Triển vọng ứng dụng vi sinh vật hữu ích trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường ppt

TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG VI SINH VẬT HỮU ÍCH
TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG
Lê Như Kiu

SUMMARY
The prospects of useful microorganism application in agriculture
and environmental preserve
Environmental pollution, caused by chemical fertilizers and pesticides to surface and groundwater,
and improper treatment of human and animal wastes has caused serious environmental and social
problems throughout the world. Many attempts have been made to solve these problems using
established chemical and physical methods. However, they have usually found that such problems
cannot be solved without using microbial methods and technologies in coordination with agricultural
production. In this context, the use of microbial inoculants in agriculture (biofertilizers,
phytostimulators and biopesticides) represents an attractive environmentally - friendly alternative to
further applications of mineral fertilizers and chemical pesticides. PGPR (Plant Growth - Promoting
Rhizobacteria) and soil microorganisms play very important roles in improving soil quality, plant
growth, yield, and plant health by fixing atmospheric nitrogen, suppressing plant diseases and soil -
borne pathogens, enhancing nutrient cycling, and producing bioactive compounds such as
vitamins, hormones and enzimes. In addition, they are active participants in bioremediation to
decompose organic wastes and residues, detoxify pesticides and immobilize or solublize heavy
metals. In Vietnam, bioremediation has been applied to clean oily - polluted water and soil. A
continued exploration of the natural biodiversity and potential applications of beneficial indigenous
microorganisms to sustainable agriculture and environment protection represents a prerequisite
step to develop more efficient microbial inoculants in the coming years.
Keywords: Environmental microorganisms, agricultural microorganisms.
I. T VN 
Hơn 50 năm qua, vi sinh vt ã ưc s
dng trong các lĩnh vc khác nhau như y
hc, sc kho con ngưi và vt nuôi, ch
bin thc phNm, an toàn và cht lưng thc
phNm, k thut di truyn, bo v môi

trưng, công ngh sinh hc nông nghip và
x lý hiu qu hơn ph thi sinh hot và
nông nghip, trong ó ng dng ca chúng
trong nông nghip và bo v môi trưng t
mc k lc cao nht.
Trong nhiu năm qua, các nhà vi sinh
vt có khuynh hưng phân bit các vi sinh
vt t có li hoc có hi theo chc năng
ca chúng và phương thc tác ng n
cht lưng t, năng sut, sinh trưng, sc
kho ca cây trng và môi trưng bao
gm:
+ Vi sinh vt có li: Là nhng vi sinh
vt có th c nh nitơ khí quyn, phân
hu tn dư các cht c, cht thi hu cơ,
kh c thuc tr sâu, c ch bnh cây và
các mm bnh trong t, tăng cưng chu
trình dinh dưng và sn sinh các hp cht
có hot tính sinh hc như vitamin,
hormon và enzim kích thích sinh trưng
ca thc vt
+ Vi sinh vt có hi: Là nhng vi sinh
vt gây bnh cho cây trng, kích thích các
mm bnh trong t phát trin, sn sinh các
c t gây tác ng có hi cho sinh trưng, phát trin ca cây trng và môi trưng.
II. CÁC QUÁ TRÌN H PHÂN HY CHT HU CƠ CA VI SIN H VT
* Phân huỷ xenluloza

* Phân huỷ protein
Protein là thành phn quan trng ca t

bào sinh vt, khi ng vt, thc vt cht i,
ngun protein có trong t bào ưc tích lu
li ngoài môi trưng. Protein cha ti 15 -
17% nitơ, nhưng sinh vt không th hp th
trc tip protein mà phi thông qua s phân
hu ca vi sinh vt  to thành các sn
phNm cui cùng mà cây trng, vi sinh vt
có th hp th ưc như: Axit amin, CO
2
,
N
2
, SO
4
, P
* Phân huỷ tinh bột


III. N G DN G VI SIN H VT TRON G
N ÔN G N GHIP
1. Ứng dụng vi sinh vật trong trồng trọt
Sn xut nông nghip ph thuc ch
yu vào vi sinh vt  duy trì và cân bng
h sinh thái ca t, hơn 1 t vi sinh vt có
th ưc tìm thy trong 1 gam t, trong s
này có hơn 10.000 loài khác nhau và vi
khuNn là nhóm phong phú nht, trong ó
nhng vi sinh vt hu ích chim ưu th, do
vy vi sinh vt óng vai trò quan trng 
tăng trưng cây trng. N hưng trong thc

tin sn xut nông nghip, các k thut
canh tác hin i da ch yu vào phân bón
và thuc tr sâu hóa hc  bo v cây
trng khi sâu bnh nhm thu ưc năng
sut cao. Song vic s dng thuc tr sâu
hoá hc ã gây ra mi lo ngi v s có mt
ca các cht c hi trong chui thc ăn và
môi trưng. Chính nhng quan ngi v hu
qu cho môi trưng và sc kho con ngưi
nên cách tip cn mi i vi vic canh tác
ó là nghiên cu ng dng các k thut
thân thin vi môi trưng và duy trì s cân
bng h sinh thái t. Trong ó, vic nghiên
cu và s dng vi sinh vt hu ích trong
nông nghip như to phân bón sinh hc, các
cht kích thích sinh trưng thc vt và
thuc tr sâu sinh hc an toàn vi môi
trưng, dn dn thay th hoc kt hp vi
vic s dng mt phn rt nh phân hoá
hc và các loi thuc tr sâu hoá hc là rt
cn thit và cp bách. Các vi sinh vt có li
trong nông nghip bao gm:
- Vi sinh vt chuyn hoá cacbon to cho
cacbon ưc chuyn hoá tun hoàn liên tc
trong t nhiên.
- Vi sinh vt c nh m thuc chi
Azotobacter, Enterobacter, Rhizobium
- Vi sinh vt có kh năng tng hp các
cht iu hòa sinh trưng nhóm
Azotobacter

- Vi sinh vt thuc chi Trichoderma có
kh năng amôn hóa kitin (kitin là mt hp
cht C cha gc amin) là thành phn ca v
nhiu loi côn trùng và giáp xác Chi này
có kh năng tit enzim kitinaza, β - 1,3
glucanaza và kitobiaza phân hu phân t
kitin thành các gc ơn phân t, sau ó gc
amin ưc amôn hoá to thành NH
3
.
- Vi sinh vt phân hu các hp cht
photpho (P) hu cơ trong cơ th ng thc
vt  to thành các các mui axit photphoric
dng d tan ưc cây trng hp th, thuc chi
Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus,
Bradyrhizobium
- Vi sinh vt i kháng vi mt s bnh
cây như chi Trichoderma, Bacillus,
Pseudomonas, Actinomycetes, Penicillium,
Actinomycetes, Serratia
áng chú ý là nhiu loài vi sinh vt có
mt vi s lưng ln trên b mt r và trong
r hơn là trong t vì chúng không b nh
hưng bi các nhân t môi trưng. Vi sinh
vt h r có kh năng kích thích sinh trưng
và bo v cây trng khi s xâm nhp ca
vi sinh vt có hi và vi sinh vt gây bnh.
Nhóm vi sinh vt h r kích thích sinh
trưng thc vt (Plant Growth - Promoting
Rhizobacteria - PGPR) có kh năng sn

sinh các cht hoá hc, kháng sinh, các cht
d bay hơi, enzim thu phân và enzim kh
nhân t c, c bit là cơ ch siderophore
ái lc vi st, tt c u có hot tính c ch
vi sinh vt gây bnh. Do ó, vic nghiên
cu a dng sinh hc ca vi sinh vt t và
tương tác gia chúng vi h r và cây trng
 khai thác tt các chng hu ích là bưc
quan trng  sn xut và phát trin các ch
phNm sinh hc có hiu qu hơn.

Ảnh 1.
Ức chế các vi khun gây bệnh của các chủng vi sinh vật đối kháng
A - Đối kháng của Pseudomonas với Ralstonia solanacearum.
B - Đối kháng của Bacillus subtilis với Vibrio parahaemolyticus.
C - Đối kháng của Lactobacillus acidophillus với V. parahaemolyticus.
D - Đối kháng của Bacillus subtilis với E. coli DH5α.
H r là v trí có s liên quan cht ch
và mt thit nht gia r cây, vi sinh vt
và t. R cây có chc năng nhn dinh
dưng khoáng và nưc cn cho s sinh
trưng và phát trin ca cây, nhưng r
cũng gii phóng các cht hu cơ ra môi
trưng t xung quanh làm giàu môi
trưng t và là thc ăn quan trng ca vi
sinh vt. Do vy, vùng t tip xúc vi r
cây còn gi là h r nơi có s hot ng
ca vi sinh vt rt cao. Ngoài kích thích
sinh trưng thc vt trc tip, chúng còn
có tác dng kích thích gián tip thông qua

cơ ch cm ng kháng h thng. Trong
trưng hp này, PGPR làm bin i sinh
lý ca cây ch cũng như các phn ng
trao i cht khin cho cây ch tng hp
các cht hoá hc có kh năng chng li s
xâm nhp ca mm bnh và các nhân t
vô sinh. Pseudomonas và Bacillus là hai
nhóm vi khuNn h r ưc s dng nhiu
nht cho n nay.
2. Ứng dụng vi sinh vật trong cải tạo đất
Ngoài vic tác ng trc tip ti cây
trng, vi sinh vt cũng óng vai trò quan
trng trong ci to t, vì hu ht các quá
trình bin i hoá hc xy ra trong t u
có s óng góp tích cc ca chúng. c
bit là gi vai trò tích cc trong m bo 
phì nhiêu ca t do s tham gia ca chúng
trong các chu trình dinh dưng như chu
trình cacbon và nitơ cn thit cho sinh
trưng ca thc vt.
Vi sinh vt t như nm cng sinh
(Mycorrhiza) có th làm tăng  dinh
dưng khoáng có sn (như photpho) cho
thc vt. Các vi sinh vt t khác cũng có
th làm tăng lưng dinh dưng trong t.
Chng hn như, vi khuNn c nh nitơ có
th bin i nitơ khí quyn thành các hp
cht nitơ hoà tan mà r cây có th s dng
 sinh trưng.
Nhóm nm men Lipomyces có kh năng

sinh polysacharit to nên màng nhày  gi
Nm cho t, tăng  kt cu ca t, chng
ra trôi và gim s bay hơi ca nưc. ng
dng nhóm nm men này  gi Nm cho các
vùng khô hn, sa mc và ph xanh t trng
i trc. Nhng vi sinh vt này ã ci thin
 phì nhiêu ca t và góp phn cho tăng
trưng cây trng. Nhóm vi sinh vt t khác
cũng ã ưc tìm thy có kh năng sn sinh
các hp cht như vitamin và các hormon
thc vt làm tăng sc sng cho cây trng và
góp phn làm tăng năng sut.
A B C D
IV. NG DNG VI SINH VT TRONG
BO V MÔI TRƯNG
Ngoài nhng ng dng ni bt ca vi
sinh vt trong thc tin sn xut nông
nghip, chúng còn ưc quan tâm s dng
trong bo v môi trưng. Mt quá trình s
dng vi sinh vt ưc bit nhiu nht n
nay là s phân hu sinh hc
(Bioremediation). Quá trình này s dng vi
sinh vt  phá hu các cht ô nhim hoá
hc, cht ô nhim hu cơ n nng  hoc
là không th phát hin ưc hoc dưi
ngưng an toàn. Các vi sinh vt có li trong
x lý môi trưng bao gm:
- Vi sinh vt có kh năng chuyn
hoá xenluloza thành glucoza ch yu là
thuc nhóm vi nm, c bit là các chi

Trichoderma, Aspergillus, Fusarium,
Mucor có kh năng tit ra h enzim
xenlulaza gm 4 loi enzime khác
nhau: xenlobiohydrolaza; endoglucanaza;
exo - glucanaza và β - glucosidaza.
- Vi sinh vt phân gii tinh bt thành
glucoza ch yu là các vi nm thuc các
chi: Aspergillus, Fusarium, Rhizopus có
kh năng tit ra môi trưng h enzim
amilaza gm 4 loi enzime: α - amilaza,
α - amilaza, amilo 1,6 glucosidaza và
glucoamilaza.
- Hai nhóm vi sinh vt phân gii ưng
ơn (ưng 6C) nh quá trình lên men các
cht hu cơ chưa ưc oxy hoá trit , ó
là nhóm hiu khí và nhóm lên men.
- Vi sinh vt có kh năng amôn hoá
protein, trong nhóm vi khuNn có Bacillus,
Pseudomonas, Clostridium; x khuNn có
Streptomyces; vi nm có Aspergillus,
Penicilium


Ảnh 2. Vòng phân giải protein, tinh bột, CMC của
Bacillus subtilis


- Vi sinh vt phân hu các axit amin
cha S như: metionin, xystein và trong
nhiu loi enzim quan trng thành H

2
S và
cht này ưc chuyn hoá thành S và SO
4
,
mt phn ưc to thành S hu cơ ca t
bào vi sinh vt.
- Vi sinh vt có kh năng ng
dng tt trong x lý môi trưng thuc
chi
Aspergillus, Stenotrophomonas,
Pseudomonas, Curvularia

Thông thưng trong môi trưng x lý
cht thi không có  h vi sinh vt hu
hiu, do vy quá trình phân hy cht thi
din ra theo s phân hy ơn (ch phân hy
protein thành các sn phNm NH
3
, NO
2
, H
2
S
và NO
3
) nên ô nhim môi trưng.
Sơ đồ phân hủy đơn:

Sơ đồ phân hủy kép:

T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
7
Các vi sinh vt như: Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, Saccharomyces
cerevisae, Aspergillus oryzae và Streptomyces sp. v v có kh năng phân hu kép (phân
hy ng thi c protein và các hydratcacbon n sn phNm cui cùng là axit amin,
ưng ơn, phn ln chúng ưc cơ th sinh vt hp th  to thành sinh khi ca
chúng, mt phn ưc phân gii thành CO
2
và H
2
O). Như vy, t cht hu cơ ban u ã
ưc các vi sinh vt phân gii thành khí CO
2
và nưc nên ã không gây ra khí c (NH
3
,
NH
4
, NO
2
, H
2
S và NO
3
), quá trình này ng nghĩa vi vic làm sch môi trưng.
Tim năng ca nm trng (white rot fungi) ưc nghiên cu ng dng  phân hy các
cht ô nhim và phây hu lignin. Nhóm nm này có kh năng phân hu các loi
hydratcacbon, thuc tr sâu, thuc nhum, kim loi nng và các loi khác bng cách kh
c hoc làm bt ng. Aust và cng s cho rng hu ht nm trng kháng vi mc  c

ca các cht ô nhim so vi nhiu vi khuNn liên quan n quá trình này. Phân hu các hp
cht hu cơ do nm trng có kh năng sn sinh các enzim thu phân lignin và các hp cht
hu cơ khác xúc tác cho các phn ng khác nhau như kh quá trình polyme hoá và m
vòng thơm.
Các hydratcacbon thơm (PAH) b phân hu bi các loài nm trng như Crinipellis
stipitaria, Phanerochaete chrysosporium và Pleurotus sp. và các loài không phi nm trng
như Aspergillus niger, Cunninghamella elegans và Penicillium janthinellum. Các loài nm
trng có kh năng khoáng hoá PAH bng cách ưa oxy vào vòng làm cho các phân t này d
hoà tan hơn và có hot tính hoá hc hơn. Phn ng này ưc tin hành bi các enzim ngoi
bào do nm trng sn sinh. Levin và cng s ánh giá kh năng ca Trametes trogii phân hu
nitrobenzen và anthracen. Loài nm này sng sót ưc  nng  cao cht ô nhim hu cơ và
phân hu ưc 90% anthracen và 97% nitrobenzen. Pleurotus pulmonarius cũng ưc tìm
thy có kh năng phân hu atrazin, mt cht dit c thưng ưc s dng và tn ti dai dng
trong môi trưng ã ưc tìm thy trong nưc ngm. Segula và cng s ch ra rng P.
pulmonarius ưc nuôi trên thân cây bông và lúa mì có th phân hu atrazin thành các cht
trao i mà sau ó b phân hu tip bi vi khuNn. Trong vòng 2 tun thì 50% lưng atrazin s
b phân hu ht.
Thuc nhum s dng trong công nghip dt may ưc quan tâm nhiu vì các loi
thuc nhum ưc bit là gây ra ung thư như benzidin và các hp cht thơm khác.
Robinson và cng s thông báo rng
P. chrysosporium có kh năng kh màu thuc nhum n 99% trong vòng 7 ngày. Sanghi
và cng s chng minh rng nm trng Coriolus versicolor có th kh màu tím remazol
brilliant n gn 90%. Các nghiên cu khác ã ưc th nghim tác ng ca nm trng 
phân hu TNT. Nm cũng có th tác ng n quá trình bin i kim loi  mt s loi môi
trưng như ph thi công nghip, qung loi thp và khoáng kim loi. Các loi kim loi có
th ưc hoà tan bi các axít hu cơ (axít oxalic, axít citric ) do nm sn sinh ra. Ngoài ra,
các kim loi có th b bt ng bi khuNn ty ca nm (sng hoc cht) do chúng b hp thu
lên t bào hoc quá trình kt ta/cô lp ni bào hoc ngoi bào. Mt s v trí liên kt kim
loi bao gm chitin, amino, carboxyl, phosphate, sulfhydryl và các nhóm chc năng khác.
Mt trong s các c im chính liên quan n hp thu sinh hc ngoài nhit  là pH. Ph

pH cho quá trình hp thu sinh hc kim loi là 4 n 7 (Gadd, 2001). Tích lu sinh hc kim
loi như cadmium, km và cesium do mt s loi nm ã ưc phát hin. KhuNn ty nm
không nhng ly kim loi mà còn vn chuyn kim loi n các b phn "n hoa" ca
chúng.
V. KT LUN
T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
8
ng dng vi sinh vt hu ích trong nông nghip và bo v môi trưng không ch là
mi quan tâm nghiên cu ca các nhà khoa hc trong các lĩnh vc nông nghip và môi
trưng mà còn là nh hưng chin lưc phát trin bn vng ca ng và Nhà nưc. 
Vit Nam, các ch phNm sinh hc như phân bón và thuc tr sâu sinh hc ã và ang s
dng ch yu là nhp ngoi vi giá thành cao. Vi c thù là mt nưc nông nghip và
ngun gen vi sinh vt bn a ưc ánh giá là rt a dng. Do vy, vic nghiên cu ng
dng vi sinh vt bn a hu ích trong nông nghip và môi trưng cn ưc u tư hơn
na. Tuy nhiên, trong thc t nghiên cu và ng dng các ch phNm vi sinh vt còn gp
nhiu khó khăn như: Giá thành thưng cao so vi các ch phNm hóa hc, phong tc tp
quán ca ngưi nông dân thay i còn chm, công tác tuyn truyn, qung bá còn yu,
sách báo ph cp còn thiu, do vy mà nhiu ch phNm vi sinh vt chưa i vào cuc sng
như tim năng có sn ca chúng.
TÀI LIU THAM KHO
1 Alexander, M., 1994. Biodegradation and bioremediation. San Diego, Ca.: Academic
Press.
2 Arora Diplip K., 1996. Hand book of applied mycology. Volume 1: Soil and Plant,
327 - 355.
3 Aust, S. D., P. R., Swaner, and J. D. Stahl., 2003. Detoxification and metabolism of
chemicals by white - rot fungi. In: Pesticide decontamination and detoxification, 3 -
14. Washington D. C.: Oxford University Press.
4 Bumpus, J. A., M., Tien, D. S. Wright, and S. D., Aust., 1985. Oxidation of persistent
environmental pollutants by a white - rot fungus. Science. 228: 1434 - 1436.
5 Cocchi, L., L., Vescovi, L. E., Petrini, and O., Petrini., 2005. Heavy metals in edible

mushrooms in Italy. Food Chemistry. Available online at Elsevier.
6 Dutta, S. K., M. M., Jackson, L. H. Hou, D. H. Powell, and H. E., Tatem., 1998. Non -
ligninolytic TNT Mineralization in contaminated soil by Phanerochaete
chrysosporium. Bioremediation Journal. 2: 97 - 103.
7 Gadd, G. M., 2001. Fungi in Bioremediation. U. K.: Cambridge University Press.
8 Levin, L. A., A. Viale, A. Forchiassin., 2003. Degradation of organic pollutants by the
white rot basidiomcete Tramete trogii. International Biodeterioration and
Biodegradation. 52:1 - 5.
9 Reddy, C. A., 1995. The potential for white - rot fungi in the treatment of pollutants.
Current Opinion Biotechnol. 6:320 - 328.
10 Rittman, B. E., and P. L., McCarty., 2001. Environmental Biotechnology: Principles
and Application. N.Y.: McGraw Hill.
gười phản biện: Phạm Quang Hà