nghiên cứu quy trình sản xuất vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm cỏ làm tiểu cảnh cho khuôn viên

Chất nền chính cho VLSH được lựa chọn là đất phù sa cũ do có các điều kiện thích hợp cho AM và Rhizobium sinh trưởng và phát triển, phân bón NPK 15-0-15 được bổ sung vào VLSH với tỷ lệ 1

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THANH NHÀN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT

VẬT LIỆU SINH HỌC NHẰM TÁI TẠO THẢM CỎ

LÀM TIỂU CẢNH CHO KHUÔN VIÊN

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Minh

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Nhàn

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết

ơn sâu sắc cô giáo TS Nguyễn Thị Minh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Vi sinh vật, Khoa Môi trường – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Nhàn

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ vıết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình viii

Trích yếu luận văn ix

Thesıs abstract xi

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.3 Phạm vı nghıên cứu 3

1.4 Những đóng góp mớı, ý nghĩa khoa học và thực tıễn của đề tàı 3

Phần 2 Tổng quan tàı lıệu 5

2.1 Thảm thực vật xanh và kıến trúc cảnh quan trong đô thị 5

2.1.1 Thảm thực vật xanh 5

2.1.2 Vai trò của tiểu cảnh xanh đối với môi trường đô thị 5

2.1.3 Kiến trúc cảnh quan trong đô thị 7

2.2 Hiện trạng kıến trúc cảnh quan, thảm thực vật trong đô thị trên thế gıớı và Vıệt Nam 7

2.2.1 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị trên thế giới 7

2.2.2 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị tại Việt Nam 9

2.3 Vật liệu sinh học 9

2.3.1 Khái niệm, phân loại 9

2.3.2 Thành phần và nguyên liệu sản xuất vật liệu sinh học 10

2.4 Nấm rễ Mycorrhızae 11

2.4.1 Khái niệm, phân loại 11

2.4.2 Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM) 13

2.4.3 Mối quan hệ cộng sinh giữa AM và cây chủ 14

2.4.4 Sự phản hồi của cây trồng với nấm rễ nội cộng sinh 16

2.5 Tình hình nghıên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật lıệu sınh học trên thế gıớı và Vıệt Nam 17

2.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng AM và vật liệu sinh học trên thế giới 17

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật liệu sinh học ở Việt Nam 19

2.6 Vi khuẩn nốt sần Rhızobıum 20

2.6.1 Một vài đặc điểm của Rhizobium 20

2.6.2 Tình hình sản xuất và sử dụng chế phẩm vi khuẩn nốt sần trên thế giới và ở Việt Nam 21

Phần 3 Vật lıệu và phương pháp nghıên cứu 23

3.1 Đốı tượng nghıên cứu 23

3.2 Vật lıệu nghıên cứu 23

3.3 Phạm vı nghıên cứu 23

3.4 Nộı dung nghıên cứu 23

3.5 Phương pháp nghıên cứu 24

3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 24

3.5.2 Phương pháp thu nhận bào tử từ vùng rễ của cây trồng theo phương pháp sàng ướt cải tiến 24

3.5.3 Phương pháp phân lập vi khuẩn nốt sần Rhizobium 24

3.5.4 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Arbuscular mycorrhizae 25

3.5.5 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Rhizobium 25

3.5.6 Đánh giá khả năng cộng sinh trên cây chủ và lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ 26

3.5.7 Phương pháp phân tích các tính chất (vật lý, hóa học, sinh học) của chất nền 26

3.5.8 Phương pháp xác định tỷ lệ nảy mầm của hạt giống 27

3.5.9 Phương pháp đánh giá hiệu quả tái tạo thảm cỏ của vật liệu sinh học 27

Phần 4 Kết quả và thảo luận 29

4.1 Tuyển chọn gıống arbuscular mycorrhızae, rhızobıum và nhân gıống dùng cho sản xuất 29

4.1.1 Tuyển chọn giống Arbuscular mycorrhizae 29

4.1.2 Lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ được tuyển chọn 30

4.1.3 Tuyển chọn giống Rhizobium 31

4.1.4 Xác định các điều kiện nhân sinh khối giống Rhizobium 32

4.2 Xác định, lựa chọn và xử lý chất nền của vật liệu sinh học 37

4.3 Lựa chọn loại dinh dưỡng và tỷ lệ bổ sung vào vật liệu sinh học 39

4.4 Lựa chọn hạt giống (cây giống) để tạo thảm cỏ làm tiểu cảnh 41

4.5 Phối trộn vlsh và kiểm tra chất lượng của VLSH 42

4.5.1 Xác định tỷ lệ phối trộn các nguyên liệu sản xuất VLSH 42

4.5.2 Đánh giá chất lượng của VLSH 42

4.6 Quy trình sản xuất VLSH 43

4.7 Đánh giá hiệu quả sử dụng VLSH để tạo thảm cỏ bằng thí nghiệm đồng ruộng 46

Phần 5 Kết luận và kıến nghị 51

5.1 Kết luận 51

5.2 Kiến Nghị 52

Tàı lıệu tham khảo 53

Phụ lục 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Đặc tính của các chủng giống AM được tuyển chọn 29

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của các chủng nấm rễ đến sinh trưởng của cây chủ 30

Bảng 4.3 Đặc tính của các chủng giống Rhizobium được tuyển chọn 31

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng Rhizobium 32

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng Rhizobium 33

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ sục khí đến mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn tuyển chọn 34

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy đến mật độ tế bào của các chủng Rhizobium 35

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp 2 đến mật độ tế bào của các chủng Rhizobium 36

Bảng 4.9 Các thông số kỹ thuật lên men tối ưu của các chủng Rhizobium 36

Bảng 4.10 Đặc điểm của các loại nguyên liệu được chọn làm chất nền 38

Bảng 4.11 Một số tính chất của các loại nguyên liệu được chọn làm chất nền 38

Bảng 4.12 Kết quả sinh trưởng của Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra trong dịch chiết NPK sau 30 ngày nuôi cấy 39

Bảng 4.13 Sinh trưởng của Gigaspora sp6 và Dentiscutata Nigra trong dịch chiết NPK 15-0-15 với tỷ lệ phối trộn khác nhau sau 30 ngày nuôi cấy 40

Bảng 4.14 Theo dõi sự nảy mầm của hạt giống 41

Bảng 4.15 Tỷ lệ phối trộn các nguyên liệu trong VLSH (/kg) 42

Bảng 4.16 Một số tính chất của VLSH 42

Bảng 4.17 Ảnh hưởng của xử lý VLSH đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cỏ lạc cảnh 46

Bảng 4.18 Ảnh hưởng của xử lý VLSH đến tính chất đất sau 8 tuần thí nghiệm 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1 Sơ đồ quy trình sản xuất VLSH 45 Hình 4.2 Sự biến động của diện tích lá theo thời gian thử nghiệm 48 Hình 4.3 Tỷ lệ nảy mầm của bào tử sau 30 ngày nuôi cấy 59

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Arbuscular Mycorhizae là loài nấm rễ nội cộng sinh ở rễ cây mang lại nhiều lợi ích cho cây chủ như làm tăng sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng do tăng cường hấp thụ các chất dinh dưỡng và nâng cao khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường Vi khuẩn Rhizobium là loài sống cộng sinh với các cây họ đậu hay cây điền thanh, lục lạc lá tròn,… có khả năng cố định Nitơ cung cấp cho sự phát triển của cây trồng và cải thiện tính chất đất

Đề tài này lợi dụng các đặc tính đó của nấm rễ và Rhizobium vào trong sản xuất vật liệu sinh học, đi sâu vào nghiên cứu khả năng khai thác tối đa hiệu quả hiệp đồng của Arbuscular Mycorrhizae và Rhizobium để giúp tái tạo nhanh hơn cho thảm thực vật nói chung, thảm cỏ nói riêng trong khuôn viên đồng thời cải tạo đất Mục đích của đề tài

là bước đầu xây dựng được quy trình sản xuất VLSH dùng cho tái tạo thảm thực vật và thử nghiệm tái tạo thảm thực vật tạo cảnh quan cho khuôn viên để tiến tới chuyển giao quy trình công nghệ này ra ứng dụng thực tiễn

Trên cơ sở 13 chủng AM được phân lập từ 2 loại đất khác nhau, 2 giống AM

Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra với hoạt tính sinh học cao và khả năng cộng sinh

trên cây chủ đã được tuyển chọn để sản xuất VLSH Cây đậu xanh và cây cỏ đuôi phụng được lựa chọn làm cây chủ để nhân giống nấm rễ do có thời gian sinh trưởng ngắn, bộ

rễ phát triển nhanh và khỏe mạnh, có khả năng tạo sinh khối lớn trong thời gian ngắn và phù hợp để cho nấm rễ phát triển và nhân sinh khối nhanh chóng

Từ 24 chủng Rhizobium phân lập được trên đất phù sa sông Hồng, 2 giống

Bradyrhizobium japonicum và Shinorhizobium fredii có đặc tính sinh học cao nhất

(thích ứng nhiệt độ và pH rộng, kháng kháng sinh cao) được tuyển chọn làm giống để sản xuất vật liệu sinh học

Chất nền chính cho VLSH được lựa chọn là đất phù sa cũ do có các điều kiện thích hợp cho AM và Rhizobium sinh trưởng và phát triển, phân bón NPK 15-0-15 được bổ sung vào VLSH với tỷ lệ 15g/kg vật liệu có tác dụng kích thích sự nảy mầm và phát triển của sợi nấm rễ AM và Rhizobium

Quy trình sản xuất vật liệu được xây dựng gồm 5 bước chính: (i) Chọn và nhân giống AM và Rhizobium, (ii) xử lý chất nền, (iii) bổ sung dinh dưỡng, (iv) thêm hạt giống (nếu trồng bằng hạt), (v) phối trộn và kiểm tra chất lượng trước khi sử dụng Kiểm tra cho thấy vật liệu sinh học có chất lượng luôn ổn định và vẫn có thể phát huy hiệu quả sử dụng sau 6 tháng sản xuất

Vật liệu sinh học được thử nghiệm trên cây cỏ lạc cảnh (Arachis pintoi) tại khu

thí nghiệm của khoa Môi trường Theo dõi sau 8 tuần thử nghiệm thấy rõ sự chênh lệch

về mức độ sinh trưởng và phát triển của cây trồng ở mức sai số có ý nghĩa giữa các công thức thí nghiệm Ở công thức sử dụng VLSH, cỏ sinh trưởng nhanh, trọng lượng thân, trọng lượng rễ cũng như mức độ xâm nhiễm rễ và số bào tử cao hơn hẳn so với cỏ

ở công thức đối chứng, đặc biệt là ở các chỉ tiêu sinh trưởng của rễ: Chiều dài rễ gấp 1,76 lần; Trọng lượng rễ gấp 3,64 lần; Mức độ xâm nhiễm rễ gấp 9,35 lần; Số lượng bào

tử gấp 7,91 lần; Số lượng nốt sần gấp 3,03 lần so với công thức đối chứng Bên cạnh đó,

tỷ lệ che phủ ở công thức VLSH cũng cao hơn hẳn so với đối chứng Điều này chứng tỏ, bước đầu VLSH đã phát huy được tính tích cực theo giả thuyết ban đầu, đem lại sự sinh trưởng và phát triển tốt hơn cho cây trồng

Hơn thế nữa, khi so sánh các chỉ số đánh giá chất lượng đất trước và sau khi thí nghiệm thì nhận thấy VLSH đã làm cho tính chất đất chuyển biến nhẹ theo chiều hướng tốt

Kết quả sử dụng VLSH mở ra triển vọng ứng dựng quy trình sản xuất VLSH vào thực tiễn với quy mô lớn nhằm đem lại hiệu quả cao trong việc tái tạo thảm thực vật, tăng cường độ che phủ và cải tạo tính chất đất,

THESIS ABSTRACT

Arbuscular mycorrhizal (AM) is an endosymbiotic fungi in plant roots brings many benefits to the host plants as increasing the growth and development of planting crops by enhancing the absorption of nutrients and improving the resistance to the adverse conditions of the environment Rhizobium is a symbiosis species with legumes

or Fabaceae plants (Sesbania sesban, Crotalaria pallida Aiton, .) with ability in

nitrogen fixing and providing for plant growth and improving soil properties

This subject aim is to use those advantage of mycorrhizal fungi and Rhizobium

in the production of biological materials, research deeply on the capabilities of maximize exploiting the synergistic effect of AM and Rhizobium leading to restore faster for revegetaion in general and grass greenery in particular, at the same time to land reclamation The purpose of this research is preliminary constructing the production process of biomaterial for revegetation and testing in revegetation grass which could make landscape, forward to transfer technology process in the practical application

Based on 13 AM strains were isolated from 2 different soil types, 2 AM strains

(Gigaspora SP6 and Dentiscutata nigra) with high biological activities and symbiotic

capabilities on host plants have been selected to produce biomaterial The green bean

and Calathea lancifolia plants were chosen as hosts for propagation mycorrhizal fungi

by growth time short, root develop fast and strong, capable of producing large biomass

in a short time and suitable for AM symbiosis From 24 Rhizobium strains isolated on

alluvial soils of Red river, 2 strains (Bradyrhizobium japonicum and Shinorhizobium

fredii) with highest biological activities (adaptive wide temperature and pH, high

antibiotic resistance) were selected as species for biomaterial production

Main substrate for biomaterial was chosen as the old alluvial soil due to it including the conditions suitable for AM and Rhizobium growth and development, NPK 15-0-15 be added at a rate of 15g/kg, give effect in stimulating the germination and growth of AM mycelium and Rhizobium

The production process of biomaterial is constructed consisting of 5 main steps: (i) Select, propagation AM and Rhizobium, (ii) substrate treatment, (iii) nutritional supplements, (iv) adding seeds (if planted by seeds) and (v) mixing and quality checking before using Results showed that biomaterial have stable quality and still give efficient after 6 months production

Biomaterials are tested on scene peanut plants (Arachis pintoi) in the

experimental station of faculty of Environment There was clearly difference in the growth and development of plants after 8 weeks observation at significant levels among treatments In the treatment using biomaterial, grass grow and develop fast, the stem weight, root weight and root colonization level and spores number significantly higher than in the control, especially in the root growth parameters: root length in biomaterial treatment was higher 1.76 times; root weight was higher 3.64 times; The colonization rate was higher 9.35 times; The spores number was higher 7.91 times; The nodule number was higher 3.03 times compared to control treatment Besides, the covered rate

in the biomaterial treatment was also much higher compared to the control Those results prove that biomaterial has been promoting positive according to the initial hypothesis, bringing the growth and development of crops better Furthermore, the results of quality soil before and after the tested experiment suggested that biomaterial given slight changes in soil properties in a good way

Results using biomaterial opens up promising applying the biomaterial production processes into practice on a large scale in order to bring highly effective in revegetation, increasing covered rate and improving soil properties,

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cây xanh đóng một vị trí quan trọng trong môi trường sống của chúng ta Không chỉ có vai trò cung cấp oxy, hấp thụ khói bụi ô nhiễm, cây xanh còn là một phần trong kiến trúc cảnh quan Theo Hàn Tất Ngạn (1999), cây xanh sử dụng trong việc trang trí cho khuôn viên rất đa dạng từ mảng rừng, khóm cây, mảng hoa, thảm cỏ…tất cả đều mang những giá trị về thẩm mỹ cao, có ảnh hưởng đến

sự cảm nhận của con người về cảnh quan thiên nhiên Cây xanh đô thị có thể làm giảm từ 40% đến 50% cường độ bức xạ mặt trời và hấp thụ 70% đến 75% năng lượng mặt trời Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy vỏ cây, tán cây hay thảm

cỏ đều có tác dụng như vật liệu xốp, lá cây và thân cây chia cắt nhỏ sóng âm thanh

từ đó làm giảm được khoảng 30% tiếng ồn (Bùi Ngọc Tấn và cs., 2013)

Tuy nhiên, Việt Nam có tốc độ đô thị hóa nhanh, mật độ xây dựng ngày

càng cao ở một số đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh,… Luồng di cư của người dân từ các thành phố vệ tinh hay nông thôn đến các đô thị này đã gây ra một áp lực lớn với môi trường Không gian xanh suy giảm nhiều về chất lượng

Nấm rễ Arbuscular mycorrhizae (AM) đang nhận được sự quan tâm bởi khả năng ứng dụng chúng trong thực tế đồng ruộng cũng như đa dạng sinh học, nông nghiệp bền vững, các chương trình tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái (Gianinazzi and Schuepp, 1994) Nấm rễ AM có khả năng cộng sinh với cây, giúp cho cây tăng

cường hấp thu và vận chuyển chất dinh dưỡng (Haystead et al., 1988; Smith and

Read, 2008) Nấm rễ AM cũng giúp thực vật tăng khả năng hút nước (Gavito and Varela, 1995), đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành kết cấu đất (Miller

and Jastrow, 1991; Hamel et al., 1997), ảnh hưởng đến đa dạng sinh học của các vùng đất (Jasper, 1994; Van der Heijden et al., 1998), giúp cây chống lại các bệnh

và côn trùng gây hại (Azcon-Aguilar and Barea, 1996) Chính vì vậy, việc sử dụng nấm rễ như một “cộng sự” của thực vật có thể giúp chúng chống chịu lại các điều kiện bất thuận, sinh trưởng tốt hơn (Smith and Read, 1997) và nhanh chóng tái tạo được thảm thực vật che phủ Bên cạnh đó Rhizobium là vi khuẩn có khả năng cố định đạm, sống cộng sinh với hệ rễ cây trồng hình thành nên nốt sần ở rễ cung cấp đạm cho cây trồng và cải thiện tính chất đất

Việc sử dụng nấm rễ AM trong tái tạo thảm thực vật đã được nghiên cứu rộng rãi và hiệu quả của chúng đã được chứng minh Tại Nhật Bản, Marumoto.K

et al (1999) đã thành công trong việc ứng dụng công nghệ xử lý nấm rễ để tái

tạo thảm thực vật và rừng cho các sườn dốc tại vùng đất bị phá hủy sau khi núi lửa phun tại Nagasaki, tạo cảnh quan cho đường cao tốc ở quận Yamaguchi, Việc ứng dụng nấm rễ cho cỏ Bermuda để xây dựng và bảo trì sân golf tại California (Mỹ) cũng đã thu được những kết quả đáng ghi nhận (Mike Amarathus, 2001) Trên thế giới, Rhizobium cũng được ứng dụng nhiều trong sản xuất phân đạm sinh học và phân hữu cơ vi sinh nhằm tăng năng suất cây trồng hay ứng dụng công nghệ Rhizobium cho keo lai, keo tượngtại vườn ươm

và rừng trồng đều thu được hiệu quả rõ rệt

Ở Việt Nam, một số tác giả đã nghiên cứu xử lý AM cho cây trồng và khẳng định xử lý nấm rễ có tác dụng làm tăng khả năng sinh trưởng phát triển của cây chủ và sự thiết lập mối quan hệ cộng sinh của nấm rễ trên cây chủ giúp cho cây

có sức sống cao hơn, có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi của môi trường sống (Nguyễn Thị Minh 2005, 2007; Nguyễn Văn Sức, 2005, 2007) Phan Quốc Hưng và cs (2010) đã sử dụng nấm rễ là một trong các loại vi 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 hóa khoáng chất cao của nấm rễ trong đất Sử dụng AM cũng làm tăng khả năng sinh trưởng phát triển của cây nông nghiệp và lâm nghiệp, cả trong vườn ươm cũng như cây trưởng thành (Lê Quốc Huy và Nguyễn Minh Châu, 2006)

Như vậy có thể nói nấm rễ AM và Rhizobium đều đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong sinh thái học của cây và đất, sự tăng cường sinh trưởng của các loài vi sinh vật này sẽ giúp cho sự thiết lập một hệ sinh thái đa dạng, bền vững và trở thành yếu tố quan trọng cho sự tái tạo thành công thảm thực vật Tuy nhiên, thực tế hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về khả năng kết hợp hai loại vi sinh vật này và ứng dụng chúng trong thực tế

Xuất phát từ thực tiễn đó, với mong muốn phát triển kỹ thuật tạo cho đô thị Việt Nam một không gian xanh mới mẻ đầy sức sống, chúng tôi tiến hành thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất vật liệu sinh học nhằm tái tạo

thảm cỏ làm tiểu cảnh cho khuôn viên”

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

 Xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm cỏ làm tiểu cảnh cho khuôn viên

 Bước đầu đánh giá được hiệu quả của vật liệu sinh học trong tái tạo thảm

cỏ làm tiểu cảnh

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

- Vật liệu sinh học

Vật liệu nghiên cứu

- Giống vi sinh vật: Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae, vi khuẩn cố định đạm Rhizobium

- Thực vật: giống cây họ hòa thảo

- Một số nguyên liệu có thể dùng để làm nguyên liệu cho vật liệu sinh học: đất, than bùn, rơm rạ, phân rác

Phạm vi nghiên cứu

 Cỏ lạc cảnh: Arachis pintoi

 Thời gian: từ tháng 01/2015 – tháng 11/2015

 Địa điểm: Học viện Nông Nghiệp Việt Nam

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Những đóng góp mới

Trước đây đã có những đề tài nghiên cứu về khả năng ứng dụng đặc tính

cố định đạm của Rhizobium để sản xuất phân bón vi sinh hay ứng dụng các đặc tính tốt của các chủng giống AM để thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào đề cập đến sự kết hợp hai nhóm VSV

AM và Rhizobium, nghiên cứu này không chỉ khai thác được các đặc tính tốt của từng loại vi sinh vật, mà còn phát huy hiệu quả hiệp đồng của AM và Rhizobium

để tạo thành quy trình sản xuất loại vật liệu sinh học nhằm tăng cường sự phát triển của cây trồng, tái tạo thành công thảm thực vật tạo nên không gian xanh, làm cảnh quan cho các khuôn viên

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Với thực tế hiện nay ở các đô thị lớn là không gian xanh đang ngày càng

bị thu hẹp một cách nghiêm trọng, thay vào đó là các tòa nhà cao tầng và sự bê tông hóa Diện tích mảng xanh còn lại trong đô thị khá ít ỏi, đề tài đã góp phần giải quyết được vấn đề cấp thiết là với một diện tích eo hẹp nhưng cây trồng vẫn sinh trưởng và phát triển tốt và lại còn đem lại cảnh quan đẹp cho khuôn viên

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 THẢM THỰC VẬT XANH VÀ KIẾN TRÚC CẢNH QUAN TRONG

ĐÔ THỊ

2.1.1 Thảm thực vật xanh

Có nhiều khái niệm về thảm thực vật:

Theo Trần Đình Lý (1998) thảm thực vật là toàn bộ lớp phủ thực vật ở một vùng cụ thể hay toàn bộ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất

Theo Thái Văn Trừng (1978) thảm thực vật là các quần hệ thực vật phủ trên bề mặt trái đất như một tấm thảm xanh

Thảm thực vật xanh trong đô thị được hiểu là cây xanh đô thị, trong phạm vi nghiên cứu của để tài thì thảm thực vật ở đây được hiểu là thảm cỏ che phủ Không gian xanh là phần diện tích được bao phủ xanh (bằng cây, cỏ) trên mặt đất Tất cả các diện tích từ lớn đến nhỏ đều được tính vào diện tích không gian xanh

Theo Nghị định số 64/2010 NĐ-CP về quản lý cây xanh đô thị thì khái niệm về cây xanh đô thị được định nghĩa như sau:

Cây xanh đô thị gồm cây xanh sử dụng công cộng, cây xanh sử dụng hạn chế và cây xanh chuyên dụng trong đô thị

Cây xanh sử dụng công cộng đô thị là các loại cây xanh được trồng trên đường phố (gồm cây bóng mát, cây trang trí, dây leo, cây mọc tự nhiên, thảm cỏ trồng trên hè phố, dải phân cách, đảo giao thông), cây xanh trong công viên, vườn hoa; cây xanh và thảm cỏ tại quảng trường và các khu vực công cộng khác trong đô thị

2.1.2 Vai trò của tiểu cảnh xanh đối với môi trường đô thị

Để bảo vệ môi trường và cải thiện không gian sống đô thị, ngoài các biện pháp giảm thiểu nguồn ô nhiễm thì việc sử dụng cây xanh có vai trò vô cùng quan trọng Hệ thống cây xanh có những chức năng sau:

 Hệ thống cây xanh có tác dụng cải thiện khí hậu vì chúng có khả năng ngăn chặn và lọc bức xạ mặt trời, ngăn chặn quá trình bốc hơi nước, giữ độ ẩm đất và độ ẩm không khí thông qua việc hạn chế bốc hơi nước, kiểm soát gió và lưu thông gió

 Cây xanh có tác dụng bảo vệ môi trường: Lọc khí CO2 và cung cấp O2, ngăn giữ các chất khí bụi độc hại Ở vùng ngoại thành, cây xanh có tác dụng chống xói mòn, điều hoà mực nước ngầm Cây xanh còn có tác dụng hạn chế tiếng ồn nhất là ở khu vực nội thành

 Cây xanh có vai trò quan trọng trong kiến trúc và trang trí cảnh quan Những tính chất của cây xanh như: hình dạng (tán lá, thân cây), màu sắc (lá, hoa, thân cây, ) là những yếu tố trang trí làm tăng giá trị thẩm mỹ của công trình kiến trúc cũng như cảnh quan chung (Phạm Ngọc Đăng, 2014)

 Ngoài chức năng trang trí, tăng thêm vẻ đẹp thẩm mỹ cây xanh còn có tác dụng kiểm soát giao thông Việc kiểm soát giao thông bao gồm cả xe cơ giới

và người đi bộ Các bụi thấp, bờ dậu, đường viền cây xanh trong vườn hoa công viên vừa có tác dụng trang trí vừa có tác dụng định hướng cho người đi bộ

Như vậy, ngoài chức năng là sinh vật sản xuất như trong các hệ sinh thái khác (hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái nông nghiệp ), cây xanh trong hệ sinh thái đô thị còn có chức năng quan trọng hơn đó là bảo vệ môi trường và trang trí cảnh quan

Người ta thường ví cây xanh đối với môi trường đô thị như một màng lọc bụi Ở các đô thị, lượng bụi phát sinh là tương đối lớn, khi gió thổi không khí xuyên qua cây xanh, hàm lượng bụi trong không khí sẽ được các lá cây giữ lại phần lớn làm cho không khí trong sạch hơn Cây càng rậm rạp và lá càng xù xì thì bụi càng dễ bám Khi lá cây đã bám đầy bụi trời mưa sẽ rửa sạch lá và lá lại tiếp tục chu kỳ lọc bụi của mình Tổng lượng bụi được bám giữ trên một cây có tán lá lớn, rậm có thể đạt từ 10 – 30 kg Nồng độ bụi trong không khí thổi qua cây xanh có thể giảm đi từ 20 – 60% (Phạm Ngọc Đăng, 2014)

Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, cây xanh tiến hành quang hợp hấp thụ khí CO2 và nhả oxy góp phần làm giảm thiểu khí nhà kính Bên cạnh đó, hơi nước thoát ra từ các lỗ khí khổng sẽ làm giảm nhiệt độ không khí nóng bức xung quanh Vì vậy, so với vùng đất trống không trồng cây, nhiệt độ không khí ở vùng cây xanh ban ngày thấp hơn từ 1-30C, hàm lượng oxy trong không khí lớn hơn tới 20%, độ ẩm tăng từ 2-5% Do đó, mỗi người dân đô thị đều cần có một diện tích không gian xanh nhất định (10m2 đối với cây xanh và 25m2 đối với thảm cỏ)

để đảm bảo được chất lượng không khí (Hồng Vân, 2015)

2.1.3 Kiến trúc cảnh quan trong đô thị

Kiến trúc cảnh quan là nghệ thuật, lập kế hoạch phát triển, thiết kế, quản

lý, bảo tồn và phục chế lại cảnh quan của khu vực và địa điểm xây dựng của con người Phạm vi hoạt động của kiến trúc cảnh quan liên quan đến thiết kế kiến trúc, thiết kế tổng mặt bằng, phát triển bất động sản, bảo tồn và phục chế môi trường, thiết kế đô thị, quy hoạch đô thị, thiết kế các công viên và các khu vực nghỉ ngơi giải trí và bảo tồn di sản (Ngô Thế Thi, 2009)

Theo quan điểm trên thì kiến trúc cảnh quan là chuyên ngành rộng Nó bao gồm cả quy hoạch đô thị, nông thôn, quy hoạch không gian, phân tích xã hội

và thiết kế đô thị Tuy nhiên, điều khác biệt cơ bản từ khi kiến trúc cảnh quan ra đời (giữa thế kỷ XIX) đó là nó đặt khái niệm “môi trường” làm trung tâm nghiên cứu (environment is the core concept), khác với quan điểm của nhà quy hoạch và kiến trúc sư (human is the core concept) (Ngô Thế Thi, 2009)

2.2 HIỆN TRẠNG KIẾN TRÚC CẢNH QUAN, THẢM THỰC VẬT TRONG ĐÔ THỊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.2.1 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị trên thế giới

Ở các đô thị lớn, đi cùng hệ thống sông hồ là hệ thống cây xanh làm tăng

thẩm mỹ cảnh quan, tạo ra sự phong phú về hình khối, màu sắc Hơn thế, các công trình kiến trúc vốn nhân tạo, khi được kết hợp với kiến trúc tự nhiên sẽ tạo

ra sự hài hòa và tăng tính sinh thái trong kiến trúc

Tuy nhiên, hiện chỉ tiêu cây xanh đô thị của Việt Nam khá “khiêm tốn”, đặc biệt là khi so với nhiều đô thị trên thế giới Nếu như Singapore có diện tích cây xanh đến 30,3 m2/người, Seoul là 41 m2/người, Berlin (Đức) 50m2/người, Moscow (Nga) 44m2/người, Paris (Pháp) 25m2/người… thì Hà Nội chỉ đạt khoảng 2m2/người, bằng 1/10 chỉ tiêu cây xanh của các thành phố hiện đại trên thế giới (khoảng 20m2 - 25m2 cây xanh/người) và theo quy hoạch đến năm 2030,

tỷ lệ cây xanh của Hà Nội mới được nâng lên thành 10-12m2/người Tất nhiên để

có được thảm thực vật xanh đa dạng, một lá phổi sống khỏe mạnh cho thành phố

và đô thị là cả một quá trình với nhiều cách làm sáng tạo Trên thế giới, đã có rất nhiều quốc gia phát động phong trào kiến tạo không gian xanh trong đất nước Trào lưu mang thiên nhiên vào không gian sống của riêng mình đã trở nên rất gần gũi và phổ biến như ở thủ đô Copenhagen (Đan Mạch), thành phố Reykjavik (Iceland), thành phố Malmo (Thụy Điển), Vancouver (Canada), Ecuador, Sydney (Australia), Colombia, thành phố Curitiba (Brazil), Anh…

Tại Australia, hai thành phố Sydney và Melbourne đã áp dụng hình thức xanh hóa mái nhà tại các trung tâm thương mại nhằm thu hút du khách đồng thời cải thiện môi trường cho cư dân và người lao động tại đây Chính quyền thành phố khuyến khích người dân trồng cây trên mái nhà và biến tường công sở thành những bức tường xanh Hình thức trồng cây trên mái nhà cũng hết sức đa dạng,

từ các hộp xốp trồng cây cỡ nhỏ và đơn giản cho tới cả khu vườn có diện tích lên tới 2.600m2 trên nóc tòa nhà MCentral ở phố Harris, khu Pyrmont, thành phố Sydney…

Hơn 30 năm trước, thành phố Portland thuộc bang Oregon, Mỹ đã dẫn đầu quy hoạch xanh bằng cách phá bỏ một tuyến đường cao tốc sáu làn và phát triển một công viên bờ sông tại đó Hiện tại ở Portland có khoảng hơn 36.000ha không gian xanh; 119km đường đi bộ và đi xe đạp; hơn 25 triệu héc ta rừng và trang trại Ít ai biết rằng, trước đây Portland từng là thành phố nằm thứ hai trong danh sách “Những thành phố gây ô nhiễm nhiều nhất thế giới”

Tại quốc đảo Singapore, mỗi đường phố của đảo quốc này trồng một loại cây với chiều cao được khống chế và cắt tỉa tạo dáng phù hợp Cây xanh thân gỗ che bóng mát, dây leo, cây bụi và các loại hoa được trồng trên những con phố, công viên, các công trình công cộng, khu bảo tồn thiên nhiên đã tạo nên không gian xanh mát của quốc gia này Dọc theo những đại lộ chính của Singapore là những hàng cây me Tây đã nhiều tuổi, có độ che phủ và tỏa bóng rộng đến 30m đường kính Điểm đặc biệt của loại cây này ban ngày lá cây xanh tươi nhưng chiều tối khép lại và hoa tỏa hương đêm Những nhà thiết kế cây xanh thành phố này đã tận dụng đặc điểm của loại cây nhằm tận dụng bóng mát vào ban ngày và hạn chế việc lá cây che khuất hệ thống chiếu sáng công cộng vào ban đêm

Với Curitiba (Brazil), thành phố này là một điển hình cho sự ưu đãi về thuế để phát triển các dự án về môi trường và sinh thái Hồ và công viên ở nơi đây không chỉ đơn thuần là để thưởng thức mà còn giúp giải quyết vấn đề lũ lụt Thành phố có hơn 30 công viên và một lượng cây xanh đáng kể Trong vòng 30 năm, Curitiba đã tăng không gian xanh trung bình từ 1m2/người lên 52m2/người và con số này hứa hẹn vẫn sẽ tiếp tục tăng Nhân dân thành phố cùng nhau trồng 1,5 triệu cây xanh dọc theo đường cao tốc của thành phố Thuế tài sản được loại bỏ hoàn toàn cho những trường hợp chủ đất duy trì từ 70% đến 100% rừng bản địa

Bằng rất nhiều cách thức, từng thành phố trên thế giới đã có những sáng tạo riêng để dần may cho mình tấm áo xanh thân thiện với môi trường, duy trì nét đẹp và sự mềm mại cho đô thị (Hồng Vân, 2015)

2.2.2 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị tại Việt Nam

Singapore là một quốc gia này đã áp dụng chiến lược vườn tường, vườn mái, vườn ở bất cứ nơi đâu để đi đâu cũng là màu xanh thiên nhiên Với 300 công viên và 9.000 ha cây xanh, diện tích cây xanh ở Singapore chiếm xấp xỉ 50% diện tích lãnh thổ, là tỷ lệ đáng mơ ước của nhiều thành phố trên thế giới

Với thành tựu đáng nể, Singapore là hình mẫu lý tưởng cho các quốc gia khác noi theo, trong đó có Việt Nam Thực tế, một số khu đô thị tại Việt Nam đã ứng dụng bài học thực tiễn đó vào việc xây dựng, quy hoạch các khu dân cư Cây xanh không chỉ liên tục được trồng thêm và trồng mới trên các tuyến đường, công viên mà còn được bổ sung vào quy hoạch tổng thể của các khu đô thị và khu dân cư mới (Hồng Vân, 2015)

Hiện nay, không gian xanh đã trở thành tiêu chí để đánh giá chất lượng cuộc sống và văn minh đô thị tại Việt Nam Điều này thể hiện tại các khu đô thị mới, chung cư, cao ốc văn phòng… những nơi này có giá trị hơn, thu hút khách hàng hơn là nhờ vào cảnh quan môi trường, nhờ vào những mảng xanh trong không gian như khu Thảo Điền (quận 2, thành phố Hồ Chí Minh), đặc biệt là khu

đô thị Phú Mỹ Hưng (quận 7, thành phố Hồ Chí Minh) với diện tích phủ xanh là

124 ha trên tổng 433 ha quy hoạch tổng thể

Ngoài 2 công viên có diện tích lớn là công viên Hồ Bán Nguyệt rộng hơn 70.000m2, công viên nối dài ở khu dân cư Nam Viên có tổng diện tích khoảng 45.000m2 thì Phú Mỹ Hưng còn có hệ thống các công viên, mảng xanh có diện tích từ 1.000m2 đến 80.000m2 cùng hàng trăm công viên nội khu Đây vừa là điểm đến thư giãn cho cư dân vừa là những con đường kết nối người dân từ nhà đến các khu tiện ích đô thị

Các khu đô thị ngày nay không chỉ sang trọng vì cơ sở hạ tầng được đầu

tư, quy hoạch tốt mà còn thể hiện được sự hài hòa giữa các công trình kiến trúc với thiên nhiên, mang lại bầu không khí trong lành… (Phương Thảo, 2014)

2.3 VẬT LIỆU SINH HỌC

2.3.1 Khái niệm, phân loại

Khái niệm: Ngành học về vật liệu sinh học (khoa học VLSH) nghiên cứu

các tính chất vật lý, hóa học, sinh học của các vật liệu và tương tác giữa các vật liệu này với môi trường sinh học Sự nghiên cứu và phát triển mạnh nhất là hướng đến việc tổng hợp, tối ưu hóa, xác định đặc tính, thử nghiệm và đánh giá đặc điểm sinh học của các tương tác vật chủ - vật liệu Hầu hết các VLSH gây ra

một phản ứng sinh học không đặc hiệu và rập khuôn Hiện nay, các nhà khoa học đang nỗ lực hướng đến việc phát triển các bề mặt đã được kĩ nghệ để có thể phù hợp với một ứng dụng cụ thể (Trần Lê Bảo Hà, 2012)

VLSH là vật liệu có chứa các thông tin di truyền, có khả năng tự tái tạo

hoặc được tái tạo trong hệ thống sinh học, ví dụ như tế bào, gen, cây chuyển gen

- Phân loại: phân loại theo chất mang có thể chia VLSH thành 2 loại:

+ VLSH được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang không

thanh trùng: tất cả các nguyên liệu dùng để sản xuất VLSH được phối trộn với nhau trong điều kiện tự nhiên

+ VLSH được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang có thanh

trùng: các nguyên liệu dùng để sản xuất VLSH được phối trộn với nhau trong điều kiện vô trùng (Trần Lê Bảo Hà, 2012)

2.3.2 Thành phần và nguyên liệu sản xuất vật liệu sinh học

Các thành phần cơ bản của VLSH gồm có: cùng với chất hữu cơ, VSV sống

trong đất, nước, vùng rễ cây có ý nghĩa quan trọng trong mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của VSV: mùn hóa, khoáng hóa, giải phóng chất dinh dưỡng vô cơ từ hợp chất khó tan hoặc tổng hợp chất dinh dưỡng từ môi trường (Trần Lê Bảo Hà, 2012)

+ Giống VSV: VSV là những sinh vật có kích thước nhỏ, được quan sát

dưới kính hiển vi bao gồm cả virus, vi khuẩn, nấm, tảo… Chúng có nhiều vai trò quan trọng đối với môi trường như: làm tăng độ phì nhiêu của đất, cải tạo đất, xử

lý ô nhiễm môi trường đất, nước, cung cấp các chất dinh dưỡng dễ tiêu từ quá trình cố định đạm hay phân hủy các chất khó tiêu thành các chất dễ tiêu cho cây trồng sinh trưởng, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản…Việc lựa chọn giống VSV để bổ sung vào VLSH phải đảm bảo yêu cầu, đó là các chủng VSV có ích đã được tuyển chọn có hoạt lực, khả năng cạnh tranh cao, có mật độ đạt tiêu chuẩn quy định và không có khả năng gây hại Việc sử dụng đặc biệt là các chủng nấm rễ nội cộng sinh AM để làm VLSH ứng dụng trong lĩnh

vực nông nghiệp đã được nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới (Marumoto.K et

al., 2006; Mikeamarathus, 2011; M.A.U Mridha, 2003)

+ Chất nền: Là chất để VSV được cấy vào đó, cung cấp môi trường thuận

lợi cho VSV tồn tại và phát triển, bên cạnh đó nó còn tạo điều kiện thuận lợi cho

vận chuyển, bảo quản, sử dụng và duy trì hiệu lực của VLSH Chất nền phải chứa một lượng dinh dưỡng nhất định, đảm bảo cung cấp được dinh dưỡng để VSV tồn tại Không được chứa chất có hại cho VSV, cho người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản… (Nguyễn Như Hà, 2011)

Chất nền được sử dụng trong sản xuất VLSH khá phong phú, thường được

sử dụng các loại chất mang dạng vô cơ (bột photphorit, bột apatit, bột xương, bột

vỏ sò) hay chất mang dạng hữu cơ (than bùn, bã nấm, phế thải nông nghiệp, rác thải) (Nguyễn Như Hà, 2011)

Chất mang dạng vô cơ đều là các dạng phân lân thiên nhiên, chỉ được dùng để bón lót và nên bón lót sớm vào đất để cung cấp lân tốt hơn cho cây trồng, thường bón theo hàng, theo hốc, càng gần rễ cây càng tốt, rất phù hợp cho cải tạo đất Tuy nhiên hiệu lực của phân lân tự nhiên phụ thuộc vào độ mịn của phân và kéo dài qua nhiều vụ, phân này chỉ phát huy được hiệu quả khi bón đủ đạm và các loại phân khác, nhất là đất nghèo dinh dưỡng (Nguyễn Như Hà, 2011)

Chất mang dạng hữu cơ có đặc điểm là không tan trong nước, thường có phản ứng trung tính hay kiềm yếu, có tác dụng cải tạo đất khá toàn diện nhưng cần thời gian dài và hàm lượng lớn Về mặt dinh dưỡng, chất mang dạng hữu cơ

là những phân đa yếu tố, nhưng có tỷ lệ các chất dinh dưỡng đều thấp, các chất trong phân đều ở dạng khó tiêu cho cây trồng Nếu sử dụng loại phân này khó có thể đáp ứng được điều kiện dinh dưỡng của cây trồng đặc biệt là thời kỳ sinh trưởng và thời kỳ cây có nhu cầu dinh dưỡng cao (Nguyễn Như Hà, 2011)

+ Chất phụ gia: Ngoài ra, trong thành phần của VLSH còn có thể có các

chất dinh dưỡng cho cây trồng Phân bón là nguồn cung cấp chủ yếu dinh dưỡng

vô cơ cho cây trồng thông qua quá trình hô hấp của rễ, vì thế nên phân bón được

sử dụng để bổ sung vào VLSH nhằm nâng cao giá trị sử dụng của vật liệu Tuy nhiên việc lựa chọn chất phụ gia để bổ sung vào VLSH phải chú ý tính phù hợp đối với sự có mặt của VSV có trong VLSH (Nguyễn Như Hà, 2011)

2.4 NẤM RỄ MYCORRHIZAE

2.4.1 Khái niệm, phân loại

- Khái niệm: Trong đất có rất nhiều loại VSV như nấm, vi khuẩn, xạ

khuẩn, tảo, Chúng phân bố theo điều kiện tự nhiên, địa lý, thực bì, đất đai, loài cây khác nhau, thậm chí theo mùa khác nhau và thường tụ tập quanh rễ cây Hầu hết các loài thực vật khai thác tiềm năng đất trồng nhờ sự giúp ích của các VSV

trong đó có một số loài nấm gọi là Mycorrhizae (nấm rễ) Từ Mycorrhizae 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 cây trên cây thông và một số loại cây lá rộng Xuất phát từ tên gọi rễ cây ở Hy Lạp “Myker” và “Rhiza” Sau đó ghép từ tiếng anh “Myco”

thành Mycorrhizae, nghĩa là nấm rễ (Trần Văn Mão, 2011)

Nấm rễ là hiện tượng cộng sinh thực vật phổ biến trong tự nhiên Nấm cộng sinh

được nhận từ cơ thể thực vật nguồn Cacbon và các chất dinh dưỡng mà thực vật cũng nhận được dinh dưỡng và nước cần thiết, chúng giúp nhau cùng có lợi Nấm rễ xuất hiện ở hầu hết các loại cây trồng khác nhau, đặc biệt xuất hiện nhiều ở các quần

xã thực vật có tính đa dạng cao như rừng nhiệt đới hay đồng cỏ ôn đới, có tỷ lệ thấp hơn trong đất khô cằn hay đất nhiều chất dinh dưỡng (Trần Văn Mão, 2011)

- Phân loại: Dựa vào một vài kiểu kết hợp khác nhau giữa nấm và cây chủ

mà chúng được chia làm 3 nhóm chính là: Ectomycorrhizae; Endomycorrhizae;

Ectoendmycorrhizae (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007)

+ Ectomycorrhizae:

Là loại Mycorrhizae ngoại cộng sinh, cộng sinh với rễ cây chủ theo kiểu 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 sợi nấm phát triển trên bề mặt rễ được gọi là những sợi khuẩn ty của bề mặt rễ Các sợi khuẩn ty không ăn sâu vào trong các tế bào gốc nhưng phát triển một mạng trong không gian ngoại bào được gọi là Hartig Do tác động của Mycorrhizae bộ rễ ngắn, to, giòn và có màu sắc khác nhau, tán rễ biểu bì không có lông hút, bề mặt màng có nhiều sợi nấm kéo dài

ra Ectomycorrhizae nói chung không có hình dạng và màu sắc nhất định, rất dễ nhận biết bằng mắt thường Hầu hết sự kết hợp Ectomycorrhizae được hình thành giữa nấm cộng sinh với cây nấm (mushroom) và giữa nấm cộng sinh với cây gỗ lớn trong rừng như bạch dương, sồi, thông, liễu

+ Endomycorrhizae:

Là loài nấm cộng sinh kết hợp với rễ cây theo kiểu sợi nấm xuyên qua

tế bào và rễ cây chủ hình thành nên các cấu trúc đặc trưng là versicles và arbuscules nên có thể gọi là Vesicular Arbuscular Mycorrhizae (VAM), bề mặt rễ

sẽ không hình thành màng nấm mà chỉ có các sợi lưa thưa, lông hút vẫn giữ nguyên Tuy nhiên, 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 loài này rất khó phân biệt bằng mắt thường

Căn cứ vào kết cấu sợi nấm có vách ngăn và vòi hút, người ta chia ra 2 loại là không có vách ngăn và có vách ngăn (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007)

+ Ectoendmycorrhizae

Là loài nấm Mycorrhizae nội ngoại cộng sinh có đặc trưng của cả 2

loại Ectomycorrhizae và Endomycorrhizae (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị

Dạ Thảo, 2007)

2.4.2 Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM)

Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM) khi cộng sinh trên thực vật phân hóa thành các dạng cấu trúc khác nhau bao gồm:

- Cấu trúc trong rễ ngăn:

+ Sợi nấm (Hypha): Không có vách ngăn khi còn non và đâm nhánh bên trong lớp vỏ rễ hình thành nên cấu trúc bụi và túi

+ Bụi (Arbuscule): Phân nhánh ngoằn nghèo trong tế bào vỏ

+ Túi (Vesicles): Là cấu trúc dự trữ dinh dưỡng cho nấm

- Cấu trúc trong đất: Bào tử và sợi nấm:

+ Bào tử: Vô tính, hình cầu lớn (đường kính: 20 – 1000µm) nó được tạo thành từ sợi nấm trong đất hoặc rễ

+ Sợi nấm: Mạng lưới sợi nấm trong đất có hình dạng sợi mỏng, chức năng của nó là ống dẫn để hấp thu chất dinh dưỡng

Trong đó:

+ Bào tử: Là chỗ phình to lên của sợi nấm, bào tử được hình thành khi dinh dưỡng đã cạn và sự kết hợp giữa nấm và cây chủ bị già yếu Bào tử chứa đựng lipid, tế bào chất và nhiều nucleid

+ Sợi nấm: Sự kết hợp Mycorrhiza bắt đầu bằng sự nảy mầm của bào tử khi có sự hiện diện của rễ Sợi nấm có khả năng phát triển giới hạn, chúng sẽ chết sau vài tuần khi nảy mầm mà không gặp rễ ký chủ Chúng có nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng và làm gia tăng sự kết hợp với rễ và hình thành bào tử nấm

Bụi: Bụi phân nhánh rất phức tạp và được hình thành bên trong tế bào vỏ

rễ Bụi được hình thành từ sự chia đôi của nhánh và sự nén bề rộng của sợi nấm, bắt đầu từ thân sợi nấm (đường kính: 5-10µm) và kết thúc bằng sự phát triển mạnh của cành nhánh sợi nấm (đường kính 1µm) Bụi được xem là vị trí chủ đạo

để trao đổi dinh dưỡng giữa nấm và cây chủ

Túi: Túi phát triển để tích lũy sản phẩm dự trữ ở nhiều loại VAM Túi là chỗ phình to lên của sợi nấm trong tế bào vỏ rễ, nó chứa lipid và tế bào chất Túi

có thể nằm trong hoặc ngoài gian bào Túi có chức năng như yếu tố lan truyền giống (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007)

2.4.3 Mối quan hệ cộng sinh giữa AM và cây chủ

- Cơ chế cộng sinh giữa AM và cây chủ:

Trong dạng cộng sinh AM, sợi nấm xâm nhập vào tế bào vỏ rễ, phát triển bên trong tế bào và hình thành những cấu trúc dạng bụi (arbuscules) hay dạng bọng (vesicules) Cấu trúc Arbuscules do các cành nhánh của sợi nấm được bao gọn bên trong huyết tương của tế bào nguyên vẹn của cây chủ và làm tăng bề mặt tiếp xúc của sợi nấm và nguyên sinh chất của tế bào rễ giúp cho việc trao đổi dinh dưỡng giữa nấm và thực vật trở nên hiệu quả hơn (Nancy clooins Jonhnson, 2007)

Mối quan hệ tương hỗ này cung cấp cho nấm một lượng cacbon đáng kể như glucoza, saccaroza được tạo ra từ quá trình quang hợp của cây Cacbonhydrat được chuyển từ lá đến rễ và sau đó đến hệ thống sợi nội bào của nấm đã liên kết chặt chẽ với tế bào rễ Ngược lại, cây nhận được nhiều khoáng chất và nước hơn từ hệ sợi lan tỏa của nấm trong đất Hệ sợi xâm nhập bên trong

có thể đâm nhánh ra ngoài và phát triển dài dọc theo bề mặt rễ và hình thành thêm nhiều điểm xâm nhập vào rễ hơn Chúng cũng phát triển đi vào sợi đất, sợi nấm kết các hạt đất lại Smith (1990) đã chỉ ra rằng chiều dài sợi nấm phát triển trong đất ước lượng trung bình là khoảng 1m sợi nấm trên 1cm rễ Mạng lưới sợi nấm này có thể mở rộng hàng nghìn centimet bên ngoài từ bề mặt rễ cây, đi qua khu vực cạn kiệt dinh dưỡng cho rễ hấp thu những khoáng kém linh động từ trong đất cung cấp cho cây trồng (Smith, 1990)

- Vai trò của cây chủ đối với nấm rễ: Chủ yếu là nấm rễ lấy nguồn dinh dưỡng Cacbon từ cây chủ để sinh trưởng và phát triển Bên cạnh đó, rễ của cây chính là giá đỡ để bào tử nấm rễ có thể cộng sinh với cây trồng (Trần Văn Mão, 2011; Geogre E, 1995)

- Vai trò của nấm rễ: Nấm rễ có vai trò rất quan trọng trong đời sống thực vật ở cạn, chúng có vai trò thực tiễn trong nền kinh tế, khoa học và các chu trình vật chất, năng lượng trong tự nhiên (Brudrett MC, 2012)

+ Mở rộng diện tích hấp thu của rễ cây: Sợi nấm cộng sinh là cơ quan hấp thu chủ yếu của rễ thực vật, nấm rễ làm tăng diện tích 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 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)

+ Hình thành chất kích thích sinh trưởng: Trong quá trình cộng sinh với rễ cây, nấm rễ hình thành nhiều chất kích thích sinh trưởng như Auxin, Cytokinin, Gibberelin, Vitamin B1, IAA (Trần Văn Mão, 1999)

+ Tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng: Sự gia tăng về số lượng của sợi nấm trong đất giúp rễ cây có thể hấp thu dinh dưỡng tốt hơn, vì vậy mà làm gia tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng bị cố định, đặc biệt là Photpho (P) – là một nguyên

tố rất quan trọng đối với cây trồng, có nhiều trong đất nhưng ở dạng khó hấp thu Trong đất có lượng P nhất định, những gốc Photphat khó di động, kết hợp với các ion Fe, Al, Na cố định trong đất tạo thành các P không tan, cây trồng không hấp thụ được, số P không hấp thụ được đó chiếm 90 – 95%, chỉ có một lượng rất

ít P hòa tan được cây sử dụng Nấm rễ sản sinh ra enzim photphotaza chuyển P không tan thành P hòa tan giúp cây trồng có thể dễ dàng sử dụng (Zaki, 2008)

Đã có rất nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của phân bón đến hoạt động của

AM và cây chủ Tiêu biểu như năm 1995, Geogre và cộng sự đã công bố những nghiên cứu về sự cần thiết của photpho đối với mọi loại nấm cộng sinh

Năm 2001, khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm và độ phì nhiêu của đất đến phân bố AMF, Augree (2001) nhận thấy: Mức độ đa dạng AMF tỷ lệ thuận với phần trăm lượng chất hữu cơ và tỷ lệ nghịch với hàm lượng Ca, Mg và P trong đất Số lượng bào tử tăng đồng thời với mức tăng hàm lượng chất hữu cơ

và N trong đất, giảm khi hàm lượng Ca, Mg và P cao

+ Phương tiện quan trọng làm nhiệm vụ vận chuyển cacbon vào trong đất chính là nấm rễ Theo nhà khoa học về đất 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 rễ 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

raglomalin – 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: Cùng với sự gia tăng hấp thụ dinh dưỡng, sợi nấm cũng cho phép gia tăng hấp thu nước Hơn nữa mạng lưới sợi nấm rộng rãi cũng ngăn chặn sự tấn công của bệnh hại đến rễ, gia tăng sự chống chịu hạn và dịch hại Bên cạnh đó, AM làm giảm bớt tác hại do kim loại nặng gây ra, nấm AM tập hợp kim loại trong vùng rễ lại và làm thay đổi khả năng hấp thu kim loại của cây trồng Khi trồng rừng trên núi đá vôi, tỷ lệ sống của cây con nhiễm nấm cộng sinh tăng 14% trong điều kiện khô hạn tuyệt đối Khả năng chống chịu các điều kiện khác cũng tăng như chống mặn, nhiệt độ, độ ẩm, pH cực đoan, (Trần Văn Mão, 1999)

+ 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 (Harier L.A and Watson C.A, 2004)

+ Cải thiện cấu trúc đất: Sợi nấm rễ nội cộng sinh được chứng minh rằng

nó thải ra một chất đường dính như keo, gọi là “Glomaline”, nó 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 tính 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 khí và nước và quan trọng là kháng lại xâm nhập và sự thành lập của các vi sinh vật có hại

2.4.4 Sự phản hồi của cây trồng với nấm rễ nội cộng sinh

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

cây đối chứng mọc muộn nhất (Sefi, 2010)

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

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

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 giống có tiềm năng năng suất 3,36-5,0 tấn/ha Đây là nguồn cứ liệu quan trọng trong mục tiêu phát triển nguồn nguyên liệu thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam (Lê Khả Tường (2014) Tạp chí NN & PTNT Cỏ Đậu phụng, cỏ Lạc cảnh, cỏ Hoàng

Lạc, Lạc dại.)

PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm cỏ làm tiểu cảnh cho khuôn viên

3.2 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

- Giống vi sinh vật: Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular mycorrhizae và vi khuẩn nốt sần Rhizobium

- Thực vật: giống cây họ hòa thảo

- Một số nguyên liệu có thể dùng để làm nguyên liệu cho vật liệu sinh học: đất, than bùn, rơm rạ, phân rác

3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Thời gian: từ tháng 01/2015 – tháng 11/2015

Địa điểm: Học viện Nông Nghiệp Việt Nam

Cây cỏ: Cây lạc cảnh (Arachis pintoi)

3.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tuyển chọn giống Arbuscular mycorrhizae và lựa chọn cây chủ để nhân giống dùng cho sản xuất

- Tuyển chọn giống Rhizobium và xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu

- Xác định, lựa chọn và xử lý chất nền để sản xuất vật liệu sinh học

- Lựa chọn loại dinh dưỡng và xác định tỷ lệ bổ sung vào vật liệu sinh học

- Lựa chọn hạt giống hoặc cây con để sản xuất vật liệu sinh học

- Phối trộn vật liệu sinh học và kiểm tra chất lượng của vật liệu sinh học Các chỉ tiêu chất lượng chính (độ ẩm, pH, mật độ AM, hàm lượng dinh dưỡng chính)

- Xây dựng quy trình sản xuất vật liệu sinh học gồm các bước, trình tự chuẩn bị và tỷ lệ phối trộn của các nguyên liệu tối ưu phù hợp với các bước trong quy trình đảm bảo cho các giống vi sinh vật và hạt giống (hoặc cây con) sinh trưởng phát triển tốt trên đất nghèo dinh dưỡng

- Đánh giá hiệu quả của vật liệu sinh học bằng thí nghiệm đồng ruộng

3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

Nghiên cứu tài liệu liên quan đến nguyên liệu và công nghệ sản xuất vật liệu sinh học, giá thể, chất nền sử dụng từ các kênh:

- Báo, tạp chí khoa học;

- Các website, thông tin từ internet;

- Các ấn phầm nghiên cứu khoa học có liên quan;

- Sách và tư liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu

3.5.2 Phương pháp thu nhận bào tử từ vùng rễ của cây trồng theo phương pháp sàng ướt cải tiến

+ Mẫu đất được lấy ở vùng rễ ở độ sâu khoảng 15-20cm Cho mẫu đất hòa vào 1 lít nước Khuấy đều, loại bỏ tàn dư thực vật, bóp nhỏ những cục đất lớn

Để lắng 20 giây rồi đổ dung dịch qua bộ sàng với kích cỡ lỗ lần lượt từ trên xuống là 1.000 µm, 500 µm, 200 µm, 100 µm, 50µm Quá trình này được lặp lại

3 lần Những thành phần còn lại trên sàng được chuyển qua đĩa petri Dùng kính hiển vi soi nổi để quan sát và nhặt bào tử AM ra khỏi đĩa petri, bảo quản bào tử trong nước vô trùng ở 40C

+ Bào tử sau khi phân lập được phân loại theo phương pháp hình thái học theo hệ thống của Franke and Morton (1994);

+ Xác định hình dạng và kích thước bào tử: Bảng so sánh Morton (1988); + Màu sắc của bào tử được xác định bằng bảng màu chuẩn 4 nhân tố CMYB (Cyan/Mageta/Yellow/Black) (theo INVAM);

+ Số lượng bào tử AM: Xác định bằng phương pháp đo đếm trực tiếp (Brundett Mark và cộng sự)

3.5.3 Phương pháp phân lập vi khuẩn nốt sần Rhizobium

Mẫu nghiên cứu được lấy tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ các cây

họ đậu (lạc, đậu tương, điền thanh) và các cây họ hòa thảo (cỏ gừng, cỏ tranh, cỏ mần trầu) Đất vùng rễ được lấy trong phạm vi 15-20 cm theo Phillip J.M và

Hayman D.S (1970) Với cây họ đậu, lấy nguyên bộ rễ để thu nhận nốt sần

Phân lập các chủng giống vi khuẩn Rhizobium từ nốt sần cây họ đậu trên môi trường chuyên tính (YMA)

3.5.4 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Arbuscular mycorrhizae

Đánh giá hoạt tính sinh học của các chủng giống AM theo phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp (tỷ lệ nảy mầm, sự phát triển của hệ sợi và quá trình sinh trưởng của bào tử nấm rễ trong dung dịch chiết và khả năng cộng sinh trên cây chủ) Dung dịch dinh dưỡng được chiết theo tỷ lệ 1:10, phân vào các ô của hộp nuôi cấy bằng plastic (2ml/ô) Bào tử Arbuscular mycorrhizae được khử trùng bề mặt bằng Chloramin T và Streptomycin rồi rửa sạch bằng nước vô trùng trước khi nuôi cấy trong dung dịch chiết (1 bào tử/ô, theo dõi 10 bào tử/giống) trong điều kiện tối ở 250C Sau 30 ngày nuôi cấy, xác định số lượng bào tử theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau, sự phát triển của hệ sợi

và sự nảy mầm của bào tử nấm rễ (Nguyễn Thị Minh và cs., 2005, 2014)

Đặc tính đánh giá:

- Theo dõi quá trình sinh trưởng của bào tử theo 4 cấp độ:

+ Giai đoạn ban đầu (Kiểu A): Chưa hình thành sợi

+ Giai đoạn 2 (Kiểu B): Hình thành 1 sợi ngắn

+ Giai đoạn phát triển (Kiểu C): Sợi nấm bắt đầu phân nhánh

+ Giai đoạn trưởng thành (Kiểu D): Sợi nấm phân nhiều nhánh, hình thành các cấu trúc đặc trưng

- Theo dõi tỷ lệ nảy mầm của bào tử và sự phát triển của hệ sợi sau 30 ngày nuôi cấy theo 3 mức phân hạng:

+ Phát triển nhẹ (mức I): Bào tử phát triển một vài sợi

+Phát triển vừa phải (mức II): số lượng sợi nấm phát triển trung bình +Phát triển mạnh (mức III): sợi nấm sinh trưởng mạnh tới mức tối đa với nhiều cấu trúc đa dạng

3.5.5 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Rhizobium

Đánh giá hoạt tính sinh học của các chủng giống Rhizobium theo phương pháp nuôi cấy trực tiếp trên môi trường YMA ở các điều kiện khác nhau Giống Rhizobium được phân loại dựa trên phản ứng đổi màu trên môi trường YMA có chứa Bromothymol blue (20mg/l) do khả năng axit hóa hay kiềm hóa môi trường của chủng giống Rhizobium khi sinh trưởng và phát triển

(Saeki et al., 2005)

Khả năng cộng sinh của Rhizobium được đánh giá bằng thí nghiệm trên cát vô trùng và bổ sung dinh dưỡng không nitơ trên cây đậu xanh với 3 cây/chậu

và dịch vi khuẩn được nhiễm vào hạt với 10ml dịch vi khuẩn/chậu Điều kiện nhân sinh khối tối ưu của vi khuẩn Rhizobium được xác định bằng cách nuôi cấy trực tiếp trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau, xác định mật độ

vi khuẩn hình thành

3.5.6 Đánh giá khả năng cộng sinh trên cây chủ và lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ

Khả năng cộng sinh của các chủng nấm rễ được đánh giá thông qua việc

xử lý AM trên cây chủ bằng thí nghiệm chậu vại theo phương pháp của Viencent (1976) Thí nghiệm được bố trí với ba lần nhắc lại trong chậu đất vô trùng (100g) đối với cây họ hòa thảo đã lựa chọn

Hạt giống được khử trùng trong dung dịch NaClO 10%, rửa sạch bằng nước cất rồi cho nảy mầm trên giấy lọc ẩm trong đĩa petri vô trùng ở 250C Sau khi hạt nảy mầm và ra rễ khoảng 2 -3cm, cây con sẽ được đặt vào trong chậu đất

vô trùng (3 cây/100g đất) Đất được sàng qua rây 2mm và khử trùng 2 lần ở 800C trong nồi hấp trước khi sử dụng Bào tử AM được nhiễm vào hệ rễ của cây chủ với 10 bào tử/chậu Xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây chủ và sự thiết lập quan hệ cộng sinh của nấm rễ trên cây sau 30 ngày xử lý nấm rễ ở 250C; 12h sáng/ngày

Các chỉ tiêu theo dõi gồm: chiều cao cây, chiều dài rễ, trọng lượng thân tươi, trọng lượng rễ tươi

Tỷ lệ xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây chủ được xác định theo phương pháp phóng đại ô giao nhau của McGonigle (1990) và đếm số lượng bào tử tạo thành từ thí nghiệm chậu vại theo phương pháp sàng ướt cải tiến

Rễ cây được làm sạch, nhuộm bằng Trypan blue sau đó đem soi dưới kính hiển vi, tiêu bản đặt trên lam kính chia ô kích thước 1mm, đếm chiều dài rễ có cấu trúc AM và tổng chiều dài rễ, sau đó tính ra phần trăm xâm nhiễm

3.5.7 Phương pháp phân tích các tính chất (vật lý, hóa học, sinh học) của chất nền

Các chỉ tiêu (vi sinh vật, Cacbon hữu cơ tổng số, Nitơ tổng số, Photpho tổng số, Kali tổng số, pHH20, độ ẩm) của các nguyên liệu được lựa chọn làm chất nền được xác định bằng các phương pháp thông dụng trong phòng thí nghiệm theo TCVN