Giới thiệu về vi sinh vật hòa tan Kali

Vi sinh vật hòa tan Kali và lân (photphat) được sử dụng rộng rãi làm phân bón sinh học ở Hàn Quốc và Trung Quốc vì lượng lớn đất canh tác ở những nước này thiếu Kali và lân (P) sẵn có trong đất. Cây trồng hấp thụ Kali từ đất dưới dạng ion vô cơ (K⁺). Có một số lượng đáng kể vi sinh vật hòa tan Kali trong đất và thân rễ cây.

Vi sinh vật hòa tan Kali rất đa dạng loài (bao gồm cả vi khuẩn và nấm), có khả năng giải phóng Kali từ các khoáng chất chứa Kali. Hầu hết các chủng phân lập thuộc về vi khuẩn phyla Firmicutes (Bacillus mucilaginosus, Bacillus edaphicus, Bacillus extroquens …), Proteobacteria (Pseudomonas sp. hoặc Klebsiella sp.), và Actinobacteria (Arthobacter sp.).

Về các loài nấm, hầu hết chúng được bao gồm trong ngành Ascomycota, chẳng hạn như nấm sợi Aspergillus fumigatus hoặc Aspergillus niger và nấm men Torulaspora globosa. Nhưng chỉ một số vi khuẩn như Bacillus mucilaginosus và Bacillus edaphicus có hoạt tính cao trong việc giải phóng Kali ở dạng dễ hấp thu.

Các vi sinh vật sống trong đất, liên kết với rễ cây có thể cải thiện dinh dưỡng Kali trong cây thông qua ba tác động khác nhau, đặc biệt khi cây mọc ở vùng đất thiếu Kali. Các chiến lược của vi sinh vật cải thiện dinh dưỡng Kali cho cây trồng bao gồm:

• Tăng khả năng cung cấp K⁺ trong dung dịch đất;
• Làm trung gian cho việc hấp thụ K⁺ từ đất và sau đó chuyển K⁺ đến cây trồng thông qua các liên kết cộng sinh;
• Gây ra sự biểu hiện của các gen cây trồng (mã hóa cho các chất vận chuyển K⁺), những gen này trực tiếp hấp thụ K⁺ từ đất hoặc huy động nó từ các bào quan tế bào hoặc mô thực vật.

Vi sinh vật hòa tan Kali

Hàm lượng Kali tích lũy trong cây trồng khá cao (2–5% tổng trọng lượng khô). Một số lượng lớn tàn dư cây trồng có thể cung cấp Kali cho đất. Trong trường hợp này, cần sự hỗ trợ của vi sinh vật đất, được thực hiện bởi các chất phân giải xenlulo (thành tế bào thực vật), điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng K⁺ trong tế bào.

Ngoài ra, vi sinh vật trong đất có vai trò quan trọng trong quá trình hòa tan Kali từ đá khoáng giàu Kali (orthoclase, muscovite, biotit, fenspat và mica). Các vi sinh vật trong thân rễ cây cũng được báo cáo là chất hòa tan Kali từ đá. Chúng hầu hết được tìm thấy ở các nước châu Á trong nhiều loại cây trồng khác nhau.

Các vi sinh vật này về cơ bản bài tiết H⁺ hoặc axit hữu cơ (như axit citric, axit tartaric và axit oxalic) vào đất, dẫn đến axit hóa môi trường xung quanh vi sinh vật, thúc đẩy quá trình hòa tan Kali.

Vi sinh vật làm trung gian truyền K⁺ cho cây trồng

Vi sinh vật, chủ yếu là nấm rễ làm trung gian truyền K⁺ cho cây trồng thông qua vai trò của các protein vận chuyển. Ví dụ, nấm rễ Hebeloma cylindrosporum đã tác động tích cực đến sự phát triển của cây trồng trong điều kiện thiếu Kali, nhờ hoạt động của một chất vận chuyển (HcTRK1, từ Hebeloma cylindrosporum TRK1). Các Protein vận chuyển như phương tiện vận, chịu trách nhiệm thu nhận các chất dinh dưỡng từ nơi khác và chuyển đến lông rễ nhờ liên kết các sợi nấm.

Vi sinh vật cộng sinh như là chất cảm ứng gen thực vật giúp cải thiện dinh dưỡng K⁺

Bên cạnh vai trò tích cực của vi sinh vật đất trong việc cung cấp K⁺ cho cây trồng, trực tiếp (bằng cách thu giữ K⁺ từ đất và truyền cho cây) hoặc gián tiếp (bằng cách hòa tan K⁺ trong đất và giúp cây hấp thụ). Những thay đổi trong biểu hiện gen của nấm và thực vật điều chỉnh tín hiệu tế bào hoặc sản xuất phytohormone của chính thực vật hoặc thông qua sự tổng hợp của nấm liên kết. Điều này làm kích hoạt các chất vận chuyển K⁺ của chính cây chủ, do đó cải thiện hàm lượng K⁺ của nó.

Sự hấp thu và phân phối K⁺ trong thực vật được thực hiện thông qua rất nhiều chất vận chuyển và các kênh được nhóm lại thành một số họ, một số họ phổ biến với nấm. Các chất vận chuyển K⁺ của cây trồng chịu ảnh hưởng bởi hoạt động cộng sinh với nấm bao gồm: HAK, kênh K⁺, CHX, HKT. Trong đó, họ HAK là một trong những họ có số lượng nhiều hơn và bao gồm HAK5, chất vận chuyển K⁺ có ái lực cao, tham gia chính vào quá trình hấp thu K+ từ đất.

Những loại vi sinh vật có chức năng cảm ứng gen vận chuyển K⁺ chủ yếu ở loài Saccharomyces cerevisiae, Schawnniomyces occidentalis, nấm sợi như Neurospora crassa, Ustilago maydis và Magnaporthe grise,...

Kết luận

Các vi sinh vật trong đất, trong thân rễ cây giúp cải thiện dinh dưỡng Kali trong cây, có thể được ứng dụng để giảm việc sử dụng phân vô cơ. Các loại phân bón sinh học như vi khuẩn cố định, vi sinh vật hòa tan lân đã được sử dụng từ lâu. Tuy nhiên, việc sử dụng các vi sinh vật hòa tan Kali vẫn chưa phổ biến bằng và cần được nghiên cứu nhiều hơn. Ứng dụng vi sinh vật trong nông nghiệp là một xu hướng thay thế trong điều kiện tài nguyên cạn kiệt và mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững.