Luận án tiến sĩ: Chế phẩm AVG từ Streptomyces ức chế ethylene, trì hoãn chín quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN NGUYỆN NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM AMINOETHOXYVINYLGLYCINE TỪ Streptomyces spp. CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ SINH TỔNG HỢP ETHYLENE ĐỂ TRÌ HOÃN QUÁ TRÌNH CHÍN QUẢ GIAI ĐOẠN CẬN VÀ SAU THU HOẠCH LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN NGUYỆN NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM AMINOETHOXYVINYLGLYCINE TỪ Streptomyces spp. CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ SINH TỔNG HỢP ETHYLENE ĐỂ TRÌ HOÃN QUÁ TRÌNH CHÍN QUẢ GIAI ĐOẠN CẬN VÀ SAU THU HOẠCH Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số : 94 20 201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. Trịnh Khắc Quang 2.

Phạm Anh Tuấn HÀ NỘI – 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Văn Nguyện ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo tận tình của các thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp và các cơ quan. Đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Viện Nghiên cứu rau quả và các cơ quan hữu quan, các doanh nghiệp, các cá nhân và tập thể ở các địa phương đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận án tiến sĩ này.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Khắc Quang, PGS.TS Phạm Anh Tuấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn đến các anh/chị đồng nghiệp Bộ môn Nghiên cứu Công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Nghiên cứu công nghệ bảo quản nông sản thực phẩm, Bộ môn Cây ăn quả đã rất nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn đến Lãnh đạo và các cán bộ Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch, Viện Nghiên cứu rau quả, Ban thông tin và đào tạo VAAS đã luôn động viên, tạo điều kiện và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ là chủ tịch hội đồng, ủy viên phản biện, ủy viên hội đồng đã dành thời gian quý báu để đọc và tham gia hội đồng chấm luận án này.

Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn gia đình nội, ngoại, vợ, con tôi và bạn bè đã động viên, cổ vũ, khích lệ trong suốt quá trình thực hiện luận án. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH MỤC BẢNG.

x DANH MỤC HÌNH .xii MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Tình hình sản xuất và tiêu thụ quả tươi. Trên thế giới.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam (Citrus sinensis). Tình hình sản xuất và tiêu thụ chuối tiêu (Musa cavendish). Đặc điểm quá trình sinh trưởng, phát triển, lão hóa của quả trước và sau thu hoạch. Tác động của ethylene nội sinh đến quá trình sinh trưởng, phát triển và lão hóa của quả.

Các nghiên cứu ức chế hoạt động của ethylene nội sinh trước và sau thu hoạch12 1. Ức chế sinh tổng hợp. Ức chế enzyme ACO. Cạnh tranh cơ chất SAM.

Kìm hãm các thụ thể nhận biết ethylene. Loại bỏ ethylene. Bộ lọc sinh học. Hoạt chất AVG.

Cấu tạo phân tử AVG. Tính chất hóa lý của AVG. Cơ chế kìm hãm sinh tổng hợp ethylene của AVG. ACS và các tác nhân kìm hãm ACS.

Cơ chế ức chế ACS của AVG. Công nghệ sản xuất chế phẩm chứa hoạt chất AVG. Sản xuất AVG bằng xạ khuẩn Streptomyces spp. Đặc điểm của xạ khuẩn Streptomyces spp.

Lên men xạ khuẩn Streptomyces spp. để sản xuất AVG. Tách và tinh sạch AVG. Công nghệ tạo chế phẩm AVG.

Sản xuất AVG bằng tổng hợp hóa học. Kỹ thuật tạo các sản phẩm điều hòa sinh trưởng. Các công trình nghiên cứu ứng dụng hoạt chất AVG. Giai đoạn trước thu hoạch.

Trên thế giới. Giai đoạn sau thu hoạch. Trên thế giới. Những ý kiến rút ra từ tổng quan.

33 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Vật liệu nghiên cứu. Môi trường, hóa chất. Thiết bị, dụng cụ.

Phương pháp nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu chung. Phân tích hàm lượng AVG bằng HPLC. Xác định pH dịch lỏng.

Xác định sinh khối chủng xạ khuẩn trong dịch lên men. Xác định hàm lượng chất khô tổng số trong dịch lỏng. 37 Nhỏ 1 giọt mẫu dịch kiểm tra vào lăng kính của khúc xạ kế. Các phương pháp nghiên cứu theo nội dung.

Phân lập và tuyển chọn chủng Streptomyces sp. có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất AVG. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng và các điều kiện lên men đến sinh trưởng và sinh tổng hợp hoạt chất AVG của chủng Streptomyces sp. Nghiên cứu làm sạch, thu hồi và tạo chế phẩm AVG có khả năng ức chế sinh tổng hợp ethylene cho trì hoãn quá trình chín quả.

Nghiên cứu khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG. Các phương pháp xử lý số liệu. 53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Phân lập và tuyển chọn xạ khuẩn Streptomyces sp.

có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất AVG. Kết quả phân lập chủng xạ khuẩn có khả năng sinh tổng hợp AVG. Đặc điểm hình thái chủng S6. Định tên chủng S6.

Ảnh hưởng của các điều kiện lên men đến sinh trưởng và sinh tổng hợp hoạt chất AVG của chủng S6. Ảnh hưởng của nguồn carbon. Ảnh hưởng của nguồn nitơ. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng.

Ảnh hưởng của các nguyên tố đa lượng. Ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ảnh hưởng của độ oxy hòa tan (DO).

Ảnh hưởng của pH môi trường. Động học sinh trưởng và sinh tổng hợp AVG của chủng S6. Tối ưu hóa một số thông số kỹ thuật cho lên men sinh tổng hợp AVG bằng chủng S6. Làm sạch, thu hồi và tạo chế phẩm AVG.

Làm sạch dịch chứa AVG bằng li tâm. Tinh sạch dịch chứa AVG sau li tâm bằng trao đổi ion. Ảnh hưởng của thời gian lưu dịch chứa AVG và tốc độ dòng tháo đến hiệu quả hấp phụ AVG trên cột trao đổi ion. Ảnh hưởng của thời gian lưu và tốc độ dòng rửa giải đến hiệu quả thu hồi AVG từ cột trao đổi ion.

Ảnh hưởng của pH dịch cấp đến khả năng hấp phụ AVG của cột trao đổi ion. Ảnh hưởng của pH dịch rửa giải đến hiệu suất thu hồi AVG từ cột trao đổi ion. Mức độ tinh sạch AVG của dịch thu hồi sau trao đổi ion. Tăng cường tinh sạch AVG bằng nhiều cột trao đổi ion.

Cô đặc dịch sau tinh sạch bằng trao đổi ion. Thực nghiệm lên men, tinh sạch và cô đặc dịch chứa AVG ở quy mô lên men 100 lít/mẻ. Tạo chế phẩm AVG. Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào của không khí sấy đến hiệu suất thu hồi của chế phẩm AVG.

Ảnh hưởng nhiệt độ đầu ra của không khí sấy đến hiệu suất thu hồi của chế phẩm AVG. Ảnh hưởng của tốc độ bơm dịch nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi chế phẩm AVG. Chất lượng của chế phẩm AVG. Các chỉ tiêu vật lý của chế phẩm AVG.

Các chỉ tiêu sinh học của chế phẩm AVG. Khả năng ức chế sinh tổng hợp ethylene trên quả tươi của chế phẩm AVG trong điều kiện thí nghiệm. Quy trình tạo chế phẩm AVG. Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG.

Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG trong trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian thu hoạch cam (Citrus sinensis). Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu sinh hóa của cam. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu cảm quan của cam. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến sinh trưởng và phát triển của cây cam104 3.

Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG trong trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian thu hoạch và bảo quản chuối tiêu hồng (Musa cavendish). Khả năng trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian thu hoạch chuối. Khả năng trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian bảo quản chuối. 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 139 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACC : 1-aminocyclopropane-1-carboxylic axit ACO : 1-aminocyclopropane-1-Carboxylic axit oxidase ACS : Aminocyclopropane-1-cacboxylic axit synthase AOAC : Association of Official Analytical Chemists (Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống) AVG : Aminoethoxyvinylglycine CV : Coefficient of variation (hệ số biến động) DTT : DL-dithiothreitol ĐVTN : Động vật thí nghiệm EDTA : Ethylene diamine tetraacetic axit EIN : Ethylene insensitive (thụ thể chống nhạy cảm ethylene) ERS : Ethylene response sensor (thụ thể cảm biến phản ứng ethylene) ETR : Ethylene response (thụ thể phản ứng ethylene) GDP : Gross domestic product (tổng sản phẩm quốc nội) HEPES : 4-2-hydroxyetyl-1-piperazine etan sulfonic axit HPLC : High performance liquid chromatography LD50 : Lethal dose, 50% (liều gây chết 50% động vật thí nghiệm) LeETR : Ethylene receptor family from tomato (họ thụ thể ethylene cà chua) LSD : Least significant difference (khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa) MES : 2-(N-morpholino) etan sulfonic axit MOPS : 3-(N-morpholino) propan sulfonic axit OECD : Organisation for economic co-operation and development (Tổ chức hợp tác và phát triển Kinh tế) ppm : Parts per million (một phần triệu) sp. : Species (một loài, chủng thuộc chi) SPE : Solid-phase extraction (chiết pha rắn) ix spp. : Several species (một số loài thuộc chi) TAPS : 3-{[tri (hidroxymetyl) methyl] amino}propan sulfonic axit TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TSS : Total soluble solids (chất khô hòa tan tổng số) UV : Ultra violet (tia cực tím) VSTP : Vệ sinh thực phẩm x DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang bảng 3.1 Khả năng ức chế xạ khuẩn S.

cellulosae VTCC 41913 của dịch lên 54 men một số chủng có đặc điểm tương tự xạ khuẩn đã phân lập 3. Mô hình tối ưu 71 3.3 Kết quả thực nghiệm theo mô hình 72 3.