II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.2.6. Các biện pháp phòng trừ bệnh bạc lá lúa
Có rất nhiều biện pháp phòng trừ bệnh bạc lá lúa như: Biện pháp canh tác, biện pháp hoá học, biện pháp chọn giống chống bệnh, và biện pháp phòng trừ sinh học. Mỗi biện pháp ựều có ưu, nhược ựiểm riêng nhưng biện pháp chọn giống chống bệnh và biện pháp phòng trừ sinh học ựược các nhà khoa học quan tâm hơn cả.
2.2.6.1. Biện pháp canh tác
Bao gồm việc dọn vệ sinh ựồng ruộng, bón phân và tưới nước hợp lý... đây là biện pháp ựơn giản, dễ thực hiện, ắt tốn kém nhưng hiệu quả hòng trừ không cao, không có khả năng dập dịch.
2.2.6.2. Biện pháp hoá học
Biện pháp hoá học có hiệu quả phòng trừ cao nhưng lại gây ựộc hại tới môi xung quanh, tới nông sản, thậm chắ ảnh hưởng tới cả con người và tiêu tốn về kinh tế. Những nghiên cứu ở Nhật Bản ựã chỉ ra rằng: dùng thuốc boócựo và các hợp chất chứa ựồng ựể phun ựã phần nào hạn chế ựược tác hại của bệnh, nhưng ựồng thời gây ựộc cho lúa (Dẫn theo Devadath, 1985) [56].
2.2.6.3. Biện pháp phòng trừ sinh học
phòng trừ sinh học. Islam-N và Bora-LC (1998) ựã ựưa ra biện pháp phòng trừ bệnh bạc lá bằng việc sử dụng hai chủng vi khuẩn Rhizobacterial vào việc khử trùng hạt giống. Kết quả cho thấy vi khuẩn này không chỉ có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của bệnh bạc lá lúa mà còn có tác dụng làm tăng năng suất lúa ựối với những cây ựược xử lý khử trùng [20], [58].
Còn tác giả Nivedita và cộng sự ựã (2002) xác ựịnh tác dụng phòng trừ của vi khuẩn Bdellovibrio bacteriovorus bằng cách lây nhiễm nhân tạo dung dịch có chứa vi khuẩn này và vi khuẩn X. oryzae theo những tỉ lệ tương ứng khác nhau (1:1, 9:1 và 99:1). Kết quả cho thấy: cả chiều dài vết bệnh và triệu chứng bệnh ựều giảm tương ứng với tỉ lệ vi khuẩn B. bacteriovorus tăng lên trong dung dịch lây nhiễm [65].
2.2.6.4. Biện pháp chọn tạo giống chống bệnh
Biện pháp chọn tạo giống chống bệnh là biện pháp có hiệu quả cao, không gây ô nhiễm môi trường và ựược coi là biện pháp chiến lược trong bất kỳ chương trình phòng chống bệnh nào. để có thể chọn tạo ra giống vừa có khả năng chống bệnh tốt vừa cho năng suất cao, trước tiên, ta phải có nguồn vật liệu khởi ựầu, là những giống có khả năng chống bệnh. Trên cơ sở ựó, chúng ta tiến hành chọn tạo giống chống bệnh có ựặc ựiểm nông sinh học tốt bằng nhiều con ựường khác nhau.
Trên thế giới, có rất nhiều giống có khả năng kháng bệnh bạc lá. Ở ấn độ, trong 522 dòng lúa ựem khảo sát, có 16 dòng kháng hoàn toàn, 70 dòng kháng trung bình, còn lại là nhiễm vừa và nhiễm nặng [18]. Các nhà khoa học Trung Quốc ựã ựánh giá khả năng chống chủng Jiang Ling 691 của 4091 dòng như sau: 6% kháng hoàn toàn, 10% chống trung bình, 84% nhiễm [20].
Ở nước ta, Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp ựã tiến hành lây nhiễm nhân tạo ựối với 1164 giống trong tập ựoàn các giống lúa ựịa phương. Kết quả ựã phát hiện có: 597 giống chống bệnh cao, 299 giống chống trung bình, còn lại là nhiễm [17], [35].
2.2.7. Cơ sở khoa học và các phương pháp chọn tạo giống kháng bệnh bạc lá lúa
2.2.7.1. Cơ sở khoa học của chọn giống kháng bệnh bạc lá lúa
Tắnh kháng bệnh là một tiến trình năng ựộng ựược xác ựịnh bởi kiểu gen của 2 phắa: ký sinh và ký chủ [2]. Năm 1971 thuyết Ộgen ựối genỢ của Flor ựã chỉ ra rằng: ''đối với mỗi gen kiểm soát tắnh chống bệnh ở ký chủ thì có một gen ựặc thù kiểm soát tắnh gây bệnh trong ký sinh''. Nghiên cứu di truyền phân tử ựã khẳng ựịnh lại giả thuyết Ộgen ựối genỢ với quy môphân tử AND. Sự kắch thắch phản ứng tự vệ của thực vật ựược bắt nguồn từ sự ghi nhận tắn hiệu phân tử ựặc biệt, người ta dùng thuật ngữ ỘelicitorỢ. Những ỘelicitorỢ
này ựã ựược mã hoá một các trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các gen không ựộc. Người ta cho rằng những gen kháng sẽ mã hoá các ỘelicitorỢ ựối với từng
ỘelicitorỢ riêng biệt (Staskawicz và CTV, 1995) [40].
Vào những năm 80, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) ựã xác ựịnh bản chất di truyền tắnh kháng bệnh bạc lá lúa là do gen quy ựịnh.
Cơ chế chống bệnh bạc lá là cơ chế kháng chủ ựộng.
Theo thuyết ''gen ựối gen'' (Flor, 1956): Nếu vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào bên trong ký chủ mang gen alen không gây bệnh thì gen kháng bệnh của ký chủ mới hoạt ựộng [7]. Khi ựó ký chủ có thể tiết ra các Phytoalanin ựể hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh, hoặc có thể làm tăng tắnh hoạt hoá của một số Enzym trong cây.
Vi khuẩn gây bệnh bạc lá khi xâm nhập vào tế bào cây chủ, trong cây chủ sẽ xuất hiện phản ứng tự vệ. Phản ứng tự vệ ựó ựược ựịnh tắnh như sau: Do sự gia tăng hoạt ựộng peroxydase; Hiện tượng dự trữ lignin trong thành tế bào; Sự chết của tế bào cây chủ ựể bao bọc pathogen lại, còn gọi là phản ứng ựốm nâu (browning); Sự hạn chế vi khuẩn gia tăng quần thể (Reimers và CTV, 1992). Hai gen peroxydase POX8.1 và POX22.3 thể hiện xuyên suốt trong quá trình kháng bệnh xâm nhập (Chitoor và CTV, 1997). Phân tắch trên
bản ựồ di truyền, người ta nghi nhận POX22.3 và một peroxydase khác POX5.1 (nhạy cảm khi có vết thương) ựịnh vị trên nhiễm sắc thể số 7 (Chitoor và CTV, 1998). để xác ựịnh nhiệm vụ của peroxydase trong cơ chế tự bảo vệ ựối với pathogen gây bệnh bạc lá, người ta nghiên cứu công thức gen chuyển nạp trên dây mạng mã gốc (sense) và dây ựối mã (antisense) những peroxydase cảm ứng với pathogen (Wang và Leung.1999) [40].
Những nghiên cứu có tắnh chất hệ thống về gen kháng bệnh bạc lá ựược thực hiện tại Nhật Bản và Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) từ năm 1960 ựến nay (Mew, 1987). Theo Shauaguchi, các nhà khoa học trên thế giới ựã xác ựịnh ựược 22 gen ựiều khiển tắnh chống bệnh bạc lá lúa là: Xa - 1, Xa - 2, Xa - 3, Xa - 4, xa - 5, Xa - 7, xa - 8, Xa - 10, Xa - 11, Xa - 12, xa - 13, Xa - 14, xa - 15, Xa - 16, Xa - 17, Xa - 18, xa - 19, xa - 20, Xa - 21, Xa - 22, Xa - 23 và Xa - 24. Trong ựó có 3 gen lặn là: xa - 5, xa - 8, xa - 13 [40], [71]. Mới ựây tác giả Lee K.S (2003) còn xác ựịnh thêm 3 gen kiểm tra tắnh chống bệnh bạc lá là: xa - 26(t), Xa - 27(t), xa - 28(t) [61].
Một vài gen phổ biến ựã ựược sử dụng trong các chương trình cải tiến giống lúa, bên cạnh ựó chúng ta ựã ựồng hoá ựược 5 gen, ựó là: Xa - 1, xa - 5, Xa - 21, Xa - 26, Xa - 27 [40]. Cùng với việc xác ựịnh các gen kiểm tra tắnh chống thì việc xác ựịnh nhiễm sắc thể và vị trắ sắp xếp của các gen ựó trên nhiễm sắc thể (NST) cũng phục vụ ựắc lực cho công tác chọn tạo giống chống bệnh. Gen Xa - 1, Xa - 2, Xa - 12 nằm trên nhiễm sắc thể số 4, gen xa - 5 nằm trên nhiễm sắc thể số 5, Xa - 7 nằm trên nhiễm sắc thể số 6, xa - 13 nằm trên nhiễm sắc thể số 8, xa - 19 nằm trên nhiễm sắc thể số 10, các gen Xa - 3, Xa - 4, Xa - 10, Xa - 21, Xa - 23 nằm trên nhiễm sắc thể số 11Ầ Tắnh chống bệnh của một cá thể ựược kiểm tra bởi một gen ựơn trội (X - a4, Xa - 7, Xa - 21Ầ) hay một gen ựơn lặn (xa - 5, xa - 8, xa - 13) hoặc hai gen liên kết (Xa - 1\Xa - 4, Xa - 4\Xa - 7, Xa - 1\Xa - 10Ầ). Cũng có khi cùng nằm trên một nhiễm sắc thể: Xa - 1 và Xa - 2 cùng nằm trên nhiễm sắc thể số 4, gen Xa - 3 và Xa - 4
cùng nằm trên nhiễm sắc thể số 11 [60]. Tuy nhiên khả năng kháng bệnh bạc lá còn phụ thuộc vào ựộ ựộc của từng chủng và ựiều kiện sinh thái của mỗi vùng. Mà mỗi vùng ựịa lý khác nhau thì tồn tại những nòi sinh lý khác nhau, nên 1 gen có khả năng kháng nòi này nhưng không kháng ựược nòi khác. Khi xác ựịnh ựược nòi sinh lý, khu vực phân bố và khả năng chống của các gen ựối với nòi ựó thì sẽ có phương hướng chọn tạo giống chống bệnh phù hợp với từng vùng sinh thái khác nhau.
Các nhà khoa học trên thế giới ựã xác ựịnh ở ấn ựộ có 9 chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa. Trong ựó, những giống chứa gen xa - 5, kháng hầu hết các chủng có ở Ấn độ. Ở Philippin ựược xác ựịnh có 6 chủng và khả năng kháng cao nhất là những giống chứa gen xa - 5 và Xa - 21. Cụ thể gen xa - 5 có thể kháng chủng I, II, III, V, kháng vừa với chủng IV và nhiễm chủng VI. Trong khi ựó gen Xa - 21 có khả năng kháng tất cả các chủng vi khuẩn X. Oryzae có tại philippin [35]. Tại Thái Lan (1972 Ờ 1977) có 3 nhóm chủng vi khuẩn là I, II, III (Dẫn theo Eamchit và Mew 1982) [57].
Theo Zhang Ờ Qi và cộng sự (1998) các giống lúa ở Trung Quốc chứa các gen kháng chủ yếu là Xa- 2, Xa - 7 và Xa - 14 [72].
Theo Phan Hữu Tôn và Bùi Trọng Thuỷ: Ở Trung Quốc, các giống chứa gen Xa - 2, Xa - 7, Xa - 14 kháng ựược hầu hết các chủng, tuy nhiên khi nhập nội các giống này vào Việt Nam và ựánh giá mức ựộ chống bệnh của gen Xa - 14 ựã kết luận gen này không có khả năng chống ựược các chủng gây bệnh ở Việt Nam. Trong khi ựó, các gen xa - 5, Xa - 7, Xa - 21 lại kháng ựược hầu hết các chủng vi khuẩn gây bệnh ở Việt Nam [36].
Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng ngoài gen kiểm tra tắnh chống bệnh trong nhân có thể có gen phụ và một số yếu tố khác cùng kiểm tra tắnh chống bệnh của giống ựó [72]. Vậy ựể xác ựịnh ựược các nòi sinh lắ và khả năng chống bệnh của từng gen, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) ựã tạo ra các dòng ựẳng gen chứa các gen chống bệnh bạc lá khác nhau trên thế giới.
Các dòng này ựược tạo ra bằng phương pháp lai lại giữa giống IR24 và các giống chứa gen chống bệnh bạc lá khác nhau. Vì thế, chúng ựều có nền gen chung của IR24, chỉ khác nhau ở một gen chống bệnh bạc lá. điều này có nghĩa rằng, những gen phụ và các yếu tố cùng kiểm tra tắnh chống bệnh với gen chắnh giữa các dòng này là như nhau. Do vậy, có thể phân biệt ựược các nòi sinh lắ dựa vào phản ứng của các nòi này với các gen chống khác nhau. đồng thời, cũng có thể xác ựịnh ựược khả năng chống của từng gen ựối với các chủng khác nhau.
2.3.7.2. Di truyền tắnh kháng bệnh
Cũng như các loài vi sinh vật gây bệnh khác, vi khuẩn Xathomnas oryzae
cũng tồn tại nhiều nòi sinh lý khác nhau ở một vùng sinh thái. Trong số các chủng vi khuẩn gây bệnh ở mỗi vùng thì có chủng gây bệnh phổ biến, có chủng gây bệnh ắt phổ biến. Nếu giống ựưa ra sản xuất chỉ chứa gen chống chủng vi khuẩn phổ biến (ựơn gen) mà không chống ựược các vi khuẩn ắt phổ biến thì các chủng ắt phổ biến sẽ có cơ hội sinh sôi và trở nên phổ biến. điều này cho chúng ta thấy một giống chứa ựa gen sẽ kháng bệnh bền vững hơn giống chứa ựơn gen. Do vậy người ta chú trọng tới việc chọn giống chứa ựa gen kháng, giống có tắnh kháng ngang hơn là giống có tắnh kháng dọc. Người ta có thể chia tắnh kháng sâu bệnh thành hai nhóm:
* Tắnh kháng ngang, kháng dọc
- Tắnh kháng dọc (vertical resistance) còn ựược gọi là tắnh kháng chuyên biệt ựối với nòi, tắnh kháng không ựồng nhất , tắnh kháng chất lượng, tắnh kháng không bền vững.
- Tắnh kháng ngang (horizontance resistance) còn ựược gọi là tắnh kháng toàn phần, tắnh kháng ựồng nhất, tắnh kháng ựa genẦ.
Sự khác nhau giữa tắnh kháng ngang và tắnh kháng dọc:
- Sự chuyên tắnh của nòi cho phản ứng kháng hoặc nhiễm của cây chủ ựối với một nòi nào ựó của ký sinh.
- được kiểm soát bởi một hoặc và gen. - Ít chịu ảnh hưởng của môi trường.
- Rất hiệu quả ựối với một ắt nòi nhưng không hiệu quả ựối với nhiều nòi khác. - Tạo nên bệnh chỉ cần một vài tác ựộng lây nhiễm ban ựầu.
- Sự không chuyên tắnh của nòi cho phản ứng kháng cới nhiều nòi không nhất thiết có cùng mức ựộ như nhau.
- được kiểm soát bởi ựa gen.
- Chịu ảnh hưởng tương tác với môi trường.
- Có hiệu quả mức ựộ ựối với nhiều nòi cho dù không cùng mức ựộ như nhau. - Có suy giảm ảnh hưởng nhất ựịnh sau khi hình thành quần thể ký sinh ựủ mạnh trên cây chủ.
Do bản chất di truyền khác nhau nên khả năng kháng ngang, kháng dọc không giống nhau. Kháng dọc có tác dụng làm giảm nguồn bệnh ban ựầu và trì hoãn sự bùng nổ của dịch bệnh. Thời gian tồn tại của khả năng kháng dọc phụ thuộc vào sự ựa dạng di truyền trong quần thể ký sinh. Kháng ngang không làm giảm bớt nguồn bệnh ban ựầu nhưng lại làm giảm tốc ựộ phát triển của dịch bệnh. Do ựó, kháng ngang có tắnh kháng bệnh bền vững hơn kháng dọc [1].
* Tắnh kháng bệnh bền vững
Tắnh kháng bệnh bền vững là khả năng duy trì tắnh kháng trong khoảng thời gian dài trong môi trường sống thuận lợi cho ký sinh gây bệnh (Johnson,1984). Khả năng kháng bệnh bền vững có thể có ựược ở những giống chứa hai hay nhiều gen kháng ựặc thù với từng nòi sinh lý. Chỉ khi các nòi này ựồng thời tạo nên nhiều ựột biến ựộc lập mới có thể phá vỡ hàng rào kháng bệnh của giống ựó [1]. Với kỹ thuật PCR, người ta có thể tìm kiếm những gen kháng chắnh, những gen như vậy có thể nhanh chóng ựược phân lập và ựánh dấu phân tử. Nhờ vậy, sự phối hợp lại các gen kháng sẽ giúp cho tắnh kháng trở nên ổn ựịnh hơn.
2.2.8. Tình hình nghiên cứu bệnh bạc lá lúa
Ngay từ khi bệnh bạc lá lúa phát sinh và gây hại ựầu tiên ở Fukuoka (Nhật Bản) vào năm 1988 sau ựó xuất hiện ở nhiều nước trên thế giới thì việc nghiên cứu bệnh bạc lá lúa ựã trở thành nhiệm vụ quan trọng của ngành khoa học nông nghiệp toàn thế giới. Sau khi Takashi phân lập ựược vi khuẩn gây bệnh và lây lại cho lúa thành công năm 1908 thì việc nghiên cứu một cách có hệ thống bệnh bạc lá lúa ựã ựược tiến hành ở nhiều nước trên thế giới.
Năm 1926, ở Nhật Bản giống lúa chống chịu bệnh ựầu tiên trên thế giới Kono 35 ựã ựược xác ựịnh (Kush, 1997) ựược chọn lọc từ giống nhiễm bệnh Shikiniki. Sau ựó, IRRI ựã tạo ra nhiều dòng, giống lúa kháng bệnh và ựược trồng rộng rãi ở nhiều nước Châu Á như giống Chandina, IR532 Ờ 1 Ờ 176, IR579 Ờ 48 ở ấn ựộ, IR272 Ờ 4 Ờ 1 ở Bangladesh, IR36 và IR38 ở Philippine và IR1561 Ờ 1 Ờ 2, IR1561 Ờ 228, IR22 ở Việt Nam (Kush,1977) [59].
Tại Nhật Bản, nghiên cứu thành phần nòi vi khuẩn gây bệnh bạc lá ựã ựược tiến hành từ năm 1957 khi phát hiện thấy giống Aisacse chống bệnh trở lên nhiễm bệnh, họ ựã xác ựịnh ở Nhật Bản có 5 nòi vi khuẩn [14].
Năm 1972 Murty và Khush ựã nghiên cứu tắnh kháng trội của các giống lúa khác nhau khi lây bệnh nhân tạo vi khuẩn gây bệnh bạc lá, phát hiện giống DZ192 và BJ1 có khả năng kháng bệnh bạc lá và có chứa gen kháng bệnh [29].
Năm 1973, Murty và ctv ựã khảo sát khả năng kháng bệnh bạc lá của các giống lúa Sigadis, TKM6, BJ1, Wase Aikoku 3, PI 215936, Zenith và B589 A4 Ờ 18 Ờ 1 ựã chỉ ra rằng các giống lúa này có ắt nhất 3 gen kháng các nhóm nòi vi khuẩn [29].