Luận án TS: Nghiên cứu đa dạng nấm Hyphomycetes từ lá cây mục ở Việt Nam

Luận án tiến sĩ vi sinh vật học trình bày kết quả nghiên cứu đa dạng nấm Hyphomycetes phân lập từ lá cây mục tại các rừng quốc gia Việt Nam.

• Tác giả: Lê Thị Hoàng Yến
• Người hướng dẫn: Pgs. Dương Văn Hợp
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu tính đa dạng sinh học của nhóm nấm Hyphomycetes phân lập từ lá cây mục (litter fungi) ở một số rừng Quốc gia Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Nấm Hyphomycetes

Nấm Hyphomycetes là một nhóm nấm sợi quan trọng thuộc lớp nấm bất toàn (Mitosporic fungi), chiếm vị trí đặc biệt trong hệ thống phân loại nấm học. Các loài nấm này được đặc trưng bởi khả năng tạo ra bào tử không có tường bao và khả năng phân hủy vật chất hữu cơ. Tại rừng quốc gia Việt Nam, nấm Hyphomycetes phân lập từ lá cây mục (litter fungi) đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng và phân hủy chất hữu cơ. Những nghiên cứu về đa dạng sinh học của nấm Hyphomycetes giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình sinh thái trong các khu rừng quốc gia và bảo vệ tài nguyên sinh vật.

1.1. Định nghĩa và đặc điểm sinh học

Nấm Hyphomycetes là những nấm không có tổ chức sinh dục hoàn chỉnh, với khả năng tạo ra bào tử trần (conidia) đơn độc. Các loài nấm này sở hữu những sợi nấm có vách ngăn, cho phép chúng thích nghi tốt với các môi trường khác nhau. Vai trò chính của nhóm nấm này là phân hủy vật chất hữu cơ và tham gia vào chu trình dinh dưỡng của rừng quốc gia.

1.2. Sự phân bố tại rừng quốc gia Việt Nam

Tại các rừng quốc gia Việt Nam, nấm Hyphomycetes xuất hiện phong phú trên lá cây mục với độ đa dạng sinh học cao. Các loài nấm này thích ứng tốt với điều kiện khí hậu nhiệt đới và ẩm ướt của các khu rừng. Nghiên cứu phân lập nấm từ litter fungi cho thấy sự thay đổi đáng kể về thành phần loài theo các mùa trong năm.

II. Phương pháp Phân loại và Xác định Nấm Hyphomycetes

Việc phân loại nấm Hyphomycetes trong rừng quốc gia Việt Nam kết hợp hai phương pháp chính: phân loại hình thái và phân tích trình tự gen ADN riboxom. Phương pháp hình thái dựa trên các tiêu chí như đặc điểm khuẩn lạc, sợi nấm, và hình thái bào tử trần. Trong khi đó, phân tích sinh học phân tử với ADN barcoding fungi giúp xác định chính xác các loài và tạo ra cây phát sinh chủng loại. Sự kết hợp này đảm bảo độ chính xác cao trong việc xác định đa dạng nấm tại các khu rừng quốc gia, từ đó hỗ trợ công tác bảo tồn sinh học.

2.1. Phân loại hình thái học

Phân loại hình thái dựa trên việc quan sát đặc điểm khuẩn lạc, cấu trúc sợi nấm, và đặc biệt là hình thái của cơ quan sinh bào tử. Các tiêu chí quan trọng bao gồm phương thức phát sinh bào tử (Basipeptal, Acropetal, Thallic) và cách bào tử rời khỏi cuống. Phương pháp này là nền tảng truyền thống trong việc nhận dạng nấm Hyphomycetes từ các mẫu litter fungi ở rừng quốc gia.

2.2. Phân tích sinh học phân tử

ADN riboxom và ADN barcoding là công cụ mạnh mẽ trong phân loại nấm Hyphomycetes hiện đại. Các vùng ADN mã hóa như ITS và LSU được sử dụng để xác định chính xác loài nấm. Phân tích cây chủng loại phát sinh giúp làm rõ mối quan hệ tiến hóa giữa các loài nấm tại rừng quốc gia Việt Nam, nâng cao độ chính xác của phân loại nấm sợi.

III. Đa dạng Nấm Hyphomycetes trong Litter Fungi

Litter fungi hay nấm tồn tại trên lá cây mục là môi trường lý tưởng để nghiên cứu đa dạng sinh học của nấm Hyphomycetes tại rừng quốc gia Việt Nam. Những nấm này đóng vai trò then chốt trong quá trình phân hủy vật chất hữu cơ, góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái của rừng. Các phương pháp phân lập nấm từ litter fungi đã giúp phát hiện nhiều loài nấm mới, mở rộng danh sách đa dạng nấm tại các khu rừng quốc gia. Sự phong phú của các loài nấm Hyphomycetes phản ánh chất lượng và sức khỏe của hệ sinh thái rừng, từ đó cung cấp thông tin quý báu cho công tác bảo tồn.

3.1. Vai trò sinh thái của nấm Hyphomycetes

Nấm Hyphomycetes trong litter fungi là những phân hủy chất hữu cơ chủ yếu, giúp chuyển hóa vật chất từ lá cây mục thành các chất dinh dưỡng có sẵn. Hoạt động của các loài nấm này tạo điều kiện thuận lợi cho các tổ chức khác phát triển. Vai trò này đặc biệt quan trọng trong các rừng quốc gia Việt Nam nơi có khí hậu ẩm ướt và nhiều vật chất hữu cơ tích tụ.

3.2. Phương pháp phân lập nấm từ litter

Phương pháp phân lập nấm từ litter fungi bao gồm các bước như chuẩn bị mẫu, nuôi cấy trên môi trường chọn lọc, và theo dõi sự phát triển khuẩn lạc. Rừng quốc gia Việt Nam cung cấp các mẫu litter phong phú với thành phần nấm đa dạng. Sự tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy giúp tăng hiệu quả phân lập và phát hiện đa dạng nấm Hyphomycetes.

IV. Ý Nghĩa Khoa Học và Bảo Tồn

Nghiên cứu về đa dạng sinh học của nấm Hyphomycetes ở rừng quốc gia Việt Nam mang lại những thông tin quý giá cho khoa học và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Việc phát hiện các loài nấm mới và xác định mối quan hệ tiến hóa giữa chúng giúp hoàn thiện hệ thống phân loại nấm toàn cầu. Hiểu rõ về đa dạng nấm và vai trò sinh thái của chúng trong các khu rừng quốc gia là nền tảng để xây dựng chiến lược bảo tồn hiệu quả. Các kết quả nghiên cứu cũng góp phần nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của các vi sinh vật trong duy trì sức khỏe của hệ sinh thái rừng Việt Nam.

4.1. Giá trị khoa học của nghiên cứu

Nấm Hyphomycetes là đối tượng nghiên cứu quan trọng trong sinh học phân tử và nấm học, với những ứng dụng tiềm năng trong sinh công nghệ. Phát hiện các loài nấm mới và đặc điểm di truyền của chúng giúp mở rộng kiến thức về sự đa dạng gen. Rừng quốc gia Việt Nam là nguồn tài nguyên vi nấm vô cùng quý giá cho các nghiên cứu này.

4.2. Ứng dụng trong bảo tồn và phát triển bền vững

Giám sát đa dạng nấm Hyphomycetes trong rừng quốc gia giúp đánh giá chất lượng hệ sinh thái và hiệu quả của các biện pháp bảo tồn. Các loài nấm là chỉ báo sinh thái nhạy cảm, phản ánh các thay đổi môi trường. Thông qua việc bảo vệ đa dạng sinh học của nấm, chúng ta góp phần xây dựng rừng quốc gia Việt Nam bền vững và khỏe mạnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Vi nấm Hyphomycetes là nhóm nấm mang các cấu trúc sinh bào tử trần (cuống sinh bào tử, tế bào sinh bào tử và bào tử) trên môi trường nuôi cấy, mà không sinh thể quả. Chúng có thể tồn tại trong mọi hệ sinh thái: đất, nước, khí, phân, trong các vật chất hữu cơ và các loại mô thực vật,. Vi nấm tồn tại trong lớp lá rụng trong rừng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy sinh khối thực vật, nhờ vào khả năng sinh ra các enzyme ngoại bào của chúng [49,71,113]. Vì vậy, các loài nấm này có khả năng ứng dụng cao trong các ngành chế biến thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, trong xử lý nước thải, rác thải nông nghiệp, rác thải sinh hoạt, trong công nghiệp sản xuất cồn sinh học, sản xuất giấy và trong chất tẩy rửa vì chúng có thể sinh ra một số lượng lớn các enzyme như amylase, celullase, xylanse, protease, phytase, lipase.

Các enzyme này phần lớn được sản xuất bởi các chủng nấm sợi như: Aspergillus,Trichoderma, Penicilium,. Một số loài vi nấm còn được sử dụng trong sản xuất thuốc kháng sinh [46], sản xuất dược phẩm, chẳng hạn sản xuất statins- chất có khả năng làm giảm cholesterol từ nấm sợi [107] và trong kiểm soát sinh học (sản xuất độc tố mycotoxin Beauvericin từ nấm Beauveria bassiana) [49],.Ngoàira, vinấmcòncóvaitròthamgiavàovòngtuầnhoànvậtchấtnhư C,N, P vàkiểmsoát ô nhiễmmôitrường [45, 58, 63].Do thấyvaitròvàứngdụngnhiềumặtcủanấmđốivớiđờisống, cácnhàkhoahọcngàycàngquantâmđếnnghiêncứuđadạngnấmvớimụctiêutìmkiếmpháth iệncáchoạtchấtmớicógiátrịtừcác taxon mới. Người ta cho rằng trong tự nhiên có khoảng 1.000 loài nấm [38; 68], nhưng đến năm 2008 mới định tên được khoảng 10.000 loài, trong đóAscomycota có khoảng 6.500 loài; Basidiomycota có khoảng 31.500 loài; Blastocladiomycota: 180 loài; Chytridiomycota: 710 loài; Glomeromycota: 170 loài; Microsporidia: trên 1.300 loài; Neocallimastigomycota: 20 loài [90]. Trung Quốc đã điều tra được 40.

Ở Nhật Bản đã tìm được 12. Nghiên cứu về đa dạng nấm ở Việt Nam chưa được coi trọng, đến nay 11 theo ước tính có khoảng 2.900 loài nấm ở Việt Nam đã được lập danh lục [8; 11], trong đó vi nấm có khoảng 400 chi, 450 loài được công bố [8; 9; 11; 12], con số này cũng còn khá khiêm tốn so với sự đa dạng vi nấm ở Việt Nam. Việt Nam là một nước có khí hậu nóng ẩm, vị trí địa lý kéo dài từ Bắc vào Nam, với sự đa dạng lớn về các vùng sinh thái đặc hữu, có nhiều rừng núi, nằm rải rác từ Bắc tới Nam ( từ 8°27′ - 23°23′ vĩ tuyến bắc) với các kiểu rừng khác nhau do sự khác nhau về địa lý và thành phần thực vật. Rừng Quốc gia Ba Bể (22 o22’ vĩ bắc và 105o36’ kinh đông), BạchMã (16o05’ vĩ bắc và 107o50’ kinh đông) và Mã Đà (11o13’ vĩ bắc và 107o5’ kinh đông) là 3 khu hệ sinh thái đặc trưng cho 3 vùng miền của đất nước.

Rừng Quốc gia Phú Quốc (10 o12’- 10o27’vĩ bắc và 103o50’- 104o04’kinh đông) nằm trên đảo Phú Quốc, cách xa khỏi đất liền, nằm cách thị trấn Rạch Giá 120 Km và thị xã Hà Tiên 45 Km về phía Tây Nam, nhưng chỉ cách Campuchia có 3km. Các nghiên cứu về động, thực vật, côn trùng,. cho thấy cả 4 rừng này đều cóđặc điểm chung là đa dạng sinh học cao, nhiều loài động, thực vật sinh sống, có nhiều loài đặc hữu, quí hiếm và được ghi vào Sách Đỏ Việt Nam. Tuy nhiên cho đến nay chưa có một nghiên cứu nào được tiến hành mang tính hệ thống về đa dạng vi nấm tồn tại trong các khu hệ sinh thái rừng Việt Nam.

Sự khác nhau về đa dạng sinh học các loài vi nấm nằm trong lớp lá rụng giữa các vùng miền có gì khác nhau? Để trả lời được các câu hỏi trên, chúng tôi đã tiến hành đề tài " Nghiên cứu tính đa dạng sinh học của nhóm nấm Hyphomycetes phân lập từ lá cây mục (litter fungi) ở các rừng Quốc gia Việt Nam " với các mục tiêu sau: - Có được các dữ liệu về tính đa dạng sinh học của khu hệ nấm Hyphomycetesphân lập từ lá cây mục ở 4 rừng Quốc gia Việt Nam. Phát hiện các chi, loài mới lần đầu được ghi nhận ở Việt Nam và phát hiện các chi, loài mới cho khoa học. - Bảo tồn nguồn gen của khu hệ nấm Hyphomycetesphân lập từ lá cây mục thu thập ở các Rừng Quốc gia Việt Nam. - Đánh giá hoạt tính enzyme phân giải lignocellulose của các chủng lựa chọn bảo quản.

12 Đóng góp mới của luận án: - Đây là nghiên cứu đầu tiên có hệ thống về đa dạng vi nấm Hyphomycetes phân lập từ lá cây rụng ở 4 vườn Quốc gia Việt Nam(Ba Bể, Bạch Mã, Mã Đà và Phú Quốc), sử dụng hai kỹ thuật phân lập mới (phân lập nấm bằng phương pháp rửa bề mặt và phân lập nấm bằng phương pháp tách bào tử đơn độc) trong nghiên cứu đa dạng vi nấm tại Việt Nam. - Nghiên cứu đã đưa ra một bức tranh đa dạng về nhóm nấm Hyphomycetes ở Việt Nam, gồm 5 Lớp, 13 Bộ, 26 Họ, 79 Chi, 176 Loài vi nấm. - Đã phát hiện được một số taxon mới trong hệ thống phân loại nấm học: 2 chi mới và 8 loài mới. - Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chi: Aspergillus, Fusarium, Penicilliumvà Trichoderma vừa có tần suất xuất hiện cao lại vừa có khả năng sinh enzyme thủy phân thành phần lignocelluloza cao.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm giàu thêm đa dạng nguồn gen vi nấm cho Bảo tàng Giống chuẩn Vi sinh vật- Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học với 243 chủng vi nấm thuộc 5 Lớp, 13 Bộ, 26 Họ, 79 Chi, 176 Loài , trong đó có 02 chi mới, 08 loài mới cho khoa học. - Việc phân loại của 243 chủng vi nấm sẽ là cơ sở dữ liệu quan trọng định hướng cho các nghiên cứu khai thác nguồn gen vi nấm liên quan đến các chủng này. - Các chủng vi nấm thuộc taxa mới sẽ được cung cấp cho các cơ sở nghiên cứu khoa học (trong và ngoài nước) làm chủng chuẩn, chủng tham chiếu cho các nghiên cứu liên quan. - Các kết quả nghiên cứu enzym phân giải lignocelluloza có ý nghĩa định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo về hoạt tính enzyme và khả năng ứng dụng các chủng này.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NẤM 1.1 Nấm và các đặc điểm chung của nấm Nấm là nhóm vi sinh vật nhân thật, dị dưỡng, có khả năng hấp phụ chất dinh dưỡng, vách tế bào có chứa chitin và ß-glucan (trong quá trình tiến hóa một số nấm mất chitin, thậm chí là vách trong). Nấm thường là vi sinh vật hiếu khí, nhờ các ty thể. Nấm thiếu các lạp thể, tế bào nấm có nhiều dạng, từ dạng tế bào đơn lẻ, chỉ gồm một tế bào đến cấu tạo dạng sợi, phát triển kéo dài sợi, tạo khuẩn lạc [52]. Với sự đa dạng về hình dạng như vậy đã khiến cho số lượng các loài nấm ước lượng khoảng 1,5 tới 15 triệu loài, trong khi đó chỉ có khoảng 100.000 loài đã được mô tả [38; 68].

Nấm được xếp vào một giới riêng, với những đặc điểm riêng như vách tế bào chứa chitin và glucan; chúng sinh sản theo kiểu nảy chồi hoặc hình thành dạng sợi; chúng không có hệ thống cần thiết để vận chuyển nước và chất dinh dưỡng (xylem, pholem) như đối với thực vật. Tuy nấm được xếp vào một giới riêng như vậy, nhưng chúng cũng có một số điểm chung so với các giới khác: - So với sinh vật nhân thật: tế bào nấm cũng có màng bao quanh lấy nhân, với các chromosome chứa đựng các ADN với các vùng không mã hóa gọi là các intron và các vùng mã hóa gọi là các exon. Riboxom của nấm là loại 80S [51]. - So với thực vật: Nấm không chứa lục lạp và là sinh vật dị dưỡng, đòi hỏi phải có các hợp chất hữu cơ là nguồn năng lượng [51].

- Giống như thực vật, nấm có vách tế bào, tuy nhiên thành phần vách tế bào của nấm chủ yếu là chitin, không phải cellulose như tế bào thực vật. Thêm vào đó, một số loài nấm tiêu biểu có nhân đơn bội haploid, giống như tảo [51]. - So với vi khuẩn, nấm bậc cao và một số loài vi khuẩn có khả năng sản sinh axit amin L-lysine trong quá trình sinh tổng hợp đặc hiệu, gọi là con đường aminoadipate [51].2 Các nghiên cứu về tiến hóa về nấm Có rất ít thông tin về sự tiến hóa của nấm do nấm có sự đa dạng phong phú, nhưng lại có hình thái đơn giản và thiếu các dữ liệu hóa thạch cần thiết để phân tích [33]. Nghiên cứu tiến hóa nấm dựa vào quan sát các đặc điểm hình thái, thành phần vách tế bào [28], thử nghiệm tế bào học [167], nghiên cứu siêu cấu trúc [70], chuyển hóa tế bào [102] và các mẫu hóa thạch [67].

Nhiều phân tích phát sinh loài cho thấy giới nấm là một phần của bức xạ đầu cuối của nhóm sinh vật nhân thật (Hình 1.1 Cây phát sinh chủng loại của sinh vật nhân thật dựa vào trình tự ADNr 18S [167] Berbee và Taylor [1994]đã sử dụng thời gian địa lý để tính toán sự xuất hiện của các bậc phân loại khác nhau trong một cây tiến hóa và đưa ra giả thuyết về tất cả các bậc phân loại từ lớp đến họ đã liên tục xuất hiện giữa kỷ Cambri tới kỷ Tertiary. Trình tự nucleotit bị thay thế, biến đổi tỉ lệ thuận với thời gian, vì vậy dựa vào số lượng nucleotit thay đổi theo thời gian có thể ước lượng thời gian tiến hóa của nấm [35]. Dựa vào cơ sở này và việc sử dụng thêm các điểm tham chiếu khác, chẳng hạn như sự xuất hiện của các mấu lồi của sợi nấm của nấm hóa thạch, thời gian tuyệt đối về nguồn gốc của nhóm nấm đã được ước tính [33]. Ba ngành nấm chính, Zygomycota, Ascomycota và Basidiomycota được cho là đã tách ra từ 15 Chytridiomycota khoảng 550 triệu năm trước.

Sự phân chia Ascomycota- Basidiomycota xảy ra khoảng 400 triệu năm trước, sau khi thực vật xâm chiếm đất. Nhiều Ascomycetes đã tiến hóa cùng thời đại xuất hiện thực vật hạt kín khoảng 200 triệu năm về trước[34].3 Hệ thống phân loại nấm Có 2 nhóm nấm chính: nấm giả và nấm thật. Nhóm nấm giả (Chromista) bao gồm: nấm nước (Water moulds), nấm gây bệnh nấm lá thuộc ngành Oomycota. Nấm giả khác với giới nấm thật ở nhiều đặc điểm: chúng có roi để bơi trong nước, vách tế bào chứa cellulose, thể dinh dưỡng đa bội, ty thể có màng gấp nếp phía trong, có khả năng tổng hợp lysine,….

Nhóm nấm thật (Eumycota) hay còn gọi là giới nấm được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà phân loại nấm học, chúng được phân chia theo nhiều thuyết khác nhau, và không thống nhất với nhau.