Đặt vấn đề Nitơ có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và do đó nó quyết định năng suất và chất lượng thu hoạch. Nitơ có trong thành phần của hầu hết các chất trong cây: protein, axit nucleic, các sắc tố quang hợp, các hợp chất dự trữ năng lượng: ADP, ATP, các chất điều hoà sinh trưởng ,… Như vậy nitơ vừa có vai trò cấu trúc, vừa tham gia trong các quá trình trao đổi chất và năng lượng. Nitơ có vai trò quyết định đến toàn bộ các quá trình sinh lý của cây trồng. Nitơ trong tự nhiên tồn tại dưới 3 dạng: N hữu cơ, N vô cơ và nitơ ở dạng tự do(N2) trong khí quyển.
Cây chủ yếu hút N vô cơ, còn dạng N2 trong khí quyển thì cây không đồng hóa trực tiếp mà phải nhờ sự cố định của các vi sinh vật trong đất. Dạng nitơ vô cơ mà cây đồng hóa là nitrat (NO3-) và amon (NH4+) [29]. Nitơ là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng không thể thiếu được không chỉ đối với cây trồng, mà ngay cả đối với vi sinh vật (VSV). Nguồn dự trữ nitơ trong tự nhiên rất lớn.
Người ta ước tính rằng trong bầu không khí bao trùm lên 1ha đất đai chứa khoảng 8 triệu tấn nitơ, lượng nitơ này có thể cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng hàng chục triệu năm (nếu như cây đồng hóa được chúng). Trong cơ thể các loại sinh vật trên trái đất chứa khoảng 10 – 25. Trong các vật trầm tích chứa khoảng 4.1015 tỷ tấn nitơ. Nhưng tất cả nguồn nitơ trên cây trồng không thể tự đồng hóa được mà phải nhờ VSV.
Thông qua hoạt động của các loài VSV nitơ nằm trong các dạng khác nhau được chuyển hóa thành các dạng dễ tiêu cho cây trồng sử dụng. Hàng năm cây trồng lấy đi từ đất hàng trăm triệu tấn nitơ. Bằng cách bón phân,con người trả lại cho đất được khoảng > 40%, lượng thiếu hụt còn lại cơ bản được bổ sung bằng nitơ do hoạt động sống của VSV cố định nitơ [31]. Người ta nhận thấy rằng muốn có thu hoạch 12 tạ hạt trên mỗi hecta, cây trồng cần lấy đi khỏi đất khoảng 30kg nitơ.
Hiệu suất sử dụng phân hóa học của cây trồng n 2 là vào khoảng 75%. Như vậy có nghĩa là nếu chỉ dựa vào nguồn nitơ của phân hoá học thì muốn có 5 tấn hạt chúng ta phải bón vào mỗi hecta khoảng 116,6kg nitơ (tương đương với 833kg amôn sunphát). Số lượng nitơ này thật khó có thể thỏa mãn ngay cả ở nước có công nghiệp phân nitơ hóa học phát triển [10]. Vậy làm thế nào để trả lại độ phì nhiêu cho đất mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn về năng suất và chất lượng cho cây trồng? Đó là sử dụng sản phẩm phân bón vi sinh vật cố định nitơ đa chủng từ các nguồn khác nhau, đây chính là giải pháp hay nhất hiện nay có thể giải quyết được các vấn đề trên.
Tại Ấn Độ, sử dụng phân vi sinh vật cố định nitơ cho lúa, cao lương, bông làm tăng năng suất trung bình 11,4%, 18,2% và 6,8% hay mang lại lợi nhuận 1015 rupi, 1149 rupi và 343 rupi/ ha. Tại Liên Bang Nga, bón chế phẩm VSV cố định nitơ cho tăng năng suất khoai tây 12,8 tạ/ha, tăng năng suất cà chua 28,0 tạ/ha, tăng năng suất ngô hạt 22,4 tạ/ha, tăng năng suất cây bắp cải 72,5 tạ/ha. Ở Việt Nam các thử nghiệm sử dụng phân vi sinh vật cố định nitơ hội sinh ở 15 tỉnh miền Bắc, miền Trung, và miền Nam trên diện tích hàng chục ngàn ha cho thấy trong cùng điều kiện sản xuất, ruộng lúa được bón phân VSV cố định nitơ đề tốt hơn so với đối chứng, biểu hiện ở bộ lá phát triển tốt hơn, tỉ lệ nhánh hữu hiệu, số bông/khóm nhiều hơn đối chứng. Năng suất hạt tăng so với đối chứng 6 – 12%, nhiều nơi đạt 15 – 20%.
Những ruộng bón phân VSV cố định nitơ giảm bớt 1kg đạm ure cho mỗi sào, năng suất vẫn tăng so vớ đối chứng. Đối với rau (xà lách, rau diếp, khoai tây…) bón phân VSV cố định nitơ cũng làm tăng sản lượng thu hoạch 20- 30%. Việc bón phân VSV cố định nitơ còn làm tăng khả năng chống chịu cho cây và giảm lượng nitơ tồn dư trong rau. Hiệu quả kinh tế do sử dụng phân VSV cố định nitơ là rõ rệt.
Ngoài tác dụng trên phân VSV thông qua các hoạt chất sinh học của chúng còn có tác dụng điều hòa, kích thích quá trình sinh tổng hợp của cây trồng, đồng thời nâng cao sức đề kháng của cây trồng đối với một số sâu, bệnh hại. Do đó việc nghiên cứu phân lập các vi sinh vật cố định nitơ là rất cần thiết. n 3 Hiện nay ở nước ta đã có một số nghiên cứu, phân lập các chủng vi khuẩn nội sinh trong rễ lúa, rễ cây lạc, cây cà phê, rễ cây ngô…Tuy nhiên , những nghiên cứu về vi khuẩn cố định đạm cho các cây lúa, lạc, đậu , chè là rất ít. Đặc biệt là chưa có nghiên cứu nào về thành phần loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm trong rễ và trong đất cây chè, lúa, đâu,lạc tại tỉnh Thái Nguyên Xuất phát từ thực tế đó em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phân lập, tuyển chọn một số chủng vi khuẩn cố định đạm cao trong tự nhiên”.
Mục đích đề tài - Phân lập và tuyển chọn được một số chủng vi khuẩn cố định đạm cao trong tự nhiên 1. Yêu cầu của đề tài - Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng cố định đạm cao, khảo sát khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng IAA của các chủng vi khuẩn cố định đạm trong tự nhiên. - Nghiên cứu các đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng vi khuẩn đã tuyển chọn được ở trên. - Nghiên cứu sử dụng môi trường thay thế.
- Định danh các vi khuẩn trên. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa lại kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học. - Củng cố cho sinh viên tác phong cũng như kỹ năng làm việc sau này.
- Biết được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý, phân tích số liệu, trình bày một bài báo cáo khoa học. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được chủng vi khuẩn có khả năng cố định đạm cao và có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng, ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất phân đạm vi sinh. Đem lại năng suất, chất lượng cao cho ngành nông nghiệp, đồng thời tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường. - Là nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu thuộc cùng lĩnh vực n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.Cơ sở khoa học 2.
Nhu cầu đạm của cây Vai trò của đạm đối với cây trồng Đạm (Nitơ) là nguyên tố không thể thiếu đối với các cơ thể sinh vật nói chung , do đạm là thành phần cơ bản và thường chiếm 15 -17% của chất protein, mà protein là chất biểu hiện của sự sống. “Sự sống là phương thức tồn tại của protein”, không có N thì không có protein và cũng không có sự sống, vì vậy cây không có đạm thì cây sẽ chết. Đạm có nhiều trong các hợp chất hữu cơ, rất cơ bản và rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây: Diệp lục, các acid nucleic (DNA và RNA), các loại men, bazơ có đạm, một số hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Các hợp chất hữu cơ nêu trên không thể thiếu đạm trong thành phần và mỗi chất đều có những vai trò quan trọng trong đời sóng của cây.
Diệp lục là cơ quan không thể thiếu của quá trình quang hợp, tổng hợp các chất hữu cơ cho toàn thể giới sinh vật. Các acid nucleic (DNA và RNA) là các chất mang thông tin di truyền chỉ huy việc tổng hợp protein của cây, khi thiếu các chất này dù trong cây có đủ các nguyên liệu thì cũng không tỏng hợp được protein. Các loại men là các chất xúc tác sinh học rất quan trọng làm cho quá trình chuyển hóa vật chất có thể thực hiện được với tốc độ lớn ngay trong điều kiện bình thường. Đạm là yếu tố cơ bản của quá trình đồng hóa carbon vì nằm trong thành phần của diệp lục, đạm có tác dụng kích thích sự phát triển của bộ rễ và việc hút các yêu tố dinh dưỡng khác của cây.
Trong cây luôn tồn tại mối quan hệ chặt chẽ giữ lượng N cây hút được và việc hút các yếu tố dinh dưỡng khác của cây [17]. n 5 Đối với cây trồng đạm là yếu tố chính, yếu tố quyết định sự sinh trưởng phát triển và năng suốt của cây. Điều này được thể hiện rất rõ ở cây trồng bằng các biểu hiện về hình thái và năng suất không chỉ khi cây thiếu và đủ đạm mà cả khi cây thừa đạm. Khi cây trồng được cung cấp đủ đạm lá có màu xanh lục tươi, sinh trưởng phát triển nhanh, khỏe mạnh, có nhiều chồi, búp, lá, cành (nhánh), kết quả tích lũy được nhiều chất khô và năng suất cao.
Phân đạm Phân đạm là từ chung , dùng để chỉ các loại phân có chứa nitơ. Phân đạm có vai trò quan trong trong việc phát triển bộ rễ, thân, lá, chiều cao và đặc biệt quan trọng trong giai đoạn tăng trưởng mạnh của các loại rau. Hầu hết đạm hóa học được sản xuất theo quy trình Haber – Bosch, đòi hỏi một lượng lớn khí tự nhiên, than đá, hoặc dầu mỏ. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng để sản xuất 1 tấn phân đạm hóa học cần 1,3 tấn dầu, để sản xuất 80 triệu tấn phân đạm hóa học cần 100 triệu tấn dầu, bằng 1,4% số dầu sử dụng trên toàn cầu.
Dầu cần cho sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải. Khai thác quá mức thì nguồn tài nguyên này cũng sẽ cạn kiệt, không còn cho các thế hệ sau [32]. Thêm vào đó việc sản xuất đạm sẽ sinh ra một lượng lớn CO2 – một trong những nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính mà cả thế giới đang tìm cách khắc phục. Hơn nữa, chỉ có khoảng 1/3 lượng phân bón vào đất mà cây trồng có thể sử dụng, lượng đạm còn thừa sẽ thất thoát ra môi trường bên ngoài gây ô nhiễm nguồn nước mặt và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Việc sử dụng quá mức lượng đạm hóa học sẽ dẫn đến sự sản sinh N2O cũng gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu [82].