Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tong quan về nắm rễ cộng sinh Arbuscular mycrorrhiza 1.1 Khái niệm và phân loại 1.1 Khái niệm Nam rễ cộng sinh (Mycorrhiza) được Kamienski đề cập lần đầu tiên vào năm 1881 trên cây Monotropha (trích dẫn bởi Harley, 1991) và đã được Frank đưa ra vào năm 1885 dé chỉ mối quan hệ cộng sinh giữa rễ thực vật và nam. Từ “mycorriza” có nghĩa là “nắm - rễ”, tác giả đã dùng từ này dé nhắn mạnh mối quan hệ giữa nam và rễ cây (Roger va ctv, 2004). Năm 2005, Hội nghị Quốc tế về Mycorrhiza lan thứ 17 duoc tô chức tai Lisboa Bồ Dao Nha đã quyết định lay tên “Arbuscular Mycorrhiza Fungi” (AME) dé chỉ loại hình cộng sinh này. Mycorrhiza là thé cộng sinh giữa hệ sợi nam trong đất với rễ của thực vật bậc cao.
Các nhà khoa học chuyên học nhận định rằng, tuyệt đại bộ phận thực vật đều có nắm rễ cộng sinh là một hiện tượng phô biến trong giới tự nhiên. Ngày nay trên thế giới có khoảng 1000 chi thuộc 100 họ thực vật có quan hệ cộng sinh với nam rễ. Theo thống kê của Trapper (1962) có 535 loài nam thuộc 81 chi, 30 họ, 10 bộ nắm có thé cộng sinh với trên 1500 loài cây thân gỗ khác nhau.2 Phân loại Nam rễ cộng sinh có 3 dạng chính là nam rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhizal), nắm rễ nội cộng sinh (Endomycorrhizal) và nam tế nội - ngoại cộng sinh (Ectoendo mycorrhizal) (Trần Văn Mão, 2004). -_ Nấm rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhizal) Nam ngoại cộng sinh (Ectomycorrhizal) là một loại nam rễ, sợi nam bao quanh rễ dinh đưỡng chưa hóa gỗ, không xuyên qua mô tế bào mà chỉ kéo dài giữa các vách tế bào.
Sợi nắm phát triển trên bề mặt rễ dinh dưỡng hình thành một màng nắm do các sợi đan chéo nhau. Gita các tê bào tang vỏ rê hình thành một mạng lưới do thê sợi nam sinh trưởng mà thành và được gọi là lưới Hartig. Rễ nam ngoại cộng sinh có hình dạng va màu sắc nhất định rat dé nhận biết bằng mắt thường (Trần Văn Mão, 2004). Nguồn: Hoàng Thị Ái Duyên, 2020 ^ *.2 Nắm rễ nội cộng sinh Nguồn: Hoàng Thị Ái Duyên, 2020 Loại nam rễ này mang đặc điểm sinh lý và hình thái giống với hai loại nam rễ nội cộng sinh và nam rễ ngoại cộng sinh.
Nam ré nội cộng sinh có điểm đặc trưng là sợ nắm ăn sâu vào bên trong tế bao thực vật và không gây nên những biến đôi hình thái bên ngoài của rễ thường có một phan của sợi nắm còn nam phía ngoài nhưng chúng không tạo lớp vỏ bao ngoài rễ. Thể sợi nam vẫn kéo dài giữa gian bào nhưng không hình thành lưới Hartig. Nam rễ nội cộng sinh chia làm hai loại: sợi nam không có vách ngăn (Aseptate endotrophic mycorrhiza — AEM) và sợi nam có vách ngăn (Septate endotrophic mycorrhiza — SEM), những loại này thường khó nhận biết bằng mắt thường. Bên cạnh đó, loại sợi nấm không có vách ngăn thường có dạng túi bóng (Vesicular) và dạng chùm (Arbuscular), gọi là nam rễ dang túi chùm (Vesicular Arbuscular mycorrhiza — VAM) (Tran Văn Mão, 2004).
Tuy nhiên, có 2 hình thức cộng sinh được nghiên cứu chủ yếu là Vesicular Arbuscular Mycorrhizas (nội cộng sinh) và Ectomycorrhizas (ngoại cộng sinh).2 Đặc điểm của nắm rễ nội cộng sinh VAM Trong một thời gian dài VAM được xếp vào ngành phụ nấm tiếp hợp (Zygomycota) do cấu trúc sợi nam không có vách ngăn, lớp nấm tiếp hợp (Zygomycetes). Hiện nay, bằng những nghiên cứu mức độ phân tử hệ thống phát sinh loài đã cho thấy Zygomycota là ngành đa hệ (poli-phyletic), do đó nam VAM được tach ra khỏi ngành Zygomycota hình thành lên ngành mới là Glomeromycota. Phân loại đến cấp họ cho VAM được dựa trên 4 tiêu chí cơ bản: - Cầu trúc mycorrhiza cộng sinh trong rễ. - Phương thức hình thành bào tử khi được phân lập trong đất.
- Cầu trúc nội bảo tử. - Phương thức nảy mầm bào tử. Hệ thống phân loại VAM hiện nay (dựa trên trình tự của rRNA) được tóm tắt 1.3 Cấu trúc của nắm rễ nội cộng sinh VAM 1.1 Cấu trúc sợi nắm ngoài rễ: bào tử và sợi nắm. Bào tử: có thê dạng đơn hoặc đa bào, chủ yếu hình thành ở đầu của sợi sinh bào tử nối tiếp với sợi nắm ngoại bào đôi khi bào tử cũng xuất hiện bên trong rễ (Koske và ctv, 1985), trên bề mặt đất (BeCard và Fortin, 1988), trên bề mặt thực vật hay các mảnh phân giải (Blaszkowski va ctv, 1998).
Bào tử có kích thước tương đối lớn (50 — 500 um), lớn hơn nhiều so với bào tử của những loại nam khác.Bào tử thường có chức năng dự trữ và cũng là yếu tố lan truyền giống. Năm 1996, Brundrett và ctv mô tả bào tử được hình thành từ những chỗ phình lên của sợi nắm trong đất hoặc trong rễ (một số hình thành từ túi bào tử), thường có dạng hình cầu, hình elip, hình bầu dục, hay không có hình dạng nhất định. Màu sắc của bào tử rất đa dạng, từ trong suốt, trắng đục, vàng, cam, nâu đỏ đến màu đen. Bảo tử thường mọc đơn lẻ hoặc mọc thành chùm, có cuống hoặc không có cuống.
Thành bào tử day, có cau trúc gồm một hay nhiều lớp, điều này có thé giúp chúng có thé tồn tại lâu trong đất đôi khi đến vài năm (Peterson và ctv, 2004). Do đặc điểm cấu trúc các thành phan cấu tạo nên bào tử ôn định trong những điều kiện sinh thái khác nhau nên chúng được coi là tiêu chí quan trọng trong phân loại VAM. Soi nam: Soi nam không có vách ngăn, vai trò làm tăng rõ rệt diện tích hấp thụ của rễ cây, cầu sợi nắm hình thành con đường vận chuyền chất dinh dưỡng giữa thực vật cộng sinh và khối đất bám quanh rễ (Koske và Gemma, 1989). Nguồn: Lê Thi Hà, 2011 1.2 Cấu trúc trong rễ: Sợi nắm (hypha), bụi (arbuscular), túi (vesicle) Bui (Arbuscula): phát triển bên trong tế bào vỏ rễ.
Sự hình thành bụi theo sau sự phát triển của sợi nắm hình thành bằng sự chia đôi của nhánh và nén bề rộng sợi nam, bat dau từ thân sợi nam (5 — 10 im) và kết thúc bằng sự phát triển mạnh của cành nhánh 6 sợi nắm (khoảng 1 pm). Bui chỉ sống được vài ngày và bat đầu phân hủy, nhưng sợi nam và túi có thé tồn tại trong rễ trong vài tháng hoặc vài năm. Túi (vesicle): có dạng hình cầu hoặc trứng, có thành tế bào dày, phát triển dé tích lũy sản phẩm dự trữ ở nhiều loại VAM. Túi là nơi phình to lên của sợi nam chứa lipit và tế bào chất, nằm trong tế bào vỏ rễ hoặc bên ngoài gian bao.
Túi có thé phát triển bên trong rễ già và có chức năng như yếu tô lan truyền giống. Một vài nam có cấu trúc túi giống như bào tử trong dat (Hoàng Tuan Dũng, 2007). Soi nam(hypha): không có vách ngăn và có thé đâm nhánh vào bên trong lớp vỏ rễ hình thành nên cấu trúc bụi và túi. Theo Peterson và ctv, (2004) nhận định sự hình thành nắm nội sinh VAM liên quan đến hàng loạt các bước từ sự tiếp xúc với rễ đến sự hình thành vòi bám, xâm nhập vào tế bào biéu bì, sự phát triển của sợi nắm nội bào va bụi, trong một số trường hợp hình thành túi.
Nguồn: Gezahagn Getachew va ctv, 2019 1.4 Một số đặc điểm hình thái của nắm rễ cộng sinh VAM Đặc điểm nhận dang bào tử của một số loài VAM (Gerdemann, 1963).1 Đặc điểm nhận dang bao tử của một số loài VAM Tên chỉ Tên loài Hình dạng Màu sắc Kích Thước Đặc điểm (um) Glomus Aggregatum Hình cau, hình Có mau nâu, nau 120 - 175 Thành bào tử trứng, có cuống đỏ, một số có mỏng, có 2 lớp nhỏ màu vàng nhạt Ambisporum Hình cầu hoặc Có màu nâu, nâu 100 - 150 Thành bào tử hình trứng đậm mỏng Marcaropus Hình cầu hoặc Có mau nâu hoặc 100 - 125 Thành bào tử hình trứng vàng nhạt mỏng, có quả bào tử Acaulospora Appendicula Hinh cau Có màu vàng 150 - 175 Thanh bao tử day, nhat 1 - 6um Delicate Có quả baotr Co màu nâu, nâu 100 - 175 Thành bào tử dày hình cầu đậm Dilatala Hình cầu, có Có màu nâu, đen 125 - 200 Thành bao tử dày, quả bào tử có nhiều lớp Myriocarpa Có quả bao tử, Có màu nâu hoặc 120 -0 175 Thành bảo tử dày, hình cầu hoặc nâu nhạt có vách ngăn gần hình cầu Bireticulata Hình cầu, dạng Có màu nâu nhạt 150 - 200 Thanh bao tử dày, quả lê hoặc vàng nhạt có 3 — 4 lớp Lacunose Hinh cau Có màu nâu hoặc 120 - 175 Thanh bào tử nâu nhạt mong, 1 — 2 lớp Entrophora Colombiona Hình cầu hoặc Có màu nâu nhạt 120 - 200 Thành bào tử có 3 WMl>rggis hình trứng hoặc vàng nhạt lớp, chia làm 2 nhóm SchencRii Hình cầu, hình Có màu nâu nhạt, 150 - 200 Thành dày, chia tròn mảu vàng nhạt bảo tử thành 3 lớp Coccogena Bào tử có dạng Có màu nâu nhạt 100 - 150 Thành bảo tử hình cầu, gần mỏng, có 2 lớp hình cầu, elip Coremioides Bào tử cóhình Có màu nâu, nâu 120 - 180 Thành bào tử có 3 cầu đậm lớp, chia làm 2 nhóm Glomites Rhyniensis Hình cầu hoặc Có màu nâu đậm 150 - 200 Thành bào tử có hình elip cấu trúc kề liên tiếp, gồm nhiều lớp Gigaspora Candida Bào tử có hình Có màu nâu, nâu 120 - 160 Thành bào tử có 3 cầu, gần hình đậm, nâu đỏ lớp, chia làm 2 cầu hoặc elip nhóm Albida Bao tử có dạng Có màu vàng 120 - 150 Thành bào tử có hình cầu hoặc nhat câu trúc nôi tiép, elip gồm 3 —5 lớp 1.5 Sinh trưởng Mặc dù VAM là thể cộng sinh bắt buộc, nhưng vẫn có thể tồn tại dưới dạng các mảnh sợi nắm trong các rễ chết hoặc tự do trong đất một thời gian dài, thậm chí khi đất bị hạn hay băng giá. Tuy nhiên, dé sinh trưởng được trong một thời gian dai VAM can có cây chủ dé thu nhận cacbon va năng lượng cần thiết. Do đặc điểm này mà không thé tiến hành nuôi cấy VAM trực tiếp trên môi trường nhân tạo mà cần phải có giá thé là rễ của thực vật bậc cao.6 Chu trình sinh sản và vòng đời Không có tài liệu về sự sinh sản hữu tính của VAM. Nghiên cứu bằng chỉ thị phân tử đã xác định không có sự tái tổ hợp hoặc ở mức độ rất thấp (Kuhn và ctv, 2001).
Vì thế thường giả định rằng: bào tử được hình thành bằng con đường sinh sản vô tính nhờ vào các bảo tử hoặc sợi nắm.