Nghiên cứu hệ nấm cộng sinh Arbuscular Mycorrhiza, trong đất và rễ cam tại Quỳ Hợp - Nghệ An

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -* - LÊ THỊ THỦY NGHIÊN CỨU HỆ NẤM CỘNG SINH ARBUSCULAR MYCORRHIZA, TRONG ĐẤT VÀ RỄ CAM TẠI QUỲ HỢP - NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Sự cộng sinh nấm rễ trồng đƣợc phát lần vào năm 1885 A.B.Fank – nhà bệnh lâm nghiệp ngƣời Đức Nhƣng phải đến năm 80 kỷ 20 đƣợc tập trung nghiên cứu ứng dụng sản xuất Nấm rễ cộng sinh tƣợng phổ biến tự nhiên, có khoảng 60 – 80% loài thực vật giới có mối quan hệ cộng sinh với nấm nội cộng sinh Đây mối quan hệ cộng sinh tách rời: Nấm rễ tồn tại, nấm sinh trƣởng yếu vàng chết [11] Đã có nhiều công trình khoa học chứng minh vai trò nấm cộng sinh mang lại lợi ích to lớn, thiết thực trình sinh trƣởng phát triển điều kiện bất lợi môi trƣờng, điều kiện đất đai khô hạn, nghèo dinh dƣỡng nấm rễ phát huy tốt vai trò cộng sinh Chính vậy, hình thức cộng sinh đƣợc nghiên cứu (về phân loại, sinh học phân tử, ảnh hƣởng chúng thực vật ) ứng dụng vào thực tiển sản xuất nông – lâm nghiệp nhiều nƣớc giới Ở Việt Nam, diện tích đất trồng cạn lớn (3 317 270 ha), chủ yếu loại trồng có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên, phát triển sản xuất thƣờng gặp khó khăn vấn đề nƣớc tƣới, đất chua dinh dƣỡng Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng kỹ thuật phát triển nấm cộng sinh Mycorrhiza cho số trồng vùng sinh thái phục vụ sản xuất Nông – Lâm nghiệp bền vững nƣớc ta nhằm nâng cao suất trồng, trì bảo vệ nâng cao độ phì nhiêu đất vấn đề cấp bách cần đƣợc quan tâm Cho đến nay, số nhà khoa học Viện Lâm nghiệp, Viện Công nghệ sinh học, Viện Thổ nhƣỡng nông hóa… công bố nghiên cứu nấm rễ cộng sinh Kết nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn dừng lại mức phân lập, lƣu giữ bào tử nấm cộng sinh nghiên cứu xƣ̉ lý đất ô nhiễm chì có sƣ̉ dụng nấm Mycorrhiza Tuy nhiên chƣa có nghiên cứu khả cộng sinh nấm cộng sinh cam nhằm tạo chế phẩm làm tăng suất và chất lƣợng Trong loại ăn quả, Cam Vinh loại ăn đặc sản truyền thống có giá trị dinh dƣỡng cao, đồng thời có giá trị kinh tế Tuy nhiên, diện tích trồng cam dần bị thu hẹp chất lƣợng cam ngày bị mai Với mong muốn góp phần vào việc cải thiện suất, chất lƣợng cam, nhóm nghiên cứu tiến hành nghiên cứu đề tài: “NGHIÊN CỨU HỆ NẤM CỘNG SINH ARBUSCULAR MYCORRHIZA, TRONG ĐẤT VÀ RỄ CAM TẠI QUỲ HỢP - NGHỆ AN‟‟ Với mục tiêu nội dung nghiên cứu sau: Mục tiêu nghiên cứu : Nghiên cứu hệ nấm nội cộng sinh (Arbuscular Mycorrhiza Fungi) đất trồng cam Xã Minh Tân - Phủ Qùy – Nghệ An Trên sở đó, góp phần đề xuất giải pháp phân bón, canh tác nhằm làm tăng suất, chất lƣợng chè, ổn định độ phì nhiêu, cải thiện môi trƣờng đất vùng trồng cam Nội dung nghiên cứu:  Xác định thành phần loài AMF vùng nghiên cứu  Xác định đặc điểm phân bố AMF đất trồng cam Phủ Qùy – Nghệ An  Xác định loài AMF đất trồng cam kỹ thuật sinh học phân tử Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH TÊN GỌI ARBUSCULAR MYCORRHIZA FUNGI (AMF) Thuật ngữ “Mycorrhiza” lần đƣợc Frank – nhà bệnh lâm nghiệp ngƣời Đức – đƣa vào năm 1885 để mối quan hệ đặc biệt rễ nấm ngoại cộng sinh [53] Sƣ̣ cộng sinh của Mycorrhiza với rễ đƣợc mô tả nhƣ (hình 1.1) Thuật ngữ bắt nguồn từ chữ Hy Lạp: Mykes (nấm) Rhiza (rễ) Năm 1887, Frank khác biệt nấm ngoại cộng sinh nấm nội cộng sinh, thực chất khác biệt Ericaceous Orchid, đƣợc gọi “Phycomycetous Endomycorrihiza” để phân biệt với dạng cộng sinh nấm bậc cao với loài họ Ericaceae Orchidaceae Tuy nhiên, tên gọi tồn không lâu ý nghĩa [33] Những nghiên cứu cấu trúc dẫn đến thay đổi tên gọi hình thức cộng sinh Năm 1897, tác giả Janse gọi cấu trúc dạng bọng bên tế bào rễ thực vật bị nhiễm nấm Mycorrhiza “Vesicules” (gọi thể V) Năm 1905, Gallaud gọi cấu trúc dạng bụi (chùm) tế bào thƣờng đƣợc quan sát thấy “Arbuscular” (gọi thể A) Do vậy, tên gọi “Vesicular – Arbuscular Mycorrhiza” (viết tắt VAM) đƣợc hình thành tồn thời gian gần [19] Bên cạnh đó, số báo công trình khoa học khác sử dụng tên gọi “Vesicular –A rbuscular Mycorrhiza Fungi” để loại hình cộng sinh [23] Những nghiên cƣ́u sau cho thấy, thể A đặc điểm chung chi nhƣng tất nấm nội cộng sinh hình thành thể V Do vậy, loại hình Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn cộng sinh đƣợc đổi tên “Arbuscular Mycorrhiza” Nói chung, tên gọi chƣa hoàn toàn thống Năm 2005, Hội nghị Quốc tế Mycorrhiza lần thứ 17 đƣợc tổ chức Lisboa – Bồ Đào Nha định lấy tên “Arbuscular Mycorrhiza Fungi” (AMF) để loại hình cộng sinh Do vậy, tài liệu đƣợc công bố, thuật ngữ “Arbuscular Mycorrhiza Fungi” (viết tắt AMF) đƣợc thống sử dụng thay cho thuật ngữ “Vesicular – Arbuscular Mycorrhiza” vào năm 2008 [28] Hình 1.1 Sƣ̣ cộng sinh AMF rễ trồng 1.2 PHÂN LOẠI MYCORRHIZA Đặc điểm nhận dạng số loài bào tử AMF (dựa theo phân loại Gerdemann, 1963) [32] bảng 1.1 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 1.1 Đặc điểm nhận dạng số loại bào tử AMF Tên chi Tên loài Hình dạng Ambisporum Marcaropus Appendicul a Delicate Dilatata Gigaspora Thành bào tử mỏng, có lớp 100-150 100-125 Thành bào tử mỏng Thành bào tử mỏng, có bào tử Hình cầu Có mầu vàng nhạt 150-175 Thành bào tử dày, 1-6 µm Có mầu nâu, nâu đậm Có mầu nâu, đen 100-175 125-200 Thành bào tử dày Thành bào tử dày,có nhiều lớp Có mầu nâu nâu nhạt 120-175 Thành bào tử dày, có vách ngăn Có mầu nâu nhạt vàng nhạt 150-200 Thành bào tử dày, có 3-4 lớp Có mầu nâu nâu nhạt 120-175 Thành bào tử mỏng,1-2 lớp colombiana Hình cầu hình trứng schenckii Hình cầu ,hình tròn Có mầu nâu nhạt mầu vàng Coccogena Bào tử có dạng hình cầu, gần hình cầu, elip Có mầu nâu nhạt 100-150 Coremioides Bào tử có hình cầu, Có mầu nâu, nâu đậm 120-180 Rhyniensis Hình cầu hình elip Có mầu nâu đậm 150-200 Candida, Bào tử thƣờng có hình cầu gần hình cầu, số có hình elip Có mầu nâu, nâu đậm, mầu nâu đỏ 120–160 Albida Bào tử có dạng hình cầu, elip Có mầu vàng nhạt 120-150 Sclerocystis Glomites 120-175 Hình cầu hình trứng Hình cầu hình trứng có bào tử, hình cầu Hình cầu, có bào tử Acaulospora Có bào tử, hình cầu gần Myriocarpa, hình cầu Bireticulata Hình cầu, dạng lê Lacunose Hình cầu Entrophora Đặc điểm Có mầu nâu, mầu nâu đỏ, số có mầu vàng nhạt Mầu nâu, nâu đậm Nâu mầu vàng nhạt Aggregatum Hình cầu, hình trứng, có cuống nhỏ Glomus Mầu sắc Kích thước (µm) Có mầu nâu nhạt mầu vàng nhạt 120-200 Thành bào tử có lớp chia làm nhóm 150-200 Thành dày chia bào tử thành lớp Thành bào tử mỏng có lớp Thành bào tử có lớp,chia làm nhóm Thành bào tử có cấu trúc kiểu liên tiếp, gồm nhiều lớp Thành bào tử có lớp chia làm nhóm Thành bào tử có cấu trúc nối tiếp, gồm – lớp Căn mặt hình thái chia nấm rễ thành loại chủ yếu: Nấm rễ ngoại cộng sinh, nấm rễ nội cộng sinh nấm rễ nội ngoại cộng sinh * Nấm rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza): Đây loại nấm hình thành mạng lƣới Hartig gian bào tầng vỏ rễ mô sợi nấm dày đặc bề mặt rễ cây, mũ rễ, lông hút Nấm r ễ ngoại cộng sinh thƣờng có màu sắc hình dạng định (có thể nhận thấy mắt thƣờng) * Nấm rễ nội cộng sinh (Endomycorrhiza): Đặc trƣng biến đổi màu sắc hình thái rễ, có lông hút, không sợi nấm mạng lƣới Hartig Nấm rễ nội cộng sinh gồm loại là: nấm rễ nội cộng sinh màng ngăn (AEM) sợi nấm nội cộng sinh có màng ngăn (SEM) Với loại SEM, giải phẫu thấy bên tế bào biểu bì rễ có túi bọt (Vesicular) chùm (Arbuscular) * Nấm rễ nội – ngoại cộng sinh (Ectendomycorrhiza): Mang đặc trƣng loại nội cộng sinh ngoại cộng sinh hình thái nhƣ sinh lý Hiện nay, ngƣời ta nhận thấy có hình thức cộng sinh: * Arbuscular Mycorrhiza Fungi (AMF): Cộng sinh kiểu tạo bụi (chùm) * Ectomycorrhizas (ECM): Nấm rễ ngoại cộng sinh * Orchid Mycorrhizas: Nấm rễ cộng sinh với họ Lan (Orchidaceae) * Ericoid Mycorrhizas: Nấm rễ cộng sinh với thuộc Đỗ Quyên (Ericales) * Ectendo Mycorrhizas: Nấm rễ nội – ngoại cộng sinh * Arbutoid Mycorrhizas: Nấm rễ có nội cộng sinh ngoại cộng sinh nhƣng xuất giới hạn chi Arbutus, Arctostaphylos Arctous họ Đỗ Quyên (Ericaceae) * Monotropoid Mycorrhizas: Nấm rễ cộng sinh xuất họ Monotropaceae Đỗ Quyên (Ericales) Theo thống kê Harley (1959), khoảng 3% số có hoa loài gỗ bụi có ECM, 90% loài thân cỏ có AMF, số loài gỗ có ECM AMF [32] Hình 1.2 Biểu đồ phát sinh chủng loại AMF (http://www.ffp.csiro.au/research/mycorrhiza [62]) 1.3 PHÂN LOẠI BÀO TỬ AMF Thông thƣờng, việc phân loại nấm nội cộng sinh chủ yếu dựa vào đặc điểm hình thái cấu trúc (Bảng 1.1) Một sở quan trọng để phân loại theo hình thái bảng màu Morton Phƣơng pháp ADN giải phẫu đƣợc dùng để đánh giá quan hệ mức cao Smith Tinker đề xuất 1997 [51] Nhìn chung, hệ thống phân loại AMF áp dụng dựa sở hệ thống phân loại Morton Benny đƣa vào năm 1990 đƣợc hoàn chỉnh dần nhờ hàng loạt nhà nghiên cứu tiếp [39] Lịch sử hình thành hệ thống phân loại trƣớc hết phải kể đến việc hình thành chi Endogone năm 1808 Tiếp chi Glomus anh em Tulasne mô tả năm 1844 Đến năm 1849, tác giả Fries xây dựng nên họ Endogonaceae, sau họ bị thay đổi loài phát có đặc điểm chung Đây thời điểm để hoàn thiện phân loại phƣơng pháp nhận biết tất loại bào tử AMF Năm 1959, Moss (nhà Giải phẫu thực vật) Bowen (nhà Sinh thái học) đƣa hệ thống mô tả dựa cấu trúc vách tế bào, màu sắc đặc điểm tế bào chất [40] Tuy nhiên, áp dụng phƣơng pháp Gerdermann phát Endogone có số lƣợng loài lớn, cần phải xem xét lại tác giả chia Endogone thành chi với chi không cộng sinh: Endogone, Modicella, Glaziella chi cộng sinh: Glomus, Sclerocystics, Gigaspora, Acaulospora (trong Gigaspora Acaulospora chi mới) [31] Với hệ thống phân loại Gerdermann, Viện Nghiên cứu sinh học – Viện Hàn lâm khoa học Ấn Độ phân lập từ đất vƣờn ƣơm chi AMF: Glomus, Sclerocystics, Gigaspora, Acaulospora chi không cộng sinh (Endogone) Năm 1982, Trappe Schenck đề xuất đƣa loài AMF khỏi chi Sclerocystics để hình thành chi Scutellospora [58], đến năm 1987 Walker đề xuất nhƣ [60] Năm 1990, tác giả Morton Benny đặt chi Walker vào họ: Glomaceae, Gigasporaneae, Acaulosporaceae phụ: Glomineae, Gigasporineae, phụ đƣợc đặt Glomales [39] Năm 1998,Trung tâm Nghiên cứu AMF Đài Loan (Arbuscular mycorrhizal fungal Collection center in Taiwan – ACT) đề nghị công nhận chi Glomites Jimtrappea Hiện nay, hệ thống phân loại ACT thƣờng đƣợc sử dụng nƣớc châu Á Năm 2008, Shipra Singh đtg tiếp tục công bố thêm họ AMF là: Archacosporaceae Paraglomaceae với chi là: Archacospora Paraglomus [49] 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MYCORRHIZA Phương pháp tách bào tử Muốn tiến hành phân loại công việc tách bào tử từ đất Thông thƣờng, bào tử đƣợc tách sàng ƣớt lọc Phƣơng pháp đƣợc sử dụng để lọc tuyến trùng từ đất Gerdermann cải biên cho phù hợp với nấm nội cộng sinh [32] Trên sở nhóm tác giả Daniel Skipper (1982) tiếp sau tác giả Tommerup (1992) cải tiến thành phƣơng pháp sàng ƣớt (wet sieving) qua rây kết hợp với ly tâm thang nồng độ sucrose (dịch 50%) [25, 56] Quan sát, đếm số lượng bào tử Tùy vào kích cỡ, trình quan sát bào tử đƣợc thực kính lúp kính hiển vi có độ phóng đại nhỏ Số lƣợng bào tử đƣợc xác định phƣơng pháp đếm trực tiếp màng lọc có chia ô hãng Satorrius [24] data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... góp phần vào việc cải thiện suất, chất lƣợng cam, nhóm nghiên cứu tiến hành nghiên cứu đề tài: “NGHIÊN CỨU HỆ NẤM CỘNG SINH ARBUSCULAR MYCORRHIZA, TRONG ĐẤT VÀ RỄ CAM TẠI QUỲ HỢP - NGHỆ AN ‟ Với... mối quan hệ cộng sinh với nấm nội cộng sinh Đây mối quan hệ cộng sinh tách rời: Nấm rễ tồn tại, nấm sinh trƣởng yếu vàng chết [11] Đã có nhiều công trình khoa học chứng minh vai trò nấm cộng sinh. .. chia nấm rễ thành loại chủ yếu: Nấm rễ ngoại cộng sinh, nấm rễ nội cộng sinh nấm rễ nội ngoại cộng sinh * Nấm rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza): Đây loại nấm hình thành mạng lƣới Hartig gian