1.5. Sử dụng nấm Trichoderma trong phòng trừ bệnh đốm trắng
1.5.2. Cơ chế đối kháng của nấm Trichoderma
Theo Nguyễn Thị Hai (2013), rất nhiều nghiên cứu về vi sinh vật đã cho thấy nấm Trichoderma là một trong những nhóm đứng đầu của vi sinh vật trong đất có tính đối kháng và đƣợc nghiên cứu rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Việc nghiên cứu tính đối kháng, đặc biệt là tính chọn lọc của những chất đặc trƣng do nấm Trichoderma tiết ra đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm và tiến hành nghiên cứu nhằm giải thích cơ chế tác động của nhóm nấm này đối với các vật gây bệnh cho cây trồng và sử dụng chúng trong phòng chống bệnh hại cây trồng.
Đối với Okigbo và Ikediugw (2000), hai nhà khoa học này cho biết những loài Trichoderma spp. có hệ sợi nấm nhỏ, mảnh là một nhân tố có triển vọng trong phòng trừ sinh học chống bệnh thối hạt, thối rễ và quản lý bệnh hại sau thu hoạch.
29
Nấm Trichoderma spp. tấn công trực tiếp bằng cách cuộn quanh và tiết ra enzyme phân hủy chitin của nấm gây hại thành những phân tử nhỏ dễ hấp thu, đồng thời giúp cây trồng kháng lại bệnh (Klein và Eveleigh, 1998).
Một số loại enzyme do Trichoderma tiết ra bao gồm glucan 1,3 – beta – glucosidase, endochitinase, chitobiosidase, N – acetyl – beta – D – glucosaminidase (NAGase), trypsin, chymotrypsin, cellulose, protease, lipase, khi kết hợp hai enzyme glucan 1,3 – beta – glucosidase và endochitinase sẽ ngăn được quá trình tăng trưởng của nhiều loại Ascomycetes trong nuôi cấy, thêm vào đó sẽ có hiệu quả cao trong việc ngăn cản sự nảy mầm của bào tử hơn là từng loại enzyme đơn lẻ (Margolles và Clark, 1995).
Hầu hết các tác nhân kiểm soát sinh học đƣợc biết là sản xuất enzyme chitinase và β – 1,3 – glucanase có thể làm rã thành tế bào dẫn đến ly giải sợi nấm của mầm bệnh (Esposito .E, Silva .D.M, 1998). Phát hiện thấy hoạt động của các enzym - chitinase và β - 1,3 glucanase trong Trichoderma spp. mạnh hơn khi ủ với tế bào mầm bệnh. Sản xuất β - 1,3 glucanase cũng đã đƣợc báo cáo là một enzyme quan trọng trong kiểm soát sinh học của tác nhân gây bệnh vì β - 1,3 glucan là một thành phần cấu trúc của màng tế bào nấm (Denis, C và Webster, 1971).
Đối với cơ chế đối kháng nấm bệnh của nấm Trichoderma, các nhà khoa học đƣa ra những cơ chế khác nhau nhƣng nhìn chung thì nấm Trichoderma kiểm soát sinh học thông qua 3 cơ chế chính:
a. Tiết kháng sinh
T. virens sản xuất gliotoxin và gliovirin, chúng kìm hãm sự phát triển của các loài Rhizoctinia solani và Pythium spp. Isonitriles đƣợc sản xuất bởi T. hamatum, harzianum, viride, koningii, polysporum giúp hạn chế sự phát triển của nấm bệnh. Ở một vài loài T. atroviride và T. viride tiết 6 – pentyl alpha – pyrone (α – pyrone) có hương dừa, hoạt động của loại phytotoxin này có thể ngăn cản sự nảy mầm của những noãn bào tử nấm bệnh Phytophthrora cinnamomea và bào tử của Botrytis cinnerea.
30
Peptaibols do T. polysporum, T. harzianum, T. koningii sản xuất giúp ngăn cản sự tổng hợp enzyme phá hủy thành tế bào ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh và kích thích cây trồng kháng lại mầm bệnh. T. virens, T. koningii, T. viride sản xuất sesquiterpenes và polyketides đƣợc T. harzianum sản xuất. Steroids (viridian) là một độc tố thực vật có hiệu lực nhƣ một loại thuốc diệt cỏ giúp hạn chế sự nảy mầm của bào tử, đƣợc sản xuất bởi T. virens.
b. Ký sinh
Trichoderma có thể nhận ra vật chủ của nó nhờ có tính hướng hóa chất, nó ký sinh phân nhánh hướng về những nấm đã được định trước (do những nấm này tiết ra các hóa chất). Ngoài ra, vật ký sinh và vật đối kháng đƣợc Trichoderma nhận dạng qua trung gian là lectin trên bề mặt tế bào của mầm bệnh và vật đối kháng). Đồng thời, Trichoderma ký sinh và cuộn quanh sợi nấm vật chủ thông qua hình thành các dạng móc hay dạng giác bám, tiết enzyme chitinase, β – glucanase, protease những enzyme này có khả năng bào mòn thành tế bào hay tiết ra những loại kháng sinh gây thủng sợi nấm vật chủ, đây là khả năng tấn công trực tiếp của Trichoderma. Không những thế, Trichoderma còn có khả năng tiết những enzyme phân giải nhƣ chitinase, glucanase, protease giúp bào mòn thành tế bào sau khi ký sinh và cuộn quanh nấm gây bệnh đối kháng với nó. Khi ký sinh vào cây T. asperellum tiết cellulose, cho phép nó tấn công vào những nấm nhƣ Phytophthora spp. và Pythium spp. khi chúng bám vào cây trồng.
31
Hình 1.2. Hình ký sinh của nấm Trichoderma (a. Trichoderma ký sinh trên nấm Pythium gây bệnh ở các cây họ đậu. (Trichoderma nhuộm màu; Pythium nhuộm màu xanh), b. Nấm Trichoderma sp. quấn lấy sợi nấm gây bệnh (Tô Duy Khương, 2007)).
c. Cạnh tranh (Nguyễn Ngọc Phúc, 2005)
Lockwood (1981, 1982) và Wicklow (1992) đã đƣa ra khái niệm cạnh tranh khai thác và cạnh tranh cản trở vào tương tác giữa quần thể nấm. Sự cạnh tranh cản trở liên quan đến cơ chế hóa học và tập tính bởi vi sinh vật này giới hạn vi sinh vật khác tiếp xúc cơ chất và xảy ra do sự tương tác giữa hệ sợi nấm trong cùng loài hoặc khác loài.
Sự cạnh tranh khai thác xảy ra giữa 2 loài cùng khai thác một nguồn lợi nhƣng khác nhau về tốc độ và hiệu quả khai thác. Trong trường hợp nguồn lợi là nguồn dinh dƣỡng đƣợc xem nhƣ cạnh tranh dinh dƣỡng.
- Sự cạnh tranh cho mô hoại sinh
Botrytis và Sclerotinia spp. là mầm bệnh cơ hội tấn công vào mô thực vật lão hóa hoặc chết coi đó nhƣ nguồn dinh dƣỡng, từ đây tiếp tục tấn công vào những mô khỏe mạnh. Khi đã xử lý Trichoderma, chúng làm suy yếu, làm chậm sự hình thành khuẩn lạc của Botrytis vào mô thực vật. Sau đó làm giảm mức độ bệnh trên cây.
Trichoderma đã đƣợc ứng dụng thành công trong kiểm soát Botrytis và Sclerotinia trên những loại rau cải, trái cây khác nhau: dâu, dƣa chuột…
- Sự cạnh tranh cho chất dịch rỉ từ hạt
Bệnh chết nhát (Damping - off) gây bởi Pythium ultimum ở một số loại ngũ cốc và rau quả đƣợc xuất phát bởi sự đáp ứng nhanh chóng của mầm bệnh đối với dịch rỉ từ
a b
32
hạt. Túi bào tử của Pythium nảy mầm và xâm nhiễm vào hạt giống trong vòng vài giờ khi Pythium đã tràn lan trong đất. Xử lý hạt giống với Trichoderma làm giảm sút sự nảy mầm của túi bào tử Pythium, hiện tƣợng này đƣợc cho là sự cạnh tranh chất kích thích nảy mầm.
Sự cạnh tranh dinh dƣỡng cũng đƣợc xem nhƣ cơ chế hữu hiệu nhất sử dụng bởi T. harzianum T-35 trong sự kiểm soát Fusarium oxysporum trong vùng rễ cây bông vải và dƣa hấu.
- Sự cạnh tranh trên vị trí vết thương
Một trong những thí nghiệm thành công đầu tiên của sự kiểm soát sinh học trên vết thương gây do cắt xén là sử dụng T. viride, áp dụng trong phun xịt hoặc dùng kéo lớn cắt, để kiểm soát mầm bệnh gây bạc lá (Chondrostoreum purpureum). Thể Trichoderma đƣa vào đƣợc chứng minh có khả năng mọc sợi nấm trên cây vừa bị cắt và ngăn ngừa sự xâm nhiễm của mầm bệnh ở rễ (Amillaria luteobubalina).
Sự thối thân thường theo cùng sự xâm nhiễm Botrytis vào vết thương bị cắt trên cây cà chua trong nhà kính; căn bệnh này rất khó kiểm soát bởi những biện pháp canh tác. Thể Trichoderma đƣợc chứng minh có khả năng kiểm soát sự thối thân khi tiêm chủng trước hay cùng lúc với Botrytis, nhưng không có hiệu quả kiểm soát nếu được tiêm sau, như vậy có thể cho rằng sự cạnh tranh mọc sợi nấm trên vết thương là yếu tố xác định sự giảm bệnh.
Trong một nghiên cứu sự xâm nhiễm của Pythium vào rễ dƣa chuột đã chỉ ra rằng mặc dù không có sự hình thành sợi nấm của chủng T. harzianum T3 trên toàn bộ rễ nhưng vẫn có sự hình thành sợi nấm tại vết thương. Sự cạnh tranh dinh dưỡng từ dịch rỉ vết thương của thể cạnh tranh là nguyên nhân giảm sự xâm nhiễm của Pythium.
Trichoderma cạnh tranh khai thác với nấm gây bệnh cây trồng, làm suy kiệt chúng bằng cách hút hết những dƣỡng chất một cách thụ động và dai dẳng bằng những bào tử chống chịu (chlamydospores).
33
Trong hoạt động sống ký sinh của nấm Trichoderma spp. thì enzyme thủy phân chitinase và β – glucanase đóng vai trò rất quan trọng (Crus và ctv, 1995). Nấm Trichoderma harzianum có khả năng sản xuất enzyme phân hủy vách tế bào nhƣ chitinase, β – 1,3 – glucanase đây là hai enzyme quan trọng trong quá trình ký sinh lên nấm gây hại (Muhammad và Amusa, 2003).
Khả năng tiết enzyme của Trichoderma spp. chịu ảnh hưởng của độ yếm khí, lƣợng oxy hòa tan, tốc độ lắc (Marco và ctv, 2002).
Một vấn đề quan trọng trong sự hình thành cơ chế đối kháng đƣợc trình bày ở nhiều báo cáo là tùy thuộc vào dòng vi sinh vật đối kháng, nguồn gốc của chúng và điều kiện môi trường, vì thế khi chọn một tác nhân sinh học nên quan tâm đến hướng áp dụng, nguồn gốc của mầm bệnh (Kubicek và Harman, 1998).
34 Chương 2