Chương 2 : Tổng quan tài liệu
2.3 Khái quát về thực khuẩn thể trong phòng trừ sinh học
2.3.2 Khái quát về lịch sử nghiên cứu thực khuẩn thể và những ứng
2.3.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
Thực khuẩn thể (bacteriophage hay gọi tắt là phage) là một virus “ăn” vi khuẩn, chúng chỉ ký sinh và sao chép ở bên trong tế bào vi khuẩn kí chủ nhưng khơng gây ảnh hưởng vi khuẩn khác lồi hay các sinh vật khác. Thuật ngữ này được bắt nguồn từ “bacteria - vi khuẩn” và “phagein” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “nuốt chửng” (Grath & Sinderen, 2007), chúng xâm nhập vào tế bào vi khuẩn ngăn cản sự trao đổi chất và cuối cùng là phân giải vi khuẩn (Kurtboke, 2012).
Năm 1923, Viện Eliava đã được xây dựng ở Tbilisi, Geprgia để nghiên cứu về thực khuẩn thể và phát triển các liệu pháp thực khuẩn thể. Kể từ đó, liệu pháp thực khuẩn thể được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu để chữa một số bệnh do vi khuẩn như: khuẩn tả, thương hàn, dịch hạch, các tụ cầu khuẩn, liên cầu,… trên người, động vật và cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Ngồi ra, một số cơng ty cũng bắt đầu sản xuất thương mại các chế phẩm thực khuẩn thể để kiểm sốt các loại vi khuẩn gây bệnh (trích dẫn Kurtboke, 2012).
Kể từ sau thập niên 40 của thế kỷ trước, liệu pháp thực khuẩn thể được nghiên cứu rất rộng rãi như là một phương tiện để kiểm soát dịch bệnh vi khuẩn trên cây trồng (Goto, 1992). Bergamin & Kimati (1981) đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý thực khuẩn thể đến hiệu quả của việc kiểm soát bệnh vi khuẩn trên cây trồng trong các thử nghiệm ở nhà lưới với hai loại bệnh: thối đen bắp cải (Xanthomonas campestris pv. campestris) và đốm vi khuẩn trên tiêu (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria), thực khuẩn thể
được xử lý một lần và thay đổi từ bảy ngày trước lây bệnh đến bốn ngày sau khi lây bệnh. Trên cải bắp, bệnh giảm đáng kể nếu xử lý thực khuẩn thể từ ba ngày trước khi lây bệnh đến một ngày sau khi lây bệnh, trong khi trên ớt là từ ba ngày trước lây bệnh đến ngày lây bệnh và hiệu quả giảm bệnh lớn xảy ra khi xử lý thực khuẩn thể và vi khuẩn gây bệnh cùng ngày với nhau đối với cả hai loại bệnh (Balogh et al., 2009). Schnabel et al., (1999) cũng đã ghi nhận một sự giảm đáng kể (37%) của bệnh bạc lá trên hoa táo khi xử lý hỗn hợp ba dòng thực khuẩn thể cùng lúc với các tác nhân gây bệnh (Erwinia amylovora), ngược lại, khơng có hiệu quả giảm bệnh khi thực khuẩn thể được xử lý một ngày sau khi lây bệnh. Balogh et al., (2009) nhận thấy rằng một hỗn hợp thực khuẩn thể kiểm soát hiệu quả vi khuẩn đốm lá cà chua nếu được dùng ở nồng độ 106 hoặc 108 PFU/mL, nhưng khơng có hiệu quả tại 104 PFU/mL. Jackson (1989) đã phát triển một chiến lược để ngăn chặn sự xuất hiện của thể đột biến có khả năng kháng sự tấn công của thực khuẩn thể. Điều này liên quan đến việc sử dụng hỗn hợp của nhiều thực khuẩn thể đã đột biến có khả năng tấn cơng những dịng vi khuẩn kháng thực khuẩn thể ban đầu, trong khi vẫn duy trì các thực khuẩn thể có thể ký sinh trên các vi khuẩn tự nhiên. Sử dụng chiến lược này, một hỗn hợp của bốn thực khuẩn thể bao gồm cả tự nhiên và đột biến được áp dụng hai lần một tuần đã kiểm soát bệnh tốt hơn đáng kể và năng suất trên các loại cây ăn trái cao hơn so với khi sử dụng copper-mancozeb (Flaherty et al., 2000).
TKT cũng được sử dụng để khống chế bệnh đốm lá vi khuẩn như một mơ hình của chiến lược quản lý tổng hợp và phát triển toàn diện cho các bệnh vi khuẩn trên lá. Họ áp dụng kết hợp thực khuẩn thể với các chất kích kháng lưu dẫn (SAR – systemic acquired resistance), vi khuẩn vùng rễ kích thích cây trồng tăng trưởng (PGPR – plant growth promoting rhizobacteria) và vi khuẩn đối kháng để kiểm soát bệnh. Họ đã kiểm soát bệnh tốt hơn và hiệu quả cao hơn khi kết hợp các TKT với chất kích kháng lưu dẫn (Obradovic et al., 2004,
2005). Một nghiên cứu tương tự đã đánh giá hiệu quả khi kết hợp TKT với acibenzolar-S-methyl (chất kích kháng lưu dẫn), hoặc với đồng mancozeb đều cho thấy sự tăng cường khả năng kiểm soát đối với Xanthomonas sp. gây cháy lá hành tây (Lang et al., 2007). Bệnh cháy lá trên Lê do vi khuẩn Erwinia
amylovora gây ra cũng đã được làm giảm bằng cách đồng thời áp dụng vi
khuẩn đối kháng (Pantoea agglomerans) và TKT, cả hai đều tấn công và gây giảm mật số tác nhân gây bệnh tốt hơn so với khi điều trị bằng streptomycin (Svircev et al., 2006). Trong nghiên cứu của Iriarte et al., (2007) mật số TKT đã giảm mạnh trong những giờ đầu buổi chiều nhưng tiếp tục tồn tại ở mức cao khi áp dụng vào đầu buổi tối và đã được chứng minh là liên quan chặt chẽ
với cường độ chiếu xạ tia cực tím từ ánh sáng mặt trời. Tương tự, Balogh et
al., (2009) đã chứng minh rằng khi xử lý TKT vào buổi tối thì hiệu quả kiểm
soát bệnh do vi khuẩn trên cà chua cao hơn khi xử lý vào buổi sáng, số liệu tương ứng là 26,9 % và 13,1 %.
2.3.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam
Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng TKT để phòng trị các tác nhân vi khuẩn gây bệnh trên cây trồng còn rất hạn chế, nhưng bước đầu có một số nghiên cứu sau:
Nga & Tâm (2014) bước đầu đã phân lập và đánh giá khả năng ký sinh của một số dòng TKT của vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Có 7 TKT đã được phân lập từ 24 mẫu bệnh do vi khuẩn trên lá ở 5 tỉnh đồng bằng sơng Cửu Long, trong đó TKT P-KG4 phân lập từ Kiên Giang cho thấy khả năng phân giải tế bào vi khuẩn cao nhất với đường kính 15,5 mm ở 60 giờ sau khi nhân ni.
Giang và ctv. (2014) đã phân lập và tuyển chọn được 4 dịng TKT có khả năng ký sinh nhiều dịng vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây
bệnh cháy bìa lá trên lúa. Kết quả đánh giá hiệu quả phòng trừ trong điều kiện nhà lưới cho thấy cả 4 dòng TKT 10, 12, 13 và 17 qua hai biện pháp xử lý phun trước hoặc phun sau với mật số 108 PFU/mL đều thể hiện hiệu quả giảm bệnh cháy bìa lá lúa.
Huy và ctv. (2016) đã phân lập và nghiên cứu hiệu quả phòng trị của TKT đối với bệnh thối hạt lúa trong điều kiện nhà lưới do vi khuẩn
Burkholderia glumae gây ra. Kết quả ghi nhận khi phun huyền phù TKT
ΦVL34 với mật số khác nhau 105, 106, 107, 108 PFU/mL lên bông lúa đều thể hiện hiệu quả giảm bệnh so với nghiệm thức khơng xử lý TKT, trong đó mật số 108 PFU/mL cho hiệu quả cao nhất.
Vân và ctv. (2019a) đã phân lập TKT từ đất trồng cây dược liệu có khả năng ức chế vi khuẩn R. solanacearum ở một số tỉnh ĐBSCL, ba mươi lăm dòng TKT có khả năng ức chế vi khuẩn R. solanacearum đã được phân lập từ mẫu đất trồng cây dược liệu như cây gừng (Zingiber officinale), nghệ
(Curcuma longa L.), húng chanh (Coleus aromaticus Benth) và đinh lăng (Polyscias fruticosa L.). Kết quả đánh giá phổ ký chủ của các dòng thực khuẩn thể phân lập cho thấy có 29 dịng TKT tạo vết tan rõ ràng đối với 9 dòng vi khuẩn gây bệnh R. solanacearum. Đặc biệt 7 dòng TKT ký hiệu ΦG7, ΦG8, ΦDL3, ΦDL6, ΦH6, ΦH23 và ΦH24 có khả năng phân giải vi khuẩn hơn 72 giờ trong điều kiện phịng thí nghiệm.
Kiểm soát dịch bệnh cây trồng dựa trên thực khuẩn thể là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng trong nghiên cứu. Một loạt các chiến lược đã được sử dụng để tăng hiệu quả kiểm soát. Liệu pháp TKT hiện đang được sử dụng trong các nhà kính và các cánh đồng sản xuất ở Florida như là một phần của một chương trình quản lý tổng hợp tiêu chuẩn để quản lý bệnh đốm lá cà chua (Balogh et al., 2009). Với những kết quả ban đầu đầy hứa hẹn, thực khuẩn thể đã được coi là một phương tiện hiệu quả, đáng tin cậy để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh thực vật và trở thành một lĩnh vực có triển vọng, phát triển nhanh chóng ở trong nước và trên tồn thế giới.