Nghiên cứu kĩ thuật nuôi cấy tăng sinh nấm cộng sinh bằng rễ tơ

Gần đây, rễ tơ đã ứng dụng nhiều trong nghiên cứu nấm cộng sinh và nhiều hệ cộng sinh đã được thiết lập trên rễ tơ của nhiều loại cây trồng như được báo cáo bởi Srinivasan và cộng sự 201

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TRẦN CHÂU NHÃ PHI

NGHIÊN CỨU KĨ THUẬT NUÔI CẤY

TĂNG SINH NẤM CỘNG SINH

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2024

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2

2.1 Nấm cộng sinh 2

2.1.1 Định nghĩa, phân loại và đặc điểm của nấm cộng sinh 3

2.1.1.1 Định nghĩa 3

2.1.1.2 Phân loại và đặc điểm của nấm cộng sinh 3

2.1.2 Vai trò và ứng dụng của nấm cộng sinh 4

2.1.3 Nuôi cấy sản xuất sinh khối nấm cộng sinh 5

2.2 Agrobacterium rhizogenes và rễ tơ 6

2.2.1 Sơ lược về A rhizogenes 6

2.2.1.1 Vị trí phân loại và đặc điểm hình thái 7

2.2.1.2 Cơ chế chuyển gen và cảm ứng hình thành rễ tơ 9

2.2.2 Đặc điểm của rễ tơ 9

2.2.3 Ứng dụng rễ tơ 9

2.2.3.1 Trong sản xuất hợp chất thứ cấp 9

2.2.3.2 Trong xử lý môi trường 10

2.2.3.3 Trong tạo giống cây trồng 10

2.2.3.4 Trong nghiên cứu nấm cộng sinh 10

2.3 Tình hình nghiên cứu 11

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 13

3.4.1 Thiết bị 13

3.4.2 Dụng cụ 13

3.4.3 Hóa chất 13

3.4.4 Môi trường 13

3.5 Bố trí thí nghiệm 14

3.5.1 Nội dung 1 – Đánh giá sự ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy lên sự tăng

trưởng của hệ cộng sinh 14

3.5.1.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy 14

3.5.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ khoáng trong môi trường 14

3.5.1.3 Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy 15

3.5.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ P trong môi trường nuôi cấy 15

3.6 Phương pháp 15

3.6.1 Phương pháp nuôi cấy tăng sinh rễ tơ và hệ cộng sinh trên thạch đĩa và trong môi trường lỏng 16

3.6.1.1 Phương pháp nuôi cấy tăng sinh rễ tơ và hệ cộng sinh trên thạch đĩa 16

3.6.1.2 Phương pháp nuôi cấy tăng sinh rễ tơ và hệ cộng sinh trong môi trường lỏng 16

3.6.2 Phương pháp nhuộm rễ để xác định hệ cộng sinh 16

3.6.3 Phương pháp thu nhận sinh khối nấm cộng sinh 16

3.6.4 Phương pháp xử lý số liệu SPSS 17

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ DỰ KIẾN 18

CHƯƠNG 5: ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI 19

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu trúc của các loại cộng sinh nấm rễ khác nhau 4 Hình 2.2 Trình tự sắp xếp của các gen chức năng chính trên đoạn T – DNA của Ri plasmid 7

Hình 2.3 Cơ chế chuyển gen của A tumefaciens vào tế bào thực vật 9

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A rhizogenes Agrobacterium rhizogenes

DNA Deoxyribonucleic Acid

FGI Fresh Growth Index

Gen rol Gen root – inducing locus

Gen vir Virulence

MS Murashige and Skoog

Protein VIP1 VirE2 interacting protein 1

Ri plasmid Root – inducing plasmid

SH Schenk and Hildebrandt

SPSS Statistical Package for the Social Sciences

T – DNA Transfer DNA

TL – DNA Left transfer DNA

TR – DNA Right transfer DNA

WPM Woody Plant Medium

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, khi ngành nông nghiệp đang phải đối mặt với nhiều khó khăn, việc phát triển các biện pháp bền vững là vô cùng cần thiết Trong đó, các sản phẩm từ vi sinh, bao gồm nấm cộng sinh rễ, đang ngày càng đóng vai trò quan trọng Nấm cộng sinh giúp cải thiện sự phát triển của cây trồng thông qua tăng cường khả năng hấp thụ nước, dinh dưỡng từ đất, chống lại các tác nhân như bệnh, hạn hán, kim loại nặng… (Wahab và cộng sự, 2023) Cho đến nay, việc nuôi cấy nấm cộng sinh được thực hiện chủ yếu thông qua cây trồng trong đất Tuy nhiên, phương pháp này phụ thuộc vào điều kiện môi trường như đất, khí hậu (Jerbi và cộng sự, 2021)

Rễ tơ là rễ chuyển gen được cảm ứng bởi vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes,

có khả năng tăng trưởng nhanh trong môi trường không cần hormone (Stepanova và cộng sự, 2022) Gần đây, rễ tơ đã ứng dụng nhiều trong nghiên cứu nấm cộng sinh và nhiều hệ cộng sinh đã được thiết lập trên rễ tơ của nhiều loại cây trồng như được báo cáo bởi Srinivasan và cộng sự (2014) và Leppyanen và cộng sự (2019) Do đó, rễ tơ được đánh giá là có tiềm năng ứng dụng để nhân nuôi nấm rễ Việc nuôi cấy nấm cộng sinh bằng hệ thống rễ tơ có thể được kiểm soát chặt chẽ, không phụ thuộc vào khí hậu, mùa vụ… giúp giải quyết được các khó khăn so với việc nuôi cấy bằng cây trồng trong đất (Srivastava và cộng sự, 2021)

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Nấm cộng sinh

2.1.1 Định nghĩa, phân loại và đặc điểm của nấm cộng sinh

2.1.1.1 Định nghĩa

Nấm cộng sinh rễ, hay còn gọi là nấm rễ (mycorrhiza) là nhóm nấm có mối quan hệ cộng sinh bắt buộc với rễ của thực vật Năm 1885, thuật ngữ “mycorrhiza” được mô tả lần đầu bởi Frank để chỉ mối quan hệ đặc biệt này giữa rễ cây và nấm (Siddiqui và cộng sự, 2008) Nấm rễ xuất hiện từ khoảng 460 triệu năm trước (Redecker và cộng sự, 2000) Hơn 80% loài thực vật trên Trái Đất hình thành mối quan hệ với nấm rễ Nấm rễ đóng vai trò quan trọng giúp cây hấp thu nước và dinh dưỡng tốt hơn, tăng khả năng chống chịu với các điều kiện khắc nghiệt như hạn hán, nhiễm mặn (Huey và cộng sự, 2020)

2.1.1.2 Phân loại và đặc điểm của nấm cộng sinh

Căn cứ vào đặc điểm hình thái, nấm rễ được chia thành ba dạng chính: nấm ngoại cộng sinh (ectomycorrhiza), nấm nội cộng sinh (endomycorrhiza) và nấm nội – ngoại cộng sinh (ectendomycorrhiza) (Peterson và cộng sự, 2004) Sự đa dạng này phản ánh sự thích nghi của nấm rễ với các điều kiện môi trường và đặc điểm sinh thái của các loài thực vật khác nhau

Nấm ngoại cộng sinh (ectomycorrhiza) là một dạng cộng sinh quan trọng trong

hệ sinh thái Nấm ngoại cộng sinh là loại nấm rễ chiếm ưu thế trong các hệ sinh thái rừng ôn đới và rừng phương Bắc Khoảng 80% các loài cây trong các hệ sinh thái này hình thành mối quan hệ cộng sinh với nấm ngoại cộng sinh (Tyub và cộng sự, 2016) Nấm ngoại cộng sinh hình thành một hệ thống sợi bao bọc rễ cây, tạo thành một mạng lưới sợi nấm dày đặc (mantle) (Hình 2.1) Sợi nấm này xâm nhập vào giữa các tế bào

rễ, tạo nên mạng lưới hartig, giúp trao đổi chất dinh dưỡng giữa cây và nấm Ngoài

ra, nấm còn phát triển hệ sợi rộng lớn trong đất, kết nối các cây lại với nhau, giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng tốt hơn Nấm ngoại cộng sinh có khoảng 5.500 loài, chủ yếu thuộc ngành Basidiomycota, thường được tìm thấy ở các loài cây gỗ lớn, đặc biệt

là các loại cây lá kim như thông, vân sam và các loại cây lá rộng như sồi, bạch dương

Những cây này đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp gỗ và giấy trên toàn thế giới (Peterson và cộng sự, 2004)

Nấm nội cộng sinh (endomycorrhiza) là nhóm nấm cộng sinh bên trong tế bào

rễ của thực vật, có khả năng xâm nhập và hình thành các cấu trúc đặc trưng Quá trình cộng sinh bắt đầu khi nấm nhận được tín hiệu hóa học strigolactone do cây tiết ra và bắt đầu quá trình xâm nhập (Kowalczyk và Hrynkiewicz, 2018) Sợi nấm phát triển hình thành bốn cấu trúc đặc biệt bao gồm bào tử, hệ sợi nấm, các túi và bụi Bào tử của nấm nội cộng sinh có kích thước từ 45 đến 200 µm và hình thái đa dạng (Droh

và cộng sự, 2023) Bên trong bào tử có chứa các chất dinh dưỡng giúp nấm phát triển trong giai đoạn đầu và nảy mầm hình thành các sợi nấm ở điều kiện thuận lợi Các sợi nấm xuyên qua tế bào rễ cây và hình thành các bào quan có dạng như quả bóng, bên trong chứa các chất dự trữ được gọi là các túi Bên cạnh đó, các sợi nấm có thể hình thành cấu trúc phân nhánh phức tạp gọi là bụi đóng vai trò là nơi diễn ra quá trình trao đổi nước và chất dinh dưỡng giữa nấm và thực vật Nấm rễ nội cộng sinh

gồm các nấm thuộc ngành Glomeromycota, chủ yếu thuộc các chi Glomus,

Gigaspora, Funneliformis, Entrophospora, Acaulospora, Archaeospora, Scutellospora và Sclerocystis Các loài nấm này là sinh vật dị dưỡng bắt buộc, phụ

thuộc vào cây chủ để cung cấp các hợp chất hữu cơ cần thiết cho sự sống (Peterson

và cộng sự, 2004)

Nấm rễ nội – ngoại cộng sinh (ectendomycorrhiza) là một dạng cộng sinh khác giữa nấm và rễ cây Nấm rễ nội – ngoại cộng sinh là loài nấm mang đặc điểm đặc trưng của cả nấm ngoại cộng sinh và nội cộng sinh Quá trình hình thành nấm nội – ngoại cộng sinh bắt đầu khi sợi nấm bao bọc lấy lông hút của rễ Mạng lưới hartig hình thành giữa tế bào biểu bì và vỏ rễ Các sợi nấm nội bào phát triển bên trong tế bào thực vật tạo thành các peloton bên trong tế bào rễ Nấm rễ nội – ngoại cộng sinh

phân bố đáng kể ở gần 100 loài thuộc chi Pinus và 10 – 12 loài thuộc chi Larix

(Peterson và cộng sự, 2004) Trong các hệ sinh thái rừng tự nhiên, nấm rễ nội – ngoại cộng sinh thường ít xuất hiện hơn và phân bố địa lý của các loài nấm này thấp hơn các loài nấm rễ khác Các nhà khoa học đã tìm thấy một số biến thể khác của nấm nội

– ngoại cộng sinh Dựa vào đặc điểm giống nhau về mặt cấu trúc cơ bản nhưng khác nhau về hình thái nấm nội – ngoại cộng sinh như sự cộng sinh giữa nấm thuộc bộ

Sebacinales và loài Cavendishia nobilis ở vùng Andes Một loại nấm nội – ngoại cộng

sinh khác là Arbutoid mycorrhiza, đây là một loại cộng sinh giữa nấm và một số loài thực vật thuộc họ Ericaceae (Sardans và cộng sự, 2023) Về mặt cấu trúc, nấm rễ Artuboid gồm có lớp phủ, lưới Hartig và các sợi nấm nội bào tạo thành các sợi nấm xoắn bên trong tế bào giúp cây chủ tăng cường trao đổi chất (Peterson và cộng sự, 2004) Ngoài ra, còn có một dạng nấm rễ khác là nấm rễ Monotropoid Đây là loại nấm rễ thường xuất hiện ở các loài thực vật không có khả năng quang hợp, chủ yếu

thuộc các chi Fagus, Pinus, Quercus và Salix Các loài thực vật có nấm rễ

Monotropoid thường phụ thuộc vào nấm để cung cấp carbon Nấm rễ Monotropoid gồm có một lớp phủ đôi khi rất dày và một mạng lưới hartig giới hạn ở lớp biểu bì (Peterson và cộng sự, 2004; Sardans và cộng sự, 2023)

Hình 2.1 Cấu trúc của các loại cộng sinh nấm rễ khác nhau (Sardans và cộng sự,

2023)

2.1.2 Vai trò và ứng dụng của nấm cộng sinh

Nấm cộng sinh là một giải pháp sinh học hiệu quả trong ngành nông nghiệp bền vững Nấm rễ giúp giảm thiểu đáng kể nhu cầu lượng phân bón hóa học, tăng cường sức đề kháng của cây trồng trước sâu bệnh và các điều kiện bất lợi của môi trường (Lưu Thị Thúy Hải và cộng sự, 2022) Nấm cộng sinh giúp kích thích hệ thống

miễn dịch của cây trồng, có khả năng hấp thụ các kim loại nặng góp phần làm giảm độc tính của đất và tăng cường khả năng sinh trưởng của cây trồng (Ferrol và cộng

sự, 2016)

Nấm cộng sinh có ảnh hưởng tích cực trong việc ổn định kết cấu đất Hệ sợi nấm có khả năng tiết ra glomalin, giúp liên kết các hạt đất nhỏ thành thành các khối lớn, tạo thành cấu trúc đất bền vững Điều này giúp đất tơi xốp, thoát nước tốt, giảm xói mòn và giữ ẩm hiệu quả hơn (Fall và cộng sự, 2022) Ngoài ra, mạng lưới sợi nấm còn thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật có lợi phát triển, giúp cải thiện cấu trúc đất và góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất (Wahab và cộng sự, 2023)

2.1.3 Nuôi cấy sản xuất sinh khối nấm cộng sinh

Hiện nay, việc sản xuất nấm rễ cộng sinh chủ yếu dựa vào hai hệ thống nuôi

cấy gồm in vivo và in vitro Phương pháp in vivo là kỹ thuật truyền thống trong sản

xuất sinh khối nấm cộng sinh Đây là một kỹ thuật dựa trên điều kiện tự nhiên như

trồng trong đất Ngược lại, nuôi cấy in vitro được thực hiện trong các điều kiện được

kiểm soát chặt chẽ và thường kết hợp với kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật để tăng cường sản xuất sinh khối nấm (Calvet và cộng sự, 2013)

Phương pháp nuôi cấy nấm cộng sinh in vivo là phương pháp nuôi cấy nấm

cộng sinh trực tiếp trong đất trên rễ cây chủ Đã có nhiều nghiên cứu cho về việc nuôi cấy nấm cộng sinh trong đất Năm 2017, thử nghiệm nuôi cấy nấm cộng sinh trên cây

con Arundo donax L được tiêm chủng Rhizophagus unusualis và Funneliformis

mosseae được thực hiện bởi Romero-Munar và cộng sự Tại Việt Nam, Nguyễn Văn

Hòa và cộng sự (2019) đã thành công trong việc phân lập và nhân nuôi nấm rễ nội sinh trên cây bắp, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp

Để sản xuất sinh khối nấm cộng sinh có thể sử dụng phương pháp nuôi cấy in

vitro thông qua rễ chuyển gen bằng vi khuẩn Agrobacterium Việc nuôi cấy rễ chuyển

đổi gen được xem là một phương pháp hiệu quả để thu nhận nguyên liệu sạch và tạo các hệ cộng sinh Sau đó, hệ cộng sinh được cấy vào các môi trường nuôi cấy mô thực vật, được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng giúp hệ cộng sinh phát triển ổn định và tạo ra nguồn sinh khối (Bécard và Fortin, 1988) Môi trường

nuôi cấy ổn định và đồng nhất giúp nấm phát triển nhanh chóng và đồng đều Sau nuôi cấy, hệ cộng sinh phát triển trên bề mặt môi trường tạo thành các sợi nấm và hình thành bào tử, từ đó hình thành sinh khối nấm rễ cộng sinh Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng rễ cây chuyển gen, như rễ cà rốt, kết hợp với môi trường nuôi cấy đặc biệt, là một phương pháp hiệu quả để sản xuất sinh khối nấm cộng sinh (Silvani và cộng sự, 2019)

2.2 Agrobacterium rhizogenes và rễ tơ

2.2.1 Sơ lược về A rhizogenes

2.2.1.1 Vị trí phân loại và đặc điểm hình thái

Agrobacterium rhizogenes có vị trí phân loài như sau (Murugesan và cộng sự,

Agrobacterium rhizogenes là một loại vi khuẩn Gram âm, có dạng hình que,

tế bào thường có kích thước khoảng 1,5 – 3 µm x 0,6 – 1 µm, không hình thành bào

tử Các tế bào của vi khuẩn này thường xuất hiện đơn lẻ hoặc theo cặp Vi khuẩn này

có khả năng di chuyển do có 1 – 6 tiên mao, thường sinh sống trong đất (Murugesan

và cộng sự, 2010) Vi khuẩn A rhizogenes thường hình thành rễ tơ với một số loài như táo, dưa chuột, cà chua… A rhizogenes được phát hiện từ hơn 70 năm trước, đây

là loài vi khuẩn có khả năng gây ra bệnh rễ tơ trên cây trồng A rhizogenes có khả

năng thích nghi cao, có thể xâm nhiễm vào hơn 450 loài thực vật khác nhau từ cây hai lá mầm, một lá mầm và một số loài hạt trần (Veena và cộng sự, 2007)

2.2.1.2 Cơ chế chuyển gen và cảm ứng hình thành rễ tơ

Vi khuẩn A rhizogenes gây bệnh tạo rễ tơ trên thực vật nhờ Root – inducing

plasmid (Ri plasmid) mang đoạn T – DNA (transfer DNA) T – DNA chứa các gen

root – inducing locus (gen rol) bao gồm rolA, rolB, rolC và rolD, giúp hình thành và

kích thích sự phát triển của rễ và giúp sản xuất opine Opine là các dẫn xuất của amino acid được vi khuẩn sử dụng làm nguồn cung cấp carbon và nitrogen T – DNA được chia thành hai loại là T – DNA đôi và T – DNA đơn T – DNA đôi gồm có TL– DNA (left transfer DNA) và TR– DNA (right transfer DNA) T – DNA đơn chỉ có TL –

DNA (Hình 2.2) Dựa vào các opine được tổng hợp, A rhizogenes được phân thành

các nhóm như Agropine, Cucumopine, Mikimopine và Mannopine (Veena và cộng

sự, 2007, Hirapure và cộng sự, 2019) Theo sự phân loại dưới loài, nhóm agropine chứa cả hai vùng trình tự T – DNA là TL – DNA và TR – DNA, trong khi các nhóm còn lại (Cucumopine, Mikimopine và Mannopine) chỉ chứa vùng trình tự T – DNA

là TL – DNA TL – DNA đóng vai trò quyết định trong việc cảm ứng rễ tơ TR – DNA có khả năng tạo thành rễ tơ ở một số loài thực vật nhất định nhờ và ít được nghiên cứu Bên cạnh đó, việc có mặt đồng thời cả TL – DNA và TR – DNA vào tế bào thực vật không làm tăng biểu hiện rễ tơ so với vùng chỉ chứa TL-DNA (Tzfira

và Citovsky, 2008)

Hình 2.2 Trình tự sắp xếp của các gen chức năng chính trên đoạn T – DNA của Ri

plasmid (Mohajjel-Shoja, 2010))

Việc hình thành rễ tơ là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa vi khuẩn và tế bào thực vật Cơ chế phân tử chi tiết của quá trình chưa được hiểu rõ Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy quá trình chuyển gen từ Ri-plasmid cũng tương tự như

Ti-plasmid ở vi khuẩn A tumefaciens Quá trình tạo rễ tơ bắt đầu khi vi khuẩn A

rhizogenes tiếp xúc với các mô thực vật bị tổn thương nhờ các hợp chất phenolic Khi

tiếp xúc với vết thương, vi khuẩn nhận tín hiệu từ hợp chất phenolic, vùng gen vir

(virulence) sẽ bắt đầu phiên mã và dịch mã để hình thành các protein tham gia vào quá trình vận chuyển T – DNA Các protein VirD1 và VirD2 gắn vào T – DNA và cắt đoạn T – DNA ra khỏi Ri plasmid, hình thành một phức hợp T – DNA chưa trưởng thành (T – DNA mạch đơn và VirD2) Các protein VirB và VirD4 giúp vận chuyển phức hợp T – DNA chưa trưởng thành và các protein khác như VirE2, VirE3, VirF

và VirD5 vào trong tế bào chất của thực vật Phức hợp T – DNA chưa trưởng thành được bao bọc bởi protein VirE2 tạo thành T – DNA trưởng thành, sau đó liên kết protein VIP1 (VirE2 interacting protein 1) để bảo vệ T – DNA Các protein VirE2 và VirD2 giúp xác định vị trí nhân tế bào và hỗ trợ vận chuyển T – DNA trưởng thành vào trong nhân Sau khi vào trong nhân, các protein Vir sẽ bị tách khỏi T – DNA Sau

đó, T – DNA sẽ được tái tổ hợp vào bộ gen của tế bào thực vật, quá trình này được

hỗ trợ bởi các protein histon Cuối cùng, các gen rol có mặt trên T – DNA sẽ được

biểu hiện, kích thích sự hình thành rễ tơ tại vị trí vết thương của cây (Hình 2.3) (Gelvin, 2010; Chandra, 2012)

Hình 2.3 Cơ chế chuyển gen của A tumefaciens vào tế bào thực vật (Păcurar và cộng

sự, 2011)

2.2.2 Đặc điểm của rễ tơ

Năm 1990, thuật ngữ rễ tơ được đề cập lần đầu bởi Stewart để chỉ một loại rễ

hình thành do sự tương tác giữa vi khuẩn A rhizogenes và tế bào thực vật (Srivastava

và cộng sự, 2018) Rễ tơ được nhận biết dưới dạng một khối u chứa rất nhiều rễ nhỏ, mọc ra như lông tơ từ vị trí nhiễm khuẩn (Chandra, 2012) Bên cạnh những đặc điểm của các loại rễ thông thường, rễ tơ còn có khả năng phát triển nhanh chóng và tạo ra một hệ thống rễ dày đặc, phân nhánh mạnh mẽ Rễ tơ còn có khả năng duy trì ổn định

di truyền và liên tục tổng hợp các hợp chất chuyển hóa thứ cấp, ngay cả khi được nuôi trồng trong môi trường không chứa hormone (Stepanova và cộng sự, 2022) Rễ

tơ có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học mới giúp hình thành một hệ thống mô hình lý tưởng trong nghiên cứu sinh học phân tử và sản xuất các hợp chất sinh học (Shi và cộng sự, 2021)

2.2.3 Ứng dụng rễ tơ

2.2.3.1 Trong sản xuất hợp chất thứ cấp

Rễ tơ có các đặc tính vượt trội như tốc độ tăng trưởng nhanh, tính ổn định di truyền và tổng hợp các hợp chất thứ cấp cao đã trở thành yếu tố tiềm năng cho quá trình sản xuất hợp chất thứ cấp Rễ tơ có khả năng tập trung sản xuất một lượng lớn

các hợp chất sinh học như alkaloid, terpenoid, flavonoid mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường bên ngoài (Georgiev và cộng sự, 2007) Năm 2016, Hanafy

và cộng sự đã nghiên cứu thành công sản xuất alkaloid trong nuôi cấy rễ tơ của cây

Dừa cạn (Catharanthus roseus)

2.2.3.2 Trong xử lý môi trường

Rễ cây của cây trồng có khả năng làm sạch các chất gây ô nhiễm Rễ cây, đặc biệt là rễ tơ đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý môi trường Nhờ hệ thống

rễ tơ phát triển rộng lớn, giúp tăng diện tích tiếp xúc của rễ với đất, từ đó giúp tăng cường hiệu quả hấp thụ chất ô nhiễm (Morey và Peebles, 2022) Các nghiên cứu trước đây cũng đã chứng minh rễ tơ có khả năng loại bỏ các kim loại nặng (Eapen và cộng

sự, 2003) Năm 2005, nghiên cứu của Gujarathi và cộng sự đã chứng minh có thể loại

bỏ các kháng sinh tetracycline và oxytetracycline ra khỏi môi trường nước

2.2.3.3 Trong tạo giống cây trồng

Rễ tơ được ứng dụng nhiều trong việc tạo giống cây trồng Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh khả năng tạo cây trồng từ rễ tơ Năm 2018, Alagarsamy và cộng sự

đã phát triển thành công cây Trà chuyển gen Năm 2020, Fan và cộng sự đã nghiên cứu tạo ra cây Đậu nành chuyển gen Với khả năng sinh trưởng nhanh và ổn định di truyền, rễ tơ đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc tạo giống cây trồng Cách tiếp cận này giúp tạo ra giống cây trồng mang những tính trạng mong muốn (Nguyễn Trần Phước Huy và cộng sự, 2024)

2.2.3.4 Trong nghiên cứu nấm cộng sinh

Rễ tơ có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường không có hormone, tốc độ tăng trưởng nhanh chóng, đã được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu nấm cộng sinh

Đã có nhiều nghiên cứu trong việc ứng dụng rễ tơ trong nuôi cấy nấm cộng sinh Các nghiên cứu trước đây như của Karandashov và cộng sự vào năm 2000 trên cây Cà rốt

đã chứng minh được tiềm năng của rễ tơ trong việc thiết lập hệ cộng sinh Năm 2019, Leppyanen và cộng sự đã thiết lập được hệ cộng sinh từ rễ tơ của cây Đậu hà lan Các kết quả nghiên cứu này đã cho thấy vai trò quan trọng của rễ tơ trong việc nghiên cứu

cơ chế hình thành và phát triển của cộng sinh rễ – nấm

2.3 Tình hình nghiên cứu

Nấm cộng sinh mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng như tăng cường khả năng hấp thu dinh dưỡng, sức đề kháng với sâu bệnh Do vậy, việc nhân sinh khối để sản xuất các chế phẩm sinh học từ nấm cộng sinh phục vụ nông nghiệp đang được quan tâm nghiên cứu Tại Việt Nam, các nghiên cứu về nấm cộng sinh cũng rất phổ biến Trong đó, một số nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của việc nhân sinh khối nấm bằng cây trồng trong đất Nguyễn Văn Hòa và cộng sự (2019) đã thành công trong việc tăng sinh khối nấm trên cây Bắp và Cao lương Bên cạnh đó, Trần Thị Như Hằng

và cộng sự (2012) đã có những kết quả khả quan khi áp dụng nhân sinh khối trên cây Lúa và Cà chua Lê Thị Hoàng Yến và cộng sự (2018) cũng đã đạt được những thành tựu nhất định trên cây Bắp Tuy nhiên, việc nghiên cứu nhân sinh khối nấm cộng sinh thông qua cây trồng trong đất còn nhiều hạn chế như phụ thuộc vào điều kiện môi trường như đất và khí hậu (Jerbi và cộng sự, 2021)

Cho đến nay, nhiều hệ thống rễ tơ đã được áp dụng thành công trong thiết lập

hệ cộng sinh với nấm rễ như rễ tơ cây Cà rốt với Glomus intraradices (Srinivasan và cộng sự, 2014), hay rễ tơ cây Đậu hà lan với Rhizophagus unusualis (Leppyanen và

cộng sự, 2019) Rễ tơ có khả năng sinh trưởng nhanh, quá trình nuôi cấy không phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết và mùa vụ (Srivastava và cộng sự, 2021) Chandran và Potty (2010) đã cho thấy rễ tơ có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng để nhân nuôi nấm nội cộng sinh Tuy nhiên, hiện tại, rễ tơ vẫn chưa được ứng dụng phổ biến vào nhân sinh khối nấm cộng sinh Theo đó, chỉ có một số báo cáo về ứng dụng hệ thống

rễ tơ để nhân nuôi nấm cộng sinh có thể kể đến như Costa và cộng sự (2013) và Goh

và cộng sự (2022) Tại Việt Nam, Nguyễn Thị Giang và cộng sự (2014) cũng đã nghiên cứu nhân sinh khối nấm nội cộng sinh bằng rễ tơ Cà rốt và Medicago Theo nghiên cứu của Sato và cộng sự (2021), sự tăng sinh của nấm cộng sinh bằng rễ tơ

Cà rốt (Daucus carota), Lanh (Linum usitatissimum), Diếp xoăn (Cichorium intybus)

chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loại môi trường, nồng độ khoáng, thành phần dinh dưỡng trong môi trường, pH Bên cạnh đó, sự tăng trưởng của rễ tơ nói chung cũng chịu ảnh hưởng bởi yếu tố khác nhau như nguồn carbon, nồng độ nguồn carbon,