Chương 1 LƯỢT KHẢO TÀI LIỆU
1.3 Hiện tượng kích kháng
Kích kháng là từ viết tắt của cụm từ “kích thích tính kháng bệnh”. Kích kháng là hiện tượng làm cho một giống cây trồng nào đó bị nhiễm bệnh trở nên có tính kháng bệnh ở một mức độ nào đó sau khi được xử lý bằng một tác nhân kích kháng. Tác nhân kích kháng có thể là một loài vi sinh vật không gây hại cho cây trồng, một tác nhân hoá học không độc, không phải là những nông dược trị bệnh cho cây (Phạm Văn Kim, 2002).
Kích kháng được xem như quá trình tự vệ sinh học của cây trồng trong đó tác nhân kích kháng kích thích cơ chế tự vệ tự nhiên của cây trồng chứ không tác động trực tiếp đến mầm bệnh (Tuzun và Klooper, 1995).
1.3.2 Cơ chế kích kháng
Trong tế bào của cây thuộc giống nhiễm bệnh có thể vẫn có gen tiết các chất giúp cây chống lại với mầm bệnh, tuy nhiên do đặc tính của giống là các gen này thường bị ức chế nên phát huy tác dụng chậm, cho nên khi bị mầm bệnh xâm nhiễm rồi tế bào mới tiết ra chất kháng. Các chất này tiết ra chậm nên không có tác dụng kháng bệnh. Ứng dụng giả thuyết nầy, sự kích thích tính kháng bệnh được thực hiện bằng cách sử dụng hóa chất, không phải là thuốc bảo vệ thực vật, hoặc phun một loài vi sinh vật không gây hại cho cây ấy. Hóa chất hoặc vi sinh vật kích kháng sẽ tác động lên thụ thể trên tế bào cây. Các thụ thể bị kích thích sẽ truyền tín hiệu vào trong tế bào, kích động các gen tiết ra các chất kháng bệnh trước khi mầm bệnh tấn công. Đến khi mầm bệnh tấn công, trong tế bào đã có sẵn các chất kháng với mầm bệnh ấy. Nhờ đó, cây thoát bệnh hoặc mắc bệnh nhẹ hơn.
Theo Steiner và Shonbeck (1995), tác nhân kích kháng bản thân là tín hiệu hay các chất tổng hợp từ những tín hiệu. Các tín hiệu có thể là protein chuyên tính,
protein-kinase, có thể là tín hiệu điện tử Ca++, các tín hiệu này sau khi được biến đổi qua tương tác với các thụ thể làm hoạt hoá gen và lưu dẫn đến những phần khác của cây không được xử lý, từ đó giúp cây tăng cường tổng hợp các protein hay có sự thay đổi các protein liên quan đến sự phát sinh bệnh (pathogenesis-related (PR) protein) như chitinase, glucanase… có khả năng kháng nấm, kháng vi khuẩn bằng cách phân giải màng polysaccharide của vách tế bào nấm (trích bởi Trần Vũ Phến, 2006).
Theo Phạm Văn Kim (2000), Có hai loại kích kháng: kích kháng tại chổ và kích kháng lưu dẫn.
1.3.2.1 Kích kháng tại chổ
Kích kháng tại chổ (local induced resistance) khi mầm bệnh xâm nhiễm vào khu vực nào của cây sẽ kích thích sản sinh ra các hoá chất để tạo sự kháng bệnh tại nơi đó. Hóa chất nầy chỉ có tác dụng khu trú tại nơi được kích thích (Phạm Văn Kim, 2000).
1.3.2.2 Kích kháng lưu dẫn
Kích kháng lưu dẫn (systemic activated for acquired resistance hay còn gọi là systemic acquired resistance) gọi tắt là SAR, là khi được kích thích từ một số lá trên cây, các tín hiệu kích thích sẽ được lưu dẫn đi khắp cây giúp cây sản sinh ra hóa chất để kháng lại với bệnh (Phạm Văn Kim, 2000). Thời gian kháng bệnh kéo dài trên 3 ngày cho đến một tháng (Trần Thị Thu Thuỷ, 2003).
Kích kháng lưu dẫn khác với kích kháng tại chổ vì những tín hiệu tạo ra qua sự kích kháng được truyền đi các nơi khác của cây và có khả năng nâng cao tính tự vệ của cây (Van Loon và ctv., 1998; trích dẫn bởi Trần Thanh Hoài, 2010). Sự kích kháng lưu dẫn thường mang tính phổ rộng đối với nhiều tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn, virus (Phạm Văn Kim, 2000; Agrios, 2005).
1.3.3 Các cơ chế biểu hiện liên quan đến kích kháng 1.3.3.1 Các cơ chế kích kháng trên khía cạnh mô học
Phản ứng siêu nhạy cảm
Phản ứng siêu nhạy cảm (hypersensitive respone: HR) là phản ứng kích thích tế bào chết tại vị trí xâm nhiễm, nhằm giới hạn sự phát triển của mầm bệnh và giúp cây trồng chống lại các tác nhân gây bệnh (Agrios, 2005; Talarczyk và Henning, 2001).
Phản ứng siêu nhạy cảm xảy ra thì có liên quan đến các phản ứng oxy hoá khử, tạo ra những chất trung gian sau khi cây đã nhận biết sự xâm nhiễm của mầm bệnh, các chất tạo ra trong phản ứng oxy hoá khử bao gồm: O2-, OH- và H2O2 xảy ra rất sớm nhằm ngăn chặn sự xâm nhiễm của mầm bệnh vào trong mô cây tại vị trí xâm nhiễm và các tế bào xung quanh sinh ra phản ứng siêu nhạy cảm (Trần Thị Thu Thuỷ, 2003).
Sự lignin hoá
Sự lignin hoá là một cơ chế quan trọng trong tính kháng bệnh lưu dẫn của cây trồng, cơ chế này xảy ra sau khi cây có sự xâm nhiễm của mầm bệnh như; nấm, vi khuẩn, virus hay tuyến trùng (Mauch-Mani và ctv., 1988). Sự kháng bệnh chống lại sự xâm nhiễm của mầm bệnh nhờ vào sự thay đổi tính chất vật lý của một vài cấu trúc cấu tạo thành tế bào, sự tích tụ lignin thường được hình thành dưới vị trí xâm nhiễm, cứng chắc như một hàng rào vật lý để cô lập sự xâm nhiễm của mầm bệnh vào trong tế bào cây (Talarczyk và Henning, 2001). Vách tế bào của cây được lignin hoá có tác dụng ngăn cản sự xâm nhiễm đĩa áp của mầm bệnh, ngăn cản các dưỡng chất tự do đi vào, do đó làm cho mầm bệnh bị chết (Sticher và ctv., 1997).
Sự hình thành callose
Kích thích tính kháng bệnh của cây được biểu hiện liên quan đến những biến đổi về mặt sinh hoá gồm sự tích tụ của các PR protein và sự gia tăng hoạt tính của các enzyme (Van Loon và Van Strien, 1999). PR protein là nhóm protein được tích luỹ trong mô cây hay trong tế bào nuôi cấy sau khi tiêm chủng mầm bệnh hay xử lý với chất mồi có hoạt động như chất kháng nấm (Trần Vũ Phến, 2002). Sự tích tự các PR
protein được sử dụng như là thước đo cho việc biểu hiện kích thích tính kháng (Sticher và ctv., 1997).
1.3.3.2 Cơ chế kích kháng liên quan đến khía cạnh sinh hoá
Theo Van Loon và ctv (2006), các PR protein đã được xác định và xếp thành 17 họ (PR-1-17) dựa trên cấu trúc cơ bản và đặc tính miễn dịch học của chúng bao gồm:
• PR-1 là các protein có kích thước nhỏ, được cảm ứng do sự xâm nhiễm của mầm bệnh, có tác dụng chống nấm.
• PR-2 bao gồm β-1,3 glucanase, tác động trên β-1,3 glucan, hợp chất sinh học cao phân tử hiện diện trong thực vật và vách tế bào nấm.
● PR-3, một nhóm của chitinase kháng nấm và vi khuẩn.
● PR-4, 8 và 11 bao gồm các chitinases thực vật thuộc lớp (I-VII).
• PR-5, 6, 7, 9 và 10 bao gồm các thaumatin-like proteins, protein inhibitors, endoproteinases, peroxidases và ribonuclease-like proteins. PR-5 phân huỷ vách tế bào, PR-6: chất ức chế proteinase.
PR-11: Chitinase, PR-12: defensins, PR-13: thionin, PR-14: protein chuyển lipid, PR-15, 16: oxy hoá oxalate, PR-17 chưa biết rỏ chức năng.
1.3.4 Một số kết quả đạt được liên quan đến kích kháng
Kết quả nghiên cứu của Arvind và ctv (1995) khi chủng nguồn vi khuẩn Xanthomonas campestris pv. oryzae đã được giết chết cho cây lúa mẫm cảm với bệnh thì sau 7 ngày cây lúa này có khả năng chống chịu lại được với bệnh cháy bìa lá do chính tác nhân này gây ra (trích dẫn bởi Trịnh Ngọc Thuý, 2000).
Khi xử lý trên callus của cây lúa bằng tác nhân nickel nitrate có tác dụng tăng hoạt động của phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và peroxidase, từ đó kích thích tính kháng bệnh cháy bìa lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây ra (Rajoppan và ctv., 1995).
Trên táo, chế phẩm Apogee® có hoạt chất là chất điều hòa sinh trưởng Prohexadione-calcium ức chế sự sản xuất gibberellic acid (GA) của chóp chồi, ức
chế sự kéo dài tế bào, đồng thời còn kích kháng SAR chống lại bệnh thối chồi do Erwinia amylovora, thời gian để biểu hiện SAR là từ 7-10 ngày sau khi xử lý, và duy trì hiệu quả đến khoảng 21 ngày (Aldwinckle và ctv., 2001; trích dẫn bởi Trần Vũ Phến, 2006).
Nghiên cứu của Broadbent và ctv., (1977) nhận thấy B. Subtilis A 13 có khả năng kiểm soát đối với Sclerotium rolfsii. Khi sử dụng B. Subtilis A 13 để xử lý hạt giống, nhận thấy nó làm tăng năng suất của cà rốt 48%, yến mạch 33% (Merriman và ctv., 1974, trích dẫn bởi Weller, 1988) và đậu phộng lên đến 37%. B. Subtilis A13 được sử dụng để cải thiện sự phát triển của cây trồng như sản xuất auxin tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng trưởng và phát triển của đậu tương (Figueiredo, 2011),và ức chế các tác nhân gây bệnh có thể cũng bằng cách kích thích tăng trưởng thực vật (Weller, 1988). Kết quả nghiên cứu của Monteiro và ctv. (2005) cho thấy vi khuẩn Bacillus có khả năng sản xuất lipopeptide hoạt động chống lại Xanthomonas campestris pv. Campestris (Monteiro và ctv., 2005).
Ở Thái Lan các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc sử dụng vi khuẩn đối kháng với nấm Rhizoctonia solani tác nhân gây bệnh đốm vằn cây lúa. Ruộng lúa được phun vi khuẩn đối kháng (Pseudomonas sp. Và Bacillus sp.) 3 lần trong mỗi vụ. Vi khuẩn đối kháng này ức chế sự sinh sản ra hạch nấm của R. Solani, sau 5 vụ phun vi khuẩn đối kháng liên tục, bệnh đốm vằn đã giảm một cách đáng kể và giúp tăng năng suất so với đối chứng (Phạm Văn Kim, 2000).
Và còn nhiều nghiên cứu trên các loại cây trồng khác về lĩnh vực kích kháng bệnh do vi khuẩn gây ra.