Phân lập đánh giá các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA đến nảy mầm cũng như sự sinh trưởng và phát triển cây lúa

LỜI CẢM ƠN
Sau 4 năm học tập tại Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, trong quá trình thực
tập tốt nghiệp tại Bộ môn Công nghệ sinh học thực vật, nhờ sự giúp đỡ và dìu dắt tận
tình của các thầy cô giáo, các cán bộ tại phòng thí nghiệm của bộ môn, cùng với sự nỗ
lực, học tập của bản thân, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, và những người thân của em đã nuôi nấng,
động viên và tạo động lực cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Công
nghệ sinh học và các thầy cô giáo đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong
suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới ThS. Đặng Thị Thanh Tâm,
giảng viên bộ môn Công nghệ sinh học thực vật đã tận tình hướng dẫn và dạy dỗ em
trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới ThS. Nguyễn Thị Thủy, ThS.
Phạm Thị Thu Hằng cán bộ tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh học Thực vật
đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài, em xin gửi lời cảm ơn đến
sinh viên Nguyễn Thị Hiền đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện các thí nghiệm lây
nhiễm, em xin cảm ơn đến nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học do giảng viên Đặng Thị
Thanh Tâm hướng dẫn đã giúp đỡ em các thí nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố môi
trường, và em xin cảm ơn toàn thể bạn bè và các anh, chị đang thực tập tại phòng thí
nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh học Thực vật đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em trong suốt thời gian thực tập.
Hà Nội, ngày 01 tháng 01 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Hoàng Mạnh Hùng
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TT Chữ viết
tắt
Chữ đầy đủ Nghĩa tiếng việt
1 AMF Arbuscular mycorrhiza fungi Nấm vùng rễ Arbuscular

2 Cs Cộng sự
3 CT Công thức Công thức
4 ĐC Đối chứng Đối chứng
5 FLPs Fluorescent Pseudomonas Chủng vi khuẩn Fluorescent
Pseudomonas
6 IAA Indol - 3 - acetic acid
7 PGPR Plant growth promoting
rhizobacteria
Vi khuẩn vùng rễ thúc đẩy tăng
trưởng thực vật
8 PSB Phosphate solution bacteria Vi khuẩn phân giải phốt pho
9 PSF Phosphate solution fungi Nấm phân giải phốt pho
10 PSM Phosphate solution
microorganism
Vi sinh vật phân giải phốt pho
11 PGP Plant growth promoting Thúc đẩy tăng trưởng thực vật
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
TÓM TẮT
PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) được gọi là những chủng vi khuẩn
vùng rễ thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật. Nhóm vi khuẩn tổng hợp IAA là nhóm vi
khuẩn vùng rễ đang được nghiên cứu hiện nay nhằm cải thiện tỉ lệ nảy mầm hạt giống,
chất lượng cây trồng thông qua sự thúc đẩy nảy mầm, tăng chiều cao của cây, tăng chiều
dài và diện tích bề mặt rễ, do đó cho phép các loài thực vật dễ hấp thu chất dinh dưỡng và
nước từ đất. Đề tài này nhằm phân lập, sàng lọc, tuyển chọn, đánh giá được các chủng vi
khuẩn có khả năng tổng hợp IAA đối với sự nảy mầm của hạt cũng như sự phát triển của
cây con.
Từ hai vị trí địa lý khác nhau (Thị trấn Trâu Quỳ, Hà Nội; Huyện Nam Sách, Hải
Dương) chúng tôi tiến hành phân lập các chủng vi khuẩn trên bề mặt rễ và cộng sinh
cùng với rễ lúa và tuyển chọn được 4 chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA cao nhất

so với một số chủng phân lập từ sản phẩm thương mại là: RHT1 (857,8 µg/ml); RHT2
(855,85 µg/ml); RĐ15 (621,75 µg/ml); RA22 (781,3 µg/ml).
Bốn chủng vi khuẩn sau khi đã tuyển chọn được tiếp tục nghiên cứu môi trường
thích hợp cho khả năng tổng hợp IAA được tốt nhất thông qua việc xác định các nhân tố
ảnh hưởng như pH, thời gian, các nguồn cacbon, nguồn nitơ, nồng độ của tiền chất,
Kết quả của nghiên cứu này đã tìm ra được một môi trường tối ưu nhất cho khả năng tổng
hợp IAA đối với từng chủng vi khuẩn là khác nhau. Đối với chủng RHT1 thì môi trường
tối ưu là môi trường: King’B + 3g/l L-Tryptophan + 1% Saccarose + 1,5% KNO
3
và môi
trường có pH = 6. Môi trường thích hợp với chủng RHT2 là môi trường King’B + 3g/l L-
Tryptophan + 1% Manitol

với pH = 8. Môi trường King’B + 3g/l L-Tryptophan + 1%
Glucose + 0,5% KNO
3
với pH = 5 là môi trường tối ưu nhất cho chủng vi khuẩn RĐ15.
Còn chủng RA22 đạt được nồng độ IAA cao nhất khi được nuôi cấy trong môi trường
King’B + 3g/l L-Tryptophan + 1% Saccarose + 0,5% KNO
3
với giá trị pH = 5.
Đề tài này mở ra một giải pháp mới cho việc thay thế các chất kích thích tăng
trưởng hóa học bằng các chất kích thích tăng trưởng nội sinh được sinh ra trong các
chủng vi khuẩn có lợi PGPR giúp kích thích sự nảy mầm của hạt cũng như sự phát triển
của cây trổng. Các chủng vi khuẩn này với có những kết quả tác động khác nhau khi lây
nhiễm trên hạt giống của 8 giống lúa khác nhau. Các chủng vi khuẩn đều được lây nhiễm
với hạt lúa ở giá trị OD
600
= 0,1 ở hai trường hợp là độc lập và kết hợp. Trong 8 giống lúa
được lây nhiễm với các công thức vi khuẩn khác nhau thì có 6 giống lúa cho kết quả về

khả năng sinh trưởng của cây nảy mầm từ hạt tốt hơn với công thức đối chứng. Cụ thể
giống BC15 đạt được khả năng sinh trưởng cao nhất là 1297,52 khi lây nhiễm với công
thức RĐ15.RA22; giống Nv1 có khả năng sinh trưởng tốt nhất là 640,42 với công thức
vi khuẩn RHT2; giống BT7 có khả năng sinh trưởng tốt nhất là 838,70 khi lây nhiễm với
công thức RHT2; giống KD18 có khả năng sinh trưởng tốt nhất là 670,00 khi lây nhiễm
với công thức RHT1.RA22; giống N46 có khả năng sinh trưởng tốt nhất là 1046,00 khi
lây nhiễm với công thức RĐ15.RA22; giống T23 có khả năng sinh trưởng tốt nhất là
924,30 khi lây nhiễm với công thức RA22. Còn 2 giống lúa còn lại N91, T65 cũng được
lây nhiễm với các công thức vi khuẩn tương tự như các giống lúa còn lại nhưng khả năng
sinh trưởng thấp hơn công thức đối chứng có thể được giải thích về khả năng tổng hợp
IAA quá cao của các chủng vi khuẩn dẫn đến tác động vào sự cân bằng của nồng độ
auxin nôi sinh, auxin ngoại sinh của mô tế bào thực vật và sự mất cân bằng giữa tỷ lệ
giữa auxin và cytokinin nên đã dẫn đến kết quả thấp hơn các công thức đối chứng. Như
vậy có thể thấy rằng tùy thuộc vào từng giống lúa khác nhau, vào nồng độ của hormone
nội sinh, sự tương tác của các đơn chủng hay đa chủng vi khuẩn có sự ảnh hưởng nhất
định đến khả năng sinh trưởng của từng giống.
PHẦN I. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Theo nghiên cứu và số liệu thống kê của Godfray và cộng sự (2010), dân số thế
giới được giả định tăng từ 7 tỷ ở hiện tại lên 8,3 tỷ USD trong năm 2025 và như vậy thế
giới sẽ cần nhiều thức ăn hơn 70 đến 100 % vào năm 2050. Chính vì thế, việc sản xuất
các loại ngũ cốc, đặc biệt là lúa mì, gạo và ngô, chiếm một nửa lượng calo của con người,
cũng phải được tăng lên để đáp ứng nhu cầu. Hiện nay, sự tăng trưởng sinh khối thực vật
được tăng cường bởi các nguồn bổ sung của hóa chất mà hoạt động như chất điều hòa
sinh trưởng thực vật (sử dụng một cơ chế kích thích tố) và các chất dinh dưỡng. Các chất
dinh dưỡng được bổ sung vào đất thành phần chủ yếu lànitơ, phốt pho và kali. Theo
Roberts (2009) việc sử dụng toàn cầu hàng năm của nitơ hóa học, phốt pho và phân bón
kali là 130, 40, và 35 triệu tấn. Tương ứng với việc sử dụng nhiều của hóa chất trong
trồng trọt dẫn đến một số vấn đề như ô nhiễm nước, suy thoái đất, mất đa dạng sinh học
và tăng nguy cơ ảnh hưởng có hại đến sức khỏe cho con người.

Hiện nay một hướng nghiên cứu đang rất được các nhà khoa học quan tâm đó là
sử dụng các vi khuẩn vùng rễ có khả năng kích thích sinh trưởng của thực vật (plant
growth-promoting rhizobacteria - PGPR). Vi khuẩn thúc đẩy sinh trưởng thực vật là các
loài vi khuẩn có thể được tìm thấy trong các vùng rễ, bề mặt rễ và có thể cải thiện mức độ
hay chất lượng sự phát triển của thực vật một cách trực tiếp và hoặc gián tiếp. Một trong
những cơ chế trực tiếp mà nhóm vi khuẩn PGPR giúp tăng trưởng thực vật đáng quan
tâm là các chủng PGPR có khả năng sản xuất và điều chỉnh sự tổng hợp chất điều hòa
sinh trưởng hay phytohormone trong cá thể thực vật (Glick năm 1995). Đặc biệt các
chủng có khả năng sản sinh chất điều hòa sinh trưởng thuộc nhóm auxin Indole-3-acetic
acid (IAA) như Rhizobium, Microbacterium, Sphingomonas, Mycobacterium, Bacillus,
Pseudomonas và Azotobacter (Choi và cs, 2008) được đánh giá là có ý nghĩa to lớn đối
với nền sản xuất nông nghiệp khi các báo cáo ở các tài liệu trên thế giới đã chỉ ra rằng
PGPR có thể kiểm soát các tác nhân từ nguồn bệnh và sâu bệnh, kích thích tăng trưởng
thực vật, tăng năng suất cây trồng và cải thiện chất lượng các sản phẩm nông nghiệp,
chúng có thể có những tác động diễn ra đồng thời ở thực vật hay theo một tuần tự
(Lugtenberg và cs, 2013).
Từ những cơ sở thực tiễn nói trên chúng tôi xây dựng đề tài nghiên cứu: “Đánh
giá tác động của một số chủng vi khuẩn có khả năng sinh IAA đến sự nảy mầm, và
sinh trưởng của cây con nảy mầm từ hạt trên cây lúa”. Hướng nghiên cứu tập trung
chủ yếu phân lập, đánh giá, tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA
cao và tác động tích cực đến sự sinh trưởng và phát triển của cây con nảy mầm từ các loại
hạt giống khác nhau
2. Mục đích và yêu cầu
2.1. Mục đích
Đánh giá sự tương tác của một số chủng vi khuẩn có khả năng sinh IAA đến sự
nảy mầm và sự sinh trưởng của cây con nảy mầm từ hạt lúa.
2.2. Yêu cầu
- Phân lập được các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA từ rễ cây lúa.
- Đánh giá được các đặc điểm sinh học và các điều kiện tối ưu tổng hợp IAA của
các chủng vi khuẩn phân lập được.

- Đánh giá được khả năng tương tác của các chủng vi khuẩn phân lập được đến sự
nảy mầm của hạt lúa trong điều kiện invitro.
- Đánh giá được khả năng tương tác của các chủng vi khuẩn phân lập được đến sự
sinh trưởng của cây con nảy mầm từ hạt lúa trong điều kiện invitro.
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng cây trồng (PGPR)
1.1. Khái niệm
Sự phát triển của thực vật trên nền đất nông nghiệp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu
tố vô sinh và hữu sinh. Khái niệm vùng rễ lần đầu tiên được giới thiệu bởi Hiltner để mô
tả các vùng hẹp của đất xung quanh rễ, nơi dân số vi khuẩn được kích thích phát triển bởi
sự hoạt động của rễ (Hiltner, 1904). Theo McCully (2005), vùng rễ bao gồm đất xung
quanh rễ cũng như các nhân tố vật lý, hóa học, sinh học ở trong đấy đã được thay đổi bởi
hoạt động của rễ. Ngoài một số lượng lớn các vi khuẩn còn có các vi sinh vật khác như
nấm, động vật nguyên sinh và tảo cùng tồn tại trong vùng rễ. Để hỗ trợ cho các hoạt động
của những vi khuẩn có lợi cho vùng rễ của mình, thực vật sẽ giải phóng các hợp chất hữu
cơ thông qua dịch tiết (Lynch, 1990) tạo ra một môi trường sống rất chọn lọc (García và
cs, 2001).
Tầm quan trọng của vi khuẩn vùng rễ từ lâu đã được công nhận, tuy nhiên, vi
khuẩn vùng rễ chỉ là một phần nhỏ trong tổng số đa dạng sinh học đất. Có một nhóm vi
khuẩn đất trong các thập niên gần đây đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu
là nhóm vi khuẩn được gọi là vi khuẩn vùng rễ thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR). Vi
khuẩn vùng rễ thúc đẩy tăng trưởng thực vật là vi khuẩn cư ngụ ở rễ cây, chúng có khả
năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật, làm giảm bệnh hoặc các thiệt hại do côn trùng. PGPR
đã và đang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều và nhiều sinh phẩm của nó đã được
thương mại hóa phục vụ cho sản xuất nông nghiệp (Antoun và Kloepper, 2001). Ví dụ,
chi Rhizobium là nhóm vi khuẩn vùng rễ được biết đến rộng rãi nhất và nó đã được
thương mại hóa thành công với nhiều ứng dụng thực tế trong nông nghiệp theo nguyên lý
phát triển cộng sinh với thực vật (Saharan và cs, 2011).
Vào đầu những thế kỉ này, mặc dù có rất nhiều loài vi khuẩn liên kết hay cộng
sinh với thực vật từ đó kiểm soát sự sinh trưởng của thực vật nhưng chúng lại chưa được

nghiên cứu rộng rãi cho đến khi các công bố mang tính đột phá về sự tương tác của vi
khuẩn đến thực vật từ những nghiên cứu của Bashan và Holguin (1998), sự phát hiện vi
khuẩn Pseudomonads có khả năng kiểm soát các mầm bệnh và gián tiếp điều khiển sự
phát triển thực vật của Kloepper và cs(1980), hay việc tìm thấy Azosprillum sp., a
diazotrophic, loài vi khuẩn sống tự do tăng nhanh xung quanh vùng rễ của cây trồng
nhiệt đới (Maria và cs, 2002).
Các nhà nghiên cứu hiện nay đã ứng dụng đặc tính có lợi của các chủng vi khuẩn
vùng rễ và mang lại thành công trong các thí nghiệm như nâng cao chất lượng và sản
lượng của khoai tây, củ cải đường, củ cải và khoai lang (Barriuso và cs, 2008). Ứng dụng
thương mại của PGPR đang được thử nghiệm và đã có rất nhiều thành công. Tuy nhiên,
sự hiểu biết tường tận hơn về khả năng tương tác của vi sinh vật dẫn đến tăng trưởng của
thực vật sẽ làm tăng tỷ lệ thành công của các ứng dụng trên nhiều lĩnh vực phục vụ cho
mục đích phát triển nông nghiệp bền vững (Kloepper và cs, 1980).
PGPR có ảnh hưởng đến tăng trưởng nhiều loại thực vật khác nhau bằng các cơ
chế trực tiếp hoặc gián tiếp và chúng chịu ảnh hưởng của một số thay đổi hóa học trong
đất. Vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPB) cũng đã được báo cáo gây ảnh
hưởng đến sự tăng trưởng, năng suất và hấp thu dinh dưỡng bởi một loạt các cơ chế. Một
số chủng vi khuẩn trực tiếp điều tiết sinh lý học thực vật bằng cách bắt chước tổng hợp
các hormone thực vật, trong khi những chủng khác tăng khoáng chất và nitơ sẵn có trong
đất như là một cách để làm tăng thêm tốc độ tăng trưởng. Các chủng có thể biểu hiện
nhiều hơn hai hoặc ba đặc điểm thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGP), có thể thúc đẩy
tăng trưởng thực vật trực tiếp hoặc gián tiếp hoặc kết hợp (Okon và Labandera-Gonzalez,
1994). Sự tăng trưởng thực vật cũng như hiệu quả sự tương tác của vi khuẩn bị ảnh
hưởng bởi tình trạng dinh dưỡng của đất. Việc cấy vi khuẩn có tác dụng kích thích thì
thực vật tăng trưởng tốt trong đất thiếu dinh dưỡng hơn trong đất giàu chất dinh dưỡng
(Glick, 1995). Việc kiểm tra đồng thời vi khuẩn vùng rễ tổng hợp auxin cho thúc đẩy
tăng trưởng trong điều kiện môi trường tự nhiên và trong điều kiện in vitro là một
phương pháp hữu ích để lựa chọn hiệu quả các chủng PGPR có khả năng tổng hợp auxin
chính xác nhất (Asghar và cs, 2004). Ví dụ như, một số PGPR giải phóng một hỗn hợp
các thành phần bay hơi như 2, 3 - butanediol và acetoin thúc đẩy sự tăng trưởng của cây

Arabidopsis thaliana (Ryu và cs, 2003). Thí nghiệm của Anjum và cộng sự (2007) cho
thấy, việc cấy vi khuẩn diazotroph làm tăng đáng kể năng suất bông hạt, chiều cao cây và
cộng đồng vi khuẩn trong đất (Anjum và cs, 2007). Một thí nghiệm khác trên cây đậu
chickpea đã chỉ ra rằng việc lây nhiễm các PGPR có khả năng làm giàu phốt pho một
cách thống nhất đã cải thiện tăng trưởng, năng suất và nốt sần (Shahzad và cs, 2008).
PGPR có thể điều chỉnh rễ phát triển và tăng trưởng thông qua việc sản xuất
phytohormones, chất chuyển hóa trung gian và các enzym. Những tác động phổ biến nhất
quan sát được là giảm tốc độ tăng trưởng của rễ chính, và tăng số lượng và chiều dài của
rễ và lông rễ. PGPR cũng ảnh hưởng đến dinh dưỡng cây trồng thông qua cố định đạm,
hòa tan photpho, hoặc sản xuất siderophore, và sửa đổi chức năng sinh lý rễ bằng cách
thay đổi gen phiên mã và chất chuyển hóa được sinh tổng hợp trong tế bào thực vật.
(Vacheron, 2013)
Hình 1: Tác động của PGPR trên rễ thực vật. (Vacheron, 2013)
1.2. Phân loại và ứng dụng
Những loài vi khuẩn đất mà phát triển mạnh trong vùng rễ của cây đồng thời cũng
có thể phát triển trong, trên hoặc xung quanh các mô thực vật, kích thích tăng trưởng thực
vật bởi rất nhiều cơ chế thì các vi khuẩn được gọi chung là PGPR (vi khuẩn vùng rễ thúc
đẩy tăng trưởng thực vật) (Akhtar và cs, 2012).Thường thì PGPR được phân loại thành
hai nhóm chính là PGPR kiểm soát sinh học (Biocontrol PGPR) và vi khuẩn tăng trưởng
thực vật “ plant growth promoting bacterial (PGPB)” (Bashan and Holguin, 1998). Chúng
cũng thể hiện cho những ứng dụng nổi bật của các đặc tính có lợi của chính những chủng
vi khuẩn này.
1.2.1. PGPR kiểm soát sinh học
Ứng dụng của nguyên liệu hoá học cho sản xuất phân bón cũng như thuốc trừ sâu
làm cải thiện năng suất cho một nền nông nghiệp truyền thống. Tuy nhiên, hiện nay các
nhà khoa học đang muốn hướng đến một giải pháp thay thế cho hệ thống này. Sử dụng
các vi khuẩn như các tác nhân kiểm soát sinh học cho bệnh thực vật có nguồn gốc từ đất
đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỉ vừa qua (Landa và cs, 2004). Từ việc nghiên cứu
ngăn chặn các bệnh ở rễ bên trong đất đã rút ra được kinh nghiệm đáng chú ý là sử dụng
phương pháp luân canh để duy trì năng suất cho hệ sinh thái nông nghiệp (Hu và cs,

1997). Vi khuẩn vùng rễ thuộc nhóm kiểm soát sinh học PGPB thì có khả năng ngăn
chặn các bệnh thực vật bằng cách sản sinh hàng loạt các chất ức chế hay gia tăng sức đề
kháng bẩm sinh của thực vật (Jetiyanum and Klopper, 2002; Gardner và cs, 2001;
Bashan, 2002). Những chủng PGPB kiểm soát sinh học có thể tăng nhanh sinh khối ở
vùng rễ và cạnh tranh cùng với những chủng vi sinh vật có hại như những vi sinh vật gây
bệnh trên bề mặt rễ của cây (Rangarajan và cs, 2003). Một số các phương thức hoạt động
sử dụng các vi khuẩn có khả năng kiểm soát sinh học vùng rễ được thảo luận ở các mục
dưới đây.
1.2.1.1. Khả năng kháng nấm của PGPR
PGPR ngăn chặn sự gia tăng của các bệnh từ nấm và do đó hỗ trợ tăng trưởng thực
vật. Một số PGPR tổng hợp kháng sinh chống nấm, ví dụ P. fluorescens sản xuất
phloroglucinol 2,4 - diacetyl ức chế sự tăng trưởng của nấm đạo ôn (Nowak-Thompson
và cs, 1994). Một số PGPR làm suy giảm khả năng sản sinh axit fusaric do nấm
Fusarium sp. do đó ngăn chặn được bệnh héo xanh trên một số loài thực vật (Toyoda và
Utsumi, 1991). Một số PGPR cũng có thể sản xuất các enzyme làm tan tế bào nấm. Ví
dụ: Pseudomonas stutzeri sản xuất chitinase ngoại bào và laminarinasecó khả năng làm
tan các sợi nấm Fusarium solani (Mauch và cs, 1988). Trong những năm gần đây,
fluorescent Pseudomonas đã được đề xuất như nhân tố tiềm năng kiểm soát sinh học do
khả năng xâm chiếm vùng rễ và bảo vệ thực vật chống lại một loạt các bệnh nấm nguy
hiểm như đen mục rễ của thuốc lá (Voisard và cs, 1989), rễ thối hạt đậu (Papavizas và
cs, 1974), mục rễ của lúa mì (Garagulia và cs, 1974), sự thối úng của củ cải đường
(Kumar và cs, 2002). Và như triển vọng của kĩ thuật di truyền sinh vật thì chúng được
phân lập và tuyển chọn từ đó thương mại hóa thành các sản phẩm kiểm soát bệnh sinh
học để nâng cao chất lượng sản phẩm (Dowling và O'Gara, 1994).
1.2.1.2. PGPR hoạt động dưới điều kiện bất lợi của môi trường
Cây trồng nông nghiệp sinh trưởng trong nhiều điều kiện bất lợi gây ra bởi cả hai
yếu tố sinh học và phi sinh học. Những bất lợi này đã làm giảm sản lượng các loại cây
trồng và là rào cản đối với sự phát triển của cây trồng ở các khu vực không phù hợp cho
trồng trọt. Các thiệt hại năng suất gắn liền với điều kiện bất lợi phi sinh học có thể đạt
50% đến 82%, tùy thuộc vào mùa vụ (Saharan và cs, 2011). Trong nhiều khu vực bán

khô cằn và khô cằn trên thế giới, sản lượng cây trồng bị hạn chế do độ mặn của nước
trong hệ thống thủy lợi cũng như độ mặn đất quá cao. Khi độ mặn cao, thực vật giảm tốc
độ tăng trưởng lá do giảm sự hấp thu nước, trong đó hạn chế khả năng quang hợp. Cây
trồng đã phải thay đổi sự trao đổi chất và sinh lý trong phản ứng với nồng độ muối bất lợi
và thiếu nước (hạn hán) (Hu, 2005). Sự tương tác các chủng PGPR đã làm giảm bớt
nồng độ muối cao trong thực vật (Saharan và cs, 2013). Ví dụ như ở cây đậu tương thì đất
mặn là một trong những yếu tố nghiêm trọng nhất hạn chế sự phát triển của nốt sần, năng
suất và phản ứng sinh lý (Saharan và cs, 2011). Sự gia tăng độ mặn trong đất đã gây ra
những rối loạn sinh lý ở rau diếp (Han và Lee, 2005). Mục tiêu lâu dài của sự tương tác
giữa thực vật và các chủng vi sinh vật là tác động đến độ mặn của đất, từ đó cải thiện
năng suất cây trồng ở những vùng địa lý này. Ví dụ cụ thể được nêu ra là sự hiểu biết về
cơ chế thích nghi thẩm thấu (osmoadaptation) trong Azospirillum sp. Tổng hợp và hoạt
động của nitrogenases trong A. brasilense bị ức chế bởi điều kiện mặn bất lợi (Tripathi và
cs, 2002). Tripathi và cộng sự (2002) theo các tác giả này báo cáo rằng trong
Azospirillum sp. có một sự tích lũy các chất hòa tan tương thích như glutamate, proline,
glycine betaine và trehalose để phản ứng lại với độ mặn thông qua cơ chế thẩm thấu,
proline đóng vai trò quan trọng trong thẩm thấu thông qua tăng sinh trong điều kiện bất
lợi từ đó thay đổi các osmolyte được chi phối từ glutamate để proline di chuyển vào
trong A. brasilense. Azospirillum cộng sinh trên cây lúa miến đã giúp tiềm năng tích trữ
về nước cao hơn và làm giảm nhiệt trong cây khi thời tiết quá nắng nóng. Do đó, chúng ít
bị hạn hán hơn những cây không có sự cộng sinh của loài vi khuẩn này. Saleena và cộng
sự (2002) đã nghiên cứu sự đa dạng của Azospirillum sp. bản địa cộng sinh với lúa và
canh tác dọc theo bờ biển của bang Tamil Nadu.
Các PGPR chứa deaminase ACC có mặt trong nhiều loại đất khác nhau, chúng
hứa hẹn thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật nhờ sự tương tác cùng vi khuẩn, đặc biệt là
trong điều kiện không thuận lợi về môi trường như lũ lụt, kim loại nặng, phytopathogens,
hạn hán và muối cao. Ethylene là một phytohormone quan trọng, hơn nữa nếu được sản
xuất trong điều kiện bất lợi có thể dẫn đến sự ức chế tăng trưởng thực vật hoặc gây chết,
đặc biệt là cho cây giống. PGPR chứa deaminase ACC có thể thủy phân ACC, các tiền
thân trực tiếp của ethylene, F-ketobutarate và ammonia, bằng cách đó chúng thúc đẩy

tăng trưởng của thực vật. Cộng sinh các loại cây trồng với PGPR chứa ACC deaminase
có thể hỗ trợ tăng trưởng cho thực vật bằng cách giảm tác hại của ethylene trong điều
kiện độ mặn bất lợi (Belimov và cs, 2001).
1.2.1.3. PGPR sản sinh HCN
Một nhóm vi sinh vật hoạt động như các tác nhân kiểm soát sinh học của các loài
cỏ dại bao gồm các vi khuẩn hại vùng rễ (DRB – deleterious rhizobacteria) mà có thể cư
trú trên bề mặt rễ cây và có thể ngăn chặn tăng trưởng thực vật (Suslow và Schroth,
1982). Nhiều DRB đặc hiệu trên những loài cây trồng cụ thể (Schippers và cs, 1987).
Cyanide là chất hóa học nguy hiểm bởi chúng có tính độc hại. Xyanua hoạt động như một
chất ức chế chuyển hóa chung, nó được tổng hợp, bài tiết và chuyển hóa bởi hàng trăm
sinh vật, bao gồm vi khuẩn, tảo, nấm, thực vật và côn trùng, nó được sử dụng như một
chất tự bảo vệ để tránh ăn thịt hoặc cạnh tranh cùng loài. Các loài thực vật nói chung là
không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi cộng sinh với chủng vi khuẩn sản sinh cyanide và những
vi khuẩn vùng rễ đặc hiệu ở từng loại thực vật có thể làm tác nhân sinh học kiểm soát cỏ
dại (Zeller và cs, 2007). Một chất chuyển hóa trung gian được sản xuất thường bởi
Pseudomonads vùng rễ là Hydrogen cyanide (HCN), một loại khí gây ảnh hưởng tiêu cực
đến sự trao đổi chất và tăng trưởng của rễ (Schippers và cs, 1990), một cơ chế tiềm năng
và tương thích với môi trường để kiểm soát sinh học của cỏ dại (Heydari và cs, 2008).
Các HCN đã được tìm thấy ở cả Pseudomonas (88,89 %) và Bacillus (50 %) trong đất
vùng rễ và nốt rễ cây (Ahmad và cs, 2008). HCN là một chất gây ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng và là chất chuyển hóa kiểm soát sinh học trong loài Pseudomonas. HCN
chỉ được biết đến khi Castric (1977) lấy bằng chứng rằng glycine là một tiền thân của
HCN cho P. Aeruginosa. Các cây lúa miến có các kiểu gen khác nhau thì có các liên kết
khác nhau với vi sinh vật đất và kiểu ảnh hưởng khác nhau đến số FLPs (Fluorescent
pseudomonads) trong hệ thống canh tác (Funnell-Harris và cs, 2008). Một số nghiên cứu
gần đây đã chỉ ra rằng một số các Pseudomonas spp. chuyển hóa chất HCN có thể nâng
cao khả năng phát triển của cây. Wani và cs (2007) đã thử nghiệm rễ phân lập cho khả
năng sản xuất HCN trong ống nghiệm cho thấy rằng hầu hết các chủng sản xuất HCN hỗ
trợ cho sự phát triển của thực vật. Các chủng từ đất vùng rễ của đậu xanh cũng thể hiện
nhiều hơn hai hoặc ba đặc điểm của PGPR bao gồm cả sản xuất HCN cũng thúc đẩy tăng

trưởng thực vật trực tiếp hoặc gián tiếp hoặc cộng sinh. Vùng rễ có lượng lớn tập trung
của Mesorhizobiumloti MP6 đã sản xuất cyan hytric axit (HCN) trong điều kiện phát
triển bình thường và tăng cường sự phát triển của mù tạt Ấn Độ (Brassica campestris)
(Chandra và cs, 2007). Phân lập các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus và Pseudomonas
từ đất vùng rễ mù tạt có khả năng sản xuất HCN và không có bất kỳ thay đổi đáng kể nào
trong khả năng sản xuất HCN khi ứng dụng chúng cho sản xuất thuốc diệt cỏ (quizalafop-
p-ethyl & clodinafop).
1.2.1.4. PGPR tổng hợp khoáng chất
Sắt là một yếu tố tăng trưởng quan trọng cho tất cả các sinh vật sống. Sự khan
hiếm sắt sinh học trong môi trường sống của đất và trên bề mặt cây tạo nên một cuộc
cạnh tranh dữ dội (Loper và Henkels, 1997). Khi sắt dưới giới hạn thì tạo điều kiện cho
PGPB sản xuất các hợp chất phân tử trọng lượng thấp gọi là siderophores để cạnh tranh
được ion sắt (Whipps, 2001). Siderophores (tiếng Hy Lạp : "phần tử mang sắt" ) là khá
thấp, có ái lực cao với sắt, các hợp chất tạo phức được tiết ra bởi vi sinh vật như vi
khuẩn, nấm và cỏ (Miller và Marvin, 2008). Vi sinh vật giải phóng siderophores lọc sạch
sắt từ các giai đoạn khoáng sản hình thành phức hợp Fe
3+
có thể hoà tan được rồi vận
chuyển lên bởi cơ chế dẫn truyền. Siderophores nằm trong số những chất kết dính Fe
3+
mạnh nhất được biết đến, enterobactin là một trong những nhóm mạnh nhất trong số này
(Raymond và cs, 2003). Phân phối các chủng có khả năng sản xuất siderophores theo
phân tích nhóm giới hạn khuếch đại DNA ribosome (ARDRA - Amplified ribosomal
DNA restriction analysis) cho kết quả rằng hầu hết các phân lập thuộc về vi khuẩn Gram
âm tương ứng với chi Pseudomonas và Enterobacter, chi Bacillus và Rhodococcus là vi
khuẩn Gram dương đều có khả năng sản xuất siderophores (Tian và cs, 2009).
1.2.2. PGPR kiểm soát tăng trưởng thực vật
1.2.2.1. PGPR cố định đạm
Một số loài vi khuẩn thuộc chi Azospirillum, Alcaligenes, Arthrobacter,
Acinetobacter, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium,

Pseudomonas, Rhizobium, Serratia liên quan đến rễ cây và có thể gây ra tác dụng có lợi
đối với sự tăng trưởng của thực vật (Egamberdiyeva, 2005). Thành phần dịch tiết ở rễ của
từng loài thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn và làm phong phú thêm các
loại vi khuẩn. Vì vậy, cộng đồng vi khuẩn trong vùng rễ phát triển tuỳ theo tính chất và
nồng độ các hợp chất hữu cơ của dịch tiết cũng như khả năng tương ứng của vi khuẩn để
sử dụng như các nguồn năng lượng đó (Curl và Truelove, 1986). Theo Hallmann và cộng
sự (1997) liên tục thấy sự tồn tại của vi khuẩn trong đất vùng rễ, bề mặt rễ và nội bào của
các mô thực vật. Sự tương tác kết hợp của thực vật và vi sinh vật như một kết quả của
đồng tiến hóa, việc sử dụng các nhóm vi khuẩn sau để sản xuất những chế phẩm sinh học
phải được điều chỉnh trước, để nó phù hợp với một hệ thống nông nghiệp bền vững lâu
dài. PGPR thường được sử dụng như những chế phẩm sinh học để cải thiện tốc độ tăng
trưởng và năng suất của cây trồng nông nghiệp, chúng như một biện pháp khả thi để thay
thế phân hóa học, thuốc trừ sâu, và các chất kích thích (Ashrafuzzaman và cs, 2009).
Việc sử dụng phân bón sinh học và chất tăng trưởng sinh học từ vi khuẩn cố định cũng
như lợi ích vi sinh vật mang lại có thể làm giảm lượng sử dụng phân bón hóa học do đó
chi phí sản xuất thấp hơn. Không chỉ có vậy, việc sử dụng PGPR để tăng năng suất thay
thế phân bón hóa học còn giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường, hướng đến một
nền nông nghiệp sinh thái (Ştefan và cs, 2008). Do đó vi khuẩn vùng rễ là một tác nhân
tiềm năng cho sự thúc đẩy tăng trưởng thực vật trong nông nghiệp (Chaiharn và cs,
2008), được sử dụng như những chế phẩm sinh học để cải thiện tốc độ tăng trưởng và
năng suất của cây trồng nông nghiệp. PGPR hoặc sự kết hợp của PGPR và AMF
(Arbuscular mycorrhiza fungi – nấm vùng rễ Arbuscular) có thể nâng cao hiệu quả sử
dụng chất dinh dưỡng của phân bón và cho phép áp dụng tỉ lệ giảm phân bón hóa học
(Adesemoye và cs, 2009). Việc sử dụng PGPR phân lập được như những chế phẩm phân
bón sinh học có lợi cho canh tác lúa giúp tăng cường sự phát triển của lúa bằng cách thúc
đẩy tăng trưởng những chỉ tiêu sinh lý khác. Ứng dụng sự tương tác kết hợp của PGPR
như phân sinh học ảnh hưởng đến năng suất và có lợi cho tăng trưởng của đậu chickpea
trong điều kiện thực nghiệm (Rokhzadi và cs, 2008). Cố định đạm sinh học đóng góp 180
X 10
6

tấn/năm trên toàn cầu, mà trong đó các tập đoàn vi sinh vật cộng sinh sản xuất
80% và phần còn lại đến từ các hệ thống sống tự do hoặc kết hợp (Graham và cs, 1988).
Theo Young (1992), vi khuẩn và tảo có khả năng cố định một lượng đáng kể nitơ trong
không khí để làm giàu cho đất. Cố định đạm bao gồm cố định đạm cộng sinh (N
2
-cố
định) và không cộng sinh. Trong cố định đạm cộng sinh, vi khuẩn và các vi sinh vật khác
sẽ cộng sinh bắt buộc trong cây họ đậu và Frankia trong cây không phải họ đậu. Trong
cố định đạm không cộng sinh (sống tự do, kết hợp hoặc endophytic) nhưng vi khuẩn vẫn
có khả năng cố định N
2
như: vi khuẩn lam, Azospirillum, Azotobacter, Acetobacter
diazotrophicus, Azoarcus,
1.2.2.2. Khả năng phân giải Phosphate của PGPR
Cải thiện độ phì của đất là một trong những chiến lược phổ biến nhất để tăng sản
xuất nông nghiệp. Khả năng cố định đạm sinh học là rất quan trọng trong việc nâng cao
độ phì của đất. Ngoài việc cố định đạm sinh học, phosphate hòa tan cũng không kém
phần quan trọng. Phốt pho (P) là chất dinh dưỡng thiết yếu quan trọng cho sự tăng trưởng
và phát triển sinh học. Vi sinh vật cung cấp một hệ thống sinh học có khả năng hoà tan P
vô cơ trong đất để sẵn có cung cấp cho thực vật. Một số vi sinh vật có khả năng chuyển
đổi phốt pho hòa tan (P) thành một dạng dễ hấp thu, như orthophosphate, đây một đặc
điểm quan trọng của một nhóm PGPB giúp tăng sản lượng cây trồng (Rodriguez và cs,
2006). Vi khuẩn vùng rễ sử dụng phosphate có thể là một tác nhân đầy hứa hẹn cho sự
thúc đẩy tăng trưởng thực vật trong nông nghiệp. Theo Chen và cộng sự (2006) có thể sử
dụng các vi khuẩn hòa tan phosphate như những chế phẩm làm tăng sự hấp thu của P của
cây trồng. Trong cộng đồng rất đa dạng các vi sinh vật sinh sống trên rễ, vi khuẩn và các
vi sinh vật hòa tan phosphate PSM (Phosphate Solution Microoganism – Vi sinh vật phân
giải phốt pho) đã cung cấp một giải pháp công nghệ sinh học mới thay thế những cái cũ
giúp đáp ứng nhu cầu P của thực vật, hướng tới nền sản xuất nông nghiệp bền vững.
Những sinh vật này không những cung cấp P cho thực vật mà còn tạo điều kiện cho

chúng phát triển bởi các cơ chế khác. PSM bao gồm chủ yếu là vi khuẩn và nấm. PSM
hiệu quả nhất thuộc về chi Bacillus, Rhizobium và Pseudomonas, trong nấm Aspergillus
và Penicillium. Trong vi khuẩn vùng rễ, hai loài nốt sần đậu xanh là Mesorhizobium
ciceri và Mesorhizobium Mediterraneum được gọi là những đối tượng hoà tan phosphate
tốt (Rivas và cs, 2006).
1.2.2.3. PGPR tổng hợp phytohormone
Hormon thực vật là những tác nhân hóa học có ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng
với môi trường của mỗi loại cây. Các nội tiết tố hay hormone nội sinh là các hợp chất
hữu cơ có hiệu quả rất tốt ở nồng độ rất thấp, chúng thường được tổng hợp trong một
phần của thực vật và vận chuyển đến các vị trí khác. Chúng tương tác với mô đích cụ thể
gây ra phản ứng sinh lý, chẳng hạn như sự tăng trưởng hay chín trái cây, Mỗi hiện
tượng sinh lý đấy thường là kết quả của hai hoặc nhiều hormone tác động cùng nhau. Vì
hormon có tác dụng kích thích hoặc ức chế tăng trưởng thực vật nên nhiều nhà thực vật
học cho rằng chúng như các chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Các nhà thực vật học
phân loại hormon thực vật thành năm nhóm chính là: auxin, giberelin, ethylene,
cytokinin, và axit abscisic (Lugtenberg và cs, 2013).
Thực vật sản xuất phytohormones hay các chất điều hòa sinh trưởng, ví dụ như các
hợp chất ở nồng độ thấp hơn 1 mM có thể điều chỉnh tốc độ tăng trưởng và phát triển của
cây. Có bảy loại hormon thực vật, cụ thể là gồm 5 nhóm chính auxin, cytokinin,
giberelin, axit abscisic, ethylene và 2 nhóm mới phát hiện gần đây là strigolactones và
brassinosteroid. Phytohormones điều hòa các quá trình như phân chia tế bào, tăng kích
thước kéo dãn tế bào, sự phân hóa, nảy chồi và làm già hóa các tế bào. Con đường tổng
hợp phytohormone và sự tương tác của chúng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình
phối hợp và phản ứng của tế bào (Moller và cs, 1999; Santner và cs, 2009). Nhiều vi
khuẩn vùng rễ có thể sản xuất các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong ống nghiệm,
chẳng hạn như auxin, cytokinin, giberelin, axit abscisic, và ethylene (Zahir và cs, 2003).
Vi khuẩn sản xuất ra axit abscisic và ethylene được biết đến như các tác nhân kiểm soát
trong điều kiện bất lợi. Hiện nay, chưa biết tới loài vi khuẩn hay nấm nào có thể sản xuất
được brassinosteroid và strigolactones.
Sản xuất phytohormone bởi các vi khuẩn có thể điều chỉnh mức độ hoóc môn thực

vật nội sinh và do đó có thể có một ảnh hưởng to lớn đối với tăng trưởng và phát triển
của thực vật (Gray, 2004; Van Loon, 2007).
• PGPR tổng hợp Cytokinin.
Nhiều loại vi khuẩn vùng rễ có thể sản xuất cytokinin trong môi trường nhân tạo,
ví dụ như Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Burkholderia, Erwinia, Pantoea
agglomerans, Pseudomonas, Rhodospirillum rubrum, Serratia và Xanthomonas (García
và cs, 2001). Quang phổ của cytokinin sản xuất bởi vi khuẩn vùng rễ tương tự như sản
xuất ở thực vật (Barea và cs năm 1976; García và cs, 2001; Frankenberger và Arshad,
1995) trong đó isopentenyladenine, trans - zeatin, cis- zeatin và ribosides của chúng là
phổ biến nhất được tìm thấy.
• PGPR tổng hợp Gibberellins (GAs)
Các chủng vi khuẩn sản xuất giberelin được biết đến như Acinetobacter,
Agrobacterium, Arthrobacter, Azospirillum brasilense, A. lipoferum, Azotobacter,
Bacillus, Bradyrhizobium japonicum, Clostridium, Flavobacterium, Micrococcus,
Pseudomonas, Rhizobium và Xanthomonas, tiết ra nó trong vùng rễ (Frankenberger và
Arshad, 1995; Gutiérrez Manero và cs, 2001; Rademacher, 1994; Tsavkelova và cs,
2006). Hầu hết khả năng tổng hợp gibberellin trong vi khuẩn vùng rễ đều đang trong quá
trình nghiên cứu và tìm hiểu.
Kang và cs (2009) cho thấy hệ thống nuôi cấy huyền phù của GAs được sản xuất
bởi calcoaceticus Acinetobacter đã có thể tăng sự phát triển của dưa chuột, bắp cải Trung
Quốc và hoa cúc mão. Cơ chế kích thích tăng trưởng thực vật của vi khuẩn tổng hợp
giberelin vẫn còn chưa sáng tỏ. Người ta cho rằng vi khuẩn có thể làm tăng mức độ GA
trong các khu vực trồng bằng một trong hai cách là tổng hợp GA hay phân giải GA từ
dịch tiết rễ hoặc là hydroxylating bất hoạt GA với nhiều hình thức hoạt động (Bottini và
cs, 2004). Fulchieri và cộng sự (1993) cho rằng giberelin tăng mật độ lông hút ở vùng rễ
liên quan đến dinh dưỡng và hấp thu nước.
• PGPR tổng hợp Abcisic Acid (ABA)
ABA có thể được sản xuất trong môi trường nuôi cấy của một số vi khuẩn như
Azospirillum brasilense (Cohen và cs, 2008; Perrig và cs, 2007; Boiero và cs, 2007) và
Bradyrhizobium japonicum. Nồng độ ABA trong các khu vực đất trồng Arabidopsis

thaliana đã được tăng lên bởi Azospirillum brasilense SP25 (Cohen và cs, 2008).
Hiệu quả của lây nhiễm vi khuẩn sản xuất ABA trên tăng trưởng thực vật được thử
nghiệm bởi Miernyk (1979) để củng cố thêm. Kết quả nghiên cứu cho thấy ABA ức chế
sự tổng hợp của cytokinin từ đó đã suy đoán rằng sự tăng trưởng ABA dẫn đến sự tăng
trưởng của thực vật bằng cách can thiệp với cytokinin (Spaepen và cs, 2009). Bên cạnh
đó ABA do vi khuẩn tiết ra cũng có thể làm giảm bớt stress thực vật bằng cách tăng tỷ lệ
rễ/chồi (Boiero và cs, 2007).
• PGPR tổng hợp Auxin
IAA (axit indole-3-acetic acid) thuộc nhóm phytohormones và thường được coi là
nguồn gốc quan trọng nhất trong nhóm auxin. Nó hoạt động như một phân tử tín hiệu
quan trọng trong việc điều tiết sự phát triển thực vật bao gồm cả sinh cơ quan, đáp ứng
với môi trường, phản ứng của tế bào chẳng hạn như tăng kích thước tế bào, phân chia,
phân biệt và điều hòa gen (Ryu và Patten, 2008). Có rất nhiều loài vi khuẩn có khả năng
tạo ra IAA - hoóc môn thực vật nhóm auxin. Con đường sinh tổng hợp tạo ra IAA đã
được xác định, lượng IAA dư thừa từ sinh tổng hợp đã tạo nên sự tương tác giữa thực vật
và vi khuẩn. Tương tác giữa vi khuẩn có khả năng tổng hợp IAA và thực vật dẫn đến sự
thay đổi về bệnh lý trong miễn dịch thực vật. Xem xét vai trò của vi khuẩn có khả năng
sinh IAA trong tương tác của chúng với thực vật cho thấy vi khuẩn sử dụng hoóc - môn
thực vật này để tương tác với thực vật như một phần chiến lược để xâm nhập vào bên
trong tế bào thực vật của chúng như là sự khắc phục của cơ chế miễn dịch thực vật cơ
bản. Hơn nữa, vài báo cáo gần đây cho thấy IAA cũng có thể là phân tử báo hiệu trong vi
khuẩn và do đó có thể có ảnh hưởng trực tiếp đối với sinh lý học vi khuẩn (Spaepen và
cs, 2007). Có nhiều hệ vi thực vật đất có khả năng tổng hợp auxin hoàn toàn cả khi ở
trong đất hay trong nuôi cấy. Tiềm năng tổng hợp auxin bởi vi khuẩn vùng rễ có thể được
sử dụng như một công cụ sàng lọc có hiệu quả chủng PGPR (Khalid và cs, 2004).
2. Quá trình xâm nhập của các vi khuẩn vào rễ thực vật
PGPR có liên kết đến rễ cây, bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp kích thích tăng
trưởng thực vật. Người ta phân loại quần thể vi khuẩn vùng rễ như sau:
(i ) vi khuẩn sống trong đất gần rễ, sử dụng các chất chuyển hóa bị rò rỉ từ rễ như
nguồn C và N

(ii ) vi khuẩn thuộc địa hóa rhizoplane (bề mặt rễ),
(iii ) vi khuẩn cư trú trong mô rễ, nằm ở khoảng trống giữa tế bào biểu bì mô rễ
(iv ) vi khuẩn sống bên trong các tế bào, trong cấu trúc chuyên hóa hoặc nốt và
thường rơi vào hai nhóm là các cây họ đậu có liên quan rhizobia và cây thân gỗ liên quan
đến loài Frankia.
Đây là sự sắp xếp theo thứ tự cộng sinh ít hay nhiều với các loài thực vật có liên
quan, từ gần như bình thường đến quy định và nằm trong cấu trúc đặc biệt của mô rễ.
Trong phân loại này, các cơ chế khác nhau của sự thúc đẩy tăng trưởng thực vật đã được
thành lập, được biết đến nhiều nhất là sự cộng sinh của rhizobia - cây họ đậu.
Vùng rễ có thể được định nghĩa là bất kỳ khối lượng đất mà chịu ảnh hưởng của rễ
cây hoặc kết hợp có rễ và lông và các nguyên liệu cho thực vật sử dụng cho sự phát triển
(Andrade và cs, 1997; Mahaffee và Kloepper, 1997; Bringhurst và cs, 2001). Không gian
này bao gồm lượng đất bị ràng buộc bởi rễ cây, thường mở rộng một vài milimet tính từ
mặt gốc (Bringhurst và cs, 2001) và có thể bao gồm lớp biểu bì của rễ thực vật
( Mahaffee và Kloepper, 1997). Dịch tiết của thực vật trong rễ, chẳng hạn như axit amin
và đường, cung cấp nguồn năng lượng và chất dinh dưỡng phong phú cho vi khuẩn dẫn
đến quần thể vi khuẩn lớn hơn trong khu vực này so với bên ngoài vùng rễ. Sinh vật vùng
rễ nhiều nhất xuất hiện trong vòng 50 mm của bề mặt rễ và các quần thể trong vòng 10
mm tính từ đó có thể đạt 1,2 ×10
8
tế bào/cm
3
hoặc 10
9
-10
12
tế bào vi khuẩn/g đất. Mặc dù
có số lượng lớn các vi khuẩn trong vùng rễ nhưng chỉ có 7-15 % tổng số bề mặt gốc là
thường bị chiếm đóng bởi các tế bào vi sinh vật (Foster và cs, 1983, Pinton và cs. 2001).
Vi khuẩn vùng rễ cư trú bên trong rễ cây, tạo thành các tập đoàn vi khuẩn lớn hơn là

endophytes. Chúng bao gồm một loạt các vi khuẩn trong đất tập hợp lại và không hẳn là
đặc hiệu như sự cộng sinh rhizobia - cây họ đậu. Endophytes có thể kích thích tăng
trưởng thực vật trực tiếp hoặc gián tiếp (Kobayashi và cs, 1995) và bao gồm các rhizobia.
Định nghĩa sau đây cho endophytic vi khuẩn đã được đề xuất : " những vi khuẩn có thể
được phân lập từ bề mặt khử trùng mô thực vật hoặc chiết xuất từ trong thực vật và rõ
ràng không gây hại cho cây trồng” (Hallmann và cs, 1997). Nói chung, một tỷ lệ lớn hơn
của endophytes là PGPR là trường hợp cho vi khuẩn sinh sống tại các rễ nổi trên mặt đất
hoặc rễ (Nowak, 1998). Vi khuẩn trong nốt sần (rhizobia) và các vi khuẩn vùng rễ cố
định đạm cũng là endophytes (Lodewyckx và cs. 2002 ), chúng sống trong các cơ quan rễ
phát triển đặc biệt, chúng có khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật thông qua các vi
khuẩn cố định đạm chủ yếu cây họ đậu rhizobia và cây thân gỗ liên quan đến loài
Frankia (Gardner và cs, 1984; Reddell và cs, 1991; Rosbrook và Reddell, 1995; Nickel
và cs, năm 2001; Rojas và cs, 2001) mặc dù cyanobacteria cố định đạm cộng sinh của
cây mè (Rai và cs, 2000) cũng là các PGPR. Để hỗ trợ cho khái niệm này, hai thuật ngữ
đơn giản được áp dụng: vi khuẩn PGPR nội bào (iPGPR) cư trú bên trong tế bào thực vật,
sản xuất các nốt và được cư trú sâu trong những cấu trúc đặc biệt và PGPR ngoại bào
(ePGPR ) - những vi khuẩn sống bên ngoài tế bào thực vật và không sản xuất nốt, nhưng
tăng cường tăng trưởng thực vật thông qua sản xuất các hợp chất tín hiệu trực tiếp kích
thích tăng trưởng thực vật, cải thiện khả năng kháng bệnh thực vật hoặc cải thiện vận
động các chất dinh dưỡng của đất. ePGPR có thể được chia thành ba loại, dựa trên mức
độ kết hợp với rễ cây: những chủng sống gần, những chủng không tiếp xúc với cội rễ,
những vi khuẩn cư trú trên bề mặt rễ và những chủng sống trong không gian giữa các tế
bào của vỏ rễ (Hình 2).
Hình 2: Mức độ của các tập đoàn vi khuẩn trong rễ cây: iPGPR sản xuất nốt và sinh
sống trên rễ cây và ePGPR.
3. Vi khuẩn có khả năng sản sinh hormone tăng trưởng IAA
Ảnh hưởng của auxin lên sự phát triển của mỗi giống thực vật phụ thuộc vào nồng
độ auxin, ở nồng độ thấp có thể kích thích tăng trưởng nhưng lại có thể gây ức chế ở
nồng độ cao. Chính sự tập trung của các chủng vi khuẩn đặc hiệu xung quanh chúng sẽ
quyết định nồng độ auxin đó (Arshad và cs, 1991). Thực vật khác nhau đáp ứng khác

nhau với nồng độ auxin biến động (Sarwar và cs, 1994). Theo báo cáo của Saharan và
cộng sự (2011) các chủng sản xuất số tiền chất cao nhất của auxin là indole acetic acid
(IAA) và indole acetamit (IAM) trong đất ở môi trường bình thường làm cho tốc độ tăng
trưởng và năng suất của lúa mì đạt mức tối đa. Ngay cả các chủng sản xuất số lượng IAA
thấp hơn nhưng liên tục và ổn định cũng giúp cải thiện tăng trưởng thực vật (Tsavkelova
và cs, 2007). Các chủng này sản xuất một số lượng lớn các IAA hỗ trợ thực vật trong
điều kiện bất lợi về môi trường (Giongo và cs, 2007). Sự tồn tại của vi khuẩn trong vùng
rễ cũng như trọng lượng rễ và chồi của cây lúa mì bị ảnh hưởng tích cực của việc bổ sung
IAA (Narula và cs, 2006). Được phân lập từ rễ của phong lan nhiễm bệnh Dendrobium
moschatum, các chủng Rhizobium, Microbacterium, Sphingomonas, và chi