Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất, khảo sát khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng phân lập được

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHÂN LẬP VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS TỪ ĐẤT, KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨC CHẾ SẢN SINH AFLATOXIN CỦA CÁC CHỦNG PHÂN LẬP ĐƢỢC Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003 - 2007 Sinh viên thực hiện: PHẠM HOÀNG THÁI Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHÂN LẬP VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS TỪ ĐẤT, KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨC CHẾ SẢN SINH AFLATOXIN CỦA CÁC CHỦNG PHÂN LẬP ĐƢỢC Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. NGUYỄN NGỌC HẢI PHẠM HOÀNG THÁI Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003 - 2007 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 iii LỜI CẢM TẠ Mãi khắc ghi công ơn sinh thành, nuôi nấng, dạy dỗ của ba, má và những người thân trong gia đình đã cho con có được ngày hôm nay. Chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm bộ môn Công Nghệ Sinh Học cùng toàn thể quý thầy cô đã tận tình dạy bảo và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Chân thành biết ơn sâu sắc đến các quý thầy cô Ts. Nguyễn Ngọc Hải Ts. Lê Anh Phụng Cô Nguyễn Thị Kim Loan đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè đã động viên, chia sẽ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Qua thời gian thực hiện đề tài “Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất, khảo sát khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng phân lập đƣợc.” từ tháng 3/2007 đến tháng 8/2007 tại Phòng thực hành Vi Sinh khoa Chăn Nuôi-Thú Y, chúng tôi có những kết luận sau: - Có thể phân lập được vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất với tỷ lệ 8,16 %. - Đánh giá sơ bộ khả năng ức chế aflatoxin của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập được từ đất trên môi truờng thạch nước cốt dừa: sau 7 ngày nuôi cấy chung Bacillus subtilis và Aspergillus flavus trên môi trường thạch nước cốt dừa, quan sát bên ngoài và dưới ánh đèn tia cực tím (UV) cho thấy một số chủng có khả năng ức chế sinh trưởng và sản sinh aflatoxin của nấm mốc Aspergillus flavus. - Khảo sát khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập được từ đất: môi trường bắp sau 7 ngày nuôi cấy bào tử nấm mốc và bào tử vi khuẩn , ghi nhận một số chủng có khả năng làm giảm aflatoxin trên môi trường bắp so với mẫu đối chứng chỉ có bào tử Aspergillus flavus không có bào tử Bacillus subtilis. - Khảo sát tỷ lệ nuôi cấy giữa bào tử nấm mốc/bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis ảnh hưởng đến khả năng sản sinh aflatoxin trên môi trường bắp phối trộn tỷ lệ bào tử nấm mốc/bào tử vi khuẩn là 1/103, 1/104 và 1/105. Sau 7 ngày nuôi cấy cho thấy khi tỷ lệ bào tử vi khuẩn tăng lên thì tăng khả năng làm giảm aflatoxin. - Nguyên liệu bắp nhiễm aflatoxin có xử lý với vi khuẩn Bacillus subtilis gây chết vịt ít hơn nguyên liệu bắp nhiễm aflatoxin nhưng không xử lý với vi khuẩn. v SUMMARY The thesis: “ Isolation of Bacillus subtilis in soil and survey their ability in inhibition of aflatoxin production by Aspergillus flavus on maize.” The thesis Bacillus subtilis in inhibition of aflatoxin production by Aspergillus flavus on maize and in protection of duck frome aflatoxin infection was carried out in Microbiology and Infections Diseases Department of Freulty of Animal sciences and Veterinary, Nong Lam University, Ho Chi Minh cty frome 03/2007 to 08/2007. The results showed: - Bacillus subtilis could inhibite the aflatoxin production of Aspergillus flavus on maize in times. - Bacillus subtilis treatment could reduce the neortility rate, health affect of the ducks fed with 100 ppb aflatoxin containated maize. vi MỤC LỤC CHƢƠNG TRANG Trang bìa 1…………………………………………………………………........….......i Trang bìa 2………………………………………………………………........……......ii LỜI CẢM TẠ………………………………………………………….......……….....iii MỤC LỤC…………………………………………………………….……........….....iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………...........ix DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………….......…..x DANH MỤC CÁC HÌNH…………………………………………………….......…..xi DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ……………………………………………………..........xii TÓM TẮT LUẬN VĂN….…………………………………………….…….......….xiii 1. MỞ ĐẦU………………………………………………………………….…........…1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ….....………………………………………………...…..........……1 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI….........…………………………………………...........……2 1.3. YÊU CẦU ĐỀ TÀI………….........………………………………..…..........….…2 2. TỔNG QUAN…………………………..............………………………..….........…3 2.1. KHÁI QUÁT VỀ VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS…….......................…….3 2.1.1. Lịch sử phát hiện………………………………………………..........................3 2.1.2. Đặc điểm phân loại và sự phân bố của vi khuẩn Bacillus subtilis....................3 2.1.2.1. Đặc điểm phân loại……………………………............….……………......….3 2.1.2.2. Sự phân bố…………………………………………………..................……...4 2.1.3. Đặc điểm hình thái………………….…………………………….............…….4 2.1.4. Đặc điểm nuôi cấy………………………………………………........….....…...4 vii 2.1.5. Đặc điểm sinh hóa………………………………………......……......................5 2.1.6. Đặc điểm cấu trúc kháng nguyên………………………......…...…..................6 2.1.7. Bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis………………………….....……...................7 2.1.7.1. Cấu tạo của bào tử…………………………………………..........….......…..7 2.1.7.2. Đặc điểm và tác dụng của bào tử………………………..........…….......…...8 2.1.8. Tính chất đối kháng của Bacillus subtilis với vi sinh vật gây bệnh.................9 2.1.9. Những nghiên cứu về tác dụng đố kháng Aspergillus của Bacillus subtilis...11 2.2. KHÁI QUÁT VỀ NẤM MỐC SINH ĐỘC TỐ AFLATOXIN……...…..........12 2.2.1. Khái niệm về nấm mốc……………………………………….............…….....12 2.2.2. Các loài nấm mốc sinh độc tố aflatoxin…………….......................................12 2.2.3. Độc tố aflatoxin…………………………………..............................................13 2.2.3.1. Các loại độc tố aflatoxin……………………….............................................13 2.2.3.2. Cơ chế gây bệnh của aflatoxin…………………….......................................14 2.2.3.3. Những tác hại do aflatoxin gây ra…………………….................................14 2.2.3.4. Các phƣơng pháp phân hủy aflatoxin………………………...………........15 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH..................................................19 3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM................................................................................19 3.1.1. Thời gian ............................................................................................................19 3.1.2. Địa điểm..............................................................................................................19 3.2. ĐỐI TƢỢNG KHẢO SÁT...................................................................................19 3.3. THIẾT BỊ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ................................................................19 3.4. MÔI TRƢỜNG NUÔI CẤY................................................................................20 3.4.1. Môi trƣờng tự nhiên ..........................................................................................20 3.4.2. Môi trƣờng tổng hợp.........................................................................................20 viii 3.5. NỘI DUNG...........................................................................................................20 3.6. PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU...............................................20 3.6.1. Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất.......................................................20 3.6.1.1. Cách lấy mẫu đất để phân lập vi khuẩn........................................................20 3.6.1.2. Phƣơng pháp phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis .......................................21 3.6.2. Khảo sát đặc điểm sinh học của vi khuẩn phân lập đƣợc..............................21 3.6.2.1. Quan sát hình thái vi khuẩn dƣới kính hiển vi.............................................21 3.6.2.2. Khảo sát các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn phân lập đƣợc…………....22 3.6.3. Thí nghiệm 1: Kiểm tra khả năng sinh aflatoxin của chủng nấm mốc Aspergillus flavus và đánh giá sơ bộ khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập đƣợc........................................................................22 3.6.3.1. Kiểm tra khả năng sinh aflatoxin của chủng nấm mốcAspergillusflavus..22 3.6.3.2. Thí nghiệm đánh giá sơ bộ khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập đƣợc………………………………..…………..…23 3.6.4.Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng làm giảm aflatoxin sản sinh trên môi trƣờng bắp của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập đƣợc……..…........23 3.6.4.1. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử nấm mốc Aspergillus flavus………………………………………………………………...….. 23 3.6.4.1.1. Phƣơng pháp thu hoạch bào tử nấm mốc Aspergillus flavus...................23 3.6.4.1.2. Phƣơng pháp xác định số lƣợng bào tử nấm mốc Aspergillus flavus……………………………………………………………………..24 3.6.4.2. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis.............................................................................................................24 3.6.4.2.1. Phƣơng pháp thu hoạch huyễn dịch bào tử vi khuẩnBacillus subtilis…24 ix 3.6.4.2.2. Phƣơng pháp xác định số lƣợng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis..........25 3.6.4.3. Bố trí thí nghiệm..............................................................................................26 3.6.4.3.1. Xử lý nguyên liệu bắp ban đầu trƣớc khi tiến hành thí nghiệm……….26 3.6.4.3.2. Nuôi cấy chung bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis và bào tử nấm Aspergillus flavus trên môi trƣờng nguyên liệu bắp..................................................26 3.6.5. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ bào tử nấm mốc /bào tử vi khuẩn đối với sự sản sinh aflatoxin............................................................................27 3.6.5.1. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử nấm mốc Aspergillus flavus..........................................................................................................28 3.6.5.2. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis.............................................................................................................28 3.6.5.3. Bố trí thí nghiệm..............................................................................................28 3.6.6. Thí nghiệm 4: Thử mức độ an toàn của ngƣyên liệu bắp đã nhiễm aflatoxin sau khi xử lý bằng vi khuẩn Bacillus subtilis (có khả năng ức chế aflatoxin) trên vịt..........................................................................................................29 3.7. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU……………………………………….....30 3.8. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU....................................................................30 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………………………..31 4.1. KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA BACILLUS SUBTILIS………...31 4.1.1. Quan sát đặc điểm khuẩn lạc nghi ngờ là Bacillus subtilis……………..…..31 4.1.2. Đặc điểm hình thái của vi khuẩn nghi ngờ là Bacillus subtilis sau nhuộm Gram………………………………………………………………………….32 4.1.3. Khảo sát các đặc điểm sinh hóa của vi khuẩn nghi ngờ là Bacillussubtilis..32 x 4.2.THÍ NGHIỆM 1: KIỂM TRA KHẢ NĂNG SINH AFLATOXIN CỦA CHỦNG NẤM MỐC ASPERGILLUS FLAVUS VÀ ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ SẢN SINH AFLATOXIN CỦA CÁC CHỦNG BACILLUS SUBTILIS PHÂN LẬP ĐƢỢC...............................................................35 4.2.1. Kiểm tra khả năng sinh khả năng sinh aflatoxin của chủng nấm mốc Aspergillus flavus..........................................................................................................35 4.2.2. Thí nghiệm đánh giá sơ bộ khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập đƣợc……………………………………………..…..……35 4.3. THÍ NGHIỆM 2 : KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LÀM GIẢM AFLATOXIN SẢN SINH TRÊN MÔI TRƢỜNG BẮP CỦA CÁC CHỦNG BACILLUS SUBTILIS PHÂN LẬP ĐƢỢC……………………………………...……………....38 4.4. THÍ NGHIỆM 3: KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ BÀO TỬ NẤM MỐC/BÀO TỬ VI KHUẨN ĐỐI VỚI SỰ SẢN SINH AFLATOXIN…….40 4.5. THÍ NGHIỆM 4: THỬ MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA NGHUYÊN LIỆU BẮP ĐÃ NHIỄM AFLATOXIN SAU KHI XỬ LÝ BẰNG VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS (CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ AFLATOXIN) TRÊN VỊT NUÔI............43 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ…………………………………………...……….…..48 5.1. KẾT LUẬN……………………………………………………………..………..48 5.2. ĐỀ NGHỊ…………………………………………………………………...…….48 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...……49 xi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên chữ Nghĩa ADN Acid Deoxyribonucleic ARN Acid Ribonucleic CFU Colony Formation Unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc ppb part per billion Phần triệu (mg/kg) TLC Thin Layer Chromatography Phương pháp sắc ký lớp mỏng UV Ultra Violet Tia cực tím xii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Các phản ứng sinh hóa của Bacillus sutilis………………………............…. 6 Bảng 2.2. Sự khác nhau giữa bào tử và tế bào dinh dưỡng của Bacillus subtilis….........8 Bảng 2.3: Số lượng của Escherichia coli sau 0 giờ, 12 giờ, 24 giờ và 36 giờ nuôi cấy (CFU/ml)........................................................................................................................10 Bảng 2.4: Khả năng ức chế aflatoxin B1 của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis trong thí nghiệm của Norio Kimura………………………….................................…..12 Bảng 2.5: Một số loài nấm mốc có khả năng sản sinh aflatoxin……………............…13 Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm nghiệm 2............................................................................27 Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm 3………………………………………………………….28 Bảng 4.1: Kết quả thử phản ứng sinh hóa của các chủng phân lập được……………...33 Bảng 4.2: So sánh khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của 8 chủng Bacillus subtilis...38 Bảng 4.3: Kết quả phân tích hàm lượng aflatoxin của thí nghiệm 2…………………..39 Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm 3……………………………………...………………..41 Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm 4………………………………………...……………..43 Bảng 4.6: So sánh sự khác nhau về bệnh tích đại thể các mẫu gan vịt…………….....45 Bảng 4.7: Kết quả bệnh tích vi thể gan của vịt ở các lô thí nghiệm…………………...46 xiii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Hình thái vi khuẩn Bacillus subtilis……………………...…………...…..…….4 Hình 2.2: Bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis……………………..………………….………..7 Hình 3.1: Nuôi cấy bào tử vi khuẩn và bào tử nấm mốc trên môi trường bắp………...28 Hình 4.1: Khuẩn lạc nghi ngờ Bacillus subtilis trên môi trường TSA…………....…...31 Hình 4.2: Hình dạng tế bào và bào tử của Bacillus subtilis sau khi nhuộm Gram…….32 Hình 4.3: Kết quả các phản ứng sinh hóa xác định Bacillus subtilis……..…………...34 Hình 4.4: Khuẩn lạc Aspergillus flavus sau 5 ngày nuôi cấy trên môi trường thạch nước cốt dừa………………………………………………….…………....……35 Hình 4.5: Khuẩn lạc Aspergillus flavus tiếp xúc và chưa tiếp xúc với khuẩn lạc Bacillus subtilis trên môi trường thạch nước cốt dừa...............................................36 Hình 4.6: Sự ức chế phát triển của khuẩn lạc vi khuẩn đối với nấm mốc..…………....36 Hình 4.7: Vòng sáng aflatoxin không đều ở các phía của khuẩn lạc Aspergillus flavus...........................................................................................................37 Hình 4.8: So sánh các mẫu bắp………………………………….……………….…....42 Hình 4.9: Kết quả thí nghiệm lô 2 sau 4 ngày…………………….……………….......44 Hình 4.10: Sự khác nhau giữa 2 mẫu gan vịt………………………………….……....45 Hình 4.11: Bệnh tích vi thể các mẫu gan vịt ở các lô thí nghiệm……………….….....47 xiv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 3.1: Các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn Bacillus subtilis………………….….22 Sơ đồ 3.2: Phương pháp thu hoạch huyễn dịch bào tử Bacillus subtilis……………....25 Sơ đồ 3.3: Phương pháp xác định số lượng bào tử Bacillus subtilis………………………….26 Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mycotoxin hay độc tố nấm mốc là một trong những nhóm độc chất tự nhiên do các loài nấm mốc sản xuất ra trong quá trình phát triển trên các cơ chất, đặc biệt là lương thực, thực phẩm dành cho con người và gia súc. Người ta đã phát hiện khoảng 3000 loại mycotoxin nhưng độc tố quan trọng nhất cho đến hiện nay là aflatoxin do nấm mốc Aspergillus sản sinh. Aflatoxin không chỉ là độc tố gây nhiễm độc, gây rối loạn chức năng, gây suy giảm miễn dịch, thoái hóa gan thận mà còn gây chết gia súc, gia cầm trong trường hợp nhiễm độc hàm lượng lớn. Aflatoxin cũng được chứng minh là chất độc gây ung thư cho động vật thí nghiệm. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp của nước ta, nếu không được bảo quản tốt thì các loại nguyên liệu cũng như thức ăn gia súc thành phẩm rất dễ bị nhiễm các loại nấm mốc sinh aflatoxin. Một khi điều đó xảy ra sẽ gây tổn thất rất lớn cho nhà chăn nuôi, ngành chăn nuôi nước nhà và nguy hiểm hơn là ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe của người tiêu dùng sản phẩm chăn nuôi. Xuất phát từ tình hình thực tế đó, đã có nhiều nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước được tiến hành nhằm giải quyết vấn đề này: như dùng nhiệt độ, ánh sáng, chất oxy hóa để làm mất hiệu lực của aflatoxin, .... Một trong những xu hướng hiện nay là áp dụng phương pháp vi sinh vật học. Các loài nấm mốc (Rhizopus stolonifer, 2 Rhizopus arrhizus), vi khuẩn (Bacillus subtilis, Bacillus pulimus), nấm men (Saccharomyces cerevisiae), xạ khuẩn đã được thử nghiệm về khả năng làm giảm aflatoxin thu được kết quả cũng rất khả quan. Được sự phân công của Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM, sự cho phép của phòng vi sinh Khoa Chăn Nuôi-Thú Y và dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Ngọc Hải, chúng tôi tiến hành đề tài: “ Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất, khảo sát khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng phân lập đƣợc.” 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Phân lập, tìm ra chủng Bacillus subtilis có khả năng ức chế afltoxin để có thể ứng dụng trong bảo quản nguyên liệu, thức ăn gia súc thành phẩm. 1.3. YÊU CẦU ĐỀ TÀI - Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất. - Khảo sát khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của chủng vi khuẩn phân lập được. - Khảo sát khả năng ức chế aflatoxin theo tỷ lệ nuôi cấy giữa bào tử của nấm mốc và bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis. - Thử nghiệm độ an toàn của nguyên liệu bắp nhiễm aflatoxin sau khi đã được xử lý với vi khuẩn Bacillus subtilis thu được trên vịt nuôi. 3 Chƣơng 2 TỔNG QUAN 2.1. KHÁI QUÁT VỀ VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS 2.1.1. Lịch sử phát hiện Bacillus subtilis được phát hiện đầu tiên trong phân ngựa năm 1941 bởi tổ chức y học Nazi của Đức. Lúc đầu được sử dụng chủ yếu là để phòng bệnh lỵ cho các binh sĩ Đức chiến đấu ở Bắc Phi.Việc ứng dụng điều trị phải đợi tới những năm 1949 - 1957 khi Henrry, Albot và các cộng sự tách được các chủng thuần khiết của Bacillus subtilis. Từ đó “subtilis therapy “ có nghĩa là thuốc subtilin ra đời trị các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, chống tiêu chảy trong rối loạn tiêu hóa. Ngày nay, vi khuẩn này đã trở nên rất phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong y học, chăn nuôi, (trích dẫn bởi Lê Văn Hiệp, 2004). 2.1.2. Đặc điểm phân loại và sự phân bố của vi khuẩn Bacillus subtilis 2.1.2.1. Đặc điểm phân loại Theo đặc điểm phân loại của Bergey (1994), vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc: Bộ: Eubacterriales Họ: Bacillaceae Giống: Bacillus Loài: Bacillus subtilis 4 2.1.2.2. Đặc điểm phân bố Vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc nhóm vi sinh vật bắt buộc của đường ruột, chúng được phân bố hầu hết trong tự nhiên như: cỏ khô, bụi, đất, nước, Phần lớn chúng tồn tại trong đất, thông thường đất trồng trọt chứa khoảng 10 - 100 triệu CFU/g. Đất nghèo dinh dưỡng ở sa mạc, đất hoang thì Bacillus subtilis rất hiếm. Nước và bùn ở cửa sông cũng như nước biển có sự tồn tại của bào tử và tế bào sinh dưỡng vi khuẩn Bacillus subtilis. 2.1.3. Đặc điểm hình thái Hình 2.1: Hình thái vi khuẩn Bacillus subtilis ( Vi khuẩn Bacillus subtilis có dạng trực khuẩn nhỏ và ngắn, hai đầu tròn, bắt màu Gram dương, kích thước 0,5 - 0,8 µm x 1,5 - 3 µm, thường đứng đơn lẻ hoặc tạo thành chuỗi ngắn. Vi khuẩn có khả năng di động, có từ 8 - 12 chiên mao, sinh bào tử nhỏ hơn tế bào sinh dưỡng, kích thước 0,9 - 0,6 µm. Vị trí của bào tử trong tế bào sinh dưỡng không theo một nguyên tắc chặt chẽ nào, có thể lệch tâm hoặc gần tâm nhưng không chính tâm (trích dẫn bởi Nguyễn Lân Dũng,1983). 2.1.4. Đặc điểm nuôi cấy - Điều kiện nuôi cấy: hiếu khí, nhiệt độ tối ưu 370C. - Nhu cầu O2: Bacillus subtillis là vi khuẩn hiếu khí nhưng có khả năng phát triển trong môi trường thiếu oxy. 5 - Độ pH: Bacillus subtilis thích hợp nhất với pH = 7 - 7,4. - Trên môi trường thạch đĩa TSA: khuẩn lạc dạng tròn, rìa răng cưa không đều, có tâm sẩm màu, phát triển chậm, màu vàng sám, đường kính 3 – 5 mm. Sau 1 - 4 ngày bề mặt nhăn nheo, màu hơi sẩm. - Trên môi trường thạch nghiêng TSA: dễ mọc, tạo thành màu hơi xám, rìa gợn sóng. - Môi trường canh TSB: Bacillus subtilis phát triển làm đục môi trường, tạo màng nhăn trên bề mặt môi trường canh, lắng cặn kết lại như vẩn mây ở đáy, khó tan đều khi lắc lên. - Dinh dưỡng: cần các nguyên tố C, H, O, N và các nguyên tố khác. 2.1.5. Đặc điểm sinh hóa Lên men không sinh hơi các loại đường: glucose, maltose, manitol, saccharose, xylose, arabinose. Indol (-), nitrate (-), MR-VP (+), H2S (-), NH3 (+), catalase (+), amylase (+), casein (+), citrate (+), di động (+), hiếu khí (+). Dung huyết: một số dòng gây dung huyết trên thạch máu ngựa và thỏ do tác động của hemolysine. 6 Bảng 2.1. Các phản ứng sinh hóa của Bacillus sutilis Phản ứng sinh hóa Kết quả Hoạt tính catalase + Sinh indol - MR + VP + Sử dụng citrate + Khử nitrate + Tan chảy gelatin + Di động + Phân giải tinh bột + Arabinose + Xylose + Saccharose + Mannitol + Glucose + Lactose - Mantose + (Theo Holt, 1992) 2.1.6. Đặc điểm cấu trúc kháng nguyên Bacillus subtilis có kháng nguyên H và O, cấu trúc kháng nguyên dạng D và L của acid glutamic. Sản sinh kháng sinh subtilin và bacitracin có tác dụng ức chế vi khuẩn G+ và G- . Bệnh học: đa số chủng Bacillus subtilis không gây bệnh. 7 2.1.7. Bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis Bào tử vi khuẩn là một kết cấu do sự biến đổi của tế bào sinh dưỡng trong một giai đoạn nào đó của quá trình sinh trưởng của vi khuẩn. Mỗi tế bào chỉ tạo thành một bào tử (trích dẫn bởi Nguyễn Khắc Tuấn, 1996). Bào tử Hình 2.2: Bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis ( 2.1.7.1. Cấu tạo của bào tử Ngoài cùng của bào tử là một lớp màng, dưới lớp màng là vỏ. Vỏ bào tử có nhiều lớp. Đây là những lớp có tác dụng ngăn chặn sự thẩm thấu của nước và các chất hòa tan trong nước. Dưới lớp vỏ là lớp màng trong của bào tử và trong cùng là một khối tế bào chất đồng nhất. Trong các bào tử tự do không tồn tại sự trao đổi chất, vì vậy có thể giữ ở trạng thái tiềm sinh trong nhiều năm (Lê Đỗ Mai phương, 2004). Bào tử khác tế bào sinh dưỡng về cấu trúc, thành phần hóa học và tính chất sinh lý. 8 Bảng 2.2. Sự khác nhau giữa bào tử và tế bào dinh dƣỡng của Bacillus subtilis Đặc tính Tế bào sinh dƣỡng Bào tử Cấu trúc Tế bào G+, điển hình Vỏ bào tử dày, khó thấm nước Thành phần hóa học Canxi Thấp Cao Protein Thấp hơn Cao hơn Hoạt tính enzyme Cao Thấp Khả năng chịu nhiệt Yếu Cao Chịu bức xạ Kém Mạnh Hoạt tính các chất hóa học và acid Yếu Cao Khả năng bắt màu chất nhuộm Dễ nhuộm Phải dùng phương pháp đặc biệt (trích dẫn bởi Tô Minh Châu, 2000) 2.1.7.2. Đặc điểm và tác dụng của bào tử Bào tử vi khuẩn không phải là một bộ phận làm chức năng sinh sản mà chỉ là một thể biến đổi của tế bào nhằm bảo tồn, đổi mới và nâng cao sức sống của vi khuẩn. Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, có sự đề kháng cao với các nhân tố bất lợi của ngoại cảnh. Theo Nguyễn Xuân Thành và ctv (2005) thì sự tồn tại lâu dài của bào tử là do chúng có các đặc tính sau: - Nước trong bào tử phần lớn ở trạng thái liên kết, do đó không có khả năng làm biến tính protein khi tăng nhiệt độ. - Do trong bào tử có một lượng lớn ion Ca++ và acid dipicolinic. Protein trong bào tử kết hợp với dipicolinat canxi tạo thành một phức chất có tính ổn định cao đối với nhiệt độ. - Các enzyme và các họat chất sinh học khác trong bào tử đều tồn tại dưới dạng không hoạt động làm hạn chế sự trao đổi chất của bào tử với môi trường bên ngoài 9 - Sự có mặt của các acid amin chứa lưu huỳnh, đặt biệt là cysteine giúp bào tử đề kháng với tia cực tím . - Với cấu trúc có nhiều màng bao bọc và tính ít thẩm thấu của các lớp màng , làm cho các chất hóa học và các chất sát trùng khó có thể tác động đến bào tử . Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ nảy mầm và phát triển thành một tế bào mới có sức sống mạnh mẽ hơn (trích dẫn bởi Nguyễn Khắc Tuấn, 1996). 2.1.8. Tính chất đối kháng của Bacillus subtilis với vi sinh vật gây bệnh Mỗi loài vi sinh vật khác nhau sẽ thích hợp ở điều kiện môi trường khác nhau, sinh khuẩn lạc khác nhau. Thay đổi môi trường hoặc các yếu tố môi trường bất lợi tức là thay đổi điều kiện sống sẽ hạn chế hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Thực tế, khi môi trường nuôi cấy nấm bệnh có sự hiện diện của Bacillus subtilis với một số lượng lớn sẽ xảy ra sự cạnh tranh chất dinh dưỡng, cạnh tranh không gian giữa vi khuẩn và nấm. Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn (trong 24 giờ) sẽ sử dụng phần lớn các chất dinh dưỡng trong môi trường, đồng thời tạo ra một số loại kháng sinh nên sự sinh trưởng của nấm bị ức chế (Nguyễn Lân Dũng và Hoàng Đức Nhuận, 1976, trích dẫn Lý Kim Hữu, 2005). Phương thức diệt nấm và các tác nhân gây bệnh của vi khuẩn Bacillus subtilis như sau: - Đầu tiên vi khuẩn Bacillus subtilis tạo thành khối xung quanh tác nhân gây bệnh ngăn chặn không cho chúng bám vào vật chủ để gây bệnh. - Sau đó, Bacillus tiết ra hỗn hợp gồm nhiều lipopeptid (được gọi là serenade) để làm thủng vách tế bào và màng tế bào chất của tác nhân gây bệnh do đó ngăn chặn sự phát triển của chúng. Serenade có thể được bảo quản, sử dụng như một loại thuốc trừ sâu hóa học tổng hợp, đã được kiểm tra và chứng minh trong phòng thí nghiệm là không gây độc đối với cá hồi, ong mật, chim cút, sâu đất và nhiều loài khác. Serenade gồm 3 nhóm lipopeptid có tên là surfactin, agrastatin và iturin. Ba nhóm này kết hợp với nhau để làm tăng hoạt tính diệt các mầm bệnh kể cả vi sinh vật gây hại, nấm mốc và cả bào tử gây bệnh của chúng. 10 Surfactin là nhóm chất có hoạt tính sinh học, bản chất là lipopeptid. Bản thân surfactin không gây độc cho nấm nhưng khi kết hợp với iturin thì trở thành hợp chất diệt nấm. Surfactin có khả năng làm thủng vách tế bào của các tác nhân gây bệnh và bào tử của chúng, giúp cho agrastatin và iturin phát huy tác dụng. Agrastatin vừa mới được phát hiện, cũng có khả năng diệt nấm giống như surfactin và iturin. Iturin là nhóm chất chiếm vai trò quan trọng hất trong quá trình diệt nấm, bản chất là lipopeptide được chiết từ môi trường nuôi cấy vi khuẩn Bacillus subtilis. Inturin diệt nấm bằng cách tác dụng lên màng tế bào chất, làm tan màng, tạo thành những lỗ thủng trên đó để làm mất tính thẩm thấu chọn lọc của màng. Ngoài nấm gây bệnh ra thì Bacillus subtilis cũng đối kháng với vi khuẩn gây bệnh như Escherichia coli. Khi nuôi cấy chung trên môi trường TSB thì Bacillus subtilis có khả năng tổng hợp một số chất kháng sinh nên sẽ ức chế quá trình sinh trưởng và phát triển của Escherichia coli, điều đó được thể hiện trong bảng 2.3 qua số lượng Escherichia coli sau 0 giờ, 12 giờ, 24 giờ và 36 giờ nuôi cấy (trích dẫn bởi Nguyễn Huỳnh Nam, 2006). Bảng 2.3: Số lượng của Escherichia coli sau 0 giờ, 12 giờ, 24 giờ và 36 giờ nuôi cấy (CFU/ml) Thời gian (giờ) Mẫu 0 12 24 36 Mẫu thí nghiệm 1 4,45.1010 29,80.108 15,75.107 <106 2 4,45.10 10 19,95.10 8 9,55.10 7 <10 6 3 4,45.10 10 17,26.10 8 8,30.10 7 <10 6 4 4,45.10 10 19,95.10 8 13,67.10 7 <10 6 5 4,45.10 10 23,40.10 8 2,60.10 7 <10 6 Mẫu đối chứng 4,45.1010 22,15.1011 61,76.1011 23.1012 Ghi chú: - Mẫu thí nghiệm: môi trường TSB chứa Bacillus subtilis và Escherichia coli. - Mẫu đối chứng: môi trường TSB chứa Escherichia coli. 11 2.1.9. Những nghiên cứu về tác dụng đối kháng Aspergillus của Bacillus subtilis Trong nuớc Nguyễn Đình Đào năm 1993 đã tiến hành kiểm tra khả năng đối kháng của chủng Bacillus subtilis AO1 với Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus và kết quả là có sự ức chế nấm mốc Aspergillus (trích dẫn bởi Nguyễn Thị Ngọc Trân, 1995). Nguyễn Hữu Phúc và cộng sự năm 1993 đã sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis để ức chế sinh trưởng và sản xuất aflatoxin của Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus trên đậu phộng (trích dẫn bởi Lâm Thanh Thúy Trân, 1995). Nguyễn Thị Ngọc Trân năm 1995 đã tiến hành kiểm tra khả năng đối kháng của chủng Bacillus subtilis AO1 (do Trung tâm công nghệ sinh học thuộc liên hiệp sản xuất hóa chất cung cấp) với Aspergillus flavus trên môi trường thạch khoai tây-glucose và kết quả đạt được rất khả quan. Ngoài nƣớc Một số thí nghiệm về khả năng ức chế sinh tổng hợp aflatoxin của một số chủng vi khuẩn Bacillus subtilis đã được thực hiện với Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus. Norio Kimura (1990) đã sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis để ngăn chặn sự phát triển và sinh độc tố của chủng Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus trên đậu phộng và bắp. Các chủng Bacillus subtilis NK330 và NK-C-3 ức chế mạnh mẽ sự phát triển của nấm mốc và tống hợp aflatoxin. Khả năng ức chế aflatoxin B1 của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis trong thí nghiệm của Norio Kimura. 12 Bảng 2.4: Khả năng ức chế aflatoxin B1 của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis trong thí nghiệm của Norio Kimura Hàm lượng aflatoxin B1 (ppm) Thời gian (ngày) 3 5 7 9 Đối chứng: Aspergillus flavus 4,8 63,9 43,8 37,6 Aspergillus flavus + BSNK C3 0 0 0 0 Aspergillus flavus + BSIAM 1 45,8 51,7 32,2 Ghi chú: Thí nghiệm được tiến hành với 15 g bắp thanh trùng cấy 20 bào tử Aspergillus flavus và 200 tế bào Bacillus subtilis NK-C3 hoặc 200 tế bào Bacillus subtilis IAM ở 25 0C (trích dẫn bởi Nguyễn Thị Ngọc Trân, 1995). 2.2. KHÁI QUÁT VỀ NẤM MỐC SINH ĐỘC TỐ AFLATOXIN 2.2.1. Khái niệm về nấm mốc Nấm mốc là vi sinh vật (vi nấm) có cấu tạo gần giống với thực vật, sống ký sinh hay hoại sinh trên nhiều loại chất khác nhau, đặc biệt là các chất hữu cơ đơn giản nhất là hydratcacbon. Nấm mốc không chứa diệp lục tố, cấu tạo dạng sợi có vách ngăn hoặc không có vách ngăn. Những sợi nấm này phân nhánh, hình thành từng đám chằng chịt gọi là hệ sợi nấm. Có 2 loại sợi: ` - Sợi nấm dinh dưỡng: nằm trong lớp môi trường, làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng cho toàn bộ hệ nấm. - Sợi nấm khí sinh: thường nhô lên trên môi trường, giữ vai trò sinh sản (tạo bào tử) 2.2.2. Các loài nấm mốc sinh độc tố aflatoxin Aflatoxin là một nhóm độc tố chủ yếu do nấm mốc Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus sản sinh ra, được tìm thấy đầu tiên từ bánh dầu phộng nhập từ Brazil. Ngoài ra còn có một số nấm mốc khác có khả năng sinh aflatoxin. 13 Bảng 2.5: Một số loài nấm mốc có khả năng sản sinh aflatoxin Loài nấm mốc Aflatoxin Tác giả B1 B2 G1 G2 Aspergillus flavus + + Sargeant và ctv, 1961 Aspergillus parasiticus + + + + Coduer và ctv,1963 Aspergillus nomius + + + + Kurzman và ctv, 1987 Aspergillus oryzae + Basappa và ctv, 1967 Aspergillus niger + Kulik và Holaday, 1967 Aspergillus wentii + Kulik và Holaday, 1967 Aspergillus ruber + Kulik và Holaday, 1967 Aspergillus ostianus + + Scot và ctv, 1968 Aspergillus ochraceus + Van Walbeck và ctv,1968 Penicillium puberulum + + + + Kulik và Holaday, 1967 Penicillum variabile + Kulik và Holaday, 1967 Penicillium frequentans + Kulik và Holaday, 1967 Penicillium citrinum + Kulik và Holaday, 1967 Rhizopus sp. + Van Walbeck và ctv,1968 Các loài nấm có vai trò quan trọng trong trong sản sinh aflatoxin là Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus, các loài nấm khác: Penicillium spp và Rhizopus sp. thường ít có vai trò gây bệnh trong thực tế (Lê Anh Phụng, 2001). 2.2.3. Độc tố aflatoxin 2.2.3.1. Các loại độc tố aflatoxin Trong tự nhiên, có 4 loại aflatoxin được nấm mốc sinh ra, ký hiệu là AFB1, AFB2, AFG1, AFG2. B1 và B2: phát ra màu xanh nước biển dưới ánh sáng UV. G1 và G2: phát màu xanh lá cây dưới ánh sáng UV. Các loại aflatoxin khác là sản phẩm chuyển hóa từ 4 loại aflatoxin trên trong cơ thể động vật như aflatoxin M1, aflatoxin M2,…. 14 Giữa các loại trên thì aflatoxin B1 được sản sinh với số lượng nhiều nhất trong nông sản và cũng gây tác hại nhiều nhất, gây ra ngộ độc nhiều nhất. 2.2.3.2. Cơ chế gây bệnh của aflatoxin Aflatoxin có khả năng liên kết với ADN trong nhân tế bào. Sự liên kết này gây ức chế enzym polymerase của ARN. Nó gây tác dụng hạn chế trong tổng hợp ARN và ức chế polymerase t-ARN. Đây là nguyên nhân gây hạn chế sự tổng hợp protein trong tế bào. Người ta cũng đã chứng minh rằng vòng , -lacton không bão hòa có trong phân tử aflatoxin làm cho hợp chất này có hoạt tính gây ung thư và cũng chính vòng lacton này gây ức chế tổng hợp AND trong nhân tế bào, do đó nó làm rối loạn tăng trưởng bình thường của tế bào (M.F.Nexterin và V.I.A. Vixarinova, 1971, trích dẫn bởi Lê Anh Phụng, 2001). 2.2.3.3. Những tác hại do aflatoxin gây ra Theo Dương Thanh Liêm (2002), aflatoxin gây ra những tác hại rất lớn cho cơ thể con người và động vật. Những tác hại đó như sau: - Gây tổn thương tế bào gan: tất cả các trường hợp xác nhận sự ngộ độc aflatoxin đều có bệnh tích giống nhau là gan của động vật bị nhiễm đều hư hại nặng. Tùy theo mức độ nhiễm ít hay nhiều, lâu hay mau mà bệnh tích trên gan có khác nhau. Biểu hiện chung là: ban đầu gan biến thành màu vàng tươi, mật sưng. Sau đó gan sưng to lên, mật căng phồng và bắt đầu nổi mụt nhỏ trên bề mặt gan làm cho nó gồ ghề đôi khi có những nốt hoại tử màu trắng. Sau cùng do nhiễm khuẩn mà gan trở nên bở, dễ bể. - Thận cũng bị sưng to làm cho việc bài thải chất độc ra khỏi cơ thể trở nên khó khăn. Từ đó làm cho triệu chứng ngộ độc trở nên trầm trọng. - Bào mòn ống tiêu hóa nên làm giảm khả năng tiêu hóa các chất dinh dưỡng trong thức ăn. Đôi khi cũng thấy tổn thương ở miệng, làm cho thú khó lấy thức ăn. - Làm giảm khả năng đề kháng của động vật, ức chế hệ thống sinh kháng thể. Do đó khi nhiễm aflatoxin cơ thể rất mẫn cảm với các bệnh thông thường, có thể gây tử vong cho thú. - Làm thay đổi hoạt động sinh lý bình thường, gây rối loạn sinh sản. 15 - Làm giảm tính ngon miệng đối với thức ăn do sự phát triển của nấm mốc làm mất mùi thức ăn. - Làm hư hại các chất dinh dưỡng trong thức ăn như glucid, protein, acidamin, vitamin….Làm thức ăn bị giảm giá trị nghiêm trọng, mất mùi tự nhiên nên thú không thích ăn. Đặc biệt aflatoxin còn có khuynh hướng gây ung thư. Làm giảm thấp sự sinh trưởng, sức sản xuất của thú. Hậu quả cuối cùng là có thể gây chết cho thú. 2.2.3.4. Các phƣơng pháp phân hủy aflatoxin Phƣơng pháp vật lý học Cấu trúc mạch vòng của aflatoxin rất bền chắc. Nếu ta đem nguyên liệu nấu ở nhiệt độ thường (≤100oC) thì aflatoxin không bị phá hủy. Tuy nhiên ở nhiệt độ này thì có khả giết chết nấm sinh ra độc tố, từ đó giới hạn được mức độ nhiễm aflatoxin (theo Dương Thanh Liêm, Bùi Huy Như Phúc, Dương Duy Đồng, 2002). - Phân hủy aflatoxin bằng không khí nóng: dùng không khí nóng thổi qua nguyên liệu có chứa aflatoxin để làm giảm thiểu lượng aflatoxin đã được nhiều tác giả nghiên cứu (Lee, 1969; Waltking, 1971; Elkady, 1981; Frank, 1974; trích dẫn bởi Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003). Phương pháp này đã đem lại nhiều kết quả đáng kể. Nếu nhiệt độ thổi gió là 100 - 145oC ở ngô hạt thì lượng aflatoxin B1 có thể giảm từ 877 ppb còn 452 ppb, từ 378 ppb còn 213 ppb, từ 133 ppb còn 80 ppb và từ 80 ppb còn 25 ppb. Nếu tăng nhiệt độ thổi lên tới 165oC có thể làm cho lượng aflatoxin B1 giảm từ 66 - 67%. - Phân hủy aflatoxin bằng hấp ướt ở áp suất cao: phương pháp hấp ướt ở nhiệt độ cao dưới áp lực hơi nước đem lại kết quả khả quan hơn. Quá trình này phá hủy nhanh chóng vòng lacton trong cấu trúc phân tử của aflatoxin. Rehana (1979) (trích dẫn bởi Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003) nhận thấy nếu gạo nhiễm aflatoxin từ 40 - 4000 ppb được hấp ướt trong 5 phút ở 120oC (thêm nước vào gạo tỷ lệ là 1:4) có thể làm giảm hàm lượng aflatoxin đến 68%. Ở đậu phộng có độ ẩm 10%, chứa 7000 ppb aflatoxin B1 được hấp ước ở 120 oC trong 4 giờ giảm còn 370 ppb. Ở hàm lượng 16 aflatoxin thấp (760 ppb) được hấp ở 1,5 atm trong vòng một giờ đã phân hủy hoàn toàn aflatoxin. - Làm giảm aflatoxin bằng các chất hấp phụ hoặc kết dính độc tố: các chất hấp phụ thường là các chất vô cơ hoặc hữu cơ (tự nhiên hoặc nhân tạo) có hoạt tính bề mặt cao. Các chất có khả năng hấp phụ aflatoxin gồm: than hoạt tính, một số polymer hữu vô cơ có bản chất aluminosilicat như bentonite, HSCAS (Hydrated sodium calcium alumino-silicate), mốt số chất sét đặc biệt (kaolin, sepiolite, clinoptilolite, zeolite), một số polymer hữu cơ tự nhiên (alfalfa) hoặc nhân tạo (nhựa trao đổi ion, polyvinyl polypyrrolidone) (Charmley, 1994; trích dẫn bởi Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003). Những chất này không được hấp phụ qua ruột mà được bài thải ra ngoài. - Tách aflatoxin bằng dung môi hữu cơ: đây là phương pháp có thể áp dụng đối với thức ăn và nguyên liệu làm thức ăn căn nuôi. Một thí nghiệm sử dụng hỗn hợp methanol-nước để tách aflatoxin ra khỏi bắp ở tỷ lệ 5:1 đã cho kết quả rất khả quan. - Phân hủy aflatoxin bằng các tia bức xạ: aflatoxin rất mẫn cảm với tia cực tím. Ở bước sóng 365 nm, khả năng hấp phụ của aflatoxin đạt cực đại. Okonkwo (1978) nhận thấy, lượng aflatoxin ở bắp (150 ppb và 250 ppb) có thể giảm tới 30% và 16% trong 10 giờ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời (Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003. Như vậy ánh nắng mặt trời có tác dụng tốt để phá hủy aflatoxin, tuy nhiên nó không triệt để, vì ánh nắng chỉ có tác dụng bên ngoài của lớp thức ăn (Dương Thanh Liêm, Bùi Huy Như Phúc, Dương Duy Đồng, 2002). Phƣơng pháp hóa học - Phương pháp sử dụng các chất oxi hóa-khử: các chất oxy hóa-khử như natrihypochlorit (NaOCl), oxy già (H2O2) được sử dụng để làm mất độc tính của aflatoxin. Tuy nhiên sử dụng NaOCl để xử lý hạt nhiễm aflatoxin có thể làm mất màu sắc của hạt và biến chất các acid amin. Khí ozon (O3) cũng được thử nghiệm về khả năng phân hủy aflatoxin trong mẫu và đạt được hiệu quả tốt, song có bằng chứng là chất lượng các thành phần của thức ăn bị giảm đặc biệt là protein, vitamin. 17 - Phương pháp sử dụng các chất kiềm: hydroxit amon (NH4OH) và hyroxit natri (NaOH) là 2 chất kiềm được sử dụng làm vô hoạt afaltoxin. Các chất này đều có hoạt tính mạnh, có thể phá vỡ vòng lacton trong cấu trúc phân tử của aflatoxin. - Phương pháp sử dụng khí NH3: nhiều thí nghiệm đã chứng minh hiệu quả của việc dùng khí NH3 làm vô hoạt aflatoxin. Xử lý ngô bằng khí NH3 được đặc biệt quan tâm ứng dụng hơn cả. Người ta nhận thấy, nếu hàm lượng NH3 là 0,5 - 1,5% và nhiệt độ bên ngoài là 25oC, trong 14 ngày tiếp xúc, lượng aflatoxin từ 200ppb có thể giảm xuống còn 10 ppb (theo Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003). Phƣơng pháp sinh vật học Phương pháp vi sinh vật học dùng các loài nấm men, mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn không có độc tính để thử nghiệm về khả năng làm giảm aflatoxin. Rhizopus stolonifer phân hủy được aflatoxin G1. Rhizopus arrhizus có thể làm giảm tính gây độc của aflatoxin B1. Aspergillus parasiticus cũng có thể tác động lên aflatoxin qua hệ thống men của hệ sợi nấm. Tuy nhiên, tác dụng này còn phụ thuộc vào chủng loại nấm, nhiệt độ, độ pH và hàm lượng aflatoxin trong môi trường. Một số dạng nấm men Saccharomyces cerevisiae có tác dụng hạn chế ảnh hưởng xấu của aflatoxin trong thức ăn chăn nuôi, ngoài ra còn giúp tăng trọng và giảm bệnh đường tiêu hóa ở vật nuôi (theo Đậu Ngọc Hào và Lê Thị Ngọc Diệp, 2003). Một số chủng vi khuẩn Bacillus subtilis đã được thử nghiệm về khả năng ức chế sinh tổng hợp aflatoxin của nấm mốc Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus. Thí nghiệm được tiến hành với chủng Bacillus subtilis NK-330 và NK-C-3 trên ngô hạt và lạc hạt đã nhiễm aflatoxin từ Aspergillus flavus hay Aspergillus parasiticus. Kết quả cho thấy có sự ức chế rõ rệt khả năng tổng hợp aflatoxin của chủng nấm mốc này (chỉ còn 34 ppb với chủng Bacillus subtilis NK-C-3 trên ngô nhiễm Aspergillus flavus NRRL 3357 sau 5 ngày, so với đối chứng 720 ppb) (R.Mann và cộng sự, 1997; N.kimura, 1988; trích dẫn bởi Bùi Xuân Đồng, 2004). 18 Chƣơng 3 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM 3.1.1. Thời gian Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 3/2007 đến tháng 8/2007 3.1.2. Địa điểm Phòng thực hành vi sinh, khoa Chăn Nuôi –Thú Y trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM. 3.2. ĐỐI TƢỢNG KHẢO SÁT - Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis được phân lập từ đất. - Chủng nấm mốc Aspergillus flavus sinh aflatoxin do phòng thực hành vi sinh cấp. - Vịt nuôi. 3.3. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM - Thiết bị: kính hiển vi, tủ sấy, nồi hấp tiệt trùng (autoclave), cân điện tử, máy lắc (vortex), lò vi sóng, đèn cực tím,..... - Dụng cụ: ống nghiệm, đĩa petri, que cấy, đèn cồn, bình tam giác, bacher, micropipette, đũa khuấy thủy tinh, ống đong, nhiệt kế, que trang, buồng đếm Neubauer, giá để ống nghiệm,...Tất cả các dụng cụ thủy tinh dùng trong thí nghiệm phải dược sấy tiệt trùng ở 180oC/45 phút. Dụng cụ nhựa được hấp tiệt trùng bằng autoclave ở 121oC/15 phút. 19 3.4. MÔI TRƢỜNG NUÔI CẤY 3.4.1. Môi trƣờng tự nhiên - Môi trường thạch nước cốt dừa: dùng kiểm tra khả năng sinh aflatoxin của Aspergillus flavus. Nước cốt dừa đóng hộp được pha loãng với nước theo tỷ lệ 1:1. Sau đó thêm agar theo tỷ lệ thích hợp. Hấp tiệt trùng ở 121oC/20 phút. - Môi trường bắp: bắp hạt trước khi dùng phải được nghiền nhỏ như hạt tấm. Sau đó sấy tiệt trùng, xác định hàm lượng aflatoxin và đo hàm lượng ẩm. Điều chỉnh hàm lượng ẩm đến 30% bằng nước, cho vào chai nâu, mỗi chai 150 g bắp. Hấp tiệt trùng ở 121oC/20 phút trước khi tiến hành nuôi cấy. (Thành phần các môi trường được trình bày ở phần phụ lục) 3.4.2. Môi trƣờng tổng hợp - Môi trường phân lập, giữ giống và đếm số lượng vi khuuẩn: môi trường TSA (Trypticase Soya Agar). - Môi trường tăng sinh khối vi khuẩn: môi trường TSB (Trypticase Soya Broth). - Môi trường giữ giống nấm: môi trường thạch khoai tây. 3.5. NỘI DUNG - Phân lập chủng Bacillus sutilis từ đất. - Khảo sát khả năng ức chế aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập được. - Khảo sát tỷ lệ nuôi cấy thích hợp giữa bào tử nấm mốc sinh aflatoxin và bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis để vi khuẩn có thể ức chế sản sinh aflatoxin tốt nhất. - Thử độ an toàn của nguyên liệu bắp nhiễm aflatoxin sau khi xử lý với vi khuẩn Bacillus subtilis thu được trên vịt nuôi. 3.6. PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 3.6.1. Phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis từ đất 3.6.1.1. Cách lấy mẫu đất để phân lập vi khuẩn Dùng muỗng gạt bỏ lớp đất mặt khoảng 2 - 3 cm, lấy lớp dất ở dưới. 20 Cân 10 g mẫu đất cho vào bình tam giác có chứa 90 ml nước muối sinh lý vô trùng và lắc đều, được nồng độ pha loãng 10-1. 3.6.1.2. Phƣơng pháp phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis Chuẩn bị 4 ống nghiệm, mỗi ống chứa 9 ml nước muối sinh lý vô trùng, đánh số thứ tự từ 1 - 4. Dùng micropipette hút 1 ml dịch mẫu từ bình tam giác chứa mẫu đất phân lập có nồng pha loãng 10-1 cho vào ống nghiệm thứ 1 và lắc đều bằng máy vortex, được nồng độ pha loãng 10-2, cứ như vậy tiếp tục làm cho đến ống cuối cùng. Tiếp theo chọn các ống nghiệm có nồng độ pha loãng 10-3,10-4,10-5 đem đun cách thủy ở 700C/30 phút. Sau khi đun thì dùng micropipette hút 0,1 ml từ mỗi nồng độ pha loãng cho lên đĩa môi trường TSA và trang đều bằng que trang vô trùng, để đĩa TSA ở 370C/24 giờ trong tủ ấm. Sau đó quan sát các khuẩn lạc hình thành trên đĩa TSA, chọn ra những khuẩn lạc nghi ngờ là của Bacillus subtilis, dùng que cấy vòng bắt và cấy giữ giống lại trên môi trường ống thạch TSA nghiêng. 3.6.2. Khảo sát đặc điểm sinh học của vi khuẩn phân lập đƣợc 3.6.2.1. Quan sát hình thái vi khuẩn dƣới kính hiển vi Lấy một ít sinh khối vi khuẩn từ ống TSA làm tiêu bản nhuộm Gram để quan sát dưới kính hiển vi, độ phóng đại 1000 lần. Các chỉ tiêu quan sát: sự bắt màu, hình dạng, cách sắp xếp của tế bào vi khuẩn, có hay không có bào tử. Sau khi quan sát dưới kính hiển vi nếu thấy tiêu bản vi khuẩn nào phù hợp với những đặc điểm của vi khuẩn Bacillus subtilis thì tiếp tục thử phản ứng sinh hóa để khẳng định. 21 3.6.2.2. Khảo sát các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn phân lập đƣợc Chủng vi khuẩn thuần đã kiểm tra dưới kính hiển vi Hoạt tính catalase (+) Lecithinase (-) Nitrate (+) MR-VP (+) Citrate (+) Maltose (+) Vi khuẩn Bacillus subtilis Sơ đồ 3.1:Các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn Bacillus subtilis 3.6.3. Thí nghiệm 1: Kiểm tra khả năng sinh aflatoxin của chủng nấm mốc Aspergillus flavus và đánh giá sơ bộ khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập đƣợc 3.6.3.1. Kiểm tra khả năng sinh aflatoxin của chủng nấm mốc Aspergillus flavus Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm phải tiến hành kiểm tra định tính khả năng sinh độc tố aflatoxin của chủng nấm mốc Aspergillus flavus trên môi trƣờng thạch nƣớc cốt dừa. Cho vào đĩa petri khoảng 15 ml môi trường thạch nước cốt dừa và chờ đến khi thạch đông. Dùng que cấy móc lấy 1 ít sợi nấm mốc trong ống giống (môi trường thạch khoai tây), cấy 1 chấm vào giữa đĩa và giữ đĩa ở nhiệt độ phòng. Sau 5 ngày, theo dõi màu huỳnh quang của khuẩn lạc bằng cách đem đĩa đã cấy soi dưới ánh đèn tia cực tím (UV) có bước sóng 365 nm. Màu huỳnh quang xung quanh khuẩn lạc càng sáng thì khả năng sinh độc tố aflatoxin của nấm mốc Aspergillus flavus càng mạnh. 22 3.6.3.2. Thí nghiệm đánh giá sơ bộ khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng Bacillus subtilis phân lập đƣợc Dùng que cấy vòng lấy 1 ít vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập được được giữ trong ống môi trường TSA nghiêng vào đĩa môi trường thạch nước cốt dừa và ủ trong tủ ấm ở 370C trong 3 ngày. Mỗi đĩa từ 3 đến bốn chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập được. Sau 3 ngày, dùng que cấy móc lấy 1 ít sợi nấm mốc Aspergillus flavus trong ống giống (đã kiểm tra khả năng sinh độc tố aflatoxin trên môi trường thạch nước cốt dừa) cấy vào giữa đĩa môi trường thạch nước cốt dừa nước cốt dừa đã cấy vi khuẩn xung quanh và xem kết quả sau 7 ngày. Sau khoảng 7 ngày theo dõi màu huỳnh quang xung quanh khuẩn lạc Aspergillus flavus ở các phía có cấy vi khuẩn Bacillus subtilis và không có cấy vi khuẩn bằng cách đem đĩa soi dưới ánh đèn tia cựa tím (UV) có bước sóng 365 nm. Nếu màu huỳnh quang càng sáng ít ở phía ở phía cấy chủng vi khuẩn nào thì chủng Bacillus subtilis đó cho khả năng ức chế sản sinh aflatoxin càng mạnh. Sau thí nghiệm sơ bộ này, chọn những chủng vi khuẩn Bacillus subtilis cho khả năng ức chế sản sinh aflatoxin mạnh nhất để tiến hành thí nghiệm tiếp theo. Ghi chú: - Môi trường thạch nước cốt dừa dùng trong thí nghiệm trên không chứa kháng sinh. - Chỉ tiêu theo dõi: định tính khả năng ức chế sản sinh aflatoxin của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập được. 3.6.4.Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng làm giảm aflatoxin sản sinh trên môi trƣờng bắp của các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis phân lập đƣợc 3.6.4.1. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử nấm mốc Aspergillus flavus 3.6.4.1.1. Phƣơng pháp thu hoạch bào tử nấm mốc Aspergillus flavus Cấy chủng nấm mốc đã được kiểm tra khả năng sinh độc tố lên ống môi trường thạch nghiêng khoai tây, để ở nhiệt độ phòng 4 ngày. Sau đó cho khoảng 9 ml nước muối sinh lý vô trùng vào ống môi trường thạch nghiêng khoai tây đã cấy nấm mốc, 23 dùng que cấy móc khuấy nhẹ và hút lấy huyễn dịch bào tử bằng micropipette rồi cho vào một ống nghiệm vô trùng khác. Sau đó tiến hành đếm số lượng bào tử nấm mốc trong huyễn dịch thu được bằng phương pháp dùng buồng đếm Neubauer dưới kính hiển vi có độ phóng đại x 400 lần. 3.6.4.1.2. Phƣơng pháp xác định số lƣợng bào tử nấm mốc Aspergillus flavus Cố định buồng đếm Neubauer dưới kính hiển vi độ phóng đại x 400 lần, đặt lamell lên. Dùng micropipette hút 1 ít (khoảng 0,4 ml) huyễn dịch bào tử nấm mốc thu được nhỏ vào rãnh của buồng đếm. Để yên 1 - 2 phút để dịch đếm tự dàn đều khắp buồng đếm. Cộng số bào tử có được ở các ô vừa đếm và áp dụng công thức để xác định số lượng bào tử nấm mốc/ml (xem phụ lục). 3.6.4.2. Phƣơng pháp thu hoạch và xác định số lƣợng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis 3.6.4.2.1. Phƣơng pháp thu hoạch huyễn dịch bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis Dùng que cấy vòng lấy một ít sinh khối của vi khuẩn Bacillus subtilis từ ống giống cấy chuyền sang môi trường ống thạch nghiên TSA, để ống TSA ở 370C trong 24 h. Tiếp theo cũng dùng que cấy vòng lấy một ít sinh khối vi khuẩn từ ống TSA cấy sang môi trường ống TSB lỏng, để ống TSB ở 370C trong 24 h. Sau đó dùng micropipette hút 0,1ml canh khuẩn từ môi trường TSB cho lên môi trường đĩa TSA và trang đều bằng que trang vô trùng, để đĩa TSA ở 370C trong khoảng 7 ngày. Sau đó nhuộm Gram theo dõi số lượng bào tử được hình thành. Tiến hành thu hoạch bào tử vi khuẩn khi có hơn 50% tế bào Bacillus subtilis ở dạng bào tử