CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.3 Vi khuẩn vùng rễ trong phòng trị sinh học bệnh cây trồng
Theo Phạm Văn Kim (2006), “Biện pháp sinh học trong phòng trị bệnh cây là điều khiển môi trường, cây trồng và sinh vật đối kháng một cách thích hợp, để tạo nên một thế cân bằng sinh học cần thiết, giúp giảm mật số của mầm bệnh xuống dưới ngưỡng gây hại. Nhờ đó bệnh của cây trồng chỉ xuất hiện ở mức độ nhẹ, không gây ảnh hưởng quan trọng về mặt kinh tế”. Biện pháp sinh học không có mục đích tiêu diệt mầm bệnh và cũng không có khả năng này.
1.3.2. Hệ sinh vật vùng rễ
1.3.2.1. Khái niệm vùng rễ
- Vùng rễ (rhizospheres) là vùng bao quanh bộ rễ của thực vật, tuy nhiên khái niệm về vùng rễ được Heltner đề ra năm 1904 vẫn chưa được thống nhất do việc xác nhận phạm vi của hệ rễ đối với môi trường chung quanh cũng có thay đổi tùy theo loại cây và thời gian sinh trưởng của cây (Phạm Văn Kim, 2006).
- Khi quan sát rễ non cho thấy vùng quanh đầu rễ bao gồm các chất do đầu rễ và vi khuẩn quanh vùng đó tiết ra. Khi phân tích các chất này thấy có nhiều chất
10
hữu cơ cần thiết cho vi sinh vật, như đường, amino acid, acid hữu cơ, vitamin… do vậy mà vi sinh vật tập trung nhiều ở quanh vùng rễ hơn ở xa (Phạm Văn Kim, 2006).
1.3.2.2 Khái niệm vi khuẩn vùng rễ
- Vi khuẩn vùng rễ (rhizobacteria) là những vi khuẩn sống ở vùng rễ và định vị được ở rễ cây, chúng có khả năng sinh sôi và chiếm lĩnh các ổ sinh thái ở rễ vào tất cả các giai đoạn phát triển của cây. Có khoảng 2 – 5% vi khuẩn vùng rễ khi được chủng vào đất có hệ vi sinh vật cạnh tranh, biểu hiện có lợi cho sự tăng trưởng của cây được gọi là vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng cây trồng (Plant Growth Promoting Rhizobacteria = PGPR) (Siddiqui, 2006).
- Theo Vessey (2003) giữa các cây chủ và PGPR có hai kiểu liên hệ:
+ Vi sinh vật quanh rễ cây: Có nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng có lợi của vi khuẩn quanh vùng rễ lên sự tăng trưởng của cây là do chúng có khả năng kiềm chế hay chiếm chổ của mầm bệnh. Nhiều vùng rễ non được định vị bởi vi khuẩn, nơi đây có hệ sinh thái thích hợp mà những vi khuẩn thuộc các loài như Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, và Pseudomonas có thể phát triển. Những vi khuẩn này ngăn chặn vi sinh vật có hại (Lambert và ctv., 1987;
được trích dẫn bởi Cavaglieri và ctv., 2004).
+ Vi sinh vật nội sinh rễ: Vi khuẩn nội sinh rễ thường là vi khuẩn được tách ra từ mô cây đã khử trùng bề mặt hoặc được trích ra từ phía trong cây (Hallmann và ctv., 1997; được trích dẫn bởi Kloepper và ctv., 2006)
- Như vậy vi khuẩn vùng rễ PGPR thường là các vi khuẩn sống tự do, nhưng một số loài trong đó có thể xâm nhập vào mô cây sống mà không làm cây biểu hiện triệu chứng bị xâm nhiễm, được gọi là các vi khuẩn nội sinh rễ (endophytes), và thâm nhập vào rễ, trước hết chúng phải là những nhóm vi khuẩn vùng rễ (Antoun và prévót, 2005)
1.3.3. Vai trò của vi sinh vật vùng rễ trong phòng trị sinh học bệnh cây trồng
- Kloepper và ctv., (2004) cho thấy trong tự nhiên vi khuẩn kích thích tăng trưởng hiện diện trong đất, chúng định cư ở rễ cây trồng, kích thích cây trồng phát triển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp nhằm mục đích làm cho cây trồng phát triển, làm tăng trọng lượng hạt, năng suất cây trồng tăng từ 10% – 20%.
- Ghi nhận của Gutierres – Manero và ctv., (2001) các vi khuẩn trong đất thúc đẩy sự tăng trưởng của cây và làm hạn chế được sự phát triển của mầm bệnh trong đất là do làm cho vi sinh vật gây bệnh không lấy được chất dinh dưỡng, một vài chủng vi khuẩn vùng rễ có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cây trồng thông qua sự sản xuất các chất chuyển hóa có khả năng kích thích như những chất kích thích tăng trưởng giúp cây phát triển nhanh hơn.
- Theo Phạm Văn Kim (2006) thì vi sinh vật vùng rễ thực vật giữ vai trò khá quan trọng: Vi sinh vật tiết ra CO2, các acid hữu cơ và acid vô cơ, trong quá trình hoạt động của chúng, có tác động lớn với việc làm các khoáng chất hoặc các chất như P dưới dạng không tan sẽ chuyển biến thành dạng đơn giản, dễ tan và dễ được cây trồng hấp thụ.
- Vi sinh vật tiết ra các chất kích thích tố tăng trưởng giúp rễ thực vật phát triển tốt. Một số loài trong chi Pseudomonas và Agrobacterium có khả năng tiết ra chất Indol – acetic acid (IAA), là chất kích thích sự ra rễ cây trồng.
- Nhóm vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng ngăn chặn mầm bệnh trong đất bằng nhiều cơ chế. Bao gồm khả năng sản xuất siderophore, là phức liên kết ion sắt làm cho chúng không hữu dụng với mầm bệnh, khả năng tạo kháng sinh, enzyme thủy phân vách tế bào hoặc HCN giúp ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh, khả năng cạnh tranh thành công với mầm bệnh về thức ăn và chỗ ở trên rễ cây (Nelson, 2004).
1.3.4. Cơ chế đối kháng của vi khuẩn 1.3.4.1. Kháng sinh
- Theo Phạm Văn Kim (2000): kháng sinh (antibiosis) là sự ức chế mầm bệnh bởi tiến trình sản xuất ra chất kháng sinh. Chi vi khuẩn Pseudomonas spp. có khả năng tiết ra nhiều loại kháng sinh như: pyoluteorin, pyrolnitrin (3-chloro-4-(2- nitro-3-chlorophenyl)pyrrole), DAPG (2,4-diacetyl-phloroglucinol), hydrogen cyanic,… Trong các loại kháng sinh trên, pyrolnitrin và DAPG được phát hiện khá nhiều ở các chi vi khuẩn đối kháng. Loại kháng sinh có phổ ức chế rộng như DAPG có thể ức chế được cả nấm và tuyến trùng. Chi vi khuẩn Bacillus spp. đã được phát hiện tiết ra hai loại kháng sinh kanosamine và zwittermicine A (Stabb và ctv., 1994).
1.3.4.2. Tiêu sinh (lysis)
Tiêu sinh là sự giết chết, làm tan đi, phân hủy sinh chất của mầm bệnh.
Ngoại tiêu sinh (exolysis): do tác động của enzyme từ bên ngoài làm tiêu hủy màng tế bào của mầm bệnh, làm cho mầm bệnh chết. Enzyme này do một sinh vật khác tiết ra.
Nội tiêu sinh (endolysis): là sự làm tan tế bào chất của mầm bệnh do vi sinh vật kí sinh từ bên trong gây ra.
Vách tế bào nấm cấu tạo bởi thành phần glucan, chitin và protein (Phạm Văn Kim, 2000). Nhiều vi khuẩn vùng rễ có khả năng tiết ra enzyme như chitinase, β- 1,3-glucanase, protease giúp phân hủy vách tế bào của nấm gây bệnh (Ait và ctv., 2000) trích dẫn Trần Bạch Lan (2010).
Theo Trương Thị Bích Ngân (2009) vi khuẩn vùng rễ thuộc hai nhóm Pseudomonas spp. và Bacillus spp. phân lập từ rễ cây dưa hấu có khả năng tiết ra enzym chitinase phân hủy thành phần chitin của vách tế bào nấm bệnh.
12 1.3.4.3. Sự cạnh tranh
Các vi sinh vật trong đất luôn cạnh tranh về oxy, dinh dưỡng và khoảng không để sống. Trong điều kiện môi trường thích hợp cho một nhóm vi sinh vật, chúng sẽ phát triển và lấn át các vi sinh vật khác. Đây là quá trình tiếp diễn liên tục trong các nhóm vi sinh vật trong đất để đạt cân bằng sinh học (Phạm Văn Kim, 2000).
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 vi sinh vật khác không có khả năng tiết ra siderophores (Paulsen và ctv., 2005).
1.3.4.4. Kích thích tính kháng bệnh cây trồng
Theo Phạm Văn Kim (2002), kích thích tính kháng thường được gọi tắt là kích kháng, hiện tượng này làm cho cây trồng trở nên có khả năng kháng được bệnh ở mức nào đó sau khi được xử lý kích kháng. Nguyên tắc kích kháng không có tác dụng loại trừ mầm bệnh như nông dược mà dựa trên sự kích thích của những cơ chế kháng bệnh tự nhiên của cây trồng. Chất kích kháng có thể là một loại vi sinh vật không gây bệnh hoặc là một chất nào đó không độc, không có tác động trực tiếp với mầm bệnh.
Có hai kiểu kích kháng:
Sự kích kháng tại chỗ (Local Acquired Resistance (LAR)):
Kích kháng tại chỗ là khi mầm bệnh xâm nhiễm vào bộ phận nào của cây có tiếp xúc với chất kích kháng sẽ kích thích cây sản sinh ra các hóa chất để tạo sự kháng bệnh nơi ấy (Phạm Văn Kim, 2002).
Sự kích kháng lưu dẫn (Systemic Acquired Resistance (SAR)): Kích kháng lưu dẫn là hiện tượng cây trồng được xử lý bởi các tác nhân kích kháng, hiệu quả của kích kháng không chỉ xảy ra tại vị trí được xử lý bởi các tác nhân kích kháng mà còn phát triển mô đến mô cây cách xa điểm kích thích hoặc toàn cây, giúp cây trồng có khả năng tự vệ và chống mầm bệnh (Phạm Văn Kim, 2002).
Vi khuẩn vùng rễ cũng có khả năng kích thích tính kháng bệnh cây trồng (Van Loon, 1998). Cơ chế kích kháng cũng được lưu dẫn toàn cây và kháng lại được nhiều mầm bệnh khác nhau, cơ chế này được gọi là ISR (Induced Systemic Resistance).
Chất dẫn truyền tín hiệu trong cơ chế kích kháng liên quan bởi vi khuẩn vùng rễ là ethylene hay jasmonic axit và cơ chế kích kháng liên quan sự tổng hợp phytoalexin hay giúp vách tế bào vững chắc hơn nhưng không liên quan đến sự tổng hợp PR protein.