Vi sinh vật: Chìa khoá thay đổi nền nông nghiệp

Vi sinh vật: Chìa khoá thay đổi nền nông nghiệp

Nông nghiệp toàn cầu đang đứng trước vấn đề cần phải tăng gấp đôi sản lượng lương thực vào năm 2050 để nuôi sống dân số ngày càng tăng trên thế giới và đồng thời cần phải giảm sự phụ thuộc vào phân bón vô cơ và thuốc trừ sâu.

Để đạt được mục tiêu này, cần khai thác các chiều hướng có lợi của sự tương tác giữa vi sinh vật và thực vật. Các ảnh hưởng có lợi của vi sinh vật với sự phát triển của thực vật bao gồm cố định Nito, hấp thụ các chất dinh dưỡng, thúc đẩy phát triển của chồi và rễ, kiểm soát sâu bệnh và cải thiện kết cấu đất.

Một số vi sinh vật hiện nay được đánh giá là có ích cho nền nông nghiệp trên toàn thế giới bao gồm: Rhizobia, Mycorrhizae, Azospirillum, Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma, Streptomyces,… Bằng nhiều phương pháp khác nhau, hiện nay các nhà khoa học đang phát hiện nhiều thêm các loài vi sinh vật có lợi giúp cải thiện sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới.

Vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, tảo,…) chiếm khoảng 90% sinh khối của các nhóm cơ thể tham gia phân huỷ các chất hữu cơ trong đất (tính gần đúng)

Để hiểu rõ hơn về những lợi ích của vi sinh vật đối với nền nông nghiệp, chúng ta sẽ tìm hiểu về một số loài đặc trưng có lợi dưới đây:

Vi khuẩn cố định đạm

Các mối quan hệ cộng sinh giữa cây họ đậu và vi khuẩn cố định đạm trú ngụ ở rễ thuộc các chi Rhizobium, Bradyrhizobium, Ensifer và Mesorhizobium tạo ra khoảng 80% nitơ trong các cây lương thực ở nước Úc, với giá trị ước tính khoảng 3 tỷ đô la Úc mỗi năm.

Cố định nitơ là một trong những quá trình sinh học có lợi cần thiết cho sự bền vững về kinh tế và môi trường của nông nghiệp trên toàn thế giới. Trên toàn cầu, lượng N cố định đầu vào hàng năm từ các loài cộng sinh cây họ đậu – Rhizobia ước tính là 2,95 triệu tấn đối với hạt đậu và 18,5 triệu tấn đối với cây họ đậu có dầu.

Tìm ra Rhizobia hiệu quả cho nhiều loại cây họ đậu được trồng trên khắp thế giới và phát triển quản lý hiệu quả các loài cộng sinh trên đồng ruộng để tạo ra sự cố định ~ 25 kg N2 cho mỗi tấn chất khô của cây họ đậu.

Vi khuẩn cố định N2 sống tự do, ví dụ, Azospirillum spp., Azotobacter spp., Acetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum spp., Bacillus spp., Azoarcus sp. được tìm thấy trong môi trường sinh quyển và thân rễ của cây lương thực.

Vi sinh vật hoà tan Photpho.

Lân (Photpho – P) có tác dụng giúp phát triển bộ rễ, thúc đẩy quá trình chín quả và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nông sản. Tuy nhiên, để cây hấp thụ được lân thì cần phải có các vi sinh vật phân giải như: vi khuẩn, xạ khuẩn (Pseudomonas, Alcaligenes,…) hay một số loại nấm (Penicillium, Aspergillus,…). Các vi sinh vật này sẽ tiết ra acid với độ pH thích hợp để chuyển hóa lân thành chất dinh dưỡng nuôi cây.

Vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật

Vi sinh vật có thể thúc đẩy sự phát triển của rễ và chồi bằng cách sản xuất hormone thực vật hoặc các chất chuyển hóa thứ cấp, kiểm soát bệnh tật, cảm ứng sức đề kháng của hệ thống hoặc thông qua việc thay đổi các tương tác hóa lý với cây trồng. Các chế phẩm vi khuẩn được sử dụng làm phân bón sinh học cũng đang được nghiên cứu để giảm bớt căng thẳng do các yếu tố phi sinh học, ví dụ, hạn hán và độ mặn.

Một số ví dụ về tác dụng vi sinh vật như:

Vi khuẩn Bacillus: Sinh các enzym amylase, protease…thúc đẩy sự phân hủy các chất hữu cơ tàn dư như tinh bột, protein… kết quả làm trong lành môi trường khi có quá nhiều chất thải tồn dư (đặc biệt trong môi trường trồng hồ tiêu có bón phân chuồng), loại bỏ bụi bẩn hoặc tồn dư phân bón lá trên mặt lá cây.

Nấm men Saccharomyces: tham gia vào các quá trình chuyển hóa vật chất, phân hủy các chất hữu cơ trong đất. Nấm men còn tham gia tạo các chất có hoạt tính sinh học như: hormon, enzym, các chất này sẽ kích thích sự sinh trưởng và phát triển của hệ rễ giúp cây sinh trưởng và hình thành năng suất tốt.

Vi khuẩn tía quang hợp: có khả năng quang hợp như cây xanh tạo nên các sản phẩm hữu cơ, phải thúc đẩy quá trình tạo sản phẩm quang hợp là nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật khác, tổng hợp nên nhiều hợp chất quan trọng như axit amin, hormon sinh trưởng, đường và các chất có hoạt tính sinh học khác,…

Vi sinh vật giúp phân giải chất hữu cơ trong đất, tạo nguồn phân bón hữu cơ, mùn tốt cho thực vật, cải thiện chất lượng đất.

Khi bón vào đất, các vi sinh vật phân giải cellulose và protein sẽ tiết ra hoạt chất có tác dụng liên kết các hạt đất với nhau giúp cải thiện kết cấu của đất. Bên cạnh đó, quá trình vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ còn tạo nên các chất khoáng, mùn giúp bổ sung dinh dưỡng cho đất.

Ủ phân bằng vi sinh vật sẽ giúp thúc đẩy quá trình phân hủy rác, phân chuồng dạng thô,…thành phân hữu cơ diễn ra nhanh hơn. Ngoài ra, vi sinh ủ phân còn giúp ổn định nhiệt độ, độ pH và phân giải các chất thành dưỡng chất để nuôi cây.

Các loại vi sinh vật giúp kiểm soát sâu bệnh hại

Vi khuẩn, nấm và vi khuẩn actinobacteria có thể hoạt động như tác nhân kiểm soát sinh học chống lại các bệnh ở rễ, tiền đề cho một số công thức chế phẩm sinh học từ vi khuẩn và nấm có sẵn trên thị trường để kiểm soát dịch bệnh trên cây trồng nông nghiệp và làm vườn.

Tổ hợp các chất sinh trưởng tự nhiên của của vi khuẩn (endophytic) có thể xâm nhập vào thực vật mà không phá vỡ quần thể endophytic “bình thường”, có thể sản xuất kháng sinh chống nấm và hoocmon tăng trưởng thực vật, và cũng có thể gây ra tính kháng bệnh toàn thân ở thực vật.

Chế phẩm sinh học thường được kiểm tra về khả năng chống vi khuẩn do sự đối kháng, siêu ký sinh, sự cạnh tranh và ăn thịt của các sinh vật bản địa; tuy nhiên, các sinh vật tạo ra một hệ thống kháng bệnh và sâu bệnh có khả năng thành công lớn nhất trong môi trường nông nghiệp ngoài đồng ruộng. Việc sử dụng các chế phẩm sinh học mang lại lợi ích về môi trường bằng cách giảm sự phụ thuộc vào hóa chất nông nghiệp để kiểm soát dịch bệnh.

Sử dụng chế phẩm vi sinh để phun cho chè giúp phòng trừ bệnh

Ví dụ, một số loại vi sinh vật giúp kiểm soát sâu bệnh hại như:

-Vi khuẩn lactic: sinh axit lactic là chất khử trùng mạnh có tác dụng tiêu diệt các vi sinh vật có hại như nấm Fusarium, Phutophthora, Xanthomonas và nhiều loại nấm, khuẩn có hại khác.

-Bacillus Thuringesis: vi khuẩn có có độc tính thuộc nhóm III, khả năng tổng hợp protein gây tệ liệt ấu trùng của một số loài côn trùng gây hại, như sâu đục thân, sâu tơ, sâu xanh,…

–Nấm Metarhizium (nấm xanh): Sản sinh ra các sợi nấm xâm nhập vào lớp kitin ngoài của các loài sâu hại, khiến sâu hại mất khả năng di chuyển, từ đó dẫn tới diệt vong quần thể sâu hại.

Tóm lại, vi sinh vật là sự cần thiết trong khả năng tăng dinh dưỡng thực vật, kiểm soát sâu bệnh và hỗ trợ cây trồng ứng phó với nhiều loại căng thẳng phi sinh học để duy trì và cải thiện sản xuất lương thực toàn cầu đồng thời bảo vệ môi trường.

Hiệu biết rõ về hệ vi sinh vật sẽ giúp nhà nông định hướng được quá trình sản xuất nông nghiệp theo hướng an toàn.