Đặt vấn đề Kẽm (Zn) là một vi chất dinh dưỡng cần thiết với thực vật, do nó có vai trò quan trọng trong việc xúc tác một số phản ứng trao đổi chất ở thực vật. Kẽm là một yếu tố không thể thiếu của hàng nghìn protein trong hệ thống sinh học và tham gia xúc tác hơn 300 loại enzyme (Zastrow & Pecoraro, 2014). Kẽm có vai trò quan trọng đối với khả năng chống lại các áp lực môi trường, quang hợp, chuyển hoá nitơ và carbohydrate, tổng hợp và hình thành protein, điều tiết auxin và sản xuất các enzyme chống oxy hoá (Azhar Hussain et al. Mặc dù đóng vai trò quan trọng đối với thực vật xong sự thiếu hụt kẽm trong đất đang gây ra nguy cơ nghiêm trọng cho nền nông nghiệp bền vững trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, thực vật chỉ có thể hấp thụ kẽm ở dạng hoà tan Zn2+. Một số loại đất nông nghiệp đang thiếu kẽm diện rộng được coi là nguyên nhân chính làm giảm năng suất cây trồng trên toàn thế giới (Fageria et al. Trong một nghiên cứu khác vào năm 2008, Robin Graham đã khẳng định rằng Zn là yếu tố ưu tiên hàng đầu trong số các vi chất dinh dưỡng cho việc giải quyết các vẫn đề trong nông nghiệp (Robin Graham, 2008). Trong nông nghiệp, lúa là cây lương thực quan trọng với hầu hết dân số thế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển.
Theo nghiên cứu của Gandhi và cộng sự năm 2016 đã chỉ ra rằng tầm quan trọng của việc sử dụng vi chất dinh dưỡng vẫn chưa được xem xét nhiều trên cây lúa, đặc biệt đối với nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng trong việc hình thành enzyme như kẽm (Gandhi & Muralidharan, 2016). Thiếu kẽm trong lúa khiến cây còi cọc, vàng lá. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng thiếu kẽm ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển bình thường của các mô hoa, khả năng ra hoa, thụ phấn và đậu quả, đồng thời dẫn đến chậm phát triển chồi, úa lá, giảm kích thước lá, nhạy cảm với nhiệt, ánh sáng, dễ nhiễm nấm cũng như ảnh hưởng đến năng suất hạt, sự hình 1 thành phân hoa, phát triển rễ, hút và vận chuyển nước cho cây theo công bố của các tác giả Alloway, 2004; Tavallali et al. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu của về vi sinh vật thúc đẩy tăng trưởng thực vật đang phát triển theo hướng tiếp cận mới và thân thiện với môi trường để cải thiện tính sẵn có của chất dinh dưỡng trong đất (Maqshoof Ahmad et al.
Các nhà khoa học đã và đang tập trung nghiên cứu và phát triển phân bón Zn hiệu quả và tiết kiệm chi phí để tăng cường khả năng hấp thụ Zn ở thực vật. Nhiều loại phân bón hữu cơ và khoáng khác nhau được sử dụng để khắc phục tình trạng 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. Tuy nhiên, hạn chế chính của việc sử dụng phân bón kẽm là nó chỉ được cố định nhanh chóng trong đất mà không có sẵn trong cây trồng (Kathleen Hefferon, 2019).
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 Zn mà còn tham gia vào các quá trình sản xuất phytohormon, cố định N2, tăng cường khả năng chống chịu của cây. Song song với việc sử dụng phân bón hữu cơ để bổ sung các chất dinh dưởng cho cây trồng sử dụng các vi sinh vật có khả năng cải thiện các chất dinh dưỡng sẵn có trong đất đồng thời thúc đẩy tăng trưởng thực vật trong đất nông nghiệp cũng được coi là quan trọng. Một số chủng vi khuẩn đã và đang được nghiên cứu về khả năng phân giải kẽm giúp thúc đẩy sinh trưởng thực vật như các chủng vi khuẩn Gluconacetobacter sp.,… Sử dụng vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh 2 trưởng ở thực vật (PGPR) đang dần trở thành một phương pháp thay thế phân bón hoá học, thuốc trừ sâu.
Vì vậy, đề tài: “Phân lập, tuyển chọn và định danh một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giải kẽm và kích thích sinh trưởng thực vật từ đất vùng rễ lúa” được tiến hành nghiên cứu. Mục đích của đề tài Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích phân lập, tuyển chọn và định danh một số chủng vi khuẩn phân giải kẽm từ đất vùng rễ lúa và phân tích ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn này đến tỷ lệ nảy mầm, khả năng sinh trưởng và sinh khối của cây lúa. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu này nhằm cung cấp thêm một số hiểu biết, dẫn liệu khoa học về đặc điểm sinh học và điều kiện thích hợp để nhân giống một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giải kẽm và kích thích sinh trưởng thực vật được phân lập từ đất vùng rễ lúa. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của nghiên cứu này giúp tuyển chọn được các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải kẽm tốt, làm tăng tỷ lệ nảy mầm, khả năng sinh trưởng và sinh khối cây lúa nhằm tạo nguồn vật liệu quan trọng cho sản xuất chế phẩm sinh học, phân bón vi sinh, góp phần xây dựng nền nông nghiệp sạch và bền vững.
3 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Lịch sử nghiên cứu kẽm Kẽm (Zn) là một kim loại quan trọng đối với sự sống, có số nguyên tử là 30, nguyên tử khối là 65,37. Các nhà khoa học đã tuyên bố rằng sau các nguyên tố đa lượng N, P và K, Zn là nguyên tố vi lượng quan trọng nhất. Các nghiên cứu về tầm quan trọng của Zn được nghiên cứu lần đầu tiên trên thực vật vào năm 1869; năm 1934, thí nghiệm đầu tiên được thực hiện trên động vật và vào năm 1961 đối với con người.
Một số nghiên cứu về tầm quan trọng của kẽm đối với sức khoẻ con người, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng kẽm được hấp thụ thụ động qua con đường nội bào, hấp thụ trực tiếp đến gan và sau đó được giải phóng vào hệ tuần hoàn để phân phối đến các mô khác. Khoảng 70% lượng kẽm trong tuần hoàn được liên kết với albumin, và ở bất kỳ tình trạng nào làm thay đổi nồng độ albumin huyết thanh đều có thể ảnh hưởng thứ cấp đến nồng độ kẽm huyết thanh. Mặc dù, kẽm huyết thanh chỉ chiếm 0,1% lượng kẽm toàn cơ thể, nhưng lượng kẽm tuần hoàn chuyển hóa nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu của mô (Fao Joint, 2004; Sławomir Tubek, 2007; Nazanin Roohani et al. Ngoài phosphate, các chất vi lượng như Zn, Fe, và Mn đều bị thiếu trong hầu hết các loại đất được tìm thấy trong khi Zn là vi chất dinh dưỡng quan trọng nhất trên khắp thế giới (Alloway, 2004).
Kẽm cũng là một vi chất dinh dưỡng quan trọng cần thiết cho sự phát triển tối ưu của cây trồng. Vai trò quan trọng của kẽm trong việc thúc đẩy sinh trưởng, phát triển, tăng năng suất cây trồng, bảo vệ và chống lại các mầm bệnh. Tại Pakistan, hơn 70% đất bị thiếu Zn với nguồn kẽm phổ biến là nguồn ZnSO4. Có 33% lượng Zn được sử dựng để bón cung cấp cho cây trồng nhưng chỉ có 4 – 8 % lượng Zn được hấp thụ, phần còn lại tồn dư lại trong đất 4 (Azhar Hussain et al.
Theo công bố của Saravanan và cộng sự năm 2007, chủng vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus có khả năng phân giải kẽm tốt nhất với nguồn ZnO so với hai nguồn kẽm còn lại là ZnCO3 và Zn3(PO4) (Saravanan et al. Vai trò của kẽm Kẽm (Zn) là một nguyên tố vi lượng quan trọng và cần thiết cho sự sống. Trong cơ thể con người, kẽm là thành phần không thể thiếu. Kẽm có vai trò quan trọng liên quan đến tăng trưởng và phân chia tế bào, tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào, tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể, hoạt hoá nhiều enzyme khác nhau, duy trì tế bào gốc, phát triển hệ xương và tái tạo hệ thần kinh võng mạc.
Đồng thời giúp duy trì tính ổn định của màng sinh học, sự biểu hiện của hormone, lưu trữ insulin ở tuyến tuỵ và đóng góp một phần quan trọng trong việc hỗ trợ các chức năng cảm giác. Ngoài ra, kẽm còn giúp tổng hợp DNA và RNA, kích hoạt tế bào miễn dịch RNA, phiên mã, sao chép DNA và tăng cường khả năng chống nhiễm trùng của hệ thống miễn dịch (Claudia Schubert et al. Nhu cầu Zn của một người trưởng thành là 9 – 18 mg/ngày (Shams Tabrez Khan, 2021). So với người lớn, trẻ sơ sinh, trẻ em, thanh thiếu niên, phụ nữ có thai và cho con bú là nhóm đối tượng có nhu cầu về kẽm cao.
Trong việc phát triển chiều cao, cân nặng của trẻ sơ sinh, trẻ em và thanh thiếu niên thì kẽm đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Chức năng của kẽm đối với sức khoẻ con người đã được các nhà khoa học nghiên cứu và thừa nhận trong gần nửa thế kỳ từ khi phát hiện ra các hội chứng biểu hiện sự thiếu kẽm ở một thanh niên người Iran. Vào năm 1961, lần đầu tiên một nam giới 21 tuổi ở Iran bị hội chứng thiếu máu, thiểu năng sinh dục và bệnh lùn do ăn kiêng bánh mì, khoai tây và sữa dẫn đến thiếu kẽm. Từ đó, thiếu kẽm ở người hiện được biết đến là một vấn đề suy dinh dưỡng quan trọng trên toàn thế giới.
Nó dần phổ biến hơn ở các khu vực sử dụng nhiều ngũ cốc và ít tiêu thụ thức ăn động vật. Các vi chất dinh dưỡng quan trọng cho sự trao 5 đổi chất ở người được bổ sung qua việc ăn uống thức ăn từ động thực vật giàu K, Na, P, Mg,… và đặc biệt là các vi chất dinh dưỡng có chức năng quan trọng như Zn, Cl, S, Mo,…. Thiếu kẽm ở trẻ em có thể dẫn đến các vẫn đề về sức khoẻ như tiêu chảy, hệ miễn dịch kém, viêm phổi, giảm sức đề kháng. Ngoài ra, thiếu kẽm còn ảnh hưởng đến hoạt động của não và gan.
Đối với thực vật, 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.