Giáo trình Hoạt tính vi sinh vật đất - ThS. Bạch Phương Lan

Nội dung text: Giáo trình Hoạt tính vi sinh vật đất - ThS. Bạch Phương Lan

1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT F 7 G GIAÙO TRÌNH HOAÏT TÍNH VI SINH VAÄT ÑAÁT ( Giaûng cho sinh vieân naêm thöù tö chuyeân ngaønh COÂNG NGHEÄ SINH HOÏC ) ThS. BAÏCH PHÖÔNG LAN 2004
2. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 1 - MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC - 1 - Lôøi taùc giaû - 3 - CHÖÔNG I. QUAN HEÄ GIÖÕA VI SINH VAÄT VAØ CAÂY TROÀNG - 4 - I. CAÙC KIEÅU QUAN HEÄ GIÖÕA VI SINH VAÄT VAØ CAÂY TROÀNG - 4 - 1. Hôïp sinh - 4 - 2. Hoaïi sinh vaø baùn hoaïi sinh - 4 - 3. Coäng sinh - 4 - 4 . Quan heä kyù sinh vaø baùn kyù sinh - 4 - 5. Quan heä phuï sinh - 5 - II. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA VSV ÑOÁI VÔÙI CAÂY TROÀNG - 5 - 1. AÛnh höôûng coù lôïi (quan heä töông hoã) - 5 - 2. AÛnh höôûng coù haïi (quan heä ñoái khaùng) - 6 - III. SÖÏ PHAÂN BOÁ CUÛA VSV ÑAÁT - 6 - 1.Khu heä VSV vuøng quanh reã: - 7 - 2. Khu heä VSV ngoaøi reã: - 8 - CHÖÔNG II. NHÖÕNG HOAÏT ÑOÄNG CHUÛ YEÁU CUÛA VI SINH VAÄT ÑAÁT - 10 - I. VÒ TRÍ CUÛA VI SINH VAÄT TRONG HEÄ SINH THAÙI - 10 - II. CAÙC QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUYÛ CUÛA VSV ÑAÁT - 10 - 1. Phaân huyû hôïp chaát glucid - 10 - 2. Phaân giaûi hôïp chaát khoâng chöùa ñaïm khaùc - 13 - 3. Phaân giaûi hôïp chaát chöùa nitô - 16 - 4. Phaân giaûi hôïp chaát chöùa laân trong ñaát - 25 - 5. Phaân giaûi caùc hôïp chaát chöùa löu huyønh - 26 - 6. Nhoùm vsv quang hôïp soáng trong ñaát - 27 - 7. Nhoùm vi sinhvaät leân men lactic trong ñaát - 29 - CHÖÔNG III. VI SINH VAÄT GAÂY BEÄNH CAÂY - 30 - I. CÔ CHEÁ CHUNG CUÛA QUAÙ TRÌNH GAÂY NHIEÃM BEÄNH CAÂY - 30 - 1. Ñaëc ñieåm trao ñoåi chaát cuûa VSV gaây beänh - 30 - 2. Quaù trình xaâm nhieãm vaø laây lan (goàm boán giai ñoaïn) - 30 - II. CAÙC NHOÙM VI SINH VAÄT GAÂY BEÄNH - 31 - 1. Vi khuaån gaây beänh caây - 31 - 2. Virus gaây beänh caây - 32 - 3. Naám gaây beänh caây - 32 - 4. Nhoùm xaï khuaån gaây beänh caây - 34 - III. CAÙC BIEÄN PHAÙP SINH HOÏC TRONG PHOØNG CHOÁNG BEÄNH CAÂY - 34 - 1. Cô sôû khoa hoïc cuûa vieäc söû duïng caùc bieän phaùp sinh hoïc trong phoøng choáng beänh caây - 34 - 2. Moät soá bieän phaùp ñang ñöôïc söû duïng taïi Vieät Nam - 35 - 3 . Ñieàu cheá vaø söû duïng caùc thuoác tröø saâu sinh hoïc trong baûo veä thöïc vaät - 38 - 4. Thuùc ñaåy caùc phaûn öùng mieãn dòch baûo veä cuûa caây - 40 - 5. Caùc bieän phaùp ñaáu tranh sinh hoïc khaùc - 41 - ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
3. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 2 - CHÖÔNG IV. COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT PHAÂN BOÙN VI SINH - 43 - I. QUAÙ TRÌNH HÌNH THAØNH VAØ PHAÂN GIAÛI CHAÁT MUØN TRONG ÑAÁT NHÔØ VSV - 43 - II. CAÙC DAÏNG COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT PHAÂN VSV HIEÄN COÙ - 44 - 1. Nhoùm coâng ngheä A - 44 - 2. Nhoùm coâng ngheä B - 45 - CHÖÔNG V. TAÙC ÑOÄNG QUA LAÏI GIÖÕA HEÄ SINH THAÙI ÑAÁT VÔÙI KHU HEÄ VI SINH ÑAÁT - 49 - I. HEÄ SINH THAÙI TOAØN CAÀU - 49 - 1. Söï hình thaønh quaû ñaát vaø khí quyeån - 49 - 2. Doøng naêng löôïng cuûa heä sinh thaùi - 50 - 3. Söï dieãn theá sinh thaùi - 50 - 4. Caùc chu trình sinh ñòa hoaù - 50 - II. HEÄ SINH THAÙI ÑAÁT - 51 - 1. Moät soá ñaëc tröng cô baûn cuaû heä sinh thaùi ñaát (HSTÑ) - 51 - 2. Taùc ñoäng cuûa vi sinh vaät ñoái vôùi heä sinh thaùi ñaát - 51 - ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
4. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 3 - LÔØI TAÙC GIAÛ Chuyeân ñeà Hoaït Tính Vi Sinh Vaät Ñaát duøng ñeå giaûng cho sinh vieân chuyeân ngaønh Coâng Ngheä Sinh Hoïc vôùi thôøi löôïng 30 tieát. Ñieàu kieän tieân quyeát laø tröôùc khi nghe giaûng moân hoïc naøy sinh vieân ñaõ ñöôïc hoïc qua caùc giaùo trình cô sôû thuoäc lónh vöïc Sinh Hoïc, bao goàm : - Sinh Hoïc Teá Baøo - Vi Sinh Vaâït Hoïc ñaïi cöông - Hoaù Sinh Hoïc ñaïi cöông - Sinh Lyù Thöïc Vaät Vì lyù do treân, trong taøi lieäu naøy khoâng nhaéc laïi nhöõng kieán thöùc cô baûn maø sinh vieân ñaõ ñöôïc trang bò ôû caùc naêm hoïc tröôùc – tröø tröôøng hôïp coù yeâu caàu rieâng. Taøi lieäu naøy cuõng chæ ñeà caäp ñeán nhöõng kieán thöùc coát loõi veà caùc hoaït ñoäng sinh hoïc cuûa khu heä vi sinh vaät ñaát vaø moái töông taùc giuõa chuùng vôùi caùc yeáu toá coù maët trong Heäï Sinh Thaùi Ñaát, ñaëc bieät laø vôùi caây troàng – coù theå xem nhö ñaây laø phaàn cöùng cuûa baøi giaûng. Trong quaù trình giaûng daäy, giaûng vieân seõ phaùt trieån baøi giaûng theo höôùng môû roäng vaø naâng cao kieán thöùc; ñoàng thôøi coù theå boå sung nhöõng thoâng tin coù lieân quan theo höôùng caäp nhaät nhöõng thaønh töïu môùi trong Khoa Hoïc - Coâng Ngheä. Ñeå laøm toát vòeâc caäp nhaät, giaûng vieân raát neân khuyeán khích sinh vieân cuøng tham gia truy caäp treân maïng vaø theo doõi caùc taïp chí chuyeân ngaønh – thoâng qua ñoù reøn luyeän cho sinh vieân kyõ naêng töï hoïc vaø kyõ naêng xöû lyù taøi lieäu tham khaûo. Hy voïng raèng nhöõng trang vieát naøy coøn coù theå duøng laøm tö lieäu cho vieäc nghieân cöùu vaø hoïc taäp ôû caùc lónh vöïc laân caän (nhö Vi Sinh Troàng Troït, Baûo Veä Thöïc Vaät ). Taùc giaû raát mong nhaän ñöôïc nhöõng yù kieán ñoùng goùp cuûa caùc baïn ñoàng nghieâp vaø caùc nhaø chuyeân moân trong caùc lónh vöïc coù lieân quan ñeå laàn taùi baûn sau ñöïôïc hoaøn thieän hôn. Trong quaù trình bieân soaïn, chuùng toâi ñaõ nhaän ñöôïc söï hôïp taùc tích cöïc cuûa CN. Nguyeãn Khoa Tröôûng trong vòeâc söu taàm taøi lieäu vaø trình baày baûn thaûo treân maùy vi tính, xin chaân thaønh caùm ôn! Ñaø Laït / thaùng 4/ 2004 Th.S Baïch Phöông Lan ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
5. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 4 - CHÖÔNG I. QUAN HEÄ GIÖÕA VI SINH VAÄT VAØ CAÂY TROÀNG I. CAÙC KIEÅU QUAN HEÄ GIÖÕA VI SINH VAÄT VAØ CAÂY TROÀNG Giöõa vi sinh vaät (VSV) vaø caây troàng coù moái quan heä qua laïi vôùi nhau, coù nhöõng moái quan heä trong ñoù VSV vaø caây troàng chæ laø soáng chung trong moät khu vöïc chöù khoâng xaâm nhaäp vaøo caây, nhöng cuõng coù khi VSV xaâm nhaäp vaøo moät vuøng naøo ñoù, moät moâ naøo ñoù cuûa caây. Caû hai kieåu quan heä naøy ñeàu coù maët lôïi maët haïi cuûa noù, nghóa laø coù maët ñoái khaùng vaø maët töông taùc. 1. Hôïp sinh Thöïc vaät vaø VSV cuøng soáng treân moät maûnh ñaát vaø söû duïng nhöõng saûn phaåm trao ñoåi chaát cuûa nhau, nhöng hoaït ñoäng soáng cuûa moãi moät beân thì hoaøn toaøn ñoäc laäp vôùi beân kia vaø caû hai ñeàu sinh tröôûng vaø phaùt trieån bình thöôøng. 2. Hoaïi sinh vaø baùn hoaïi sinh Hoaïi sinh: VSV soáng baèng caùch phaân huyû caùc hôïp chaát höõu cô trong xaùc cheát thöïc vaät ñeå duøng laøm cô chaát dinh döôõng vaø sinh naêng löôïng, do vaäy chæ coù VSV sinh tröôûng vaø phaùt trieån bình thöôøng, coøn caây troàng ñaõ cheát vaø muïc röõa, do vaäy trong kieåu quan heä naøy VSV ñoùng vai troø laø ñoái töôïng tieâu thuï baèng hình thöùc phaân huyû. Ñieån hình cho moái quan heä naøy theå hieän qua quaù trình phaân huyû caùc hôïp chaát cacbon, nitô, phospho, kali, löu huyønh trong ñaát. Baùn hoaïi sinh: bình thöôøng VSV soáng hoaïi sinh nhöng trong nhöõng ñieàu kieän naøo ñoù noù trôû thaønh kí sinh, luùc ñoù noù xaâm nhaäp vaøo nhöõng cô theå thöïc vaät chöa cheát nhöng thöôøng xaâm nhaäp vaøo caùc cô theå coù veát thöông, caùc cô theå ñang laõo hoaù, giaø coõi. 3. Coäng sinh Vi sinh vaät vaø thöïc vaät lieân keát chaët cheõ vôùi nhau vaø phuï thuoäc laãn nhau trong moät loaït nhöõng hoaït ñoäng sinh hoïc chung, treân cô sôû hai beân cuøng coù lôïi, nhöng baét buoäc VSV phaûi soáng trong teá baøo hoaëc moät loaïi moâ nhaát ñònh cuûa caây chuû (goïi ñoù laø vò trí caûm thuï ñaëc hieäu). Trong quaù trình coäng sinh nhö vaäy caây cung caáp chaát dinh döôõng cho VSV baèng caùch nhöôøng cho noù nhöõng saûn phaåm thu ñöôïc nhôø quang hôïp, ngöôïc laïi VSV sau khi ñaõ tieáp nhaän nhöõng nguyeân lieäu vaø caùc chaát dinh döôõng töø caây thì tieán haønh caùc hoaït ñoäng soáng ñaëc tröng cuûa mình roài traû laïi cho caây nhöõng saûn phaåm trao ñoåi chaát quí vaø do vaäy coù theå noùi chuùng nuoâi döôõng laãn nhau. Ví duï: - Söï coäng sinh giöõa vi khuaån noát saàn Rhizobium vôùi reã caây hoï ñaäu. - Söï coäng sinh giöõa thanh khuaån coá ñònh nitô vaø beøo hoa daâu - Söï coäng sinh giöõa naám vaø taûo treân ñòa y. 4 . Quan heä kyù sinh vaø baùn kyù sinh Kyù sinh: VSV ñoùng vai troø kí sinh coøn thöïc vaät laøm vaät chuû vaø VSV seõ ñaáu tranh vôùi caây chuû ñeå giaønh nguyeân lieäu dinh döôõng vaø giaønh laáy söï sinh toàn. Caây ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
6. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 5 - chuû cuõng tìm moïi caùch ñeå tieâu dieät vi khuaån nhaèm choáng laïi söï gaây nhieãm. Keát quaû söï ñaáu tranh laø moät trong hai beân bò thua, do vaäy, caây hoaëc mang beänh hoaëc VSV bò tieâu dieät hoaøn toaøn, thoâng thöôøng veà phía caây chuû seõ trôû neân roái loaïn trao ñoåi chaát , mang nhöõng hình daïng baát bình thöôøng, ñoù laø nhöng caây bò beänh. Baùn kyù sinh: bình thöôøng laø nhöõng loaøi VSV kyù sinh nhöng trong tröôøng hôïp ñaëc bieät naøo ñoù thì noù khoâng chui vaøo teá baøo vaø moâ cuûa caây chuû maø soáng hoaïi sinh. Thoâng thöôøng trong moái quan heä kyù sinh vaø baùn kyù sinh giöõa VSV vaø caây chuû theå hieän chuyeân hoùa ñaëc bieät. Moãi loaïi caây thöôøng bò xaâm nhieãm bôûi moät loaïi VSV naøo ñoù vaø ngöôïc laïi moãi loaïi VSV chæ xaâm nhaäp vaøo moät loaïi caây. Nhoùm VSV vaät kyù sinh treân caây ñöôïc goïi laø nhoùm VSV gaây beänh caây. 5. Quan heä phuï sinh Vi sinh vaät cuõng seõ soáng nhôø treân moät boä phaän naøo ñoù cuûa caây döôùi daïng “soáng göûi” nhöng khoâng tieát ra chaát ñoäc ñeå huûy hoaïi teá baøo vaø moâ caây chuû, ñoàng thôùi cuõng khoâng nhaân leân nhieàu ñeán möùc phaù vôõ vaø laøm cheát caây chuû maø noù chæ xin cuûa caây chuû moät ít chaát dinh döôõng ôû möùc khoâng phaù vôõ caây. Boïn VSV naøy voâ haïi hoaëc haïi khoâng ñaùng keå. II. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA VSV ÑOÁI VÔÙI CAÂY TROÀNG Thoâng qua nhöõng moái quan heä keå treân,VSV coù aûnh höôûng ñoái voái caây troàng theo hai höôùng : 1. AÛnh höôûng coù lôïi (quan heä töông hoã) Theå hieän chuû yeáu trong nhoùm VSV soáng hoaïi sinh, hôïp sinh vaø coäng sinh. Noù cung caáp cho caây nhöõng nguyeân lieäu quyù caàn thieát cho söï trao ñoåi chaát. Coù theå ñoái vôùi boïn hôïp sinh vaø hoaïi sinh laø laøm taêng cöôøng söï maøu môõ cuûa ñaát troàng coøn boïn coäng sinh laø cung caáp nhöõng saûn phaåm trao ñoåi chaát cho caây chuû. Nhöõng chaát chuû yeáu maø VSV cung caáp laø: - + - Nhöõng saûn phaåm phaân giaûi protein döôùi daïng NO3 vaø NH4 ; - Caùc saûn phaåm phaân giaûi tinh boät, cellulose vaø caùc saûn phaåm daïng hydratcarbon noùi chung döôùi daïng carbon voâ cô; - Saûn phaåm phaân giaûi cuûa laân höõu cô vaø laân khoù tan döôùi daïng phospho deã tan, acid phosphoric, carbonat; - Vi sinh vaät tieát ra caùc chaát kích thích sinh tröôûng vaøo ñaát hoaëc vaøo caây, nhö gibberellin, auxin, caùc vitamin vaø moät vaøi loaïi enzyme; - VSV giaûi ñoäc cho caây vaø chöõa beänh cho caây: ví duï caùc vi khuaån phaân giaûi löu huyønh sulfat hoùa bieán daïng H2S laøm thoái reã caây sang daïng SO4 voâ haïi, hoaëc caùc loaïi xaï khuaån vaø moät soá vi khuaån tieát chaát khaùng sinh tieâu dieät maàm beänh; - Moät soá vi khuaån coù khaû naêng tieát ra ñoäc toá dieät coân truøng haïi caây ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
7. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 6 - 2. AÛnh höôûng coù haïi (quan heä ñoái khaùng) Theå hieän ôû hai daïng: - Tröïc tieáp gaây beänh caây(do nhoùm VSV kyù sinh) - Tieát vaøo ñaát nhöõng chaát ñoäc (theå hieän ôû nhoùm hôïp sinh vaø hoaïi sinh) Ví duï: boïn vi khuaån phaûn sulfat hoùa tieát ra H2S, moät soá boïn VSV gaây thoái röõa tieát ra indol laø hôïp chaát ñoäc vôùi caây, soá khaùc tieát ra nhöõng saûn phaåm trao ñoåi chaát ñaëc tröng nhöng gaây ñoäc cho caây. Moät soá loaïi naám tieát ra nhöõng acid höõu cô maø ôû noàng ñoä raát thaáp cuõng ñaõ gaây ñoäc cho caây. Ngoaøi ra coøn coù nhoùm vi khuaån phaûn nitrat hoùa - bieán NO2 thaønh N2 do vaäy laøm thieáu huït nguoàn dinh döôõng ñaïm. III. SÖÏ PHAÂN BOÁ CUÛA VSV ÑAÁT Khu heä Vi sinh vaät ñaát ñoùng vai troø quan troïng trong noâng nghieäp, goùp phaàn taïo neân keát caáu ñaát, ñoä phì nhieâu cuûa ñaát, giuùp caây sinh tröôûng, phaùt trieån toát laøm taêng naêng suaát caây troàng. Chuùng tham gia tích cöïc vaøo söï phaân giaûi, chuyeån hoaù caùc hôïp chaát voâ cô, höõu cô phöùc taïp trong ñaát thaønh daïng ñôn giaûn maø caây troàng deã daøng söû duïng ñöôïc. Nhieàu loaïi naám, vi khuaån, xaï khuaån ñaõ phaân giaûi caùc hôïp chaát phöùc taïp nhö cellulose, pectin, lignin, lipit thaønh acid höõu cô, röôïu, ñöôøng vaø cuoái cuøng laø CO2 vaø H2O. Caùc daïng laân nhö apatit, phosphoric, phosphate canxi khoù hoaø tan ñöôïc vi sinh vaät chuyeån hoùa thaønh acid phosphoric vaø caùc daïng laân deã tieâu cung caáp cho caây troàng. Nhoùm vi sinh vaät coá ñònh nitô haøng naêm laøm giaøu cho ñaát moät löôïng nitô baèng 10% toång löôïng nitô maø caây troàng caàn. Trong hoaït ñoäng soáng, vi sinh vaät coøn saûn sinh ra raát nhieàu chaát hoaït ñoäng sinh hoïc coù taùc duïng tröïc tieáp ñoái vôùi quaù trình sinh tröôûng, phaùt trieån cuûa caây troàng bao goàm: acid amin, vitamin, enzyme, chaát khaùng sinh, tích luyõ trong vuøng reã caây troàng, laøm taêng cöôøng söï phaùt trieån cuûa loaøi caây phuø hôïp vôùi khu heä vi sinh vaät naøy vaø laøm haïn cheá söï phaùt trieån caùc loaøi caây khaùc. Maêät khaùc, coù nhöõng loaøi vi sinh vaät thuoäc caùc nhoùm virus, vi khuaån vi naám, xaï khuaån gaây beänh cho coân truøng vaø hoaït ñoäng ñoái khaùng vôùi nhöõng loaøi vi sinh vaät gaây beänh khaùc. Beân caïnh ñoù vi sinh vaät coøn saûn sinh ra moät khoái löôïng lôùn CO2, caûi thieän cheá ñoä thoâng khí, cheá ñoä nöôùc trong ñaát giuùp caây troàng quang hôïp, sinh tröôûng phaùt trieån toát. Sôû dó, vi sinh vaät ñaát laøm ñöôïc nhöõng ñieàu kì dieäu treân laø vì khu heä vi sinh vaät ñaát raát ña daïng, phong phuù, coù nhöõng ñaëc ñieåm sinh lyù, sinh hoùa vaø sinh thaùi khaùc nhau. Caùc quaàn theå VSV ñaát noùi chung ñöôïc chia laøm hai khu heä: khu heä quanh vuøng reã vaø khu heä ngoaøi vuøng reã. Thöïc teá, nhöõng VSV gaây beänh thöôøng taäp trung vuøng quanh reã nhieàu hôn vuøng ngoaøi reã, coøn ngöôïc laïi nhöõng VSV coù lôïi thöôøng taäp trung ôû vuøng xa reã. Nhìn chung, khu heä VSV ñaát voâ cuøng ña daïng vaø phong phuù, chuùng phaân boá trong ñaát ôû nhöõng ñoä saâu khaùc nhau. Ngöoøi ta xem ñaát laø moâi tröôøng töï nhieân voâ cuøng thích hôïp ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
8. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 7 - vì ôû ñaát coù chöùa raát nhieàu chaát höõu cô döï tröû trong muøn, trong ñoù ñaày ñuû caùc nguoàn C, N, P, khoaùng. 1.Khu heä VSV vuøng quanh reã: Goàm coù vi khuaån, naám, xaï khuaån, nguyeân sinh ñoäng vaät. Trong ñoù chieám soá löôïng ñoâng nhaát laø vi khuaån caùc loaïi, nhöõng vi khuaån kî khí soáng ôû caùc vuøng ñaát saâu, chua, truõng ngaäp nöôùc. Giöõa caùc quaàn theå VSV vôùi nhau cuõng theå hieän ñaày ñuû moái quan heä hôïp sinh, töông hoã vaø moái quan heä ñoái khaùng. Caàn löu yù raèng khu heä VSV ñaát vuøng quanh reã coù quan heä ñaëc hieäu ñoái vôùi loaïi caây troàng coù maët. - Tröôùc tieân, reã thöïc vaät coù ñaëc ñieåm tieát ra vuøng quanh reã nhöõng chaát dinh döôõng, chaát ñoäc ñoái vôùi VSV. Ví duï: caây hoøa thaûo tieát caùc khoaùng Ca,Mg, Fe; caây hoï ñaäu tieát ra ngoaøi nhieàu hôïp chaát daïng amin. - Bao quanh moãi heä reã coù moät khu heä VSV ñaëc tröng vaø töông öùng cuûa mình. Tuy vaäy, taát caû nhöõng khu heä VSV quanh reã bao goàm nhöõng ñaëc ñieåm chung: • Giöõa boä reã thöïc vaät vaø khu heä VSV coù moät söï töông öùng ñaëc hieäu veà theå loaïi. Ví duï: ôû quanh reã caây hoï ñaäu bao giôø cuõng coù vi khuaån coá ñònh nitô vaø caùc vi khuaån phaân giaûi protein; ôû quanh reã caây hoøa thaûo coù vi khuaån phaân giaûi tinh boät vaø leân men ñöôøng • Maät ñoä toång soá cuûa VSV vuøng quanh reã bao giôø cuõng lôùn hôn vuøng xa reã vaø möùc cheânh leäch naøy caøng ôû döôùi saâu caøng roõ reät. Ví duï: Ngöôøi ta ñaõ khaûo saùt khu heä vuøng quanh reã cuûa luùa mì ñen Ñoä saâu cheânh leäch 0 → 25cm 300 laàn 40 → 60 cm 800 laàn 60 → 100 cm 1700 laàn Laøm thí nghieäm, ñem troàng caây vaøo dung dòch dinh döôõng cho thaáy ôû ñoä saâu 100 cm thì khoâng theå hieän möùc cheânh leäch veà maät ñoä VSV nhieàu nhö vaäy. Coù leõ khi troàng troâng ñaát do hai taùc ñoäng: löôïng chaát tieát ra vaø reã thöôøng aên saâu – trong dung dòch hai yeáu toá treân khoâng coøn theå hieän roõ. • Soá löôïng VSV vuøng reã bieán thieân theo caùc thôøi kyø sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa caây trong khi soá löôïng VSV vuøng xa reã thì ít phuï thuoäc vaøo caùc thôøi kyø sinh tröôûng cuûa caây. Khu heä VSV vuøng reã Khu heä VSV vuøng reã ôû caây ñaäu töông ôû caây luùa mì . Maät ñoä ThS.teá baøo Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc VSV
9. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 8 - Maät ñoä teá baøo VSV Ra hoa Thu hoaïch T Ra hoa Thu hoaïch T (Ghi chuù: T: Chu kyø sinh tröôûng cuûa caây) Hình 1: Bieán thieân maät ñoä VSV vuøng reã trong chu kyø sinh tröôûng cuûa caây troàng Ñaát laø moâi tröôøng töï nhieân raát thích hôïp ñoái vôùi VSV, khoái löôïng chaát höõu cô coù trong ñaát raát lôùn, chuû yeáu laø muøn. Ñoù laø nguoàn thöùc aên carbon vaø ñaïm cuûa nhieàu VSV. Caùc chaát dinh döôõng khoâng chæ taäp trung nhieàu ôû taàng ñaát maët maø coøn phaân taùn xuoáng taàng ñaát saâu. Caùc chaát dinh döôõng (phaân boùn, xaùc ñoäng thöïc vaät) thöôøng xuyeân ñöôïc boå sung vaøo ñaát söï tích luyõ ñaàu tieân caùc chaát höõu cô vaø voâ cô ôû lôùp maët töø ñaù meï laø nhôø söï phaùt trieån cuûa caùc VSV töï döôõng. Sau ñoù laø söï tham gia cuûa caây xanh. Khi caây coái cheát ñi ñöôïc VSV dò döôõng phaân huûy thaønh caùc chaát höõu cô vaø voâ cô. Moät soá saûn phaåm oxy hoaù töø chaát höõu cô khoâng hoaøn toaøn seõ keát hôïp vôùi caùc chaát nhaày do VSV tieát ra vaø caùc phöùc heä khoaùng cuûa ñaát ñeå taïo thaønh chaát muøn. Möùc ñoä thoaùng khí trong ñaát phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn cô giôùi vaø ñoä aåm cuûa ñaát. Caùc khí H2, CO2, N2, O2 luoân luoân coù maët trong ñaát. O2 raát caàn thieát cho VSV hieáu khí. O2 chieám trung bình 7 - 8% theå tích khoâng khí trong ñaát vaø luoân luoân ñöôïc boå sung qua nöôùc nhôø quang hôïp cuûa taûo, nhôø caùc moâ daãn khí cuûa caây vaø caùc bieän phaùp canh taùc. Ñoä aåm vaø nhieät ñoä trong ñaát noùi chung thích hôïp cho nhieàu loaïi VSV hoaït ñoäng. Trong moãi gam ñaát coù theå chöùa haøng chuïc trieäu ñeán haøng tyû VSV vaø bao goàm raát nhieàu loaïi khaùc nhau. 2. Khu heä VSV ngoaøi reã: Goàm caùc nhoùm vi khuaån, naám, xaï khuaån, nguyeân sinh ñoäng vaät vôùi nhöõng ñaëc ñieåm sinh lyù, sinh thaùi khaùc nhau. Rieâng vi khuaån ñaõ raát phong phuù, bao goàm: vi khuaån hieáu khí, vi khuaån kî khí, vi khuaån töï döôõng, vi khuaån dò döôõng, vi khuaån coá ñònh ñaïm. VSV soáng thaønh quaàn theå, giöõa loaïi naøy vaø loaïi khaùc coù taùc ñoäng qua laïi laãn nhau, chuùng laø taùc nhaân chuû yeáu cuûa caùc quaù trình chuyeån hoaù vaät chaát trong ñaát. VSV coù maët trong taát caû caùc loaïi ñaát nhöng ôû nhöõng chaân ñaát coù ñaày ñuû chaát dinh döôõng, coù ñoä aåm vaø phaûn öùng moâi tröôøng thích hôïp thì ôû ñaây VSV phaùt trieån nhieàu vaø phong phuù veà thaønh phaàn. Treân nhöõng chaân ñaát ngheøo chaát dinh döôõng, nhieàu chaát ñoäc VSV haïn cheá roõ reät vaø taïo thaønh moät khu heä VSV ñaëc bieät thích öùng vôùi ñieàu kieän ñaát ñai baát lôïi (VSV chòu chua,VSV coù khaû naêng phaùt trieån trong moâi tröôøng nhieàu H2S, nhieàu CH4 ). ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
10. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 9 - ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
11. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 10 - CHÖÔNG II. NHÖÕNG HOAÏT ÑOÄNG CHUÛ YEÁU CUÛA VI SINH VAÄT ÑAÁT I. VÒ TRÍ CUÛA VI SINH VAÄT TRONG HEÄ SINH THAÙI Trong thaønh phaàn heä sinh thaùi coù ba ñoái töôïng: sinh vaät saûn xuaát, sinh vaät tieâu thuï vaø sinh vaät phaân huûy. - Sinh vaät saûn xuaát: bieán chaát voâ cô thaønh chaát höõu cô döôùi taùc duïng cuûa aùnh saùng maët trôøi( thöïc vaät, vi sinh vaät töï döôõng quang naêng voâ cô vaø dinh döôõng quang naêng höõu cô) coù khaû naêng söû duïng tröïc tieáp naêng löôïng maët trôøi ñeå ñoàng hoaù CO2 trong khoâng khí. - Sinh vaät tieâu thuï: söû duïng chaát höõu cô coù saün ñeå duy trì söï soáng cuûa baûn thaân. Coù hai nhoùm sinh vaät tieâu thuï: + Sinh vaät tieâu thuï caáp 1: ñoäng vaät aên coû + Sinh vaät tieâu thuï caáp 2: ngöôøi vaø ñoäng vaät aên thòt - Sinh vaät phaân huyû: soáng hoaïi sinh treân xaùc ñoäng vaät, thöïc vaät phaân huûy thaønh phaàn höõu cô, voâ cô trong xaùc cheát. Ñoái töôïng naøy goàm naám, xaï khuaån, vi khuaån. Haàu heát VSV laø sinh vaät phaân huûy, ít VSV saûn xuaát. Quan heä sinh thaùi ñöôïc bieåu dieãn baèng sô ñoà: AÙnh saùng Chaát voâ cô SV saûn xuaát Chaát höõu cô SV tieâu thuï Chaát höõu cô SV phaân huûy Hình 2: Quan heä sinh thaùi giöõa ba nhoùm sinh vaät Vai troø cuûa VSV laø kheùp kín voøng tuaàn hoaøn trong heä sinh thaùi, taùi taïo thöùc aên cho ñoäng vaät, thöïc vaät baèng caùch phaân huûy ñeå laáy laïi chaát dinh döôõng cung caáp cho nhieàu cô theå ñang soáng. Noù ñem laïi hai hieäu quaû: - Taêng ñoä phì cuûa ñaát - Giaûi quyeát naïn öù ñoïng chaát thaûi trong ñaát Nhö vaäy, VSV kheùp kín voøng tuaàn hoaøn caùc nguyeân toá N, P, S, K thoâng qua caùc quaù trình phaân huyû caùc nguyeân toá naøy ñang toàn taïi trong ñaát. II. CAÙC QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUYÛ CUÛA VSV ÑAÁT 1. Phaân huyû hôïp chaát glucid 1.1 Phaân huûy cellulose ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
12. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 11 - VSV coù khaû naêng tieát ra nhieàu enzymee ngoaïi baøo ñeå thöïc hieän quaù trình phaân huyû moät caùch toaøn dieän. Trong ñaát toàn taïi nhieàu hôïp chaát cao phaân töû khoù tan laø cellulose vaø tinh boät. Haøng naêm coù khoaûng 300 tyû taán chaát höõu cô ñöôïc caây xanh toång hôïp treân traùi ñaát. Trong soá naøy coù tôùi 30% laø vaùch teá baøo thöïc vaät maø thaønh phaàn chuû yeáu laø cellulose. Nhôø phöông phaùp phaân tích baèng tia Rônghen ngöôøi ta ñaõ bieát cellulose coù caáu taïo daïng sôïi. Caùc sôïi cellulose töï nhieân thöôøng chöùa khoaûng 14.000 - 20.000 goác β-glucozid lieân keát nhau baèng lieân keát 1,4-glucozid. Caùc sôïi naøy lieân keát thaønh boù nhoû goïi laø caùc micofibrin. Cellulose laø hôïp chaát khaù beàn vöõng, khoâng tan trong nöôùc (chæ bò phoàng leân khi haáp thuï nöôùc). Cellulose khoâng ñöôïc tieâu hoaù trong ñöôøng tieâu hoaù cuûa ngöôøi vaø ñoâïng vaät. Sôû dó ñoäng vaät nhai laïi coù theå ñoàng hoaù ñöôïc cellulose laø nhôø hoaït ñoäng phaân giaûi cellulose cuûa nhieàu loaïi VSV soáng trong daï daøy coû (bao goàm caùc caàu khuaån thuoäc gioáng Ruminoccocus, nhieàu nhaát laø R. albus vaø R. flavejaciens , loaïi thöù hai thöôøng gaëp laø tröïc khuaån Bacteoides succinogens). Ngoaøi vi khuaån soáng trong daï coû noùi treân, nhieàu loaïi vi khuaån khaùc cuõng coù khaû naêng phaân giaûi cellulose nhö nieâm vi khuaån Cellulomonas, Sporocytophaga, Myxoceceoides, xaï khuaån Streptomyces antibioticus vaø moät soá loaïi cuûa Cellvibrio, Acetobacter xylinum. VSV phaân giaûi cellulose laø nhôø coù phöùc heä enzyme cellulase do chuùng tieát vaøo moâi tröôøng xung quanh. Enzyme cellulase coù hoaït tính toái öu ôû pH trung tính hay acid nheï. Phöùc heä enzyme goàm boán thaønh phaàn : - Cellobiohydrolase (C1) - Endogluconase (Cx1) , Eõxogluconase (Cx2) - β-glucosidase (E4), coøn goïi laø Cellobiase Söï phaân giaûi cellulose coù theå dieãn ra theo hai cô cheá hieáu khí vaø kî khí. ¾ Trong ñieàu kieän kî khí VSV taïo thaønh nhieàu saûn phaåm khaùc nhau: H2, CO2, caùc acid höõu cô (acetic , succinic ). ¾ Trong ñieàu kieän hieùu khí: saûn phaåm phaân giaûi duy nhaât laø glucose. Quaù trình phaân giaûi cellulose trong ñieàu kieän hieáu khí thöôøng qua caùc giai doaïn sau : Cellulose (Cao phaân töû töï nhieân) E.C1 Cellulose (vôùi caáu truùc bieán ñoåi) E CX Exoβ (1-4) gluconase Endoβ (1-4) gluconase Olygomers (Cellulose phaân töû nhoû) ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc Caùc Olygomers chuoãi ngaén
13. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 12 - E4 Glucose Hình 3: Sô ñoà phaân giaûi cellulose hieáu khí Ñeå xaùc ñònh hoaït tính enzyme C1, ngöôøi ta thöôøng söû duïng cellulose töï nhieân, sôïi boâng, giaáy loïc, cellulose boät, hydrocellulose, avixen duøng laøm cô chaát. Ñeå xaùc ñònh hoaït tính Cx, ngöôøi ta thöôøng söû duïng cô chaát laø Oxy etyl cellulose vaø Carbamyl metyl Cellulose (CMC). Nhoùm VSV coù khaû naêng phaân giaûi cellulose hieáu khí: Bacillus thermophillus, naám men, naám moác, naám thöôïng ñaúng. Nhoùm VSV phaân giaûi kî khí goàm : Clostridium cellobigoarerum YÙ nghóa cuûa söï phaân giaûi cellulose: - Boå sung CO2 trong quang hôïp - Giaûi phoùng ñaát troàng, khoâng öù ñoïng xaùc cheát - Cung caáp nguyeân lieäu chuû yeáu cho quaù trình taïo muøn - Boå sung nguoàn cacbon deã haáp thu cho chính khu heä VSV ñaát döôùi hình thöùc nhöõng saûn phaåm sau: glucose, acid butyric, acid lactic, acid formic, acid acetic 1.2. Söï phaân giaûi xylan Xylan laø loaïi hôïp chaát hidratcarbon phaân boá raát roäng trong töï nhieân. Xylan chöùa khaù nhieàu trong xaùc thöïc vaät. Xylan thuoäc veà nhoùm hydratcarbon thöôøng ñöôïc goïi laø hemi cellulose, maëc duø xylan khoâng gioáng cellulose veà caáu truùc. Phaân töû xylan caáu taïo bôûi caùc ñôn vò laø caùc goác β-D-Xylo lieân keát vôùi nhau baèng caùc daây noái 1-4 glucozide. Moät soá xylan chöùa caùc thaønh phaàn boå sung khaùc: arabinose, glucose, galactose, acid glucuronic Nhieàu loaïi VSV coù khaû naêng phaân giaûi cellulose khi saûn sinh ra enzyme cellulase thöôøng ñoàng thôøi sinh ra enzyme xylanase. Trong ñaát chua thì naám laø loaïi VSV ñaàu tieân taùc ñoäng vaøo xylan, trong ñaát trung tính vaø kieàm, vi khuaån vaø nieâm vi khuaån laø nhoùm taùc ñoäng ñaàu tieân vaøo xylan. Xylanase thöôøng laø enzyme caûm öùng (chaát caûm öùng laø xylan), cuõng coù trröôøng hôïp enzyme naøy laïi laø enzyme caáu truùc (ví duï Clostridium ). Döôùi taùc duïng cuûa xylanase ngoaïi baøo, xylan seõ bò phaân giaûi thaønh caùc phaàn khaùc nhau: nhöõng ñoaïn daøi, xylobiose , xylose, glucose. enzyme xylanase taùc ñoäng ñoàng thôøi leân nhieàu phaàn khaùc nhau cuûa phaân töû. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
14. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 13 - 1.3. Phaân giaûi tinh boät Tinh boät laø chaát döï tröõ chuû yeáu cuûa thöïc vaät, noù phaûn öùng vôùi ioát taïo thaønh hôïp chaát coù maøu lam tím. Trong teá baøo thöïc vaät, tinh boät toàn taïi trong daïng caùc haït tinh boät. Caùc haït tinh boät coù kích thöôùc vaø hình daïng thay ñoåi tuøy loaïi thöïc vaät. Tinh boät goàm hai thaønh phaàn khaùc nhau: amilo vaø amilopectin. Amilo tan trong nöôùc noùng (tinh boät tan = amylose) , coøn amilopectin thì taïo thaønh hoà. Amilopectin coù chöùa töø 0,1 → 0,8% P2O5. Ñoù laø moät chuoãi phaân nhaùnh caáu taïo bôõi goác α-D glucopirano, lieân keát vôùi nhau bôõi daây noái 1-4 vaø 1-6 glucozit. Amilopectin nhö moät loaïi ximaêng co giaõn ñöôïc, lieân keát caùc tinh theå amilo vôùi nhau. Nhieàu loaïi VSV coù khaû naêng sinh amylase ngoaïi baøo laøm phaân giaûi tinh boät thaønh caùc thaønh phaàn ñôn giaûn hôn. Phöùc heä enzyme amilase goàm caùc thaønh phaàn sau: - α - amylase: taùc duïng ñoàng thôøi leân caùc daây noái α-1,4 beân trong ñaïi phaân töû (vì vaäy coù teân goïi laø endoamylase), α-amylase laøm dòch hoùa moät caùch nhanh choùng tinh boät, saûn phaåm cuûa quaù trình phaân giaûi naøy, ngoaøi maltose coøn coù caùc olygomer chöùa khoaûng 3 goác glucose. - β - amylase: khaùc vôùi α-amylase, β-amylase chæ taùc ñoäng vaøo phaàn ngoaøi cuûa ñaïi phaân töû (vì vaäy coøn coù teân goïi laø exoamylase), döôùi taùc duïng cuûa β-amylase tinh boät vaãn giöõ khaù laâu phaûn öùng maøu ioát nhöng ñöôïc ñöôøng hoùa khaù nhanh. Nhöõng β - dextrin coøn laïi sau taùc duïng cuûa β-amylase ñöôïc goïi laø caùc dextrin taän cuøng. - Amylo 1,6 – glucozidase: phaân caét daây noái 1-6 glucozit (ôû caùc choã phaân nhaùnh) - Glucose amylase: phaân giaûi tinh boät thaønh glucose vaø caùc α- oligosaccharide. Moät soá thöïc nghieäm cho bieát ngoaøi vieäc phaân caét daây noái α-1,4, glucose amylase coøn phaân caét caû daây noái α -1,6. Caùc loaïi VSV coù hoaït tính amylase cao vaø coù nhieàu yù nghóa trong vieäc phaân giaûi tinh boät: + α -amylase: Aspegillus candidus, B. subtilis, B. stearothermophilus, Asp. oryzae + β -amylase: Sac.cerevisiae, Asp. oryzae, Asp. awamorii + Glucose amylase: Sac. cerevisiae, A. niger, Pullularia pullulans 2. Phaân giaûi hôïp chaát khoâng chöùa ñaïm khaùc 2.1. Phaân giaûi pectin Pectin la ømoät loaïi polygalacturonic, töùc laø moät hôïp chaát cao phaân töû caáu taïo bôõi caùc goác acid D-galacturonic (moät phaàn ñöôïc metyl hoùa). Caùc goác naøy ñöôïc lieân keát vôùi nhau nhôø daây noái α-1,4 glucozit. Pectin laø hôïp chaát khoâng tan, coù trong caùc ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
15. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 14 - loaïi caây laáy sôïi, ñay, gai, coùi. Döôùi taùc duïng cuûa VSV sinh enzyme pectinase ngoaïi baøo, taát caû thaønh phaàn pectin coù trong ñaát seõ bò phaân giaûi thaønh D-galacturonic. Pectin D – galacturonic Acid höõu cô pectinase Saûn phaåm trung gian nhôø nhoùm VSV khaùc phaân giaûi theo nhieàu höôùng khaùc taïo acid höõu cô. Ngöôøi ta chia boán loaïi pectin: pectin khoâng hoøa tan, pectin hoøa tan, acid pectinic vaø acid pectic. - Loaïi pectin khoâng hoøa tan (hay protopectin) laø thaønh phaàn quan troïng cuûa chaát gian baøo, laøm nhieäm vuï lieân keát caùc teá baøo vôùi nhau. Pectin khoâng hoøa tan coù theå coi nhö muoái Canxi cuûa acid pectinic. Khi quaû töø xanh chuyeån sang chín, ngöôøi ta nhaän thaáy coù söï chuyeån hoùa töø daïng pectin khoâng hoøa tan sang pectin hoøa tan. Taùc duïng cuûa enzyme trong caùc phöùc heä pectinase: + E. proto pectinase: protopectin chuyeån thaønh pectin hoøa tan + E.pectase (pectin metinesterase) : caùc daây noái este seõ ñöùt vaø taïo thaønh acid pectinic töï do vaø methanol + E.pectin metinesterase (polygalactaronase): phaân giaûi caùc phaân töû pectin vaø taïo thaønh acid D – galactaronic. Nhieàu loaïi naám vaø vi khuaån coù khaû naêng phaân giaûi pectin: Bacillus macerans, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Clostridium pectinovorum . Botriyis cinerea, Fusarium Oxysporum laø nhöõng loaøi naám beänh. Ngöôøi ta thöôøng söû duïng VSV phaân giaûi pectin vaøo vieäc ngaâm ñay, ngaâm gai, ngaâm giaáy gioù (ñeå taùch laáy sôïi hoaëc ñeå laøm giaáy), coù theå söû duïng phöông phaùp daàm söông hoaëc phöông phaùp ngaâm nöôùc. YÙ nghóa: - Saûn phaåm cuûa söï phaân giaûi pectin coù vai troø quan troïng trong vieäc taïo muøn ñaát. - Vi khuaån coù enzyme pectinase laø ngöôøi baïn toát cuûa VSV coá ñònh ñaïm coäng sinh, noù phaân huûy maøng pectin cuûa reã caây taïo khe hôû cho VSV coá ñònh nitô xaâm nhaäp. - Maët khaùc, boïn naøy cuõng gaây haïi vì chuùng taïo veát thöông cho vi khuaån gaây beänh xaâm nhaäp. 2.2. Phaân giaûi lignin Lignin laø moät trong nhöõng thaønh phaàn chuû yeáu cuûa toå chöùc thöïc vaät. Lignin vaø cellulose tham gia vaøo thaønh phaàn cuûa maøng teá baøo thöïc vaät. Löôïng Lignin chöùa trong caây giaø nhieàu hôn so vôùi trong caây non. Lignin laø hôïp chaát raát beàn vöõng, khoâng tan trong nöôùc, trong dung moâi thoâng thöôøng vaø caùc acid ñaëc. Döôùi taùc duïng cuûa kieàm, bisufit natri vaø H2SO4 thì lignin môùi bò phaân giaûi moät phaàn vaø chuyeån ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
16. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 15 - sang daïng hoøa tan. Lignin laø hôïp chaát cao phaân töû coù voøng thôm, chieám tyû leä cao trong rôm, raï, reã, caønh. Coù M = 1.000 → 10.000 ñôn vò. Nhieàu loaïi vi khuaån vaø xaï khuaån coù khaû naêng phaân giaûi lignin, caùc loaøi vi khuaån coù hoaït tính phaân giaûi lignin cao thöôøng thuoäc veà caùc gioáng Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium Nhöõng saûn phaåm phaân giaûi ñeàu laø nguyeân lieäu taïo muøn cho ñaát. OH OH OH OH CH2 – COOH C = O (CH2)–COOH CH2 _ COOH CH2 – COOH ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
17. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 16 - Hình 4: Sô ñoà quaù trình phaân giaûi lignin hieáu khí 2.3. Phaân giaûi lipid Lipid coù trong haït caây coù daàu. Loaïi lipid phoå bieán laø phospholipid, phöùc heä lipase ngoaïi baøo goàm caùc phospholipase A,B,C. Döôùi taùc duïng cuûa lipase ngoaïi baøo, phospholipid bò phaân giaûi thaønh glycerine, acid beùo, va acid phosphoriøc (H3PO4). Acid phosphoric seõ taùc duïng vôùi chaát laân khoù tan ôû trong ñaát taïo hôïp chaát laân deã tan laøm thöùc aên cho caây. Glycerine ñöôïc nhoùm VSV chuyeân bieät duøng laøm nguoàn carbon, phaân giaûi thaønh caùc saûn phaåm taïo muøn cho ñaát. Acid beùo phaân giaûi theo cô cheá β-oxy hoùa, giaûi phoùng nhieät laøm aám moâi tröôøng cho VSV öa nhieät, giaûi phoùng CO2 cung caáp cho quang hôïp YÙ nghóa cuûa quaù trình phaân giaûi hôïp chaát cacbon nhôø VSV: - Ñoái vôùi VSV : ñoù laø nhöõng phöông thöùc sinh naêng löôïng ñeå taïo ra hoùa naêng vaø nguyeân lieäu caàn thieát cho baûn thaân trong quaù trình hoaït ñoäng soáng. Ngoaøi ra, söï phaân giaûi cuûa nhoùm naøy cung caáp nguyeân lieäu cho nhoùm khaùc döôùi daïng hôïp chaát trung gian. - Ñoái vôùi troàng troït: boå sung CO2 cho quang hôïp, taêng nguoàn dinh döôõng cho caây, taïo caáu töôïng ñaát, bieán C voâ ích thaønh C coù ích. Taïo nguyeân lieäu quyù cho quaù trình hình thaønh muøn. - Ñoái vôùi coâng nghieäp: öùng duïng gioáng VSV noùi treân ñeå cheá cheá bieán thöùc aên gia suùc töø nhöõng pheá lieäu daïng cellulose ( loõi ngoâ, tre nöùa, giaáy vuïn, maät cöa ) - Kheùp kín voøng tuaàn hoaøn C trong töï nhieân. Ñoäng vaät Chaát höõu cô Xaùc cheát vaø CO Thöïc vaät 2 VSV phaân giaûi kî khí saûn phaåm baøi tieát VSV phaân giaûi hieáu khí Hình 5: Voøng tuaàn hoaøn carbon trong töï nhieân 3. Phaân giaûi hôïp chaát chöùa nitô Nitô laø moät trong nhöõng nguyeân toá quan troïng trong ñôøi soáng cuûa caây. Caây khoâng ñoàng hoùa tröïc tieáp ñöôïc nitô höõu cô maø noù chæ ñöôïc haáp thuï döôùi daïng voâ cô - + laø NO3 vaø NH4 . ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
18. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 17 - Vai troø cuûa VSV chính laø thoâng qua caùc quaù trình amon hoùa, quaù trình phaân giaûi ureâ, acid uric, quaù trình coá ñònh nitô phaân töû ñeå bieán nitô daïng voâ ích thaønh daïng NO3, NH4 höõu ích. Protein thieân nhieân Olygopeptide Moät phaàn ñöôïc VSV haáp thuï NH3 + Saûn phaåm hoãn hôïp khaùc Acid amin VSV haáp thuï caây 3.1. Quaù trình amoân hoùa Phaân giaûi noäi baøo Taïo muøn Trong ñaát, trong nöôùc thöôøng coù moät soá löôïng ñaùng keå caùc hôïp chaát nitô höõu cô (protein, acid nucleic, peptide, acid amin, ureâ ) caùc hôïp chaát naøy thöôøng xuyeân ñöôïc boå sung vaøo ñaát cuøng vôùi xaùc ñoäng thöïc vaät, phaân chuoàng, phaân xanh, raùc röôûi. Raát nhieàu VSV tham gia vaøo quaù trình phaân giaûi caùc hôïp chaát naøy ñeå cuoái cuøng taïo thaønh NH3 cung caáp cho caây troàng. Ngöôøi ta goïi quaù trình naøy laø quaù trình amoân hoùa. Quaù trình amoân hoùa vôùi cô chaát laø protein coøn ñöôïc goïi laø quaù trình thoái röõa. a. Quaù trình amoân hoùa ureâ: Ureâ laø loaïi hôïp chaát höõu cô ñôn giaûn chöùa tôùi 46,6% nitô. Vi khuaån amoân hoùa ureâ ñöôïc Pasteur phaùt hieän töø naêm 1962. Caùc loaïi vi khuaån coù hoaït tính amoân hoùa ureâ cao laø: - Caàu khuaån: Micrococcus ureae, Planosarcina ueae, Sarcina hansenii - Tröïc khuaån: Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris, Pseudobacterium ureolyticum Nhieàu loaïi naám moác vaø xaï khuaån cuõng coù khaû naêng amoân hoùa maïnh ureâ. Vi khuaån amon hoùa ureâ thöôøng thuoäc loaïi hieáu khí hay kò khí tuøy yù. Chuùng phaùt trieån toát trong caùc moâi tröôøng trung tính hay hôi kieàm. Chuùng khoâng söû duïng ñöôïc carbon trong ureâ, ureâ chæ ñöôïc duøng laøm nguoàn cung caáp nitô ñoái vôùi chuùng. Vi khuaån amon hoùa ureâ coù khaû naêng saûn sinh ra enzyme urease laøm xuùc taùc quaù trình phaân giaûi ureâ thaønh NH3, CO2 vaø H20 urease CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Vi khuaån amon hoùa ureâ thöôøng coù khaû naêng phaân giaûi acid uric vaø xianmit calci. Acid uric laø moät loaïi hôïp chaát nitô höõu cô chöùa trong nöôùc tieåu (khoaûng 0,5 g/l). Chuùng ñöôïc phaân giaûi thaønh ureâ acid tactonic. Sau ñoù ureâ ñöôïc tieáp tuïc phaân giaûi nhö treân: NH - CO ThS. Baïch PhöôngCO LanC NH Khoa Sinh hoïc (NH4)2CO + HOOC - COOH O + 4H2O = ureâ acid tactonic NH C NH
19. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 18 - Xianmit canxi Xianmit canxi ñöôïc phaân giaûi thaønh ureâ qua giai ñoaïn CNNH2 trung gian CN.NCa + 2H2O → CN.NH2 + Ca(OH)2 CN.NH2 + H2O → CO(NH2)2 Khi söû duïng ureâ laøm phaân boùn, ngöôøi ta thöôøng keát hôïp vieäc laøm thoaùng ñaát vaø boùn voâi cho nhöõng chaân ñaát chua taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho caùc loaøi vi khuaån coù khaû naêng amoân hoùa ureâ. b. Quaù trình amoân hoùa protein Protein laø thaønh phaàn cô baûn cuûa chaát nguyeân sinh. Raát nhieàu VSV soáng trong ñaát coù khaû naêng amoân hoùa protein + Vi khuaån: Bacillus mycoides, Clostridium sporogenes, Pseudomonas fluorescens, Bac. subtilis + Xaï khuaån: Streptomyces griceus, Streptomyces rimosus + Naám: Aspergillus oryzae, Penicillium camemberti, Mucor - Caùc VSV naøy ñeàu coù khaû naêng saûn sinh vaøo moâi tröôøng enzyme protease (proteinase vaø peptidase). Chuùng xuùc taùc quaù trình thuûy phaân lieân keát peptide vaø moät soá lieân keát khaùc. - Khaùc vôùi protease cuûa thöïc vaät (nhö trypsin, pepsin, rennin) protease cuûa VSV thöôøng laø enzymee ngoaïi baøo, coù tính chuyeân hoùa raát roäng. - Döôùi taùc duïng cuûa protease, caùc protein ñöôïc phaân giaûi thaønh caùc hôïp chaát ñôn giaûn hôn (polypeptide vaø olygopeptide). Caùc chaát naøy tieáp tuïc phaân giaûi thaønh acid amin nhôø taùc duïng cuûa enzyme peptidase ngoaïi baøo. Caùc chaát naøy coù theå tröïc tieáp haáp thuï vaøo teá baøo VSV, sau ñoù ñöôïc tieáp tuïc chuyeån hoùa thaønh acid amin. Caùc acid amin naøy seõ ñöôïc söû duïng moät phaàn vaøo quaù trình sinh toång hôïp protein cuûa VSV, moät phaàn tieáp tuïc phaân giaûi ñeå taïo ra NH3, CO2 vaø nhieàu saûn phaåm trung gian khaùc. - Quaù trình khöû amin döôïc xaûy theo moät trong nhöõng phöông thöùc sau: R – CH(NH2) - COOH → R = CH – COOH + NH3 R – CH(NH2) – COOH + H2O → R – CH2OH – COOH + NH3 R – CH(NH2) – COOH + H2O → R – CH2OH + CO2 + NH3 R – CH(NH2) – COOH + O2 → R – COOH + CO2 + NH3 R – CH(NH2) – COOH + H2O → R – CO – COOH + NH3 + 2H R – CH(NH2) – COOH + 2H → R – CH3 + CO2 + NH3 ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
20. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 19 - Khi phaân giaûi caùc acid amin chöùa S (nhö metionin, cystin, cystein) VSV giaûi phoùng ra khí H2S, vaø neáu tích luõy nhieàu trong ñaát coù theå laøm thoái reã caây troàng: HOOC – CH(NH2)– CH2SH + 2H2O → H2S + NH3 + CH3COOH (cystein) + HCOOH Moät soá amin sinh ra trong quaù trình khöû carboxyl cuûa caùc acid amin coù theå ñoäc vôùi ngöôøi vaø gia suùc, ñaùng chuù yù nhaát laø histamin, actnatin, putrein, cadavein. Caùc loaïi ñoà hoäp maát phaåm chaát, caùc loaïi thòt caù thiu raát coù theå mang caùc loaïi amin coù ñoäc tính naøy. c. Quaù trình amoân hoùa kitin. Kitin laø hôïp chaát cao phaân töû beàn vöõng. Caáu truùc cuûa kitin gaàn gioáng vôùi caáu truùc cuûa cellulose nhöng trong phaân töû glucose, ngöôøi ta nhaän thaáy goác hydroxin ôû nguyeân töû C thöù hai ñöôïc thay theá baèng nhöõng goác amin ñaõ ñöôïc acetyl hoùa. Kitin coù maët trong thaønh teá baøo cuûa nhieàu loaïi naám (nhaát laø Ascomyces vaø Bazidiomycetes), trong voû nhieàu loaïi coân truøng. Moät soá loaøi vi khuaån vaø xaï khuaån coù khaû naêng phaân giaûi kitin nhö caùc gioáng: Pseudomonas, Streptomyces, Bacillus, Nocardia. Nhöõng loaïi naám thöôøng coù khaû naêng phaân giaûi kitin maïnh thöôøng thuoäc veà caùc gioáng Aspergillus vaømortierella. Vi khuaån Bac. chitinovorum vaø xaï khuaån Streptomyces griseus coù khaû naêng sinh ra caùc men ngoaïi baøo: kitinase vaø kitobiose. - Kitinase coù taùc duïng ñoàng thôøi leân caùc phaàn khaùc nhau cuûa phaân töû kitin vaø laøm phaân giaûi thaønh kitobio vaø kitotrio (moät phaàn N–acetyl glucozamin cuõng ñöôïc sinh ra). Kitotrio seõ tieáp tuïc phaân giaûi thaønh caùc goác ñôn phaân töû (monomer) nhôø söï xuùc taùc cuûa enzyme kitobiose. 3.2. Quaù trình nitrat hoùa Muoái amoân ñöôïc hình thaønh do quaù trình amoân hoùa nhôø VSV noùi treân cuõng nhö caùc loaïi phaân hoùa hoïc chöùa goác amoân seõ ñöôïc tieáp tuïc oxy hoùa thaønh nitrit roài sau ñoù thaønh nitrat. Quaù trình naøy ñöôïc goïi laø quaù trình nitrat hoùa, vaø nhoùm vi khuaån xuùc tieán quaù trình chuyeån hoùa ñöôïc goïi laø caùc vi khuaån nitraùt hoùa. a. Giai ñoaïn nitrit hoùa Vi khuaån tham gia vaøo giai ñoaïn chuyeån hoùa amon thaønh nitric thuoäc veà 4 gioáng khaùc nhau: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosdobus vaø Nitrosospira Quaù trình oxy hoùa nitric ñöôïc bieåu thò baèng phöông trình sau: + - NH4 + 3/2 O2 → NO3 + H2O + 2H b. Giai ñoaïn nitrat hoùa Vi khuaån tham gia vaøo quaù trình chuyeån hoùa nitrit thaønh nitrat thuoäc veà 3 gioáng khaùc nhau: Nitrobacter, Nirtospira, Nitrococcus. Cuõng nhö caùc vi khuaån nitrit hoùa, vi khuaån nitrat hoùa laø nhöõng vi khuaån töï döôõng hoùa naêng baét buoäc. Chuùng söû duïng naêng löôïng sinh ra trong quaù trình oxy hoùa nitric ñeå ñoàng hoùa carbon trong CO2 Quaù trình oxy hoùa nitric ñöôïc bieåu thò baèng phöông trình sau ñaây: ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
21. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 20 - - NO2 + 1/2O2 → NO3 Ngöôøi ta ñaõ chöùng minh raèng chieát xuaát voâ baøo cuûa Nitrobacter coù theå thöïc hieän ñöôïc quaù trình coá ñònh CO2 khi coù nitrit, ADP vaø NAP Quaù trình ñoàng hoùa CO2 cuûa khoâng khí coù theå bieåu thò baèng sô ñoà sau ñaây: + 6CO2 + 18 ATP + 12 NADH + 12H → 6 (CH2O) + 18 ADP + 18 Pvc +12 NAD + 6H2O Ngoaøi quaù trình nitrat hoùa cuûa caùc VSV töï döôõng hoùa naêng noùi treân, coøn coù quaù trình nitrat hoùa do nhieàu loaïi VSV dò döôõng. Chuùng khoâng coù khaû naêng ñoàng hoùa CO2 trong khoâng khí nhöng coù khaû naêng chuyeån hoùa NH3 thaùnh nitrit roài thaønh nitrat. Nhoùm VSV nitrat hoùa dò döôõng goàm nhieàu loaïi vi khuaån vaø xaï khuaån thuoäc caùc gioáng Alcabigenes, Streptomyces, Pseudomonas, Nocardra, Achromobacter Ngoaøi vieäc nitrat hoùa caùc hôïp chaát nhö NH3 hay nitric, nhieàu loaïi trong soá caùc vi khuaån dò döôõng noùi treân coù theå tieán haønh nitrat hoùa ñoái vôùi nhieàu hôïp chaát chöùa nitô khaùc (amit, amin, oxim, hydroxamat ). Con ñöôøng chuyeån hoùa nhö sau: R – NH → R – NHOH R - (NO) → R – NO → NO - 2 2 3 ↑ ↑↓ ↓ ↓ NH OH - * YÙ nghóa: 2 (NOH) NO2 Caây - Lôïi: (a)Vi khuaån nitrat hoùa phaân boá roäng raõi trong töï nhieân vaø coù yù nghóa ñaùng keå trong voøng tuaàn hoaøn nitô. (b)Vi khuaån nitrat hoùa coù ích cho noâng nghieäp + - vì coù khaû naêng chuyeån hoùa NH4 → NO3 moät daïng nitô ñöôïc caây troàng deã haáp thu. + - (c)Vieäc chuyeån hoùa cation NH4 thaønh anion NO3 seõ laøm acid hoùa moâi tröôøng ñaát vaø laøm naâng cao ñoä hoøa tan cuûa nhieàu loaïi muoái voâ cô chöùa P, K, Ca, Mg - - Haïi: (a)Caây troàng haáp thu NH3 vaø NH4 khoâng keùm NO3 , maø NH4 ñöôïc duy trì trong ñaát laâu beàn hôn so vôùi nitrat, nhaát laø khi chuùng ñöôïc lieân keát vôùi caùc thaønh phaàn khoaùng seùt cuûa ñaát. Nitrat deã bò röûa troâi xuoáng caùc lôùp ñaát saâu. (b)Vieäc chuyeån hoùa thaønh nitrat thöôøng daãn ñeán hieän töôïng laøm chua ñaát vaø do ñoù nhieàu khi baát lôïi cho caây troàng. (c)Vieäc chuyeån hoùa thaønh nitrat taïo ñieàu kieän cho quaù trình khöû nitrat thaønh N2 (phaûn nitrat hoùa) vaø do ñoù laøm toån thaát döï tröõû nitô cuûa ñaát. 3.3. Quaù trình phaûn nitrat hoùa. Ngöôïc laïi vôùi quaù trình treân laø quaù trình khöû nitrat ñeán nitô phaân töû. Cuõng coù moät soá VSV coù khaû naêng söû duïng nitrat nhö moät chaát nhaän hydro vaø taïo thaønh NH3 goïi laø quaù trình amoân hoùa. Hai quaù trình naøy ñöôïc goïi chung laø hoâ haáp nitrat. Amoân hoùa nitrat NH2OH → NH3 Nitrat Nitrit Oxyt Nitô Hydroxylamin N O → N NO3 → NO2 → NO 2 2 Peroxit Nitô ThS. Baïch Phöông Lan Phaûn nitrat hoùa Khoa Sinh hoïc
22. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 21 - Nhöõng vi khuaån phaûn nitrat hoùa: Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrificans, Bacillus lichnenifomis 3.4. Quùa trình coá ñònh Nitô phaân töû Moät trong nhöõng quaù trình vi sinh vaät hoïc coù yù nghóa lôùn ñoái vôùi noâng nghieäp laø quaù trình coá ñònh Nitô phaân töû. Trong khoaûng khoâng khí treân moãi hecta ñaát coù tôùi 80000 taán Nitô nhöng ngöôøi, gia suùc vaø caây troàng ñeàu khoâng coù khaû naêng söû duïng ñöôïc Nitô ôû daïng phaân töû naøy.Caây troàng treân toaøn traùi ñaát moãi naêm söû duïng koaûng 100-110 trieäu taán Nitô, trong khi ño phaân ñaïm hoùa hoïc cuûa taát caû caùc nöôùc treân theá giôùi chæ boå sung khoaûng 30% soá löôïng Nitô bò laáy ñi. Muoán phaù vôû ba lieân keát trong phaân töû Nitô (N=N) ñeå deã taïo ra caùc loaïi phaân hoùa hoïc, caàn phaûi söû duïng caùc ñieàu kieän kyû thuaät raát phöùc taïp (nhieät ñoä cao, aùp suaâùt cao chaát xuùc taùc ñaét tieàn). Vi khuaån coá ñònh Nitô phaân töû goàm coù caùc loaïi: a. Vi khuaån noát saàn cuûa boä ñaäu Thuoäc gioáng Rhizobium, luùc coøn non coù hình que, ñeán giai ñoaïn phaùt trieån xuaát hieän giaû khuaån theå phaân nhaùnh, chính laø giai ñoaïn Vi khuaån coá dònh Nitô phaân töû maïnh nhaát, hoâ haáp haùo khí, thích hôïp vôùi pH trung tính hôi kieàm, Khi soáng coäng sinh trong noát saàn caây hoï ñaäu chuùng coù khaû naêng söû duïng Nitô phaân töû, coøn khi soáng trong ñaát hay treân caùc moâi tröôøng nhaân taïo thì chuùng söû duïng caùc loaïi hôïp chaát Nitô höõu cô vaø voâ cô coù saün. b. VSV Coá ñònh nitô soáng töï do trong ñaát Bao goàm nhoùm vi khuaån hieáu khí vaø nhoùm vi khuaån kî khí. ∗ Vi khuaån hieáu khí soáng töï do thuoäc chi Azotobacter: coù teá baøo daïng hình caàu, hình que, khi coøn non teá baøo coù daïng hình que, di ñoäng nhôø tieân mao moïc quanh cô theå (chu mao). Khi giaø teá baøo Azotobacter maát khaû naêng di ñoäng, kích thöôùc thu nhoû nom nhö hình caàu, trong nguyeân sinh chaát xuaát hieän nhieàu haït volutin, caùc gioït môõ, granuloza Quan saùt döôùi kính hieån vi thaáy noù döôïc bao boïc trong moät lôùp maøng nhaày khaù daøy goïi laø capcule. Trong nhöõng bình nuoâi caáy xuaát hieän daïng khoång loà cuûa vi khuaån Azotobacter vôùi chieàu daøi ñaït tôùi 10-12µm. Ngöôïc laïi cuõng coù khi xuaát hieän nhöõng daïng hieån vi nhoû beù ñeán 0,2µm. Cho ñeán nay coù raát nhieàu loaøi Azotobater ñöôïc mieâu taû, coù theå keå ñeán moät soá loaøi Azotobater chuû yeáu sau: Azotobater chroococcum, Azotobater beijerinskii, Azotobater vinelandii, Azotobater agilis. * Vi khuaån hieáu khí soáng töï do thuoäc chi Beijerinckia: laø loaïi hieáu khi coù khaû naêng chòu chua cao, teá baøo coù hình daïng thay ñoåi khi giaø taïo neân hình thaùi khaùc thöôøng, nhieät ñoä thích hôïp cho chuùng phaùt trieån laø 16ù°-17°. Goàm coù ba nhoùm sau ñaây laø Beijerinkia indica, B. fluminensis, B. dernii. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
23. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 22 - ∗ Vi khuaån kò khí soáng töï do thuoäc chi Clostridium: ñöôïc phaùt hieän vaøo naêm 1893 loaøi ñaàu tieân ñöôïc tìm thaáy laø Clotridium pasteurianum. Teá baøo coù kích thöôùc 2,5-7,5x0,7-1,3µm. Coù theå ñöùng rieâng reõ, xeáp ñoâi hoaëc thaønh chuoãi ngaèn. Khi coøn non teá baøo chaát ñoàng ñeàu, coù khaû naêng di ñoäng.Khi giaø teá baøo chaát coù daïng haït, teá baøo maát khaû naêng di ñoäng vaø hình thaønh neân baøo töû, baøo töû thöôøng coù hình baàu duïc, hình que daøi naèm ôû giöõa hay gaàn moät ñaàu cuûa teá baøo, baøo töû coù kích thöôùc lôùn hôn teá baøo, coù khaû naêng ñoàng hoaù monosaccharide, disaccharide vaø moät soá polysaccharide. Ngaøy nay, ngoaøi loaïi Clostridium pasteurianum ñöôïc nghieân cöùu nhieàu nhaát, ngöôøi ta coøn thaáy caùc loaøi Clostridium khaùc cuõng coù khaû naêng coá ñònh nitô phaân töû (Cl.butylyum, Cl.pasterinkin, Cl.accticum ). c. Caùc loaïi VSV coá ñònh nitô khaùc + Vi khuaån: Pseudomonas azotogensis, Azotomonas insolita (hieáu khí), Bac. polmyxa, Aerobacter acrogennes (hieáu khí baét buoäc), Rhodospirillum rublum, Chromaticum sp (kò khí, quang hôïp), Desulfovibrio desulfuricans (kò khí khoâng quang hôïp) + Xaï khuaån: moät soá loaïi Streptomyces (hay Actinomyces) + Naám men: Rhodotosula sp. + Taûo: Glococapsa Sp (ñôn baøo), Plectonema Sp (khoâng coù dò teá baøo), Anabaena ambigua (hình sôïi, coù dò teá baøo) Cô cheá quaù trình coá ñònh nitô Trong coâng nghieäp saûn xuaát phaân ñaïm hoaù hoïc ñeå phaù vôõ ba moái lieân keát noäi phaân töû cuûa khí nitô caàn phaûi tieâu toán moät löôïng naêng löôïng raát lôùn.Ñieàu naøy laøm haïn cheá veà maët hieäu quaû kinh teá cho ngöôøi söû duïng. Trong khi ñoù, teá baøo vi sinh vaät phaù vôõ moái lieân keát naøy chæ baèng moät phaûn öùng men ñôn giaûn, vôùi ñieàu kieän nhieät ñoä aùp suaát bình thöôøng.Ñeå laøm ñöôïc ñieàu ñoù laø nhôø trong teá baøo VSV coá ñònh nitô coù chöùa moät phöùc heä enzyme Nitrogenase. Enzymee naøy ñöôïc caáu taïo töø 2 tieåu phaàn khaùc nhau: - Tieåu phaàn I: caáu truùc goàm protein - Molipden- saét (pro-Mo-Fe). Troïng löôïng phaân töû khoaûng 220.000, chöùa 2 nguyeân töû Mo, 32 nguyeân töû saét vaø 25-30 nguyeân töû löu huyønh. Tieåu phaàn I goàm 2 tieåu phaàn ñôn vò hôïp thaønh. Trung taâm hoaït ñoäng cuûa Nitrogenase naèm trong tieåu phaàn I do caùc nguyeân töû Mo taïo neân. - Tieåu phaàn II: Ñöôïc goïi laø tieåu phaàn protein -saét (Pro -Fe) coù troïng löôïng phaân töû khoaûng 60.000. Trong phöùc heä Nitrogenase ngöôøi ta nhaän thaáy tæ leä giöõa hai tieåu phaàn naøy laø 2:1. Tieåu phaàn I vaø II keát hôïp vôùi nhau taïo thaønh phöùc heä enzyme nitrogenase coù khaû naêng hoaït ñoäng. Neáu ôû traïng thaùi ñôn leû seõ khoâng bieåu hieän hoaït tính.Trong quaù trình coá ñònh nitô phaân töû ngoaøi phöùc heä nitrogenase coøn coù söï tham gia hoaït ñoäng cuûa ba nhaân toá khaùc: feredoxin, adenosin triphosphate (ATP) vaø heä enzyme hydrogenase. Sô ñoà giaû thuyeát veà trung taâm hoaït ñoäng cuûa nitrogenase ñöôïc trình baøy nhö sau: ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
24. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 23 - - Electron cuûa chaát khöû (Feredoxin) ñi vaøo trung taâm coù chöùa saét cuûa thaønh phaàn Pro-Fe (tieåu phaàn II) vaø tieáp tuïc chuyeån cho tieåu phaàn I (Pro-Mo-Fe). Electron ñaõ ñöôïc hoaït hoaù ñi theo maïch phaân töû Fe ñeå ñeán nhaân Mo.Taïi ñaây Mo bò khöû seõ chuyeån sang traïng thaùi hoaït ñoäng vaø saün saøng tham gia phaûn öùng khöû nitô. - Phaân töû nitô ñi qua moät khe coù kích thöôùc 4-5A0 vaøo thaúng phaàn trung taâm hoaït ñoäng gaén vôùi phaân töû Mo vaø bò khöû baèng caùch beû gaõy 2 caàu lieân keát. Caàu noái thöù 3 ñöôïc phaù vôõ nhôø heä thoáng enzyme vaän chuyeån hydro, töùc laø nhôø phöùc heä enzyme hydrogenase. Quaù trình khöû theo ba giai ñoaïn ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: N ≡ N → NH = NH → NH2 –NH2→ 2NH3 NH3 laø saûn phaåm ñaàu tieân cuûa quaù trình naøy, sau ñoù NH3 hoaëc caùc saûn phaåm khöû khaùc ñöôïc sinh ra seõ lieân keát vôùi caùc ketoacid ñeå taïo thaønh caùc acid amin Hydrogenase laø moät enzyme hoaït hoaù vaø vaän chuyeån hydro, nhöng ôû ñaây noù theå hieän caû hoaït tính khöû nitô. Ngöôïc laïi, nitrogenase laø moät enzyme khöû nitô, nhöng ôû ñaây laïi theå hieän caû hoaït tính hydrogenase. Hydrogenase tham gia hoaït hoaù hydrogen thaønh ion roài chuyeån ion naøy ñeán feredoxin, ñoàng thôøi tham gia beû gaõy moät trong ba caàu noái cuûa phaân töû nitô. Federoxin doùng vai troø raát quan troïng laø moät phaân töû protein coù troïng löôïng phaân töû phaáp khoaûng 6000 coù chöùa Fe khoâng coù nhoùm Hemin hoaëc Flavin. Feredoxin laøm nhieäm vuï chaát cho electron. Ñeå khöû moät phaân töû nitô thaønh NH3 caàn phaûi söû duïng 6 electron. Ñeå vaän chuyeån 1 electron ít nhaát caàn 1 phaân töû ATP, trong thöïc teá 2 phaân töû ATP, ngöôøi ta keát luaän raèng coù 12 phaân töû ATP ñöôïc söû duïng trong quaù trình ñoàng hoaù moät phaân töû nitô. Phöông trình chung cuûa quaù trình khöû nitô nhö sau: + - N2 + 6H + 6e + 12ATP + 12H2O 2NH3 + 12ADP + 12Pi Trong quaù trình coá ñònh nitô, moãi loaïi VSV khaùc nhau söû duïng cô chaát khaùc nhau: Vi khuaån hieáu khí soáng töï do coù nguoàn cho ñieän töû vaø hydro laø NADH+, naêng löôïng laáy trong quaù trình hoâ haáp. Coøn vi khuaån kî khí soáng töï do nguoàn ñieän töû vaø hydro laø pyruvate vaø Thiosunphat. Ngaøy nay nhieàu nhaø nghieân cöùu khoa hoïc ñaõ chöùng minh NH3 vöøa laø saûn phaåm cuûa quaù trình coá ñònh nitô phaân töû vöøa laø nhaân toá ñieàu hoaø hoaït tính cuûa enzyme nitrogenase. Khi NH3 tích luõy ñeán moät noàng ñoä nhaát ñònh thì noù laøm ñình chæ töùc khaéc hoaït ñoäng cuûa nitrogenase. Kieåu ñieàu hoaø nhö vaäy goïi laø “ Ñieàu hoaø lieân heä ngöôïc”. Tuy nhieân NH3 khoâng tham gia ñieàu hoaø tröïc tieáp maø thoâng qua moät protein khaùc laø enzyme glutamin synthetase. Khi moâi tröôøng coù nhieàu NH3 thì enzymee naøy bò adenin hoaù neân ôû traïng thaùi baát hoaït. Ngöôïc laïi moâi tröôøng vôùi noàng ñoä NH3 thaáp hoaëc khoâng coù thì khoâng bò adenin hoaù vaø enzyme seõ ôû daïng hoaït ñoäng. Khi ôû traïng thaùi hoaït ñoäng noù seõ hoaït hoùa heä gen chòu traùch nhieäm toång hôïp nitrogenase. Trong hoaït ñoäng coá ñònh nitô cuûa theå coäng sinh giöõa vi khuaån noát saàn vaø caây hoï ñaäu coù söï tham gia cuûa caû vi khuaån laãn caây hoï ñaäu, Leghemoglobin do caây ñaäu cung caáp , ñoùng vai troø chuoãi chuyeàn electron giöõa caây boï ñaäu vaø vi khuaån noát saàn. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
25. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 24 - Ñieàu khieån vieäc toång hôïp phöùc heä E. Nætogenase laø heä thoáng Nif – operon. Coù theå bieåu dieãn sô ñoà cuûa cô cheá ñieàu hoaø nhö sau: O P H D F B . Glu - ase Pro-Fe Pro-Mo-Fe Feredoxin hoaït hoaù MoGhGhi chuù Ghi chuù : Gen O: Chòu traùch nhieäm toång hôïp enzymee glutamin sythetase (EGS) P : laø vò trí gaén cuûa EGS, giuùp cho heä gen môû Gen H: Chòu traùch nhieäm toång hôïp thaønh phaàn pro – Fe Gen D: Chòu traùch nhieäm toång hôïp thaønh phaàn pro – Mo – Fe Gen F: Chòu traùch nhieäm toång hôïp thaønh phaàn feredoxin Gen B: Chòu traùch nhieäm toång hôïp chaát ñaëc bieät hoaït hoaù Mo Khi moâi tröôøng coù NH3 vôùi noàng ñoä cao Glutamin synthetase vaãn ñöôïc toång hôïp nhöng ôû daïng adenin hoaù neân baát hoaït, heä gen treân bò ñoùng. Ngöôïc laïi, khi moâi tröôøng khoâng hoaëc coù ít NH3 , gen O toång hôïp glutamin synthetase khoâng bò adenin hoaù, EGS ôû daïng hoaït ñoäng seõ gaén vaøo P, heä gen ñieàu khieån vieäc toång hôïp caùc thaønh phaàn cuûa phöùc heä nitrogenase ôû traïng thaùi môû. YÙ nghóa vaø vai troø cuûa VSV trong phaân huûy hôïp chaát chöùa ñaïm. - Giaûi quyeát naïn öù ñoïng xaùc cheát cuûa ñoäng vaät, thöïc vaät. - Chuyeån ñaïm höõu cô voâ ích thaønh coù ích. - Cung caáp nguoàn ding döôõng cho khu heä VSV vaät ñaát, laøm taêng soá VSV coù lôïi. - Tham gia vaøo söï taïo muøn trong ñaát. - Kheùp kín voøng tuaàn hoaøn Nitô trong töï nhieân. Khoâng khí VSV coá ñònh Nitô phaân töû N ÑV 2 Chaát Xaùc ÑV, TV höõu cô VSV amoân hoùa VSV phaûn nitrat hoùa Saûn phaåm röõa TV NO3 NH4 VSV nitrat hoùa ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
26. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 25 - Hình 6: Voøng tuaàn hoaøn Nitô trong töï nhieân 4. Phaân giaûi hôïp chaát chöùa laân trong ñaát Laân (P) laø moät trong ba yeáu toá raát quan troïng ñoái vôùi caây troàng . Laân deã tieâu trong ñaát thöôøng khoâng ñaùp öùng yeâu caàu cuûa caây, nhaát laø caây troàng coù naêng xuaát cao.Trong ñaát, laân thöôøng ôû caùc dang sau : - Laân höõu cô :laân trong cô theå ñoäng vaät, thöïc vaät, VSV thöôøng gaëp trong caùc chaát: fitin, phospholipid, acidnucleic, caây troàng, VSV khoâng theå ñoàng hoùa tröïc tieáp laân höõu cô maø chæ ñoàøng hoùa ñöôïc chuùng khi ñöôïc chuyeân hoùa thaønh muoái cuûa H3 PO4 laø : Ca(H2PO4)2, Na2 HPO4, K2HPO4,KH2PO4. - Laân voâ cô :thöôøng ôû trong caùc daïng khoùang nhö apatit, phosphoric, phosphate saét vaø phosphate Al Caây troàng khoâng theå ñoàng hoùa ñöôïc laân ôû caùc daïng treân maø chæ ñoàng hoùa ñöôïc laân ôû daïng deã tan. Nhôø VSV laân höõu cô ñöôïc voâ cô hoùa bieán thaønh daïng muoái cuûa acid phosphoric. Caùc daïng laân naøy moät phaàn ñöôïc caây söû duïng bieán thaønh daïng laân höõu cô, moät phaàn laïi coá ñònh döôùi daïng laân khoù tan nhö Ca3(PO4)2, FePO4, AlPO4. Nhöõng daïng khoù tan naøy trong moâi tröôøng pH thích hôïp seõ ñöôïc chuyeån hoùa vaø bieán thaønh daïng deã tan. Trong quaù trình naøy VSV giöõ vai troø quan troïng. 4.1. Phaân giaûi laân höõu cô Phaân giaûi xaùc ñoäng vaät, thöïc vaät acid nucleic, nucleotid, phospholipid, saûn phaåm phaân giaûi cuoái cuøng laø H3PO4. Quaù trình phaân giaûi caàn söï tham gia cuûa nhieàu nhoùm VSV thuoäc caùc gioáng Bacillus vaø Pseudomona. Ngoaøi naám, xaï khuaån cuõng coù khaû naêng phaân giaûi laân höõu cô. Quaù trình coù theå bieåu dieãn toång quaùt theo sô ñoà sau: 1. Nucleoprotein → nuclein → acid nucleic → nucleotide→ H3PO4. 2. Leucithin → Glycero phosphat → H3PO4. Nucleoprotei Protein Nuclein Acid nucleic Aminoacid Bazô Nitô Pentose H3PO4 H2O NH3 CO2 Phospolipid Leucitinase Caây Glycerol (P) ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc H3PO4 Glycerine
27. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 26 - H3PO4 ñöôïc duøng vaøo vieäc phaân giaûi laân khoù tan. 4.2. Phaân giaûi laân voâ cô Nhieàu vi khuaån nhö Pseudomonas fluorescens, VK nitrat hoùa, moät soá VK heä reã, naám, xaï khuaån cuõng coù khaû naêng phaân giaûi Ca3(PO4)2, VK vuøng reã phaân giaûi Ca3(PO4)3 maïnh. Naám Aspergillus niger coù khaû naêng phaân giaûi laân maïnh nhaát. Cô cheá quaù trình phaân giaûi Ca3(PO4)2 coù lieân quan maät thieát ñeán söï saûn sinh acid trong quaù trình soáng cuûa VSV. Taùc duïng vôùi moät trong boán loaïi acid: H3PO4 , H2CO3 , HNO3 , H2SO4 , trong ñoù H2CO3 raát quan troïng. Chính H2CO3 ñaõ laøm cho Ca3(PO4 )2 phaân giaûi. Quaù trình phaân giaûi nhö sau : Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O → Ca(HPO4)2 .H2 O + Ca(HCO3)2 Trong ñaát vi khuaån nitrat hoùa vaø vi khuaån chuyeån hoùa löu huyønh cuõng coù taùc duïng quan troïng trong vieäc phaân giaûi Ca3(PO4 )2 vì trong quaù trình soáng, caùc VK naøy tích luõy trong ñaát HNO3 vaø H2SO4, goùp phaàn hoøa tan Ca3(PO4)2 Quaù trình hoøa tan coù theå bieåu thò theo caùc phöông trình sau : Ca3(PO4)2 + 4HNO3 = Ca(H2 PO4)2 + 2Ca(NO3)2 Ca3(PO4 )2 +2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CùaSO4 5. Phaân giaûi caùc hôïp chaát chöùa löu huyønh Löu huyønh laø yeáu toá dinh döôõng quan troïng cuûa caây troàng. Trong ñaát, S ôû daïng caùc muoái sun faùt nhö :CaSO4.2H2O, Na2SO4, H2SO4, (NH 4)2SO4; muoái sunfit nhö FeS2, Na2S, ZnS, vaø caùc daïng hôïp chaát höu cô. Löu huyønh höõu cô ôû trong caùc acid amin cuûa protid ñoäng vaät, thöïc vaät, VSV nhö metionin, cystein, xistrin vaø moät soá trong nhoùm vitamin B nhö :tiamin, biotin 2- Caây troàng haáp thu S daïng SO2 ñeå xaây döïng cô theå, bieán S ôû daïng voâ cô thaønh daïng S höõu cô ñoäng vaät. Xaùc ñoäng vaät thöïc vaät döôùi taùc duïng cuûa VSV bò phaân giaûi vaø caùc chaát höõu cô coù S seõ ñöôïc chuyeån hoùa thaønh H2S ñoàng thôøi vôùi quaù trình anioân hoùa. H2S ñoäc vôi sinh vaät nhöng ñoái vôùi moät soá VSV chuyeån hoùa H2S coù 2- theå duøng laøm nguyeân lieäu ñeå oâxy hoùa thaønh S vaø SO4 Nhö vaäy S voâ cô coù theå chuyeån hoùa thaønh höõu cô. Daïng höõu cô tieáp tuïc chuyeån hoùa thanh theå khí vaø sau ñoù thaønh theå S voâ cô. Quaù trình tieán haønh lieân tuïc hình thaønh chu trình tuaàn hoaøn chuyeån hoùa löu huyønh trong töï nhieân : Protein VSV phaûn nitrat hoùa Aa chöùa S TV VSV amoân hoùa H2S VSV sunfat hoùa SO 4 VSV oxy hoùa ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
28. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 27 - 6. Nhoùm vsv quang hôïp soáng trong ñaát Vi khuaån quang hôïp soáng trong ñaát laø nhoùm VSV tieàn nhaân soáng quang döôõng nhöng khoâng thaûi oxi quang hôïp vì trong quaù trình ñoù chuùng chæ coù söû duïng caùc hôïp chaát khöû cuûa löu huyønh, hydro phaân töû hay caùc acid höõu cô ñôn giaûn laøm nguoàn cho ñieän töû (thay cho nöôùc nhö ôû caùc sinh vaät quang döôõng khaùc). Vi khuaån quang döôõng coù daïng hình caàu, hình que, löôïn soùng, baát ñoäng hay chuyeån ñoäng, ñôn baøo hay taäp hôïp thaønh chuoãi, chuùng coù kích thöôùc khaùc nhau (1- 100µm x 0,3– 0,6µm), Gram (-), sinh saûn baèng caùch phaân ñoâi. Vi khuaån quang hôïp ñöôïc xeáp chung vaøo boä Rhodospirillales goàm 2 boä phuï: Rhodospirillaceae vaø Chlorobiinaceae. + Boä Rhodospirillaceae goàm 2 hoï: Hoï Chromatiaceae (vi khuaån löu huyønh maøu tía) vaø hoï Chlorobiinaceae (vi khuaån maøu tía phi löu huyønh) + Boä Chlorobiinaceae coù hoï Chlorobiacae (vi khuaån löu huyønh maøu luïc). Chuùng laø nhoùm kî khí baét buoäc hoaëc khoâng baét buoäc. Hoï naøy bao goàm 5 gioáng: Chlorobiium, Prostherocloris, Chloropseudomonas, Pelodixtyon vaø Chlathrochioris. ÔÛ vi khuaån quang hôïp chöa coù luïc laïp, toaøn boä saéc toá quang hôïp cuûa chuùng taäp trung trong toå En zim hôïp quang hôïp goïi laø tylacoid, ñaây laø moät cô quan hình ñóa, phaân boá doïc theo phía trong cuûa maøng teá baøo. Saéc toá quang hôïp quan troïng nhaát laø Bacterioclorophyl A, ngoaøi ra coøn coù caùc saéc toá phuï khaùc. ÔÛ nhoùm vi khuaån maøu luïc, saéc toá phuï laø clorophyl c, d, e vaø moät löôïng nhoû carotenoid. ÔÛ nhoùm vi khuaån maøu tía thì saéc toá phuï chuû yeáu laø carotenoid Cô cheá cuûa quaù trình quang hôïp: Quaù trình quang hôïp dieãn ra theo hai giai ñoaïn keá kieáp nhau, ñöôïc goïi laø pha saùng vaø pha toái. a) Pha saùng Baét ñaàu quaù trình quang hôïp laø söï haáp phuï löôïng töû aùnh saùng (photon) moät caùch tröïc tieáp nhôø Chlorophyl a vaø caùc saéc toá quang hôïp phuï. Tieáp ñoù, ñieän töû trong phaân töû saéc toá chuyeån sang quyõ ñaïo môùi cuøng vôùi söï taêng naêng löôïng do caùc photon chuyeàn cho. Caùc phaân töû Chlorophyl ôû möùc naêng löôïng cao chæ toàn taïi khoaûng 109 giaây, sau ñoù chuùng quay laïi traïng thaùi beàn vöõng ban ñaàu, keøm theo söï giaûi phoùng naêng löôïng, naêng löôïng naøy laïi kích ñoäng caùc phaân töû saéc toá beân caïnh. Nhôø söï chuyeàn naêng löôïng aáy maø moät phaàn naêng löôïng cuûa aùnh saùng ñaõ haáp phuï ñöôïc chuyeån tôùi trung taâm quang hoaù. Chaát nhaän ñieän töû daïng khöû vaø cytocrom daïng oxi hoaù chính laø saûn phaån cuûa phaûn öùng saùng trong quang hôïp. Vieäc khöû cytocrom oxi hoaù xaûy ra keøm theo söï phosphoryl hoaù. Ôû vi khuaån quang hôïp chaát cho ñieän töû khoâng phaûi laø H2O maø thöôøng laø caùc hôïp chaát khöû cuûa löu huyønh (S), hydro phaân töû (H2) hoaëc caùc hôïp chaát höõu cô. * Coù 2 phöông thöùc phosphoryl hoùa (voøng vaø khoâng voøng) + Phosphoryl hoaù voøng: ñieän töû ñöôïc kích hoaït, baät ra khoûi phaân töû Bacteriochlorophyl A, sau khi chuyeån qua chuoãi vaän chuyeån trung gian laïi trôû veà ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
29. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 28 - traïng thaùi ban ñaàu, vôùi chaát nhaän chính laø phaân töû Bacteriochlorophyl A. Saûn phaåm taïo thaønh laø ATP. (Xem sô ñoà A) + Phosphoryl hoaù khoâng voøng: ñieän töû sau khi ñi qua chaát nhaän trung gian, khoâng trôû veà traïng thaùi ban ñaàu maø chuyeån ñeán chaát nhaän cuoái cuøng laø NAD+ hoaëc + NADP . Saûn phaåm taïo thaønh laø NADH2 hoaëc NADPH2 (xem sô ñoà B b) Pha toái ÔÛ pha toái dieãn ra quaù trình chuyeån hoaù CO2 (hoaëc moät hôïp chaát cacbon voâ cô naøo ñoù) thaønh ñöôøng (hoaëc moät hôïp chaát höõu cô naøo ñoù). Quaù trình naøy coù theå dieãn ra theo chu trình Calvin hoaëc chu trình Arnon. Phöông trình toång quaùt cuûa phaûn öùng quang phosphoryl hoùa ôû vi khuaån coù theå bieåu dieãn nhö sau: CO2 + H2A CH2 O + 2A Bactericlorophyl Sô ñoà A Feredoxyl Fp ADP Ghi chuù: UQ ATP Bac.chloA: Bacteriochlorophyl Fp: Flavoprotein Cyt , : Cytocrom 2e- Xt ADP a b, c a, b, c c UQ: ubiquinon Hw: naêng löôïng töø maët trôøi Xtb ATP Xta Sô ñoà B * Bac.ChloA Feredoxin Bac.ChloA Fp NADP 2e- hw NADPH Xtc Xtb UQ H2A ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
30. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 29 - Hình 7: Quaù trình quang phosphoryl hoùa voøng vaø khoâng voøng Sô ñoà A: Quaù trình quang phosphoryl hoùa voøng Sô ñoà B: Quaù trình quang phosphoryl hoùa khoâng voøng 7. Nhoùm vi sinhvaät leân men lactic trong ñaát Vi khuaån lactic thuoäc hoï Lactobacteriaceae, chuùng coù hình thaùi khoâng ñoàng nhaát: hình caàu, hình que, song veà maët sinh lyù chuùng töông ñoái ñoàng nhaát. Taát caû ñeàu laø nhöõng vi khuaån gram döông, khoâng sinh baøo töû, vaø haàu heát khoâng di ñoäng. Vi khuaån lactic sinh tröôûng toát trong ñieàu kieän kî khí hoaëc vi hieáu khí, tuy nhieân, söï leân men lactic thì laïi caàn kî khí tuyeät ñoái. Sôû dó nhoùm vi khuaån naøy coù theå taïo ra acid lactic vì chuùng coù khaû naêng tieát ra enzymee Lactat-dehydrogenase. Enzymee naøy xuùc taùc cho phaûn öùng chuyeån acid pyruvic thaønh acid lactic. Vi khuaån leân men lactic ñöôïc chia lam hai loaïi: leân men lactic ñoàng hình vaø leân men lactic dò hình. * Leân men lactic ñoàng hình bao goàm caùc loaøi VSV sau: Streptococcus lactic, Streptococcus cremoris, Lactobacterium vulgaricum, Lactobacterium delbrickii (Thermobacterium cereall), Lactobacterium cucumerisfermentati * Leân men lactic dò hình bao goàm caùc loaøi VSV sau: Lactobacterium hassicec fermentatic, Lactobacterium lycopersici, Eschericia coli aerogenes Quaù trình leân men laøm chuyeån hoaù glucose thaønh acid lactic goïi laø quaù trình leân men lactic. Quaù trình naøy raát phoå bieán trong töï nhieân vaø trong lónh vöïc noâng nghieäp. Ngaøy nay ngöôøi ta baét ñaàu öùng duïng vieäc xöû lyù men cho haït tröôùc khi gieo laøm cho quaù trình trao ñoåi chaát cô baûn trong haït ñöôïc taêng cöôøng, haït naûy maàm nhanh, saûn löôïng taêng vaø taêng cöôøng caùc quaù trình sinh hoïc xaûy ra trong ñaát baèng caùch “boùn”vaøo ñaát caùc cheá phaåm men. Ñoä phì cuûa ñaát nhôø ñoù taêng leân. Trong quaù trình leân men lactic ñoàng hình glucose seõ ñöôïc chuyeån hoaù theo chu trình Embden_Meyerhof ñeå taïo thaønh acid pyruvic vaø NADH, tieáp ñoù acid pyruvic seõ tieáp tuïc ñöôïc khöû theo phöông trình sau ñeå taïo thaønh acid lactic C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH + 225Kcal Caùc vi khuaån leân men dò hình khoâng coù caùc men chuû yeáu cuûa chu trình Embden-Meyerhof (andolase, Triosephosphate isomerase) vì theá, glucose seõ chuyeån hoaù theo chu trình pentose phosphate seõ taïo thaønh glyxeraldehyde vaø acetinephosphate. Saûn phaåm cuoái cuøng, ngoaøi acid lactic, coøn coù acid acetic vaø röôïu etylic. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
31. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 30 - CHÖÔNG III. VI SINH VAÄT GAÂY BEÄNH CAÂY I. CÔ CHEÁ CHUNG CUÛA QUAÙ TRÌNH GAÂY NHIEÃM BEÄNH CAÂY 1. Ñaëc ñieåm trao ñoåi chaát cuûa VSV gaây beänh VSV gaây beänh caây thuoäc caùc nhoùm kyù sinh, baùn kyù sinh vaø baùn hoaïi sinh Ñaëc ñieåm trao ñoåi chaát chung cuûa chuùng ñaùng löu yù ôû choã: - Coù hoaït ñoä trao ñoåi chaát raát maïnh vaø söùc soáng cuõng raát maõnh lieät, ñeán möùc coù theå vöôït qua caùc phaûn uùng baûo veä cuûa caây chuû. - Coù heä enzyme voâ cuøng phong phuù vaø toaøn dieän, taïo cho noù coù khaû naêng phaân huyû taát caû caùc thaønh phaøn dinh döôõng coù trong caây vaø trong ñaát, chuùng phaûi coù enzyme peptidase, urease, phosphatase, lipase, cellulase (phaân giaûi caùc loaïi polysaccharide cao phaân töû) oxydase vaø peroxydase (hoaït ñoäng oxy hoaù sinh naêng löôïng). Taát caû boïn VSV gaây beänh khi kyù sinh treân caây ñeàu thöïc hieän hai cô cheá gaây haïi sau: - Laáy nguyeân lieäu töø trong caây chuû laøm thöùc aên. - Thaûi ra nhöõng chaát ñoäc haïi cho caây, bao goàm caùc loaïi axit höõu cô, caùc chaát gaây thoái, caùc chaát laøm ngöøng treä sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa caây. 2. Quaù trình xaâm nhieãm vaø laây lan (goàm boán giai ñoaïn) - Giai ñoaïn xaâm nhieãm - Giai ñoaïn tieàm duïc - Giai ñoaïn sinh saûn phaùt trieån - Giai ñoaïn phaùt taùn 1 2 3 4 Xaâm nhieãm Tieàm duïc Sinh saûn Phaùt taùn - ÔÛ thôøi kyø xaâm nhieãm nguoàn beänh ñöôïc löu toàn ôû trong ñaát trong haït gioáng, hoaëc caây coû daïi quanh khu ñaát troàng troït , thöôøng noù toàn taïi döôùi daïng söùc soáng maïnh vaø ñöôïc baûo veä toái ña. Chuùng chôø cô hoäi thuaän lôïi ñeå chui vaøo moâ caây qua veát thöông hoaëc töï tieát ra enzyme ñeå choïc thuûng maøng teá baøo caây chuû. Nguoàn beänh coù theå toàn taïi döôùi daïng baøo töû vi khuaån, daïng capsule, daïng haïch naám hoaëc daïng baøo töû moác. - Giai ñoaïn tieàm duïc (tieàm aån): VSV chöa thöïc hieän sinh saûn; chuùng hoaït ñoäng trao ñoåi chaát, gaây nhöõng bieán ñoåi traïng thaùi sinh lyù- sinh hoùa cuûa caây chuû ôû möùc khoâng nhaän bieát ñöôïc; sau ñoù daãn ñeán nhöõng bieán ñoåi hình thaùi, caáu truùc cuûa moâ vaø teá baøo. Khi baét ñaàu xuaát hieän caùc daáu hieäu beänh lyù ôû caùc cô quan bò xaâm nhieãm laø chaám döùt thôøi kyø tieàâm aån. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
32. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 31 - - Thôøi kyø sinh tröôûng vaø phaùt trieån: caùc teá baøo VSV ñaõ tích ñuû nguyeân lieäu cho moïi hoaït ñoäng caàn thieát, ñaõ chieám ñöôïc vò trí vöõng vaøng trong cô quan caûm thuï cuûa caây chuû ôû möùc caây chuû khoâng theå naøo choáng ñôõ. VSV böôùc vaøo thôøi kyø sinh saûn vaø phaân chia. Neáu laø vi khuaån vaø virus thì noù nhaân leân, coøn neáu laø naám vaø xaï khuaån thì noù seõ hình thaønh cô quan sinh saûn ñaëc tröng (hình thaønh baøo töû) - Giai ñoaïn phaùt taùn; song song vôùi vieäc sinh saûn, VSV tieát ra nhöõng dòch nhaày, nhöõng chaát dính ñeå taïo ñieàu kieän cho vieäc phaùt taùn cuûa noù. Khi ñaõ sinh saûn vôùi soá löôïng lôùn ñeán möùc ñuû ñeå phaù huûy teá baøo chuû thì noù baét ñaàu giai ñoaïn phaùt taùn: theo gioù, nöôùc möa, theo doøng nöôùc chaûy, theo coân truøng, theo löu haønh cuûa haït gioáng ñeán taát caû nhöõng nôi ngaãu nhieân rôi vaøo, baùm truï vaø chôø ñeán khi gaëp ñoái töôïng môùi noù laïi xaâm nhieãm vaø laïi gaây beänh cho caây môùi. II. CAÙC NHOÙM VI SINH VAÄT GAÂY BEÄNH 1. Vi khuaån gaây beänh caây Soá löôïng vi khuaån gaây beänh caây thöôøng taäp trung vuøng quanh reã nhieàu hôn vuøng ngoaøi reã; ngöôïc laïi, VSV ñoái khaùng vôùi noù thöôøng taäp trung vuøng ngoaøi reã do vaäy coù lôïi cho boïn VSV gaây beänh vaø baát lôïi cho caây. Haàu heát vi khuaån gaây beänh caây thöôøng ôû daïng baøo töû hoaëc capsule, nhôø vaäy noù toàn taïi raát laâu nhieàu thaùng nhieâu naêm, nöûa naêm maø vaãn thoaùt ñöôïc nhöõng yeáu toá hoaù lyù baát lôïi vaø caïnh tranh sinh toàn cuûa boïn VSV ñoái khaùng. Vi khuaån gaây beänh caây thöôøng phaûi ñaáu tranh vôùi hai loaïi ñoái töôïng: - Caùc loaïi xaï khuaån sinh khaùng sinh - Caùc bacteriophage ñaëc hieäu Ñöôøng xaâm nhaäp chuû yeáu cuûa vi khuaån laø qua caùc loã hôû töï nhieân treân thaân, reã, laù hoaëc qua caùc veát thöông. Ví duï: + Vi khuaån Xanthomonas malvasearum gaây beänh cho caây khoai taây baèng caùch chui qua loã hoång treân laù caây khoai taây. + Vi khuaån Pseudomonas xaâm nhaäp vaøo thuoác laù thoâng qua nhöõng veát thöông ôû giai ñoaïi caét laù, tæa caønh (giai ñoaïn veát thöông chöa laønh). Söï lan truyeàn cuûa caùc vi khuaån qua caùc con ñöôøng: + Nhieãm vaøo haït do laáy haït gioáng ôû nhöõng khu ruoäng bò beänh. + Nhieãm vaøo haït qua oáng daãn nhöõng ñöôøng daãn truyeàn + Töø ñaát nhieãm vaøo maàm trong giai ñoaïn maàm ñoäi ñaát moïc leân. + Nhieãm vaøo caây gioáng vaø caønh chieát neáu voâ yù chieát ôû nhöõng caønh bò beänh hoaëc tay chaân, duïng cuï cuûa nhöõng ngöôøi chieát caønh. + Laây beänh qua con truøng moâi giôùi. Soá caùc beänh do vi khuaån gaây ra khoâng nhieàu nhöng khi daõ bò thì ñoä laây nhieãm cuûa noù laø nhanh nhaát. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
33. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 32 - 2. Virus gaây beänh caây Virus laø loaïi kyù sinh noäi baøo baét buoäc khoâng bao giôø chuùng coù thôøi gian toàn taïi trong ñaát, moïi quaù trình sinh lyù ñeàu thöïc hieän ngay trong teá baøo caây chuû vaø söû duïng toaøn boäï nguyeân lieäu cuõng nhö ezyme cuûa caây chuû ñeå nhaân leân. Quaù trình gaây nhieãm cuûa virus cuõng töông töï nhö trong tröôøng hôïp ôû ñoäng vaät. Khi ñaõ nhaân leân trong teá baøo chuû noù gaây ra nhöõng thay ñoåi sinh lyù raát traàm troïng cho caây, thaäm chí gaây ra nhöõng hình theå hoaøn toaøn môùi döôùi daïng khoái u hoaëc döôùi daïng tinh theå cöùng raát ñaëc tröng - Ô Ûnhöõng laù caây bò beänh haøm löôïng chaát dieäp luïc giaûm maïnh vaø do vaäy phieán laù bò phaù hoûng hoaøn toaøn hoaëc bò giaûm kích thöôùc, keøm theo ñoù laø quaù trình quang hôïp bò roái loaïn daãn ñeán tích tuï moät soá saûn phaåm trao ñoåi chaát baát bình thöôøng treân laù (tích tuï antoxyan trong khoâng baøo cuûa laù caây thuoác laù , tích tuï tinh theå oxalatcanxi trong laù caây su su, taêng haøm löôïng protein trong laù). - Taùc ñoäng tröïc tieáp vaøo caùc hoaït ñoäng enzyme trong teá baøo chuû, kích hoaït enzyme naøy, ñoàng thôøi laïi giaûm moät soá enzyme khaùc (ví du: taêng hoaït tính oxydase vaø peroxydase nhöng catalase laïi giaûm hoaït tính). - Tích luõy ñöôøng treân laù, gaây neân taéc ngheõn caùc ñöôøng vaän chuyeån nguyeân lieäu giöõa laù vaø caùc boä phaän khaøc trong caây, daãn ñeán bieán ñoåi taát caû caùc traïng thaùi sinh lyù, theå hieän caùc trieäu chöùng : + Gaây ñoám hoa treân laù: treân laù xuaát hieän nhöõng ñoám nhoû, maøu luïc maát ñi, xuaát hieän maøu traéng hoaëc maøu naâu nhaït. + Beänh ñoám vaøng laù: laù coù maøu vaøng uùa vaø tích luõy nhieàu tinh boät vaø oxalat canxi neân gioøn, deã vôõ, khoâ cöùng vaø maát khaû naêng quang hôïp . Soá löôïng beänh do virus gaây ra khoâng nhieàu nhöng nguy hieåm ôû choã, muoán chöõa trò noù khoù coù theå duøng khaùng sinh hoaëc caùc bieän phaùp caïnh tranh sinh hoïc cuûa caùc noøi ñoái khaùng khaùc, thöôøng ngöôøi ta nuoâi nhöõng virus gaây beänh caây treân chính nhöõng moâ roài chieát ra nhöõng khaùng huyeát thanh baèng nhöõng phöông phaùp nuoâi caáy teá baøo, nuoâi caáy moâ roài trò beänh (chöõa trò toán keùm). 3. Naám gaây beänh caây Soá löôïng beänh caây do naám gaây ra laø lôùn nhaát so vôùi taát caû caùc loaïi beänh, chuû yeáu laø caùc loaïi naám moác (ñoä phaùt trieån laây lan cuûa noù cuïc nhanh, theå loaïi beänh laïi raát nhieàu, coù nhöõng loaïi caây caûm thuï haøng traêm loaïi beänh do naám gaây ra. Beänh do naám gaây toån thaát naëng neà cho noâng nghieäp hôn caû trong caùc ñoái töôïng VSV vaø möùc ñoä gaàn nhö töông ñöông vôùi söï huûy hoaïi cuûa coân truøng haïi caây. Ñaëc ñieåm chung: + Naám thích hôïp vôùi pH thaáp, maø pH cuûa dòch caây cuõng thaáp. + Giöõa caây chuû vaø vaät gaây beänh cuõng theå hieän möùc ñoä chuyeân tính ñaëc hieäu roõ reät. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
34. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 33 - + Khi naám ñaõ xaâm nhaäp vaøo roài thì sôïi naám chæ phaùt trieån ôû boä phaän nhaát ñònh cuûa caây (gaây beänh cuïc boä), nhöng cuõng coù tröôøng hôïp khi ñaõ xaâm nhaäp vaøo roài thì sôïi naám töø töø phaùt trieån treân toaøn thaân (laøm nhieãm haït gioáng vaø cuû gioáng, lan truyeàn cho theá heä sau). + Ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm ôû Vieät Nam laø thích hôïp cho söï phaùt trieån cuûa naám gaây beänh hôn caùc ñoùi töôïng gaây beänh khaùc. + Naám xaâm nhaäp khoâng chæ qua caùc veát thöông vaø caùc loã hoång töï nhieân maø noù coù theå töï taïo neân nhöõng vò trí xaâm nhaäp treân nhöõng cô quan nguyeân veïn cuûa caây. + Quaù trình gaây beänh cuûa naám ñoái vôùi caây chuû traûi qua boán giai ñoaïn: tieáp xuùc, naûy maàm, xaâm nhaäp, sinh saûn vaø phaùt taùn. - Tieáp xuùc: caùc baøo töû naám thöôøng coù gai xuø xì hoaëc coù chaát dính xung quanh taïo cho chuùng coù khaû naêng deã baùm vaøo caùc duïng cuï lao ñoäng, nguôøi laøm vöôøn, hoaëc do gioù möa cuõng baùm ñöôïc ngay treân caây chuû naûy maàm. Khi ñaõ tieáp xuùc ñöôïc leân maët cuûa caây chuû noù baét ñaàu naûy maàm, baøo töû baùm leân neàn cuûa caây chuû vaø phaùt trieån töï taïo neân nhöõng loã thuûng beân treân teá baøo caây chuû ñeå chui vaøo. Tuy nhieân ôû giai ñoaïn naøy vieäc naûy maàm cuûa noù phuï thuoäc nhieàu vaøo ñieàu kieän ngoaïi caûnh: nhieät ñoä, pH, ñoâï chieáu saùng, ñoä aåm, oxy. Trôøi naéng gaét hoaëc nhieät ñoä cao thì daãn ñeán moät tyû leä lôùn caùc baøo töû naám khoâng naûy maàm ñöôïc. - Xaâm nhaäp: voøi naám chui qua caùc khí khoång, caùc loã hôû töï nhieân hoaëc caùc loã hôû do chuùng taïo thaønh, choïc thuûng lôùp kitin tieát ra men phaân giaûi cellulose ñeå phaù maøng, tieáp tuï chui saâu vaøo gian baøo, len loûi caùc phaàn gian baøo cuûa caây chuû. Ñeán ñaây laøm naûy sinh traïng thaùi tieàm taøng hoaëc uû beänh (caây chuû baét ñaàu phaùt sinh traïng thaùi sinh lyù sinh hoùa nhöng chöa theå hieän). Thôøi kyø uû beänh daøi ngaén khaùc nhau tuøy loaïi beänh vaø tuøy caây beänh. Ví duï: - Naám gaây beänh chaám ñen ôû haït baép: thôøi gian uû beänh 1, 2 ngaøy. - Naám gaây beänh treân mía: thôøi gian uû beänh 1, 2 thaùng. - Thôøi kyø sinh saûn: naám baét ñaàu hình thaønh cô quan sinh saûn (cuoáng baøo töû vaø baøo töû). Baøo töû lôùn leân, chín daàn, phaù huûy teá baøo vaø moâ caây chuû, phaùt taùn ñeán nhöõng boä phaän khaùc cuûa caây hoaëc phaùt taùn sang caây môùi. Thöôøng trieäu chöùng beänh lyù ñaëc tröng laø thoái röõa cuû vaø röõa naùt laù. Moät soá loaïi naám gaây beänh thöôøng gaëp : - Beänh luùa von: Fusarium moniliforme nhieãm vaøo haït luùa ñang naûy maàm roài laøm maàm cheát. - Beänh phaán ñen treân caây baép: Celitago magdis corde, xuaát hieän nhöõng chaám ñen laøm hö hoûng haït vaø loõi. - Beänh thoaùi röõa khoai lang: Rhizopus nigricans. - Beänh moác söông caø chua Phitphitora infestrans - Beänh heùo ruõ caây laïc: Aspergillus niger. - Beänh khoái u khoai taây: Synchytridium endobioticum pers ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
35. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 34 - 4. Nhoùm xaï khuaån gaây beänh caây - Xaï khuaån soáng theo phöông thöùc baùn hoaïi sinh, chuû yeáu laø phaân huûy caùc goác caây ñaõ bò cheát, khi gaëp ñieàu kieän chuyeån sang baùn kyù sinh, gaây beänh cho caây soáng. - Phöông thöùc gaây beänh: baàn hoùa, cöùng nhu moâ, phaù hoaïi reã vaø cuû. Ví duï: Actinomyces seachy baàn hoùa cuû khoai taây. III. CAÙC BIEÄN PHAÙP SINH HOÏC TRONG PHOØNG CHOÁNG BEÄNH CAÂY 1. Cô sôû khoa hoïc cuûa vieäc söû duïng caùc bieän phaùp sinh hoïc trong phoøng choáng beänh caây Beänh caây, gaây neân do hai nhoùm sinh vaät chuû yeáu: - Caùc nhoùm vi sinh vaät ( naám, vi khuaån, virus, xaï khuaån.) - Caùc nhoùm coân truøng nhö saâu haïi rau. Vì theá phoøng choáng beänh caây trong baûo veä thöïc vaät chính laø tìm caùch ngaên ngöøa söï phaùt trieån, tieâu dieät boïn VSV kyù sinh treân caây vaø boïn coân truøng kyù sinh treân caây. Nhaèm muïc ñích naøy thöôøng ngöôøi ta keát hôïp caùc bieän phaùp sinh hoïc, hoùa hoïc vaø lyù hoïc. Rieâng ñoái vôùi caùc bieän phaùp sinh hoïc thöôøng bao goàm nhöõng phöông thöùc cuï theå: • Söû duïng caùc noøi VSV ñoái khaùng döôùi daïng soáng. Raát nhieàu loaïi VSV coù hoaït ñoäng ñoái khaùng ñoái vôùi boïn vi khuaån, naám vaø coân truøng gaây beänh caây. Hoaït ñoäng ñoái khaùng cuûa chuùng theå hieän ôû hai phöông dieän: - Tieát ra caùc saûn phaåm trao ñoåi chaát ngoaïi baøo coù ñoäc tính ñoái vôùi sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa boïn gaây beänh caây (khaùng sinh, ñoâïc toá, caùc acide höõu cô, enzyme phaân giaûi. Do vaäy coù theå ñöa chuùng vaøo oå ñaát troàng troït ñeå ngaên chaën boïn gaây beänh. - Tröïc tieáp xaâm nhaäp vaøo teá baøo vaø moâ cuûa caùc VSV vaø coân truøng haïi caây soáng kyù sinh treân ñoù vaø do vaäy kìm haûm söï phaùt trieån hoaëc tieâu dieät hoaøn toaøn boïn gaây beänh caây (ñoù chính laø nhöõng noøi VSV kyù sinh baäc hai). • Söû duïng caùc cheá phaåm sinh hoïc coù hoaït tính dieät maàm beänh haïi caây. - Söû duïng chaát khaùng sinh vaø phitonxit. - Ñieàu cheá vaø söû duïng thuoác tröø saâu sinh hoïc. - Caùc bieän phaùp ñaáu tranh sinh hoïc khaùc: bieän phaùp caïnh tranh sinh toàn giöõa caùc loaøi VSV, duøng bieän phaùp canh taùc, ñieàu kieän ngoaïi caûnh, cô cheá mieãn dòch thöïc vaät Vieäc söû duïng caùc bieän phaùp sinh hoïc coù nhieàu öu theá so vôùi caùc bieän phaùp hoùa, lyù: ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
36. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 35 - - Khoâng ñoäc ñoái vôùi ngöôøi vaø gia suùc, khoâng laøm oâ nhieãm moâi tröôøng . - Khoâng gaây aûnh höôûng xaáu ñaùng keå ñoái vôùi caùc heä sinh thaùi vaø ñoái vôùi caùc sinh vaät coù ích. - Coù theå duøng ôû baát cöù thôøi kyø sinh tröôûng naøo cuûa caây, keå caû khi ra hoa, keát quaû vaø khi saép thu hoaïch maø khoâng laøm giaûm naêng suaát vaø cuõng khoâng ñeå laïi haäu quaû cho ngöôøi söû duïng. - Rieâng bieän phaùp duøng caùc sinh vaät soáng thì chuùng coù khaû naêng töï nhaân leân vaø töï lan truyeàn phaùt taùn neân hieäu quaû thu ñöôïc cao hôn möùc ñaâu tö thöïc teá. Thöôøng reû tieàn, deãthöïc hieän hôn so vôùi caùc bieän phaùp hoùa lyù. 2. Moät soá bieän phaùp ñang ñöôïc söû duïng taïi Vieät Nam • Duøng noøi VSV ñoái khaùng döôùi daïng soáng. Moät trong nhöõng bieän phaùp höõûu hieäu trong BVTV laø tìm caùch taêng cöôøng soá löôïng VSV ñoái khaùng cho khu vöïc troàng troït baèng caùch nhaân gioáng, nhaân taïo roài boùn cho ñaát hoaëc söû lyù haït gioáng tröôùc khi gieo troàng. Ví duï: - Boùn caùc hoãn dòch teá baøo naám Trichoderma ligonerum harz vaøo ñaát troàng troït. Naám naøy tieát ra chaát dieät khuaån coù hoaït tính phoå roäng, choáng ñöôïc caùc loaïi beänh: (a)loã ôû reã vaø heùo ruõ caây boâng, (b) thoái goác khoai taây, (c) thoái reã döa chuoät. - Duøng khuaån laïc soáng cuûa vi khuaån ñoái khaùng thuoäc hai loaïi Achromobacter vaø Pseudomonas ñeå xöû lyù haït boâng; choáng ñöôïc vi khuaån gaây beänh giaùc ban X. malvacearum. - Duøng caùc khuaån laïc Myxobacteriales vaøo boùn ñaát ñaõ tieâu huûy ñöôïc haøng loaït caùc vi khuaån gaây beänh thuoäc nhoùm X .mavalcearum, X.phaseoli vaø Ps.maceulla chianum. - Duøng hoãn dòch teá baøo soáng cuûa caùc noøi vi khuaån + moác + xaï khuaån sau (ñeå choáng beänh taéc boù maïch ôû caûi baép do vi khuaån gaây ra): Bacillus mesenlericus, Bacillus subtilis, Penicillium rivolii, Actinomyces fumocus, Actinomyces restrictum. Theo Gvozodiac,1996: - Ñöa VSV ñoái khaùng vaøo ñaát thoâng qua nöôùc töôùi, phaân boùn hoaëc söû lyù haït. - Troàng xen keõû nhöõng loaïi caây coù taùc duïng choïn loïc vaø tích luõy VSV ñaëc hieäu. - Khi taïo ñieàu kieän cho caùc loaïi VSV ñoái khaùng phaùt trieån song song vôùi noøi gaây beänh treân cuøng moät oå ñaát hoaëc oå VSV thì boïn ñoái khaùng seû daàn daàn laán aùt boïn gaây beänh (boùn kích toá sinh tröôûng cho noøi VSV ñoái khaùng, taïo PH moâi tröôøng baát lôïi cho vi khuaån gaây beänh). • Söû duïng caùc noøi VSV kyù sinh baäc hai treân VSV vaø coân truøng gaây beänh caây Trong thöïc teá, caùc nhaø BVTV ñaõ tìm thaáy caùc loaïi VSV kyù sinh baäc hai, trong ñoù caùc caëp kyù sinh vaø vaät chuû baäc hai coù theå laø: - Naám > < vi khuaån. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
37. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 36 - - Naám > <coân truøng. Ví duï: * Venifcillum sp. kyù sinh treân naám Hebilliava statrix gaây beänh reã saét caây caø pheâ. * Naám Ceicunnobolis cesatu kyù sinh treân naám gaây beänh phaán traéng Erysiple. * Vi khuaån Achromobacter kyù sinh treân vi khuaån gaây beänh giaùc ban boâng vaø ñaäu xanh Xanthomonas phaseoli. * Vi khuaån Bacillus thuringinensis kyù sinh treân saâu caùnh böôùm khi xaâm nhaäp vaøo tuùc chuû chuùng seû gaây beänh lyù cho ñoái phöông thu nhöõng cô cheá hieäu. • Cho caùc noøi VSV khoâng ñoäc caïnh tranh sinh toàn vôùi caùc noøi gaây beänh caây daãn ñeán giaûm hoaït tính gaây beänh cuûa chuùng Chuû ñoäng gaây nhieãm cho caây baèng nhöõng noøi VSV soáng phuï sinh khoâng gaây ñoäc cho caây, do vaäy haïn cheá söï phaùt trieån nhöõng noøi ñoäc. Bieän phaùp naøy coù theå phoøng beänh ñoàng thôøi cöùu caû nhöõng caây ñaõ bò beänh. Ví duï 1: ñem reã caây caø chua con ngaâm trong dung dòch chöùa caùc virus khoâng ñoäc tröôùc khi troàng, baûo veä cho caây khoâng maéc virus ñoäc. Ví duï 2: Naám Endothia parasitica coù nhieàu biotyp - Coù typ kyù sinh gaây ñoäc gieû - Coù typ phuï sinh khoâng gaây ñoäc Khi caây gieû ñaõ bò caùc noøi naám ñoäc gaây nhieãm, ngöôøi ta ñem troän dòch chöùa teá baøo cuûa nhöõng noøi phuï sinh vaøo voøng ngoaïi vi quanh veát thöông vôùi maät ñoä teá baøo lôùn giuùp veát thöông laønh daàn. (Caàn phaân bieät: bieän phaùp naøy khaùc bieät vieäc duøng caùc noøi sinh vaät ñoái khaùng, duøng bieän phaùp canh taùc). • Duøng khaùng sinh vaø phitonxit trong baûo veä thöïc vaät Keát quaû nghieân cöùu cuûa nhieàu taùc giaû cho thaáy phöông phaùp phoøng tröø beänh caây baèng khaùng sinh toû ra khaù coâng hieäu, nhaát laø ñoái vôùi nhöõng maàm beänh laø vi khuaån. Khi maàm beänh laø coân truøng vaø virus thì khaùng sinh coù phaàn keùm hieäu löïc hôn. Thöôøng trong coâng taùc baûo veä thöïc vaät ngöôøi ta duøng hai nhoùm chaát khaùng sinh: - Nhoùm chaát khaùng sinh coù nguoàn goác töø VSV (töø vi khuaån, xaï khuaån, moác). - Nhoùm chaát khaùng sinh coù nguoàn goác töø thöïc vaät (töø haønh toûi, töø caây coû döôïc lieäu) loaïi naøy ñöôïc goïi laø phitonxit. Khaùng sinh duøng trong phoøng tröø beänh caây khoâng ñoøi hoûi tinh khieát maø coù theå duøng döôùi daïng thoâ. - Daïng tinh khieát khoâng tinh cheá cuûa thöïc vaät chöùa khaùng sinh töø reã caây soáng. - Dòch nuoâi caáy caùc loaøi vi khuaån, xaï khuaån sinh khaùng sinh ngoaïi baøo trong ñoù ñaõ loaïi xaùc. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
38. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 37 - - Thaäm chí coù theå söû duïng dòch nuoâi caáy chöùa nguyeân caû teábaøo VSV sinh khaùng sinh coøn ñang soáng, neáu nhöõng loaøi naøy khoâng gaây haïi cho caây. Trong tröôøng hôïp naøy thöïc teá ñaõ taän duïng caû hai khaû naêng phoái hôïp: - Khaû naêng tieát khaùng sinh cuûa noøi vi khuaån hoaëc xaï khuaån. - Khaû naêng caïnh tranh sinh toàn, tieán tôùi laán aùt boïn gaây beänh, boïn vi khuaån hoaëc xaï khuaån luùc naøy ñoùng vai troø VSV ñoái khaùng. Xeùt rieâng veà cô cheá taùc duïng cuûa chaát khaùng sinh ñaõ döôïc saûn xuaát thaønh cheá phaåm coâng nghieäp (khoâng chöùa xaùc VSV vaø xaùc teá baøo thöïc vaät). Nhieàu taùc giaû ñaõ khaúng ñònh raèng moät trong nhöõng öu ñieåm cuûa vieäc söû duïng chaát khaùng sinh laø chuùng coù theå ñeã daøng xaâm nhaäp vaøo caây qua boä reã, roài töø ñoù ñi ñeán toaøn boä thaân, laù. Nhieàu loaïi khaùng sinh khi ñaõ vaøo caùc moâ cuûa caây, khaùng sinh tích luõy thaønh caùc löôïng lôùn hoaëc nhoû trong caây nhöng khoâng gaây ñoäc cho caây maø traùi laïi giuùp caây coù theâm khaû naêng môùi: choáng laïi caùc maàm beänh. Nhöõng chaát khaùng sinh coù hieäu quaû keå treân bao goàm (theo trình töï taùc duïng yeáu daàn): + Penicilline + Xitomyxin, aureomyxin + Streptomyxin, Geobisporin Ñeå ñöa khaùng sinh vaøo caây, ngöôøi ta coù theå choïn caùc vò trí: + Cho huùt qua reã + Thaám qua beà maët laù + Ngaâm hom gioáng vaø caønh chieát ngaäp trong dunh dòch khaùng sinh. + Ñöa vaøo thaân caây qua baäc thaám (theo moät phöông phaùp ñaëc hieäu cuûa Shevirep 1903). + Xöû lyù haït, caønh giaâm trong dung dòch khaùng sinh tröôùc khi gieo. Ñeå taêng tính thaám cuûa caây, khi ñöa khaùng sinh vaøo caàn taïo ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm thích hôïp ôû vuøng ñaát troàng troït ñang caàn söû duïng khaùng sinh. Moät soá chaát khaùng sinh vaø phitonxit khi ñem xöû lí haït tröôùc khi gieo ñaõ theå hieän ñoàng thôøi hai taùc duïng: + Choáng beänh caây. + Kích thích söï naûy maàm cuûa haït. Ví duï: Arenarin, estethiosulfoaxit → Xöû lyù haït caø chua → choáng vi khuaån gaây khoái u quaàc chua, taåy truøng u naûy maàm. Cheá phaåm treân coøn choáng beänh thoái vaøng khoai taây, beänh vi khuaån ñaäu vaùn, beänh taéc boù maïch baép caûi. Xöû lyù haït hoaëc cho ngaâm qua dung dòch caùc phitonxit chieát töø caây Trifohum vaø caây Medicago cho thaáy nhieàu loaïi caây aên quaû cho tyû leä naûy maàm cao, tyû leä maéc beänh thaáp, naêng suaát thu hoaïch taêng hôn so vôùi ñoái chöùng. Taùc duïng naøy khoâng chæ trong naêm ñaàu maø coøn duy trì sang naêm thöù hai. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
39. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 38 - Phitonxit chieát töø haønh toûi duøng ñeå xöû lyù haït cho baép caûi, cam quyùt ñaõ choáng ñöôïc haøng loaït caùc loaïi vi khuaån gaây beänh khaùc nhau Cô cheá taùc duïng cuûa khaùng sinh bieåu hieän khaùc nhau ôû moãi loaïi vi khuaån. Song nhìn chung, döôùi aûnh höôûng cuûa khaùng sinh, söï trao ñoåi chaát cuûa caùc cô theå maãn caûm bò phaù vôõ, heä thoáng enzyme noäi baøo bò bieán ñoåi, heä thoáng hoâ haáp vaø quaù trình ñoàng hoùa bò roái loaïn, ñoàng thôøi söï sinh saûn cuûa chuùng cuõng bò ngöøng treä hoaëc huûy hoaïi → haäu quaû cuoái cuøng laø Vi sinh vaät gaây beänh coù theå bò gieát cheát vaø nhö theá caây ñöôïc cöùu thoaùt Song moät ñieàu caàn thieát heát söùc löu yù laø khoâng phaûi taát caû caùc loaïi khaùng sinh coù hoaït tính dieät khuaån ñeàu duøng ñöôïc trong vieäc phoøng choáng beänh caây, bôûi vì nhieàu loaïi khaùng sinh gaây ñoäc cho caû caây, laøm ñình treä hoaëc ñình chæ hoaøn toaøn söï sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa caây Ví duï: Gnanufxidin, Pioxianin chæ caàn moät lieàu löôïng nhoû ñaõ laøm ngöøng sinh tröôûng phaùt trieån cuûa caây (Kpachukob, 1952) 3 . Ñieàu cheá vaø söû duïng caùc thuoác tröø saâu sinh hoïc trong baûo veä thöïc vaät. • Khaùi nieäm chung Moät trong nhöõng bieän phaùp ñaõ ñöôïc duøng ôû qui moâ coâng nghieäp laø duøng nhöõng loaøi vi khuaån hoaëc virus gaây beänh cho coân truøng haïi caây hoaëc gaây beänhcho moät loaïi VSV haïi caây naøo ñoù ñeå cheá taïo thuoác tröø saâu VSV. Caùch duøng naøy hoaøn toaøn khaùc vôùi bieän phaùp duøng caùc noøi VSV soáng, nhöõng noøi VSV naøy khoâng ñöôïc ñöa tröïc tieáp vaøo oåû ñaát hoaëc oåû VSV döôùi daïng caùc khuaån laïc soáng maø chuùng chæ ñöôïc duøng laøm gioáng saûn xuaát, tieáp ñoù chuùng ñöôïc nhaân gioáng vaø ñöa vaøo caùc coâng ngheä leân men, ñöôïc taïo ra saûn phaåm döôùi daïng thuoác tröø saâu, ñem phun vaøo laù caây vaø thaân caây. • Duøng goác gioáng laø VI KHUAÅN Vieäc söû duïng vi khuaån kyù sinh baäc hai ñeå ñieàu cheá thuoác tröø saâu haïi caây deã daøng vaø phoå bieán treân phaïm vi toaøn theá giôùi.Moät trong nhöõng cheá phaåm loaïi naøy laø thuoác tröø saâu BT, gioáng ñöôïc duøng trong saûn xuaát laø vi khuaån Bacillus Thuringiensis (goïi taét BT). Cô cheá taùc duïng vaø phöông phaùp saûn xuaát thuoác tröø saâu BT - Vi khuaån BT thuoäc loaïi tröïc khuaån G (+) sinh baøo töû. - Khuaån laïc BT nhaün, coù maøu traéng xaùm hay luïc nhaït. - Soi kính seõû thaáy ôû giai ñoaïn sinh baøo töû, teá baøo phình to ôû giöõa, coù moät baøo töû hình thoi chöùa noäi ñoäc toá, goïi laø ñoäc toá tinh theå hay theå caïnh baøo töû. - Khi teá baøo giaø, maøng vaø thaønh teá baøo nöùt vôõ seõ giaûi phoùng baøo töû vaø tinh theå ñoäc. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
40. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 39 - Ñaëc tính cuaû tinh theå ñoäc: - Chæ coù ñoäc tính khi bò hoøa tan trong dung dòch kieàm. - Tinh theå chæ bò hoøa tan ôû pH = 8 trôû leân. - Baøo töû + tinh theå coù theå toàn taïi nhieàu naêm vaãn giöõ hoaït tính dieät saâu. Tinh theå ñoäc cuûa BT coù theå dieät treân 200 loaøi saâu caùnh böôùm haïi rau. Do pH ñöôøng ruoät cuûa saâu töø 8 → 9 khi saâu nuoát phaûi tinh theå → seõhoøa tan tinh theå trôû thaønh ñoäc. Saâu nhieãm ñoäc thoaït ñaàu oáng ruoät bò ñoå maùu → thaám ñen → toaøn thaân cöùng ñô roài cheát. Hai giôø sau khi nhieãm ñoäc ñaõ coù theå coù con saâu bò cheát, nhöng thöôøng sau 6 → 12 giôø thì tyû leä cheát cao nhaát. - Do tinh theå naøy chæ tan trong pH kieàm neân khoâng ñoâïc ngöôøi vaø ñoäng vaät. - Baûn chaát tinh theå naøy laø protein - Ngoaøi noäi ñoäc toá tinh theå trong teá baøo BT coøn chöùa 3 loaïi chaát ñoäc khaùc ñeàu goùp phaàn vaøo hoaït tính gieát saâu: - Ngoaïi ñoäc toá hoøa tan - Enzyme loxitinase → Phaân giaûi lipit trong cô theå coân truøng - Enzyme phosphomonoesterase Nhöng ba loaïi chaát ñoäc naøy chæ coù khi coân truøng nuoát phaûi teá baøo BT nguyeân veïn. ∗ Trong saûn xuaát thuoác tröø saâu BT caàn nuoâi caáy vaø nhaân gioáng chuùng treân moâi tröôøng ñaëc, coù pH 6,7 → 7. Moâi tröôøng duøng trong saûn xuaát: Pepton 0,5 - 2% Saccharose 2 - 3% K2HPO4 2 → 3% KH2PO4 pH : 6,7 / nhieät ñoä 25 → 30oC (thích hôïp ôû 27oC)/ñoä thoaùng khí 0,8 → I mol/lít. Sau khi nhaân gioáng tieán haønh gaët roài haáp phuï leân nhöõng chaát phuï gia thích hôïp (caolin, tro beáp ) Ñaëc tính sinh hoùa cuûa chuûng BT duøng trong saûn xuaát: - Coù khaû naêng leân men caùc loaïi ñöôøng: glucose, saccharose, fructose, maltose vaø dextrin - Coù khaû naêng chuyeån hoùa gelatin - Khoâng leân men lactose ∗ Khi pha thuoác tröø saâu BT ñeå phun caàn löu yù: - Giöõ cho BT soáng - Khoâng bò nöôùc röûa troâi - Khoâng duøng chung vôùi caùc thuoác tröø saâu hoùa hoïc. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
41. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 40 - • Duøng goác gioáng laø VIRUS Vieäc söû duïng virus kyù sinh baäc hai ñeå ñieàu cheá thuoác coøn ít phoå bieán, bôûi leõ ñeå phaân laäp vaø nuoâi caáy virus ñoøi hoûi phaûi duøng chính nhöõng teá baøo hoaëc moâ cuûa cô theå tuùc chuû, do vaäy raát deå bò phaûn taùc duïng (do vieäc nhaân gioáng vaät chuû)-tuy nhieân gaàn ñaây ôû moät soá nöôùc coù trình ñoä kyõû ngheä cao ngöôøi ta cuõng ñaõ baét ñaàu löu taâm nhieàu ñeán bieän phaùp naøy. Hieän ôû moät soá quoác gia, trong ñoù coù Vieät nam, ñaõ thaønh coâng trong vieäc saûn xuaát cheá phaåm virus choáng saâu gaây beänh treân caùc caây rau, nho, boâng, ñaäu - ñoù laø cheá phaåm NPV (Nuclear Polyhydrolysis Virus) . Goác gioáng ñöôïc nuoâi caáy treân cô theå vaät chuû. Sau ñoù thu toaøn boä sinh khoái saâu ñaõ nhieãm virus , loaïi xaùc teá baøo saâu tuùc chuû, boå sung theâm caùc chaát phuï gia, pha cheá thaønh thuoác tröø saâu. Öu ñieåm cuûa cheá phaåm naøy laø : - Khoâng ñoäc cho ngöôøi vaø ñoäng vaät (loaïi virus naøy chæ kyù sinh treân thöïc vaät) - Phoå taùc duïng khaù roäng - Hoaït tính dieâït sau töông ñoái oån ñònh - Giaù thaønh khoâng cao Ngöôïc laïi, cheá phaåm naøy coù nhöôïc ñieåm: - Thôøi gian caàn thieát ñeû nhaân sinh khoái vaät chuû khaù daøi, thôøi gian uû beänh cuûa virus cuõng khaù laâu neân quy trình saûn xuaát maát nhieàu thôïi gian - Ñoøi hoûi nhöõng chaát phuï gia ñaëc bieät ñeå taêng hoaït tính dieät saâu cho goác gioáng. - Caàn coù ñieàu kieän baûo quaûn nghieâm ngaët ñeå giöõ cho goác gioáng khoâng bò cheát. Maëc duø coøn nhöõng haïn cheá treân, ñaây vaãn laø moät bieän phaùp ñöôïc hoan ngheânh vaø ñaâng öùng duïng roäng raõi. 4. Thuùc ñaåy caùc phaûn öùng mieãn dòch baûo veä cuûa caây Cuõng nhö vôùi ñoäng vaät, caùc cô theå thöïc vaät coù khaû naêng choáng laïi caùc maàm beänh baèng caùc phaûn öùng ñaùp öùng mieãn dòch. Söï ñaùp öùng mieãn dòch cuûa thöïc vaät coù theå ñöôïc phaân thaønh boán theå loaïi: • Mieãn dòch baåm sinh : söï hình thaønh ñaùp öùng mieãn dòch naøy do nhöõng nguyeân nhaân beân trong mang tính di truyeàn. - Mieãn dòch dòch theå: khaû naêng saün coù cuûa cô theå sinh ra nhöõng chaát dòch theå choáng VSV gaây beänh (Phitonxit, alechxin ). - Mieãn dòch teá baøo (mieãn dòch giaûi phaãu): caây coù phaûn öùng choáng laïi caùc kích thích laøm toån thöông moâ vaø teá baøo (caét, xeùn caønh, tæa laù, chieát gheùp), noù töï haøn gaén veát thöông baèng caùch taêng cöôøng söï phaân chia teá baøo ñeå laáp ñaày veát caét, coù tröôøng hôïp chuùng coøn taïo haún ra moät lôùp moâ baûo veä (khi caét cuû khoai taïo thaønh lôùp moâ baàn taïi veát caét). ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
42. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 41 - • Mieãn dòch nhaän ñöôïc: do taùc nhaân beân ngoaøi. - Mieãn dòch nhaän ñöôïc töï nhieân: söï ñaùp öùng mieãn dòch sau khi bò maéc beänh moät caùch ngaãu nhieân. - Mieãn dòch nhaän ñöôïc nhaân taïo: ñaùp öùng mieãn dòch sau khi chuû ñoäng cho tieáp xuùc vôùi vacxin, khaùng sinh, caùc chaát hoùa hoïc. Vaán ñeà cô cheá ñaùp öùng mieãn dòch ôû thöïc vaät thöïc ra coøn chöa thaät saùng toû, coøn toàn taïi nhieàu giaû thuyeát khaùc nhau. Tuy nhieân coù nhieàu nhaø nghieân cöùu coù chung moät quan nieäm laø: Khaû naêng mieãn dòch töï baûo veä cuûa thöïc vaät coù lieân quan ñeán vieäc taïo ra caùc acid höõu cô ôû moät soá loaïi caây, coøn ôû soá loaïi caây khaùc thì laïi phuï thuoäc vaøo söï taïo thaønh phitonxit. Caùc acid höõu cô goùp phaàn taêng tính choáng beänh thöïc vaät bao goàm: acid tamic vaø acid malic choáng coân truøng, saéc toá antoxyan choáng vi khuaån. Ñieàu coøn chöa giaûi thích ñöôïc laø neáu acid höõu cô laø chaát choáng laïi maàm beänh (coù vai troø töông töï nhö khaùng theå ôû ñoäng vaät) thì vì sao laïi coù tính chuyeân hoùa ñaëc hieäu giöõa maàm beänh >< caây chu.û Moät nhoùm taùc giaû khaùc laïi quan nieäm raèng khaû naêng ñaùp öùng mieãn dòch cuûa caây phuï thuoäc chuû yeáu vaøo cöôøng ñoä trao ñoåi chaát – trong ñoù ñaëc bieät quan troïng laø quaù trình oxy hoùa vaø quaù trình thuûy phaân: - ÔÛ caùc gioáng choáng chòu beänh toát thì oån ñònh hoaëc giaûm thaáp caùc quaù trình thuûy phaân, coøn caùc quaù trình oxy hoùa (bao goàm caû söï hoâ haáp) thì dieãn ra maïnh meõ. - Ngöôïc laïi ôû caùc doøng khoâng coù khaû naêng choáng chòu thì trong thôøi kyø baûo quaûn caùc quaù trình thuûy phaân taêng leân khoâng ngöøng, coøn caùc quaù trình oxy hoùa laïi trì treä; nhieàu saûn phaåm khoâng ñöôïc oxy hoùa trieät ñeåû , tích tuï laïi trong teá baøo. - Treân cô sôû caây coù khaû naêng hình thaønh mieãn dòch nhaän ñöôïc , ngöôøi ta ñaõ ñeà ra bieän phaùp tieâm chuûng phoøng beänh cho caây. Ví duï: duøng vi khuaån B. tumefuciens cheá vacxin coù taùc duïng phoøng vaø chöõa beänh khoái u ung thö treân caây (Georghin). Keát quaû cho thaáy gaây nhieãm thöïc nghieäm thì ñoái chöùng bò beänh maø caây thí nghieäm khoâng xuaát hieän khoái u. Duøng vacxin tieâm cho caây coù khoái u, khoái u khoâ cöùng roài ruïng, caây khoûi beänh. 5. Caùc bieän phaùp ñaáu tranh sinh hoïc khaùc Ngoaøi caùc phöông phaùp ñaõ neâu treân trong troàng troït coù theå duøng caùc phöông phaùp ñaáu tranh sinh hoïc, bao goàm: - Thuùc ñaåy quaù trình ñaáu tranh sinh toàn giöõa boïn sinh vaät naøy vôùi boïn sinh vaät khaùc gaàn guõi vôùi nhau veà baûn chaát sinh hoïc. - Thuùc ñaåy quaù trình ñaâùu tranh sinh toàn giöõa sinh vaät vôùi moâi tröôøng thoâng qua caùc bieän phaùp canh taùc. - Söû duïng caùc noøi coân truøng coù ích. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
43. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 42 - ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc
44. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát - 43 - CHÖÔNG IV. COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT PHAÂN BOÙN VI SINH I. QUAÙ TRÌNH HÌNH THAØNH VAØ PHAÂN GIAÛI CHAÁT MUØN TRONG ÑAÁT NHÔØ VSV Muøn laø moät loïai saûn phaåm sinh hoïc hình thaønh nhôø hoaït ñoäng cuûa toaøn boä quaàn theå VSV ñaát baèng caùch söû duïng caùc saûn phaåm trung gian sinh ra trong caùc quaù trình phaân huûy caùc xaùc cheát vaø toång hôïp caùc chaát höõu cô ñaëc tröng cuûa ñaát. Xaùc ñoäng vaät, thöïc vaät ñöôïc VSV phaân huûy theo hai höôùng : - Voâ cô hoùa: cung caáp nguoàn ding döôõng N, P, C tröïc tieáp cho caây. - Muøn hoùa: taêng ñoä phì cuûa ñaát vaø taïo nguoàn dinh döôõng. Trong moät soá hôïp chaát höõu cô ñaëc tröng cho muøn, quan troïng nhaát laø caùc acid amin thuoäc ba nhoùm, vôùi tyû leä thaønh phaàn caáu truùc hoaù hoïc nhö sau: C H O N A.humic 52 - 58% 0,2 - 0,4% 31 - 39% 3 - 6% A.funvic 45 - 48% 0,5 - 0,6% 43 - 44% 1 - 5% Ulmin vaø daãn xuaát Ulmic Loaïi VSV khaùc nhau seõ cho caùc acid muøn khaùc nhau: - Acid funvic thöôøng coù ôû quaù trình phaân giaûi ôû naám . - Acid humic thöôøng coù ôû vi khuaån hieáu khí (acid humic ñaëc tröng cho ñaát ñen). - Acid ulmic thöôøng coù ôû quaù trình phaân giaûi cuûa VSV kî khí. Beân caïnh vieäc tích luõy caùc chaát dinh döôõng, muøn coøn giöõ chöùc naêng quan troïng, noù quyeát ñònh söï beàn vöõng keát caáu cuûa ñaát, taïo ñoä thoùang, xoáp vaø ñoä aåm thích hôïp cho troàng troït. Song song vôùi vieäc taïo muøn laøù quaù trình phaân giaûi muøn cuõng do caùc nhoùm VSV hoaïi sinh ñaûm nhaän trong quaù trình phaân giaûi muøn. Caùc acid amin ñang coù trong ñaát seõ ñöôïc amon hoaù taïo NH3 laøm nguoàn dinh döôõng ñaïm cho caây, caùc loaïi cao phaân töû khaùc cuõng seõ ñöôïc voâ cô hoaù thaønh nhöng saûn phaåm maø caây haáp thu ñöôïc. (xem chöông Nhöõng hoaït ñoäng phaân giaûi cuûa VSV ñaát) Toùm laïi, söï taïo muøn chính laø tieâu chuaån ñaùnh giaù chaát löôïng trong canh taùc, muøn quí ngang xi maêng trong xaây döïng. Muøn laø kho döï tröõ chaát dinh döôõng phong phuù cho caây. Neáu khoâng coù söï taïo muøn thì saûn phaåm chöùa N, K, P ñaõ ñöôïc voâ cô hoùa khoâng ñöôïc caáu töôïng ñaát giöõ laïi seõ bò röûa troâi laøm cho ñaát baïc maøu. Maët khaùc, neáu khoâng coù hoaït ñoâïng phaân giaûi thì nhöõõng chaâùt dinh döôõng döï tröõ trong muøn seõ khoâng ñöôïc taän duïng vì caây kgoâng töï haáp thu ñöôïc. Söï hình thaønh vaø söï phaân giaûi muøn laø hai quaù trình voâ cuøng quan troïng trong troàng troït. Boùn phaân vi sinh cho ñaát chính laø ñeå taêng cöôøng caùc quaàn theå VSV coù khaû naêng taïo muøn cho ñaát vaø phaân giaêi muøn cho caây. ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc