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  
 
iv  
v
vi  
vii  
1.1.4. Ảnh hưởng của môi trường khoáng lên sự hình thành và tăng trưởng của  
rễ thứ cấp sâm Ngọc Linh từ nuôi cấy rễ bất định in vitro.............................65  
viii  
ix  
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  
 
xii  
xiii  
DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ  
Trang  
 
xiv  
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  
chất hơn so với các loài khác cùng thuộc chi nhân sâm [7]. Ngoài 26 hợp chất  
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  
saponin khác thuộc nhóm glycoside [119]. Những saponin quý này có tác dụng bồi  
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,  
gan, thận và tiểu đường,... [119]. Loài sâm quý và có giá trị kinh tế cao này tuy  
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  
thực vật [9][116]. Khi cấy chuyền các rễ này sang môi trường có hàm lượng auxin  
cao, các rễ thứ cấp (RTC) hình thành, tuy nhiên, khả năng này còn phụ thuộc vào  
từng điều kiện nuôi cấy và thành phần môi trường [9][10][16][130].  
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  
nhanh sinh khối rễ [138]. Nuôi cấy rễ sâm Ngọc Linh in vitro, dù môi trường giàu  
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  
với trồng ngoài tự nhiên [130]. Kể từ khi các stress do sự thay đổi về ánh sáng,  
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  
hợp các hợp chất thứ cấp [134]. Từ đó, những elicitor đã được ứng dụng rộng rãi  
vào nuôi cấy để gia tăng hoạt chất saponin trong nuôi cấy nhiều loài nhân sâm [40].  
Ví dụ: như trong nuôi cấy RBĐ P. ginseng, chỉ với 0,2 mM methyl jasmonate  
(MeJA) đã gia tăng lượng ginsenoside lên gấp 4 lần [40].  
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  
nhất là trên nuôi cấy rễ chuyển gen [13][10]. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới  
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
pdf 187 trang yennguyen 21120 Free
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:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_nuoi_cay_re_thu_cap_sam_ngoc_linh_panax_v.pdf