1.2. Vi sinh vật và vai trò của chúng trong ựất
1.2.3. Một số đặc điểm chắnh của nhóm nấm men Lipomyces sinh màng nhầỵ
màng nhầy
Nấm men (Yeast) từ lâu ựã ựược biết ựến như nhóm vi sinh vật kắch thắch q trình lên men và được sử dụng trong quá trình sản xuất bánh mỳ. Sau này nấm men cịn được sử dụng trong các quá trình khác nhằm cung cấp các sản phẩm hữu ắch như axit hữu cơ, vitamin, protein làm thức ăn gia súc, men và các sản phẩm khác [77]. Kiến thức về nấm men ngày càng ựược mở rộng cùng với những ứng dụng chúng vào các mục đắch khác nhaụ Tuy nhiên, trong khoảng 1000 loài nấm men ựược biết ựến, con người mới áp dụng vào thực tiễn khơng q 10 lồi, mặc dù khả năng ứng dụng của chúng là rất lớn [77]. Những lồi nấm men này cịn chứa đựng trong mình rất nhiều khả năng mà con người chưa sử dụng hoặc ựã biết ựến nhưng chưa ứng dụng, thắ dụ như vai trị của nấm menLipomycestrong hệ sinh thái tự nhiên, mối quan hệ của chúng với các nhóm sinh vật khác và với mơi trường nơi chúng cư trú vẫn cịn chưa được nghiên cứu sâụ
L6ch sL phát hiHn n m men ự t Lipomyces
Sự có mặt của nấm men trong đất được phát hiện từ rất lâụ Vào thế kỷ thứ 19, hai nhà khoa học Hà Lan là Hansen và Kleker đã mơ tả một nhóm nấm men ựược phân lập từ các loại ựất khác nhaụ Lần đầu tiên nhóm nấm men này được một nhà vi sinh vật học người Mỹ có tên là Starkeyi phát hiện vào năm 1940 khi ông đang tiến hành thắ nghiệm theo dõi sự sinh trưởng của nhóm VK cố định đạm bằng phương pháp đặt cụm đất trên mơi trường Ashby khơng chứa nitơ [87]. Ơng đã tiến hành thắ nghiệm kéo dài hơn thời gian bình thường và theo dõi thấy sau 20 ngày ở xung quanh cụm ựất xuất hiện nấm men nhầỵ Vì có chứa một khối lipit lớn bên trong tế bào nên nhóm nấm men này ựược ựặt tên là Lipomyces và lần ựầu tiên chúng có mặt trong khố phân loại nấm men vào năm 1952. Trong khoá phân loại gần đây nhất có 6 lồiLipomyces, đó làL. starkeyi, L. kononenkoae, L. tetrasporus, L. lipofer, L. spencermartinsiae và L. anomalus [67]. Sự phân biệt giữa các lồi
ựược dựa trên ựặc ựiểm về hình thái tế bào, số lượng bào tử, cấu trúc bề mặt bào tử, khả năng đồng hố các nguồn cacbon và một số các đặc điểm sinh lý, sinh hố khác. Mới ựây nhất, Vũ Nguyên Thành ựã phân lập từ ựất Việt Nam và phát hiện ra một lồi nấm menLipomycesmới có tên gọi làLipomyces orientalis.Lồi nấm men mới này có túi bào tử chứa từ 1 - 4 bào tử, nhưng ựặc ựiểm bào tử khác so với L. tetrasporus. Ngoài ra, L. orientalis và L. tetrasporus cịn khác nhau về trình tự nucleotit trên vùng D1/D2 và vùng ITS [74].
đCc ựiDm hình thái, sinh s:n ca n m men Lipomyces
Trên môi trường thạch Ashby,Lipomyces phát triển dưới dạng những khuẩn lạc nhầy và chảy, đó là do sự hình thành tắch cực của lớp vỏ nhầy polisaccarit với độ dày có thể gấp đơi đường kắnh của tế bàọ Trên mơi trường Ashby, khuẩn lạc của
Lipomycescó màu trắng sữa, nếu đặt úp đĩa Petri thì dịch nhầy sẽ chảy xuống nắp hộp. Theo thời gian, dịch nhầy sẽ trở nên sẫm màu, đơi khi ựậm như màu rễ câỵ Dấu hiệu này thường liên quan đến q trình hình thành bào tử. Quá trình hình thành bào tử ở Lipomyces lần ựầu tiên ựược nhà bác học Starkeyi quan sát. Ông thấy rằng bào tử ựược tạo ra với số lượng > 4 và > 8 trong các túi (có dạng vịi) gắn chặt với tế bào mẹ. Một dạng túi khác có dạng ỘngồiỢ vì chúng được hình thành trên mặt ựáy rộng và gắn chặt với tế bào mẹ. Trong một số trường hợp, tế bào trước khi hình thành bào tử thường tiếp hợp với nhau tạo ra các túi với số lượng bào tử từ 1 - 4. Nhờ có khả năng sinh bào tử mà nấm men Lipomyces có thể tồn tại trong ựiều kiện bất lợi như hạn hán, nhiệt ựộ cao, thiếu thức ăn. đây là một trong những ựặc tắnh sinh học quan trọng của Lipomyces ựể sử dụng chúng sản xuất chế phẩm vi sinh giữ ẩm cho đất dốc khơ hạn.
Hình thái của Lipomyces dễ dàng phân biệt với các nhóm nấm men khác vì chúng có tế bào to với đường kắnh lên tới 10 micromet hoặc lớn hơn, khi tế bào già bên trong chứa ựầy mỡ và dần chuyển sang bào tử vách dàỵ Khi chuyển sang môi trường mới, những tế bào này phá lớp vỏ ngồi và bắt đầu nảy chồị Hình thức nảy chồi ởLipomyces có dạng phân cắt hoàn toàn. Tại eo, nơi tiếp giáp giữa chồi và tế bào mẹ có thể có vách ngăn. Từ vách ngăn này, chồi (tế bào con) sẽ tách khỏi tế bào mẹ và phát triển ựộc lập. Sự hình thành khuẩn ty giả (pseudomycelium) quan sát thấy ở hầu hết các lồi Lipomyces. đó là chuỗi ngắn nối các tế bào hình ovan, dài, ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn. Các chuỗi có thể phân nhánh, chưa có sự
Tế bào nấm men Lipomyces thường có hình cầu hoặc hình ovan, hiếm khi gặp dạng hình quẹ Cùng một loài nhưng nếu phân lập ở những vùng ựịa lý khác nhau, kắch thước tế bào có thể khác nhau khá lớn [77]. Sự thay đổi kắch thước tế bào cịn được quan sát trên các môi trường nuôi cấy khác nhau, đơi khi xuất hiện những tế bào khổng lồ chứa một vài nhân bên trong, vắ dụ kắch thước tế bào của L. lipofer khi phát triển trên môi trường thạch - khoai tây rất lớn, đường kắnh lên đến 20 micromet, thậm chắ có tế bào cịn lớn hơn, chứa từ 1- 6 nhân. Tuy nhiên, nếu ựưa những tế bào này sang môi trường tự nhiên chúng sẽ trở lại trạng thái ban ựầu với 1 nhân trong tế bàọ
đCc ựiDm, c u trúc và thành phFn hoá hc màng nhFy ca n m men Lipomyces
Cấu trúc vỏ nhầỵVỏ nhầy bao quanh tế bào Lipomyces ựược cấu tạo từ các sợi có định hướng, sắp xếp song song nhau theo suốt chiều dài của vỏ nhầỵ Mật ựộ sắp xếp của chúng tương ựối ựồng ựều [77], [84]. Các sợi này gắn chặt vào thành tế bàọ Theo cấu trúc vỏ nhầy của các loài, người ta có thể phân biệt được lồi L. tetrasporus vì các sợi vỏ nhầy của chúng kết tụ chặt chẽ với nhau khác hẳn các sợi vỏ nhầy của L. lipofer và L. starkeyị Theo Manukian, ở pha logarit của quá trình sinh trưởng, quan sát thấy trong tế bào Lipomyces hình thành túi có chứa vật liệu sợị đầu tiên những vật liệu này hình thành ở trung tâm tế bào, sau đó dịch chuyển dần tới vùng ngoại vị Dưới màng tế bào chất, chúng được tắch tụ và kết dắnh lại với nhaụ Sau đó, tại nơi tiếp xúc với màng tế bào chất xuất hiện sự phá huỷ vỏ bọc và thoát ra ngoài của vật liệu sợi qua khoảng không gian giữa nguyên sinh chất và thành tế bào [77].
Thành phần hoá học của vỏ nhầỵ Tất cả các loài thuộc chi Lipomyces (trừ lồi L. anomalus) đều hình thành lớp vỏ nhầy polisacarit bên ngồi tế bào [62]. Lần
đầu tiên, hai nhà bác học Slodki và Wickerham ựã phân tắch lớp vỏ nhầy polisaccarit (exoglican) của Lipomyces. Kết quả cho thấy, exoglican của một số
chủng nghiên cứu có chứa manozơ và axit glucuronic, cịn một số chủng khác lại có thêm galactozơ. đặc điểm này ựã ựược sử dụng trong phân loạiLipomycesđến lồị Vắ dụ: một trong những đặc điểm củaL. lipofer là thiếu vắng galactozơ trong thành phần màng nhầỵ Những mảnh exoglican của Lipomyces thường bao gồm hai polime: glucan và heteropolimẹ Vỏ nhầy của Lipomyces tạo ra một số lượng lớn
các heteroglican - chiếm 10 - 35% tổng số glucoza tiêu thụ [77]. Các heteroglican này khác nhau về hàm lượng galactozơ, axit glucuronic.
Kết quả nghiên cứu cấu trúc heteropolime của vỏ nhầy tế bàoLipomyces cho thấy, Lipomyces tạo ra một loạt các heteropolime có cấu trúc tương tự nhau, các thành phần xác ựịnh trong cấu trúc này ựặc trưng cho từng lồi hoặc từng nhóm lồị
Theo mức ựộ phức tạp của cấu trúc exoglican, các loài Lipomyces ựược sắp xếp theo thứ tự sau: L. lipofer, L. tetrasporus, L. starkeyi, L. kononenkoaẹ Tuy nhiên, rất nhiều chủng thuộc loài L. starkeyi có cấu trúc màng nhầy không khác nhiều so vớiL. kononenkoae.
đCc ựiDm sinh thái, ch+c năng ca n m men Lipomyces
Lipomyceslà ựại diện của nấm men ựất. điều này ựược chứng minh như sau: Thứ nhất, chúng thường xun được tìm thấy trong ựất, nơi mà chúng cư trú. Mặc dù trong đất có rất nhiều loại nấm men nhưng hầu hết chúng cư trú và sinh sản ở những cơ chất khác (hoa, quả và các phần khác của thực vật) và chúng có mặt trong đất do các cơ chất đó bị lẫn vào [86]. Chỉ có một số nấm men là có khả năng sống trong mơi trường đất, nơi mà điều kiện sống khác xa so với ựiều kiện ựặc trưng cho nấm men (có nhiều đường).Lipomyces có thể xếp vào vị trắ đầu tiên trong các nhóm sinh vật đại diện cho đất vì chúng khơng được gặp ở bất kỳ nơi nào khác ngồi đất [78]. Thứ hai, số lượng và sự phân bố của nhóm nấm men này theo phẫu diện tương ứng với những tắnh chất hố lý và sinh học của q trình hình thành ựất cụ thể. Sự thay ựổi số lượng của chúng trong năm diễn ra tương ứng với ựiều kiện thuỷ văn và chế độ nhiệt của mỗi một mùa và ắt liên quan tới chu kỳ phát triển của thực vật [89]. Thứ ba, ở nhóm nấm men này có một số đặc điểm sinh lý, sinh hố, hình thái và quá trình sinh trưởng thắch nghi trực tiếp với mơi trường sống trong đất. Chúng có q trình trao đổi dạng oxy hố cơ chất mà khơng tiến hành lên men rượụ Khi đó phần lớn cacbon ựược tiêu thụ sẽ chuyển hoá thành dạng lipit dự trữ và các vỏ nhầy polisacarit bên ngồi tế bàọ đặc trưng của nhóm nấm men này là khả năng trao ựổi chất với hiệu suất cao trong khi tốc ựộ sinh trưởng của chúng lại thấp, chúng sử dụng phổ cacbon tương ựối rộng bao gồm cả những polime như inulin, tinh bột.
Lipomycescó khả năng phát triển trên mơi trường có nồng độ nitơ rất thấp hoặc mơi trường Ộthiếu vắng nitơỢ (tỉ lệ C:N ựạt 1000 hoặc cao hơn), do vậy chúng có thể
ựược phân lập trên môi trường không chứa nitơ (thông thường môi trường này chỉ ựể phân lập VK cố định đạm). Tỉ lệ C:N cịn quyết ựịnh việc tắch luỹ lipit trong tế bào củaLipomyces. Tỉ lệ này càng cao về phắa C thì càng tạo nhiều lipit [83]. Nhóm
nấm men này có thể sống trong tầng đất khống là do chúng có những cơ chế tồn tại như sử dụng rất hiệu quả các nguồn cacbon và nitơ, có thể tắch luỹ một lượng lớn các chất dự trữ dưới dạng lipit trong tế bào và polisaccarit ở lớp vỏ nhầy bên ngoài tế bàọ
Chức năng của nấm men Lipomyces trong hệ sinh thái cũng rất ựa dạng. Trong chuỗi thức ăn, nó chắnh là một mắt xắch quan trọng trong việc cung cấp thức ăn cho động vật khơng xương sống. Ở những hạt đất có nấm men Lipomyces phát triển người ta thường quan sát thấy một số lượng lớn amip tập trung ở đó, ngồi ra cịn có mặt cả tuyến trùng và một số động vật khơng xương sống khác. Amip tiêu hoá thành tế bào nấm menLipomycesvà các thành phần bên trong tế bào ngoại trừ thành phần mỡ ựược tiết ra và tắch luỹ bên ngồi mơi trường. Tuy nhiên, amip khơng tiêu hố được bào tử của nấm menLipomyces.
Trong q trình phân huỷ xác thực vật, vai trị của Lipomyces không nổi bật do khả năng cạnh tranh yếu so với những loài vi nấm phát triển nhanh khác. điều này ựược thể hiện ở sự phân bố của chúng theo phẫu diện ựất, mật ựộ của chúng ở tầng thảm mục thấp hơn nhiều so với tầng ựất khống.Lipomycescó khả năng thuỷ phân một số polisacarit, vì vậy chúng có thể tham gia phân huỷ polime của những loại ựường nàỵ Mặc dù khơng đóng vai trị chủ đạo, nhưngLipomyces cũng là một trong những thành viên tham gia phân huỷ xác thực vật và chúng chỉ tham gia quá trình phân huỷ này vào giai ựoạn sau ở tầng ựất sâu [78].
Rất nhiều chức năng khác củaLipomycescó liên quan tới khả năng tạo thành lớp vỏ nhầy polisaccarit của chúng. Lớp vỏ nhầy này đã tạo ra mơi trường kết dắnh vững chắc giữa các tế bàọ Mơi trường này cũng bảo đảm chế ựộ dinh dưỡng ựặc biệt và trao ựổi ựộ ẩm cho tế bào cũng như cho các Ộvệ tinhỢ của chúng, trong số đó có thể có cả VK cố định ựạm. Khi kết hợp vớiLipomyces, nhóm VK này sẽ cố ựịnh
ựạm tắch cực hơn so với khi chỉ ở dạng thuần chủng. Lúc này, VK sẽ sử dụng màng nhầy polisacarit như nguồn thức ăn và một phần nitơ cố ựịnh ựược sẽ trở thành dạng dễ hấp thu ựối với cảLipomyces. Tập đồnLipomyces trong đất có thể là trung tâm của quần xã vi sinh vật, trong đó có những vi sinh vật có khả năng phân huỷ cả tế bào sống và tế bào chết củaLipomyces. Lớp vỏ nhầy polisaccarit của Lipomycescó
khả năng tăng khả năng giữ nước của ựất, tham gia vào quá trình hình thành và xây dựng cấu trúc ựất. Kết hợp với các cation trong đất, lớp vỏ nhầy này có thể kết dắnh các tế bào nấm men và các hạt ựất lại với nhau [78].
S phân b9 Lipomyces các lo>i ự t trên th gi0i và ViHt Nam
Trên thế giới ựã có những cơng trình nghiên cứu về nhóm nấm men đất
Lipomyces [77], [78], [79], [82]. Sự phân bố của nhóm nấm men Lipomyces ựược giáo sư Babjeva và cộng sự nghiên cứu rất kỹ trong các loại ựất, ựặc biệt là ựất thuộc Liên Xô trước ựây [77].
Nấm menLipomyces lần ựầu ựược tách ra từ ựất tại Hà Lan [68]. Những năm sau đó, chúng gần như được tìm thấy ở trong ựất của mọi châu lục trên Thế giớị Ở Bắc bán cầu, Lipomyces phân bố ựến tận những vùng rừng ựài ngun, chúng chỉ khơng có mặt ở các đài nguyên và núi caọ Ngoài ra, Lipomyces cũng hầu như không bắt gặp ở ựất sa mạc và bán sa mạc (nếu như khơng tắnh đến một vài trường hợp ngoại lệ như sự có mặt của chúng ở trong ựất tại một số ốc ựảo, một số vùng ựược tưới tiêu nhân tạo và vùng rễ của cây ở sa mạc). Sự phân bố của Lipomyces
ựược nghiên cứu kỹ nhất trong các loại ựất thuộc lãnh thổ Liên Xô cũ. Ở vùng biên giới phắa bắc,Lipomycesphân bố ựến tận vùng rừng đài ngun. Phắa Bắc trên vùng bình ngun Putoran đã tìm thấy quần thể L. lipofer trong ựất ựồi dưới thảm thực vật cây bụị đây là lần đầu tiên tìm thấy nấm men ở phắa cực bắc. Dịch chuyển dần về phắa nam, Lipomyces ựã ựược phát hiện thấy trong ựất của phần lãnh thổ Châu Âu của Liên Xô cũ, tại trạm sinh học MGU - vùng Biển Trắng. Tại ựây, người ta ựã phân lập được nhóm nấm menL. starkeyi từ ựất ựầm lầỵ Loài thứ ba L. anomalus
ựược phát hiện chỉ một lần tại phắa Bắc. Ở phần lãnh thổ Châu Á của Liên Xơ trước đây cũng có mặt củaLipomyces, tuy nhiên vẫn chưa xác ựịnh loàị
Tại vùng rừng thuộc lãnh thổ Châu Âu của Liên Xô, chủ yếu bắt gặp L. starkeyi, còn ở vùng rừng Taiga và rừng ựầm lầy - L. lipofer. Nấm men L. tetrasporus thường không phân bố ở vùng rừng thảo nguyên phắa Bắc, số lượng và tần suất bắt gặp của chúng nhiều hơn cả ở vùng ựất ựen. Cũng giống như L. anomalus, L. kononenkoaerất hiếm khi tìm thấỵ Chúng chỉ được phát hiện thấy ở vùng đất đỏ phắa nam Gruziạ
Nấm men Lipomyces hầu như khơng có mặt ở những vùng đất còn nguyên thuỷ như núi caọ Ở những dải ựồng cỏ và rừng thuộc vùng núi lãnh thổ Châu Âu
(thuộc Liên Xơ trước đây) thường hay gặpL. starkeyi, còn ở phần lãnh thổ Châu Á
hay gặp L. lipofer. L. tetrasporus thường phân bố ở các vùng ựất thảo nguyên và thảo nguyên ựồng cỏ thuộc vùng núi thấp.
Ở những ựất canh tác, có sự thay đổi về sự phân bố loài: L. starkeyi và L.