Vi sinh vật đất P5

Chia sẻ: Mr Yo Ko | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Qúa trình chuyển hóa vật chất chứa n trong đất

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vi sinh vật đất P5

®¹i häc cÇn th¬ - khoa n«ng nghiÖp gi¸o tr×nh gi¶ng d¹y trùc tuyÕn §−êng 3/2, Tp. CÇn Th¬. Tel: 84 71 831005, Fax: 84 71 830814 Website: http://www.ctu.edu.vn/knn email: dminh@ctu.edu.vn, vtanh@ctu.edu.vn Vi sinh vËt ®Êt Ch−¬ng 5: Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa vËt chÊt Chøa n trong ®Êt
CHÆÅNG V QUAÏ TRÇNH CHUYÃØN HOÏA VÁÛT CHÁÚT CHÆÏA N TRONG ÂÁÚT ---oOo--- I. CHU TRÇNH CHÁÚT N TRONG THIÃN NHIÃN: NPK laì 3 dæåîng täú quan troüng cuía thæûc váût, âoìng thåìi cuîng laì 3 cháút quan troüng cuía ngaình träöng troüt. Chuïng ta cung cáúp 3 cháút naìy cho cáy träöng dæåïi daûng phán boïn. Tuy nhiã, cáy coï thãø láúy âæåüc 3 cháút naìy tæì âáút. Trong 3 cháút trãn N laì dæåîng täú ráút dãù chuyãøn hoïa båíi vi sinh váût trong âáút. Caïc daûng N âæåüc chuyãøn hoïa gäöm N hæîu cå, N vä cå vaì N åí thãø khê. Âáút âæåüc cung cáúp N hæîu cå (xaïc baî âäüng váût, thæûc váût vaì caí vi sinh váût) vaì N2 cuía khê quyãøn qua hiãûn tæåüng cäú âënh N . Âaûm hæîu cå trong âáút seî âæåüc vi snh váût phán giaíi thaình N vä cå vaì N2. Sæû chuyãøn hoïa naìy âæåüc phán ra : + Sæû khoaïng hoïa N hæîu cå (mineralization), hay laì: - Giai âoaûn hoïa amänium caïc N hæîu cå (amonification) - Giai doaûn hoïa nitrat caïc N åí daûng NH4 (nitrification) + Sæû máút N (denitrification): N åí daûng NO5 chuyãøn hoïa thaình N2 vaì bäúc håi lãn khê quyãøn. + Sæû sæí duûng N cuía vi sinh váût laìm cho âaûm bë báút âäüng (immobilization) + Sæû cäú âënh N cuía khê quyãøn båíi vi sinh váût (fixation) Chu trçnh cháút N trong âáút âæåüc toïm læåüc nhæ trong hçnh 5.1 Pháön sau âáy chuïng ta seî láön læåüt xeït âãún mäúi liãn hãû giæîa caïc quïa trçnh trong chu trçnh cháút N vaì vi sinh váût trong âáút.
Hçnh 5.1: Så âäö mä taí chu trçnh cháút âaûm (N) trong thiãn nhiãn Ghi chuï: A : Sæû hoïa ammänium B : Sæû hoïa khoaïng cháút hæíu cå C : Sæû nitrêt hoïa D : Sæû máút nitraït E : Sæû sæí duûng N do vi sinh váût F : Sæû máút N G : Sæû cäú âënh N khäng cäüng sinh H : Sæû cäú âënh N do cäüng sinh II. QUAÏ TRÇNH KHOAÏNG HOÏA CHÁÚT HÆÎU CÅ CHÆÏA N: 1. Quïa trçnh khoaïng hoïa caïc cháút N hæîu cå: Nhçn chung táút caí cháút N åí daûng hæîu cå khi âæåüc boí trãn màût âáút hoàûc bë vuìi vaìo trong âáút âãöu bë phán giaíi båíi vi sinh váût. Vi sih váût mäüt màût phán giaíi caïc cháút chæïa N âãø láúy N, cáön cho sæû säúng cuía chuïng. Do sæû phán giaíi cuía vi sinh váût, caïc n hæîu cå seî âæåüc chuyãøn biãún thaình N åí daûng vä cå, âáy laì quïa trçnh khoaïng hoïa N hæîu cå. 74
Trong âáút N hæîu cå chæïa trong xaïc baî thæûc váût vaï âäüng váût, trong caïc phán N hæîu cå vaì phán N vä cå nhæ urã, trong cháút muìn cuía âáút, vv... a. Trong xaïc baî thæûc váût, âäüng váût cuîng nhæ trong cháút muìn, N åí dæåïi daûng laì caïc prätãin, caïc nucleic acid,... Caïc cháút naìy seî âæåüc vi sinh váût phán giaíi bàòng caïch tiãút ra caïc phán hoïa täú, proteza seî thuíy phán prätãin thaình caïc lipit âån giaín hån vaì sau âoï càõt tiãúp thaình amino acid. Amino acid âæåüc vi sinh váût háúp thu. Bãn trong vi sinh váût amin acid bë phán giaíi tiãúp âãø cho NH4+. Trong âáút träöng troüt læåüng N vä cå âæåüc phoïng thêch vaìo khoaíng 1% - 5% læåüng N toaìn pháön. Âáút ruäüng luïa (coï giai âoaûn ngáûp næåïc) læåüng N âæåüc phoïng thêch thæåìng cao hån åí âáút träöng maìu, vç âáút ruäüng ngáûp næåïc chæïa nhiãöu cháút hæîu cå dãù tiãu hån. Caïc prätãin tinh (nhæ casãin, albumin) vaì caïc loaûi acid amin khi cho vaìo âáút seî âæåüc phán giaíi nhanh choïng hån caïc cháút muìn chæïa N. Coï thãø do N trong cháút muìn liãn kãút våïi thaình pháön seït vaì caïc pälyphãnäl nãn âæåüc phán giaíi cháûm hån. Sæû khaïng hoïa cháút muìn chæïa N trong âáút xaíy ra våïi táút caí caïc thaình pháön cáúu taûo, coï chæïa N, nhæng acid amin laì dãù bë khoaïng hoïa hån caí. b. Khi boïn caïc phán N hæîu cå nhæ phán baïnh dáöu, phán caï, beìo hoa dáu, vv... chuïng ta cung cáúp cho âáút læåüng prätãin khaï cao. Caïc cháút naìy seî bë khoaïng hoïa nhanh choïng vaì phoïng thêch NH4+ (Hçnh 5.2). Hçnh 5.2: Sæû khoaïng hoïa prätãin trong âáút haío khê, åí nhiãût âäü 30oC. 75
c. Phán hoïa hoüc chæïa N hæîu cå nhæ urã, khi boïn vaìo âáút cuîng cáön coï vi sinh váût phán giaíi thaình amänium måïi âæåüc cáy sæí duûng. Vi sinh váût tiãút ra phán hoïa täú urãaz âãø thuíy phán urã, âãø sau cuìng cho ra NH3 theo phaín æïng: urãaz CO(NH2) 2 + H2O --- (NH4) 2 CO2 --- 2NH3 + CO2 Urã amänium carbamate Täúc âäü phán giaíi urã tuìy thuäüc vaìo pH cuía âáút vaì nhiãût âäü. Nhiãût âäü cao, pH gáön trung tênh laì âiãöu kiãûn thêch håüp cho sæû phán giaíi naìy. Nãúu khäng coï vi sinh váût thç sæû phán giaíi khäng xaíy ra, urã seî máút do bäúc håi vaì do ræîa träi. Trong âiãöu kiãûn thêch håüp sæû phán giaíi urã xaíy ra trong vaìi ngaìy. vaì åí quanh nåi phán giaíi (quanh häüt phán) pH coï thãø tàng lãn âãún 8 hoàûc 9, åí âiãöu kiãûn naìy amänium dãù bë bäúc håi máút. Hiãûn nay âang coï nhiãöu nghiãn cæïu duìng caïc cháút laìm cháûm laûi quaï trçnh phán giaíi naìy âãø êt máút phán. Caïc vi khuáøn coï tiãút ra urãaz coï thãø kãø: Sarcinia hansenii, Bacillus pasteurii, Erwinia amylovora, Proteus vulgaris, Bacillus freudenreichii, Sporosoreinia urãa, vv ... 2. Vi sinh váût trong quaï trçnh khoaïng hoïa cháút hæîu cå chæïa N: Coï vä säú loaìi vi sinh váût tham gia vaìo quïa trçnh phán giaíi hæîu cå. Máût säú chæïa tæì 10 - 107/g âáút khä. Vi khuáøn, náúm, xaû khuáøn âãöu coï tham gia vaìo sæû khoaïng hoïa N hæîu 5 cå trong âáút. Trong âãöu kiãûn haïo khê sæû phán giaíi prätãin xaíy ra nhanh va ìcho ra CO2., amänium, sulfat vaì næåïc. Trong âiãöu kiãûn yãúm khê, sæû phán giaíi cháûm hån vaì cho ra amänium, acid amin, CO2, caïc acid hæîu cå, H2S ... Vi khuáøn tham gia vaìo sæû khoaïng hoïa caïc prätãin coï thãø kãø: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serratia, Micrococus. Coìn tham gia vaìo viãûc phán giaíi caïc acid nuclãic gäöm coï caïc vi khuáøn Pseudomonas, Micrococus, Corynebacterium, Clostridium ... Tham gia vaìo quaï trçnh hoïa khoaïng phán urã coï nhiãöu loaìi vi khuáøn, náúm vaì xaû khuáøn. Trong säú vi khuáøn coï thãø kãø âãún caïc chi Bacillus, Micrococcus, Sarcinia, Pseudomonas, 76
Achromobacter, Corynebacterium, Clostridium, trong âoï coï bäún loaìi sau âáy âæåüc nghiãn cæïu nhiãöu: Bacillus pasteurii, B. freudenrichii, Serratia urãae, Micrococus urãae. 3. Caïc yãúu täú aính hæåíng âãún quïa trçnh khoaïng hoïa cháút hæîu cå chæïa N trong âáút: Caïc yãúu täú coï aính hæåíng âãún quïa trçnh khoaïng hoïa N hæîu cå gäöm coï áøm âäü cuía âáút, pH cuía âáút, âäü thoaïng khê cuía âáút, nhiãût âäü vaì caïc cháút vä cå khaïc . Vãö áøm âäü cuía âáút, âáút thoaïng khê (khäng ngáûp næåïc), áøm âäü vaìo khoaíng 70% ( so våïi khaí nàng giæî næåïc cuía âáút) coï täúc âäü khoaïng hoïa N hæîu cå nhanh nháút. ÁØm âäü cao hån vaì tháúp hån âãöu coï täúc âäü khoaïng hoïa keïm hån (hçnh 5.3). Hçnh 5.3: Täúc âäü khoaïng hoïa N hæíu cå trong âáút thët våïi caïc áùm âäü khaïc nhau: 27%, 40%, 70% vaì 82%. (M. Alexander, 1961) Vãö pH cuía âáút, âáút trung tênh coï täúc âäü khoaïng hoïa nhanh hån åí âáút chua. Âäü chua cuía âáút chè laìm giaím täúc âäü khoaïng hoïa chæï khäng ngàn chàûn khoaïng hoïa N hæîu cå trong âáút. Do âoï åí âáút pheìn, nãúu boïn väi, coï thãø giuïp cho sæû khoaïng hoïa N hæîu cå âæåüc xaíy ra nhanh hån. Ngoaìi ra åí âáút quaï chua vç sæû khoaïng hoïa ráút cháûm nãn âaûm hæîu cå têch luîy trong âoï. Do âoï, biãûn phaïp boïn väi coï thãø náng cao nàng suáút cáy träöng âaïng kãø vç gia tàng täúc âäü khoaïng hoïa seî cung cáúp nhiãöu N vä cå cho cáy träöng. 77
Nhiãût âäü täúi haío cho sæû khoaïng hoïa N hæîu cå trong âáút nàòm trong khoaíng 40o - 60 o C. Vuìng än âåïi nhiãût âäü laûnh láu daìi laìm cháûm täúc âäü khoaïng hoïa, do âoï åí vuìng än âåïi âáút coï nhiãöu cháút muìn hån âáút åí vuìng nhiãût âåïi. Âäúi våïi âáút ruäüng ngáûp næåïc, viãûc caìy aíi phåi âáút ( giuïp âáút thoaïng khê) luïc tråí laûi traûng thaïi áøm seî cho læåüng amänium khoaïng hoïa cao hån âáút bë ngáûp liãn tuûc. Ngoaìi ra boïn väi cho ruäüng luïa cuîng laìm tàng læåüng NH3 khoaïng hoïa(Baíng 5.1). Baíng 5.1: Taïc âäüng boïn väi âäúi våïi täúc âäü khoaïng hoaï cháút N hæîu cå trong âáút. (Âån vë tênh = mg/100g âáút) Læåüng CaO pH sau khi N cuía NH4 luïc Sau 28 ngaìy (%) boïn väi 24 giåì ban âáöu N-NH4 pH 1 12,3 1,03 9,7 10,9 Ca(OH)2 0,5 10,8 " 8,7 9,0 0,1 7,7 " 4,0 8,0 1 7,0 " 3,4 8,0 CaCO3 0,5 7,0 " 3,4 8,0 0,1 6,8 " 3,2 7,8 0 5,9 " 2,3 0,5 ÅÍ âáút ngáûp næåïc, viãûc bæìa vaì suûc buìn cuîng giuïp gia tàng täúc âäü khoaïng hoïa hæîu cå. III. QUAÏ TRÇNH NITRAÏT HOAÏ: 1. Quaï trçnh nitraït hoïa: Trong âiãöu kiãûn thoaïng khê, NH4 ban âáöu sinh ra do quïa trçnh khoaïng hoïa N hæîu cå, seî 1iãn tuûc chuyãøn hoïa vaì biãún thaình NO3. Quaï trçnh naìy xaíy ra qua 2 giai âoaûn: - Äxyd hoïa amänium thaình nitric (NO2) - Äxyd hoïa NO2 thaình nitraït (NO3) 2. Vi sinh váût tham gia trong quïa trçnh nitrat hoïa : Coï 2 nhoïm vi sinh váût tham gia 2 giai âoaûn cuía quïa trçnh naìy. Trong âoï coï 7 nhoïm vi khuáøn tæû dæåîng: 78
a. Nhoïm vi khuáøn äxyt hoaï NH4 thaình NO2: nhoïm naìy do 5 chi vi khuáøn âaím nhiãûm: - Vi khuáøn coï hçnh (que) báöu duûc: Nitrosomonas - Vi khuáøn coï hçnh cáöu: Nitrosococcus - Vi khuáøn xoàõn: Nitrosospira - Vi khuáøn coï khuáøn laûc nháöy nhuûa (zoogloae) vaì coï nang (cyst): Nitrosococystis - Vi kháøn coï khuáøn laûc nháöy nhuûa, khäng coï nang: Nitrosogcola b. Nhoïm vi khuáøn äxyd hoaï nitric thaình nitrat: - Vi khuáøn khäng coï zoogloea: Nitrobacter - vi khuáøn coï zoogloea: Nitrocystis Trong baíy chi vi khuáøn trãn âáy, Nitrosomonas vaì Nitrobacter laì thæåìng gàûp nháút. Ngoaìi caïc vi khuáøn trãn, caïc vi sinh váût dë dæåîng nhæ Streptomyces, Pseudomonas, Aspergillus... cuîng coï tham gia quaï trçnh chuyãøn hoïa N naìy nhæng khäng quan troüng làõm. 3. Caïc yãúu täú aính hæåíng âãún quaï trçnh Nitrat hoïa: a. Caïc vi khuáøn trãn âáy laì vi khuáøn haïo khê nãn chè phaït triãøn täút trong âiãöu kiãûn âáút thoaït thuíy täút hoàûc åí låïp äxyd hoïa trong âáút ruäüng ngáûp næåïc. Do âoï trong táöng âáút khæí cuía âáút ruäüng ngáûp næåïc NH4 âæåüc têch luîy vaì khäng chuyãøn hoïa thaình NO3. b. Yãúu täú quan troüng næîa coï aính hæåíng âãún hoaût âäüng cuía vi khuáøn nitrit hoïa vaì nitrat hoïa laì pH cuía âáút. pH thêch håüp cho hoaût âäüng cuía vi khuáøn naìy thæåìng trãn 6. Sæû am håüp våïi caïc mæïc âäü pH khaïc nhau coìn tuìy thuäüc vaìo loaìi vaì chuíng vi khuáøn. ÅÍ mäüt säú nåi, mæïc âäü nitrat hoïa giaîm âi khi pH tháúp hån 6, ráút tháúp åí pH = 5, vaì ngæìng hàón åí pH = 4 hoàûc tháúp hån. ÅÍ cuäüc âáút khaïc, nitrat hoïa xaíy ra âæåüc åí pH = 4,5, nhæng åí nåi khaïc næîa vi khuáøn khäng hoaût âäüng âæåüc åí pH naìy. Caïc vi khuáøn nitrat hoïa säúng trong âáút chua, coï mæïc pH täúi haío 6,5, coìn vi khuáøn åí nåi âáút kiãöm tênh coï mæïc pH täúi haío åí 7,8. 79
Ngoaìi aính hæåíng hoaût âäüng cuía vi khuáøn, pH coìn aính hæåíng âãún máût säú caïc vi khuáøn naìy. Máût säú vi khuáøn nitrat hoïa tàng dáön theo mæïc âäü tàng pH tæì chua sang kiãöm tênh. Do aính hæåíng naìy, viãûc boïn väi cho âáút chua seî laìm gia tàng täúc âäü nitrat hoïa caïc âaûm ammonium trong âáút. c. Nhiãût âäü cuîng coï aính hæåíng låïn âãún hoaût âäüng cuía nhoïm vi sinh váût nitraït hoïa naìy. ÅÍ nhiãût âäü tháúp hån 5o C vaì cao hån 40o C vi khuáøn hoaût âäüng ráút cháûm nãn sæû chuyãøn biãún âaûm NH4 thaình âaûm NO3 cuîng ráút cháûm. Nhiãût âäü täúi haío cho hoaût âäüng cuía nhoïm vi khuáøn naìy nàòm trong khoaíng 30o C. Âiãöu naìy giaíi thêch âæåüc hiãûn tæåüng nitrat hoïa xaíy ra ráút keïm vaìo muìa âäng vaì muìa heì, vaì xaíy ra ráút maûnh vaìo muìa xuán vaì mua thu åí vuìng än âåïi. IV QUAÏ TRÇNH MÁÚT âAÛM DO HIÃÛN TÆÅÜNG KHÆÍ NITRAT 1. Quaï trçnh máút âaûm Trong âiãöu kiãûn thiãúu oxy, mäüt säú vi sinh váût haïo khê coï thãø sæí duûng NO3 nhæ cháút nháûn âiãûn tæí. Quaï trçnh khæí oxy naìy xaíy ra theo hai giai âoaûn: - Khæí nitrat (NO3) thaình nitric (NO2) - Khæí nitric (NO2) thaình nitric äxyd (NO), räöi nitro äxyd (N2O) räöi N vaì sau cuìng laì khê N2. Coï thãø toïm læåüc quaï trçnh naìy nhæ sau: -4H NH2OH 2NH3 Hydräxylamin -2H2O 2HNO3 2HNO2 HOH=HOH nitrat nitric hyponitric +2H - H2O -2H2O +2H N2O N2 80
oxid nitrous -H2O 2. Vi sinh váût tham gia vaìo quïa trçnh khæí nitrat: Chè coï mäüt säú loaûi vi khuáøn tham gia vaìo quïa trçnh khæí nitrat trong âáút. Náúm vaì xaû khuáøn khäng tham gia vaìo quaï trçnh naìy. Caïc chi vi khuáøn khæí oxy cuía nitrat trong âáút coï thãø kãø: -Pseudomonas nhæ P. denitrificans, P. aeruginosa - Achromobacter - Bacillus nhæ B. licheniformis - Micrococcus nhæ M. âenitrificans - Thiobacillus denitrificans Mäüt säú vi khuáøn khaïc cuîng coï tham gia, nhæng vai troì keïm quan troüng: Chromobacterium, Mycoplana, Serratia, Vibrio... Trong caïc vi khuáøn trãn Pseudomonas, Achromobacter vaì Thiobacillus denitrificans giæî vai troì quan troünghån caí. 3. Caïc yãúu täú aính hæåíng âãún quaï trçnh khæí nitrat: a. Caïc vi khuáøn khæí nitrat trãn âáy âãöu laì vi khuáøn haïo khê. Nãn trong âiãöu kiãûn âáút thoaïng khê, cung cáúp âuí oxy cho vi khuáøn, quaï trçnh khæí nitrat seî cháûm laûi. Tuy nhiãn âiãöu kiãûn âuí oxy naìy laûi laìm gia tàng quaï trçnh nitrat hoïa âaûm NH4, cung cáúp cho quïaï trçnh khæí nitrat. ÅÍ âáút ngáûp næåïc, vaì trong táöng khæí, vç vi khuáøn khæí nitrat thiãúu oxy nãn khæí oxy cuía NO3 , do âoï quaï trçnh naìy xaíy ra nhanh hån so våïi åí âáút thoaïng khê. ÅÍ âáút thoaïng khê (thoaït thuíy täút) mæïc âäü máút N do khæí nitrat tuïy thuäüc vaìo áøm âäü, nhiãût âäü vaì pH cuía âáút. b. Âäúi våïi áøm âäü, âáút coï áøm âäü dæåïi 70 % ( khaí nàng baío hoìa næåïc cuía âáút) coï mæïc âäü máút N do khæí nitrat tæång âäúi êt. ÁØm âäü âáút caìng tàng cao, ( cho âãún mæïc âäü ruäüng bë ngáûp næåïc) mæïc âä máút N do khæí nitrat caìng tàng (hçnh 5.4). 81
Hçnh 5.4: AÍnh hæåíng cuía áùm âäü cuía âáút (so våïi khaì nàng baío hoìa næåïc cuía âáút áúy) âäúi våïi sæû khæí nitrat trong âáút. (M. Alexander, 1961) c. pH cuía âáút cuîng aính hæåíng âãún máût säú vi khuáøn khæí nitrat trong âáút. Máût säú vi khuáøn khæí nitrat ráút keïm åí âáút chua. Âáút coï pH tæì 5,5 tråí lãn coï máût säú vi khuáøn khæí nitrat cao nháút. Màût khaïc pH cuía âáút coìn aính hæåíng trãn loaûi khê thaíi ra trong quaï trçnh khæí nitrat. ÅÍ âáút quaï chua, vi khuáøn coï khuynh hæåïng thaíi ra NO. ÅÍ âáút håi chua, pH khoaíng 6 âãún 6,5, phán næía læåüng khê thaíi ra laì N2O. Vaì åí âáút trung tênh hoàûc håi kiãöm luïc âáöu vi khuáøn thaíi ra N2O nhæng sau âoï N2 chiãúm thãø têch phoïng thêch quan troüng hån. AÍnh hæåíng naìy coï thãø do caïc hãû phán hoïa täú cuía vi khuáøn nhaûy caím våïi pH cuía mäi træäöng. d. Nhiãût âäü cuîng coï aính hæåíng âãún quaï trçnh khæí nitrat cuía vi khuáøn. ÅÍ 20o C quaï trçnh xaíy ra ráút cháûm. Quaï trçnh xaíy ra nhanh nháút åí nhiãût âäü khoaíng 25 o - 30 o C. Tàng nhiãût âäü 60 o - 65 o C quaï trçnh khæí nitrat váùn maûnh. Tuy nhiãn quaï trçnh khæí nitrat seî ngæìng åí 70 o C hoàûc hån. Âiãöu naìy chæïng toí nhoïm vi khuáøn khæí nitrat laì vi khuáøn chëu nhiãût ( hçnh 5.5). 82
Hçnh 5.5: AÍnh hæåíng cuía nhiãût âäü âäúi våïi sæû khæí nitrat trong âáút. (M. Alexander, 1961) V. HIÃÛN TÆÅÜNG CÄÚ ÂËNH ÂAÛM CUÍA KHÊ QUYÃØN: Âaûn khê (N2) trong khê quyãøn coï thãø âæåüc mäüt säú vi sinh váût sæí duûng træûc tiãúp âãø täøng håüp thaình prätãin. Prätãin seî âæåüc khoaïng hoïa âãø cung cáúp cho thæûc váût. Caïc vi sinh váût cäú âënh âæåüc N2 cuía khê quyãøn coï thãø hoàûc cäüng sinh våïi mäüt thæûc váût hoàûc khäng cäüng sinh. A. CAÏC VI SINH VÁÛT CÄÚ ÂËNH ÂAÛM KHÄNG CÄÜNG SINH Caïc vi sinh váût thuäüc nhoïm naìy gäöm coï : + Caïc vi khuáøn dë dæåîng: - Vi khuáøn haïo khê: Azotobacter, Beijerinckia,... - Vi khuáøn yãúm khê: Clostridium,... + Caïc vi khuáøn hoïa tæû dæåîng: Methanobacillus omelianski + Caïc vi khuáøn quang täøng håüp: Chorobium, Chromatium, Rhodomicrobium. Rhodopseudomonas, Rhodospirillum + Caïc taío lam: Anabaena, Anabaenapsis, Calothris, Nostoc, Tolvcothrix ( Hçnh 5.6) 83
1. Vi khuáøn dë dæåîng cäú âënh âaûm: Nhoïm náöy âæåüc nghiãn cæïu nhiãöu, trong âoï chi Azotobacter thæåìng gàûp åí caïc loaûi âáút coï pH cao hån 6 (hçnh 5.7), tuy nhiãn máût säú trong âáút tæång âäi tháúp. Clostridium phán bäú räüng raîi hån. Caïc vi khuáøn dë dæåîng cäú âënh N cáön cháút âæåìng âãø tàng træåíng. Ngoaìi ra khi trong âáút coï muäúi N thç chuïng coï khuynh hæåïng sæí duûng caïc muäúi N hån laì cäú âënh N cuía khäng khê. Do âoï læåüng N cäú âënh âæåüc trong âiãöu tæû nhiãn khäng âaïng kãø. 2. Taío lam: Baíng 5.2: Hiãûu quaí cuía boïn väi âäúi våïi sæû cäú âënh âaûm cuía taío lam Læåüng N tàng thãm sau 2 thaïng âáút Lä âáút N toaìn pháön cuía âáút (mgN/10 g khä) khäng boïn väi coï boïn väi I 12,5 2,9 3,8 II 20,4 4,0 4,8 III 18,3 3,6 5,9 IV 15,9 2,5 4,6 V 16,0 0,8 3,3 Taío lam âæåüc xem laì thaình pháön cäú âënh N quan troüng trong thiãn nhiãn. Taío lam coï trong caïc ao, màût næåïc ruäüng luïa... Taío lam cáön âäü áøm cao, aïnh saïng, âiãöu kiãûn nhiãût âäü khoaíng 30o C pH täúi haío laì 7 - 8,5. ÅÍ ruäüng chua, sæû tàng træåíng cuía taío lam bë haûn chãú. Træåìng håüp naìy, boïn väi giuïp tàng thãm læåüng taío vaì læåüng N cäú âënh âæåüc (Baíng 5.2). B. SÆÛ CÄÚ ÂËNH ÂAÛM DO CÄÜNG SINH 1. Sæ cäüng sinh åí cáy hoü âáûu a. Caïc loaìi vi khuáøn cäüng sinh våïi cáy hoü âáûu: Chè coï vi khuáøn thuäüc chi BrachyBrachyrhizobium (tãn cuí laì Rhizobium) laì coï khaí nàng cäú âënh N vaì cäüng sinh våïi caïc loaìi cáy hoü âáûu. Caïc loaìi Brachyrhizobium cäüng sinh laì: - Brachyrhizobium meliloti cäüng sinh våïi coí alfalfa 84
- B. trilolii cäüng sinh våïi coí clover - B. phaseoli cäüng sinh våïi caïc loaìi âáûu hçnh tháûn. - B. japonicum cäüng sinh åí cáy âáûu naình. b. Quaï trçnh hçnh thaình näút sáön åí rãù cáy âáûu naình: Vi khuáøn coï trong âáút. Khi vi khuáøn tiãúp xuïc våïi âáöu läng huït cuía rãù cáy âáûu naình, vi khuáøn tiãút ra mäüt loaûi phán hoïa täú (tryptäphan). Phán hoïa täú naìy phäúi håüp våïi caïc cháút cuía rãù tiãút ra thaình indäl acid acãtic (IAA). IAA kêch thêch laìm âáöu läng huït cuía rãù cáy cong laûi vi khuáøn xám nháûp vaìo âáöu läng huït, taûo thaình âæåìng xám nhiãøn tiãún dáön lãn pháön nhu mä cuía rãù, âæåìng xám nhiãøm naìy âæåüc cáúu taûo båíi cháút celluläz. Mäüt säú nghiãn cæïu cho biãút viãûc taûo thaình âæåìng xám nhiãøm naìy do phán hoaï täú pälygalacturänaz, do vi khuáøn tiãút ra. Chè coï 5% vi khuáøn xám nhiãøm laì coï khaí nàng taûo âæåüc näút rãù maì thäi. Khi vi khuáøn tiãún vaìo âãún nhu mä rãù thç tiãún haình sinh saín vaì tàng máût säú lãn. Trong khi âoï tãú baìo nhu mä rãù åí nåi cäüng sinh cuîng âæåüc nhán lãn vaì gäöm caïc tãú baìo coï gáúp âäi säú nhiãøm sàõc thãø. (Sæû tàng âäi nhiãøm sàõc thãø naìy coï thãø do caïc tãú baìo chung quanh nåi xám nhiãøm âaî kêch thêch tãú baìo bë xám nhiãøm). Näút rãù âæåüc hçnh thaình dáön (Hçnh 5.8). Kêch thæåïc vaì hçnh daûng cuía näút rãù tuìy thuäüc vaìo loaûi cáy vaì chuíng vi khuáøn. Mäüt näút rãù hoaìn chènh coï cáúu taûo nhæ trong hçnh 5.9. ÅÍ pháön gáön âènh coï nhiãöu vi khuáøn hçnh que. Coìn åí pháön giæîa coï maìu häöng nhaût, bãn trong chæïa vi khuáøn åí daûng bactãräid coï hçnh daûng khäng nháút âënh (hçnh 5.10), thæåìng coï daûng hçnh sao, vaì cháút leghãmägläbin coï maìu häöng nhaût. Goüi laì leghãmägläbin âãø phán biãût våïi hãmägläbin trong maïu cuía âäüng váût. Leghãmägläbin laì cháút coï chæïa Fe. Maìu cuía leghãmägläbin laì do rãù cáy cung cáúp hån laì do vi khuáøn. Coï taïc giaí cho ràòng cháút 85
leghãmägläbin giæî vai troì quan troüng trong viãûc cäú âënh N. Chè coï nhæîng näút sáön coï leghãmägläbin måïi coï hiãûu quaí trong viãûc cäú âënh N. Thê nghiãûm cuía Virtanen vaì caïc cäüng sæû viãn (1947) cho tháúy nhæîng chuíng vi khuáøn cho nhiãöu leghãmägläbin laì chuíng vi khuáøn coï khaí nàng cäú âënh N cao. c. Quaï trçnh cäú âënh N: Caïc taïc giaí duìng N15 (coï phoïng xaû) âãø theo doîi, kãút quaí cho tháúy: - Vi khuáøn cäú âënh N2 daûng khê coï trong khäng khê, coï trong mao quaín cuía âáút. - Quaï trçnh cäú âënh N xaíy ra åí rãù cáy âáûu naình theo cäng thæïc sau: COOH +2H | N2 NH3 N2HCH + H 2O COOH | | (CH2) 2 Acid α-kãtä glutaric CO | | COOH (CH2) 2 | (acid glutamic) COOH Acid α-kãtä glutaric Acid glutamic laì mäüt acid amin âæåüc cáy sæí duûng. - Sau khi quaï trçnh cäú âënh N xaíy ra vaìi giåì, âaî nháûn tháúy coï N15 cäú âënh âæåüc åí caïc pháön bãn trãn cuía cáy. Sau âoï, coï âãún 90 % N15 cäú âënh âæåüc, âæåüc chuyãøn lãn caïc pháön bãn trãn cuía cáy. Âaûm âæåüc chuyãøn lãn trãn cáy dæåïi daûng acid amin nhæ acid glutamic, v.v... d. Sæû cung cáúp N cäú âënh âæoüc cho âáút: Caïc loaûi cáy hoàûc coí khäng thuäüc hoü âáûu khi âæåüc träöng xen våïi cáy hoü âáûu, thæåìng xanh täút hån træåìng håüp träöng riãng leî hoàûc träöng xen våïi cáy khäng thuäüc hoü âáûu. Âoï laì do cáy hoü âáûu cung thãm N cho âáút. Âaûm naìy do quaï trçnh cäú âënh âæåüc tæì N khê trong khäng khê. Thê nghiãûm sau âáy cuía Lipman (1910) chæïng minh sæû viãûc trãn. Äng träöng cáy luïa maûch trong mäüt cháûu chæïa caït, thaình cháûu coï nhiãöu läù nhoí. Cháûu naìy âàût trong mäüt cháûu chæïa caït khaïc låïn hån, coï träöng cáy âáûu haût troïng âaî thu hoaûch. Vç thaình cháûu nhoí 86
coï läù häøng nãn hiãûn tæåüng trao âäøi cháút giæîa âáút cuía cháûu låïn vaì âáút cuía cháûu nhoí coï thãø xaíy ra. ÅÍ lä kiãøm chæïng äng cuîng träöng cáy luïa maûch trong âiãöu kiãûn nhæ trãn nhæng thaình cháûu nhoí khäng coï läù häøng. Kãút quaí laì åí cháûu coï läù, cáy luïa maûch moüc nhanh vaì xanh täút hån trong lä kiãøm chæïng (hçnh 5.11). Âiãöu naìy chæïng toí coï N tiãút ra tæì näút rãù cáy âáûu vaì N naìy tháúm qua cháûu nhoí cung cáúp cho cáy luïa maûch khiãún cáy luïa maûch âæåüc xanh täút. Virtanen vaì caïc cäüng sæû viãn (1947) âo kyî læåîng trong âiãöu kiãûn nhaì kênh åí Pháön Lan, coï tæì 10 - 80% N cäú âënh åí näút rãù cáy âáûu âæåüc tiãút ra ngoaìi âáút. Cháút N âæåüc tiãút ra ngoaìi âáút dæåïi daûng caïc acid amin nhæ acid glutamic, acid asfratic vaì β-alanin. Cacï thê nghiãûm khaïc åí Myî, Anh, Âæïc vaì UÏc cuîng xaïc nháûn coï sæû tiãút cháút N ra ngoaìi âáút tæì caïc näút rãù cuía caïc loaûi cáy âáûu haût troìn, âáûu boì, alfalfa, âáûu naình, âáûu haût deûp, v.v.... e. AÍnh hæåíng cuía caïc âiãöu kiãûn ngoaûi caính âäúi våïi quaï trçnh cäú âënh N cäüng sinh: AÍnh hæåíng cuía âaûm NH4 vaì NO3 trong âáút coï haìm læåüng NH4 vaì NO3 cao, vi khuáøn coï khuynh hæoïng sæí duûng NH4 hoàûc NO3 hån laì cäú âënh N khê. Thê nghiãûm cuía Allos vaì Bartholome (1959), trãn cáy âáûu naình cho tháúy: Boïn NH4 vaìo âáút Læåüng N cáy láúy âæåüc Tèlãû N láúy (mgN/ cháûu) tæì phán boïn tæì khäng khê tæì khäng khê (mg) (mg) (%) 0 0 1639 100 80 68 1692 95 320 252 2243 89 560 464 2185 82 800 648 2423 79 Ngoaìi ra, nháûn tháúy khi boïn nhiãöu phán N vä cå, säú näút rãù åí cáy âáûu naình giaím båït. Coìn åí âáút coï haìm læåüng NH4 vaì NO3 keïm, säú näút sáön vaì troüng læåüng näút sáön gia tàng. * AÍnh hæåíng cuía haìm læåüng cháút âæåìng bäüt trong cáy: Vi khuáøn BrachyBrachyrhizobium ráút cáön cháút âæåìng bäüt do cáy cung cáúp nãn åí mæïc âäü bçnh thæåìng khaí nàng âäöng hoïa N khê tè lãû thuáûn våïi haìm læåüng âæåìng bäüt trong cáy hay âuïng hån tè lãû våïi tè säú C/N trong cáy. Tuy nhiãn , khi gáûp nàõng gay gàõt haìm læåüng C quaï cao (tè lãû C/N máút cán âäúi) thæåìng laìm giaím täúc âäü cäú âënh N cuía vi khuáøn. Duì váûy, trong âiãöu 87
kiãûn thiãúu nàõng, täúc âäü cäú âënh N cuía vi khuáøn cuîng giaím suït roî rãût. Trong træåìng håüp naìy nãúu phun dung dëch âæåìng lãn laï coï thãø laìm tàng täúc âäü cäú âënh N. * AÍnh hæåíng cuía P vaì K: P vaì K cuîng coï aín hæåíng âãún täúc âäü cäú âënh N cuía vi khuáøn vç laì nhæîng cháút täúi cáön cho cáy vaì vi khuáøn. * AÍnh hæåíng cuía pH cuía âáút: pH aính hæåíng âãún sæû sinh træåíng vaì taûo näút rãù cuía Brachyrhizobium. ÅÍ pH nhoí hån 4 khäng thaình láûp âæåüc näút rãù. Hiãûn tæåüng cäú âënh N xaíy ra täút åí pH trãn 5. Boïn väi cho âáút coï pH dæåïi 5, laìm gia tàng sæû cäú âënh N ráút âaïng kãø. ÅÍ âáút pheìn pH tháúp, nhiãöu nhoïm vaì sàõt, âäüc cho vi khuáøn cäú âënh N cäüng sinh láùn khäng cäüng sinh. Boïn väi ráút cáön thiãút trong træåìng håüp naìy. Hçnh 5.7: AÍnh hæåíng cuía pH âäúi våïi sæû phán bäú cuía vi khuáön Azotobacter trong âáút. * AÍnh hæåíng cuía cháút molybden (Mo): Mo laì vi læåüng ráút cáön cho vi khuáøn cäú âënh N, nhæng våïi læåüng ráút nhoí. ÅÍ âáút chua, Mo (mälybâen)ë cäú âënh nãn nãúu träün mäüt læåüng nhoí muäúi Mo vaìo haût âáu coï khaí nàng tàng thãm täúc âäü cäú âënh N. * AÍnh hæåíng cuía phage (thæûc khuáøn thãø): trong âáút vi khuáøn Brachyrhizibium váùn bë phage kyï sinh vaì gáy chãút. ÅÍ âáút träöng âáûu liãn tuûc máût säú phage coï thãø âæåüc 88
têch luîy cao trong âáút, seî táún cäng tiãu diãût caïc chuíng Brachyrhizobium nhiãøm phage, do âoï coï thãø laìm giaím khaí nàng cäú âënh N cuía cáy âáûu. Træåìng håüp naìy nãn duìng caïc chuíng vi khuáøn khaïng phage. 2. Cäüng sinh våïi caïc loaìi cáy khäng laì hoü âáûu: Âãún nay ngæåìi ta biãút âæåüc cáy Alnus vaì cáy Casuarina (phi lao, dæång) coï khaí nàng cäüng sinh våïi mäüt loaìi xaû khuáøn coï khaí nàng cäú âënh N âæåüc. Âoï laì chi Frankia. Thê duû: Frankia alni cäüng sinh våïi cáy Alnus rugosa. ÅÍ rãù cáy Alnus coï nhæîng näút sáön ráút to, coï khi âæåìng kênh âãún 8 cm (cåí traïi banh tenis). Trong näút sáön naìy, caïc tãú baìo rãù cáy coï chæïa xaû khuáøn dæåïi daûng såüi vaì caïc baìo tæí cuìng caïc tuïi chæïa phán hoïa täú niträzãnaz âãø cäú âënh N. Ngoaìi ra trong caïc tãú baìo rãù âaî chãút cuía näút sáön, coï chæïa ráút nhiãöu xaû khuáøn âån baìo dæåïi daûng bactãriäid (hçnh 5.11). Caïc nghiãn cæïu våïi N15 cho tháúy Frankia coï khaí nàng cäú âënh N vaì cäüng sinh våïi caïc cáy trãn. Chi Frankia cäú âënh N cao trong âiãöu kiãûn âáút thiãúu NH4 hoàûc NO3. Ngoaìi ra mälybden vaì cäbalt cuîng coï aính hæåíng quan troüng âãún täúc âäü cäú âënh N cuía Frankia. VI. SÆÛ SÆÍ DUÛNG ÂAÛM TRONG ÂÁÚT CUÍA VI SINH VÁÛT. Vi sinh váût trong âáút cáön C nhæ nguäön nàng læåüng cáön thiãút, coìn cáön N âãø täøng håüp thaình prätãin trong nguyãn sinh cháút cuía chuïng. Do âoï ngoaìi caïc acid amin, chuïng cáön láúy N vä cå dæåïi daûng NH4 hoàûc NO3 cuía âáút âãø täøng håüp thaình caïc acid amin vaì prätãin. Do âoï dæåïi taïc âäüng cuía vi sinh váût N vä cå cuía âáút cuîng chuyãøn hoïa ngæåüc laûi thaình N hæîu cå trong vi sinh váût. quaï trçnh naìy coìn âæåüc goüi laì " báút âäüng N vä cå" (immobilization). Vi sinh váût mäüt màût giuïp trong quaï trçnh chuyãøn hoaï N hæîu cå, màût khaïc laûi háúp thuû mäüt læåüng N vä cå âãø chuyãøn hoïa thaình prätãin (N hæîu cå). Táút caí caïc nhoïm vi sinh váût, náúm, xaû khuáøn, vi khuáøn âãöu cáön N âãø sinh træåíng vaì sinh saín. Trong chuïng, coï chuíng thç coï khaí nàng sæí duûng caí ammonium láùn nitrat, coï chuíng chè sæí duûng ammonium, hoàûc chè sæí duûng nitrat maì thäi. 89
Læåüng N cáön thiãút cho vi sinh váût sæí duûng, coï thãø tênh theo tè säú C/N. Vi khuáøn cáön tè säú C/N = 5/1, náúm laì 10/1 vaì xaû khuáøn laì 5/1. Trong mäüt quáön thãø täøng håüp nhiãöu nhoïm vi sinh váût thç 5-10% cháút chæïa C âæåüc vi khuáøn háúp thuû, 30-40% âæåüc náúm sæí duûng vaì 15-30% do xaû khuáøn. Do âoï khi boïn cháút hæíu cå chæïa nhiãöu C vaìo âáút thç trong quaï trçnh phán giaíi cháút hæîu cå, vi sinh váût cuîng cáön læåüng N tæång æïng cho tè lãû C/N cáön thiãút trãn. Chuïng ta coï thãø tênh âæåüc cæï 100 âån vë váût cháút chæïa C thç cáön cung cáúp cho vi khuáøn 1 - 2 âån vë N, 3 - 4 âån vë N cho náúm vaì 3 - 6 âån vë N cho xaû khuáøn. Thê duû: Mäüt cáy âang bë phán huíy (coï chæïa 40% C) thç cæï 100 pháön cháút hæîu cå cuía cáy bë phán huíy vi khuáøn âoìi hoíi tæì 0,4 - 0,8% N, náúm cáön tæì 1,2 - 1,6% N vaì xaû khuáøn cáön 1,2 - 2,4% N. Råm raû chè chæïa khoaíng 0,5% N vaì 40% C, nãn nãúu bë náúm phán huíy thç chênh råm raû chè cung cáúp 0,5% N cáön thiãút cho náúm, coìn laûi 0,7-1,1 % náúm phaíi láúy tæì âáút. Do âoï âáút bë máút N åí daûng vä cå, vç bë chuyãøn hoïa sang N hæîu cå, thay vç cung cáúp cho cáy träöng. Nhæ váûy nãúu cung cáúp xaïc baí thæûc váût, nháút laì loaûi chæïa êt N nhæ råm raû, thç âáút bë máút N vä cå. âãø âaïp æïng nhu cáöu naìy cuía vi sinh váût chuïng ta cáön boïn thãm phán N vä cå. Cuîng tæång tæû, khi uí råm raû thaình phán muûc chuïng ta cáön phaíi boïn thãm N âãø âaïp æïng yãu cáöu cuía vi sinh váût. 90