Chương 1 LƯỢT KHẢO TÀI LIỆU
1.4 Cơ chế đối kháng của lợi khuẩn trong phòng trừ sinh học
Đối kháng là khả năng can thiệp tự nhiên của sinh vật đối với sự xâm nhiễm, tăng trưởng và tồn tại của mầm bệnh (Chernin và Chet, 2002 trích dẫn bởi Berg và Hallmann, 2006). Trong tự nhiên có rất nhiều vi khuẩn có khả năng đối kháng, chúng đối kháng bằng nhiều cơ chế như tiết kháng sinh, tiết enzyme phân hủy vách tế bào như glucanase, chitinase, protease (Berg và Hallmann, 2006).
Hầu hết các vi khuẩn có khả năng sản xuất và tiết ra một hoặc nhiều hợp chất có hoạt tính kháng sinh. Trong một số trường hợp, kháng sinh được sản
xuất bởi các vi sinh vật đã được chứng minh là có hiệu quả ức chế tác nhân gây
bệnh và do đó có khả năng kiểm soát bệnh hiệu quả Vi khuẩn có khả năng sản xuất càng nhiều loại kháng sinh thì có thể giúp ngăn chặn nhiều loài tác nhân gây bệnh.
Khả năng sản xuất nhiều loại chất kháng sinh, khác biệt ức chế tác nhân gây bệnh khác nhau, có khả năng tăng cường kiểm soát sinh học (Pal và Gardener, 2006).
Sự cạnh tranh giữa các tác nhân gây bệnh và không gây bệnh về nguồn dinh dưỡng là quan trọng để hạn chế tỷ lệ mắc bệnh cũng như mức độ nghiêm trọng của bệnh. Vi khuẩn nội sinh khi mà cả hai sinh vật (nấm bệnh và vi khuẩn nội sinh) ở trong cùng môi trường sống và có sự cạnh tranh về chổ ở và dinh dưỡng với nhau.
(Pal và Gardener, 2006; Berg và Hallmann, 2006).
1.5 Sơ lược về các tác nhân phòng trừ sinh học dùng trong thí nghiệm 1.5.1 Chito-oligosaccharides
Chitooligosaccharide ở dạng bột màu trắng, tan tốt trong nước, thành phần chính ( C: 46,33%; N: 7,48%; H: 6,62%) gần giống như chitin với 2,5% lưu huỳnh. Ở mức độ deacetyl hoá 35% nó có chứa một ít kali sulfat và một lượng nhỏ nhóm Sulfo liên kết chặt với nhóm amino của gốc carbohydrates. Khối lượng phân tử của chitooligosaccharite có thể dao động từ 5 – 10 kD. Về mặt sinh học, cấu trúc chuỗi polymer và mức độ deacetyl hoá của chitooligosaccharide như là một dẫn xuất của chitin được sử dụng làm tác nhân gợi tạo phản ứng tự vệ tự nhiên của cây trồng (Kairullin và ctv., 2001).
Sử dụng chito-oligosacharide 100ppm phun lên lá lúa cho hiệu quả giảm bệnh từ 59,1 – 70,11% (Trương Hồng Hạnh, 2008; Trần Thanh Hoài 2010).
1.5.2 Một số đặc điểm vi khuẩn thuộc chi Bacillus
Bacillus cú dạng hỡnh que với kớch thước 1,0 – 1,2 x 3,0– 5 àm, gram dương, khụng cú lớp capsule, hiếu khớ. Vi khuẩn tạo nội bào tử cú kớch thước 1,0 x 1,5 àm (Cook và Bake, 1989, trích dẫn bởi Trần Thị Thúy Ái, 2011). Khuẩn lạc của vi khuẩn chi Bacillus thường có màu hoặc không màu, mặt khuẩn lạc nhăn. Trong môi trường lỏng chúng tạo thành lớp nhăn, đục và lỏng cặn (Dương Văn Điệu, 1989).
Bacillus có những nét đặc trưng riêng biệt, phân bố rộng rãi trong đất, có khả năng chịu đựng ở nhiệt độ cao, có thể phát triển nhanh trong môi trường lỏng và hình thành nội bào tử trong điều kiện khắc nghiệt. Vi khuẩn này được đánh giá hội
tụ những tính năng căn bản trong việc ức chế bệnh cây trồng. Chúng được xem như là những tác nhân sinh học an toàn và có tiềm năng cao trong phòng trừ sinh học bệnh cây (Silo-suh và ctv., 1994, trích dẫn bởi Trần Thị Thúy Ái, 2011).
Vi khuẩn thuộc chi Bacillus phân bố rộng rãi trong tự nhiên và đa dạng về sinh thái. Các loài thuộc chi Bacillus đã và đang trở thành những vi sinh vật quan trọng hàng đầu về mặt ứng dụng (Ngô Tự Thành và ctv., 2009). Vi khuẩn thuộc chi Bacillus có tiềm năng lớn về khả năng tiết các enzyme ngoại bào, trong đó có nhiều enzyme có khả năng thủy phân các phân tử hữu cơ, chính vì thế Bacillus có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau (Gupta và ctv., 2002).
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Bacillus spp. Có khả năng sản xuất một lượng lớn các chất kháng sinh như, gramicidin S, polymyxin, tyrotricidin, bacilysin, chlotetaine, iturin A, mycobacillin, bacilomycin, mycosubtilin, fungistatin và subsporin có thể kiểm soát các bệnh cây trồng (Intana và ctv., 2008, trích dẫn bởi Trần Thị Thúy Ái, 2011).
Cả hai loài vi khuẩn Brevibacillus brevis và Bacillus amyloliquefaciens đều có khả năng tiết siderophore dạng hydroxymate. Ngoài ra, cả hai loài vi khuẩn này đều có khả năng kiểm soát bệnh héo xanh thối củ gừng do vi khuẩn Ralstonia solanacearum. gây ra trong điều kiện nhà lưới (Trần Văn Nhã, 2011).
1.5.2.1 Bacillus amyloliqueciens
B. amyloliquefaciens có khả năng kích kháng phổ rộng, kháng lại với mầm bệnh do vi rus, vi khuẩn và nấm gây ra, có hiệu quả cao trong kiểm soát bệnh héo xanh do vi khuẩn Ralstonia solanacearum và héo do nấm Fusarium spp. trên cà chua (Park và ctv., 2003).
B. amyloliquefaciens có liên quan đến cơ chế induced systemic resistance (ISR), chất L-pro-L-Tyr được tìm thấy sau khi xử lí với B. Amyloliquefaciens và đã được chứng minh có liên quan đến kích hoạt các phản ứng tự vệ của cây trồng chống lại mầm bệnh trong nghiên cứu kích kháng chống bệnh thán thư trên dưa chuột. Hợp chất 2,3-butanediol cũng đã được chứng minh là có liên quan đến sự kích kháng ISR của vi B. Amyloliquefaciens (Park và ctv., 2003; Ryu và ctv., 2004).
Sự tác động đến cơ chế ISR của vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens được kiểm soát bởi gen srfA và pps operon và cơ chế PGP được kiểm soát bởi gen alsS và alsD (Hardoim và ctv., 2008).
Kháng sinh Iturin A2 tiết ra từ vi khuẩn B. Amyloliquefaciens RC_2 có khả năng ức chế nấm Rosellina necatrix, Pyricularia oryzae,và vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens, Xanthomonas campestris pv. Campestris, đã cho thấy Bacillus amyloliquefaciens RC_2 có tác dụng phổ rộng đối với bệnh hại cây trồng. (Yoshida và ctv., 2002).
B. amyloliquefaciens GA1 có thể sản sinh đồng thời surfactin, iturin A, fengycin A và fengycin B. Đây là những lipopeptides vòng (CLP) gồm bảy (surfactin và iturin A) hoặc 10 α-amino axit (fengycins) liên kết với một-amino β (iturins) hoặc β-hydroxy (surfactins và fengycins) axit béo có thể thay đổi từ C-13 C-16 cho surfactins, từ C-14 C-17 cho iturins và từ C-14 C-18 cho fengycins (Arguelles-Arias và ctv., 2009).
Ba loài vi khuẩn B. Subtilis, B. Amyloliquefaciens và B. Megaterium đối kháng với phytopthora pamivora gây bệnh thối đọt dừa. Trong đó B. Amyloliquefaciens cho hiệu quả cao nhất trong điều kiện invitro (Jayasuja và Iyer, 2003).
Nghiên cứu của Luz (2003), chứng minh vi khuẩn B. Amyloliquefaciens cho kết quả cao với việc giúp cây lúa mì ở Brazil tăng năng suất từ 459 đến 594 kg/ha và có liên quan đến kích kháng, hạn chế sự gây hại của những vi sinh vật gây bệnh từ 17,3 đến 22,4 %.
Ngoài việc kiểm soát bệnh do phytophthora và Fusarium gây ra,Vi khuẩn vùng rễ B. Amyloliquefaciens giúp lá ớt tăng 22,8% chiều dài lá so với đối chứng và có thể sống đến 50 ngày sau khi chủng. Vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens hội đủ những điều kiện của tác nhân kích kháng sinh học và là tác nhân có triển vọng có thể thương mại hóa (Hu và ctv., 2010).
Hỗn hợp vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus pumilus cho hiệu cho cao trong việc kiểm soát bệnh do Sclerotium rolfsii, Ralstonia solanacearum trên cà chua và S. Rolfsii, Colletotrichum trên tiêu. Hàm lượng tổng số superoxide dismutase (SOD) và peroxidase (PO) cao hơn 25 – 30% so với đối chứng trước khi xử lí với tác nhân gây bệnh (Jetiyanon, 2007).
Sử dụng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens cho hiệu quả tương với thuốc học là Aliette trong việc kiểm soát bệnh thối đọt do Phytophthora cactorum gây ra trên dâu tây (Jayamani, 2006).
1.5.2.2 Brevibacillus brevis
Brevibacillus brevis sản sinh nhiều kháng sinh gramicidin S ức chế nhiều loại nấm bệnh (Murray và ctv., 1986).
Brevibacillus brevis là một tác nhân kiểm soát sinh học có tiềm năng trong thí nghiệm kiểm soát bệnh do F. Oxysporum f.sp. lycopersici gây ra trên cà chua (Chandel và ctv., 2010).
Brevibacillus brevis có khả năng phân giải chitin và tiết siderophore (Trần Thị Thúy Ái, 2011).
1.5.3 CHUBECA 1.8 DD
Thành phần: hoạt chất Polyphenol (1,8g/l) chiết suất từ cây núc nắc (Oroxylum indicum) và lá, vỏ cây liễu (Salix babylonica).
Công dụng: trị bệnh lép hạt lúa, thán thư, héo rủ trên ớt…
Hướng dẫn sử dụng: pha 30 ml cho bình phun 16 lít, phun 2 bình cho 1000 m2. Thời gian cách ly: không khuyến cáo khi xử dụng riêng Chubeca 1.8DD
Nhóm độc: Thuốc thuộc nhóm độc 3
Dạng thuốc: Thuốc dạng lỏng tan trong nước
- Cây núc nắc: (theo tài liệu trích dẫn bởi Trần Vũ Phến và ctv., 2011) + Thành phần hóa học:
Thành phần hóa học chủ yếu trong vỏ thân và lá là các flavonoids: oroxylin-A, baicalein, chrysin, biochanin-A và ellagic acid, scutellarin (Zaveri và ctv., 2008;
Luitel và ctv., 2010). Hạt cũng chứa oroxylin và một chất dầu chứa 80,40% acid oleic, acid palmitic, acid stearic và acid lignoceric. Vỏ núc nác khô có chứa 3-4 % ancaloids (oroxylin A, baicalein, chrysin, tetuin), tanin và một số dẫn xuất flavonoids (Đỗ Tất Lợi, 2004). Theo Dinda et al. (2007), bên cạnh 6 hợp chất đã biết là baicalein, chrysin, scutellarein, 6-hydroxyluteolin, 6-methoxyluteolin and baicalein-7-Oglucoside and β-sitosterol, hai hợp chất flavonoids mới ghi nhận từ vỏ thân của Oroxylum indicum là 8,8’’-bisbaicalein and baicalein-7-O-caffeate (Zaveri et al., 2008; Luitel et al., 2010).
+ Hoạt tính sinh học
Baicalein và oroxylin có hoạt tính kháng với cả vi khuẩn Gram dương và âm.
(Luitel và ctv., 2010). Baicalein có tính kháng viêm, kháng ung thư, kháng oxid hóa, và hoạt tính điều hòa miễn dịch; chrysin và baicalein có hoạt tính kháng khuẩn, nấm và 2 virus, thành phần biochanin-A có hoạt tính kháng nấm và nhân tố α giết chết khối u. Ellagic acid là một polyphenolic quan trọng (Zaveri và ctv., 2008;
Luitel và ctv., 2010).
Hoạt tính kháng vi sinh vật của dịch trích có khác nhau tùy theo dung môi. Theo Islam et al. (2010) các hợp chất tan trong methanol từ dịch dịch trích vỏ thân của Oroxylum indicum có hoạt tính kháng vi khuẩn gram dương, gram âm và một số loại nấm. Dịch trích với dung môi hexane có hoạt tính kháng Bacillus megaterium, Salmonella paratyphi, Vibrio mimicus, V. Parahemolyticus, Pseudomonas aeruginosa; với dung môi chloroform có tính kháng V. Mimicus; B. Megaterium, S.
Paratyphi, V. Parahemolyticus, S. Typhi, Shigella boydii, B. Cereus, Escherichia coli, B. Subtilis; trích với carbon tetrachloride có vùng ức chế >15mm, với hầu hết các chủng vi khuẩn, và hiệu quả thấp hơn với Shigella dysenteriae, Sh. Boydii. Dịch trích thô với dung môi carbon tetrachloride có hiệu quả với Candidia albicans, trong khi với dung môi chloroform và hexane có hiệu quả cao với Aspergillus niger.
- Cây Liễu (Dương liễu; Liễu rủ) (Salix babylonica L.) (= S. babylonica L. var.
lavallei Dode), họ Liễu Salicaceae
+ Thành phần hóa học:
Salicin, là thành phần hoạt tính chủ yếu của vỏ và lá, ngoài ra còn chứa một loại đường và hợp chất thơm là salicylic acid (SA), và các dẫn xuất của SA, bao gồm methyl salicylic acid (MeSA) (Delaney, 2004, Trích dẫn bởi Trần Vũ Phến, 2011).
+ Hoạt tính sinh học:
Salicin là thành phần hoạt tính chủ yếu của vỏ cây liễu, ngoài ra còn chứa một loại đường và hợp chất thơm là salicylic acid (SA), và các dẫn xuất của SA, bao gồm methyl salicylic acid (MeSA). SA hoặc MeSA được biết như cây các phân tử nội sinh có hoạt tính trong dẫn truyền tín hiệu phòng vệ và các tiến trình khác trong cây do đó được nghiên cứu ứng dụng trong kích thích tính kháng bệnh của cây. Các
kết quả nghiên cứu xử lý kích kháng với SA hay MeSA cũng cảm ứng tạo và gia tăng tích tụ nhanh, nhiều trong cây các PR proteins và tạo SAR (Delaney, 2004, trích dẫn bởi Trần Vũ Phến 2011).
1.5.4 Starner 20WP
Thành phần: hoạt chất oxolinic acid 20% .
Công dụng: là thuốc đặc trị vi khuẩn gây hại cây trồng.
Hướng dẫn sử dụng: đối với bệnh cháy bìa lá pha 30gr cho bình phun 16 lít, phun 2 bình cho 1000 m2.
Thuốc giải độc: chưa có thuốc giải độc đặc hiệu, chữa trị theo triệu chứng.
Thời gian cách ly: ngừng phun thuốc trước khi thu hoạch 7 ngày.
LD 50 :525mg/kg chuột nhắt (nhóm độc 3)
Dạng thuốc: Thuốc dạng bột, màu trắng, hòa tan hoàn toàn trong nước.
Đặc tính hoạt chất oxolinic acid (theo Material Safety Data Sheet, 2008):
+ Tên hóa học: 1,3-Dioxolo (4,5-g) quinoline-7-carboxylic acid 5-ethyl-5, 8- dihydro-8-oxo.
+ Trọng lượng phân tử: 261.25 g/mol + Công thức: C13-H11-N-O5
+ Oxolinic acid là một dẫn xuất quinolon, một tác nhân kháng khuẩn tổng hợp, kháng nhiều loại vi khuẩn đặc biệt là vi khuẩn gram âm. Cơ chế tác động của oxolinic acid là ức chế sự tổng hợp DNA của vi khuẩn bằng emzyme gyrase DNA.
Độc tính của oxolinic acid tác động chủ yếu lên hệ thần kinh trung ương và hệ tiêu hóa (Chantaraprateep và ctv., 1998). Oxolinic axit được chứng minh là hiệu quả trong việc phòng ngừa và chữa bệnh của cây bởi vi khuẩn Pseudomonas sp.
và Erwinia sp., có hiệu quả giảm bệnh bạc lá trên lê từ 68 – 80% do vi khuẩn E.
amylovora gây ra (Hikichi và ctv., 1989; trích bởi chantarapteep và ctv. 1998;
Shtienberg D. và ctv., 2001).