CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
2.6 Tổng quan về nấm Trichoderma
2.6.3 Vai trò của nấm Trichoderma trong việc phòng trị bệnh cây
Trichoderma (giai đoan hữu tính là chi Hypocrea) là loại nấm sinh sản vô tính được tìm thấy trong đất của mọi vùng khí hậu. Loài nấm này có tốc độ sinh phân hủy vách tế bào (cell wall degrading enzymes, CWDEs) như:
cellulases, chitinases, glucanases... đồng thời cũng là nhà máy sản xuất kháng sinh quan trọng. Đa số các dòng nấm Trichoderma sống quanh rễ được ứng dụng trong nông nghiệp đều có khả năng phân cắt các carbohydrates, chlor phenols và các loại nông dược chứa xenobiotic (Harman & Kubicek, 1998;
Harman & ctv., 2004). Cơ chế tác động chính của nấm Trichoderma là ký sinh Hình 2.3: Hoạt động tương tác giữa nấm ký sinh Trichoderma và nấm ký chủ. Giai đoạn 1: Nấm ký sinh tiết ra các hợp chất polymers tiến đến ký chủ. Giai đoạn 2: Csinhghaeác sản phẩm có trọng lượng phân tử thấp (do vách tế bào ký chủ bị phân hủy) tiến đến ký chủ và hoạt hóa gene hoạt động của nấm ký sinh (trích từ Vinale & ctv., 2008).
Ghisalberti, 1998) trên các loài nấm gây bệnh trưởng nhanh, sản sinh nhiều bào tử và là nguồn sản xuất các loại enzymes.
Quá trình ký sinh của nấm Trichoderma diễn ra khá phức tạp, bao gồm việc nhận ra ký chủ, tấn công, xâm nhập và tiêu diệt. Trong suốt tiến trình này, nấm Trichoderma tiết các enzymes phân hủy vách tế bào (CWDEs) thủy phân vách tế bào của nấm ký chủ thành các oligomers đơn giản hơn (Kubicek &
ctv., 2001; Woo & ctv., 2006). Tác động này là do khả năng cảm ứng của chúng đối với các phân tử tiết ra từ sự hiện diện của ký chủ để tiết ra các enzymes phân hủy (Harman & ctv., 2004)
Các loài nấm Trichoderma spp. đối kháng hữu hiệu đều chứa nhiều loại enzymes phân hủy nên giử vai trò quan trọng trong việc phòng trừ sinh học (Harman và Kubicek, 1998; Kubicek & ctv., 2001). Lorito (1998) đã tinh chế và khảo sát đặc tính của các enzymes phân hủy vách tế bào (CWDEs) của các dòng nấm Trichoderma. Kết quả cho thấy dù thử nghiệm riêng lẻ hay phối hợp, các protein này đều có khả năng đối kháng các loài nấm bệnh với phổ rất rộng trên các chi Rhizoctonia, Fusarium, Alternaria, Ustilago, Venturia, Colletotrichum và ngay cả với các loài thuộc lớp Oomycetes như Pythium và Phytophthora (với vách tế bào bị thiếu chitin).
Việc áp dụng các loài vi sinh đối kháng để phòng trừ sinh học tõ ra có nhiều lợi ích trong nông nghiệp vì các tác nhân đối kháng này tiếp tục sinh sản và phát triển sau khi áp dụng. Tuy nhiên, việc áp dụng cần chọn các dòng chuyên biệt phù hợp cho môi trường phát triển như nhiệt độ, pH, ẩm độ…
(Lorito và Scala, 1999). Các tác nhân này sẽ tiết CWDEs khi có nguồn carbon như mono-hay polysaccharides, keo chitin hay khi có tế bào nấm bệnh. Trong nhiều trường hợp, sự phối hợp giữa các loài Trichoderma mang nhiều enzyme đối kháng đã cho hiệu quả cao hơn trong việc phòng trị bệnh cây, ngay cả khi so với các loại thuốc trừ bệnh tổng hợp (Baek & ctv., 1999; Carsolio & ctv., 1999).
Ở nấm Trichoderma spp., người ta đã tìm được 18 loại kháng sinh do chúng tiết ra (Vinale & ctv., 2008). Các kháng sinh có trọng lượng phân tử cao và các peptaibols đều phân cực và có ảnh hưởng nhiều đến hoạt động tạo khuẩn ty của các vi sinh vật. Khi khảo sát loài T. harzianum tiết ra β- glucanases ký sinh trên nấm bệnh, Lorito & ctv. (1996) đã xác định được chất kháng sinh thuộc nhóm peptaibols ức chế khả năng tổng hợp β-glucans của nấm ký chủ, làm chúng không thể tái tạo được vách tế bào, giúp enzyme β- glucanases hoạt động hiệu quả hơn.
Nấm Trichoderma hoạt động mạnh, hấp thụ nhiều dinh dưởng (C, N và các dưởng chất khác) nên cũng cạnh tranh với các cộng đồng vi sinh vật đất khác. Tác động sinh học của môi trường đất cũng ảnh hưởng đến khả năng phòng trừ sinh học của nấm Trichoderma. Bae và Knudsen (2005) cho biết khi được xử lý trên môi trường có hệ vi sinh vật đất phong phú, loài T. harzianum thường có khuynh hướng tạo bào tử (thay vì là khuẩn ty) làm giảm hiệu quả phòng trừ sinh học. Hiện tượng này được gọi là "soil fungistasis", tùy thuộc vào thành phần của cộng đồng vi sinh vật có trong đất và tùy vào khả năng tiết kháng sinh của nấm Trichoderma. Điều này cũng đã làm hạn chế hiệu quả của một số dòng nấm khi áp dụng vào thực tế sản xuất nông nghiệp.
T. har T. longi
Hình 2.4: các loại Trichoderma spp tác động lên loài nấm R.solani gây bệnh được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Hình 2.5: Sự tác động của Trichoderma lên các tác nhân gây bệnh (Pythium)
2.6.3.2 Mối tương tác giữa nấm Trichoderma và thực vật T.vir
Ngoài hiệu quả trực tiếp trên các tác nhân gây bệnh cây, nhiều loài Trichoderma còn định cư ở bề mặt rễ cây giúp thay đổi khả năng biến dưởng của cây, nhiều dòng nấm đã kích thích sự tăng trưởng của cây, gia tăng khả năng hấp thụ dinh dưởng, cải thiện năng suất cây và giúp cây kháng được bệnh (Harman & ctv., 2004).
Khi ứng dụng vào phòng trừ sinh học, sợi nấm Trichoderma có khả năng xâm nhiễm vào vỏ rễ, nhưng liền sau đó đã bị chất callose tiết ra từ rễ ức chế ngay lập tức. Đặc tính này khác hẳn sự ký sinh giữa nấm bệnh và cây trồng và đã giúp nấm cộng sinh bảo vệ bộ rễ cây, kích thích cây phát triển đồng thời còn giúp cây tăng khả năng hấp thụ dinh dưởng (Yedidia & ctv., 2003; Harman
& ctv., 2004).
Các loài nấm Trichoderma spp. cũng tiết ra các acid hữu cơ như gluconic, citric hay fumaric làm giảm pH đất giúp nguyên tố lân ở dạng dễ hòa tan, các vi lượng và các khoáng cation như sắt, mangan, magnesium trở thành dạng dễ hấp thụ góp phần vào sự sinh trưởng và biến dưởng của cây (Benıtez
& ctv., 2004; Harman & ctv., 2004). Chúng cũng có thể tiết ra các chất điều hòa sinh trưởng, là một “auxin-like”, có hoạt động tối hảo ở nồng độ 10-5-10-6 mole (trích từ Vinale & ctv., 2008).
Harman & ctv. (2004) cho biết có nhiều loại cây trồng, cả đơn và song tử diệp đều gia tăng tính kháng bệnh khi đã được xử lý với nấm Trichoderma.
Các cụm khuẩn lạc của nấm Trichoderma sp. đã tiết các chất kích kháng tại chổ (induced localized acquired resistance, LAR) và lưu dẫn (systemic acquired resistance, SAR) giúp cây trồng kháng lại các mầm bệnh khác khi chúng được sử dụng làm tác nhân phòng trừ sinh học (BCA).
Các tác nhân phòng trừ sinh học (BCAs) hoạt động hiệu quả hay không là nhờ vào các chất dinh dưởng và hữu cơ trong đất (Hoitink & Boehm, 1999).
Hoạt động của các dòng nấm Trichoderma tùy thuộc vào sự phối hợp giữa các yếu tố sinh học/không sinh học cùng với hữu cơ trong đất. Do đó, việc chọn lọc các dòng nấm Trichoderma thích hợp cho cây trên môi trường giàu chất
hữu cơ sẽ giúp cho việc ứng dụng ngoài đồng loài nấm này được hiệu quả và rộng rãi hơn.
2.6.3.3 Mối quan hệ ba chiều giữa nấm Trichoderma - Thực vật - Ký chủ gây bệnh
Marra & ctv. (2006), Lu & ctv. (2004) đã khảo sát mối tương tác 3 chiều giữa cây trồng - nấm bệnh - nấm đối kháng dựa trên phân tích protein (proteomics) và hệ thống gene biểu hiện khác nhau ở các tương tác, sau đó kiểm chứng ngoài đồng dựa vào kết quả đáp ứng của cây với các tác nhân gây bệnh. Kết quả cho thấy sự hiện diện của nấm đối kháng giúp các PR-proteins trong cây có tương tác 3 chiều với các tác nhân gây bệnh khác, thay đổi cả về chất và lượng khi cây trồng bị nấm bệnh tấn công. Trong vài trường hợp, nấm đối kháng làm giảm việc sản xuất PR-proteins nhưng lại giúp cây phòng vệ được các tác nhân gây bệnh khác tốt hơn. Vinale & ctv. (2008) nhận định hiệu quả đối kháng trên cây đạt được là do mối quan hệ 3 chiều này. Về khía cạnh vi sinh, các độc chất do nấm bệnh tiết ra hại cây như cyclophilins cũng bị hóa giải khi có sự hiện diện của nấm đối kháng.
Việc hiểu biết mối tương quan giữa cây trồng và cộng đồng vi sinh vật trong đất sẽ mở ra một hướng phát triển mới về công nghệ sinh học trong việc quản lý bệnh cây và giúp tăng năng suất cây trồng.