HỦY LIGNOCELLULOSE
Động vật nguyên sinh, nấm và vi khuẩn là 3 nhóm chình tham gia vào quá trình phân hủy xác thực vật để thực hiện chu trình carbon trong tự nhiên, trong đó nấm là nhóm vi sinh vật đầu tiên tấn công xác thực vật, chúng phân hủy thành phần khó phân hủy nhất của xác thực vật là lignin thành những vật liệu nhỏ hơn, giúp vi khuẩn và xạ khuẩn có thể sử dụng những vật liệu đó, hoặc sự phá vỡ cấu trúc lignin của nấm giúp vi khuẩn, xạ khuẩn dễ dàng tấn công vào các thành phần cấu trúc bên trong xác thực vật (cellulose và hemicellulose). Vì vậy, nấm phân hủy rác đóng vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng của hệ sinh thái rừng. Một số
nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu đa dạng thành phần các nhóm nấm phân hủy xác thực vật và mối liên hệ giữa nhóm nấm chiếm ưu thế trong một hệ sinh thái rừng và khả năng phân hủy xác thực vật của chúng [131]. Kết quả chỉ ra rằng, những loài nấm có tần suất xuất hiện cao trong hệ sinh thái rừng là nhân tố then chốt, chủ yếu tham gia phân hủy xác thực vật.
Việt Nam là một nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, có sựđa dạng về thực vật rất phong phú [14], nhưng chưa có một nghiên cứu nào về đa dạng vi nấm tồn tại trong lớp lá rụng của các rừng Quốc gia Việt Nam, càng chưa có một nghiên cứu nào về mối tương quan giữa sựđa dạng vi nấm và khả năng phân hủy xác thực vật của chúng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sơ bộ nghiên cứu đa dạng thành
phần vi nấm thông qua 57 mẫu lá thu thập từ 4 rừng Quốc gia khác nhau. Vậy liệu có sự liên hệ nào giữa đa dạng vi nấm, giữa thành phần các loài vi nấm có tần suất bắt gặp lớn và khả năng phân hủy xác thực vật của chúng như các báo cáo trước đó?
Để trả lời câu hỏi này, chúng tôi tiến hành sàng lọc khả năng sinh enzyme phân hủy các thành phần xác thực vật (cellulose, hemicellulose và lignin) của các chủng nấm lựa chọn theo các phương pháp sàng lọc trên thạch đĩa và đo vòng phân giải của chúng (chi tiết như đã trình bày trên phần 2.6 và 2.7), kết quả được trình bày trên bảng 3.16. Từ kết quả bảng 3.16 cho thấy, khoảng 60% các chủng nấm nghiên cứu có khả năng sinh enzyme CMCaza, mức độ phân giải CMC giữa các chủng nấm là khác nhau. Phần lớn (33,8 %) các chủng nấm nghiên cứu có khả năng phân hủy CMC khá tốt (đường kính vòng phân giải ở khoảng 10mm ≥ D- d < 20mm). Trong khi đó chỉ có 10% số chủng có khả năng phân hủy CMC tốt (đường kính vòng phân giải D- d ≥ 20mm) (Bảng 3.16). Trong khi đó khả năng phân hủy xylan của các chủng nấm được nghiên cứu lại cho một kết quả khác, có tới 84% các chủng nấm này có khả năng phân hủy xylan, nhưng mức độ phân hủy của từng chủng không cao, 41% số chủng nấm có khả năng phân hủy xylan yếu (đường kính vòng phân giải D-d < 10 mm ) và chỉ có 5,4% số chủng nấm có khả năng phân hủy xylan cao. Phần lớn các chủng nấm có khả năng phân hủy xylan cao thì có khả năng phân hủy CMC cao.
Bảng 3.16 Khả năng sinh enzyme phân hủy lignocellulose của các chủng nấm nghiên cứu
Đường kính vòng phân giải Tỉ lệ % các chủng sinh hoạt tính CMCaza Xylanaza Lignolytic enzyme
D- d ≥ 20mm 10,3 5,4 4,0
10mm ≥ D- d < 20mm 33,8 37,2 3,5
D-d < 10 mm 15,1 41,0 0
D-d = 0 mm 40,8 16,4 92,5
Quay lại phần phân loại, chúng tôi nhận thấy các chủng nấm có hoạt tính CMC và xylan cao chủ yếu thuộc về các chi: Trichoderma-42,9%,Aspergillus-31,4
%, Fusarium- 17,1%; ngoài ra còn có các chủng thuộc chi: Chalara, Chloridium
Bạch Mã và Mã Đà; Aspergillus và Fusarium là 2 chi chiếm ưu thế trong Rừng Quốc gia Ba Bể. Các chi này cũng đã được công bố là những chi chiếm ưu thế trong một số hệ sinh thái rừng [98; 133; 142]. Kết quả này cho thấy có sự tương quan chặt chẽ giữa nhóm nấm chiếm ưu thế trong khu hệ sinh thái rừng và khả năng phân hủy xác thực vật của chúng.
Hình 3.20Đa dạng thành phần các chi nấm có khả năng phân hủy CMC và xylan cao
Kết quả sàng lọc enzyme phân hủy lignin của các chủng nấm nghiên cứucòn cho thấy, tỉ lệ % số chủng có khả năng sinh enzyme laccaza của các chủng nấm này không cao, chiếm 7,5 % ( tổng số chủng có khả năng phân hủy lignin), chúng thuộc về các
chi: Acremonium, Fusarium, Chaetomium, Myrothecium, Trichoderma, Curvularia,
Cladosporium, Penicillium (Hình 3.21). Một số chi trong đó đã được khẳng định có khả năng sinh laccaza:Acremonium [63], Fusarium [151], Chaetomium [45],
Myrothecium[186] và Trichoderma[87]. 9.5% 9.5% 14.3% 4.8% 19.0% 9.5% 9.5% 9.5% 4.8% 4.8% 4.8% Acremonium sp. Fusarium sp. Chaetomium sp. Myrothecium sp. Cladosporium sp Penicillium sp. Trichoderma sp. 19% . Curvularia sp. 31.4% 2.9 5.7% 17.1% 42.9% Aspergillus sp. Chalara sp. Chloridium sp. Fusarium sp. Trichoderma sp.
KẾT LUẬN
1. Đã phân lập được 1041 chủng vi nấm Hyphomycetes từ 4 khu vực nghiên cứu, lựa chon được 243 chủng để nghiên cứu đa dạng, chúng thuộc vào 5 Lớp, 13 Bộ, 26 Họ, 79 Chi, 176 Loài vi nấm, trong đó có 34 chi lần đầu tiên được phát hiện và công bốở Việt Nam.
2. Kết quả nghiên cứu vềđa dạng sinh học tại 4 Rừng Quốc gia nghiên cứu cho thấy:
v Mã Đà có số lượng thành phần chi, loài cao nhất 36 chi, 55 loài; Tiếp đến là RQG Bạch Mã với 34 chi, 53 loài; Rồi đến RQG Phú Quốc với 34 chi, 45 loài; cuối cùng là RQG Ba Bể với 21 chi, 35 loài.
v Mã Đà là nơi có chỉ sốđa dạng sinh học thành phần loài H’ lớn nhất (H’=4,055). Sau
đó đến Bạch Mã (H’=3,842); Phú Quốc (H’=3,154) và Ba Bể (H’=3,14).
v Ba Bể là nơi có chỉ số mức độ chiếm ưu thế cao nhất- Cd=0,0521; tiếp đến là Bạch Mã - Cd= 0,048; Mã Đà- Cd=0,0201; Phú Quốc có chỉ số Cd thấp nhất = 0,0164.
v Phú Quốc là nơi có số lượng taxon mới được phát hiện nhiều nhất (6/8 taxon).
v RQG Ba Bể là nơi có số chi ưu thế và chi thường gặp cao nhất: 3 chi, sau đó là RQG Bạch Mã và Mã Đà:2 chi, trong khi Phú Quốc không có chi nào.
v Trichoderma, Penicillium, Isthmolongispora là những chi chiếm ưu thế và có số
chủng, số loài đa dạng nhất với số lượng lần lượt là: 12 loài (6,82 %); 9 loài (5,11%) 8 loài (4,5%); và 2 chi Aspergillus, Fusarium với 6 loài (3,41%).
3. Bạch Mã và Mã Đà có chỉ số tương quan: (SI=0,37); Bạch Mã và Ba Bể (SI=0,35); Bạch Mã và Phú Quốc (SI=0,33); Ba Bể và Phú Quốc(SI= 0,31); Ba Bể và Mã Đà(SI= 0,26).
4. Đã phát hiện được 2 chi mới: Acerosispora và Hamatispora gen. nov. và 8 loài
mới: Acerosispora didyma sp. nov.; A. vietnamica sp. nov ; Hamatispora
phuquocensissp. nov.; Condylospora vietnamensis sp. nov.;Polylobatispora
ambigua sp. nov.; Isthmolongispora phuquocensis sp. nov.; Trisulcosporium
exiguum sp. nov. vàT. phuquocense sp. nov. Ngoài ra, chúng tôi cũng mô tả 13 loài
vi nấm lần đầu tiên được ghi nhận ở Việt Nam.
5. Sàng lọc enzym phân giải lignocellulose của 1041 chủng nấm cho thấy có 10% số chủng có hoạt tính phân hủy CMC cao; 5,4% số chủng phân hủy xylan cao; 4% số chủng có hoạt tính lignolytic enzyme cao. Phần lớn các chủng có hoạt tính phân hủy CMC và xylan cao thuộc về chi nấm chiếm ưu thế trong các khu hệ rừng nghiên cứu: Fusarium, Aspergillus, Trichoderma và Penicillium.
KIẾN NGHỊ
Luận án đã tìm được 2 chi nấm mới và 5 loài nấm mới, bên cạnh đó đã có những nghiên cứu sơ bộ và nghi ngờ 2 chủng VN11-F0004 và VN11- F0025 thuộc 1 lớp nấm mới. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu mới công bốđược 1 loài nấm mới trên tạp chí Mycoscience. Vì vậy, NCS mong muốn được cấp kinh phí và tạo điều kiện thuận lợi để tiếp tục nghiên cứu và công bố lớp, chi, loài nấm mới trên các tạp chí có uy tín cao trên thế giới.
Luận án đã phân lập và lưu trữ một số lượng lớn các chủng nấm phân lập từ lá cây rụng thu thập từ các rừng Quốc gia. Khả năng ứng dụng những chủng nấm có khả năng phân hủy lignocellulose cao trong phân hủy sinh khối thực vật là khả thi. Vì vậy NCS mong muốn được tiếp tục nghiên cứu về hướng ứng dụng này trong thời gian tới.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Lê Thị Hoàng Yến, Nguyễn Thị Phương Thủy, Nguyễn Anh Đức, Nguyễn Anh Tuấn, Dương Văn Hợp (2009), “Bước đầu nghiên cứu khả năng sinh enzym phân hủy xác thực vật của nhóm nấm sợi phân lập từ lá cây rụng ở Việt Nam”, Tạp chí Di truyền ứng dụng, Số V, tr. 15-21.
2. Yen L.T.H., MinhN.H., Hop D.V., Dung N.L., Ando K. (2009),
Mycologycal diversity and biological activities of soil fungi isolated in Trung
Khanh nature reserve, 6thACM meeting-Hanoi2009.
3. Le Thi Hoang Yen,Nguyen Anh Tuan, Le Van Hung, Nguyen Thi Hong Nhung and Duong Van Hop (2010), Screening for chitinolytic fungi isolated from Vietnam and optimizing cultural conditions for the production of chitinase
by Trichoderma reesei, Annual reports of International center for
Biotechnology - Osaka University, pp. 449-460.
4. Yen L.T.H, Inaba S., Tsurumi Y., Ban Y., Hop D.V., Dung N.L., Ando K. (2010),News about Aquatic Hyphomycetes Isolated from Fallen Leaves in
Vietnam, JSPS Asian CORE Program (2009-2013), Hanoi Meeting “Next-
Generation Bioproduction Platform Leveraging Subtropical Microbial Bioresources”, P.03.
5. Lê Thị Hoàng Yến, Dương Văn Hợp, Yasuhisa Tsurumi, Katsuhiko Ando (2011), “Đa dạng sinh học của khu hệ vi nấm phân lập từ lá rụng vườn Quốc gia Cát Tiên”, Tạp chí Di truyền và ứng dụng, Số VII, tr. 19-29.
6. Lê Thị Hoàng Yến, Dương Văn Hợp, Yasuhisa Tsurumi, Katsuhiko Ando (2011), Đa dạng sinh học của nấm nội sinh phân lập từ lá cây trong rừng Quốc gia Cát Tiên, Hội nghị khoa học toàn quốc về sinh thái và tài nguyên vi sinh vật lần thứ 4, tr. 1057-1066.
7. Yen L.T.H, Inaba S., Tsurumi Y., Ban Y., Hop D.V., Dung N.L., Ando K. (2012), “Condylosporavietnamensis, a new Ingoldianhyphomyceteisolated from fallen leaves in Viet Nam”, Mycoscience, 53, pp. 326-329.
8. Yen L.T.H, Hop D.V., Tuan N.A., Giang N.T, Gao Z., Ando K., Hiyamuta S., Kondo R., (2012), Study on xylanaza from Aspergillus niger VN09-F0119
isolated from preserved forest in Viet Nam, YSS- Ha noi, pp. 69-74
9. Gao Z., Hop D.V., Yen L.T.H., Ando K., Hiyamuta S. and Kondo R. (2012), “The production of β-glucosidases by Fusarium proliferatum
NBRC109045 isolated from Vietnamese forest”, AMB Express. 2(1):49.
10. Lê Thị Hoàng Yến, Đào Thị Lương, Nguyễn Anh Tuấn, Dương Văn Hợp (2013), Sơ bộ nghiên cứu đa dạng loài của chi Fusarium phân lập từ đất thu thập trong rừng Quốc gia và từ cây bị bệnh ở Việt Nam, Hội nghị khoa học công nghệ sinh học toàn Quốc, tr. 673- 678.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. PHẦN TIẾNG VIỆT
1. Phạm Thị Bê (1997), Nghiên cứu nấm bộ Boletales Gilbert vùng Nam Tây Nguyên, Trường Đại học Đà Lạt, Đà Lạt.
2. Nguyễn Lân Dũng, Phạm Văn Ty, Dương Văn Hợp, Đào Thị Lương, Nguyễn Thị Hoài Hà, Bùi Thị Việt Hà, Nguyễn Thị Liên Hoa, Lê Hoàng Yến, Nguyễn Kim Nữ Thảo, Nguyễn Văn Bắc (2010), Thế giới Vi sinh vật, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
3. Nguyễn Lân Dũng, Bùi Xuân Đồng, Lê Đình Lương (1982), Vi nấm, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Lê Cao Đài (2000), Chất độc màu da cam trong chiến tranh Việt Nam, lịch sử và những hệ lụy, Nhà xuất bản Chính trị Quốc gia, Hà Nội.
5. Bùi Xuân Đồng (1977), Một số vấn đề về nấm học, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Bùi Xuân Đồng (1984), Nhóm nấm hyphomycetes ở Việt Nam, tập I, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
7. Bùi Xuân Đồng (2000), Vi nấm dùng trong công nghệ sinh học, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
8. Bùi Xuân Đồng (2001), Danh lục các loài thực vật Việt Nam (Phần vi nấm), Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
9. Nguyễn Thị Liên Hoa, Nguyễn Cao Vũ (2008), Nghiên cứu phân lập, phân loại, bảo quản một số chủng nấm sợi có hoạt tính enzyme gặp trong môi trường khu vực Lăng Chủ Tịch Hồ Chí Minh, Báo cáo Đề tài cấp Bộ- Bộ Tư
lệnh Lăng Bác, Hà Nội.
10. Trịnh Tam Kiệt (1981), Nấm lớn ở Việt Nam, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
11. Trịnh Tam Kiệt (2012), Điều tra nghiên cứu cơ bản thành phần loài và xây dựng danh lục nấm ở Việt Nam, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học năm 2012, Đại học Quốc gia Hà Nội.
12. Đặng Vũ Hồng Miên (2005), Nghiên cứu xác định hệ nấm mốc trên một số thức ăn gia súc tại Miền Nam, tiềm năng sinh độc tố của các loài nấm trên và biện pháp phòng chống nấm mốc, Báo cáo đề tài cấp bộ - Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn của Công ty Giám định và Khử trùng FCC.
13. Lê Văn Liễu (1978), Nấm ăn được và nấm độc trong rừng, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
14. Nguyễn Nghĩa Thìn (1997), Các phương pháp nghiên cứu đa dạng vi sinh vật, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
15. Nguyễn Thị Thiên Hằng (2012), Nghiên cứu sự phân bố và động thái của
nấm Trichoderma trong đất trồng rau màu tại thành phố Đà Nẵng, Trường
Đại học Đà Nẵng- Đà Nẵng.
16. Võ Thị Bích Hiên (2009), Khảo sát đặc điểm sinh học của một số chủng nấm sợi thuộc chi Aspergillus và Penicillium từ rừng ngập mặn Cần giờ TP. Hồ
Chí Minh, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh
17. Đỗ Đức Quế (2014), Nghiên cứu đa dạng sinh học của nấm túi Xylariaceae
ở Mường Phăng- Điện Biên và Cúc Phương- Ninh Bình, Trường Đại học Sư
Phạm, Hà Nội.
18. Lê Thị Hoàng Yến, Kurihara Y, Nguyễn Thị Liên Hoa, Dương Văn Hợp, Ando K (2008),"Đa dạng vi nấm phân lập từ đất rừng Quốc gia Cúc Phương", Tạp chí Di truyền (4), tr. 22-28.
B. PHẦN TIẾNG ANH
19. Aime M.C., Matheny P.B.,Henk D.A.,Frieders E.M., Nilsson
R.H.,Piepenbring M., McLaughlin D.J.,Szabo L.J.,Begerow D.,Sampaio J.P., Bauer R., Weiss M., Oberwinkler F. andHibbett D.S. (2006), “An overview of the higher-level classification ofPucciniomycotinabased on combined analyses of nuclear large and small subunit rDNAsequences”,Mycologia,98, pp. 896– 905.
20. Ainsworth and Bisby’s (1995), Dictionary of fungi (Eighth edition), CAB International Wallingford, Oxon OX108DE, UK.
21. Ainsworth and Bisby’s (2008), Dictionary of fungi (Tenth edition), CAB International Wallingford, Oxon OX108DE, UK.
22. Alriksson B., Róe S.H., van Zyl W.H., Djode A., Nilvebrant N.O., Jonsson L.J. (2009),“Cellulase Productionfrom Spent Lignocellulose Hydrolysateswith Recombinant Aspergillus niger”, Appl. Environ. Microbiol., 75(8), pp. 2366– 2374.
23. Ando K., Tubaki K. (1983),"Ordus, a new genus of hyphomycetes",Trans.
Mycol. Soc. Jpn, 24(3), pp. 271-276.
24. Ando K., Tukuba K. (1984), "Some undescribed hyphomycetes in rainwater draining from intact tree",Trans. Mycol. Soc. Jpn,pp. 2539-2547.
25. Ando K., Tukuba K., Katumoko K. (1997), "Ordus chiayensis, a new combination of hyphomycetes", Mycoscience, pp. 83- 95.
28. Bartnicki G.S. (1987), The cell wall in fungal evolution,In:Evolutionary
biology of the fungi(Eds.RaynerA.D.M., BrasierC.M., MooreD., Cambridge
University Press, New York, N.Y), pp. 389–403.
29. Bauer R., Begerow O. and Marvanová O. (2003), "Classicula: the telomorph of Naiadella fluitans", Mycologia, 95(4), pp. 757
30. Bauer R., Weiss M., Oberwinkler F., Hibbett D. (2006), "An overview of the higher level classification of Pucciniomycotina based on combined analyses of
nuclear large and small subunit rDNA sequences", Mycologia, 98(6), pp. 896- 905.
31. Beadle G.W., Tatum E.L. (1941),"Genetic control of biochemical reactions
inNeurospora", Proceedings of the National Academy of Sciences of the
USA27(11), pp. 499–506.
32. Begerow D., Bauer R., Oberwinkler F. (1997), “Phylogenetic studies on nuclear large subunit ribosomal DNA sequences of smut fungi and related taxa”,Can. J. Bot.,75, pp. 2045–2056.
33. Berbee M.L., Taylor J.W. (1992), "Detecting morphological convergence in true fungi using 18S rRNA gene sequence data", Biosystems, pp.117-125.
34. BerbeeM.L., TaylorJ.W. (1993), Ascomycete relationships: dating the origin
of asexual lineages with 18S ribosomal RNA gene sequence data. In:The fungal
holomorph: mitotic, meiotic and pleomorphic speciation in fungal systematics,
Eds:ReynoldsD.R., TaylorJ.W.(CAB International, Wallingford, United Kingdom), pp.67–78.
35. BerbeeM.L., TaylorJ.W. (1994), 18S ribosomal DNA sequence data and dating, classifying, and ranking the fungi. in Ascomycete systematics: problems
and perspectives in the nineties.Eds:HawksworthD. L.(Plenum Press, New
York, N.Y), pp.213–221.
36. Bills G.F. (1994a), “Analyses of microfungal diversity from a user perspective”, Can. J. of Bot., 73(1), pp. S33-S41.
37. Bills G.F. and Polishook J.D. (1994b), "Abundance and diversity of microfungi in leaf litter of a lowland rain forest in Costa Rica", Mycologia, 86, pp. 187-198.
38. Blackwell M. (2011), “The Fungi: 1, 2, 3…5.1 million species?”, American