Nghiên cứu khả năng hấp thụ, tích lũy chì (pb) và sự biểu hiện gen liên quan đến tính chịu chì (pb) của cây phát tài (dracaena sanderiana)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ BÍCH LIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ, TÍCH LŨY CHÌ (Pb) VÀ SỰ BIỂU HIỆN GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU CHÌ (Pb) CỦA CÂY PHÁT TÀI (Dracaena sanderiana) Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Mã số: 9.42.02.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC TP HỒ CHÍ MINH-Năm 2022 download by : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ BÍCH LIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ, TÍCH LŨY CHÌ (Pb) VÀ SỰ BIỂU HIỆN GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU CHÌ (Pb) CỦA CÂY PHÁT TÀI (Dracaena sanderiana) Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 9.42.02.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Bùi Cách Tuyến TS Huỳnh Văn Biết TP HỒ CHÍ MINH-Năm 2022 download by : skknchat@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tác giả cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một người nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Tác giả luận án Hồ Bích Liên download by : skknchat@gmail.com ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, thực hiện và hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của tập thể Quý Thầy Cô, các cơ quan, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến: GS TS Bùi Cách Tuyến và TS Huỳnh Văn Biết đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báo giúp tôi hoàn thành tốt luận án TS Bùi Minh Trí đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ thiết bị đo diệp lục tố và chia sẽ nhiều tài liệu chuyên môn quý báu Ban Giám Hiệu Trường Đại học Thủ Dầu Một, Lãnh đạo Khoa Tài nguyên Môi trường, Khoa Khoa học quản lý, Viện Phát triển Ứng dụng, tập thể Giảng viên Bộ môn Khoa học Môi trường đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện để tôi học tập, thực hiện và hoàn thành tốt luận án Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Khoa học Sinh học, Viện Công nghệ sinh học và Môi trường Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án Tất cả bạn bè và đồng nghiệp những người luôn động viên, giúp đỡ chân thành tôi trong quá trình làm luận án Ba Mẹ và những người thân trong gia đình, chồng và các con đã luôn ủng hộ, động viên và là điểm tựa tinh thần cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án Nghiên cứu sinh Hồ Bích Liên download by : skknchat@gmail.com iii TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thụ, tích lũy chì (Pb) và sự biểu hiện gen liên quan đến tính chịu chì (Pb) của cây Phát tài (Dracaena sanderiana)” được thực hiện trên loài thực vật Dracaena sanderiana Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng sinh trưởng, tích lũy Pb và biểu hiện gen chống oxy hóa liên quan đến tính chịu Pb của D sanderiana trong môi trường thí nghiệm nhiễm Pb nhân tạo, nhằm có cơ sở khoa học về cơ chế đáp ứng ở mức độ phân tử và tế bào của tính chống chịu Pb để ứng dụng D sanderiana trong xử lý ô nhiễm Pb Đề tài với các nội dung sau đã được thực hiện: (1) Xác định cơ sở khoa học của việc chọn lựa vật liệu sinh học và pH của môi trường thích hợp cho nghiên cứu; (2) Nghiên cứu khả năng hấp thụ và tích lũy Pb của D sanderiana ở các thời gian xử lý và nồng độ Pb khác nhau; (3) Đánh giá mức độ biểu hiện của 3 gen chống oxy hóa glutathione S-transferase (GST), Cyt-Cu/Zn superoxide dismutase (Cyt-Cu/Zn SOD) và glutathione peroxidase (GPX) ở các thời gian và nồng độ Pb khác nhau Kết quả cho thấy: Loài thực vật sử dụng nghiên cứu thích hợp nhất trong 3 loài thuộc chi Dracaena là Phát tài (Dracaena sanderiana) và pH dung dịch Pb thích hợp là 4,5 Sự sinh trưởng của D sanderiana bị ảnh hưởng không đáng kể ở nồng độ Pb 200 - 800 ppm D sanderiana ít có bị ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và có khả năng chống chịu tốt với Pb ở khoảng nồng độ 200 - 800 ppm (khả năng chống chịu đạt 80,38 - 114,47%) Nhưng khi nồng độ Pb trong môi trường vượt ngưỡng gây độc (1000, 2000, 3000 và 4000 ppm) sinh trưởng của cây sẽ kìm hãm Các chỉ tiêu về chiều cao cây, chiều dài rễ, sinh khối tươi và khô, hàm lượng diệp lục tố và hàm lượng nước giảm đáng kể so với đối chứng D sanderiana có khả năng hấp thụ và tích lũy trong cây một lượng Pb lên đến 39235 mg/kg TLK trong môi trường có nồng độ Pb = 800 ppm Ngưỡng nồng độ gây độc của Pb trong nước đối với cây D sanderiana được xác định là 1000 ppm Biểu hiện ngộ độc của Pb ở D sanderiana xuất hiện khi cây tiếp xúc download by : skknchat@gmail.com iv với nước ô nhiễm Pb vượt ngưỡng chịu đựng của cây Các triệu chứng điển hình như cây không tăng trưởng chiều cao, héo khô cả lá và thân, rễ co ngắn lại Phần lớn Pb hấp thụ được cây tích lũy chủ yếu trong rễ (chiếm 97,5%) Càng lên cao sự dịch chuyển Pb càng chậm Sự tích lũy Pb trong cây giảm dần theo thứ tự rễ > thân > lá D sanderiana có thể được xem là cây siêu tích lũy Pb vì cây có khả năng hấp thụ Pb cao hơn 500 lần, tích lũy Pb cao hơn 1% trọng lượng cây Hàm lượng Pb tích lũy chủ yếu trong rễ nên D sanderiana chỉ phù hợp cho cơ chế phytofiltration hoặc phytostabilization để xử lý Pb trong môi trường ô nhiễm Pb phân bố chủ yếu trong gian bào và vách tế bào Ở mức độ tế bào, D sanderiana có thể đã có một số phản ứng để đối phó với độc tính Pb: Loại bỏ Pb ra khỏi tế bào chất bằng cách cô lập Pb trong gian bào; Liên kết Pb với các thành phần trên vách tế bào hoặc kết tủa trong gian bào; Làm dày vách tế bào, trung trụ và làm tăng đường kính ống mạch Trên cây D sanderiana, lần đầu tiên đoạn trình tự của các gen chống oxy hóa GST, Cyt-Cu/Zn SOD và GPX với kích thước tương ứng lần lượt là 362, 221 và 202 bp đã được xác định Mức độ biểu hiện gen GST, Cyt-Cu/Zn SOD và GPX bị ức chế ở nồng độ Pb vượt ngưỡng chịu đựng của cây (1000 ppm) Sự tăng biểu hiện gen xảy ra ở các nồng độ Pb 200, 400, 600 và 800 ppm có thể là nguyên nhân giúp cây chống chịu tốt hơn với các tác động bất lợi của Pb Gen Cyt-Cu/Zn SOD và GPX biểu hiện sớm và mạnh ở bộ phận rễ nơi có hàm lượng Pb tích lũy cao nhất nhằm đáp ứng kịp thời với độc tố Pb Gen GST biểu hiện mạnh ở thân và lá của D sanderiana đáp ứng cho sự vận chuyển Pb Gen GST biểu hiện mạnh ở thân hơn lá có thể là lý do dẫn đến hàm lượng Pb tích lũy trong thân nhiều hơn trong lá Từ khóa: Biểu hiện gen, cây Phát tài, chì, gen chống oxy hóa, sự tích lũy chì download by : skknchat@gmail.com v SUMMARY The thesis “Study on the lead absorption, accumulation and expression profiles of lead tolerant genes in Dracaena sanderiana” was conducted on Lucky bamboo plant (Dracaena sanderiana) The objective of the research aimed to evaluate the growth, the capacity of Pb tolerance, Pb accumulation, and antioxidant gene expression of D sanderiana under artificial Pb poisoning experimental environment to supply scientific footing on molecular and cellular mechanisms of Pb induced plant stress responses to apply D sanderiana in lead pollution treatment Contents of the thesis were carried out: 1) Determining the scientific basis for the selection of suitable biological materials and the pH for research; 2) Examination of the growth and the capacity of Pb absorption and accumulation of D sanderiana under different times and Pb concentrations conditions; 3) Evaluation of expression level of 3 antioxidant genes GST, Cyt-Cu/Zn SOD, and GPX under time, and Pb concentration dependent conditions The results showed that: D sanderiana was the most appropriate plant among three species of Dracaena genus pH 4.5 was the most suitable value for this study The growth of the D sanderiana was not significantly affected at Pb concentrations 200 - 800 ppm D sanderiana had not much influence on growth and had Pb tolerance capacity at 200 - 800 ppm was from 80.38 to 114.47% However, when the concentrations of Pb in the medium were higher than the tolerance limit of the plant (1000, 2000, 3000 and 4000 ppm), the growth of D sanderiana could be inhibited Plant height, root length, fresh and dry biomass, chlorophyll content and water content were significantly reduced compared with the control D sanderiana can accumulate up to 39235 mg/kg Pb in the presence of Pb at 800 ppm The threshold limit of Dracaena sanderiana was recorded at 1000 ppm of Pb in water When the concentrations of Pb in the medium were higher than the tolerance limit of the plant, poisoning expressions in Dracaena sanderiana download by : skknchat@gmail.com ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ BÍCH LIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ, TÍCH LŨY CHÌ (Pb) VÀ SỰ BIỂU HIỆN GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU CHÌ (Pb). .. đến tính chịu chì (Pb) Phát tài (Dracaena sanderiana)? ?? thực loài thực vật Dracaena sanderiana Mục tiêu đề tài đánh giá khả sinh trưởng, tích lũy Pb biểu gen chống oxy hóa liên quan đến tính chịu. .. Nghiên cứu sinh Hồ Bích Liên download by : skknchat@gmail.com iii TÓM TẮT Đề tài ? ?Nghiên cứu khả hấp thụ, tích lũy chì (Pb) biểu gen liên quan đến