Cõy chuyển gen chứa gen Bt ủầu tiờn ủược sản xuất năm 1987. Gen Bt trong thuốc lỏ và cà chua là những thớ dụ ủầu tiờn về cõy trồng biến ủổi gen chống sõu hại. Sau ủú gen này ủược chuyển vào cỏc cõy bụng, ngụ, lỳa, cà chua, khoai tõy, lạc. đến nay, những gen tạo cho cõy trồng cú tớnh khỏng sõu hại ủược chuyển vào nhiều loại cõy trồng như ngụ, lỳa, lỳa mỡ, lỳa miến, mớa, bụng, khoai tõy, thuốc lỏ, lỳa, xu hào, bắp cải, tỏo tõy, cỏ ba lỏ, ủậu tương, ủậu triều, ủậu ủũa (Barton et al., 1987; Mc. Laren 1998; Sharma et al., 2000; Vaeck et al. 1987). Bụng Bt hiệu quả chống sõu hồng. Giống bụng Coker 312 với gen Cry1A(C) (chứa 0,1% toxin) cú tớnh khỏng cao với cỏc loài sõu hại như T. ni, S. exigua, H. zea, H.virescens. đu ủủ chuyển gen khỏng bệnh virỳt ủốm vũng ủược trồng ở Hawaii từ 1996. Bệnh lỳa vàng lỏ di ủộng do virỳt khú phũng chống với quan ủiểm truyền thống, bõy giờ cú thể phũng chống
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 71 ủược bằng lỳa chuyển gen (Gonsalaves, 1998; Sharma et al., 2002; Wilson et al., 1992).
Nhiều cõy trồng chuyển gen hiện ủang ủược ủưa ra sản xuất hoặc thử nghiệm ủồng ruộng. Cõy trồng chuyển gen chống cụn trựng hại ủầu tiờn ủược trồng ở Hoa Kỳ năm 1994, trờn trờn diện rộng từ năm 1996. Từ ủú trở ủi, sự gia tăng nhanh về diện tớch với cõy trồng chuyển gen ở Hoa Kỳ, Canada, Australia, Argentina và Trung Quốc, Nam Phi, Romania, Mehico, Bungari, Spain, đức, Phỏp, Uraguay, Indonesia, Ukraina, Portugal, ấn độ. Cõy trồng chuyển gen hiện nay ủược trồng ở hơn 12 nước trờn thế giới. Diện tớch trồng cõy biến ủổi gen (bảng 6.1) ủó tăng ủột ngột từ dưới 1 triệu ha năm 1995 lờn 81 triệu ha năm 2004 (Dunwell, 2000; Juma et al., 1999; Sharma et al., 2002, 2004).
Bảng 6.1. Diện tớch trồng cõy chuyển gen trờn thế giới ủến năm 2004 Năm Diện tớch (triệu ha)
1995 <1 triệu ha 1996 1,7 1997 11,0 1998 27,8 1999 39,9 2000 44,2 2001 52,6 2002 58,7 2004 81,0
đến nay cú khỏ nhiều gen ủó ủược nghiờn cứu chuyển vào nhiều loại cõy trồng khỏc nhau. Tuy nhiờn, cõy chuyển gen ủược gieo trồng rộng rói chủ yếu là cỏc giống cõy trồng mang gen khỏng thuốc trừ cỏ. Năm 2001 và 2002, ủó thống kờ (tương ứng) cú khoảng 40,6 và 44,2 triệu ha trồng cõy mang gen khỏng thuốc trừ cỏ (bảng 6.2).
Bảng 6.2. Diện tớch trồng cõy chuyển gen trờn thế giới theo loại gen ủược chuyển
Năm 2001 Năm 2002
Loại gen ủược
chuyển vào cõy trồng Diện tớch
(triệu ha) Tỷ lệ (%) Diện tớch (triệu ha) Tỷ lệ (%) Khỏng thuốc trừ cỏ 40,6 77,0 44,2 75,0 Khỏng sõu hại (Bt) 7,8 15,0 10,1 17,0 Khỏng thuốc trừ cỏ/Bt 4,2 8,0 4,4 8,0 Khỏng virỳt/khỏc <0,1 <1,0 <0,1 <1,0 Tổng cộng 52,6 100 58,7 100
Hiện nay mới cú cõy ủậu tương, ngụ, bụng và cõy cải dầu chuyển gen ủược gieo trồng với diện tớch tớnh bằng ủơn vị triệu ha.Trong ủú cõy ủậu tương chuyển gen ủược gieo trồng với diện tớch lớn nhất. Năm 2002, diện tớch cõy ủậu tương mang gen khỏng thuốc trừ cỏ ủạt 36,5 triệu ha, chiếm 62% tổng diện tớch cõy chuyển gen. đứng thứ hai về diện tớch là cõy ngụ mang gen khỏng sõu hại với 7,7 triệu ha hay 13% tổng diện tớch cõy chuyển gen. Cỏc cõy bụng và cõy cải dầu cú diện tớch ớt hơn (bảng 6.3).
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 72 Bảng 6.3. Diện tớch cõy chuyển gen chớnh ủược trồng năm 2002
Loại cõy chuyển gen Diện tớch (triệu ha) Tỷ lệ (%) đậu tương khỏng thuốc trừ cỏ 36,5 62
Ngụ khỏng sõu hại (Bt) 7,7 13
Cải dầu khỏng thuốc trừ cỏ 3,0 5
Ngụ khỏng thuốc trừ cỏ 2,5 4 Bụng khỏng sõu hại (Bt) 2,4 4 Bụng khỏng thuốc trừ cỏ 2,2 4 Bụng khỏng thuốc trừ cỏ/Bt 2,2 4 Ngụ khỏng thuốc trừ cỏ/Bt 2,2 4 Tổng cộng 58,7 100
Cho ủến năm 2002, diện tớch cõy chuyển gen của 4 loại cõy (ủậu tương, bụng, ngụ, cải dầu) ủược trồng rộng rói nhất cũng mới chỉ ủạt tỷ lệ khoảng 22% tổng diện tớch trồng cỏc cõy này trờn toàn thế giới. Trong ủú, cõy ủậu tương mang gen khỏng thuốc trừ cỏ ủạt tới khoảng 51% tổng diện tớch ủậu tương trờn thế giới (bảng 6.4).
Bảng 6.4. Diện tớch một số cõy chuyển gen so với diện tớch chung trờn thế giới (2002) Loại cõy chuyển gen Diện tớch chung (triệu ha) Diện tớch trồng cừy chuyển gen (triệu ha)
Tỷ lệ (%) đậu tương 72 36,5 51 Bụng 34 6,8 20 Cải dầu 25 3,0 12 Ngụ 140 12,4 9 Tổng cộng 271 58,7 22 C. GIỐNG CHỐNG CHỊU
I. KHÁI NIỆM VỀ TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH CỦA CÂY TRỒNG
Trong cựng một ủiều kiện gieo trồng, mức ủộ bị nhiễm sõu bệnh của cỏc giống, cỏc cõy trồng khụng giống nhau. Mỗi loại cõy trồng ủều cú những giống khụng bị sõu hại và vi sinh vật gõy bệnh tấn cụng, hoặc bị ở mức rất nhẹ. đú là những giống khỏng sõu bệnh. Từ xưa con người ủó nhận biết ủược ủiều này và chọn tạo những giống cõy trồng khỏng sõu bệnh. Ngày nay, giống khỏng sõu bệnh ủược sử dụng rộng rói và ủõy là biện phỏp BVTV rất hiệu quả. Lampe (1994) ủó nhận ủịnh: ỘGiống khỏng là hũn ủỏ tảng ủể phũng trừ sõu bệnh cú hiệu quả. Kết hợp giống khỏng với biện phỏp sinh học và kỹ thuật canh tỏc là chiến lược phũng trừ sõu bệnh hại lý tưởng ủối với những nụng dõn nghốo ớt vốnỢ.
Tớnh khỏng sõu hại là ủặc tớnh của giống cõy trồng cú khả năng chống lại sự tấn cụng của một loài sõu hại nào ủú hoặc làm giảm tỏc hại do sõu hại gõy ra. Tớnh khỏng bệnh hại là khả năng của cõy trồng chống ủối, ngăn chặn sự xõm nhập, lõy lan của vật gõy bệnh vào trong cõy. Tớnh khỏng bệnh hại sẽ biểu hiện cõy trồng khụng bị nhiễm bệnh hay cú thể bị nhiễm bệnh ở mức rất thấp, khụng gõy ảnh hưởng tới sinh trưởng, năng suất của cõy trồng. Tớnh khỏng sõu bệnh của cõy trồng cũn gọi là tớnh miễn dịch của cõy trồng.Tớnh miễn dịch là khả năng khỏng của cõy trồng ủối với cỏc tỏc ủộng gõy hại của sõu hại và vật gõy bệnh.
Tớnh mẫn cảm với sõu hại (tớnh nhiễm sõu hại) là ủặc tớnh của cõy trồng hoàn toàn khụng cú khả năng chống lại sự tấn cụng của một loài sõu hại nào ủú, biểu hiện cú tỷ lệ bị hại và mật ủộ sõu hại cao. Tớnh mẫn cảm với bệnh hại (tớnh nhiễm bệnh hại) là ủặc tớnh của cõy trồng hoàn toàn khụng cú khả năng chống lại sự xõm nhập, lõy lan của vật gõy bệnh trong mụ cõy. Tớnh khỏng và tớnh nhiễm sõu bệnh khụng
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 73 phải là những ủặc tớnh bất biến, chỳng cú thể thay ủổi phụ thuộc vào ủiều kiện gieo trồng, thời tiết và nhiều yếu tố ngoại cảnh.
Dựng giống khỏng sõu bệnh vừa cho hiệu quả kinh tế cao, ớt tốn kộm chi phớ, dễ ỏp dụng trong cỏc ủiều kiện, cỏc hoàn cảnh, mọi trỡnh ủộ sản xuất. Sử dụng giống khỏng sõu bệnh phự hợp với nguyờn lý IPM, gúp phần làm giảm ủỏng kể việc sử dụng thuốc húa học BVTV, trỏnh ụ nhiễm mụi trường, bảo vệ thiờn ủịch, gúp phần xõy dựng nụng nghiệp bền vững và sản xuất nụng sản an toàn.
Tuy nhiờn, khụng phải cõy trồng nào cũng cú giống khỏng sõu bệnh. Giống cõy trồng khỏng với sõu bệnh này nhưng khụng khỏng với sõu bệnh khỏc. Chưa cú những giống cõy trồng cựng khỏng nhiều loài sõu bệnh. Giống lỳa CR-203 khỏng rầy nõu, nhưng nhiễm bệnh khụ vằn, rầy lưng trắng. Giống bụng lỏ nhẵn khỏng sõu xanh nhưng lại nhiễm nhện ủỏ son, rệp muội, rầy xanh hai chấm. Khú kết hợp ủặc tớnh khỏng sõu bệnh với ủặc tớnh nụng học tốt. Cỏc giống khỏng sõu bệnh thường chỉ cú năng suất ở mức khỏ. Việc dựng giống khỏng sõu bệnh thỡ dễ, nhưng tạo ra một giống khỏng sõu bệnh phải mất thời gian khỏ dài. Tạo giống lỳa mỡ khỏng sõu bệnh phải mất 15-20 năm. Sử dụng giống khỏng sõu bệnh rộng rói làm xuất hiện biotyp/nũi mới của sõu hại hoặc của vật gõy bệnh và dẫn tới giống cõy trồng bị mất tớnh khỏng. đõy là hạn chế lớn nhất ủối với biện phỏp sử dụng giống khỏng sõu bệnh. II. CƠ CHẾ VÀ CÁC LOẠI TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH CỦA CÂY TRỒNG
1. Cơ chế khỏng sõu hại
Theo Painter (1951), Thorteinson (1956), Shapiro (1985), Singh (1983) cơ chế khỏng sõu hại của cõy trồng cú thể xếp thành 4 nhúm sau:
Cơ chế khụng ưa thớch
Tớnh khụng ưa thớch ủược hỡnh thành do một hoặc nhiều ủặc ủiểm của cõy trồng tỏc ủộng lờn mức ủộ hấp dẫn hay xua ủuổi của cõy ủối với sõu hại và tỏc ủộng cú hại lờn phản ứng tập tớnh của sõu hại khi tỡm nơi dinh dưỡng, ủẻ trứng hoặc trỳ ngụ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thớ dụ, màu xanh của lỏ lỳa là màu hấp dẫn rầy nõu trưởng thành. Màu ủỏ của giống lỳa Crava khụng hấp dẫn rầy nõu. Giống bụng nhiều lụng tơ trờn lỏ cú tớnh khỏng cao ủối với rầy xanh hai chấm (giống Bari 1007, DHY 286). Giống bụng khụng cú lụng tơ trờn lỏ bị với rầy xanh hai chấm nhiễm nặng (giống Nimbkar 1, American).
Cơ chế khỏng sinh
đõy là tỏc ủộng của chất khỏng sinh trong cõy trồng ủối với sõu hại. Cỏc tỏc ủộng này của cõy cõy trồng biểu hiện ở sự gõy ảnh hưởng khụng tốt ủến quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển, tỷ lệ sống sút của sõu hại khi chỳng sử dụng cõy trồng làm thức ăn hay nơi ủẻ trứng. Thớ dụ, khỏng sinh Asparagine là yếu tố kớch thớch dinh dưỡng. Cõy trồng cú hàm lượng chất này cao thỡ nhiễm sõu hại hơn. Chất β-xintoxterol ức chế dinh dưỡng ủối với sõu hại. Giống cõy nhiễm sõu hại cú hàm lượng β-xintoxterol thấp hơn so với giống khỏng.
Giống lỳa khỏng sõu ủục thõn cú hàm lượng silic cao trong cõy. Axớt benzoic và xalicilic kỡm hóm sõu ủục thõn lỳa. Maizin là một glucozit từ lừi ngụ ức chế hoạt ủộng tiờu húa thức ăn ở sõu xanh H. zea, dẫn ủến kỡm hóm sinh trưởng của loài sõu hại này. Ngụ khỏng sõu ủục thõn tổng hợp ủược chất DIMBOA.
Cơ chế chịu ủựng
Giống cõy trồng cú tớnh chịu ủựng là giống bị một sõu hại sống trờn ủú gõy hại, nhưng vẫn sinh trưởng phỏt triển và cho năng suất bỡnh thường. đõy là phản ứng
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 74 chức năng của cõy ở mức thấp hơn 2 cơ chế nờu trờn và chỉ bảo vệ cõy khụng bị phỏ hại nặng như giống nhiễm sõu hại.
Tớnh khỏng sõu hại cú thể do 1 trong 3 cơ chế, hoặc cũng cú thể do cả 3 cơ chế trờn quyết ủịnh. Khú phõn biệt giống khỏng sõu hại do cơ chế nào quyết ủịnh.
Cơ chế trốn trỏnh
Cú một số tỏc giả ủưa thờm cơ chế trốn trỏnh. điều này cũng cú thể chấp nhận ủược, nhất là khi giải thớch tớnh khỏng sinh thỏi. Một số giống cõy trồng cú thời gian sinh trưởng ngắn hoặc thời kỳ xung yếu nhất khụng trựng khớp với thời ủiểm sõu hại cú ủỉnh phỏt sinh cao trong vụ hay trong năm. Do ủú, cõy trồng trỏnh ủược tổn thất do sõu hại gõy ra.
2. Cơ chế khỏng cỏc bệnh hại
Tớnh khỏng bệnh bẩm sinh của cõy trồng cú nhiều cơ chế khỏc nhau. Cỏc cơ chế khỏc nhau tạo ra những tớnh miễn dịch với bệnh khỏc nhau. Tớnh miễn dịch thụ ủộng của cõy trồng ủược tạo nờn bởi 3 nhúm cơ chế: Cơ chế giải phẫu-hỡnh thỏi, cơ chế chức năng-sinh lý và cơ chế húa học. Tớnh miễn dịch chủ ủộng của cõy trồng ủược tạo nờn bởi 4 nhúm cơ chế: vết hoại bảo vệ, hoạt húa men, tạo thành chất khỏng ủộc tố và cỏc thể thực bào.
Cơ chế giải phẫu-hỡnh thỏi
Nhiều ủặc ủiểm riờng của cõy trồng về giải phẫu-hỡnh thỏi ủó tạo tớnh khỏng ủối với sự xõm nhập của vật gõy bệnh. đõy là nhúm cơ chế quan trọng của miễn dịch thụ ủộng. Cỏc ủặc ủiểm giải phẫu-hỡnh thỏi cú liờn quan ủến tớnh khỏng bệnh của cõy là: ủộ dày của lớp biểu bỡ, lớp sỏp, ủặc ủiểm phủ lụng tơ ở lỏ, cấu tạo lớp bần, số lượng lỗ khớ khổng và hỡnh dạng lỗ khớ khổng, ủặc ủiểm nở hoa, hỡnh dạng chung bờn ngoài,... Lớp biểu bỡ lỏ dày ở cỏc loài cõy hoàng liờn Berberis spp. làm cho chỳng cú tớnh khỏng bệnh gỉ sắt thõn do nấm P. graminis gõy ra. Những giống lỳa mỡ khi phơi màu mà hoa nở kớn thỡ bị bệnh than ủen hạt nhẹ hơn giống hoa nở mở. Giống khoai tõy cú bụi rậm rạp lỏ bị bệnh mốc sương do P. infestans nặng hơn giống cú ớt lỏ và lỏ dựng thẳng (Cheremisinov, 1973).
Cơ chế chức năng-sinh lý
Tớnh khỏng bệnh ủược hỡnh thành ở ủõy là do những ủặc ủiểm riờng về chức năng hoặc sinh lý của cõy trồng. Trong nhúm cơ chế này, cú ý nghĩa thực sự là sự hoạt ủộng mở của lỗ khớ khổng, sự tạo thành sẹo khi cú vết thương cơ giới, ủặc ủiểm trao ủổi chất, ủặc ủiểm nảy mầm của hạt giống,...
Hoạt ủộng mở của lỗ khớ khổng ở cỏc giống cõy trồng cú ý nghĩa lớn ủối với một số nấm và vi khuẩn chỉ xõm nhiễm qua lỗ khớ khổng của lỏ. Lỗ khớ khổng ở cỏc giống lỳa mỡ khỏng bệnh gỉ sắt do nấm P. graminis f. tritici vào buổi sỏng thường mở chậm nờn những sợi nấm mọc từ cỏc hạ bào từ bị khụ khụng thể xõm nhập vào trong lỏ ủược. Tớnh khỏng bệnh thối vũng do C. sepedonicum của khoai tõy liờn quan tới sự tớch luỹ chất glucoza trong cõy. Trong trao ủổi chất, những giống cõy trồng cú quỏ trỡnh tổng hợp mạnh hơn quỏ trỡnh phõn giải thỡ sẽ biểu hiện tớnh khỏng cỏc vi sinh vật gõy bệnh cao hơn (Cheremisinov, 1973).
Cơ chế húa học
Tớnh khỏng bệnh hại của cõy trồng ủược hỡnh thành do ủộ axớt của dịch tế bào và sự tạo thành cỏc chất như anthxian, phenol, glucozit, fitonxit,... cản trở sự lõy lan của vật gõy bệnh trong mụ cõy trồng. Tớnh khỏng bệnh sương mai do P. viticola của cỏc giống nho liờn quan tới ủộ axớt của dịch tế bào. Hàm lượng cỏc axớt tự do trong giống khỏng bệnh (6,2-10,3%) cao hơn trong cỏc giống nhiễm bệnh (0,5-1,9%). Chất solanin trong củ khoai tõy liờn quan tới tớnh khỏng bệnh mốc sương do P. infestans.
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 75 Cỏc loài khoai tõy dại và giống khoai tõy khỏng bệnh này cú hàm lượng chất solanin trong củ cao hơn nhiều so với trong cỏc giống nhiễm bệnh (Cheremisinov, 1973).
Vết hoại tửbảo vệ
Một phản ứng tớch cực của cõy trồng ủối với sự xõm nhập của vật gõy bệnh là sự hỡnh thành cỏc vết hoại tử hay tự chết từng phần mụ, sự húa bần cỏc tế bào mụ xung quanh vết thương. Trong phạm vi vết hoại tử, vật ký sinh khụng thể tồn tại ủược. Giống lỳa mỡ khỏng bệnh gỉ sắt thường tạo thành vết hoại tử ở nơi cỏc sợi nấm xõm nhập vào mụ cõy (Cheremisinov, 1973).
Hỡnh thành khỏng ủộc tố và hoạt húa men
Nhiều nghiờn cứu húa sinh chỉ ra rằng cỏc quỏ trỡnh hoạt ủộng của men oxi húa càng mạnh thỡ giống cõy trồng càng thể hiện tớnh khỏng bệnh cao hơn. Dưới ảnh hưởng của ủộc tố do nấm B. cinerea tiết ra, hoạt tớnh của men oxi húa trong giống bắp cải khỏng bệnh thối ướt biểu hiện rất rừ và làm tờ liệt hoạt tớnh của ủộc tố do nấm gõy bệnh tiết ra. điều này khụng cú ủược ở giống bắp cải nhiễm bệnh thối ướt do nấm B. cinerea (Cheremisinov, 1973).
Hiện tượng thực bào
Chất nguyờn sinh trong tế bào thực vật sống cú khả năng tạo ra cỏc thể chống lại vi khuẩn gõy bệnh và tiờu diệt chỳng khi chỳng xõm nhập vào tế bào. Nhõn tế bào thực vật ủụi khi cũng tiờu diệt vi khuẩn lạ ở trong tế bào. đõy gọi là hiện tượng thực bào (Iachevxkii, 1935). Một số tế bào trong cõy ký chủ cú khả năng tiờu diệt từng phần sợi nấm gõy bệnh (chỉ với nấm ký sinh trong). Những tế bào thực vật cú khả năng tiờu diệt vi khuẩn hay một phấn sợi nấm gõy bệnh gọi là thể thực bào