CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
1.1.4. Vi khuẩn Bacillus
Các kết quả nghiên cứu cho thấy Bacillus spp. là tác nhân phòng trừ sinh học có tiềm năng thương mại hóa trong quản lý các bệnh hại quan trọng trên cây trồng (Nguyễn Thị Thu Cúc và cs, 2016) [4]. Các vi khuẩn vùng rễ thuộc chi vi khuẩn
Bacillus bao gồm nhiều loài như B. subtilis, B. cereus, B. amyloliquefaciens, B.
pumlus, B. maycoides, B. pastueri, B. sphaericus, có thể sản sinh nhiều hợp chất có
hoạt tính sinh học khác nhau và có khả năng ức chế nhiều loại mầm bệnh trên nhiều loại cây trồng (Gnanamanickam, 2009; Govindasamy và cs, 2010; Narayanasamy, 2013) [77], [79], [106], hoạt động đối kháng của Bacillus spp. có thể liên quan đến nhiều cơ chế khác nhau như sự kháng sinh, cạnh tranh dinh dưỡng và không gian sống, siêu kí sinh và kích kháng, trong đó sự kháng sinh là cơ chế phổ biến, tuy nhiên vẫn có nhiều trường hợp cơ chế chính xác chưa được hiểu rõ. Bacillus spp. có khả năng tạo nội bào tử chống chịu với sự khô hạn, nhiệt, bức xạ UV, dung môi hữu cơ và nhiều loại kháng sinh, Bacillus spp. được chú ý để sản xuất chế phẩm phòng trừ sinh học có thể thương mại hóa (Govindasamy và cs, 2010; Narayanasamy, 2013) [79], [106].
Hiệu quả của phòng trừ sinh học bệnh hại của các Bacillus có liên quan đến tác động của chất kháng sinh trong ngăn ngừa sự thiết lập của mầm bệnh trong mô cây, thông qua hoạt động kích kháng bệnh (induced systemic resistance: ISR). Nhiều loài thuộc chi Bacillus như B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. cereus, B. pumlus, B.
mycoides, B. pastueri, B. sphaericus được chứng minh có khả năng kích thích tính
kháng bệnh lưu dẫn, với sự thay đổi về cấu trúc và sinh hóa trong cây, giúp giảm tỷ lệ và mức độ trầm trọng của bệnh trên nhiều loại cây trồng (Conrath và cs, 2002) [61]. Nhiều cơ chế liên quan đến ISR cảm ứng do vi khuẩn vùng rễ đã được nghiên cứu và chứng minh (Narayanasamy, 2013) [106]. ISR kích thích bởi hầu hết Bacillus
spp. thường không phụ thuộc vào salicylic acid (SA) mà vào jasmonic acid (JA), ethylene (ET) và gen điều hòa NPR1, với sự gia tăng hoạt tính của nhiều dạng protein liên quan đến sự phát sinh bệnh (pathogenesis-ralted protein). Tuy nhiên, các cảm ứng tính kháng do vi khuẩn vùng rễ phụ thuộc vào SA và độc lập với JA và NPR1 cùng được ghi nhận. Cùng với hiệu quả phòng trừ sinh học, xử lý với Bacillus
spp., thường giúp kích thích sự tăng trưởng của cây (Lugtenberg và cs, 2009; Ramprasad và cs, 2014) [98], [114].
Một số nghiên cứu cho rằng sử dụng các chủng vi khuẩn Bacillus (B. subtilis, B.
megaterium và B. firmis) làm tăng khả năng nảy mầm của hạt giống, rễ và chiều dài
cành, khối lượng khô và năng suất của lạc. Tuy nhiên, không có tương quan giữa hiệu quả và khả năng của các vi khuẩn này để hòa tan lân và sản xuất auxin. Nghiên cứu về
Pseudomonas cho thấy, việc nhiễm Pseudomonas vào hạt giống lạc làm kích thích tăng trưởng các đặc điểm sinh trưởng của cây lạc. Theo Dey và cs (2004) [64] thì có sự tương quan giữa khả năng phân giải lân khó tiêu của một số chủng với việc tăng năng suất quả và các chỉ số tăng trưởng thực vật khác.
Các loài vi khuẩn thuộc Bacillus được ứng dụng nhiều để kích thích sinh trưởng cây trồng và phòng trừ sâu bệnh hại là Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus.
Bacillus thuringiensis:
Bacillus thuringiensis (Bt) là vi khuẩn Gram dương và cũng là loài vi khuẩn đất
điển hình được phân lập ở vùng Thuringia (Đức). Bt có khả năng tổng hợp protein gây tê liệt ấu trùng của một số loài côn trùng gây hại, trong đó có sâu đục quả bông, các loài sâu đục thân ngô châu Á và châu Âu. Chúng đều là sâu hại thực vật phổ biến, có khả năng gây ra những sự tàn phá nghiêm trọng. Bacillus thuringiensis có độc tính thuộc nhóm III, LD50 đường uống là > 8.000 mg/kg. Thuốc rất ít độc đối với môi trường và ký sinh có ích, không độc đối với cá và ong mật. Bt là loại thuốc nguồn gốc từ vi khuẩn, được sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Sản phẩm lên men là độc tố ở dạng protein tinh thể và bào tử. Độc tố này là những hợp chất protein cao phân tử không bền vững trong môi trường kiềm, môi trường acid mạnh và dưới tác động của một số loại enzyme; không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, nhưng tan trong dung dịch kiềm có độ pH từ 10 trở lên, tan trong dịch ruột của ấu trùng sâu bộ Lepidoptera. Độ lớn của tinh thể độc tố từ 0,5 - 2 μm.
Bacillus subtilis:
Vi khuẩn Bacillus subtilis có khả năng thay thế các chất dinh dưỡng khoáng chính trong cây thông qua cả chu trình carbon và nitơ. Để hỗ trợ chu trình carbon, B.
subtilis phân hủy rơm rạ, pectin, cellulose và các vật liệu hữu cơ khác. B. subtilis sau
đó có thể tạo ra các rào cản được gọi là màng sinh học (biofilm) hoạt động như một lá chắn để ngăn chặn sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh. Sau khi biofilm được tạo ra, nó có thể ngăn chặn mầm bệnh xâm nhập vào cây. Tuy nhiên PGPR cũng không có khả năng hoặc xâm chiếm vào rễ cây. Nghiên cứu của Manjula và cs (2004) [100] cho thấy sử dụng tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis chủng AF1 có hiệu quả hạn chế bệnh thối trái cam và gỉ sắt lạc tốt hơn sử dụng dịch chiết nuôi cấy vi khuẩn.
Bacillus megaterium
Bacillus megaterium có tác dụng tương tự như vi khuẩn B. subtilis tuy nhiên có
một chức năng nỗi trội là hòa tan phosphate khó tan thành các dạng dễ tan giúp cây trồng dễ dàng sử dụng. Vì vậy, phosphate không còn cần phải được áp dụng theo cách
truyền thống. Những loại vi khuẩn này mang lại nhiều lợi ích, tăng trưởng thực vật, bảo vệ và tăng trưởng cây trồng chỉ là một số trong những gì vi khuẩn này cung cấp.
Bacillus amyloliquefaciens
Bacillus amyloliquefaciens là một loài vi khuẩn thuộc Bacillus. Trong nông
nghiệp, B. amyloliquefaciens được xem là vi khuẩn vùng rễ cây và được sử dụng để hạn chế một số tác nhân gây bệnh có nguồn gốc từ đất, từ các giá thể; được dùng trong thủy sản và thủy canh để hạn chế một số tác nhân gây bệnh như Ralstonia
solanacearum, Pythium spp., Rhizoctonia solani, Alternaria tenuissima và Fusarium.
Nó cũng được dùng trong cải thiện khả năng chịu đựng rễ cây đối với stress muối.
Bacillus amyloliquefaciens được coi là một loại rhizobacteria thúc đẩy tăng trưởng và
có khả năng nhanh chóng xâm chiếm rễ cây.