sự (2013), cây trồng chỉ có thể hấp thu 5 - 25% lượng lân được bón, số còn lại bị đất giữ lại dưới dạng hấp phụ hoặc cố định, trong đó hấp phụ thông qua trao đổi ion sẽ trở thành dạng tan, còn cố định thì không thể chuyển đổi thông qua ion trao đổi việc chuyển hóa và hòa tan P bất động trong đất. Nhiều loại phân bón hữu cơ và khoáng khác nhau được sử dụng để khắc phục tình trạng 1 thiếu kẽm trong đất như kẽm sunfat (ZnSO4) và kẽm oxide (ZnO) thường được sử dụng để tăng khả năng sẵn có của Zn và tăng năng suất cây trồng.
Kẽm oxit (ZnO) chứa khoảng 80% Zn là một nguồn cung cấp Zn rẻ hơn nhưng lại ít hoà tan hơn so với ZnSO4. Một số chủng vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật thuộc các chủng Bacillus và Pseudomonas được coi là các chủng vi khuẩn phân giải Zn tiềm năng trong đất như khả năng phân giải kẽm oxide (ZnO) và kẽm cacbonat (ZnCO3) (Azhar Hussain, 2015). Những vi khuẩn như vậy rất có lợi cho cây trồng, chúng không chỉ giúp cây trồng tăng khả năng hấp thu P và Zn mà còn tham gia vào các quá trình sản xuất phytohormon, cố định N2, tăng cường khả năng chống chịu của cây. Xuất phát từ thực tiễn đó, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “đánh giá và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải phosphate, kẽm khó tan từ đất trồng cam Cao Phong, Hòa Bình” nhằm phát hiện nguồn vi khuẩn có khả năng phân giả phosphate và kẽm khó tan.
Đề tài nghiên cứu tập trung chủ yếu phân lập, đánh giá, tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phosphate, kẽm khó tan và bước đầu khảo sát tác động của các chủng được tuyển chọn đến sự sinh trưởng, phát triển của cây cam. Mục đích của đề tài Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích đánh giá và tuyển chọn được các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phosphate, kẽm khó tan từ đất trồng cam Cao Phong, Hòa Bình. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng phân giải phosphate, kẽm khó tan. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học Kết quả của nghiên cứu này nhằm cung cấp thêm một số hiểu biết dẫn liệu sinh học và đặc điểm của một số chủng có khả năng phân giải phospphate và kẽm khó tan từ đất.
Ý nghĩa thực tiễn 2 Kết quả của nghiên cứu này cung cấp một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giả phosphate và kẽm khó tan thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển cây trồng, phục vụ việc sản xuất chế phẩm sinh học thay thế phân bón. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về phosphate 2. Vai trò của phosphate Phospho đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và vận chuyển các chất trong cây.
Cây thiếu phospho sẽ dẫn đến sinh trưởng chậm, cho năng suất thấp, phẩm chất nông sản kém. Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng phosphate bởi cây trồng không quá 25%, trong khi đó một lượng lớn phosphate bị cố định trong đất và chuyển thành dạng khó hấp thụ. Lượng dự trữ phosphate trong đất xấp xỉ 0,025 – 0,3% P2O5 nhưng chúng tồn tại trong đất ở dạng không tan trong nước khiến cây khó hấp thụ. Thành phần phosphate dễ tan và khó tan trong đất được quyết định bởi tính chất đá mẹ, thành phần cơ giới và hàm lượng chất hữu cơ (Nguyễn Như Hà, 2005).
P là thành phần xây dựng nên các hợp chất quan trọng bậc nhất của tế bào như: phosphoprotein, phospholipid, phosphoester và các vitamin (B1,B6). Đặc biệt P là thành phần không thể thiếu của ATP, ADP, GTP, FAD, NADP, CoA. Đây là những phân tử trao đổi năng lượng, chúng có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình quang hợp và hô hấp của thực vật. Hàm lượng phosphate tổng số trong đất ở Việt Nam khoảng 0,03 – 0,2%.
Trong đó đất bazan nâu đỏ giàu phosphate nhất (430 – 1310 mgP/kg). Đất bạc màu và đất cát nghèo phosphate nhất (44 – 264 mgP/kg). Đất phù sa đồng bằng sông Hồng có hàm lượng dao động trong khoảng 350 – 650 mgP/kg. Đất đồng bằng song Cửu Long có hàm lượng phosphate thấp hơn (110 – 540 mgP/kg) (Hoàng Thị Thái Hòa, 2011).
Quá trình cố định phosphate trong đất Quá trình thoái hóa phosphate là quá trình tạo thành các hợp chất phosphate khó tan từ các hợp chất phosphate hòa tan thông qua quá trình hấp phụ hóa học trong dung dịch đất. Quá trình thoái hóa phosphate làm giảm lượng 4 phosphate dễ tiêu trong đất và cây trồng khó thu hút được phosphate từ đất và từ nguồn phân bổ sung từ bên ngoài vào đất, từ đó làm giảm hiệu quả sử dụng phân phosphate của cây trồng (Hoàng Thị Thái Hòa, 2011). Sơ đồ quá trình chuyển hóa phosphate trong đất (Nguồn: Westerman, 1990) 2. Vi khuẩn phân giải phosphate Vi khuẩn hòa tan phosphate là một nhóm vi khuẩn có lợi, có khả năng hòa tan các hợp chất phosphate vô cơ và hữu cơ ở dạng không hòa tan.
Khả năng hòa tan phosphate của nhóm vi sinh vật này là đặc tính quan trọng nhất liên quan tới dinh dưỡng của cây. Vi khuẩn hòa tan phosphate vô cơ là đối tượng được nghiên cứu sớm nhất. Năm 1990, Starkey đã làm thí nghiệm tiệt trùng đất, sau đó cho bột xương vào và cấy những vi khuẩn như Bacillus butyricus, B.megaterium, Pseudomonas fluorescens, với biện pháp này đã tăng sản lượng yếu mạch. Các loài vi khuẩn đã được thử nghiệm khả năng hòa tan phosphate vô cơ bao gồm: Micrococcus radiatus, Flavobacterium auranticus, Pseudomonas radiobacter.
Ngoài ra có một số vi khuẩn vùng rễ như Bacterium albusgeminum, Chlorobacterium denitrificans, Myxobacterium ciancums, P. herbicola, Sarcina flava…cũng có khả năng hòa tan phosphate khá mạnh 5 2. Tổng quan về kẽm 2. Vai trò của kẽm Kẽm (Zn) là thành phần của men carboxylase kích thích sự giải phóng CO2 trong diệp lục, kích thích quang hợp.
Kẽm tham gia vào tổng hợp protein, sự hình thành hạt và thúc đẩy tăng trưởng thực vật. Kẽm tác động đến các quá trình sinh lý sinh hóa sau đây: dinh dưỡng khoáng (sự hút dinh dưỡng và sự cố định N) sự hô hấp, sự quang hợp, sự tổng hợp hữu cơ (gluxid, protit, axit nucleic và chất điều hòa sinh trưởng), sự vận chuyển (sự thoát hơi nước và sự chuyển hóa gluxit) sự sinh trưởng (tạo các mô mới) và khả năng chống lạnh chống nóng của cây (Alloway, 2008). Kẽm được coi như là một chiếc chìa khoá quan trọng trong việc trao đổi chất và các chức năng sinh lý của thực vật bao gồm quang hợp, tổng hợp chất diệp lục, tổng hợp sucrose và tinh bột cũng như chuyển hoá acid nucleic, biểu hiện gen, điều hoà gen, tổng hợp protein và duy trì tính toàn vẹn của màng. Hàm lượng kẽm cần thiết để thực vật tổng hợp là từ 30 – 100 mg/kg chất khô.
Tuy nhiên, nồng độ hấp thu Zn của từng loài khác nhau là khác nhau. Trong hầu hết các loại cây trồng, nồng độ Zn trong lá cần thiết cho quá trình sinh trưởng từ 15 – 20 mg/kg lá và trong các tế bào lá cần 70 – 3205 µg/g trọng lượng khô. Kẽm là thành phần cần thiết của protein và enzyme, là thành phần xúc tác không thể thiếu của hơn 300 enzyme. Trong đó, ba loại enzyme chính có ion Zn là superoxide dismutase (SOD), alcoholic dehydrogenase (AD) và carbonic anhydrase (CA).
Các enzyme chứa Zn này điều chỉnh quá trình xử lý RNA, dịch mã, phiên mã DNA (Zastrow & Pecoraro, 2014). Sự thiếu hụt Zn khiến cây trồng sinh trưởng chậm, còi cọc, lá nhỏ và giảm năng suất cây trồng như cây lúa và cam (Husna Siddiqui et al. Vi khuẩn phân giải kẽm khó tan Các vi sinh vật phân giải kẽm thông qua nhiều cơ chế khác nhau, một trong số đó là quá trình axit hóa. Những vi sinh vật này tạo ra các axit hữu cơ trong đất để hoà tan kẽm cation và làm giảm độ pH của đất gần đó (Jason & Martin , 1997).
Các các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải kẽm đã và đang được tiến hành 6 nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm như chủng Pseudomonas sp., Pseudomonas fuorescence, Pseudomonas putida (Zaheer et al., 2019; Fatemeh Hashemnejad et al. Theo nghiên cứu của Rehmana và cộng sự năm 2021 cũng cho thấy chủng vi khuẩn Pseudomonas oleovorans ZSB13 cho thấy tiềm năng phân giải Zn tối đa đối với nguồn kẽm ZnO. Theo kết quả nghiên cứu của Gandhi và Muralidharan năm 2016, hai chủng vi khuẩn Acinetobacter sp. AGM3 và Acinetobacter sp.
AGM9 được phân lập từ vùng rễ lúa có khả năng phân giải kẽm cao trong tổng số 143 chủng vi khuẩn phân lập được.