Luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học nghiên cứu sản xuất hormone tăng trưởng thực vật indole3acetic acid ở chủng nấm aureobasidium pullulans

Luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học nghiên cứu sản xuất hormone tăng trưởng thực vật indole3acetic acid từ chủng nấm aureobasidium pullulans.

• Tác giả: Trương Quang Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đức Lượng
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất hormone tăng trưởng thực vật indol-3-acetic acid ở chủng nấm Aureobasidium pullulans
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Tình hình nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Indol-3-acetic acid (IAA)
• 2.1.1. Lược sử nghiên cứu
• 2.1.2. Những hợp chất có hoạt tính auxin
• 2.1.3. Đặc điểm sinh học của IAA trong thực vật
• 2.1.3.1. Sinh tổng hợp IAA ở thực vật
• 2.1.3.2. Hình thức tạo liên kết để lưu trữ và sự thoái biến IAA
• 2.1.3.3. Phương thức vận chuyển IAA trong tế bào thực vật
• 2.1.3.4. Tín hiệu điều hoà IAA trong thực vật
• 2.1.3.5. Sự tương tác giữa IAA đến các hormone thực vật khác
• 2.2. Mối tương tác giữa thực vật và vi sinh vật
• 2.2.1. Thực vật - phần đóng góp cho hệ vi sinh vật đất
• 2.2.2. Hệ vi sinh vật đất - phần đóng góp quan trọng cho đất và thực vật
• 2.2.3. Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây trồng
• 2.2.4. Mối liên hệ giữa hệ vi sinh vật đất và cây trồng về IAA
• 2.3. Nấm Aureobasidium pullulans
• 2.3.1. Lịch sử phát hiện
• 2.3.2. Hệ thống phân loại và đặc điểm hình thái
• 2.3.3. Aureobasidium pullulans (de Bary) var.
• 2.3.4. Aureobasidium pullulans (de Bary) var.
• 2.3.5. Vai trò quan trọng của A. pullulans trong công nghệ sinh học
• 2.3.5.1. Nghành công nghiệp sản xuất pullulan từ nấm
• 2.3.5.2. Những loại enzyme ngoại bào A. pullulans có thể sản xuất
• 2.3.5.3. Vai trò kiểm soát sinh học của nấm
• 2.3.5.4. Siderophore từ nấm
• 2.3.5.5. Protein đơn bào từ nấm
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Vật liệu
• 3.2. Phương pháp thực hiện
• 3.2.1. Khảo sát khả năng sinh tổng hợp IAA của 143 chủng nấm
• 3.2.2. Khảo sát thành phần môi trường tạo IAA cao nhất
• 3.2.2.1. Khảo sát thành phần L-Trp
• 3.2.2.2. Khảo sát nguồn và nồng độ nitơ
• 3.2.2.3. Khảo sát nguồn và nồng độ carbon
• 3.2.2.4. Khảo sát pH tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp IAA
• 3.2.2.5. Khảo sát nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp IAA
• 3.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng IAA và tế bào đến sự phát triển cây bắp
• 3.2.3.1. Kiểm tra hoạt tính sinh học của IAA từ canh trường lên men
• 3.2.3.2. Kiểm tra hoạt tính sinh học của tế bào chủng nấm
• 3.2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Khả năng sinh tổng hợp IAA của 143 chủng nấm
• 4.2. Kết quả tối ưu hóa môi trường nuôi cấy Aureobasidium pullulans
• 4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ L-Trp đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.2.2. Ảnh hưởng của các nguồn nitơ đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.2.3. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ glycerol đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men đến sinh tổng hợp IAA
• 4.2.6. Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh tổng hợp IAA
• 4.3. Hàm lượng IAA ở các điều kiện tối ưu được kiểm chứng bằng HPLC
• 4.4. Ảnh hưởng hoạt tính sinh học của IAA thương mại và IAA từ canh trường lên men chủng nấm A. pullulans trên cây bắp
• 4.5. Ảnh hưởng sinh khối chủng nấm A. pullulans trên cây bắp
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu sản xuất hormone tăng trưởng thực vật IAA từ nấm Aureobasidium pullulans là một hướng đi quan trọng trong công nghệ sinh học nông nghiệp. IAA (Indole-3-Acetic Acid) là một hormone thực vật quan trọng, thúc đẩy sự phát triển của rễ, kích thích phân chia tế bào và tăng kích thước mô thực vật. Việc sử dụng IAA từ nguồn vi sinh vật như Aureobasidium pullulans giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, hướng tới nền nông nghiệp bền vững. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất IAA từ nấm Aureobasidium pullulans, đồng thời đánh giá hiệu quả của IAA trên cây trồng.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng IAA được sản xuất bởi vi khuẩn và nấm có khả năng kích thích sự phát triển của thực vật. Aureobasidium pullulans là một loại nấm có tiềm năng lớn trong việc sản xuất IAA nhờ khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt và sản xuất các enzyme ngoại bào. Tuy nhiên, nghiên cứu về khả năng sản xuất IAA của Aureobasidium pullulans vẫn còn hạn chế, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy.

II. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định các điều kiện tối ưu để sản xuất IAA từ Aureobasidium pullulans, bao gồm thành phần môi trường, nhiệt độ, pH và thời gian nuôi cấy. Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá hiệu quả của IAA trên cây trồng, đặc biệt là cây bắp, trong điều kiện in vitro.

2.1. Khảo sát khả năng sinh tổng hợp IAA

Nghiên cứu tiến hành khảo sát 143 chủng nấm để xác định khả năng sinh tổng hợp IAA. Chủng nấm Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 được chọn do khả năng sản xuất IAA cao nhất. Các yếu tố như nồng độ L-Trp, nguồn nitơ, nguồn carbon, pH, nhiệt độ và thời gian nuôi cấy được tối ưu hóa để đạt hiệu suất IAA cao nhất.

2.2. Đánh giá hoạt tính sinh học của IAA

Hoạt tính sinh học của IAA được đánh giá thông qua thí nghiệm trên cây bắp. Kết quả cho thấy IAA từ canh trường lên men của Aureobasidium pullulans có khả năng kích thích sự tăng trưởng của cây bắp, đặc biệt là tăng trọng lượng khô của cây so với mẫu đối chứng.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu để sản xuất IAA từ Aureobasidium pullulans DMKU-CE104, bao gồm môi trường chứa 5 g/L cao nấm men, 5 g/L glycerol, 1.5 g/L L-Trp, pH 5, nhiệt độ 30°C và thời gian nuôi cấy 48 giờ. Hiệu suất IAA đạt được là 666.39 ± 11.91 mg/L. Hoạt tính sinh học của IAA được chứng minh qua việc kích thích sự tăng trưởng của cây bắp trong điều kiện in vitro.

3.1. Tối ưu hóa môi trường nuôi cấy

Các yếu tố như nồng độ L-Trp, nguồn nitơ và carbon, pH và nhiệt độ đã được khảo sát để tối ưu hóa quá trình sản xuất IAA. Kết quả cho thấy nồng độ L-Trp 1.5 g/L, nguồn nitơ từ cao nấm men và nguồn carbon từ glycerol là tối ưu nhất.

3.2. Hiệu quả của IAA trên cây bắp

Thí nghiệm trên cây bắp cho thấy IAA từ canh trường lên men của Aureobasidium pullulans có khả năng kích thích sự tăng trưởng của cây, đặc biệt là tăng trọng lượng khô của cây so với mẫu đối chứng. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của IAA trong nông nghiệp.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã thành công trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất IAA từ Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 và chứng minh hiệu quả của IAA trên cây bắp. Kết quả này mở ra hướng ứng dụng IAA từ nguồn vi sinh vật trong nông nghiệp, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào phân bón hóa học và hướng tới nền nông nghiệp bền vững.

4.1. Kiến nghị

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh tổng hợp IAA của Aureobasidium pullulans và mở rộng ứng dụng trên các loại cây trồng khác. Đồng thời, cần phát triển quy trình sản xuất IAA ở quy mô công nghiệp để đáp ứng nhu cầu thực tế trong nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh dân số toàn cầu tăng nhanh, an ninh lương thực trở thành thách thức lớn, đòi hỏi nâng cao năng suất cây trồng một cách bền vững. Cuộc cách mạng xanh những năm 1950 đã tăng sản lượng lương thực nhưng gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, cuộc cách mạng công nghệ sinh học ra đời nhằm phát triển nền nông nghiệp xanh, hiện đại và bền vững hơn. Một trong những giải pháp quan trọng là sử dụng vi sinh vật hữu ích kết hợp với vật chất hữu cơ để duy trì hệ sinh thái đất và nâng cao chất lượng nông sản.

Indol-3-acetic acid (IAA) là hormone điều hòa tăng trưởng thực vật, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ rễ tơ, thúc đẩy phân chia tế bào và tăng kích thước mô. IAA do vi sinh vật sinh tổng hợp có thể kích thích phát triển rễ, tăng diện tích hấp thụ nước và khoáng chất, đồng thời tăng cường sức đề kháng cho cây trồng. Nấm Aureobasidium pullulans, một loài nấm men đen, được biết đến với khả năng sản xuất nhiều enzyme và hợp chất sinh học, trong đó có IAA. Tuy nhiên, nghiên cứu về sản xuất IAA từ chủng nấm này còn hạn chế.

Luận văn tập trung nghiên cứu sản xuất IAA từ chủng nấm Aureobasidium pullulans DMKU-CE104, khảo sát các điều kiện môi trường tối ưu như nồng độ L-Tryptophan, nguồn và nồng độ nitơ, carbon, pH, nhiệt độ và thời gian nuôi cấy để nâng cao hàm lượng IAA. Nghiên cứu cũng đánh giá hoạt tính sinh học của IAA lên cây bắp (Zea mays L.) trong điều kiện in vitro. Thời gian nghiên cứu từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2014 tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sinh học ứng dụng trong nông nghiệp bền vững, giảm thiểu sử dụng phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hormone thực vật, đặc biệt là indol-3-acetic acid (IAA) – một auxin nội sinh phổ biến nhất trong thực vật. IAA được tổng hợp qua các con đường sinh hóa phức tạp, chủ yếu phụ thuộc vào tiền chất L-Tryptophan (L-Trp). Các con đường chính gồm indole-3-pyruvic acid, indole-3-acetamide, tryptamine và indole-3-acetaldoxime. IAA điều hòa nhiều quá trình sinh trưởng như hình thành rễ, phát triển mô mạch, ưu thế chồi ngọn và phản ứng với stress môi trường.

Ngoài ra, luận văn áp dụng lý thuyết về tương tác giữa thực vật và vi sinh vật, trong đó vi sinh vật sản xuất IAA đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích tăng trưởng rễ và cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng. Nấm Aureobasidium pullulans được nghiên cứu với đặc điểm sinh học, khả năng sản xuất enzyme ngoại bào và các hợp chất sinh học có lợi, đồng thời có tiềm năng ứng dụng trong công nghệ sinh học nông nghiệp.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Indol-3-acetic acid (IAA) và các con đường sinh tổng hợp
• Tương tác thực vật – vi sinh vật trong vùng rễ
• Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh tổng hợp IAA
• Hoạt tính sinh học của IAA trên cây trồng
• Đặc điểm sinh học và ứng dụng của nấm Aureobasidium pullulans

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 143 chủng nấm nội cộng sinh được phân lập từ tế bào lá cây bắp, được khảo sát khả năng sinh tổng hợp IAA. Chủng nấm Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 được chọn để tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy nhằm nâng cao hàm lượng IAA.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Đo mật độ quang (OD) để đánh giá sinh trưởng tế bào và sản lượng IAA
• Phân tích sắc ký lỏng cao áp (HPLC) để xác định hàm lượng IAA chính xác
• Thử nghiệm hoạt tính sinh học trên cây bắp trong điều kiện in vitro để đánh giá tác động của IAA và sinh khối nấm lên sự phát triển cây

Phương pháp chọn mẫu là chọn chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp IAA cao nhất trong số 143 chủng khảo sát. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 5 nghiệm thức tối ưu hóa môi trường nuôi cấy với các biến số như nồng độ L-Trp, nguồn nitơ, nguồn carbon, pH, nhiệt độ và thời gian nuôi cấy. Thời gian nghiên cứu kéo dài 4 tháng, từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2014.

Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê so sánh trung bình, kiểm định ý nghĩa khác biệt với mức ý nghĩa P < 0,05. Các kết quả được trình bày bằng biểu đồ và bảng số liệu minh họa rõ ràng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng sinh tổng hợp IAA của 143 chủng nấm: Trong số 143 chủng nấm phân lập từ lá cây bắp, chủng Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 có hiệu suất sinh tổng hợp IAA cao nhất, đạt khoảng 666,39 ± 11,91 mg/L sau 48 giờ nuôi cấy.

2. Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy:

   • Nồng độ L-Trp tối ưu là 1,5 g/L, tăng hàm lượng IAA lên đáng kể so với các nồng độ thấp hơn (P < 0,05).
   • Nguồn nitơ hữu cơ (cao nấm men 5 g/L) và nguồn carbon (glycerol 5 g/L) là điều kiện tốt nhất để tăng sinh tổng hợp IAA.
   • pH môi trường tối ưu là 5, nhiệt độ 30ºC và tốc độ khuấy 200 vòng/phút.
   • Thời gian nuôi cấy 48 giờ cho hiệu suất IAA cao nhất, sau đó hàm lượng giảm nhẹ do thoái biến.

3. Xác nhận hàm lượng IAA bằng HPLC: Kết quả phân tích HPLC xác nhận hàm lượng IAA trong canh trường lên men đạt mức cao nhất tương ứng với điều kiện tối ưu, phù hợp với kết quả đo mật độ quang.

4. Hoạt tính sinh học của IAA trên cây bắp: IAA từ canh trường lên men chủng nấm A. pullulans DMKU-CE104 kích thích tăng trưởng cây bắp với trọng lượng khô toàn cây tăng đáng kể so với mẫu đối chứng (P < 0,05). Tuy nhiên, hoạt tính sinh học của sinh khối tế bào nấm không có ý nghĩa thống kê rõ rệt (P > 0,05).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chủ yếu của sự tăng sinh tổng hợp IAA là do sự tối ưu hóa các yếu tố môi trường như tiền chất L-Trp, nguồn nitơ và carbon, pH và nhiệt độ phù hợp với đặc tính sinh học của chủng nấm A. pullulans. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của L-Trp và các yếu tố môi trường đến sản xuất IAA ở vi sinh vật.

Hoạt tính sinh học của IAA lên cây bắp chứng minh vai trò quan trọng của hormone này trong việc kích thích phát triển rễ và tăng trọng lượng sinh khối, phù hợp với các nghiên cứu về tác động của IAA do vi sinh vật sản xuất lên cây trồng. Việc sinh khối tế bào nấm không có tác động rõ rệt có thể do các yếu tố khác trong tế bào nấm hoặc điều kiện nuôi cấy chưa tối ưu cho hoạt tính sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện hàm lượng IAA theo thời gian nuôi cấy và các điều kiện môi trường, bảng so sánh trọng lượng khô cây bắp giữa các nhóm xử lý và đối chứng, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của IAA từ chủng nấm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng chủng nấm Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 trong sản xuất IAA sinh học: Khuyến nghị phát triển quy trình công nghiệp sản xuất IAA từ chủng nấm này với điều kiện tối ưu đã xác định nhằm cung cấp nguồn hormone sinh học chất lượng cao cho nông nghiệp bền vững.

2. Phát triển chế phẩm sinh học chứa IAA: Đề xuất phối hợp IAA từ nấm với các vi sinh vật có lợi khác để tạo chế phẩm sinh học kích thích tăng trưởng cây trồng, giảm sử dụng phân hóa học, áp dụng trong vòng 1-2 năm tới.

3. Nghiên cứu mở rộng về tác động sinh học: Khuyến khích nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của sinh khối nấm và các hợp chất khác trong canh trường lên sự phát triển và sức đề kháng của cây trồng dưới điều kiện thực địa.

4. Tối ưu hóa quy trình nuôi cấy và bảo quản: Đề xuất nghiên cứu các phương pháp bảo quản chủng nấm và canh trường lên men để duy trì hoạt tính IAA ổn định, đảm bảo hiệu quả khi ứng dụng thực tế.

5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Khuyến nghị tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho cán bộ kỹ thuật và nông dân về ứng dụng IAA sinh học và chế phẩm vi sinh trong sản xuất nông nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về sinh tổng hợp IAA, phương pháp tối ưu hóa môi trường nuôi cấy và đánh giá hoạt tính sinh học, hỗ trợ nghiên cứu phát triển sản phẩm sinh học.

2. Chuyên gia và kỹ sư nông nghiệp: Thông tin về ứng dụng IAA sinh học và vi sinh vật hữu ích giúp cải thiện kỹ thuật canh tác, tăng năng suất và chất lượng cây trồng, giảm thiểu tác động môi trường.

3. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Cơ sở dữ liệu về chủng nấm A. pullulans và quy trình sản xuất IAA giúp phát triển sản phẩm mới, nâng cao hiệu quả kinh tế và cạnh tranh trên thị trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển nông nghiệp sinh thái, thúc đẩy ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất nông nghiệp bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn nấm Aureobasidium pullulans để nghiên cứu sản xuất IAA?
   Nấm A. pullulans có khả năng sinh tổng hợp IAA cao, chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt và đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học, phù hợp để phát triển sản phẩm hormone sinh học.

2. Điều kiện nuôi cấy nào ảnh hưởng nhiều nhất đến sản lượng IAA?
   Nồng độ L-Tryptophan, nguồn nitơ hữu cơ (cao nấm men), nguồn carbon (glycerol), pH 5 và nhiệt độ 30ºC là các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất sinh tổng hợp IAA.

3. Làm thế nào để xác định hàm lượng IAA trong canh trường lên men?
   Sử dụng phương pháp đo mật độ quang (OD) kết hợp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) để định lượng chính xác hàm lượng IAA trong mẫu lên men.

4. Hoạt tính sinh học của IAA được đánh giá như thế nào?
   Hoạt tính được kiểm tra bằng thử nghiệm kích thích tăng trưởng cây bắp trong điều kiện in vitro, đo trọng lượng khô và so sánh với mẫu đối chứng để xác định hiệu quả.

5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này trong nông nghiệp là gì?
   Nghiên cứu giúp phát triển chế phẩm sinh học chứa IAA từ nấm A. pullulans, góp phần tăng trưởng cây trồng, giảm phân hóa học, bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất nông sản.

Kết luận

• Đã khảo sát 143 chủng nấm, chọn được chủng Aureobasidium pullulans DMKU-CE104 có khả năng sinh tổng hợp IAA cao nhất với hàm lượng đạt khoảng 666,39 ± 11,91 mg/L sau 48 giờ nuôi cấy.
• Xác định được điều kiện môi trường tối ưu gồm L-Trp 1,5 g/L, cao nấm men 5 g/L, glycerol 5 g/L, pH 5, nhiệt độ 30ºC và tốc độ khuấy 200 vòng/phút.
• Xác nhận hàm lượng IAA bằng phương pháp HPLC và chứng minh hoạt tính sinh học của IAA trên cây bắp với hiệu quả tăng trọng lượng khô cây rõ rệt (P < 0,05).
• Đề xuất ứng dụng chủng nấm và quy trình sản xuất IAA trong công nghiệp sinh học nông nghiệp, đồng thời khuyến nghị nghiên cứu mở rộng và phát triển chế phẩm sinh học.
• Tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa quy trình, bảo quản sản phẩm và đánh giá tác động thực địa để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp bền vững.

Hành động tiếp theo là triển khai quy trình sản xuất quy mô pilot, phối hợp với các đơn vị nông nghiệp để thử nghiệm thực địa và phát triển sản phẩm thương mại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài. Tình hình nghiên cứu.3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Nội dung nghiên cứu. 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Indol-3-acetic acid (IAA) .1 Lược sử nghiên cứu .2 Những hợp chất có hoạt tính auxin .3 Đặc điểm sinh học của IAA trong thực vật .1 Sinh tổng hợp IAA ở thực vật.2 Hình thức tạo liên kết để lưu trữ và sự thoái biến IAA .3 Phương thức vận chuyển IAA trong tế bào thực vật .4 Tín hiệu điều hoà IAA trong thực vật .5 Sự tương tác giữa IAA đến các hormone thực vật khác .2 Mối tương tác giữa thực vật và vi sinh vật .1 Thực vật - phần đóng góp cho hệ vi sinh vật đất .2 Hệ vi sinh vật đất - phần đóng góp quan trọng cho đất và thực vật .3 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây trồng .4 Mối liên hệ giữa hệ vi sinh vật đất và cây trồng về IAA .3 Nấm Aureobasidium pullulans .1 Lịch sử phát hiện.2 Hệ thống phân loại và đặc điểm hình thái .3 Aureobasidium pullulans (de Bary) var.4 Aureobasidium pullulans (de Bary) var.3 Vai trò quan trọng của A. pullulans trong công nghệ sinh học .1 Nghành công nghiệp sản xuất pullulan từ nấm A.2 Những loại enzyme ngoại bào A.

pullulans có thể sản xuất .3 Vai trò kiểm soát sinh học của nấm A.4 Siderophore từ nấm A.5 Protein đơn bào từ nấm A. 35 CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 3.2 Phương pháp thực hiện .1 Khảo sát khả năng sinh tổng hợp IAA của 143 chủng nấm .2 Khảo sát thành phần môi trường tạo IAA cao nhất .1 Khảo sát thành phần L-Trp .2 Khảo sát nguồn và nồng độ nitơ .3 Khảo sát nguồn và nồng độ carbon .4 Khảo sát pH tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp IAA .5 Kháo sát nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp IAA .3 Khảo sát sự ảnh hưởng IAA và tế bào đến sự phát triển cây bắp .1 Kiểm tra hoạt tính sinh học của IAA từ canh trường lên men.2 Kiểm tra hoạt tính sinh học của tế bào chủng nấm .3 Phương pháp xử lý số liệu. 45 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Khả năng sinh tổng hợp IAA của 143 chủng nấm .2 Kết quả tối ưu hóa môi trường nuôi cấyAureobasidium pullulans .1 Ảnh hưởng của nồng độ L-Trp đến khả năng sinh tổng hợp IAA.2 Ảnh hưởng của các nguồn nitơ đến khả năng sinh tổng hợp IAA .3 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến khả năng sinh tổng hợp IAA .4 Ảnh hưởng của nồng độ glycerol đến khả năng sinh tổng hợp IAA .5 Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men đến sinh tổng hợp IAA .6 Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh tổng hợp IAA .7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh tổng hợp IAA .3 Hàm lượng IAA ở các điều kiện tối ưu được kiểm chứng bằng HPLC .4 Ảnh hưởng hoạt tính sinh học của IAA thương mại và IAA từ canh trường lên men chủng nấm A. pullulans trên cây bắp.5 Ảnh hưởng sinh khối chủng nấm A.

pullulans trên cây bắp. 68 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2,4-D 2,4-dichlorophenoxyacetic acid 2,4-DB 2,4-dichlorophenoxybutyric acid 2,4,5-T 2,4,5-trichlorophenoxy acetic acid 4-Cl-IAA 4-chloroindole-3-acetic acid ABA Abscisic acid ARFs Auxin response factors ABP1 AUXIN BINDING PROTEIN 1 Aux/IAA Auxin/indole-3-acetic acid BR Brassinosteroid CAM Camalexin CMCase Endoglucanase Dicamba 3,6-dichloro-2-methoxybenzoic acid IAA Indol 3-acetic acid IAAld Indole-3-acetaldehyde IAM Indole-3-acetamide IAN Indole-3-acetonitrile IAOx Indole-3-acetaldoxime IBA Indole-3-butyric acid IGP Indole-3-glycerol phosphate IGs Indole glucosinolates IMO Isomalto-oligosaccharides IPyA Indole-3-pyruvic acid JA Jasmonic acid FOS Fructo-oligosaccharid GA Gibberellic acid HPLC High-performance thin-layer chromatography L-Trp L-Tryptophan NAA 1-naphthalene acetic acid OD Optical density i oxIAA 2-oxoindole-3-acetic acid oxIAA-Glc 2-oxoindole-3-acetic acid-glucose PAA Phenylacetic acid Picloram 4-amino-3,5,6-trichloropicolinic acid PIN PIN-FORMED PROTEIN PGPR Plant growth promoting rhizobacteria PGP Phosphoglycoprotein TAM/TRA Tryptamine TIR1/AFBs TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1/AUXIN SIGNALLING F-BOX TPL TOPLESS SA Salicylic acid SE Standard Error YEG Yeast extract glycerol YPD Yeast extract dextrose YMPD Yeast extract malt pepton dextrose UV Ultraviolet ii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Những chủng vi sinh có lợi được ứng dụng ngoài cánh đồng .1 Tổng số 44 chủng nấm sinh tổng hợp được IAA ngoại bào .2 Ảnh hưởng của 2 nguồn nitơ hữu cơ đến sự hình thành IAA .3 Hiệu quả của các phương pháp kiểm tra hàm lượng IAA.65 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mô phỏng của Darwin (1880) về tính quang hướng động ở yến mạch .2 Hai mô hình nghiên cứu về bản chất các kích thích tăng trưởng trong diệp tiêu của Boysen - Jensen (1913) và Paál (1919).3 Mô hình nghiên cứu của Frits Went (1926).4 Các auxin có hoạt tính sinh học .5 Các auxin nội bào .6 Các auxin tổng hợp có hoạt tính sinh học .7 Quá trình trao đổi IAA trong thực vật .8 Phương thức vận chuyển IAA theo mạch libe .9 Cơ chế điều hòa sinh tổng hợp IAA .10 Mối liên hệ tác động giữa IAA đến những hormone thực vật khác .11 Sự thay đổi hình thái cây nhờ tăng mật độ vi sinh có lợi ở vùng rễ.12 Sự tương tác mật thiết của hệ vi sinh vật hữu ích trong đất đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng trước các yếu tố hữu sinh và vô sinh.13 Hình ảnh đại thể và vi thể A.14 Hình ảnh đại thể và vi thể A.15 Hình ảnh đại thể và vi thể A.16 Hình ảnh đại thể và vi thể A.

Lược đồ khảo sát 143 chủng nấm cho khả năng sinh tổng hợp IAA. Lược đồ tóm tắt tối ưu hóa môi trường chủng nấm A.3 Sơ đồ bố trí nghiệm thức tối ưu hóa nguồn nitơ .4 Sơ đồ bồ trí các nghiệm thức trong thí nghiệm kiểm tra hoạt tính IAA trong canh trường lên men so với IAA thương mại .1 Kết quả tối ưu 5 chủng CE63, CE88, CE104, CE132 và CE135 .2 Ảnh hưởng của các nồng độ L-Trp đến khả năng sinh tổng hợp IAA ở chủng nấm A.3 Ảnh hưởng của các nồng độ L-Trp đến khả năng sinh tổng hợp IAA ở chủng nấm A. pullulans trong 3 ngày nuôi cấy.4 Mối tương quan giữa mật độ tế bào và hàm lượng IAA 1,5 (g/L) L-Trp .5 Ảnh hưởng của nguồn nitơ hữu cơ đến trọng lượng khô tế bào .6 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến IAA ở nấm A.7 Ảnh hưởng của 4 nguồn carbon đến sự hình thành IAA và trọng lượng khô tế bào ở chủng nấm A.8 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến IAA/trọng lượng tế bào khô .9 Ảnh hưởng của các nồng độ glycerol (g/L) đến hàm lượng IAA.10 Ảnh hưởng của các nồng độ glycerol đến trọng lượng khô tế bào .11 Ảnh hưởng của nồng độ glycerol đến hiệu suất mg IAA/g tế bào khô .12 Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men đến đến sự hình thành IAA .13 Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men (YE) đến sự hình thành IAA và trọng lượng khô tế bào.14 Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men đến hiệu suất IAA/tế bào khô .15 Ảnh hưởng của các pH khác nhau đến sự hình thành IAA ở chủng nấm A.16 Ảnh hưởng của các pH khác nhau đến sự hình thành IAA và trọng lượng khô tế bào.17 Ảnh hưởng của các pH khác nhau đến mg IAA/g tế bào khô.18 Ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau đến sự hình thành IAA .19 Ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau đến sự hình thành IAA và trọng lượng khô tế bào.20 Ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau đến IAA/tế bào khô.21 Hàm lượng IAA, trọng lượng tế bào khô, pH canh trường và hiệu suất IAA/trọng lượng tế bào khô ở chủng nấm A.22 Hiệu quả của IAA trong dịch lọc trên cây bắp sau 7 ngày trồng.23 Ảnh hưởng của sinh khối chủng nấm A. pullulans đến khả năng sinh trưởng của cây bắp sau 7 ngày trồng trong điều kiện in vitro.24 Ảnh hưởng của sinh khối chủng nấm A.

pullulans đến trọng lượng khô của toàn bộ cây bắp sau 7 ngày trồng trong điều kiện in vitro.69 vi Luận văn Thạc sĩ 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Dân số tăng quá nhanh tạo nên thách thức nghiêm trọng đến an ninh lương thực toàn cầu. Để nâng cao năng suất cây trồng, giúp bảo vệ cây trồng tránh khỏi các tác nhân bất lợi cũng như bảo quản các nông sản sau thu hoạch, con người phải sử dụng lượng lớn phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật. Điển hình là cuộc cách mạng xanh ―Green Volution‖ vào những năm 1950. Sự hữu ích duy nhất của cuộc cách mạng hóa học này đem lại cho nhân loại lúc đó là sản lượng lương thực tăng vọt.

Trong khi những tác động ngược lại của nó đến môi trường, sức khỏe con người, đa dạng sinh học và khả năng sản xuất của đất thì rất nghiêm trọng [1]. Đến mãi 40 năm sau đó, cuộc cách mạng xanh khác đã ra đời để thay thế dần cuộc cách mạng hóa học và đó chính là cuộc cách mạng công nghệ sinh học. Cuộc cách mạng này đã giúp tạo một nền nông nghiệp thật sự xanh, ý nghĩa hơn, hiện đại hơn và đảm bảo phát triển nông nghiệp theo hướng bền vững hơn [2], [3]. Một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để phát triển nông nghiệp theo hướng sinh thái bền vững là sử dụng kết hợp vật chất hữu cơ cùng với các loài vi sinh vật hữu ích; vừa giúp duy trì tốt hệ sinh thái vừa đáp ứng số lượng và chất lượng nông sản [4], [5].

Do vậy, ngày càng có nhiều nghiên cứu để hoàn thiện sản phẩm hơn trong việc ứng dụng phân bón sinh học và yếu tố kiểm soát sinh học trong nông nghiệp nhờ các vi sinh vật hữu ích [6], [7]. Indol-3-acetic acid (IAA) là một hormone điều hòa tăng trưởng thực vật được biết liên quan nhiều đến việc tạo hệ rễ tơ, thúc đẩy phân chia tế bào và tăng kích thước mô bào thực vật. Một số nghiên cứu cho rằng IAA được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn có thể làm tăng phát triển rễ, kéo dài mô rễ cũng như hệ rễ tơ phát triển; do vậy tăng diện tích bề mặt vùng rễ giúp cây trồng hấp thụ được nhiều nước, khoáng, lôi kéo hệ vi sinh vật đất đến nhiều hơn và nhờ đó làm giảm lượng phân hóa học [8], [9]. Gần đây, có thêm nhiều kết quả phát hiện IAA có khả năng bảo vệ, tăng cường sức đề kháng, miễn dịch tự nhiên cho cây trồng chống lại các điều kiện vô sinh hay hữu sinh bất lợi [10], [11].

1 Luận văn Thạc sĩ Ngoài ra, IAA đóng vai trò như một chất điều hòa sự thay đổi ở tế bào vi khuẩn, chẳng hạn nó kích thích nảy mầm của bào tử và sự kéo dài sợi nấm trong loài Streptomyces; gây ra sự bám dính và sự hình thành sợi nấm men S. Một số nghiên cứu hữu ích của IAA ở loài E.