Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Canh tác cây ăn quả nhiệt đới, đặc biệt là xoài và sầu riêng, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, tình trạng "được mùa mất giá" do thu hoạch rộ chính vụ thường xuyên gây bấp bênh cho nguồn thu nhập của nhà vườn. Theo số liệu của tác giả trích dẫn từ Nguyễn Sự (2020), việc xử lý cây trồng ra hoa nghịch vụ mang lại hiệu quả kinh tế cao gấp 1,7 lần so với sản xuất vụ chính. Để đạt được mục tiêu này, nông dân tại các vùng chuyên canh đã lạm dụng chế phẩm Paclobutrazol (PBZ) — một chất điều hòa sinh trưởng thực vật thuộc nhóm triazole có cơ chế ức chế sinh tổng hợp gibberellin thông qua việc bất hoạt enzyme ent-kaurene oxidase, từ đó kìm hãm sự kéo dài tế bào, giúp cây phân hóa mầm hoa sớm.

Trong thực tế canh tác, nông dân xử lý PBZ với nồng độ rất cao, dao động từ 1.000 đến 1.500 ppm, thậm chí tưới trực tiếp vào gốc với liều lượng lên đến 5,0 g hoạt chất trên 1 m đường kính tán cây (Trần Văn Hâu và ctv, 2005). Về mặt cấu trúc hóa học, PBZ chứa vòng chlorobenzene và vòng 1,2,4-triazole liên kết với một mạch carbon hở. Do thiếu các nhóm chức phân cực, PBZ rất khó tan trong nước nhưng liên kết chặt chẽ với các hợp chất kỵ nước trong đất. Trong khi vòng chlorobenzene có thể bị dị hóa chậm, thì vòng 1,2,4-triazole lại có tính bền vững cao trước tác động phân giải của hệ vi sinh vật bản địa. Đồng thời, độ bay hơi của PBZ cực thấp (khoảng 1 µPa), khiến quá trình tiêu tán phi sinh học diễn ra không đáng kể.

Trong điều kiện đất hiếu khí, PBZ có thời gian bán phân hủy ($t_{1/2}$) kéo dài từ 43 đến 618 ngày (trung bình 182 ngày) và thời gian bán hủy trong nước mặt là 164 ngày. Sự tích lũy lâu dài của chất này dẫn đến nhiều hệ lụy nghiêm trọng: làm thoái hóa đất, cây trồng bị còi cọc, giảm sức đề kháng; gây ô nhiễm tầng nước ngầm qua nước tưới và nước mưa; đồng thời ức chế nghiêm trọng quần thể sinh vật có ích trong đất. Cụ thể, nghiên cứu của Silva và ctv (2003) tại vườn xoài ở Petrolina chỉ ra rằng việc tích tụ PBZ làm sụt giảm 58,28% mật số vi khuẩn và 28% mật số nấm cũng như xạ khuẩn đất. Do đó, việc tìm kiếm và tuyển chọn các chủng vi sinh vật bản địa có hoạt tính phân giải PBZ là yêu cầu cấp thiết nhằm phục hồi môi trường đất canh tác.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn có khả năng chuyển hóa PBZ tại các vùng chuyên canh cây ăn quả ở tỉnh An Giang và tỉnh Tiền Giang. Các mục tiêu cụ thể được xác định bao gồm:

  1. Mục tiêu 1: Phân lập được 2 - 3 dòng vi khuẩn có khả năng phân giải PBZ từ các mẫu đất trồng xoài và sầu riêng đã thu thập.
  2. Mục tiêu 2: Xác định điều kiện môi trường tối ưu (nồng độ PBZ, nhiệt độ ủ) cho khả năng phân giải PBZ của các chủng vi khuẩn được tuyển chọn.
  3. Mục tiêu 3: Đánh giá khả năng sinh trưởng và phân giải PBZ của các dòng vi khuẩn trong môi trường khoáng lỏng thông qua việc xác định mật số tế bào và đo đạc nồng độ PBZ sau 15 ngày nuôi cấy.
  4. Mục tiêu 4: Định danh sinh học phân tử các dòng vi khuẩn tuyển chọn có hoạt tính phân giải PBZ.

Nghiên cứu tập trung vào đối tượng là các chủng vi khuẩn phân lập từ đất canh tác lâu năm có tiền sử xử lý PBZ. Phạm vi không gian thu mẫu bao gồm 10 điểm thuộc vùng trồng xoài tại thị xã Tân Châu, tỉnh An Giang (5 mẫu) và vùng trồng sầu riêng tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang (5 mẫu). Toàn bộ nội dung thực nghiệm được triển khai từ tháng 03/2023 đến tháng 07/2023 tại phòng thí nghiệm RIBE 212 thuộc Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài được xây dựng trên cơ sở lý thuyết về sinh lý thực vật và chuyển hóa vi sinh vật học đối với hợp chất triazole. PBZ ($C_{15}H_{20}ClN_{3}O$, phân tử lượng 293,79 g/mol) can thiệp vào con đường sinh tổng hợp gibberellin bằng cách phong tỏa enzyme ent-kaurene oxidase, ngăn cản chuyển hóa ent-kaurene thành axit ent-kaurenoic. Nghiên cứu kế thừa các phát hiện quốc tế về khả năng chuyển hóa PBZ của vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas (Vaz et al., 2011; Kumar et al., 2021) và Klebsiella pneumoniae M6 (Kumar et al., 2021). Đồng thời, tác giả tham chiếu các công bố trong nước của Đặng Phạm Thu Thảo và ctv (2014) về các chủng Burkholderia sp., nghiên cứu của Phạm Thị Thùy Dương và ctv (2022) về mức độ tồn dư PBZ trong đất sầu riêng tại Tiền Giang và Bến Tre (đạt đỉnh 1,036 mg/kg ở độ sâu 0 - 20 cm), cùng nghiên cứu của Pham và ctv (2023) về khả năng phân hủy PBZ của Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas nitroreducens, Burkholderia cepacia và Acinetobacter seifertii.

Hệ thống phương pháp thực nghiệm trong khóa luận bao gồm các công đoạn kỹ thuật sau:

  • Phương pháp thu thập mẫu đất và điều tra thực địa: Mẫu đất được lấy ở tầng mặt đến độ sâu 0 - 30 cm tại 10 vườn cây ăn trái, sau khi gạt bỏ lớp thảm mục bề mặt. Khối lượng mỗi mẫu khoảng 0,5 kg, được niêm phong trong túi nhựa chuyên dụng và bảo quản ở 4°C trước khi xử lý. Đồng thời, tác giả thực hiện phỏng vấn trực tiếp nông dân về loại chế phẩm sử dụng, thời gian dùng thuốc và lịch trình xử lý ra hoa nghịch vụ.
  • Phương pháp làm giàu và phân lập vi khuẩn: 1 g mẫu đất được bổ sung vào bình tam giác chứa 25 mL môi trường khoáng tối thiểu (chứa 1 g NaCl, 0,5 g $NH_{4}Cl$, 0,935 g $MgCl_{2}$, 0,015 g $CaCl_{2}$, 0,49 g $K_{2}HPO_{4}$ và 0,375 g $KH_{2}PO_{4}$ trong 1 lít nước cất theo công thức của Chen và ctv, 2010), có bổ sung 18 ppm PBZ làm nguồn carbon duy nhất. Hệ thống được nuôi lắc ở tốc độ 90 rpm trong điều kiện tối ở nhiệt độ phòng. Quy trình cấy truyền làm giàu được lặp lại 3 chu kỳ liên tiếp (mỗi chu kỳ 15 ngày, chuyển 1 mL dịch nuôi sang 24 mL môi trường mới). Dịch sau chu kỳ thứ ba được cấy ria làm thuần trên môi trường thạch Tryptone Soya Agar (TSA).
  • Phương pháp định tính khả năng phân giải PBZ: Sử dụng kỹ thuật cấy chấm điểm các khuẩn lạc đã làm thuần lên đĩa petri chứa môi trường khoáng bổ sung 100 ppm PBZ. Sau 5 ngày ủ, bề mặt thạch được xử lý bằng thuốc thử Lugol. Sự xuất hiện của quầng sáng không bắt màu xung quanh khuẩn lạc chứng minh khả năng phân giải PBZ. Hoạt tính phân giải được định lượng bằng chỉ số độ lớn vòng phân giải: $$A = D - d$$ Trong đó: $A$ là độ lớn vòng phân giải (cm), $D$ là đường kính tổng của vòng sáng (cm), $d$ là đường kính của khuẩn lạc (cm).
  • Khảo sát điều kiện phân giải trên đĩa thạch: Thử nghiệm cấy điểm được bố trí để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ PBZ (100 ppm, 200 ppm, 300 ppm) và ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi ủ (30°C, 35°C, 40°C) với 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức.
  • Khảo sát hình thái, sinh lý và hóa sinh: Xác định hình thái khuẩn lạc trên thạch TSA; tiến hành nhuộm Gram; nhuộm nội bào tử bằng phương pháp Schaeffer-Fulton (dùng phẩm nhuộm chính malachite green kết hợp nhuộm tương phản safranin 0,5%); kiểm tra enzyme catalase bằng dung dịch $H_{2}O_{2}$ 30%; xác định enzyme cytochrome c oxidase bằng giấy thử tẩm tetramethyl-p-phenylenediamine; kiểm tra tính di động trên môi trường thạch mềm (nồng độ agar 4 - 5 g/L). Giống thuần được bảo quản dài hạn trên thạch nghiêng ở 4°C và trong dung dịch glycerol 20% bổ sung peptone 1% ở -20°C.
  • Phương pháp đánh giá sự chuyển hóa PBZ trong pha lỏng: Vi khuẩn được tăng sinh khối trong 50 mL dịch thể GYM (10 g glucose, 10 g yeast extract/L) trong 3 ngày, sau đó ly tâm 10.000 rpm trong 10 phút, rửa sạch 3 lần bằng nước khử khoáng để loại trừ hoàn toàn nguồn carbon hữu cơ tồn dư, rồi hiệu chỉnh mật độ quang học về $OD_{600} = 0,7$. Bố trí bình nuôi cấy gồm 9 mL môi trường khoáng và 1 mL dịch vi khuẩn (đảm bảo nồng độ PBZ đạt 100 ppm), lắc 130 rpm trong tối. Mật số vi khuẩn được xác định bằng phương pháp cấy gạt đếm khuẩn lạc (CFU/mL) tại các mốc 0, 3, 6, 9, 12 và 15 ngày. Hàm lượng PBZ tồn dư vào ngày 0 và ngày 15 được phân tích định lượng bằng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép đầu dò chuỗi photodiode (HPLC-PDA) tại Công ty Vietlabs.
  • Phương pháp sinh học phân tử và phân tích số liệu: DNA tổng số của vi khuẩn được tách chiết và khuếch đại gen 16S rRNA bằng kỹ thuật PCR với cặp mồi phổ biến 27-F (5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3') và 1492-R (5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3') tại Viện Sinh học Phân tử Loci. Trình tự nucleotide được so sánh độ tương đồng bằng thuật toán BLASTn trên cơ sở dữ liệu GenBank (NCBI). Cây phát sinh chủng loại được xây dựng bằng phần mềm MEGA 11. Các số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê, tính giá trị trung bình qua Excel 2016 và phân tích phương sai (ANOVA một nhân tố) với mức ý nghĩa $P < 0,01$ trên phần mềm Minitab 16.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Mục tiêu đề tài

Chương mở đầu xác lập cơ sở khoa học và định hướng thực hiện của khóa luận. Tác giả nêu bật tính cấp thiết của việc xử lý ô nhiễm đất do PBZ tại các vùng chuyên canh xoài và sầu riêng thuộc tỉnh An Giang và Tiền Giang. Mục tiêu tổng quát là phân lập, tuyển chọn và định danh các dòng vi khuẩn bản địa có khả năng chuyển hóa hợp chất này. Để hiện thực hóa mục tiêu chung, tác giả phân chia nghiên cứu thành 4 mục tiêu cụ thể gắn liền với 4 nội dung thực hiện tuần tự: từ phân lập nguồn giống, tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy trên đĩa thạch, đánh giá động học sinh trưởng và khả năng phân hủy trong môi trường lỏng, đến định danh các chủng triển vọng bằng công cụ sinh học phân tử.

Chương 2. Tổng quan tài liệu

Chương này cung cấp hệ thống cơ sở lý luận toàn diện gồm 4 phần trọng tâm:

  1. Tổng quan về cây xoài, sầu riêng và kỹ thuật kích thích ra hoa trái vụ: Trình bày nguồn gốc, đặc điểm thực vật học, giá trị dinh dưỡng, phân bố canh tác và các giống phổ biến tại Việt Nam (xoài Cát Hòa Lộc, Cát Chu, Xiêm, Bưởi, R2E2; sầu riêng Ri 6, Chuồng Bò, Monthong). Tác giả mô tả chi tiết quy trình 6 bước xử lý ra hoa nghịch vụ bằng PBZ trên cây xoài (tưới gốc 1 - 2 g hoạt chất/cây kết hợp bón DAP, KCl, phun MKP và $KNO_{3}$) và trên cây sầu riêng (bón phân làm già lá, phun lân/kali tạo mầm, đậy bạt mủ nylon xiết nước mương, phun PBZ vào thân cành và mặt dưới lá, sau đó dỡ mủ tưới nhử nước).
  2. Tổng quan về Paclobutrazol, vai trò và tác hại: Phân tích công thức cấu tạo phân tử, vai trò ức chế hormone thực vật gibberellin thông qua việc bất hoạt ent-kaurene oxidase giúp kiểm soát chiều dài đốt cành và kích thích trổ hoa. Đồng thời, tác giả tổng hợp các tác động tiêu cực của PBZ đến môi trường đất: tính kỵ nước, độ bền cao của vòng 1,2,4-triazole, thời gian bán hủy kéo dài (43 - 618 ngày trong đất hiếu khí, 164 ngày trong nước mặt), ức chế hoạt tính các enzyme đất (catalase, phosphatase) và gây suy giảm nghiêm trọng độ phong phú của vi sinh vật vùng rễ.
  3. Khái niệm về phương pháp HPLC-PDA: Trình bày nguyên lý phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao, cấu tạo và ưu thế của đầu dò chuỗi diode quang (PDA) với dải bước sóng quét rộng (190 - 1.100 nm), cho phép nhận diện phổ hấp thụ và định lượng chính xác các hợp chất có nồng độ thấp hoặc kém bền nhiệt.
  4. Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước: Đánh giá kết quả của Đặng Phạm Thu Thảo và ctv (2014) khi phân lập 30 dòng vi khuẩn và chọn được 2 chủng Burkholderia phân hủy 15,53% - 16,41% PBZ (nồng độ khởi đầu 15 ppm); công trình của Phạm Thị Thùy Dương và ctv (2022) về thực trạng 65% hộ dân tại Tiền Giang bón PBZ vượt khuyến cáo; nghiên cứu của Vaz và ctv (2011) tại Brazil với Pseudomonas spp. phân hủy 43% PBZ dạng đơn và 70% khi bổ sung glycerol; nghiên cứu của Kumar và ctv (2021) về chủng Klebsiella pneumoniae M6 phân hủy 98,28% PBZ (50 mg/L) sau 15 ngày; và công trình của Pham và ctv (2023) xác định 4 chủng (P. fluorescens, P. nitroreducens, B. cepacia, A. seifertii) có khả năng phân hủy 33,56% - 36,51% PBZ (60 ppm) sau 30 ngày nuôi cấy.

Chương 3. Vật liệu và phương pháp

Chương này mô tả chi tiết điều kiện thực nghiệm, địa điểm, thiết bị và quy trình tiến hành:

  • Địa điểm và thời gian: Thực hiện tại phòng thí nghiệm vi sinh RIBE 212, Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM từ tháng 03/2023 đến 07/2023.
  • Nguồn mẫu: 10 mẫu đất thu tại các vùng chuyên canh xoài (xã Vĩnh Xương, Phú Lộc thuộc thị xã Tân Châu, tỉnh An Giang, ký hiệu X1 - X5) và sầu riêng (xã Tân Thanh, huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang, ký hiệu SR1 - SR5).
  • Dụng cụ và hóa chất: Liệt kê hệ thống tủ cấy vô trùng, nồi hấp áp lực cao, máy đo quang phổ vi sinh, máy ly tâm, máy lắc ủ, kính hiển vi soi dầu và các môi trường nuôi cấy chuyên dụng (khoáng tối thiểu Chen et al., thạch TSA, dịch thể GYM, thạch mềm di động, hóa chất nhuộm Gram, nhuộm nội bào tử, Lugol, chất chỉ thị enzyme).
  • Quy trình phân tích: Trình bày chi tiết các bước từ thu mẫu tầng đất 0 - 30 cm, tăng sinh làm giàu 3 chu kỳ trong môi trường khoáng chứa 18 ppm PBZ, sàng lọc sơ bộ bằng đĩa thạch PBZ 100 ppm bắt màu Lugol, bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ PBZ (100 - 300 ppm) và nhiệt độ (30 - 40°C), khảo sát đặc điểm sinh hóa, động thái sinh trưởng mật số trong 15 ngày, định lượng tồn dư PBZ qua HPLC-PDA và khuếch đại gen 16S rRNA bằng cặp mồi 27-F/1492-R.

Chương 4. Kết quả và thảo luận

Chương thực nghiệm cung cấp toàn bộ dữ liệu định tính và định lượng thu được:

  • Điều tra nông học: Kết quả phỏng vấn 10 nhà vườn cho thấy 100% sử dụng chế phẩm Bidamin 15WP với thời gian sử dụng liên tục từ 5 đến 9 năm. Vườn xoài xử lý vào tháng 2 - 3 âm lịch, trong khi vườn sầu riêng xử lý vào tháng 8 âm lịch.
  • Phân lập và tuyển chọn: Từ 10 mẫu đất đã phân lập được 20 chủng vi khuẩn thuần. Thử nghiệm cấy điểm trên thạch khoáng bổ sung 100 ppm PBZ xác định được 7 chủng tạo vòng sáng phân giải với đường kính dao động từ 0,60 cm đến 3,03 cm. Hai chủng thể hiện hoạt tính phân giải vượt trội nhất được ký hiệu là 1.3 và 2.7.
  • Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy: Thử nghiệm nồng độ PBZ (100, 200, 300 ppm) chứng minh cả hai chủng sinh trưởng và tạo vòng phân giải lớn nhất ở nồng độ 100 ppm ($3,07 \pm 0,03$ cm đối với chủng 1.3; $2,60 \pm 0,06$ cm đối với chủng 2.7). Khi tăng nồng độ lên 300 ppm, đường kính vòng phân giải giảm xuống lần lượt là 2,73 cm và 2,13 cm. Khảo sát nhiệt độ (30°C, 35°C, 40°C) cho thấy nhiệt độ 30°C là điều kiện tối ưu (đạt $3,07 \pm 0,03$ cm); ở 35°C vòng phân giải giảm mạnh còn $1,73 \pm 0,13$ cm; và ở 40°C vi khuẩn hoàn toàn mất khả năng tạo vòng phân giải ($0$ cm).
  • Đặc điểm hình thái và hóa sinh: Chủng 1.3 hình thành khuẩn lạc tròn, rìa răng cưa, màu trắng đục, bề mặt khô; chủng 2.7 tạo khuẩn lạc kích thước lớn, rìa trong suốt, tâm màu trắng, bề mặt ẩm. Cả hai chủng đều là trực khuẩn Gram dương, có khả năng sinh nội bào tử chịu nhiệt, cho phản ứng catalase dương tính, oxidase dương tính và thể hiện tính di động rõ rệt trong thạch mềm.
  • Khả năng chuyển hóa PBZ trong môi trường lỏng: Mật số tế bào của cả hai chủng tăng nhanh trong giai đoạn 0 - 3 ngày đầu, duy trì ổn định từ ngày 3 đến ngày 9, và suy giảm từ ngày 9 đến ngày 15 do nguồn dưỡng chất cạn kiệt. Phân tích HPLC-PDA sau 15 ngày nuôi cấy trong môi trường khoáng bổ sung 100 ppm PBZ cho thấy: chủng 1.3 làm giảm 15% nồng độ PBZ ban đầu; trong khi chủng 2.7 chưa ghi nhận sự suy giảm hàm lượng PBZ có ý nghĩa thống kê trong khung thời gian 15 ngày.
  • Định danh sinh học phân tử: Phân tích BLASTn đoạn gen 16S rRNA xác định chủng 1.3 là Bacillus velezensis với độ tương đồng 99,51%, và chủng 2.7 là Bacillus stercoris với độ tương đồng 99,93%.

Chương 5. Kết luận và đề nghị

Tác giả đúc kết các phát hiện cốt lõi: phân lập thành công 20 dòng vi khuẩn, tuyển chọn được 2 chủng vi khuẩn Gram dương sinh nội bào tử (Bacillus velezensis 1.3 và Bacillus stercoris 2.7) có khả năng chống chịu và phân giải PBZ ở nồng độ 100 ppm, nhiệt độ tối ưu 30°C, trong đó chủng 1.3 đạt hiệu suất phân hủy 15% sau 15 ngày nuôi cấy. Đồng thời, tác giả đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng về mặt cơ chế enzyme, mở rộng dải thông số khảo sát và tiềm năng ứng dụng chế phẩm sinh học xử lý đất nông nghiệp.


Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm tổng hợp

Các kết quả định lượng thu nhận từ quá trình khảo sát điều kiện sinh lý, hóa sinh và hiệu quả chuyển hóa PBZ của hai chủng vi khuẩn tuyển chọn được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Chỉ tiêu theo dõi Chủng vi khuẩn 1.3 Chủng vi khuẩn 2.7 Ghi chú điều kiện / Mức ý nghĩa
Đặc điểm khuẩn lạc trên TSA Tròn, rìa răng cưa, màu trắng, khô Lớn, rìa trong, tâm màu trắng, ẩm Quan sát hình thái học
Nhuộm Gram & hình thái tế bào Trực khuẩn, Gram dương (+) Trực khuẩn, Gram dương (+) Soi kính hiển vi vật kính dầu 100X
Khả năng tạo nội bào tử Dương tính (+) Dương tính (+) Phương pháp Schaeffer-Fulton
Thử nghiệm Catalase ($H_2O_2$ 30%) Dương tính (+) sinh bọt khí Dương tính (+) sinh bọt khí Thử nghiệm enzyme
Thử nghiệm Oxidase Dương tính (+) hóa tím Dương tính (+) hóa tím Cơ chất tetramethyl-p-phenylenediamine
Tính di động Dương tính (+) làm đục thạch Dương tính (+) làm đục thạch Thạch mềm 4 - 5 g/L agar
Đường kính vòng phân giải ở 100 ppm PBZ $3,07 \pm 0,03$ cm $2,60 \pm 0,06$ cm Khảo sát nồng độ ($P < 0,01$)
Đường kính vòng phân giải ở 200 ppm PBZ $2,77 \pm 0,03$ cm $2,45 \pm 0,05$ cm Khảo sát nồng độ ($P < 0,01$)
Đường kính vòng phân giải ở 300 ppm PBZ $2,73 \pm 0,07$ cm $2,13 \pm 0,09$ cm Khảo sát nồng độ ($P < 0,01$)
Đường kính vòng phân giải ở nhiệt độ 30°C $3,07 \pm 0,03$ cm — Nồng độ 100 ppm PBZ ($P < 0,01$)
Đường kính vòng phân giải ở nhiệt độ 35°C $1,73 \pm 0,13$ cm — Nồng độ 100 ppm PBZ ($P < 0,01$)
Đường kính vòng phân giải ở nhiệt độ 40°C 0 cm — Không phát hiện vòng phân giải
Hiệu suất phân giải PBZ sau 15 ngày Giảm 15% nồng độ ban đầu Chưa phát hiện suy giảm Đo bằng HPLC-PDA ở mức 100 ppm PBZ
Kết quả định danh gen 16S rRNA Bacillus velezensis (99,51%) Bacillus stercoris (99,93%) Phân tích BLASTn trên ngân hàng gen NCBI

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

Từ kết quả thực nghiệm, tác giả đề xuất một số định hướng ứng dụng và nghiên cứu tiếp theo:

  • Khuyến nghị tiếp tục phân lập và sàng lọc thêm các chủng vi sinh vật mới bằng cách thay đổi phương pháp tiếp cận hoặc mở rộng địa bàn lấy mẫu nhằm tìm kiếm các chủng có hoạt lực cao hơn.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu sang việc làm sáng tỏ cơ chế sinh hóa và con đường phân giải, chuyển hóa trung gian của PBZ dưới tác động của các chủng vi khuẩn này.
  • Kiến nghị nghiên cứu phối trộn tổ hợp các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải PBZ để tiến tới phát triển chế phẩm sinh học xử lý triệt để lượng hóa chất tồn dư trong đất canh tác cây ăn quả.

Đóng góp mới của đề tài

Nghiên cứu đã tự phân lập và chứng minh được rằng đất chuyên canh cây ăn quả lâu năm tại An Giang và Tiền Giang chứa các chủng vi khuẩn bản địa thích nghi tốt với áp lực hóa chất. Đặc biệt, chủng Bacillus velezensis 1.3 và Bacillus stercoris 2.7 được phát hiện có khả năng sinh trưởng và tạo vòng phân giải ở nồng độ PBZ lên đến 300 ppm trên đĩa thạch. Đây là mức nồng độ khảo sát cao hơn nhiều so với nghiên cứu của Đặng Phạm Thu Thảo và ctv (2014) trên Burkholderia sp. (15 ppm PBZ) và nghiên cứu của Pham và ctv (2023) (60 ppm PBZ). Khóa luận bổ sung vào cơ sở dữ liệu vi sinh vật phân giải PBZ hai loài mới thuộc chi Bacillus, mở ra hướng tiếp cận xử lý môi trường bằng nhóm vi khuẩn Gram dương sinh nội bào tử có sức sống bền bỉ trong điều kiện tự nhiên.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra một số hạn chế nội tại trong quá trình thực hiện:

  • Chủng vi khuẩn 2.7 (Bacillus stercoris) mặc dù tạo vòng phân giải rõ rệt trên đĩa thạch ($2,60$ cm ở 100 ppm) nhưng lại chưa làm giảm hàm lượng PBZ trong môi trường nuôi cấy lỏng sau 15 ngày phân tích bằng HPLC-PDA. Tác giả nhận định thời gian khảo sát 15 ngày là chưa đủ để chủng này kích hoạt hoàn toàn hệ enzyme dị hóa trong pha lỏng.
  • Các khảo sát mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm trên môi trường khoáng nhân tạo và giới hạn ở hai yếu tố môi trường đơn lẻ (nồng độ cơ chất và nhiệt độ), chưa đánh giá toàn diện các yếu tố ảnh hưởng khác.

Để hoàn thiện vấn đề nghiên cứu, tác giả định hướng các nội dung cần tiếp tục triển khai:

  • Kéo dài thời gian nuôi cấy trong pha lỏng lên 30 đến 40 ngày (tương tự thiết kế của Pham và ctv, 2023) để đánh giá đầy đủ động học phân giải của chủng Bacillus stercoris 2.7.
  • Khảo sát bổ sung các điều kiện môi trường đa dạng khác bao gồm dải pH, độ mặn và sự hiện diện của các nguồn carbon bổ trợ.
  • Ứng dụng kỹ thuật phân tích hóa đo lường chuyên sâu nhằm xác định các sản phẩm chuyển hóa trung gian, từ đó mô hình hóa con đường thoái biến PBZ của hai chủng vi khuẩn đã định danh.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị thực tiễn và chuyên môn cao đối với sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Sinh học, Khoa học Môi trường, Nông học và Bảo vệ Thực vật.

Các nội dung đặc biệt hữu ích để tham khảo bao gồm:

  • Quy trình chuẩn bị môi trường khoáng tối thiểu bổ sung hoạt chất bảo vệ thực vật kỵ nước và kỹ thuật làm giàu mật số vi khuẩn chịu áp lực hóa chất theo chu kỳ.
  • Phương pháp cấy chấm điểm kết hợp thuốc thử Lugol để định tính nhanh hoạt tính phân giải hợp chất hữu cơ vòng trên đĩa petri.
  • Quy trình xử lý mẫu sinh khối vi khuẩn (ly tâm rửa nước khử khoáng để loại bỏ triệt để nguồn dinh dưỡng ngoại lai trước khi bố trí thử nghiệm chuyển hóa) và quy trình chuẩn bị mẫu phục vụ định lượng tồn dư thuốc bảo vệ thực vật qua hệ thống HPLC-PDA.
  • Kỹ thuật tách chiết, khuếch đại gen 16S rRNA và xử lý phân tích phả hệ bằng phần mềm MEGA 11 kết hợp công cụ BLASTn.

Câu hỏi thường gặp

1. Nông dân tại các vùng thu mẫu ở An Giang và Tiền Giang sử dụng loại chế phẩm Paclobutrazol nào và thời gian sử dụng thực tế là bao lâu?
Toàn bộ 100% hộ dân tại 10 điểm khảo sát đều sử dụng chế phẩm thương mại mang tên Bidamin 15WP. Thời gian sử dụng liên tục tại các vườn dao động từ 5 đến 9 năm (vườn xoài X1, X2 dùng 5 năm; X3, X4, X5 dùng 6 năm; vườn sầu riêng SR1, SR2, SR5 dùng 6 năm; SR3 dùng 7 năm; và SR4 dùng lâu nhất với 9 năm liên tục).

2. Từ 10 mẫu đất ban đầu, tác giả đã phân lập được bao nhiêu chủng vi khuẩn và có bao nhiêu chủng thể hiện khả năng phân giải PBZ?
Từ 10 mẫu đất ban đầu, tác giả đã phân lập được 20 chủng vi khuẩn thuần có hình thái khuẩn lạc khác nhau. Qua thử nghiệm định tính bằng phương pháp cấy điểm nhuộm Lugol, có 7 trong tổng số 20 chủng xuất hiện vòng sáng phân giải PBZ với đường kính dao động từ 0,60 cm đến 3,03 cm.

3. Điều kiện nồng độ PBZ và nhiệt độ nào cho hoạt tính phân giải tốt nhất của các chủng vi khuẩn được tuyển chọn?
Khảo sát thực nghiệm chứng minh nồng độ PBZ 100 ppm và nhiệt độ nuôi ủ 30°C là điều kiện tối ưu nhất cho hoạt tính phân giải của vi khuẩn (chủng 1.3 đạt đường kính vòng phân giải $3,07 \pm 0,03$ cm). Khi nâng nhiệt độ lên 35°C, đường kính vòng phân giải giảm mạnh xuống $1,73 \pm 0,13$ cm, và ở 40°C thì vi khuẩn hoàn toàn không tạo vòng phân giải (0 cm).

4. Hai chủng vi khuẩn triển vọng nhất được định danh là loài gì và có độ tương đồng sinh học phân tử bao nhiêu phần trăm?
Dựa trên kết quả giải trình tự vùng gen 16S rRNA và đối chiếu BLASTn trên ngân hàng gen NCBI, chủng 1.3 được định danh là Bacillus velezensis với độ tương đồng 99,51%, và chủng 2.7 được định danh là Bacillus stercoris với độ tương đồng 99,93%.

5. Khả năng làm giảm nồng độ PBZ của chủng vi khuẩn 1.3 và 2.7 trong môi trường khoáng lỏng sau 15 ngày đạt kết quả như thế nào qua phân tích HPLC-PDA?
Sau 15 ngày nuôi cấy trong môi trường khoáng bổ sung 100 ppm PBZ, phân tích sắc ký HPLC-PDA cho thấy chủng 1.3 (Bacillus velezensis) đã phân giải và làm giảm 15% hàm lượng PBZ so với mức ban đầu. Ngược lại, chủng 2.7 (Bacillus stercoris) chưa ghi nhận sự suy giảm nồng độ PBZ trong cùng khoảng thời gian này.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Tường Vy đã phân lập thành công 20 dòng vi khuẩn từ đất chuyên canh xoài và sầu riêng tại An Giang và Tiền Giang, qua đó tuyển chọn được hai chủng vi khuẩn Gram dương sinh nội bào tử triển vọng là Bacillus velezensis 1.3 và Bacillus stercoris 2.7. Nghiên cứu xác lập nồng độ 100 ppm PBZ và nhiệt độ 30°C là điều kiện tối ưu cho hoạt tính phân giải trên đĩa thạch, đồng thời chứng minh chủng B. velezensis 1.3 có khả năng làm giảm 15% hàm lượng PBZ trong môi trường lỏng sau 15 ngày nuôi cấy. Đây là cơ sở khoa học thực nghiệm quan trọng, cung cấp nguồn giống vi sinh vật bản địa phục vụ định hướng nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học xử lý tồn dư thuốc điều hòa sinh trưởng, góp phần cải tạo và phục hồi hệ sinh thái đất nông nghiệp.