Khảo sát một số đặc tính kích thích sinh trưởng thực vật của một số chủng xạ khuẩn

HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC
-------------***--------------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ KHẢ NĂNG
KÍCH THÍCH SINH TRƢỞNG THỰC VẬT CỦA MỘT
SỐ CHỦNG XẠ KHUẨN

HÀ NỘI - 2023



HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC
-------------***--------------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KÍCH THÍCH
SINH TRƢỞNG THỰC VẬT CỦA MỘT SỐ
CHỦNG XẠ KHUẨN

Sinh viên thực hiện

: ĐẶNG XUÂN TÙNG

Lớp

: K64CNSHA

MSV

: 641587

Giảng viên hƣớng dẫn

: PGS.TS. NGUYỄN VĂN GIANG

Bộ mơn

: CƠNG NGHỆ VI SINH

Hà Nội - 2023



LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học do tôi thực hiện
trong thời gian từ 08/2022 – 02/2023 dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn
Văn Giang – giảng viên Bộ môn Công nghệ Vi sinh – Khoa Công nghệ Sinh học
– Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Tất cả số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và
chưa được cơng bố ở bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào ở trong và ngồi nước.
Các tài liệu đã trích dẫn được nêu ở mục tài liệu tham khảo.
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Sinh viên

Đặng Xuân Tùng

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt
Nam, đội ngũ giảng viên, cán bộ đang giảng dạy và công tác tại Học viện Nông
nghiệp Việt Nam. Tôi vô cùng biết ơn các thầy, cô khoa Công nghệ sinh học đã
giảng dạy, hướng dẫn và tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình học, thực
tập nghề nghiệp và khố luận tốt nghiệp.
Tơi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn
Giang đã định hướng nghiên cứu, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ, hỗ trợ tơi trong suốt
q trình thực hiện khóa luận.
Tơi xin cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Xuân Cảnh, cô Th.S Trần Thị
Đào, cô Th.S Nguyễn Thanh Huyền, cô Th.S Trần Thị Hồng Hạnh, nghiên cứu
viên Nguyễn Thị Thu, Dương Văn Hoàn, Tạ Hà Trang đã giúp đỡ tôi trong thời
gian thực hiện khố luận.
Cuối cùng tơi muốn gửi lời cảm ơn đến Bố, Mẹ, gia đình và bạn bè đang
thực hiện khố luận tại bộ môn Công nghệ vi sinh đã khuyến khích, động viên,
hỗ trợ, tạo điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành tốt khố luận tốt nghiệp.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2023.
Sinh viên

Đặng Xuân Tùng

ii


MỤC LỤC

Lời cam đoan ......................................................................................................... i
Lời cảm ơn............................................................................................................ ii
Mục lục ................................................................................................................ iii
Danh mục bảng.................................................................................................... vi
Danh mục hình ................................................................................................... vii
Danh mục từ viết tắt ............................................................................................ ix
Tóm tắt ................................................................................................................. x
PHẦN I: MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1.1.

Đặt vấn đề ................................................................................................ 1

1.2.

Mục đích và nội dung nghiên cứu............................................................ 2

1.2.1. Mục đích nghiên cứu................................................................................ 2
1.2.2. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 2
1.2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 3
1.3.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................... 3

1.3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 3
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4
2.1.

Tổng quan về xạ khuẩn ............................................................................ 4

2.1.1. Phân bố trong tự nhiên ............................................................................. 4
2.1.2. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn.............................................................. 4
2.1.3. Sự hình thành bào tử ở xạ khuẩn ............................................................. 7
2.2.

Phân loại xạ khuẩn ................................................................................... 9

2.2.1. Phân loại theo đặc điểm hình thái và tính chất ni cấy ........................ 9
2.2.2. Đặc điểm hóa phân loại (Chemotaxonomy) ............................................ 9
2.2.3. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa ..................................................................... 10
2.2.4. Phân loại số (Numerical Taxonomy) ..................................................... 10
2.2.5. Phân loại xạ khuẩn bằng phương pháp giải trình tự gene 16S-rDNA ... 12
iii


2.3.

Vai trò của xạ khuẩn đối với cây trồng .................................................. 13

2.3.1. khả năng sinh phytohormone kích thích sinh trưởng thực vật............... 13
2.3.2. Khả năng phân giải phosphate khó tan .................................................. 14
2.3.3. Khả năng cố định nitơ ............................................................................ 15
2.3.4. Khả năng sinh siderophore..................................................................... 16
2.3.5. Khả năng đối kháng các vi sinh vật gây bệnh thực vật.......................... 17
2.3.6. Xạ khuẩn là tác nhân phân hủy sinh học/xử lý sinh học........................ 18
2.4.

Tình hình nghiên cứu xạ khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng
thực vật trong nước và trên thế giới ....................................................... 19

2.4.1. Tình hình nghiên cứu xạ khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng
thực vật tại Việt Nam ............................................................................. 19
2.4.2. Tình hình nghiên cứu xạ khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng
thực vật trên thế giới. ............................................................................. 20
PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 22
3.1.

Đối tượng, vật liệu nghiên cứu .............................................................. 22

3.1.1. Thời gian, địa điểm nghiên cứu ............................................................. 22
3.1.2. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 22
3.1.3. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu .............................................................. 22
3.1.4. Các hóa chất pha môi trường ................................................................. 23
3.2.

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 24

3.2.1. Nghiên cứu các đặc điểm sinh học của các chủng xạ khuẩn ................. 24
3.2.2. Phương pháp khảo sát khả năng tổng hợp IAA ..................................... 25
3.2.3. Phương pháp khảo sát khả năng phân giải phosphate khó tan .............. 27
3.2.4. Khảo sát khả năng sinh Siderophore...................................................... 28
3.2.5. Khả năng kháng nấm của các chủng xạ khuẩn ...................................... 29
3.2.6. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme ngoại bào .............................. 29
3.2.7. Khảo sát một số phản ứng hóa sinh của các chủng xạ khuẩn ................ 29
3.2.8. Khảo sát kích thích sinh trưởng thực vật của các chủng xạ khuẩn ........ 32
iv


PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 33
4.1.

Đặc điểm sinh học của các chủng xạ khuẩn .......................................... 33

4.1.1. Đặc điểm nuôi cấy.................................................................................. 33
4.1.2. Đặc điểm bào tử, cuống sinh bào tử ...................................................... 42
4.1.3. Khả năng đồng hóa nguồn cacbon ......................................................... 43
4.1.4. Khả năng đồng hóa nguồn nitơ .............................................................. 45
4.2.

Khảo sát khả năng sinh IAA của các chủng xạ khuẩn ........................... 47

4.3.

Khả năng phân giải phosphate của các chủng xạ khuẩn ........................ 49

4.4.

Khảo sát khả năng sinh Siderophore của các chủng xạ khuẩn .............. 52

4.5.

Khả năng đối kháng nấm Sclerotium rolfsii gây bệnh thối gốc mốc
trắng trên cây lạc của các chủng xạ khuẩn............................................. 53

4.6.

Khả năng sinh enzyme ngoại bào .......................................................... 55

4.7.

Khảo sát một số phản ứng hóa sinh của các chủng xạ khuẩn ................ 58

4.7.1. Phản ứng catalase ................................................................................... 58
4.7.2. Phản ứng MR (Methyl Red)................................................................... 59
4.7.3. Phản ứng VP (Voges-Proskauer) ........................................................... 59
4.7.4. Khả biến dưỡng citrate ........................................................................... 60
4.7.5. Khả năng khử nitrate .............................................................................. 61
4.8.

Khảo sát ảnh hưởng của các chủng xạ khuẩn đến hoạt động sinh lý
của cây trồng .......................................................................................... 61

4.8.1. Khả năng kích thích nảy mầm của hạt ................................................... 62
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 64
5.1.

Kết luận .................................................................................................. 67

5.2.

Kiến nghị ................................................................................................ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 68

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Một số chất kháng sinh được sinh ra từ xạ khuẩn có khả năng
kiểm sốt một số tác nhân gây bệnh ở thực vật (Bhatti & cs,

2017).................................................................................................. 18
Bảng 4.1. Đặc điểm hình thái của các chủng xạ khuẩn ..................................... 34
Bảng 4.2. Đặc điểm nuôi cấy của các chủng xạ khuẩn trên các môi trường
khác nhau........................................................................................... 35
Bảng 4.3. Hình dạng bào tử của các chủng xạ khuẩn ......................................... 42
Bảng 4.4. Khả năng đồng hóa nguồn cacbon của các chủng xạ khuẩn .............. 44
Bảng 4.5. Khả năng đồng hóa nguồn nitơ của các chủng xạ khuẩn ................... 46
Bảng 4.6. Kết quả dựng đường chuẩn IAA......................................................... 47
Bảng 4.7. Kết quả dựng đồ thị đường chuẩn phosphate ..................................... 50
Bảng 4.8. Hoạt tính kháng nấm

của các chủng vi khuẩn với nấm

Sclerotium rolfsii gây bệnh trên cây lạc sau 3 ngày......................... 53

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Các dạng bào tử ở xạ khuẩn (Barka & cs, 2016) .................................. 7
Hình 2.2. Các dạng cuống sinh bào tử ở xạ khuẩn (Madigan & cs,1987) ............ 8
Hình 2.3. Phân loại trong chi Streptomyces được xác định bằng cách sử
dụng phân loại số (Williams & cs, 1983) ........................................... 11
Hình 2.4. Các con đường hình thành IAA ở vi sinh vật (Lê Thị Hoa,1998) ...... 14
Hình 4.1. Hình thái của chủng xạ khuẩn V68 trên các mơi trường .................... 38
Hình 4.2. Hình thái của chủng xạ khuẩn V29 trên các mơi trường .................... 38
Hình 4.3. Hình thái của chủng xạ khuẩn 116 trên các môi trường ..................... 39
Hình 4.4. Hình thái của chủng xạ khuẩn X23 trên các mơi trường .................... 39
Hình 4.5. Hình thái của chủng xạ khuẩn 1265 trên các mơi trường ................... 40
Hình 4.6. Hình thái của chủng xạ khuẩn 1262 trên các mơi trường ................... 40

Hình 4.7. Hình thái của chủng xạ khuẩn 1253 trên các mơi trường ................... 41
Hình 4.8. Hình thái của chủng xạ khuẩn 1251 trên các môi trường ................... 41
Hình 4.9. Đặc điểm bào tử của các chủng xạ khuẩn ........................................... 43
Hình 4.10. Khả năng đồng hóa nguồn cacbon của các chủng xạ khuẩn ............. 44
Hình 4.11. Khả năng đồng hóa nguồn nitơ của các chủng xạ khuẩn .................. 46
Hình 4.12. Đường chuẩn thể hiện mối tương quan giữa chỉ số OD530 và nồng
độ IAA................................................................................................. 47
Hình 4.13. Hàm lượng IAA được tổng hợp bởi các chủng xạ khuẩn ................. 48
Hình 4.14. Khả năng sinh IAA của các chủng xạ khuẩn .................................... 48
Hình 4.15. Đường thể hiện mối tương quan giữa chỉ số OD660 và hoạt độ
phân giải phosphate............................................................................. 50
Hình 4.16. Hoạt độ phân giải phosphate của các chủng xạ khuẩn...................... 51
Hình 4.17. Khả năng phân giải phosphate khó tan của các chủng xạ khuẩn ...... 51
Hình 4.18. Khả năng sinh Siderophore của các chủng xạ khuẩn ........................ 52
Hình 4.19. Khả năng đối kháng của các chủng xạ khuẩn sau 3 ngày ................. 54
Hình 4.20. Hoạt tính enzyme protase của các chủng xạ khuẩn .......................... 56
vii


Hình 4.21. Hoạt tính enzyme cellulase của các chủng xạ khuẩn ........................ 57
Hình 4.22. Hoạt tính enzyme chitinase của các chủng xạ khuẩn ........................ 58
Hình 4.23. Khả năng sinh catalase của các chủng xạ khuẩn............................... 58
Hình 4.24. Phản ứng MR của các chủng xạ khuẩn ............................................. 59
Hình 4.25. Phản ứng VP của các chủng xạ khuẩn .............................................. 60
Hình 4.26. Phản ứng biến dưỡng citrate của các chủng xạ khuẩn ...................... 61
Hình 4.27. Phản ứng khử nitrate của các chủng xạ khuẩn .................................. 61
Hình 4.28. Hạt giống cải canh dùng trong thí nghiệm ........................................ 62
Hình 4.29. Khả năng nảy mầm của hạt sau 48h .................................................. 63
Hình 4.30. Dịch ni cấy ảnh hưởng lên sự nẩy mầm của hạt ........................... 64
Hình 4.31. Kích thước thân mầm của cây sau 7 ngày......................................... 65

Hình 4.32. Dịch nuôi cấy ảnh hưởng lên sự phát triển của cây con ................... 66

viii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Giải nghĩa

µg

Microgram

µl

Microliter

ml

Milliter

nm

Nanometer

ISP

International Streptomyces Project media

XK

Xạ khuẩn

KTKS

Khuẩn ty khí sinh

KTCC

Khuẩn ty cơ chất

MR

Methyl Red

VP

Voges-Proskauer

NA

Nutrient agar

IAA

Indole-3-acetic acid

ĐC

Đối chứng

MT

Môi trường

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

PGPR

Plant Growth- Promoting

PCR

Polymerase chain reaction

BVTV

Bảo vệ thực vật

cs

cộng sự

ix

TĨM TẮT
Việc sử dụng phân bón hóa học trong sản xuất nơng nghiệp có thể làm
tăng năng suất cây trồng và góp phần đảm bảo an ninh lương thực. Tuy nhiên,
sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) lâu dài và không hợp
lý sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, ô nhiễm môi trường đất, nước.
Hiện nay, các biện pháp phòng trừ sinh học đang được coi là giải pháp cần thiết
để thay thế dần việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc BVTV. Với mục đích tạo
ra các các nguồn vật liệu sinh học để sản suất phân bón sinh học và chế phẩm
sinh học có khả năng kích thích sinh trưởng cây trồng, đề tài nghiên cứu: “Khảo
sát đặc điểm sinh học và khả năng kích thích sinh trƣởng thực vật của một
số chủng xạ khuẩn” được tiến hành. Kết quả 8 xạ khuẩn trong nghiên cứu này
đều có khả năng sinh IAA với nồng độ từ 12,31 - 38,49 µg/ml và có khả năng
phân giải phosphate khó tan với hoạt độ từ 2,79 - 23,53mg/l. Hầu hết các chủng
xạ khuẩn đều có khả năng đối kháng với nấm Sclerotium rolfsii gây bệnh thối
gốc mốc trắng trên cây lạc trong đó chủng V29 có hoạt tính đối kháng cao nhất
đạt 42,62 ± 0,98%. Có 7 trên 8 chủng có khả năng sinh siderophore.
Các chủng xạ khuẩn được tiến hành thử nghiệm các phản ứng hóa sinh và
cho thấy cả 8 chủng đều có khả năng sinh catalase, có 6/8 chủng có các phản
ứng MR,VP. Ngoài ra khi khảo sát khả năng sinh enzyme ngoại bào, 8 chủng
đều có khả năng sinh enzyme protease, cellulase và chitinase.

x


PHẦN I: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Đơ thị hố là xu thế tất yếu của mọi quốc gia trên con đường xây dựng và
phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, tốc độ đơ thị hóa càng cao thì diện tích đất
nơng nghiệp càng bị thu hẹp, cùng với đó là sự gia tăng dân số đã đặt ra áp lực
cho ngành nông nghiệp trong việc đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm sạch,

an toàn vậy nên việc nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng là điều cấp thiết.
Thực trạng sản xuất, canh tác của người nông dân hiện nay đang lạm dụng phân
bón hóa học, thuốc BVTV để cung cấp thêm chất dinh dưỡng, khả năng chống
chịu sâu bệnh hại cho cây trồng. Việc này góp phần nâng cao năng suất, cho
hiệu quả nhanh nhưng lại ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Sử dụng phân bón
hóa học, thuốc BVTV một cách bừa bãi đã làm cho mơi trường nước, khơng khí
và đất ngày càng ơ nhiễm, làm tiêu diệt hệ vi sinh vật có lợi cho cây trồng, gia
tăng sự xuất hiện của các loại vi sinh vật gây bệnh kháng thuốc (Campos & cs.,
2019). Bên cạnh đó, một số loại thuốc gốc clo như dichlorodiphenyltrichloroethane
(DDT), hexachlorohexane (HCH), endosulfan thường rất bền và có thể tồn tại
trong môi trường từ vài tháng đến vài năm. Khi các hợp chất này tích tụ và đạt
đến ngưỡng độc hại, chúng sẽ làm mất sự đa dạng sinh học và hệ thống sinh
thái. Để khắc phục những bất lợi này thì việc sử dụng phân bón sinh học, chế
phẩm sinh học hiện đang được coi là giải pháp thay thế hiệu quả và an tồn với
mơi trường vì phân bón sinh học khơng làm chua, bạc màu đất, các chế phẩm vi
sinh có khả năng ngăn chặn các bệnh thực vật, kiểm sốt mầm bệnh và kích
thích sự phát triển của thực vật. Phân bón sinh học và chế phẩm sinh học góp
phần xây dựng nền nơng nghiệp sạch, an toàn, phát triển bền vững (Phạm Văn
Toản, 2013).
Vi sinh vật thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR) được coi là vi sinh vật
có lợi do ảnh hưởng tích cực của chúng đối với sức khỏe thực vật, điều này đã
1


được báo cáo trong nhiều cuộc điều tra trên các loại cây trồng khác nhau như
khoai tây, đậu, đậu nành, trái cây họ cam quýt, chuối, v.v… PGPR tương tác
tích cực với vật chủ của chúng bằng cách sản xuất phytohormone, hịa tan phốt
phát, cố định nitơ trong khí quyển hoặc kiểm soát hoạt động của mầm bệnh. Các
vi khuẩn PGPR được báo cáo thường xuyên bao gồm các chủng thuộc
chi Pseudomonas, Bacillus, Azospirillum, Azotobacter, Enterobacter và Serratia

(Bhattacharyya & cs, 2012).
Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đất khơng đồng nhất, cũng được coi là
một phần của nhóm vi sinh vật này. Xạ khuẩn sản xuất các hợp chất terpenoid,
sắc tố, enzyme phân hủy chất hữu cơ, cũng như một số chất chuyển hóa thứ cấp
thúc đẩy tăng trưởng đã được ghi nhận (Franco, 2008). Hơn nữa, chúng cũng có
thể bảo vệ thực vật thơng qua các cơ chế kiểm soát sinh học chống lại mầm bệnh
thực vật (Doumbou & cs, 2001).
Trong những năm gần đây, mối quan tâm đến việc sử dụng xạ khuẩn vùng
rễ làm vi sinh vật thúc đẩy cây trồng đã tăng lên do việc sản xuất các chất
chuyển hóa quan trọng có lợi cho nơng nghiệp như phân bón sinh học và các chế
phẩm sinh học nâng cao năng suất cây trồng ngày càng được ứng dụng nhiều.
Do đó đề tài: “Khảo sát đặc điểm sinh học và khả năng kích thích sinh
trƣởng thực vật của một số chủng xạ khuẩn” được tiến hành.
1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu
1.2.1. Mục đích nghiên cứu
 Đánh giá một số đặc tính sinh học của các chủng xạ khuẩn kích thích
sinh trưởng.
 Khảo sát đặc điểm của một số chủng xạ khuẩn có đặc tính kích thích
sinh trưởng thực vật, đối kháng nấm và vi khuẩn gây bệnh hại cây trồng.
1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
- 8 xạ khuẩn được lưu giữ tại bộ môn Công nghệ vi sinh - khoa Công
nghệ sinh học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
2


1.2.3. Nội dung nghiên cứu
 Khảo sát một số đặc điểm sinh học của các chủng xạ khuẩn.
 Khảo sát khả năng sinh IAA, phân giải phosphate khó tan của một số
chủng xạ khuẩn.
 Khảo sát một số phản ứng sinh hóa của các chủng xạ khuẩn.

 Đánh giá khả năng đối kháng của chủng xạ khuẩn với chủng nấm gây
bệnh thối gốc mốc trắng trên cây lạc.
1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.3.1.Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng như tài liệu tham khảo
cho những nghiên cứu và giảng dạy về vi sinh vật kích thích sinh trưởng ở thực vật.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung thêm các thơng tin về
xạ khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng thực vật, nhằm mục đích nghiên
cứu, sản xuất phân bón sinh học và các chế phẩm sinh học có hiệu quả tốt. Góp
phần nâng cao hiệu quả sản xuất trong nông nghiệp, giảm thiểu lượng phân bón
hóa học, giảm thiểu sử dụng thuốc BVTV bừa bãi, bảo vệ môi trường, xây dựng
nền nông nghiệp bền vững.

3


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về xạ khuẩn
2.1.1. Phân bố trong tự nhiên
Xạ khuẩn (Actinomycetes) là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria), phân
bố rất rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước, một phần trong bùn và trong các
chất hữu cơ khác, thậm chí trong cả cơ chất mà các vi sinh vật khác không sinh
trưởng được. Chúng cũng có thể có mặt trong các mơi trường khắc nghiệt, đặc
biệt là ở nhiệt độ lạnh khu vực Nam Cực và thậm chí trên đất sa mạc.
Số lượng xạ khuẩn trong đất không chỉ phụ thuộc vào loại đất mà còn phụ
thuộc vào mức độ canh tác của đất và khả năng bao phủ của thực vật. Đất giàu
dinh dưỡng và lớp đất bề mặt thường có số lượng lớn xạ khuẩn. Trong 1 gam đất
canh tác có thể phân lập được 5 triệu mầm xạ khuẩn, đất hoang hóa chỉ có 10 –
100 nghìn mầm. Số lượng xạ khuẩn trong đất cũng thay đổi theo thời gian trong

năm (Lê Gia Hy,1994).
Xạ khuẩn cũng thường sống hoại sinh trên xác các sinh vật (cây chết, rơm
rạ) nhưng cũng có thể kí sinh trên thân, củ hoặc rễ cây.
2.1.2. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn
Ở trên môi trường đặc, xạ khuẩn sinh trưởng thành những khuẩn lạc khơ,
kích thước khuẩn lạc thay đổi tùy từng loài và điều kiện ngoại cảnh. Khuẩn lạc
xạ khuẩn không trơn, ướt như ở vi khuẩn, nấm men mà thường có dạng thơ ráp,
có các nếp tỏa ra theo hình phóng xạ. Do đó mới có tên gọi là xạ khuẩn
(Actinomycetes, tiếng Hy Lạp: Aktis là “tia”, mykes là “nấm”). Mặt khuẩn lạc
xù xì, có dạng da, dạng vơi, dạng nhung tơ hay dạng màng dẻo. Khuẩn lạc xạ
khuẩn thường có 3 lớp: lớp vỏ ngoài là các sợi bện chặt, lớp trong tương đối xốp
và lớp giữa có cấu trúc tổ ong. Màu sắc của khuẩn lạc rất đa dạng: đỏ, da cam,
vàng, lam, trắng… tùy thuộc vào loài và điều kiện dinh dưỡng.

4


Xạ khuẩn giống nấm mốc ở chỗ có thể tạo thành hệ sợi, nhưng lại là cơ
thể đơn bào, không có nhân thực và kích thước giống vi khuẩn. Trên môi trường
đặc, hệ sợi của xạ khuẩn sinh trưởng thành 2 hướng tạo thành khuẩn ti cơ chất
và khuẩn ti khí sinh. Khuẩn ti cơ chất sinh trưởng cắm sâu vào trong môi trường
với chức năng chủ yếu là lấy nước và thức ăn. Khuẩn ti cơ chất sinh trưởng một
thời gian thì dài ra trong khơng khí tạo thành khuẩn ti khí sinh. Người ta gọi
khuẩn ti khí sinh là khuẩn ti thứ cấp để phân biệt với khuẩn ti sơ cấp là loại
khuẩn ti sinh trưởng từ các loại bào tử nảy mầm. Nhiều loại chỉ có khuẩn ti cơ
chất mà khơng có khuẩn ti khí sinh, nhưng cũng có loại như chi Sporichthya lại
chỉ có khuẩn ti khí sinh. Khi đó khuẩn ti khí sinh vừa làm nhiệm vụ dinh dưỡng
vừa làm nhiệm vụ sinh sản.
Khuẩn ti của xạ khuẩn thường mảnh hơn của nấm mốc, đường kính thay
đổi trong khoảng 0,2 – 1 m đến 2 – 3 m. Đa số xạ khuẩn có khuẩn ti khơng có

vách ngăn và khơng tự đứt đoạn. Sau một thời gian sinh trưởng, ở đầu các khuẩn
ti khí sinh thường hình thành các sợi bào tử. Khuẩn ti khơng mang bào tử gọi
chung là khuẩn ti dinh dưỡng.
Thành tế bào xạ khuẩn (CW) có dạng kết cấu lưới dày khoảng 10 – 20
nm, có tác dụng duy trì hình dáng của khuẩn ti và bảo vệ tế bào. Căn cứ vào kết
cấu hóa học người ta chia thành tế bào thành 4 nhóm:
- Nhóm CW I: có chứa L, L-DAP và glycin. Thuộc nhóm này có
Streptomyces, Streptoverticillium, Sporichthya, Nocardioides.
- Nhóm CW II: có chứa mezo-DAP và glycin. Thuộc nhóm này có
Micromonospora, Actinoplanes, Ampullariella.
- Nhóm CW III: có chứa mezo-DAP. Gồm các chi Dermatophilus,
Geodermatophilus, Frankia, Actinomadura, Nocardiopsis, Microbispora,
Thermoactinomyces,

Thermomonospora,

Streptosporangium, Actinosynnema.

5

Planomonospora,

Planobispora,


- Nhóm CW IV: có chứa mezo-DAP, arabionose và galactose. Gồm các
chi Nocaridia, Oerskovia, Promicromonospora, Pseudonocardia, Rhodococcus,
Mycobacterium, Saccharomonospora, Saccharopopyspora, Actinopolyspora.
Thành tế bào xạ khuẩn chủ yếu gồm 3 lớp: lớp ngồi dầy 60 – 120 Å, khi
già có thể dầy tới 150 Å; lớp giữa rắn chắc dầy 50 Å và lớp trong dầy 50 Å.

Thành tế bào cấu tạo chủ yếu từ các lớp glycopeptid gồm các gốc Nacetylglucozamin liên kết với N-acetymuramic bởi liên kết 1,4-glicozit. Khi xử
lí bằng lysozym, các liên kết này bị phát vỡ, thành tế bào bị phá hủy và màng
nguyên sinh chất bao bọc phần còn lại của tế bào tạo thành tế bào trần. Cấu trúc
sợi cũng mất đi khi xử lí bằng hỗn hợp ether và chloroform và các dung môi hịa
tan lipit. Điều đó chứng tỏ lớp ngồi thành tế bào xạ khuẩn có cấu tạo bằng lipit.
Thành tế bào xạ khuẩn không chứa cellulose hay chitin.
Màng sinh chất của xạ khuẩn dầy khoảng 7,5 – 10 nm gồm thành phần
chủ yếu là phospholipit và protein, chúng có cấu trúc và chức năng tương tự như
màng sinh chất của vi khuẩn. Trên màng có nhiều enzyme có vai trị quan trọng
trong quá trình vận chuyển các chất qua màng.
Thể trung gian hay mesosome nằm ở phía trong của màng sinh chất và có
hình phiến, hình bọng hay hình ống. Tác dụng của thể trung gian là làm tăng
diện tích tiếp xúc của màng tế bào và từ đó làm tăng cường hoạt tính của
enzyme, tăng chuyển điện tử…
Các thể ẩn nhập trong tế bào chất của xạ khuẩn gồm các hạt polyphosphat
(hình cầu, bắt màu với thuốc nhuộm Soudan III) và polysaccarit (bắt màu với
dung dịch Lugol).
Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, đặc biệt khác với những vi
sinh vật nhân sơ khác là tỉ lệ G – C cao (>70%) trong khi đó ở vi khuẩn là 25 –
45%.
Một trong những đặc điểm đáng lưu ý của xạ khuẩn là chúng không bền
vững về di truyền và thường xảy ra sự đột biến trong phân tử DNA. Điều này
6


tạo ra tính đa dạng về hình thái, tính kháng thuốc do sự xuất hiện các dị vòng.
Hơn nữa, sự tự nhân lên của các đoạn DNA còn làm phức tạp thêm việc nghiên
cứu di truyền ở xạ khuẩn.
2.1.3. Sự hình thành bào tử ở xạ khuẩn
Một trong những đặc điểm quan trọng để phân loại xạ khuẩn là dựa vào

hình thái và kích thước của cuống sinh bào tử. Sợi bào tử có thể có nhiều hình
dạng khác nhau tùy theo lồi: thẳng-lượn sóng (Retiflexibilis), xoắn (Spirales)
hoặc có móc, vịng (Retinaculiaperti)… có loại mọc vịng đơn cấp, có loại mọc
vịng hai cấp. Một số xạ khuẩn có sinh nang bào tử, bên trong có chứa các bào tử
nang. Bề mặt của bào tử có thể nhẵn (smooth), gai (spiny), tóc (hairy), xù xì
(warty), nếp nhăn (rugose)… tùy thuộc vào lồi xạ khuẩn.

Hình 2.1. Các dạng bào tử ở xạ khuẩn (Barka & cs, 2016)
Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo 3 phương thức sau đây:
- Phương thức sinh trưởng toàn bộ: toàn bộ hay một bộ phận của khuẩn ti
hình thành ra thành bào tử.
- Phương thức sinh trưởng trong thành: thành bào tử sinh ra từ tầng nằm
giữa màng nguyên sinh chất và thành khuẩn ti. Trường hợp này gặp ở
Planomonospora.

7


- Phương thức sinh trưởng bào tử nội sinh thật: thành khuẩn ti khơng tham
gia vào q trình hình thành bào tử. Trường hợp này gặp ở
Thermoactinomycetes.

Hình 2.2. Các dạng cuống sinh bào tử ở xạ khuẩn (Madigan & cs,1987)
Muốn kích thích sự hình thành bào tử trước hết phải kích thích hình thành
khuẩn ti khí sinh. Nhiều tài liệu đã đề cập đến mối quan hệ giữa sự hình thành
bào tử và môi trường nghèo dinh dưỡng trong nuôi cấy xạ khuẩn. Một số tác giả
còn cho rằng việc bổ sung CaCO3 và CaCl2 vào mơi trường cũng kích thích sự
hình thành bào tử ở xạ khuẩn. Tuy nhiên, việc bổ sung các nguyên tố vào môi
trường phải được nghiên cứu kĩ và chỉ sử dụng ở nồng độ nhất định. Nếu mơi
trường giàu dinh dưỡng thì q trình hình thành bào tử thường sẽ bị kìm hãm.

Độ ẩm và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự hình thành bào tử.

8


2.2. Phân loại xạ khuẩn
2.2.1. Phân loại theo đặc điểm hình thái và tính chất ni cấy
Trong phân loại người ta thường chia xạ khuẩn thành 4 nhóm chính dựa
trên các dấu hiệu hình thái:
- Các nhóm xạ khuẩn mang bào tử rõ rệt. Đặc trưng của nhóm này là sinh
sản bằng bào tử và phân hóa thành KTKS và KTCC.
- Nhóm xạ khuẩn có bào tử nang. Đặc trưng của nhóm này là khuẩn ti
phân chia theo hướng vng góc với nhau, tạo ra cấu trúc tương tự nang bào tử.
- Nhóm xạ khuẩn dạng Nocardia: sinh sản bằng cách phân đốt khuẩn ti.
- Nhóm xạ khuẩn dạng tương tự Corynebacter và dạng cầu: tế bào có hình
chữ V, T hoặc dạng cầu, thơng thường khơng có khuẩn ti.
Trước kia, nhiều loại xạ khuẩn được phân chia tùy theo sự khác nhau về đặc
điểm hình thái và tính chất nuôi cấy như màu của KTCC, KTKS, sắc tố tan; sự có
mặt của KTCC, hình dạng và kết cấu mặt bào tử; đặc điểm cuống sinh bào tử và sự
phân đốt của khuẩn ti. Tuy nhiên, ngày nay chỉ tiêu này chỉ là bổ sung cho việc
nghiên cứu phân loại bằng sinh lí, sinh hóa, miễn dịch học và sinh học phân tử.
2.2.2. Phân loại hóa học (Chemotaxonomy)
Đặc điểm hóa phân loại được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong một vài
thập kỉ trước và ngày nay vẫn còn là cơ sở quan trọng trong phân loại xạ khuẩn.
Đây là phương pháp cơ bản và có hiệu quả thơng qua việc định tính và định
lượng thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật. Hóa phân loại chủ yếu dựa vào
các đặc điểm sau:
- Typ thành tế bào: Dựa trên cơ sở phân tích axit amin trong thành phần
peptid và đường trong thành tế bào hay các polysaccarid gắn vào thành tế bào.
- Typ peptidoglycan (PG): dựa trên các thông tin về thành phần và cấu

trúc của mạch tetrapeptid của PG, của cầu nối peptid và cách liên kết giữa các
mắt xích của PG.

9


- Axit mycolic: là các phần tử có mạch dài hay phân nhánh thuộc chi
Nocardia, Rhodococcus, Mycobacterium và Corynebacter. Đây là đặc điểm
phân loại cơ bản của các chi đó.
- Axit béo: thường được sử dụng trong phân loại là các axit béo bão hịa
mạch thẳng và khơng bão hịa với mạch phân nhánh kiểu iso- và enteiso- được
methyl hóa ở phân tử cacbon thứ 10. Sự có mặt của axit 10-methyloctadecanoid
là đặc điểm phân loại đến chi.
- Menaquinon: Xạ khuẩn giống vi khuẩn Gram dương và khác vi khuẩn
Gram âm ở chỗ tổng hợp menaquinon và dimethylmenaquinon, không tổng hợp
ubiquinon. Phần lớn các chi xạ khuẩn có thành phần menaquinon xác định.
- Photpholipid: có 5 typ photpholipid (PI, PII, PIII, PIV, PV) có thành phần
đặc trưng và có ý nghĩa trong phân loại xạ khuẩn.
2.2.3. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa
Khi phân loại xạ khuẩn người ta thường sử dụng các đặc điểm sinh lý,
sinh hóa cũng như khả năng đồng hóa các nguồn cacbon, nguồn nitơ, nhu cầu
các chất kích thích sinh trưởng. Ngồi ra cịn các chỉ tiêu khác cũng được xác
định như pH, nhiệt độ, khả năng chịu muối, tính chất đối kháng và mẫn cảm với
chất kháng sinh, khả năng tạo thành chất kháng sinh và các sản phẩm trao đổi
chất khác đặc trưng của xạ khuẩn.
Tuy nhiên, do xạ khuẩn thường xuất hiện nhiều biến dị nên các đặc điểm
sinh lý, sinh hóa thường có giá trị thấp về mặt phân loại. Nhưng để phát hiện
loài mới người ta thường sử dụng các đặc điểm này dựa trên phân loại số.
2.2.4. Phân loại số (Numerical Taxonomy)
Phân loại số được Williams và cs, (1983) sử dụng để phân loại chi

Streptomyces và các chi có quan hệ gần gũi. Phương pháp này dựa trên sự đánh
giá về số lượng, mức độ giống nhau giữa các vi sinh vật theo một số lớn các đặc
điểm, chủ yếu là các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa. Để so sánh các chủng
với nhau từng đôi một, Sneath & Sokal (1973) đề nghị tính hệ số giống nhau S
(Similarity) theo phương trình sau:
10


%S 

N S x100
NS  Nd

Ns: Tổng số các đặc điểm dương tính (giống nhau) của 2 chủng so sánh.
Nd: Tổng số các đặc điểm (khác nhau) dương tính của chủng này và âm
tính của chủng kia.
Kết quả phân tích được biểu diễn bằng sơ đồ nhánh mà trên đó các chủng
tùy theo mức độ giống nhau được nhóm thành từng cụm (Cluster). Bằng phân
loại số người ta chia xạ khuẩn chi Streptomyces thành 21 nhóm lớn, 37 nhóm
nhỏ và 13 cụm với những đại diện nhất định.

Hình 2.3. Phân loại trong chi Streptomyces đƣợc xác định bằng cách sử
dụng phân loại số (Williams & cs, 1983)
11