Khám Phá Bí Mật Nốt Sần Ở Cây Họ Đậu - Cơ Chế Cố Định Đạm Giúp Làm Giàu Đất

1. Giới thiệu

Trong sản xuất nông nghiệp, cây họ Đậu luôn giữ vai trò đặc biệt nhờ khả năng cố định đạm sinh học thông qua sự cộng sinh với vi khuẩn nốt sần. Đây là cơ chế giúp cây tận dụng nguồn khí nitơ (N₂) trong không khí – vốn cây trồng bình thường không sử dụng được – chuyển thành dạng amoni (NH₄⁺) dễ hấp thu. Nhờ đó, cây họ Đậu không chỉ sinh trưởng tốt trên đất nghèo dinh dưỡng mà còn góp phần làm giàu đạm cho đất, cải thiện độ phì nhiêu và giảm chi phí phân bón.

2. Quá trình cố định đạm

Cố định đạm diễn ra nhờ enzyme nitrogenase, chuyển đổi N₂ thành NH₃ theo phản ứng:

$$N_2+8H^{+}+8e^{-}+16ATP\to 2N{H}_3+H_2+16ADP+16Pi$$

Một số đặc điểm quan trọng:

• Enzyme nitrogenase chỉ hoạt động trong điều kiện yếm khí, vì vậy leghemoglobin đóng vai trò “đệm” oxy.

• Cây chủ cung cấp đường và ATP (năng lượng) từ quang hợp để vi khuẩn tiến hành phản ứng.

• Sản phẩm cuối cùng: NH₃ được chuyển thành NH₄⁺, sau đó cây đồng hóa thành axit amin, protein và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

3. Quá trình hình thành nốt sần

Nốt sần là cấu trúc đặc biệt trên rễ cây họ Đậu, hình thành qua các giai đoạn sau:

• Nhận biết và xâm nhập: Rễ cây tiết flavonoid để thu hút vi khuẩn Rhizobium. Đáp lại, vi khuẩn tiết ra Nod factor – tín hiệu kích thích lông hút rễ cuộn lại, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám và xâm nhập.

• Hình thành sợi xâm nhập: Từ đầu lông hút, vi khuẩn tạo một ống dẫn gọi là sợi xâm nhập để di chuyển sâu vào các lớp tế bào rễ.

• Biệt hóa và tạo nốt sần: Vi khuẩn đi vào tế bào vỏ, biến đổi thành dạng chuyên hóa gọi là khuẩn lạp. Cùng lúc, tế bào rễ phân chia mạnh mẽ tạo thành nốt sần. Trong nốt sần, có sự hiện diện của leghemoglobin – sắc tố điều hòa nồng độ O₂, đảm bảo môi trường thích hợp cho quá trình cố định đạm.

Phân loại nốt sần:

• Nốt sần hữu hiệu: Có màu hồng nhạt do chứa nhiều leghemoglobin. Đây là loại nốt sần thực sự tham gia cố định đạm, cung cấp nguồn dinh dưỡng quan trọng cho cây.

• Nốt sần vô hiệu: Thường có màu trắng hoặc xanh nhạt, bên trong chứa ít hoặc không có leghemoglobin. Loại nốt sần này không tham gia hoặc tham gia rất ít vào quá trình cố định đạm, do vi khuẩn bên trong hoạt động kém hoặc không thích hợp với cây chủ.

Nốt sần hữu hiệu 

4. Ý nghĩa đối với nông nghiệp

• Đối với cây họ Đậu: Cây có thể sinh trưởng khỏe mạnh ngay cả khi đất nghèo đạm.

• Đối với đất: Sau vụ trồng, phần rễ và nốt sần phân hủy, bổ sung lượng đạm hữu cơ đáng kể, giúp đất màu mỡ hơn.

• Đối với nông dân: Giảm lượng phân đạm hóa học cần bón, từ đó tiết kiệm chi phí và hạn chế ô nhiễm môi trường.