Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Vật Liệu Sinh Học Nhằm Cải 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 kiệnthích hợp cho AM và Rhizobium sinh trưởng và phát triển, phân bón NPK 15-0-15được bổ sung vào VLSH với tỷ lệ 15g

H C VI N NÔNG NGHI P VI T NAM ỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THANH NHÀN

NGHIÊN C U QUY TRÌNH S N XU T ỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT ẢN XUẤT ẤT

V T LI U SINH H C NH M TÁI T O TH M C ẬT LIỆU SINH HỌC NHẰM TÁI TẠO THẢM CỎ ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ẰM TÁI TẠO THẢM CỎ ẠO THẢM CỎ ẢN XUẤT Ỏ

LÀM TI U C NH CHO KHUÔN VIÊN ỂU CẢNH CHO KHUÔN VIÊN ẢN XUẤT

Chuyên ngành: Khoa h c môi tr ọc môi trường ường ng

Ng ường ướng dẫn khoa học: i h ng d n khoa h c: ẫn khoa học: ọc môi trường TS Nguy n Th Minh ễn Thị Minh ị 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 nghiêncứu 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

i

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, Bộmôn 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 mọiđiều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thànhluận văn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Nhàn

ii

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

iii

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

iv

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

v

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

YDANH MỤC HÌNH

vii

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

viii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

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

Đề tài này lợi dụng các đặc tính đó của nấm rễ và Rhizobium vào trong sản xuấtvật liệu sinh học, đi sâu vào nghiên cứu khả năng khai thác tối đa hiệu quả hiệp đồngcủa Arbuscular Mycorrhizae và Rhizobium để giúp tái tạo nhanh hơn cho thảm thực vậtnói 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 vàthử nghiệm tái tạo thảm thực vật tạo cảnh quan cho khuôn viên để tiến tới chuyển giaoquy 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 phụngđược 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 vàphù 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 đểsản xuất vật liệu sinh học

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

Quy trình sản xuất vật liệu được xây dựng gồm 5 bước chính: (i) Chọn và nhângiống AM và Rhizobium, (ii) xử lý chất nền, (iii) bổ sung dinh dưỡng, (iv) thêm hạtgiống (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 huyhiệu quả sử dụng sau 6 tháng sản xuất

ix

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 cáccông thức thí nghiệm Ở công thức sử dụng VLSH, cỏ sinh trưởng nhanh, trọng lượngthân, 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 gấp1,76 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 sinhtrưởng 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 khithí nghiệm thì nhận thấy VLSH đã làm cho tính chất đất chuyển biến nhẹ theo chiềuhướng tốt

Kết quả sử dụng VLSH mở ra triển vọng ứng dựng quy trình sản xuất VLSH vàothực 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,

x

THESIS ABSTRACT

Arbuscular mycorrhizal (AM) is an endosymbiotic fungi in plant roots bringsmany benefits to the host plants as increasing the growth and development of plantingcrops by enhancing the absorption of nutrients and improving the resistance to theadverse 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 ofmaximize exploiting the synergistic effect of AM and Rhizobium leading to restorefaster for revegetaion in general and grass greenery in particular, at the same time toland reclamation The purpose of this research is preliminary constructing theproduction process of biomaterial for revegetation and testing in revegetation grasswhich could make landscape, forward to transfer technology process in the practicalapplication

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 itincluding the conditions suitable for AM and Rhizobium growth and development, NPK15-0-15 be added at a rate of 15g/kg, give effect in stimulating the germination andgrowth 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) nutritionalsupplements, (iv) adding seeds (if planted by seeds) and (v) mixing and qualitychecking before using Results showed that biomaterial have stable quality and still giveefficient after 6 months production

xi

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

experimental station of faculty of Environment There was clearly difference in thegrowth and development of plants after 8 weeks observation at significant levels amongtreatments In the treatment using biomaterial, grass grow and develop fast, the stemweight, root weight and root colonization level and spores number significantly higherthan in the control, especially in the root growth parameters: root length in biomaterialtreatment was higher 1.76 times; root weight was higher 3.64 times; The colonizationrate was higher 9.35 times; The spores number was higher 7.91 times; The nodulenumber 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 Thoseresults prove that biomaterial has been promoting positive according to the initialhypothesis, bringing the growth and development of crops better Furthermore, theresults of quality soil before and after the tested experiment suggested that biomaterialgiven slight changes in soil properties in a good way

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

xii

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 mộtphần trong kiến trúc cảnh quan Theo Hàn Tất Ngạn (1999), cây xanh sử dụngtrong việc trang trí cho khuôn viên rất đa dạng từ mảng rừng, khóm cây, mảnghoa, 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 làmgiảm từ 40% đến 50% cường độ bức xạ mặt trời và hấp thụ 70% đến 75% nănglượng 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 củangười dân từ các thành phố vệ tinh hay nông thôn đến các đô thị này đã gây ramột 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 bởikhả 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 chịulại các điều kiện bất thuận, sinh trưởng tốt hơn (Smith and Read, 1997) và nhanhchóng tái tạo được thảm thực vật che phủ Bên cạnh đó Rhizobium là vi khuẩn cókhả 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 cứurộng 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 núilửa 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 tạiCalifornia (Mỹ) cũng đã thu được những kết quả đáng ghi nhận (MikeAmarathus, 2001) Trên thế giới, Rhizobium cũng được ứng dụng nhiều trongsản xuất phân đạm sinh học và phân hữu cơ vi sinh nhằm tăng năng suất câytrồng hay ứng dụng công nghệ Rhizobium cho keo lai, keo tượng tại 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 khẳngđịnh xử lý nấm rễ có tác dụng làm tăng khả năng sinh trưởng phát triển của câychủ 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 lợicủa 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 visinh 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 Sửdụng AM cũng làm tăng khả năng sinh trưởng phát triển của cây nông nghiệp vàlâm nghiệp, cả trong vườn ươm cũng như cây trưởng thành (Lê Quốc Huy vàNguyễn Minh Châu, 2006)

Như vậy có thể nói nấm rễ AM và Rhizobium đều đóng vai trò đặc biệtquan trọng trong sinh thái học của cây và đất, sự tăng cường sinh trưởng của cácloài vi sinh vật này sẽ giúp cho sự thiết lập một hệ sinh thái đa dạng, bền vững vàtrở 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 sinhvật này và ứng dụng chúng trong thực tế.

Xuất phát từ thực tiễn đó, với mong muốn phát triển kỹ thuật tạo cho đô thịViệt 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 cỏlàm 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, vikhuẩn 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 sinhhọc: 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 đặctính tốt của các chủng giống AM để thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của câytrồng 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 củatừng 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 pháttriển 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 bêtông hóa Diện tích mảng xanh còn lại trong đô thị khá ít ỏi, đề tài đã góp phầngiải quyết được vấn đề cấp thiết là với một diện tích eo hẹp nhưng cây trồng vẫnsinh 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 ởmột 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 phủtrên 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 vinghiên cứu của để tài thì thảm thực vật ở đây được hiểu là thảm cỏ che phủ Khônggian xanh là phần diện tích được bao phủ xanh (bằng cây, cỏ) trên mặt đất Tất cảcác 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 kháiniệm 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 hạnchế và cây xanh chuyên dụng trong đô thị

Cây xanh sử dụng công cộng đô thị là các loại cây xanh được trồng trênđường phố (gồm cây bóng mát, cây trang trí, dây leo, cây mọc tự nhiên, thảm cỏtrồng 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 kháctrong 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 biệnpháp giảm thiểu nguồn ô nhiễm thì việc sử dụng cây xanh có vai trò vô cùngquan 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 năngngăn chặn và lọc bức xạ mặt trời, ngăn chặn quá trình bốc hơi nước, giữ độ ẩmđất 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 dụngchống xói mòn, điều hoà mực nước ngầm Cây xanh còn có tác dụng hạn chếtiếng 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 kiếntrúc cũng như cảnh quan chung (Phạm Ngọc Đăng, 2014)

 Ngoài chức năng trang trí, tăng thêm vẻ đẹp thẩm mỹ cây xanh còn cótác 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 côngviên 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 tháikhác (hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái nông nghiệp ), cây xanh trong hệ sinh thái đôthị 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 lọcbụi Ở các đô thị, lượng bụi phát sinh là tương đối lớn, khi gió thổi không khíxuyên qua cây xanh, hàm lượng bụi trong không khí sẽ được các lá cây giữ lạiphần lớn làm cho không khí trong sạch hơn Cây càng rậm rạp và lá càng xù xìthì bụi càng dễ bám Khi lá cây đã bám đầy bụi trời mưa sẽ rửa sạch lá và lá lạitiếp tục chu kỳ lọc bụi của mình Tổng lượng bụi được bám giữ trên một cây cótán lá lớn, rậm có thể đạt từ 10 – 30 kg Nồng độ bụi trong không khí thổi quacây 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 hấpthụ khí CO2 và nhả oxy góp phần làm giảm thiểu khí nhà kính Bên cạnh đó, hơinước thoát ra từ các lỗ khí khổng sẽ làm giảm nhiệt độ không khí nóng bức xungquanh Vì vậy, so với vùng đất trống không trồng cây, nhiệt độ không khí ở vùngcây xanh ban ngày thấp hơn từ 1-30C, hàm lượng oxy trong không khí lớn hơn tới20%, độ ẩm tăng từ 2-5% Do đó, mỗi người dân đô thị đều cần có một diện tíchkhông gian xanh nhất định (10m2 đối với cây xanh và 25m2 đối với thảm cỏ) đểđảm 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 conngười Phạm vi hoạt động của kiến trúc cảnh quan liên quan đến thiết kế kiếntrúc, thiết kế tổng mặt bằng, phát triển bất động sản, bảo tồn và phục chế môitrường, thiết kế đô thị, quy hoạch đô thị, thiết kế các công viên và các khu vựcnghỉ 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 Nóbao 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 rađời (giữa thế kỷ XIX) đó là nó đặt khái niệm “môi trường” làm trung tâm nghiêncứu (environment is the core concept), khác với quan điểm của nhà quy hoạch vàkiến 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 tăngthẩm mỹ cảnh quan, tạo ra sự phong phú về hình khối, màu sắc Hơn thế, cáccông 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 tíchcây 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 đạtkhoảng 2m2/người, bằng 1/10 chỉ tiêu cây xanh của các thành phố hiện đại trênthế 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 rấtnhiều 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 rấtgần 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 thứcxanh hóa mái nhà tại các trung tâm thương mại nhằm thu hút du khách đồng thờicải thiện môi trường cho cư dân và người lao động tại đây Chính quyền thànhphố khuyến khích người dân trồng cây trên mái nhà và biến tường công sở thànhnhững 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 lêntới 2.600m2 trên nóc tòa nhà MCentral ở phố Harris, khu Pyrmont, thành phốSydney…

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

Tại quốc đảo Singapore, mỗi đường phố của đảo quốc này trồng một loạicây với chiều cao được khống chế và cắt tỉa tạo dáng phù hợp Cây xanh thân gỗche 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 khônggian xanh mát của quốc gia này Dọc theo những đại lộ chính của Singapore lànhững hàng cây me Tây đã nhiều tuổi, có độ che phủ và tỏa bóng rộng đến 30mđường kính Điểm đặc biệt của loại cây này ban ngày lá cây xanh tươi nhưng chiềutối khép lại và hoa tỏa hương đêm Những nhà thiết kế cây xanh thành phố này đãtận dụng đặc điểm của loại cây nhằm tận dụng bóng mát vào ban ngày và hạn chếviệc 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 vềthuế để phát triển các dự án về môi trường và sinh thái Hồ và công viên ở nơiđây 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 30năm, Curitiba đã tăng không gian xanh trung bình từ 1m2/người lên 52m2/người vàcon số này hứa hẹn vẫn sẽ tiếp tục tăng Nhân dân thành phố cùng nhau trồng 1,5triệu cây xanh dọc theo đường cao tốc của thành phố Thuế tài sản được loại bỏhoàn 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 nétđẹp 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, vườnmái, vườn ở bất cứ nơi đâu để đi đâu cũng là màu xanh thiên nhiên Với 300công viên và 9.000 ha cây xanh, diện tích cây xanh ở Singapore chiếm xấp xỉ50% 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 giakhác noi theo, trong đó có Việt Nam Thực tế, một số khu đô thị tại Việt Nam đãứng dụng bài học thực tiễn đó vào việc xây dựng, quy hoạch các khu dân cư Câyxanh 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 vàkhu dân cư mới (Hồng Vân, 2015)

Hiện nay, không gian xanh đã trở thành tiêu chí để đánh giá chất lượngcuộc sống và văn minh đô thị tại Việt Nam Điều này thể hiện tại các khu đô thịmới, chung cư, cao ốc văn phòng… những nơi này có giá trị hơn, thu hút kháchhàng hơn là nhờ vào cảnh quan môi trường, nhờ vào những mảng xanh trongkhông 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 hơn70.000m2, công viên nối dài ở khu dân cư Nam Viên có tổng diện tích khoảng45.000m2 thì Phú Mỹ Hưng còn có hệ thống các công viên, mảng xanh có diệntích từ 1.000m2 đến 80.000m2 cùng hàng trăm công viên nội khu Đây vừa làđiểm đến thư giãn cho cư dân vừa là những con đường kết nối người dân từ nhàđến 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 trúcvới 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 làhướng đến việc tổng hợp, tối ưu hóa, xác định đặc tính, thử nghiệm và đánh giáđặc điểm sinh học của các tương tác vật chủ - vật liệu Hầu hết các VLSH gây ramột phản ứng sinh học không đặc hiệu và rập khuôn Hiện nay, các nhà khoa họcđang nỗ lực hướng đến việc phát triển các bề mặt đã được kĩ nghệ để có thể phùhợp 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 vớinhau 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 trongđiều 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 câytrồng, đất và phân bón Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự thamgia trực tiếp hoặc gián tiếp của VSV: mùn hóa, khoáng hóa, giải phóng chất dinhdưỡng 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 tròquan 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 quátrình cố định đạm hay phân hủy các chất khó tiêu thành các chất dễ tiêu cho câytrồng sinh trưởng, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản…Việclựa chọn giống VSV để bổ sung vào VLSH phải đảm bảo yêu cầu, đó là cácchủng VSV có ích đã được tuyển chọn có hoạt lực, khả năng cạnh tranh cao, cómật độ đạt tiêu chuẩn quy định và không có khả năng gây hại Việc sử dụng đặcbiệt 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 chovận chuyển, bảo quản, sử dụng và duy trì hiệu lực của VLSH Chất nền phải chứamột lượng dinh dưỡng nhất định, đảm bảo cung cấp được dinh dưỡng để VSVtồn tại Không được chứa chất có hại cho VSV, cho người, động thực vật, môitrường 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, rácthải) (Nguyễn Như Hà, 2011)

Chất mang dạng vô cơ đều là các dạng phân lân thiên nhiên, chỉ đượcdùng 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 tạođất Tuy nhiên hiệu lực của phân lân tự nhiên phụ thuộc vào độ mịn của phân và kéodài qua nhiều vụ, phân này chỉ phát huy được hiệu quả khi bón đủ đạm và các loạiphân 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 cóphản ứng trung tính hay kiềm yếu, có tác dụng cải tạo đất khá toàn diện nhưngcần 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 chấttrong phân đều ở dạng khó tiêu cho cây trồng Nếu sử dụng loại phân này khó cóthể đáp ứng được điều kiện dinh dưỡng của cây trồng đặc biệt là thời kỳ sinhtrưởng 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 Tuynhiên việc lựa chọn chất phụ gia để bổ sung vào VLSH phải chú ý tính phù hợpđối 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, loàicây khác nhau, thậm chí theo mùa khác nhau và thường tụ tập quanh rễ cây Hầuhết các loài thực vật khai thác tiềm năng đất trồng nhờ sự giúp ích của các VSVtrong đó có một số loài nấm gọi là Mycorrhizae (nấm rễ) Từ Mycorrhizae là mộtthuật 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 từtên 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 vậtcũng nhận được dinh dưỡng và nước cần thiết, chúng giúp nhau cùng có lợi Nấm rễxuất 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 thấphơn 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 kiểunấm bao quanh rễ dinh dưỡng chưa hóa gỗ, không xuyên qua mô tế bào mà chỉ kéodài giữa các vách tế bào Đặc trưng cơ bản của chúng là sợi nấm phát triển trên bềmặt rễ được gọi là những sợi khuẩn ty của bề mặt rễ Các sợi khuẩn ty không ăn sâuvào trong các tế bào gốc nhưng phát triển một mạng trong không gian ngoại bàođược gọi là Hartig Do tác động của Mycorrhizae bộ rễ ngắn, to, giòn và có màu sắckhác 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 dễnhận biết bằng mắt thường Hầu hết sự kết hợp Ectomycorrhizae được hình thànhgiữa nấm cộng sinh với cây nấm (mushroom) và giữa nấm cộng sinh với cây gỗ lớntrong 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 vàarbuscules 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 giữnguyên Tuy nhiên, sợi nấm vẫn kéo dài giữa gian bào nhưng không hình thànhmạng 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 2loại là không có vách ngăn và có vách ngăn (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị DạThảo, 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 trênthực 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 bêntrong 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 tạothành từ sợi nấm trong đất hoặc rễ

+ Sợi nấm: Mạng lưới sợi nấm trong đất có hình dạng sợi mỏng, chức năngcủa 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 khidinh dưỡng đã cạn và sự kết hợp giữa nấm và cây chủ bị già yếu Bào tử chứađựng lipid, tế bào chất và nhiều nucleid

+ Sợi nấm: Sự kết hợp Mycorrhiza bắt đầu bằng sự nảy mầm của bào tửkhi có sự hiện diện của rễ Sợi nấm có khả năng phát triển giới hạn, chúng sẽ chếtsau vài tuần khi nảy mầm mà không gặp rễ ký chủ Chúng có nhiệm vụ hấp thuchất 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 triểnmạnh 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 làchỗ 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 truyềngiống (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 triểnbên trong tế bào và hình thành những cấu trúc dạng bụi (arbuscules) hay dạngbọng (vesicules) Cấu trúc Arbuscules do các cành nhánh của sợi nấm được baogọn bên trong huyết tương của tế bào nguyên vẹn của cây chủ và làm tăng bề mặttiếp xúc của sợi nấm và nguyên sinh chất của tế bào rễ giúp cho việc trao đổi dinhdưỡng 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 kểnhư 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 củanấm đã liên kết chặt chẽ với tế bào rễ Ngược lại, cây nhận được nhiều khoángchất 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 thànhthêm nhiều điểm xâm nhập vào rễ hơn Chúng cũng phát triển đi vào sợi đất, sợinấm kết các hạt đất lại Smith (1990) đã chỉ ra rằng chiều dài sợi nấm phát triểntrong đất ước lượng trung bình là khoảng 1m sợi nấm trên 1cm rễ Mạng lưới sợinấm này có thể mở rộng hàng nghìn centimet bên ngoài từ bề mặt rễ cây, đi quakhu vực cạn kiệt dinh dưỡng cho rễ hấp thu những khoáng kém linh động từtrong đất cung cấp cho cây trồng (Smith, 1990)

- Vai trò của cây chủ đối với nấm rễ: Chủ yếu là nấm rễ lấy nguồn dinhdưỡng Cacbon từ cây chủ để sinh trưởng và phát triển Bên cạnh đó, rễ của câychính 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 sốngthực vật ở cạn, chúng có vai trò thực tiễn trong nền kinh tế, khoa học và các chutrình 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 hấpthu 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 tăngkhả năng hòa tan các chất như P, Fe để cây hấp thụ Quá trình lấy dinh dưỡng củacây trồng dễ dàng hơn và cây không đòi hỏi nhiều phân bón Nấm rễ tạo thành mộtmạng 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 rễcây, 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 nấmtrong đất giúp rễ cây có thể hấp thu dinh dưỡng tốt hơn, vì vậy mà làm gia tăngkhả 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 vớicác ion Fe, Al, Na cố định trong đất tạo thành các P không tan, cây trồng khônghấp 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 Pkhông 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 nhữngnghiên 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 đấtđến phân bố AMF, Augree (2001) nhận thấy: Mức độ đa dạng AMF tỷ lệ thuậnvới phần trăm lượng chất hữu cơ và tỷ lệ nghịch với hàm lượng Ca, Mg và Ptrong 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 đấtchính 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 vớiloài không có nấm rễ Nấm rễ xâm nhập vào đất tốt hơn so với rễ cây vì sợi củachúng 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 dinhdưỡng, sợi nấm cũng cho phép gia tăng hấp thu nước Hơn nữa mạng lưới sợinấm rộng rãi cũng ngăn chặn sự tấn công của bệnh hại đến rễ, gia tăng sự chốngchịu hạn và dịch hại Bên cạnh đó, AM làm giảm bớt tác hại do kim loại nặnggây ra, nấm AM tập hợp kim loại trong vùng rễ lại và làm thay đổi khả năng hấpthu kim loại của cây trồng Khi trồng rừng trên núi đá vôi, tỷ lệ sống của cây connhiễm nấm cộng sinh tăng 14% trong điều kiện khô hạn tuyệt đối Khả năngchống chịu các điều kiện khác cũng tăng như chống mặn, nhiệt độ, độ ẩm, pHcực đoan, (Trần Văn Mão, 1999)

+ Tăng khả năng kháng bệnh của cây trồng: Bệnh thực vật có thể đượckiểm soát bằng các thuốc đối kháng làm giảm mầm bệnh Nấm AM và tương táccộng sinh của chúng với thảm thực vật làm giảm bớt thiệt hại gây ra bởi các tácnhân 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 đấtkết lại với nhau làm cấu trúc đất được cải thiện Bên cạnh đó, nó tiết ra axit mùnlàm cho đất tơi xốp hơn Sự hiện diện của Mycorrhizae cũng làm tăng tính đadạng và mật độ VSV đất, nó tạo nên một hệ sinh thái đất khỏe mạnh Hệ sinh tháiđất khỏe mạnh là tất cả những điều kiện để cây trồng được gia tăng chu trìnhdưỡng chất, gia tăng mối liên hệ giữa không khí và nước và quan trọng là khánglại 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 thấyhầu 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 kínhgốc cây, số lá, chiều cao và chiều dài rễ AM không có nhiều tác dụng đến tỷ lệnảy 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 từđất 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 ứngdụng của chúng trong thực tế đồng ruộng như đa dạng sinh học, nông nghiệp bềnvững, 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 cộngsinh với hầu hết các thực vật trên cạn bao gồm cả cây trồng nông nghiệp, ngũcốc, rau quả và vườm ươm Có tới hơn 80% các loại cây trồng trong tự nhiênhình thành cộng đồng nấm rễ Do vậy, sự ứng dụng nấm rễ AM là một xu hướngphổ biến trong nông nghiệp (Brundrett MC, 2002)

Nấm rễ thường được xử lý cho hạt giống hoặc cây con trước khi gieotrồng với nhiều loại cây nông nghiệp (lúa, lúa mỳ, ngô, khoai, đậu tương, cỏ linhlăng ) giúp tăng cường khả năng sinh trưởng, phát triển của cây, tăng khả năngkháng sâu bệnh dẫn tới năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên (M.A.UMridha, 2003)

Ở các nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ đã phổ biến đưa nấm rễnày vào quy trình trồng trên cây tiêu, cây cao su, cà phê, cọ dầu, các loại cây ănquả 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 trongngành khoa học môi trường hiện đại, từ những khía cạnh cơ bản để ứng dụngtrong lâm nghiệp và trong phục hồi các hệ sinh thái có hoạt động khai thác bềmặt tạo ra các khu vực rất lớn đất bị xáo trộn ở nhiều nơi trên thế giới và có mộtnhu cầu cấp thiết cần cải tạo lại đất và tái tạo hệ thống cây trồng trên những vùngđất 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 táitạo thảm thực vật nhằm mục đích thiết lập một hệ sinh thái bền vững đã đượcnghiên cứu rộng rãi và hiệu quả của chúng đã được chứng minh

Tại Banglades, đất rừng thường là đất nghèo photpho và các chất dinhdưỡng 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 cáccây ở giai đoạn phát triển tại vườm ươm đã có tác dụng nâng cao sự phát triểntổng 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 rừngcũng đã được ghi nhận thành công (Takhuya Marumoto and Zakuo Yamato,2011), (Zaki Anwar Siddidui, 2008) Tại Nhật Bản, GS Marumoto và cộng sự đãnghiên cứu thành công tấm phủ sinh học chống xói mòn đất và tái tạo thảm thựcvât 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 nhưphủ 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 Marumotoand 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 vàgiữ được sự phát triển đồng nhất của cỏ với màu sắc tươi và tránh được nhữngnguồn 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 đượcquan tâm hơn cả Sự cộng sinh nấm rễ đã giải quyết được vấn đề này nhờ vai tròcủa nấm rễ trong việc hấp thụ và chuyển hóa chất dinh dưỡng cho cỏ, cải thiệnkhả năng hút nước cho cỏ nhờ sự phát triển hệ rễ giúp tăng cường sự chống chịungay trong điều kiện khô hạn Dự thảo Mike Amarathus 27/09/2011 đã đưa racông nghệ ứng dụng nấm rễ xử lý cho cỏ Bermuda để xây dựng và bảo trì sângolf tại Califonia và Oregon (Mỹ) đã giúp cải thiện, tăng cường phát triển sức đềkháng của cỏ trên sân golf, là biện pháp quản lý sân golf để cải thiện tình trạngcủa cả sân golf và đất Nhờ đó bảo vệ được cấu trúc đất, giảm thời gian và chi phícho công việc bảo trì, giảm lượng phân bón và nước tưới sử dụng, đồng thờinâng cấp được sân golf và chống hạn hán Công nghệ xử lý nấm rễ cũng được ápdụng rộng rãi trong việc cải tạo nhiều bãi cỏ và thành công ở nhiều nơi như RealClub de Golfde Sotogrande, Club de Golf El Zaudin (Seville) và La Cala Golf ởTây 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

Việt Nam

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã bắt đầuquan tâm và tiến hành nghiên cứu về nấm rễ Mycorrhizae và khả năng ứng dụngcủa 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 cộngsinh 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 câykhác nhau mật độ bào tử nấm nội cộng sinh và thành phần loài nấm cộng sinhtồn tại trong đất khác nhau Cây chủ đóng vai trò nhất định trong sự tồn tại vàphát triển của những loài nấm nội cộng sinh Mật độ nấm tập trung nhiều ở tầngđất mặt có độ sâu 0 – 10 cm, khi xuống sâu hơn mật độ giảm rõ rệt Kết quảkhẳng định tiềm năng nấm nội cộng sinh trong đất là rất lớn (Nguyễn ThịHoàng Yến và cs., 2005)

Nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2005, 2007, 2014) đã tiến hành phânlập AM trên một số thực vật trên đất phù sa sông Hồng và đất bạc màu gồm cácloại cây họ đậu, họ hòa thảo, cây ăn quả, cây họ cúc và cũng thu được các giốngnấm 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 khảnăng chống chịu cao với các điều kiện bất lợi của môi trường sống, giúp tái tạothành công thảm thực vật.

Phan Quốc Hưng và cs (2010) đã sử dụng nấm rễ là một trong các loạisinh 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 đấtgiúp 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 quảnghiên 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 trongmôi trường đất thì cây sinh trưởng rất yếu, chiều cao cây thấp, diện tích lá nhỏ, láchậm 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 sinhhọc với thành phần chính: Nấm Mycorrhizae 250 – 300 bào tử/ 10g với công dụnggiúp 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 cácbệnh ở rễ, chống chịu các điều kiện bất lợi cho đất như chua, mặn và khô hạn Cóthể áp dụng cho tất cả các loại cây trồng Bón trực tiếp vào bộ rễ ở các giai đoạn haylàm 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 Lâmnghiệp – Viện khoa học Lâm nghiệp) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất thửnghiệm chế phẩm nấm rễ ECM dưới dạng viên nang, thử nghiệm một số dungdịch bảo quản chế phẩm và đánh giá hiệu quả cộng sinh của chế phẩm dạng viênnang với cây sao đen trong vườn ươm và ngoài đồng ruộng Kết quả nghiên cứucho 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 khiếtsản 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 viênnang này có nhiều ưu điểm hơn các dạng khác Sợi nấm được bọc trong thể keoalginate nên có khả năng tránh được sự tấn công của các vi sinh vật khác (Tạpchí 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 táitạo thảm thực vật làm đẹp cho cảnh quan đô thị nhờ các vật liệu sinh học đượcsản 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 tạothành nốt sần nên được gọi là vi khuẩn nốt sần Vi khuẩn Rhizobium thuộc loại vikhuẩn hiếu khí, có dạng hình que, kích thước 0,5 – 0,9 x 1,2 – 3 µm Khi còn non cókhả 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 vikhuẩn nốt sần thành hai nhóm chính:

+ Nhóm axit hóa môi trường: Nhóm vi khuẩn này trong quá trình sinhtrưởng 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 sinhtrưởng 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 kiệnthuận lợi vi khuẩn Rhizobium sinh sản rất nhanh Chúng tiết ra một số hoạt chấtlàm 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 xâmnhiễm 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 vậnchuyển chất dinh dưỡng đến nốt sần và đưa đạm từ quá trình cộng sinh cố địnhnitơ khí quyển đến các bộ phận của cây (Ngô Thế Dân và cs.)

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

Ở Mỹ, năm 1895 lần đầu tiên người ta đã sản xuất được nitragin – phân visinh từ vi khuẩn nốt sần để đưa vào ứng dụng trong nông nghiệp Số lượng phân

vi khuẩn nốt sần sản xuất ở Mỹ hằng năm có thể xử lý cho 650 nghìn tấn hạtgiống cây họ đậu (Erdman, 1962) Năm 1968, hơn 70% diện tích trồng đậu đãđược xử lý bằng chế phẩm vi sinh vật cố định đạm

Thái Lan là nước sử dụng phân bón vi khuẩn nốt sần nhiều nhất ĐôngNam 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 sầnvẫn còn nhiều hạn chế như: chưa có nhà máy sản xuất chế phẩm với quy mô lớn đểứng 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 loạicây 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 thểchế biến thành bột có giá trị dinh dưỡng và trộn lẫn với các thức ăn khác Hoakhô cũng có thể sử dụng như chè Cây đậu mèo (Mucuna prurient thuộc họ đậuFebaceae) có nguồn gốc nhiệt đới châu Phi và châu Á Ở Việt Nam, đậu mèo làcây bản địa phân bố ở các tỉnh miền núi, đặc biệt từ Quảng Bình trở ra Cây cóhàm lượng dinh dưỡng cao, đặc biệt là protein, lipit, khoáng và vitamin, có giá trịtương đương đậu tương Đa số các giống đậu mèo đạt 40-50 quả/cây, 5-7hạt/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 trongmục tiêu phát triển nguồn nguyên liệu thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam (Lê KhảTường (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 vikhuẩn 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 nhângiống 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 dưỡngchính)

- Xây dựng quy trình sản xuất vật liệu sinh học gồm các bước, trình tựchuẩn bị và tỷ lệ phối trộn của các nguyên liệu tối ưu phù hợp với các bước trongquy trình đảm bảo cho các giống vi sinh vật và hạt giống (hoặc cây con) sinhtrưởng 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 vậtliệu 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 hòavào 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 trênxuống 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 kínhhiển vi soi nổi để quan sát và nhặt bào tử AM ra khỏi đĩa petri, bảo quản bào tửtrong nước vô trùng ở 40C

+ Bào tử sau khi phân lập được phân loại theo phương pháp hình thái họctheo 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 tốCMYB (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, cỏmần trầu) Đất vùng rễ được lấy trong phạm vi 15-20 cm theo Phillip J.M vàHayman 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 phápđánh giá đặc tính sinh học trực tiếp (tỷ lệ nảy mầm, sự phát triển của hệ sợi vàquá trình sinh trưởng của bào tử nấm rễ trong dung dịch chiết và khả năng cộngsinh trên cây chủ) Dung dịch dinh dưỡng được chiết theo tỷ lệ 1:10, phân vàocác ô của hộp nuôi cấy bằng plastic (2ml/ô) Bào tử Arbuscular mycorrhizaeđược khử trùng bề mặt bằng Chloramin T và Streptomycin rồi rửa sạch bằngnước vô trùng trước khi nuôi cấy trong dung dịch chiết (1 bào tử/ô, theo dõi 10bào tử/giống) trong điều kiện tối ở 250C Sau 30 ngày nuôi cấy, xác định sốlượng 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 thànhcác 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 vớinhiều 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 theophương pháp nuôi cấy trực tiếp trên môi trường YMA ở các điều kiện khácnhau Giống Rhizobium được phân loại dựa trên phản ứng đổi màu trên môitrường YMA có chứa Bromothymol blue (20mg/l) do khả năng axit hóa haykiềm hóa môi trường của chủng giống Rhizobium khi sinh trưởng và phát triển