Vi khuẩn lam và cây họ đậu có một mối quan hệ cộng sinh đặc biệt, mang lại lợi ích cho cả hai bên. Mối quan hệ này đóng vai trò quan trọng trong việc cố định đạm tự nhiên, cải thiện độ phì nhiêu của đất và giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học.
Rễ cây họ đậu tạo ra môi trường sống lý tưởng cho vi khuẩn lam. Các nốt sần trên rễ cung cấp nơi trú ẩn an toàn và nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn. Ngược lại, vi khuẩn lam có khả năng cố định đạm từ không khí, chuyển đổi nitơ (N2) thành dạng amoni (NH4+) mà cây có thể hấp thụ và sử dụng để tổng hợp protein và các hợp chất hữu cơ khác.
Vi khuẩn lam, đặc biệt là các loài thuộc chi Rhizobium, Bradyrhizobium và Azorhizobium, có vai trò then chốt trong quá trình cố định đạm sinh học. Chúng xâm nhập vào rễ cây thông qua các lông hút hoặc vết thương nhỏ, kích thích sự hình thành nốt sần. Bên trong nốt sần, vi khuẩn biến đổi thành dạng bacteroid, nơi chúng thực hiện quá trình cố định đạm một cách hiệu quả. Quá trình này đòi hỏi sự có mặt của enzyme nitrogenase, một phức hợp protein nhạy cảm với oxy. Do đó, nốt sần tạo ra một môi trường thiếu oxy (microaerobic) để bảo vệ enzyme này.
Mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn lam và cây họ đậu không chỉ mang lại lợi ích về dinh dưỡng cho cây mà còn cải thiện chất lượng đất. Lượng đạm được cố định bởi vi khuẩn lam có thể đáp ứng một phần hoặc toàn bộ nhu cầu đạm của cây, giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học. Khi cây tàn lụi, lượng đạm tích lũy trong thân, lá và rễ sẽ được trả lại cho đất, làm tăng độ phì nhiêu và cải thiện cấu trúc đất.
Ứng dụng mối quan hệ cộng sinh này trong nông nghiệp có ý nghĩa to lớn. Việc luân canh cây họ đậu với các loại cây trồng khác giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất, giảm chi phí phân bón và bảo vệ môi trường. Ngoài ra, việc sử dụng các chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn lam cũng là một giải pháp hiệu quả để tăng năng suất cây trồng và giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của mối quan hệ cộng sinh này sẽ mở ra những tiềm năng mới trong việc phát triển các phương pháp canh tác bền vững và thân thiện với môi trường.
