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 TRỌTApplied Microorganims In Crop Productrion

Mã học phần: BVVS533Số tín chỉ: 2

Lý thuyết: 21

Thảo luận, thực tập: 9

ỨNG 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 íchNhưng:

• 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

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

– Khi đó có khả năng hạn chế vi sinh vật khác– Ví dụ:

• P fluorescens, VITCUS, ngăn chặn bệnh cháy xám khi cạnh tranhvới P tolaasii

Cơ chế phòng trừ sinh học bệnh cây

• Trichoderma harzianum, BioTrek,

Cơ chế phòng trừ sinh học bệnh cây

Yêu cầu

3 Các sản phẩm ứng dụng cần thể hiện đẩy đủ cácđặc 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 vàkích 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 thuốchóa học Tuy nhiên một số chủng không kháng

• Các chủng sử dụng trong chế phẩm sinh học thươngmại được lựa chọn và thay đổi để kháng với một sốhóa chất nhất định

Phòng trừ bệnh cây bằng Trichoderma spp.

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 rathủy phân enzymes

(Ilan Chet, Hebrew University of Jerusalem).

Phòng trừ bệnh cây bằng Trichoderma spp.

• Một số sản phẩm thương mạiT-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 trêncôn 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 đượcnhân nuôi và thả ra ngoài đồng ruộng để phòng trừmột đối tượng côn trùng cụ thể gọi là tác nhân phòngtrừ sinh học

• Viruses: Virus là có kích thước bé (nm), ký sinh bắt buộc, không cókhả năng di động hay trao đổi chất, nó bao gồm lõi nucleic acid, cóhoặc 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 côntrùng hình thành nên polypeptides Hầu hết Lepidoptera bị nhiễm, một sốchủng gây bệnh cho muỗi và bộ cánh cứng Hiện nay chế phẩm Bt đượcsử dụng nhiều trên thế giới và nó cũng được xem là điểm khởi đầu chocây 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 ruộtvào máu của côn trùng Sau 14-21 ngày cơ thể sâu hại bị chết, mềm và cómàu 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 trongdựa vào enzyme và cơ học Khi vào máu nấm phát triển nhanh hình thànhsợi 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-divisionsOrdersFamiliesExampleMastigomycotinaOomycetesLagenidiaceae Lagenidium

ChytridiomycetesBlastocladiaceae Coelomomyces

ZygomycotinaEntomophthoralesEntomophthoraceae Entomophaga and many

other generaMucoralesMucoroceae Sporodiniella

AscomycotinaClavicipitalesClavicipitaceae Cordyceps

HypocrealesHypocreaceae Cordycepioideus

LaboulbenialesLaboulbenioceaeMany generaPleosporalesPodonectriaceae Podonectria

BasidiomycotinaSeptobasidialesSeptobasidiaceae Septobasidium

Deuteromycotina (No formal

Hyphomycetes VerticilliumAspergillusBeauveriaMetarhizium

Coelomycetes Sorosporella

Bộ: Entomophthorales

• Sinh sản: Nấm GBCT có chu kỳ phức tạp có thể có chu kỳ phát triểnhoàn 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 pháthiện 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 năm1879, 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 côntrùng.

• M anisopliae xâm nhập vào côn trung fthoong qua

lổ thở Nấm phát triển trong cơ thể côn trùng sửdụng các nguồn dinh dưỡng để phát triển Ngoài ranấm có thể sản sinh các hoạt chất gây độc cho côntrùng

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 đóđi vào máu, tuyến nước bọt của côn trùng

• Gây chết: thường sau 10 ngày

• Tồn tại: Sau khi chết, cơ thể sâu hại thành nangbao bọc virus và virus có thể tồn tại nhiều nămsau

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

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

• Các nhóm: Baculovirus, entomopox virus, picornavirus, cytoplasmic polyhedrosis virus

• Tác nhân phòng trừ sinh học: Cho đến nay nhómvirus chính được biết đến là baculoviruses (hìnhtiếp theo)

Figure 1

Generalized cycle of insect viruses Figure credit: Jim McNeil, Department of Entomology, Penn State University.

life-Virus cho đấu tranh sinh học sâu hại

COMMODITYINSECT PESTVIRUS USEDPRODUCT

Apple, pear, walnut (ócchó) and plum (mận)

Codling moth (sâu đục quả)Codling moth granulosis virus Cyd-X 3)

Cabbage, tomatoes, cotton, (and see pests in next column)

Cabbage moth, American bollworm, diamondback moth, potato tuber moth, and grape berry moth

Cabbage army worm nuclear polyhedrosis virus

Vegetable crops, greenhouse flowers

Beet armyworm (Spodoptera exigua)

Spodoptera exigua nuclear

polyhedrosis virus

Spod-X (3)

Vegetables Celery looper (Anagrapha falcifera)

(Sâu đo hại rau cần)

Anagrapha falcifera nuclear polyhedrosis virus

Forest Habitat, Lumber Douglas fir tussock moth (Orgyia psuedotsugata)

Orgyia psuedotsugata nuclear

• 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

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/

Động vật nguyên sinh: PROTOZOA

• Phân nhóm: Ciliophora, Sarcomastigophora, Apicomplexa, Microspora

• Sinh sản: Chủ yếu sinh sản vô tính

• Phạm vi ký chủ: Nhiều loại côn trùng, động vật, con người và đặc biệtcó thể ký sinh chuyên tính động vật chân đốt

• Gây chết: Tác dụng chậm nhưng hạn chế nhân quần thể • Xâm nhiễm: thường xâm nhập qua con đường thức ăn • Tồn tại: bào tử

• Nuôi cấy: trong cơ thể côn trùng sống

In phase contrast, especially light refracting cysts are characteristic diagnostic stages of this pathogen, isolated from Malpighian tubules

of Locusta migratoria, (phase contrast, magn

ca 870x)

Giemsa-stained smear of spores (S) and

sporoblasts (Sb) of Nosema locustae (bright

field, magn ca 1540 x).

Extruded polar filament of a spore of Nosema

locustae, (phase contrast, magn ca 970 x).

Electron micrograph showing the ultrastructure of a spore of Nosema locustae A anchoring disc,

PF polar filament, PP polaroplast, S sporoplasm, EN endospore, EX exospore, (magn ca 20,300

Electron micrograph showing the

ultrastructure of a spore of Nosema locustae

A anchoring disc, PF polar filament, PP

polaroplast, S sporoplasm, EN endospore, EX

exospore, (magn ca 20,300 x)