Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.6. Tổng quan về nấm rễ cộng sinh
2.6.3. Vai trò của nấm rễ và ứng dụng
* Vai trò của nấm rễ
Mở rộng diện tắch hấp thụ của rễ cây
Sợi nấm cộng sinh là cơ quan hấp thu chủ yếu của rễ nấm, đặc biệt là vùng thiếu Photpho (P), nấm rễ làm tăng diện tắch bề mặt hấp thụ của rễ cây từ 10 -100 lần, do đó cải thiện đáng kể khả năng tận dụng dinh dưỡng từ đất và tăng khả năng hòa tan các chất như P, Fe để cây hấp thụ. Quá trình lấy chất dinh dưỡng của cây trồng dễ dàng hơn và cây không đòi hỏi nhiều phân bón. Nấm rễ tạo thành một mạng lưới phức tạp để cây huy động các chất dinh dưỡng. Trong điều kiện không có nấm rễ, dinh dưỡng có thể bị mất khỏi đất do bị rửa trôi (Sefi, 2010).
Tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng và nước của cây chủ
Lợi ắch của AM đối với thực vật chủ yếu là tăng cường cải thiện hấp thụ các chất dinh dưỡng và nước, trong đó quan trọng nhất là tăng cường hấp thụ dinh dưỡng lân (P), hấp thụ nước, chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường, đặc biệt trên các hiện trường đất đai cằn cỗi, khô hạn.
Trong đất thường có lượng P nhất định, lượng P khó tan chiếm tỷ lệ khá cao có thể lên đến 95 - 99%, chỉ có một lượng rất ắt P hòa tan mà cây có thể hấp thụ được. Nấm rễ sản sinh enzyme phosphotaza chuyển P không tan thành P hòa tan, giúp cây trồng có thể dễ dàng sử dụng (Zaki, 2008).
Theo Turmel (2004) đến 80% nhu cầu về P và 25% nhu cầu về Nitơ của cây được cung cấp nhờ nấm rễ nội cộng sinh. Sợi nấm có thể lan rộng đến 8cm quanh rễ và hấp thụ chất dinh dưỡng vận chuyển lại vào rễ, tăng khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng cao hơn so với lông rễ 10 lần. Tốc độ xâm nhập của P qua sợi nấm cao gấp 6 lần so với qua các lông rễ.
Phương tiện quan trọng làm nhiệm vụ vận chuyển cacbon vào trong đất
Theo nhà khoa học người Úc Christine Jones, loài cây nào có nấm rễ sẽ vận chuyển được nhiều cacbon vào trong đất hơn 15% so với loài không có nấm rễ. Nấm xâm nhập vào đất tốt hơn so với rễ cây vì sợi của chúng mỏng hơn rễ cây. Quan trọng hơn, nấm rễ có khả năng sản xuất ralomalin - một chất đặc biệt giúp đất duy trì được cấu trúc và giữ cacbon trong đất khỏi bị phân hủy trong thời gian dài.
Nâng cao sức chống chịu của cây
Nhiều nghiên cứu chứng minh, sau khi nhiễm nấm cho cây, cây chủ có khả năng chống khô hạn, chống chịu mặn, nhiệt độ, độ ẩm và pH cực đoan, chống lại điều kiện kim loại nặng.
- Sử dụng hiệu quả nước: Tương tự như trường hợp của các chất dinh dưỡng, vùng rễ mở rộng cho phép tiếp cận tốt hơn và vận chuyển nước có sẵn trong đất ngoài hệ thống rễ chắnh cũng như nước xen kẽ giữa các rễ.
- Chịu mặn: Cây nhiễm nấm có thể chống chịu được với độ mặn trong đất hoặc trong nước tưới. Hệ thống nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình thẩm thấu và tạo điều kiện cho sự hấp thụ nước có nồng độ muối cao hơn.
- Chống chịu kim loại nặng: Một số kim loại nặng như Cd, Pb, Hg và As có thể gây độc cho cây trồng ở nồng độ rất thấp trong đất. Nấm AM đóng vai trò như một cơ quan chức năng quan trọng trong hệ thống cây và đất, nó là nhân tố quyết định cho khả năng chống chịu của thực vật trong những vùng đất bị ô nhiễm (Trần Văn Mão, 2011).
Cải thiện môi trường quanh rễ
Sợi nấm cộng sinh được chứng minh rằng nó thải ra một chất đường dắnh như keo, gọi là ỘGlomalineỢ, giúp các hạt đất kết lại với nhau làm cấu trúc đất được cải thiện. Bên cạnh đó, nó tiết ra axit mùn làm cho đất tơi xốp hơn. Sự hiện diện của Mycorrhizae cũng làm tăng tắnh đa dạng và mật độ VSV đất, nó tạo nên một hệ sinh thái đất khỏe mạnh. Hệ sinh thái đất khỏe mạnh là tất cả những điều kiện để cây trồng được gia tăng chu trình dưỡng chất, gia tăng mối liên hệ giữa không khắ và nước và quan trọng là kháng lại được sự xâm nhập và sự thành lập của các VSV có hại (Trần Văn Mão, 2011).
Trong quá trình cộng sinh với rễ cây, nấm hình thành nhiều chất kắch thắch sinh trưởng như: chất sinh trưởng tế bào (auxin), chất phân chia tế bào (cytokinin), vitamin B1, IAA. Nhiều loài nấm cộng sinh đều tiết ra trước và sau khi cộng sinh với cây (Trần Văn Mão, 2011).
Tăng khả năng kháng bệnh của cây trồng
Bệnh thực vật có thể được kiểm soát bằng các thuốc đối kháng làm giảm mầm bệnh. Nấm AM và tương tác cộng sinh của chúng với thảm thực vật làm giảm bớt thiệt hại gây ra bởi các tác nhân gây bệnh (Harrier L.A and Watson A.A, 2004). AM bảo vệ thực vật chống lại các bệnh nhiễm trùng gây bệnh ở rễ bao gồm: Phytopthora spp, Pythium spp, Fusarium spp, Thielaviopsis spp, Rhizoctonia
spp, Verticillium spp,Ầ (MYCOSYM, Plant Vitalizing System, 2009).
* Ứng dụng của nấm rễ
- Trên thế giới
Nấm cộng sinh đã được các nhà nghiên cứu vi sinh vật quan tâm từ rất sớm. Vai trò cũng như ứng dụng của chúng ngày càng quan trọng và nghiên cứu về chúng cũng ngày càng phổ biến hơn.
Hiện nay, các nhà khoa học chuyên ngành đều nhận thức được rằng, tuyệt đại bộ phận thực vật đều có nấm rễ cộng sinh là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên. Theo thống kê của Trappe (1962), có khoảng 535 loại nấm thuộc 81 chi 30 họ 10 bộ nấm có thể cộng sinh với trên 15.000 loài thực vật khác nhau.
Ứng dụng trong nông nghiệp
Nấm rễ, đặc biệt là AM phổ biến trong đất và tạo mối quan hệ cộng sinh với hầu hết các thực vật trên cạn bao gồm cả cây trồng nông nghiệp, ngũ cốc, rau quả và cây vườn. Có hơn 80% các loại cây trồng trong tự nhiên hình thành các cộng đồng nấm rễ (Brundrett MC, 2002). Do vậy, sự ứng dụng nấm rễ AM là một xu hướng phổ biến trong nông nghiệp.
Nấm rễ thường được xử lý cho hạt giống hoặc cây con trước khi đem gieo trồng với nhiều loại cây công nghiệp (lúa, lúa mỳ, ngô, khoai, đậu tương,Ầ) giúp tăng cường sinh trưởng của cây, tăng khả năng kháng sâu bệnh dẫn tới tăng năng suất và chất lượng của cây trồng.Ở các nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ,Ầ đã phổ biến đưa nấm rễ vào quy 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.
Ứng dụng trong tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái
Việc quản lý nấm rễ AM trong sự tái tạo thảm thực vật và tái tạo rừng cũng đã được ghi nhận thành công tại nhiều nơi. Tại Nhật Bản, GS. Marumoto và cs. đã nghiên cứu thành công tấm phủ sinh học chống xói mòn đất và tái tạo thảm thực vật nhờ vai trò của nấm rễ. Vật liệu này đã được tái tạo thảm thực vật và rừng, phục hồi cảnh quan tại nhiều vùng đất bị phá hủy tại Nhật Bản, điển hình như phủ xanh các sườn dốc tại Fugendake thuộc quận Nagasaki, quận Hirosima; tạo cảnh quan cho đường cao tốc ở quận Yamaguchi, cảnh quan cho khu vực sông ở quận Fukushima, hay cho đập thủy điện tại quận Hiroshima (Takuya Marumoto et al., 2006).
Trong chương trình quản lý dịch hại tổng hợp thì việc sử dụng nấm rễ cộng sinh Mycorrhiza được các nhà khoa học của Khoa Thực vật, Trường Đại học Dehli (Ấn Độ) và Viện Nghiên cứu Cây trồng (Italia) xem là một biện pháp phòng trừ bệnh hại ở rễ do các loại VSV gây bệnh như: Fusarium, Pythium,
Rhizoctonia, Phytophthora,Ầ rất có tiềm năng. Đồng thời, nấm rễ cộng
sinh Mycorrhizae còn được đánh giá là có hiệu quả và có rất nhiều triển vọng ứng dụng tốt trong hệ sinh thái nhiệt đới, đồng thời là một biện pháp chống biến đổi khắ hậu do đặc tắnh tăng sức chịu hạn cho cây trồng khi nhiễm nấm.
Ứng dụng trong tái tạo thảm cỏ
Dự thảo Mike Amarathus 27/09/2011 đã đưa ra công nghệ ứng dụng nấm rễ xử lý cho cỏ Bermuada để xây dựng và bảo trì sân golf tại Califonia và Oregon (Mỹ). Việc ứng dụng nấm rễ đã giúp cải thiện, tăng cường phát triển sức đề kháng của cỏ trên sân golf, là biện pháp quản lý sân golf để cải thiện tình trạng của cả sân golf và đất. Nhờ đó bảo vệ được cấu trúc đất, giảm thời gian và chi phắ cho công việc bảo trì, giảm lượng phân bón và nước tưới sử dụng, đồng thời nâng cấp được sân golf và chống hạn hán. Công nghệ xử lý nấm rễ cũng được áp dụng rộng rãi trong việc cải tạo nhiều bãi cỏ và thành công ở nhiều nơi như Real Club de Golfde Sotogrande, Club de Golf El Zaudin (Seville) và La Cala Golf ở Tây Ban Nha hay bãi cỏ Vale do Lobo Golf ở Bồ Đào Nha) (Mycosym.com).
- Ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã bắt đầu quan tâm và tiến hành nghiên cứu về nấm rễ Mycorrhiza và khả năng ứng dụng của chúng trong sản xuất nông lâm nghiệp và xử lý ô nhiễm ở Việt Nam.
Ứng dụng trong nông, lâm nghiệp
Đối với hệ sinh thái nông nghiệp, nấm Mycohizae giúp giảm thiểu lượng nước tưới, phân khoáng sử dụng, tăng khả năng kháng bệnh gây hại và tắnh chịu hạn. Đây cũng là một trong những biện pháp thắch ứng với tác động biến đổi khắ hậu.
Nguyễn Thị Hoàng Yến và cs. (2005) đã tiến hành phân lập nấm nội cộng sinh trong đất vườn ươm cộng sinh với một số loài cây gỗ bản địa như dải ngựa, sao đen, dẻ cau và lim xanh. Sau khi tiến hành phân lập, dựa vào màu sắc, kắch thước bào tử, số lượng và độ dày vách tế bào đã giám định được 10 loài nấm nội cộng sinh khác nhau. Kết quả khẳng định tiềm năng nấm nội cộng sinh trong đất là rất lớn.
Nguyễn Văn Sức và cs. (2004) tiến hành nghiên cứu, áp dụng kỹ thuật phát triển cộng sinh Mycorrhizacho một số cây trồng chắnh tại một số vùng sinh thái phục vụ cho sản xuất nông nghiệp bền vững. Kết quả tuyển chọn được 3 chủng nấm rễ Mycorrhiza có hoạt tắnh sinh học cao và khả năng thắch ứng với điều kiện Việt Nam phục vụ cho nghiên cứu và làm nguyên liệu cho sản xuất chế phẩm sinh học Mycorrhiza. Chế phẩm này ngoài mục đắch thúc đẩy sinh trưởng, tăng năng suất một số cây trồng nông lâm nghiệp như chè, bưởi, cà phê còn góp phần chống chịu các điều kiện bất lợi trong đất nhưkhô hạn và nghèo chất dinh dưỡng..
Trần Thị Dạ Thảo và cs. (2007) đã nghiên cứu về nấm rễ trên cây ngô. Kết quả nghiên cứu cho thấy nấm rễ có khả năng rất lớn trong tiết kiệm nước tưới, tăng hấp thu dinh dưỡng và tăng năng suất cây trồng. Khi không có nấm trong môi trường đất thì cây sinh trưởng rất yếu, chiều cao cây thấp, diện tắch lá nhỏ và lá chậm lão hóa nhưng có nấm thì cây sinh trưởng tốt hơn. Đồng thời kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc giữ lân ở mức 100mgP2O5/1kg đất kết hợp với chủng nấm Glomus sp sẽ đảm bảo được chi phắ phân bón cũng như sự sinh trưởng, phát triển của cây ngô. Điều này có ý nghĩa trong việc giảm lượng phân bón cho cây trồng trong sản xuất.
Nguyễn Thị Minh và cs. (2014) đã tiến hành phân lập, tuyển chọn giống
Arbuscular Mycorrhizae và nghiên cứu xác định nguyên liệu chắnh để sản xuất
vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm thực vật phủ xanh. Kết quả nghiên cứu đã tuyển chọn được 2 chủng Arbuscular Mycorrhizae (Gigasporas sp2 và Glomus sp2) là những chủng sinh trưởng, phát triển nhanh có tỷ lệ nảy mầm và sức sống cao đồng thời hiệu quả vượt trội trên cây chủ. Thắ nghiệm sử dụng vật liệu sinh học trên đất đồi trống tại Yên Dũng, Bắc Giang cho thấy vật liệu sinh học có tác
dụng tăng cường khả năng sinh trưởng, phát triển của cây đậu mèo (Mucuna
pruriens), cải thiện tắnh chất đất và giúp tái tạo thành công thảm thực vật che phủ.
Các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Sinh thái và Môi trường rừng thuộc Viện Khoa học lâm nghiệp Việt Nam (2009-2013) đã lần đầu tiên nghiên cứu ứng dụng thành công Công nghệ nhân sinh khối AM in-vitrocho sản xuất chế phẩm AM dạng bột tại Việt Nam, mở ra hướng đi đầy triển vọng cho ngành lâm nghiệp. Việcnghiên cứu kết hợp công nghệ sinh khối AM in-vitro với in-vivo vừa nâng cao chất lượng, sinh khối AM vừa giảm giá thành sản phẩm. Chế phẩm đã được áp dụng thử nghiệm cho trồng rừng keo tai tượng, bạch đàn uro và một số loại cây trồng khác tại các tỉnh miền núi phắa Bắc và Bắc Trung Bộ. Kết quả bước đầu cho thấy, chế phẩm AM làm tăng khả năng sinh trưởng và năng suất cây trồng rừng tới trên 20% sau 2 năm trồng, đồng thời cải thiện tắch cực các yêu tố môi trường đất về vi sinh vật tổng số, độ ẩm và độ phì (Vũ Quý Đông và cs., 2015).
Xử lý ô nhiễm kim loại nặng
Phan Quốc Hưng và cs. (2011) đã đánh giá cao vai trò của nấm rễ trong việc xử lý kim loại nặng trong đất do khả năng chống chịu và chuyển hóa khoáng chất cao của nấm rễ giúp tăng cường khả năng hấp thụ cho cây lấy đi phần lớn kim loại nặng trong đất. Nấm rễ được sử dụng cùng với một số vi sinh vật vùng rễ tuyển chọn được để tạo thành chế phẩm kết hợp với thực vật để xử lý đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng có tác dụng cải tạo và phục hồi đất ô nhiễm.
Nguyễn Thế Bình và cs. (2014) cũng đã tiến hành nghiên cứu sử dụng mối quan hệ cộng sinh giữa dương sỉ và nấm rễ cộng sinh (AMF) để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất tại thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên. Việc sử dụng chế phẩm nấm cộng sinh rễ có tác dụng kắch thắch sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và rút ngắn thời gian xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu.