Đặt vấn đề Cây họ đậu có giá trị cao về mặt đinh dưỡng, kinh tế và đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất nông nghiệp. Các cây họ đậu phé biến như đậu phộng, đậu đen, đậu xanh, và đậu đỏ được trồng trên điện rộng và có mức tiêu thụ cao vì chúng dé canh tác, dễ chế biến, giàu giá trị dinh dưỡng, đặc biệt đối với sản xuất thực phẩm dành cho người ăn chay. Trong canh tác, người nông dân thường lạm dụng việc sử dụng phân hóa học, đặc biệt là phân đạm và các chất kích thích sinh trưởng nhằm rút ngắn thời gian trồng trọt, thu được năng suất và lợi nhuận cao. Điều này dẫn đến sự tồn dư chất độc gây hại trong đất cũng như trong sản phẩm, gây ảnh hưởng tiêu cực cho môi trường và con người.
Do đó, nhu cầu về thực phẩm sạch, an toàn nhưng có năng suất, chất lượng cao, thời gian thu hoạch ngắn là van đề thiết yếu trong canh tác cây họ đậu. Việc phát triển nông nghiệp bền vững đi cùng hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe người tiêu dùng là một trong những chiến lược quan trọng canh tác cây họ đậu cũng như ngành nông nghiệp nói chung. Canh tác theo định hướng sinh học thông qua việc giảm tải phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật hóa học, chú trọng sử dụng các sản phẩm phân - thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc từ vi sinh vật có lợi cho cây trồng là tâm điểm đáng chú ý trong nông nghiệp bền vững. Nguồn vi sinh vật có lợi trong cây trồng đã được nghiên cứu từ rất lâu và mang lại hiệu quả tốt trong việc tăng năng suất và chất lượng nông sản.
Tuy nhiên, để phát triển và có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp bền vững, việc nghiên cứu sâu hơn về tác động của vi sinh lên khả năng tăng cường chất dinh dưỡng, sinh trưởng ở cây trồng, đặc biệt là nhóm cây họ đậu, cũng như sự tương tác giữa hệ vi sinh vật đất và cây trồng là những nghiên cứu mang tính thiết thực nhất, tạo nền tảng cho xây dựng và phát triển nền nông nghiệp bền vững. Tăng cường chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn cộng sinh có định đạm trên cây họ đậu đã được biết đến trong nhiều nghiên cứu trước đây. Những nghiên cứu chứng minh sự cộng sinh này đã được bat đầu vào thé kỷ 19 và nó đã cho thay rằng vi khuẩn hiện diện trong các nốt san trên rễ cây họ đậu có chức năng trong việc có định N: trong khí quyền (Deshwal và ctv, 2011; Malisorn và Prasarn, 2014). Vi khuẩn Rhizobia thuộc nhóm vi khuẩn ơ-Proteobacteria sống trong đất, chúng có khả năng cố định N2 trong mối quan hệ cộng sinh với cây họ đậu.
Sự cộng sinh của vi khuẩn Rhizobia và cây họ đậu là sự tương sinh hỗ trợ, được nghiên cứu rộng rãi vì cây họ đậu là cây lương thực quan trọng. Ước tính được rằng vi khuẩn Rhizobia sông cộng sinh với gần 100 cây họ đậu trong ngành nông nghiệp và chiếm hơn một nửa trên hệ sinh thái vi khuẩn có định đạm trong đất (Zahran, 1991; Sobti va ctv, 2015). Ung dung vi khuan Rhizobia dé tang độ phi nhiêu cho đất, năng suất cây trồng nông nghiệp là một giải pháp dé dàng va tốn chi phí thấp (Shahzad và ctv, 2012; Sobti va ctv, 2015). Vi khuẩn Rhizobia xâm nhập vào rễ cây một cách hiệu quả và giúp tăng sự phát triển của cây thông qua việc sản xuất các hormone tang trưởng thực vật (Deshwal và ctv, 2011; Malisorn và Prasarn, 2014).
Cùng với những tóm lượt bên trên, việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân bón, các chế phẩm, hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật đang được quan tâm, nghiên cứu và phát triển mạnh trên thế giới cũng như trong nước. Việc khai thác được nguồn vi sinh vật bản địa có lợi cho cây trồng, phù hợp với từng vùng canh tác và từng nhóm cây trồng là những nghiên cứu cơ bản tạo tiền dé cho phát triển nông nghiệp bền vững. Do đó, đề tài “Phân lập, định danh và tuyển chọn các dòng vi khuẩn Rhizobia có khả năng kích thích nảy mam, tăng trưởng ở quy mô phòng thí nghiệm” được thực hiện, nhằm hướng đến việc tuyên chọn các chủng Rhizobia có khả năng khích thích sinh trưởng - phát triển cây trồng và phục vụ cho sản xuất phân bón trong tương lai. Mục tiêu nghiên cứu Phân lập và định danh ở mức độ loài vi khuẩn Rhizobia trên cây họ đậu tại khu vực tỉnh Đồng Nai, Đồng Tháp và Cần Thơ.
Tuyển chọn được các dòng vi khuẩn Rhizobia có khả năng khích thích nay mam, tăng trưởng ở cây họ đậu và chịu được điều kiện tự nhiên bắt lợi nhằm hướng tới sản xuất chế phẩm sinh học. Nội dung thực hiện Đề tài được thực hiện tại Phòng Nghiên cứu, Chi nhánh Trung tâm Nghiên cứu — Phát triển, Công ty Cô phần Phân bón Dầu khí Ca Mau với những nội dung như sau: Nội dung 1: Thu thập mẫu rễ đậu và phân lập. Nội dung 2: Định danh các dòng phân lập bằng sinh học phân tử. Nội dung 3: Khảo sát đặc tinh sinh lý và sinh hóa của các chủng Rhizobia.
Nội dung 4: Đánh giá khả năng kích thích nảy mầm và sinh trưởng lên cây họ đậu. TONG QUAN TAI LIEU 2. Giới thiệu chung về vi khuẩn Rhizobia 2. Phần loại nhóm vỉ khuẩn cố định đạm Theo Saharan và Nehra (2011), vi sinh vật tham gia vào tiến trình có định đạm - Rhizobia bao gồm 3 nhóm chính như sau: Nhóm vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh bắt buộc với rễ cây họ đậu gồm các chi Rhizobium, Bradyrhizobium, Burkholderia, Sinorhizobium va Mesorhizobium (Saharan và Nehra, 2011).
Nhóm cô định đạm sống cộng sinh với rễ không thuộc cây họ đậu gồm Frankia và vi khuẩn lam. Nhóm vi khuẩn cô định đạm sống tự đo có thé liên kết hoặc nội sinh vào bên trong các bộ phận của cây như: Azospirillum, Azotobacter, Acetobacter diazotrophicus, Azoarcus, , Klebsiella và Clostridium. Vi khuẩn cố định đạm cộng sinh thuộc cây họ đậu Nhóm vi sinh vật cộng sinh đóng vai trò quan trọng nhất cho quá trình cố định đạm trong đất. Hiện nay, hệ vi sinh vật cộng sinh và có khả năng cé định đạm được tìm thấy ở vùng rễ của hơn 600 loài cây trồng, đặc biệt là cây họ đậu (Leguminosales) (Saharan và Nehra, 2011).
Chi Rhizobium là nhóm vi khuẩn chính, có khả năng sinh trưởng nhanh và có hoạt động có định đạm mạnh nhất (Saharan và Nehra, 2011). Ngoài ra, một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chi Bradyrhizobium thuộc nhóm vi khuẩn sinh trưởng chậm, có khả năng cô định đạm và tạo nốt san ở rễ ở cây đậu nành và đậu phộng (Saharan và Nehra, 2011; Karthik và ctv, 2017). Vi khuẩn có định đạm cộng sinh với cây không thuộc họ đậu Hai nhóm vi khuẩn cố định đạm cộng sinh với cây không thuộc họ đậu được nghiên cứu rộng rãi gồm Frankia và vi khuẩn lam. Trong đó, Frankia là đại diện của vi khuẩn xạ khuẩn có định đạm và có một số đặc cô định đạm không chỉ trong điều kiện sống tự do mà còn cộng sinh với trên 200 loài thực vật không thuộc họ đậu (Kucho và ctv, 2017).
Theo Nguyễn Lân Dũng (1984), rất nhiều loài vi khuẩn lam sống trong ruộng, nước đã được chứng minh là có khả năng cố định đạm. Chúng đã góp phan không nhỏ vào cân bằng nguồn đạm cho nông nghiệp ở nhiều nước, nhất là các nước nhiệt đới (Nguyễn Lân Dũng, 1985). Vi khuẩn cố định đạm sống tự do Vi khuẩn cô định đạm tự do có vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra nguồn đạm cho cây trồng sử dụng. Nhóm vi khuẩn có định đạm sống tự do nảy có thé tạo ra lượng chất hữu cơ đáng kê.
Một hạn chế chính mà vi khuẩn nhóm này gặp phải đó là sự thiếu hụt nguồn carbon và nguồn năng lượng cho quá trình cố định dam, vì tiến trình có định đạm cần nhiều năng lượng. Tuy nhiên, hạn chế này có thể được khắc phục. Một số vi khuân nhóm này có thé di chuyển gan rễ cây dé liên kết hoặc nội sinh bên trong rễ cây (Lê Thị Xã, 2021). Phân loại vi khuẩn Rhizobia Các loại vi khuẩn có định đạm cộng sinh trên cây họ đậu thuộc các chi khác nhau của bộ Rhizobiales được gọi chung là Rhizobia (Soto va ctv, 2006).
Việc phân loại vi khuẩn Rhizobia đã trải qua một sự thay đôi đáng ké trong những năm gan đây do việc bồ sung một số chi và loài mới cho nhóm vi khuẩn quan trọng này. Ngày càng có nhiều dòng vi khuan Rhizobia được phân lập và xác định đặc điểm mỗi ngày. Thông qua đó, nhiều loài vi khuân mới đã được xác định và phân nhóm cụ thể hơn (Berrada và Fikri- Benbrahim, 2014). Hiện nay, vi khuẩn Rhizobia được công bố hợp lệ bao gồm 98 loài trong 13 chi.
Hầu hết các loài vi khuẩn này thuộc họ Rhizobiacae trong alpha- proteobacteria và thuộc các chi Rhizobium, Mesorhizobium, Ensifer hoặc Bradyrhizobium. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng còn có nhiều loài thuộc Rhizobia khác ngoài những loài này (Weir, 2016). Cac chi thuộc Rhizobia bao gồm: Chi Rhizobium được mô tả bởi Frank vào năm 1889 hiện có 49 loài, chi Mesorhizobium được mô tả bởi Jarvis và cộng sự vào năm 1997 hiện tại có 21 loài, chi Ensifer (trước đây là Sinorhizobium) được mô tả bởi Chen và cộng sự vào năm 1988 hiện có 17 loài, chi Bradyrhizobium được Jordan mô tả năm 1982 hiện bao gồm 9 loài, chi Burkholderia hiện có 7 thành viên chi này đã được đặt tên, chi Phyllobacterium hiện có 3 loài, chỉ Microvirga gồm 3 loài, chi Azorhizobium gồm có 2 loài, chi Ochrobactrum hiện có 2 loài, chi Methylobacterium, Cupriavidus, Devosia, Shinella đều có một loài duy nhất (Weir, 2016). Bên cạnh đó, nhiều chủng Pseudomonas fluorescens thường tìm thay trong đất và vùng rễ cũng được phân loại là vi khuẩn Rhizobia giúp tăng trưởng ở thực vật (Cook va ctv, 1995).
Ngoài ra, một số cách phân loại khác cũng được sử dụng cho việc xác định vi khuẩn Rhizobia dựa vào tốc độ phát triển của khuẩn lạc trên môi trường thạch nuôi cấy bao gồm nhóm vi khuẩn phát triển nhanh và phát triển chậm. Một số dòng vi khuẩn đã được nghiên cứu như: Rhizobium meliloti — nhóm vi khuan phát triển nhanh sống cộng sinh với cây linh lăng có chu kỳ sinh trưởng 2 — 4 giờ và hình thành khuẩn lạc có đường kính 2 — 4 mm sau 3 — 5 ngày nuôi cấy trên môi trường thạch. Nhóm vi khuan phát triển chậm điền hình như Bradyrhizobium japonicum, sông cộng sinh với cây đậu tương hoặc Bradyrhizobium sp. (lupines) trong cỏ lupin.