Quần xã vi sinh vật đất

Quần xã vi sinh vật đất là tập hợp rộng lớn, đa dạng của vi khuẩn, vi khuẩn cổ, nấm và các vi sinh vật khác, đóng vai trò thúc đẩy quá trình phân hủy, chu trình dinh dưỡng và các mối quan hệ cộng sinh với thực vật.

Definition

Quần xã vi sinh vật đất là tập hợp các vi khuẩn, vi khuẩn cổ, nấm và các vi sinh vật khác sinh sống trong đất, mà quá trình trao đổi chất tập thể của chúng điều hòa sự phân hủy chất hữu cơ, biến đổi dinh dưỡng và tương tác với rễ cây.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nhóm vi sinh vật đất chính, vai trò của chúng trong quá trình phân hủy và chu trình sinh địa hóa, các mối quan hệ cộng sinh quan trọng giữa thực vật và vi sinh vật như cố định đạm và nấm rễ (mycorrhizae), và vùng rễ (rhizosphere) nơi rễ và vi sinh vật tương tác. Đây là động cơ sinh học của chức năng đất.

Core questions

• Những nhóm vi sinh vật chính nào sống trong đất và mật độ của chúng ra sao?
• Vi sinh vật thúc đẩy quá trình phân hủy và chu trình dinh dưỡng như thế nào?
• Các mối quan hệ cộng sinh quan trọng giữa thực vật và vi sinh vật là gì?
• Vùng rễ định hình hoạt động của vi sinh vật như thế nào?

Key concepts

• Vi khuẩn, vi khuẩn cổ và nấm đất
• Các sinh vật phân hủy và biến đổi sinh địa hóa
• Cộng sinh cố định đạm
• Các mối liên kết nấm rễ (mycorrhizal associations)
• Vùng rễ (rhizosphere)
• Sinh khối và đa dạng vi sinh vật

Key theories

Sự điều hòa của vi sinh vật đối với các chu trình sinh địa hóa

Vi sinh vật đất thực hiện các biến đổi quan trọng trong chu trình carbon, nitơ, lưu huỳnh và các nguyên tố khác, bao gồm phân hủy, nitrat hóa, khử nitrat và cố định nitơ, khiến chúng trở nên không thể thiếu đối với chức năng của đất và hệ sinh thái.

Cộng sinh thực vật-vi sinh vật

Các mối quan hệ tương hỗ như cố định đạm của vi khuẩn nốt sần (rhizobial) trong các nốt sần của cây họ đậu và các mối liên kết nấm rễ (mycorrhizal) giúp mở rộng khả năng hấp thụ phốt pho và nước của rễ là trung tâm của dinh dưỡng thực vật và chu trình dinh dưỡng trong đất.

Mechanisms

Vi sinh vật tiết ra các enzyme phân hủy các chất cặn bã phức tạp từ thực vật và vi sinh vật thành các hợp chất đơn giản hơn, hô hấp carbon và giải phóng chất dinh dưỡng đồng thời xây dựng sinh khối vi sinh vật. Các nhóm chuyên biệt oxy hóa amoni thành nitrat, khử nitrat thành khí và cố định nitơ trong khí quyển, biến đổi các dạng hóa học của chất dinh dưỡng. Trong vùng rễ, rễ cây tiết ra các chất tiết kích thích hoạt động vi sinh vật dày đặc, và các sinh vật cộng sinh như vi khuẩn nốt sần (rhizobia) và nấm rễ (mycorrhizal fungi) trao đổi chất dinh dưỡng với thực vật để đổi lấy carbon.

Clinical relevance

Quần xã vi sinh vật đất là nền tảng cho độ phì nhiêu, sự luân chuyển chất hữu cơ, dinh dưỡng thực vật, khả năng ngăn chặn dịch bệnh và phân hủy các chất ô nhiễm; việc hiểu và quản lý chúng cung cấp thông tin cho việc sử dụng phân bón sinh học và chất cấy, thiết kế hệ thống canh tác và duy trì sức khỏe của đất.

History

Vi sinh vật học đất được Winogradsky và Beijerinck thành lập vào khoảng năm 1900 với việc phát hiện ra vi khuẩn nitrat hóa và cố định đạm. Nghiên cứu dựa trên nuôi cấy đã nhường chỗ trong những thập kỷ gần đây cho các phương pháp phân tử và gen, tiết lộ sự đa dạng khổng lồ, phần lớn chưa được nuôi cấy của hệ vi sinh vật đất và tầm quan trọng chức năng của nó.

Key figures

• Eldor A. Paul
• Sergei Winogradsky
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

Vi sinh vật đất làm gì cho thực vật?

Chúng phân hủy chất cặn bã để giải phóng chất dinh dưỡng, biến đổi nitơ và các nguyên tố khác thành dạng thực vật có thể hấp thụ, cố định nitơ trong khí quyển thông qua cộng sinh với cây họ đậu, mở rộng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và nước thông qua nấm rễ (mycorrhizae), và có thể ngăn chặn các bệnh do đất gây ra, khiến chúng trở nên thiết yếu đối với dinh dưỡng và sức khỏe của thực vật.

Hầu hết các vi sinh vật đất có hại không?

Không. Đại đa số vi sinh vật đất là có lợi hoặc trung tính, thúc đẩy quá trình phân hủy, chu trình dinh dưỡng và cộng sinh với thực vật; chỉ một phần nhỏ là mầm bệnh thực vật, và một quần xã khỏe mạnh, đa dạng thường giúp kiểm soát chúng.