VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG TRỒNG TRỌT - Applied Microorganims In Crop Productrion

1. Những nội dung quan trọng - Nêu và phân tích cơ chế tác động của các vi sinh vật đến tác nhân gây bệnh hại cây trồng. Cho vi dụ minh họa. - Các nhóm vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng; cơ chế tác động; và cho ví dụ minh họa. - Phân loại phân bón vi sinh; Phân tích các ưu nhược điểm của phân bón vi sinh; Cho ví dụ minh họa - Hãy nêu quy trình phân lập, tuyển chọn và sử dụng một đối tượng vi sinh vật có ích trong trồng trọt. 3- Nội dung tiểu luận (hạn nộp cuối tháng), như sau. Vi sinh vật có ích cho cây lúa – Cường Vi sinh vật có ích cho cây ngô – Tờ Vi sinh vật có ích cho cây lạc – Thắng Vi sinh vật có ích cho cây rau – Thông Vi sinh vật có ích cho cây ăn quả - Vũ

VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG TRỒNG TRỌT Applied Microorganims In Crop Productrion

Mã học phần: BVVS533

Số tín chỉ: 2

Lý thuyết: 21 Thảo luận, thực tập: 9

4 Phát triển công nghệ vi sinh theo hướng

công nghiệp sinh học

Ứ NG DỤNG VSV TRONG PHÒNG

TRỪ BỆNH HẠI CÂY TRỒNG

L.N Cương

• Thuốc hóa học

– Ảnh hưởng đến hệ sinh thái, môi trường, con người,…

– Yêu cầu xử lý hàng năm

– Phổ tác động rộng nên ảnh hưởng đến cả VSV có ích

Nhưng:

• Tác nhân sinh học

– Không độc với con người

– Không ô nhiễm nước

– Có thể có hiệu lực kéo dài

– Tính chọn lạc cao nên chỉ ảnh hưởng đến ít loài sv có ích

Tại sao cần sử dụng vsv PTBC?

Cơ chế phòng trừ sinh học bệnh cây

• Kháng sinh – kìm hãm sự phát triển đối tượng khác

bằng kháng sinh

– Kháng sinh được sản sinh phổ biến bởi vi khuẩn và nấm trong đất

– Ví dụ: zwittermicin A sản sinh bởi B cereus chống lại

Phytophthora hại rễ cỏ linh lăng

– P chlororaphis sản sinh Phenazine hạn chế nấm S rolfsii

hại lạc

• Cạnh tranh dinh dưỡng– C, N, O2, Fe, và các dinh

• Trichoderma harzianum, BioTrek,

Cơ chế phòng trừ sinh học bệnh cây

Yêu cầu

3 Các sản phẩm ứng dụng cần thể hiện đẩy đủ các

đặc điểm phòng trừ bệnh cây

a Đảm bảo tác nhân sẽ phát triển tốt

Coiling of Trichoderma around a pathogen (Plant Biocontrol by Trichoderma spp Ilan Chet, Ada

Viterbo and Yariv Brotman)

• Cạnh tranh dinh dưỡng

• Được sử dụng như tác nhân phòng trừ sinh học và kích thích sinh trưởng cây trồng

http://www.ars.usda.gov/is/pr/2002/021231.trichoderma.jpg

• Sự thay đổi gen

– Chủng hoang dại/ kẻ thù tự nhiên

• Không đồng nhất kiểu gen do đột biến

• Hầu hết các chủng hoang dại kháng với một số thuốc hóa học Tuy nhiên một số chủng không kháng

• Các chủng sử dụng trong chế phẩm sinh học thương mại được lựa chọn và thay đổi để kháng với một số hóa chất nhất định

Phòng trừ bệnh cây bằng Trichoderma spp.

• Hoạt động đối kháng với nấm bệnh

1 Bao vây, tấn công sợi nấm

(Hubbard et al., 1983 Phytopathology 73:655-659).

Phòng trừ bệnh cây bằng Trichoderma spp.

• Tác động đối kháng với nấm bệnh

2 Xuyên vào thành tế báo do tạo ra

thủy phân enzymes

• Một số sản phẩm thương mại

T-22

• Bao hạt, xử lý cây con

• Giúp rễ hạn chế nấm Pythium, Rhizoctonia and Fusarium

• Sống vùng rễ cây, cung cấp dinh dưỡng cho cây

Phòng trừ bệnh cây bằng Trichoderma spp.

Ứng dụng vsv trong quản lý sâu hại (sử dụng các vsv gây bệnh côn trùng)

ĐỊNH NGHĨA

• Vi sinh vật gây bệnh côn trùng là các vsv ký sinh trên côn trùng làm cho côn trùng bị nhiễm bệnh và chết

– Các côn trùng bị vsv ký sinh gọi là ký chủ

– Các vsv gây bệnh côn trùng có thể nhiễm tự nhiên gọi là kẻthù tự nhiên

• Khi các tác nhân gây bệnh côn trùng nhập nội được nhân nuôi và thả ra ngoài đồng ruộng để phòng trừ một đối tượng côn trùng cụ thể gọi là tác nhân phòng trừ sinh học

CÁC NHÓM CHÍNH VSV GÂY BỆNH CT

• Vi khuẩn: Vi khuẩn là các vi sinh vật tiền nhân, không có nhân chuẩn,

có thành tế bào

• Nấm: Nấm là các vi sinh vật có nhân chuẩn, với thành tế bào đầy đủ

Cơ quản sinh trưởng có thể kết hợp lại thành dạng sợi, các sợi nấm đan kết thành tản nấm

• Viruses: Virus là có kích thước bé (nm), ký sinh bắt buộc, không có khả năng di động hay trao đổi chất, nó bao gồm lõi nucleic acid, có hoặc không có vỏ protein,

• Protozoa: Động vật nguyên sinh

• Nematodes: Tuyến trùng

VI KHUẨN

• Nhóm: Loại tạo bào tử và không tạo bào tử

• Sinh sản: vi khuẩn có thể phát triển trong cơ thể CT*

• Lây nhiễm: xâm nhập qua da hay miệng vào hệ thống tiêu hóa, của côn trùng

• Tồn tại: Một số tạo bào tử có khả năng tồn tài lâu dài

• Phổ ký chủ: Lepidoptera, Coleoptera và Diptera

• Nuôi cấy: VK dễ nuôi cấy, tuy nhiên cần điều kiện đặc biệt đểhình thành bào tử

• Tác nhân phòng trừ sinh học: Chủ yếu là Bacillus, một số loại

khác có thể gây hại trên các côn trùng đã suy nhược

Bacillus spp.

1 Bacillus thuringiensis: trong thời gian hình thành bào tử, vk sản sinh một

lượng lớn tinh thể proteinaceous Hợp chất này hòa tan trong cơ thể côn trùng hình thành nên polypeptides Hầu hết Lepidoptera bị nhiễm, một số chủng gây bệnh cho muỗi và bộ cánh cứng Hiện nay chế phẩm Bt được

sử dụng nhiều trên thế giới và nó cũng được xem là điểm khởi đầu cho

cây trồng biến đổi gen hiện nay

2 Bacillus popilliae: Loài này không tạo độc tố Bào tử nằm trong đất nhiễm

vào sâu non qua ruột, phát triển trong ruột, một số xuyên qua màng ruột vào máu của côn trùng Sau 14-21 ngày cơ thể sâu hại bị chết, mềm và có màu trắng, sau khi sâu chết, bào tử được giải phóng vào đất.

3 Bacillus sphaericus: Một số chủng có thể tạo độc tố gây chết ấu trùng mỗi;

một số chủng khác có thể diệt bằng các bào tử của nấm

Bacillus thuringiensis viewed by phase contrast

microscopy The vegetative cells contain

endospores (phase bright) and crystals of an

insecticidal protein toxin (delta endotoxin).

milky spore disease

Bacillus popilliae Dutky

• Các nhóm: Nấm gây bệnh côn trùng có thể thấy ở một số nhóm ví dụ như

Entomophaga grylli có vòng đời hoàn toàn, còn nấm Metarhizium and

Beauveria chỉ cỏ giai đoạn vô tính

• Sinh sản: Tạo bào tử vô tính hoặc hữu tính

• Lây nhiễm: Bào tử nấm nảy mầm trên bề mặt cutin và xâm nhập vào trong dựa vào enzyme và cơ học Khi vào máu nấm phát triển nhanh hình thành sợi nấm, các dạng hợp bào có thể phát triển nhanh chóng trong cơ thể

• Cơ chế gây chết: Do sự phát triển của tản nấm, do ngạt hoặc đói, hoặc do độc tố tạo ra trong pha lên men

• Tồn tại: Sợi nấm hoặc bào từ

NHÓM NẤM GÂY BỆNH CÔN TRÙNG CHÍNH

Sub-divisions Orders Families Example

Mastigomycotina Oomycetes Lagenidiaceae Lagenidium

Chytridiomycetes Blastocladiaceae Coelomomyces

Zygomycotina Entomophthorales Entomophthoraceae Entomophaga and many

other genera Mucorales Mucoroceae Sporodiniella

Ascomycotina Clavicipitales Clavicipitaceae Cordyceps

Hypocreales Hypocreaceae Cordycepioideus

Laboulbeniales Laboulbenioceae Many genera Pleosporales Podonectriaceae Podonectria

Basidiomycotina Septobasidiales Septobasidiaceae Septobasidium

Coelomycetes Sorosporella

Bộ: Entomophthorales

• Sinh sản: Nấm GBCT có chu kỳ phức tạp có thể có chu kỳ phát triển

hoàn toàn và không hoàn toàn

• Nuôi cấy: Một số nuôi cấy, tạo bảo tử, tuy nhiên một số không tạo bảo từ

• Entomophaga maimaiga Được sử dụng rộng rãi ở châu Á và Nhật bản

• Entomophaga praxibulli: được sử dụng ở mỹ trừ châu chấu

• Zoophthora radicans: được sử dụng để trừ rệp

• Entomophthora muscae: là kẻ thù tự nhiên của ruồi

• Neozygites floridana: được sử dụng trừ Mononychellus tanajoa trên sắn

ở Benin

Overwintering resting spores

(azygospores) of Entomophaga

maimaiga

Conidia of Zoophthora radicans

Sporangiophora and sporangium of Entomophthora

Neozygites sp.

Bộ: Deuteromycetes

• Sinh sản: Phần lớn không sinh sản hữu tính hoặc chưa phát

hiện giai đoạn hữu tính trong vòng đời của nấm

• Nuôi cấy: Dễ dàng nuôi cấy trên môi trường

• Metarhizium: M anisopliae, là hai loài phổ biến ở các nước

nhiệt đới

• Beauveria: B bassiana and B brogniarti được sản xuất nhiều ở

Trung Quốc, Châu Âu và châu Mỹ

• Verticillium lecanii: Được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học

trong nhà kính ở Châu âu

Loài: Metarhizium anisopliae

• Metarhizium anisopliae, còn có tên là

Entomophthora anisopliae, được sử dụng rộng rãi

trong trừ sâu hại Nấm M anisopliae lần đầu tiên

được sử dụng là tác nhân phòng trừ sinh học năm

1879, khi Elie Metchnikoff thí nghiệm trừ bọ cánh

cứng Anisoplia austriaca hại lúa mỳ Sau đó được

sử dụng trừ bọ cánh cứng hại cây cải đường

Cleonus punctiventris.

• M anisopliae được gọi là nấm xanh vì bào tử có

màu canh Nấm có thể gây hại khoảng 200 loài côn

trùng.

• M anisopliae xâm nhập vào côn trung fthoong qua

lổ thở Nấm phát triển trong cơ thể côn trùng sử

dụng các nguồn dinh dưỡng để phát triển Ngoài ra

nấm có thể sản sinh các hoạt chất gây độc cho côn

trùng

Nấm trắng: Beauveria bassiana

• Là loài nấm gây bệnh cho côn trùng, có màu trắng, nên người Việt Nam và Trung Quốc gọi là nấm bạch cương.

• Bạch cương có sợi nấm màu trắng, đa bào, phân nhánh Cơ quan sinh sản vô tính là cành bào tử

phân sinh, phân nhánh ziczac, hình cổ chai, trên

đỉnh nhánh gắn các bào tử phân sinh đơn bào, hình tròn hoặc hình trứng, kích thước đường kính 1,5 - 5

mm Nấm sinh độc tố Bôvêricin (Xyclo N methyl L phenylalanin - D a hydroxyl - isovaleryl) Bào tử

-phân sinh nảy màm xâm nhập qua lớp vở chitin vào bên trong cơ thể côn trùng.

• Loài nấm Beauveria bassiana gây bệnh cho côn

trùng nên được sử dụng làm chế phẩm sinh học để phòng trừ sâu hại như rầy nâu, sâu ròm thông

• Ở chỗ nấm xâm nhập hình thành một chấm đen nhỏ trên da côn trùng Sau đó đám sợi nấm phát triển trong cơ thể côn trùng làm cho côn trùng chêt khô cứng.

• Loài nấm này cũng gây bệnh cho tằm gọi là bệnh tằm vôi.

Nấm trắng: Beauveria bassiana

• Nấm Beauveria bassiana phát triển trên cơ thể tằm

và côn trùng khác thành sợi nấm mọc rất nhanh rồi

bao phủ kín bề mặt cơ thể loài sâu hại Sợi nấm

xốp, cuống bào tử trần đứng riêng rẽ hoặc tụ lại

thành đảm không phân nhánh hình ống hoặc bình

vôi, chiều dài không đều nhau Trên cuống có những

nhánh nhỏ mang bào tử trần.

• Nấm Beauveria bassiana sinh những bào tử trần,

đơn bào không màu, trong suốt không vách ngăn, có

hình cầu đến hình trứng Cuống tế bào sinh bào tử

trần hình ziczac, có mấu dạng răng nhỏ.

• Nấm Beauveria bassiana có chứa độc tố diệt côn

trùng là beauvericin, đó là loại dexipeptid vòng có

điểm sôi 93 - 94oC (từ 1 lít môi trường nuôi cấy nấm

Beauveria bassiana người ta tách được 1,5g độc tố

beauvericin) Bào tử nấm bạch cương bay trong

không khí dính vào côn trùng, gặp điều kiện thuận

lợi sẽ nảy mầm và mọc thành sợi nấm gây hại côn

trùng.

Nấm tím: Paecilomyces farinosus

Nấm: Verticillium lecanii

• Tái tổ hợp: Virus tái tổ hợp trong tế bào chủ

• Lây nhiễm: Virus lây nhiễm qua miệng sau đó vỏ

bị hòa tan ở thành ruột, lõi thành dạng virion

Dạng virion tài tổ hợp ở tế bào thành ruột, sau đó

đi vào máu, tuyến nước bọt của côn trùng

• Gây chết: thường sau 10 ngày

• Tồn tại: Sau khi chết, cơ thể sâu hại thành nang bao bọc virus và virus có thể tồn tại nhiều năm sau

• Phổ ký chủ: Có phổ ký chủ hẹp, tuy nhiên một số

có phổ ký chủ rộng

• Nuôi cấy: Virus chỉ có thể nuôi cấy trong cơ thể sâu hại hoặc mô tế bào

• Các nhóm: Baculovirus, entomopox virus,

picornavirus, cytoplasmic polyhedrosis virus

• Tác nhân phòng trừ sinh học: Cho đến nay nhóm virus chính được biết đến là baculoviruses (hình tiếp theo)

Figure 1

Generalized cycle of insect

life-viruses Figure credit: Jim McNeil, Department of Entomology, Penn State University.

Virus cho đấu tranh sinh học sâu hại

COMMODITY INSECT PEST VIRUS USED PRODUCT

Apple, pear, walnut (óc

Cabbage army worm nuclear polyhedrosis virus

Mamestrin* 5)

Cotton, corn, tomatoes Spodoptera littoralis Spodoptera littoralis nuclear

polyhedrosis virus

Spodopterin* (5)

Cotton and vegetables Tobacco budworm Helicoverpa zea,

and Cotton bollworm Heliothis virescens

Helicoverpa zea nuclear

polyhedrosis virus

Gemstar LC, Biotrol, Elcar (3)

Vegetables Celery looper (Anagrapha falcifera)

(Sâu đo hại rau cần)

Anagrapha falcifera nuclear polyhedrosis virus

Forest Habitat, Lumber Douglas fir tussock moth (Orgyia

• Description: Baculoviridae are the safest insect viruses to use as

pathogens, since no similar viruses are known to infect vertebrates or plants They have double-stranded DNA and are protected by a protein coat which improves their persistence

• Infection: Infection occurs after susceptible insect larvae eat food

contaminated with virus The virus then attacks the haemolymph, fatty tissue and mid gut The insect becomes paralysed

• Virulence: Highly virulent; the presence of very few particles can initiate infections and hosts die within 3-10 days

• Susceptibility: The gut of the host insect must be alkaline so that the

occlusion body can dissolve

• Locusts: No baculovirus has been recorded from locusts with the

exception of an unconfirmed report of cross infection from a Spodoptera

sp (Lepidoptera) host

• Groups: Three groups of baculoviruses are described below: the nuclear polyhedrosis viruses, granulosis viruses and group C baculoviruses

Rod-shaped virions are enveloped in the

cell nucleus and occluded by a protein

matrix

The occlusion bodies are highly resistant and can survive long periods in the environment

Baculoviruses:

Nuclear polyhedrosis viruses (NPV)

• Description: About 280 species known Rounded cubic or hexagonal

polyhedra 0.5-1.5 microns (µm) in size Singly or multiply envelopped (see Figure 1)

• Infection: Infection occurs in the adipose* tissue of the hypodermis, in the tracheae and the middle intestine

• Host: Approximately 120 species of Lepidoptera and Hymenoptera

(particularly saw-flies) Each virus is highly specific to its host

• Survival: Nuclear polyhedrosis viruses form particles inside a crystalline

protein structure (occlusion body*) This allows the virus to survive outside the host for years out of sunlight

• Biocontrol agents: The following NPVs have all been produced on a

commercial or semi-commercial scale: Autographa californica NPV,

Lymantria dispar NPV, Malacasoma disstria NPV, Mamestra brassicae NPV, Neodiprion sertifer NPV, Spodoptera NPV and Heliothis NPV

Baculoviruses:

Granulosis viruses (GV)

• Description: There are about 65 species of granulosis virus, with oval or ovoid granules

• Infection: Granulosis viruses attack the adipose* tissue

• Host: Lepidoptera larvae

• Survival: Granulosis viruses form particles inside a crystalline protein structure (occlusion body*) This allows the virus to

survive outside the host Can survive for years out of sunlight

• Biocontrol agents: Include Cydia pomonella GV (codling moth),

Phthorimaea operculella GV (potato tuber moth)

Baculoviruses:

Group C Baculoviruses

• NB This group of viruses is currently unclassified

• Description: Double stranded DNA Viruses with non-included virions Only visible using an electron microscope 22-30 nm in size These viruses are unusual since they have no protective protein coat to help them to survive

• Infection: These viruses attack the haemolymph*, fat body, mid-gut Insects become paralysed

• Host: These viruses are restricted to Arthropoda Larvae and adults of

Coleoptera, Hymenoptera and mites

• Biocontrol agents: Baculovirus oryctes:

• Used for the control of rhinoceros beetles, Oryctes spp This virus is excreted

from the living diseased insect as virions* These are passed on to other

adults during mating Some spread occurs from contamination of adult

breeding and larval feeding sites, but the virus does not survive long in the environment

Entomopox viruses

• Description: Entomopox viruses have inclusion bodies (i.e they are occluded* viruses) which are important for identification Spherical or ovoid particles 5-20 µm in size

• Infection: These viruses must be ingested by the host They then

attack the fat body

• Virulence: They kill hosts more slowly than baculoviruses

• Host: Lepidoptera larvae, Diptera, Coleoptera, Orthoptera

• Survival: Little is known

• Locusts: Entomopox viruses have been recorded from locusts and grasshoppers

• Further information:

• http://life.anu.edu.au/viruses/welcome.htm

• http://www.virology.net/