Nấm là nguồn sống của cây

Cây Trọng lâu 4 lá (Paris quadrifolia). Ảnh: Philipp Giesemann.

Số lượng các loài thực vật hấp thụ chất dinh dưỡng hữu cơ từ nấm cộng sinh có thể cao hơn nhiều so với các ghi nhận trước đây. Điều này đã được tìm thấy bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Bayreuth và Đại học Copenhagen thông qua các điều tra đồng vị trên cây trọng lâu bốn lá, còn được gọi là Herb Paris hoặc True Lover's Knob. Đây là loài cây thân thảo nhỏ phổ biến ở châu Âu, được coi là cây nguyên mẫu trong thực vật học để nghiên cứu các loài cây có mối quan hệ cộng sinh với nấm (khoảng 40% các loài thực vật). Các nhà khoa học đã báo cáo các kết quả đáng ngạc nhiên của họ trên tạp chí New Phytologist.

Kết quả nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng sinh thái của nấm vẫn đang bị đánh giá thấp. "Nếu xác minh được rằng có nhiều hơn con số đã biết các loài thực vật sử dụng một phần chất dinh dưỡng hữu cơ từ nấm, sẽ chứng minh được rằng nấm có tác động rất lớn đến đa dạng sinh học và có chức năng trong hệ sinh thái. Từ đó, các chương trình và biện pháp bảo tồn thiên nhiên và bảo vệ môi trường sẽ quan tâm nhiều hơn đến nấm". Theo ông Philipp Giesemann M.Sc., tác giả chính của nghiên cứu, hiện làm nghiên cứu sinh tại Đại học Bayreuth, được trao học bổng từ Mạng lưới Elite của Bavaria (ENB).

Hệ thống ngầm dưới mặt đất

Hơn 90% các loài thực vật có mối liên hệ với nấm thông qua hệ thống rễ ngầm của chúng. Sự cộng sinh của thực vật và nấm được gọi là "mycorrhiza". Thông thường có lợi cho cả hai đối tác: Trong khi nấm cung cấp cho cây khoáng chất và nước, thì cây cung cấp cho nấm các chất dinh dưỡng có chứa carbon mà nó đã tạo ra bằng quá trình quang hợp. Tuy nhiên, đôi khi điều "không công bằng" cũng xảy ra khi thực vật khai thác hệ nấm liên kết chéo với chúng, một số cây hút các chất dinh dưỡng hữu cơ từ các đối tác nấm thay vì tự tổng hợp chúng thông qua quá trình quang hợp. Trong trường hợp này, các chất dinh dưỡng đó đã được chuyển từ cây xanh sang nấm cộng sinh, sau đó một cây khác như là bên thứ ba lại hấp thụ các chất dinh dưỡng từ hệ nấm. Những cây thứ ba như vậy được gọi là "mycoheterotrophs". Ví dụ được biết đến nhiều nhất là hoa lan: Bởi vì chúng có thể sử dụng một phần hoặc hoàn toàn chất dinh dưỡng từ nấm thông qua hệ nấm rễ, chúng không bị phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình quang hợp. Nhờ vậy, chúng có thể phát triển mạnh ngay cả trong những khu rừng tối nhất.

Các nhà nghiên cứu tin rằng 80% các loài thực vật có mycorrhiza duy trì mối quan hệ trao đổi "công bằng" giữa thực vật và nấm và thông thường trong hệ nấm nội cộng sinh (arbuscular mycorrhiza), cây xanh luôn là đối tác tự dưỡng hoàn toàn, tự sản xuất các chất dinh dưỡng hữu cơ quan trọng và sẻ chia một phần dinh dưỡng này cho các đối tác nấm của chúng. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trên cây trọng lâu bốn lá đã bác bỏ giả định này. Các nhà nghiên cứu từ Bayreuth đã có thể chứng minh rất rõ rằng cây xanh hấp thụ một phần chất dinh dưỡng giàu carbon từ các đối tác nấm.

"Phát hiện này mang đến kết quả quan trọng đối với thực vật học", nhà sinh vật học từ Bayreuth, Giáo sư Tiến sĩ Gerhard Gebauer, người điều phối công việc nghiên cứu giải thích. "Các chuyên gia phân biệt giữa hai dạng nội cộng sinh, mỗi dạng được sử dụng bởi khoảng 40% các loài thực vật. Ở khía cạnh nào đó, cây trọng lâu bốn lá được coi là mô hình cho một trong hai dạng cộng sinh thực vật này với nấm. Nó là nguyên mẫu cho hơn một phần ba các loài thực vật. Điều này đặt ra câu hỏi liệu số lượng loài thực vật sống dựa vào hệ nấm có thể cao hơn nhiều so với những ghi nhận trước đây. Chúng tôi đã phát hiện ra có nhiều cây khác có sử dụng “arbuscular mycorrhiza” như cây Phong quỳ rừng (Wood anemone) cũng sống kiểu mycoheterotrophic".

Các nhà nghiên cứu cũng đã thực hiện các nghiên cứu tương tự trên cây Chân bê (Arum maculatum), còn được gọi là Cuckoo Pint hoặc Wild Arum. Loài cây này được coi là một nguyên mẫu cho hình thức thứ hai của mycorrhiza arbuscular, hình thức của nhiều loại cây trồng nông nghiệp. Cây này hoàn toàn tự dưỡng và tự cung cấp tất cả các chất dinh dưỡng carbon thiết yếu bằng cách quang hợp.

Các kết quả nghiên cứu về hình thức mycoheterotrophic của cây trọng lâu bốn lá dựa trên các nghiên cứu về đồng vị. Thực vật được cung cấp carbon và nitơ bởi nấm có tỷ lệ tương đối cao các đồng vị carbon, hydro và nitơ. Trong thực vật tự dưỡng, tỷ lệ của các đồng vị này thấp hơn. Phòng thí nghiệm hóa sinh đồng vị tại Trung tâm nghiên cứu sinh thái và môi trường Bayreuth (BayCEER) chuyên xác định thông lượng dinh dưỡng trong hệ sinh thái bằng cách sử dụng phương pháp đồng vị này.

Lê Thị Thanh theo Phys.org