Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.11.Tính kháng bệnh của lúa
Tính kháng đạo ôn là khả năng cây lúa không bị bệnh hoặc bị nhẹ khi tiếp xúc trực tiếp với nấm trong điều kiện có đầy đủ các yếu tố thuận lợi để nấm gây bệnh. Tính kháng đạo ôn là kết quả của mối quan hệ nhiều mặt giữa nấm và lúa. Khi tiếp xúc với nấm P. grisea trong điều kiện ngoại cảnh phù hợp có giống lúa bị bệnh nặng, có giống không bị hoặc bị nhẹ. Ngay trên một ruộng lúa của cùng một giống có thể gặp những cây bị bệnh nặng bên cạnh những cây bị bệnh nhẹ hoặc sạch bệnh (Kozaka, 1979). Giữa các mức độ bị bệnh không có giới hạn. Tuy nhiên để tiện đánh giá người ta chia ra các mức gồm những giống kháng, giống nhiễm hoặc bị bệnh trung bình (Van der Plank, 1968).
2.11.1. Phân loại tính kháng bệnh đạo ôn
Các giống lúa có thể kháng nấm P. grisea ở giai đoạn ngắn hay dài, mức nặng hay nhẹ, ở diện rộng hay diện hẹp… Căn cứ vào khả năng trên nhiều nhà khoa học đã dùng những thuật ngữ khác nhau chỉ tính kháng bệnh (Johnson, 1983).
Van der Plank (1982) dùng thuật ngữ “tính kháng ngang và kháng dọc”. Người Nhật dùng “tính kháng đồng ruộng và kháng thật”. Ou (1985) gọi “kháng bền”… Tuy nghĩa bóng của các thuật ngữ ít nhiều có khác nhau nhưng cùng chung một nghĩa đen là kháng ngang và kháng dọc (Latterell, 1972). Có nhiều thuật ngữ đồng nghĩa với tính kháng ngang là kháng đa gen, kháng bền vững, kháng đồng ruộng… và tính kháng dọc là kháng đơn gen, kháng thật, kháng chuyên biệt… Cũng có những ngoại lệ như giống chugoku 31 mang một gen lớn pi-f hoặc giống Kuroka có ba gen lớn vẫn được coi là có tính kháng ngang (Ezuka, 1979). Sự phân chia như trên cũng chỉ là tương đối vì thực tế có cả dạng trung gian “oligogen”.
Tính kháng dọc do một gen hoặc rất ít gen lớn điều khiển, nó tạo cho cây lúa sức kháng rất khỏe (hoàn toàn sạch bệnh) với 1 vài nòi nào đó nhưng hoàn toàn không kháng được một số nòi khác. Chính vì vậy mà lúa dễ bị nhiễm bệnh khi xuất hiện các nòi mới (Kozaka, 1979). Bản chất của tính kháng dọc hiện vẫn chưa được nghiên cứu nhiều, nhưng theo Kozaka (1979) có thể xuất hiện chất phytoalexin gây độc cho nấm khi mới xâm nhập. Sợi nấm có thể bị giết chết bên trong tế bào cây.
Giống lúa kháng ngang do nhiều gen nhỏ điều khiển nên có thể kháng bền với nhiều nòi nấm. Ở những giống này có thưa thớt những vết bệnh nhỏ li ti, màu nâu chứa các chất pheenon, melanin, lignin… có tác dụng ngăn sự phát triển của
nấm bệnh. Thành tế bào nơi bị bệnh thường dày hơn và có màu nâu. Cũng cần phân biệt cây lúa có tính kháng ngang với kiểu kháng ít vết bệnh do các nòi nấm gây ra ở giống nhiễm (Ou, 1979).
Để xác định giống kháng ngang, Van der plank (1968) đã lây nhiễm bằng nòi nấm có độc tính cao, còn Ou (1979) lây nhiễm bởi nhiều mẫu bệnh ở nhiều vùng sinh thái.
Không có những khác biệt về mặt hình thái để phân biệt giống kháng và giống nhiễm. Tẻ Tép là một trong những giống kháng ngang được sử dụng làm tài liệu lai (Bonman et al., 1989).
2.11.2. Các thành phần xác định tính kháng ngang
Triệu chứng bệnh là đặc điểm quan trọng sử dụng để đánh giá tính kháng, vì nó phản ánh sự sinh trưởng và phát triển của nấm trên cây lúa.
Khả năng kháng bệnh được đánh giá nhờ xác định tỷ lệ bệnh, cấp bệnh, chỉ số bệnh để đánh giá tính kháng ngang, các chỉ tiêu như thời gian tiềm dục, số lượng vết bệnh trên đơn vị diện tích, kích thước vết bệnh, số lượng bào tử ở mỗi vết bệnh, tốc độ phát triển bệnh cũng được sử dụng. Số lượng vết bệnh trên đơn vị diện tích lá là chỉ tiêu (thành phần) quan trọng nhất, thứ đến là kích thước vết bệnh. Thời gian tiềm dục là thành phần ít quan trọng nhất (Bonman et al., 1986). Kích thước vết bệnh tương quan chặt với chỉ tiêu số lượng vết bệnh (Torres, 1986). 2.11.3. Tính kháng đạo ôn qua các giai đoạn sinh trưởng, sinh thực của lúa
Bệnh đạo ôn thuộc nhóm bệnh hại cây non, mô non. Bonman et al. (1989) nhận xét là lúa mẫn cảm nhất ở giai đoạn mạ và đẻ nhánh. Lá trên cùng kể từ lá nõn bị nặng hơn cả. Đối với đạo ôn cổ bông, Ou (1979) cho rằng lúa dễ bị nhiễm nhất khi mới trỗ bông. Theo Torres (1986) thì Hashiok (1956) giải thích cơ chế tính kháng đạo ôn theo tuổi cây như sau: khi cây về già, lớp biểu bì lá dày hơn, tế bào mô cũng phát triển nhiều, hàm lượng silic tăng, hàm lượng nitơ giảm nên tính kháng tăng.
Về mối quan hệ giữa tính kháng đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông có hai quan điểm đối lập. Quan điểm thứ nhất cho là giống lúa kháng ở giai đoạn lá thì cũng kháng ở giai đoạn cổ bông. Trong thí nghiệm đồng ruộng, một số giống kháng ở giai đoạn lá nhưng nhiễm ở giai đoạn cổ bông hoặc ngược lại, nguyên nhân là có mặt của các nòi nấm khác nhau ở hai giai đoạn (Ou, 1985). Quan điểm thứ hai cho là tính kháng đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông không có tương quan thuận.
Nguyên nhân có sự tồn tại của một số gen khác nhau kiểm tra tính kháng. Để biết được giống lúa có tính kháng nào cần phải thử nghiệm cả hai giai đoạn (Bonman, 1986; Torres, 1986).
2.11.4. Phương pháp đánh giá tính kháng bệnh
Ở mỗi đối tượng sâu bệnh hại có phương pháp đánh giá hữu hiệu riêng vì tương quan giữa các ký chủ và ký sinh có biến động nhiều (Bell and Mace, 1981).
Đánh giá tính kháng dọc bệnh đạo ôn rất đơn giản chỉ cần sử dụng phương pháp nương mạ cũng đủ. Đánh giá tính kháng ngang phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức, tiền của và thời gian. Có ba phương pháp là lây bệnh và đánh giá ở phòng thí nghiệm, ở nhà kính và ở ngoài đồng ruộng (Ou, 1979).
2.11.4.1. Phương pháp đánh giá ở phòng thí nghiệm
Bao gồm phân lập, nhân truyền, bảo quản mẫu bệnh và sử dụng phương pháp lá tách. Môi trường tốt nhất để nuôi cấy, nhân truyền mẫu bệnh là cám – agar và mận – agar. Ở mỗi nước có thể sử dụng môi trường riêng phù hợp cho nấm ở nước mình (Khin, 1984).
2.11.4.2. Ở nhà kính
Cần thiết để đánh giá tính kháng khi lây nhiễm bởi từng mẫu bệnh. Nhờ sử dụng túi ẩm (dewclember) và buồng ẩm (humid room) đã tạo điều kiện bên ngoài tối ưu cho bệnh phát triển (monocyclic method). Có thể sử dụng hộp lồng, khung gỗ bọc bằng bao tải thấm nước để lây nhiễm bệnh (polycyclic method).
2.11.4.3. Ngoài đồng ruộng
Gồm nương mạ đạo ôn và gieo cấy lúa trên đồng ruộng. Ou (1985) phát triển phương pháp nương mạ đạo ôn quốc tế đồng nhất ở ruộng cạn và được nhiều nước sử dụng trong chương trình khảo nghiệm đạo ôn lúa quốc tế (IRBN). Bonman et al. (1989) phát triển phương pháp nương mạ đạo ôn ở đất ướt. Do gặp nhiều nòi nấm trên cùng một ruộng nên các kết quả đánh giá đạo ôn cổ bông có thể biến động (Ou, 1985), (Rathaish et al., 1987).
2.11.5. Phương pháp lây nhiễm nhân tạo
Theo Ou (1985) thì dùng bột bào tử khô để lây nhiễm lên lá lúa. Zeigler (1993) đặt môi trường thạch nước có thấm bào tử nấm lên lá lúa. Theo phương pháp này có thể lây 2 hoặc nhiều mẫu bệnh trên cùng một lá.
Phổ biến và tiện lợi hơn cả là phun dung dịch bào tử lên cây lúa (Ou, 1985). Nồng độ dung dịch bào tử không chỉ ảnh hưởng đến số lượng vết bệnh, mà cả
kiểu vết bệnh. Nồng độ dung dịch thường là 50.000 - 150.000 bào tử/ml (Torres, 1986). Có thể dùng dung dịch thật loãng để lây nhiễm. Vì khi ấy các vết bệnh trên lá sẽ thưa thớt, không dính liền nhau.
Các mẫu bệnh có thể bảo quản bằng nhân truyền nhiều lần trong ống nghiệm. Phương pháp này có thể giảm độc tính. Có thể duy trì bảo quản nấm ở hạt cao lương hoặc giấy thấm và cất giữ ở kho lạnh 6oC (Bonman et al., 1986). 2.11.6. Kiểu vết bệnh
Theo Ou (1985), kiểu vết bệnh là một trong những đặc điểm được sử dụng để đánh giá tính kháng bệnh của giống. Ở từng cây và ở ngay trên một lá lúa có thể gặp nhiều kiểu vết bệnh khác nhau. Kiểu vết bệnh là một trong những đặc điểm được sử dụng để đánh giá tính kháng bệnh của giống. Kích thước, hình dạng và màu sắc vết bệnh ở đốt thân, cổ bông và trên hạt thường không rõ rệt như trên lá. Người ta căn cứ vào kích thước, hình dạng và màu sắc vết bệnh mà phân chia kiểu vết bệnh. Có nhiều bảng phân cấp kiểu vết bệnh. Hệ thống phân chia kiểu vết bệnh hiện đang được sử dụng khá phổ biến là: kiểu 0 – không vết bệnh; kiểu 1 – vết bệnh như đầu kim, không có bào tử; kiểu 3 – vết bệnh từ hình tròn đến hơi dài, đường kính 1 - 2 mm có đường viền màu nâu và quang vàng, sinh sản bào tử; kiểu 5 – vết bệnh hình chíp, kích thước 1 - 2 x 3 mm có đường viền màu nâu; kiểu 7 – vết bệnh hình lưỡi kiếm, có đường viền màu nâu hoặc đỏ tía; kiểu 9 – vết bệnh cấp tính màu trắng nhạt, xám nhạt, không có đường viền rõ rệt, phát triển nhanh. Các vết bệnh 5, 7, 9 là kiểu nhiễm, các kiểu còn lại là kiểu kháng. Đánh giá mức kháng nhiễm của giống là căn cứ vào kiểu vết bệnh nào chiếm trên 60% số vết bệnh trên cây.
2.11.7. Các bảng phân cấp đánh giá tính kháng bệnh
Căn cứ vào kiểu hình vết bệnh, màu sắc, số lượng vết bệnh và độ còi cọc, thấp lùn của cây lúa, nhiều nhà khoa học đã thành lập những bảng phân cấp bệnh
khác nhau. Có những bảng phân cấp bệnh của ATKina (1975), Fernando et al.,
(1961), Ou (1961, 1965); Bonman (1986), Torres (1986) (dẫn theo Ou, 1985). Hiện nay những bảng phân cấp sau đây về bệnh đạo ôn được coi là hoàn chỉnh nhất:
1. Bảng phân 5 cấp đánh giá đạo ôn lá trong lây nhiễm nhân tạo ở nhà kính (Ou, 1979).
2. Bảng phân 9 cấp đánh giá đạo ôn lá ở nương mạ đạo ôn hay trên đồng ruộng (Ou, 1979).
3. Bảng phân 7 cấp đạo ôn cổ lá (Torres, 1986). 4. Bảng phân 7 cấp đạo ôn đốt thân (Torres, 1986).
5. Bảng phân 9 cấp đánh giá đạo ôn cổ bông dựa vào triệu chứng bệnh (IRRI, 1988).
6. Bảng phân 9 cấp đánh giá đạo ôn cổ bông dựa vào tỷ lệ bông bị nhiễm bệnh cấp 7, 9 (Ou, 1979).
Tồn tại cả 2 bảng phân cấp đánh giá đạo ôn lá bởi vì diện tích bệnh trên lá ở thí nghiệm nhà kính ít hơn so với ở thí nghiệm nương mạ hay ở đồng ruộng. Chưa có những nghiên cứu về tương quan giữa đạo ôn lá, đạo ôn tai lá, đạo ôn đốt thân và đạo ôn cổ bông (Torres, 1986).
Căn cứ vào phản ứng của các mẫu bệnh lây nhiễm lên 5 giống lúa có đơn gen kháng khác nhau Zeigler (1993) đã thành lập bảng phân cấp 32 dạng độc. 2.12. CƠ CHẾ CỦA TÍNH KHÁNG BỆNH
Theo Ou (1985) thì Otani (1952) và Tokunaga (1966), tìm thấy tỷ số giữa đạm hòa tan và đạm tổng số tương quan chặt với tính mẫn cảm, còn hydrat cacbon thì ngược lại. Hàm lượng silicagen nằm xen kẽ với lớp xenlulo trong biểu bì mô cây có tác dụng bảo vệ, chống sự xâm hại của nấm. Nhưng cũng có những giống hàm lượng silic cao lại cảm bệnh chứng tỏ bản chất tính kháng không phải chỉ do cơ chế bảo vệ cơ giới đơn thuần. Các mô cây bị mất nước hoặc giảm sức trương cũng giảm tính kháng. Tinh bột tích lũy càng nhiều, càng làm tăng tính kháng. Giải thích điều này có thể là do nấm đạo ôn phân hủy tinh bột yếu (Ou, 1985). Các giống kháng tiết ra axit clorogenic và axit ferulic có tác dụng giải độc axit α – picolinlic và Piricularin do nấm tiết ra. Các giống kháng cũng nhạy cảm với tác động ức chế của Piricularin tạo nhiều phenol như Octhodihydroxyphenol làm vết bệnh có màu nâu. Các giống kháng cũng có phản ứng “siêu nhạy” cô lập và làm mất khả năng lan truyền của nấm (Ou, 1985). Cơ chế kháng bị động và chủ động trên đây chưa giải thích được tại sao giống kháng được nòi nấm này lại mẫn cảm với nòi nấm khác. Cơ chế di truyền mới giải thích được hiện tượng trên. 2.13. DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG ĐẠO ÔN CỦA LÚA
Để nghiên cứu mối quan hệ giữa các gen kháng, phương pháp chuyển dịch lẫn nhau giữa các nhiễm sắc thể (chromosome reciprocal translocstion method)
đã được sử dụng. Trong bản đồ về mối quan hệ giữa các gen, các gen Pi-i, Pi-z, Pi-zt và Pi-z(t) ở nhóm liên kết wx; Pi-a, Pi-f, Pi-k, Pi-ks, Pi-kh, Pi-kpPi-m, Pi-1(t) ở nhóm La; Pi-ta, Pi- ta2 ở fs; Pi-b ở nhóm RL. Nhóm wx ở nhiễm sắc thể thứ 6, La ở nhiễm sắc thể thứ 9, fs ở nhiễm sắc thể thứ 1. Các gen Pi-k, Pi-ks, Pi-kp alen với nhau và cùng nằm trên locus Pi-k (Ezuka, 1979; Inukai, 1993).
Sử dụng các isolate nấm lây nhiễm lên các giống bố, mẹ, F1, F2, F3, backcross 1 và kết luận rằng khi lây nhiễm bằng isolate này, có thể xác định được một gen kháng, với isolate khác có thể là là 2 hoặc nhiều hơn.
Nhiều gen nhỏ (r) điều khiển tính kháng ngang. Giống Norin mochi 4 có 3 gen nhỏ. Có thể trong một giống kháng ngang có cả gen nhỏ và gen lớn (Ou, 1979). Có thể có hai hay nhiều gen điều khiển tính kháng ngang đạo ôn cổ bông (Padmanabhan, 1979). Chưa có nhiều tài liệu về cấu trúc vi mô của gen kháng đạo ôn.
Hiện nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, những phương pháp mới ra đời có thể cho phép gom gen kháng đạo ôn từ một số giống vào giống lúa cải tiến (Khush, 1987). Viện nghiên cứu lúa quốc tế đang thực hiện ý đồ trên (Zeigler, 1993).
2.14. MỐI QUAN HỆ GIỮA LÚA VÀ NẤM Pyricularia oryzae Cav
Flor (1956) giải thích mối quan hệ giữa ký sinh và ký chủ của thuyết “gen đối gen” khi nghiên cứu bệnh gỉ sắt ở cây lanh. Kiyosawa (1981) xác nhận thuyết trên có thể áp dụng có mối quan hệ giữa nấm P. grisea và lúa. Thuyết Flor cho rằng đối với mỗi gen kháng của cây ký chủ lại có một gen gây bệnh tương ứng của ký sinh. Sự xuất hiện phổ biến những gen kháng mới ở ký chủ sẽ làm thay đổi quần thể ký sinh. Qua chọn lọc những cá thể có gen mới gây bệnh (Van der Plank, 1978). Trên cơ sở lý thuyết “gen đối gen”, Takahashi (1965) đề xuất giả thuyết được mô hình hóa như sau: chẳng hạn có 4 giống lúa là I kháng bệnh đạo ôn tốt nhất có 4 cửa A, B, C, D được đóng bởi 4 gen kháng (mỗi gen giữ một cửa). Giống II kháng trung bình có 2 cửa A, C. Giống III có 2 cửa B, D. Giống IV chỉ có 1 cửa A. Một nòi nấm chỉ có 1 chìa khóa (gen độc tính) mở cửa A sẽ có thể chỉ gây bệnh cho giống IV. Một nòi khác có 2 khóa mở được 2 cửa A và C và có thể gây bệnh cho các giống II và IV (Ou, 1985).
2.15. CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG BỀN BỆNH ĐẠO ÔN
Nhiều nước đang thực hiện chương trình chọn tạo giống lúa kháng bền bệnh đạo ôn. Từ năm 1904 các nhà chọn giống Nhật Bản tạo được một số giống thương mại có tính kháng đồng ruộng sử dụng trong nhiều năm. Tuy nhiên những giống này mất dần tính kháng, nguyên nhân là do xuất hiện những nòi mới (Ezuka, 1979; Rosero, 1979). Chọn tạo giống kháng bền khó khăn vì tính kháng luôn đối kháng với các đặc điểm nông học như năng suất, phẩm chất hạt (Ezuka, 1979). Trong quá trình lai tạo, thế hệ lai không nhận được toàn bộ gen kháng từ bố mẹ. Giống Sensho và Tẻ Tép kháng bền, nhưng các giống chọn ra từ các tổ hợp lai của chúng không duy trì được tính kháng như vậy (Ou, 1985). Phương pháp giống nhiều dòng, nhiều giống kháng dọc luân phiên nhau trên thực tế không có hiệu quả (Ikehashi and Khush, 1979).
Ou (1979) đề xuất lý thuyết tính kháng bền đạo ôn của lúa. Lý thuyết này dựa vào tính đa dạng của thành phần nòi nấm. Một giống lúa tích lũy càng nhiều gen kháng, khả năng kháng bệnh càng cao, nhà chọn giống cần lai nhiều tổ hợp với bố mẹ có tính kháng cao và chỉ chọn những dòng có ít vết bệnh. Teng (1993) đề xuất sử dụng gen Pyramid, hai hay nhiều gen lớn tích lũy vào một giống cải tiến.
* Zeigler (1993) đề xuất giả thuyết “loại trừ dòng” để phát triển giống