Nhiều tác giả đã nghiên cứu chuyên sâu về nấm rễ AM và đều cho thấy hầu hết cây trồng tăng năng suất sau khi nhiễm nấm AM (Jakobsen and Nielsen, 1983; Baon et al., 1992; Talukda av Germida, 1994; Xavier and Geermida, 1997; Alkaraki et al., 1998), đặc biệt là ở đất có nguồn photpho thấp (Thoson, 1990; Rubio et al., 2003).
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nấm rễ AM đến giống dưa chuột (Cucumis sativus L, 2010) cho thấy: AM có ảnh hưởng đáng kể đến đường kính gốc cây, số lá, chiều cao và chiều dài rễ. AM không có nhiều tác dụng đến tỷ lệ nảy mầm của hạt giống mà có ảnh hưởng đến thời gian nảy mầm của hạt. Với công thức tiêm chủng Gigaspora margarrita, cây dưa chuột mọc sớm nhất còn
Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của nấm rễ AM đến sự sinh trưởng của cây
Piper longum L. – một cây thuộc họ tiêu, P.Gogoi and R.K.Singh (2011) nhận thấy hầu như tất cả các chủng AM đều gia tăng sự tăng trưởng thực vật, sinh khối và hàm lượng dinh dưỡng (N và P). Chiều dài chồi đạt cao nhất trong công thức nhiễm Gigaspora fasicutalum, tổng sinh khối của cây nhiễm Gigaspora fasicutalum cũng đạt cao nhất ở 0,84g trong khi đó tổng sinh khối của cây đối chứng chỉ đạt 0,23g (P.Gogoi and R.K.Singh, 2011).
2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA NẤM RỄ VÀ VẬT LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.5.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng AM và vật liệu sinh học trên thế giới
Nấm rễ nội cộng sinh AM, mối quan hệ cộng sinh giữa cây trồng và nấm từ đất có vai trò đặc biệt quan trọng trong sức sản xuất của cây, sinh thái học của cây và đất đóng vai trò then chốt trong thuật ngữ “Nông nghiệp bền vững”. Mối quan hệ cộng sinh này đang nhận được nhiều sự quan tâm bởi sự tăng khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế đồng ruộng như đa dạng sinh học, nông nghiệp bền vững, các chương trình tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái (Gianinazzi S, 1994).
-Ứng dụng trong nông nghiệp:
Nấm rễ, đặc biệt là AM phổ biến trong đất và tạo ra 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 vườm ươm. Có tới hơn 80% các loại cây trồng trong tự nhiên hình thành cộng đồng nấm rễ. Do vậy, sự ứng dụng nấm rễ AM là một xu hướng phổ biến trong nông nghiệp (Brundrett MC, 2002).
Nấm rễ thường được xử lý cho hạt giống hoặc cây con trước khi gieo trồng với nhiều loại cây nông nghiệp (lúa, lúa mỳ, ngô, khoai, đậu tương, cỏ linh lăng...) giúp tăng cường khả năng sinh trưởng, phát triển của cây, tăng khả năng kháng sâu bệnh dẫn tới năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên (M.A.U Mridha, 2003).
Ở các nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ... đã phổ biến đưa nấm rễ này vào quy trình trồng trên cây tiêu, cây cao su, cà phê, cọ dầu, các loại cây ăn quả và cây lâm nghiệp từ vườn ươm cho đến cây trưởng thành.
- Ứng dụng trong tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái:
Nghiên cứu về nấm rễ AM đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành khoa học môi trường hiện đại, từ những khía cạnh cơ bản để ứng dụng
trong lâm nghiệp và trong phục hồi các hệ sinh thái có hoạt động khai thác bề mặt tạo ra các khu vực rất lớn đất bị xáo trộn ở nhiều nơi trên thế giới và có một nhu cầu cấp thiết cần cải tạo lại đất và tái tạo hệ thống cây trồng trên những vùng đất bị suy thoái này. Phục hồi sinh thái là quá trình hỗ trợ cải tạo một hệ sinh thái đã bị xáo trộn, bị suy thoái và phá hủy. Vai trò của việc sử dụng nấm rễ trong tái tạo thảm thực vật nhằm mục đích thiết lập một hệ sinh thái bền vững đã được nghiên cứu rộng rãi và hiệu quả của chúng đã được chứng minh.
Tại Banglades, đất rừng thường là đất nghèo photpho và các chất dinh dưỡng khác hoặc tồn tại P ở dạng kém linh động tương tự như đất nhiệt đới khác. Trong điều kiện như vậy, công nghệ nấm rễ được ứng dụng trong xử lý cho các cây ở giai đoạn phát triển tại vườm ươm đã có tác dụng nâng cao sự phát triển tổng thể trong vườm ươm và tăng trưởng sớm sau khi chuyển cây ra đất rừng (M.A.U Mridha, 2003).
Việc quản lý nấm rễ AM trong việc tái tạo thảm thực vật và tái tạo rừng cũng đã được ghi nhận thành công (Takhuya Marumoto and Zakuo Yamato, 2011), (Zaki Anwar Siddidui, 2008). Tại Nhật Bản, GS. Marumoto và cộng sự đã nghiên cứu thành công tấm phủ sinh học chống xói mòn đất và tái tạo thảm thực vât nhờ vai trò của nấm rễ. Vật liệu này đã tái tạo được 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 Fhugendake thuộc quận Nagasaki, quận Hiroshima, tạo cảnh quan cho đường cao tốc quận Yamaguchi, cảnh quan cho khu vực sông ở quận Fukusima hay cho đập thủy điện tại quận Hirosima (Takhuya Marumoto and Zakuo Yamato, 2011).
- Ứng dụng của tái tạo thảm cỏ:
Mục tiêu bảo trì các bãi cỏ nhất là những sân golf là đảm bảo có được và giữ được sự phát triển đồng nhất của cỏ với màu sắc tươi và tránh được những nguồn bệnh có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của con người. Để quản lý bãi cỏ một cách chất lượng, cần có phương pháp phù hợp trong đó giải pháp sinh học được quan tâm hơn cả. Sự cộng sinh nấm rễ đã giải quyết được vấn đề này nhờ vai trò của nấm rễ trong việc hấp thụ và chuyển hóa chất dinh dưỡng cho cỏ, cải thiện khả năng hút nước cho cỏ nhờ sự phát triển hệ rễ giúp tăng cường sự chống chịu ngay trong điều kiện khô hạn. Dự thảo Mike Amarathus 27/09/2011 đã đưa ra công nghệ ứng dụng nấm rễ xử lý cho cỏ Bermuda để xây dựng và bảo trì sân
golf tại Califonia và Oregon (Mỹ) 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 phí 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).
2.5.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật liệu sinh học ở Việt Nam 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 Mycorrhizae và khả năng ứng dụng của chúng trong sản xuất nông, lâm nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường.
Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam đã tiến hành phân lập nấm nội cộng sinh trong đất vườn ươm cộng sinh với một số loài cây gỗ bản địa như sao đen, dái ngựa, dẻ cau và lim xanh. Kết quả phân lập bước đầu cho thấy mỗi loại cây khác nhau mật độ bào tử nấm nội cộng sinh và thành phần loài nấm cộng sinh tồn tại trong đất khác nhau. Cây chủ đóng vai trò nhất định trong sự tồn tại và phát triển của những loài nấm nội cộng sinh. Mật độ nấm tập trung nhiều ở tầng đất mặt có độ sâu 0 – 10 cm, khi xuống sâu hơn mật độ giảm rõ rệt. Kết quả khẳng định tiềm năng nấm nội cộng sinh trong đất là rất lớn (Nguyễn Thị Hoàng Yến và cs., 2005).
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2005, 2007, 2014) đã tiến hành phân lập AM trên một số thực vật trên đất phù sa sông Hồng và đất bạc màu gồm các loại cây họ đậu, họ hòa thảo, cây ăn quả, cây họ cúc và cũng thu được các giống nấm rễ có sức sống và khả năng cộng sinh cao. Các nghiên cứu này khẳng định, sự cộng sinh của nấm rễ trên cây chủ giúp cho cây có sức sống cao hơn, có khả năng chống chịu cao với các điều kiện bất lợi của môi trường sống, giúp tái tạo thành công thảm thực vật.
Phan Quốc Hưng và cs. (2010) đã sử dụng nấm rễ là một trong các loại sinh vật kết hợp với thực vật để xử lý đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng do khả năng chống chịu và chuyển hoá khoáng chất cao của nấm rễ trong đất giúp tăng cường khả năng hấp thụ cho cây lấy đi.
Trần Thị Dạ Thảo (2007) đã nghiên cứu về nấm rễ trên cây ngô. Kết quả nghiên cứu cho thấy nấm rễ có khả năng rất lớn trong việc 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 tích lá nhỏ, lá chậm lão hóa, nhưng có nấm thì cây sinh trưởng tốt hơn; Giữ lân ở mức 100 mg P2O5/1kg đất kết hợp với chủng nấm Glomus sp. Điều này có ý nghĩa trong việc giảm lượng phân bón cho cây trồng trong sản xuất.
Công ty Thời Đại Xanh Thành phố Hồ Chí Minh đã sản xuất chế phẩm sinh học với thành phần chính: Nấm Mycorrhizae 250 – 300 bào tử/ 10g với công dụng giúp cho Mycorrhizae phát triển cộng sinh trên rễ thúc đẩy rễ cây tăng trưởng nhanh và mạnh, hấp thu đầy đủ dinh dưỡng khoáng và nước làm cho cây kháng lại các bệnh ở rễ, chống chịu các điều kiện bất lợi cho đất như chua, mặn và khô hạn. Có thể áp dụng cho tất cả các loại cây trồng. Bón trực tiếp vào bộ rễ ở các giai đoạn hay làm nguyên liệu phối hợp với các phân hữu cơ và vi sinh khác.
Nguyễn Minh Châu và Lê Quốc Huy (Trung tâm Công nghệ sinh học Lâm nghiệp – Viện khoa học Lâm nghiệp) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất thử nghiệm chế phẩm nấm rễ ECM dưới dạng viên nang, thử nghiệm một số dung dịch bảo quản chế phẩm và đánh giá hiệu quả cộng sinh của chế phẩm dạng viên nang với cây sao đen trong vườn ươm và ngoài đồng ruộng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, chế phẩm nấm rễ ECM dạng viên nang được tạo ra với tỷ lệ đồng nhất về vật liệu và kích cỡ viên (0,2 – 0,3), năng suất 1g sinh khối sợi nấm tinh khiết sản xuất được 100g chế phẩm ECM viên nang bằng kỹ thuật “tạo viên nang” trong dung dịch CaCl2 0,1M. Chế phẩm nấm rễ ECM sản xuất dưới dạng viên nang này có nhiều ưu điểm hơn các dạng khác. Sợi nấm được bọc trong thể keo alginate nên có khả năng tránh được sự tấn công của các vi sinh vật khác (Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, 2007).
Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng của nấm rễ cộng sinh chưa thực sự được triển khai rộng rãi ở Việt Nam, đặc biệt là nghiên cứu nhằm mục đích tái tạo thảm thực vật làm đẹp cho cảnh quan đô thị nhờ các vật liệu sinh học được sản xuất từ nấm rễ.
2.6. VI KHUẨN NỐT SẦN RHIZOBIUM 2.6.1. Một vài đặc điểm của Rhizobium
Vi khuẩn Rhizobium có trong đất, có thể xâm nhiễm vào rễ cây họ đậu tạo thành nốt sần nên được gọi là vi khuẩn nốt sần. Vi khuẩn Rhizobium thuộc loại vi
khuẩn hiếu khí, có dạng hình que, kích thước 0,5 – 0,9 x 1,2 – 3 µm. Khi còn non có khả năng di động nhờ tiên mao, không sinh bào tử và sinh sản bằng cách phân bào.
Dựa vào tốc độ phát triển trên môi trường đặc nhân tạo, người ra chia vi khuẩn nốt sần thành hai nhóm chính:
+ Nhóm axit hóa môi trường: Nhóm vi khuẩn này trong quá trình sinh trưởng và phát triển sản sinh ra các chất làm giảm pH của môi trường như:
Shinorhizobium fredii….
+ Nhóm kiềm hóa môi trường: Nhóm vi khuẩn này trong quá trình sinh trưởng và phát triển sản sinh ra các chất làm tăng pH của môi trường như:
Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium vigna…
Vi khuẩn Rhizobium có thể đồng hóa photpho, kali, canxi và các nguyên tố khác từ các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong vùng rễ cây họ đậu, gặp điều kiện thuận lợi vi khuẩn Rhizobium sinh sản rất nhanh. Chúng tiết ra một số hoạt chất làm mềm lớp biểu bì lông hút, sau đó xâm nhập vào kẽ nốt trên lông hút của biểu bì và tiếp tục phát triển tạo thành “sợi xâm nhiễm”. Lông hút quăn lại, sợi xâm nhiễm ăn sâu vào vỏ rễ, kích thích vỏ rễ phát triển tạo ra lớp mô phân sinh để từ đó hình thành vỏ nốt sần. Bên trong nốt sần hình thành hệ thống mạch dẫn vận chuyển chất dinh dưỡng đến nốt sần và đưa đạm từ quá trình cộng sinh cố định nitơ khí quyển đến các bộ phận của cây (Ngô Thế Dân và cs.).
2.6.2. Tình hình sản xuất và sử dụng chế phẩm vi khuẩn nốt sần trên thế giới và ở Việt Nam và ở Việt Nam
Ở Mỹ, năm 1895 lần đầu tiên người ta đã sản xuất được nitragin – phân vi sinh từ vi khuẩn nốt sần để đưa vào ứng dụng trong nông nghiệp. Số lượng phân vi khuẩn nốt sần sản xuất ở Mỹ hằng năm có thể xử lý cho 650 nghìn tấn hạt giống cây họ đậu (Erdman, 1962). Năm 1968, hơn 70% diện tích trồng đậu đã được xử lý bằng chế phẩm vi sinh vật cố định đạm.
Thái Lan là nước sử dụng phân bón vi khuẩn nốt sần nhiều nhất Đông Nam Á. Theo đó, số lượng chế phẩm vi khuẩn nốt sần được sử dụng tại Thái Lan đã tăng từ 3,36 tấn/năm 1995 lên đến 203,28 tấn/ năm 1997.
Ở Việt Nam, phân bón vi sinh cố định đạm đã được nghiên cứu từ năm 1960 nhưng phải đến năm 1980 mới đem vào thử nghiệm cho cây đậu tương và chế phẩm Vinaga, Rhidafo cho cây lạc của trường đại học Cần Thơ. Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam phối hợp với đại học Nông Nghiệp I Hà Nội,
đại học Tổng hợp Hà Nội, sản xuất chế phẩm nitragin bón cho lạc, đậu tương đem lại kết quả khả quan. Đến năm 1987, quy trình sản xuất nitragin trên nền chất mang là than bùn hoàn thiện trong chương trình 52B-01-03.
Tuy nhiên, thực tế việc sản xuất các chế phẩm phân bón vi khuẩn nốt sần vẫn còn nhiều hạn chế như: chưa có nhà máy sản xuất chế phẩm với quy mô lớn để ứng dụng trong nông nghiệp đại trà… Chi Cỏ ba lá (danh pháp khoa học: trifolium) là một chi của 300 loài thực vật trong họ đậu. Chúng chủ yếu sinh sống ở các khu vực ôn đới của Bắc bán cầu, nhưng giống như nhiều chi khác ở khu vực ôn đới, chúng cũng sống ở các khu vực miền núi thuộc miền nhiệt đới. Các loại cây này là cây thân thảo sống một năm hoặc lâu năm có ba lá chét (rất hiếm cây có 5 hay 7 lá chét) với các lá kèm hợp sinh tại cuống lá và các cụm hoa có màu đỏ, tím, trắng (rất hiếm hoa màu vàng), các hạt nhỏ được che phủ trong đài hoa.
Cỏ ba lá (với danh pháp khoa học: Trifolium) là thức ăn có giá trị, do hàm lượng protein cao, phổ biến và phong phú. Ở dạng tươi, chúng khó tiêu hóa, nhưng có thể ăn sau khi luộc trong 5-10 phút. Hoa khô và hạt trong quả có thể chế biến thành bột có giá trị dinh dưỡng và trộn lẫn với các thức ăn khác. Hoa khô cũng có thể sử dụng như chè .Cây đậu mèo (Mucuna prurient thuộc họ đậu Febaceae) có nguồn gốc nhiệt đới châu Phi và châu Á. Ở Việt Nam, đậu mèo là cây bản địa phân bố ở các tỉnh miền núi, đặc biệt từ Quảng Bình trở ra. Cây có hàm lượng dinh dưỡng cao, đặc biệt là protein, lipit, khoáng và vitamin, có giá trị tương đương đậu tương. Đa số các giống đậu mèo đạt 40-50 quả/cây, 5-7 hạt/quả, 100-130 g/100 hạt, 400-500 g/cây và có tiềm năng năng suất 2,0-3,0 tấn/ha trong điều kiện khô hạn. Đặc biệt, kết quả nghiên cứu xác định được 8