Luận văn thạc sĩ sinh học nghiên cứu khả năng sinh trưởng và cải tạo đất bãi thải mỏ than quảng ninh của keo tai tượng (acacia mangium) với nấm rễ nội cộng sinh am (arbuscular mycorrhiza) tại vƣờn ươm

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
==========***==========

VŨ QUÝ ĐÔNG

ai

Th

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH TRƢỞNG VÀ CẢI
TẠO ĐẤT BÃI THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH CỦA
KEO TAI TƢỢNG (Acacia mangium) VỚI NẤM RỄ
NỘI CỘNG SINH AM (Arbuscular mycorrhiza)
TẠI VƢỜN ƢƠM

n

ye

gu

N

ity

rs

ve

ni

U
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2016
0


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành Luận văn, tơi đã nhận
đƣợc nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô, các anh chị và gia đình.
Với tất cả tấm lịng chân thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê
Quốc Huy, Bộ môn Vi sinh,Viện Nghiên cứu Sinh thái và Môi trƣờng rừng, Viện
Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hƣớng dẫn tơi
thực hiện nghiên cứu, góp ý và sửa chữa để tơi hồn thiện Luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Vi
sinh vật, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, những ngƣời Thầy đã giúp đỡ, động
viên tôi trong suốt quá trình học tập, tạo mọi thuận lợi cho tơi trong q trình thực hiện

Th

và hồn thành Luận văn này.

ai

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo sau Đại Học Viện

N

Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều

ye

gu

kiện thuận lợi, hƣớng dẫn,giúp đỡ tôi thực hiện Luận văn này.

n

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ thuộc Viện Nghiên cứu Sinh thái và
Môi trƣờng rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã dành cho tôi sự giúp đỡ

U

ni

quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.

rs

ve

Xin cảm ơn các bạn đã động viên, ủng hộ tôi trong q trình học tập.

ity

Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất tới gia đình thân yêu của
tôi,những ngƣời đã luôn ở bên tôi, ủng hộ, động viên và là chỗ dựa vững chắc để tôi
yên tâm học tập hồn thành khóa học này./.
Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2016

Tác giả Luận văn

Vũ Quý Đông

i


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Các số liệu và kết quả trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác./.
Tác giả Luận văn

Vũ Quý Đông

ai

Th
n

ye

gu

N
ity

rs

ve

ni

U
ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3
1.1. Tổng quan về xử lý phục hồi bãi thải khai thác mỏ bằng giải pháp công nghệ
sinh học môi trƣờng (Bioremediation) kết hợp công nghệ vi sinh vật và thực vật ..... 3
1.1.1. Trên Thế giới.......................................................................................................... 3
1.1.2. Tại Việt Nam .......................................................................................................... 4
1.2. Tổng quan về nấm rễ nội cộng sinh AM (Arbuscular mycorrhiza) .................. 5
1.2.1. Khái niệm ............................................................................................................... 5
1.2.2. Đặc điểm của Nấm rễ nội cộng sinh AM (Arbuscular mycorrhiza) ...................... 7

Th

1.2.3. Vai trò của nấm rễ nội cộng sinh đối với thực vật và môi trường, hệ sinh thái .. 10

ai

1.2.4. Nghiên cứu và ứng dụng về nấm rễ nội cộng sinh AM trên Thế giới và Việt Nam12

gu

N

1.2.4..1. Thế giới ......................................................................................................... 12
1.2.4..2. Việt Nam ....................................................................................................... 16

ye

1.3. Cây Keo tai tƣợng (Acacia mangium) ............................................................. 21

n

1.3.1. Đặc điểm phân loại và hình thái.......................................................................... 21

U

ni

1.3.2. Đặc tính sinh học, sinh thái và sử dụng............................................................... 22

ve

1.3.3. Tổng quan nghiên cứu gây trồng cây Keo tai tượng ........................................... 23

ity

rs

CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................ 25
2.1. Mục tiêu ........................................................................................................... 25
2.2. Nội dung chính ................................................................................................. 25
CHƢƠNG 3: ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 26
3.1. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................ 26

3.2. Vật liệu ............................................................................................................. 27
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 27
3.3.1. Phương pháp thực hiện ngoại nghiệp .............................................................. 27
3.3.2. Phương pháp nội nghiệp .................................................................................. 31
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ..................................................................... 35
4.1. Kết quả đánh giá hiện trạng một số bãi thải mỏ than (Bãi thải Chính Bắc, Bãi
thải Nam Đèo Nai) tại tỉnh Quảng Ninh .................................................................... 35
iii


4.1.1. Hiện trạng bãi thải mỏ than ở Quảng Ninh ..................................................... 35
4.1.2. Hiện trạng bãi thải các bãi thải mỏ than ......................................................... 35
4.1.2.1.

Mức độ ô nhiễm ......................................................................................... 36

4.1.2.2.

Các giải pháp cải tạo bãi thải mỏ than tại Quảng Ninh ........................... 37

4.1.3. Hiện trạng bãi thải mỏ than Chính Bắc và Nam Đèo Nai ............................... 40
4.1.3.1.

Biện pháp cải tạo ...................................................................................... 43

4.1.3.2.

Công tác trồng cây phủ xanh bãi thải Nam Đèo Nai ................................ 43

4.1.3.3.

Cơng tác trồng cây phủ xanh bãi thải Chính Bắc ..................................... 44

4.1.3.4.

Bản đồ hiện trạng ...................................................................................... 45

ai

Th

4.2. Kết quả Nghiên cứu khả năng sinh trƣởng và cải tạo đất bãi thải mỏ than (Bãi
thải Chính Bắc, Bãi thải Nam Đèo Nai) tại tỉnh Quảng Ninh của Keo Tai tƣợng ở
vƣờn ƣơm................................................................................................................... 48

N

4.2.1. Đánh giá về mặt sinh trưởng của cây Keo tai tượng ....................................... 48

gu

4.2.2. Đánh giá yếu tố cải tạo môi trường đất bãi thải của cây Keo tai tượng ......... 49
Các chỉ tiêu cơ bản của đất bãi thải than ................................................. 49

4.2.2.2.

Các chỉ tiêu Kim loại nặng (Pb,As,Cd) của đất bãi thải than .................. 50

n

ye

4.2.2.1.

U

rs

ve

ni

4.3. Kết quả Nghiên cứu ảnh hƣởng của Nấm rễ nội cộng sinh AM tới khả năng
sinh trƣởng và cải tạo đất bãi thải mỏ than (Bãi thải Chính Bắc, Bãi thải Nam Đèo
Nai) tại tỉnh Quảng Ninh của Keo Tai tƣợng ở vƣờn ƣơm ....................................... 51

ity

4.3.1. Đánh giá về ảnh hưởng của Nấm rễ nội cộng sinh AM tới khả năng sinh
trưởng của cây Keo tai tượng .................................................................................... 51
4.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm AM tới yếu tố cải tạo môi trường đất bãi
thải than của cây Keo tai tượng ................................................................................ 53
4.3.2.1.

Các chỉ tiêu cơ bản của đất bãi thải than ................................................. 53

4.3.2.2.

Các chỉ tiêu Kim loại nặng (Pb,As,Cd) của đất bãi thải than .................. 54

4.4. Thảo luận.......................................................................................................... 55
4.4.1. So sánh sinh trưởng của Keo tai tượng trên đất bãi thải than khi bón nhiễm
AM in vitro và khơng bón nhiễm AM......................................................................... 55
4.4.2. So sánh khả năng cải tạo môi trường của Keo tai tượng trên đất bãi thải than
khi bón nhiễm AM in vitro và khơng bón nhiễm AM ................................................. 57
4.4.2.1.

Tăng cường dinh dưỡng và cải tạo chỉ tiêu lý hóa tính đất ...................... 57
iv


4.4.2.2.

Giảm ô nhiễm kim loại nặng trong đất ..................................................... 59

4.4.2.3.

Tăng cường cộng sinh cố định đạm Rhizobium và vi khuẩn phân giải lân62

4.4.2.4.

Tăng cường cộng sinh AM và mật độ IP trong đất (đơn vị xâm nhiễm AM)64

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .................................................................... 67
5.1. Kết luận ............................................................................................................ 67
5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 68
Tài liệu trong nƣớc ........................................................................................................ 68
Tài liệu nƣớc ngoài ........................................................................................................ 69
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 74

ai

Th
n

ye

gu

N
ity

rs

ve

ni

U
v


BẢNG NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Viết tắt

Viết đầy đủ

1

AM

Arbuscular mycorrhiza

2

OTC

Ô tiêu chuẩn

3

PAHs

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

4

RGR

Relative Growth Rates

5

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

6

TKV

Tập đồn Cơng nghiệp Than – Khống sản Việt nam

VAM

Vesicular arbuscular mycorrhiza

VM

Vesicular mycorrhiza

n

ye

gu

N

8

ai

7

Th

STT

ity

rs

ve

ni

U
vi


DANH MỤC BẢNG
STT

Bảng

Trang

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật bãi thải Nam Đèo Nai và Chính Bắc

41

2

Bảng 4.2: Sinh truởng đuờng kính, chiều cao keo và thơng nhựa tại
hai bãi thải nghiên cứu

45

3

Bảng 4.3: Diện tích rừng và thảm thực vật tại hai bãi thải Chính
Bắc và Nam Đèo Nai

46

4

Bảng 4.4: Kết quả đánh giá sinh trưởng của cây Keo tai tượng trên
đất bãi thải Nam Đèo Nai và bãi thải Chính Bắc giai đoạn vườn
ươm

48

5

Bảng 4.5: Kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ bản của đất bãi thải
than trước và sau khi trồng Keo tai tượng

49

6

Bảng 4.6: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kim loại nặng của đất bãi
thải than trước và sau khi trồng Keo tai tượng

50

7

Bảng 4.7: Kết quả đánh giá sinh trưởng của cây Keo tai tượng kết
hợp bón nhiễm chế phẩm AM in vitro trên đất bãi thải Nam Đèo Nai
và bãi thải Chính Bắc giai đoạn vườn ươm

52

8

Bảng 4.8: Kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ bản của đất bãi thải
than trước và sau khi trồng Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm chế
phẩm AM in vitro

53

9

Bảng 4.9: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kim loại nặng của đất bãi
thải than trước và sau khi trồng Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm
chế phẩm AM in vitro

55

10

Bảng 4.10: Kết quả so sánh sinh trưởng của Keo tai tượng trên đất
bãi thải than khi bón nhiễm chế phẩm AM in vitro và khơng bón
nhiễm chế phẩm AM in vitro

56

11

Bảng 4.11: Kết quả phân tích chỉ tiêu PAHs của các mẫu đất bãi
thải than trước và sau khi thí nghiệm

61

12

Bảng 4.12: Kết quả hình thành nốt sần Rhizobium sau khi trồng
Keo tai tượng và Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm chế phẩm AM in
vitro trên đất bãi thải than

62

13

Bảng 4.13: Kết quả phân tích vi sinh vật phân giải lân và vi sinh vật
cố định ni tơ tự do sau khi trồng Keo tai tượng và Keo tai tượng kết
hợp bón nhiễm chế phẩm AM in vitro trên đất bãi thải than

63

14

Bảng 4.14: Kết quả hình thành bào tử AM sau khi trồng Keo tai
tượng và Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm chế phẩm AM in vitro
trên đất bãi thải than

65

ai

Th

1

n

ye

gu

N

ity

rs

ve

ni

U
vii


DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ

Trang

1

Biểu đồ 4.1: Biểu đồ đánh giá sinh trưởng của cây Keo tai tượng
trên đất bãi thải Nam Đèo Nai và bãi thải Chính Bắc giai đoạn
vườn ươm

49

2

Biểu đồ 4.2: Biểu đồ đánh giá sinh trưởng của cây Keo tai tượng
kết hợp bón nhiễm chế phẩm AM in vitro trên đất bãi thải Nam
Đèo Nai và bãi thải Chính Bắc giai đoạn vườn ươm

52

3

Biểu đồ 4.3: Biểu đồ đánh giá khả năng cải thiện pHKCl và Mùn
tổng số của Keo tai tượng trên đất bãi thải than khi bón nhiễm AM
in vitro và khơng bón nhiễm AM

58

4

Biểu đồ 4.4: Biểu đồ đánh giá khả năng cải thiện P2O5dt và K2Odt
của Keo tai tượng trên đất bãi thải than khi bón nhiễm AM in vitro
và khơng bón nhiễm AM

59

5

Biểu đồ 4.5: Biểu đồ đánh giá khả năng cải thiện ô nhiễm kim loại
nặng (As, Pb, Cd) của Keo tai tượng trên đất bãi thải than khi bón
nhiễm AM in vitro và khơng bón nhiễm AM

60

ai

Th

STT

n

ye

gu

N

ity

rs

ve

ni

U
viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Hình

Trang

Hình 1.1: Cây phân loại nấm rễ nội cộng sinh AM

7

2

Hình 1.2: B i sợi nấm (Arbuscules)(a)T i sợi nấm ( esicules) (b)

8

3

Hình 1.3 a Sợi nấm ngoại bào (extraradical hyphae)b Bào tử

(spores)

9

4

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tr c AM điển hình

10

5

Hình 1.5: Chức năng của AM (1) Sinh lý và sinh thái cây chủ
(2). Sự tương tác giữa sợi nấm AM, rễ và các hạt đất (3), Kết nối
trực tiếp của hệ rễ của các cá thể thực vật khác nhau (2) tương tác
với các vi khuẩn đất khác (4). Đất và các đường đại diện cho tác
động trực tiếp và gián tiếp của AM trên thực vật, đất, và các vi
khuẩn đất tương ứng (Jansa *, Bukovská và Gryndler, 2013)

11

6

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí bãi thải Chính Bắc và bãi thải Nam Đèo Nai

7

Hình 3.2: Thu thập số liệu OTC trên hiện trường

8

Hình 3.3: Kỹ thuật bón nhiễm chế phẩm AM in vitro cho cây Keo
tai tượng ở vườn ươm

9

Hình 3.4 Điểm lấy mẫu khóa mã ảnh Bãi thải Chính Bắc – Cơng
ty CP Than Núi Béo

32

10

Hình 3.5 Điểm lấy mẫu khóa ảnh Bãi thải Nam Đèo Nai – Cơng
ty CP Than Đèo Nai

32

11

Hình 4.1 Sơ đồ hình thể bãi thải

38

12

Hình 4.2: Hình ảnh vật liệu và sườn dốc bãi thải Nam Đèo Nai

42

13

Hình 4.3: Hình ảnh vật liệu đá thải trên mặt bãi thải

42

14

Hình 4.4 Thơng mã vĩ 5 tuổi tại bãi thải Nam Đèo Nai

44

15

Hình 4.5: Sinh trưởng cây keo tai tượng 3 tuổi tại bãi thải Chính
Bắc

44

16

Hình 4.6: Bản đồ thảm thực vật bãi thải Chính Bắc

47

17

Hình 4.7: Bản đồ thảm thực vật bãi thải Nam Đèo Nai

47

18

Hình 4.8: Nốt sần Rhizobium hình thành sau khi thí nghiệm trồng
Keo tai tượng và Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm chế phẩm AM
in vitro trên đất bãi thải than Nam Đèo Nai

62

19

Hình 4.9: Bào tử AM điển hình phân lập từ đất bãi thải than sau
khi trồng Keo tai tượng kết hợp bón nhiễm chế phẩm AM in vitro

65

ai

Th

1

26

n

ye

gu

N

28
30

ity

rs

ve

ni

U
ix


MỞ ĐẦU
Hoạt động khai thác mỏ đã và đang gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi
trƣờng (Alloway, 1990; Li and Thornton, 1993). Ơ nhiễm mơi trƣờng trực tiếp từ hoạt
động khai thác mỏ có thể thơng qua việc xáo trộn liên kết chặt của kim loại nặng trong
cấu trúc đất hoặc sử dụng nhiều hóa chất trong quá trình khai thác. Kim loại nặng và
các chất độc hại này có thể xâm nhập vào tầng nƣớc ngầm và tầng nƣớc mặt, làm ô
nhiễm khu vực khai thác mỏ và những vùng dân sinh lân cận. Bên cạnh đó, tác động từ
khai thác mỏ, đặc biệt là khai thác lộ thiên có thể làm thay đổi hiện trạng cảnh quan,
xáo trộn hệ sinh thái tự nhiên, tàn phá rừng tự nhiên, tạo ra các khu bãi thải và đất
hoang hóa rộng lớn sau khai thác. Do đó ơ nhiễm kim loại nặng và các hợp chất hữu

Th

cơ có hại cùng với suy thối mơi trƣờng sinh thái đang là những hậu quả nghiêm trọng

ai

từ những bãi thải và hoạt động khai thác mỏ.

N

Các chất ô nhiễm từ hoạt động khai thác mỏ rất đa dạng. Các kim loại nặng ô

gu

nhiễm đƣợc xác định bao gồm Asen (As), Chì (Pb) và Cadmium (Cd). Phơi nhiễm với

ye

các kim loại, đặc biệt là kim loại nặng ở nồng độ cao sẽ ức chế các q trình sinh lý,

n

sinh hóa, do đó tác động tiêu cực đến sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật, thực

ni

U

vật, động vật và con ngƣời (Shiomi, 2015). Bên cạnh đó, các chất hữu cơ ơ nhiễm có

ve

vịng thơm PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) cũng đƣợc xác định phổ biến

rs

tại các khu vực khai thác mỏ nhƣ benzene, toluene, ethylbenzene, para and ortho-

ity

xylene. Độc tính của các hợp chất PAHs đã đƣợc xác định là do tính chất ít tan trong
nƣớc và dễ tan trong dầu. Do đó PAHs khó bị phân hủy, dễ dàng vận chuyển vào trong
tế bào, gây rối loạn chuyển hóa, là tác nhân gây ung thƣ và vô sinh ở ngƣời (AbdelShafy and Mansour, 2016). Các chất ô nhiễm này là nguồn gây nguy hại tới sức khỏe
con ngƣời, môi trƣờng đất, nƣớc, sinh vật và đa dạng sinh học cho cả khu vực bãi thải
và các vùng lân cận. Do đó, quản lý và cải tạo đất bãi thải sau khai thác đang là yêu
cầu cấp bách để bảo vệ môi trƣờng sống và hoạt động của con ngƣời.
Phƣơng pháp xử lý ơ nhiễm có tính bền vững đƣợc quan tâm gần đây là áp dụng
thực vật để hấp thu kim loại ô nhiễm trong đất (Ghosh and Singh, 2005; Sarma, 2011;
Ahmadpour et al., 2012). Thực vật sinh trƣởng và thích nghi tốt trên đất ô nhiễm sẽ
hấp thụ và vận chuyển các chất ô nhiễm vào các cấu trúc nhƣ rễ, thân và lá; qua đó đất
sẽ đƣợc làm sạch (Ali et al., 2013; Dadrasnia et al., 2015). Nấm rễ nội cộng sinh AM
1


đặc biệt có vai trị trong việc tăng cƣờng khả năng sinh trƣởng thực vật và phục hồi
môi trƣờng đất bãi thải ô nhiễm, đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng và PAHs (Leyval et
al., 2001; Hildebrandt et al., 2007; Rangel et al., 2014). Việc nghiên cứu đánh giá khả
năng cải tạo đất bãi thải ô nhiễm của keo tai tƣợng kết hợp với nấm rễ nội cộng sinh
AM, một giải pháp sinh học tiềm năng và hiệu quả, là cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh
đất rừng bị suy thoái do ảnh hƣởng trực tiếp từ các hoạt động khai thác mỏ.
.Khu vực phía bắc Việt Nam có lịch sử khai thác mỏ lâu đời, trong đó nhiều mỏ
đang hoạt động hoặc đã ngừng hoạt động sau khai thác. Một số nghiên cứu nhằm đánh

giá mức độ ô nhiễm và tuyển chọn các loài cây tiềm năng cho mục tiêu làm sạch môi
trƣờng đã đƣợc thực hiện tại Hà Giang và Thái Nguyên (Bùi Thị Kim Anh et al., 2011;

Th

Ha et al., 2011). Tại Quảng Ninh, nhiều bãi thải mỏ than đã và đang hoạt động, điển

ai

hình nhƣ bãi thải Chính Bắc (Hạ Long) và bãi thải Nam Đèo Nai (Cẩm Phả). Tuy

N

nhiên thông tin về mức độ ô nhiễm cũng nhƣ các biện pháp quản lý và cải tạo phù hợp

gu

chƣa đƣợc thực hiện tại các bãi thải này.

ye

Để giải quyết vấn đề này, các phƣơng pháp kỹ thuật lý-hóa học và vùi lấp cơ học

n

truyền thống thƣờng không thể giải quyết triệt để tận gốc đƣợc vấn đề chất thải nguy

ni

U

hại và ô nhiễm do hoạt động khai thác mỏ và bãi thải gây ra, rất khó để cải tạo phục

ve

hồi hiệu quả môi trƣờng. Hơn thế nữa cách tiếp cận này rất tốn kém, và thƣờng làm rị

rs

rỉ ơ nhiễm chất thải nguy hại ra mơi trƣờng xung quanh, bao gồm cả nguồn nƣớc

ity

ngầm. Trong khi đó, Giải pháp cơng nghệ sinh học mơi trƣờng kết hợp sử dụng sản
phẩm công nghệ vi sinh (Microbialremediation) với thực vật (Phytoremediation) có
thể đƣợc áp dụng hiệu quả cho cải tạo phục hồi các khu vực bãi thải, khai thác mỏ
hoang hóa, ơ nhiễm, phục hồi thảm thực vật rừng và cảnh quan hệ sinh thái với các giá
trị tự nhiên vốn có (Khackrabarti, Ghosh and Fulekar 2012). Vì thế, đề tài: “Nghiên
cứu khả năng sinh trƣởng và cải tạo đất bãi thải mỏ than Quảng Ninh của Keo
Tai tƣợng (Acacia mangium) với Nấm rễ nội cộng sinh AM (Arbuscular
mycorrhiza) tại vƣờn ƣơm” đƣợc triển khai thực hiện và làm cơ sở cho thực hiện các
đề tài nghiên cứu tiếp theo.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về xử lý phục hồi bãi thải khai thác mỏ bằng giải pháp công nghệ
sinh học môi trƣờng (Bioremediation) kết hợp công nghệ vi sinh vật và thực
vật

1.1.1. Trên Thế giới
Nhiều kỹ thuật và công nghệ khác nhau đã đƣợc áp dụng để giải quyết vấn đề ô
nhiễm phát sinh từ các bãi thải và bãi khai thác mỏ. Các phƣơng pháp nhƣ lý - hóa học
và vùi lấp cơ học đã đƣợc sử dụng rộng rãi (Belluck et al., 2006). Tuy nhiên các
phƣơng pháp truyền thống này thƣờng không thể giải quyết triệt để đƣợc tận gốc
nguồn nguy hại do các chất ô nhiễm vẫn đƣợc lƣu trữ trong đất. Hơn nữa phƣơng pháp

Th

xử lý lý-hóa học thƣờng tốn kém, địi hỏi đầu tƣ cơng nghệ cao và có thể vẫn làm rị rỉ

ai

ơ nhiễm chất thải nguy hại ra mơi trƣờng xung quanh, bao gồm cả nguồn nƣớc ngầm

N

(Conesa et al., 2012). Do đó trồng cây phù hợp trên đất ô nhiễm không chỉ giúp giảm

gu

thiểu hàm lƣợng các chất ơ nhiễm trong đất mà cịn có thể cải thiện các vấn đề suy

ye

thoái sau khai thác khác liên quan, đồng thời khắc phục đƣợc hạn chế của công nghệ

n

xử lý mơi trƣờng bằng biện pháp lý - hóa học (Garbisu and Alkorta, 2001; Dickinson

ni

U

et al., 2009; Marques et al., 2009). Áp dụng thực vật cho cải thiện ô nhiễm môi trƣờng

ve

đã đạt đƣợc nhiều kết quả đáng kể (Mahar et al., 2016). Đến nay đã có khoảng 500 lồi

rs

thực vật đƣợc xác định là những đối tƣợng triển vọng cho công nghệ làm sạch môi

al., 2015).

ity

trƣờng và đƣợc áp dụng rộng rãi tại nhiều nƣớc trên thế giới (Reeves, 2006; Vasavi et
Keo tai tƣợng là loài cây gỗ tiềm năng cho mục tiêu làm sạch môi trƣờng (Justin
et al., 2011; Meeinkuirt et al., 2012; Cipriani et al., 2013). Keo tai tƣợng có một số đặc
điểm sinh trƣởng phát triển phù hợp cho tiêu chí làm sạch mơi trƣờng nhƣ cây sinh
trƣởng nhanh, rễ lan rộng, thích nghi với nhiều loại đất, dễ gây trồng và khai thác,
không làm thức ăn cho ngƣời và gia súc, chống chịu với độc tố kim loại nặng cao.
Nghiên cứu gây trồng trên đất bùn ô nhiễm cho thấy keo tai tƣợng đã làm giảm 24,4%
độc tố Zn, 6,2% độc tố Cu và 9,5% độc tố Cd trong đất sau 12 tháng (Mohd et al.,
2013). Nghiên cứu khác cũng cho thấy keo tai tƣợng có khả năng chống chịu tốt trên
đất nhiễm kim loại nặng. Sự tích lũy các kim loại nặng trong các cấu trúc của keo tai
tƣợng tuy nhiên khác nhau phụ thuộc vào tính chất của từng nguyên tố. Ví dụ hàm

3


lƣợng kim loại Cd và Pb đƣợc tích lũy tƣơng đối cao hơn trong thân; Cr và Cu tích lũy
nhiều hơn trong rễ và Zn tích lũy nhiều trong cả rễ và lá (Ang et al., 2010; Justin et al.,
2011; Majid et al., 2012).
Nấm rễ nội cộng sinh là nhóm nấm cộng sinh bắt buộc với rễ của khoảng 80% các
loài thực vật (Smith and Read, 2010). Thực vật cộng sinh với nấm rễ thể hiện khả năng
sinh trƣởng ƣu thế trong điều kiện đất nghèo dinh dƣỡng (Smith and Read, 2010).
Khơng những thế nấm rễ nội cộng sinh cịn có vai trị tích cực trong bảo vệ cây trồng
thích nghi tốt trên đất ô nhiễm bởi các yếu tố độc hại (Leyval et al., 2001; Volante et
al., 2005; Verdin et al., 2006; Ban et al., 2015). Nấm rễ nội cộng sinh giúp tăng cƣờng
sự chống chịu của thực vật với nguồn ô nhiễm thông qua tăng cƣờng dinh dƣỡng cho

Th

cây và hạn chế khả năng vận chuyển của các độc tố vào trong cây. Nhiều nghiên cứu

ai

cho thấy nấm rễ nội cộng sinh có thể làm giảm các độc tố kim loại nặng trong đất nhƣ

N

Zn, Cd, Pb, As (Leyval et al., 1997; Hildebrandt et al., 2007; Gamalero et al., 2009;

gu

Rajkumar et al., 2012). Ví dụ, thực vật cộng sinh với nấm rễ có hàm lƣợng độc tố As

ye

trong rễ và thân thấp hơn so với cây đối chứng khơng cộng sinh với nấm rễ. Giảm khả

n

năng tích lũy arsenate trong cây cộng sinh đƣợc thực hiện nhờ sự hạn chế hoạt động

U

của các kênh vận chuyển hợp chất này trên màng của tế bào biểu bì rễ (Christophersen

ni

ve

et al., 2012). Nấm rễ nội cộng sinh cũng có vai trò trong việc làm sạch các chất PAHs

rs

trong đất. Cơ chế đƣợc đề xuất nhờ sự tăng cƣờng bề mặt hấp phụ và khả năng cố định

ity

các hợp chất ô nhiễm trong bào tử và các cấu trúc sợi nấm ngoại bào (Rajkumar et al.,
2012; Aranda et al., 2013). Nghiên cứu trong điều kiện in vitro cho thấy nấm rễ nội
cộng sinh giúp làm giảm từ 40% đến 98% hàm lƣợng PAHs trong môi trƣờng so với
đối chứng (Volante et al., 2005).
1.1.2. Tại Việt Nam
Nghiên cứu làm sạch môi trƣờng bằng thực vật ở Việt Nam mới đƣợc quan tâm

những năm gần đây (Bùi Thị Kim Anh et al., 2014). Tuy nhiên các nghiên cứu này tập
trung chủ yếu vào các cây nhƣ dƣơng xỉ và cây cỏ (Lê Văn Thành et al., 2008; Lê Văn
Thành, 2005; Đặng Kim Chi et al., 2007; Tran and Dao, 2005). Liên quan đến các hoạt
động khai thác mỏ, nghiên cứu tại Việt Nam cho thấy khai thác mỏ đã tạo ra những tác
động tiêu cực đến môi trƣờng sinh thái, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng bao gồm Ni,
Cr, Pb, Cu, Se, Hg, Cd (Bùi Thị Kim Anh et al., 2011). Nghiên cứu tại Hà Giang cho
4


thấy khu vực khai thác trì và kẽm bị ơ nhiễm nghiêm trọng các kim loại nặng nhƣ Pb,
As, Zn, Mn, và Cd. Đồng thời, ô nhiễm các kim loại này trong đất cũng dẫn đến tăng
hàm lƣợng Mn, As, và Pb trong nguồn nƣớc cao hơn đến 90 lần so với tiêu chuẩn
nguồn nƣớc sạch của WHO (Ha et al., 2011). Ô nhiễm kim loại nặng đã làm cho dinh
dƣỡng đất suy kiệt và không thể gây trồng (Đặng Thị An 2005). Do đó ơ nhiễm mơi
trƣờng liên quan đến các hoạt động khai thác mỏ là vấn đề cấp thiết cần đƣợc xử lý tại
Việt Nam (Nguyen 2005). Kết quả nghiên cứu trên 33 loài cây bản địa tại Thái nguyên
đã xác định đƣợc 2 loài dƣơng xỉ tại Đại Từ phù hợp cho làm sạch đất ô nhiễm As; 4
lồi cỏ tại Đồng Hỷ có khả năng cố định Pb và Zn trong rễ. Tại khu vực có ảnh hƣởng
từ hoạt động khai thác mỏ tại Hà Giang cũng đã chọn lọc đƣợc 10 loài cây sinh trƣởng

Th

tự nhiên trên khu vực khai thác chì và kẽm có khả năng tích lũy các kim loại nặng nhƣ

ai

Cr, Mn, Zn, As, và Pb. Đặc biệt đã tuyển chọn đƣợc 3 lồi cây phù hợp có khả năng

N

làm sạch đồng thời As và các kim loại nặng khác (Ha et al., 2011). Đến nay chƣa có

gu

nghiên cứu cơng bố về tiềm năng của các cây gỗ trong vấn đề làm sạch môi trƣờng tại

ye

các vùng khai thác mỏ tại Việt Nam.

n

1.2. Tổng quan về nấm rễ nội cộng sinh AM (Arbuscular mycorrhiza)

ni

U

1.2.1. Khái niệm

ve

Mycorrhiza là thể cộng sinh giữa hệ sợi nấm trong đất với rễ của thực vật bậc cao.

rs

Frank là ngƣời đầu tiên phát hiện ra đặc điểm kết hợp đặc biệt này ở rễ của cây

ity

Cupulifereae vào năm 1885 và gọi đó là mycorrhiza. Từ ―mycorrhiza‖ có nghĩa là
―nấm - rễ‖, tác giả đã dùng từ này để nhấn mạnh mối quan hệ giữa nấm và rễ cây
(Roger et al. 2004a).
Nấm rễ nội cộng sinh AM đƣợc xác định là mối quan hệ không thể thiếu ở hầu hết
các loài thực vật (hơn 90% các loài thực vật có khả năng hình thành cộng sinh AM).
Sự kết hợp đó mang lại lợi ích cho cả thực vật và vi sinh vật, qua đó, nấm có đƣợc các
hợp chất đồng hóa từ thực vật để sống, đồng thời nấm lại giúp rễ cây tăng cƣờng khả
năng hấp thụ nƣớc, các chất hữu cơ hòa tan trong đất đặc biệt là phospho, chống chịu
các yếu tố bệnh hại cũng nhƣ các chất độc kim loại nặng. Do đó, có tác dụng cải tạo và
ổn định cấu trúc đất, cân bằng hệ sinh thái. Quan hệ cộng sinh này đặc biệt thể hiện vai
trị trên những vùng đất khơ cằn, hệ sinh thái bị xáo trộn nghiêm trọng, nghèo dinh
dƣỡng hay có tiềm năng độc hại cao. Vì vậy cơng nghệ AM có khả năng áp dụng rộng
5


cho nhiều lồi cây lâm nghiệp, khơng chỉ giúp tạo ra đƣợc nguyên liệu cây trồng rừng
có chất lƣợng cao, khả năng thích nghi và năng suất tốt trên những lập địa cằn cỗi mà
còn đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai theo mục
tiêu mở rộng diện tích cây trồng rừng nhƣng không cạnh tranh với đất trồng cây nông
nghiệp, tăng cƣờng hiệu quả sử dụng các vùng đất hoang hóa theo cách bền vững và
thân thiện với mơi trƣờng.
Mycorrhiza có phân bố ở hầu khắp các nơi, thấy ở cây cỏ, rêu, dƣơng xỉ, một số
cây lá kim, và hầu hết các cây lá rộng. Sự phổ biến cùng với những vai trị tích cực của
nấm rễ đã kích thích việc nghiên cứu về mycorrhiza ngày càng mở rộng và sâu sắc
hơn. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, những nghiên cứu cơ bản đƣợc thực hiện bởi

Th

hàng trăm các nhà nghiên cứu từ các nƣớc khác nhau trên thế giới đã đem lại nhiều kết

ai

quả hết sức ý nghĩa cho ứng dụng mycorrhiza trong hệ sinh thái nông nghiệp, lâm

N

nghiệp và môi trƣờng.

gu

Dựa trên đặc điểm xâm nhiễm của nấm vào rễ cây chủ, mycorrhiza đƣợc phân

n

(Endomycorrhiza, AM).

ye

thành 2 nhóm chính là ngoại cộng sinh (Ectomycorrhiza, EM), và nội cộng sinh

ni

U

Ectomycorrhiza: Ectomycorrhiza có ở những cây gỗ lớn, điển hình là thơng, sồi,

ve

cáng lị, những cây có giá trị kinh tế cao, tuy nhiên ectomycorrhiza có tính đặc trƣng

rs

lồi. Đặc điểm của ectomycorrhiza là sợi nấm nội bào chỉ xâm nhập vào khoảng gian

ity

bào của các tế bào vùng vỏ rễ và sợi nấm ngoại bào phân nhánh mạnh tạo thành lớp vỏ
bao quanh rễ nên làm biến đổi hình thái bên ngồi của rễ. Hầu hết ectomycorrhiza
thuộc Lớp Basidiomycetes nhƣ Agaricales, số ít thuộc Lớp Ascomycetes.
Endomycorrhiza: Hình thành ở khoảng 80% thực vật bậc cao. Đặc điểm của
endomycorrhyza là sợi nấm của chúng xâm nhập vào bên trong tế bào vỏ rễ của thực
vật bậc cao và không gây nên những biến đổi hình thái bên ngồi của rễ, thƣờng có
một phần của sợi nấm cịn nằm phía ngồi nhƣng chúng khơng tạo lớp vỏ bao ngồi rễ.
Cấu trúc điển hình của endomycorrhiza là sự hình thành những cấu trúc đặc biệt
vesicules và arbuscules. Ở một số nhóm endomycorrhiza ngƣời ta quan sát thấy có
vesicules(Vesicular mycorrhiza, VM) hoặc arbuscules (Arbuscular mycorrhiza, AM)
hoặc đồng thời cả hai cấu trúc này trong tế bào vỏ rễ (Vesicular arbuscular
mycorrhiza, VAM).
6


Vậy AM là thể cộng sinh giữa nấm với rễ cây ở thực vật bậc cao mà hình thành
nên cấu trúc đặc biệt vesicules, arbuscules trong tế bào vỏ rễ và khơng gây biến đổi
hình thái ngồi của rễ.
Do tính phổ biến, có lợi và khơng cố hữu cho 1 lồi nên nhóm vesiculesarbuscular
mycorrhiza rất đƣợc quan tâm nghiên cứu để ứng dụng trong nông nghiệp cũng nhƣ
trong lâm nghiệp.
1.2.2. Đặc điểm của Nấm rễ nội cộng sinh AM (Arbuscular mycorrhiza)
Hệ thống phân loại AM hiện nay ( dựa trên trình tự của rRNA ) đƣợc tóm tắt trong
hình sau:

ai

Th
n

ye

gu

N
ity

rs

ve

ni

U
Hình 1.1: Cây phân loại nấm rễ nội cộng sinh AM
(Nguồn: />af.wvu.edu/fungi/taxonomy)
Trong một thời gian dài AM đƣợc xếp vào ngành phụ nấm tiếp hợp (Zygomycota)
do cấu trúc sợi nấm khơng có vách ngăn, lớp nấm tiếp hợp (Zygomycetes). Hiện nay,
bằng những nghiên cứu mức độ phân tử hệ thống phát sinh loài đã cho thấy
Zygomycota là ngành đa hệ (poli-phyletic), do đó nấm AM đƣợc tách ra khỏi ngành
Zygomycota hình thành lên ngành mới là Glomeromycota. Phân loại đến cấp họ cho
AM đƣợc dựa trên 4 tiêu chí cơ bản:
7

- Cấu trúc mycorrhiza cộng sinh trong rễ.
- Phƣơng thức hình thành bào tử khi đƣợc phân lập trong đất.
- Cấu trúc nội bào tử.
- Phƣơng thức nảy mầm bào tử.
Nấm rễ nội cộng sinh (AM) có cấu tạo điển hình bao gồm cấu trúc nội bào
(arbuscules, vesicules, sợi nấm nội bào) và cấu trúc ngoại bào (sợi nấm ngoại bào, bào
tử).
 Nhóm cấu trúc nội bào:

ai

Th
gu

N
b

ye

a

n

Hình 1. 2: B i sợi nấm (Arbuscules)(a)T i sợi nấm ( esicules) (b)

U

ni

- Arbuscules: Là thể giác mút, lƣỡng phân, dạng nhƣ lông bàn chải, là phần trao

ve

đổi dinh dƣỡng chính giữa thực vật chủ và nấm (Gianinazzi et al. 2002). Chúng đƣợc

rs

hình thành bên trong tế bào vỏ rễ(Mosse and Hepper 1975b) và là dấu hiệu cho biết có
đặc trƣng riêng về hình dạng và sự phân nhánh.

ity

hoạt động của mycorrhiza. Tùy vào từng lồi khác nhau mà arbuscules cũng có những
- Vesicules: Có dạng hình cầu hoặc trứng, có thành tế bào dày, là cơ quan dự trữ
dinh dƣỡng cho nấm, có chứa lipit và glycolipit (Mosse and Thompson 1981a). Nó
đƣợc tạo thành bởi đoạn giữa hay đầu lồi tận cùng của sợi nấm nội bào, phân bố trong
khoảng gian bào hoặc bên trong tế bào vỏ rễ.
- Sợi nấm nội bào: Sợi nấm nội bào khơng có vách ngăn,dạng thẳng hoặc phân
nhánh hình chữ H hoặc Y,chúng cũng hình thành dạng cuộn, tần số xuất hiện của
chúng phụ thuộc vào vị trí trong rễ và đặc điểm của từng lồi nấm (Morton 2000). Sợi
nấm vừa là phần chứa chất dự trữ vừa là một phần của con đƣờng vận chuyển các chất
hấp thụ bởi các sợi nấm bên ngoài từ đất tới arbuscules hoặc trực tiếp tới tế bào rễ của
cây chủ (Bieleski 1973).
8


 Nhóm cấu trúc ngoại bào:
- Sợi nấm ngoại bào: Sợi nấm ngoại bào khơng có vách ngăn, vai trị làm tăng rõ
rệt diện tích hấp thụ của rễ cây (Bieleski 1973), cầu sợi nấm hình thành con đƣờng vận

chuyển chất dinh dƣỡng giữa thực vật cộng sinh và khối đất bám quanh rễ (Koske and
Gemma 1989). Sợi nấm ngoại bào tạo ra chỗ cƣ ngụ quan trọng của hệ nấm rễ (Jasper
et al. 1989, 1991).

ai

Th
gu

N

a

b

ye

n

Hình 1. 3: a Sợi nấm ngoại bào (extraradical hyphae)b Bào tử (spores)

U

- Bào tử: Bào tử có thể dạng đơn hoặc đa bào, chủ yếu hình thành ở đầu của sợi

ve

ni

sinh bào tử nối tiếp với sợi nấm ngoại bào, đôi khi bào tử cũng xuất hiện bên trong rễ

(Koske et al. 1985), trên bề mặt đất (BeCard and Fortin 1988), trên bề mặt thực vật

rs

ity

hay các mảnh phân giải (Blaszkowski et al. 1998). Số lƣợng bào tử hình thành phụ
thuộc vào từng lồi nấm (Blaszkowski, 1993), lồi cây chủ và tính đa dạng của nó
(Blaszkowski 1993; Hetrick and Bloom 1986), độ màu mỡ của đất và chế độ phân bón
(Koske et al. 1989), đặc điểm vật hậu của cây chủ (Giovannetti and Avio 2002), cƣờng
độ ánh sáng (Daft and El Giahmi 1978), và khả năng cạnh tranh của từng loài nấm
(Koske et al. 1989). Bào tử có kích thƣớc tƣơng đối lớn (50 ÷ 500 µm), lớn hơn nhiều
so với bào tử của những loại nấm khác. Vai trò của bào tử là phát tán đến nơi sống
mới, và khởi đầu quá trình sinh trƣởng khi đƣợc tách ra từ cơ thể mẹ. Do đặc điểm cấu
trúc các thành phần cấu tạo nên bào tử ổn định trong những điều kiện sinh thái khác
nhau nên chúng đƣợc coi là tiêu chí quan trọng trong phân loại AM.

9


Th

ai

Hình 1. 4: Sơ đồ cấu tr c AM điển hình
(Bao gồm arbuscules, vesicles, sợi nấm ngoại bào và bào tử)
(Nguồn: o/vam/vamsoil2.gif)
1.2.3. Vai trò của nấm rễ nội cộng sinh đối với thực vật và môi trường, hệ sinh

ye

gu

N

thái

n

Nấm rễ là thể sống cộng sinh bắt buộc. Những hoạt động của nấm cũng nhƣ của

ni

U

thực vật có vai trị hỗ trợ cho nhau. Nấm sử dụng nguồn cacbon từ thực vật dƣới dạng
đƣờng hexoses và các vitamin. Sự vận chuyển cacbon từ thực vật sang nấm đƣợc thực

ve

hiện nhờ arbuscules hoặc các sợi nấm nội bào. Tại các sợi nấm nội bào diễn ra quá

rs

ity

trình biến đổi dinh dƣỡng thứ cấp để cung cấp glycogen, pentose, lipit… cho hoạt
động của nấm (Turmel 2004). Gần 20% cacbon do thực vật tổng hợp đƣợc chuyển
sang nấm và khoảng 25% cacbon nguồn gốc từ thực vật đƣợc nấm biến đổi và dự trữ
ở những sợi nấm ngoại bào, việc này góp phần làm tăng thêm nguồn hữu cơ trong đất.

Lợi ích của AM đối với thực vật chủ yếu là tăng cƣờng cải thiện hấp thụ các chất
dinh dƣỡng và nƣớc, trong đó quan trọng nhất là tăng cƣờng hấp thụ dinh dƣỡng lân
(P), hấp thụ nƣớc, chống chịu với các yếu tố bất lợi của môi trƣờng, đặc biệt trên các
hiện trƣờng đất đai cằn cỗi, khô hạn. Hoạt động này đƣợc tăng cƣờng là do nấm rễ nội
cộng sinh hình thành nhiều hệ sợi nấm phân nhánh mảnh tạo thành vô số cầu nối giữa
môi trƣờng đất với các tế bào rễ, tăng diện tích tiếp xúc với đất, biến đổi môi trƣờng
quanh rễ làm cho các chất trở nên linh động và thực vật có thể hấp thụ đƣợc (đến 80%
nhu cầu về P và 25% nhu cầu về N của cây đƣợc cung cấp nhờ nấm) (Turmel 2004).
10


Sợi nấm có thể lan rộng đến 8 cm quanh rễ và hấp thụ chất dinh dƣỡng vận chuyển lại
vào rễ, tăng khả năng hấp thụ các chất dinh dƣỡng cao hơn so với lông rễ 10 lần. Tốc
độ thâm nhập của P qua sợi nấm cao gấp 6 lần so với qua các lông rễ.
Không những thế, thực vật còn đƣợc hƣởng lợi nhờ đƣợc tăng cƣờng khả năng
hấp thụ nƣớc và bảo vệ rễ khỏi nguồn bệnh. AM có vai trị kích thích sinh trƣởng thực
vật bằng cách tiết ra rất nhiều các chất kích thích sinh trƣởng nhƣ auxins, cytokinins,
gibberellic acids và một số chất kháng sinh để bảo vệ cây chủ chống lại các mầm bệnh
từ trong đất.

ai

Th
n

ye

gu

N

ity

rs

ve

ni

U
Hình 1. 5: Chức năng của AM (1) Sinh lý và sinh thái cây chủ (2). Sự tương tác giữa
sợi nấm AM, rễ và các hạt đất (3), Kết nối trực tiếp của hệ rễ của các cá thể thực vật
khác nhau (2) tương tác với các vi khuẩn đất khác (4). Đất và các đường đại diện cho
tác động trực tiếp và gián tiếp của AM trên thực vật, đất, và các vi khuẩn đất tương
ứng (Jansa *, Bukovská và Gryndler, 2013)
Sự cộng sinh AM có thể làm tăng cƣờng sinh trƣởng của cây con lên đến 400%,
giúp cây có khả năng chống chịu với điều kiện khơ hạn và nghèo dinh dƣỡng (Pope
2007). Thực tế ở những lồi gỗ lớn có cộng sinh AM cho thấy cây vẫn tồn tại và sinh
trƣởng trong điều kiện độ ẩm rất thấp trong khi những cây khơng có cộng sinh thì
khơng sống đƣợc hoặc sinh trƣởng yếu. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, sinh trƣởng
của cây con những loài gỗ lớn có sự cộng sinh AM đạt ngang với cây khơng có sự
cộng sinh nhƣng chúng chỉ sử dụng lƣợng dinh dƣỡng bằng một nửa. Những loài sống
phụ thuộc vào AM chủ yếu là ở những nơi đất chặt, khơ cằn, có hệ rễ ít phân nhánh vì
11


lúc đó lƣợng chất dinh dƣỡng tồn tại nhiều ở dạng khó tiêu, rễ cây khơng thể hấp thụ
đƣợc mà phải nhờ đến sự lan rộng của hệ sợi nấm.
Nấm AM khơng phải là một thành phần chính trong đất nhƣng có vai trị quan
trọng trong sự điều chỉnh hoạt tính sinh học của đất nhờ sự phân bố rộng khắp của hệ
sợi nấm AM trong lớp đất tầng mặt. Nấm AM hấp thụ trực tiếp hợp chất carbon do cây

cố định và cấu thành đầu vào chính của carbon và năng lƣợng trong đất, chúng phân
phối carbon này khắp cả khu vực đất quanh rễ cây cho vi sinh vật đất sử dụng. Lƣợng
cacbon đáng kể đƣợc vận chuyển bằng hệ sợi nấm từ cây này sang cây khác đã đƣợc
xác định (Simard et al. 1997). Điều này giúp giảm sự cạnh tranh giữa các lồi khác
nhau và góp phần vào tính ổn định và đa dạng của hệ sinh thái.

Th

AM tham gia vào biến đổi mối quan hệ đất - cây - nƣớc, tăng cƣờng sự thích

ai

nghi của thực vật với các điều kiện bất lợi (khô hạn, nhiễm kim loại). Ở những nơi có

N

hàm lƣợng kim loại nặng cao, AM có vai trị khử độc mơi trƣờng giúp cây sinh trƣởng

gu

tốt (Songul and Sevinc 2002). Bắt đầu từ cải thiện hấp thụ nƣớc và các chất dinh

ye

dƣỡng quan trọng cho sự sinh trƣởng của cây sẽ dẫn tới tăng hiệu suất quang hợp, sự

n

vận chuyển chất dinh dƣỡng và sự trao đổi chất của cây. Cây sinh trƣởng nhanh, giảm

ni

U

bớt việc sử dụng phân bón hóa học (đôi khi lên tới một nửa lƣợng dự kiến) dẫn tới

ve

tăng thu nhập cho nông dân. Kết quả thử nghiệm phân bón sinh học mycorrhiza trên

rs

cây Asparagus đã chứng minh đƣợc điều đó, khi những nơng dân sử dụng lƣợng phân

ity

bón hóa học cùng với phân bón sinh học mycorrhiza thì năng suất cây trồng đƣợc cải
thiện hơn 50% và thu nhập của nông dân tăng 61% so với khi sử dụng chỉ mỗi phân
bón hóa học.
1.2.4. Nghiên cứu và ứng dụng về nấm rễ nội cộng sinh AM trên Thế giới và
Việt Nam
1.2.4..1. Thế giới
Mycorrhiza lần đầu tiên đƣợc phát hiện bởi nhà khoa học ngƣời Ba Lan
Franciszek Kamienski (1881) với tên gọi là Monotropa hypopitys L. Sau đó Frank đã
nghiên cứu sâu hơn và gọi đó là Mycorrhiza vào năm 1885. Từ ―Mycorrhiza‖ có nghĩa
là ―nấm- rễ‖, tác giả đã dùng từ này để nhấn mạnh mối quan hệ giữa nấm và rễ cây.
Arbuscular mycorrhiza là 1 trong 4 nhóm nấm thuộc mycorrhiza, đƣợc phát hiện ra
sau đó nhờ hình thành cấu trúc đặc biệt là arbuscule và vesicule trong tế bào vỏ rễ.
12

Arbuscular mycorrhiza có phân bố ở hầu khắp các nơi, cộng sinh với hơn 80%
thực vật có mạch ở cạn. Sự phổ biến cùng với những vai trò quan trọng của nấm rễ đã
kích thích việc nghiên cứu về mycorrhiza ngày càng mở rộng và sâu sắc hơn. Trong
khoảng 50 năm trở lại đây, những nghiên cứu cơ bản đƣợc thực hiện bởi hàng trăm các
nhà nghiên cứu từ các nƣớc khác nhau trên thế giới đã đem lại nhiều kết quả hết sức ý
nghĩa cho ứng dụng mycorrhiza trong hệ sinh thái nông nghiệp, lâm nghiệp và môi
trƣờng. Cộng sinh AM giữa nấm AM với rễ của thực vật chủ mang lại ích lợi cho cả
đơi bên, qua đó nấm có đƣợc các hợp chất đồng hóa từ thực vật để sống, đồng thời
nấm lại giúp rễ cây tăng cƣờng khả năng hấp thụ nƣớc, các chất hữu cơ hòa tan trong
đất đặc biệt là phospho, chống chịu các yếu tố bệnh hại cũng nhƣ các chất độc kim loại

Th

nặng, qua đó có tác dụng cải tạo và ổn định cấu trúc đất, cân bằng hệ sinh thái và hơn

ai

hết tạo cơ hội sử dụng hiệu quả các vùng đất khơ cằn suy thối.

N

Giai đoạn đầu, các nghiên cứu về AM trên thế giới tập trung ở các mặt: đa dạng

gu

sinh học của các chủng bản địa, phân loại, chọn lọc các chủng hiệu lực với từng đối

ye

tƣợng cây trồng và đất trồng khác nhau, đồng thời phát triển những phƣơng pháp để

n

định lƣợng và nhân nhanh chúng. Phƣơng pháp nhân AM truyền thống là nhân trong

ni

U

chậu, gọi là nhân in vivo. Tuy nhiên phƣơng pháp nhân giống này u cầu có hiện

ve

trƣờng rộng (nhà kính) và tốn nhiều nhân công lao động cũng nhƣ thời gian để duy trì,

rs

đánh giá kết quả cũng nhƣ quản lý các điều kiện để tránh sự lây nhiễm giữa các chủng

ity

còn gặp nhiều khó khăn. Hầu hết các ứng dụng của AM là sử dụng chất nhiễm đƣợc
tách từ cây con trồng trong nhà kính. Chất nhiễm thƣờng là rễ nhiễm AM, đôi khi là
đất nhiễm AM hoặc bào tử. Tuy nhiên việc sử dụng các chất nhiễm này có nguy cơ lan
truyền mầm bệnh qua đất. Hơn nữa, thời gian cần thiết để sản xuất chất nhiễm là tƣơng
đối dài.Với điều kiện kỹ thuật nhƣ vậy, giá trị tính ra sản phẩm chất nhiễm tối thiểu là
bằng hoặc cao hơn các sản phẩm phân bón khác cho năng suất cùng loại. Điều này làm
cản trở phát triển ứng dụng AM trên quy mơ cơng nghiệp. Vì vậy cần kỹ thuật để có
thể tạo ra số lƣợng lớn chất nhiễm AM, thuần khiết, bảo quản dễ dàng và sử dụng

thuận tiện. Vấn đề gặp phải là AM có đặc tính cộng sinh bắt buộc, sinh khối của chúng
chỉ tăng lên khi có sự cộng sinh với các tế bào vỏ rễ. Do đó sử dụng mơi trƣờng dinh
dƣỡng nhân tạo khơng đáp ứng đƣợc nhu cầu sinh trƣởng, phát triển của AM (Roger,
Koide et al. 2004).
13


Trong những năm 1980, sự phát triển công nghệ nuôi cấy mô rễ đã mở ra một
hƣớng đi mới, cho phép nuôi cấy thành công một số chủng AM trong điều kiện in
vitro. Sử dụng phƣơng pháp này nấm AM và rễ cây đƣợc nhân lên đồng thời và nhanh
chóng qua một số lần cấy chuyển, thời gian đƣợc rút ngắn rất nhiều và đảm bảo đƣợc
độ thuần khiết cao (Fortin, Andre et al. 1996).
Trong nghiên cứu nhân sinh khối rễ có mang Ri - plasmid của vi khuẩn
Agrobacterium rhizogenes, nhóm tác giả Mugnier (1997) đã quan sát thấy có sự hình
thành nhiều lơng rễ trong mơi trƣờng nhân tạo và đã thúc đẩy cơ sở cho nhân nhanh
AM - in vitro. Tác giả đã quan sát thấy sự cộng sinh hình thành giữa AM và rễ chuyển
gen khi ni cấy cùng với bào tử Glomus mosseae. Tuy nhiên đã có sự sinh trƣởng

Th

giới hạn và chu trình sinh trƣởng phát triển hồn chỉnh của AM trong mơi trƣờng in

ai

vitro chƣa đƣợc hồn thiện. Trong nhiều nghiên cứu sau đó, các nhóm tác giả đã

N

nghiên cứu AM - in vitro theo nhiều hƣớng khác nhau nhằm tìm ta điều kiện để thu hồi

gu

đƣợc sinh khối AM chất lƣợng nhiều nhất trong thời gian ngắn nhất. Các nghiên cứu

ye

bao gồm thành phần môi trƣờng nuôi cấy, phƣơng thức cộng sinh, phƣơng thức nuôi

n

cấy, phƣơng thức thu hồi AM… Một trong những kết quả nổi bật kể đến là (Fortin,

ni

U

Andre et al. 1996) đã thu hồi đƣợc 15.000 bào tử/ đĩa peptri sau 16 tuần nuôi cấy với

ve

chủng DAOM 181602, năm 2001 (Declerck et al. 2001) thu đƣợc kết quả 8.400 bào

rs

tử/ đĩa peptri sau 15 tuần nuôi cấy với chủng MUCL 41833 Elsen và cộng sự đã thu

ity

đƣợc kết quả 16.800 bào tử/ đĩa peptri sau 18 tuần nuôi cấy với chủng MUCL 41833.
Đây là những kết quả hết sức có ý nghĩa để phát triển và hồn thiện cơng nghệ nhân

nhanh AM - in vitro.
Năm 1999 (Jolicoeur, Williams et al. 1999) đã công bố phƣơng thức sản suất chế
phẩm từ lồi Glomus intraradices bằng bioreactor. Bằng phƣơng pháp ni cấy
Glomus intraradices với rễ cây Cà rốt đƣợc chuyển gen Ri- DNA của vi khuẩn
Agrobacterium rhizogenes trên đĩa petri và bioreactor đã cho kết quả tăng sinh khối
AM cực đại đạt ~ 0,6g sinh khối khơ trong 1lít mơi trƣờng. Trong điều kiện tối thích
ni cấy trên đĩa petri, tốc độ sinh trƣởng rễ tối đa và bào tử G. intraradices lần lƣợt là
0,021 và 0,035/ngày.Nghiên cứu bƣớc đầu nhân sinh khối AM trong Bioreactor luân
chuyển khí đã cho kết quả thấp hơn so với nuôi cấy trên đĩa petri 10 lần và cũng thấy
14


sự hình thành cộng sinh ít hơn (0,13g sinh khối khơ trong 1 lít mơi trƣờng).Kết quả
nghiên cứu đã mở ra khả năng nhân nhanh bào tử AM bằng bioreactor.
Trong nghiên cứu trên đối tƣợng cây cỏ đã đã tạo chế phẩm AM với hiệu lực
cộng sinh 200- 1000 IP/g. Đồng thời nghiên cứu cũng trình bày phƣơng pháp áp dụng
chế phẩm đối với một số lồi cây điển hình Alan & Egham (2001).
Fortin và cộng sự trình bày phƣơng pháp nuôi cấy AM - in vitro sử dụng 2 nguồn
nguyên liệu là rễ đã đƣợc chuyển gen Ri-DNA hoặc chƣa đƣợc chuyển gen. Phƣơng
pháp chọn cây chủ, kỹ thuật cộng sinh rễ- AM, thành phần môi trƣờng nuôi cấy.
Nghiên cứu cũng đồng thời trình bày khả năng ni cấy và tạo bào tử liên tục trong
môi trƣờng in vitro, phƣơng pháp bảo quản bào tử trong thời gian dài. Những lợi ích

Th

khi ni cấy AM - in vitro cho phép phát triển nghiên cứu sâu và rộng hơn nhƣ hình

ai

thái AM, phân loại và tìm hiểu cơ chế cộng sinh với rễ (Fortin, Becard et al. 2002).

N

Gần đây, năm 2009, nhóm tác giả Venter, Marianne, Wilma đã báo cáo kết quả

gu

nghiên cứu trình bày thơng tin khá đầy đủ và toàn diện về nhân nhanh AM - in vitro

ye

bao gồm: phƣơng pháp tạo cộng sinh AM, nhân nhanh bào tử AM trong môi trƣờng in

n

vitro, các bƣớc phân lập bào tử từ môi trƣờng nuôi cấy. Nghiên cứu cũng tạo ra hạt

ni

U

bào tử có nhiều đặc điểm ƣu trội nhƣ mật độ bào tử cao, có tính ổn định và phân tán tốt

ve

trong môi trƣờng đất. Hạt bào tử có thể áp dụng trong sản xuất nơng lâm nghiệp nhƣ

rs

một loại chế phẩm có thể dùng trực tiếp. Nghiên cứu cũng đề cập đến một số thành

thích sinh trƣởng, các chất trao đổi thứ cấp.

ity

phần có thể bổ sung vào hạt bào tử làm tăng tác dụng ở hiện trƣờng nhƣ chất kích

Dự án nghiên cứu gây trồng phát triển cây Cọc rào (Jatropha curcas) và cây
Bánh dầy (Pongamia pinnata) trên các vùng đất khô cằn tại Hyderabat cho sản xuất
diesel sinh học do Viện Nghiên cứu Quốc tế về cây trồng vùng bán khô hạn
(ICRISAT) tiến hành đã áp dụng chế phẩm nấm rễ AM - in vivo (soil innoculum) cho
cây Bánh dầy, tuy nhiên kết quả tăng sinh trƣởng quan trọng nhất lại là công thức áp
dụng phối hợp giữa chế phẩm AM (soil innoculum) với chế phẩm vi khuẩn cộng sinh
cố định đạm Rhizobium: tăng sinh khối rễ 46% và sinh khối thân, chồi 91% so với đối
chứng (cây Bánh dầy 1 năm tuổi).
Công nghệ nhân sinh khối in vitro và chế phẩm AM tinh khiết của Viện Năng
lƣợng và Tài nguyên (TERI), Ấn Độ là một bƣớc đột phá công nghệ quan trọng trong
15