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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 (22o22’ 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 (10o12’- 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.
13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương1. 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].
14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ứu về tiến hóa về nấm 1.2 Các nghiên cứu Có rất ít thông tin về sự tiến hóa của nấm do nấm có sự đa dạng ng phong phú, nhưng lại có hình thái đơn gi giản và thiếu các dữ liệu hóa thạch cần thiếết để phân tích [33]. Nghiên cứu tiếnn hóa nnấm dựa vào quan sát các đặc điểm m hình thái, thành phần ph vách tế bào [28], thử nghi ghiệm tế bào học [167], nghiên cứu u siêu cấu c trúc [70], chuyển hóa tế bào [102] và các m mẫu hóa thạch [67]. Nhiều phân hân tích phát sinh loài phần của bức xạ đầu cuối củaa nhóm sinh vật cho thấy giới nấm là mộtt ph v nhân thật (Hình 1.1 Cây phát sinh chủng ng lo loại của sinh vật nhân thật dựa vào trình tự ADNr 18S [167] [1994]đã sử dụng thời gian địa lý để tính toán sự Berbee và Taylor [1994]đ s xuất hiện một cây tiến hóa và đưa ra giảả thuyết về tất của các bậc phân loạii khác nhau trong m ớp đến họ đã liên tục xuất hiện giữa kỷ Cambri tới kỷ cả các bậc phân loại từ lớ Tertiary. Trình tự nucleotit bbị thay thế, biến đổi tỉ lệ thuận với thờii gian, vì vậy v dựa ng nucleotit thay đđổi theo thời gian có thể ước lượng thờii gian tiến vào số lượng ti hóa của nấm [35].
Dựa vào cơ sở này và việc sử dụng thêm các điểm tham chiếu khác, chẳng ch hạn như sự xuất hiện của các mấấu lồi của sợi nấm của nấm hóa thạch, thờii gian tuyệt tuy đối về nguồn gốc củaa nhóm nnấm đã được ước tính [33]. Ba ngành nấm n chính, Zygomycota, Ascomycota và Basidiomycota đư được cho là đãã tách ra từ t 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.