Giải pháp thay thế đạm vô cơ trong nông nghiệp

Đạm là chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng hàng đầu đối với cây trồng. Hàm lượng của chúng trong đất rất ít, vì vậy cây trồng thường thiếu đạm. Để tăng cường lượng đạm cho cây, người trồng thường sử dụng các loại đạm vô cơ. Tuy nhiên việc bón đạm vô cơ trong thời gian dài gây ảnh hưởng đến đất, cây trồng và tồn dư lượng nitrat độc hại trong nông sản. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng nitrat là tác nhân gây ung thư dạ dày và ung thư thực quản.

Một trong những giải pháp để bổ sung đạm cho cây, đồng thời thay thế đạm hóa học được các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng hiện nay đó là sử dụng các loại vi sinh vật cố định nitơ từ không khí.

1. Vi khuẩn Azotobacter

Trong môi trường đất, vi sinh vật tham gia chuyển hóa các chất hữu cơ, cố định nitơ làm giàu đạm cho đất, tích lũy vào đất các auxin kích thích sự phát triển của cây trồng, tổng hợp các vitamin thiamin, nicotinic và biotin. Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định một số loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm như: Rhizobium, Beijerinskii, Clostridium và Azotobacter. Trong đó Azotobacter là vi khuẩn cố định nitơ tốt nhất và được sử dụng rông rãi nhất hiện nay.

Azotobacter sp được phân lập lần đầu tiên vào năm 1901 bởi M. Beijerinck. Chúng thuộc vi khuẩn hiếu khí nhưng chúng có thể phát triển trong điều kiện kỵ khí. Hầu hết các loài Azotobacter sp đều sống dị dưỡng . Azotobacter sp là vi khuẩn gram âm, không sinh bào tử có khả năng cố định nitơ tự do.

Các loài Azotobacter thuộc loại các vi sinh vật cố định nitơ hoạt động mạnh nhất, chúng có khả năng đồng hóa manit, tinh bột, sử dụng nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau để phát triển và cố định nitơ, làm giàu nitơ cho đất.

Nguồn nitơ trong tự nhiên rất lớn, đặc biệt là trong không khí (78,16%), lượng nitơ này sau khi được chuyển hóa bởi vi sinh vật sẽ cung cấp lượng lớn đạm cho cây trồng, thay thế lượng đạm hóa học từ bên ngoài.

Quá trình cố định ni tơ (cố định đạm) của vi khuẩn Azotobacter được thực hiện dưới sự xúc tác của enzyme nitrogenase khử N2 thành NH3. Do ni tơ ở dạng phân tử là một dạng khí trơ có liên kết rất bền khó phản ứng với chất khác.

Nitrognease là ezym được cấu tạo bởi phức hợp protein Mofe dạng dị vòng. Phức hợp này trải qua các quá trình đồng hóa và dị hóa để chuyển một điện tử nhằm hạn chế tốc độ ở sự khử nitơ.

ATP trong quá trình phản ứng đã cung cấp năng lượng để điều khiển sự vận chuyển các điện từ protein Fe đến protein Mofe. Protein Mofe sẽ giúp bẻ gãy liên kết hóa học của phân tử N2, sau đó nitrogenase gắn một nguyên tử nitơ với 3 nguyên tử Hidro để tạo ra NH3. NH3 sẽ được gắn với glutamate tạo thành glutamine (acid amin tổng hợp đạm). Các vi sinh vật Azotobacter đã sử dụng nitrogenase trong điều kiện hiếm khí để hỗ trợ tăng vận tốc trao đổi chất. Nitơ sau khi được chuyển hóa, cây trồng có thể hấp thụ được ngay.

2. Phân bón sinh học từ vi khuẩn Azotobacter

Nhằm mục tiêu phát triển nông nghiệp sinh thái bền vững và ứng dụng công nghệ sinh học vào nông nghiệp, trong những năm gần đây Việt Nam có khá nhiều nghiên cứu về ứng dụng vi khuẩn Azotobacter làm phân bón sinh học.

GS.TS Nguyễn Thùy Châu và cộng sự đã nghiên cứu về Azotobacter và phân lập được chủng Azotobacter vinlandii TH từ các mẫu đất trồng lúa và các cây rau màu của Việt Nam để ứng dụng sản xuất phân bón. Azotobacter vinlandii là chủng vi sinh vật chuyển hóa ni tơ từ khí trời tạo ra đạm sinh học, thay thế cho đạm hóa học. Ngoài ra nó còn tạo ra các chất điều hòa sinh trưởng như các indol acetic acid, gilberelin, cytokinin và phức hợp sắt siderophore nên có tác dụng kích thích sự ra hoa kết trái và sự chín của hạt.

Azotobacter vinlandii sinh tổng hợp enzyme nitrate reductase, có tác dụng khử nitrat là tác nhân gây ung thư, làm giảm hàm lượng nitrat độc hại nhiễm trong nông sản do bón bằng phân hóa học, tạo ra nông sản an toàn. Sinh tổng hợp các acid amin và vitamin, làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nông sản như protein, vitamin, vì vậy có tác dụng nâng cao chất lượng nông sản, làm cho nông sản có hương vị ngon hơn so với bón bằng phân hóa học thông thường.

Azotobacter vinlandii còn sản sinh enzyme phospahtase hòa tan các photphat khó tan thành phosphate dễ tan vì vậy giúp nâng cao khả năng hấp thu phân bón phosphat dạng hóa học.

Ngoài ra chủng Azotobacter vinlandii còn mang lại nhiều lợi ích khác cho đất và cây trồng như cải tạo tơi xốp đất, giảm các bệnh về rễ, chống rụng, nứt quả,…

Azotobacter vinlandii được tuyển chọn, kết hợp cùng các chủng vi sinh vật khác tạo ra phân bón vi sinh đa chủng, đa chức năng dùng trong nông nghiệp thay thế cho các loại phân bón hóa học, đặc biệt là đạm vô cơ.

Phân bón vi sinh từ chủng Azotobacter được bón vào đất sẽ hỗ trợ hoạt động của vi sinh vật ở vùng rễ cây, đẩy nhanh quá trình cố định nitơ. Nhờ đó, tăng cường cung cấp các chất dinh dưỡng từ đất cho cây trồng, cung cấp chất điều hòa sinh trưởng, các loại men, vitamin có lợi cho các quá trình chuyển hóa vật chất, cung cấp kháng sinh để giúp cây trồng có khả năng chống chịu các loại sâu bệnh hại, góp phần nâng cao năng suất – chất lượng sản phẩm và tăng độ phì nhiêu cho đất.

Xem thêm về:

Danh mục: