Vấn đề về vi sinh vật 5: Vi nấm

Bài 8 Vi nấm (Microfungi)

ĐẠI CƯƠNG VỀ VI NẤM

Nấm (Fungi, số ít là Fungus) là một giới riêng- Giới nấm (Fungi), khoa học nghiên cứu về nấm

được gọi là Nấm học (Mycology).

Người ta đã biết đến nấm và sử dụng nấm từ thời cổ xưa. Theo Quách Mạt Nhược, tác giả Bộ

Trung quốc sử cảo thì người Trung Quốc đã biết ăn nấm từ cách đây 6000-7000 năm . Nghề nấu

rượu có sử dụng nấm men và nấm sợi đã xuất hiện ở Trung Quốc từ cách đây 7000-8000 năm. Việc

sử dụng nấm làm dược liệu (Thần khúc) đã có ở Trung Quốc từ cách đây 2550 năm. Các nấm dùng

làm thuốc như Phục linh, Chư linh, Linh chi , Tử linh, Lôi hoàn, Mã bột, Thiền hoa, Trùng thảo,

Mộc nhĩ…đã được ghi trong sáchThần nông bản thảo kinh trong thời gian khoảng năm 100-200 sau

Công nguyên.

Ở phương Tây , Ray ( 1684-1704) người Anh, đã căn cứ vào đặc điểm sinh thái là chính để phân 94

loại nấm thành 4 nhóm khác nhau trong sách Lịch sử thực vật. Sau đó là các nghiên cứu phân loại

nấm lớn căn cứ vào hình thái của Magnol (1689), Tournefort (1694).

Khi Leewenhoek (1632-1723) làm ra chiếc kính hiển vi phóng đại được 200-300 lần thì người ta

bắt đầu chú ý đến các nấm nhỏ hay gọi là vi nấm.Nhà khoa học Italia P.A.Micheli (1679-1737) là

người đầu tiên dùng kính hiển vi để nghiên cứu nấm. trong tác phẩm Các chi thực vật mới (Nova

Plantarum Genera) xuất bản năm 1729 ông đã nêu lên các bảng phân loại các chi nấm như Mucor,

Tuber, Aspergillus…. Học giả Hà Lan D.C.H. Persoon (1761-1836) trong các sách Synopsis

Methodica Fungarum và Mycologia Europeae đã đặt cơ sở cho phương pháp và hệ thống phân loại

nấm . Học giả Thụy Điển E.M. Fries (1794-1878) đã có nhiều cống hiến trong việc phân loại các

nấm lớn. Khoảng 100 năm sau đó việc phân loại đa số nấm lớn đều dựa trên nghiên cứu của Fries.

Người đầu tiên vận dụng thuyết tiến hóa của Darwin vao việc phân loại nấm là nhà khoa học Đức

H.A.De Bary (1831-1888). Ông đã xuất bản sách Hình thái học và sinh lý học nấm vào năm 1866

với cơ sở phân loại dựa trên trật tự tiến hóa. Ông còn nghiên cứu nguồn gốc và tiến hóa của nấm,

sáng tạo nên giả thuyết Đơn nguyên luận.

Về sinh lý học, năm 1869 J.Raulin phát hiện nguyên tố vi lượng Zn rất cần cho sự sinh trưởng của

Asperrgillus niger; năm 1901 E.Wilders cho biết để sinh trưởng nấm còn cần các nhân tố như

Biotin, Thiamin, Inositol…

Về Di truyền học Blakeslee (1904) phát hiện ra sự phối hợp của các sợi nấm khác giới tính ở nấm

Mucor. Sau đó là các phát hiện tương tự của Kniep (1920 với nhiều loài nấm Đảm, Dodge (1928)

với nấm Neurospora. Về sau với nấm Neurosporra người ta đã nghiên cứu sâu về di truyền học và

trên cơ sở các nghiên cứu này mà Beadles (1945) mới đề xuất được học thuyết Một gen-một

enzym.

Nhà nấm học Italia P. A. Saccardo (1845-1920) đã chỉnh lý các nghiên cứu về nấm và biên soạn

bằng tiếng La Tinh 25 tập Kỷ yếu Nấm.

Tiến bộ của Sinh học phân tử và kỹ thuật kính hiển vi điện tử đã đem lại một diện mạo mới cho

việc nghiên cứu phân loại học và sinh lý học nấm. Các thành tựu nghiên cứu đã được tổng kết khá

đầy đủ trong 5 tập sách Giới Nấm (The Fungi) của G. C. Ainsworth và cộng sự (Vol 1, 2.3.4A.4B.

New York and London: Academic Press, 1963-1973). Năm 1995 đã tái bản lần thứ 8 cuốn Từ điển

về nấm (Dictionary of the Fungi) của Ainsworth và Bisby. Nấm được chia thành 4 ngành (Division,

Phylum):

- Ngành Chytridiomycota

- Ngành Zygomycota

- Ngành Ascomycota

- Ngành Basidiomycota

Theo thuật ngữ Latinh tên các taxon trong phân loại nấm là như sau: Ngành-mycota; Ngành phụ￾mycotina; Lớp- mycetes; Lớp phụ- mycetidae; Bộ-ales; Bộ phụ- ineae;Họ-aceae; Họ phụ- oideae.

Hiện nay tồn tại các hệ thống phân loại nấm không thống nhất với nhau, chủ yếu là các hệ thống

phân loại theo Ainsworth và cộng sự (1973), V.Arx (1981), Ainsworth & Bisby (1983), Kendrick

(1992), Ainsworth & Bisby (1995), Alexopoulos & Mins (1996).

Chúng tôi sử dụng hệ thống phân loại theo Giáo trình nấm học CBS. ( CBS Course of Mycology ),

lần xuất bản thứ 4, Baarn, Delft, 1998:

Ngành Lớp Lớp phụ hoặc nhóm

Labyrinthomorpha

Labyrinthulea

Thraustochytriacea

Pseudofungi Hyphochytriomycetes

Oomycetes

Chytridiomycota Chytridiomycetes

Zygomycota

Zygomycetes

Trichomycetes

Ascomycota

Archiascomycetes

Saccharomycetes

Ascomycetes discomycetes

Major licheneized orders

plectomycetes

pyrenomycetes

loculoascomycetes

powdery mildews

Laboulbeniomycetes

conidial ascomycetes

(Hyphomycetes,

Coelomycetes)

Basidiomycota

Urediniomycetes Platyglomycetidae

Urediniomycetidae

Ustilaginomycetes

Hymenomycetes

Tremellomycetidae

Dacrymycetidae

Auriculariomycetidae

Hymenomycetidae

Các loài nấm không tìm thấy (đúng ra là chưa tìm thấy) dạng sinh sản hữu tính được xếp

chung vào nhóm Nấm bất toàn – Fungi imperfecti. Theo hệ thống phân loại của Saccardo

(1880,1886) thì các nấm này được xếp thành một lớp- Lớp Deuteromycetes. Khi phát hiện thấy cơ

quan sinh sản hữu tính thì người ta đổi tên loài và xếp sang các lớp khác. Ví dụ nấm lúa von trước

kia được gọi là Fusarium moniliforme, nhưng sau khi tìm thấy cơ quan sinh sản hữu tính thì lại

chuyển thành loài Gibberella fujikuroi. Các nấm bất toàn hiện được xếp trong các nhóm conidial

Ascomycetes hay conidial Basidiomycetes.

Hiện nay người ta cho rằng trong tự nhiên có khoảng 1 triệu đến 1,5 triệu loài nấm nhưng

mới định tên được khoảng 10 000 chi và 70 000 loài, Trung Quốc đã điều tra được 40 000 loài.

Riêng các loài nấm thuộc Nấm bất toàn ở nước ta hiện mới chỉ phát hiện được 338 loài thuộc 306

chi khác nhau (Bùi Xuân Đồng, 2004). Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật (VTCC) thuộc Trung tâm

Công nghệ sinh học Đại học Quốc gia Hà Nội đang hợp tác với Viện NITE của Nhật Bản điều tra

nghiên cứu khu hệ vi nấm ở Việt Nam và có nhiều khả năng tìm thấy những loài mới trong khoa

học.

Vậy những loài nấm nào là Vi nấm (Microfungi)? Đó là tất cả các nấm không có mũ nấm

(quả thể, fruit-body) có thể thấy rõ bằng mắt thường. Người ta gọi những nấm có mũ nấm là các

nấm bậc cao. Tuy nhiên khi nuôi cấy sợi nấm của các nấm bậc cao để nghiên cứu hoặc để sản xuất

sinh khối thì chúng cũng được coi như vi nấm và là đối tượng nghiên cứu của ngành Vi sinh vật

( giống như các loài vi nấm khác). Để nghiên cứu vi nấm bắt buộc phải quan sát dưới kính hiển vi

và phải nuôi cấy trong các điều kiện vô khuẩn như đối với vi khuẩn.

Căn cứ vào hình thái người ta chia vi nấm thành hai nhóm khác nhau: nhóm Nấm men

( Yeast ) và nhóm Nấm sợi (Filamentous fungi). Chúng chỉ khác nhau về hình thái chứ không phải

là những taxon phân loại riêng biệt. Nhiều nấm men cũng có dạng sợi và rất khó phân biệt với nấm

sợi.

I- CẤU TẠO CHUNG CỦA SỢI NẤM

1. Hình thái và cấu tạo của sợi nấm

Sợi nấm (hypha) có dạng hình ống phân nhánh bên trong chứa chất nguyên sinh có thể lưu

động. Về chiều dài chúng có sự sinh trưởng vô hạn nhưng về đường kính thì thưopừng chỉ thay đổi

trong phạm vi 1-30µm (thông thường là 5-10 µm).

Đầu sợi nấm có hình viên trụ, phần đầu gọi là vùng kéo dài (extension zone). Lúc sợi nấm sinh

trưởng mạnh mẽ đây là vùng thành tế bào phát triển nhanh chóng, vùng này có thể dài đến 30 µm.

Dưới phần này thành tế bào dày lên và không sinh trưởng thêm được nữa. Màng nguyên sinh chất

thường bám sát vào thành tế bào. Trên màng nguyên sinh chất có một số phần có kế cấu gấo nếp

hay xoặ lại, người ta gọi là biên thể màng (plasmalemmasome) hay biên thể (lomasome). Nhiều khi

chúng có tác dụng tiết xuất các chất nào đó.

Thành tế bào (cell wall) của nấm có thành phần hóa học khác nhau. Đây là một tiêu chí quan

trọng khi định loại nấm. sau đây là các thành phần chính của thành tế bào ở một số nấm:

Chi nấm: 1 2 3 4 5 6

Thành phần thành tế bào:

Glucan 16 54 0 43 29 6

Cellulose - 36 0 0 0 0

Chitine 58 0 9 19 1 10

Chitosan - 10 33 - 0 -

Mannan - <1 2 2 31 <3

Protein 10 5 6 11 13 7

Lipid - 3 8 5 9 3

Chú thích: 1- Allomyces

2- Phytophthora

3- Mucor

4- Aspergillus

5- Saccharomyces

6- Schizophyllum

Thành phần chính trong thành tế bào của một số nhóm nấm là như sau:

Acrasiales Cellulose, Glycogen

Oomycetes Cellulose, Glucan

Hyphochytriomycetes Cellulose. Chitine

Zygomycetes Chitin, Chitosan

Chytridiomycetes, Ascomycota (dạng sợi), Basidiomycota (dạng sợi),

Fungi Imperfecti Chitine, Glucane

Riêng với Saccharomycetales và Cryptomycocolacales là Glucan, mannan

Với Rhodotorula và Sporobolomycetales là Chitine, mannan

Với màng nguyên sinh chất (protoplasmic membrane) thì thành phần ít thay đổi ở các loài nấm sợi,

có khác nhau với dạng nấm men. Sau đây là một số ví dụ:

Loài nấm 1 2 3 4 5

Thành phần màng NSC

Protein 52,0 38,5 46,5 45,5 25,5

Lipid 43,0 40,4 41,5 31,0 40,0

Polysaccharide 9,0 5,2 3,2 25,0 30,0

Acid nucleic 0,3 1,1 7,5 0,5 -

Chú thích: 1- Candida albicans (dạng nấm men)

2- Candida utilis

3- Saccharomyces cerevisiae

4- Candida albicans (dạng nấm sợi)

5- Fusarium culmorum

Nhân tế bào được bao bọc bởi màng nhân, trên màng nhân có nhiều lỗ thủng, trong nhân có

hạch nhân (nucleolus). Thường có nhiều nhân tập trung ở phần ngọn của sợi nấm. Trong các tế bào

phía sau ngọn thường chỉ có 1-2 nhân.

Nhân của nấm thường nhỏ, khó thấy rõ dưới kính hiển vi quang học. Nhiễm sắc thể trong

nhân thường không dễ nhuộm màu, số lượng tương đối nhỏ. Số lượng này là 6 ở các nấm

Magnaporthe grisea, Paecilomyces fumosoroseus, Trichoderma reesei; là 7 ở các nấm

Histoplasma capsulatum, Neurospora crassa, Phenaerchateae chrysosporium, Podospora

anserina, là 8 ở các nấm Aspergillus nidulans. Aspergillus niger,Acremonium chrysogenum,

Beauveria basiana, Lentinus edodes, là 10 ở nấm Penicillium janthinellum,là 11 ở nấm

Schizophyllum commune, là 12 ở nấm Curvularia lunata, là 13 ở nấm Agaricus bisporus, là 15 ở

nấm Cyanidioschyzon merolae, là 20 ở nấm Ustilago maydis….

Trong tế bào nấm còn có các cơ quan giống như trong tế bào các sinh vật có nhân thực

(Eukaryote) khác. Đó là ty thể (mitochondrion), mạng nội chất (endoplasmic reticulum), dịch bào

hay không bào (vacuolus), thể ribô (ribosome), bào nang (vesicle) , thể Golgi sinh bào nang (Golgi

body, Golgi apparatus, dictyosome), các giọt lipid (lipid droplet), các tinh thể (chrystal) và các vi

thể đường kính 0,5-1,5 nm (microbody), các thể Vôrônin đường kính 0,2µm (Woronin body), thể

Chitô đường kính 40-70nm(chitosome)… Ngoài ra trong tế bào chất còn có các vi quản rỗng ruột,

đường kính 25nm (microtubule), các vi sợi đường kính 5-8nm( microfilament), các thể màng biên

( plasmalemmasome)

Ribosome của nấm thuộc loại 80S ( S là đơn vị hệ số lắng Svedberg) có đường kính khoảng

20-25nm, gồm có 2 bán đơn vị ( subunit); bán đơn vị lớn (large subunit ) 60S (gồm 3 loại ARN￾25S; 5,8S và 5S cùng với 30-40 loại protein). Bán đơn vị nhỏ (small subunit) 40S (gồm loại ARN

18S và 21-24 loại protein)

Phần ngọn có thể tách với phần bên dưới bằng một không bào, lúc đầu nhỏ nhưng về sau kết

hợp lại với nhau để lớn dần, tạo nế áp lực dồn tế bào chất về phía đỉnh ngọn sợi nấm. Tại phần già

nhất của sợi nấm thường xảy ra hiện tượng tự tan (autolysis) hoặc bị tan rã dưới tác dụng của các

men phân cắt (lytic enzyme) do các vi sinh vật khác sinh ra. Cũng có những phần sợi nấm già phần

lipid tích tụ nhiều và kết hợp với thành tế bào tạo nên một màng dày, tạo thành những bào tử áo

(chlamydospore). Loại bào tử này có thể giúp sợi nấm tồn tại được qua những điều kiện môi trường

khắc nghiệt. Trường hợp này rất giống với các bào tử nội sinh (endospore).

Sợi nấm không ngừng phân nhánh và vì vậy khi một bào tử nẩy mầm trên một môi trường

đặc sẽ phát triển thành một hệ sợi nấm (mycelium, số nhiều- mycelia), sau 3-5 ngày có thể tạo thành

một đám nhìn thấy được gọi là khuẩn lạc (colony). Vào giai đoạn cuối của sự phát triển khuẩn lạc

sẽ xảy ra sự kết mangh (anastomosis) giữa các khuẩn ty với nhau, làm cho cả khuẩn lạc là một hệ

thống liên thông mật thiết với nhau, thuận tiện cho việc vận chuyển chất dinh dưỡng đến toàn bộ hệ

sợi nấm. Hiện tượng kết mạng thường gặp ở nấm bậc cao nhưng lại ít gặp ở các sợi nấm dinh

dưỡng của nấm bậc thấp. Hình thái, kích thước màu sắc, bề mặt của khuẩn lạc…có ý nghĩa nhất

định trong việc định tên nấm.

Phần lớn sợi nấm có dạng trong suốt, ở một số nấm sợi nấm mang sắc tố tạo nên màu tối hay

màu sặc sỡ. Sắc tố của mọt số nấm còn tiết ra ngoài moi trường và làm đổi màu khu vực có nấm

phát triển. Một số nấm còn tiết ra các chất hữu cơ tạo nên các tinh thể trên bề mặt khuẩn lạc. Vì bào

tử của nấm thường cũng có màu nên cả khuẩn lạc thường có màu

2-Vách ngăn ở sợi nấm:

Sợi nấm ở một số nấm có vách ngăn ngang (septa, cross wall), đó là các sợi nấm có vách

ngăn (septate hyphae). Cũng có nhiều nấm sợi nấm không có vách ngăn ngang- sợi nấm không vách

ngăn (aseptate hyphae). Các nấm bặc thấp thường có sợi nấm không vách ngăn, ngược lại các nấm

bậc cao thường mang sợi nấm có vách ngăn. Sợi nấm không vách ngăn mang nhiều nhân nhưng vẫn

có thể gọi là đơn bào. Ở các nấm không vách ngăn thì vách ngăn vẫn có thể hình thành khi sản sinh

thể sinh sản hay cơ quan sinh sản. tại các bộ phận bị thương tổno sựi nám cũng có thể hình thành

vách ngăn. Đó là loại vách ngăn liên, không có lỗ thủng, có tác dụng bảo vệ cơ thể.

Sợi nấm có vách ngăn là cơ thể đa bào. Mỗi tế bào có 1 nhân hoặc nhiều nhân. Tuy nhiên

sợi nấm vẫn không phải do nhiều tế bào hợp thành mà là do các vách ngăn tách sợi nấm ra thành

nhiều tế bào.

Vách ngăn ngang được hình thành từ thành tế bào. Lúc đầu là một gờ nhỏ hình khuyên sao

đó tiến dần vào trong và lấp kín lại. Tuy nhiên vách ngăn thươbf có 1 hay nhiều lỗ thửng. các lỗ có

kích thước bằng nhau hay có 1 lỗ lớn nhất ở giữa và nhiều lỗ nhỏ ở xung quanh. Vách ngăn điển

hình ở Nấm túi (Ascomycota) và Nấm bất toàn (Deuteromycetes) là loại có một lỗ ở chính giữa,

đường kính khoảng 0,05-0,5µm. Ở nấm Geotrichum candidum và nấm Fusarium vách ngăn thường

có nhiều lỗ nhỏ. Ở nấm Fusarium lỗ ở chính giữa vách ngăn lớn hơn so với các lỗ khác. Một số

Nấm đảm (Basidiomycota) có lỗ hình thùng trên vách ngăn ngang, bọc bên ngoài bởi một cấu trúc

màng gọi là màng lỗ thùng (perenthesome). Trong điều kiện khô hạn việc hình thành vách ngăn có

thể giúp sợi nấm đề kháng được tốt hơn đối với môi trường.

Ờ Nấm túi và Nấm bất toàn nhiều khi trong tế bào còn thấy có các thể Vôrônin (Woronin

body) và các tinh thể protein.

Cấu tạo của phần ngọn sợi nấm

Cấu trúc của sợi nấm

Sợi nấm có vách ngăn Sợi nấm không vách ngăn

Hệ sợi nấm

Sự phát triển của hệ sợi nấm