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 vô 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 nhòm, kính hiển vi, kính thiên văn, kính trên ô tô, 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 không 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. Ngoài 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 đặc tính di truyền của nấm sợi phân lập từ các môi trường sống khác nhau, cung cấp dữ liệu về 2 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 đoán 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 soát 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 xuyên và kiểm soát thông 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 không 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 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 nhòm 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 nhòm 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 nhòm 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. 3 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 nhòm 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. Nghiên cứu đặc điểm thấu kính bị gây hại và phân lập các chủng nấm sợi trên thấu kính ống nhòm ON8x30. Đánh giá phân bố và đặc điểm hình thái của nấm sợi gây hại trên thấu kính của ống nhòm 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. Thử nghiệm khả năng kháng nấm sợi gây hại điển hình trên thấu kính ống nhòm của một số chế phẩm diệt nấm. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Luận án nghiên cứu nấm sợi gây hại trên thấu kính ống nhòm 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 Phòng). NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CHO LUẬN ÁN - Luận án là công 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 nhòm.
- Cung cấp dữ liêu về đặc tính di truyền hệ gen của chủng Curvularia eragrostidis C52 gây hại đại diện trên thấu kính ống nhòm 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. 4 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 nhòm 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 nhòm.
- 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 nhòm ON8x30. Nấm sợi gây hại trên kính và quá trình phát triển 1. Vật liệu kính, thành phần và đặc tính Thủy tinh là một chất rắn vô 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 môi có chiết suất cao, có độ bám tốt với bề mặt thủy tinh như ZnO, TiO2, CeF3, ThO2, … ngoài 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 hòa tan khoáng 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 hòa tan khoáng chất chủ yếu do tạo axít hữu cơ và tạo phức [3].
Quá trình hòa tan kim loại từ bề mặt chất khoáng và vật liệu vô 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].