Tài liệu Khảo sát nấm rễ dạng túi (vesicular arbuscular mycorrhiza) cộng sinh trên bắp, mía và nhãn ở vùng đất an giang, cần thơ, hậu giang và sóc trăng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NC & PT CÔNG NGHỆ SINH HỌC VƢƠNG VĂN HẬU KHẢO SÁT NẤM RỄ DẠNG TÖI (Vesicular-arbuscular mycorrhiza) CỘNG SINH TRÊN BẮP, MÍA VÀ NHÃN Ở VÙNG ĐẤT AN GIANG, CẦN THƠ, HẬU GIANG VÀ SÓC TRĂNG Luận văn tốt nghiệp cử nhân Ngành: Công nghệ sinh học Cần Thơ, 2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NC & PT CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN Ngành: Công nghệ sinh học Đề tài KHẢO SÁT NẤM RỄ DẠNG TÖI (Vesicular-arbuscular mycorrhiza) CỘNG SINH TRÊN BẮP, MÍA VÀ NHÃN Ở VÙNG ĐẤT AN GIANG, CẦN THƠ, HẬU GIANG VÀ SÓC TRĂNG Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Trần Vũ Phến ThS. Đào Thị Hồng Xuyến Ts. Dƣơng Minh Sinh viên thực hiện: VƢƠNG VĂN HẬU MSSV: 3082513 Lớp: Công nghệ sinh học khóa 34 Cần Thơ, 2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NC & PT CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chứng nhận đã chấp thuận luận văn với đề tài: “KHẢO SÁT NẤM RỄ DẠNG TÖI (Vesicular-arbuscular mycorrhiza) CỘNG SINH TRÊN BẮP, MÍA VÀ NHÃN Ở VÙNG ĐẤT AN GIANG, CẦN THƠ, HẬU GIANG VÀ SÓC TRĂNG” Do sinh viên: VƢƠNG VĂN HẬU thực hiện và đề nạp. Kính trình hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp xem xét. Cần Thơ, ngày ….. tháng ..... năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn Ts. Trần Vũ Phến i TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NC & PT CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận luận văn với đề tài: “KHẢO SÁT NẤM RỄ DẠNG TÖI (Vesicular-arbuscular mycorrhiza) CỘNG SINH TRÊN BẮP, MÍA VÀ NHÃN Ở VÙNG ĐẤT AN GIANG, CẦN THƠ, HẬU GIANG VÀ SÓC TRĂNG” Do sinh viên: VƢƠNG VĂN HẬU thực hiện và bảo vệ trƣớc hội đồng ngày…..tháng…..năm 2012. Luận văn đã đƣợc hội đồng chấp thuận và đánh giá ở mức: …………………… Ý kiến hội đồng: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………….. Duyệt của Viện Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2012 BGĐ Viện NC và PT Công nghệ Sinh học ii Chủ tịch hội đồng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì các nghiên cứu khoa học nào trƣớc đây. Tác giả luận văn iii LÝ LỊCH CÁ NHÂN Sinh viên: VƢƠNG VĂN HẬU Sinh năm: 1990. Tại phƣờng Long Hƣng, thị xã Tân Châu, tỉnh An Giang. Con Ông: Vƣơng Văn Sơn. Sinh năm: 1964 Và Bà: Nguyễn Thị Này. Sinh năm: 1969. Đã tốt nghiệp tại trƣờng Trung học phổ thông Tân Châu, thị xã Tân Châu, tỉnh An Giang, năm 2008. Vào Trƣờng Đại học Cần Thơ năm 2008, học ngành Công nghệ Sinh học, khóa 34. Tốt nghiệp cử nhân Công nghệ Sinh học năm 2012. iv LỜI CẢM TẠ Kính dâng Ba Mẹ, những ngƣời suốt đời tận tụy vì chúng con, xin cảm ơn những ngƣời thân đã giúp đỡ, động viên con trong suốt thời gian qua. Chân thành biết ơn thầy Dƣơng Minh, thầy Trần Vũ Phến, ThS. Đào Thị Hồng Xuyến, Ks. Phan Quốc Kiệt, Ks. Trần Minh Tài, Ks. Phan Thị Mỹ Phúc, Ks. Võ Thị Kiều Tiên đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian làm và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Cảm tạ thầy cố vấn học tập Lê Thanh Hùng, thầy Nguyễn Văn Thành, thầy Trần Vũ Phƣơng, viện NC & PT Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc thực hiện luận văn tại khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng. Xin cảm ơn toàn thể quý thầy cô viện NC & PT Công nghệ Sinh học, khoa Nông Nghiệp & Sinh học Ứng dụng vì những kiến thức qu‎ý báu mà quý thầy cô đã truyền đạt cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Đây sẽ là hành trang vững chắc giúp tôi bƣớc vào đời. Gởi lời cảm ơn đến các bạn lớp Công nghệ Sinh học khoá 34 và các bạn lớp Bảo vệ Thực vật cùng thực tập trong phòng thí nghiệm đã động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Vƣơng Văn Hậu v Vƣơng Văn Hậu, 2012. “KHẢO SÁT NẤM RỄ DẠNG TÖI (Vesicular-arbuscular mycorrhiza) CỘNG SINH TRÊN BẮP, MÍA VÀ NHÃN Ở VÙNG ĐẤT AN GIANG, CẦN THƠ, HẬU GIANG VÀ SÓC TRĂNG”. Luận văn tốt nghiệp cử nhân ngành Công nghệ Sinh học, Viện NC & PT Công nghệ Sinh học, trƣờng Đại học Cần Thơ. TÓM LƢỢC Đề tài “Khảo sát nấm rễ dạng túi (vesicular-arbuscular mycorrhiza) cộng sinh trên bắp, mía và nhãn ở vùng đất An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang và Sóc Trăng” đƣợc thực hiện nhằm khảo sát sự phân bố của các loài nấm rễ dạng túi (vesicular – arbuscular mycorrhiza, VAM) đã hiện diện trên cây trồng ở các vùng đất khác nhau. Thí nghiệm đƣợc thực hiện từ tháng 11 năm 2011 đến tháng 4 năm 2012, tại phòng thí nghiệm Bệnh cây và khu vực nhà lƣới bộ môn Bảo vệ Thực vật, khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trƣờng Đại học Cần Thơ. Các mẫu rễ và đất quanh vùng rễ đƣợc thu thập tại An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang và Sóc Trăng, sau đó tồn trữ ở nhiệt độ phòng. Các cấu trúc VAM bên trong rễ đƣợc nhận diện bằng phƣơng pháp nhuộm màu mô tả bởi Utobo và ctv. (2011). Bào tử nấm VAM đƣợc trích từ đất bằng phƣơng pháp lọc ƣớt mô tả bởi Gerdermann (1963). Kết quả khảo sát rễ và đất xung quanh vùng rễ của 12 mẫu bắp, 10 mẫu mía, 12 mẫu nhãn cho thấy, hầu hết bên trong rễ các mẫu đều xuất hiện các cấu trúc VAM ở mật độ khác nhau, thể hiện qua tỷ lệ cộng sinh ghi nhận từ các mẫu. Kết quả phát hiện đƣợc các dòng VAM Glomus sp. # 1, Glomus sp. # 2, Glomus sp. # 3, Glomus sp. # 4, Gigaspora sp. # 1, Acaulospora sp. # 1, Acaulospora sp. # 2, Scutellospora sp. # 1 hiện diện với mật số cao trong đất. Thí nghiệm khảo sát khả năng tái cộng sinh và thời gian thiết lập quan hệ cộng sinh thu thập từ 4 mẫu đất, trong đó có một mẫu đất TC6 (mẫu đất trồng bắp trên đất phù sa vùng Tân Châu – An Giang), một mẫu đất PH8 (mẫu đất trồng mía trên đất phèn vùng Phụng Hiệp - Hậu Giang) và 2 mẫu VC2, VC9 (mẫu đất trồng nhãn trên đất mặn vùng Vĩnh Châu - Sóc Trăng) chứa bào tử VAM đƣợc bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lần lặp lại. Mỗi lặp lại là một chậu trồng 6 cây bắp, bổ sung 1.500 g đất gồm 400 g đất mẫu chứa bào tử VAM + 1.100 g hỗn hợp đất trộn (đất : mùn hữu cơ = 2 : 1) thanh trùng. Các mẫu đất đƣợc thu thập chứa bào tử VAM có mật số ban đầu khoảng 80 - 120 bào tử/100 g đất mẫu. Kết quả khảo sát khả năng tái cộng sinh từ các mẫu đất chứa bào tử VAM cho thấy VAM từ các mẫu thu thập đều hiện diện các cấu trúc VAM bên trong rễ bắp. Trong đó, mẫu TC6 xuất hiện sự cộng sinh ở giai đoạn 5 ngày sau gieo, các mẫu vi PH8, VC2 và VC9 bắt đầu hình thành sự cộng sinh ở giai đoạn 10 ngày sau gieo. Sau 30 ngày sau gieo, tỷ lệ cộng sinh cao nhất ở mẫu TC6 với tỷ lệ chiếm đóng đạt 36,19%, các mẫu PH8, VC2 và VC9 có tỷ lệ cộng sinh tƣơng ứng 32,63%, 30,38% và 28,47%. vii MỤC LỤC Trang Chấp nhận đề tài của cán bộ hƣớng dẫn i Chấp nhận đề tài của hội đồng ii Lời cam đoan iii Lý lịch cá nhân iv Lời cảm tạ v Tóm lƣợc vi Mục lục viii Danh sách bảng x Danh sách hình xi MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2 1.1 Sơ lƣợc về nấm cộng sinh vesicular – arbuscular mycorrhiza (VAM) 2 1.1.1 Giới thiệu nấm cộng sinh VAM 2 1.1.2 Phân loại 2 1.1.3 Thành phần cấu trúc 2 1.1.4 Sự phân bố và các yếu tố ảnh hƣởng 5 1.2 Cơ chế cộng sinh và mối liên hệ giữa nấm với cây chủ 7 1.2.1 Cơ chế cộng sinh 7 1.2.2 Mối liên hệ giữa nấm và cây chủ 7 1.3 Vai trò của nấm VAM 9 1.3.1 Vai trò chuyển hóa các vật chất trong đất 9 1.3.2 Vai trò giảm stress một số yếu tố môi trƣờng 10 1.3.3 Vai trò phòng trừ sinh học 10 1.3.4 Một số vai trò khác 11 1.4 Một số nghiên cứu trong nƣớc 11 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP 13 2.1 Phƣơng tiện 13 2.1.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm 13 2.1.2 Vật liệu thí nghiệm 13 2.2 Phƣơng pháp 14 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập mẫu 14 2.2.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát sự hiện diện và phân bố của VAM cộng 15 sinh trên một số cây trồng canh tác ở vùng đất An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang và Sóc Trăng. * Phƣơng pháp nhuộm rễ 15 * Phƣơng pháp lọc bào tử 15 2.2.3 Thí nghiệm 2: Kiểm tra sự sống sót và khả năng xâm nhiễm của bào tử 16 VAM 2.2.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng tái cộng sinh và thời gian thiết 17 lập quan hệ cộng sinh với rễ bắp của VAM CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 3.1 Sự hiện diện và phân bố của VAM cộng sinh trên một số cây trồng 19 canh tác ở vùng đất An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang và Sóc Trăng 3.1.1 Sự hiện diện và phân bố của VAM cộng sinh trên cây bắp canh tác ở 19 viii vùng đất phù sa tại An Giang và Cần Thơ 3.1.1.1 Ghi nhận tổng quát 3.1.1.2 Kết quả khảo sát 3.1.2 Sự hiện diện và phân bố của VAM cộng sinh trên cây mía canh tác ở vùng đất phèn tại Hậu Giang 3.1.2.1 Ghi nhận tổng quát 3.1.2.2 Kết quả khảo sát 3.1.3 Sự hiện diện và phân bố của VAM cộng sinh trên cây nhãn canh tác ở vùng đất tại Sóc Trăng 3.1.3.1 Ghi nhận tổng quát 3.1.3.2 Kết quả khảo sát 3.2 Kiểm tra sự sống sót và khả năng xâm nhiễm của bào tử nấm VAM 3.3 Khảo sát khả năng tái cộng sinh và thời gian thiết lập quan hệ cộng sinh với rễ bắp của VAM 3.3.1 Ghi nhận tổng quát 3.3.2 Kết quả thí nghiệm CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận 4.2 Đề nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ CHƢƠNG ix 19 19 23 23 23 23 27 28 32 32 32 32 35 35 35 36 DANH SÁCH BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1 Một số ứng dụng thành công của VAM trên các loại cây trồng nông nghiệp trên thế giới. Ảnh hƣởng của VAM trong sự hấp thu dinh dƣỡng Thành phần và mật số bào tử VAM trên 100 g đất trong các mẫu đất đƣợc chọn làm thí nghiệm Sự hiện diên các cấu trúc VAM và tỷ lệ cộng sinh bên trong rễ bắp thu thập tại An Giang, Cần Thơ Đặc điểm bào tử nấm VAM cộng sinh trên rễ bắp trong đất Sự hiện diện các cấu trúc VAM và tỷ lệ cộng sinh bên trong rễ mía thu tại Hậu Giang Đặc điểm bào tử nấm VAM cộng sinh trên rễ mía trong đất Sự hiện diện các cấu trúc VAM và tỷ lệ cộng sinh bên trong rễ nhãn thu thập tại Sóc Trăng Đặc điểm bào tử nấm VAM cộng sinh trên rễ bắp trong đất Tỷ lệ cộng sinh bên trong rễ của các nghiệm thức ở các thời điểm khác nhau 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 18 20 22 24 26 29 31 33 DANH SÁCH HÌNH Hình Tên hình Trang 1 2 Sự cộng sinh của VAM trong tế bào rễ Sự cộng sinh mycorrhiza, những tác động qua lại giữa nấm, thực vật và đất Phƣơng pháp chủng VAM từ đất chứa nấm rễ Các cấu trúc VAM trong rễ bắp Ảnh hƣởng của điều kiện ngập nƣớc đến sự phân bố của VAM trên cây bắp thu thập tại An Giang, Cần Thơ Bào tử VAM cộng sinh với cây bắp Mật số bào tử VAM cộng sinh xung quanh vùng rễ bắp Các cấu trúc VAM trong rễ mía Ảnh hƣởng của pH đến sự phân bố của VAM trên cây mía Bào tử VAM cộng sinh với cây mía Mật số bào tử VAM cộng sinh xung quanh vùng rễ mía Các cấu trúc cộng sinh trong rễ nhãn Bào tử VAM cộng sinh trên cây nhãn Mật số bào tử VAM cộng sinh xung quanh vùng rễ nhãn Dạng cộng sinh của VAM trong rễ ngô ở từng giai đoạn khác nhau theo thời gian với nguồn chủng là đất chứa nấm rễ 4 9 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x 18 20 21 22 22 24 25 26 27 28 30 31 34 MỞ ĐẦU Trong đất có khoảng hơn 100.000 loài nấm tồn tại, nấm là nhóm vi sinh vật gây bệnh quan trọng nhất trong nông nghiệp. Tuy nhiên, bên cạnh những loài nấm gây hại cho cây trồng, trong tự nhiên cũng hiện diện một số loài nấm có lợi. Trong số đó, nấm rễ Mycorrhiza là một nhóm bao gồm những loài nấm có lợi, thể hiện qua mối cộng sinh đặc biệt với rễ thực vật. Có 3 nhóm Mycorrhiza chính, trong đó Endomycorrhiza là nhóm có vai trò quan trọng trong nông nghiệp. Vào thập niên 1950, nấm Endomycorrhiza đƣợc phát hiện rộng rãi trong đất, gia tăng phổ ký chủ mạnh mẽ và những lợi ích từ chúng ngày càng trở nên rõ rệt, đặc biệt là nấm vesIcular-arbuscular mycorrhiza (VAM), (Phạm Văn Kim, 2000; Gerdemann, 1968). Nấm VAM đóng vai trò quan trọng trong việc làm gia tăng sự phát triển của cây. Sợi nấm phát triển ra bên ngoài rễ, mở rộng ra xa khu vực hoạt động của rễ, giúp gia tăng khả năng hấp thu các nguyên tố khó hòa tan trong đất nhƣ phospho, đồng và kẽm... Một số loại cây mà sự phát triển của hệ thống rễ bị giới hạn, không thể duy trì sự phát triển bình thƣờng trong tự nhiên mà không có sự cộng sinh với nấm mycorrhiza (Rhodes, 1980). Ngoài việc cung cấp chất dinh dƣỡng cho cây, nấm VAM còn đóng vai trò quan trọng trong việc làm giảm thiệt hại do bệnh ở thực vật gây ra (Akthar và Siddiqui, 2008). Một số loài nấm VAM đƣợc phát hiện có khả năng kiểm soát những mầm bệnh trong đất nhƣ Aphanomyces, Cylindrocladium, Fusarium, Macrophomina, Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia, Sclerotinium và Verticillium (Harrier và Watson, 2004, trích từ Al-Askar và Rashad, 2010). Nấm Glomus fasciculatum và Gigaspora margarita có thể làm giảm bệnh thối rễ gây ra bởi Fusarium oxysporum f. sp. asparagi ở măng tây (asparagus) (Matsubara et al., 2001). Hơn nữa, thực vật có sự cộng sinh với nấm mycorrhiza cho thấy khả năng chịu đựng vùng khô hạn, nhiệt độ đất cao, đất mặn, pH đất bất lợi và cây bị sốc trong quá trình trồng các cây con hơn là thực vật không có sự cộng sinh với nấm mycorrhiza (Schenck, 1982). Trên cơ sở đó, đề tài: “Khảo sát nấm rễ dạng túi (vesicular-arbuscular mycorrhiza) cộng sinh trên bắp, mía và nhãn ở vùng đất An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang và Sóc Trăng” đƣợc thực hiện nhằm mục đích khảo sát mức độ phổ biến và phong phú của các loài nấm VAM cộng sinh với rễ một số loại cây trên đất trồng canh tác. Từ đó, đề tài làm cơ sở cho các nghiên cứu phân lập, nuôi cấy và ứng dụng nấm VAM trong sản xuất nông nghiệp. 1 CHƢƠNG I LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 SƠ LƢỢC VỀ NẤM VESICULAR - ARBUSCULAR MYCORRHIZA 1.1.1 Giới thiệu nấm cộng sinh Vesicular - arbuscular mycorrhiza Theo Phan Tuấn Triều (2009), nấm Vesicular - arbuscular mycorrhizas (hay arbuscular mycorrhizas hoặc Glomalean mycorrhizas) thuộc ngành Glomeromycota, là loại nấm nội cộng sinh (Endomycorrhiza) với rễ thực vật. Sợi nấm đi xuyên qua thành tế bào rễ thực vật, hình thành nên các cấu trúc đặc trƣng bên trong rễ nhƣ cấu trúc dạng túi (vesicle) hay cấu trúc dạng bụi (arbuscule) nên gọi tắt là VAM (Vesicular Arbuscular Mycorrhiza). Sợi nấm VAM không có vách ngăn. Nấm có thể xâm nhập vào mô rễ vỏ cây, sử dụng các loại thức ăn do rễ tạo ra, nhƣng đồng thời cũng tạo ra một mạng lƣới sợi nấm kết dính với keo đất bao quanh rễ, các nguyên tố dinh dƣỡng nhƣ phospho bám lên màng này ở dạng hữu dụng và rễ cây có thể hấp thụ dễ dàng. 1.1.2 Phân loại Oehl và ctv (2010) cho biết, năm 1990, nấm VAM đã đƣợc sếp trong 3 họ (Acaulosporaceae, Gigasporaceae và Glomeraceae) và 6 dòng (Acaulospora, entrophospora, Gigaspora, Glomus, Sclerocystis, Scutellospora). Sự phân loại này chủ yếu dựa vào những đặc điểm hình thái và sự hình thành bào tử. Ngày nay, trong việc ứng dụng sinh học phân tử, Glomeromycota đƣợc đƣợc chia thành 3 lớp (Archeosporomycetes, Glomeromycetes và Paraglomeromycetes), 5 bộ (Archeosporales, Diversisporales, Gigasporales, Glomerales và Paraglomerales), 14 họ, 29 dòng và khoảng 230 loài. 1.1.3 Thành phần cấu trúc Theo Brundrett và ctv (1996), cấu trúc VAM đƣợc chia làm 4 thành phần chính: sợi nấm (hyphae), cấu trúc dạng túi (vesicle), cấu trúc dạng bụi ( arbuscule) và bào tử (spore). * Cấu trúc trong rễ: sợi nấm, cấu trúc dạng túi, cấu trúc dạng bụi. - Sợi nấm (hyphae): không có vách ngăn khi còn non và đâm nhánh bên trong lớp vỏ rễ hình thành các cấu trúc dạng túi và dạng bụi. - Cấu trúc dạng túi (vesicle): là cấu trúc dự trữ chất dinh dƣỡng. - Cấu trúc dạng bụi (arbuscule): do sợi nấm phân nhánh dạng bụi cây bên trong tế bào rễ. * Cấu trúc trong đất: bào tử và sợi nấm. 2 - Bào tử (spore): sinh sản vô tính, hình cầu, kính thƣớc khoảng 20 – 1000 µm. Nó đƣợc tạo thành từ sợi nấm trong đất hoặc rễ. - Sợi nấm: mạng lƣới sợi nấm trong đất có dạng sợi mỏng, làm chức năng ống dẫn để hấp thu chất dinh dƣỡng. + Sợi nấm (Hyphae) Sợi nấm trong đất có cấu trúc mảnh, phân nhánh, đƣờng kính 5 – 20 µm. Chúng gia tăng sự kết hợp với rễ và làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dƣỡng, hình thành bào tử trong đất. Nấm VAM sản xuất ra nhiều loại sợi nấm thực hiện các chức năng khác nhau: Sợi lan truyền hay phân tán và sợi hấp thu (Friese và Allen, 1991). Sợi nấm xâm nhập bên trong rễ hình thành các cấu trúc dạng bụi (arbuscule) hay dạng túi (vesicle). Sợi nấm trải dọc tế bào, chúng len lõi vào các rãnh giữa hai thành tế bào với tốc độ tƣơng đối nhanh, hình thành nên dãy sợi nấm dọc theo tế bào gọi là dạng “Arum”. Một hƣớng khác là sợi nấm bao phủ trong nội bào phát triển xuyên qua vách tế bào hình thành nên các sợi xoắn vòng lại gọi là dạng “Paris” (Gallaud, 1905) (trích dẫn bởi Smith và Smith, 1997). + Cấu trúc dạng túi (vesicle) Cấu trúc dạng túi là nơi tích lũy chất dinh dƣỡng ở nhiều loài nấm VAM, chỗ phình to ở đầu tận cùng của sợi nấm trong tế bào vỏ rễ, chứa lipid và dịch tế bào. Cấu trúc này có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài gian bào rễ, chúng có thể phát triển dày đặc bên trong rễ già và có chức năng nhƣ một yếu tố lan truyền. Một số loài nấm sản sinh túi có chức năng giống bào tử trong đất (Biermann và Linderman, 1983). + Cấu trúc dạng bụi (arbuscule) Dạng bụi phân nhánh rất phức tạp và đƣợc hình thành bên trong tế bào vỏ rễ, “arbuscule” đƣợc đặt tên bởi Gallaud (1905) vì chúng trông giống những dạng bụi nhỏ. Bụi đƣợc hình thành bằng sự chia đôi của nhánh và sự nén bề rộng sợi nấm, bắt đầu từ thân sợi nấm (5 – 10 µm) và kết thúc bằng sự phát triển mạnh mẽ của các sợi nấm phân nhánh (< 1 µm) ( Trích dẫn bởi Brundrett và ctv., 1996). Dạng bụi phát triển trong tế bào vỏ rễ, đƣợc xem là nơi trao đổi chất dinh dƣỡng giữa nấm và cây chủ. Giả thuyết này dựa trên bề mặt tiếp xúc rộng lớn của bụi nhƣng chƣa đƣợc xác định rõ (Smith, 1995). + Bào tử (spore, chlamydospore hoặc azygospore) Bào tử của Glomeromycota mọc đơn lẻ, thành chùm hoặc có dạng thể quả (sporocarps). Hầu hết có hình cầu, một số loài có hình gần cầu, hình thoi hoặc dạng khác. Thành bào tử chứa một hoặc nhiều lớp có độ dày khác nhau (Morton, 1988). 3 Màu sắc bào tử rất đa dạng, kích thƣớc bào tử từ 40 – 800 µm, cấu tạo với nhiều lớp thành, vách chứa vài trăm đến vài ngàn nhân (Bécard và Pfeffer, 1993). Bên trong bào tử chứa lipid và những chất khác có dạng giống nhƣ những giọt nƣớc có kích thƣớc khác nhau (Lee và Koske, 1994). Ngoài ra, VAM còn có một số thành phần khác nhƣ: + Bộ phận phụ (auxiliary body): hay còn gọi là cấu trúc túi ở bên ngoài đất (external vesicle), là những cấu trúc cuộn phồng trên sợi nấm trong đất (external hyphae). Những cấu trúc này đƣợc bao phủ bởi lông gai (spine) hoặc nốt u (knob) và thƣờng là đặc điểm nhận dạng của 2 dòng Scutellospora sp. và Gigaspora sp. Tuy nhiên, chúng không có chức năng lan truyền (Burndrett và ctv., 1996). + Thể quả (sporocarp): là sự tập hợp của nhiều bào tử thành một cấu trúc lớn hơn. Cấu trúc này chứa một sợi nấm chuyên hóa có thể bao bọc tạo thành một lớp màng ngoài cùng (peridium), bên trong là một tập hợp của nhiều bào tử (Burndrett và ctv., 1996). Hình 1. Minh họa sự cộng sinh của VAM trong tế bào rễ. Ep - biểu bì; C - tế bào vỏ; En - vỏ trong; S - bào tử; eh – sợi nấm trong đất; ap – Điểm tiếp xúc và xâm nhập; ih – sợi nấm trong tế bào rễ; a – cấu trúc dạng bụi; ic – sợi nấm dạng vòng; v – cấu trúc dạng túi. A – Dạng Arum; B – Dạng Paris (Barker và ctv., 1998). 4 1.1.4 Sự phân bố và các yếu tố ảnh hƣởng 1.1.4.1 Sự phân bố VAM là một trong những loại nấm phong phú nhất trong đất. Chúng phân bố khắp nơi trên thế giới, xuất hiện nhiều trong đồng cỏ (grasslands), thảo nguyên (savannas), những khu rừng rậm, rừng nhiệt đới, sa mạc và những vùng đất cồn (Camargo-Ricalde, 2002). Theo Wang và Shi (2008), VAM sống trên đất canh tác nông nghiệp và những vùng đất khắc nghiệt, chúng cộng sinh với rễ của hầu hết các loài thực vật, bao gồm rong rêu, cây hạt trần và hạt kín. 1.1.4.2 Các yếu tố ảnh hƣởng * Độ màu mỡ của đất Sự phân bố của VAM thay đổi khi độ dinh dƣỡng ở mỗi vùng đất khác nhau (Anderson và ctv., 1984). Tổng số loài VAM tỷ lệ thuận thành phần và tỷ lệ các hợp chất hữu cơ và tỷ lệ nghịch với hàm lƣợng Ca, Mg và P trong đất, trong khi tổng lƣợng bào tử thì ngƣợc lại. Hàm lƣợng P trong đất thấp kích thích bào tử nảy mầm và xâm nhiễm vào rễ (Hetrick và Wilson, 1989). Độ màu mỡ của đất giảm theo độ sâu, tuy nhiên, sự phân bố của VAM theo độ sâu còn nhiều tranh cãi, Jakobsen và Nielsen (1983) phát hiện rằng sự xâm nhiễm bởi VAM giảm theo độ sâu (> 40 cm), trong khi Zaijcek và Hetrick (1986) cho rằng ở những cây lâu năm có bộ rễ sâu, sự xâm nhiễm của nấm rễ phát triển hơn những thực vật có bộ rễ cạn (trích bởi CamargoRicalde, 2002). * Độ nén dẽ của đất (soil compaction) Độ kết dính của đất có thể ảnh hƣởng đến sự phát triển của VAM. Nadian và ctv (1997) cho rằng đất có độ nén dẽ chặt sẽ làm giảm đáng kể lƣợng O2 trong đất, thay đổi kích thƣớc tế khổng, vì vậy sẽ hạn chế sự phát triển của VAM. * Độ ẩm Độ ẩm đất là nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự phân bố của VAM trong tự nhiên. Theo Anderson và ctv (1984), sự chiếm đóng của VAM tỷ lệ nghịch với độ ẩm của đất. Radhika và Rodrigues (2007) chỉ ra rằng VAM chiếm một phần quan trọng trong hệ sinh thái ngập nƣớc nhƣng chúng ít phổ biến hơn những thực vật ở cạn. Miller (1995) cũng cho rằng sự chiếm đóng của VAM thấp nhất ở những vùng đất luôn ẩm ƣớt và gia tăng ở những vùng có trải qua mùa khô. * pH đất pH có ảnh hƣởng rất quan trọng đến sự phân bố và phát triển của VAM. pH đất có thể ảnh hƣởng đến sự xâm nhiễm, sự hình thành và nảy mầm bào tử của VAM (Green và ctv., 1976). Điều kiện pH tối ƣu cho sự nảy mầm bào tử giữa các 5 loài khác nhau. Bào tử Acaulospora laevis nảy mầm tốt nhất ở pH 4 – 5, Gigaspora spp. ở pH 4 – 6 và Glomus spp. giữa pH 6 – 9 (Green và ctv., 1976). pH tối ƣu đối với sự nảy mầm có phần gắn liền với pH của đất, nơi mà nấm VAM đƣợc phân lập (Giovannetti, 2000) (Trích dẫn bởi Declerck và ctv., 2005). * Nhiệt độ Nhiệt độ cũng ảnh hƣởng đến sự phân bố của VAM và có để đƣợc chia thành hai tác động: một là ảnh hƣởng trực tiếp lên nấm và một là ảnh hƣởng gián tiếp thông qua cây chủ (Koske, 1987). Một số tài liệu cho rằng nhiệt độ cũng ảnh hƣởng đến sự nảy mầm và kéo dài sợi nấm của bào tử trong điều kiện nuôi cấy không cây chủ. Nhiệt độ tối ƣu ở mỗi loài VAM có thể khác nhau (Declerck và ctv., 2005),. Glomus mosseae và Acaulospora leavis có thể nảy mầm ở 10 – 30 oC với nhiệt độ tối ƣu khoảng 20 – 25 oC, trong khi Gigaspora tối ƣu ở nhiệt độ 20 – 30 oC (Safir, 1986). Cũng giống nhƣ pH, nhiệt độ tối ƣu cho sự nảy mầm tùy thuộc vào môi trƣờng nơi mà nấm đƣợc phân lập. Safir (1986) cho rằng, nhiệt độ thấp hạn chế sự phát triển của sợi nấm, ở nhiệt độ 15 oC làm giảm sự phát triển sợi nấm của Gigaspora calospora và ở nhiệt độ thấp (10 – 15 oC) thì sự kéo dài của sợi nấm bị suy yếu. Tuy nhiên, nhiệt độ lạnh có ảnh hƣởng trực tiếp đến sự nảy mầm và phát triển của sợi nấm, Juge và ctv (2002) báo cáo rằng, trữ bào tử Glomus intraradices trong khoảng thời gian lâu hơn hai tuần ở nhiệt độ 4 oC gia tăng sự nảy mầm của bào tử và làm giảm tỷ lệ chết ở bào tử. * Ánh sáng Trong tự nhiên, sự hiện diện của VAM ngoài ánh sáng là một điều không thể xảy ra. Tuy nhiên, khi xử lý ánh sáng gây ảnh hƣởng sự phát triển của sợi nấm trong nuôi cấy không cây chủ. Ánh sáng kích thích sợi nấm phân nhánh trong sự phát triển ống mầm của Gigaspora gigantea, Gi. Rosea và Glomus intraradices (Nagahashi và ctv., 2000). * CO2 Theo Declerck và ctv (2005), nồng độ CO2 trong đất cao (khoảng 2%) so với nồng độ CO2 trong không khí (0,03%). Trong đất, CO2 không thể xem là một tín hiệu đặc trƣng cho sự cộng sinh giữa thực vật đối và nấm VAM, vì CO2 còn đƣợc thải ra từ các nguồn khác nhƣ hệ sinh vật trong đất. Tuy nhiên, trong môi trƣờng nuôi cấy có loài cây chủ (monoxenic culture), CO2 đƣợc phóng thích từ sự hô hấp của mô rễ kích thích sự nảy mầm của bào tử và sự cộng sinh giữa sợi nấm với rễ. CO2 ảnh hƣởng lên VAM tùy thuộc vào nồng độ. Nồng độ CO2 ở khoảng 0,5 – 2,5% kích thích sự phát triển của sợi nấm Gigaspora margarita (Poulin và ctv., 1993). Nồng độ CO2 ở mức 0,1% không hiệu quả lên sự phát triển sợi nấm Gigaspora 6 margarita (Poulin và ctv., 1993) trong khi ở nồng độ 5% ức chế sự phát triển của sợi nấm Glomus mosseae trong điều kiện phòng thí nghiệm (Le Tacon và ctv., 1983). * Địa hình, khí hậu và miền vùng Các nhân tố khác nhƣ địa hình và những nơi thƣờng xuyên khô hạn ảnh hƣởng đến số lƣợng và thành phần loài VAM. Tuy nhiên, thành phần loài VAM nhiều hay ít có thể là một hệ quả trực tiếp của những ảnh hƣởng từ địa hình và khí hậu nóng khô lên sự phân bố loài thực vật (Gibson và Hetrick, 1988). 1.2 CƠ CHẾ CỘNG SINH VÀ MỐI LIÊN HỆ GIỮA NẤM VỚI CÂY CHỦ 1.2.1 Cơ chế cộng sinh Sự cộng sinh của nấm VAM và cây chủ đƣợc bắt đầu từ một yếu tố lan truyền tồn tại trong đất, yếu tố đó là những bào tử của nấm VAM hoặc những mảnh rễ có sự cộng sinh của nấm VAM. Khi có sự hiện diện của rễ, sợi nấm bắt đầu cảm ứng và phát triển hƣớng vào rễ, sau đó chúng tiếp xúc và phát triển dọc bề mặt rễ. Một hoặc nhiều sợi nấm hình thành đĩa áp (appressoria) bám giữa 2 tế bào biểu bì gần kề. Quá trình xâm nhiễm xảy ra khi sợi nấm từ đĩa áp xuyên thủng biểu bì hoặc vỏ tế bào rễ để xâm nhập vào rễ. Sợi nấm không có vách ngăn trải dọc tế bào vỏ, một sợi nấm có thể trải dọc song song theo các rãnh tế bào một cách nhanh chóng hoặc nó có thể cuộn vòng trong tế bào vỏ rễ. Trên sợi nấm, những sợi phân nhánh đâm xuyên qua tế bào rễ, tại đỉnh của những sợi này hình thành nên các cấu trúc dạng bụi hay còn gọi là “arbuscule”. Sự hình thành bụi dọc theo sự phát triển của sợi nấm, cấu trúc này có nhiệm vụ trao đổi chất dinh dƣỡng giữa cây chủ và nấm một cách dễ dàng, chủ yếu là phosphorus từ sợi nấm đến cây trồng và nguồn carbon từ cây trồng đến nấm. Cấu trúc dạng túi (vesicle) đƣợc hình thành ngay sau khi những bụi phát triển đầu tiên, tuy nhiên chúng vẫn tiếp tục phát triển trong khi những cấu trúc dạng bụi trở nên già yếu. Túi là nơi tích lũy những sản phẩm dự trữ ở nhiều loài cộng sinh VAM. Sau cùng, ở những phần rễ cộng sinh lâu, sợi nấm đâm xuyên qua thành tế bào vỏ ra ngoài và phát triển dài dọc theo bề mặt rễ và hình thành nên nhiều điểm xâm nhập, chúng cũng phát triển đi vào đất, hình thành bào tử, đồng thời giúp các hạt đất kết chặt lại (Brundrett và ctv., 1994; Smith và Gianinazzi – Pearson, 1990). 1.2.2 Mối liên hệ giữa nấm và cây chủ Smith và Gianinazzi - Pearson (1990) chỉ ra rằng chiều dài sợi nấm phát triển trong đất ƣớc lƣợng trung bình là khoảng 1 m sợi nấm trên 1 cm rễ. Mạng lƣới sợi nấm này có thể mở rộng hàng cm bên ngoài từ bề mặt rễ cây, đi qua khu vực cạn kiệt dinh dƣỡng, giúp cho rễ hấp thu những khoáng kém linh động từ trong đất cung cấp cho cây trồng. Ngƣợc lại, cây trồng cung cấp cho nấm đƣờng, acid amin và 7 vitamin cần thiết cho sự sống của chúng (Harley và Smith (1983), trích bởi Hoàn Tuấn Dũng, 2007). Một số ứng dụng VAM trên các loại cây trồng nông nghiệp trên thế giới đƣợc trình bày trong Bảng 1. Bảng 1. Một số ứng dụng thành công của VAM trên các loại cây trồng nông nghiệp trên thế giới (Declerck và ctv., 2005) Cây trồng Tên thƣờng dùng VAM chủng Tham khảo VAM bản địa VAM bản địa, Glomus etunicatum, Glomus intraradices Glomus intraradices, Glomus mosseae, Glomus etunicatum, Gigaspora rosea Glomus spp. Gaur và Adholeya (2000) Matsubara & ctv. (1994) Tên khoa học Hành tây Tỏi Allium cepa Allium sativum Ớt Capsicum annuum Dƣa leo Cucumis sativus Cà rốt Đậu nành Khoai mì Lúa Đậu Hà Lan Daucus carota Glycine max Manihot esculenta Oryza sativa Pisum sativum Khoai tây Bắp Solanum tuberosum Zea mays Cà phê arabica Coffea arabica Măng Tây Asparagus officinalis Dƣa hấu Cam Citrullus lanatus Citrus unshiu Dâu tây Fragaria Glomus intraradices Nhiều loài VAM Glomus clarum Nhiều loài VAM Glomus etunicatum, Glomus intraradices VAM bản địa Glomus mosseae, G. versiforme Gigaspora margarita, Acaulospora laevis Gigaspora margarita, Glomus fasciculatum, G. mosseae Glomus clarum Glomus ambisporum, G. fasciculatum, G. mosseae, Gigaspora ramisporophora Glomus intraradices 8 Douds và Reider (2003) Rosendahl và Rosendahl (1991) Gaur & ctv. (2000) Isobe và Tsuboki (1998) Fagbola & ctv. (1998) Isobe và Tsuboki (1998) Matsubara & ctv. (1994) Gaur và Adholeya (2000) Bi & ctv. (2003) Bhattacharya và Bagyaraj (1998) Matsubara & ctv. (2000) Kaya & ctv. (2003) Shrestha & ctv. (1996) Werner & ctv. (1991)