Phân lập và khảo sát khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum của xạ khuẩn từ đất

• Tác giả: Mã Thị Anh Thư
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Diệu Hạnh
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Phân lập, tuyển chọn và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện lý hóa lên khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn được phân lập từ đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về xạ khuẩn
• 1.1.1. Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn
• 1.1.2. Đặc điểm sinh lý - sinh hóa
• 1.1.3. Vai trò và ứng dụng của xạ khuẩn
• 1.1.4. Tình hình nghiên cứu chất đối kháng từ xạ khuẩn
• 1.1.5. Streptomyces và ứng dụng kháng nấm của Streptomyces spp
• 1.2. Thanh long và các loại bệnh trên thanh long
• 1.2.1. Một số loại bệnh hại trên thanh long
• 1.2.2. Bệnh đốm nâu trên thanh long
• 1.2.3. Tình hình bệnh đốm nâu trên thanh long ở Việt Nam và thế giới
• 1.3. Tổng quan về nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum
• 1.3.1. Sơ lược về nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum
• 1.3.2. Một số nghiên cứu về Neoscytalidium dimidiatum
• 1.3.2.1. Một số nghiên cứu ngoài nước
• 1.3.2.2. Một số nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.1.1. Phương pháp lấy mẫu
• 2.1.2. Phương pháp phân lập xạ khuẩn từ các mẫu đất
• 2.1.3. Phương pháp bảo quản giống vi sinh vật
• 2.1.4. Phương pháp hoạt hóa giống vi sinh vật
• 2.1.5. Phương pháp quan sát hình thái của các chủng xạ khuẩn
• 2.1.6. Phương pháp thu nhận dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.1.7. Phương pháp khảo sát sự đối kháng Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.1.7.1. Phương pháp khảo sát tác động của các thành phần khác nhau của dịch nuôi cấy xạ khuẩn lên sự sinh trưởng và phát triển của nấm mốc
• 2.1.7.2. Phương pháp khuếch tán trên giếng thạch
• 2.1.8. Định danh chủng xạ khuẩn nghiên cứu
• 2.1.9. Các điều kiện nuôi cấy thích hợp cho sự sinh tổng hợp hợp chất đối kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của chủng xạ khuẩn CNXK121
• 2.1.9.1. Phương pháp khảo sát môi trường nuôi cấy thích hợp cho khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.1.9.2. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau lên khả năng kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.2. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các nồng độ carbon khác nhau lên khả năng đối kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.3. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các nguồn nitrogen khác nhau lên khả năng đối kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.4. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các nồng độ nitrogen khác nhau lên khả năng đối kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.5. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của pH nuôi cấy lên khả năng kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.6. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy lên khả năng kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.7. Phương pháp khảo sát một số đặc tính của dịch nuôi cấy xạ khuẩn lên khả năng kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum
• 2.7.1. Phương pháp khảo sát khả năng bền nhiệt và bền pH của dịch nuôi cấy xạ khuẩn có hoạt tính kháng mốc
• 2.7.2. Phương pháp khảo sát khả năng sinh tổng hợp hợp chất bay hơi có khả năng kháng mốc của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 2.7.3. Phương pháp khảo sát khả năng sinh enzyme ngoại bào từ chủng xạ khuẩn nghiên cứu
• 2.8. Khảo sát sự tác động của dịch nuôi cấy lên sự nảy mầm của bào tử và hệ sợi tơ mốc N. dimidiatum gây bệnh trên thanh long
• 2.9. Kiểm tra khả năng đối kháng nấm mốc N. dimidiatum của chủng xạ khuẩn nghiên cứu trong điều kiện in vivo trên quả và cây thanh long
• 2.10. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 3.1. Tuyển chọn và định danh chủng xạ khuẩn có khả năng đối kháng mạnh với chủng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên thanh long
• 3.1.1. Phân lập chủng xạ khuẩn
• 3.1.2. Khả năng đối kháng của dịch nuôi cấy xạ khuẩn với nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên thanh long
• 3.1.3. Định danh chủng xạ khuẩn nghiên cứu CNXK 121
• 3.1.3.1. Đặc điểm hình thái chủng xạ khuẩn nghiên cứu CNXK121
• 3.1.3.2. Định danh bằng phương pháp sinh học phân tử
• 3.2. Ảnh hưởng của các thành phần khác nhau của dịch nuôi cấy xạ khuẩn lên hoạt tính ức chế nấm mốc N
• 3.3. Các điều kiện nuôi cấy thích hợp cho sự sinh tổng hợp hợp chất đối kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của chủng xạ khuẩn CNXK121
• 3.3.1. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy lên hoạt tính kháng mốc của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 3.3.2. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau lên hoạt tính kháng mốc của dịch nuôi cấy xạ khuẩn
• 3.3.3. Ảnh hưởng của các nguồn nitrogen khác nhau lên hoạt tính kháng mốc Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy chủng xạ khuẩn CNXK121
• 3.3.4. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ nuôi cấy lên khả năng kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy chủng CNXK12
• 3.4. Kết quả các đặc tính lý hóa của dịch nuôi cấy xạ khuẩn CNXK121 lên khả năng kháng mốc N
• 3.4.1. Khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào
• 3.4.2. Khả năng bền nhiệt và bền pH của dịch nuôi cấy chủng CNXK121
• 3.4.3. Khả năng sinh tổng hợp hợp chất bay hơi có khả năng kháng nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum
• 3.5. Ảnh hưởng của dịch nuôi cấy chủng xạ khuẩn CNXK121 lên sự nảy mầm bào tử và sự phát triển của hệ sợi tơ nấm Neoscytalidium dimidiatum
• 3.6. Khả năng ức chế nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy chủng xạ khuẩn CNXK121 trong điều kiện in vivo
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN

I. Tổng Quan Về Khả Năng Kháng Nấm Của Xạ Khuẩn Từ Đất

Xạ khuẩn, đặc biệt là các chủng phân lập từ đất, đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực kiểm soát sinh học các bệnh do nấm gây ra. Neoscytalidium dimidiatum, một loại nấm gây bệnh đốm nâu trên thanh long, gây thiệt hại đáng kể cho ngành nông nghiệp. Việc sử dụng quá nhiều thuốc bảo vệ thực vật hóa học để kiểm soát bệnh này đã dẫn đến những hậu quả tiêu cực cho môi trường và sức khỏe con người. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường, như sử dụng xạ khuẩn có khả năng kháng nấm, là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân lập và đánh giá khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum của các chủng xạ khuẩn phân lập từ đất, mở ra tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp bền vững.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Xạ Khuẩn và Vai Trò Trong Nông Nghiệp

Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đất quan trọng, có khả năng sản xuất ra nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, bao gồm cả các chất kháng nấm. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng sinh thái trong đất và có tiềm năng lớn trong việc phòng trừ nấm bệnh hại cây trồng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của xạ khuẩn trong việc kiểm soát các bệnh do nấm gây ra trên nhiều loại cây trồng khác nhau.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Nghiên Cứu Kháng Nấm Từ Xạ Khuẩn

Việc nghiên cứu khả năng kháng nấm của xạ khuẩn có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển các biện pháp kiểm soát sinh học hiệu quả và bền vững. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào thuốc bảo vệ thực vật hóa học, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Đồng thời, việc sử dụng xạ khuẩn có thể cải thiện sức khỏe cây trồng và tăng năng suất.

II. Thách Thức Từ Nấm Neoscytalidium Dimidiatum Gây Bệnh

Neoscytalidium dimidiatum là một loại nấm gây bệnh phổ biến trên nhiều loại cây trồng, đặc biệt là thanh long. Bệnh đốm nâu do nấm này gây ra có thể làm giảm năng suất và chất lượng quả, gây thiệt hại kinh tế lớn cho người nông dân. Theo Viện Cây ăn quả miền Nam, bệnh đốm nâu đã xuất hiện rải rác vào năm 2008 và lây lan mạnh từ năm 2011 đến nay [2]. Việc kiểm soát bệnh này gặp nhiều khó khăn do nấm có khả năng kháng thuốc và lây lan nhanh chóng. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp kiểm soát bệnh hiệu quả và bền vững là vô cùng cấp thiết.

2.1. Bệnh Đốm Nâu Trên Thanh Long Tác Hại và Ảnh Hưởng

Bệnh đốm nâu do Neoscytalidium dimidiatum gây ra là một trong những bệnh hại nghiêm trọng nhất trên thanh long. Bệnh có thể gây hại trên cả thân và quả, làm giảm giá trị thương phẩm và năng suất. Trong trường hợp nặng, bệnh có thể làm cây chết, gây thiệt hại lớn cho người trồng. Bệnh lây lan nhanh chóng trong điều kiện thời tiết ẩm ướt và có thể gây thành dịch.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Kiểm Soát Nấm Neoscytalidium Dimidiatum

Việc kiểm soát Neoscytalidium dimidiatum gặp nhiều khó khăn do nấm có khả năng kháng thuốc và lây lan nhanh chóng. Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường, như sử dụng biện pháp sinh học, là vô cùng cần thiết.

2.3. Tình Hình Nghiên Cứu Về Neoscytalidium Dimidiatum Hiện Nay

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm tìm kiếm các giải pháp kiểm soát Neoscytalidium dimidiatum hiệu quả. Các nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các chủng vi sinh vật đối kháng, các hợp chất tự nhiên có khả năng kháng nấm và các biện pháp canh tác giúp tăng cường sức đề kháng của cây trồng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để có thể kiểm soát bệnh này một cách hiệu quả và bền vững.

III. Phương Pháp Phân Lập Tuyển Chọn Xạ Khuẩn Kháng Nấm

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân lập và tuyển chọn xạ khuẩn từ các mẫu đất khác nhau để tìm ra các chủng có khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum. Các chủng xạ khuẩn được phân lập từ đất được thu thập từ các tỉnh khác nhau. Sau đó, các chủng này được đánh giá khả năng đối kháng với nấm Neoscytalidium dimidiatum trong điều kiện in vitro. Chủng xạ khuẩn có khả năng đối kháng mạnh nhất sẽ được chọn để nghiên cứu sâu hơn.

3.1. Quy Trình Phân Lập Xạ Khuẩn Từ Mẫu Đất

Quy trình phân lập xạ khuẩn bao gồm các bước: thu thập mẫu đất, xử lý mẫu, pha loãng mẫu, cấy mẫu lên môi trường chọn lọc và phân lập các khuẩn lạc riêng biệt. Môi trường chọn lọc thường chứa các chất ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác, giúp xạ khuẩn phát triển tốt hơn.

3.2. Đánh Giá Khả Năng Đối Kháng Nấm In Vitro

Khả năng đối kháng nấm của các chủng xạ khuẩn được đánh giá bằng phương pháp đối kháng kép trên môi trường thạch. Các chủng xạ khuẩn được cấy đối diện với nấm Neoscytalidium dimidiatum trên đĩa thạch. Sau một thời gian ủ, khả năng ức chế sự phát triển của nấm được đánh giá dựa trên kích thước vùng ức chế.

3.3. Tiêu Chí Tuyển Chọn Chủng Xạ Khuẩn Tiềm Năng

Chủng xạ khuẩn được chọn là chủng có khả năng đối kháng mạnh nhất với nấm Neoscytalidium dimidiatum trong điều kiện in vitro. Ngoài ra, các tiêu chí khác như khả năng sinh trưởng tốt, khả năng sản xuất các hợp chất kháng nấm và tính ổn định di truyền cũng được xem xét.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Điều Kiện Lý Hóa Lên Kháng Nấm

Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện lý hóa khác nhau lên khả năng kháng nấm của dịch nuôi cấy xạ khuẩn. Các yếu tố được khảo sát bao gồm môi trường nuôi cấy, nguồn carbon, nguồn nitrogen, pH và nhiệt độ. Mục tiêu là tìm ra các điều kiện tối ưu cho sự sinh tổng hợp các hợp chất kháng nấm của xạ khuẩn.

4.1. Tối Ưu Hóa Môi Trường Nuôi Cấy Xạ Khuẩn

Môi trường nuôi cấy có ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và khả năng sản xuất các hợp chất kháng nấm của xạ khuẩn. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các loại môi trường khác nhau, bao gồm môi trường tổng hợp và môi trường tự nhiên, để tìm ra môi trường tối ưu cho sự sinh tổng hợp các hợp chất kháng nấm.

4.2. Ảnh Hưởng Của Nguồn Carbon và Nitrogen

Nguồn carbon và nitrogen là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và khả năng sản xuất các hợp chất kháng nấm của xạ khuẩn. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các loại nguồn carbon và nitrogen khác nhau, cũng như nồng độ của chúng, để tìm ra điều kiện tối ưu cho sự sinh tổng hợp các hợp chất kháng nấm.

4.3. Tối Ưu Hóa pH và Nhiệt Độ Nuôi Cấy

pH và nhiệt độ là hai yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hoạt động của xạ khuẩn. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các mức pH và nhiệt độ khác nhau để tìm ra điều kiện tối ưu cho sự sinh tổng hợp các hợp chất kháng nấm.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Triển Vọng Của Xạ Khuẩn CNXK121

Chủng xạ khuẩn CNXK121 đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng sản xuất chế phẩm vi sinh để kiểm soát nấm Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh trên thanh long. Thử nghiệm in vivo đã cho thấy chủng CNXK121 có khả năng làm giảm mức độ bệnh đốm nâu trên cả mô hình thân và quả thanh long. Điều này mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển các sản phẩm sinh học an toàn và hiệu quả để bảo vệ cây trồng.

5.1. Hiệu Quả Kiểm Soát Bệnh Đốm Nâu In Vivo

Thử nghiệm in vivo được thực hiện trên quả và cây thanh long bị nhiễm bệnh đốm nâu. Dịch nuôi cấy xạ khuẩn CNXK121 được phun lên cây và quả. Kết quả cho thấy chủng CNXK121 có khả năng làm giảm đáng kể mức độ bệnh đốm nâu so với đối chứng.

5.2. Tiềm Năng Phát Triển Chế Phẩm Sinh Học

Chủng xạ khuẩn CNXK121 có tiềm năng lớn trong việc phát triển các chế phẩm sinh học để kiểm soát bệnh đốm nâu trên thanh long. Các chế phẩm này có thể được sử dụng để phun lên cây và quả, hoặc để xử lý đất trước khi trồng. Việc sử dụng chế phẩm sinh học giúp giảm sự phụ thuộc vào thuốc bảo vệ thực vật hóa học và bảo vệ môi trường.

5.3. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Ứng Dụng Rộng Rãi

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm: xác định các hợp chất kháng nấm được sản xuất bởi chủng xạ khuẩn CNXK121, nghiên cứu cơ chế tác động của các hợp chất này lên nấm Neoscytalidium dimidiatum, và đánh giá hiệu quả của chế phẩm sinh học trong điều kiện sản xuất thực tế. Ngoài ra, cần nghiên cứu khả năng ứng dụng của chủng CNXK121 trong việc kiểm soát các bệnh do nấm gây ra trên các loại cây trồng khác.

VI. Kết Luận Kiến Nghị Về Nghiên Cứu Xạ Khuẩn

Nghiên cứu này đã thành công trong việc phân lập và tuyển chọn được chủng xạ khuẩn CNXK121 có khả năng kháng mạnh với nấm Neoscytalidium dimidiatum. Nghiên cứu cũng đã xác định được các điều kiện lý hóa tối ưu cho sự sinh tổng hợp các hợp chất kháng nấm của chủng CNXK121. Kết quả nghiên cứu này mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển các sản phẩm sinh học an toàn và hiệu quả để bảo vệ cây trồng.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu đã chứng minh rằng xạ khuẩn phân lập từ đất có khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum, một loại nấm gây bệnh đốm nâu trên thanh long. Chủng xạ khuẩn CNXK121 đã được xác định là có khả năng đối kháng mạnh nhất và có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm sinh học.

6.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc xác định các hợp chất kháng nấm được sản xuất bởi chủng xạ khuẩn CNXK121, nghiên cứu cơ chế tác động của các hợp chất này lên nấm Neoscytalidium dimidiatum, và đánh giá hiệu quả của chế phẩm sinh học trong điều kiện sản xuất thực tế.

6.3. Kiến Nghị Về Ứng Dụng và Phát Triển

Cần có sự đầu tư và hỗ trợ từ các cơ quan chức năng để thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm sinh học từ xạ khuẩn để kiểm soát bệnh hại cây trồng. Đồng thời, cần tăng cường công tác tuyên truyền và hướng dẫn cho người nông dân về lợi ích của việc sử dụng các sản phẩm sinh học trong nông nghiệp.

Tổng quan nghiên cứu

Thanh long là loại cây ăn quả có giá trị kinh tế cao, với diện tích trồng khoảng 50.000 ha tại Việt Nam, chủ yếu tập trung ở Bình Thuận, Long An và Tiền Giang. Sản lượng thanh long năm 2019 đạt khoảng 1,2 triệu tấn và dự kiến tăng lên 1,7 triệu tấn vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng 6,0% mỗi năm. Tuy nhiên, bệnh đốm nâu do nấm mốc Neoscytalidium dimidiatum gây ra đã trở thành một trong những thách thức lớn đối với ngành trồng thanh long, làm giảm năng suất và chất lượng quả, gây thiệt hại kinh tế đáng kể. Tình trạng lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học để kiểm soát bệnh không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người mà còn làm giảm khả năng xuất khẩu thanh long sang các thị trường khó tính.

Nghiên cứu này nhằm phân lập, tuyển chọn và khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện lý hóa lên khả năng kháng Neoscytalidium dimidiatum của dịch nuôi cấy xạ khuẩn phân lập từ đất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu đất thu thập từ nhiều tỉnh thành như Bến Tre, Tiền Giang, Tây Ninh, Bình Thuận, Ninh Thuận và Long An trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2022. Mục tiêu là tìm ra chủng xạ khuẩn có khả năng đối kháng mạnh với nấm bệnh, đồng thời xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu để tăng cường hoạt tính kháng nấm, góp phần phát triển chế phẩm sinh học thân thiện môi trường, hỗ trợ ngành nông nghiệp sạch và bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về vi sinh vật đối kháng, đặc biệt là vai trò của xạ khuẩn (Actinomycetes) trong kiểm soát sinh học các bệnh nấm trên cây trồng. Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn Gram dương, có cấu trúc sợi phân nhánh, sinh trưởng như nấm và có khả năng sản xuất các hợp chất kháng sinh, enzyme ngoại bào như chitinase, protease giúp ức chế sự phát triển của nấm mốc gây bệnh. Trong đó, chi Streptomyces được nghiên cứu nhiều nhất do khả năng sinh tổng hợp đa dạng các hợp chất kháng nấm.

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm:

• Khả năng đối kháng của xạ khuẩn: khả năng ức chế sự phát triển của nấm mốc thông qua các hợp chất sinh học.
• Điều kiện lý hóa môi trường nuôi cấy: pH, nhiệt độ, nguồn carbon và nitrogen ảnh hưởng đến hoạt tính sinh tổng hợp hợp chất kháng nấm của xạ khuẩn.
• Ứng dụng kiểm soát sinh học: sử dụng vi sinh vật đối kháng thay thế thuốc hóa học để bảo vệ cây trồng an toàn và bền vững.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các chủng xạ khuẩn phân lập từ mẫu đất nông nghiệp tại 6 tỉnh thành miền Nam Việt Nam. Tổng cộng 50 chủng được phân lập, trong đó 36 chủng có khả năng đối kháng với Neoscytalidium dimidiatum. Chủng CNXK121 được chọn làm đối tượng nghiên cứu chính do có hoạt tính kháng mạnh nhất.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân lập và tuyển chọn chủng xạ khuẩn: sử dụng phương pháp pha loãng và cấy trên môi trường Gause I agar, nuôi ủ ở 37℃ trong 7-10 ngày.
• Định danh chủng xạ khuẩn: quan sát đặc điểm đại thể, vi thể và giải trình tự gene 16S-rRNA, phân tích bằng phần mềm Mega 5 với thuật toán Neighbor-Joining.
• Khảo sát điều kiện nuôi cấy: thử nghiệm trên 5 môi trường khác nhau, thay đổi nguồn carbon (1-4%) và nitrogen (1-4%), pH (3-9) và nhiệt độ (25-45℃) để xác định điều kiện tối ưu cho hoạt tính kháng nấm.
• Đánh giá hoạt tính kháng nấm: phương pháp khuếch tán qua giếng thạch trên môi trường PGA, đo đường kính vùng ức chế sự phát triển của nấm.
• Khảo sát đặc tính lý hóa của dịch nuôi cấy: kiểm tra khả năng bền nhiệt (50-121℃) và bền pH (1-12), khả năng sinh enzyme ngoại bào (chitinase, protease) và các hợp chất bay hơi (VOCs).
• Thử nghiệm in vivo: đánh giá hiệu quả giảm bệnh đốm nâu trên mô hình quả và cây thanh long.

Cỡ mẫu gồm 50 chủng xạ khuẩn, được chọn lọc kỹ lưỡng từ các mẫu đất đại diện. Phân tích số liệu được thực hiện với ít nhất 3 lần lặp lại cho mỗi thí nghiệm, đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng đối kháng của xạ khuẩn phân lập: Trong 50 chủng xạ khuẩn phân lập, có 36 chủng (72%) thể hiện khả năng ức chế nấm Neoscytalidium dimidiatum. Chủng CNXK121 có hiệu suất đối kháng cao nhất với vùng ức chế đạt trên 20 mm, vượt trội so với các chủng còn lại.

2. Định danh chủng CNXK121: Qua phân tích đại thể, vi thể và gene 16S-rRNA, CNXK121 thuộc chi Streptomyces, có độ tương đồng 99% với Streptomyces plicatus NBRC 13071. Chủng này có đặc điểm hình thái điển hình của Streptomyces với khuẩn lạc dạng nhung, màu sắc đặc trưng và chuỗi bào tử phân nhánh.

3. Điều kiện nuôi cấy tối ưu: Môi trường Gause II với pH 7,0, bổ sung 1,5% D-glucose làm nguồn carbon và 1,5% peptone làm nguồn nitrogen, nuôi ở 30℃ trong 4 ngày cho hiệu suất kháng nấm cao nhất, với hiệu suất đối kháng đạt khoảng 85%. Nhiệt độ trên 50℃ làm giảm đáng kể hoạt tính kháng nấm, trong khi pH dao động từ 1 đến 8 vẫn duy trì được hoạt tính ổn định.

4. Đặc tính enzyme và hợp chất kháng nấm: Dịch nuôi cấy CNXK121 có khả năng sinh enzyme ngoại bào như chitinase và protease, góp phần ức chế sự nảy mầm bào tử và phát triển hệ sợi nấm. Ngoài ra, các hợp chất bay hơi (VOCs) do chủng này sinh ra cũng có tác dụng kháng nấm rõ rệt.

5. Hiệu quả in vivo: Thử nghiệm trên mô hình quả và cây thanh long cho thấy dịch nuôi cấy CNXK121 làm giảm mức độ bệnh đốm nâu đáng kể, giảm tỷ lệ tổn thương trên thân và quả từ 30-50% so với nhóm đối chứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy xạ khuẩn phân lập từ đất có tiềm năng lớn trong kiểm soát sinh học bệnh đốm nâu trên thanh long. Chủng CNXK121 thuộc chi Streptomyces là tác nhân chính với khả năng sinh tổng hợp các enzyme phân giải thành phần cấu trúc của nấm mốc, đồng thời sản xuất các hợp chất kháng nấm đa dạng. Điều kiện nuôi cấy ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính kháng nấm, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về Streptomyces và các enzyme ngoại bào.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, hiệu suất ức chế nấm của CNXK121 tương đương hoặc vượt trội so với các chủng xạ khuẩn khác được báo cáo, đồng thời thể hiện tính ổn định trong điều kiện pH rộng và nhiệt độ vừa phải. Việc sử dụng dịch nuôi cấy thay vì tế bào trực tiếp giúp tăng hiệu quả ứng dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ vùng ức chế nấm theo các điều kiện nuôi cấy, bảng so sánh hiệu quả enzyme ngoại bào và biểu đồ giảm tỷ lệ bệnh trên mô hình thực tế, giúp minh họa rõ ràng tác động của chủng CNXK121.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển chế phẩm sinh học từ chủng CNXK121: Tập trung sản xuất quy mô lớn dịch nuôi cấy xạ khuẩn trên môi trường Gause II, với pH 7,0, bổ sung 1,5% D-glucose và 1,5% peptone, nuôi ở 30℃ trong 4 ngày. Mục tiêu nâng cao hiệu quả kháng nấm, giảm thiểu sử dụng thuốc hóa học trong vòng 1-2 năm tới. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ sinh học.

2. Ứng dụng thử nghiệm trên diện rộng tại các vùng trồng thanh long trọng điểm: Tiến hành thử nghiệm in vivo trên diện tích lớn tại Bình Thuận, Long An và Tiền Giang để đánh giá hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu, đồng thời khảo sát tác động môi trường và an toàn sinh học. Thời gian thực hiện 1 năm, chủ thể: các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp và hợp tác xã nông dân.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho nông dân: Tổ chức các khóa tập huấn về sử dụng chế phẩm sinh học, kỹ thuật nuôi cấy và bảo quản sản phẩm nhằm nâng cao nhận thức và khả năng áp dụng biện pháp sinh học trong sản xuất thanh long. Thời gian triển khai 6 tháng, chủ thể: các cơ quan quản lý nông nghiệp và tổ chức đào tạo.

4. Nghiên cứu bổ sung về cơ chế kháng nấm và cải tiến chủng xạ khuẩn: Tiếp tục phân tích các hợp chất kháng nấm, tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy và cải tiến chủng CNXK121 để tăng cường hiệu quả và tính ổn định trong điều kiện thực tế. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, chủ thể: các viện nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Vi sinh vật học: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm chi tiết về phân lập, định danh và khảo sát hoạt tính kháng nấm của xạ khuẩn, giúp mở rộng kiến thức và ứng dụng trong nghiên cứu vi sinh vật đối kháng.

2. Chuyên gia và kỹ sư trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao: Thông tin về điều kiện nuôi cấy tối ưu và hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu trên thanh long hỗ trợ phát triển các sản phẩm sinh học thay thế thuốc hóa học, nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng.

3. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học và bảo vệ thực vật: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm mới từ chủng xạ khuẩn có hoạt tính kháng nấm mạnh, đáp ứng nhu cầu thị trường về sản phẩm an toàn, thân thiện môi trường.

4. Nông dân và hợp tác xã trồng thanh long: Luận văn giúp hiểu rõ về bệnh đốm nâu và giải pháp sinh học kiểm soát hiệu quả, từ đó áp dụng biện pháp canh tác bền vững, giảm chi phí thuốc hóa học và tăng thu nhập.

Câu hỏi thường gặp

1. Xạ khuẩn là gì và tại sao lại được sử dụng để kháng nấm?
   Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn Gram dương có cấu trúc sợi phân nhánh, sinh trưởng như nấm và có khả năng sản xuất nhiều hợp chất kháng sinh, enzyme ngoại bào như chitinase, protease giúp ức chế sự phát triển của nấm mốc gây bệnh. Chúng được sử dụng vì tính an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường.

2. Chủng CNXK121 có điểm gì nổi bật so với các chủng khác?
   CNXK121 có hiệu suất đối kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum cao nhất trong số 50 chủng phân lập, được định danh thuộc chi Streptomyces với khả năng sinh enzyme ngoại bào và hợp chất bay hơi kháng nấm ổn định trong điều kiện pH rộng và nhiệt độ phù hợp.

3. Điều kiện nuôi cấy nào giúp tăng cường hoạt tính kháng nấm của CNXK121?
   Môi trường Gause II với pH 7,0, bổ sung 1,5% D-glucose và 1,5% peptone, nuôi ở 30℃ trong 4 ngày là điều kiện tối ưu giúp CNXK121 sinh tổng hợp hợp chất kháng nấm hiệu quả nhất.

4. Hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu trên thanh long khi sử dụng dịch nuôi cấy CNXK121 ra sao?
   Thử nghiệm in vivo cho thấy dịch nuôi cấy CNXK121 làm giảm mức độ bệnh đốm nâu trên thân và quả thanh long từ 30-50%, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng quả.

5. Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu này trong sản xuất nông nghiệp hiện nay không?
   Có thể. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển chế phẩm sinh học từ xạ khuẩn CNXK121, giúp giảm sử dụng thuốc hóa học, bảo vệ môi trường và sức khỏe người tiêu dùng, phù hợp với xu hướng nông nghiệp sạch và bền vững.

Kết luận

• Đã phân lập và tuyển chọn được chủng xạ khuẩn CNXK121 thuộc chi Streptomyces có khả năng đối kháng mạnh với nấm Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên thanh long.
• Xác định được điều kiện nuôi cấy tối ưu (môi trường Gause II, pH 7,0, 1,5% D-glucose, 1,5% peptone, 30℃) giúp tăng cường hoạt tính kháng nấm của chủng CNXK121.
• Chủng CNXK121 sinh tổng hợp enzyme ngoại bào và hợp chất bay hơi có khả năng ức chế sự nảy mầm bào tử và phát triển hệ sợi nấm.
• Thử nghiệm in vivo chứng minh hiệu quả giảm bệnh đốm nâu trên mô hình quả và cây thanh long, mở ra hướng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp.
• Đề xuất phát triển chế phẩm sinh học từ CNXK121, triển khai thử nghiệm diện rộng và đào tạo chuyển giao công nghệ nhằm thúc đẩy nông nghiệp sạch, bền vững.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp phát triển sản phẩm chế phẩm sinh học từ chủng CNXK121, đồng thời tổ chức thử nghiệm thực địa và đào tạo kỹ thuật cho nông dân. Để biết thêm chi tiết và hợp tác nghiên cứu, vui lòng liên hệ với Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.