TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Khoa : Môi trường
Lớp: K57 Khoa học Môi trường

VI KHUẨN CỘNG SINH NỐT SẦN
CÂY BỘ ĐẬU
Nhóm thực hiện:

1. Trương Thị Thúy An
2. Trần Thị Mộng Hà
3. Đặng Thị Kim Huyền
4. Noutthaly Xaiyavong


NỘI DUNG
Giới thiệu chung

1

Đặc điểm vi khuẩn nốt sần

2

Sự hình thành nốt sần

3

Quá trình cố định nitơ

4

Ứng dụng


Giới thiệu chung
Nitơ là nguyên tố quan trọng đối với sự phát triển của các
loài sinh vật trên trái đất. Dự trữ nitơ trong tự nhiên là rất
lớn, nitơ phân tử chiếm đến 78% khí quyển, nếu cây trồng
có thể đồng hóa chúng, lượng nitơ này có thể đủ cung cấp
cho cây trồng tới hàng chục triệu năm.
Tuy nhiên, dù “tắm mình” trong biển nitơ, cây trồng cũng
không có khả năng đồng hóa trực tiếp chúng mà phần lớn
là nhờ các hoạt động của vi sinh vật
Quá trình cố đinh nitơ (chuyển nitơ thành hợp chất chứa
nitơ) nhờ VSV cố định nitơ, đặc biệt là vi khuẩn cộng sinh
nốt sần rễ cây bộ đậu.
Hằng năm, cây bộ đậu có thể làm giàu thêm cho đất
khoảng 50-600 kg nitơ/ ha.


1. Đặc điểm chung
1.1

Lịch sử:

- Từ năm 1886 Hellrigel và Wilfath đã thực
hiện thí nghiệm trồng cây kiều mạch và đậu
Hà Lan trên 2 chậu cát, sau đó định lượng
Nitơ và nhận thấy chậu cây đậu Hà Lan có
lượng Nitơ tăng gấp 2 lần, trong khi chậu
cây kiều mạch lượng Nitơ giảm.

 Đậu Hà Lan có khả năng cố định đạm.
- Phát hiện lượng đạm chỉ tăng lên khi đất
trồng cây họ đậu không bị khử trùng và
hình thành nốt sần trên rễ.
 Đậu Hà Lan cộng sinh với một loại vi khuẩn
có khả năng cố định Nitơ
- Năm 1888, Beijenick phân lập được vi
khuẩn nốt sần, được đặt tên là Rhizobium
năm 1889.


1. Khái quát chung

1.2 Phân loại
Giới (regnum)
Ngành (phylum)
Lớp (class)
Bộ (ordo)
Họ (familia)
Chi (genus)

Phân loại khoa học
Bacteria
Proteobacteria
Alphaproteobacteria
Rhizobiales
Rhizobiaceae
Rhizobium
Frank 1889


• Brachirhizobium melitoli sống cộng sinh với cỏ alfalfa
• B. trilolii cộng sinh với cỏ clover
• B. faseoli cộng sinh với các loài đậu hình thận
• B. japonicum cộng sinh với cây đậu nành


1. Khái quát chung

Greensulfur Bacteroides

Prokaryotes

Spirochetes
Deinococci

Thermotoga

Green,
nonsulfur

Chlamydiae
Gram positive
Cyano
bacteria

Proteobacteria
δ
Desulfoivbrio

γ


β

Rhizobium
α Bradyrhizobium
Sinorhizobium
Agrobacterium
Azospirillum
Herbaspirillum

E. coli

Klebsiella
Azotobacter


1. Khái quát chung

1.2 Đặc điểm:
 Là vi khuẩn Gram âm
 Hiếu khí, ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm
6,5-7,5
 Có tiêm mao theo kiểu đơn mao hoặc chu
mao, di chuyển được.
 Khuẩn lạc có màu đục, nhầy, lồi.
 VK thường có sự thay đổi hình thái trong
quá trình phát triển:
 Đa số có hình que lúc còn non và có khả
năng di động bằng đơn mao, chùm mao
nhánh hoặc chu mao.

 Sau đó trở thành dạng giả khuẩn hình
que phân nhánh, mất khả năng chuyển
động, ở dạng này chúng có khả năng cố
định nitơ.
 Khi già, dạng que phân nhánh phân cắt
tạo thành hình dạng cầu nhỏ.


2. Quá trình hình thành nốt sần
2.1 Phân loại

Chia làm 2 loại

Loại mọc nhanh

Loại mọc chậm

• Rhizobium melitoli
• Cộng sinh với cây linh
lăng, đậu xanh, đậu Hà lan,
đậu tằm…
• Chu kì sinh trưởng: 2-4 giờ
• Tạo khuẩn lạc đường kính
2-4mm sau 3-5 ngày nuôi
cấy trên môi trường thạch
đĩa

• Bradyrhizobium japonicum
• Cộng sinh với cây đậu
tương, lạc, Bradyrhizobium

japonicum sp của cỏ
lupin…
• Chu kì sinh trưởng 6-8 giờ
• Tạo khuẩn lạc đường kính
không quá 1mm sau 5-7
ngày nuôi cấy trên môi
trường thạch đĩa


2. Quá trình hình thành nốt sần

2.2 Ảnh hưởng của nhân tố ngoại cảnh đến sự hình thành nốt sần
 Độ ẩm: 40-80%, độ ẩm tối thích: 60-70%
 Độ thoáng khí cũng ảnh hưởng đến sự hình thành nốt sần,
do thuộc vi sinh vật hiếu khí nên nốt sần thường chỉ hình
thành ở cùng rễ nông còn vùng rễ sâu ít hoặc không có nốt
sần
 Nhiệt độ thích hợp nhất với vi khuẩn này là 24oC, dưới 10oC
nốt sần vẫn hình thành nhưng hiệu quả cố định nitơ giảm.
 pH môi trường thích hợp là trung tính hoặc kiềm yếu 6,8-7,4
 Tính đặc hiệu cũng ảnh hưởng đến mối cộng sinh này.
• Một số loài vi khuẩn chỉ cộng sinh với 1 hoặc 1 số loài
đậu.
• Nhiều vi khuẩn có khả năng hình thành nốt sần ở cây đậu
không đặc hiệu, nhưng số lượng nốt sần thấp.


2.3 Quá trình hình thành
 Xâm nhập qua lông hút hoặc vết
thương ở vỏ rễ. Điều kiện xâm

nhiễm tốt là VK phải đạt được
mật độ ở vùng rễ 104 VK/gam
đất.
 Khi đó VK sẽ kích thích cây tiết
enzym poligalactorunaza có tác
dụng phân giải thành TB lông hút
để VK có thể xâm nhập vào.
 Đường xâm nhập được tạo thành
do tốc độ di chuyển của VK (sinh
trưởng đến đâu, xâm nhập đến
đấy) → Hình thành dây xâm nhập
(bao quanh là lớp nhày).
Phản ứng của cây đối với VK tương tự như với vật kí sinh, bởi
vậy tốc độ tiến sâu của “dây xâm nhập” khá chậm 5-8 µm/h


2. Quá trình hình thành nốt sần



2. Quá trình hình thành nốt sần

Khi tới lớp nhu mô, VK kích thích TB nhu mô phát triển thành
vùng mô phân sinh. Từ mô phân sinh, tế bào phát triển thành 3
loại TB chuyên hóa
Mạch dẫn: Con đường
dẫn truyền sản phẩm
cố định nitơ cho cây và
sản phầm quang hợp
từ cây vào nốt sần.

Mô chứa: Chứa VK
xâm nhiễm, có kích
thước lớn gấp 8 lần so
với TB bình thường
không chứa VK.
Vỏ nốt sần: Lớp TB
nằm dưới lớp vỏ rễ,
bao quanh nốt sần


2. Quá trình hình thành nốt sần

Cấu tạo nốt sần
Nốt sần rễ cây bộ đậu

Tổ chức đã chết, không có khả năng
cố định
Vỏ nốt sần

VK trưởng thành, k/năng cố định cao

Mạch dây,mạch gỗ
VK non, khả năng cố định thấp

vùng phân chia TBTV, không có
khả năng cố định


2. Quá trình hình thành nốt sần


Tại TB chứa vi khuẩn, vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào TB chất,
tại đấy chúng phân cắt rất nhanh.
 Từ dạng hình que chuyển sang dạng hình que phân nhánh gọi
là dạng giả khuẩn thể, chính ở dạng này vi khuẩn bắt đầu quá
trình cố định nitơ.
 Thời kì cây ra hoa là thời kì nốt sần hình thành nhiều nhất và
có hiệu quả nhất, thể hiện ở kích thước lớn và có màu hồng
của Leghemoglobin (có bản chất giống với hemoglobin)
 Vào giai đoạn cuối, màu hồng của
Leghemoglobin chuyển sang màu
lục, dạng giả khuẩn thể phân cắt
thành những tế bào hình cầu. Khi
cây đậu chết, vi khuẩn nốt sần sống
tiềm sinh trong đất chờ đến vụ đậu
năm sau.


3. Quá trình cố định nitơ
3.1 Điều kiện tiến hành cố định nitơ
 Có sự tham gia của Enzyme nitrogenase, đây là chìa khóa
cho quá trình.
 Có lực khử mạnh với thế khử cao (NAD, NADP…)
 Có năng lượng ATP và sự tham gia của yếu tố vi lượng,
nhóm họat động của Enzyme nitrogenase có chứa Mo, Fe
 Xảy ra trong điều kiện yếm khí, trong điều kiện có oxy
enzyme nitrogenase se bị bất hoạt.


3.2 Quá trình cố định
Quá trình có định nito khử N2 thành N-3 nhờ enzim

nitrogenaza xúc tác khi có mặt năng lượng ATP.
Nitrogenaza gồm 2 thành phần :
• Phần 1 bao gồm protein và Fe
• Phần 2 gồm protein, Fe và Mo


Quá trình cố định nitơ

• Leghemoglobin do cây
hình thành sẽ chuyển
chuỗi điện tử vào
Nitrogenaza của vi
khuẩn.
• Các electron này đi vào
trung tâm của thành phần
thứ nhất protein-Fe rồi
chuyển đến protein-FeMo.
• Electron đã được hoạt hóa có thể phản được với N2.
• Phân tử N2 đi qua khe có kích thước khoảng 4-5 A0 vào bên
trong men và được hoạt hóa ở đây.
• Hydro cũng được hoạt hóa nhờ hệ thống enzim hydrogenaza.
Năng lượng sử dụng trong quá trình này là ATP của tế bào.
Tạo ra NH4+, chất này sau đó chuyển hóa thành glutamin và
asparagine vận chuyển qua xylem vào cây.


Quá trình cố định nitơ

Phương trình :
Nitrogenaza


N2 +6e +12 ATP +12 H2O
4H+

2 NH4+ + 12 ADP +12P +


3.3 Các gen kiểm soát quá trình cố định nitơ

Gen nod

Mã hóa sự hình thành các protein hình thành
nốt sần: Protein gây đầu lông rễ phồng lên và
xoắn hoặc ảnh hưởng đến độ đặc hiệu vật chủ
của các nhân tố nod…

Gen nif

Mã hóa protein cấu tạo enzyme nitrogennase
Mã hóa protein vận chuyển electron flavodxin
Mã hóa protein tham gia tổng hợp cofactor Fe
…

Gen
nodulin

Mã hóa protein trong chu trình tế bào và thành
tế bào,leghemoglobin…



3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định nitơ
• Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đến quá trình cố
định nitơ cộng sinh.
• Ảnh hưởng của các hàm lượng đường, tinh bột trong cây..
• Ảnh hưởng của nồng độ P và K
• Ảnh hưởng của pH trong đất
• Ảnh hưởng của hàm lượng Mo và Fe trong đất
Bất kỳ sự ảnh hưởng nào gây cho các cây bộ đậu stress thì
đều ảnh hưởng đến quá trình cố định nitơ


4. Vai trò của vi khuẩn cộng sinh nốt sần
Vai trò cố định nitơ quan trọng nhất thuộc về
nhóm VSV cộng sinh.
Sự cố định N2 của chúng giúp cải tạo đất và tăng
năng suất cây trồng.
Là thành phần của phân bón cố định nitơ
(Biologycal nitrogen fixing fertilizer). Đây là sản
phẩm chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật
sống (tự do, kí sinh, cộng sinh.. ) có khả năng
cố định nitơ.
• Phân nitragin chứa vi khuẩn nốt sần
cây đậu tương
• Phân rhidafo chứa vi khuẩn nốt sần
trong cây lạc
Giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do sử
dụng các phân bón hóa học


Tài liệu tham khảo

1. “Đại cương về vi sinh vật học môi trường”
Lê Xuân Phương
3. “Vi sinh vật học”
Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty
5. “VSV đất và sự chuyển hóa các hợp chất cacbon, nitơ”
Nguyễn Lân Dũng
7. “Phân vi khuẩn nốt sần và ứng dụng”
Ngô Thế Đàn
9. “Introduction to Rhizobia”
10. “Lifestyle alternatives for Rhizobia”
11. Một số trang web khác