nấm rễ cộng sinh và ứng dụng trong sản xuất phân bón

Một số hình ảnh về nấm rễ: a.Sợi nấm rễ phân nhánh, b.Đầu chóp sợi nấm rễ, c.sợi nấm rễ đang vươn ra trên bề mặt gốc cây Người ta đã phát hiện ra cách đây 370 triệu năm có nấm cộng sinh

Môn: Ứng dụng Công nghệ sinh học trong

bảo vệ thực vật

Đề tài:

NẤM RỄ CỘNG SINH VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT

PHÂN BÓN

Nhóm 11:

Vương Thị Hồng Hạnh 0951110030

Trần Thị Quyên 0951110088 Nguyễn Hoài Thủy Tiên 0951110109

Tp Hồ Chí Minh, 2012



MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC……… 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Khái niệm về nấm rễ cộng sinh 4

1.2 Phân loại nấm cộng sinh 5

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành của nấm rễ 8

1.4 Vai trò của nấm rễ đối với cây trồng 12

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA NẤM RỄ CỘNG SINH TRONG SẢN XUẤT PHÂN BÓN 14

2.1 Quy trình phân lập 14

2.1.1 Sơ đồ phân lập 15

2.1.2 Thuyết mình quy trình 15

2.2 Quy trình sản xuất 16

2.2.1 Sơ đồ sản xuất 16

2.2.2 Thuyết mình quy trình 16

2.3 Một số sản phẩm có sử dụng nấm rễ cộng sinh 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, tốc độ gia tăng dân số khá nhanh như hiện nay thì nhu cầu về lương thực, thực phẩm cũng ngày càng được quam tâm, đầu tư sản xuất Với mục tiêu tăng cao năng suất cũng như sản lượng sản phẩm nông nghiệp phục vụ cho con người, các biện pháp thâm canh, xen canh, luân canh được áp dụng rộng rãi, phổ biến Hơn nữa, việc sử dụng các loại phân bón, thuốc bảo vệ thực vật hóa học ngày càng nhiều dẫn đến hiện trạng đất bị thoái hóa, bạc màu, mất cân đối dinh dưỡng, hệ vi sinh vật đất bị phá hủy, tồn dư các chất độc hại trong đất ngày càng cao, nguồn bệnh tích lũy ngày càng nhiều Chính vì thế, vấn đề nghiên cứu và phát triển các sản phẩm phân bón hữu cơ đang là xu hướng chung của thế giới trong đó có Việt Nam

Các loại chế phẩm, phân bón nông nghiệp được sản xuất từ vi khuẩn, nấm, virus, tuyến trùng,… đang được sử dụng rộng rãi Trong đó, sản phẩm phân bón sản xuất từ nấm rễ cộng sinh đang là một hướng đi mới và triển vọng, đặc biệt là đối với các loại cây trồng tại những nơi khô hạn, điều kiện sông khắc nghiệt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 KHÁI NIỆM VỀ NẤM RỄ CỘNG SINH

Nấm rễ cộng sinh (Mycorrhiza) là một thuật ngữ được Frank sử dụng lần đầu tiên vào

năm 1885 khi phát hiện mối liên hệ giữa sợi nấm và rễ trên cây thông và một số cây lá

rộng Mycorrhiza có nguồn gốc từ tiếng Latinh, “myco” nghĩa là nấm và “rhiza” có nghĩa

là rễ, mycorrhiza là (cộng sinh cùng có lợi) mối quan hệ giữa hệ rễ của thực vật và nấm

Hình 1.1 Một số hình ảnh về nấm rễ: a.Sợi nấm rễ phân nhánh, b.Đầu chóp sợi nấm rễ,

c.sợi nấm rễ đang vươn ra trên bề mặt gốc cây

Người ta đã phát hiện ra cách đây 370 triệu năm có nấm cộng sinh trong các cây họ quyết Đến giữa thế kỉ XX thì các hiểu biết về nấm rễ cộng sinh càng nhiều và sâu sắc 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 và 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

Các loại nấm cộng sinh phần lớn thuộc các bộ: nấm tán (Agaricales), nấm tán đỏ (Russulales), nấm gan bò (Boletales), nấm mỡ (Tricholomatales), nấm bụng (Hymenogastales), nấm cổ ngựa vỏ cứng (Sclerodermatales), nấm bụng cao (Gautieriales) và nấm phi phiến (Aphyllophorales) trong ngành phụ nấm đảm (Basidiomycotina), các bộ nấm màng mềm (Helotiales), nấm đĩa, nấm cục Những bộ nấm này hình thành nấm ngoại cộng sinh, còn một số loài nấm bộ túi trong (Endogonales), trong ngành phụ nấm tiếp hợp (Zygomycotina) có thể hình thành nấm nội cộng sinh

Rễ nấm là hiện tượng cộng sinh thực vật phổ biến trong tự nhiên Nấm cộng sinh nhận được từ cơ thể thực vật hợp chất cacbon, các chất dinh dưỡng mà thực vật cũng nhận được dinh dưỡng và nước cần thiết giúp nhau cùng có lợi Nó vừa có đặc trưng của bộ rễ cây thông thường lại vừa có đặc tính của nấm chuyên tính Rễ và nấm cùng tồn tại là kết quả của sự tiến hóa chung Sự tồn tại của chúng có lợi cho sự sống còn của cây, tăng khả năng

đề kháng với điều kiện bất lợi, tăng khả năng sinh trưởng và cũng có lợi cho sự sống của nấm Mối quan hệ này phát triển đến mức rất khó phân biệt

1.2 PHÂN LOẠI NẤM CỘNG SINH

Người ta chia nấm rễ ra làm 3 loại: ngoại sinh, nội sinh và nội ngoại sinh

1.2.1 Nấm rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza)

Nấm rễ ngoại cộng sinh là sợi nấm bao quanh rễ dinh dưỡng chưa hóa gỗ, không xuyên qua mô tế bào mà chỉ kéo dài giữa các vách tế bào Đặc trưng cơ bản của chúng là:

 Trên bề mặt dinh dưỡng hình thành một màng nấm (mantle) do các sợi nấm đan chéo nhau

 Giữa các tế bào tầng vỏ rễ hình thành một mạng lưới do thể sợi nấm sinh trưởng

mà thành gọi là lưới Hartig (Hartig net)

 Do tác dụng của nấm rễ, 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

Rễ nấm ngoại cộng sinh nói chung không có hình dạng và màu sắc nhất định nhưng rất

dễ nhận biết bằng mắt thường Tính đa dạng thể hiện trên loài cây chủ và nấm rễ khác nhau

Hình 1.2 Hình thái của rễ nấm ngoại cộng sinh: 1.Dạng đơn trục, 2.Dạng lông chim,

3.Dạng chĩa nạng, 4.Dạng tháp, 5.Dạng không quy tắc, 6.Dạng củ,

7.Dạng sần sùi

Con đường xâm nhập vào rễ của nấm rễ ngoại cộng sinh:

Bước 1: Sợi nấm tiếp xúc, nhận biết và

bám chặt các tế bào biểu bì rễ ở gần đỉnh

của rễ non, tích cực phát triển

Hình 1.3 Các sợi nấm trên bề mặt rễ 1-2

ngày sau khi tiếp xúc đầu tiên với gốc

Bước 2: Giai đoạn sau của sự xâm nhập rễ:

các sợi nấm hình thành lớp phủ dày đặc

trên bề mặt rễ

Hình 1.4 Mạng lớp phủ Hartig sau 2-4

ngày

1.2.2 Nấm rễ nội cộng sinh (Endomycorrhiza)

Nấm rễ nội cộng sinh là thể sợi nấm có thể xuyên qua tế bào và rễ cây chủ, không biến đổi hình thái, bề mặt rễ không hình thành màng nấm chỉ có các sợi lưa thưa, lông hút vẫn giữ nguyên Tuy nhiên, thể sợi nấm vẫn kéo dài giữa gian bào, nhưng không hình thành mạng lưới Hartig Sợi nấm xuyên qua vách tế bào vào trong hình thành vòi hút Những loại này rất khó nhận biết bằng mắt thường

Căn cứ vào kết cấu sợi nấm có vách ngăn và vòi hút, chia ra 2 loại: không có vách

ngăn (Aseptate - endotrophic mycorrhiza) và có vách ngăn (Septate - endotrophic

mycorrhiza)

Loại không có vách ngăn thường có dạng túi bóng (Vesicular) và dạng chùm (Arbuscular), gọi là rễ nấm dạng túi chùm (Vesicular- Arbuscular mycorhiza) và gọi tắt là

VA

Các loại có vách ngăn lại căn cứ vào cây chủ và hình dạng sợi nấm trong tế bào mà

chia ra : rễ nấm dạng đỗ quyên (Ericaceous mycorhiza) sợi nấm trong tế bào dạng xoắn vòng (coil); rễ nấm loại họ Lan (Orchidaceous mycorhiza) sợi nấm trong tế bào dạng kết

thắt nút (knot) hoặc cục (peloton)

Con đường xâm nhập vào rễ của nấm rễ nội cộng sinh:

1 Thiết lập điểm tiếp xúc và phát triển dọc theo bề mặt của rễ

2 Tiếp theo, một hoặc nhiều sợi nấm hình thành chỗ phồng giữa các tế bào biểu bì

Sự xâm nhập rễ xảy ra khi sợi nấm từ chỗ sưng phồng thâm nhập vào tế bào biểu bì hoặc tế bào vỏ để vào rễ

Hình 1.5 Con đường xâm nhập của nấm rễ nội cộng sinh: 1.Sợi nấm đất hình thành 2

chỗ phồng giữa các tế bào biểu bì (mũi tên), 2.Sợi nấm tại một điểm vào (E) xâm nhập các tế bào vỏ (mũi tên) khoảng 1 ngày sau khi tiếp xúc với gốc, 3.Các tế bào dài (L) và

ngắn (S) của rễ thâm nhập vào tế bào ngắn (mũi tên)

1.2.3 Nấm rễ nội ngoại cộng sinh (Ectoendo mycorrhiza)

Nấm rễ nội ngoại cộng sinh có đặc trưng của cả hai loại trên Chúng thường có ở rễ các cây thông, cáng lò, đỗ quyên quả mọng và cây thuộc họ lan thủy tinh

Hình 1.6 Đặc trưng bề ngoài của rễ có nấm cộng sinh thể sợi nấm và bào tử ngoài rễ:

1.Nhẵn, 2.Dạng lưới, 3.Dạng hạt, 4.Dạng lông nhung, 5.Dạng bông, 6.Dạng

lông, 7.Dạng gai ngắn, 8.Dạng gai dài

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH NẤM RỄ

1.3.1 Tính chuyên hóa của rễ

Do sự chọn lọc và tính thích nghi khác nhau, phạm vi tồn tại cây chủ khác nhau Một

số loại nấm hình thành trên nhiều loại cây Một số loài chỉ cộng sinh trên vài loại cây

Theo Wu renjian (1983) chia những loài sống trên 5 loài cây gồm 10 loài thuộc Amanita,

Cantharenlus; những loài sống trên 2-3 loài cây như Boletus, Ramaria; chỉ sống trên một

loại cây Suilus, Russula

Cùng một loài nấm nhưng chủng khác nhau cũng có tính chuyên hóa khác nhau Nấm

Lactarius delicisus có 3 kiểu chuyên hóa khác nhau (thông, vân sam và lãnh sam) Nhưng

có loài phạm vi cây chủ rất hẹp như nấm bụng màu trắng chỉ có ở cây bạch đàn

Những loại cây khác nhau cũng lựa chọn những loài nấm thích hợp Một số loại cây có thể dùng nhiều loại nấm khác nhau để hình thành rễ nấm như thông 5 lá; bạch đàn không

có tính chuyên hóa đối với nấm rễ Bạch đàn Úc tự nhiên có 400 loài nấm cộng sinh

Ngược lại có nhiều loại nấm rễ có tính chuyên hóa rất mạnh, như nấm ngoại sinh trên cây long não, nấm cổ ngựa hạt đậu cấy lên cây non giâm hom không hình thành nấm cộng

sinh

Những loài cây khác nhau, các giai đoạn phát triển khác nhau loài nấm cộng sinh cũng không hoàn toàn như nhau Nói chung những cây rừng non lượng rễ nấm rất ít, cây rừng trưởng thành số loài chiếm nhiều nhất và rừng quá già lại rất ít Không những thế chúng còn biểu hiện sự giao thoa nhau ví dụ trên cây bạch đàn và cây dương, lúc cây còn non sự suất hiện của nấm nội sinh là chính, nhưng đến tuổi lớn nấm ngoại sinh chiếm ưu thế, và cuối cùng nấm ngoại cộng sinh thay thế Nguyến nhân của hiện tượng này có thể là do

đặc tính sinh lý của cây ở các giai đoạn khác nhau

1.3.2 Đặc tính sinh lý nấm rễ

1.3.2.1 Đối với nấm rễ ngoại cộng sinh

a Nguồn carbon

Nguồn cacbon chủ yếu là lignin và cenllulose Những loại nấm khác nhau có nhu cầu

về nguồn cacbon không giống nhau Phần lớn nấm ngoại cộng sinh cần đường đơn

glucose, maltose, xenlulose và một số ít loài cần đường đa như tinh bột

Cũng trong một chi nấm, nhu cầu về hợp chất cacbon cũng không giống nhau như

Tricholoma cần đường đơn, nhưng Tricholoma fumosum cần lignin và xenlulose, Tricholoma decorum cần xenlulose, Tricholoma matsutake cần glucose, tinh bột và pectin

Không những thế, cùng một giai đoạn sinh trưởng khác nhau, nhu cầu dinh dưỡng cũng khác nhau

Nấm ngoại cộng sinh sử dụng nguồn cacbon do bộ rễ cung cấp Một số loài có thể tiết

ra enzyme để phân giải đường Cho nên hợp chất cacbon trong rễ có hay không, ít hay nhiều có liên hệ trực tiếp đến sinh trưởng phát triển của rễ

b Nguồn Nitơ

Nói chung nấm không sử dụng nitơ vô cơ Nhưng trong một số trường hợp có thể sử dụng nitơ vô cơ để tổng hợp thành chất hữu cơ Nấm rễ ngoại sinh về cơ bản cũng như

vậy

Phần lớn các loại nấm rễ nguồn đạm amon dễ hấp thu hơn so với đạm nitrat Theo Guo Xiuzhen (1989) thí nghiệm 14 loài nấm cộng sinh trên môi trường MMN cho rằng bột men, cao thịt bò và pepton, nấm dễ sử dụng, sợi nấm sinh trưởng rất tốt Nhưng đối với đạm urê thì không sử dụng được

Các loại nấm khác nhau nhu cầu về nguồn nitơ cũng khác nhau Một số ý kiến cho rằng nấm cộng sinh có tác dụng cố định nitơ nhưng chưa xác định được hoạt tính cố định nitơ rõ rệt

c Dinh dưỡng khoáng

Trong dinh dưỡng, P là thành phần quan trọng nhất Trong đó nucleotide và nucleotide phosphoride là thành phần quan trọng không thể thiếu được Nhu cầu về P quan trọng hơn

cả các chất khác Không chỉ vậy, nấm rễ có thể làm cho cây hấp thụ được P trong không gian mà rễ không thể hấp thu được, nó tham gia vào vòng tuần hoàn P trong cơ thể thực

vật Vì vậy, P là một loại dinh dưỡng vô cùng quan trọng để hình thành rễ nấm

Trong môi trường tổng hợp P vô cơ làm nguồn P như KH2PO4, K2HPO4 Phần lớn P

hữu cơ trong đất là nguồn dinh dưỡng P cho nấm rễ

Lượng các chất khác như Ca, S, K, Mg rễ nấm cần không nhiều lắm Tổng nồng độ là 4M/1000 lít Các chất vi lượng như Cu, Zn, Fe, Mn, B, Mo có thể cung cấp cho rễ nấm

hấp thụ nhưng nhu cầu một lượng rất bé, khoảng 0,001- 7mg/lit

d Các chất sinh trưởng

Trong quá trình sinh trưởng phát triển nấm rễ yêu cầu chất sinh trưởng như vitamin, chất kích thích và nhân tố sinh trưởng khác Các chất đó được nhận từ môi trường mà nấm

không tổng hợp được

1.3.2.2 Đối với nấm rễ nội cộng sinh

a Nguồn carbon

Nấm nội cộng sinh cần dinh dưỡng từ ngoài vào Như nấm ngoại cộng sinh nhận được hợp chất cacbon từ bộ rễ, thông qua nguyên tử đánh dấu C14 chứng minh được nấm lấy hợp chất cacbon do cây quang hợp, chủ yếu là tập trung vào giọt dầu, vách tế bào và trong

protein, acid hữu cơ và acid amin của tế bào nấm rễ

Trên thực tế, nấm rễ sinh trưởng phát triển cần hợp chất cacbon, bộ rễ non cũng cần hợp chất dinh dưỡng Thời kỳ đầu xâm nhiễm nấm nội cộng sinh: rễ nấm và cây tranh giành nhau hợp chất cacbon, do không đủ dinh dưỡng cacbon nấm rễ tạm thời ngưng lại, khi hai bên đã sinh trưởng hiện tượng này dần được cải thiện, sự tích lũy cacbon trong cây

dần tăng lên xúc tiến cả hai cùng sinh trưởng (Guo Xiuzhen, 1989)

Sau khi hấp thụ hợp chất cacbon do cây quang hợp, sợi nấm biến chúng thành loại esterza hoặc acid hữu cơ Những chất này cây khó hấp thu nhưng theo sự chênh lệch nồng

độ, hợp chất cacbon không ngừng từ rễ cây đi vào tế bào nấm giúp quá trình trao đổi của

bản thân nấm rễ và làm cho nấm và cây chủ cùng phát triển

b Dinh dưỡng P

Nấm rễ nội cộng sinh cũng như nấm ngoại sinh đều có thể hút P trực tiếp từ đất, sau khi chuyển hóa cung cấp cho cây Mặc dù các quan điểm sử dụng chất P khó tan trong đất vẫn chưa đồng nhất, nhưng cây có rễ nấm hút P ở những khu vực mà rễ không hút được là không thể không thừa nhận Hoạt tính của enzyme phosphoraza tăng cao rõ rệt (Allen, 1981), thể sợi nấm cũng chứa phosphoraza đều lấy chất hữu cơ trực tiếp từ đất Tốc độ hút

P của sợi nấm hơn lông hút của rễ gấp 6 lần (Sander, 1923)

1.4 VAI TRÒ CỦA NẤM RỄ ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG

1.4.1 Mở rộng diện tích hấp thụ của rễ cây

Sợi nấm cộng sinh là cơ quan hấp thu chủ yếu của rễ nấm, đặt biệt là vùng thiếu photpho (P) Sợi nấm ngoại cộng sinh có thể kéo dài ra xung quanh rễ làm tăng tốc độ hút

P lên gấp 6 lần Tuổi thọ của thể sợi nấm trong đất tương đối cao hơn so với lông hút của

rễ cây Số lượng thể sợi nấm cũng nhiều hơn số lượng lông hút của rễ

Nhiều nghiên cứu cho thấy sợi nấm ngoại cộng sinh và bó nấm hình rễ của nấm cổ ngựa vỏ cứng có thể kéo dài 5 – 10 cm Trong 1g đất rừng tổng chiều dài của sợi nấm có thể đến 40 m Cho nên trong giới tự nhiên sự đan chéo nhau của thể sợi nấm hình thành mạng lưới, hợp chất cacbon của cây nhờ đó mà có sự phân phối lại, sự hấp thu P cũng

thông qua sợi nấm mà phân phối đều cho cây rừng

1.4.2 Tăng khả năng hấp thu P và dinh dưỡng của cây chủ

Trong đất đều có lượng P nhất định, lượng P khó tan chiếm tỉ lệ khá cao có thể lên đến

95 – 99%, chỉ có một lượng rất ít P hòa tan mà cây có thể hấp thụ được

Nấm rễ ngoại cộng sinh tiết enzyme phosphorase chuyển P không tan thành P hòa tan, cung cấp cho cây Hoạt tính của enzyme tăng gấp mấy lần so với cây không có rễ nấm Ngoài ra, nấm rễ ngoại công sinh có thể sản sinh muối oxalate kết hợp với Fe, Al, muối P

không tan trong đất, từ đó mà làm tăng khả năng hút P của rễ cây

1.4.3 Sự hình thành chất kích thích sinh trưởng của nấm rễ

Trong quá trình cộng sinh với rễ cây nấm hình thành nhiều chất kích thích sinh trưởng như chất sinh trưởng tế bào (auxin), chất phân chia tế bào (cytokinin), vitamin B1, indol-3acetic acid (IAA) Nhiều loài nấm cộng sinh đều tiết ra trước và sau khi cộng sinh với

cây

1.4.4 Nấm rễ 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