Luận án Nghiên cứu nuôi cấy rễ thứ cấp sâm ngọc linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) và khảo sát ảnh hưởng của một số elicitor lên sự tích lũy saponin
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ NHẬT LINH
NGHIÊN CỨU NUÔI CẤY RỄ THỨ CẤP SÂM
NGỌC LINH (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) VÀ
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
ELICITOR LÊN SỰ TÍCH LŨY SAPONIN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH SINH LÝ HỌC THỰC VẬT
HUẾ - Năm 2017
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ NHẬT LINH
NGHIÊN CỨU NUÔI CẤY RỄ THỨ CẤP SÂM
NGỌC LINH (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) VÀ
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
ELICITOR LÊN SỰ TÍCH LŨY SAPONIN
Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật
Mã số: 62.42.01.12
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS. TS. Dương Tấn Nhựt
2. GS. TS. Nguyễn Hoàng Lộc
HUẾ - Năm 2017
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu nuôi cấy rễ thứ cấp sâm Ngọc Linh
(Panax vietnamensis Ha et Grushv.) và khảo sát ảnh hưởng của một số elicitor
lên sự tích lũy saponin” là công trình nghiên cứu của tôi được trợ giúp của các
cộng sự dưới hướng dẫn của GS.TS. Dương Tấn Nhựt và GS.TS. Nguyễn Hoàng
Lộc. Luận án được hỗ trợ kinh phí và điều kiện trang thiết bị từ các đề tài của phòng
Sinh học Phân tử và Chọn tạo giống cây trồng thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học
Tây Nguyên, cùng với sự hỗ trợ của Trung tâm Sâm và Dược liệu Thành phố Hồ
Chí Minh và Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế. Các số liệu trong luận án
này cũng là một phần kết quả của các đề tài đã và đang thực hiện tại Viện Nghiên
cứu Khoa học Tây Nguyên. Tôi xin cam đoan những kết quả và số liệu trong luận
án này hoàn toàn trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Tôi
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường về lời cam đoan này.
Đà Lạt, ngày 07 tháng 09 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Thị Nhật Linh
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong biển kiến thức bao la, tôi đã thực sự tìm được con thuyền lớn để theo
đuổi đam mê nghiên cứu khoa học. Với vai trò đầu tàu, Thầy, GS.TS. Dương Tấn Nhựt
đã chèo lái, hướng dẫn và giúp đỡ biết bao nhiêu thế hệ sinh viên tiến đến với ước mơ
và gặt hái thành công trong cuộc sống và trên con đường nghiên cứu khoa học phục vụ
cho sự phát triển của nước nhà. Cảm ơn Thầy luôn tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều
kinh nghiệm quý báu, cũng như không ngừng giúp đỡ để tôi hoàn thành được luận án
này.
Để hoàn thành luận án này, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy
GS.TS. Nguyễn Hoàng Lộc đã gợi ý và chỉ dẫn những hướng mới cho nghiên cứu,
cũng như đã luôn nhắc nhở để tôi hoàn thành tốt chương trình học và luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô Khoa Sinh học và phòng Đào
tạo Sau Đại học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế đã tạo điều kiện và giúp đỡ
tôi trong những năm học vừa qua.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo và các cô chú, anh chị tại Viện Nghiên
cứu Khoa học Tây Nguyên và Trung tâm Sâm và Dược liệu thành phố Hồ Chí Minh đã
cho tôi cơ hội thực hiện nghiên cứu tại đây. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn các anh, chị Phòng
Sinh học Phân tử và Chọn tạo Giống Cây trồng đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong thời
gian qua. Tôi xin cảm ơn anh Nam, anh Luận, anh Huy, chị Hiền, chị Phượng, Tùng và
Chiến đã tận tình giúp đỡ tôi như những người thân trong gia đình.
Thời gian gặp tuy ngắn ngủi nhưng các bạn sinh viên, học viên thực tập tại Viện
Nghiên cứu khoa học Tây Nguyên và Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế đã cho
tôi ấn tượng rất sâu sắc bởi lòng nhiệt tình với công việc của các bạn và đã tạo cho tôi
nhiều niềm phấn khởi để thực hiện tốt luận án. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn
trong thời gian qua.
Để có thể hoàn thành tốt luận án này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh Thức,
anh Hiếu, Kim Cương, Văn Cương và Tâm luôn sát cánh bên tôi và không ngừng hỗ
trợ và giúp đỡ tôi mặc cho những khó khăn và cách trở.
Dù có khó khăn hay thất bại và đôi lúc nản lòng, gia đình cũng luôn là điểm tựa
vững chắc giúp con vượt qua những khó khăn và thử thách trong cuộc đời. Con xin
cảm ơn Bố, Mẹ, những người Thầy đầu tiên, đã dìu dắt con vào đời, và cho dù khó
nhọc đến đâu nhưng vẫn luôn luôn tạo cho con những điều kiện tốt nhất để không thua
kém với bạn bè cùng trang lứa. Con xin cảm ơn cả nhà đã luôn luôn ủng hộ, động viên
và đỡ đần cho con!
Đà Lạt, ngày 09 tháng 07 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Thị Nhật Linh
iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................ iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................x
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................xi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển ...........................................................................4
1.2. Đặc điểm hình thái và sinh trưởng.......................................................................5
1.3. Đặc điểm phân bố.................................................................................................6
1.4. Đặc điểm đa dạng di truyền .................................................................................7
1.5. Tác dụng dược lý..................................................................................................7
2.3. Vai trò của saponin trong cây ............................................................................11
2.4. Con đường tổng hợp các triterpene saponin ......................................................11
3.1. Khái niệm về rễ bất định....................................................................................13
3.2. Khái niệm về rễ thứ cấp .....................................................................................13
3.3.1. Loại mẫu cấy ...................................................................................................14
3.3.2. Vị trí phát sinh.................................................................................................15
3.3.3. Vai trò điều hòa của auxin ..............................................................................17
3.3.4. Tương tác giữa auxin và cytokinin..................................................................19
3.3.5. Nhiệt độ ...........................................................................................................20
3.3.7. Giá thể nuôi cấy ..............................................................................................20
iv
3.3.8. Các hệ thống nuôi cấy.....................................................................................21
3.4.1. Một số nghiên cứu trên thế giới ......................................................................22
4.1. Khái niệm...........................................................................................................25
4.2. Phân loại.............................................................................................................25
4.3. Cơ chế tác động của các elicitor ........................................................................27
1.1. Cách xử lý và tác động của elicitor ...................................................................31
4.4.1. Nồng độ elicitor...............................................................................................31
4.4.2. Thời gian tiếp xúc với elicitor .........................................................................31
4.4.3. Thời kỳ nuôi cấy ..............................................................................................31
4.4.4. Thành phần dinh dưỡng ..................................................................................32
1.2. Một số elicitor phổ biến trong nuôi cấy nhân sâm ............................................32
4.5.2. Dịch chiết nấm men.........................................................................................33
1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................................................39
1.1. Nguồn mẫu.........................................................................................................39
1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .............................................................................39
1.3. Địa điểm và thời gian thực hiện luận án ............................................................40
v
vi
tăng sinh của mẫu cấy........................................................................................52
2.5. Môi trường nuôi cấy...........................................................................................52
2.6. Điều kiện nuôi cấy .............................................................................................52
3.1. Phương pháp định tính bằng sắc ký lớp mỏng...................................................52
viii
Linh nuôi cấy từ rễ bất định in vitro ...............................................................81
nuôi cấy từ rễ bất định in vitro........................................................................82
CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ....................................................................................101
ix
1.4. Ảnh hưởng của môi trường khoáng .................................................................105
1.6. Ảnh hưởng của ánh sáng..................................................................................107
1.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ...................................................................................108
1.8. Ảnh hưởng của pH ...........................................................................................109
1.9. Ảnh hưởng của giá thể nuôi cấy ......................................................................110
1.10. Ảnh hưởng của loại đường carbohydrate.......................................................110
1.11. Ảnh hưởng của thể tích môi trường nuôi cấy ................................................112
1.12. Ảnh hưởng của hệ thống nuôi cấy .................................................................113
nuôi cấy tạo rễ thứ cấp in vitro........................................................................115
2.1.1. Ảnh hưởng của chitosan................................................................................116
2.1.2. Ảnh hưởng của dịch chiết nấm men..............................................................118
2.1.3. Ảnh hưởng của abscisic acid ........................................................................120
2.1.4. Ảnh hưởng của salicylic acid........................................................................121
2.1.5. Ảnh hưởng của jasmonic acid.......................................................................122
2.2. Ảnh hưởng kết hợp giữa các elicitor................................................................125
của rễ thứ cấp sâm Ngọc Linh in vitro ............................................................127
KẾT LUẬN............................................................................................................129
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................130
BỐ...........................................................................................................................132
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................133
PHỤ LỤC...............................................................................................................148
x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
½MS
½SH
2,4-D
ABA
BA
: Môi trường MS với thành phần giảm ½ khoáng đa lượng
: Môi trường SH với thành phần giảm ½ khoáng đa lượng
: 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid
: Abscisic acid
: 6-benzyladenine
CĐHST : Chất điều hòa sinh trưởng thực vật
CHN
HEJ
HPLC
IAA
IBA
JA
: Chitosan
: 2-hydroxyethyl jasmonate
: High performance liquid chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng cao)
: Indole-3-acetic acid
: Indole-3-butyric acid
: Jasmonic acid
Kin
: Kinetin
KLK
KLT
: Khối lượng khô
: Khối lượng tươi
MAPK : Mitogen-activated protein kinase
MeJA
MR2
MS
: Methyl jasmonate acid
: Majonoside-R2
: Môi trường Murashige và Skoog – 1962
: Môi trường MS cải biên
MSCB
NAA
NPA
NS
: α-Naphtaleneacetic acid
: Naphthylphthalamic acid
: Năng suất tích lũy 3 saponin MR2, Rg1 và Rb1
Rb
: Ginsenoside-Rb
: Rễ bất định
1
1
1
RBĐ
Rg
: Ginsenoside-Rg
: Rễ thứ cấp
1
RTC
SA
: Salicylic acid
SE
: Standard error (sai số chuẩn)
: Môi trường Schenk và Hildebrandt - 1972
: Squalene synthase
SH
SS
TBTB
TDZ
TLC
YE
: Tế bào nền trụ bì
: Thidiazuron
: Thin layer chromatography (sắc ký lớp mỏng)
: Yeast extract (dịch chiết nấm men)
xi
DANH MỤC BẢNG
Trang
sâm Ngọc Linh in vitro ...........................................................................74
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Vietnamese ginseng, một cái tên quen thuộc được thế giới dùng để gọi tên một
loài sâm đặc hữu của Việt Nam, sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et
Grushv.). Kể từ khi được phát hiện năm 1973 tại núi Ngọc Linh thuộc huyện Đắc
Tô tỉnh Kon Tum, loài sâm này đã được nghiên cứu và cho thấy có chứa nhiều dược
saponin tương tự sâm Mỹ và sâm Triều Tiên, trong sâm Ngọc Linh còn phát hiện
được hơn 20 loại saponin khác như majonoside R1-2, vinaginsenoside R1-11 và các
bổ sức khỏe, tăng cường sinh lực, điều hòa huyết áp, chống oxy hóa, phong chóng
ung thư, chống lão hóa, kích thích hệ miễn dịch, điều trị các bệnh sốt rét, trầm cảm,
thuộc danh mục sách đỏ cần được bảo tồn, nhưng bị khai thác quá mức ngoài tự
nhiên. Hơn nữa, việc sử dụng các hợp chất từ sâm Ngọc Linh vào sản xuất dược
phẩm vẫn còn gặp rất nhiều khó khăn vì sâm Ngọc Linh khó nuôi trồng và nhân
rộng, để thu hoạch được phải cần ít nhất 6-7 năm.
Đến nay, nuôi cấy rễ được xem là một giải pháp thay thế đầy tiềm năng để thu
nhận hoạt chất thứ cấp từ loài sâm quý hiếm này, do khả năng sản xuất ổn định
được một lượng lớn sinh khối sạch trong thời gian ngắn. Phổ biến nhất là nuôi cấy
rễ bất định (RBĐ) phát sinh từ trục thân hay những mô và cơ quan khác nhau của
cao, các rễ thứ cấp (RTC) hình thành, tuy nhiên, khả năng này còn phụ thuộc vào
Trong nuôi cấy rễ sâm in vitro, việc gây kích kháng hay bổ sung các elicitor
giúp tăng đáng kể khả năng tích lũy các hợp chất thứ cấp trong quá trình nhân
dinh dưỡng giúp rễ phát triển nhanh, nhưng hàm lượng saponin phân tích được rất
thấp. Hơn nữa, quá trình tích lũy một số chất không diễn ra do thiếu một số yếu tố
kích kháng, dẫn đến hàm lượng saponin nội sinh thấp hơn so với rễ thu ngoài tự
2
nhiên, ví du như lượng saponin thu được ở nuôi cấy rễ P. ginseng chỉ bằng 1/3 so
nhiệt độ hay tác động từ các tác nhân gây hại cây trồng được phát hiện làm kích
thích tích lũy các hợp chất thứ cấp thông qua con đường truyền tín hiệu của các
elicitor. Từ đó, các elicitor này được nhận diện bởi các thụ thể nằm ở màng tế bào
và tạo ra các tín hiệu thứ cấp như jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), abscisic
acid (ABA),… lần lượt kích hoạt biểu hiện các gen phòng vệ, đồng thời sinh tổng
Ví dụ: như trong nuôi cấy RBĐ P. ginseng, chỉ với 0,2 mM methyl jasmonate
Với lợi ích to lớn của các elicitor trong việc tăng cường khả năng tích lũy các
hợp chất saponin trong nuôi cấy in vitro, việc nghiên cứu ảnh hưởng của elicitor
vào nuôi cấy RTC sâm Ngọc Linh là rất cần thiết. Tuy nhiên, các nghiên cứu sử
dụng các elicitor trên đối tượng sâm Ngọc Linh còn rất hạn chế, đặc biệt trên nuôi
cấy tạo RTC từ nguồn RBĐ in vitro là chưa có. Ứng dụng elicitor trên đối tượng
sâm Ngọc Linh chỉ được áp dụng trong nuôi cấy tạo mô sẹo bằng MeJA và gần đây
nghiên cứu chủ yếu 3 elicitor tín hiệu (ABA, MeJA và SA), chưa khảo sát được thời
gian xử lý elicitor thích hợp, cũng như tác động kết hợp giữa các elicitor, hay vai trò
điều hòa của các gen và các enzyme liên quan đến con đường sinh tổng hợp saponin.
Do vậy, kết quả kích kháng bằng elicitor trong nuôi cấy sâm Ngọc Linh vẫn chưa
thực sự hiệu quả. Chính vì thế, “ Nghiên cứu nuôi cấy rễ thứ cấp sâm Ngọc Linh
(Panax vietnamensis Ha et Grushv.) và khảo sát ảnh hưởng của một số elicitor
lên sự tích lũy saponin” đã được thực hiện nhằm tối ưu hóa các yếu tố quyết định
đến quá trình hình thành và tăng trưởng RTC trong nuôi cấy in vitro RBĐ sâm
Ngọc Linh. Từ đó, nguồn RTC tốt nhất để đánh giá tác động của các elicitor khác
nhau lên khả năng tăng cường hàm lượng các saponin.
3
Mục tiêu của luận án
Xác định được điều kiện nuôi cấy và môi trường thích hợp để RBĐ của sâm
Ngọc Linh phát triển và hình thành nhiều RTC, từ đó, có được nguồn sinh khối lớn
và ổn định để nhân nhanh sinh khối rễ sâm Ngọc Linh trong hệ thống nuôi cấy có
dung tích lớn như Bioreactor.
Xác đinh được các loại, nồng độ của các elicitor khác nhau lên quá trình sản
xuất ba saponin (MR2, Rg1 và Rb1) quan trọng có trong RTC sâm Ngọc Linh in
vitro thông qua 5 loại elicitor (SA, JA, ABA, CHN và YE) hiện có tại phòng thí
nghiệm. Sau đó, tiến hành kết hợp các elicitor có nguồn gốc khác nhau để nâng cao
hiệu quả sản xuất saponin, đồng thời tìm được thời điểm thích hợp để bổ sung các
elicitor này vào nuôi cấy RTC sâm Ngọc Linh từ RBĐ in vitro.
Công bố được nghiên cứu này trên những tạp chí khoa học để giúp nghiên cứu
được ứng dụng vào thực tiễn.
Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu này cung cấp các dẫn liệu khoa học mới có giá trị về các nghiên
cứu phát sinh hình thái rễ, nhân nhanh sinh khối và tăng cường tích lũy các hợp chất
saponin trong các nuôi cấy RTC từ RBĐ sâm Ngọc Linh và các loài cùng chi nhân
sâm hay các cây tương tự.
Thiết lập được những phương pháp nghiên cứu hình thái rễ in vitro, mô tê
bào học và phân tích định lượng và định tính hàm lượng saponin có trong mẫu cấy.
Đồng thời luận án cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho việc nghiên cứu và giảng
dạy về lĩnh vực chuyển hóa thứ cấp, sinh lý thực vật và nuôi cấy mô tế bào thực vật.
Ý nghĩa thực tiễn
Luận án thiết lập được môi trường nuôi cấy, điều kiện nuôi cấy và hệ thống
nuôi cấy tối ưu cho RBĐ sâm Ngọc Linh tăng sinh và tạo nhiều RTC trong thời
gian ngắn nhất. Đồng thời, nâng cao được chất lượng rễ thông qua việc sử dụng các
elicitor để tăng hàm lượng các saponin nội sinh (MR2, Rg1 và Rb1). Kết quả này có
thể ứng dụng vào sản xuất sâm Ngọc Linh trên quy mô lớn nhằm giải quyết vấn đề
khan hiếm nguồn nguyên liệu.
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu nuôi cấy rễ thứ cấp sâm ngọc linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) và khảo sát ảnh hưởng của một số elicitor lên sự tích lũy saponin", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
luan_an_nghien_cuu_nuoi_cay_re_thu_cap_sam_ngoc_linh_panax_v.pdf

