Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Washington đã thiết kế được các chủng vi khuẩn Azotobacter vinelandii giúp chuyển hóa ni tơ khí trời thành ra đạm sinh học dưới dạng NH4 vì vậy có thể thay thế được đạm hóa học dưới dạng phân bón ure.
Nhóm nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gene để thiết kế vi khuẩn Azotobacter vinlandii có thể tự sản xuất amoniac ở mức độ ổn định bất kể điều kiện môi trường xung quanh và bài tiết ở nồng độ đủ cao để bón phân hiệu quả cho cây trồng.
Mục tiêu thực tế của nghiên cứu là giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng, phát sinh khi phân bón nitơ dư thừa thấm vào đất, cuốn trôi vào nguồn nước, ao hồ. Tình trạng này gây hiện tượng tảo nở hoa làm cạn kiệt oxy trong nước, giết chết cá và các sinh vật sống dưới nước.
Các nhà khoa học còn lên kế hoạch thiết kế các nhóm Azotobacter vinlandii khác nhau, sản xuất amoniac với tỷ lệ khác nhau, phù hợp với nhu cầu của các loài cây trồng, từ đó cây trồng sẽ sử dụng hết tất cả amoniac mà vi khuẩn tạo, tránh cho amoniac không bị cuốn trôi vào nguồn nước.
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, vi khuẩn Azotobacter vinelandii có nhiều đặc điểm nổi bật như:
Vi khuẩn Azotobacter vinelandii là vi khuẩn cố định ni tơ tự do, nó tồn tại trong đất, trong nước hồ ao và nước biển. Nó có thể chuyển hóa ni tơ khí trời thành ra đạm sinh học dưới dạng NH4 vì vậy có thể thay thế được đạm hóa học dưới dạng phân bón ure.
Azotobacter vinelandii tạo ra các chất điều hòa sinh trưởng như các indol acetic acid, gilberelin, cytokinin, vì vây nó kích thích sự phát triển của thực vật, làm tăng năng suất cây trồng.
Vi khuẩn Azotobacter vinelandii 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 và giảm lượng phân bón phosphate hóa học; sản sinh enzym nitroreductase, vì vậy nó có khả năng khử nitrat là dư lượng độc hại thường để lại trong nông sản do bón bằng phân đạm hóa học, vì vậy giúp tạo ra nông sản an toàn. Do có khả năng cố định ni tơ và tạo ra alginate là một loại đường cao phân tử nên nó nâng cao độ màu mỡ của đất, làm cho đất rất tơi xốp.
Loài Azotobacter vinelandii cũng có thể phân hủy một số thuốc trừ sâu như phorate, chloropyrifos và pendimethalin. Azotobacter vinelandii được sử dụng như tác nhân phòng chống sinh học đối kháng với các tác nhân gây bệnh thực vật do tạo các phức hợp sắt gọi là siderophore là các hợp chất kháng nấm, kháng khuẩn và virut ở cây trồng.
Các chủng vi khuẩn nói trên cũng được coi là tác nhân phòng chống sinh học trong việc phòng trừ tuyến trùng và các côn trùng như sâu keo, ngài gạo, ức chế sự nở trứng sâu. Phức hợp sắt siderophore cũng tạo điều kiện dễ dàng cho sự vận chuyển các kim loại nặng trong đất vì vậy nó nâng cao sự loại trừ các kim loại nặng trong đất như cadmium, đồng, chì.
Vi khuẩn Azotobacter vinelandii được chứng minh là có các enzyme cellulaza, xylanaza, vì vậy có khẳ năng phân giải các hợp chất giàu celulo của các phế phụ phẩm nông sản như rơm rạ, vỏ cà phê, bã mía, vv…
Azotobacter vinelandii nâng cao độ màu mỡ của cây trồng do nâng cao quần thể vi sinh vật đất xung quanh vùng rễ cây trồng. Azotobacter vinelandii tổng hợp alginate, một loại đường cao phân tử có khả năng gắn các hạt đất để tạo các thể tụ tập của đất vì vậy nâng cao độ màu mỡ của đất cải thiện tính chất vật lý của đất, nâng cao sức trồng trọt của đất, nâng cao sức sản xuất của đất.
Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và chỉ ra rằng các vi khuẩn Azotobacter vinelandii có khả năng tạo một số lượng lớn các acid amin và vitamin khi phát triển trong môi trường nuôi cấy với các nguồn nitơ và cacbon khác nhau. Vì thế sử dụng phân bón vi sinh từ Azotobacter vinelandii đã làm tăng hàm lượng protein và vitamin trong nông sản.
Gần đây các nhà khoa học của Anh đã cho thấy, việc bón phân vi sinh từ vi khuẩn Azotobacter vinelandii đã nâng cao các tính chất dinh dưỡng của rau quả tươi, nâng cao hoạt tính các chất chống oxy hóa như anthocyanin, flavonoid, caroten, các hợp chất phenolic toàn phần và chlorophyl. Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong phòng chống các bệnh ung thư, các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer, Parkinson và các bệnh rối loạn tim mạch, nâng cao chất lượng hạt lương thực sau thu hoạch, tăng độ nảy mầm của hạt.
Phân bón từ vi khuẩn Azotobacter vinelandii đã được sử dụng rộng rãi ở các nước như Cộng hòa liên bang Nga, Cộng hòa Séc, Cộng hòa liên bang Đức, Thụy sĩ, Pháp, Đan Mạch, Phần Lan, Mỹ… Tại Việt Nam, trong những năm gần đây có nhiều nghiên cứu về ứng dụng vi khuẩn Azotobacter vinelandii làm phân bón sinh học. Trong đó có dự án nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh của GS.TS Nguyễn Thị Thùy Châu tại Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch.
Bắc Lãm (T/H)
(Theo Môi trường & Đô thị điện tử)
Ảnh: Vi khuẩn Azotobacter vinelandii nhìn dưới kính hiển vi
