Bacillus subtilis là vi khuẩn Gram dương, hình que, có khả năng tạo nội bào tử (endospore) nên chịu được điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, khô hạn và tia UV. Đây là một trong những vi sinh vật được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất trong nông nghiệp, đặc biệt trong các chế phẩm sinh học phòng trừ bệnh hại và kích thích sinh trưởng cây trồng.
Nhờ khả năng thích nghi tốt và tiết ra nhiều hoạt chất sinh học, Bacillus subtilis được xem là "lá chắn sinh học" giúp bảo vệ vùng rễ và nâng cao sức khỏe cây trồng.
Trong hệ sinh thái đất, Bacillus subtilis là một trong những vi khuẩn có lợi được ứng dụng rộng rãi nhất nhờ khả năng tạo nội bào tử bền vững và tiết ra nhiều hoạt chất sinh học có giá trị. Khi được bổ sung vào vùng rễ, vi khuẩn nhanh chóng hình thành lớp màng sinh học (biofilm), cạnh tranh với vi sinh vật gây hại, đồng thời tiết các hợp chất như iturin, surfactin và fengycin để ức chế nhiều nấm bệnh nguy hiểm như Phytophthora, Fusarium và Rhizoctonia.
Cơ chế có lợi đối với cây trồng:
1. Đối kháng mạnh với nấm và vi khuẩn gây bệnh
B. subtilis tiết ra nhiều hợp chất kháng sinh tự nhiên như: Iturin, Surfactin, Fengycin, Bacilysin, Subtilin,... Các hoạt chất này phá hủy màng tế bào hoặc ức chế sự phát triển của nhiều tác nhân gây bệnh như: Phytophthora spp., Fusarium spp., Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii, Botrytis cinerea ,Alternaria spp. ,Colletotrichum spp.
2. Tiết enzyme phân giải mầm bệnh
Vi khuẩn sản sinh nhiều enzyme ngoại bào: Chitinase, β-1,3-glucanase, Protease,, Cellulase, Lipase,...Những enzyme này giúp phân hủy thành tế bào của nấm bệnh, làm giảm khả năng xâm nhiễm và phát triển của chúng.
3. Hình thành màng sinh học (Biofilm)
Một ưu điểm nổi bật của B. subtilis là khả năng tạo biofilm bao phủ bề mặt rễ.
Lớp màng này: giúp vi khuẩn bám rễ lâu hơn; cạnh tranh không gian sống với vi sinh vật gây hại; hạn chế sự xâm nhập của mầm bệnh vào vùng rễ.
4. Kích thích miễn dịch cây (ISR)
B. subtilis kích hoạt cơ chế Induced Systemic Resistance (ISR), giúp cây: Tăng tổng hợp enzyme phòng vệ; tăng lignin làm cứng thành tế bào; tăng khả năng chống chịu nấm, vi khuẩn và một số côn trùng chích hút.
5. Kích thích sinh trưởng
Vi khuẩn có khả năng tổng hợp các chất điều hòa sinh trưởng như: IAA (Indole-3-acetic acid), Gibberellin, Cytokinin (ở mức thấp)
Nhờ đó: phát triển rễ mạnh; tăng số lượng rễ tơ; cải thiện khả năng hấp thu nước và dinh dưỡng; thúc đẩy sinh trưởng cây.
6. Hòa tan dinh dưỡng khó tan
Một số chủng B. subtilis tiết acid hữu cơ và enzyme giúp: hòa tan lân khó tan; giải phóng kali từ khoáng vật; tăng khả năng hấp thu vi lượng như Zn và Fe.
7. Cải thiện hệ vi sinh đất
B. subtilis giúp: tăng đa dạng vi sinh vật có lợi; thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ; cải thiện cấu trúc đất; nâng cao độ phì sinh học của đất.
Không chỉ bảo vệ cây khỏi tác nhân gây bệnh, Bacillus subtilis còn kích thích phát triển bộ rễ, tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng, hòa tan một phần lân và kali khó tan, đồng thời kích hoạt cơ chế kháng tự nhiên (ISR), giúp cây khỏe hơn trước áp lực từ môi trường và dịch hại. Chính vì vậy, đây là một trong những vi sinh vật nền tảng trong các chế phẩm sinh học hiện đại, góp phần xây dựng nền nông nghiệp an toàn, hiệu quả và bền vững.
