Vi khuẩn giúp chuyển hóa lân hữu hiệu cho sự phát triển cây trồng

Cây Chi Dương sống dọc theo sông Snoqualmie và có thể phát triển mạnh trên các bãi đá ven sông, nơi có rất ít chất dinh dưỡng trong đất như phốt pho. Các vi sinh vật giúp những cây này thu nhận và sử dụng các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển. Ảnh: Sharon Doty/Đại học Washington.

Phốt pho là chất dinh dưỡng cần thiết cho cây phát triển. Nhưng khi nó được bón cho cây trồng như một dạng phân bón hóa học, phốt pho có thể phản ứng mạnh với các khoáng chất trong đất, tạo thành phức chất với sắt, nhôm và canxi. Điều này làm cố định phốt pho, ngăn cản thực vật có thể hấp thu chất dinh dưỡng quan trọng này.

Để khắc phục điều này, nông dân thường bón thừa phân hóa học cho cây, dẫn đến tích tụ phốt pho trong đất. Việc sử dụng các loại phân bón này, có chứa các hóa chất không chỉ là phốt pho, dẫn đến hiện tượng rửa trôi gây ô nhiễm hệ thủy sinh xung quanh.

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Washington và Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương cho biết vi khuẩn lấy từ cây mọc bên cạnh những con suối hoang sơ trên núi ở Tây Washington có thể chuyển đổi phốt pho từ dạng khó tan trong đất thành dạng dễ tan cho cây trồng sử dụng. Thông tin được công bố tháng 10 trên tạp chí Frontiers về khoa học cây trồng.

Tác giả cấp cao Sharon Doty, giáo sư Trường Khoa học Môi trường và Lâm nghiệp tại UW cho biết Endophytes, là vi khuẩn hoặc nấm sống bên trong thực vật ít nhất một số vòng đời của chúng, có thể được coi là “chế phẩm sinh học” cho thực vật. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Doty trước đây, cho thấy vi khuẩn có thể giúp thực vật tồn tại và thậm chí phát triển trong môi trường nghèo dinh dưỡng - và giúp làm sạch các chất ô nhiễm.

Trong nghiên cứu mới này, Doty và các cộng sự đã phát hiện ra rằng các vi sinh vật nội sinh được phân lập từ các cây mọc hoang đã giúp khai thác phốt pho có giá trị từ môi trường, phá vỡ các phức hợp hóa học thành dạng phốt pho hữu dụng cho cây trồng.

Một chủng endophytic hòa tan tricalcium phosphate, một quầng sáng rõ ràng được tạo ra xung quanh các vòng tròn phosphate màu trắng sữa, như hình trong môi trường thạch. Ảnh: Sharon Doty/Đại học Washington.

Doty nói: “Chúng tôi đang khai thác mối quan hệ đối tác giữa vi khuẩn - thực vật tự nhiên. Đây có thể là một công cụ để thúc đẩy nền nông nghiệp vì nó cung cấp chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây mà không làm tổn hại đến môi trường”.

Theo Andrew Sher và Jackson Hall thuộc Đại học UW đã chứng minh các kết quả trong phòng thí nghiệm rằng vi sinh vật có thể hòa tan các phức hợp phốt phát. Các cây Chi Dương được cấy vi khuẩn trong phòng thí nghiệm của Doty đã được gửi đến cộng tác viên Tamas Varga, một nhà khoa học vật liệu tại Phòng thí nghiệm Khoa học Phân tử Môi trường tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương ở Richland, Washington. Ở đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các công nghệ hình ảnh tiên tiến tại phòng thí nghiệm của họ và các phòng thí nghiệm quốc gia khác của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng phốt pho được vi khuẩn chuyển hóa thành dạng dễ tiêu đã đi vào rễ cây.

Hình ảnh cũng tiết lộ rằng phốt pho liên kết trong các phức hợp khoáng chất trong cây. Endophytes, sống bên trong thực vật, có vai trò duy nhất để tái phân giải các phức hợp đó, giúp duy trì việc cung cấp chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây.

Công trình nghiên cứu trước đây của Doty đã chứng minh rằng endophytes có thể cung cấp nitơ thu được từ không khí cho cây trồng, nhưng bằng chứng thực vật sử dụng phốt pho được hòa tan bởi endophytes trước đây chưa được đề cập.

Vi khuẩn được sử dụng trong các thí nghiệm này thu thập từ những cây Chi Dương hoang dại mọc dọc theo sông Snoqualmie ở Tây Washington. Trong môi trường tự nhiên này, cây Chi Dương có thể phát triển mạnh trên các bãi đá ven sông, mặc dù hàm lượng phốt pho hữu hiệu trong môi trường sống tự nhiên của chúng rất thấp. Vi sinh vật giúp những cây này hấp thu và sử dụng các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển.

Những phát hiện này có thể được áp dụng trong nông nghiệp. Thường cây trồng không sử dụng được lượng phốt pho tích tụ dồi dào trong đất. Vi sinh vật này có thể được cung cấp vào trong đất giai đoạn cây trồng còn nhỏ, hoặc phủ trên hạt giống, giúp chuyển hóa phốt pho thành dạng dễ tiêu mà cây trồng có thể sử dụng được. Giảm việc sử dụng phân bón và từ đó endophytes giúp mở ra cánh cửa cho sản xuất lương thực bền vững. “Đây là thứ có thể dễ dàng mở rộng và sử dụng trong nông nghiệp”, Doty nói.

UW đã cấp phép các chủng endophyte được sử dụng trong nghiên cứu này cho Intrinsyx Bio, một công ty có trụ sở tại California đang làm việc để thương mại hóa một bộ sưu tập các vi sinh endophyte. John Freeman, giám đốc khoa học của Intrinsyx Bio, cho biết bằng chứng trực tiếp được cung cấp bởi nghiên cứu của Doty và Varga về sự hấp thụ phốt pho với sự thúc đẩy của endophyte làm "thay đổi cuộc chơi đối với nghiên cứu của chúng tôi về cây trồng".

Nguyễn Bình Duy theo Đại học Washington.