CHƯƠNG 1. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.3 VI KHUẨN VÙNG RỄ TRONG PHÒNG TRỪ SINH HỌC
1.3.5 Cơ chế của vi khuẩn vùng rễ trong phòng trừ sinh học bệnh cây trồng
như cơ chế kháng sinh, tiêu sinh, cạnh tranh, kí sinh và bắt mồi. Chúng có thể trực tiếp tiêu diệt mầm bệnh thông qua tiết kháng sinh và các enzyme phân hủy vách tế bào, hoặc trực tiếp giảm sức sống của tác nhân bệnh thông qua kí sinh lên mầm
bệnh, hạn chế sự phát triển của mầm bệnh thông qua cạnh tranh dinh dưỡng và nơi cư trú. Ngoài ra, vi sinh vật có thể gián tiếp giúp cây ức chế mầm bệnh thông qua kích thích tính kháng bệnh trên cây trồng.
Cơ chế tiết kháng sinh
Vi khuẩn kháng nấm có thể sản xuất ra nhiều hơp chất kháng sinh đươc xác đinh như: kanosamine (Milner và ctv., 1996), zwittermycin A (Silo-Suh và ctv., 1994), ammonia, butyrolactones, 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), hydrogen cyanide (HCN), oligomycin A, oomycin A, phenazine-1-carboxylic acid (PCA), pyoluterin (Plt), pyrrolnitrin (Pln), viscosinamide, xanthobaccin (Keel và Défago, 1997; Whipps, 1997; Kang và ctv., 1998; Nielsen và ctv., 1998; Kim và ctv., 1999;
Nakayama và ctv., 1999; Thrane và ctv., 1999 trích dẫn từ Siddiqui, 2006).
- Vi khuẩn Pseudomonas spp.
Chi vi khuẩn Pseudomonas có khả năng tiết ra nhiều loại kháng sinh như:
2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyoluteorin (PLT), pyrrolnitrin (PRN), phenazine-1-carboxyclic acid (PCA), 2-hydroxy phenazine và phenazine-1- carboxamide (PCN) (Fernando và ctv., 2005).
Pseudomonas fluorescens là nhóm sống phổ biến quanh vùng rễ cây trồng, hỗ trợ cây trồng hấp thu dinh dưỡng, giúp phân giải các hợp chất độc hại trong môi trường. Đặc biệt, P. fluorescens là nhóm vi khuẩn rất hiệu quả trong ức chế sự phát triển các tác nhân gây bệnh cây trồng (Paulsen và ctv., 2005 trích từ Nguyễn Thanh Giàu và Nguyễn Trung Long, 2009). P. fluorescens có khả năng sản xuất ra hydrogen cyanide góp phần ngăn chặn bệnh thối gốc trên thuốc lá (Voisard và ctv., 1989).
P. fluorescens strain 2-79 và P. aureofaciens strain 30-84 có thể tiết ra kháng sinh phenazine để ức chế mầm bệnh trên lúa mì (Weller và Cook, 1983; Brisbane và Rovira, 1988; trích từ Siddiqui, 2006). Bên cạnh đó, P. fluorescens strain CHAO sản xuất ra chất pyoluteorin ảnh hưởng trực tiếp đến sự ức chế mầm bệnh phát triển do nấm Pythium trên cải xoong (Maurhofer và ctv., 1994) và có thể sản xuất ra chất 2,4-diacetylphloroglucinol ức chế sự tăng trưởng của các bệnh khác (Keel và ctv., 1992).
DAPG được sản xuất bởi một số chủng P. fluorescens không chỉ có tác động đối kháng với một loạt các loài nấm gây bệnh rộng lớn mà còn có các đặc tính kháng vi khuẩn, giun dẹp và độc tố thực vật (Keel và ctv., 1992).
Pseudomonas aureofaciens tiết ra kháng sinh PCA được sử dụng để điều trị trực tiếp nấm Sclerotinia homeocarpa trên cỏ mần trầu (Powell và ctv., 2000; trích dẫn từ Siddiqui, 2006) và có khả năng tiết ra nhiều sắc tố (fluorescent), sản xuất ra
chất dễ bay hơi như hydrocyanic acid (HCN), chống lại tác nhân gây bệnh do nấm (Gupta và ctv., 2006).
- Vi khuẩn Bacillus spp.
Bacillus spp. có thể hình thành nội bào tử, ở điều kiện môi trường bất lợi chúng có thể tồn tại trong thời gian dài (Antoun and Prévost, 2005). Bacillus spp.
tiết các loại kháng sinh kanosamine và zwittermicin A (Stabb và ctv., 1994; Jo., 1996; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Nga, 2003). Những dòng vi khuẩn Bacillus cho ra những chất ức chế có phổ tác dụng rộng lớn. Những chất được biết đến nhiều như: lipopeptiddes surfactins, fengycin và hợp chất iturins (iturins, mycosubtilins và bacillomycins).
Chitarra và ctv., (2003) ghi nhận rằng B. subtilis YM10-20 sản xuất ra một hợp chất iturin thấm được vào bào tử và ngăn chặn sự nẩy mầm của bào tử nấm Penicillium roqueforti và cũng có khả năng tiết ra chất kháng nấm như iturins A–E, bacillomycins D, F và L và mycosubtilin.
B. cereus và B. thuringiensis sản xuất chất kháng sinh zwittermicin A gây ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng và hoạt động của các vi sinh vật là tác nhân gây bệnh cây trồng (Fernando và ctv., 2005).
Bacillus amyloliquefaciens IN 937a và Bacillus subtilis GB03 có thể kích hoạt tính kháng lưu dẫn trên cây trồng (ISR) trên cây Arabidopsis thông qua một chất dễ bay hơi 2,3-butanediol (Ryu và ctv., 2004).
Bacillus cereus UW85 được biết sản xuất ra cả hai loại kháng sinh zwittermycin A (Silo-Suh và ctv., 1994) và kanosamine ức chế sự phát triển của nấm gây bệnh thuộc lớp nấm noãn (Omycetes) (Milner và ctv., 1996).
Cơ chế tiết enzyme phân hủy vách tế bào
Vách tế bào nấm cấu tạo bởi thành phần glucan, chitin và protein (Phạm Văn Kim, 2000). Nhiều vi khuẩn vùng rê có kha năng tiết ra enzyme như chitinase, β- 1,3-glucanase giúp phân hủy vách tế bào của nấm gây bệnh (Ait và ctv., 2000 trích từ Trần Bạch Lan, 2010).
Vi khuẩn Pseudomonas fluorescens có khả năng tiết ra enzyme 1,3- glucanase, 1,4-glucanase và lipase phân hủy vách tế bào nấm Phytophthora capsici gây hại trên tiêu (Paul và ctv., 2005).
Vi khuẩn Pseudomonas aureofaciens có khả năng sản xuất ra các enzyme như chitinase, β -1-3-glucanase, protease phân giải vách tế bào đối kháng chống lại tác nhân gây bệnh do nấm (Gupta và ctv., 2006).
Tỉ lệ mắc bệnh do nấm Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii và Pythium ultimum được giảm bằng cách sử dụng vi khuẩn Pseudomonas cepacia có thể tiết ra β -1,3-glucanse phân hủy sợi nấm (Siddiqui, 2006).
Các dòng vi khuẩn Paenibacillus polymyxa, Bacillus pumilus, Bacillus sp. có khả năng tiết ra enzyme thuộc nhóm phân giải glucan như cellulase, mannase và xylanase và các enzyme phân huỷ protein của vách tế bào nấm Aphamyces cochlioides gây bệnh thối rễ trên cây củ cải đường (Nielsen và ctv., 1997 được trích bởi Lại Văn Ê, 2003).
Bacillus cereus và Enterobacter agglomerans tiết ra chitinase để phòng trừ bệnh do nấm Rhizoctonia solani (Pleban và ctv., 1997; Chernin và ctv., 1995).
Theo Kim và Chung (2004), Bacillus amyloliquefaciens MET0908 có thể tiết ra β -1,3-glucanase, một enzyme quan trọng trong việc phân hủy vách tế bào nấm Colletotrichum lagenarium.
Vi khuẩn Bacillus cereus strain 65 có khả năng tạo enzyme chitinase có khối lượng phân tử 36kDa, chitinase này giúp phân giải diacetylchitodibose. Khi áp dụng B. cereus str 65 trực tiếp vào đất thì bảo vệ cây bông cải khỏi bệnh thối rễ do nấm Rhizoctonia solani (Nguyễn Thị Thu Nga, 2003 trích từ Pheban 1997).
Cơ chế cạnh tranh
Vi khuẩn vùng rê kích thích tăng trưởng có thê thông qua sự ngăn chặn bệnh cây trồng băng cơ chế cạnh tranh về dinh dưỡng và nơi ở với mầm bệnh, chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas sp. có thể tiết ra siderophores (phức chất ái lực với ion sắt) là cơ chế chủ yếu trong phòng trừ sinh học (Weller và Thomashow, 1993 trích dẫn từ Antoun và Prévost, 2005). Pseudomonas fluorescens có khả năng tiết ra siderophores để lấy sắt không hữu dụng trong đất giúp chúng sống sót trong môi trường hạn chế sắt, tuy nhiên gián tiếp ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác không có khả năng tiết ra siderophores (Paulsen và ctv., 2005 trích từ Nguyễn Thanh Giàu và Nguyễn Trung Long, 2009). Vi khuẩn Pseudomonas aureofaciens có khả năng tiết ra siderophores chống lại tác nhân gây bệnh do nấm (Gupta và ctv., 2006).
Cơ chế kích thích tính kháng bệnh
Vi khuẩn vùng rễ ngoài khả năng đối kháng trực tiếp mầm bệnh, chúng còn có khả năng gián tiếp ức chế mầm bệnh thông qua kích thích tính kháng bên trong cây (Siddiqui, 2006). Cơ chế kích thích tính kháng bệnh cây trồng: Một số kháng sinh sinh ra bởi vi khuẩn vùng rễ như 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG) hay phenazin-1-carboxylic acid (PCA) là độc tố đối với cây trồng ở nồng độ cao và nó có thể kích kháng lưu dẫn (Van Loon, 1998 trích từ Võ Minh Luân, 2007).
Trong các khảo sát về cơ chế kích kháng lưu dẫn ISR, đa số các nghiên cứu đã bắt đầu tập trung chủ yếu trên vi khuẩn phát huỳnh quang Pseudomonas fluorescens được chú ý khai thác và có nhiều ứng dụng trong sản xuất (Nelson, 2004 trích từ Hà Thị Oanh, 2008).