ThS. Hoàng Thị Ái Duyên
Bộ môn Hệ thống Nông nghiệp
1. Giới thiệu
Giữa các sinh vật trong tự nhiên đều có mối quan hệ với nhau, ảnh hưởng lẫn nhau tạo thành quần xã sinh vật. Trong đó, tồn tại một dạng quan hệ hỗ trợ khác loài trong quần xã gọi là quan hệ cộng sinh. Nói cách khác, quan hệ cộng sinh là kiểu quan hệ mà hai hay nhiều loài sống chung với nhau sẽ mang lại lợi ích cho nhau và cùng tồn tại. Khi mối quan hệ đó phát triển đến mức độ cao thì hình thành một loại cộng sinh. Mycorrhizal là thể cộng sinh giữa hệ sợi nấm trong đất với rễ của thực vật bậc cao. Frank là người đầu tiên phát hiện ra đặc điểm kết hợp đặc biệt này ở rễ của cây Cupulifereae vào năm 1885 và gọi đó là mycorrhizal. Từ “mycorrhiza F có nghĩa là “nấm – rễ”, tác giả đã dùng từ này để nhấn mạnh mối quan hệ giữa nấm và rễ cây [7] .
Nấm rễ (mycorrhizal) là một hình thức cộng sinh giữa thực vật và nấm. Đây là quần hợp nấm – thực vật được biết nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của thực vật cũng như nhiều hệ sinh thái; hơn 90% các loài thực vật có quan hệ với nấm theo hình thức nấm rễ và phụ thuộc vào mối quan hệ này để tồn tại. Sự cộng sinh nấm và rễ đã có lịch sử xa xưa, ít nhất là từ hơn 400 triệu năm về trước [7]. Chúng phát triển bằng cách phát triển hệ sợi ra vùng đất bao quanh rễ và lan dần ra xung quanh, nhờ đó làm tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng; nước của hệ rễ và đồng thời làm thay đổi cấu trúc đất theo chiều hướng có lợi. Nhìn chung, nấm cộng sinh rễ hầu như không làm thay đổi hình dạng rễ cây chủ nhưng làm thay đổi về mặt sinh lý của cây chủ một cách đáng kể. Ví d: làm tăng khả năng hút chất khoáng do đó làm thay đổi tình trạng dinh dưỡng trong mô cây chủ, tăng khả năng quang hợp. Nấm rễ thường làm tăng khả năng hấp thu các hợp chất vô cơ của thực vật như nitrat và photphat từ đất có nồng độ những nguyên tố thiết yếu thấp. Ở một số nấm rễ, thành phần nấm có thể đóng vai trò trung gian giữa thực vật với thực vật, vận chuyển carbohydrate và các chất dinh dưỡng khác. Những cộng đồng nấm rễ đó được gọi là “mạng lưới nấm rễ chung”. Một số nấm có khả năng kích thích sự sinh trưởng của cây bằng cách tiết ra các hoóc môn thực vật như axítidolaxetic (IAA).
Mycorrhizal phân bố ở hầu khắp các nơi, thấy ở cây cỏ, rêu, dương xỉ, một số cây lá kim và hầu hết các cây lá rộng. Sự phổ biến cùng với những vai trò tích cực của nấm rễ đã kích thích việc nghiên cứu về mycorrhiza ngày càng mở rộng và chuyên sâu hơn. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, những nghiên cứu cơ bản được thực hiện bởi hàng trăm các nhà nghiên cứu từ các nước khác nhau trên thế giới đã đem lại nhiều kết quả hết sức ý nghĩa cho ứng dụng mycorrhizal trong hệ sinh thái nông nghiệp, lâm nghiệp và môi trường [1, 6].
2. Phân loại nấm vùng rễ
Dựa trên đặc điểm xâm nhiễm của nấm vào rễ cây chủ, mycorrhiza được phân thành 2 nhóm chính là ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza, EM) và nội cộng sinh (Endomycorrhiza, AM).
2.1. Nấm ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza (EM)
Nấm rễ ngoại cộng sinh là quần hợp nấm đảm và rễ cây gỗ, có sợi nấm bao quanh rễ dinh dưỡng chưa hóa gỗ, không xuyên qua tế bào mô rễ mà chỉ kéo dài giữa các vách tế bào. Sợi nấm phát triển trên bề mặt rễ dinh dưỡng hình thành một màng nấm do các sợi đan chéo nhau. Giữa các tế bào tầng vỏ rễ hình thành một mạng lưới do thế sợi nấm sinh trưởng mà thành và được gọi là lưới Hartig. Do tác dụng của Mycorrhiza, bộ rễ ngắn, to, giòn và có màu sắc khác nhau, tán rễ và biểu bì không có lông hút, bề mặt màng có nhiều sợi nấm kéo dài ra. Sợi nấm sử dụng cacbon hiđrat và vitamin nhóm B của rễ cây chủ, còn cây chủ lại tận dụng chất dinh dưỡng được hấp thụ tốt hơn là rễ không bị nhiễm nấm. Nấm rễ ngoại cộng sinh nói chung có hình dạng và màu sắc nhất định rất dễ nhận biết bằng mắt thường khó rất xác định có bao nhiêu loài nấm rễ ngoại cộng sinh. Guo Xiuzhen và cộng sự đã phát hiện 140 loài, danh sách các loài, chi, họ nấm ngoại cộng sinh chắc chẵn sẽ còn được kéo dài thêm [2].
Hình 1, 2. Hình ảnh nấm rễ ngoại cộng sinh
2.2. Nấm rễ nội cộng sinh (Endomycorrhizal, AM).
Hình thành ở khoảng trên 80% thực vật bậc cao. Đặc điểm của endomycorrhyza là sợi nấm của chúng xâm nhập vào bên trong tế bào vỏ rễ của thực vật bậc cao và không gây nên những biến đổi hình thái bên ngoài của rễ, thường có một phần của sợi nấm còn nằm phía ngoài nhưng chúng không tạo lớp vỏ bao ngoài rễ.
Loại không có vách ngăn thường có dạng túi bóng (Vesicular) và dạng chùm (Arbuscular), gọi là nấm rễ dạng túi chùm (Vesicular – Arbuscular mycorrhiza) và gọi tắt là VA. Loại có vách ngăn được chia thành hai nhóm căn cứ vào cây chủ và hình dạng sợi nấm trong tế bào: nấm rễ loại đỗ quyên (Ericaceous mycorrhiza) thì có sợi nấm dạng xoắn vòng (Coil), và nấm rễ loại họ Lan (Orichidaceous mycorrhiza) thì có sợi nấm dạng kết thắt nút (Knot) hoặc cục (Peloton) trong tế bào. Ở một số nhóm endomycorrhiza người ta còn thấy có đồng thời cả hai cấu trúc này trong tế bào vỏ rễ (Vesicular arbuscular mycorrhiza, VAM).Vậy AM là thể cộng sinh giữa nấm với rễ cây ở thực vật bậc cao mà hình thành nên cấu trúc đặc biệt vesicules, arbuscules trong tế bào vỏ rễ và không gây biến đổi hình thái ngoài của rễ. Do tính phổ biến, có lợi và không cố hữu cho 1 loài nên nhóm vesicules arbuscular mycorrhiza rất được quan tâm nghiên cứu để ứng dụng trong nông nghiệp cũng như trong lâm nghiệp. Nấm Vesicular – Arbuscular mycorrhiza (VA) thuộc ngành phụ Nấm Tiếp hợp (Zygomycotina), lớp Nấm Tiếp hợp (Zygomycetes). So với nấm ngoại cộng sinh thì nấm nội cộng sinh có rất ít loài. Năm 1989 chỉ mới phát hiện 133 loài VA [8].
Hình 3 và 4. Hình ảnh nấm rễ nội cộng sinh
2.3. Các loại nấm rễ khác.
Nấm rễ giả (Pseudo mycorrhiza): nấm rễ giả thường xuất hiện ở cây lá kim, đặc biệt là các cây con vàng yếu, hoặc vườn ươm thiếu ánh sáng, có lúc trên cây có phân bón nhiều. Loại này không có lưới Hartig và màng nấm nhưng trong tế bào rễ vẫn có sợi nấm nội sinh. Có tác giả cho rằng sự hình thành sợi nấm giả là do rễ nấm ngoại cộng sinh thoái hóa dần rồi do nấm gây bệnh xâm nhiễm mà hình thành. Những nấm gây bệnh này không ảnh hưởng lớn đến cây.
Nấm rễ ngoại vi (Peritrophic mycorrhiza): là nấm chỉ phủ một lớp lưới sợi thưa ở bề mặt ngoài của rễ nhưng không xâm nhiễm vào rễ cây hoặc xâm nhiễm ở mức nhẹ. Jan-Eriknylund cho rằng đó là giai đoạn đầu của lưới Hartig. Theo Piche (1982) từ khi có lưới thưa đến khi có lưới Hartig chỉ mất 5 – 14 ngày. Hiện tượng này không ảnh hưởng gì đến cây [5, 6].
Người ta biết rằng ở trên cây có hoa thì nấm ngoại cộng sinh chỉ chiếm 10%, phần lớn thuộc họ Thông (Pinaceae), Lesica and Antibus (1986) tìm thấy trên cây họ Dẻ (Fagaceae), họ Cáng lò (Betulaceae), họ Trám, họ Long não (Dipterocarpaceae) và họ Phi lao (Casuarinaceae). Trong khi đó thì nấm VA có mặt trên rất nhiều loài cây, khoảng 270.000 loài, 1000 chi, 200 họ. VA có ở hầu hết các loài cây cỏ và một số loài cây gỗ [4].
Về phân bố địa lý, đa số nấm nội cộng sinh có mặt trên các loài cây gỗ nhiệt đới, còn nấm ngoại cộng sinh thì có mặt ở các cây thuộc nước ôn đới và hàn đới ở cả vùng sa mạc nấm ngoại cộng sinh có mặt khá nhiều, tuy nhiên cũng có một vài ngoại lệ [3].
3. Cơ chế hoạt động của nấm rễ nội cộng sinh và lợi ích của nấm rễ cộng sinh
3.1. Cơ chế hoạt động của nấm rễ nội cộng sinh
Sợi nấm của nấm rễ trong có thể định vị các chất dinh dưỡng trong đất nhanh hơn so với rễ và tạo thành các sợi nấm “hút” phân nhánh nhỏ trong chất mùn. Nó hấp thụ được dinh dưỡng ở dạng giống như rễ, nhưng hơn thế, sợi nấm có khả năng hấp thụ tốt hơn khi phospho ở dạng ít tan.
Vì vậy, nấm rễ có thể tiếp cận với dạng dinh dưỡng mà thực vật không thể sử dụng trực tiếp, và các chất dinh dưỡng tách biệt với rễ cây. Do đó, cây chủ hấp thu tốt hơn các chất dinh dưỡng từ bên ngoài (đặc biệt là môi trường nghèo dinh dưỡng) nhờ liên kết với các sợi nấm và cung cấp cho sợi nấm những thức ăn cần thiết phục vụ cho quá trình quang hợp của chúng.
3.2. Lợi ích của nấm rễ cộng sinh
Giảm: khả năng ức chế do hạn hán, sốc khi chiết cành, thất thoát dinh dưỡng, cây chết khi chuyển cây trồng ra vườn ươm, lượng nước tưới.
Tăng: hấp thu lân, chất khoáng, năng suất, khả năng đậu hoa và quả, sức đề kháng với côn trùng ăn lá, khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường (hạn hán, thiếu nước, đất chua mặn, kiềm …), kiểm soát cỏ dại.
Thúc đẩy: phát triển hệ rễ, hấp thụ dinh dưỡng, khả năng tự nuôi sống của cây trồng và cải thiện cấu trúc đất qua việc tạo ra các chất hữu cơ và chất keo.
Hình 5. Bộ rễ không có nấm cộng sinh Hình 6. Bộ rễ có nấm cộng sinh
4. Ứng dụng nấm cộng sinh trong nông lâm nghiệp
Nấm Mycorrhizae là loại nấm cộng sinh với rễ cây. Nấm và rễ cây kí chủ có tác dụng hỗ trợ nhau cùng phát triển. Nấm Mycorrhizae là một thành phần quan trọng của chương trình đa dạng hóa sinh học trong hệ sinh thái nông nghiệp vùng nhiệt đới. Khoảng hơn 90% cây trồng đã phát hiện sự hiện diện ít nhất một loại của nấm rễ. Ở các nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, … đã phổ biến đưa nấm rễ này vào qui trình trồng trên cây tiêu, cao su, cà phê, cọ dầu, … các loại cây ăn quả và các cây lâm nghiệp từ vườn ươm cho đến cây trưởng thành.
Các nhà khoa học ở Indonesia nhận thấy, khi Mycorrhizae liên kết với rễ, nó làm gia tăng sự sinh trưởng và phát triển ở rễ, khả năng hấp thu dinh dưỡng cho năng suất cây trồng cao, loại nấm này làm giảm lượng phân hóa học, duy trì độ phì nhiêu của đất, tăng khả năng chịu hạn, mặn và kim loại nặng, kháng các bệnh ở rễ.
Tại Bangladesh, chế phẩm sinh học nấm rễ cộng sinh Mycorrhizae được thử nghiệm trên cây tiêu, bưởi, thanh long, mảng cầu, cam, quýt, cao su, cọ dầu ở những vườn ươm, nơi cây con được tiếp xúc ngay từ đầu với nấm rễ cộng sinh đã cho thấy sự phát triển vượt trội ngay sau khi cấy.
Vì nấm Mycorrhizae sống cộng sinh với rễ nên việc sản xuất sinh khối nấm này để áp dụng trong nông nghiệp trong điều kiện nhân tạo rất khó khăn mà phải nhân nuôi cấy nấm qua cây kí chủ. Công ty Nông nghiệp Xuân Hương TP. Hồ Chí Minh đã đầu tư lập vườn nhân nuôi cấy nấm này ở Củ Chi để tạo sinh khối và tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm trên các loại cây trồng trong nước.
Sản phẩm Ultrafine Mycorrhiza đặc biệt phù hợp cho cây hoa kiểng, rau màu trồng theo phương thức canh tác sạch, gieo hạt, phục hồi cây, vườn ườm, trộn phân ủ, trồng cỏ, tưới gốc, tưới nhỏ giọt, nuôi cấy, giâm, ghép cành, …
Ultrafine Mycorrhiza – Hũ 450g Ultrafine Mycorrhiza – Túi 1 kg
5. Kết luận
Nấm mycorrhizal là một trong những nhóm sinh vật đất quan trọng trong chu trình dinh dưỡng, làm giảm stress thực vật và giúp chúng chống lại mầm bệnh. Nấm rễ cộng sinh cũng là nền tảng sống sót của thực vật khi cấy ghép, giâm chiết cành. Mối quan hệ tương hỗ giữa nấm rễ cộng sinh mycorrhizae và thực vật giúp cả 2 tồn tại và phát triển vững mạnh. Việc áp dụng nấm rễ cộng sinh góp phần giảm thiểu đáng kể lượng phân bón cho hệ thống canh tác hữu cơ.
Tài liệu tham khảo
- Aanen D.K. (2006), “As you reap, so shall you sow: coupling of harvesting and inoculating stabilizes the mutualism between termites and fungi” BiolLett, 2, pp. 209-212.
- Bi Guochang, Zang Mu, GuoXiuzhen (1989), “Distribution of ectomycorrhizal fungi under several chief forest types in alpine coniferou region of northwestern yunnan”, ScientiaSilvaeSinicae, 25(1), pp. 33-39
- Cathy L. Cripps and Leslie H. Eddington (2005), Distribution of Mycorrhizal Types among Alpine Vascular Plant Families on the Beartooth Plateau, Rocky Mountains, U.S.A., in Reference to Large-Scale Patterns in Arctic- Alpine Habitats. Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 37, (2), 2005, pp. 177-188
- Gardes, M. and Dahlberg, A. (1996), Mycorrhizal diversity in arctic and alpine tundra: an open question. New Phytologist, 133:pp. 147-157
- Gonzalez-Chavez, C., D’Haen, J., Vangronsveld, J., Dodd, J.C., (2002), “Coper sorption and accumulation by the extraradical mycelium ofdifferentGlomus spp. (arbuscularmycorrhizal fungi) isolated from the same polluted soil”. Plant and Soil 240, pp. 287 – 297.
- James M. Trappe (2010), “Fungus associates of ectotrophicmycorrhizae”, Botanical Review, pp. 538-606.
- Koide RT. (2004), Mycorrhizal symbioses. In Encyclopedia of Plant and Crop Science, pp. 770-772
- Vestberg M., Saari K., Kukkonen S., Hurme T. (2005), ”Mycotrophy of crops in rotation and soil amendment with peat influence the abundance and effectiveness of indigenous arbuscularmycorrhizal fungi in field soil”. Mycorrhiza 15(6), pp. 447-458.