Các loài vi sinh vật đối kháng tiêu diệt hoặc ức chế hoạt động của vi sinh vật gây bệnh cây chủ yếu bằng các chất kháng sinh, là những sản phẩm trao đổi chất trong quá trình sống của chúng, tiết ra enzyme phân hủy vách tế bào. Tuy nhiên, để nghiên cứu sâu về cơ chế hoạt động của Bacillus sp. trong quá trình ức chế mầm bệnh trên cây trồng trong đất vẫn còn hạn chế do chuyên đề còn mới (Kim và ctv., 2003)
Từ việc tổng hợp những ghi nhận trước đây về quần thể của các vi sinh vật thì dựa vào tính chất của các mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật mà người ta chia ra làm 3 loại quan hệ:
Ký sinh: Chủng này sống nhờ vào chủng kia, vi khuẩn cũng có thể ký sinh và tiêu diệt các loài nấm trong đất. Một số chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus có thể sống bám trên sợi nấm của Fusarium oxysporum f.sp. cubense hoặc Phytophthora spp., đồng thời tiết ra các chất có tính ức chế sự phát triển của sợi nấm này.v.v… (Phùng Thị Thanh Thảo, 2009).
Cạnh tranh
Các vi sinh vật cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng, oxy và không gian phát triển. Khi tiến hành nuôi hai chủng vi khuẩn Bacillus subtilis và Acrobacter acrogens trong môi trường muối Mg2+ nhận thấy trong môi trường thích hợp Bacillus đã phát triển và hấp thu hết Mg2+ nên Acrobacter không phát triển (Hattor, 1973, trích dẫn bởi Phạm Văn Kim, 2000).
Các chủng PGPR có khả năng sản xuất ra phức hợp gắn ion ngoại bào (siderophore) và phức chất này là một trong những tác chất hút giữ sắt mạnh nhất được biết đến (Borregaard và ctv., 2006). PGPR có thể hạn chế sự phát triển của mầm bệnh bằng cách tiết ra các siderophore kích thích tăng trưởng một cách gián tiếp qua việc cô lập lượng sắt có giới hạn trong vùng rễ, đặc biệt trong đất trung tính và đất kiềm làm giảm lượng sắt hữu dụng cho sự tăng trưởng của mầm bệnh (Rao, 1999). Nhưng cây trồng không bị ảnh hưởng bởi sự thiếu hụt ion cục bộ vì cây trồng có thể tồn tại ở môi trường có nồng độ ion thấp hơn rất nhiều so với vi sinh vật. Sắt trong đất khá phong phú dưới dạng sắt oxides kết tinh, vô định hình và khoáng có Fe khác. Sự hòa tan các dạng khoáng này cho 2 dạng Fe hòa tan là Fe(II) và Fe(III), có thể hữu dụng cho cây và vi sinh vật. Sự hòa tan này phụ thuộc vào điện thế oxy hóa-khử của đất và pH. Theo nghiên cứu của Phạm Văn Kim (2006) thì quá trình khử Fe3+ trong điều kiện ngập nước do tác dụng của các vi sinh vật mà hầu hết là do các vi khuẩn kị khí như: B. polymyxa và B.
circulans. Hai loại vi khuẩn này hoạt động ở môi trường chua, pH vào khoảng 5,5.
Tiết kháng sinh: Các công trình nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều loại kháng sinh từ nguồn vi khuẩn đối kháng. Chi vi khuẩn Bacillus sp. tiết các loại kháng sinh Kanosamine và Ziwittermicin A (Stabb và ctv., 1994; Jo., 1996, trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Nga, 2003).
Chất đối kháng với nấm của Bacillus sp.
- Vách tế bào nấm gồm nhiều thành phần như glucan, chitin, protein (Phạm Văn Kim, 1999). Vi khuẩn đối kháng tiết ra các loại enzyme để phân hủy các thành phần này của vách tế bào nấm gây bệnh.
- Bacillus sp. có khả năng tiết enzyme thuộc nhóm glucan như cellulase, mannase, xylanase và các enzyme phân hủy protein của vách tế bào nấm Aphamyces cochlioides gây bệnh thối rễ trên cây củ cải đường (Nielsen và ctv;
trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Nga, 2003).
- Vi khuẩn Bacillus cereus strain 65 có khả năng tạo enzyme chitinase có khối lượng phân tử 36 Kda, chitinase này giúp phân giải diacetylchitodibose. Khi áp dụng B. cereus strain 65 trực tiếp vào đất thì bảo vệ cây bông vải con khỏi bệnh thối rễ do nấm Rhizoctonia solani (Pleban, 1997, trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Nga, 2003). Theo Lin và ctv., (2003) thì B. subtilis S9 được phân lập từ vùng rễ cây mía đường có khả năng phân giải vách tế bào nấm gây bệnh như: R. solani, F.
oxysporum và P. ultimum sau khi chủng 3 ngày trên môi trường PDA, tế bào vi khuẩn hấp thụ vào sợi nấm và làm mục rửa sợi nấm (trích dẫn bởi Nguyễn Thị Huệ, 2008)
- Bacillus sp. 739 có thể sản xuất β-1,3-glucanase, protease và chitinase.
Trong số những enzyme phức tạp này thì β-1,3-glucanase và chitinase tham gia thủy phân làm phân hủy vách tế bào của Bipolaris sorokiniana, mầm bệnh gây thối rữa rễ của cây ngũ cốc. Tuy nhiên, chỉ có β-1,3-glucanase có thể làm thoái hóa vách tế bào trên hệ sợi của nấm khi vắng mặt những enzyme thủy phân khác (Aktuganov và ctv., 2007).
Do đặc tính của loài vi khuẩn này tạo ra các chuỗi lipopeptide có hoạt tính sinh học rộng. Nhóm hợp chất đó bao gồm lipopeptide: Surfactin, Fengycin và hợp chất Iturin (Iturin, mycosubtilin và bacillomycin), đây là những hợp chất hoạt động ở màng ưa nước như là chất hoạt dịch sinh học với các hoạt động kháng khuẩn mạnh. Những chất này cũng được tìm thấy ở các họ gần có liên quan, nhưng khác ở chiều dài, phân nhánh của chuỗi acid béo và sự thay thế amino acid trong các vòng peptide (Kowall và ctv., 1998, trích dẫn bởi Siddiqui, 2006).
Những dòng vi khuẩn Bacillus cho ra những chất ức chế có phổ tác dụng rộng lớn trong đó iturin A có khả năng ức chế mạnh với các nấm như: Phytophthora ultimum, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporium, S. sclerotiorum, Macrophomina phaseolina (Constantinescu, 2001, trích dẫn bởi Siddiqui, 2006).