NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG THÀNH PHẦN LOÀI CỦA NẤM RỄ NỘI CỘNG SINH (ARBUSCULAR MYCORRHIZA) TRONG ĐẤT TRỒNG NGÔ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------------

LƯU THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG THÀNH PHẦN
LOÀI CỦA NẤM RỄ NỘI CỘNG SINH
(ARBUSCULAR MYCORRHIZA)
TRONG ĐẤT TRỒNG NGÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

LƯU THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG THÀNH PHẦN
LOÀI CỦA NẤM RỄ NỘI CỘNG SINH
(ARBUSCULAR MYCORRHIZA)
TRONG ĐẤT TRỒNG NGÔ

Chuyên ngành:

Vi sinh vật học

Mã số:

60420107

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ THỊ HOÀNG YẾN
TS. MAI THỊ ĐÀM LINH

Hà Nội - 2018


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin phép được gửi những lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, Phòng
Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Vi sinh học, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn
thành Luận án này.
Tôi xin phép được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Đại học Quốc gia Hà Nội, là
đơn vị hỗ trợ kinh phí cho nghiên cứu từ đề tài QG 16.35 để tôi thực hiện được
nghiên cứu trong Luận văn này.
Tôi xin phép được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh
học - Đại học Quốc gia Hà Nội, là đơn thị thực hiện nghiên cứu đã cung cấp cơ sở vật
chất để tôi hoàn thành kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Lê Thị Hoàng Yến, Viện Vi sinh vật và Công
nghệ Sinh học - Đại học Quốc gia Hà Nội, là giáo viên hướng dẫn đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành Luận văn này
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Mai Thị Đàm Linh, Bộ môn Vi sinh vật,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, là giáo viên hướng
dẫn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành Luận
văn này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn bộ cán bộ của Viện Vi Sinh vật và Công nghệ
Sinh học - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo của Bộ môn Vi sinh vật, Khoa
Sinh học, Trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã
tận tình dạy dỗ và giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu.
Tôi xin phép gửi lời cảm ơn tới Khoa Kiểm định Vắc xin Vi rút, Viện Kiểm
định Quốc gia Vắc xin và Sinh phẩm y tế, Bộ y tế, là nơi tôi công tác đã tạo mọi
điều kiện cho tôi để tôi hoàn thành Luận văn này.


Tôi cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp đã luôn động viên, hỗ
trợ, dõi theo các bước tiến và chia sẻ với tôi mọi mặt trong cuộc sống và công việc.
Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới bố mẹ và gia đình đã luôn
bên cạnh, ủng hộ và đồng hành cùng tôi và cho tôi ngày hôm nay.
Hà Nội, ngày 02 tháng 1 năm 2018
Học viên

Lưu Thị Dung


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN..................................................................................3
1.1 Nấm rễ nội cộng sinh......................................................................................3
1.2 Lịch sử nghiên cứu.........................................................................................3
1.3 Phương pháp phân loại nấm rễ nội cộng sinh.................................................4
1.3.1

Phân lập bào tử nấm rễ nội cộng sinh...................................................4

1.3.2

Phân loại...............................................................................................5

1.4 Vai trò của nấm rễ nội cộng sinh đối với thực vật.........................................10
1.4.1

Khả năng huy động nước và các chất dinh dưỡng...............................10

1.4.2

Thu nhận hợp chất cacbon trong cây cộng sinh Mycorrhiza...............10

1.4.3

Tăng sức chống chịu của cây trồng trong điều kiện bất lợi của môi trường.....11

1.4.4

Giúp cây chống chịu với bệnh hại........................................................11

1.4.5

Hấp thu lân..........................................................................................12

1.5 Tình hình nghiên cứu AMF trên thế giới......................................................12
1.6 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.................................................................16
1.7 Đặc điểm tự nhiên của địa điểm nghiên cứu.................................................18

1.7.1

Đặc điểm tự nhiên của Duy Tiên – Hà Nam........................................18

1.7.2

Đặc điểm tự nhiên của Thường Tín - Hà Nội.......................................19

CHƯƠNG 2 - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP...............................21
2.1 Đối tượng nghiên cứu...................................................................................21
2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu.................................................................21
2.3 Vật liệu và trang thiết bị...............................................................................21
2.3.1

Nguyên vật liệu....................................................................................21

2.3.2

Dụng cụ...............................................................................................22

2.4 Phương pháp.................................................................................................22
2.4.1

Lấy mẫu đất.........................................................................................22

2.4.2

Phân lập AMF.....................................................................................23

2.4.3

Tiệt trùng các bào tử AMF...................................................................23

2.4.4

Phân loại nấm rễ nội cộng sinh...........................................................24

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..........................................................28
3.1 Phân lập AMF từ mẫu đất thu thập...............................................................28


3.2 Phân loại AMF bằng phương pháp hình thái học..........................................29
3.3 Đánh giá đa dạng thành phần loài của AMF trong các vùng sinh thái nghiên
cứu và mối tương quan giữa điều kiện môi trường sống tới sự đa dạng thành phần
loài của các chủng nấm rễ nội cộng sinh trên đất trồng ngô................................45
3.3.1

Dựa vào thành phần loài.....................................................................45

3.3.2

Dựa vào tần suất xuất hiện..................................................................46

3.3.3

Dựa vào mật độ loài............................................................................51

3.4 Lựa chọn một số AMF có độ đa dạng cao để phân loại chúng bằng kỹ thuật
sinh học phân tử...................................................................................................52
3.5 Thảo luận về mối tương quan giữa đa dạng AMF trên các mẫu đất trồng ngô........54

KẾT LUẬN............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................58


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- ADN (Acid deoxiribonucleic): Axit deoxiribonucleotit
- ARN (Acid ribonucleic): Axit ribonucleotit
- AMF(Arbuscular Mycorrhizal Fungi): Nấm rễ nội cộng sinh
- BP (Base pair): Cặp bazơ
- dNTP ( Deoxynucleotide Triphosphates): Nucleotide
- PCR (Polymerase Chain Reaction): Phản ứng khuếch đại


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại AMF về hình thái học................................................................7
Bảng 2.1. Danh sánh mẫu đất trong nghiên cứu......................................................21
Bảng 2.2.Thành phần của phản ứng PCR................................................................25
Bảng 2.3. Chu kỳ nhiệt của phản ứng PCR.............................................................26
Bảng 3.1. Số lượng bào tử AMF phân lập...............................................................28
Bảng 3.2. Tần suất xuất hiện của các chi AMF........................................................47
Bảng 3.3. Tần suất xuất hiện của các loài AMF.......................................................49
Bảng 3.4. Sự phân bố của AMF trong đất theo mật độ loài (SR)...........................51


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Vị trí địa lý của Duy Tiên - Hà Nam trên bản đồ.....................................19
Hình 1.2. Vị trí địa lý của Thường Tín-Hà Nội trên bản đồ.....................................20
Hình 3.1. Biểu đồ mật độ bào tử AMF phân lập các mẫu ở Hà Nội và Hà Nam......29
Hình 3.2. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora gerdemanii (kích thước bar 100µm). .30

Hình 3.3. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora longula, kích thước bar 30 µm..........31
Hình 3.4. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora mellea, kích thước bar 20 µm............31
Hình 3.5. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora morrowiae, kích thước bar 50 µm.....32
Hình 3.6. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora rehmii phân lập, kích thước bar 50 µm....32
Hình 3.7. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora sp. 1, kích thước bar 30 µm...............33
Hình 3.8. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora sp.2, kích thước bar 20 µm................33
Hình 3.9. Hình ảnh bào tử loài Acaulospora sp.3, kích thước bar 50 µm................34
Hình 3.10. Hình ảnh bào tử loài Centraspora pellucida, kích thước bar 50µm.......34
Hình 3.11. Hình ảnh bào tử loài Dentiscutata nigra, kích thước bar 50µm............35
Hình 3.12. Hình ảnh bào tử loài Dentiscutata reticulata, kích thước bar 50µm......35
Hình 3.13. Hình ảnh bào tử loài Dentiscutata sp., kích thước 50 µm......................36
Hình 3.14. Hình ảnh bào tử loài Glomus ambisporum, kích thước bar 50 µm.........37
Hình 3.15. Hình ảnh bào tử loài Glomus multicaule, kích thước bar 50 µm............37
Hình 3.16. Hình ảnh bào tử loài Glomus intraradice, kích thước bar 50µm...........38
Hình 3.17. Hình ảnh bào tử loài Gigasspora albida, kích thước 50µm...................38
Hình 3.18. Hình ảnh bào tử loài Gigasspora decipiens, kích thước bar 50µm........39
Hình 3.19. Hình ảnh bào tử loài Gigasspora gigantean, kích thước 100 µm..........39
Hình 3.20. Hình ảnh bào tử loài Gigasspora margarita, kích thước bar 50 µm......40
Hình 3.21. Hình ảnh bào tử loài Racocetra gregari, kích thước bar 50µm..............41
Hình 3.22. Hình ảnh bào tử loài Rhizophagus clarus, kích thước bar 50µm...........41
Hình 3.23. Hình ảnh bào tử loài Rhizophagus sp., kích thước bar 50µm.................42
Hình 3.24. Hình ảnh bào tử loài Septoglomus constrictum, kích thước bar 50 µm..42
Hình 3.25. Hình ảnh bào tử loài New Genus 1 sp., kích thước bar 50µm................43


Hình 3.26. Hình ảnh của bào tử loài New Genus 2 sp., kích thước bar 50µm..........44
Hình 3.27. Hình ảnh bào tử loài New Genus 3 sp., kích thước bar 50µm................44
Hình 3.28. Tần số xuất hiện của các chi AMF.........................................................47
Hình 3.29. Tần suất xuất hiện của các loài AMF.....................................................50
Hình 3.30. Mật độ loài AMF...................................................................................52

Hình 3.31. Cây chủng loại phát sinh của các chủng AMF nghiên cứu và các loài có
mối quan hệ họ hàng gần dựa vào phân tích trình tự 18S........................................53


MỞ ĐẦU
Nấm rễ nội cộng sinh (AMF - Arbuscular Mycorrhizal Fungi) là một nhóm
nấm có lợi trong đất và sống cộng sinh trong rễ của thực vật bậc cao. Đây là quần
hợp nấm - thực vật được biết nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng trong quá trình
phát triển của thực vật cũng như hệ sinh thái. AMF được phát hiện từ ít nhất 400
triệu năm trước, có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển, sinh sản của cả thực
vật và nấm. Đây được xem là nhóm vi sinh vật chủ yếu tồn tại ở rễ và đất của cây
trồng, được tìm thấy trong hầu hết các sinh cảnh trên toàn thế giới và trong khoảng
90% các loài thực vật [74]. Mặc dù là nội cộng sinh bắt buộc nhưng mối quan hệ
giữa nấm và thực vật được được coi là mối quan hệ “Hội sinh”, do nó mang lại lợi
ích cho cả vật chủ và nấm. Trước hết, nấm nhận được các sản phẩm quang hợp từ
thực vật bằng cách sống cố định trong rễ của chúng và sau đó phát triển mạng lưới
hệ sợi nấm trong vùng bầu rễ để tạo thuận lợi cho việc hấp thụ các chất dinh dưỡng
và cung cấp các chất có lợi khác cho vật chủ, cạnh tranh với các vi khuẩn trong đất
khác, đồng thời giúp thực vật tăng khả năng lấy nước và chất dinh dưỡng như phốt
pho, lưu huỳnh, nitơ và các vi chất dinh dưỡng từ các sợi nấm tạo ra ngoài vùng rễ.
Ngoài ra, sự cộng sinh của nấm đã được chứng minh là giúp cho cây trồng có khả
năng chống chịu được sự khô hạn hay đề kháng với một số tác nhân gây bệnh
[55,57].
Cây ngô là nhóm cây chủ lực của Việt Nam, đứng thứ hai sau cây lúa. Tuy
nhiên, sự đa dạng nấm AMF trong đất trồng ngô ở Việt Nam cũng như mối tương
quan giữa điều kiện môi trường sống tới sự đa dạng thành phần loài của các chủng
nấm rễ nội cộng sinh trên đất trồng ngô còn chưa được nghiên cứu nhiều. Việc
nghiên cứ sự có mặt của AMF trong đất trồng ngô sẽ góp phần làm rõ hơn về sự đa
dạng của nhóm nấm này trên cây ngô. Đồng thời, từ kết quả nghiên cứu có thể lựa
chọn được những loài ưu thế, tìm hiểu được vai trò và có những đặc tính của AMF

trong việc ứng dụng nâng cao năng suất cây trồng.

1


Xuất phát từ những lý do nếu trên, đề tài “Nghiên cứu đa dạng thành phần
loài nấm rễ nội cộng sinh (Arbuscular Mycorrhiza) trong đất trồng ngô” được tiến
hành với các mục tiêu nghiên cứu sau:
1. Phân lập, phân loại các chủng nấm rễ nội cộng sinh từ đất trồng ngô tại Hà
Nội và Hà Nam.
2. Đánh giá đa dạng thành phần loài của AMF trong các vùng sinh thái
nghiên cứu và mối tương quan giữa điều kiện môi trường sống tới sự đa dạng thành
phần loài của các chủng nấm rễ nội cộng sinh trên đất trồng ngô.

2


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1 Nấm rễ nội cộng sinh
Nấm rễ (Mycorrhizal) là một hình thức sinh trưởng cộng sinh giữa thực vật
và nấm. Đây là quần hợp nấm - thực vật được biết nhiều nhất và đóng vai trò quan
trọng trong quá trình phát triển của thực vật cũng như nhiều hệ sinh thái, với hơn
90% các loài thực vật có quan hệ với nấm theo hình thức nấm rễ và phụ thuộc vào
mối quan hệ này để tồn tại [67]. Có hai loại nấm rễ: nấm rễ nội sinh và nấm rễ
ngoại sinh [63].
Nấm rễ nội cộng sinh (Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF) là nhóm cộng
sinh bắt buộc với thực vật và thuộc ngành Glomeromycota.
Nấm rễ ngoại cộng sinh (Ectomycorrhizal) là sợi nấm bao quanh rễ dinh dưỡng
chưa hóa gỗ, không xuyên qua mô tế bào mà chỉ kéo dài giữa các vách tế bào.
Để phát triển, đầu tiên bào tử nấm thâm nhập qua tế bào vỏ của rễ cây, sau

đó màng sinh chất của tế bào chủ bao quanh sợi nấm, tạo ra những vòng xoắn của
sợi nấm ở bên trong tế bào. Nấm rễ cộng sinh vào rễ thực vật, hình thành hệ sợi, mở
rộng thành mạng lưới vào đất xung quanh rễ và hình thành một mối liên kế cơ bản
và quan trọng giữa thực vật và môi trường xung quanh nó. Sự nội cộng sinh nấm và
rễ cây thực chất là hình thức hỗ sinh. Cả hai bên sử dụng chất dinh dưỡng trong mối
quan hệ tương hỗ, nấm rễ giúp thực vật lấy dinh dưỡng như photpho, sulfur,
nitrogen và các vi lượng từ đất. Sự cộng sinh của nấm làm cải thiện khả năng hấp
thụ và tuổi đời rễ, tăng cường hấp thu các dinh dưỡng đặc biệt là phốt phát và giảm

3


khả năng nhiễm bệnh của cây [55,57]. Các nấm này đồng thời cũng giảm những ảnh
hưởng gây ra bởi các vi sinh vật nhiễm vào rễ, đất mặn, hay bởi nước tù [46].
1.2 Lịch sử nghiên cứu
Thuật ngữ “Mycorrhiza” lần đầu tiên được Frank - nhà bệnh cây lâm nghiệp
người Đức đưa ra vào năm 1885 để chỉ mối quan hệ đặc biệt giữa rễ cây và nấm
ngoại cộng sinh. Thuật ngữ này bắt nguồn từ chữ Hy Lạp: Mykes (nấm) và Rhiza
(rễ). Năm 1887, Frank đã chỉ ra sự khác biệt giữa nấm ngoại cộng sinh và nấm nội
cộng sinh, thực chất là sự khác biệt giữa Ericaceous và Orchid, từng được gọi là
“Phycomycetous Endomycorrihiza” để phân biệt với dạng cộng sinh của nấm bậc
cao với các loài trong họ Ericaceae và Orchidaceae.
Những nghiên cứu tiếp theo về cấu trúc đã dẫn đến sự thay đổi tên gọi của
hình thức cộng sinh này. Năm 1897, tác giả Janse đã gọi cấu trúc dạng bọng bên
trong tế bào rễ của thực vật bị nhiễm nấm Mycorrhiza là “Vesicules” (gọi là thể V).
Năm 1905, Gallaud gọi những cấu trúc dạng bụi (chùm) trong tế bào thường được
quan sát thấy là “Arbuscular” (gọi là thể A). Do vậy, tên gọi “Vesicular - Arbuscular
Mycorrhiza” (viết tắt là VAM) được hình thành và tồn tại cho đến thời gian gần đây.
Bên cạnh đó, một số bài báo và công trình khoa học khác còn sử dụng tên gọi
“Vesicular - Arbuscular Mycorrhiza Fungi” để chỉ loại hình cộng sinh này [26].

Những nghiên cứu sau này cho thấy, thể A là đặc điểm chung nhất của các
chi nấm AMF, còn sự hình thành thể V không thấy có mặt ở tất cả nấm nội cộng
sinh. Do vậy, loại hình cộng sinh này còn có tên gọi là “Arbuscular Mycorrhiza” tuy
nhiên tên này vẫn chưa hoàn toàn thống nhất.
Năm 2005, Hội nghị Quốc tế về Mycorrhiza lần thứ 17 được tổ chức tại Bồ
Đào Nha đã quyết định lấy tên “Arbuscular Mycorrhiza Fungi” (AMF) để chỉ loại
hình cộng sinh này. Do vậy, trong các tài liệu được công bố sau này, thuật ngữ
“Arbuscular Mycorrhiza Fungi” (viết tắt là AMF) đã được thống nhất sử dụng thay
cho thuật ngữ “Vesicular - Arbuscular Mycorrhiza” bắt đầu từ năm 2008 [30].

4


1.3 Phương pháp phân loại nấm rễ nội cộng sinh
1.3.1 Phân lập bào tử nấm rễ nội cộng sinh
Nấm rễ nội cộng sinh có đặc điểm không thể nuôi cấy được trên các môi
trường nuôi cấy thông thường mà chỉ có thể sinh trưởng phát triển trong rễ cây nên
việc phân lập nấm rễ nội cộng sinh phải gián tiếp dựa vào sự có mặt của các bào tử
trong đất xung quanh rễ thực vật. Hay nói các khác, việc phân lập nấm rễ nội cộng
sinh được thực hiện thông qua việc phân lập các bào tử của loài nấm này.
Bào tử AMF phân bố rộng rãi trong lòng đất, từ bề mặt phía trên đến độ sâu
2,2m. Tuy nhiên, 70-85% các bào tử là được tìm thấy ở lớp đất bề mặt 3-10 cm
[79]. Do vậy, để phân lập AMF, lấy các mẫu đất đã được loại bỏ lớp bên ngoài (3
cm ở phía trên) để đảm bảo mật độ, cấu trúc quần thể nấm AMF không bị ảnh
hưởng của các yếu tố (ánh sáng, nhiệt độ,…).
Để phân lập AMF, trước hết cần tách bào tử từ đất bằng phương pháp sàng
ướt và lọc. Phương pháp này được Gerdemann, 1963 đã cải biên cho phù hợp với
nấm nội cộng sinh [38]. Trên cơ sở đó, nhóm tác giả Daniel và Skipper, 1982 và tiếp
sau đó tác giả Tommerup, 1992 đã cải tiến thành phương pháp sàng ướt (wet
sieving) kết hợp với ly tâm trong thang nồng độ của sucrose (dịch 50%) [28,70].

Phương pháp tích cực và hiệu quả nhất thường được sử dụng rộng rãi trong
các nghiên cứu của Brundrett, 1996 là dùng sàng lọc với các kích cỡ màng khác
nhau: 250µm, 100µm và 45µm đường kính lỗ sàng kết hợp với ly tâm ở các nồng
độ đường khác nhau [28]. Bào tử AMF sau khi phân lập được phân loại dựa vào
hình thái, kích thước theo khóa phân loại của Monton, 1988; Schenck và Pertez,
1990 [51,62].
1.3.2 Phân loại
1.3.2.1 Phân loại dựa trên đặc điểm hình thái học
Lịch sử hình thành hệ thống phân loại này trước hết phải kể đến việc hình
thành chi Endogone năm 1808. Tiếp đó là chi Glomus do anh em Tulasne mô tả
năm 1844. Đến năm 1849, tác giả Fries xây dựng nên họ Endogonaceae, sau đó họ

5


này bị thay đổi do loài mới phát hiện có rất ít đặc điểm chung. Đây là thời điểm để
hoàn thiện sự phân loại và phương pháp nhận biết tất cả các loại bào tử của AMF.
Năm 1959, Moss (nhà Giải phẫu thực vật) và Bowen (nhà Sinh thái học) đã
đưa ra hệ thống mô tả dựa trên cấu trúc vách tế bào, màu sắc và đặc điểm tế bào
chất [53]. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này thì Gerdermann đã phát hiện ra
rằng nhóm Endogone có số lượng loài rất lớn, cần phải xem xét lại và tác giả đã
chia Endogone thành 7 chi với 3 chi không cộng sinh là Endogone, Modicella,
Glaziella và 4 chi cộng sinh: Glomus, Sclerocystics, Gigaspora, Acaulospora (trong
đó Gigaspora và Acaulospora là 2 chi mới). Với hệ thống phân loại của
Gerdermann, Viện Nghiên cứu sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học Ấn Độ đã phân
lập từ đất vườn ươm 4 chi AMF: Glomus, Sclerocystics, Gigaspora, Acaulospora và
1 chi không cộng sinh (Endogone) [36].
Năm 1982, Trappe và Schenck đã đề xuất đưa 5 loài AMF ra khỏi chi
Sclerocystics để hình thành chi mới Scutellospora [71], đến năm 1987 Walker cũng
đề xuất như trên [74]. Năm 1990, tác giả Morton và Benny đặt 5 chi của Walker vào

3 họ: Glomaceae, Gigasporaneae, Acaulosporaceae và 2 bộ phụ: Glomineae,
Gigasporineae, trong đó 2 bộ phụ này được đặt trong bộ mới Glomales [52]. Thông
thường, việc phân loại nấm rễ nội cộng sinh chủ yếu dựa vào các đặc điểm hình thái
và cấu trúc của các loại bào tử. Một trong những cơ sở quan trọng để phân loại theo
hình thái là bảng màu của Morton [51]. Nhìn chung, hệ thống phân loại AMF đang
áp dụng dựa trên cơ sở hệ thống phân loại của Morton và Benny đưa ra vào năm
1990 và được hoàn chỉnh dần nhờ hàng loạt các nhà nghiên cứu tiếp đó [52].
Năm 1998, Trung tâm Nghiên cứu AMF của Đài Loan (Arbuscular
mycorrhizal fungal Collection center in Taiwan - ACT) đề nghị công nhận 2 chi mới
là Glomites và Jimtrappea. Hiện nay, hệ thống phân loại của ACT thường được sử
dụng ở các nước Châu Á.
Năm 2008, Shipra Singh và cộng sự tiếp tục công bố thêm 2 họ AMF là
Archacosporaceae và Paraglomaceae với 2 chi mới là Archacospora và
Paraglomus [66].

6


Hiện nay, đặc điểm đặc trưng của nhóm nấm rễ nội cộng sinh đã được thống
nhất là không có sự biến đổi màu sắc và hình thái của rễ, có lông hút, không có thể
sợi nấm và không có mạng lưới Hartig. Nấm rễ nội cộng sinh gồm 2 loại là nấm rễ
nội cộng sinh không có màng ngăn (AEM) và sợi nấm nội cộng sinh có màng ngăn
(SEM). Với loại SEM, khi giải phẫu sẽ thấy bên trong tế bào biểu bì rễ có các túi
bọt (Vesicular) và chùm (Arbuscular).
Đặc điểm nhận dạng của một số loài bào tử AMF (dựa theo phân loại của
Gerdemann, 1963) được thể hiện trong Bảng 1.1 [38].

7

Bảng 1.1. Phân loại AMF về hình thái học
Tên chi

Glomus

Tên loài

Hình dạng

aggregatum

Hình cầu, hình trứng,
có cuống nhỏ

ambisporum
marcaropus
appendicula
delicate
dilatata

Acaulospora
myriocarpa
bireticulata
lacunose
Entrophora

colombiana

Màu sắc
Có mầu nâu, mầu

nâu đỏ, một số có
mầu vàng nhạt

Kích thước (µm)

Đặc điểm

120-175

Thành bào tử mỏng,
có 2 lớp
Thành bào tử mỏng

Hình cầu hoặc hình
trứng
Hình cầu hoặc hình
trứng

Mầu nâu, nâu đậm

100-150

Nâu hoặc mầu vàng
nhạt

100-125

Hình cầu

Có mầu vàng nhạt

150-175

có quả bào tử, hình
Có mầu nâu, nâu
cầu
đậm
Hình cầu, có quả bào
Có mầu nâu, đen
tử
Có quả bào tử, hình
Có mầu nâu hoặc nâu
cầu hoặc gần
nhạt
hình cầu.
Hình cầu, dạng quả
Có mầu nâu nhạt
lê
hoặc vàng nhạt
Có mầu nâu hoặc nâu
Hình cầu
nhạt
Hình cầu hoặc hình
Có mầu nâu nhạt
trứng
hoặc mầu vàng nhạt

8

Thành bào tử mỏng,

có quả bào tử
Thành bào tử dày, 16µm

100-175

Thành bào tử dày

125-200

Thành bào tử dày,có
nhiều lớp

120-175

Thành bào tử dày, có
vách ngăn

150-200
120-175
120-200

Thành bào tử dày, có
3-4 lớp
Thành bào tử
mỏng,1-2 lớp
Thành bào tử có 3
lớp chia làm 2
nhóm

Tên chi

Tên loài

Hình dạng

Màu sắc
Có mầu nâu nhạt
hoặc mầu vàng

Kích thước (µm)

schenckii.

Hình cầu ,hình tròn

coccogena

Bào tử có dạng hình
cầu, gần hình
cầu, elip

Có mầu nâu nhạt

100-150

coremioides

Bào tử có hình cầu,

Có mầu nâu, nâu
đậm

120-180

rhyniensis

Hình cầu hoặc hình
elip

Có mầu nâu đậm

150-200

candida

Bào tử thường có
hình cầu và gần
hình cầu, một số có
hình elip

Có mầu nâu, nâu
đậm, mầu nâu đỏ

albida

Bào tử có dạng hình
cầu, hoặc elip

Sclerocystis

Glomites

Gigaspora

Có mầu vàng nhạt

9

150-200

Đặc điểm
Thành dày chia bào
tử thành 3 lớp
Thành bào tử mỏng
có 2 lớp
Thành bào tử có 3
lớp,chia làm 2
nhóm
Thành bào tử có
cấu trúc kiểu liên
tiếp, gồm nhiều lớp

120–160

Thành bào tử có 3
lớp chia làm 2
nhóm

120-150

Thành bào tử có
cấu trúc nối tiếp,
gồm 3 - 5 lớp


1.3.2.2 Phân loại bằng kỹ thuật sinh học phân tử
Các loài AMF khác nhau thường xuất hiện trong cùng một rễ. Do vậy, việc
phân loại bằng hình thái học trở nên cực kỳ khó khăn. Khoảng 160 loài AMF đã
được mô tả bằng các đặc điểm hình thái học của bào tử theo tạp trí Vesicular
Arbuscular Mycorrhiza (INVAM) quốc tế [82]. Tuy nhiên, trong tự nhiên, có sự
khác biệt lớn về hình thái bào tử thậm chí trong một số loài AMF [75] và nhiều
AMF chỉ có thể tái sinh sản mà không tạo ra bào tử [42]. Phương pháp phân loại
bằng kỹ thuật sinh học phân tử là quá trình cần thiết trong việc phân loại và định
danh nấm rễ nội cộng sinh mà không phụ thuộc vào các tiêu chí hình thái.
Các chuỗi trình tự được sắp xếp bên trong (ITS) đã được sử dụng rộng rãi
trong phân loại bằng kỹ thuật sinh học phân tử [56].Tuy vậy trình tự này có mức
độ biến đổi cao trong các loài AMF và ngay cả trong các bào tử đơn lẻ [47]. Do đó,
sẽ rất khó để tìm ra các ITS đặc trưng cho tất cả AMF.
Ngày nay, trong một số ít nghiên cứu đoạn 18S, 28S đoạn D1D2 và ITS
được sử dụng để phân loại AMF, trong đó trình tự 18S vẫn là trình tự được dùng
phổ biến cho nhóm nấm này [63]. rRNA là công cụ thích hợp cho việc nhận dạng và
nghiên cứu phát sinh loài trong. Các gen rRNA đã được sử dụng trong phần lớn các
nghiên cứu về sinh học phân tử của AMF và cho kết quả tương đồng với cách phân
loại về hình thái bào tử [65]. Phản ứng khuếch đại PCR chọn lọc phụ thuộc nhiều
vào tính đặc hiệu của mồi do vậy đã có nhiều nỗ lực nghiên cứu để thiết kế cặp mồi
đặc hiệu cho AMF. Tuy nhiên, rất khó để có thể khuếch đại chính xác các trình tự từ
một số nhóm AMF đã được mô tả gần đây và do đôi khi chúng khuếch đại nhầm
sang DNA của các sinh vật khác. Các mồi PCR cho các phân nhóm nhỏ hoặc các
gen mục tiêu của AMF tương đối dễ thiết kế và đã được sử dụng thành công trong

một số nghiên cứu [33]. Vì vậy để nghiên cứu toàn diện về cấu trúc của toàn bộ hệ
gen AMF và đa dạng sinh học đòi hỏi các mồi PCR phải đặc hiệu cho tất cả AMF,
và vẫn còn đang trong quá trình hoàn thiện. Việc thiết kế mồi đòi hỏi một trình tự
mới khi các thông tin của các trình tự AMF mới được cập nhật vào ngân hàng gen.
Nghiên cứu của Jaikoo Lee và cộng sự, cặp mồi AML1 và AML2 khuếch đại gen
10


18S của rARN được công bố dùng để phát hiện và nhận dạng AMF. Trình tự mồi
PCR đã được chứng minh có độ đặc hiệu tốt hơn và bao phủ được tất cả các loài
AMF đã được biết đến [43].
1.4 Vai trò của nấm rễ nội cộng sinh đối với thực vật
1.4.1 Khả năng huy động nước và các chất dinh dưỡng
Hệ sợi nấm cộng sinh phát triển xung quanh vùng rễ giúp làm tăng diện tích
bề mặt tiếp xúc, tăng khả năng hút nước và các chất dinh dưỡng của cây trồng. Đối
với các chất dinh dưỡng kém di động (như ion phốt phát, đồng, kẽm…), cây trồng
hút các ion này nhanh hơn khả năng khuyếch tán của chúng trong dung dịch đất nên
thường hình thành vùng hẹp cạn kiệt xung quanh rễ. Khi đó, hệ sợi nấm nhanh
chóng dài ra, vượt qua vùng cạn kiệt để đến với nơi có dinh dưỡng dễ phân giải. Do
có đường kính nhỏ hơn so với lông hút của rễ, sợi nấm có thể len lỏi khắp nơi trong
đất, kể cả các lỗ hổng rất nhỏ mà rễ không qua được để thu nhận chất dinh dưỡng
cung cấp cho cây. Ví dụ, như trong trường hợp phốt pho bị cố định chặt, sợi nấm
cộng sinh sẽ tiếp cận và tiết ra các axít hữu cơ để sau đó có thể đổi chỗ cho phốt
pho (bị hút chặt bề mặt bởi hydroxide kim loại) bằng phản ứng trao đổi, hoà tan
oxide kim loại, tạo phức kim loại trong dung dịch, do vậy ngăn chặn được sự kết tủa
của phốt phát kim loại. Nấm cộng sinh Mycorrhiza còn giải phóng phốt pho vô cơ
thông qua khoáng hoá chất hữu cơ (thuỷ phân hợp chất ester phốtphát hữu cơ). Các
hình thức cộng sinh ở Ericoid Mycorrizha và Ectomycorrizha còn có vai trò quan
trọng trong việc khoáng hoá nitơ. Chỉ cần một lượng nhỏ AMF có thể huy động
dinh dưỡng từ khối lượng lớn xác thực vật có tỷ lệ C/N cao (hàm lượng lignin và

tannin cao) [29,38,57,67].
1.4.2 Thu nhận hợp chất cacbon trong cây cộng sinh Mycorrhiza
Dòng cacbon có thể theo một chiều từ cây xuống AMF hoặc theo chiều
ngược lại do AMF tự phân giải hợp chất giàu cacbon ở đất. Dòng chảy cacbon từ
cây xuống đất không làm cây trồng thiếu hụt cacbon vì khi AMF xâm nhiễm vào rễ
cây sẽ kích thích quá trình quang hợp hoạt động mạnh lên nhiều lần (trừ trường hợp
ánh sáng quá yếu). Trong hệ sinh thái, dòng chảy cacbon xuống nấm và đất mang
11


lại nhiều lợi ích, trong đó: sợi AMF sản sinh ra các enzyme thủy phân (như
protease, phosphatase…) có vai trò quan trọng trong quá trình khoáng hoá chất hữu
cơ và huy động chất dinh dưỡng cho cây trồng. Sợi nấm kéo dài làm tăng liên kết
với các hạt đất, cải thiện cấu tượng đất, thông thường có đến 1 – 20 m sợi nấm/gam
đất. Tạo nên cộng đồng vi sinh vật vùng rễ. Đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá
độ phì nhiêu của đất [67].
1.4.3 Tăng sức chống chịu của cây trồng trong điều kiện bất lợi của môi trường
Ở cây nho, nước đóng vai trò rất quan trọng, nên việc thiếu hụt nước tưới gây
ảnh hưởng rất lớn lên chất lượng của quả nho [46]. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng
của chủng nấm rễ lên cây nho trồng trong điều kiện thiếu nước cho thấy, việc bổ
sung nấm rễ giúp nho cải thiện tình trạng hút nước và chất dinh dưỡng. Thêm vào
đó, khi môi trường đất bị nhiễm mặn và bị nhiễm kim loại nặng, nấm rễ sẽ hấp thu
các kim loại năng hoặc muối và tích trữ chúng trong các túi vesicles bên trong rễ
cây và có thể lưu trữ các ion muối như natri, clorua và các kim loại nặng [67].
Trong môi trường đất khô nấm rễ giúp cây hấp thu nước bằng cách tăng cường tốc
độ thoát hơi nước so với những cây không có nấm rễ cộng sinh. Allerm cho rằng tác
dụng của nấm trong vùng khô hạn biểu hiện chủ yếu là làm tăng tính chịu hạn của
cây và tăng nhanh tốc độ truyền nước trong cây. Trước đó, vào năm 1982, Berea và
cộng sự lại cho rằng tác dụng của nấm rễ là cải thiện kết cấu đất và nâng cao lượng
nước trong đất từ đó làm tăng khả năng hấp thu nước cho cây [23].

1.4.4 Giúp cây chống chịu với bệnh hại
Nấm cộng sinh ở rễ cây có tác dụng bảo vệ cây chống lại một số vi sinh vật
cây bệnh như Phytophthora infestans (một loài tảo tương tự nấm), do Phytophthora
infestans không thể xâm nhập qua hệ sợi nấm để lọt vào rễ [13]. Ngoài ra, nấm còn
giúp ngăn chặn cơ học sự xâm nhập của nguồn bệnh bằng cấu trúc sợi đan xen trong
rễ cây, sản sinh các hợp chất kháng sinh (antibiotic), cạnh tranh dinh dưỡng với vi
sinh vật gây bệnh, góp phần làm tăng sức đề kháng cho cây chủ. Nấm rễ giúp cây
trồng kháng được một số nguồn bệnh trong đất, tiết ra hệ thống đối kháng (induce
plant systemic resistance) ngăn cản sự tấn công do một số vi khuẩn và nấm gây hại
12


từ trong đất, giúp chống lại bệnh bạc lá sớm trên cây cà chua do Alternaria solani
gây ra thông qua kích thích hoạt động của β-1,3-glucanase, chitinase, phenylalanine
ammonia-lyase (PAL) và lipoxygenase (LOX) có trong lá cà chua [55,67]. Năm
2003, Salem đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nấm rễ và vi khuẩn vùng rễ cà chua
lên sự ức chế với bệnh đốm lá của cây. Kết quả cho thấy, khi chủng nấm rễ kết hợp
với vi khuẩn Pseudomonas làm tăng khả năng ức chế sự phát triển của bệnh và tăng
năng suất cà chua [59]. Song và cs, 2010 đã kết luận rằng, sự cộng sinh của nấm rễ
đối với cây bắp giúp cho cây tiết ra hợp chất 2,4-dihydroxy-7-methoxy-2 H-1,4benzoxazin-3(4 H)-one (Hx) đối kháng với bệnh cháy bìa lá do nấm Rhizoctonia
solani và giúp cây bắp tăng trưởng [68].
1.4.5 Hấp thu lân
Deressa và Schenk (2008) nghiên cứu về cây hành tím Allium CepaL và báo
cáo rằng cây hành tím là loài thực vật có hệ thống rễ ngắn, không phân nhánh và
mọc cạn trên bề mặt đất do đó bộ rễ của cây hành tím không thể hút được đầy đủ
nguồn dưỡng chất trong đất đặc biệt là lân (P) và kết quả là năng suất của hành bị
giảm [29]. Nhờ có mối quan hệ cộng sinh với nấm rễ, cây hành có thể chống chịu
được với điều kiện bất lợi của môi trường và gia tăng năng suất củ [24,38,44].
Trong canh tác hành tím theo truyền thống thì năng suất của củ hành tím có tương
quan rất lớn với sự cộng sinh của nấm rễ [34].

1.5 Tình hình nghiên cứu AMF trên thế giới
Năm 1963, tác giả Gerdemann đã sử dụng đất không khử trùng như một cách
lây nhiễm AMF và đã chứng minh được rằng cây trồng sẽ phát triển nhanh khi có
mặt AMF [37]. Năm 1959, trong một báo cáo khoa học khác đã chỉ ra rằng, việc
nhiễm AMF làm tăng sinh trưởng của cây táo con từ chồi [53]. Cho đến năm 1968,
Gerdemann tiến hành thí nghiệm trên cây ngô và yến mạch cũng cho kết quả tương
tự [35]. Tuy nhiên, những nghiên cứu về AMF này mới chỉ tập trung vào vấn đề
ảnh hưởng của chúng đối với sinh trưởng cây trồng mà chưa đề cập nhiều đến giá trị
AMF đã mang lại cho cây chủ.

13


Năm 1968, những nghiên cứu về AMF và ảnh hưởng của chúng đối với thực
vật mới được tiến hành sâu rộng trên nhiều lĩnh vực nông lâm nghiệp khi các công
bố về mối quan hệ cộng sinh giữa AMF và cây trồng (cả invitro và invivo) được
công bố [35,54]: AMF không chỉ làm tăng khả năng sinh trưởng, phát triển của cây
trồng mà còn có thể làm tăng khả năng hấp thu khoáng (như phốtpho, đồng, kẽm…)
trong đất; làm giảm mức độ “sốc” của cây khi đất bị nhiễm mặn, đất quá ẩm, nhiệt
độ đất cao và nhiều nguyên nhân khác.
Khi nghiên cứu số lượng AMF trong đất, Schuybert và cộng sự đã nhận thấy
rằng: có sự thay đổi về số lượng bào tử AMF trên các loại đất khác nhau [64]. Đồng
thời với những nghiên cứu về phân loại, tách bào tử, cấu trúc AMF thì ảnh hưởng
của AMF đối với sự sinh trưởng của cây cũng được quan tâm từ rất sớm. Khi nhiễm
3 loài Gigaspora margarita, Glomus macrocarpum và Glomus caledonium cho cây
dâu tây, đã làm tăng đáng kể sinh khối và hàm lượng phốt pho trong cây, trong đó,
Gigaspora margarita có hiệu quả kích thích mạnh hơn 2 loài còn lại. Năm 1982,
Dehne cũng phát hiện tác dụng kích thích sinh trưởng của AMF trên cây hành và
cây ngô [28].
Đến năm 1989, nghiên cứu khác còn phát hiện thêm bên cạnh khả năng tăng

sinh khối, tăng tỷ lệ thân/rễ thì việc nhiễm AMF còn làm tăng hoạt động của
enzyme nitrogenase và tăng mức độ đồng hoá phốtpho của các cây họ đậu [73].
Ngoài ra, Schonbeck và cs còn cho thấy: Thông qua hoạt động trao đổi chất của
mình, AMF có ảnh hưởng đến Pyrophotphat (PPi) trong cây chủ, điều này cho thấy
tác dụng rất lớn của AMF đối với toàn bộ quá trình sinh trưởng và phát triển của cây
chủ [61].
Năm 1983, Hayman đưa ra kết luận số lượng bào tử AMF trong đất là chỉ
tiêu quan trọng để đánh giá mức độ ưu thế của loài. Trong đó ở đất canh tác, số
lượng loài và số lượng bào tử nhiều hơn trong đất tự nhiên [47]. Mặt khác theo
Friese thì AMF không dễ phát tán nên tầng đất canh tác là vị trí tốt nhất để xác định
số lượng bào tử [41].

14


Năm 1989, Schonbeck đã phân lập được 15 loài thuộc 3 chi khác nhau là:
Glomus, Sclerocystis, Acaulospora trong đất vùng rễ của cây nho và 7 loài thuộc chi
Glomus trong đất vùng rễ của cây táo. Trong đất trồng trọt thường xuyên (đất trồng
lúa nước, đậu, lúa mỳ và nhiều loại cây trồng khác) luôn có số lượng bào tử AMF
cao hơn nhưng thành phần loài của AMF lại thấp hơn so với trong đất tự nhiên. Về
khả năng bảo vệ cây chủ chống lại các tác nhân gây bệnh của AMF, Schonbeck và
Dehne, 1989 đã nghiên cứu trên 11 loại cây trồng phổ biến là đậu, lúa mạch, lúa mì,
cà rốt, ngô, hành, thuốc lá, cà chua, dưa chuột, rau diếp, hồ tiêu đã nhận thấy, chúng
làm giảm 40% các bệnh ở rễ thường gặp trên các loại cây chủ này. Kết quả nghiên
cứu về mối quan hệ giữa AMF với các vi sinh vật vùng rễ, cho thấy sự có mặt AMF
đã làm tăng đáng kể lượng vi khuẩn tổng số (đặc biệt là nhóm Pseudomonas) [61].
Năm 1991, tác giả Friese và Koske cho rằng tất cả bào tử của AMF đều được
phán tán một cách thụ động với những nhân tố tích cực là gió và động vật [32].
Nhưng theo MacMahon và Warner thì ở những vùng khô hạn, gió là nhân tố quan
trọng nhất tạo ra sự lây nhiễm tự nhiên của AMF [49]. Còn với những nơi ẩm ướt,

động vật lại là nhân tố đóng vai trò chủ yếu [32].
Năm 2000, tác giả Ted cũng chỉ ra kết quả tương tự khi nghiên cứu khả năng
chống bệnh ở các cây nhiệt đới có AMF (giảm 30 - 45% các tác nhân gây bệnh) [69].
Năm 2002, bằng thực nghiệm, Bali và cộng sự, đã chứng minh hiệu quả của
AMF đối với bệnh héo cây bông do nấm Fusarium gây ra. Đối với bệnh ở rễ gây ra
bởi tuyến trùng, AMF có thể cải thiện sức sống của cây chủ, từ đó hạn chế những
thiệt hại về sản lượng, đặc biệt với những vùng đất có hàm lượng P 2O5 thấp và cây
được nhiễm AMF trước khi bị nhiễm tuyến trùng. Như vậy, AMF có thể làm giảm
nguồn bệnh hoặc giảm ảnh hưởng của bệnh ở rễ có nguyên nhân do nấm và tuyến
trùng gây ra. Tuy nhiên, tác dụng của AMF không thể hiện rõ đối với bệnh ở lá và
bệnh do virus [21].
Trong nhiều năm qua, nấm nội cộng sinh AMF đã được nghiên cứu phổ biến
rộng rãi ở khắp mợi nơi trên thế giới vì rằng việc sử dụng AMF trong nông nghiệp

15