Tiểu luận Sinh học chức năng thực vật: Sự cố định đạm sinh học

ƯỜ Ạ Ọ Ứ Ắ TR NG Đ I H C TÔN Đ C TH NG

Ọ Ứ Ụ KHOA KHOA H C  NG D NG

Ộ Ọ Ệ B  MÔN CÔNG NGH  SINH H C

Ọ

Ứ

Ậ

Ể

BÀI TI U LU N: SINH H C CH C N

Ự Ậ ĂNG TH C V T

Ị

Ự Ố Đ NH  S  C

Đ MẠ

SINH H CỌ

ầ ị GVHD: T.s Tr n Th  Dung

ự ễ Sinh viên th c hi n: ẩ ệ  Nguy n Minh C m Tiên (61103194)

ầ ỹ Tr n M  Thanh (61103171)

ễ Nguy n Hà Lê Uyên (61103)

Ụ Ụ M C L C

ề ố ị ọ ạ I. Khái quát v  c  đ nh đ m sinh h c

ố ị ạ ướ ự ủ ọ C  đ nh đ m sinh h c là quá trình kh  N ử 2  thành NH3 d i s  xúc tác c a enzyme

ữ ơ ể ạ ể ế ợ ớ nitrogenase. Sau đó, NH3 có th  k t h p v i các acid h u c  đ  t o thành các acid

ặ ố ể ộ ố ị ạ ẩ ự amin và protein. Vi khu n c  đ nh đ m có th  c ng sinh ho c s ng t ư    do nh ng

ể ộ cũng có th  n i sinh.

(cid:0) Đ m là gì?

ạ

ấ ữ ấ ạ ọ ộ ơ ưỡ Ch t đ m (còn g i là protein) là m t ch t h u c  giàu dinh d ộ   ng, có trong đ ng

ủ ự ố ọ ế ạ ấ ạ ấ ự ậ v t, th c v t. ả ậ  Đ m là ch t căn b n c a s  s ng m i t bào. Đ m là ch t dinh

ưỡ ố ớ ầ ọ ồ ượ ủ d ng có vai trò quan tr ng hàng đ u đ i v i cây tr ng. Hàm l ng c a chúng

ấ ấ ậ ồ ườ ữ ế ạ ươ trong đ t r t ít. Vì v y cây tr ng th ộ ng thi u đ m. M t trong nh ng ph ng pháp

ườ ượ ấ ượ ạ ườ ạ tăng c ng l ng đ m cho đ t đ ề c nhi u ng ử ụ i quan tâm là s  d ng các lo i vi

ậ ố ị sinh v t c  đ nh nit ơ ừ  t không khí.

ơ ố ưỡ ỉ ớ ọ ồ Nit là nguyên t dinh d ả ố   ng quan tr ng không ch  v i cây tr ng mà ngay c  đ i

ự ữ ậ ự ấ ớ ỉ ồ ớ v i vi sinh v t. Ngu n d  tr  nito trong t nhiên r t l n, ch  tính riêng trong không

ơ ế ể ả ườ ướ ầ khí nit chi m kho ng 78,16% th  tích. Ng i ta c tính trong b u không khí bao

ệ ấ ứ ả ấ ộ ơ ể trùm lên m t ha đ t đai ch a kho ng 8 tri u t n nit ơ ượ , l ng nit này có th  cung

ưỡ ụ ư ế ồ ồ ấ ấ c p ch t dinh d ồ   ệ ng cho cây tr ng hàng ch c tri u năm n u nh  cây tr ng đ ng

ượ ơ ể ứ ạ ậ ả ỷ ấ hóa đ c chúng. Trong c  th  các lo i sinh v t ch a kh ong 4,1015 t t n nit ơ   .

ấ ả ồ ơ ề ồ ự ồ ượ ả ư Nh ng t t c  ngu n nit trên cây tr ng đ u không t đ ng hóa đ c mà ph i nh ờ

ạ ộ ủ ậ ơ ằ ạ VSV. Thông qua ho t đ ng c a các loài vi sinh v t, nit n m trong các d ng khác

ượ ử ụ ể ễ ậ ồ nhau đ c chuy n hóa thành d  tiêu cho cây tr ng s  d ng. Các vi sinh v t có kh ả

ế ể ấ ạ ượ ọ năng bi n N2 trong khí quy n thành NH3 cung c p đ m cho cây, chúng đ c g i là

ậ ố ị ạ các vi sinhv t c  đ nh đ m

ậ ố ị ạ II. Vi sinh v t c  đ nh đ m

ậ ố ị ạ 1. Vi sinh v t c  đ nh đ m là gì?

ậ ố ị ấ ạ ọ ậ Vi sinh v t c  đ nh đ m là nhóm vi sinh v t có vai trò quan tr ng nh t trong vi c c ệ ố

2 trong đ t và trong cây tr ng. Đ c bi

ặ ấ ồ ệ ậ ố ộ đ nh Nị t là nhóm vi sinh v t s ng c ng sinh.

ệ ườ ệ ượ ậ ố ơ Hi n nay, ng i ta đã phát hi n đ ộ   c h n 600 loài cây có vi sinh v t s ng c ng

2 thu c nhi u h  khác nhau.

ả ồ ề ộ ọ sinh có kh  năng đ ng hóa N

ậ ố ị ủ ạ 2. Vai trò c a vi sinh v t c  đ nh đ m:

ố ị ạ ồ ơ ử ủ ộ ố ậ ả C  đ nh đ m là kh  năng đ ng hóa nit phân t c a m t s  sinh v t và dùng nit ơ

ấ ả ủ ế ứ ấ ợ ả ể ấ ạ này đ  c u t o nên t t c  các h p ch t ch a nitrogen c a t bào. Kh  năng này có

ở ậ ố ề ự ướ nhi u vi sinh v t s ng t ấ  do trong đ t và trong n c.

ườ ơ ố ị ấ ữ ấ ậ Trong môi tr ể ng đ t, vi sinh v t tham gia chuy n hóa các ch t h u c , c  đ nh

ơ ự ể ạ ấ nit ủ   ấ  làm giàu đ m cho đ t, tích lũy vào đ t các auxin kích thích s  phát tri n c a

ậ ố ị ổ ợ ồ cây tr ng, t ng h p các vitamin thyamin, nicotinic và biotin… Vi sinh v t c  đ nh

ấ ầ ằ ạ đ m góp ph n vào cân b ng sinh thái trong đ t.

ầ ớ ữ ậ ậ ố ố ể   ấ Ph n l n VSV (vi sinh v t) s ng trong đ t là nh ng sinh v t có ích s ng theo ki u

ỉ ộ ố ấ ể ừ ệ ạ ồ ố ộ c ng sinh, ch  m t s  r t ít là có h i, gây b nh cho cây tr ng s ng theo ki u v a ký

ố ượ ự ừ ệ ạ ấ ậ ố sinh (gây b nh cho th c v t) v a ho i sinh (s ng trong đ t). S  l ầ ng qu n th ể

ế ơ ấ ế ư ề ầ ệ ấ ớ ạ   VSV có ích trong đ t chi m  u th  h n r t nhi u l n so v i VSV gây b nh h i.

ầ ớ ả ự ậ Ph n l n các VSV có ích tham gia vào quá trình phân gi ứ   i xác th c v t thành th c

ố ữ ơ ấ ồ ồ ọ   ăn có ngu n g c h u c  cho cây tr ng và VSV khác, chúng có vai trò r t quan tr ng

ố ị ề ạ ấ ạ ạ trong quá trình khoáng hóa và c  đ nh đ m. VSV còn t o ra r t nhi u lo i enzym,

ứ ự ệ ồ ọ acid amin, vitamin, kháng sinh…là th c ăn và vũ khí t v  quan tr ng cho cây tr ng.

ẽ ể ạ ế ấ ộ ượ ứ ổ ồ Ngoài ra khi các VSV đ t ch t đi s  đ  l i m t l ng th c ăn kh ng l ấ    và có ch t

ồ ượ l ng ấ r t t ố t cho cây tr ng…

ữ ả ạ ấ ọ ộ VSV có ích gi ấ  vai trò quan tr ng c i t o đ t, làm cho đ t tăng đ  mùn, t ơ ố   i x p,

ả ộ ữ thoáng khí, có đ  pH trung tính; làm cho kh  năng gi ữ ướ  n c, gi phân c a đ t đ ủ ấ ượ   c

ườ ủ ấ ượ ạ ộ ờ ố ủ ờ tăng c ng… Nh  có ho t đ ng c a VSV làm cho đ i s ng c a đ t đ c tăng lên.

ụ ấ ồ ưỡ ượ ố ơ VSV có ích đã giúp cho cây tr ng h p th  dinh d ng đ t h n. VSV đã góp c t

ệ ệ ậ ả ầ ả ồ ạ ủ ph n b o v  cây tr ng làm gi m tác h i c a ký sinh gây b nh cây. Trong t p đoàn

ộ ố ượ ặ ự ấ ớ ể ố VSV có ích có m t s  l ng r t l n VSV đ i kháng ngăn ch n s  phát tri n các

ấ ữ ệ ệ ạ ồ VSV gây b nh h i cho cây tr ng r t h u hi u…

3. Phân lo iạ

ẩ ố ầ   3.1. Vi khu n n t s n:

2 quan tr ng nh t thu c v  nhóm vi sinh v t c ng sinh.

ố ị ộ ề ậ ộ ấ ọ Vai trò c  đ nh N Ở ộ ố   m t s

ụ ặ ỗ ệ ớ ố ầ ứ ẩ ộ ọ cây g  ho c cây b i nhi t đ i thu c h  Rabiaceae, các n t s n ch a vi khu n c ố

2 không ph i

ả ở ễ ở đ nh Nị r  mà trên lá.

ố ầ ế ạ ẩ ộ ử ể ồ ạ Vi khu n n t s n thu c lo i hi u khí không t o bào t ề    có th  đ ng hóa nhi u

ồ ợ ệ ộ ể ợ ngu n cacbon khác nhau. pH thích h p: 6,5 – 9,2; nhi t đ  phát tri n thích h p: 24 –

ố ầ ư ề ế ấ ạ ẩ ố 260C. Phân lo i vi khu n n t s n có nhi u ý ki n ch a th ng nh t:

­

ẩ ầ ố Theo   Todorovic   chia   vi   khu n   n t   s n   ra   2   loài:   Rhizibiomonas

leguminosarum và Rhizobacterum leguminosrum.

ẩ ố ồ ố ầ   ­ Theo   Bergli   thì   gi ng   Rhizobiumbao   g m   6   loài   vi   khu n   n t   s n:

Rh.leguminosarum, Rh.phaseoli, Rh.Trifolii, Rh.lupini, Rh.sapnicum,

Rh.meliloti.

ộ ọ ậ ẩ ộ ớ 3.2.Vi khu n c ng sinh v i cây không thu c h  Đ u

ố ố ị ự ậ ọ ậ ạ ả ộ ư   Có kho ng vài trăm loài th c v t, không thu c h  Đ u có n t c  đ nh đ m, nh ng

ượ ự ệ ớ ườ ấ ớ ự ộ s  c ng sinh ít khi đ c th c hi n v i các Rhizobium, mà h ng nh t là v i các

ủ ạ ẩ ộ ố Actinomycetes   (x   khu n)   thu c   gi ng   Frankia.   Cây   ch   là   Alnus,   Casuarine,

Hippophae, Elaeagnus, Myrica…

ạ ự ợ ố ắ ứ ữ ữ ầ ớ Nh ng nghiên c u g n đây c  g ng t o s  h p tác gi a lúa v i Spirillum. Trong

ườ ễ ẩ ợ ỉ ở ầ ễ tr ố ị ng h p này, vi khu n c  đ nh không vào r , ch ộ    g n r , và phóng thích m t

4

+, aminoacid).

ự ậ ạ ọ ượ l ng đ m quan tr ng cho th c v t (NH

ạ ẩ          Hình: X  khu n (Actinomycetes)

Hình: Loài alnus glutinosa Hình:Casuarine

ẩ ố ị ố ạ ự 3.3.Vi khu n c  đ nh đ m s ng t do

ố ị ẩ ạ ố ự ở ữ ễ ả ọ ộ Vi khu n c  đ nh đ m s ng t do vùng r  lúa và nh ng cây thu c h  hòa b n đã

ể ố ồ ư ạ ấ ượ ứ ấ giúp cây tr ng phát tri n t ế ế t cũng nh  h n ch  đ n m c th p nh t   l ạ   ng   đ m

ề ệ ả ấ ọ hóa  h c  trong  n n  s n  xu t  nông  nghi p.

ồ ơ ộ ố Hình. M t s  ngu n nit ấ  cung c p cho cây

(cid:0) ố ẩ ự ộ ố ế Vi khu n hi u khí s ng t do thu c gi ng Azotobacter và Beiferinckia:

ố ị ẩ ơ ế ố ự ấ ướ hi u khí, s ng t do trong đ t và n c. T ế Azotobacter: Chi vi khu n c  đ nh nit

ầ ầ ượ ọ ớ ỏ ướ ả ụ bào hình b u d c, hình c u, đ c b c trong l p v  nhày, kích th c kho ng 2 × 5

ặ ộ ử ườ µm, di đ ng ho c không, gram âm, không sinh bào t . Khi dùng 1 g đ ng, th ườ   ng

ượ ấ ả ợ ổ ố ị c  đ nh đ c 2 mg N. Ngoài ra, còn có kh  năng t ng h p vitamin, ch t sinh tr ưở   ng

ộ ố ế ạ ẩ ấ ạ ấ ố ượ (lo i auxin) và m t s  ch t ch ng n m. Lo i ch  ph m  đ c dùng trong nông

ệ ề ươ ẩ nghi p   có   nhi u   tên   th ng   ph m   khác   nhau   (azotobacterin,   vv.).   Các   loài

ố ị ộ ơ ọ ấ ả ộ ạ Azotobacter thu c lo i các VSV c  đ nh nit h at đ ng nh t, chúng có kh  năng

ấ ữ ạ ợ ử ụ ề ể ộ ơ ồ đ ng hóa manit, tinh b t, s  d ng nhi u lo i h p ch t h u c  khác nhau đ  phát

ố ị ể ơ ơ ủ ế ấ tri n và c  đ nh nit , làm giàu nit cho đ t. Azotobacter ch  y u có 4 loài:

ướ ả ộ c 3,1x2,0µ; khi còn non có kh  năng di đ ng, ­ Azotobacter chroocuccum: Kích th

ắ ố ế ế ỏ ườ khi già có s c t màu nâu đ n màu đ , không khuy ch tán vào môi tr ng.

ướ ắ ố ộ c 3,1x2,0µ; không di đ ng, khi già có s c t màu ­ Azotobacter beijerincki: kích th

ế ế ườ vàng đ n màu nâu sáng, không khuy ch tán vào môi tr ng.

ướ ắ ố ả ộ c 3,4x1,5µ; có kh  năng di đ ng, s c t màu vàng ­ Azotobacter Vinelandi: Kích th

ế ỳ ườ ụ ế l c đ n hu nh quang, khuy ch tán vào môi tr ng.

ướ ắ ố ả ộ c 3,3x2,8µ; có kh  năng di đ ng, s c t ụ    màu l c, ­  Azotobacter agilis:  Kích th

ế ỳ ườ hu nh quang, khuy ch tán vào môi tr ng.

ườ ứ ấ ồ ồ Azotobacter làm tăng c ng ngu n th c ăn cung c p cho cây tr ng, kích thích kh ả

ưở ỷ ệ ả ể ủ ầ ầ ộ ế năng tăng tr ng, nâng cao t n y m m và đ  phát tri n c a m m (vì nó ti l t ra

ườ ả môi tr ng thiamin, a.nicotinic, a.pantotenic, piridoxin, biotin,..) và có kh  năng ti ế   t

ộ ố ấ ấ ố ra m t s  ch t ch ng n m.

ụ ế ặ ấ ẩ ị Ch  ph m Azotobacterin là d ch Azotobacter cho h p th  trong than bùn (ho c các

ữ ơ ạ ấ ổ lo i đ t giàu h u c  đã trung hòa và b  sung photpho, kali).

ố ị ế ơ ố ư ả gi ng Azotobacter nh ng có kh  năng Beiferinckia: Là loài hi u khí, c  đ nh nit

ồ ơ ị ch u chua cao h n. G m có 3 nhóm:

ặ ộ ướ ế c t ả  bào 0,5­1,5 x 1,7­3,0µ; có kh  năng di đ ng ho c không di ­ B.Indica: Kích th

ắ ố ố ộ ố ị ỏ ế ơ ộ đ ng, khi già có s c t màu đ  đ n màu nâu, có t c đ  c  đ nh nit nhanh.

ả ộ ướ ế c t bào 1,1­1,5 x 3,0­3,5µ; có kh  năng di đ ng, s c t ắ ố ­ B.fluminensis: Kích th

ố ố ộ ố ị ơ ậ màu nâu t i, t c đ  c  đ nh nit ch m.

ắ ố ộ ướ ế c t bào 1,5­2,0 x 3,5­4,5µ; không di đ ng, s c t ụ    màu l c ­  B.derxii: Kích th

ỳ hu nh quang.

(cid:0) ố ẩ ự ộ ỵ  Vi khu n k  khí s ng t do thu c Clostridium:

ượ ứ ề ấ Loài đ c nghiên c u nhi u nh t là Clostridium pasteriaum, ngoài ra còn có các loài

ư Clostridium khác nh  Cl.butylicum, Cl. Bacterinkin, Cl. Aceticum,..

ế ẽ ể ặ ặ Kích th ướ ế c t ỗ    bào 2,5­7,5 x 0,7­1,3µ có th  riêng r  ho c x p đôi ho c thành chu i

ả ạ ắ ả ộ ử ử ng n. Có kh  năng di đ ng khi còn non, có kh  năng t o bào t , bào t có kích

ướ ớ ơ ế ể ằ ở ầ ặ ở ữ ế ớ th c l n h n t bào và có th  n m đ u ho c gi a t ẫ ả  bào. Ít m n c m v i môi

ườ ấ ườ ừ ể ớ ị tr ng, nh t là môi tr ổ ng th a P, K, Ca và có tính  n đ nh v i pH, nó có th  phát

0C.

ể ở ệ ộ tri n ộ ẩ  pH 4,5 – 9; đ   m 60­80%, nhi t đ  25­30

ẩ Hình: Vi khu n Clostridium pasteriaum

(cid:0) ố ả ự ộ ả T o lam s ng t do và t o lam c ng sinh trong bèo hoa dâu:

ố ị ầ ọ Là thành ph n c  đ nh N quan tr ng trong thiên nhiên. Có trong các ao, m t n ặ ướ   c

oC, pH t

ộ ẩ ề ệ ầ ộ ệ ộ ả ru ng lúa…C n đ   m cao, ánh sáng, đi u ki n nhi t đ  kho ng 30 ố ả   i h o

ừ Ở ộ ự ưở ủ ả ế ườ ị ạ là t 7­8.5. ru ng chua, s  tăng tr ng c a t o lam b  h n ch , tr ợ ng h p này

ượ ượ ượ bón vôi giúp tăng thêm l ả ng t o và l ố ị ng N c  đ nh đ c.

ệ ệ ề ả ố ự ướ Hi n nay đã phát hi n nhi u loài t o lam s ng t ấ  do trong đ t và trong n c có kh ả

ơ ộ ố ố ự ậ ớ ộ ố ị năng c  đ nh nit ấ   . Có m t s  s ng c ng sinh v i th c v t, trong đó đáng chú ý nh t

ả ả ộ ố là t o c ng sinh trong bèo hoa dâu (t o này có tên là Asiabaena azollae). Đa s  các

ể ố ả ườ ế ặ loài t o phát tri n t t trong môi tr ề ng trung tính ho c ki m, hi u khí, thích h p ợ ở

oC, c n khí CO

2.

ệ ộ ầ nhi t đ  28­30

ẩ ố ị ơ ố 3.4. Vi khu n c  đ nh nit ộ  s ng h i sinh

ậ ượ ử ụ ệ ề ả ấ ấ Vi   sinh   v t   đ c   s d ng   trong   s n   xu t   phân   bón   nhi u   nh t   hi n   nay

ọ ậ ễ ả ố ộ là Azospirillum – s ng h i sinh trong r  cây hoà th o, cây h  đ u, bông và rau. Hai

ượ ế ế ố gi ng đ c bi t đ n nay là Azospirillum lipoferum và Azospirillum brasilense.

Hình: Azospirillum lipoferu Hình:Azospirillum brasilense

ự ố ị ạ ọ III. S  c  đ nh đ m sinh h c

ơ ế ố ị ạ 1. C  ch  c  đ nh đ m

1.1. Enzyme nitrogenase

ố ị ạ ả ế ề ẩ ẩ Quá trình c  đ nh đ m x y ra trong t ố    bào vi khu n và vi khu n lam đ u gi ng

ở ơ ệ ố nhau là nh  chúng có h  th ng gen nif (ni là ch  vi ữ ế ắ ủ t t t c a nitrogen­ nit và f là

ố ị ề ể ổ ợ fixing –c  đ nh.) đi u khi n quá trình t ng h p Enzyme nitrogenase.

2,

ứ ệ ả ứ ố ị ộ Nitrogenase là m t đa enzyme (ph c h  enzyme) xúc tác cho ph n  ng c  đ nh N

kh  Nử 2  thành NH3.

ư ậ ượ ệ ố ể ệ ố Nh  v y, h  th ng gen nif đ ề c xem là h  th ng gen đi u khi n cho quá trình c ố

ạ ọ ị đ nh đ m sinh h c.

ể ổ ự ề ủ ộ ợ 1.2. B  gen (genome) c a Pseudomonas và s  đi u khi n t ng h p nitrogenase

ệ ố ủ Genome và h  th ng gen nif c a Pseudomonas

ề ệ ề ự ố ị ạ ượ ị Thông tin di truy n chuyên bi t v  s  c  đ nh đ m đã   đ c xác đ nh trong b ộ

ố ị ủ ạ genome   c a   Pseudomonas   stutzeri   A1501.   Đó   là   “vùng   c   đ nh   đ m”   (nitrogen

ướ ồ fixation region) có kích th c 49kb, g m 59 gen có liên quan.

ứ ự ủ ố ị ủ ạ ấ ở Th   t c a  các gen nif  trong  c u  trúc  c a “vùng c  đ nh đ m” Pseudomonas

ượ ữ ầ ượ ở ầ stutzeri A1501 đ c kh i đ u  là vùng PST1301, vùng gi a l n l ồ t bao g m các

gen nifQ – nifB – nifA – nifL ­ nifY2 – nifHDKTY – nifENX – nifUSV – nifWZM –

ở ầ ạ nifF và vùng PST1360 đ u còn l i.

ể ổ ự ề ợ S  đi u khi n t ng h p enzyme nitrogenase

ủ ứ ủ ệ ố ở Theo   nghiên  c u  c a   Yan   et   al.     (2008),   h   th ng   c a   gen  nif Pseudomonas

ộ ệ ố ạ ổ ồ ị ỉ ợ   stutzeri A1501 là m t h  th ng hoàn ch nh g m các lo i gen nif quy đ nh t ng h p

ầ ấ ạ ứ các thành ph n c u t o nên ph c nitrogenase.

ố ị ủ ạ Hình 3.1. “Vùng c  đ nh đ m” (nitrogen fixation region) c a Pseudomonas stutzeri

A1501 (Yan et al., 2008)

ơ ế ố ị ạ 1.3. C  ch  c  đ nh đ m

ấ ạ ầ ố ử ử Trong   thành ph n c u t o nitrogenase, s  nguyên   t Fe và nguyên t S có th ể

ớ ổ ị ử ỏ ơ ậ không  n đ nh v i acid. Phân t ứ  protein nh  h n có ch c năng v n chuy n e ể –, trong

ứ ệ ủ ể ậ ặ đó e– c a ferredoxin ho c flavodoxin v n chuy n lên ph c h  Mo­Fe.

2 nên chúng ph i c  đ nh ngu n N

2 tự

ể ử ụ ế ầ ả ố ị ồ ậ H u h t các vi sinh v t không th  s  d ng N

ử ụ ể ễ nhiên đ  d  dàng s  d ng.

(cid:0) C  ch  c  đ nh đ m x y ra theo ph

ơ ế ố ị ả ạ ươ : ng trình

3 + H2 + 16ADP + 16Pi

N2 + 8H+ + 8e + 16ATP 2NH→

ư ượ ủ ế ế ẫ ơ ỏ ố ị C  ch  hóa sinh c a quá trình c  đ nh N cho đ n nay v n ch a đ c sáng t hoàn

ư ứ ố ồ ớ ả ế toàn, nh ng đa s  các nhà nghiên c u đ ng ý v i gi ả   ằ  thuy t cho r ng N là s n

ơ ấ ủ ẩ ồ ả ế ườ ph m đ ng hóa s  c p c a N ể 2 và có th  nêu ra 2 gi ề  thuy t  v  2 con đ ng c ố

ậ ố ủ ự ư ị đ nh N c a vi sinh v t s ng t ấ  do trong đ t nh  sau:

ấ ượ ng dùng cho ph n  ng c

2 đ

ờ ề ệ ả ượ ả ứ ng năng l

ượ ớ ả ứ

ỉ ơ ể ệ ộ ấ ố ộ ệ ố ọ ớ ậ ở  nhi ố  ượ   ng ế    t đ  th p nh  có h  th ng enzyme hydrogenase h at hóa

ườ ể ầ ạ i ta đã tách t

ườ ể ầ

ạ ố

(H

2). Trong tr ề

ờ 2. ạ    Clostridium pasteurrianum hai ti u ph n ho t ấ ởAzotobacter cũng có các ti u ph n đó.    khoáng Mo và Fe. ợ ườ ng h p này thì ệ ố ệ ử ượ ể ủ ụ Trong công nghi p, nh  các ch t xúc tác nên năng l ả đ nh Nị c gi m nhi u, ch  vào kho ng 16­20 Kcalo/M, song l ậ ẫ v n còn l n so v i trong c  th  sinh v t. T c đ  ph n  ng nhanh chóng trong t bào vi sinh v t  H2 và enzyme nitrogenase ho t hóa N ừ Năm 1961­1962, ng i ta tìm th y  hóa H2 và N2. Sau này ng ủ ự Trong quá trình ho t hóa này có s  tham gia c a 2 nguyên t ử 2 có th  là hydro phân t ử ể Ngu n hydro đ  kh  N ướ  đ d ồ i tác d ng c a enzyme hydrogenase, đi n t c chuy n theo h  th ng:

ệ ử

ữ ự ệ ầ ố ề    và hydro là acid pyruvic. Đáng chú ý là trong quá trình chuy n    có s  tham gia tích c c c a feredocine (Fd). Fd là c u n i gi a 2 h  enzyme

2.

ự ủ ể ố ị ồ Ngu n cho đi n t ệ ử đi n t hydrogenase và nitrogenase đ  c  đ nh N

Ế Ố Ị Ố Ầ Ọ Ậ Ơ Ơ Ủ Ễ C  CH  C  Đ NH NIT  TRONG N T S N C A R  CÂY H  Đ U:

2 c a vi khu n n t s n có th  xãy ra theo s  đ  ph c t p h n. Trong

ự ố ị ứ ạ ố ầ ơ ồ ủ ể ẩ ơ S  c  đ nh N

ố ầ ấ ấ ả ấ ộ ớ ố ọ   các n t s n có m t ch t có b n ch t hem r t gi ng v i hemoglobin trong máu g i

2 đ  bi n thành oxyhemoglobin.

ế ớ ễ ể ế là leghemoglobin. Nó d  dàng liên k t v i O

ỉ ượ ạ ẩ ố ộ ậ ớ Leghemoglobin ch  đ ộ c t o nên khi vi khu n s ng c ng sinh v i cây b  đ u, còn

ế ẽ ấ khi nuôi c y tinh khi ạ t các Rhizobium s  không t o leghemoglobin và không c ố

2.

ượ ị đ nh đ c N

2 cho th y quá trình c  đ nh này

ố ị ữ ứ ề ầ ố ị ấ Nh ng nghiên c u g n đây v  quá trình c  đ nh N

đòi h i:ỏ

ố ị ứ ệ ự ệ ầ ở ­ Quá trình c  đ nh nit ơ ượ  đ c th c hi n b i ph c h  nitrogenase. Thành ph n chính

ứ ệ ứ ệ ằ ủ c a ph c h  này là nitrogenase reductase và nitrogenase. Ph c h  này n m trong t ế

ấ ủ ể ể ẩ ố bào ch t c a th  vi khu n (bacteroid). Có th  coi đây là nhân t chìa khóa cho quá

ạ ộ ề ệ ế ặ trình này. Enzyme này ho t đ ng trong đi u ki n y m khí (Nitrogenase đ c bi ệ   t

ị ấ ặ ạ ạ ớ nh y v i oxy và b  b t ho t khi có m t oxy).

ử ạ ự ử ế ớ ­ Có l c kh  m nh v i th  năng kh  cao (NAD, NADP,...)

ượ ủ ủ ố ượ ­ Có năng l ự ng (ATP) đ  và có s  tham gia c a nguyên t vi l ạ   ng. Nhóm ho t

ậ ử ụ ủ ứ ộ đ ng c a enzyme nitrogenase có ch a Mo và Fe. Vì v y s  d ng Mo và Fe cho cây

ườ ả ấ ệ ầ ượ ừ ự ậ ọ ậ h  đ u th ng có hi u qu  r t cao. Bacteroid c n năng l ng t ấ    th c v t cung c p

ể ố ị ạ đ  c  đ nh đ m.

ế ề ệ ế ­ Ti n hành trong đi u ki n y m khí.

2 và Fd cùng v i năng l

ấ ớ ượ ợ ủ ấ ử Các ch t kh  là NADH ng do hô h p, quang h p c a cây

2 c n r t nhi u năng l

2.

ự ố ị ủ ấ ầ ấ ề ượ ử ể ầ ch  cung c p. S  c  đ nh N ng, c n 16 ATP đ  kh  1 N

2 đ

ố ị ạ ượ ử ụ ễ NH3 t o thành trong quá trình c  đ nh N c s  d ng d  dàng vào quá trình

ể ổ ợ ừ ộ amine hóa các cetoacid đ  t ng h p m t cách nhanh chóng các acid amine, t đó

ề ấ ổ ợ ổ tham gia vào t ng h p protein và nhi u quá trình trao đ i ch t khác.

ố ị ơ ử ướ ơ ả ườ Quá trình c  đ nh nit phân t theo hai h ng c  b n: Con  đ ử ng kh  và con

ườ đ ng oxy hóa.

2  HN=NH H2N­NH2 NH3 NH4OH

ườ ử ế ỗ Con đ ng kh  theo chu i bi n hóa: N

2  N2O  HNO2 NH4OH

ườ Con đ ng oxy hóa: N

ướ ườ ượ ế ả Qua 2 h ng đó, ng i ta thu đ c k t qu  sau:

ề ẽ ứ ố ị ế ế ộ ồ ơ ử ­ N u n ng đ  Oxy nhi u s   c ch  quá trình c  đ nh nit phân t .

ấ ố ị ệ ơ ử ủ ậ ỵ ữ ườ ­ Hi u su t c  đ nh nit phân t c a nh ng vi sinh v t k  khí th ơ   ng cao h n

ữ ế ậ nh ng vi sinh v t hi u khí.

ậ ố ử ấ ấ ạ ợ ơ ử ­ Tìm th y h p ch t lo i kh  khi nuôi các vi sinh v t c  đinh nit phân t .

3 + H2.

N2 + 8H+ + 8e­ 2NH→

16­24ADP + 16­24Pi 16­24ATP

ấ ườ ử ề ả ơ Qua đó cho th y con đ ả ng kh  có nhi u kh  năng x y ra h n.

ế ố ả ưở ố ị ế ạ 1.4. Các y u t nh h ng đ n quá trình c  đ nh đ m

ự ổ ợ ượ ề ể ở S   t ng     h p   enzyme   nitrogenase   đ c   đi u   khi n   b i   enzyme   glutamate

3. N u trong h  th ng có ít NH

3 thì

ổ ợ ừ ệ ố ế synthetase, xúc tác cho t ng h p glutamin t NH

ợ ồ ộ ổ glutamate synthetase kích thích t ng h p nitrogenase, n ng đ  NH ứ 3 cao thì  c ch  s ế ự

ợ ổ t ng h p nitrogenase.

ẩ ự ứ ệ ề ặ ố ị Ph c h  enzyme nitrogenase không b n khi có m t oxy. Vi khu n t do c  đ nh

ỉ ể ệ ạ ở ề ờ ử ụ ệ ử ệ ế ấ ạ đ m ch  th  hi n ho t tính đi u ki n y m khí nh  s  d ng đi n t ệ    xu t hi n

ừ ể ậ ổ ợ trong quá trình t ng  h p ATP đ  ngăn ng a oxy xâm nh p.

(cid:0) Các đi u ki n  nh h

ệ ả ề ưở ố ị ế ạ ng đ n quá trình c  đ nh đ m:

Ả ưở ố ớ ạ ả ố ị ủ ề ệ ộ •  nh h ng c a các đi u ki n ngo i c nh đ i v i quá trình c  đ nh N c ng sinh.

Ả ưở ủ ượ ấ ườ ộ •  nh h ng c a hàm l ng ch t đ ng b t trong cây.

Ả ưở ủ •  nh h ng c a P và K.

Ả ưở ủ ấ ủ •  nh h ng c a pH c a đ t.

Ả ưở ủ ấ •  nh h ng c a ch t Molybden (Mo).

Ả ưở ủ ự ể ẩ •  nh h ng c a Phage (th c khu n th ).

ạ ấ 2. Đ m khoáng trong đ t

ọ ậ ể ấ ừ ẩ ạ ộ ớ ừ Tr  các cây h  đ u c ng sinh v i vi khu n đ  l y đ m t ự ậ ấ    không khí, th c v t l y

ừ ấ ạ ạ ạ ạ đ m t đ t (mùn và đ m khoáng). Trong chu trình nitrogen, các d ng đ m h u c ữ ơ

+  4

ở ạ ấ ự ậ ậ ộ ượ ế ổ tr  l i đ t theo xác bã đ ng v t và th c v t, đ c bi n đ i thành ammonia (NH

ầ ầ ẩ ấ ờ ỏ ấ   ấ và NH3), nh  các vi khu n và n m trong đ t. Trong vài tu n đ u, kh ang 70% ch t

ế ế ủ ạ ả ầ ơ ị ữ h u c  ban đ u (cellulose và protein) b  phân h y. Giai đo n k  ti p x y ra ở ố    t c

ủ ề ấ ạ ả ơ ỉ ượ ộ ậ đ  ch m h n nhi u, ch  kho ng 1­6% ch t sau giai đo n phân h y nhanh đ ế   c ti p

ủ ứ ấ ạ ỗ ợ ụ t c phân h y hàng năm, t o nên ch t mùn, h n h p có màu nâu đen ch a acid

ượ ạ ủ ế ứ ẫ ở ợ humic (đ ấ   c t o ch  y u b i các ph c h p lignin­ protein), acid fulvic (d n xu t

ượ ạ ủ ế ừ ả ủ c a hemicellulose và sáp) và humin (đ c t o ch  y u t ỡ  các m nh v  cellulose).

ể ượ ạ ấ ữ ạ ạ ợ ơ Đ m khoáng có th  đ ủ c t o trong giai đo n phân h y các h p ch t h u c  ban

ự ạ ấ ướ ự ầ đ u, trong s  t o mùn, hay trong s  khoáng hóa ch t mùn, theo các b c:

+ t

4

+

ừ ­ T o NHạ các amid hay acid amin:

+

R­CONH2 + H2O + H+  RH + CO2 + NH4

R­CHNH2­COOH + O2 + H+ RH + 2CO2 + NH4

­:

2

­ T o NOạ

­ + H2O + 2H+

NH4+ +3/2O2 + H+  NO2

­:

3

­

­ T o NOạ

­ + 1/2O2 NO3

NO2

+ phóng thích năng l 4

ự ượ ượ ể ượ S  oxid hóa NH ng, năng l ng này có th  đ ẩ   c vi khu n

ể ử ợ ổ ợ dùng đ  kh  CO ấ ữ ơ 2 và t ng h p các h p ch t h u c .

ự ạ ở ự ậ 3. S  dùng đ m khoáng b i th c v t

ặ 3.1. Đ c tính

ự ở ự ậ ạ S  dùng đ m khoáng ặ  th c v t có vài đ c tính đáng chú ý:

+ (cà chua, b p, lúa; ngo i l ắ

ạ ệ ả ­ Cây non thích NH4 : mía, bông v i).

4

+  đ i kháng v i K

+, Ca2+  hay Mg2+. Do đó, s  dùng NH

+  quá li u s  gây ra

ớ ố ự ẽ ề ­ NH4

+, Ca2+  hay Mg2+  ( lúa mì). S  b  sung Ca

2+  làm gi m tính đ c c a NH

+.  4

ự ổ ộ ủ ả thi u Kế

3

­ giúp s  th m cation. Nh t là K 3

+, NH4

+ c n tr  NO

­, nh ng giúp

ự ấ ấ ả ở ư Ng ượ ạ c l i, NO

ế các ion photpho và t bào.

ự ạ ấ ự ấ ự ồ S  h  th p pH kích thích s  h p thu và đ ng hóa nitrat, trong khi s  tăng pH kích

ự ấ ồ thích s  h p thu và đ ng hóa ammonium. Tuy nhiên khi pH bên ngoài cao, ammonia

ế ế ế ấ ơ (base y u) khu ch tán nhanh vào t bào ch t (acid h n). Do đó, ammonia, thi ế ế   t y u

ở ộ ở ườ ề pH trung tính, tr  thành đ c trong môi tr ng ki m. Spirulina platensis là tr ườ   ng

ệ ể ở ồ ư ồ ộ ặ ợ h p đ c bi t, có th  dùng ammonia ấ    n ng đ  cao, nh  ngu n nitrogen duy nh t,

ả ở ơ ế ngay c ả  pH 10 hay cao h n, do kh  năng duy trì pH cao trong t ự ừ    bào. S  th a

3

+ th

­ vì gây nhi u xáo tr n trong tính th m c a t

ườ ấ ộ ớ ủ ế ề ấ ộ NH4 ng r t đ c so v i NO bào.

ượ ườ ủ ễ ự ọ ưỡ ạ ­ Hàm l ng đ ng c a r  có vai trò quan tr ng trong s  dinh d ng đ m, vì các

ượ ổ ợ ừ ườ ự ậ acid cetonic đ c t ng h p t đ ng giúp s  gia nh p N vào acid amin. Do đó, tính

+ s  r t m nh n u quang h p y u, khi  y s  dùng NH ợ 4

+ h  th p hàm 4

ấ ự ẽ ấ ế ế ạ ạ ấ ộ ủ đ c c a NH

ộ ượ l ng tinh b t.

ự ử 3.2. S  kh  nitrat

ủ ự ố ị ử ự ạ ả ạ ầ Giai đo n đ u tiên c a s  c  đ nh đ m khoáng là s  kh  nitrat, nói chung x y ra ở

ố ở ề ấ ở ỏ ự ử ượ ạ ễ r , trong t i. Tuy nhiên, nhi u loài, nh t là các cây d ng c , s  kh  đ ự   c th c

ệ ồ ướ ử ử ờ hi n đ ng th i trong lá, d ễ i ánh sáng (phân n a trong r , phân n a trong lá lúa mì;

ư ầ g n nh  hoàn toàn trong lá cà chua).

3

­) thành nitrit (NO2

­), và khử

ử ự ử ạ ả S  kh  nitrat x y ra theo hai giai đo n: kh  nitrat (NO

nitrit thành ammonia:

­ + 2H+ + 2e­ NO2

­ + H2O

NO3

­ + 6H+ + 6e­ NH3 +H2O + OH­

NO2

ượ ệ ạ ủ ử ờ Nitrat đ c kh  trong cytosol nh  nitrat reductase, sau đó nitrit vào di p l p c a lá

3 có th

ề ạ ủ ễ ể ượ ế ụ ử hay ti n l p c a r  đ  đ ờ c ti p t c kh  nh  nitrit reductase. NH ể ở ạ    d ng

+ khi nh n 1 H ậ 4

+.

ở ạ R­NH2 hay d ng ion hóa NH

ự ổ ợ 3.3.S  t ng h p acid amin

3 (đ

ượ ổ ợ ừ ự ố ị ượ ấ Các acid amin đ c t ng h p t s  c  đ nh nhóm NH c h p thu d ướ ạ   i d ng

+ hay t

ừ ự ử ả NH4 s  kh  nitrat) trên các acid a­cetonic, theo 3 quá trình căn b n sau:

ự ử ­ S  amin hóa kh

ả ứ ử ượ ể ừ ự ệ ủ Ph n  ng amin hóa kh  đ c th c hi n trong ti th  t các acid cetonic c a chu

ư ỉ ả ở ổ ế ở ự ậ ấ ầ trình Krebs, và h u nh  ch  x y ra các n m, ít ph  bi n th c v t.

R­CO­COOH + NADH + H+ +NH3  R­CH(NH2)­COOH + NAD+ + H2O

ụ ượ ổ ợ ừ ờ Ví   d :   Glutamat   đ c   t ng   h p   t a­cetoglutarat,   nh   glutamate   dehydrogenase

(GDH).

Glutamat: HOOC­CH2­CH2­CH(NH2)­COOH

a­cetoglutarat: HOOC­CH2­CH2­CO­COOH

ườ ­ Con đ ng Glutamin

ự ữ ủ ạ ạ ộ ọ Glutamin (amid c a acid glutamic) là d ng đ m d  tr ủ   ủ  quan tr ng c a h t và c .

3, ATP và glutamine synthetase (GS):

ự ổ ừ ầ ợ S  t ng h p Glutamin t glutamate c n NH

NH3 + HOOC­CH2­CH2­CH(NH2)­COOH                                        CO(NH 2)­CH2­

CH2­CH(NH2)­COOH + H2O

ự ể ­ S  chuy n amin

2)

ổ ế ả ứ ư ấ ờ ộ Ph n  ng này r t ph  bi n, và cũng nh  m t acid cetonic, nh ng nhóm amin (­NH

3:

ố ừ ộ ồ có ngu n g c t m t acid amin thay vì NH

R1­CH(NH2)­COOH + R2­CO­COOH R1­CO­COOH + R2­CH(NH2)­COOH

ạ ộ ớ Các transaminase v i nhóm ho t đ ng pyridoxal­phosphat (vitamin B6) xúc tác s ự

2 trong s  chuy n amin, đ

ổ ườ ấ ự ể trao đ i này. Glutamate th ng là ch t cho nhóm –NH ể

ề ừ ừ ạ t o nhi u acid amin khác: aspartat t oxaloacetat, Glycin t glyoxylat…

ả ứ ạ ả Ngoài ba quá trình căn b n, các ph n  ng khác cũng t o acid amin:

ụ ự ự ộ ­ S  amin hóa m t acid không bão hòa, ví d  s  amin hóa rumarat cho aspertat:

HOOC­CH=CH­COOH + NH3  HOOC­CH2­CH(NH2)­COOH

ụ ự ự ử ử ộ ­S  kh  Carboxyl hóa m t diacid amin, ví d  S  kh  Carboxyl aspartat cho B­

ầ ủ alanin (thành ph n c a coenzyme A):

HOOC­CH2­CH(NH2)­COOH  HOOC­CH2­CH2(NH2) + CO2

ự ề ạ ồ ­ S  vòng hóa glutamate ( qua nhi u giai đo n) cho prolin, r i hydroxyprolin:

ạ ự ổ ượ ầ ở ự ệ ộ ử ơ Tóm l ợ i, s  t ng h p acid amin đ c th c hi n m t ph n các n i kh  nitrat (r ễ

ổ ế ụ ự ế ự ể ạ ọ ự   hay lá). Sau đó, s  bi n đ i ti p t c, qua s  chuy n amin, trong m i lo i mô th c

ệ ệ ạ ể ấ ẵ ặ ậ v t, đ c bi t trong ti th  và di p l p, các bào quan s n sàng cung c p các acid

ử ấ cetonic, các ch t kh  (NADH và NADPH), ATP.

4. Liên h  gi a s  kh  nitrat v i hô h p và quang h p

ệ ữ ự ử ớ ợ ấ

­ trong s  kh  nitrat thành nitrit là NADH đ

ấ ử ự ượ ế ấ Ch t cho e ự c cung c p tr c ti p trong

ế ấ ờ ướ ợ ờ ố t i nh   hô  h p,  và  gián  ti p  d ệ ạ   i  ánh  sáng nh   quang  h p (NADPH  di p l p

ể ế ấ chuy n thành NADH t bào ch t).

2  và CO2: O2  c a không khí nh n e

­  từ

ự ạ ỡ ớ ủ ậ Do đó có s  c nh tranh gi a nitrat v i O

2/O2 c a r  gia tăng; CO

2  c a không khí

ệ ố ấ ủ ễ ủ NADH, nên khi có nitrat h  s  hô h p CO

ừ ự ồ ả ở nh n eậ ­ t NADPH, do đó khi có nitrat s  đ ng hóa CO ợ 2 ( quang h p) gi m lá.

Glucid E0’

5.

ữ ự ử ớ ợ ấ Hình: liên quan gi a s  kh  nitrat v i hô h p và quang h p.

ưở ự ế ủ ấ ừ ễ Ả   nh h ồ ạ ng c a ngu n đ m trên s  ti t các ch t t r

ự ế ấ ườ S  ti t (exudation) các ch t đ ng (glucose, Fructose, và sacarose), các ion (anion

ừ ễ ẹ ượ ứ ở ỏ và cation) và acid amin t r  nguyên v n đ c nghiên c u c  Leptochloa fusca,

ưở ườ ủ ớ ễ khi r  tăng tr ng trong môi tr ng th y canh v i ammonium hay nitrat.

ượ ớ ồ ượ ườ ổ ơ ơ Các cây đ c tr ng v i ammonium có hàm l ng đ ng t ng công h i cao h n so

ượ ư ồ ớ ờ ơ ớ v i các cây đ c tr ng v i nitrat, nh ng s  ti ự ế ườ t đ ng trong 2 gi ầ    cao h n 79 l n.

ờ ể ừ ườ Trong 12­ 24 gi sau khi chuy n cây t môi tr ng ammonium sang môi tr ườ   ng

ượ ườ ủ ễ ấ ễ ư ổ ố nitrat, hàm l ng đ ng c a r  và c u trúc r không thay đ i, nh ng t c đ  ti ộ ế   t

ườ ả ầ đ ng gi m 30 l n.

ự ế ư ặ ặ ơ ơ ồ S  ti t các ion và acid amin ho c nh  nhau ho c h i cao h n, khi cây tr ng trong

ớ ồ ammonium, so v i cây tr ng trong nitrat.

ư ậ ự ưỡ ả ạ ớ ưở Nh  v y s  dinh d ng đ m v i nitrat hay ammonium có  nh h ạ ng m nh t ớ ự  i s

ở ễ ộ ế ườ ố ư ậ ạ ườ ti ế ườ t   đ ng   b i   r .   T c   đ   ti t   đ ng   m nh   nh   v y,   trong   môi   tr ứ   ng   ch a

ớ ồ ộ ườ ễ ự ế ườ ammonium không liên quan t i n ng đ  đ ng trong r . S  ti t đ ng trong thiên

ậ ố ị ự ộ ữ ể ạ ớ ễ ỏ nhiên giúp s  c ng sinh gi a các vi sinh v t c  đ nh đ m khí quy n v i r  c .

ữ ơ ố ị ự ể ạ ạ 6. S  dùng đ m h u c  và c  đ nh đ m khí quy n

ự ạ ữ ơ 6.1. S  dùng đ m h u c

ậ ậ ự ạ ặ Th c v t b c cao nói chung dùng đ m khoáng (nitrat hay ammonium), m c dù có

ể ồ ữ ạ ơ ử ư ỏ th   đ ng   hóa   đ m   h u   c   có   phân   t nh ,   nh   acid   amin   (acid   aspartic,   acid

glutamic), asparagin, glutamine, urê, uric…

ự ầ ả ậ ở ợ   Các th c v t bán ký sinh trên các cành cây cao (t m g i) có kh  năng quang h p,

ấ ờ ưỡ ữ ơ ừ ạ ể ấ ồ đ ng th i có th  l y các ch t dinh d ng (đ m h u c ) t ủ  cây ch .

ọ ậ ể ừ ố Các   cây   h   đ u   có   th   dùng   acid  amin  t các   n t,   tuy   nhiên   khi   có  nitrat   hay

ủ ố ừ ạ ộ ạ ạ ammonium chúng thích dùng đ m khoáng và ho t đ ng c a n t d ng l i.

ự ố ị ờ ộ ớ ể ạ 6.2. S  c  đ nh đ m khí quy n nh  c ng sinh v i Rhizobium

ự ệ 6.2.1. S  phát hi n các Rhizobium

ạ ự ề ộ ậ Các   vi   sinh   v t   dùng   đ m   t do   thu c   v   các   Azotobacter,   Clostridium   và

ớ ự ụ ườ Cyanobacteria. Chúng kh  Nử 2  thành NH3, đi kèm v i s  tiêu th  đ ặ ắ   ng. Đ c s c

ọ ườ ứ ơ h n, vào năm 1838, nhà nông h c ng i Pháp J.B Boussingault ch ng minh các cây

ể ố ị ự ể ệ ễ ấ ạ ờ ố ọ ậ h  đ u có th  c  đ nh đ m khí quy n, nh  các n t xu t hi n trên r  sau s  xâm

ậ ủ ẩ nh p c a các vi khu n Rhizobium.

ự ồ ố ố Gi ng Rhizobium th c ra g m 3 gi ng khác nhau:

­ Rhizobium theo nghĩa h p g m ph n l n các loài c ng sinh v i các cây h

ầ ớ ẹ ồ ộ ớ ọ

­ Bradyrhizobium: B. jabonicum

ậ đ u: R. leguminosarum, R. phaseoli, R. meliloti…

­ Azorhizobium: A. sesbania

ầ ượ ẩ ố ễ ủ ấ ộ Các vi khu n thu c 2 nhóm đ u đ ọ ậ   c tìm th y trong các n t r  c a các cây h  Đ u

ứ ộ ượ ấ ố ẩ khác nhau; các vi khu n thu c nhóm th  ba đ c tìm th y trong các n t ch i d ồ ọ

ọ ậ ủ ệ ớ ự ư theo than c a các cây h  đ u nhi t đ i, nh  Sesbania rostrata. S  công sinh th ườ   ng

ệ ẩ ộ ườ ọ ậ ộ ớ ỉ ấ r t chuyên bi t, m t loài vi khu n th ng ch  công sinh v i m t loài cây h  Đ u.

ể ố ễ ự ậ 6.2.3. S  xâm nh p và phát tri n n t r

ố ễ ở ự ọ ậ ễ ướ ể ủ S  phát tri n c a các n t r các cây h  đ u di n ra theo các b c sau:

Hình

­ Cá r  thu hút vi khu n nh  các ch t h p d n,đ c bi

ấ ấ ễ ặ ẫ ẩ ờ ệ t là các flavonoid, do r ễ

ế ễ ố ự ạ ti t ra. Xung quanh các r  các Rhizobium hình que s ng t ả  do sinh s n m nh.

­ R  ti

ễ ế ớ ườ ọ ươ ớ t các protein dính v i đ ng g i là lectin. Lectin t ng tác v i các

ở ể ặ ẩ ế polysacarid ự  b  m t Rhizobium, giúp s  dính vi khu n vào vách t bào

ệ ễ ặ r ,đ c bi t là lông hút.

­ Khi dính vào lông hút nh  s  th y gi

ờ ự ủ ả ụ ỏ ễ ộ i c c b , và vào vùng v  r . Chúng

ộ ố ứ ễ ấ ộ ờ   ế x p thành hàng trong m t dây nhi m. Đó là m t  ng dài ch a ch t nh n,

ượ ạ ở ế ự ậ ế ố thành  ng đ c t o b i cellulose và hemicelluloses do t bào th c v t ti t ra.

­ Dây nhi m qua vài l p t

ớ ế ễ ượ ừ ầ ễ bào, và đ c phóng thích t ồ    đ u dây nhi m. Đ ng

ờ ớ ự ạ ễ ế ắ ầ ễ ị th i v i s  t o dây nhi m, vùng t bào b  xâm nhi m b t đ u phân chia

ạ ố ể ạ m nh đ  t o n t.

­ Vi khu n không phân chia trong dây nhi m, bây gi

ễ ẩ ờ ắ ầ ạ    b t đ u phân chia m nh

ế ụ ấ ế ủ ố ượ và ti p t c t n công vào các t bào khác c a n t. Khi đ c phóng thích vào

ẩ ượ ữ ẩ ọ ế t bào, vi khu n đ c bao b c trong nh ng túi màng (6­8 vi khu n / túi màng

ở ậ ở ỏ ố ị ư ạ ầ ầ ả đ u nành, 1 c  ba lá), có d ng g n nh  hình c u và có kh  năng c  đ nh

ể ạ đ m khí quy n.

ự ậ ố ở ễ ươ ự ở ữ S  thành l p các n t thân Sesbania rostrata di n ra theo cách t ng t nh ng v , ị

ỗ ị ị ướ ứ ấ ị ể ễ ộ ớ trí xác đ nh trên thân, m i v  trí t ng  ng v i m t phác th  r  nh t đ nh.

ế ổ ọ 6.2.4. Các bi n đ i hình thái và sinh hóa h c

ố ề ủ ễ ạ ạ ố ớ Trong các n t, các bó m ch phân hóa và n i li n v i các bó m ch c a r , giúp s ự

ự ố ị ớ ự ứ ể ạ ộ c ng sinh ch c năng , và cho phép s  c  đ nh đ m. Cùng v i s  phát tri n hình thái,

ự ọ ố còn có s  phân hóa sinh hóa h c trong các n t:

­ S  hi n di n c a các protein, g i là nudolin, có vai trò trong s  phát sinh hình

ệ ủ ự ệ ự ọ

ự ố ị ủ ố ạ thái c a n t và trong s  c  đ nh đ m.

­ S  tích lũy m t s c t

ộ ắ ố ự ứ ồ ọ màu h ng, g i là leghemoglobin, t c chromoprotein

ư ở ố ầ ớ v i nhóm prosthetic (heme) gi ng nh ư  hemoglobin, nh ng ph n protein

ỏ ơ ề (globin) nh  h n nhi u.

ủ ự ự ễ ầ ậ ạ ồ Các gen liên quan trong giai đo n đ u c a s  nhi m (bao g m s  thành l p dây

ố ị ễ ả ẩ ằ ọ ạ   nhi m), g i là các gene nod, n m trong plasmid vi khu n. Kh  năng c  đ nh đ m

ể ượ ủ ẩ ở ố khí quy n đ c mã hóa b i các gene fix c a vi khu n. Trong s  các gene fix, các

ự ổ ợ gene nif ( nitrogen fixation)  lien quan trong s  t ng h p nitrogenase.

ả ứ ủ ổ ự ố ị ử Ph n   ng   t ng   quát   c a   s c   đ nh   nitrogen   phân   t thành   ammonia,   nh ờ

nitrogenase, là:

N2 + 8e­ + 8H+ +16ATP  NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi

ấ ữ ơ ư ậ ợ Amonia sau đó gia nh p vào các h p ch t h a c   nh  glutamine hay glutamate, và

ượ ủ ử ụ ậ đ c vi sinh v t hay cây ch  s  d ng.

ố ị Ứ ụ ạ IV.  ng d ng c  đ nh đ m

ế ớ ứ ề ệ ẩ Nhi u công trình nghiên c u trên th  gi i đã phát hi n các nhóm vi khu n có kh ả

ố ị ấ ạ ồ ừ năng c  đ nh đ m cho cây lúa giúp tăng năng su t cây tr ng t 15­54%  (Favilli et

Ở ử ụ ạ ạ al., 1987; Omar  et  al.,  1989). Hy L p (mùa hè 1990) đã s  d ng phân đ m sinh

ả ượ ấ ủ ắ ạ ọ h c làm cho năng su t lúa tăng 15%­20%, s n l ng c a b p, lúa mì, lúa m ch tăng

ụ ố ữ ứ ữ ứ ớ ớ ủ   3%­54% so v i  nh ng v  đ i ch ng không bón phân. V i nh ng nghiên c u ch ng

ố ị ấ ẩ ạ ừ ở vi khu n c  đ nh đ m trên lúa mì  Mexico làm cho năng su t tăng t 23%­63% và

24%­43%.

(cid:0) Vai trò c a đ m đ i v i cây lúa

ủ ạ ố ớ

ề ử ụ ạ ồ ướ ạ Cây tr ng nói chung và cây lúa nói riêng đ u s  d ng đ m d ủ ế   i hai d ng ch  y u

4+).

ổ ế ư ạ là ammonium (NH4+) và nitrat (NO3­) nh ng ph  bi n là d ng ammonium (NH

ạ ưở ủ ầ ạ Tùy theo giai đo n sinh tr ng c a cây lúa mà cây có nhu c u đ m khác nhau. Ở

ưở ạ ưở ề ề ạ ồ ạ các giai đo n tăng tr ng thì đ m giúp cây tăng  tr ng  v  chi u cao, t o ch i, đ ẻ

ệ ạ ố ượ nhánh, tăng s  lá trên cây và tăng di n tích lá. Trong cây  lúa,  đ m  đ c  tích  lũy

ủ ế ổ ẽ ả ạ ượ ư ch   y u  trong thân,  lá  và  khi  lúa  tr  s  có kho ng 48 – 71% đ m đ c đ a  lên

ệ ạ ạ ầ ạ ả ố ạ   bông. Trong giai đo n sinh s n, đ m có vai trò trong vi c t o m m hoa, tăng s  h t

ồ ữ ệ ế ế ố ố ạ   trên gié, tăng s  gié trên bông và còn giúp tăng s  ch i h u hi u. N u thi u đ m,

ặ ạ ị ẽ ạ ậ ắ ỏ ạ cây s  thành l p bông ng n, ít h t, h t nh  ho c h t b  thoái hóa.

ệ ử ụ ề ạ ơ ườ Hiên nay, vi c s  d ng quá nhi u phân đ m vô c  đã làm cho môi tr ấ ng đ t và

ướ ị ượ ạ ả ề ẩ n ễ c b  ô nhi m, hàm l ệ   ng nitrat tích lũy trong nhi u lo i s n ph m nông nghi p

ế ộ ứ ầ ạ ộ ơ ằ   ậ cũng tăng lên m c báo đ ng. Chính vì v y, thay th  m t ph n đ m vô c  b ng

ọ ẽ ầ ườ ề ệ ạ đ m sinh h c s  góp ph n làm cho môi tr ữ   ng sinh thái nông nghi p b n v ng

ư ồ ọ ậ ệ ồ ớ ồ ơ h n. Vi c tr ng  xen các cây h  đ u v i các cây tr ng khác cũng nh  tr ng các cây

ả ạ ệ ệ ả ấ ợ ọ ậ h  đ u c i t o đ t là bi n pháp canh tác h p lý, có hi u qu  cao và   đ ượ ứ   c  ng

ờ ả ề ả ấ ằ ồ ồ ề   ụ d ng ngày càng nhi u nh m tăng năng su t cây tr ng, đ ng th i đ m b o b n

ệ ữ v ng cho sinh thái nông nghi p.

ệ ả Tài li u tham kh o:

 Sinh lý th c v t đ i c

ự ậ ạ ươ ệ ạ ọ ng – Bùi Trang Vi t (NXB Đ i h c QG TP HCM)

 Sinh h c th c v t ­Philips

ự ậ ọ

 http://luanvan.co/luan­van/hieu­qua­cua­vi­khuan­co­dinh­dam­burkholderia­

sp­tren­cay­lua­cao­san­trong­o­hau­giang­28717

 http://www.voer.edu.vn/module/su­dong­hoa­phosphorus