Vai trò ký sinh: Dòng nấm Trichoderma sp. được xem là dòng nấm có khả năng quản lý tốt bệnh hại trong đất bởi nhiều cơ chế khác nhau (Kumar et al., 2007). Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng một vi sinh vật có khả năng đối kháng tốt với loài gây bệnh có những đặc điểm sau: tiêu diệt trực tiếp vi sinh vật gây bệnh, ảnh hưởng lên sự phát triển vi sinh vật gây bệnh bởi tiết ra chất kích kháng hoặc cạnh tranh dinh dưỡng, oxy và nơi ở, biến đổi cấu trúc gen của loài gây bệnh, gây ra tính kháng của cây trồng, nâng cao sức đề kháng cây trồng và chống chịu điều kiện bất lợi môi trường bên ngoài, gây bất hoạt enzyme của loài gây bệnh (Kumar et al., 2007).
Trong đó, dòng nấm Trichoderma sp. thực hiện cơ chế ức chế vi sinh vật gây bệnh thông qua nhiều hoạt động. Khả năng ký sinh trên loài khác để lấy dưỡng chất từ vi sinh vật gây bệnh (Van Den Boogert, 1996; Zeilinger and Omann, 2007). Dòng nấm Trichoderma sp. sẽ ký sinh hoặc phát triển phủ lên sợi nấm của vi sinh vật khác, khi đó sẽ giới hạn và ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh. Quá trình ức chế của dòng nấm Trichoderma sp. đối với vi sinh vật gây bệnh bằng cách quấn quanh đối tượng gây bệnh thông qua hệ sợi nấm, phát triển xuyên qua, hòa tan vách tế bào, màng tế bào bằng hoạt động của enzyme. Loài nấm Trichoderma harzianum thể hiện khả năng ký sinh trên loài nấm gây bệnh Rhizoctonia solani rất tốt. Trong khi loài nấm Trichoderma virens sản xuất tốt chất kháng sinh chống lại hệ sợi nấm của loài gây bệnh
Sản xuất kháng sinh: Nấm Trichoderma có khả năng sản xuất nhiều chất kháng sinh khác nhau, có vai trò ức chế sự phát triển của các loài nấm gây bệnh. Một số loại chất kháng sinh được sản xuất từ dòng nấm
Trichoderma sp. như: gliotoxin, gliovirin và glioviridin. Ngoài ra, dòng nấm
Trichoderma sp. có khả năng sản xuất một số hợp chất hữu cơ như ethylene, hydrogen cyanide, alcohols, aldehydes và ketones có khả năng giới hạn sự phát triển các sinh vật khác trong cơ chế quản lý sinh học (Kumar et al., 2007). Một chất kháng sinh khác được sản xuất từ dòng nấm Trichoderma sp. là peptabiols đóng vai trò vừa là chất kháng nấm vừa là chất kháng khuẩn. Có nhiều dạng peptabiols khác nhau như trichozianins, trichokindins, harzianins, trichoningins, trichokonins, trichorozins, trichogins có tác động phá hủy màng tế bào, giới hạn sự phát triển của loài nấm gây bệnh bởi hoạt động sinh học của các chất này.
Tạo tính kích kháng và tăng cường sinh trưởng cho cây trồng: Thực vật có khả năng tạo tính kháng đối với loài gây bệnh theo cơ chế bị động hoặc chủ động. Cơ chế chủ động tạo hàng rào bảo vệ cho cây trồng khi cây trồng bị tác nhân khác xâm nhiễm hoặc tấn công (Walters et al., 2014). Kết quả nghiên cứu đã chứng minh sự tác động đa dạng của các dòng vi sinh vật đã gây ra cơ chế kích kháng cho cây trồng. Việc chủng vi sinh vật gây bệnh đã gây ra tính kháng trong thực vật. Một số vi sinh vật không gây bệnh sống cộng sinh hoặc nội sinh trong rễ cây trồngcũng có khả năng tạo tính khángnhư vi khuẩn hòa tan lân, vi khuẩn vùng rễ thúc đẩy sự phát triển cây trồng, nấm sống nội sinh (Walters et al., 2014).
Các dòng nấm Trichoderma sp. có khả năng kích hoạt cơ chế kháng bệnh cây trồng tại vùng nhiễm bệnh và toàn bộ hệ thống cây trồng. Tính kháng hệ thống của thực vật được kích hoạt qua con đường sản xuất ra jasmonic acid/ethylene (Kumar et al., 2007). Ngoài ra, sự hiện diện Trichoderma sp. góp phần nâng cao sinh khối khô và sự phát triển của thực vật. Các nghiên cứu chứng minh các dòng nấm Trichoderma sp. sản xuất các hormon cho thúc đẩy sự phát triển của thực vật, tăng khả năng hấp thu dưỡng chất qua cơ chế hòa tan các khoáng vô cơ trong đất.
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy một số vi sinh vật trong đất có khả năng thúc đẩy sự phát triển cây trồng và nâng cao tính chống chịu với các điều kiện bất lợi. Cơ chế của vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng ở cây trồng (PGPR) được hiểu thông qua ảnh hưởng gián tiếp bởi việc cân bằng hệ vi sinh vật tại vùng rễ. Ngoài ra, PGPR có khả năng sản xuất các đại thực bào chứa sắt, chất kháng sinh, chất hydrogen cyanide có khả năng ức chế loài gây bệnh thực vật và vi sinh vật gây bệnh tại vùng rễ cây trồng thông qua cơ chế tạo tính kháng hệ thống (ISR) truyền tải khả năng kích kháng cho các bộ phận
thực vật, đồng thời sản xuất các hormon kích thích sự phát triển cây trồng (Walters et al., 2014).
Cơ chế tạo tính kháng từ ISR (Induced systemin resistance) tương tự như tạo tính kháng từ SAR (systemic acquired resistance). Tuy nhiên, ISR không yêu cầu sự có mặt của salicilic acid (SA) so với SAR, nhưng yêu cầu sự có mặt của jasmonic acid (JA) và ethylene (ET). Có chế tạo tính kháng SAR được hiểu tương tự như ISR, tuy nhiên SAR thể hiện tính kháng sẵn có trong loài thực vật và được kích hoạt khi có mặt của vi sinh vật gây bệnh. Bản thân trong thực vật này có protein để nhận ra loài gây bệnh khi bị tấn công thông qua có chế nhiễm bệnh trước đó. Khi đó, cơ chế SAR được tạo tại nơi mô thực vật bị tổn thương để chống lại tác nhân gây bệnh. Như vậy PGPR có khả năng ức chế loài gây bệnh khi được tăng cường trong vùng rễ được hiểu thông qua cơ chế bí mật sản xuất cacboxylic acid và sự axit hóa tại vùng rễ cây trồng và thay đổi cấu trúc cộng đồng vi sinh vật. Bên cạnh các dòng Trichoderma sp. có khả năng vừa tạo tính kháng ISR và sản xuất hormon thúc đẩy sự phát triển cây trồng thì một số loài vi sinh vật khác như Pseudomonas sp., Penicillum simplicissimum, Arabidopsis thaliana gây ra cơ chế tạo tính kháng, đồng thời thúc đẩy sự phát triển cây trồng (Walters et al., 2014).
Cạnh tranh dinh dưỡng và nơi sinh sống: Cạnh tranh dinh dưỡng và nơi ở đối với vi sinh vật gây bệnh: đây được xem là cơ chế cổ điển trong quản lý sinh học để ảnh hưởng gián tiếp đến vi sinh vật gây bệnh. Do đó, cơ chế quản lý này rất khó xác định được dòng vi sinh vật cạnh tranh có khả năng tiết enzyme, chất kháng để chống lại vi sinh vật gây bệnh (Lorito et al., 1993). Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu chứng minh vai trò của cạnh tranh dinh dưỡng trong ức chế vi sinh vật (Lo, 1998). Một nghiên cứu cho thấy cạnh tranh dưỡng chất sắt trong môi trường đất kiềm đã giới hạn sự phát triển của vi sinh vật. Vi khuẩn Pseudomanoas flourescent được nghiên cứu cho thấy có khả năng tiết ra chất kết tủa ion (siderophore) có tính ái lực rất cao với sắt, từ đó cạnh tranh nguồn sắt trong môi trường để cạnh tranh dinh dưỡng với các vi sinh vật khác (Lo, 1998). Ngoài ra, dòng nấm Trichoderma sp. cũng có khả năng tiết enzyme làm kết tủa ion Fe và hấp thu các ion Fe kết tủa này (gọi là sideropores). Việc hấp thu này dẫn đến cạnh trạnh lượng Fe có trong đất giữa vi sinh vật đối kháng với vi sinh vật gây bệnh. Loài Trichoderma virens có khả năng sản xuất ba loại siderophores: a moonohydroxymate; a dipeptide of trans-fusarinine; a trimer disdespipeptide có khả năng cạnh tranh dinh dưỡng loài gây bệnh (Lorito et al., 1993).
2.4.2.2 Vai trò của nhóm vi sinh vật phân hủy lignocellulose (Trichoderma sp. và Gongronella butleri trong ức chế vi sinh vật gây bệnh trong đất
Một số loài nấm sợi có khả năng quản lý sinh học trong ức chế sự phát triển và sống sót của các loài nấm gây bệnh thực vật (Chet and Inbar, 1997).
Các nấm gây bệnh thực vật có cấu tạo tế bào chính yếu bởi chitin và β-1,3- glucan mà chứa đựng cellulose trong vách tế bào (Arya and Perelloó, 2010; Lo, 1998). Cơ chế của các loài nấm sợi sử dụng enzyem ngoại bào phả hủy cellulose, hemicellulose, lignin để nhận ra các loài nấm gây bệnh, chúng bao quanh và phá hủy vách tế bào của loài gây bệnh bởi các enzyme β-1,3- Glucanase, chitinase, protease (Verma et al., 2007). Hoạt động của enzyme cellulase và chitinase càng tăng dẫn đến nâng cao khả năng quản lý sinh học trong việc ức chế vi sinh vật gây bệnh (Sindhu and Dadarwal, 2001). Nhiều loài nấm sợi Trichoderma sp. được nghiên cứu có sản xuất các enzyme ngoại bào (chitinase) trong quản lý sinh học loài gây bệnh (Benítez et al., 2004). Một số loài Trichoderma sp. điển hình có vai trò quản lý sinh học sản xuất enzyme chitinase vai trò trong phá hủy vách tế bào có chứa thành phần chitin như Trichoderma reesei, Trichoderma virens, Trichoderma harzianum, Trichoderma atroviride, Trichoderma aureoviride (Rai and Bridge, 2009).
Enzyme chitinase là enzyme phả hủy chitin của vách tế bào, vai trò trong thủy phân liên kết β-(1,4) của chitin. Enzyme chitinase được phân chia thành hai nhóm chính: enzyme endochitinase và exochitinase (Graham and Sticklen, 1994; Phạm Thị Lịch và Trần Thanh Thủy, 2013). Tùy theo loài vi sinh vật mà mỗi loài sản xuất lượng và loại enzyme chitinase khác nhau. Loài nấm Trichoderma harzianum có thể sản xuất bảy loại enzyme chitinase khác nhau (Rai and Bridge, 2009). Trong đó, enzyme chitinase của CHIT33, CHIT37, CHIT42 được sản xuất từ loài nấm Trichoderma harzianum có chức năng phá hủy vách tế bào và sử dụng dinh dưỡng của loài nấm khác (Chet and Inbar, 1997; Elad and Kapat, 1999; Rai and Bridge, 2009). Sự hiệp lực của các enzyme này cũng được chứng minh tăng khả năng ức chế các loài nấm khác. Ngoài ra, enzyme chitinase được sản xuất từ loài nấm
Trichoderma sp. cho thấy nhiều hiệu quả hơn trong việc ức chế các loài nấm khác tốt hơn enzyme chitinase được sản xuất từ thực vật và các loài vi sinh vật khác (Lorito et al., 1993).
Các loài nấm Trichoderma sp. cũng được nghiên cứu sản xuất enzyme protease, vai trò trong phá hủy thành phần protein trong vách tế bào và bất hoạt enyme của các loài nấm gây bệnh (Elad and Kapat, 1999). Enzyme protease được sản xuất từ dòng nấm Trichoderma sp. đóng vào trò rất quan trọng trong quản lý sinh học các loài nấm gây bệnh trong đất. Tuy nhiên, độ hoạt động hiệu của enzyme protease ở nhiệt độ tương đối cao từ 37 oC - 40oC và ở ngưỡng pH trung tính đến kiềm, pH 7-10 (Roberto et al., 2005; Uchikoba
et al., 2001).
Ngoài ra, chitin và cellulose có cấu trúc gần giống nhau. Chitin có nhóm acetamide (-NHCOCH3) ở vị trí C2. Tương tự, chitosan có cấu trúc giống chitin (Hình 2.7). Chitosan cũng là một hợp chất cao phân tử dạng mạch
thẳng, có liên kết 1,4-β-2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose bị deacaetyl hóa từ chitin (Dutta et al., 2004). Chitosan cũng được sản xuất bởi hoạt động của enzye chitinase. Sự tham gia phản ứng của chitosan linh động hơn cellulose bởi nhóm -NH2 của chitosan. Chitosan đóng vai trò trong phân hủy sinh học và là tác nhân đối kháng với vi sinh vật gây bệnh, tạo hàng rào tự bảo vệ cho cây trồng (Herrera-Eetrella and Chet, 1999; Kaur et al., 2012). Hệ sợi nấm của nhiều loài nấm như Trichoderma reesei, Gongronella butleri, Aspegillus niger, Rhizopus oryzae là nguồn sản xuất chitin và chitosan.
Cơ chế gây ra hàng rào tự bảo vệ cây trồng đối với nấm gây bệnh là sản xuất nhiều enzyme thủy phân khác nhau như chintinase, glucanase, pectinase và sự tổng hợp phytoalexins được xuất phát từ sản xuất chitosan. Trong đó, nghiên cứu cho rằng sự có mặt của chitosan dẫn đến nâng cao sản xuất enzyme phenylpropanoid. Enzyme phenylpropanoid được xem là tiền thân của quá trình biến dưỡng thứ cấp (phytoalexins, ligin, flavonoids) đóng vai trò quan trọng trong tác động của loài gây bệnh và cây trồng (El-Hadrami et al., 2010). Đặc biệt enzyme phytoalexins đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bảo vệ cây trồng chống lại côn trùng và vi sinh vật gây bệnh (Ahuja et al., 2012; Kaur et al., 2012; Jeandet et al., 2014). Enzyme phytoalexins được tạo ra từ cây trồng, có chứa thành phần đối kháng vi sinh vật.
Nhiều nghiên cứu chứng minh vai trò của chitosan trong quản lý nấm gây bệnh thực vật Fusarium sp. (El-Hadrami et al., 2010; Palma-Guerrero
et al., 2008). Cơ chế chính thể hiện vai trò của chitosan trong việc đối kháng vi sinh vật gây bệnh là cơ chế kích hoạt hàng rào bảo vệ, nâng cao tính kháng thông qua sản xuất các hợp chất, protein kháng vi sinh vật gây bệnh từ cây trồng (Herrera-Eetrella and Chet, 1999; Kaur et al., 2012). Ngoài một số loài nấm như Trichoderma sp. có khả năng sản xuất chitosan, loài nấm Gongronella butleri được đánh giá sản xuất chitosan tốt nhất (Babu et al., 2015).
Hình 2.7: Cấu trúc Chitosan (Nguồn: Golan, 2011)
2.5 Ảnh hưởng của nhóm vi sinh vật có hại trên đất trồng cây có múi
Bệnh do nấm Phytophthora sp. gây hại trên cây cam rất nghiêm trọng trên thế giới, gây giảm sinh trưởng, phát triển và năng suất cây cam. Triệu
chứng điển hình gây hại do nấm Phytophthora sp. là hiện tượng thối rễ, chảy nhựa ở gốc thân, cành, nhánh cây cam (Dandurand and Menge, 1992). Tác nhân gây ra gồm nhiều loài nấm Phytophthora sp. như Phytophthora citrophthora, Phytophthora palmivora, Phytophthora nicotianae (Phytopthora parasitica). Mỗi loài nấm Phytophthora sp. gây hại nghiêm trọng trong điều kiện khí hậu khác nhau. Loài nấm Phytophthora citrophthora gây hại trong điều kiện mưa nhiều vào mùa đông và thời tiết khô ráo vào mùa hè, nhiệt độ phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 24-28oC (Erwin and Riberio, 1996). Ngược lại, nấm Phytophthora nicotianae gây hại chủ yếu ở khu vực có khí hậu ấm áp, phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 27-32oC. Ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới và trong điều kiện ẩm ướt, nấm Phytophthora palmivora gây hại nhiều nhất. Nấm
Phytophthora sp. phát triển bất lợi ở giai đoạn hình thành bào tử noãn bào tử vách dày trong đất hoặc trong rễ cây đang bị phân hủy. Khi điều kiện ẩm độ trong đất phù hợp thì bào tử vách dày chuyển sang hình thành túi bào tử. Sự nhiễm bệnh bởi nấm Phytophthora sp. gây ra bởi động bào tử được phóng thích từ túi bào tử. Động bào tử sẽ tấn công vào vết thương ở rễ và ở vùng chóp rễ. Nấm sẽ tấn công ở khu vực này tạo khối u, nẩy mầm và đi xuyên vào tế bào rễ. Nấm Phytophthora palmivora và Phytophthora citrophthora gây hại nhiều vị trí trên cây và trong đất. Trong khi Phytophthora nicotianae gây hại chủ yếu trong đất (Erwin and Riberio, 1996; Graham and Sticklen, 1994).
Có nhiều biện pháp quản lý bệnh do nấm Phytophthora sp. gây ra như nâng cao chất lượng đất, xử lý hạt giống, sử dụng thuốc hóa học. Tuy nhiên, biện pháp quản lý tốt bệnh do nấm Phytophthora sp. gây ra trên cây cam chủ yếu nâng cao điều kiện thoát nước tốt và sử dụng gốc ghép kháng bệnh. Biện pháp sử dụng gốc ghép khác nhau có ý nghĩa lên việc cải thiện khả độ chống chịu với bệnh do nấm Phytophthora sp. gây ra trên cây cam (Erwin and Riberio, 1996). Qua kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng gốc ghép chanh volka có khả năng chống chịu tốt với nấm gây bệnh Phytophthora nicotianae
và Phytophthora palmivora.
Bệnh vàng lá thối rễ do Fusarium solani ra: các dòng nấm Fusarium sp. đóng vai trò gây bệnh trên các vườn trồng cam gây ảnh hưởng đến sinh trưởng, giảm chất lượng và năng suất trái. Mật số của nấm Fusarium sp. trên đất vườn trồng cam khác nhau theo độ sâu tầng đất canh tác, cao nhất ở tầng đất mặt 0-30 cm. Trong đó, Fusarium solani được xem là một trong những tác nhân chính gây bệnh thối rễ trên cây cam (Labuschagne et al., 1987; Chandran and Kumar, 2012). Ngoài Fusarium solani gây bệnh thối rễ trên cây cam, các dòng nấm Phytopthora sp., Pythium sp., Corticium cũng tham gia vào quá trình gây hại này. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy sự đóng góp gây hại nhiều nhất là nấm Fusarium solani trên đất canh tác vườn cam. Mật độ nấm
như Alternaria alternata, Fusarium semitectum, Phytophthora sp., Aspergillus
sp., Pythium sp. cả ở đất vùng rễ và trong rễ cây cam. Sự kết hợp của các dòng nấm này (Phytophthora parasitica, Phytophthora citrophthora) đã có ảnh hưởng đến sự phát triển hệ thống vùng rễ của cây cam, đặc biệt gây giới hạn sự hình thành rễ mới khi có mặt của nấm Fusarium solani với dòng nấm
Phytophthora parasitica hoặc Phytophthora citrophthora trong đất. Tuy nhiên, mật số các dòng nấm này không theo một chiều hướng với mật số
Fusarium solani. Sự hiện diện của Fasrium solani cùng với Phytophthora parasitica hoặc Phytophthora citrophthora trong đất đã dẫn đến mật số nấm
Phytophthora parasitica giảm, nhưng không ảnh hưởng đến mật số nấm