Cơ chế cộng sinh và cố định đạm

Việc trồng đậu nành trên mảnh đất đã trồng khoai trước đó có tác dụng phục hồi đất vì:

• Sự cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium: Ở rễ các cây họ Đậu (như đậu nành) có các nốt sần. Những nốt sần này là nơi trú ngụ của vi khuẩn cố định đạm thuộc chi Rhizobium.
• Quá trình cố định Nitrogen: Vi khuẩn này có enzyme nitrogenase, giúp chúng có khả năng lấy nitrogen tự do từ không khí ($N_2$) — dạng mà cây trồng bình thường không hấp thụ được — để chuyển hóa thành dạng đạm amoni ($NH_4^+$) mà cây có thể sử dụng.

Tại sao lại hiệu quả sau khi trồng khoai?

1. Bù đắp lượng đạm đã mất: Cây khoai (như khoai lang, khoai tây) thường tiêu thụ rất nhiều chất dinh dưỡng từ đất nhưng không có khả năng tự tạo ra đạm. Sau một vụ khoai, đất thường bị nghèo nitrogen.
2. Làm giàu nguồn đạm tự nhiên: Trong quá trình sống, một phần đạm cố định được sẽ tiết ra đất. Sau khi thu hoạch, nếu người nông dân cày vùi thân, lá và rễ cây đậu nành xuống đất, quá trình phân hủy xác thực vật này sẽ giải phóng một lượng lớn nitrogen hữu cơ, giúp đất trở nên màu mỡ cho vụ mùa tiếp theo.

Tóm tắt câu trả lời:

Việc trồng đậu nành giúp bổ sung nitrogen vì rễ cây đậu nành cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium có khả năng cố định nitrogen từ không khí thành dạng đạm cây hấp thụ được, giúp phục hồi độ phì nhiêu của đất sau khi đã bị cây khoai khai thác.

a. Phân biệt môi trường nuôi cấy không liên tục và liên tục

Sự khác biệt cơ bản giữa hai loại môi trường này nằm ở việc bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ chất thải:

• Môi trường nuôi cấy không liên tục: Là môi trường không được bổ sung thêm chất dinh dưỡng mới và cũng không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất trong suốt quá trình nuôi cấy.
• Môi trường nuôi cấy liên tục: Là môi trường thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng mới, đồng thời cũng liên tục lấy đi một lượng dịch nuôi cấy tương ứng (bao gồm cả chất thải và sinh khối vi khuẩn) để duy trì điều kiện ổn định.

b. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục

Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn diễn ra theo một đường cong gồm 4 phađiển hình:

1. Pha tiềm phát (Lag phase)

• Đặc điểm: Tính từ khi bắt đầu nuôi cấy đến khi vi khuẩn bắt đầu phân chia.
• Trạng thái: Số lượng tế bào chưa tăng. Vi khuẩn đang thích nghi với môi trường mới, tổng hợp mạnh mẽ các enzyme trao đổi chất và DNA để chuẩn bị cho việc phân chia.

2. Pha lũy thừa (Log phase/Exponential phase)

• Đặc điểm: Vi khuẩn bắt đầu phân chia mạnh mẽ.
• Trạng thái: Số lượng tế bào tăng lên rất nhanh theo cấp số nhân. Tốc độ sinh trưởng đạt cực đại, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh nhất.

3. Pha cân bằng (Stationary phase)

• Đặc điểm: Tốc độ sinh trưởng giảm dần cho đến khi số lượng tế bào đạt mức ổn định.
• Trạng thái: Số lượng tế bào sinh ra tương đương với số lượng tế bào chết đi. Nguyên nhân là do chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt và các sản phẩm chuyển hóa gây độc tích lũy dần.

4. Pha suy vong (Decline/Death phase)

• Đặc điểm: Số lượng tế bào trong quần thể giảm dần.
• Trạng thái: Số lượng tế bào chết đi nhiều hơn số tế bào sinh ra. Do môi trường thiếu hụt dinh dưỡng trầm trọng và nồng độ chất độc hại quá cao.

Lưu ý: Để thu được lượng sinh khối vi khuẩn lớn nhất, người ta thường thu hoạch vào cuối pha lũy thừa và đầu pha cân bằng.