2.1. Đặc điểm dịch bệnh học
Tương tự như đối với bệnh đạo ôn, bệnh mốc sương cà chua khoai tây là một bệnh đa chu kỳ điển hình. Nhiệt độ và ẩm độ là 2 yếu tố môi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của bệnh. Bọc bào tử (sporangium), dưới đây gọi là bào tử, hình thành ở mặt dưới của lá bệnh, thân bệnh…khi độ ẩm tương đối <90%. Phạm vi nhiệt độ cho nấm sinh bào tử là từ 3-26OC, tối thích ở 18-22OC. Bào tử nảy mầm trực tiếp thành ống mầm ở 21-26O
C. Nhiệt độ <18OC, bào tử nảy mầm gián tiếp tạo 6-8 bào tử động (zoospores). Bào tử động yêu cầu có nước để di chuyển nhờ lông roi.
Các bào tử động đều có khả năng xâm nhiễm. Điều này giả thích tại sao bệnh trở nên nặng hơn trong điều kiện trời lạnh, ẩm ướt. Điều kiên đêm lạnh, ngày ấm và trời ẩm ướt kéo dài có thể dẫn tới các vụ dịch mốc sương trong đó toàn bộ cánh đồng có thể bị hủy diệt trong vòng 1-2 tuần.
2.2. Mô hình dự báo LATEBLIGHT
Dưới đây trình bày một mô hình dự báo bệnh mốc sương có tên là LATEBLIGHT. Mô hình này do các nhà bệnh cây (Đại học Cornell – Mỹ) xây dựng và chỉ có thể sử dụng trực tuyến:
http://www.apsnet.org/education/advancedplantpath/topics/late_blight/.
Mô hình hoạt động trên cơ sở hàng ngày có nghĩa các thông tin đầu ra của mô hình được tính hàng ngày.
Các biến trạng thái của mô hình trình bày các giai đoạn hình thái chính trong qua trình phát triển của nấm bao gồm:
Bào tử (thực chất là bọc bào tử, Sporangia) Bào tử động (Zoospores).
Bào tử nảy mầm (germinated sporangia) Bào tử động nảy mầm (germinated zoospores) Vết bệnh ẩn (Latent lesions).
Vết bệnh phát triển và sinh bào tử (Sporulating, expanding lesions).
Vết bệnh không phát triển nhưng sinh bào tử (Sporulating, inactive lesions (not expanding)).
Vết bệnh chết hoại và không sinh bào tử (Inactive lesions (nonsporulating, necrotic tissue))
Bào tử sẵn sàng phát tán (Sporangia available for dispersal) Bào tử phát tán (Dispersed sporangia).
Các hàm của mô hình mô tả các giai đoạn phát triển của tác nhân gây bệnh là: Sự nảy mầm gián tiếp (Indirect germination).
Sự nảy mầm trực tếp (Direct germination). Sự nhiễm bệnh (Infection).
Sự phát triển vết bệnh (Lesion expansion). Sự sinh bào tử (Sporulation).
Sự ngừng phát triển vết bệnh (Lesion inactivation =cessation of expansion). Sự chết hoại vết bệnh (Necrosis (cessation of sporulation).
Sự phát tán bào tử (Dispersal of sporangia). Sự tiếp xúc của bào tử (Catch of sporangia)
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển bệnh được mô phỏng độc lập bằng các phương trình toán cho 6 giai đoạn phát triển của nấm như trình bày ở bảng dưới đây.
Bảng . Các hàm nhiêt độ mô tả tốc độ các giai đoạn phát triển của nấm
Hiệu quả nhiệt độ Phương trình T0
Min T0 Max Nảy mầm trực tiếp (Y1) Y1 = 2.1 - 0.48 X1 + 0.031 X12 - 0.00045 X13 - 4.5x10-6 X14 14 29
Nảy mầm gián tiếp (Y2)
Y2 = 0.0134 + 0.0698 X1 + 0.0185 X12 - 0.00223 X13 + 7.48x10-5 X14 - 7.68x10-7 X15
0 24
Nảy mầm của bào tử (Y3) Y3 = 0.00494 + 0.364 X1 - 0.05813 X12 + 0.00452 X13 - 1.617 10-4 X14 + 2.068x10-6 X15 0 28 Nhiễm bệnh (Y4) Y4 = 0.4846 + 0.3735 X2 - 0.03556 X22 + 0.001509 X23 - 2.405x10-5 X24 1.5 30 Sinh bào tử (Y5) Y5 = - 0.3882 + 0.2482 X2 - 0.03817 X22 + 0.00252 X23 - 5.32x10-5 X24 Phát triển vết bệnh (Y6) Y6 = (8.4 10-4 + 0.1261 X3 - 0.03079 X32 + 0.00308 X33 - 1.152x10-4 X34 + 1.414x10-6 X35)2 0 33 X1: Nhiệt độ ướt lá = (X2 + X3)/2
X2: Nhiệt độ trung bình trong thời gian có RH > 90%
X3: Nhiệt độ trung bình ngày
Một số ví dụ về thiết lập quan hệ giữa các giai đoạn phát triển của nấm và các yếu tố liên quan trong xây dựng mô hình LATEBLIGHT:
Nảy mầm bào tử (Sporangial Germination)
Bào tử (Sporangia) nấm nảy mầm theo 2 cách trực tiếp hình thành ống mầm và gián tiếp hình thành bào tử động (zoospore). Cách nảy mầm phụ thuộc nhiệt độ không khí trong thời gian ướt lá. Quan hệ giữa sự nảy mầm bào tử và nhiệt độ được biểu diễn bằng các phương trình sau:
GermSporangia = LandedSporangia * (DIRMAX * TempEffDirect) Zoospores = LandedSporangia * (INDMAX * ZSPR * TempEffIndir) Trong đó,
GermSporangia: là số bào tử nảy mầm LandedSporangia:là số bào tử tiếp xúc trên lá. Zoospores: Số bào tử động hình thành
DIRMAX: số bào tử nảy mầm trực tiếp tối đa/ngày = 0.29 bào tử/ngày INDMAX: số bào tử nảy mầm gián tiếp tối đa/ngày = 0.81 bào tử/ngày ZSPR: số động bào tử hình thành/bào tử = 6.567 động bào tử/bào tử
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự nảy mầm (TempEffDirect = Y1; và TempEffIndir = Y2) trình bày ở bảng trên.
Động bào tử nảy mầm chỉ khi lá ướt và có nhiệt độ phù hợp. Mối quan hệ này được biểu diễn như sau:
GermZoospores = Zoospores * ZOOMAX * TempEffZoosp Trong đó
GermZoospores là động bào tử nảy mầm ZOOMAX = 0.96 zoospores/ngày
TempEffZoosp là ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự nảy mầm của động bào tử (xem trong bảng)
Nhiễm bệnh (Infection)
Hiệu quả nhiễm bệnh là 1 hàm số của mức độ ướt lá, nhiệt độ trung bình trong thời gian lá ướt, độ mẫn cảm của giống, loại thuốc trừ nấm sử dụng và mức độ tồn dư của thuốc trên lá sau khi phun, số lượng mô khỏe còn lại trên lá. Sự nhiễm bệnh ẩn hay giai đoạn ủ bệnh có thể được biểu diễn theo phương trình sau:
LatentInfections = (INFMAX_SP * GermSporangia) + (INFMAX_ZSP * GermZoospores) + (TempEffInfec * LeafWetEff * Susceptibility * FungicideEffect * (1.0 - BlightProportion))
Trong đó:
LatentInfections: Thời kỳ ủ bệnh
INFMAX_SP là tốc độ nhiễm bệnh của bào tử = 0.1 lần nhiễm bệnh/số bào tử nảy mầm/ngày
INFMAX_ZSP là tốc độ nhiễm bệnh của động bào tử = 0.01 lần nhiễm bệnh/số động bào tử nảy mầm/ngày
LeafWetEff là ảnh hưởng độ ướt lá. Sự nhiễm bệnh chỉ xuất hiện nếu lá bị ướt.
Susceptibility là tính mẫn cảm của giống. Yếu tố mẫn cảm này là 1; 0.9 và 0.8 tương ứng đối với các giống nhiễm, kháng vừa và kháng.
FungicideEffect là ảnh hưởng của thuốc trừ nấm. Thuốc tiếp xúc và thuốc nội hấp có ảnh hưởng khác nhau đối với sự nhiễm bệnh vì thuốc tiếp xúc chỉ ngăn bào tử nảy mầm.
BlightProportion là tỷ lệ bệnh
Sự sinh bào tử (Sporulation)
Sự hình thành bào tử trên vết bệnh kéo dài 14 ngày tính từ cuối thời kỳ ủ bệnh. Sự sinh bào tử và các yếu tố liên quan có thể được biểu diễn theo phương trình sau
AttachedSporangia = SPRMAX * SporulationFct * TempEffSporu * HumidityFct * SysFungicideFct * TotalLesionArea * (1.0 - BlightProportion)
Trong đó:
AttachedSporangia là bào tử hình thành trên vết bệnh SPRMAX là hệ số =763.2
SporulationFct là hệ số sinh bào tử có giá trị là 0.55, 0.45, 0.45 lần lượt đối với các giống nhiễm, kháng vừa và kháng
TempEffSporu (Y5) là ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh bào tử (xem bảng trên) HumidityFct là yếu tố ảnh hưởng do ẩm độ không khí
SysFungicideFct là yếu tố ảnh hưởng do thuốc trừ nấm lưu dẫn TotalLesionArea là tổng diện tích vết bệnh
BlightProportion là tỷ lệ mô bị tàn lụi
Phát tán bào tử (Dispersal of sporangia)
Trong mô hình LATEBLIGHT, người ta giả thiết rằng tất cả bào tử hình thành đều phát tán. Tuy nhiên, tỷ lệ bào tử sống sót phụ thuộc nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ trung bình ngày lớn >21OC thì bào tử phát tán sống sót tuân theo phương trình sau::
SporeSurvival = exp (6.0 * (-0.0256 * DailyMeanTemp + 0.537)) Trong đó
SporeSurvival là hệ số bào tử phát tán sống sót DailyMeanTemp (X3) là nhiệt độ trung bình ngày
Nếu nhiệt độ trung bình ngày lớn <21 OC thì hệ số bào tử phát tán sống sót = 1
Thời tiết (Weather)
Bệnh mốc sương là một bênh rất mẫn cảm với thời tiết, đặc biêt là nhiệt độ và ẩm độ. Do vậy, các biến thời tiết sau đây đã được sử dụng trong mô hình:
Lượng mưa hàng ngày Nhiệt độ trung bình ngày (O
C)
Nhiệt độ trung bình (O
C) trong thời gian có độ ẩm không khí > 90%.
Số giờ ướt lá, được tính xấp xỉ = số giờ có độ ẩm không khí >90% + 3.0 Nhiệt độ trong thời gian lá ướt, được tính xấp xỉ = (nhiệt độ trung bình ngày + nhiệt độ trung bình trong thời gian có RH>90%)/2.