Nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng nấm sợi gây hại trên thấu kính ống nhòm tại Việt Nam.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.69 MB, 225 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGÔ CAO CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG
NẤM SỢI GÂY HẠI TRÊN THẤU KÍNH ỐNG NHỊM TẠI
VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
HÀ NỘI - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGÔ CAO CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG
NẤM SỢI GÂY HẠI TRÊN THẤU KÍNH ỐNG NHỊM TẠI
VIỆT NAM
Chun ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 9.42.01.07
LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Phí Quyết Tiến
2. TS. Nguyễn Văn Đức
HÀ NỘI - 2022
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan:
Đây là cơng trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với
một số cộng sự khác.
Các số liệu và kết quả trình bày trong Luận án là trung thực, một phần đã
được cơng bố trên các Tạp chí, Kỷ yếu Hội nghị khoa học chuyên ngành và được sự
đồng ý sử dụng số liệu của đồng tác giả.
Phần còn lại chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày
tháng năm 2022
Nghiên cứu sinh
Ngô Cao Cường
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn là PGS.
TS. Phí Quyết Tiến, Viện Cơng nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam và TS. Nguyễn Văn Đức, Tổng Cục kỹ thuật - Bộ Quốc phòng đã tận
tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
tôi trong suốt q trình thực hiện luận án. Tơi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn
Thu Hồi, Phân Viện Cơng nghệ sinh học - Trung tâm nhiệt đới Việt Nga đã tạo mọi
điều kiện cho tơi trong suốt q trình thực hiện Luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ trong Viện Công
nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Tập thể cán bộ
thuộc Phòng Vi sinh - Phân viện Công nghệ sinh học - Trung tâm nhiệt đới Việt
Nga; Trung tâm Giống và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật; Phịng Cơng nghệ lên
men thuộc Viện Cơng nghệ sinh học, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện Luận
án.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc cùng các cán bộ Phịng Đào tạo,
Học viện Khoa học Cơng nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã
giúp đỡ tơi trong q trình học tập và hồn thành Luận án.
Tôi xin cảm chân thành đến các Thầy, Cô ở Viện Công nghệ sinh học đã
giảng dạy, cung cấp các kiến thức mới để tơi hồn thành các học phần và các
chun đề trong chương trình đào tạo.
Tơi xin chân thành cảm ơn chuyên viên ThS. Nguyễn Thị Minh Tâm - Học
viện Khoa học và Công nghệ và ThS. Bùi Thị Hải Hà, chuyên viên phụ trách đào
tạo ở Viện Cơng nghệ sinh học đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành hồ
sơ trong suốt q trình học tập. Tơi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban Tổng
giám đốc Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga, Thủ trưởng cùng các đồng nghiệp Phân
viện Công nghệ sinh học đã tạo mọi điều kiện, hỗ trợ, giúp đỡ tốt nhất cho tơi trong
suốt q trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn
bè đã ln bên cạnh động viên, khích lệ tơi trong suốt thời gian thực hiện Luận án
này.
Nghiên cứu sinh
Ngô Cao Cường
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1
Thành phần nấm trong khơng khí và vật liệu ở một số nước
trên thế giới ........................................................................
Bảng 1.2
12
Một số chủng loại nấm tìm thấy trên bề mặt vật liệu kính trên
thế giới............................................................................................
15
Bảng 1.3
Tổng hợp một số gen sử dụng trong phân loại nấm sợi ............
16
Bảng 1.4
Axít hữu cơ sinh tổng hợp bởi Aspergillus niger và Penicillium
chrysogenum ..................................................................................
18
Bảng 2.1
Tổng hợp đặc điểm khí hậu và tọa độ địa lý các điểm lấy mẫu
41
Bảng 2.2
Bảng so sánh đánh giá mức độ gây hại của nấm sợi
47
Bảng 3.1
Thống kê số liệu thu thập tại 08 điểm lấy mẫu và số chủng
nấm
Bảng 3.2
trên thấu kính của ống nhịm........................................................
Đánh giá mật độ nấm sợi trên thấu kính nhiễm nấm trên 04
điểm lấy mẫu thuộc miền Bắc......................................................
Bảng 3.3
Bảng 3.5
Kết quả phân lập và mật độ nấm sợi trên thấu kính nhiễm
nấm
Bảng 3.9
67
69
Đặc điểm hình thái và phân loại một số chủng nấm đại diện
phân lập từ các mẫu ống nhòm tại Biên Hòa-Đồng Nai ...........
Bảng 3.8
66
Bảng 3.6. Kết quả phân lập và mật độ nấm sợi trên thấu kính
nhiễm nấm phân lập tại Biên Hòa-Đồng Nai......................
Bảng 3.7
63
phân lập tại hai điểm lấy mẫu thuộc miền Trung.......................
Đặc điểm hình thái và phân loại một số chủng nấm đại diện
phân lập từ các mẫu ống nhịm tại miền Trung..........................
Bảng 3.6
62
Đặc điểm hình thái và phân loại một số chủng nấm đại diện
phân lập từ các mẫu ống nhòm tại miền Bắc..............................
Bảng 3.4
56
Kết quả phân lập và mật độ nấm sợi trên thấu kính nhiễm
nấm
69
71
trong ống nhịm sử dụng trong điều kiện khí hậu biển..............
Đặc điểm hình thái và phân loại một số chủng nấm đại diện
phân lập từ các mẫu ống nhòm sử dụng trong điều kiện khí
hậu
biển..................................................................................................
71
Bảng 3.10
Bảng tổng hợp một số chủng nấm sợi phân lập tại miền Bắc,
Trung, Nam và khí hậu biển làm giảm pH sau q trình ni
cấy...................................................................................................
Bảng 3.11
Mức độ gây hại một số chủng nấm đại diện phân lập tại miền
Bắc, Trung, Nam và khí hậu biển trên kính giả định.................
Bảng 3.12
86
91
Bảng tổng hợp một số chủng nấm sợi có khả năng gây hại
mạnh (mức 3) thu nhận chia theo 04 khu vực Bắc-Trung-Nam
và khí hậu biển...............................................................................
Bảng 3.13
Một số đặc điểm nhóm nấm gây hại điển hình lựa chọn từ các
điểm thu mẫu .................................................................................
Bảng 3.14
98
Khả năng sinh tổng hợp axít hữu cơ của Curvularia
eragrostidis C52 ............................................................................
Bảng 3.16
95
Kết quả lắp ráp và chú giải bộ gen của Curvularia eragrostidis
C52..................................................................................................
Bảng 3.15
92
102
Các gen mã hố enzym chức năng tham gia sinh tổng hơp
axít hữu cơ được xác định trên hệ gen của Curvularia
eragrostidis
Bảng 3.17
C52..................................................................................................
Một số axít hữu cơ sinh tổng hợp bởi Curvularia eragrostidis
C52..................................................................................................
Bảng 3.18
114
Kết quả khảo sát khả năng ức chế sự phát triển nấm sợi phân
lập của AI1 tại các nồng độ khác nhau........................................
Bảng 3.21
111
Kết quả thử nghiệm khả năng ức chế nấm sợi của một số chế
phẩm diệt nấm ...............................................................................
Bảng 3.20
108
Dự đoán gen tham gia sinh tổng hợp các dạng Polysaccharide
ngoại bào ........................................................................................
Bảng 3.19
105
116
Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng độ ẩm đến khả năng ức chế
nấm sợi của AI1 tại nồng độ 1 mg/l ............................................
119
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................
MỤC LỤC....................................................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...................................................................
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.........................................................................
MỞ ĐẦU........................................................................................................................
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.........................................................................................
1.1
Nấm sợi gây hại trên kính và quá trình phát triển................................5
1.1.1. Vật liệu kính, thành phần và đặc tính.........................................................5
1.1.2. Nấm sợi và sự xâm nhập của nấm sợi trên bề mặt vật liệu kính.................5
1.1.3. Q trình phát triển của nấm sợi trên vật liệu kính và sự gây hại kính bởi
q trình trao đổi chất................................................................................7
1.1.4. Ống nhịm ON8x30 và tác hại của nấm trên thấu kính...............................8
1.2.
Đặc điểm khí hậu các điểm bảo quản ống nhòm và đặc điểm sinh học
nấm sợi trên thấu kính.............................................................................9
1.2.1. Đặc điểm địa lý và khí hậu của các điểm lấy mẫu......................................9
1.2.2. Cấu trúc thành phần nấm sợi trên vật liệu kính theo đặc điểm khí hậu và địa
lý..............................................................................................................10
1.2.3 Cấu trúc thành phần chi, lồi nấm sợi gây hại trên vật liệu kính..............14
1.2.4. Một số phương pháp phân loại nấm sợi....................................................16
1.3.
Các yếu tố ngoại cảnh và đặc điểm của nấm sợi ảnh hưởng tới q
trình gây hại trên bề mặt kính...............................................................17
1.3.1. Độ ẩm khơng khí và một số yếu tố khác..................................................17
1.3.2. Đặc tính sinh axít của nấm sợi.................................................................18
1.3.3. Đặc tính sinh polysaccharide ngoại bào (EPS) của nấm sợi.....................18
1.3.4. Một số đặc tính sinh học khác của nấm sợi (tạo màng sinh học, phát tán bào
tử, khả năng phát triển của sợi nấm).........................................................19
1.3.5. Ảnh hưởng của nấm sợi đến đặc tính quang của vật liệu kính.................21
1.3.6. Ảnh hưởng của nấm sợi đến cấu trúc và bề mặt vật liệu kính..................21
1.4.
Đặc điểm di truyền của nấm sợi gây hại trên bề mặt kính..................23
1.4.1. Đặc điểm di truyền chung của các loài nấm gây hại trên bề mặt kính......23
1.4.2. Các gen tham gia vào sinh tổng hợp axít hữu cơ......................................24
1.4.3. Các gen tham gia vào sinh tổng hợp EPS.................................................30
1.4.4. Sơ lược về nghiên cứu hệ gen nấm sợi.....................................................32
1.4.5. Các nghiên cứu về dự đoán các cụm gen và so sánh hệ gen của nấm sợi gây
hại trên bề mặt vật liệu.............................................................................34
1.4.6. Các nghiên cứu về hệ gen nấm sợi Curvularia.........................................36
1.5.
Phương pháp ức chế nấm sợi và tình hình nghiên cứu nấm sợi trên
kính tại Việt Nam...................................................................................37
1.5.1. Kiểm sốt các thơng số lí, hóa trong q trình bảo quản..........................37
1.5.2. Sử dụng các tác nhân (vật lí, hóa học,…) trong ức chế nấm gây hại........37
1.5.3. Chất ức chế nấm sợi dạng bay hơi và tiềm năng ứng dụng trong chống nấm
sợi cho thiết bị quang học.........................................................................39
1.5.4. Tình hình nghiên cứu nấm sợi gây hại kính tại Việt Nam........................39
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................
2.1.
Vật liệu nghiên cứu................................................................................41
2.1.1. Thu mẫu nấm sợi nhiễm trên thấu kính ống nhịm...................................41
2.1.2. Chế phẩm diệt nấm...................................................................................42
2.1.3. Hóa chất, thiết bị......................................................................................43
3.1.4. Mơi trường ni cấy.................................................................................43
2.2.
Phương pháp nghiên cứu.......................................................................44
2.2.1. Phân loại theo đặc điểm hình thái.............................................................44
2.2.2. Phân loại nấm dựa trên phân tích trình tự gen ITS...................................45
2.2.3. Các phương pháp phân tích hóa sinh, hóa lý............................................46
2.2.4. Các phương pháp phân tích vật lý, hóa học..............................................49
2.2.5. Giải trình tự và phân tích hệ gen chủng nấm sợi gây hại mạnh................51
2.2.6. Phân tích, xử lý thống kê..........................................................................53
2.2.7. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát trong Luận án...............................................53
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................
3.1.
Đặc điểm thấu kính bị gây hại và phân lập các chủng nấm sợi trên thấu
kính ống nhòm ON8x30.........................................................................54
3.1.1. Mức độ gây hại của nấm sợi trên thấu kính..............................................54
3.1.2. Ảnh hưởng của nấm sợi gây hại đến đặc tính quang của thấu kính..........57
3.2.
Phân bố và đặc điểm hình thái của nấm sợi gây hại trên thấu kính của
ống nhịm ON8x30..................................................................................61
3.2.1. Nấm sợi gây hại trên thấu kính của ống nhịm ON8x30 tại miền Bắc (Xn
Mai-HN, Mê Linh-VP, Thanh Ba-PT, Lục Ngạn-BG)..............................61
3.2.2. Nấm sợi gây hại trên thấu kính của ống nhịm tại miền Trung (Quỳnh LưuNghệ An, Thái Hòa-Nghệ An)..................................................................65
3.2.3. Nấm sợi gây hại trên thấu kính của ống nhòm tại Biên Hòa-Đồng Nai ... 68
3.2.4. Nấm sợi gây hại trên thấu kính của ống nhịm trong điều kiện khí hậu biển
(thường đỗ tại An Dương-Hải Phịng)......................................................70
3.2.5. Tổng hợp, so sánh đặc tính sinh học của nấm gây hại tại các khu vực thu
thập mẫu...................................................................................................72
3.3.
Đặc điểm phân loại và đặc tính gây hại của các chủng nấm sợi phân lập
từ thấu kính............................................................................................75
3.3.1. Đặc điểm phân loại của các chủng nấm sợi..............................................75
3.3.2. Khả năng sinh axít hữu cơ của các chủng nấm sợi...................................82
3.3.3. Đánh giá khả năng gây hại của các chủng nấm sợi trên bề mặt kính giả định
trong điều kiện in vitro.............................................................................87
3.3.4. Lựa chọn và đánh giá đặc trưng của một số nấm sợi điển hình gây hại trên
bề mặt kính...............................................................................................94
3.4.
Giải trình tự hệ gen và phân tích đặc tính di truyền liên quan đến khả
năng gây hại trên thấu kính của chủng Curvularia eragrostidis C52 95
3.4.1. Đặc điểm phân loại chủng nấm Curvularia eragrostidis C52..................96
3.4.2
Giải trình tự, lắp ráp và chú giải hệ gen chủng nấm sợi C. eragrostidis C52
................................................................................................................... 98
3.4.3
Phân tích cây phân lồi và các hệ gen so sánh........................................101
3.4.4. Con đường sinh tổng hợp một số axít hữu cơ liên quan đến phân huỷ kính
từ Curvularia eragrostidis C52..............................................................102
3.4.5. Xác định gen liên quan đến sinh tổng hợp EPS......................................109
3.5.
Thử nghiệm khả năng kháng nấm sợi gây hại điển hình trên thấu kính
ống nhịm của một số chế phẩm diệt nấm...........................................113
3.5.1. Thử nghiệm khả năng kháng nấm của một số chế phẩm diệt nấm..........113
3.5.2. Khảo sát khả năng ức chế nấm sợi của chế phẩm AI1............................115
3.5.3. Thử nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm đến khả năng ức chế phát triển của nấm
sợi bởi AI1.............................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................
CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ.................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................
PHỤ LỤC.......................................................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1
Sự phát triển của Penicillium sp. trên bề mặt vật liệu kính
BK7 chụp bởi kính hiển vi nền sáng .....................................
Hình 1.2
Hình ảnh chụp hiển vi quét laser bề mặt kính và lớp màng
sinh học gây ra bởi nấm sợi...................................................
Hình 1.3
6
7
Hình ảnh chụp ống nhịm ON8x30. Hình 1.3A-ảnh chụp
ngang, hình 1.3B-ảnh chụm đứng theo mặt vật thị kính,
hình
Hình 1.4
8
1.3C-ảnh chụp đứng theo thị kính .........................................
Hình ảnh chụp sợi nấm ở các thời điểm khác nhau (a, b, c)
chụp bởi kính hiển vi Zeiss Axio Z1. Mũi tên màu trắng chỉ
sự phát triển của sợi nấm trên bề mặt vật liệu ......................
Hình 1.5
Hình ảnh SEM tấm kính màu thời trung cổ, lớp khơng màu
bị phá hủy bởi vi sinh vật ......................................................
Hình 1.6
20
22
Con đường sinh tổng hợp axít itaconic của Aspergillus
terreus....................................................................................
25
Hình 1.7
Tổng hợp về nghiên cứu hệ gen vi sinh vật nhân chuẩn. ......
33
Hình 2.1
Các địa điểm lấy mẫu thể hiện vị trí tương đối trên bản đồ
Việt Nam ...............................................................................
42
Hình 2.2
Sơ đồ nghiên cứu tổng quát trong Luận án ...........................
54
Hình 3.1
Ống nhịm ON8x30 Việt Nam đại diện thu thập tại Vĩnh
Phúc bị nhiễm nấm trên thấu kính quan sát. .........................
Hình 3.2
Mức độ truyền qua của dải ánh sáng nhìn thấy trên thấu kính
của ống nhịm ON8x30 nhiễm nấm.......................................
Hình 3.3
61
Sự phân bố các chi nấm phân lập tại 8 điểm thuộc khác nhau:
a-miền Bắc, b-miền Trung, c-miền Nam, d- khí hậu biển ....
Hình 3.6
60
Độ truyền qua dải ánh sáng nhìn thấy trung bình theo các khu
vực thu mẫu ......................................................................................
Hình 3.5
59
Kết quả đo sự truyền qua ánh sáng qua kính trong dải ánh sáng
nhìn thấy: ..........................................................................................
Hình 3.4
54
Đánh giá phân bốánhi shi
giá phân bậu biểnrung, c-
74
miềạphân liá thân liá phâthun mi ba minphân bchi nểnrung,
c-miềại 8 điểm
Hình 3.7
75
Cây phát sinh chủng loại giữa các chủng nấm sợi phân lập
từ 4 điểm thuộc miền Bắc và các lồi có mối quan hệ họ
hàng
Hình 3.8
77
gần dựa vào trình tự ITS........................................................
Cây phát sinh chủng loại giữa các chủng nấm sợi phân lập
từ 2 điểm thuộc miền Trung và các lồi có mối quan hệ họ
hàng gần dựa vào trình tự ITS ...............................................
Hình 3.9
79
Cây phát sinh chủng loại giữa các chủng nấm sợi phân lập
từ Đồng Nai và các lồi có mối quan hệ họ hàng gần dựa
vào trình tự ITS.
Hình 3.10
80
...........................................................................
Cây phả hệ giữa các chủng nấm sợi phân lập trên mẫu chịu
ảnh hưởng khí hậu biển và các lồi có mối quan hệ họ hàng
gần dựa vào trình tự ITS........................................................
Hình 3.11
Khả năng sinh axít hữu cơ các chi nấm phân lập tại các điểm lấy
mẫu khác nhau:.........................................................................................
Hình 3.12
87
Khả năng gây hại các chủng nấm phân lập tại 4 khu vực khác
nhau đánh giá theo ISO 9022-11 trên kính giả định .............
Hình 3.14
83
Ảnh hiển vi SEM của kính sau 28 ngày thử nghiệm Aspergillus
tubingensis 17.2 ........................................................................................
Hình 3.13
81
90
Ảnh hưởng của nấm sợi trên bề mặt thấu kính đến sự truyền
ánh sáng qua các mẫu thủy tinh trong dải ánh sáng nhìn thấy
của 11 chủng nấm thử nghiệm và mẫu đối chứng ...................
Hình 3.15
Khả năng phân huỷ sinh học trên thấu kính và đặc điểm phân
loại chủng nấm sợi C52 .........................................................
Hình 3.16
93
97
Bản đồ hệ gen Curvularia eragrostidis C52. Bản đồ được xây
dựng bằng cách sử dụng kết hợp các đường viền sắp xếp theo
chiều dài và được thể hiện bằng các đường trịn........................
Hình 3.17
100
Mối quan hệ tiến hố giữa Curvularia eragrostidis C52 và
các chủng thuộc chi Curvularia dựa trên phân tích ANI
(A), AAI (B) và tương đồng protein
(C).......................................
101
Hình 3.18
Hình ảnh phổ một số axít hữu cơ điển hình ..........................
Hình 3.19
Dự đốn con đường sinh tổng hợp axít hữu cơ từ chủng
103
Curvularia eragrostidis C52. Các gen được tìm thấy trong
hệ gen nấm thể hiện màu xanh ..............................................
Hình 3.20
104
Khả năng sinh polysaccharide của chủng Curvularia
eragrostidis C52 ở các khoảng thời gian lên men khác nhau
110
Hình 3.21
Phổ chụp EPS sinh tổng hợp bởi chủng C. eragrostidis C52 .......
110
Hình 3.22
Ảnh chụp thử nghiệm khả năng ức chế của ba chất thử
nghiệm trên hai chủng nấm sợi đại diện................................
115
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT
Tên viết tắt
Tiếng Anh
1
DNA
Deoxyribonucleic acid
2
AHU's
Air Handling Uni
Bộ xử lý khơng khí
3
ATP
Adenosine
Phân tử năng lượng
triphosphate
cao
4
aw
Water activity
Hoạt độ nước
5
CMOS
Complementary Metal
Công nghệ bán dẫn
Oxide Semiconductor
bổ sung
6
EDAX
Energy Dispersive X-
Phổ phát tán năng
Ray Analysis
lượng tia X
7
EDS
Energy-dispersive X-
Phổ phân tán năng
ray spectroscopy
lượng
8
EDXA
Energy Dispersive X-
Phân tích tia X phân
Ray Analysis
tán năng lượng
9
EPS
Exopolysaccharides
Field Emission
10
FE-SEM
Scanning Electron
Microscope
11
12
FpOAR
FTIR
Tiếng Việt
Polysaccharit ngoại
bào
Điện tử quét phát xạ
trường
Fomitopsis palustris
Chất vận chuyển
oxalic acid resistance
oxalte
Fourier TransformInfrared Spectroscopy
Quang phổ hồng
ngoại hấp thụ hoặc
phát xạ
Chất cao phân tử
13
GAG
Galactosaminogalactan
ngoại bào có
galactose và Nacetylgalactosamine
14
GAIIx
15
Glc
Genome Analyzer Iix
Hệ thống phân tích
System
hệ gen tiêu chuẩn
Glucose
16
GLOX
Glyoxylate cycle
Chu trình chuyển
hóa đường
Các enzym xúc tác
17
GT’s
Glycosyltransferases
chuyển hóa đường
saccharide
18
H
Light
Nguồn sáng
19
K
Attenuation coefficient
Hệ số hấp thụ
20
kDa
Kilodalton
21
LA-ICP-MS
Laser Ablation
Quang phổ khối
Inductively Coupled
lượng Plasma ghép
Plasma Mass
nối cảm ứng bằng
Spectrometry
laser
22
Mb
23
MIC
24
MPa
Megapascal
25
nu
Nucleotide
26
PCR
27
PIXE
Mega base pairs
Minimum Inhibitory
Nồng độ ức chế tối
Concentration
thiểu
Mega Pascal (Đơn
vị đo áp suất)
Polymerase chain
Phản ứng
reaction
chuỗi trùng hợp
proton-induced X-ray
emission
Quang phổ phát xạ
tia X cảm ứng
proton
28
R
Reflection coefficient
Hệ số phản xạ
29
RH
Relative humidity
Độ ẩm tương đối
30
SE
Spectroscopic
Phép đo elip quang
ellipsometry
phổ
31
SEM
Scanning electron
Kính hiển vi điện tử
microscope
quét
32
SM
Secondary metabolite
Chất chuyển hóa thứ
cấp
33
SMRT
34
SMS
35
Spitzenkưrper
36
STEM
37
TCA
38
TEM
39
40
UV-Vis
V
Single-molecule realtime
WDS
gian thực đơn phân
tử
Single molecular
Cơng nghệ giải trình
sequence
tự đơn phân tử
The apex of
filamentous fungi
Thể đỉnh
Scanning transmission
Hiển vi điện tử qt
electron microscopy
truyền qua
Tricarboxylic acid
Chu trình axít
cycle
tricarboxylic
Transmission electron
Kính hiển vi điện tử
microscopy
truyền qua
Ultraviolet visible
spectrophotometry
Dispersion
Wavelength-
41
Giải trình tự thời
Dispersive X-ray
Spectroscopy
Phương pháp đo
quang phổ tử ngoại
nhìn thấy được
Độ tán sắc
Phân tán theo bước
sóng
42
XRD
X-Ray diffraction
Nhiễu xạ tia X
43
XRF
X-ray fluorescence
Huỳnh quang tia X
44
ZMWs
Zero-mode
Ống dẫn sóng chế
waveguides
độ khơng
45
ε
Total internal
Góc phản xạ tồn
reflection
phần
46
no
Refraction index
Chiết suất
Angle of refraction
Góc khúc xạ
47
θ
Cơ quan chịu trách
48
ГОСТ
Gosudarstvennyy
nhiệm ban hành các
standart
tiêu chuẩn đo lường
thuộc Nga
16
MỞ ĐẦU
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm mưa nhiều nên tạo điều kiện thuận
lợi cho sự phát triển của vi sinh vật nói chung và nấm sợi gây hại trên bề mặt vật
liệu nói riêng. Đối với các hệ thống thiết bị, nhà cửa sử dụng các vật liệu vơ cơ như
kim loại, đá, kính..., sự phát triển của hệ sợi nấm trên bề mặt vật liệu đã làm ảnh
hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của chi tiết cấu thành chất lượng thiết bị và của
công trình xây dựng.
Hiện nay, trên thế giới chưa có nhiều nghiên cứu về đặc điểm của nấm sợi
trên bề mặt vật liệu kính của thiết bị quan sát như ống nhịm, kính hiển vi, kính
thiên văn, kính trên ơ tơ, máy bay, … Theo cấu trúc vật liệu kính, thành phần cấu
tạo nên vật liệu thủy tinh sản xuất kính và tính chất vật lý khơng thuận lợi cho sự
sinh trưởng của vi sinh vật, trong đó có nấm sợi. Tuy nhiên, thực tế vẫn thấy sự có
mặt của vi sinh vật trên bề mặt kính, gây hư hại đối với vật liệu, đặc tính quan sát
của kính và giảm giá trị sử dụng của thiết bị quan học. Đối với các nghiên cứu trên
kính của nhà thờ, nhà ở dân dụng, di sản văn hóa, kính mắt, có nhiều nấm sợi được
tìm thấy trên vật liệu kính thuộc chi Aspergillus, Cladosporium, Phoma,
Labyrinthula,
Penicillium,
Fusarium,
Hortaea,
Curvularia,
Trichoderma,
Stemphylium.
Sự phát triển của nấm sợi có tác động đến cấu trúc và bề mặt vật liệu kính.
Các sợi nấm có xu hướng bám dọc theo bề mặt và đi sâu vào bên trong vật liệu,
trong đó các sản phẩm trao đổi chất như axít hữu cơ (phá hỏng bề mặt kính),
polysaccharide ngoại bào (EPS) giúp nấm sợi bám dính, tạo màng sinh học, gây mờ
kính... được xác định là tác nhân gây làm giảm độ truyền qua ánh sáng thấu kính.
Các axít hữu cơ sinh ra trong quá trình sinh trưởng của nấm tạo phức với kim loại
trên bề mặt vật liệu kính và gián tiếp làm hỏng bề mặt vật liệu. Ngoài ra, khả năng
sinh EPS của nấm sợi gây ảnh hưởng đến đặc tính quang của kính, hỗ trợ cho các
nhóm nấm sợi cơ hội phát triển, làm tăng khả năng gây hại cho vật liệu kính của
nấm sợi. Do vậy, khả năng sinh EPS và axít hữu cơ là vấn đề các nghiên cứu cần
quan tâm khi đánh giá mức gây hại của nấm sợi với thấu kính.
Ngồi nghiên cứu đặc tính hình thái, đặc tính gây hại trên bề mặt kính của
nấm sợi, một số nghiên cứu gần đây đã nghiên cứu sâu hơn về một số gen liên quan
đến sinh tổng hợp axít hữu cơ, EPS. Các phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới
(Next Generation of Sequencing, NGS) cũng giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về
17
đặc tính di truyền của nấm sợi phân lập từ các môi trường sống khác nhau, cung cấp
dữ liệu về
sự tiến hóa của nấm. Các nghiên cứu về hệ gen nấm sợi tập trung vào một số nội
dung như lắp ráp, chú giải hệ gen/cụm gen liên quan đến sinh tổng hợp các hợp chất
được quan tâm. Thông qua phân tích hệ gen nấm sợi, các nghiên cứu gần đây dự
đốn có trên 25.000 cụm gen mã hóa sinh tổng hợp các chất thứ cấp trong hai chi
nấm phổ biến là Aspergillus và Penicillium. Ngoài ra, các gen liên quan đến sinh
tổng hợp axít hữu cơ, EPS liên quan đến tạo màng sinh học đã được phát hiện có
liên quan đến quá trình tạo màng sinh học để nấm sợi phát triển trong các điều kiện
bất lợi, thiếu hụt dinh dưỡng. Trên thế giới, nghiên cứu, chú giải và dự đoán cụm
gen liên quan đến các yếu tố gây hại vật liệu và thấu kính của nấm sợi chưa được
thực hiện và công bố.
Hiện nay, một số biện pháp nhằm hạn chế ảnh hưởng nấm sợi đến vật liệu
được chia thành các nhóm như: hóa học, lý học và kiểm sốt điều kiện vi khí hậu
đang được thực hiện và sử dụng các chất ức chế nấm tùy thuộc vào điều kiện khí
hậu, chủng loại nấm gây hại. Do đó biện pháp khuyến cáo để ngăn ngừa nấm là làm
sạch bề mặt thường xun và kiểm sốt thơng số nhiệt ẩm. Ngoài ra, sử dụng các tác
nhân vật lý, hóa học trong ức chế nấm gây hại cũng đang được sử dụng. Các biện
pháp khuyến cáo trên cơ bản có tác dụng trong hạn chế hay ức chế sự phát triển của
nấm sợi. Tuy nhiên, việc áp dụng đối với một loại vật liệu hay một thiết bị đặc thù như
thiết bị quan sát cần có những nghiên cứu sâu để lựa chọn phương pháp cũng như chất
chống nấm phù hợp khơng làm ảnh hưởng đến đặc tính quang cũng như tính năng
thiết bị.
Trong số các thiết bị quan sát phổ dụng ở Việt Nam, chủng loại ống nhòm
ON8x30 được sử dụng trong nhiều lĩnh vực (du lịch, khoa học, ...). Số lượng ước
tính khoảng 1.000.000 chiếc và sử dụng rộng khắp Việt Nam. Trong quá trình sử
dụng và bảo quản bào tử nấm xâm nhập và phát triển trên thấu kính ống nhịm dẫn
đến giảm tính năng quan sát của thiết bị, hư hỏng thấu kính. Cho đến nay chưa
nghiên cứu nào mang tính hệ thống về sự ảnh hưởng của nấm sợi đến thấu kính của
ống nhịm ON8x30 và các đặc điểm sinh học của các chủng nấm gây hại tới thấu
kính.
Xuất phát từ những luận giải trên, Luận án được thực hiện với đề tài: “Nghiên
cứu đặc điểm sinh học của một số chủng nấm sợi gây hại trên thấu kính ống nhịm
tại Việt Nam” nhằm đánh giá và giải đáp các vấn đề nghiên cứu liên quan đến nấm
gây hại trên thấu kính của ống nhòm ON8x30 tại Việt Nam.
MỤC TIÊU
Phân lập, đánh giá được đặc điểm sinh học, đặc tính gây hại của các chủng
nấm sợi trên thấu kính của ống nhịm ON8x30 thu thập tại Việt Nam.
Xác định được đặc tính di truyền hệ gen, gen/cụm gen liên quan đến đặc tính
gây hại kính của 01 chủng nấm sợi và thử nghiệm sàng lọc chất ức chế nấm trên
một số chủng gây hại đại diện.
NỘI DUNG
1. Nghiên cứu đặc điểm thấu kính bị gây hại và phân lập các chủng nấm sợi
trên thấu kính ống nhịm ON8x30.
2. Đánh giá phân bố và đặc điểm hình thái của nấm sợi gây hại trên thấu kính
của ống nhịm ON8x30
3. Nghiên cứu đặc điểm phân loại và đặc tính gây hại của các chủng nấm sợi
phân lập từ thấu kính
4. Giải trình tự hệ gen và phân tích đặc tính di truyền liên quan đến khả năng
gây hại trên thấu kính của chủng nấm sợi gây hại đại diện.
5. Thử nghiệm khả năng kháng nấm sợi gây hại điển hình trên thấu kính ống
nhịm của một số chế phẩm diệt nấm.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Luận án nghiên cứu nấm sợi gây hại trên thấu kính ống nhịm ON8x30 (sản
xuất tại Việt Nam) thu thập tại các kho bảo quản tại 04 khu vực lấy mẫu ở miền
Bắc, miền Trung, miền Nam và trên tàu biển (thường xuyên di chuyển dọc bờ biển
Việt Nam từ Hải Phòng đến Vũng Tàu và thường đỗ tại An Dương, Hải Phịng).
NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CHO LUẬN ÁN
- Luận án là cơng trình nghiên cứu đầu tiên có tính hệ thống về phân bố, phân
loại, đặc tính gây hại của các chủng nấm sợi trên thấu kính ống nhịm.
- Cung cấp dữ liêu về đặc tính di truyền hệ gen của chủng Curvularia
eragrostidis C52 gây hại đại diện trên thấu kính ống nhịm và các gen/cụm gen
có liên quan đến đặc tính sinh axit hữu cơ và polysaccharide ngoại bào.
- Đánh giá được hiệu quả của chế phẩm AI1 gây ức chế sinh trưởng của các chủng
nấm sợi đại diện gây hại trên thấu kính ống nhòm.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
- Ý nghĩa khoa học: Luận án giúp cung cấp dữ liệu khoa học về mức độ gây hại,
phân loại và đặc tính di truyền của nấm gây hại trên thấu kính của ống nhịm
ON8x30. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về
cơ chế gây hại, sử dụng chế phẩm ức chế nấm gây hại trên bề mặt thấu kính của
ống nhịm.
- Ý nghĩa thực tiễn: Luận án đánh giá được các nhóm nấm đại diện gây hại trên
bề mặt thấu kính và ứng dụng thử nghiệm để tìm ra chất AI1 dùng để ức chế
nấm gây hại hiệu quả. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu hỗ trợ nghiên cứu phát triển
chế phẩm phòng chống nấm sợi cho ống nhòm ON8x30 trong điều kiện Việt
Nam, hạn chế sự hỏng hóc của thấu kính do nấm và tiết kiệm chi phí cho bảo
dưỡng, thay thế đối với các thấu kính của ống nhịm ON8x30.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nấm sợi gây hại trên kính và q trình phát triển
1.1.1. Vật liệu kính, thành phần và đặc tính
Thủy tinh là một chất rắn vơ định hình có cấu trúc đồng nhất, thành phần
SiO2 chiếm khoảng 75,3%; CaO khoảng 11,7%; Na2O khoảng 13%; có tạp chất và
các chất phụ gia khác để thay đổi tính chất theo yêu cầu. Thủy tinh là một chất trong
suốt, tương đối cứng, trơ hóa học, có thể chế tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn
[1].
Ngoài ra, các vật liệu quang lớp mạ chống phản xạ (mạ thấu quang) có thể
dùng đơn lớp hoặc đa lớp. Thấu kính đang sản xuất ở Việt Nam sử dụng 5 lớp. Vật
liệu sử dụng để tạo màng thường là các chất điện môi chiết suất thấp bền với môi
trường như: MgF2, Na3AlF6, CaF2, LiF2, … ở lớp ngoài. Lớp trong thường là chất
điện mơi có chiết suất cao, có độ bám tốt với bề mặt thủy tinh như ZnO, TiO 2, CeF3,
ThO2, … ngồi ra có một lớp chống phản xạ ba lớp thường là MgF 2 - ZrO2 - CeF3
(Al2O3) [2].
Nhiều nghiên cứu cho rằng khả năng sinh trưởng và phá hủy vật liệu thủy
tinh của nấm sợi xuất phát từ đặc tính sinh axít của chúng. Nấm sợi hịa tan khống
chất và kim loại bằng cách tiết ra các axít hữu cơ, chất tạo phức chelate và
siderophore,
… ở đầu sợi nấm [3-5]. Gadd cho rằng nấm hịa tan khống chất chủ yếu do tạo axít
hữu cơ và tạo phức [3]. Q trình hịa tan kim loại từ bề mặt chất khống và vật liệu
vơ cơ thường là sự kết hợp của 2 cơ chế phân giải axít và tạo phức, ion kim loại
tách bề mặt vật liệu và hòa tan vào dung dịch bằng phân ly axít, sau đó tạo phức bền
với các chelate có trong dung dịch [4].
1.1.2. Nấm sợi và sự xâm nhập của nấm sợi trên bề mặt vật liệu kính
Chưa có một khái niệm chính thức về nấm sợi trên thấu kính, tuy nhiên có
thể khái quát nấm sợi trên kính là những loại nấm sợi có thể sinh trưởng, phát triển
được trên vật liệu kính [6]. Trong tự nhiên, nấm sợi là thành phần phổ biến trong
cộng đồng vi sinh vật trên bề mặt trái đất, ước tính có khoảng hơn 1,5 triệu lồi
trong số đó có khoảng 120000 lồi được biết đến và có khoảng 3-8 % được định
danh [7-9]. Phần lớn nấm sợi sống trong đất (75% sinh khối vi sinh vật) một phần
nhỏ trên cơ chất vô cơ, trong hệ sinh thái nước và trong trầm tích dưới đáy đại
dương [8]. Nhờ các hiện tượng thời tiết (mưa, gió) và nhân tạo (bụi, ơ nhiễm khơng
khí) nấm sợi di chuyển từ
sinh cảnh tự nhiên của chúng và xâm nhiễm vào vật liệu kính. Khi gặp điều kiện
thuận lợi nấm sợi phát triển (Hình 1.1).
Hình 1.1. Sự phát triển của Penicillium sp. trên bề mặt vật liệu kính BK7 chụp bởi
kính hiển vi nền sáng, mũi tên vàng chỉ điểm sợi nấm bắt phát triển;
mũi tên xanh chỉ sợi nấm sinh trưởng trên bề mặt kính [10]
Từ cuối thế kỷ 19, các nghiên cứu tập trung vào nấm gây hại kính cửa sổ các
nhà thờ Châu Âu được xây dựng thời trung cổ [11-17]. Các nghiên cứu cho thấy, bề
mặt vật liệu thủy tinh thường bị xâm nhiễm bởi nhiều loại nấm sợi và vi sinh vật
khác như vi khuẩn, xạ khuẩn. Màng sinh học trên bề mặt kính bao gồm phần lớn là
các ngành vi khuẩn, xạ khuẩn thuộc Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes và
Actinobateria, nấm sợi được tìm thấy ít đa dạng hơn [6]. Màng sinh học trên kính
màu tại nhà thờ Stockkämpen (Đức) chủ yếu được tạo thành từ sợi nấm [18] (Hình
1.2).
Các nấm sợi tìm thấy thường là các chủng có thể tồn tại được trong khơng
khí chủ yếu thuộc các chi Aspergillus, Cladosporium, Phoma. Có nhà nghiên cứu
cho rằng, một số vi sinh vật sinh trưởng trên bề mặt kính nhưng chưa phân lập
thành cơng [6]. Một số chi nấm như Aspergillus và Labyrinthula tìm thấy trên các
mẫu thủy tinh hư hỏng từ cửa sổ kính màu ở phía bắc Tu viện Cartuja de Miraflores
(Burgos, Tây Ban Nha) [11], Aspergillus arenarioides, Fusarium oxysporum,
Hortaea werneckii, và Trichoderma longibrachiatum trong các mẫu kính hư hỏng
nhà thờ tại Belém do Pará (Brazil) [16], Stemphylium botryosum thấy trên mẫu kính
màu tại Mỹ [19].
Hình 1.2. Hình ảnh chụp hiển vi quét laser bề mặt kính và lớp màng sinh học gây ra bởi
nấm sợi. Độ phóng đại 400 lần: a và b; 1000 lần: c và d. a- mẫu kính từ nhà thờ
Altenberg, màu đỏ biểu thị phần có tế bào nhuộm với SYTO 17; b- mẫu kính nhà thờ
130 năm tuổi, màu đỏ biểu thị phần có tế bào nhuộm với SYTO 17; c- mẫu kính 130
năm tuổi từ Stockkänpen được nhuộm bằng PicoGreen, phần màu xanh biểu thị phần tế
bào; d- mẫu kính 30 năm tuổi tại Driburgj, phần màu đỏ biểu thị phần có tế bào được
nhuộm bởi SYTO17 [18].
1.1.3. Quá trình phát triển của nấm sợi trên vật liệu kính và sự gây hại kính bởi
q trình trao đổi chất
Trong mơi trường có pH trung tính đến axít nấm sợi phát triển thuận lợi và
có khả năng đồng hóa nhiều các nguồn cacbon khác nhau [17]. Trong các điều kiện
không thuận lợi nấm sợi tiết ra các chất chống oxi hóa như melanin và micosporin
trong thành tế bào, và tạo các chất nhày có bản chất là polysaccharide để bảo vệ bào
tử [3]. Phần lớn các nấm sợi đều ở dạng đa bào, với hệ sợi lan tỏa, sợi nấm có cấu
trúc ống rắn chắc tạo từ các tế bào kéo dài [8]. Khi nấm tiếp xúc với bề mặt vật liệu,
các sợi nấm gây tác động cơ học làm biến đổi cấu trúc bề mặt vật liệu [5, 20].
Thường sợi nấm bám dọc theo bề mặt cơ chất, và một phần các sợi mọc vng góc
với bề mặt và tạo các kênh đi sâu vào bên trong cơ chất [21].
Hệ sợi tạo mạng lưới giúp nấm sợi tìm dinh dưỡng. Đầu sợi tạo áp lực thủy
tĩnh từ 0,2 đến 10 Mpa, tương đương gấp 2 đến 20 lần áp suất khí quyển để xâm
nhập
vào bề mặt cơ chất cứng [8, 22], đầu sợi nấm phát triển với vận tốc 10 µm/min [20].
Nấm sợi hấp thu dinh dưỡng qua màng tế bào, nên đầu sợi nấm tiết ra các chất giúp
biến đổi dinh dưỡng khó sử dụng thành dạng chất hịa tan dễ hấp thu [8]. Khống
chất và kim loại được hịa tan bằng các axít hữu cơ, chất tạo phức chelate và
siderophore,
… tiết ra ở quanh sợi nấm [3-5]. Một số nấm sợi sinh tổng hợp axít hữu cơ như
oxalic axít, citric axít, … [3, 23, 24] có đặc tính tạo phức (chelate) mạnh với nhiều
kim loại khác nhau, Ca, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Sr, Zn, Ni và Pb [25, 26]. Ngoài ra,
nấm có thể tiết ra amino axít và hợp chất phenolic có khả năng tạo phức với kim
loại [3].
Thành phần của thủy tinh có thể kích thích hoặc ức chế hoạt động của vi sinh
vật trên bề mặt vật liệu [10]. Nghiên cứu của Koestler và cs cho thấy đối với thủy
tinh giàu Natri, độ ẩm càng cao thì hiện tượng ăn mịn sinh học càng tăng,
trong khi đó, đối với thủy tinh giàu Kali, độ ẩm thấp gây ra phá hủy mặt thủy
tinh nhiều hơn độ ẩm cao [12 ]. Thủy tinh giàu CO 2 , K 2O, Na 2O, CaO, SiO2
bị phá hủy nhiều nhất [11 ].
1.1.4. Ống nhòm ON8x30 và tác hại của nhiễm nấm trên thấu kính
Ống nhịm ON8x30 là thiết bị quan sát tầm xa sử dụng cho cá nhân
trong các hoạt động du lịch, nghiên cứu, ... Cấu tạo bao gồm hai phần chính là
thân và phần quang học. Thân thườ n g được cấu tạo từ nhôm, phần quang
học được cấu thành từ vật liệu thủy tinh vô cơ [1 ]. Các bộ phận cấu thành ống
nhòm ON8x30 được lắp ráp thành một hệ thống hồn chỉnh như Hình 1.3.
Hình 1.3. Hình ảnh chụp ống nhịm ON8x30. Hình 1.3A-ảnh chụp ngang, hình
1.3B-ảnh chụm đứng theo mặt vật thị kính, hình 1.3C-ảnh chụp thấu kính, hình
1.3D-ảnh mặt cắt dọc mơ hình ống nhịm ON8x30. Mũi tên chỉ các vị trí của thấu
kính được gắn trên ống nhòm ON8x30
