Tổng quan về vi sinh vật hỗ trợ tăng trưởng cây trồng trong điều kiện ngập mặn

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu "Tổng quan về vi sinh vật hỗ trợ tăng trưởng cây trồng trong điều kiện ngập mặn" phân lập và tuyển chọn giống VSV vùng rễ từ vùng sinh thái đất nhiễm mặn nhằm tuyển chọn được các chủng VSV nội sinh có hoạt tính sinh học cao để ứng dụng cải tạo và sử dụng loại đất này cũng như phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về vi sinh vật hỗ trợ tăng trưởng cây trồng trong điều kiện ngập mặn

TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT HỖ TRỢ TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG TRONG ĐIỀU KIỆN NGẬP MẶN Nguyễn Hoàng Khánh Mai*, Đặng Thị Ngọc Tín Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương TÓM TẮT Độ mặn là một vấn đề lớn ảnh hưởng đến sản xuất cây trồng trên toàn thế giới: 20% diện tích đất canh tác trên thế giới và 33% diện tích đất được tưới tiêu bị nhiễm mặn và suy thoái. Căng thẳng do nhiễm mặn là vấn đề môi trường lớn, độ mặn của đất quá cao do đó làm giảm diện tích đất canh tác và giảm mạnh chiều dài rễ, sinh khối và tăng trưởng, gây ra sự suy giảm năng suất cây trồng đồng thời vốn nhạy cảm trong suốt quá trình sinh trưởng của cây. Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn giống VSV vùng rễ từ vùng sinh thái đất nhiễm mặn nhằm tuyển chọn được các chủng VSV nội sinh có hoạt tính sinh học cao để ứng dụng cải tạo và sử dụng loại đất này cũng như phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường. Việc sử dụng vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật chịu mặn (PGPB) là một phương pháp kinh tế và khả thi để khắc phục đất nhiễm mặn và cải thiện sự phát triển của thực vật. Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả của cây trồng bị nhiễm mặn nhằm hỗ trợ cải tạo hiệu quả đất mặn trên các vùng đất canh tác có nguy cơ bị xâm nhập mặn ở ĐBSCL do biến đổi khí hậu gây ra. Từ khóa: sinh khối, tăng trưởng, năng suất, nhiễm mặn, VSV vùng rễ, VSV nội sinh. 1. TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI Ở Việt Nam, mùa khô những năm gần đây, tình trạng hạn hán, xâm nhập mặn thường xuyên xảy ra ở các địa phương vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Độ mặn lớn nhất diễn ra ở các tuyến sông Tiền và sông Hậu thường xuất hiện vào tháng 4 hoặc tháng 5 trong năm do ảnh hưởng của thuỷ triều dâng ở bờ biển phía Đông và biển Tây hoặc cùng cả hai. Trong khi đó, lưu lượng nước từ thượng nguồn sông Mê Kông đổ về khu vực hạ lưu giảm, lượng mưa giảm, lượng nước bị bốc hơi nhiều trong mùa khô. Xâm nhập mặn ở ĐBSCL được quan sát rõ nhất từ khoảng cuối năm 2015 và những tháng đầu năm 2016, đợt diễn biến xâm nhập mặn này được đánh giá là nặng nề nhất trong 100 năm qua. Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn xác định độ mặn 4% được coi là bị xâm nhập mặn. Trong khi đó số liệu đo đạc độ mặn ở sông Tiền và sông Hậu cho kết quả trên 45%, độ mặn này kéo dài và xâm nhập sâu tới 70 km tính từ cửa sông, thậm chí có thời điểm độ mặn xâm nhập sâu đến 85 km (Khôi et al., 2021). Diện tích đất trồng lúa ở Việt Nam ngày càng bị thu hẹp do tình trạng xâm nhập mặn gây ra. Gần đây, diễn biến xâm nhập mặn năm 2019–2020 đã ảnh hưởng đến 10 trên 13 tỉnh ở ĐBSCL, ranh giới độ mặn 4 gam/lít đã làm 42.5% diện tích tự nhiên của toàn vùng bị ảnh hưởng, tương đương 1.688.600 ha, diện tích bị ảnh hưởng cao hơn nhiều so với diện tích bị ảnh hưởng của năm 2016 là 50.376 ha. Các tỉnh gồm Trà Vinh, Tiền Giang, Sóc Trăng, Kiên Giang, Long An, Bến Tre, Bạc Liêu và Cà Mau chịu 583
thiệt hại bởi xâm nhập mặn với tổng diện tích khoảng 41.900 ha trong vụ Đông Xuân năm 2019-2020. Cà Mau là tỉnh bị ảnh hưởng nặng nhất với diện tích 16.500 ha trên tổng 176.700 ha diện tích gieo trồng trong vụ mùa bị ảnh hưởng, trong đó diện tích lúa bị thiệt hại trắng từ 70% trở lên là 14.000 ha (Khôi et al., 2021). Ở Thế giới, các nghiên cứu gần đây cho thấy người dân ven biển ở Bangladesh sẽ trở nên dễ bị tổn thương hơn trước sự xâm nhập mặn trong điều kiện khí hậu thay đổi. Cộng đồng ven biển ở miền nam Bangladesh sẽ chịu tổn thương trước biến đổi khí hậu do mực nước biển dâng tiếp tục tăng sau năm 2100. Độ mặn của đất ảnh hưởng đến khoảng 1 triệu ha ở Liên minh Châu Âu, chủ yếu ở các nước Địa Trung Hải và là nguyên nhân chính gây ra sa mạc hoá. Tại Tây Ban Nha, 3% trong tổng số 3,5 triệu ha đất được tưới tiêu bị ảnh hưởng nghiêm trọng, làm giảm rõ rệt tiềm năng nông nghiệp, trong khi 15% khác đang gặp rủi ro nghiêm trọng (Machado et al., 2017) Ở khu vực Địa Trung Hải, suy thoái đất liên quan đến kiềm hoá đất có thể trở nên trầm trọng hơn với tốc độ ngày càng tăng trong những thập kỷ tới, do sự gia tăng dự kiến về các khu vực được tưới tiêu và sự khan hiếm nước chất lượng tốt ngày càng tăng. Lượng đất nông nghiệp trên thế giới bị phá huỷ do tích tụ muối mỗi năm ước tính là 10 triệu ha. Tốc độ này có thể tăng nhanh do biến đổi khí hậu, sử dụng quá mức nước ngầm (chủ yếu nếu ở gần biển), tăng cường sử dụng nước chất lượng thấp trong tưới tiêu và áp dụng ồ ạt hệ thống tưới tiêu kết hợp với thâm canh và thoát nước kém. Mặt khác, xu hướng tăng hiệu quả sử dụng nước tưới, như đã được kiểm chứng ở nhiều vùng do khan hiếm nước và sử dụng nước chất lượng thấp có thể dẫn đến tích tụ muối trong đất, do quá trình rửa trôi một phần bị giảm và muối có trong nước tưới không được lọc đủ. Ước tính, đến năm 2050, 50% diện tích đất canh tác trên thế giới sẽ bị nhiễm mặn (Machado et al., 2017). 2. VI SINH VẬT HỖ TRỢ TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG Vi sinh vật thúc đẩy tăng trưởng thực vật và các loài vi khuẩn liên quan đến sự phát triển của thực vật được gọi là vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật (Plant Growth Promoting Bacteria – PGPB). Có thể nói PGPB là vi khuẩn trực tiếp hoặc gián tiếp giúp cây trồng thu thập chất dinh dưỡng từ đất (đạm, lân, kali, khoáng chất thiết yếu), các hormon tăng trưởng, các enzyme tăng trưởng và kháng bệnh. Vi sinh vật hỗ trợ tăng trưởng cây trồng thuộc các chi: Agrobacter, Arthrobacter, Azotobacter, Azospirillum, Bacillus, Burkholderia, Caulobacter, Chromobacterrium, Erwinia, Flavobacterium, Micrococcus, Pseudomonas và Serratia. Chúng có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chịu stress của thực vật nhờ có hoạt tính hỗ trợ tăng trưởng cây trồng (Bhattacharyya & Jha, 2012) bao gồm phân giải lân, cố định đạm, tổng hợp hormone tăng trưởng thực vật, vận chuyển sắt (hoà tan sắt), enzyme ngoại bào và sinh biofilm bảo vệ rễ, ức chế nấm bệnh… Vi khuẩn lên men lactic từ lâu cũng đã được phân lập từ cây trồng, được chứng minh sống nội sinh trong cây trồng và thể hiện tốt các hoạt tính hỗ trợ tăng trưởng cây (Duong & Quang, 2020). Cố định nito sinh học Tất cả các sinh vật đều cần nitơ để tổng hợp các phân tử sinh học như protein và axit nucleic. Tuy nhiên, nguồn N chính trong tự nhiên, nitơ khí quyển (N2), không thể tiếp cận được với hầu hết các sinh vật sống, kể cả sinh vật nhân thực. Cố định nitơ sinh học là quá trình chịu trách nhiệm về việc khử N2 thành amoniac (NH3) (Newton, 2000; Franche et al., 2009). Khả năng hòa tan Photphat 584
Vi khuẩn phân giải photphat hoà tan phophase vô cơ trong đất, chẳng hạn như Ca3(PO4)2, FePO4, và AlPO4, thông qua việc sản xuất acid hữu cơ, tế bào phụ và ion hydroxyl. Một số vi khuẩn chỉ hoà tan canxi photphat, trong khi các vi sinh vật khác có khả năng hòa tan các dạng phosphate vô cơ khác ở các cường độ khác nhau. Các phân lập vi khuẩn thuộc các chi Enterbacte, Pantoea và Klebsiella hoà tan Ca3(PO4)2 ở mức độ lớn hơn FePO4 và AlPO4. Việc sản xuất các axit hữu cơ, đặc biệt là gluconic và cacboxylic, là một trong những cơ chế đã được nghiên cứu kỹ lưỡng được vi sinh vật sử dụng để hoà tan phosphate vô cơ. Một số vi khuẩn hòa tan phosphate đã được phân lập từ rễ và đất thân rễ của các loài thực vật khác nhau. Trong số 336 chủng liên quan đến cây lúa đã xác định được 101 chủng phân lập thuộc các chi Burkholderia, Cedeca, Cronobacter, Enterobacter, Pantoea & Pseudomonas có khả năng hoà tan tricalcium phosphate [Ca3(PO4)2] (de Souza et al., 2015). Sản xuất các phytohormones Chất điều hoà chính trong các quá trình sinh ký khác nhau và là một trong những phân tử tín hiệu nhỏ quan trong nhất ảnh hưởng đến sự phát triển và sản xuất năng suất của thực vật. Những phản ứng sinh hoá này cũng bắt đầu các phản ứng thích nghi gây ra bởi các kích thích bên ngoài, chẳng hạn như căng thẳng sinh học và phi sinh học (de Souza et al., 2015). ACC deaminase Ngoài tác dụng như một chất điều hoà sinh trưởng thực vật, ethylene còn được xác định là một phytohormine gây căng thẳng. Một số cơ chế đã được nghiên cứu nhằm mục đích giảm mức độ ethylene trong thực vật. Một trong những cơ chế này liên quan đến hoạt động của enzyme deaminase 1- aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) của vi khuẩn (GLICK, 2005; Jalili et al., 2009; Farajzadeh et al.,2012). ACC deaminase điều chỉnh việc sản xuất ethylene thực vật bằng cách chuyển hóa ACC (tiền chất tức thời của quá trình sinh tổng hợp ethylene ở thực vật bậc cao) thành axit α-ketobutyric và amoniac (Arshad et al, 2007; Saleem et al., 2007). Một lượng đáng kể ACC thực vật có thể được bài tiết từ rễ cây và sau đó được các vi sinh vật trong đất hấp thụ và bị phân huỷ bởi enzyme ACC deaminase, do đó làm giảm lượng ACC trong môi trường. Khi liên kết với rễ cây, các vi sinh vật trong đất có khả năng khử ACC thường phát triển tốt hơn các vi sinh vật tự do khác vì những sinh vật này sử dụng ACC làm nguồn nitơ (Glick, 2005). 3. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VI SINH VẬT HỖ TRỢ TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG, GIẢM TÁC ĐỘNG CỦA MẶN TRÊN CÂY LÚA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và sử dụng các vi sinh vật chịu mặn, không chỉ có thể tăng cường khả năng chịu mặn của cây trồng, giúp giảm áp lực lên vùng đất trồng trọt, mà còn kích thích sinh trưởng thực vật. Trong đó vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng thực vật (Plant growth- promoting rhizobacteria – PGPRs) đã có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chịu stress của thực vật (Etesami & Beattie, 2017; Etesami & Maheshwari, 2018). Một nghiên cứu của Alexander và cộng sự cũng cho thấy vi khuẩn Rhizobacteria thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR) liên quan đến cây chịu mặn (halophytes) và sử dụng làm men vi sinh cho nông nghiệp đất mặn là một thay thế đầy hứa hẹn cho phương pháp cổ điển (Alexander et al., 2019). Nghiên cứu của Taj và công sự đã sử dụng chủng 585
Staphylococcus Sciuri ET101 để bảo vệ cây cà chua và lúa trong suốt giai đoạn stress do nhiễm mặn (Taj & Challabathula, 2021). Còn Khan và cộng sự của mình nghiên cứu về chủng Bacillus spp. giúp cây lúa chống chịu và tăng trưởng trong điều kiện ngập mặn (Khan et al., 2021). Ở Việt Nam, đứng trước tình trạng ngập mặn, nhiều nhà nghiên cứu trong nước đã tiến hành phân lập và khảo sát đặc điểm của các chủng vi khuẩn chịu mặn bản địa để giúp cây trồng chống chịu và tăng cường trên chính điều kiện ngập mặn đó. Vào năm 2018, Nguyễn Anh Huy và cộng sự đã phân lập và nhận diện các dòng vi khuẩn chịu mặn có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA từ đất sản xuất lúa - tôm ở Bạc Liêu, Sóc Trăng và Kiên Giang để giúp lúa chống chịu mặn và tăng trưởng trong điều kiện xâm nhập mặn (Huy & Hiep, 2018). Một nghiên cứu của nhóm Thanh và công sự cũng đã phân lập, tuyển chọn, định danh vi khuẩn có hoạt tính phân giải lân vô cơ trên môi trường PVK có bổ sung muối ≥ 1% từ các mẫu đất trồng cây bưởi bị nhiễm mặn ở tỉnh Bến Tre cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long ( Thanh et al., 2020). 4. KẾT LUẬN Vấn đề môi trường do bị xâm nhập là một trong những yếu tố nghiêm trọng nhất hiện nay, hạn chế sự phát triển, sinh trưởng của cây trồng nông nghiệp vốn nhạy cảm với sự hiện diện của nồng độ muối cao trong đất. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật nội sinh rễ hỗ trợ tăng trưởng cây trồng trong điều kiện ngập mặn rất cấp thiết lúc này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Alexander, A., Mishra, A., & Jha, B. (2019). Halotolerant rhizobacteria: a promising probiotic for saline soil-based agriculture. In Saline Soil-based Agriculture by Halotolerant Microorganisms (pp. 53–73). Springer. 2. Arshad M, Saleem M, Hussain S. Perspectives of bacterial ACC deaminase in phytoremediation. Trends Biotechnol. 2007; 25:356–362. 3. Bhattacharyya, P. N., & Jha, D. K. (2012). Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): emergence in agriculture. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 28(4), 1327–1350. 4. de Souza, R., Ambrosini, A., & Passaglia, L. M. P. (2015). Plant growth-promoting bacteria as inoculants in agricultural soils. Genetics and Molecular Biology, 38(4), 401. 5. Duong H.T., & Quang T. (2020). Enterococcus against Pỷicularia.pdf (pp.1– 110). Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM. 6. Etesami H, Beattie G A. 2017. Plant-microbe interactions in adaptationof agricultural crops to abiotic stress conditions. In Kumar V, KumarM, Sharma S, Prasad R (eds). Probiotics and Plant Health. Springer, Singapore. pp. 163–200. 7. Etesami, H. and Maheshwari, D.K. (2018) Use of Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPRs) with Multiple Plant Growth Promoting Traits in Stress Agriculture: Action Mechanisms and Future Prospects. Ecotoxicology and Environmental Safety, 156, 225-246. 8. Farajzadeh, Davoud & Yakhchali, Bagher & Aliasgharzad, Nasser & Sokhandan Bashir, Nemat & Farajzadeh, Malak. (2012). Plant Growth Promoting Characterization of Indigenous Azotobacteria Isolated from Soils in Iran. Current microbiology. 64. 397-403. Franche C, Lindström K, Elmerich C. Nitrogen-fixing bacteria associated with leguminous and non- leguminous plants. Plant Soil. 2009; 321:35–59. 586
9. Glick BR. Modulation of plant ethylene levels by the bacterial enzyme ACC deaminase. FEMS Microbiol Lett. 2005; 251:1–7. 10. Huy N.A., & Hiep N.H. (2018). Phân lập và nhận diện các dòng vi khuẩn chịu mặn có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA từ đất sản xuất lúa-tôm ở Bạc Liêu, Sóc Trăng và Kiên Giang. Tạp Chí Khoa Học Trường Đại Học Cần Thơ, 54(1), 7–12. 11. Jalili F, Khavazi K, Pazira E, Nejati A, Rahmani HA, Sadaghiani HR, Miransari M. Isolation and characterization of ACC deaminase-producing fluorescent pseudomonads, toalleviate salinity stress on canola (Brassica napus L.) growth. J Plant Physiol. 2009; 166:667–674. 12. Khan, M. A., Hamayun, M., Asaf, S., Khan, M., Yun, B.-W., Kang, S.-M., & Lee, I.-J. (2021). Rhizospheric Bacillus spp. Rescues Plant Growth Under Salinity Stress via Regulating Gene Expression, Endogenous Hormones, and Antioxidant System of Oryza sativa L. Frontiers in Plant Science, 12, 1145 13. Khôi, P. Đ., Khải, H. V., Danh, V. T., Trúc, N. T. T., Linh, H. T., & Hân, P. T. N. (2021). Lựa chọn mô hình sản xuất của hộ trồng lúa trong điều kiện xâm nhập mặn: Trường hợp Cà Mau và Sóc Trăng. Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ, 57(5), 271-280. 14. Machado, Rui Manuel Almeida, and Ricardo Paulo Serralheiro. 2017. "Soil Salinity: Effect on Vegetable Crop Growth. Management Practices to Prevent and Mitigate Soil Salinization" Horticulturae 3, no. 2: 30. 15. Newton WE. Nitrogen fixation in perspective. In: Pedrosa FO, Hungria M, Yates MG, Newton WE, editors. Nitrogen Fixation: From Molecules to Crop Productivity. Kluwer Academic Publishers; Dordrecht: 2000. pp. 3–8. 16. Saleem M, Arshad M, Hussain S, Bhatti AS. Perspective of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) containing ACC deaminase in stress agriculture. J Ind Microbiol Biotechnol. 2007; 34:635–648. 17. Taj, Z., & Challabathula, D. (2021). Protection of photosynthesis by halotolerant Staphylococcus Sciuri ET101 in tomato (Lycoperiscon esculentum) and rice (Oryza sativa) plants during salinity stress: Possible interplay between carboxylation and oxygenation in stress mitigation. Frontiers in Microbiology, 11, 3232. 18. Thanh N.D., Quyet N.T., Hằng, Đ. T. T., Thu, P. T. L., Hội, P. X., Cường, H. V., & Dũng, Đ. T. (2020). Đặc điểm sinh học và định danh chủng vi khuẩn Bacillus altitudinis T1008 phân lập từ đất nhiễm mặn. Bản B Của Tạp Chí Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, 62(11). 587