- đễ hấp thu nhất đối với vi sinh vật, nhất là đối với vi khuẩn và nấm men. - Dạng nitơ hữu cơ như protein, polypeptit, axit amin là nguồn dinh dưỡng đối với nhóm vi sinh vật dị dưỡng amin, chúng không có khả năng tự tổng hợp các axit amin của tế bào từ các hợp chất nitơ vô vơ. - gọi là nhóm vi khuẩn amôn hóa. - nhờ nhóm vi khuẩn nitrat hóa. - Các hợp chất nitrat lại được chuyển hóa thành dạng nitơ phân tử, quá trình này gọi là sự phản nitrat hóa được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrat. - Khí nitơ sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn và tế bào thực vật sau đó chuyển hóa thành dạng nitơ hữu cơ nhờ nhóm vi khuẩn cố định nitơ. - 2.1.1 Vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với cây thuộc bộ Đậu:. - Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây thuộc họ Đậu. - Năm 1888 Beijerinck đã phân lập được loại vi khuẩn sống cộng sinh trong nốt sần ở rễ một cây thuộc họ Đậu (đậu Hà lan, đậu tằm, đậu côve, đậu chân chim, đậu lotus…).. - Ông đặt tên cho loại vi khuẩn này là Bacillus radiacola thuộc chi Rhizobium.. - Vi khuẩn nốt sần thuộc loại hiếm khí, tuy nhiên chúng vẫn có thể phát thể phát triển được ngay cả trong trường hợp chỉ có một áp lực oxi rất thấp 0,01 atm. - Đa số các loại vi khuẩn nốt sần phát triển ở PH nhiệt độ thích hợp 24-26 0 C.. - Căn cứ vào những tài liệu hiện có thì vi khuẩn nốt sần khi còn non có tế vào hình que. - Khi già vi khuẩn nốt sần trở nên bất động. - có vi khuẩn nốt sần tạo thành những dạng hình cầu di động hoặc không di động.. - Vi khuẩn có loại đơn mao, có loại chu mao và cũng có loại tiên mao thành chùm ở gần đầu.. - Đặc tính: Vi khuẩn nốt sần có khả năng đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác nhau (đường đơn, đường kép, axit hữu cơ, rượu bậc thấp, dextrin, glicogen. - lượng đường do vi khuẩn đồng hóa được dùng để tạo thành chất nhầy của chúng. - Vi khuẩn nốt sần có thể đồng hóa tốt nhiều loại axit amin, có thể đồng hóa cả pepton. - Ngược lại, vi khuẩn nốt sần có thể sử dụng dễ dàng các muối amon, nitrat và gốc kiềm purin, pỉimidin. - Một đặc tính quan trọng của vi khuẩn nốt sần là tính đặc hiệu của chúng tức là hoạt tính đồng hóa Nitơ khi cộng sinh với cây bộ Đậu. - Sự tồn tại trong thiên nhiên các nòi vi khuẩn nốt sần hữu hiệu và vô hiệu đã được phát hiện từ năm 1904.. - Khả năng tạo nên nốt sần:. - Vi khuẩn nốt sần hữu hiệu thường tạo nên những nốt sần lớn tập trung trên rễ cái của cây đậu. - Còn vi khuẩn vô hiệu thì thường tạo nên những nốt sần nhỏ phân tán khắp bộ rễ. - Nhiều nghiên cứu cho biết nốt sần tạo nên bởi các vi khuẩn hữu hiệu thường có màu hồng. - Sắc tố này thường tồn tại trong không bào của tế bào thực vật chứ không phải tồn tại trong tế bào vi khuẩn. - Vi khuẩn nốt sần thường xâm nhập vào rễ cây bộ Đậu thông qua các lông hút đôi khi thông qua vết thương ở vỏ rễ. - Một loại cây thuộc Bộ Đậu thường tiết ra chung quanh rễ của mình những chát có tác dụng kích thích sự phát triển của các vi khuẩn nốt sần tương ứng với nhóm cây đó. - Do đó mỗi loại cây họ đậu có một loại vi khuẩn Rhizobium tương ứng và chỉ có thể sống được trên rễ của cây họ đậu đó mà thôi.. - Điều này bằng thực nghiệm là do đặc tính dẫn dụ đối với bộ rễ và vi khuẩn tương. - Khi sinh trưởng rễ cây bộ đậu hình thành nên hợp chất gần giống axit hữu cơ kích thích và lôi cuốn vi khuẩn đó.. - Tiến hành thí nghiệm: Trộn lẫn nhiều vi khuẩn nốt sần khác cho vào chung quanh bộ rễ của một cây họ đậu, sau một thời gian thí nghiệm chỉ có một loại vi khuẩn của cây họ đậu đó phát triển và xâm nhập mà thôi, còn các vi khuẩn khác thì bị ức chế và sự hiện diện không còn nữa và cũng không có khả năng xâm nhiễm.. - Người ta nhận thấy muốn xâm nhiễm tốt vào thực vật thì vi khuẩn nốt sần cần đạt tới mật độ 10 4 tế bào/g đất. - Theo O.N.Allen (1996) thì đối với loại hạt đậu nhỏ tốt ra trên mỗi hạt cần nhiễm khoảng 500 -1000 tế bào vi khuẩn nốt sần, còn đối với các loại hạt đậu lớn thì cần khoảng 70.000 tế bào vi khuẩn nốt sần. - Dưới ảnh hưởng của vi khuẩn nốt sần, rễ cây họ Đậu sẽ tiết ra enzim poligalacturonaza, enzim này sẽ làm phân hủy thành lông hút và giúp cho vi khuẩn nốt sần có điều kiện xâm nhập vào trong rễ. - Trong lông hút vi khuẩn nốt sần sẽ tạo thành một cái gọi là dây xâm nhập. - Đó là một khối chất nhầy dạng sợi, bên trong chứa đầy các vi khuẩn hình que ở trạng thái phát triển nhanh chóng. - Sự vận động của dây xâm nhập được thực hiện dưới áp lực sinh ra do sự phát triển của các vi khuẩn bên trong dây.. - Ở đây vi khuẩn nốt sần sẽ kích thích các tế bào thực vật bị xâm nhiễm cũng như các tế bào lân cận. - Vi khuẩn sẽ thoát ra khỏi dây xâm nhập và đi vào trong tế bào chất. - Trong các nốt sần vô hiệu người ta không thấy các thể giả khuẩn mà chỉ thấy toàn các vi khuẩn hình que. - Vỏ nốt sần: Gồm vài lớp tế bào không bị vi khuẩn xâm nhiễm. - Những tế bào này thường có kích thước nhỏ hơn các tế bào vỏ rễ. - Vùng phân cắt mạnh mẽ: Vùng này cũng gồm những tế bào không bị xâm nhiễm, nằm bên dưới lớp vỏ nốt sần. - Từ cá tế bào của vùng này về sau sẽ phân hóa và tạo thành cá tế bào vỏ nốt sần, các tế bào chứa vi khuẩn và các tế bào mạch dẫn.. - Vùng mô bị xâm nhiễm: Trong vùng này các tế bào chứa vi khuẩn nằm xen kẽ lẫn với các tế bào không chứa vi khuẩn. - Thể tích của mỗi tế bào chứa vi khuẩn có thể lớn gấp đến 8 lần so với tế bào không chứa vi khuẩn.. - Khả năng cố định Nitơ: Đây là nhóm vi khuẩn mà có khả năng cố định Nitơ mạnh nhất, hiệu quả nhất, chúng sử dụng nguồn hidratcacbon có trong bộ rễ thực vật ( đường hóa các loại rượu ) và chúng cũng chuyển hóa Nitơ của khí trời thành các hợp chất Nitơ tổng hợp, các thành phần của tế bào và cung cấp cho cây họ đậu.. - Do khả năng cố định Nitơ cao nên hiện nay các nhà khoa học đang mở rộng chuyển gen tổng hợp Nitơ của vi khuẩn này sang cho nhiều loại cây khác không phải cây họ đậu như cây một lá mầm ( ngô, lúa. - Các điều kiện để vi khuẩn nốt sần phát triển và cố định Nitơ.. - Độ pH: Độ pH thích hợp đối với vi khuẩn nốt sần thay đổi khác nhau tùy loài, tùy chủng, tuy nhiên vi khuẩn Rhizobium thích PH gần trung tính 6,5 – 7. - Nồng độ P: P giúp quá trình phân cắt (sinh sản ) làm thành cấu trúc tế bào do vậy khi đủ hàm lượng P trong đất thì sẽ giúp vi khuẩn sinh sản nhanh hơn.. - Hàm lượng K: có vai trò cố định Nitơ, giúp cố định Nitơ nếu trong đất thiếu K thì khả năng sinh trưởng của vi khuẩn kém, vi khuẩn có thể phát triển bình thường nhưng mất khả năng cố định Nitơ.. - Các nhân tố sinh học: Nhiều nghiên cứu cho biết các vi sinh vật sinh chất kháng sinh sống trong đất có thể làm ức chế mạnh mẽ sự phát triển của vi khuẩn nốt sần. - Nhiều loại thể thực khiaanr của vi khuẩn nốt sần có khả năng làm tan tế bào nhiều loại khác nhau trong giống Rhizobium. - 2.1.2 Vi khuẩn lam (Cyanobacteria): gồm có vi khuẩn lam cố định Nitơ sống tự do và sống cộng sinh trong bèo hoa dâu.. - Trước đây Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) thường được gọi là tảo lam (Cyanophyta) hay tảo lam lục. - Thực ra đây là nhóm vi sinh vật nhân nguyên thủy thuộc vi khuẩn thật. - Vi khuẩn lam có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ chứa sắc tố quang hợp là chất diệp lục a.. - Nhiều vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ và có sức đề kháng cao với các điều kiện bất lợi. - Những chủng vi khuẩn lam có hoạt tính cố định nitơ cao đã dược sản xuất thành các chế phẩm dùng để lây nhiễm cho ruộng lúa nhằm giảm bớt việc tiêu dùng phân đạm hóa học.. - Năm 1928 nhà khoa học Đức Đrius lần đầu tiên chứng minh một cách xác đáng khả năng cố định nitơ của ba loài vi khuẩn lam đã được phân lập và nuôi cấy một cách thuần khiết. - Những thí nghiệm với nitơ đồng vị phóng xạ (N 15 ) càng chứng minh chắc chắn cho khả năng cố định nitơ không khí của nhiều loại vi khuẩn lam sống trong nước và trong đất.. - Đa số các loài vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ sống tự do trong nước và trong đất, a. - Hình thái: Vi khuẩn lam có hình dạng và kích thước rất khác nhau, chúng có thể là đơn bào hoặc dạng sợi đa bào, thường chủ yếu là dạng hình cầu, một số hình que và hình thái của nó biến đổi tùy theo mỗi giai đoạn.. - Tế bào dinh dưỡng của vi khuẩn lam có thể có hình cầu, hình elip rộng, hình quả lê, hình trứng, hình thoi, hình ống. - Tế bào vi khuẩn lam gần gũi với cấu tạo của vi khuẩn G. - Nhiều vi khuẩn lam còn tiết ra bên ngoài một lớp bao nhầy có cấu tạo polisaccarit. - Trong tế bào vi khuẩn lam có những cơ quan khá đặc trưng đó là tế bào dị hình, bào tử nghỉ, tảo đoạn, vi tiểu bào nang, hạt sinh sản…. - Tùy vị trí mà tế bào dị hình có một nút (khi ở đầu hay ở bên) hoặc 2-3 lỗ (khi nằm ở giữa). - Nhiều thí nghiệm cho biết tế bào dị hình là nơi có khả năng thực hiện quá trình cố định nitơ khi có oxi.. - Tảo đoạn (hay đoạn sợi liền) là chuỗi các tế bào ngắn được đứt ra từ sợi vi khuẩn lam. - Đó là kiểu sinh sôi nảy nở đặc trưng của một số chi vi khuẩn lam. - Cấu trúc này giúp cho vi khuẩn lam có thể trôi nổi gần mặt nước.. - Hạt sinh sản là một tế bào có màng nhầy được tách ra từ sợi vi khuẩn lam và làm chức năng sinh sản.. - Ở vi khuẩn lam chưa phát hiện thấy các hình thức sinh sản hữu tính.. - Sự phân bố của vi khuẩn lam: Vi khuẩn lam phân bố rộng rãi trong tự nhiên. - Đại bộ phận vi khuẩn lam sống trong nước ngọt và tạo thành thực vật phù du của các thủy vực.. - Một số vi khuẩn lam có đời sống nội sinh trong các xoang của Địa tiền (rêu tản)… đặc biệt đáng chú ý là loài Anabaena azollae cộng sinh trong bèo hoa dâu một loại cây dùng làm phân xanh và làm thức ăn cho gia súc có ý nghĩa kinh tế rất lớn ở nước ta.. - Khi cắt một lát mỏng ngang qua phiến lá của bèo hoa dâu rồi đem quan sát dưới kính hiển vi ta sẽ thấy trong khoang khí của chúng chứa rất nhiều các sợi vi khuẩn lam thuộc chi Anabaena azollae trông giống như những chuỗi hạt. - Ngoài dạng cộng sinh với bào hoa dâu một số loài vi khuẩn lam (như Nostoc punctiforme) còn có thể cộng sinh trong các nốt sần của loài cỏ ba lá. - Có nhiều nghiên cứu cho biết sự phát triển của vi khuẩn lam cũng làm thúc đẩy sự phát triển của nhiều loài vi khuẩn khác sống trong đất, bao gồm cả vi khuẩn cố định Nitơ Azotobacter,Rhizobium,C.pasteurianum…. - Các điều kiện ảnh hưởng đến vi khuẩn lam:. - Vi khuẩn lam là loài vi sinh vật hiếu khí, điều kiện Eh tốt nhất đối với sự phát triển của chúng là trên 400 mV. - Cũng có một số loài vi khuẩn lam làm cố định Nitơ thuộc loài chịu nhiệt như Mastigocladus laminosus, Anabaena flos-aquae…Tùy thuộc vào các điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu mà loại vi khuẩn làm có khả năng cố định nitơ chiếm ưu thế ở từng vùng khác nhau là không giống nhau.. - Độ pH của đất và nước, nói chung vi khuẩn lam cố định nitơ thích nghi với pH: 7,5 – 10. - Giới hạn pH thấp thường là 6,5 – 7,0 tuy vậy cũng có những vi khuẩn lam có thể phát triển trong đất có pH . - Vi khuẩn lam cố định nitơ có nhu cầu rõ rệt đối với các nguyên tố đa lượng P, Ca và một số nguyên tố vi lượng như Mo, Mg, Fe, Na, S, Cl, Co, Zn … Bổ sung vào đất các chất hữu cơ giàu cacbon (rơm, rạ. - phân photpho và phân kali là những biện pháp rất tích cực để đẩy mạnh sự phát triển của vi khuẩn lam và làm tăng cường hoạt động cố định Nitơ. - Trong số các nguyên tố vi lượng cần thiết đối với sự phát triển và đối với hoạt động cố định Nitơ của vi khuẩn lam đáng chú ý hơn cả Mo, B, Co, Mn, V…. - Nhu cầu ánh sáng của các loài vi khuẩn lam khác nhau là không giống nhau. - Nồng độ CO 2 thích hợp nhất đối với các loài vi khuẩn lam cố định Nitơ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường. - Nếu nâng nồng độ CO 2 lên đến 0,5% trở lên sẽ làm ức chế sự phát triển của vi khuẩn lam cố định Nitơ.. - 2.2 Nhóm vi sinh vật sống tự do: Gồm hai nhóm vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí. - 2.2.1 Nhóm vi khuẩn hiếu khí: Có các vi khuẩn thuộc hai chi Azobacter và Beijerinckia. - Đặc điểm hình thái: Vi khuẩn thuộc chi Azobacter có tế bào hình cầu đến hình que. - Tế bào sinh sôi nảy nở theo kiểu phân cắt giản đơn.. - Lượng ADN trong tế bào Azobacter thường thấp hơn so với nhiều loài vi khuẩn khác . - Khi già tế bào Azobacter mất khả năng di động, kích thước thu nhỏ lại như hình cầu