CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Biện pháp sinh học trong phòng trừ bệnh hại cây cam
Các loại sâu và bệnh hại cây cam là nguyên nhân chính gây suy giảm nghiêm trọng năng suất và chất lượng cam thương phẩm, việc lạm dụng các loại hóa chất BVTV, đặc biệt là nhóm thuốc diệt nấm, trong phịng và điều trị bệnh cây đã diễn ra rất phổ biến. Hậu quả là một lượng lớn các loại hóa chất dư thừa tích lũy trong đất, làm thối hóa đất, giảm sức chống chịu của cây, gia tăng tình trạng sâu và bệnh dịch, tăng nguy cơ kháng thuốc của các loài gây hại, tiêu diệt các nhóm VSV có ích, làm hủy hoại môi trường, sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo báo cáo của FAO-WHO và Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (2002), hầu hết các loại thực phẩm bao gồm cả hoa quả, rau, thịt gia cầm và các sản phẩm từ sữa đều chứa các hợp chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy (POPs) (Schafer & Kegley, 2002). Do những tác động tiêu cực của các hóa chất nơng nghiệp, việc ứng dụng các phương pháp ít độc hại trong việc kiểm sốt sâu bệnh hại, tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng phát triển cần được quan tâm nghiên cứu.
thiện với mơi trường, có tác động ổn định lâu dài và có thể hạn chế nguồn bệnh nhất là bệnh có nguồn gốc từ đất. Trong đó, các nhóm vi khuẩn liên quan đến thực vật được sử dụng như những tác nhân để phịng trừ sinh học, có khả năng làm giảm hoặc ức chế các quần thể gây hại như vi khuẩn, nấm và tuyến trùng, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của thực vật như là những phân bón sinh học. Một số nhóm VSV vùng rễ được ghi nhận có thể kiểm sốt bệnh hại gồm các vi khuẩn thuộc chi
Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Streptomyces và nấm Trichoderma,
Paeciclomyces, Glomus,… (Abd-Elgawad và cs, 2010; Aboutorabi, 2018; Khan và
cs, 2004; Lê Thị Mai Linh và cs, 2015; Sikora & Kiewnick, 2006; Trương Thanh Thảo và cs, 2019). Dựa vào cơ chế tác động đến mầm bệnh, VSV đối kháng có thể được chia làm các nhóm: (1) Ký sinh trên tác nhân gây bệnh; (2) Sản sinh ra hoạt chất kháng sinh và (3) Sản sinh ra các enzym thủy phân. Bên cạnh đó, các nhóm VSV hữu ích có thể giúp cây chống chịu lại với bệnh hại bằng cách thúc đẩy sự tăng trưởng của thực vật thơng việc kích thích cơ chế tự bảo vệ của thực vật, sản xuất ra các phytohormone và huy động dinh dưỡng cho cây trồng (Hình 1.4).
1.3.1. Ký sinh trên tác nhân gây bệnh
Một số nhóm VSV được sử dụng như tác nhân phịng trừ sinh học triển vọng do có khả năng ký sinh trực tiếp trên mầm bệnh. Vi khuẩn Pasteuria penetrans ký sinh bắt buộc ở một số loài tuyến trùng thực vật như Meloidogyne spp. và Pratylenchus spp., do đó làm giảm mật độ tuyến trùng. Nấm Paecilomyces spp.
được đánh giá cao về khả năng kiểm soát tuyến trùng do khả năng ký sinh trực tiếp lên trứng, ấu trùng và con cái. Nấm phát triển thúc đẩy hình thành mạng lưới sợi nấm cùng với gelatin làm trứng và tuyến trùng bị mắc trên mạng lưới hoặc bị nhấn chìm. Đồng thời, các sợi nấm có thể xâm nhập vào trong trứng và phá hủy các giai đoạn phát triển phôi ở giai đoạn sớm (Ajrami, 2016). Nấm Oidium spp. gây bệnh
phấn trắng trên nhiều cây trồng có thể bị ký sinh bởi một số loài VSV đối kháng như Acremonium alternatum, Acrodontium crateriforme, Ampelomyces quisqualis, Cladosporium oxysporum và Gliocladium virens (Aboutorabi, 2018).
1.3.2. Sản sinh ra hoạt chất kháng sinh
Kháng sinh là các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp được sản sinh bởi VSV, đóng vai trị quan trọng trong phịng trừ một số loài dịch hại bằng cách cạnh tranh hoặc ký sinh (Raguchander và cs, 2011). Một số nhóm vi khuẩn vùng rễ được báo cáo có thể sản xuất ra các kháng sinh để tiêu diệt các sinh vật gây hại, giúp tạo môi trường thuận lợi để cây phát triển tốt hơn. Trong đó, Pseudomonas spp. và Bacillus
spp. là những đại diện điển hình được xác định sản sinh ra các chất chuyển hóa thứ cấp kháng nấm và vi khuẩn như iturin A, surffactin, phenazines, pyrrolnitrin, 2,4- diacetylphloroglucinol (DAPG) và pyoluteorin (Aboutorabi, 2018; Rahman và cs, 2018). Theo Li và cs (2007), có khoảng 230 hoạt chất đã được phân lập từ trên 270 loài nấm gây bất hoạt tuyến trùng bao gồm alkaloit, hợp chất peptit, terpenoid, macrolit, heterocycle oxy,…. (Li và cs, 2007). Theo Abd-Elgawad và cs (2010), vi khuẩn
Pseudomonas fluorescence và Bacillus subtilis làm giảm quần thể nấm Fusarium spp.
và mật độ ấu trùng T. semipenetrans trong đất trồng cam ở Ai Cập, đồng thời giúp tăng năng suất (trên 90 kg/cây) hơn so với việc sử dụng thuốc hóa học Kocide và Carbofuran (80-85 kg/cây) (Abd-Elgawad và cs, 2010). Theo Siddiqui và Mahmood
(2001), sử dụng Azospirillium, Azotobacter, Rhizobium và nấm rễ Glomus sp. làm giảm đáng kể sần rễ do tuyến trùng Meloidogyne javanica gây ra (Siddiqui & Mahmood,
2001). Hai loại thuốc kháng sinh sản xuất từ nấm L. squarrosulus có tác dụng ức chế nấm R. lignosus và Mucor ramanninus (Mensah và cs, 2018).
1.3.3. Sản sinh các enzym thủy phân
Một trong những cơ chế giúp VSV tiêu diệt tác nhân gây bệnh là sản sinh ra các enzym thủy phân như chitinase, peroxidase, phenylalanine ammonia lyase, dehydrogenase, lipase, β-glucanase, protease và phospholipase. Thành phần hóa học của thành tế bào vi khuẩn và nấm rất phức tạp bao gồm nhiều hợp chất khác nhau như peptidoglycan, polisaccarit, protein, lipoprotein, axit tecoic, lipoit, … Do đó, khi các đối kháng sản sinh enzym thủy phân sẽ phá hủy thành tế bào của vi khuẩn và nấm, dẫn đến làm giảm số lượng của các tác nhân gây bệnh cây trồng. Nấm
Trichoderma, Streptomyces và Paecilomyces tiết ra các enzym thủy phân hòa tan thành tế bào của nấm, vi khuẩn và tuyến trùng, đồng thời ký sinh trực tiếp lên mầm bệnh (Ajrami, 2016; Syed và cs, 2018). Theo Insunza và cs (2002), 3 loài vi khuẩn
Stenotrophomonas maltophilia, Bacillus mycoides và Pseudomonas sp. làm giảm
quần thể tuyến trùng Trichodorus lên đến 56 – 74% do có khả năng sản sinh ra các enzym thủy phân và HCN (Insunza và cs, 2002). Dịch bào tử nấm Paecilomyces có chứa các enzym thủy phân như chitinase và protease gây chết 99% ấu trùng
M. incognita chỉ sau 2 ngày gây nhiễm (Abd-Elgawad và cs, 2010; Kader, 2008).
1.3.4. Thúc đẩy tăng trưởng thực vật
Rất nhiều lồi vi khuẩn nội kí sinh, vi khuẩn sống tự do trong vùng rễ thực vật sử dụng các chất dinh dưỡng giải phóng từ cây chủ, và tiết ra các phytohormone và siderophore, giúp thúc đẩy tăng trưởng thực vật. Sự tương tác gián tiếp giữa vi khuẩn và thực vật làm tăng nguồn cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của cây trồng, như cố định Nitơ khí quyển hoặc hịa tan photpho trong đất. Vì vậy, thực vật phát triển một cách khỏe mạnh và tăng khả năng chống chịu của cây trồng đối với các stress mơi trường, trong đó bao gồm cả các tác nhân gây bệnh.
Các phytohormone sản sinh bởi nhóm vi khuẩn vùng rễ thúc đẩy tăng trưởng thực vật (PGPR-Plant growth promoting rhizobacteria) như auxin, axit axetic indole (IAA), gibberellin, cytokinin và một số hợp chất khác đóng vai trị quan trọng tương tác giữa vi khuẩn-thực vật, kích thích sự phân chia và kéo dài tế bào, phát triển mơ, từ đó ảnh hưởng tích cực đến sự phát triển và năng suất thực vật. Theo báo cáo của Ruanpanun và cs (2010), phytohormone sản xuất bởi xạ khuẩn Streptomyces sp. làm giảm tỷ lệ nở trứng của tuyến trùng Meloidogyne incognita lên đến 33,1% và tăng
tỷ lệ chết của ấu trùng lên 82% so với đối chứng (Ruanpanun và cs, 2010).
Thực vật cần được cung cấp đầy đủ các dinh dưỡng thiết yếu để đảm bảo sự phát triển bình thường. Tuy nhiên, các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng chủ yếu tồn tại ở dạng khó hịa tan mà cây trồng khơng thể sử dụng trực tiếp được. Do đó, sự hiện diện của các nhóm vi khuẩn giúp cố định Nitơ, hịa tan các khống chất đóng vai trị rất quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật, ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật và hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu. Một số vi khuẩn thuộc các chi
Paenibacillus, Bacillus và Pseudomonas vừa thúc đẩy tăng trưởng thực vật, vừa làm giảm quần thể tuyến trùng trong vùng rễ (Mhatre và cs, 2019). Nấm rễ AMF có vai trò quan trọng đặc biệt đối với đời sống của cây chủ, đồng thời giúp hình thành liên kết và bảo vệ cấu trúc đất. Mạng lưới hệ sợi nấm phát triển từ trong tế bào rễ của cây chủ kéo dài ra phía ngồi rễ ít nhất là 12 cm giúp mở rộng vùng tiếp xúc của rễ thực vật ra xa, ước tính tổng chiều dài hệ sợi nấm có thể lên đến 40-160 cm/g đất. Do đó, AMF giúp cây chủ tăng cường khả năng hút nước và các chất dinh dưỡng khoáng, tăng sức đề kháng và khả năng chống chịu khi gặp điều kiện bất lợi như khô hạn hoặc độc chất, đồng thời giúp tăng khả năng chống chịu của cây đối với tuyến trùng (Hol & Cook, 2005; Ortas, 2012; Wu và cs, 2013).
1.3.5. Biện pháp cải tạo đất
Bên cạnh việc sử dụng trực tiếp các chủng VSV để phòng trừ các loại bệnh cây, các biện pháp cải tạo đất tạo môi trường thuận lợi cho thực vật các nhóm sinh vật đối kháng phát triển cũng được áp dụng phổ biến để phòng trừ bệnh hại phát sinh từ đất.
Cải tạo đất bằng cách sử dụng các vật liệu hữu cơ như tàn dư thực vật, phân xanh, phân chuồng, … giúp bổ sung một lượng đáng kể các nhóm VSV vào trong đất, tạo điều kiện tăng cường hòa tan các chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng. Sử dụng phân chuồng ủ hoai mục làm giảm mật độ tuyến trùng Meloidogyne incognita trong đất trồng hồ tiêu từ 45-60% so với đối chứng (Nguyễn Ngọc Châu, 2003). Theo Campell và cs (1994), bổ sung chất hữu cơ vào đất giúp kiểm soát bệnh thối rễ do
Thielaviopsis basicola gây ra (Campbell, 1994). Bổ sung một số chất thải có nguồn
gốc sinh học như chitin có thể kích thích các VSV phân hủy chitin, từ đó làm giảm giảm số lượng tuyến trùng (El-Sayed & Mahdy, 2015; Patel & Goyal, 2017).