CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.3 Vi sinh vật vùng rễ
1.3.2 Vai trò của vi sinh vật vùng rễ
Theo Phạm Văn Kim (2006) thì vi sinh vật ở hệ 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 ủộng của chỳng, cú tỏc ủộng lớn ủối với việc làm cho cỏc khoỏng chất hoặc cỏc chất như lõn dưới dạng khụng tan, sẽ chuyển húa thành dạng ủơn giản, dễ tan và dễ ủược cây hấp thụ. Vi khuẩn hòa tan lân theo một số cơ chế khác nhau bao gồm việc tạo ra cỏc acid hữu cơ, giỳp tăng lượng lõn hữu dụng cho cõy, ủặc biệt trong cỏc ủất cú hàm lượng lõn tớch tụ cao (Goldstein, 1986). Một số vi sinh vật trong ủất cú khả năng gia tăng lõn nhiều hơn bằng cỏch tạo ra cỏc enzym phosphatase ủể cắt dạng lõn hữu cơ hay tạo ra các acid hữu cơ trong quá trình biến dưỡng hòa tan lân khó tan.
Chỳng sử dụng nguồn lõn khú tan ủể phỏt triển tạo nhiều sinh khối, làm giàu lượng chất hữu cơ trong ủất giỳp cõy trồng phỏt triển nhanh; do ủú cõy trồng cú thể ủủ dinh dưỡng ủể phỏt triển và chống lại ủược mầm bệnh tấn cụng (Vessey, 2003 trớch bởi Nguyễn Trọng Cần, 2007).
- Vi sinh vật tiết ra các kích thích tố tăng trưởng của thực vật giúp rễ thực vật phỏt triển ủược tốt. Một số loại thuộc chi Pseudomonas và Agrobacterium cú khả năng tiết ra các indol-acetic-acid (IAA) kích thích cây trồng ra rễ. Các chất kích thớch tố tăng trưởng này cú trong ủất với nồng ủộ rất thấp, chưa cú ảnh hưởng ủến cõy, tuy nhiờn nếu bún phõn hữu cơ cho ủất, chỳng ta làm gia tăng mật số vi sinh vật trong ủất, tức gia tăng nồng ủộ chất kớch thớch tố sinh trưởng, ủiều này cú ảnh hưởng tốt ủối với bộ rễ thực vật. IAA cú thể trực tiếp làm gia tăng sự phỏt triển của rễ bằng cách kích thích sự kéo dài, phân cắt tế bào, hoặc gián tiếp thông qua ảnh hưởng của hoạt tính men 1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid (ACC).
Deaminase của vi khuẩn làm phá hủy ACC (tiền chất của ethylen), nên ngăn cây tạo ra lượng ethylen ở mức ức chế sự phát triển của rễ (Antoun & Prévost, 2005 trích bởi Nguyễn Thị Thu Hằng, 2008).
Có 80% vi khuẩn phân lập từ vùng rễ có khả năng sản sinh IAA, chúng không chỉ có hiệu ứng sinh lý lên cây trồng mà còn có thể có vai trò của phytohocmon ủỏp ứng sự tương tỏc vi khuẩn - thực vật; vỡ vậy mà chỳng ủược nghiờn cứu nhiều. Vi khuẩn Bacillus phõn lập từ ủất trồng cú khả năng sinh tổng
số lượng rễ lông hút và các rễ bên (Okon và Kapulnik, 1986). Theo Frankenberger và Arshad (1991) sinh tổng hợp IAA trong ủất do vi sinh vật gia tăng nhờ vào trytophan trong dịch tiết từ rễ hoặc tế bào phân giải.
1.3.3 Mối quan hệ giữa cỏc chủng vi sinh vật trong ủất
Theo Phạm Văn Kim (2006) thỡ những vi sinh vật trong ủất chỳng cú những tỏc ủộng với nhau như sau:
- Khụng cú tỏc ủộng lẫn nhau (neutralism) những chủng vi khuẩn khụng cú tỏc ủộng lẫn nhau hoặc tỏc ủộng với nhau quỏ nhỏ khụng ủỏng kể.
- Cạnh tranh (competition) hai chủng tranh nhau nguồn dinh dưỡng hoặc không gian phát triển.
- Tỏc ủộng hổ trợ hay tương trợ (mutalism) hai chủng tỏc ủộng lẫn nhau, làm cho sự phỏt triển của chỳng ủều tăng lờn so với lỳc sống riờng lẽ.
- Tỏc ủộng tớch cực một chiều (commensalism) một chủng tỏc ủộng tớch cực lên chủng thứ hai.
- Tỏc ủộng tiờu cực một chiều (amensalism) chủng này tỏc ủộng tiờu cực lờn chủng kia và không ngược lại.
1.4 SỰ ðỐI KHÁNG
Theo Nelson (2004) thỡ vi khuẩn ủối khỏng là những vi khuẩn hạn chế ủược sự phát triển của các tác nhân gây bệnh thực vật bằng nhiều cách theo những cơ chế như: tiết chất kháng sinh, tiết enzyme, phân hủy vách tế bào hoặc cạnh tranh thức ăn và nơi ở với vi sinh vật gây bệnh. Ngoài những cơ chế trên thì Nelson (2004) còn cho rằng vi khuẩn ủối khỏng cũn cú khả năng sản xuất siderophore (phức liờn kết ion sắt) làm cho chỳng khụng hữu dụng ủối với mầm bệnh, ủể ngăn chặn sự phỏt triển của mầm bệnh. Ngoài ra, các vi sinh vật này còn tổng hợp enzyme thủy phân chitinases, glucanase hoặc HCN.
Vi khuẩn tạo siderophore kích thích cây tăng trưởng một cách gián tiếp qua việc cụ lập lượng sắt cú giới hạn trong vựng rễ, ủặc biệt trong ủất trung tớnh và ủất kiềm, làm giảm lượng sắt hữu dụng cho sự tăng trưởng của mầm bệnh (Subba Rao, 1999). Sắt (Fe) trong ủất khỏ phong phỳ dưới dạng sắt oxides kết tinh, vụ ủịnh hỡnh và khoáng có Fe khác. Sự hòa tan các dạng khoáng này cho hai dạng Fe hòa tan, Fe2- và Fe3+, có thể hữu dụng cho cây và vi sinh vật. Sự hòa tan này phụ thuộc vào ủiện thế oxy húa-khử của ủất (soil redox potential) và pH. Dưới ủiều kiện thoỏng khí (oxidizing) ở pH trung tính-kiềm, Fe hiện diện chủ yếu dưới dạng khoáng sắt Fe (III), Fe(OH)3, thường không hòa tan (Kso = 10-38; Lindsay và Schwab, 1982).
nhất, rất nhạy cảm với sự thiếu Fe. Thực vật và vi sinh vật ủó tiến húa những cơ chế khỏc nhau nhằm cú thể tỡm ủược Fe dưới cỏc ủiều kiện Fe bị giới hạn. Siderophore cơ bản ủược tiết ra từ vi khuẩn, nấm và cõy một lỏ mầm ủể chống lại tỡnh trạng thiếu sắt (Ratledge and Dover, 2000). Cỏc hợp phức này cú thể ủược xem như là cỏc phõn tử nhỏ (<1000 Da, cũng cú một số cú trọng lượng phõn tử lớn hơn) ủược tổng hợp rất nhanh trong một khoảng thời gian ngắn nhưng hoàn toàn cú thể xỏc ủịnh ủược (Neilands, 1981, 1995).
Theo Phạm Văn Kim (2000) thỡ vi sinh vật ủối khỏng trong ủất cú vai trũ rất quan trọng lên dịch bệnh của cây trồng, chúng có thể kìm hãm sự phát triển của mầm bệnh. Cỏc yếu tố mụi trường vừa tỏc ủộng lờn mầm bệnh vừa tỏc ủộng lờn nhúm sinh vật ủối khỏng, vỡ vậy mà cỏc yếu tố mụi trường khụng thuận lợi cho sự phỏt triển của sinh vật ủối khỏng sẽ là ủiều kiện tốt cho mầm bệnh phỏt sinh và phỏt triển. Vi sinh vật ủối khỏng theo cỏc cơ chế như: khỏng sinh và tiờu sinh (ngoại tiờu sinh và nội tiêu sinh), sự cạnh tranh, sự ký sinh và bắt mồi.
Theo Podile và Kishore (2006) thỡ cơ chế ủối khỏng của PGPR bao gồm:
• Sự kháng sinh:
Các chất kháng sinh có thể là ammonia, butyrolactones, 2,4-diacetyl phloroglucinol (DAPG), kanosamine, oligomycin A, oomycin A, phenazine-1- carboxylic acid, pyoluteorin, pyrrolnitrin, viscosinamide, xanthobaccin, and zwittermycin A.. Trong ủú, nhiều chất cú phổ tỏc ủộng rộng và ủược chỳ ý nhiều nhất là DAPG.
• Cạnh tranh dưỡng liệu
PGPR sử dụng nguồn dưỡng liệu một cách có hiệu quả và tăng trưởng nhanh hơn so với vi sinh vật gây bệnh cây trồng. Ví dụ vi khuẩn có khả năng tiết siderophore ủể cạnh tranh sắt với vi sinh vật gõy bệnh.
• Ký sinh hoặc phân giải
PGPR ký sinh và tạo ra các enzymes thủy phân phân hủy vách tế bào vi sinh vật gõy bệnh. Trong ủú quan trọng nhất là enzymes chitinases và glucanases.
• Ức chế enzymes hoặc ủộc tố của mầm bệnh
Một số enzymes ngoại bào của mầm bệnh như pectolytic enzymes (exo- and endo- polygalacturonases, pectin lyases), cellulases và cutinase bị ức chế bởi endoproteinase của vi khuẩn.
1.5 QUẢN LÝ BỆNH CÓ NGUỒN GỐC TỪ ðẤT BẰNG BIỆN PHÁP SINH HỌC
1.5.1 ðịnh nghĩa biện pháp sinh học
Biện phỏp sinh học trong phũng trị bệnh cõy là ủiều khiển mụi trường, cõy trồng và vi sinh vật ủối khỏng một cỏch thớch hợp, ủể tạo nờn một cỏch cõn bằng sinh học cần thiết, giỳp giảm mật số của mầm bệnh xuống ngưỡng gõy hại. Nhờ ủú, bệnh của cõy trồng chỉ xuất hiện ở mức ủộ nhẹ, khụng gõy ảnh hưởng quan trọng về mặt kinh tế (Phạm Văn Kim, 2000).
1.5.2 Một số nghiờn cứu ứng dụng vi sinh vật trong ủất ủể quản lý bệnh cú nguồn gốc từ ủất trờn cõy trồng
(Trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thu Hằng, 2008)
Trờn thế giới nhiều sản phẩm từ vi sinh vật vựng rễ ủó ủược ủưa vào nghiờn cứu, thử nghiệm và ứng dụng thực tế ủem lại nhiều thành cụng trong sản xuất nụng nghiệp.
Ở Thái Lan, những nghiên cứu trong nhà kính cho thấy vi khuẩn nội sinh Bacillus có gợi lên tính kích kháng ISR trong cây (Jetiyanon và Kloepper, 2002), ủõy là thành cụng ủầu trong việc ứng dụng vi khuẩn nội sinh – kớch khỏng ISR (kớch khỏng lưu dẫn cảm ứng do PGPRs) trong nụng nghiệp ở vựng nhiệt ủới. Với mục tiêu tìm ra hỗn hợp vi khuẩn nội sinh có hình thành nội bào tử và có sự gợi ISR, trong nghiờn cứu này ủó sử dụng bốn hệ thống mầm bệnh và cõy ký chủ khỏc nhau gồm: cà chua (Lycopencium esculentum Mill) và Ralstonia solanacearum, ớt sừng trâu (Capsicum annuum var. acuminatum) và Colletotrichum gloeosporioides, cải bẹ xanh (Brassica chinensis var. parachinensis) và Rhizoctonia solani và dưa leo (Cucumis sativus L.) với CMVt. Kết quả cho thấy có một chủng (B.
amyloliquefaciens IN937a) và bốn hỗn hợp bao gồm: IN937a + B. subtilis IN937b;
IN937b + B. pumilus SE34; IN937b + B. pumilus SE49; và IN937b + B. pumilus INR7 làm giảm tỷ lệ bệnh và tớnh ủộc của cả bốn bệnh một cỏch ủỏng kể. Kết quả này ủỏng ghi nhận ở hai lý do: kết quả chỉ ra rằng ISR ủược gợi lờn bằng những chủng vi khuẩn nội sinh ủặc biệt cú thể bảo vệ cõy ký chủ dưới ủiều kiện nhiệt ủới;
hỗn hợp kết hợp hai chủng vi khuẩn tốt hơn một chủng vi khuẩn ủộc lập trong việc gợi sự bảo vệ một cách có hiệu quả trong nhiều cây ký chủ chống lại những mầm bệnh khác nhau (Kloepper và Ryu, 2006).
Ba cỏnh ủồng thử nghiệm ủược ỏp dụng ba cụng thức khỏc nhau của cỏc chủng nội sinh IN937a, IN937b và SE34 (Murphy et al., 2000) nhằm xỏc ủịnh khả năng của chúng về việc gợi lên ISR chống lại bệnh Tomato mottle virus (ToMoV)
nhiễm với ToMoV qua sự truyền lan của rầy phấn trắng trưởng thành mang ủộc tố gõy bệnh từ những cõy cà chua kề bờn cú khả năng khỏng bệnh ToMoV ủó ủược chủng nhiễm bệnh. Tỷ lệ bệnh và tớnh ủộc của bệnh giảm một cỏch ủỏng kể theo một hoặc nhiều công thức của chủng nội sinh.
Theo Võ Minh Luân (2007) thì sản phẩm Yield Shield với thành phần hoạt chất là nội bào tử của Bacillus pumilus, chủng GB34 ủó ủược ủăng ký tại Mỹ vào năm 2003 ủể phũng trị bệnh trờn ủậu nành. Chủng B. pumilus T4 cũng kớch thớch tạo ISR chống lại bệnh trên dưa leo do vi khuẩn Erwinia tracheiphila, cũng như bệnh do nấm Rhizoctonia và Fusarium. Sản phẩm Bio Yield với thành phần hoạt chất là hai chủng vi khuẩn Bacillus bao gồm: B. amyloliquefaciens GB99 và B.
subtilis GB122, ủược khuyến cỏo dựng ủể kớch khỏng trờn cõy cà chua, ớt, cải bắp, cải bông, dưa leo, dưa hấu nhằm chống lại tác nhân gây bệnh và kích thích tăng trưởng.
1.5.3 Một số nghiờn cứu ứng dụng vi khuẩn ủối khỏng ủể quản lý bệnh hộo xanh thối củ gừng
Ravindran và Nirmal Babu (2005) ủó tổng hợp ủược một số nghiờn cứu ứng dụng vi khuẩn ủối khỏng ủể quản lý bệnh hộo xanh thối củ gừng cú hiệu quả như:
Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas glumae, Pseudomonas cepacia, các dòng Bacillus và các dòng Erwinia.
Một số tỏc nhõn sinh học khỏc cũng ủó ủược nghiờn cứu nhưng ứng dụng chưa rộng rãi vì khả năng quản lý bệnh của chúng không cao hơn so với việc sử dụng vi khuẩn ủối khỏng (Chen and Echandi, 1984). Cỏc vi khuẩn ủối khỏng tỡm ủược từ cỏc cõy gừng khụng bị hộo xanh trong ruộng gừng bị hộo xanh thỡ cú tiềm năng tốt về khả năng ủối khỏng bệnh (Frey et al., 1993).