Phân lập và tuyển chọn chủng nấm có khả năng phân giải hợp chất kali khó tan

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Kali là nguyên tố khoáng đa lượng có vai trò quan trọng trong chuyển hóa năng lượng và vận chuyển chất dinh dưỡng ở thực vật thông qua các chức năng hoạt hóa hệ enzyme, cân bằng nội bào, đóng mở khí khổng. Với vai trò xúc tiến quá trình quang hợp, tổng hợp đường, tinh bột và vận chuyển đến cơ quan dự trữ, kali là dinh dưỡng đặc biệt cần thiết ở cây lấy hạt, cây ăn quả, cây ăn củ trong giai đoạn tiền thu hoạch (Dương Công Bằng & cs., 2020). Sự thiếu hụt kali có thể gây ra hiện tượng thân, rễ cây kém phát triển, củ quả còi cọc, năng suất cây trồng suy giảm (Parmar & Sindhu, 2013). Tuy là một khoáng chất có hàm lượng cao trong đất, phần lớn kali, chiếm từ trên 90 đến 99% kali tổng số, tồn tại trong trạng thái khó tan, bị kìm giữ trong thành phần cấu trúc của đá mẹ hoặc các lớp khoáng sét (Parmar & Sindhu, 2013). Lượng ion K+ hòa tan mà thực vật có thể tiếp cận và hấp thụ chỉ chiếm tỷ lệ rất thấp trong môi trường đất. Quá trình chuyển hóa kali từ phân tử hợp chất rắn trở thành dạng ion hòa tan diễn ra một cách rất chậm chạp trong tự nhiên, gần như không đáng kể so với chiều hướng ngược lại, khi mà ở đó một lượng lớn ion K+ được cây trồng hấp thụ qua các mùa vụ và phần còn lại dễ dàng bị rửa trôi bởi nước mưa hoặc nước tưới. Mâu thuẫn này khiến tình trạng thiếu hụt kali diễn ra phổ biến ở cây trồng trên toàn thế giới, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới phẩm chất và sản lượng (Mouhamad & cs., 2016). Để giải quyết tình trạng thiếu hụt kali, các loại phân bón hóa học (NPK, MOP, SOP, NOP…) được sử dụng như một biện pháp nhanh chóng và phổ biến. Tuy nhiên, giải pháp này tốn kém về kinh tế cũng như tiềm ẩn nhiều hệ quả xấu cho môi trường, gây ra ô nhiễm đất, nước và sự mất cân bằng sinh học.

Một biện pháp khác dựa trên cơ chế sinh học để giải quyết tình trạng thiếu hụt kali của cây trồng một cách bền vững và thân thiện với môi trường đó là bổ sung vào trong đất các vi sinh vật có khả năng phân giải kali khó tan. Phần lớn các nghiên cứu về vi sinh vật phân giải kali tập trung vào nhóm vi khuẩn KSB (Potassium-Solubilizing Bacteria) (Etesami & cs., 2017). Nấm phân giải kali, mặc dù đóng vai trò quan trọng không kém đối với vùng rễ cây trồng nhưng chưa được nghiên cứu và đánh giá một cách đầy đủ (Velázquez & cs., 2016). Việc tuyển chọn những chủng nấm phân giải kali sẽ giúp làm phong phú hơn nguồn vi sinh vật có lợi cho cây trồng, đặc biệt là các chủng nấm bản địa phù hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và thực vật tại Việt Nam. Trên cơ sở đó, nghiên cứu này được thực hiện với mục đích phân lập, tuyển chọn chủng nấm có khả năng hòa tan kali tại Việt Nam, từ đó góp phần xây dựng sản phẩm phân bón vi sinh với thành phần là các chủng vi sinh vật có độ thích nghi cao với cây trồng bản địa.

2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.1. Phân lập và tuyển chọn nấm phân giải kali khó tan

Nghiên cứu đã phân lập và làm thuần được 15 chủng nấm có khả năng phân giải hợp chất kali khó tan. Trong đó, các chủng nấm NM1, NM2 và TB có khả năng phân giải kali có đường kính vòng phân giải halozone lớn nhất. Những chủng nấm này tiếp tục được cấy trên môi trường Alexandrov để đánh giá chỉ số hòa tan SI trong vòng 10 ngày (Bảng 1).

Bảng 1. Chỉ số hòa tan kali (SI) của các chủng nấm NM1, NM2 và TB

 Ở ngày đầu tiên, vi sinh vật đang trong giai đoạn thích nghi với môi trường nên các hoạt động trao đổi chất chưa được thể hiện rõ rệt, vòng sáng phân giải kali chưa xuất hiện, các giá trị SI đều bằng 1. Hoạt tính phân giải kali của các chủng bắt đầu quan sát được từ ngày thứ 2 và đạt mức cao nhất tại ngày nuôi cấy thứ 5 với chỉ số SI của các chủng khá tương đương nhau, nằm trong khoảng 2,26 đến 2,33 Kết quả này cao hơn so với chỉ số hòa tan kali của nấm Fomitopsis meliae RCKF7 và Aspergillus tubingensis RCKF5 trong nghiên cứu của Kasana & cs. (2017). Cụ thể, chỉ số hòa tan kali SI của các chủng RCKF5 và RCKF7 nằm trong khoảng 2,06 đến 2,15.

Hình 1. Khả năng phân giải kali của chủng NM1 (A), chủng NM2 (B) và chủng TB (C) sau 5 ngày nuôi cấy trên môi trường Aleksandrov

2.2. Nghiên cứu khả năng phân giải hợp chất phosphate khó tan

Phosphate là nhân tố đa lượng đóng vai trò thiết yếu cho sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Giống như kali, phosphate trong đất thường tồn tại ở trạng thái không tan khiến cây trồng gặp nhiều khó khăn để sử dụng và cần đến sự hỗ trợ của các nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải (Kanse & cs., 2015). Khả năng phân giải phosphate của các chủng nấm được xác định bằng chỉ số hòa tan SI trong 10 ngày nuôi cấy (Hình 7). Theo đó, các vòng sáng phân giải phosphate xuất hiện từ ngày thứ 2 và các giá trị SI đạt mức cao nhất ở ngày thứ 5. Chủng NM1 có khả năng phân giải phosphate cao hơn so với 2 chủng nấm còn lại với SI ngày thứ 5 = 2,37 ± 0,05. NM1 cũng chính là chủng nấm có chỉ số hòa tan kali cao nhất ở ngày nuôi cấy thứ 5. Dựa trên chỉ số hòa tan kali và phosphate, chủng nấm NM1 được tuyển chọn và tiếp tục thực hiện định danh.

Hình 2. Chỉ số phân giải phosphate của 03 chủng nấm NM1, NM2 và TB

2.3. Định danh nấm

Chủng nấm NM1 có tản nấm hình tròn, màu kem, có viền màu xanh đậm. Dưới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại 400 lần, cuống sinh bào tử có dạng cuống thể bình (metula), đính trên đó là các thể bình (phialide) và cuối cùng là chuỗi bào tử dạng đính, hình tròn (conidium) (Hình 3). Hình thái chủng nấm NM1 phù hợp với mô tả của Yilmaz & cs. (2014) về chi nấm Talaromyces.

Hình 3. Hình thái tản nấm, cuống sinh bào tử, bào tử của chủng NM1

Sử dụng công cụ BLAST để so sánh mức độ tương đồng trình tự gene vùng ITS của chủng nghiên cứu với trình tự nucleotide trên GenBank, kết quả cho thấy các chủng NM1 có mối quan hệ di truyền gần gũi với nhiều chủng nấm thuộc chi Talaromyces. Mức độ tương đồng của chủng nấm NM1 với chủng Talaromyces funiculosus 128DEC và Talaromyces funiculosus 93DEC lần lượt là 91,28% và 90,33%.

Kết hợp đánh giá về đặc điểm hình thái và phân tích trình tự gen ITS, chủng nấm NM1 được xác định thuộc chi Talaromyces và được đặt tên là Talaromyces sp. NM1.

3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nghiên cứu đã phân lập và tuyển chọn được chủng nấm NM1 có đồng thời khả năng phân giải kali và phosphate với chỉ số hòa tan SI kali = 2,33 ± 0,02 và chỉ số hòa tan SI phosphate = 2,37 ± 0,05. Dựa vào đặc điểm hình thái và phân tích trình tự ITS, chủng Nm1 được định danh là  Talaromyces sp. NM1. Chủng nấm Talaromyces sp. NM1 có tiềm năng ứng dụng làm thành phần phân bón sinh học, giúp cây trồng tăng cường khả năng hấp thu các nguồn dinh dưỡng.

Nghiên cứu sinh Vũ Hiền Anh

Khoa Công nghệ Sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Dương Công Bằng, Hoàng Thị Thái Hòa & Nguyễn Kim Chi (2020). Ảnh hưởng của liều lượng kali và lưu huỳnh đến cây cà phê chè giai đoạn kinh doanh trên đất bazan tại tỉnh Lâm Đồng. Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. 129(3B): 19–30.

Etesami H., Emami S. & Alikhani H. A. (2017). Potassium solubilizing bacteria (KSB): Mechanisms, promotion of plant growth, and future prospects - A review. Journal of soil science and plant nutrition. 17(4): 897-911.

Kanse O. S., Whitelaw-Weckert M., Kadam T. A. & Bhosale H. J. (2015). Phosphate solubilization by stress-tolerant soil fungus Talaromyces funiculosus SLS8 isolated from the Neem rhizosphere. Annals of Microbiology. 65(1): 85-93.

Kasana R. C., Panwar N. R., Burman U., Pandey C. B. & Kumar P. (2017). Isolation and identification of two potassium solubilizing fungi from arid soil. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 6 (3): 1752-1762.

Mouhamad R., Alsaede A. & Iqbal M. (2016). Behavior of potassium in soil: a mini review. Chemistry International. 2(1): 58-69.

Parmar P. & Sindhu S. (2013). Potassium solubilization by rhizosphere bacteria: influence of nutritional and environmental conditions. J Microbiol Res. 3(1): 25-31.

Premono M. E., Moawad A. & Vlek P. (1996). Effect of phosphate-solubilizing Pseudomonas putida on the growth of maize and its survival in the rhizosphere. Indonesian Journal of Crop Science. 11: 13-23.

Velázquez E., Silva L. R., Ramírez-Bahena M.-H. & Peix A. (2016). Diversity of Potassium-Solubilizing Microorganisms and Their Interactions with Plants. Potassium Solubilizing Microorganisms for Sustainable Agriculture. Springer India New Delhi: 99-110.

Yilmaz N., Visagie C. M., Houbraken J., Frisvad J. C. & Samson R. A. (2014). Polyphasic taxonomy of the genus Talaromyces. Studies in Mycology. 78: 175-341.