Tài liệu Phân lập và tuyển chọn nấm mốc phân giải cellulose

1   LỜI MỞ ĐẦU Các vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men… có rất nhiều ích lợi đối với con người. Trong đó, nấm mốc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: sản xuất rượu, tương, nước chấm, các kháng sinh (như: penicillin)… Đặc biệt, nhiều nấm mốc có khả năng tạo ra các enzyme để phân hủy các cơ chất trong tự nhiên, là đối tượng để nghiên cứu sản xuất các enzyme như: cellulase, amylase, protease… Trong tự nhiên, nấm mốc hiện diện ở rất nhiều nơi, chúng phát triển rất nhanh trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta. Trên các thực vật bị mục nát như: gỗ mục, rơm mục… chứa rất nhiều chủng nấm mốc có khả năng tạo ra enzyme cellulase để phân hủy cellulose. Đề tài nghiên cứu này tiến hành phân lập và tuyển chọn các chủng nấm mốc có khả năng phân hủy cellulose từ các mẫu gỗ mục và rơm mục thu được trong tự nhiên, nhằm ứng dụng thu nhận enzyme cellulase từ nấm mốc và trong nhiều lĩnh vực khác phục vụ đời sống con người. 2   CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm của nấm mốc: [1] Nấm mốc còn gọi là nấm sợi. Chúng thường hiện diện trên thực phẩm, quần áo, giày dép, sách vở… Nấm mốc phát triển rất nhanh trên nguồn cơ chất hữu cơ khi gặp điều kiện khí hậu nóng ẩm. Nấm mốc cũng phát triển trên các thiết bị làm bằng vật liệu vô cơ như: thấu kính ở ống nhòm, máy ảnh, kính hiển vi… Một số nấm mốc có khả năng sống ký sinh trên người, động vật và thực vật và gây ra các bệnh về nấm khá nguy hiểm. Ngoài ra, một số nấm sợi có thể sản sinh các độc tố nấm có khả năng gây bệnh ung thư và các bệnh khác. Trong tự nhiên, nấm mốc phân bố rất rộng rãi. Chúng tham gia tích cực vào các vòng tuần hoàn vật chất, nhất là quá trình phân hủy các chất hữu cơ và hình thành chất mùn. 1.1.1. Hình thái và cấu trúc của sợi nấm: Đỉnh sợi nấm bao gồm một chóp hình nón, không tăng trưởng và có tác dụng che chở bảo vệ cho phần ngọn của sợi nấm. Trong sợi nấm chứa chất nguyên sinh, nhân, các bào quan, các enzyme… Sợi nấm còn gọi là khuẩn ty. Khuẩn ty có vách ngăn hay không có vách ngăn. Ở một số loài nấm mốc, khuẩn ty không có vách ngăn, tế bào sợi nấm thường chứa nhiều nhân, được gọi là các tế bào đa nhân. Đối với các nấm mốc có vách ngăn ở khuẩn ty, người ta thường thấy tế bào sợi nấm chứa 1 nhân, 2 nhân, nhiều nhân hoặc chẳng có nhân nào do sự di chuyển của nhân trong khuẩn ty. 3   Khi bào tử nấm mốc rơi vào điều kiện môi trường thích hợp, chúng sẽ nảy mầm thành hệ sợi nấm. Trong hệ sợi nấm có 2 loại khuẩn ty: khuẩn ty dinh dưỡng (khuẩn ty cơ chất) và khuẩn ty khí sinh. Khuẩn ty dinh dưỡng cắm sâu vào môi trường dinh dưỡng, còn khuẩn ty khí sinh phát triển tự do trong không khí. Hệ sợi nấm có thể biến hóa để thích nghi với các điều kiện sống khác nhau thành các dạng đặc biệt sau: ƒ Rễ giả: giống như một chùm rễ phân nhánh, có tác dụng giúp nấm bám chặt vào cơ chất và hấp thụ chất dinh dưỡng từ cơ chất. ƒ Sợi hút: có ở nấm mốc sống ký sinh bắt buộc, chúng mọc ra từ khuẩn ty, phân nhánh và mọc xuyên sâu vào tế bào chủ, ở đó chúng có thể có hình cầu hoặc hình sợi. Nấm mốc sử dụng sợi hút để hút chất dinh dưỡng từ cơ thể của sinh vật chủ. ƒ Sợi áp: hiện diện ở nấm mốc ký sinh trên thực vật. Phần sợi nấm tiếp xúc với sinh vật chủ sẽ phồng to lên để tăng diện tích tiếp xúc với sinh vật chủ. Phần này thường có hình đĩa, có nhiều nhân tế bào, áp chặt vào sinh vật chủ. Các mô của sinh vật chủ dưới tác dụng của enzyme do nấm tiết ra sẽ bị phá hủy từng phần hay bị phân hủy hoàn toàn. Qua các mô bị phá hủy này, các sợi nấm sẽ lấn sâu vào bên trong sinh vật chủ và tiếp tục sinh enzyme để phân hủy sinh vật chủ. Khác với sợi hút, sợi áp không phát triển thành các nhánh đâm sâu vào tế bào còn sống của sinh vật chủ. ƒ Sợi bò (thân bò): là đoạn sợi nấm khí sinh không phân nhánh, phát sinh từ các sợi nấm dinh dưỡng, có hình thẳng hoặc hình cung. Đầu mút của các sợi bò chạm vào cơ chất, phát triển thành các rễ giả để 4   bám chắc vào cơ chất. Sợi bò lan dần ra mọi phía, kể cả trên thành thủy tinh của ống nghiệm, của nắp hộp petri. Sợi bò và rễ giả thường gặp ở bộ Mucorales. ƒ Vòng nấm và mạng nấm: là những biến đổi ở các loài nấm có khả năng bẫy các loài động vật nhỏ trong đất. Vòng nấm có thể có dạng bọng dính, mọc ra từ những cuống ngắn xếp thẳng góc với sợi nấm chính. Đỉnh của các cuống này phình to thành bọng hình cầu. Bọng này tiết ra một chất dính trên khắp bề mặt. Khi con mồi chạm vào chất dính này sẽ bị giữ chặt lại và bị các nhánh sợi nấm đâm xuyên qua vỏ ngoài. Các nhánh này lại phồng lên thành một bọng nhỏ bên trong cơ thể con vật và tiếp tục phân nhánh thành các sợi hút. Vòng nấm có dạng sợi thòng lọng có khuyên tròn dọc sợi nấm. Mỗi khuyên cấu tạo bởi 3 tế bào xếp nối tiếp nhau và nối vào sợi nấm chính bằng một đoạn ngắn. Khi mặt trong của 3 tế bào này tiếp xúc với con mồi thì lập tức các không bào sẽ phồng to lên và căng mạnh vào phía trong, thắt chặt con mồi lại. Sau đó, các sợi nhánh mọc xuyên sâu vào cơ thể con mồi và tiếp tục phát triển ra các sợi hút. Mạng nấm hay còn gọi là lưới dính, là một mạng sợi dính với nhau như tấm lưới nhỏ. Các côn trùng chạm vào sẽ bị giữ chặt lấy. Sau đó, một tế bào của mạng nấm sẽ phát triển thành một bọng nhỏ và các sợi hút để tiêu hóa cơ thể con mồi. 1.1.2. Sinh sản ở nấm mốc: Từ khuẩn ty khí sinh của nấm mốc có thể mọc ra những sợi sinh sản vô tính hoặc sinh sản hữu tính như sau: 5   ƒ Đầu bào tử trần: các cơ quan sinh sản vô tính có thể có cấu tạo chứa các bào tử vô tính. ƒ Nang bào tử kín: mỗi nang bào tử kín có một nang trụ nối tiếp với cuống nang. Nang bào tử kín chứa các bào tử kín. ƒ Đảm: là cơ quan sinh sản hữu tính tạo thành do tế bào song nhân ở đỉnh sợi phình to ra. Trong đảm, hai nhân sẽ phối hợp với nhau để hình thành một nhân lưỡng bội. Sau đó, đảm phát triển tạo thành các bào tử đảm. ƒ Túi giá: có dạng hình cầu hoặc hình chai với vỏ được cấu tạo bởi các lớp sợi nấm quấn chặt lại với nhau. Thành trong của vỏ mang các cuống bào tử trần. Các bào tử trần sinh ra từ các cuống này. ƒ Cụm giá: cấu tạo bởi các cuống bào tử trần ngắn xếp liền với nhau tạo thành một khối khá dày. Bào tử trần sinh ra trên đỉnh cuống, tạo thành một cái đệm gồm nhiều cuống dính với nhau. ƒ Đĩa giá: gặp ở nấm ký sinh trên thực vật. Đĩa giá gồm một đĩa phẳng cấu tạo bởi các sợi nấm quấn chặt lấy nhau, trên đó có các cuống bào tử trần mọc thẳng đứng. ƒ Bó giá: gồm nhiều cuống bào tử trần dài, xếp song song với nhau ở phần gốc hoặc suốt dọc cuống, mang bào tử trần ở phần ngọn hoặc suốt dọc thân. ƒ Hạch nấm: là một khối sợi nấm rắn chắc, thường có tiết diện tròn, không mang các cơ quan sinh sản. Hạch nấm chỉ có ở các nấm mốc có sợi nấm ngăn vách. Đây là dạng sống nghỉ của nấm để bảo vệ nấm trải qua các điều kiện bất lợi của môi trường sống. Hạch nấm 6   thường có kích thước 100 μm đến 1 mm, thường có cấu tạo 2 lớp: bên ngoài là lớp vỏ rắn, cấu tạo bởi nhu mô giả, có thành dày, phủ cutin, chứa sắc tố; lớp trong thường mềm hơn, cấu tạo bởi mô của các tế bào hình thoi, gồm các sợi nấm bình thường hoặc được gelatin hóa, không có màu, chứa nhiều chất dự trữ như carbohydrate và lipid. ƒ Thể đệm: là một khối sợi nấm có thành tế bào dính liền nhau theo nhiều hướng. Bên trên hoặc bên trong thể đệm có mang các cơ quan sinh sản. Các tế bào trong đệm nấm chưa được tạo thành mô thật như ở động vật và thực vật, mà chỉ là các mô giả. Có 2 loại mô giả: mô của tế bào hình thoi và nhu mô giả. Mô của tế bào hình thoi có cấu tạo xốp, các sợi xốp song song với nhau và vẫn có thể phân biệt được từng sợi riêng biệt. Nhu mô giả có các tế bào hình đa giác hay hình tròn, dính chặt với nhau, không tách rời được thành từng sợi. ƒ Quả túi: là loại thể đệm gặp ở nấm túi. Quả túi có dạng hình cầu, hình chai hoặc hình đĩa. 1.1.3. Phân loại nấm mốc: Nấm mốc được phân loại theo nhiều hệ thống phân loại khác nhau. Sau đây là tóm tắt hệ thống phân loại nấm của Ainsworth (1973): Giới nấm a. Tồn tại nguyên chất đoàn (plasmodium) hoặc dạng nguyên chất đoàn giả (pseudoplasmodium) ........................................... ngành nấm nhày (Myxomycota). aa. Không có dạng nguyên chất đoàn hoặc giả nguyên chất đoàn, giai đoạn dinh dưỡng là hệ sợi nấm (khuẩn ty thể) điển hình .. ngành nấm thật (Eumycota). 7   b. Có bào tử động, bào tử hữu tính là bào tử noãn.................................................. .................................................................................. ngành phụ Mastigomycotina. bb. Không có bào tử động .............................................................................xem c. c. Có giai đoạn hữu tính ............................................................................... xem d. cc. Không có giai đoạn hữu tính .............................. ngành phụ Deuteromycotina. d. Bào tử hữu tính là bào tử tiếp hợp (zygospores)....... ngành phụ Zygomycotina. dd. Không có bào tử tiếp hợp ........................................................................xem e. e. Bào tử hữu tính là bào tử túi.......................................ngành phụ Ascomycotina. ee. Bào tử hữu tính là bào tử đảm ............................. ngành phụ Basidiomycotina. Ngành phụ MASTIGOMYCOTINA (Sparrow, 1960) (Bào tử hữu tính là bào tử noãn) ƒ Lớp Chytridiomycetes - Bộ Chytridiales + Họ Olpidiaceae + Họ Achlyogenotaceae + Họ Synchytriaceae + Họ Phlyctidiaceae + Họ Rhizidiaceae + Họ Cladochytriaceae 8   + Họ Physodermataceae + Họ Megachytriaceae - Bộ Harpochytriales + Họ Harpochytriaceae - Bộ Blastocladiales + Họ Coelomomycetaceae + Họ Catenariaceae + Họ Blastocladiaceae - Bộ Monoblepharidales + Họ Monoblepharidaceae + Họ Gonapodyaceae ƒ Lớp Hyphochytridiomycetes - Bộ Hyphochytridiales + Họ Anisolpidiaceae + Họ Rhizidiomycetaceae + Họ Hyphochytriaceae ƒ Lớp Plasmodiophoromycetes - Bộ Plasmodiophorales + Họ Plasmodiophoraceae 9   ƒ Lớp Oomycetes - Bộ Lagenidiales + Họ Olpidiopsidaceae + Họ Sirzolpidiaceae + Họ Lagenidiaceae - Bộ Saprolegniales + Họ Ectrogellaceae + Họ Haliphthoraceae + Họ Thraustochytriaceae + Họ Saprolegniaceae + Họ Leptolegniellaceae - Bộ Leptomitales + Họ Leptomitaceae + Họ Rhipidiaceae + Họ Euglerulaceae + Họ Pseudosphaeriaceae + Họ Capnodiaceae + Họ Dothideaceae + Họ Dothioraceae 10   - Bộ Pleosporales + Họ Dimeriaceae + Họ Venturiaceae + Họ Mesnieraceae + Họ Botryosphaeriaceae + Họ Lophiostomataceae + Họ Sporormiaceae + Họ Pleosporaceae + Họ Mycoporaceae - Bộ Hysteriales + Họ Hysteriaceae + Họ Arthoniaceae + Họ Opegraphaceae + Họ Phyllipsiellaceae + Họ Patellariaceae + Họ Lecanactidaceae - Bộ Hemisphaeriales + Họ Microthyriaceae + Họ Trichopeltinaceae 11   + Họ Munkiellaceae + Họ Asterinaceae + Họ Aulographaceae + Họ Brefeldiellaceae + Họ Parmulariaceae + Họ Stephanothocaceae + Họ Schizothyriaceae + Họ Leptopeltidaceae + Họ Micropeltidaceae ƒ Lớp Laboulbeniomycetes - Bộ Laboulbeniales + Họ Ceratomycetaceae + Họ Laboulbeniaceae + Họ Peyritschiellaceae ƒ Lớp Discomycetes - Bộ Medeolariales + Họ Medeolariaceae - Bộ Cyttariales + Họ Cyttariaceae 12   - Bộ Tuberales + Họ Elaphomycetaceae + Họ Terfeziaceae + Họ Protomycetaceae - Bộ Taphrinales + Họ Taphrinaceae ƒ Lớp Plectomycetes (Fennel, 1973) - Bộ Eurotiales + Họ Amorphothecaceae + Họ Gymnoascaceae + Họ Monascaceae + Họ Onygenaceae + Họ Pseudeurotiaceae + Họ Thermoascaceae + Họ Trichocomaceae + Họ Eurotiaceae + Họ Cephalothecaceae ƒ Lớp Pyrenomycetes (Muller, 1973) - Bộ Erysiphales 13   + Họ Erysiphaceae - Bộ Meliolales + Họ Meliolaceae - Bộ Coronophorales + Họ Coronophoraceae - Bộ Sphaeriales + Họ Ophiostomataceae + Họ Melanosporaceae + Họ Sphaeriaceae + Họ Hypocreaceae + Họ Polystigmataceae + Họ Coryneliaceae + Họ Sordariaceae + Họ Diaporthaceae + Họ Halosphaeriaceae + Họ Diatrypaceae + Họ Amphisphaeriaceae + Họ Xylariaceae + Họ Verucariaceae 14   + Họ Clavicipitaceae + Họ Hypomycetaceae ƒ Lớp Loculoascomycetes (Luttroll, 1973) - Bộ Myriangiales + Họ Atichiaceae + Họ Myriangiaceae + Họ Saccardiaceae + Họ Saccardinulaceae - Bộ Dothideales + Họ Trichothyriaceae + Họ Chaetothyriaceae + Họ Parodiopsidaceae - Bộ Peronosporales + Họ Pythiaceae + Họ Albuginaceae + Họ Peronosporaceae Ngành phụ ZYGOMYCOTINA (Bào tử hữu tính là bào tử tiếp hợp) ƒ Lớp Zygomycetes (Hesseltine, 1973) 15   - Bộ Mucorales + Họ Choanephoraceae + Họ Cunninghamellaceae + Họ Dimargaritaceae + Họ Endogonaceae + Họ Helicocephalidaceae + Họ Kickxellaceae + Họ Mortierellaceae + Họ Mucoraceae + Họ Pilobolaceae + Họ Piptocephalidaceae + Họ Radiomycetaceae + Họ Saksenaeaceae + Họ Syncephalastraceae + Họ Thamnidiaceae - Bộ Entomophthorales + Họ Entomophthoraceae + Họ Zoopagaceae + Họ Cochlonemaceae 16   ƒ Lớp Trichomycetes (Bichtwardt, 1973) - Bộ Harpellales + Họ Harpellaceae + Họ Genistellaceae - Bộ Asellariales + Họ Asellariaceae - Bộ Eccrinales + Họ Palavasciaceae + Họ Parataeniellaceae + Họ Eccrinaceae - Bộ Amoebidiales + Họ Amoebidaceae Ngành phụ ASCOMYCOTINA (Bào tử hữu tính là bào tử túi) ƒ Lớp Hemiascomycetes - Bộ Endomycetales + Họ Ascoideaceae + Họ Saccharomycetaceae + Họ Endomycetaceae 17   + Họ Spermophthoraceae - Bộ Protomycetales + Họ Geneaceae + Họ Tuberaceae - Bộ Pezizales + Họ Sarcosomataceae + Họ Sarcoscyphaceae + Họ Ascobolaceae + Họ Pezizaceae + Họ Morchellaceae + Họ Helvellaceae + Họ Pyronemataceae - Bộ Phacidiales + Họ Rhytismataceae + Họ Cryptomycetaceae + Họ Phacidiaceae - Bộ Ostropales + Họ Stictidaceae - Bộ Helotiales 18   + Họ Ascocorticiaceae + Họ Hemiphacidiaceae + Họ Geoglossaceae + Họ Sclerotiniaceae + Họ Orbiliaceae + Họ Dermateaceae + Họ Hyaloscyphaceae + Họ Leotiaceae Ngành phụ BASIDIOMYCOTINA (Ainsworth, 1966) (Bào tử hữu tính là bào tử đảm) ƒ Lớp Teliomycetes - Bộ Uredinales + Họ Melampsoraceae + Họ Coleosporaceae + Họ Pucciniaceae - Bộ Ustilaginales + Họ Ustilaginaceae + Họ Yeniaceae + Họ Tilletiaceae 19   ƒ Lớp Hymenomycetes (Talbot, 1968) - Bộ Tremellales + Họ Tremellaceae + Họ Sirobasidiaceae + Họ Hyaloriaceae - Bộ Auriculariales + Họ Auriculariaceae + Họ Phleogenaceae - Bộ Septobasidiales + Họ Septobasidiaceae - Bộ Exobasidiales + Họ Exobasidiaceae - Bộ Brachybasidiales + Họ Brachybasidiaceae - Bộ Dacrymycetales + Họ Dacrymycetaceae - Bộ Tulasnellales + Họ Tulasnellaceae + Họ Ceratobasidiaceae 20   - Bộ Aphyllophorales (Polyporales) + Họ Cantharellaceae + Họ Coniophoraceae + Họ Corticiaceae + Họ Gomphaceae + Họ Punctulariaceae + Họ Stereaceae + Họ Thelephoraceae + Họ Schizophyllaceae + Họ Cyphellaceae + Họ Clavariaceae + Họ Clavulinaceae + Họ Sparassidaceae + Họ Auriscalpiaceae + Họ Bankeraceae + Họ Echinodontaceae + Họ Hericiaceae + Họ Hydnaceae + Họ Bondarzewiaceae