Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với rễ thông ba lá Pinus kesiya tại Lâm Đồng

Luận án nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với hệ rễ thông ba lá Pinus kesiya tại Lâm Đồng, khảo sát thành phần loài và tác động đến sự phát triển của cây con.

• Tác giả: Ngô Thùy Trâm
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Nguyễn Đức Hoàng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với hệ rễ thông ba lá Pinus kesiya tại tỉnh Lâm Đồng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2026
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về nấm ngoại cộng sinh với rễ thông ba lá tại Lâm Đồng

Thông ba lá (Pinus kesiya) là loài cây gỗ chủ lực của vùng cao nguyên Lâm Đồng. Loài cây này tạo nên cảnh quan đặc trưng cho thành phố Đà Lạt. Đất đai vùng cao nguyên thường nghèo dinh dưỡng và có tính axit cao. Rễ thông ba lá cần sự hỗ trợ của nấm ngoại cộng sinh để sinh trưởng ổn định. Mối liên kết này hình thành cấu trúc rễ nấm đặc biệt quanh chóp rễ. Sợi nấm len lỏi vào tầng đất sâu để tìm kiếm nguồn nước và ion khoáng. Nhờ mạng lưới sợi nấm, diện tích tiếp xúc của rễ cây tăng lên nhiều lần. Cây thông hấp thu phốt pho và nitơ dễ dàng hơn trong điều kiện đất dốc xói mòn. Ngược lại, cây thông chuyển hóa năng lượng mặt trời thành carbohydrate nuôi hệ nấm. Đây là quan hệ hỗ sinh chặt chẽ đã tiến hóa qua hàng triệu năm. Hệ sinh thái rừng thông phụ thuộc sâu sắc vào mạng lưới nấm ngầm này. Cây con không có nấm cộng sinh thường còi cọc và khó sống sót ngoài tự nhiên. Do đó, việc tìm hiểu hệ nấm rễ thông ba lá là yêu cầu cấp thiết.

1.1. Đặc điểm sinh học của thông ba lá tại Lâm Đồng

Thông ba lá Pinus kesiya phân bố chủ yếu trên các đồi núi cao tại Lâm Đồng. Cây ưa khí hậu mát mẻ và chịu được lượng mưa lớn. Hệ rễ cọc phát triển mạnh giúp cây bám chắc trên sườn dốc. Tuy nhiên, rễ bên của cây thường kém phát triển lông hút mịn. Cây gặp nhiều khó khăn khi tự hấp thu khoáng chất hòa tan chậm. Rừng thông ba lá giữ đất, giữ nước và điều hòa khí hậu tiểu vùng. Sự phát triển của các tán rừng thông tạo nên thảm thực bì giàu mùn. Thảm mùn này là môi trường sống lý tưởng cho vi sinh vật đất. Các đợt hạn hán kéo dài vào mùa khô gây áp lực lớn lên cây non. Hệ thống rễ cần thích nghi mạnh mẽ để duy trì sức sống ổn định.

1.2. Khái niệm và vai trò sinh thái của nấm ngoại cộng sinh

Nấm ngoại cộng sinh (ectomycorrhizae) là nhóm nấm tạo cấu trúc bao bọc bên ngoài đầu rễ thực vật. Sợi nấm không xâm nhập sâu vào màng tế bào rễ mà tạo lưới Hartig ở gian bào. Cấu trúc này xúc tiến quá trình trao đổi chất giữa cây và nấm. Nấm rễ ngoại sinh tiết ra enzyme phân giải chất hữu cơ khó tiêu trong đất rừng. Cây chủ nhận được lượng photpho, nitơ và kali dồi dào từ nấm. Mạng sợi nấm còn bảo vệ rễ trước sự xâm lấn của vi nấm gây bệnh. Sợi nấm nâng cao khả năng giữ ẩm quanh vùng rễ trong mùa khô. Quan hệ cộng sinh này là chìa khóa phục hồi rừng thông bền vững.

II. Phân tích thực trạng nấm ngoại cộng sinh với rễ thông ba lá

Nhiều diện tích rừng thông ba lá tại Lâm Đồng đối mặt với suy thoái nghiêm trọng. Đất rừng bạc màu do xói mòn và tác động của biến đổi khí hậu. Cây con trồng mới ghi nhận tỷ lệ sống sót thấp tại các bãi đất trống. Nguyên nhân chính bắt nguồn từ sự thiếu hụt mạng lưới nấm ngoại cộng sinh bản địa. Đất vườn ươm thường bị xử lý bằng hóa chất khử trùng quá mức. Thuốc bảo vệ thực vật tiêu diệt vi sinh vật có lợi trong giá thể. Cây con xuất vườn thiếu hẳn lớp áo nấm bảo vệ quanh chóp rễ. Khi chuyển ra môi trường đồi núi tự nhiên khắc nghiệt, cây non bị sốc môi trường. Rễ cây không kịp hút đủ nước và khoáng chất hòa tan. Hiện tượng thối rễ và vàng lá diễn ra phổ biến trên các triền dốc. Thêm vào đó, thông tin về đa dạng loài nấm cộng sinh tại địa phương còn phân tán. Các đơn vị lâm nghiệp thiếu cơ sở khoa học để lựa chọn chủng nấm thích hợp cho từng loại đất. Điều này gây lãng phí kinh phí tái thiết rừng phòng hộ đầu nguồn.

2.1. Thách thức trong tái sinh rừng thông ba lá

Tái sinh rừng thông ba lá gặp trở ngại lớn do chất lượng đất suy thoái. Đất đồi dốc tại Lâm Đồng liên tục rửa trôi chất hữu cơ sau các trận mưa lớn. Đất trở nên chai cứng, nghèo lân và thiếu ẩm trầm trọng vào mùa khô. Cây thông con gieo từ hạt có tỷ lệ hao hụt tự nhiên rất cao. Rễ non dễ bị tổn thương bởi nấm ký sinh gây bệnh lở cổ rễ. Cây con không thể tự mở rộng vùng hấp thu dinh dưỡng nếu thiếu nấm rễ. Tốc độ tái sinh tự nhiên diễn ra chậm chạp và không đồng đều. Chi phí chăm sóc và trồng dặm rừng thông hàng năm tăng vọt.

2.2. Sự suy giảm đa dạng sinh học nấm bản địa

Áp lực từ mở rộng đất nông nghiệp thu hẹp diện tích rừng thông bản địa. Việc khai thác quá mức làm biến đổi cấu trúc tầng thảm mục dưới tán rừng. Quần thể nấm ngoại cộng sinh bản địa bị xáo trộn và suy giảm mật độ. Nhiều loài nấm quý mất đi môi trường ký chủ phù hợp để tạo quả thể. Việc sử dụng phân hóa học làm ức chế hệ sợi nấm phát triển tự nhiên. Tính tương thích giữa cây thông và các loài nấm đặc hiệu bị gián đoạn. Rừng thông mới trồng thiếu sự liên kết sinh thái vững chắc dưới lòng đất. Cây trồng sinh trưởng yếu ớt, dễ đổ ngã và mẫn cảm với sâu bệnh hại.

III. Phương pháp nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với rễ thông ba lá

Nghiên cứu kết hợp khảo sát thực địa và giải phẫu mô học rễ nấm. Mẫu rễ nấm được thu thập tại các rừng thông tự nhiên ở Lâm Đồng. Chóp rễ đại diện cho mỗi kiểu hình được cố định trong dung dịch lactoglycerol. Kỹ thuật này giúp bảo tồn nguyên vẹn cấu trúc áo nấm và mạng lưới Hartig. Các nhà nghiên cứu đồng thời lưu mẫu rễ trong dung dịch đệm CTAB ở nhiệt độ phòng. Mẫu mô được tiến hành tách chiết DNA tổng số để phục vụ định danh phân tử. Vùng trình tự gen ITS (Internal Transcribed Spacer) được khuếch đại bằng kỹ thuật PCR chuyên sâu. Kết quả giải trình tự gen đối chiếu với ngân hàng dữ liệu chuẩn quốc tế. Phương pháp này bảo đảm nhận diện chính xác từng loài nấm ngoại cộng sinh. Sau khi phân lập, thí nghiệm đồng nuôi cấy in vitro được triển khai trong phòng thí nghiệm. Cây con Pinus kesiya được lây nhiễm nhân tạo với các chủng nấm ưu thế tuyển chọn. Chiều cao cây, tỷ lệ cộng sinh và số lượng chóp rễ được theo dõi định kỳ. Số liệu thực nghiệm được tổng hợp và phân tích thống kê chi tiết.

3.1. Kỹ thuật phân lập và định danh sinh học phân tử

Quá trình định danh nấm rễ dựa trên phân tích hình thái kết hợp sinh học phân tử. Chóp rễ nấm được ngâm trong dung dịch đệm CTAB để bảo toàn phân tử DNA. Các đoạn mồi đặc hiệu khuếch đại chính xác vùng gen chỉ thị ITS. Sản phẩm PCR được tinh sạch trước khi đưa vào hệ thống giải trình tự tự động. Dữ liệu trình tự nucleotide được so sánh trên cơ sở dữ liệu NCBI GenBank. Phương pháp giải trình tự gen giúp phân loại chính xác các loài nấm khó nuôi cấy. Việc kết hợp giải phẫu mô học khẳng định sự hiện diện của mạng lưới Hartig. Đây là quy chuẩn then chốt để xác định quan hệ ngoại cộng sinh thực sự.

3.2. Thử nghiệm đồng nuôi cấy in vitro và đánh giá tăng trưởng

Nghiên cứu tiến hành lây nhiễm nấm ngoại cộng sinh lên rễ thông ba lá trong điều kiện vô trùng. Sinh khối nấm thuần khiết được chuẩn bị từ các chủng ưu thế phân lập tại thực địa. Cây con Pinus kesiya nảy mầm từ hạt khử trùng được đưa vào bình nuôi cấy chung với sợi nấm. Môi trường thạch dinh dưỡng cung cấp điều kiện tối ưu cho sự tiếp xúc giữa rễ và nấm. Quá trình hình thành rễ nấm được quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi quang học. Cây được đo đạc các chỉ số sinh học định kỳ sau thời gian nuôi cấy. Chiều cao thân cây và số lượng chóp rễ phân nhánh phản ánh rõ rệt hiệu quả cộng sinh. Thí nghiệm khẳng định khả năng xâm nhiễm thành công của các chủng nấm tuyển chọn.

IV. Ứng dụng nấm ngoại cộng sinh với rễ thông ba lá ở Lâm Đồng

Nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh mở ra giải pháp công nghệ sinh học đột phá cho ngành lâm nghiệp Lâm Đồng. Các chủng nấm rễ ưu thế được tuyển chọn làm tiền đề sản xuất chế phẩm sinh học inoculant dạng bột hoặc dạng dịch lỏng. Chế phẩm này được bổ sung trực tiếp vào giá thể ươm cây con Pinus kesiya ngay từ giai đoạn gieo ươm hạt giống. Cây con tạo lập cấu trúc rễ nấm sớm thể hiện sức sống vượt trội. Tỷ lệ sống sót của cây non khi trồng trên đất dốc vùng đệm rừng phòng hộ Đa Nhim gia tăng rõ rệt. Cây con hấp thu photpho hữu dụng tốt hơn và giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học. Lớp áo nấm bảo vệ rễ cây khỏi các tác nhân gây bệnh lở cổ rễ phổ biến. Ngoài ra, việc duy trì mạng nấm rễ bản địa còn cải thiện tính xốp và độ phì nhiêu của đất rừng. Đây là mô hình canh tác sinh thái bền vững giúp giảm đáng kể chi phí trồng dặm rừng. Thành tựu khoa học này trực tiếp phục hồi các cánh rừng thông đặc trưng tại cao nguyên Đà Lạt.

4.1. Sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ vườn ươm

Nguồn sợi nấm ưu thế được nhân sinh khối lớn phục vụ quy trình tạo chế phẩm rễ nấm. Sinh khối nấm được phối trộn với chất mang vô cơ và hữu cơ phù hợp. Chế phẩm vi sinh nấm rễ giúp nông dân và lâm trường dễ dàng thao tác bón lót. Việc cấy nấm ngay trong vườn ươm tạo điều kiện cho rễ thông con hình thành lớp áo nấm đồng đều. Cây xuất vườn sở hữu bộ rễ phân nhánh nhiều và vững chắc. Tỷ lệ cây đạt chuẩn xuất vườn tăng mạnh sau khi xử lý nấm cộng sinh. Chế phẩm thay thế hoàn toàn các chất kích thích sinh trưởng hóa học đắt đỏ.

4.2. Phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn bền vững

Ứng dụng nấm ngoại cộng sinh giúp nâng cao chất lượng rừng phòng hộ đầu nguồn Đa Nhim. Rừng thông ba lá cộng sinh nấm gia tăng độ che phủ đất nhanh chóng. Mạng lưới nấm liên kết các hạt đất mịn, giảm xói mòn rửa trôi trên triền đồi dốc. Nguồn nước ngầm vùng hạ lưu được bảo vệ nhờ lớp phủ rừng khỏe mạnh. Đa dạng sinh học dưới lòng đất dần hồi phục theo thời gian. Các loài nấm ăn và nấm dược liệu cộng sinh tạo thêm sinh kế bền vững cho người dân địa phương. Mô hình này củng cố an ninh môi trường và phát triển lâm nghiệp sinh thái cho tỉnh Lâm Đồng.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Mối quan hệ cộng sinh giữa nấm và rễ thực vật là một trong những hiện tượng sinh học phổ biến nhất của các hệ sinh thái trên cạn. Ước tính có hơn 90% các loài thực vật có mạch liên kết với nấm rễ cộng sinh, trong đó nấm rễ ngoại cộng sinh (ectomycorrhizae - ECM) tuy chỉ chiếm khoảng 5% nhưng giữ vai trò quyết định đối với sự tồn tại, phát triển và diễn thế của các quần xã thực vật thân gỗ ưu thế thuộc các họ Thông (Pinaceae), Dẻ (Fagaceae), Bạch dương (Betulaceae) và Dầu (Dipterocarpaceae). Nấm ngoại cộng sinh hỗ trợ cây chủ hấp thụ nước và khoáng chất, đồng thời gia tăng khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi như hạn hán, biến động nhiệt độ, kim loại nặng, chất độc trong đất cũng như mầm bệnh xâm nhiễm.

Thông ba lá (Pinus kesiya) là loài cây lá kim bản địa có phân bố tự nhiên tại Việt Nam ở các tỉnh Hà Giang (nay thuộc Tuyên Quang), Điện Biên, Thừa Thiên – Huế, Quảng Nam (nay thuộc Đà Nẵng), Kon Tum (nay thuộc Quảng Ngãi), Gia Lai, Đắc Lắc, Khánh Hòa và Lâm Đồng. Đây là loài thực vật sinh trưởng nhanh, thích nghi tốt với các lập địa đất xấu, nghèo dinh dưỡng, khô cằn và có giá trị kinh tế lớn trong công nghiệp chế biến gỗ, nhựa và bột giấy. Giống như các loài thuộc chi Pinus, thông ba lá có mối quan hệ cộng sinh bắt buộc với nấm ngoại cộng sinh để đảm bảo tỷ lệ sống sót và phát triển của cây con khi đưa ra trồng thực địa. Dù vậy, tại Việt Nam, các dẫn liệu khoa học về thành phần loài của hệ nấm rễ ngoại cộng sinh trong đất rừng tự nhiên cũng như sự biến đổi của hệ nấm này theo từng giai đoạn phát triển của cây chủ thông ba lá vẫn chưa được khảo sát đầy đủ. Đề tài "Nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với hệ rễ thông ba lá Pinus kesiya tại tỉnh Lâm Đồng" được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống học thuật này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Xây dựng bộ dữ liệu về thành phần loài của hệ nấm rễ ngoại cộng sinh trong các giai đoạn phát triển khác nhau của thông ba lá Pinus kesiya. Từ đó, bước đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu thu được trong công tác phục hồi rừng thông tự nhiên ở tỉnh Lâm Đồng.

Nội dung nghiên cứu của luận án được phân định thành 3 nội dung chính:

1. Khảo sát các đặc điểm của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh ở các giai đoạn phát triển khác nhau của cây chủ thông ba lá Pinus kesiya: cây con 6 tháng tuổi, cây con 3 năm tuổi và cây thông trưởng thành.
2. Đánh giá ảnh hưởng của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh tới khả năng phát triển của cây thông con Pinus kesiya trong các điều kiện in situ, ex situ và in vitro.
3. Khảo sát sự hình thành quả thể của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh với cây con Pinus kesiya ở khu vực rừng trồng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: Các loài nấm ngoại cộng sinh liên kết với hệ rễ cây thông ba lá (Pinus kesiya) tại các giai đoạn sinh trưởng (cây con 6 tháng tuổi trong vườn ươm, cây con 3 năm tuổi tại rừng trồng và cây trưởng thành trong rừng tự nhiên) cùng các loài nấm ngoại cộng sinh hình thành quả thể tại lâm phần thông trồng 3 năm tuổi.
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực địa được triển khai tại Ban quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn Đa Nhim (xã Lạc Dương, huyện Lạc Dương, tỉnh Lâm Đồng) và khu vực rừng thông giáp đô thị thuộc Viện Khoa học Sự sống (thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng). Các thí nghiệm phân tích hình thái, sinh học phân tử và nuôi cấy ex situ, in vitro được thực hiện tại Viện Sinh học Ứng dụng (Thành phố Hồ Chí Minh).
• Phạm vi thời gian: Luận án hoàn thành và nộp bảo vệ vào năm 2026.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan lịch sử nghiên cứu về rễ nấm cộng sinh ghi nhận thuật ngữ "Mycorrhiza" được A.B. Frank khởi xướng năm 1885 để mô tả mối quan hệ giữa sợi nấm và rễ thực vật. Đến năm 1969, Peyronel và cộng sự đã hệ thống hóa và phân loại thành ba nhóm cấu trúc chính: ectomycorrhiza (rễ nấm ngoại cộng sinh), endomycorrhiza (rễ nấm nội cộng sinh) và ectendomycorrhiza (rễ nấm hỗn hợp nội - ngoại cộng sinh). Về mặt tiến hóa, LePage và cộng sự (1997) phát hiện hóa thạch rễ nấm ngoại cộng sinh của chi Pinus liên kết với Suillus/Rhizopogon tại British Columbia (Canada) có niên đại hơn 50 triệu năm, trong khi Berbee và Taylor (2001) đưa ra giả thuyết mối liên kết này đã hình thành từ đầu kỷ Phấn Trắng, cách đây khoảng 130 triệu năm, tương ứng với giai đoạn xuất hiện ban đầu của chi Thông.

Về cấu trúc giải phẫu rễ nấm, các công trình của Brand (1991), Pillukat và Agerer (1992), Chilver (1968) và Agerer (1987-2006) đã đặt nền tảng phân loại dựa trên đặc điểm lớp bao mantle, hệ sợi nấm liên kết ngoài và mạng lưới Hartig. Agerer đã định hình 5 dạng cấu trúc mạng Hartig (từ A đến E), 16 dạng cấu trúc vỏ bao mantle (thuộc hai nhóm mô giả Plectenchyma và Pseudoparenchyma) và 6 dạng cấu trúc bó sợi nấm dạng rễ rhizomorphs (từ A đến F).

Về động thái học quần xã nấm ngoại cộng sinh theo tuổi cây và môi trường, Lamb (1979) trên Pinus radiata, Chu-Chou (1979) trên Pinus radiata, Visser (1995) trên Pinus banksiana, Lu và cộng sự (1999) trên Eucalyptus globulus, và Mason và cộng sự (1983) đã chứng minh cấu trúc thành phần nấm ngoại cộng sinh thay đổi có tính quy luật theo thời gian. Các loài nấm xuất hiện ở giai đoạn vườn ươm như Hebeloma crustuliniforme thường bị thay thế bởi các chi Rhizopogon, Laccaria, Inocybe, Amanita và Scleroderma khi cây được đưa ra môi trường tự nhiên. Tác động của xáo trộn môi trường như cháy rừng và khai thác lâm nghiệp lên cộng đồng nấm ngoại cộng sinh của chi Pinus cũng được Pérez và cộng sự (2012) khảo sát chi tiết.

Tại khu vực Đông Nam Á, nghiên cứu về nấm ngoại cộng sinh trên loài Pinus kesiya mới được ghi nhận tại một số quốc gia. Khemnark (1980) tại Thái Lan đã kiểm chứng hiệu quả xâm nhiễm nấm ngoại cộng sinh trên cây con. Sharma và cộng sự (1986) tại Ấn Độ chứng minh mối tương quan thuận giữa số lượng rễ nấm với sự phát triển rễ bên, hàm lượng nitơ, phospho, chất hữu cơ và độ ẩm đất. Rao và cộng sự (1997) khảo sát trên các lâm phần Pinus kesiya 2, 4, 11 và 17 năm tuổi tại Ấn Độ, ghi nhận 13 loài nấm ngoại cộng sinh, trong đó Boletus luteus và Scleroderma aurantium chiếm ưu thế ở hầu hết các giai đoạn, trong khi Russula lepida và Amanita phalloides chỉ xuất hiện ở các lập địa rừng lâu năm.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù Pinus kesiya là loài cây trồng lâm nghiệp chiến lược tại Việt Nam, các nghiên cứu chuyên sâu về thành phần loài nấm ngoại cộng sinh liên kết với loài cây này chưa từng được công bố. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách thu thập dữ liệu định danh hình thái kết hợp phân tử (Sanger và NGS metabarcoding), đánh giá sự biến động thành phần nấm ngoại cộng sinh qua ba giai đoạn phát triển của cây chủ, kiểm chứng vai trò cộng sinh thực nghiệm (in situ, ex situ, in vitro) và phân loại các loài nấm ăn có giá trị thương mại hình thành quả thể dưới tán rừng trồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên khung lý thuyết về mối quan hệ hỗ sinh bắt buộc giữa thực vật hạt trần họ Pinaceae và nấm rễ ngoại cộng sinh. Cấu trúc rễ nấm ngoại cộng sinh điển hình gồm ba phần: lớp bao mô nấm (mantle) che phủ bề mặt rễ con, mạng lưới Hartig (Hartig net) len lỏi trong khoảng gian bào biểu bì và vỏ rễ, cùng hệ thống sợi nấm ngoài rễ (emanating hyphae và rhizomorphs) tỏa vào môi trường đất. Phân loại hình thái rễ nấm dựa trên hệ thống khóa mô tả giải phẫu học của Agerer (1987-2006).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế kết hợp giữa điều tra thực địa, nuôi cấy phòng thí nghiệm và sinh học phân tử:

Nội dung thực nghiệm	Quy mô mẫu và địa điểm	Kỹ thuật và công cụ phân tích	Chỉ tiêu theo dõi chính
Khảo sát đất rừng trưởng thành	2 ô mẫu (4 ha/ô); 50 khối đất (15×15×10 cm)/ô tại Đa Nhim và Viện Khoa học Sự sống	Kính hiển vi soi nổi SZM-2; NGS Illumina MiSeq (cặp mồi ITS5F/ITS2, paired-end 2×300 bp)	Cấu trúc cộng đồng nấm đất, biến thể ASVs, biểu đồ Krona, chỉ số Shannon, Pielou
Định danh rễ nấm cây trưởng thành	100 mẫu đất; tách các kiểu hình chóp rễ (morphotypes)	Tách DNA bằng CTAB; PCR mồi ITS1F/ITS4; giải trình tự Sanger; đối chiếu BLAST NCBI	Kiểu hình rễ nấm; mã định danh loài nấm; khuếch đại gen lạp thể trnL (mồi trnC-D) xác nhận cây chủ
Thí nghiệm cây con in situ	30 bầu cây 6 tháng tuổi (AS1–AS30) tại vườn ươm Đa Nhim	Kính hiển vi soi nổi; tách DNA, PCR ITS Sanger	Chiều cao cây, tỷ lệ cộng sinh, số chóp rễ nấm, thành phần loài xâm nhiễm sớm
Cây con 3 năm tuổi tại rừng trồng	Khảo sát 2.200 cây (diện tích 2 ha); thu ngẫu nhiên 30 cây (P1–P30) chia 3 nhóm chiều cao	Đào bầu rễ (1,2×1,0 m); phân loại morphotype; PCR ITS Sanger	Chiều cao (TB 52,6 cm), đường kính tán (TB 50 cm), số chóp rễ, tỷ lệ kiểu hình theo nhóm tuổi
Thí nghiệm cây con ex situ	30 cây mầm vô trùng (ESA1–ESA30) trồng trong ly PP chứa 500 g đất rừng Đa Nhim	Nuôi 6 tháng ở 20°C, 3000–5000 lux, 12h sáng/12h tối; phân loại morphotype; PCR Sanger	Chiều cao cây, tỷ lệ nhiễm nấm, cấu trúc chóp rễ (Rhizopogon flavidus, R. jiyaozi, Pulveroboletus sp.)
Thí nghiệm đồng nuôi cấy in vitro	Hạt thông vô trùng; đồng nuôi cấy với Rhizopogon boninensis (chủng VNM00071130)	Khử trùng hạt (EtOH 70%, H2O2 7%, Tween 20); môi trường MS, MMN; giải phẫu hiển vi	Khả năng tạo rễ nấm sau 1, 6, 12 tuần; sinh khối cây con, chiều cao thân, phát triển rễ
Khảo sát quả thể nấm rừng trồng	24 đợt thu mẫu tại rừng trồng thông 3 năm tuổi (2 ha)	Định danh hình thái (nấm phiến, nấm ống, nấm cục); giải trình tự ITS, LSU	Số lượng loài, động thái xuất hiện theo mùa/nhiệt độ/lượng mưa; tỷ lệ loài nấm ăn

Quy trình xử lý dữ liệu tin sinh học và phân tích thống kê: Dữ liệu giải trình tự thế hệ mới (NGS) được lọc bỏ adaptor và mồi bằng Cutadapt 3.0, đánh giá chất lượng bằng FastQC, phân tích khử nhiễu và loại bỏ chimera bằng gói phần mềm DADA2 phiên bản 1.16 để thu nhận các biến thể trình tự khuếch đại (ASVs). Định danh phân loại học dựa trên cơ sở dữ liệu UNITE phiên bản 9.0. Dữ liệu thô được đăng ký trên cơ sở dữ liệu NCBI với mã số truy cập PRJNA1356344. Mức độ đa dạng loài và độ đồng đều được đánh giá qua chỉ số đa dạng Shannon-Wiener ($H'$) và chỉ số đồng đều Pielou ($J$), tính toán bằng phần mềm Microsoft Excel và nền tảng Amplicon của Nova Lifetech.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan nghiên cứu

Chương này tổng hợp các luận điểm khoa học về rễ nấm cộng sinh, cấu trúc rễ nấm ngoại cộng sinh và các quy luật hình thành liên kết cộng sinh giữa nấm và thực vật rừng. Tác giả phân tích chi tiết cơ chế xâm nhiễm của nấm từ mầm nấm trong đất (bào tử, hạch nấm, sợi nấm) vào đầu chóp rễ, quá trình hình thành lớp bao mantle và mạng lưới Hartig trong khoảng gian bào biểu bì mà không xâm nhập qua màng tế bào. Chương tổng quan chỉ rõ sự phụ thuộc bắt buộc của các loài cây lá kim thuộc chi Pinus đối với nấm ngoại cộng sinh trong suốt quá trình tiến hóa và phát triển sinh thái. Tác giả tổng thuật các nghiên cứu quốc tế về động thái diễn thế của nấm ngoại cộng sinh theo độ tuổi lâm phần, ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái (nhiệt độ, lượng mưa, độ pH đất, hàm lượng mùn, nitơ, phospho) và vai trò của mạng lưới hệ sợi nấm trong việc chia sẻ tài nguyên giữa các cá thể thực vật. Chương này cũng phân tích thực trạng nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh trên đối tượng Pinus kesiya tại Đông Nam Á và chỉ ra sự thiếu hụt nghiên cứu tương tự tại Việt Nam.

Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết đối tượng nghiên cứu là hệ nấm ngoại cộng sinh trên cây thông ba lá Pinus kesiya qua 3 giai đoạn tuổi (6 tháng tuổi, 3 năm tuổi, cây trưởng thành) và quả thể nấm tại rừng trồng 3 năm tuổi. Tác giả trình bày tường tận thiết kế lấy mẫu tại hai ô nghiên cứu rừng tự nhiên rộng 4 ha ở Đa Nhim và Viện Khoa học Sự sống, quy trình lấy 50 khối đất (15 × 15 × 10 cm) cách nhau tối thiểu 20 m dọc tuyến khảo sát và kỹ thuật gộp mẫu đất phân tích NGS. Chương này mô tả quy trình gieo ươm 2.500 cây con trong bầu tự hủy tại vườn ươm Đa Nhim (theo tiêu chuẩn TCVN 11872-3:2020) và chuyển trồng 2.200 cây ra diện tích 2 ha rừng trồng (kích thước hố 30 × 30 × 40 cm, bón lót than hoạt tính, chăm sóc theo quy trình 04TCN 65-2003 không đốt thực bì). Tác giả chi tiết hóa các quy trình tách rễ nấm, phân loại morphotype dưới kính hiển vi soi nổi SZM-2, quy trình tách chiết DNA bằng phương pháp CTAB, khuếch đại gen ITS rDNA bằng cặp mồi ITS1F/ITS4 và gen lạp thể trnL bằng cặp mồi trnC-D. Quy trình giải trình tự NGS Illumina MiSeq với cặp mồi ITS5F/ITS2 cùng các thông số tin sinh học (Cutadapt, DADA2 v1.16, UNITE v9.0, mã truy cập PRJNA1356344) được hệ thống hóa đầy đủ. Đồng thời, chương trình bày phương pháp tạo cây vô trùng (khử trùng bề mặt bằng ethanol 70% và H2O2 7%), thiết lập thí nghiệm ex situ (ly PP 500 g đất, 20°C, 3000–5000 lux) và thí nghiệm đồng nuôi cấy in vitro với chủng nấm thuần Rhizopogon boninensis VNM00071130 trên môi trường MMN.

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày toàn bộ các phát hiện thực nghiệm được chia thành ba nhóm nội dung lớn:

1. Thành phần loài nấm ngoại cộng sinh theo các giai đoạn tuổi của thông ba lá:

• Rừng trưởng thành: Kết quả phân tích NGS mẫu đất làm rõ cấu trúc phân loại của ngành Ascomycota và Basidiomycota qua biểu đồ Krona tại hai khu vực Đa Nhim và Viện Khoa học Sự sống. Kết quả so sánh chỉ số đa dạng Shannon và độ đồng đều Pielou giữa hai khu vực phản ánh tác động của xáo trộn môi trường đô thị lên cấu trúc nấm rễ. Phân tích hình thái và giải trình tự Sanger từ chóp rễ nấm thu được trong mẫu đất xác định các taxon nấm ngoại cộng sinh tương thích trực tiếp với rễ cây trưởng thành.
• Cây con 6 tháng tuổi và 3 năm tuổi: Mô tả các kiểu hình chóp rễ nấm đặc trưng thu được trên hệ rễ cây vườn ươm và cây 3 năm tuổi ngoài thực địa. Thống kê số lượng chóp rễ và tần suất xuất hiện của các loài nấm ngoại cộng sinh trên 30 cây thông 3 năm tuổi (đại diện cho ba nhóm chiều cao: dưới 44 cm, 44–61 cm và trên 61 cm; chiều cao trung bình 52,6 cm, đường kính tán trung bình 50 cm).
• So sánh biến động theo tuổi cây chủ: Tỷ lệ phần trăm các chi nấm ngoại cộng sinh có sự phân hóa rõ nét giữa 3 giai đoạn sinh trưởng. Một số chi nấm chiếm ưu thế ở giai đoạn cây con trong vườn ươm, trong khi cấu trúc cộng đồng ở rừng 3 năm tuổi và rừng trưởng thành có sự gia tăng độ đa dạng loài và biến đổi chỉ số đa dạng sinh thái.

2. Ảnh hưởng của nấm ngoại cộng sinh lên khả năng phát triển của cây con:

• Thí nghiệm in situ: Xác nhận mối tương quan thuận giữa số lượng chóp rễ nấm ngoại cộng sinh với chỉ số chiều cao của cây con 6 tháng tuổi trong vườn ươm.
• Thí nghiệm ex situ: 30 cây con vô trùng trồng trong đất rừng tự nhiên sau 6 tháng đã tái lập thành công cấu trúc rễ nấm với các loài đặc trưng như Rhizopogon flavidus, Rhizopogon jiyaozi và Pulveroboletus sp., khẳng định vai trò duy trì chức năng của nguồn mầm nấm bản địa trong đất.
• Thí nghiệm in vitro: Thí nghiệm đồng nuôi cấy giữa cây mầm vô trùng và chủng nấm Rhizopogon boninensis VNM00071130 sau 1, 6 và 12 tuần hình thành hoàn chỉnh cấu trúc lớp bao mantle và mạng lưới Hartig. Cây con ở nghiệm thức có bổ sung nấm biểu hiện sự vượt trội rõ rệt về chiều cao và các chỉ số sinh trưởng so với nghiệm thức đối chứng không bổ sung nấm.

3. Sự hình thành quả thể nấm ngoại cộng sinh tại rừng trồng 3 năm tuổi:

• Tổng hợp dữ liệu từ 24 đợt thu mẫu quả thể, phân loại thành ba nhóm hình thái: nấm phiến, nấm ống và nấm cục.
• Phân tích tương quan chỉ ra lượng quả thể nấm thu được biến động phụ thuộc chặt chẽ vào lượng mưa, số ngày mưa trong tháng và nhiệt độ môi trường.
• Định danh các loài nấm rễ hình thành quả thể và đánh giá tỷ lệ các loài nấm ăn được trong từng chi, xác nhận tiềm năng cung cấp nguồn lâm sản ngoài gỗ có giá trị dinh dưỡng và thương mại tại các lâm phần thông trồng non tuổi.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn được luận án xác định bao gồm:

1. Luận án là công trình nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam cung cấp hệ thống dữ liệu toàn diện về thành phần loài nấm rễ ngoại cộng sinh liên kết với hệ rễ loài thông ba lá Pinus kesiya.
2. Luận án đánh giá và so sánh được những khác biệt mang tính quy luật về thành phần loài và cấu trúc quần xã nấm rễ ngoại cộng sinh qua ba giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây chủ thông ba lá (cây con 6 tháng tuổi, cây con 3 năm tuổi và cây trưởng thành).
3. Luận án ghi nhận mới về sự xuất hiện của loài nấm ngoại cộng sinh Rhizopogon boninensis tại khu vực Đông Nam Á; đồng thời phân lập thành công chủng thuần và chứng minh tiềm năng ứng dụng của loài nấm này trong việc nâng cao tỷ lệ sống sót và kích thích tăng trưởng của cây thông con thông qua mô hình đồng nuôi cấy thực nghiệm.
4. Luận án ghi nhận mới về sự hiện diện của chi nấm Nothojafnea lần đầu tiên được phát hiện ở Bắc bán cầu.
5. Luận án phân loại, định danh và lập danh mục các loài nấm rễ ngoại cộng sinh ăn được hình thành quả thể tại lâm phần thông ba lá 3 năm tuổi, cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng các giải pháp quản lý, bảo tồn rừng bền vững gắn liền với nâng cao thu nhập cho cộng đồng địa phương sống gần rừng.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

• Ứng dụng nguồn mầm nấm ngoại cộng sinh bản địa, đặc biệt là chủng nấm Rhizopogon boninensis, để phát triển chế phẩm sinh học phục vụ giai đoạn gieo ươm cây giống thông ba lá trong lâm nghiệp, nâng cao sức đề kháng và tỷ lệ sống của cây con khi xuất vườn.
• Áp dụng các biện pháp kỹ thuật lâm sinh hạn chế xới xáo đất và không đốt thực bì tại các khu vực rừng trồng thông nhằm bảo tồn mạng lưới hệ sợi nấm ngoại cộng sinh bản địa trong đất.
• Khai thác hợp lý và có kế hoạch các loài nấm ăn ngoại cộng sinh hình thành quả thể dưới tán rừng trồng thông ba lá non tuổi để tạo nguồn thu nhập bổ sung cho cư dân địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi thu mẫu đất và khảo sát thực địa của luận án mới chỉ tập trung tại tỉnh Lâm Đồng (khu vực huyện Lạc Dương và thành phố Đà Lạt), chưa mở rộng điều tra so sánh ở toàn bộ các sinh cảnh tự nhiên khác của loài thông ba lá tại Việt Nam như Điện Biên, Hà Giang, Kon Tum hay Gia Lai.
• Thí nghiệm đồng nuôi cấy in vitro mới chỉ tập trung đánh giá chuyên sâu trên một chủng nấm đại diện là Rhizopogon boninensis VNM00071130; các loài nấm ngoại cộng sinh ưu thế khác xuất hiện trong các giai đoạn phát triển của cây chủ chưa được thử nghiệm đồng nuôi cấy để so sánh hiệu quả sinh học tương hỗ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng phạm vi khảo sát khu hệ nấm ngoại cộng sinh liên kết với Pinus kesiya trên các vùng địa lý và điều kiện lập địa khác nhau trên phạm vi toàn quốc.
• Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ nhân sinh khối và sản xuất chế phẩm sinh học nấm rễ ngoại cộng sinh (từ chủng Rhizopogon boninensis và các loài bản địa tiềm năng khác) ở quy mô bán công nghiệp phục vụ công tác ươm cây lâm nghiệp.
• Tiếp tục theo dõi động thái phát triển của hệ nấm rễ và sản lượng quả thể nấm ăn khi lâm phần thông bước sang các giai đoạn tuổi khép tán và thành thục sinh sản lớn hơn 3 năm tuổi.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo học thuật và thực tiễn cho nhiều nhóm đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Vi sinh vật học, Sinh thái học thực vật, Sinh học phân tử và Lâm học: Luận án cung cấp khung phương pháp luận kết hợp giữa phân loại hình thái rễ nấm học (hệ thống Agerer) với các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại (giải trình tự Sanger vùng ITS và metabarcoding NGS trên hệ thống Illumina MiSeq sử dụng pipeline DADA2). Quy trình xử lý hạt vô trùng và đồng nuôi cấy in vitro là tài liệu tham khảo chuẩn xác cho các nghiên cứu tương tác nấm - thực vật.
• Đối với các cơ quan quản lý lâm nghiệp, ban quản lý rừng phòng hộ, vườn quốc gia và vườn ươm cây giống: Luận án cung cấp cơ sở khoa học để cải tiến kỹ thuật gieo ươm cây thông ba lá bằng cách bổ sung nguồn nấm rễ bản địa, hạn chế sử dụng hóa chất diệt nấm trong đất vườn ươm, từ đó nâng cao tỷ lệ sống của cây trồng rừng phòng hộ và rừng tái sinh.
• Đối với các nhà hoạch định chính sách phát triển kinh tế nông lâm kết hợp: Dữ liệu về các loài nấm ăn hình thành quả thể dưới tán rừng thông 3 năm tuổi là căn cứ thực tế để xây dựng các mô hình khai thác lâm sản ngoài gỗ bền vững, hỗ trợ giải quyết sinh kế cho cộng đồng địa phương lân cận các vùng đệm rừng phòng hộ.

Câu hỏi thường gặp

1. Loài nấm ngoại cộng sinh nào lần đầu tiên được ghi nhận xuất hiện tại khu vực Đông Nam Á trong nghiên cứu này? Đó là loài nấm Rhizopogon boninensis (với mẫu đại diện VNM00071130 thu thập tại khu vực rừng thông trưởng thành Đa Nhim). Tác giả đã phân lập thuần khiết chủng nấm này trên môi trường thạch MMN và nhân sinh khối lỏng để thử nghiệm thành công mô hình đồng nuôi cấy in vitro với cây mầm thông ba lá.

2. Chi nấm ngoại cộng sinh nào lần đầu tiên được ghi nhận xuất hiện ở Bắc bán cầu thông qua kết quả của luận án? Luận án đã ghi nhận mới về chi nấm Nothojafnea lần đầu tiên xuất hiện ở Bắc bán cầu.

3. Phương pháp sinh học phân tử nào được tác giả sử dụng để định danh thành phần nấm đất và dữ liệu được lưu trữ ở đâu? Tác giả sử dụng phương pháp giải trình tự gen chỉ thị thế hệ mới (ITS metabarcoding) với cặp mồi ITS5F và ITS2 trên hệ thống Illumina MiSeq (chế độ paired-end 2 × 300 bp). Dữ liệu được xử lý bằng thuật toán DADA2 phiên bản 1.16 để thu nhận các biến thể trình tự khuếch đại (ASVs) và đối chiếu với cơ sở dữ liệu UNITE phiên bản 9.0. Toàn bộ dữ liệu giải trình tự thô được lưu trữ trên cơ sở dữ liệu NCBI với mã số truy cập PRJNA1356344.

4. Cây thông ba lá được khảo sát ở những mốc thời gian và điều kiện thực nghiệm nào? Hệ rễ thông ba lá được khảo sát ở ba mốc thời gian: cây con 6 tháng tuổi (vườn ươm in situ và nuôi trong ly nhựa PP ex situ), cây con 3 năm tuổi (tại rừng trồng 2 ha ở Đa Nhim) và cây thông trưởng thành (tại rừng tự nhiên Đa Nhim và Viện Khoa học Sự sống). Ngoài ra, cây mầm vô trùng được đồng nuôi cấy in vitro với nấm thuần chủng trong 1, 6 và 12 tuần.

5. Tác giả sử dụng chỉ thị phân tử nào để xác minh cấu trúc chóp rễ thu được là của cây chủ thông ba lá Pinus kesiya? Tác giả đã sử dụng cặp mồi trnC-D thực hiện phản ứng PCR khuếch đại vùng trình tự DNA lạp thể trnL tách chiết từ các chóp rễ nấm để đối chứng và khẳng định chính xác danh tính của cây chủ cộng sinh Pinus kesiya.

Kết luận

Luận án của tác giả Ngô Thùy Trâm đã xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu về thành phần loài và biến động quần xã nấm rễ ngoại cộng sinh trên cây thông ba lá Pinus kesiya qua ba giai đoạn tuổi tại tỉnh Lâm Đồng bằng việc tích hợp phương pháp hình thái học và sinh học phân tử. Công trình đã bổ sung các phát hiện phân loại học mới cho khu vực Đông Nam Á và Bắc bán cầu, đồng thời chứng minh bằng thực nghiệm vai trò kích thích sinh trưởng rõ rệt của chủng nấm Rhizopogon boninensis đối với cây thông con. Kết quả nghiên cứu tạo lập nền tảng khoa học vững chắc cho việc ứng dụng chế phẩm nấm ngoại cộng sinh bản địa vào công tác gieo ươm, phục hồi rừng thông tự nhiên và quản lý nguồn lợi nấm ăn dưới tán rừng một cách bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Mối quan hệ cộng sinh giữa nấm và thực vật là một trong những hiện tượng cơ bản của tự nhiên, đặc trưng cho thực vật trên cạn. Hơn 90% thực vật có mạch trong hệ sinh thái có liên kết với nấm rễ cộng sinh và các bằng chứng hóa thạch cho thấy mối quan hệ này đã xuất hiện cách đây khoảng 400 triệu năm. Để chỉ ra tầm quan trọng của nấm rễ cộng sinh và hệ rễ của thực vật, Begon và cs. đã khẳng định “Hầu hết thực vật bậc cao không có rễ, chúng chỉ có rễ nấm cộng sinh” [1].

Trong nhóm nấm rễ cộng sinh, nấm rễ ngoại cộng sinh (ectomycorrhizal fungi - EMF) tuy chỉ chiếm khoảng 5% nhưng có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình tiến hóa của thực vật, đặc biệt là thực vật rừng. Theo những ghi nhận của Brundett, có khoảng 6.000 loài thực vật và khoảng 20.000 loài nấm hình thành cấu trúc rễ nấm ngoại cộng sinh, hỗ trợ tái sinh cây con và duy trì sự tồn tại của các quần thể cây thân gỗ ưu thế thuộc tầng tán và vượt tán trong các khu hệ thực vật như Thông (Pinaceae), Dẻ (Fagaceae), Bạch dương (Betulaceae), Dầu (Dipterocarpaceae)…[2] Trong hệ sinh thái này, nấm rễ ngoại cộng sinh thúc đẩy quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng và nước của cây chủ, nhờ đó nâng cao khả năng chống chịu của cây đối với hạn hán, nhiệt độ, các chất độc hữu cơ và vô cơ trong đất cũng như bảo vệ cây chủ khỏi tác động của các mầm bệnh [3]. Vì vậy, sự hiện diện của nấm rễ ngoại cộng sinh, độ đa dạng và thành phần các loài nấm có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần loài, tính đa dạng cũng như khả năng hình thành thế hệ nối tiếp của thực vật ở một khu vực rừng [4, 5]. Ngoài ra, nhiều loài nấm rễ ngoại cộng sinh có khả năng hình thành quả thể, là một trong những lâm sản ngoài gỗ có giá trị cao và là nguồn thực phẩm cho con người và động vật (Boletus edulis, Lactarius deliciosus, Tuber spp.

Các loại nấm rễ ngoại cộng sinh ăn được được đánh giá cao về các đặc tính ẩm thực, dinh dưỡng [6] và dược phẩm [7], ngày càng mang lại giá trị thương mại lớn trên thị trường trong nước và quốc tế [8, 9]. Tuy nhiên sự hình thành quả thể, sản lượng và độ da dạng của quả thể nấm ngoại cộng sinh trên các khu vực rừng khác nhau chịu ảnh hưởng rất lớn từ các yếu tố môi trường như nhiệt độ, lượng mưa, pH đất,… cũng như thành phần thực vật rừng, tuổi của cây rừng… Vì vậy, việc nắm rõ các thông tin về thành phần và độ đa dạng của các loài nấm rễ ngoại cộng sinh ăn được theo độ tuổi của rừng đóng vai trò rất quan trọng trong các chiến lược khai thác, quản lý rừng bền vững kết hợp với hỗ trợ sinh kế cho cộng đồng địa phương [10]. Họ Thông (Pinaceae), bao gồm 11 chi và 215 loài, được xem là nhóm cây lá kim lớn nhất trên thế giới, có phân bố rộng khắp từ các khu vực núi cao, núi và đồi ở Bắc Mỹ, Châu Á và Châu Âu. Trong đó chi Thông (Pinus) là loài bản địa có phân bố 2 trên một khu vực rộng lớn của bắc bán cầu và cũng là loài ngoại lai hiện đang được trồng phổ biến trong các khu rừng tái sinh ở phía nam xích đạo.

Sự cộng sinh bắt buộc với nấm rễ ngoại cộng sinh đã góp phần rất lớn giúp họ thông chiếm ưu thế và có phân bố rộng khắp ở hầu hết các khu vực có khí hậu theo mùa rõ rệt và đất nghèo chất dinh dưỡng [11, 12]. Tại Việt Nam, thông ba lá Pinus kesiya là loài cây lá kim có phân bố tự nhiên chủ yếu ở Hà Giang (nay thuộc Tuyên Quang), Điện Biên, Thừa Thiên – Huế, Quảng Nam (nay thuộc Đà Nẵng), Kon Tum (nay thuộc Quảng Ngãi), Gia Lai, Đắc Lắc, Khánh Hòa và Lâm Đồng [13]. Đây là loài cây lá kim có khả năng tái sinh mạnh mẽ, phát triển nhanh, thích nghi tốt với các điều kiện khô hạn, và mọc được ở những nơi đất xấu, nghèo dinh dưỡng [14]. Đồng thời gỗ thông ba lá còn mang lại giá trị kinh tế không nhỏ nhờ được sử dụng làm ván gỗ, vật liệu xây dựng, đồ gia dụng, đồ thủ công mỹ nghệ, bột giấy, tinh dầu…[13].

Vì vậy thông ba lá là một trong những loài cây nằm trong Danh mục những loài cây trồng lâm nghiệp chính ở Việt Nam do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành [15]. Trong quá trình đó, nấm rễ ngoại cộng sinh đóng vai trò bắt buộc để nâng cao tỷ lệ tái sinh cây con cũng như tăng khả năng sống sót và phát triển sau khi đưa cây ra môi trường tự nhiên. Mặc dù vậy, mối quan hệ giữa nấm rễ ngoại cộng sinh với thông ba lá vẫn còn chưa được quan tâm đúng mức. Hiện nay tại Việt Nam chưa có nghiên cứu nào ghi nhận các dữ liệu về thành phần của hệ nấm rễ ngoại cộng sinh ở đất rừng tự nhiên cũng như sự thay đổi về thành phần và độ đa dạng của các loài nấm rễ ngoại cộng sinh ở mỗi giai đoạn phát triển của cây.

Do đó, đề tài “ Nghiên cứu nấm ngoại cộng sinh với hệ rễ thông ba lá Pinus kesiya tại tỉnh Lâm Đồng “ được thực hiện nhằm xây dựng một bộ dữ liệu cơ sở về thành phần các loài nấm rễ ngoại cộng sinh với loài thông ba lá Pinus kesiya tại tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng bộ dữ liệu về thành phần loài của hệ nấm rễ ngoại cộng sinh trong các giai đoạn phát triển khác nhau của thông ba lá Pinus kesiya. Từ đó, bước đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu thu được trong công tác phục hồi rừng thông tự nhiên ở tỉnh Lâm Đồng. Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát các đặc điểm của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh ở các giai đoạn phát triển khác nhau của cây chủ thông ba lá P.

3 - Đánh giá ảnh hưởng của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh tới khả năng phát triển của cây thông con P. kesiya trong điều kiện in situ, ex situ và in vitro. - Khảo sát sự hình thành quả thể của khu hệ nấm rễ ngoại cộng sinh với cây con P. Những đóng góp mới của luận án: 1.

Luận án là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam về thành phần loài nấm rễ ngoại cộng sinh trên đối tượng thông ba lá Pinus kesiya. Đánh giá được những khác biệt về thành phần loài nấm rễ ngoại cộng sinh ở nhiều giai đoạn phát triển khác nhau của cây thông ba lá Pinus kesiya. Ghi nhận mới về sự xuất hiện của loài Rhizopogon boninensis ở khu vực Đông Nam Á, phân lập và đánh giá tiềm năng ứng dụng của loài nấm này trong việc nâng cao tỷ lệ sống và tăng trưởng của cây thông con. Ghi nhận mới về chi Nothojafnea lần đầu tiên xuất hiện ở Bắc bán cầu.

Phân loại và liệt kê một số loài nấm rễ ngoại cộng sinh ăn được ở khu vực rừng thông ba lá 3 năm tuổi, có thể được sử dụng làm tiền đề để xây dựng các kế hoạch quản lý, bảo tồn rừng bền vững song song với cải thiện thu nhập của người dân địa phương tại khu vực lân cận rừng. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. RỄ NẤM NGOẠI CỘNG SINH 1. Rễ nấm cộng sinh Năm 1885, A.B Frank, người đầu tiên nhận ra bản chất phổ biến của mối liên hệ giữa rễ thực vật và nấm rễ cộng sinh, đã đưa ra khái niệm “Mycorrhiza (Rễ nấm cộng sinh)” – bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “mykes = fungus” và “rhiza = root” – để mô tả các cấu trúc này [16].

Một rễ nấm cộng sinh bao gồm ba phần: - Hệ tơ nấm bên ngoài rễ. - Cấu trúc tơ nấm bên trong rễ. - Cấu trúc rễ. Dựa trên chức năng và cấu trúc hệ tơ nấm bên trong rễ, năm 1969, Peyronel và cs.

đưa ra thuật ngữ ectomycorrhiza, endomycorrhiza và ectendomycorrhiza [17]: - Ectomycorrhiza – Rễ nấm ngoại cộng sinh: hệ sợi nấm len lỏi giữa các khoảng gian bào trong cấu trúc rễ và không xâm nhập vào trong tế bào thực vật, đặc trưng bởi lớp bao và mạng lưới Hartig trong gian bào và chủ yếu hình thành ở các loài thực vật rừng (Hình 1. - Endomycorrhiza – Rễ nấm nội cộng sinh: hệ sợi nấm phát triển bên trong tế bào thực vật và không tạo thành mạng lưới Hartig, bao gồm 3 nhóm chính: + Vesicular-arbuscular mycorrhiza với các cấu trúc đặc trưng như giác hút (arbuscular) và cấu trúc túi (vesicles) (Hình 1. Đây là kiểu phổ biến nhất, thường thấy ở nhiều loài thực vật, đặc biệt là những loài thực vật thân thảo và cũng là loại xuất hiện sớm nhất trong quá trình tiến hóa. + Orchid mycorrhiza là nhóm có mối quan hệ cộng sinh với các loài thực vật thuộc họ Orchidaceae (họ Phong lan) (Hình 1.

+ Ericoid mycorrhiza là nhóm có mối quan hệ cộng sinh với các loài thực vật thuộc bộ Ericales (bộ Thạch nam) (Hình 1. Trong nhóm này có 2 nhóm phụ là Arbutoid mycorrhiza và Monotropoid mycorrhiza. - Ectendomycorrhiza – Rễ nấm cộng sinh dạng hỗn hợp nội – ngoại cộng sinh: hệ sợi nấm phát triển mang các đặc điểm của rễ nấm ngoại cộng sinh nhưng cũng xâm nhập vào sâu và phát triển bên trong các tế bào của rễ cây chủ (Hình 1. Nhóm này về cơ bản chỉ giới hạn ở các chi thực vật như thông, vân sam và một số rất ít được ghi nhận ở thông rụng lá.

5 Ngoài ra, ở một số loài thực vật như bạch dương hay bạch đàn có sự hình thành của cả hai loại rễ nấm cộng sinh [11]. Các kiểu cấu trúc nấm rễ cộng sinh (photo by K. Rễ nấm ngoại cộng sinh Cấu trúc rễ nấm ngoại cộng sinh được tìm thấy phổ biến ở các loài thực vật rừng thuộc các họ Thông (Pinaceae), Liễu (Salicaceae), Bạch dương (Betulaceae), Dầu (Dipterocarpaceae)…, cũng như một số loài thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae), Đậu (Leguminoseae), Đỗ Quyên (Ericaceae) và Hồ đào (Juglandaceae) [18]. Đây là một cấu trúc kết hợp giữa nấm và rễ thực vật thường có hình thái đặc biệt dạng phình to, chẻ đôi và không có lông hút do các hormone được nấm rễ ngoại cộng sinh sản sinh ra ức chế sự phát triển của hệ thống lông hút, kích thích các rễ con phình lên và phân nhánh theo kiểu đặc trưng (Hình 1.