Vi Khuẩn Cố Định Đạm Là Gì? Vai Trò Thiết Yếu Cho Đất Và Cây Trồng

Trong thế giới của nông nghiệp bền vững và chăm sóc cây trồng, một khái niệm quan trọng mà nhiều người làm vườn và nông dân đang tìm hiểu là vi khuẩn cố định đạm. Những vi sinh vật nhỏ bé này đóng vai trò không thể thiếu trong việc cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho thực vật, đặc biệt là nitơ – thành phần cấu tạo nên sự sống. Chúng không chỉ giúp cây phát triển mạnh mẽ mà còn góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất một cách tự nhiên.

Đạm Sinh Học Là Gì Và Quá Trình Cố Định Đạm Sinh Học

Đạm sinh học, hay protein, là chất dinh dưỡng cơ bản duy trì sự sống của tất cả các tế bào sống. Để tăng lượng đạm tự nhiên trong đất, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là khai thác khả năng của các vi sinh vật cố định nitơ từ không khí.

Quá trình cố định đạm sinh học là sự chuyển đổi nitơ khí quyển (N2) thành amoniac (NH3) nhờ enzyme nitrogenase làm chất xúc tác. Sau đó, NH3 phản ứng với các axit hữu cơ để tạo thành axit amin và protein. Nitơ khí quyển (N2) vốn tương đối trơ và khó phản ứng với các phân tử khác để tạo ra hợp chất mới, do đó, quá trình cố định nitơ sinh học là cực kỳ cần thiết. Trong quá trình này, các phân tử N2 sẽ bị phá vỡ thành các nguyên tử nhỏ hơn, dễ dàng được cây hấp thụ.

Sơ đồ chu trình nitơ và vai trò của vi khuẩn cố định đạm trong đất

Lợi Ích Và Ứng Dụng Của Vi Khuẩn Cố Định Đạm

Nitơ là một nguyên tố thiết yếu cho quá trình sinh tổng hợp các thành phần cấu tạo nên động vật và thực vật, bao gồm nucleotide trong DNA và RNA, cũng như các axit amin trong protein. Vì vậy, quá trình cố định đạm là vô cùng quan trọng đối với tất cả các dạng sống. Trong nông nghiệp và sản xuất phân bón, quá trình cố định đạm trở nên cần thiết để đảm bảo sự phát triển của cây trồng và năng suất vụ mùa. Việc sử dụng các loại phân hữu cơ hoặc phân vi sinh có chứa vi khuẩn cố định đạm là một cách hiệu quả để cung cấp dưỡng chất cho cây mà không cần quá nhiều hóa chất tổng hợp.

Các Loại Vi Khuẩn Cố Định Đạm Chính

Các sinh vật nhân sơ, bao gồm cả vi khuẩn và vi khuẩn cổ (archaea), đều có khả năng cố định đạm và được gọi chung là diazotrophs. Chúng có thể tồn tại tự do trong đất hoặc hình thành mối quan hệ cộng sinh với thực vật.

Vi Khuẩn Nốt Sần (Cộng Sinh)

Nhóm vi khuẩn cộng sinh này đóng vai trò quan trọng nhất trong việc cố định N2. Chúng thường sống trong các nốt sần trên rễ của cây họ Đậu. Một số cây nhiệt đới và cây bụi thuộc họ Rubiaceae thậm chí còn chứa vi khuẩn cố định đạm trên lá. Vi khuẩn nốt sần là vi khuẩn hiếu khí, không sinh bào tử và có thể tiêu thụ nhiều nguồn cacbon.
Các vi sinh vật cố định đạm thuộc nhóm vi khuẩn nốt sần bao gồm các chi: Rhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium japonicum.

Vi Khuẩn Rhizobium

Rhizobium là một nhóm vi khuẩn Gram (-) phổ biến trong đất, có nhiệm vụ cố định đạm. Chúng là một loại vi khuẩn cộng sinh cố định nitơ, sống trong rễ cây họ Đậu và Parasponia.
Khi xâm nhập vào tế bào rễ của cây, vi khuẩn Rhizobium tạo ra các nốt sần. Trong các nốt sần này, chúng chuyển đổi nitơ không khí thành amoniac, sau đó cung cấp các hợp chất nitơ hữu cơ cho cây, như glutamine hoặc urê. Ngược lại, cây sẽ cung cấp các chất hữu cơ được tạo ra từ quá trình quang hợp cho vi khuẩn. Nhờ vậy, cây họ Đậu có khả năng phát triển mạnh mẽ và giúp cải tạo đất hiệu quả.

Hình ảnh rễ cây họ đậu với các nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium cố định đạm

Một số chủng vi khuẩn thuộc nhóm Rhizobium là: Rhizobium phaseoli, Rhizobium trifolii, Rhizobium lupini, Rhizobium sapnicum, Rhizobium meliloti.

Vi Khuẩn Cố Định Đạm Tự Do

Những vi khuẩn này phát triển mạnh trong vùng rễ của các loại cây như lúa và cây thân thảo. Chúng hỗ trợ sự phát triển của cây trồng đồng thời giảm lượng nitơ nhân tạo cần sử dụng trong nông nghiệp.

Vi Khuẩn Azotobacter

Azotobacter là vi khuẩn Gram (-), di động, hiếu khí và có khả năng cố định nitơ tự do. Đây là loại vi sinh vật được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất vì khả năng cố định đạm theo phương thức không cộng sinh, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất phân vi sinh cố định đạm. Azotobacter không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng nitơ mà còn có khả năng tạo ra các chất kích thích tăng trưởng thực vật và thúc đẩy sự nảy mầm. Một số vi khuẩn thuộc chủng Azotobacter là: Azotobacter vinelandii và Azotobacter chroococcum.

Vi Khuẩn Beijerinckia

Beijerinckia là vi khuẩn cố định đạm hiếu khí tương tự như Azotobacter, nhưng nổi bật với khả năng chịu được điều kiện đất có độ pH thấp tốt hơn. Ba loài thuộc chủng này là: Beijerinckia indica, Beijerinckia fluminensis, Beijerinckia derxii.

Cây thân thảo phát triển xanh tốt nhờ sự hoạt động của vi khuẩn cố định đạm tự do

Vi Khuẩn Cố Định Nitơ Hội Sinh (Cộng Sinh Lỏng Lẻo)

Azospirillum, sống cộng sinh trong rễ cây họ hòa thảo, bông và rau, là vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong sản xuất phân bón ngày nay. Chúng có 2 loại chính là: Azospirillum lipoferum, Azospirillum brasilense. Các loại cây như lúa, ngô hay các loại cỏ cũng được hưởng lợi đáng kể từ nhóm vi khuẩn này.

Cánh đồng lúa xanh mướt minh họa tác dụng của vi khuẩn cố định nitơ hội sinh trên cây hòa thảo

Kết Luận

Có thể thấy rằng, các nhóm vi khuẩn cố định đạm đóng vai trò then chốt trong nhiều bước của quá trình cố định và phân giải nitơ, góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái và dinh dưỡng trong đất. Với tầm quan trọng to lớn trong nông nghiệp, vi khuẩn cố định đạm ngày càng được sử dụng phổ biến trong các loại phân bón vi sinh để cải tạo đất, tăng cường sức khỏe cây trồng và hướng tới một nền nông nghiệp bền vững hơn.

Để tìm hiểu thêm về các giải pháp chăm sóc cây trồng hiệu quả và các loại vật tư nông nghiệp tiên tiến, hãy thường xuyên ghé thăm blog của chúng tôi.