Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan nắm rễ nội cộng sinh Vescular Arbuscular Mycrorrhiza (VAM) Thuật ngữ Mycorrhiza được Frank - nhà bệnh cây lâm nghiệp người Đức đưa ra dé chỉ mối quan hệ giữa nam đặc biệt giữa nam cộng sinh và rễ cây. Nam rễ nội cộng sinh VAM được xác định là mối quan hệ không thé thiếu ở hầu hết các loài thực vật hơn 80% các loài thực vật có kha năng hình thành cộng sinh 10 với nam rễ (Newman và Reddell, 1987). Su két hợp đó mang lại lợi ich cho cả thực vật va nam rễ VAM, qua đó nam rễ VAM có được các hợp chất đồng hóa từ thực vật dé sống. Đồng thời, nhờ nắm rễ VAM cây có thê tăng cường khả năng hấp thu nước, các chất hữu cơ hòa tan trong đất giúp chống chịu với các yếu tố bệnh hại cũng như các chất độc kim loại nặng.
Do đó, có tác dụng cải tạo và ồn định cấu trúc đất, cân bằng hệ sinh thái (Brundrett và Tedersoo, 2018).1 Phân loại Ước tính trên thế giới hiện có khoảng 1000 chi thuộc 200 họ thực vật có quan hệ cộng sinh nam rễ. Có 535 loài nắm thuộc 81 chi, 30 ho,10 bộ nam có thé cộng sinh với trên 1500 loài cây gỗ khác nhau (Trappe, 2005). Dựa trên đặc điểm xâm nhiễm của nam vào rễ cây chủ, Mycorrhiza được phân thành 3 nhóm là ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza), nội cộng sinh (Endomycorrhiza) và nội — ngoại cộng sinh (Ectoendo mycorrh1za) (Smith và Read, 1997).1 Nam rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza) Soi nam bao quanh rễ dinh dưỡng, không xuyên qua mô tế bào mà chỉ kéo dai giữa các vách tế bào. Các sợi nam đan chéo nhau hình thành một màng nắm trên bề mặt rễ dinh dưỡng.
Thé sợi nam sinh trưởng hình thành mạng lưới giữa các tế bào tang vỏ rễ gọi là Hartig. Rễ nắm ngoại cộng sinh có hình dạng và màu sắc nhất định rất dễ nhận biết bằng mắt thường (Trần Văn Mão, 2004).2 Nắm rễ nội cộng sinh (Endomycorrhiza) Thể sợi nắm có thé xuyên qua tế bào bên trong rễ cây chủ, không biến đổi hình thái, không hình thành màng nấm trên bề mặt rễ, vẫn giữ nguyên lông hút. Thể sợi nam vẫn kéo dai giữa gian bào nhưng không hình thành lưới Hartig. Nam rễ nội cộng sinh chia làm hai loại: sợi nắm không có vách (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 nắm không có vách ngăn thường có dạng túi bóng (Vesicular) và dang chùm (Arbuscular), gọi là nam dang túi chùm (Vesicular Arbuscular mycorrhiza — VAM) (Tran Văn Mão, 2004).2 Thanh phan cấu trúc nắm rễ nội cộng sinh 1.1 Cấu trúc ngoại bào Bao tử: Bào tử vô tính, hình cầu lớn (20 — 1000 um) được tạo thành từ sợi nam trong đất hoặc rễ. Bào tử thường có chức năng dự trữ, là giai đoạn tiềm sinh và cũng là yếu tô lan truyền giống. Soi nam (hypha): mạng lưới sợi nắm trong đất có hình dang sợi mỏng. Chức năng của sợi nam là hap thu chất dinh dưỡng, gia tăng sự kết hợp với rễ cây trồng và hình thành bào tử.
Sợi nắm có khả năng phát triển giới hạn, chúng sẽ chết sau khi nảy mầm vài tuần nếu không gặp được rễ cây ký chủ. (Soura, 2015) Soi nam (hypha): Năm 2004, Peterson va ctv nhận định rang sự hình thành nam nội cộng sinh VAM có liên quan đến hàng loạt các bước từ sự tiếp xúc với rễ đến sự hình thành vòi bám, xâm nhập vảo tê bao biêu bì, sự phát triên của sợi nam nội bảo và bụi trong một số trường hợp hình thành cấu trúc túi. 4 Sự cộng sinh có thé bắt đầu từ sự nảy mam cia bao tử khi gap điều kiện thuận lợi, bao tử hình thành ống mầm và phát triển thành sợi nam ngoại bao. Các sợi nam này cảm ứng được sự hiện điện của rễ cây và phát triển hướng đến rễ.
Dé phát triển tất cả các cau trúc bên trong, các sợi nam phải tiếp xúc với bề mặt của tế bao biểu bì rễ hoặc lông hút rồi hình thành một câu trúc đặc biệt gọi là vòi bám, sau đó xâm nhập vào lớp biéu bì trước khi đến tế bảo rễ. Tại những vị trí mà sợi nắm tiếp xúc với bề mặt rễ, nơi mà các vòi bám hình thành vào xâm nhập vào rễ gọi là điểm xâm nhiễm. Sợi nắm khi tiếp xúc với bề mặt rễ có thé hình thành nhiều điểm xâm nhiễm. Bui được xem là nơi cộng sinh chính giữa VAM và cây ký chủ.
Bụi chỉ sống được vài ngày và bắt đầu phân hủy nhưng sợi nắm và túi có thể tổn tại trong rễ trong vai tháng hoặc vài năm. (Smith và Read, 1997) Túi (Vesicle): Phát triển dé tích lũy sản phẩm dự trữ ở nhiều loại VAM. Túi là nơi phinh to lên của sợi nam, nằm trong tế bào vỏ rễ hoặc bên ngoài gian bảo. Túi có thé phát triển bên trong rễ gia và có chức năng như yếu tố lan truyền giống.
Một vài nắm có cau trúc túi giống như bao tử trong đất (Hoàng Tuấn Dũng, 2007).3 Co chế cộng sinh và mối liên hệ giữa nắm nội cộng sinh với cây ký chủ Sự cộng sinh Mycorrhiza bat đầu bằng sự nảy mầm từ một yếu tố lan truyền giống được lưu giữ trong đất, yếu tố đó là bào tử của VAM hoặc là những mảnh rễ có mycorrhiza cộng sinh. Soi nam cảm ứng được sự hiện diện của rễ bằng sự phát triển hướng vào rễ, thiết lập sự tiếp xúc và phát triển đọc theo bề mặt rễ. Tiếp đến, một hoặcnhiều sợ nắm sinh ra khôi u gọi là giác bám, bám giữa hai tê bảo biêu bì. 5 Các soi nam hoặc bao từ nam tổn tại trong đất hoặc rễ cây ở điều kiện thích hợp sẽ phát triển mạnh và hướng vào rễ chủ.
Một hệ thống rễ phụ phát triển trong đất tăng cường hấp thụ dinh dưỡng cho cây. Tuy nhiên, nam rễ cộng sinh từ lâu cũng đã được biết đến có khả năng ngăn chặn các bệnh hại ở cây ký chủ và những ảnh hưởng ức chế này đã được chứng minh cả trên và đưới mặt đất, đã được hệ thống hóa và mở rộng qua nhiều nhóm bệnh hại (Smith và Read, 2008).4 Vai trò của nấm rễ nội cộng sinh VAM đối với cây trồng Đến nay có rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò của nắm rễ VAM trong việc làm tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng cho cây chủ đặc biệt là hấp thu P trong đất. Qua đó, thực vật được nam rễ VAM cộng sinh có 2 con đường hấp thu dinh dưỡng (Smith và và Read ,1997). Cây ký chủ có thé hap thu dinh dưỡng trực tiếp từ sự vận chuyên chất dinh dưỡng qua lớp biểu bì hoặc lông hút, con đường còn lại là sự hap thu chất dinh dưỡng gián tiếp nhờ sự cộng sinh của nam rễ VAM (Nagy và ctv, 2009).
Theo Jakobsen và ctv (1992) thì sự khác biệt giữa nắm trở nên rõ nét hơn khi dòng P được thể hiện trên cơ sở chiều dai nam. Hệ sợi nam ngoại bào kéo dài thống rễ giúp cây chủ tiếp cận lượng P trong đất từ con đường cộng sinh với nam rễ đáng ké hơn con đường tự hap thu (Nagy và ctv, 2009). Bên cạnh đó, một yếu tô dinh dưỡng không thể thiếu đối với cây trồng là đạm (N). Nam VAM có thé đây nhanh quá trình phân hủy chất hữu co, qua đó tăng khả năng tiếp nhận và hap thu nitrate (Javot, 2007).
Năm 1993 Frey cho rang các sợi nam của VAM có thé cải thiện hiệu quả hấp thu N vô cơ cao hơn; nam Glomus intraradices và Gigaspora margarita vận chuyền hơn 30% N đến cây bắp. Mặc dù nam rễ VAM có thể có thé truyền một phần N đến cấy chu (Hodge va Fitter, 2010), tuy nhiên Heyden và ctv (2015) lại cho rằng nắm rễ VAM thu được N từ phân hủy chất hữu cơ và sử dụng N chủ yếu cho sự phát triển và sự trao đổi chất của chúng, làm cho chúng cạnh tranh cây ký chủ. Nam rễ VAM là dạng cộng sinh bắt buộc, và việc trao đối chất dinh dưỡng hai chiều giữa nắm và cây ký chủ là một đặc điểm quan trọng đối với tính năng cộng sinh, do đó cây ký chủ cũng cung cấp một lượng sản pham quang hợp cho nam rễ sinh trưởng và phát triển (Wright và ctv, 1998). Việc trao đổi chất dinh dưỡng giữa nam VAM và cây chủ là nhờ vào sự phát triển của cau trúc sợi nam và bụi trong tế bao.
Khi bụi của nắm VAM tiêu biến từ đó giải phóng một lượng dinh đưỡng vào tế bào rễ. Su hấp thu chất dinh dưỡng trong đất của nam rễ chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH đất, nhiệt độ (Gavito và ctv,2005). Bên cạnh đó hiệu quả hấp thụ chất dinh dưỡng của nam rễ có thê bị ảnh hưởng bởi sự phân bó không gian (chiều dai) của sợi nam ngoại bao trong đất (Jakobsen và ctv, 1992). Ngoài việc làm tăng khả năng hấp thu dinh đưỡng, nắm rễ VAM còn có rất nhiều vai trò khác như: giúp tăng khả năng chống chịu cây trồng trong các điều kiện bắt lợi khi cộng sinh với cây (Habte và Soedarjo, 1996; Gavito và ctv, 2005).
Nắm rễ VAM và vi khuẩn có lợi có thể cùng ton tại ma không ảnh hưởng với nhau, do đó sự kết hợp này có thé làm tăng sự phát triển của cây trồng, tăng sức dé kháng và chống lại các tác nhân gây bệnh (Akhtar và Siddiqui, 2008). Nắm rễ VAM cộng sinh với cây trồng làm giảm khoảng 7% truyền trùng gây hại (Hol và Cook, 2005). Akhtar và Siddiqui (2008) cũng nhận thấy khi kết hợp Glomus intraradices, Pseudomonas alcaligenes, và Bacillus pumilus làm giảm sự nhân lên của tuyến trùng (56 - 66%). Ngoài ra kích thích cây chủ sinh trưởng va phát triển, tăng khả năng ra hoa và thụ phan (Ploulton va ctv, 2001).2 Những nghiên cứu trong nước và ngoài nước về nam rễ nội cộng sinh VAM 1.1 Các nghiên cứu trong nước Việc nghiên cứu nam rễ nội cộng sinh đang trở thành một hướng phát triển ở Việt Nam nhằm đáp ứng các nhu cầu về ứng dụng nấm rễ nội cộng sinh vào sản xuất nông nghiệp.
Tuy nhiên các nghiên cứu còn mới và thường chỉ dừng lại ở mức độ phân lập, định danh và nghiên cứu vai trò của Vesicular Arbuscular Mycorrhiza trong việc hap thu lân trên cây trong. Năm 2012, Nguyễn Thị Kim Liên và ctv đã phân lập được 16 loài thuộc 6 chỉ nắm VAM trong đất trồng cam tại Quỳ Hợp, Nghệ An. Đỗ Thị Xuân (2016) đã định danh được bốn chi nam là Acaulospora, Entrophosphora, Glomus, Gigaspora trong đất trồng bap, mè, ớt tại TP.