1.1 Giới thiệu chung về cây cà chua
Cà chua được đưa tới Châu Á vào thế kỷ 18, đầu tiên là Philippin, đông Java (Indonesia) và Malaysia từ châu Âu qua các nhà buôn và thực dân Tây Ban Nha, Bồ Dao Nha va Hà Lan. Từ đây cà chua được phô biến đến các vùng khác của châu A.
Tuy có lịch sử trồng trọt lâu đời nhưng đến nửa đầu thế kỷ 20, cà chua mới thực sự trở thành cây trồng phô biến trên thé giới (Kuo và ctv,1998).
Ở Việt Nam, một số nhà nghiên cứu cho rằng cây cà chua được nhập vào Việt Nam từ thời gian thực dân Pháp chiếm đóng (Trần Khắc Thi và ctv, 2005).
Ré cà chua thuộc hệ rễ chùm, có khả năng tái sinh mạnh và phân bố chủ yếu ở tang dat 0 — 30cm. Tuy nhiên, khi được trồng trên đồng ruộng có thé phát triển rộng tới 1,3m và sâu tới Im. Cây cà chua còn có khả năng ra rễ bất định, loại rễ này tập trung nhiều nhất ở đoạn thân dưới hai lá mầm. Thân cây thường có nhiều nhánh và có độ dài khác nhau, tùy theo điều kiện môi trường và giống. Lá cà chua đa số thuộc dạng lá kép lông chim lẻ, các lá chét có răng cưa. Lá có nhiều dang như dang chân chim, dang lá khoai tây, dang lá ớt... màu sắc và kích thước lá cũng khác nhau tùy thuộc giống. Hoa cà chua mọc thành chùm với 3 ba dạng chùm hoa: dạng đơn giản, dạng trung gian và dạng phức tạp. Hoa lưỡng tính, nhị đực liên kết nhau thành bao hình nón bao quanh nhụy cái. Cà chua tự thụ phan là chính. Qua thuộc dang qua mong, có 2, 3 hay nhiều ngăn hat. Hình dạng và màu sắc qua phụ thuộc vào giống, điều kiện nhiệt độ, và phụ thuộc vào hàm lượng caroten và lycopen. Ở nhiệt độ từ 30°C trở lên, sự tổng hợp lycopen bị ức chế, trong khi đó sự tổng hợp ÿ carotene không man cảm với tác động của nhiệt độ, vì thé cà chua ở mùa nóng có qua chín
mau vảng hoặc đỏ vàng (Krumbein va ctv, 2006)
1.2 Nắm Fusarium và khả năng gây hai
1.2.1 Đặc điểm hình thái, điều kiện và khả năng gây bệnh của nam Fusarium sp.
Fusarium là loại vi nam thuộc ngành nam Mycota, lớp nam Bat toàn Hypocreales, bộ nắm Bông Moniliales, họ Tuberculariaceae. Giai đoạn hữu tính hầu như điều thuộc chi Gibberella, một số loài thuộc chi Nectria. Hầu hết các loài nam thuộc chi Fusarium phân bố phố biến ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Tản nam Fusarium thường có dạng sợi min, sợi nắm màu có màu trắng đến tím tía, có vách ngăn, sản sinh các loại bảo tử gồm tiểu bào tử, đại bào tử và bao tử áo. Nam Fusarium có khả năng sống hoại sinh và ký sinh trên cây trồng.
Fusarium thường gây hại bằng cách xâm nhập vào rễ cây trồng thông qua lớp biểu bi đã bị ton thương hoặc kết hợp với các mầm bệnh thứ yếu khác dé tan công vào bên trong rễ cây (Nemec và ctv, 1986). Khi Fusarium xâm nhiễm vào mô thực vật, chúng tiết ra acid fusarinic và các độc tô fusarinic BI và fusarinic B2 làm kiềm hãm hoạt động của hệ thống enzyme và hoạt động hô hap, phá vỡ quá trình trao đôi chat và tính thẩm thấu của màng tế bào, đồng thời làm giảm sức đề kháng của cây và cuối cùng là phá vỡ chức năng sinh lý của cây. Sau khi xâm nhiễm chúng bắt đầu tấn công vào mạch nhựa, tiết ra enzyme cellulase làm hư hỏng mạch nhựa và phá huỷ vách tế bao bên ngoài của mạch go. Khi rễ bị hại thì tính thâm thấu của vách tế bao sẽ bị phá vỡ, khả năng hấp thu nước và muối khoáng của cây sẽ bị suy yêu làm cho rễ cây phát triển chậm lại, thậm chí ngưng phát triển. Điều kiện dé loài F. solani tan công và xâm nhiễm vào cây trồng là khi rễ và thân cây bị ton thương, dat bi ing nước và bón phân dư thừa (Labuschagne va ctv, 1988). Fusarium có khả năng tồn lưu lâu bên trong đất. Hau hết đất canh tác có chứa 10 — 10° bào tử/g đất các loài F. roseum, F. solani và F. oxysporum (Cook và Baker, 1989). Bào tử Fusarium dé lan truyền qua gid, nước, không khí và dụng cụ sau khi tiếp xúc với bào tử nắm bệnh. Việc nhân giống cây con bằng cấy ghép mô có sẵn mầm bệnh làm tăng khả năng lây bệnh thậm chí còn nhiều hơn so với các con đường khác (Sampathkumar và Paya, 2001).
1.2.2 Đặc điểm hình thái của nam Fusarium solani gây hai ở Việt Nam
Nam Fusarium solani gay hai cho hon 65 loai thuc vat, thuong tan cong cay qua cac vết thương, các mô bị suy yeu hoặc dựa vào các mam bệnh khác thành tác nhân thứ cấp gây ra các bệnh nghiêm trọng như thối rễ, nâu rễ, thối thân, thối củ...
trên nhiều loại cây trồng như hành tỏi, cúc, cam quýt, đưa, bắp, cà chua, bông vải...
(Booth 1971; Burgess và ctv 1994). Nắm bệnh có thê gây hại suốt các thời kỳ sinh trưởng của cây nhưng chủ yếu là tấn công ở giai đoạn cây con.
Giai đoạn hữu tinh của F. solani hau như không gây bệnh cho cây, dù từ môi trường nuôi cấy và giai đoạn này còn có tên gọi là Haematonectria haematococa
(Abney và ctv 1993).
Giai đoạn vô tính F. solani (thuộc nhóm Martiella) thường ky sinh gây hại cây
trong (CABI, 2004). Ở giai đoạn này F. solani tồn tại ở 2 dang là dạng đồng tan (homothallism) tự thụ và di tản (heterothallic) có 2 dang sợi rất rõ rệt. Các dòng di tan bao gồm nhiều nhóm bắt thụ hoặc các quan thé có khả năng bắt cặp giúp giải thích
việc tạo thành các loài phụ khác nhau.
Tiểu bào tử F. solani trong suốt, hình trụ hay nêm (9 - 16 x 2 - 4 um), có thé có một vách ngăn. Đại bào tử có thể có hoặc không có ở một vài chủng, hình trụ hoặc liềm (40 - 100 x 5 - 7,5 um) và thường có 3 - 5 hay 7 vách ngăn. Nhiệt độ tối hảo dé sợi nam phát triển và hình thành bào tử trong nuôi cay là 28°C, còn bào tử áo là những
bào tử có vách dày (10 - 11 x 8 - 9 um), có dạng đơn, nhưng đôi khi có dạng đôi,
chúng được hình thành từ phần cuối, bên hông hoặc ở giữa của đại bào tử (Agrios,
2005).
1.3 Tuyến trùng Meloidogyne spp. và khả nang gây hai
1.3.1 Đặc điểm sinh học, vòng đời của tuyến trùng san rễ Meloidogyne spp.
Chu kỳ sống của tuyến trùng san rễ Meloidogyne spp. bao gồm 5 giai đoạn phát triển bao gồm: trứng, ấu trùng tuổi 1 (J1), au trùng tuổi 2 (J2 - au trùng cảm nhiễm), ấu trùng tuổi 3 (13) và au trùng tuổi 4 (14).
Trứng sau khi thụ tinh sẽ hình thành giai đoạn đầu tiên của ấu trùng J1 nằm trong trứng. Khi J2 rời khỏi trứng, chúng sẽ lây nhiễm sang các rễ gần đó hoặc xâm
nhập vào các rễ mới. Khi J2 tiếp xúc với bề mặt của rễ, chúng dùng kim hút châm chích và xâm nhập vào bên trong rễ ở bat kỳ phía nào của rễ. J2 có thể tồn tại trong đất ở trạng thái tĩnh trong một thời gian dài. Tuy nhiên, trong thời kỳ đó chúng tiêu thụ lượng thức ăn dự trữ trong ruột của chúng. Vì khả năng lây nhiễm liên quan đến dự trữ thức ăn nên tinh lây nhiễm sẽ giảm sau một thời gian dài ở ngoài rễ (Curtis va
ctv 2009).
1.3.2 Khả năng gây hai của tuyến trùng Meloidogyne spp.
Tuyến trùng Meloidogyne spp. được ghi nhận là loài nội ky sinh gây u sưng rễ trên 5.500 loài thưc vật và là một trong những tác nhân gây hại ở hầu hết các vùng trồng cà chua trên thế giới. Tuyến trùng tồn tại trên nhiều loại đất và ký chủ khác nhau.
Trứng của chúng có thé tồn vai năm bên trong đất trước khi gặp điều thuận lợi hay có sự hiện diện của ký chủ (Blok va ctv, 2008). Hiện nay có trên 100 loài tuyến trùng thuộc chi Meloidogyne đã được mô ta, trong đó có 4 loài phố biến nhất chiếm 95% là
M. incognita, M. arenaria, M. javanica và M. hapla (Karssen và ctv, 2013; Sasser và
Carter, 1985). Khi bi nhiém tuyén trùng ở mật độ thấp, cây cà chua ít bị thiệt hại về kinh tế. Tuy nhiên, khi bị nhiễm nặng, cây cà chua thường có biểu hiện còi cọc và tạo bộ rễ nhiều nhưng ngắn. Quá trình vận chuyên các chất từ rễ cây lên thân lá bị hạn chế dẫn tới cây bị héo rũ do thiếu nước và dinh dưỡng. Trên ruộng, cây bị nhiễm tuyến trùng rễ bị sưng lên và bị các vi sinh vật gây bệnh khác xâm nhiễm (Bùi Cách Tuyến,
2013).
Khi tuyến trùng u sưng tiếp xúc với rễ cây, chúng thường xâm nhập ngay vào bên trong rễ. Sự xâm nhập thường xảy ra ngay chóp rễ nhưng cũng có thê xảy ra ở bat kỳ vị trí nào. J2 thâm nhập vao thành tế bảo rễ cứng bằng sự kết hợp của tổn thương vật lý và sự gia tăng mức độ hoạt động của phản ứng oxy hóa (đây là một dâu hiệu của sự gia tăng hoạt động trao đổi chất) sau đó tuyến trùng định vị tại vùng mô phân sinh của vỏ rễvà bắt đầu quá trình dinh dưỡng. Nốt sưng rễ thường được tạo thành trong vòng 1 - 2 ngày sau khi tuyến trùng xâm nhập. Kích thước của nốt san liên quan đến cây chủ, số lượng J2 xâm nhập và loài tuyến trùng ký sinh (Karssen và
ctv, 2013).
Sau khi xâm nhập vao rễ thì tuyến trùng J2 cũng bat đầu thay đổi về hình thái một cách nhanh chóng như việc cơ thể chúng phình ra và các nội quan cũng dần được phát triển. Lần lột xác cuối cùng là sự biến thái thật sự đối với con đực, từ dạng cuộn gấp khúc trong J4 chúng được nở ra và có dạng giun tròn, trong khi con cái có dạng hình tròn như quả lê hay quả chanh. Tuyến trùng Meloidogyne spp. sinh sản bằng 2 cách: một vài loài sinh sản hữu tính (giao phối bắt buộc - amphimixis) và phần lớn sinh sản lưỡng tính (parthenogenessis) không cần con đực. Đối với các loài hữu tính thì con đực cặp đôi ngay với con cái sau lần lột xác cuối cùng. Chiều dài vòng đời tuyến trùng phụ thuộc nhiều yếu 6, quan trong nhất là nhiệt độ môi trường và loại đất (N guyén
Ngọc Chau, 2003).
1.3.3 Cơ chế ký sinh của tuyến trùng Meloidogyne spp.
Melillo và ctv (2006) cho rằng cây trồng không có khả năng di chuyên nên đã phát triển cơ chế nhận điện mầm bệnh khi các thụ thê của tế bào liên kết với các tác nhân gây bệnh từ đó sẽ biểu hiện gene mã hoá liên quan đến phản ứng miễn dịch của cây trồng. Khi bị mầm bệnh tan công cây trồng sẽ kích hoạt phản ứng tự vệ dé làm chết các tế bào bị xâm nhiễm đây được gọi là phản ứng siêu nhạy cảm.
Các effector tập trung ở thực quản sẽ được tuyến trùng ký sinh thực vật tiêm vào ký chủ thông qua kim chích nhằm ngăn chặn phản ứng siêu nhạy cảm của cây trồng đối với tuyến trùng. Cau tạo tuyến thực quản của Meloidogyne spp. bao gồm hai tuyến tế bào dưới bụng và một tuyến tế bào ở lưng. Ba tuyến tế bào này giúp cho tuyến trùng dé dàng xâm nhập vào bên trong ky chủ và hình thành các vị trí dinh dưỡng nhờ vào cơ chế sản sinh các enzyme phân giải cellulose, hemi — cellulose và pectin ở hai tuyến tế bào dưới bụng làm cho thành tế bào thực vật bị biến đối. Sau khi tuyến trùng xâm nhập vào bên trong ký chủ, tế bào lưng của tuyến trùng sẽ hoạt động giúp cho tuyến trùng không di động ma tập trung vao việc tổng hợp các protein dé phát triển và duy trì các vị trí dinh đưỡng. Vị trí dinh dưỡng là nơi tập trung các tế bao không lồ. Các tế bao này là những tế bào đa nhân được hình thành khi tế bào nhân đôi nhưng không phân chia, không có sự hình thành vách tế bảo, quá trình này
làm tế bào chứa nhiều nhân hơn cũng như chứa nhiều sản phâm protein hơn và những chat này là nguồn thức cho tuyến trùng (Davis và ctv 2000; Rehman và ctv, 2016).
1.4 Đặc điểm chung và vai trò của nắm cộng nội sinh Mycorrhiza trong quản lý bệnh hại rễ
1.4.1 Nắm nội cộng sinh Mycorrhiza
Nam nội cộng sinh có nhiều biến đổi hơn nam ngoại cộng sinh như không hình thành 1 lớp nam bao phủ rễ mà chỉ có các sợi lưa thưa; có các sợi nam xuyên qua màng tế bào rễ cây ký chủ, hình thành nên các cấu trúc đặc trưng là versicles (túi) và arbuscules (bụi) nên có thé gọi là VAM (Versicular Arbuscular Mycorrhiza), lông hút vẫn giữ nguyên. Tuy nhiên sợi nắm vẫn kéo dài giữa gian bào nhưng không hình thành mạng lưới Hartig. Sợi nắm xuyên qua vách tế bào vào trong hình thành vòi hút.
Những loại này rất khó phân biệt bằng mắt thường (Smith và Read, 1997). Trên cơ sở hình thành các dạng cộng sinh rễ cây, Walker (1995) đề nghị sử dụng thuật ngữ AM (Arbuscular Mycorrhiza). Hiện nay, các thuật ngữ VAM hay AM đều được sử
dụng và có cùng chung một ý nghĩa.
Các nghiên cứu của Read (1999); Smith và Read (1997), nam AM thuộc ngành Zygomycota, bộ Glomales nhưng mới đây đã được đôi thành ngành Glomeromycota.
Ngành Glomeromycota được chia thành 4 bộ, 8 họ, 10 chi và 150 loài. Các chi phổ biến là Acaulospora, Gigaspora, Glomus và Scutellospora. Theo SchuBler và Walker
(2010), hiện nay chi Glomus có 78 loài, chi Gigaspora có 8 loài, chi Scutellospora có 25 loài, chi Acaulospora có 37 loài.
1.4.2 Đặc điểm, cấu trúc, hình thái và chức năng của nấm nội cộng sinh
Arbuscular mycorrhiza (AM)
1.4.2.1 Sợi nắm (Hyphase)
Khi có điều kiện thích hợp bào tử AM trong đất sẽ nảy mầm sinh trưởng, mọc ra ống mam, hình thành sợi nam vách day và có đường kính 20 - 30 um, sợi nam sau khi tiếp xúc với rễ hình thành sợi nắm vách mỏng, đường kính 2 - 7 wm, bộ rễ tiết ra chất kích thích sợi nam sinh trưởng và hướng về rễ cây, tiếp xúc nhanh với rễ cây. Tại nơi hình thành giác bám sợi nắm đi vào bên trong lớp biểu bi được gọi là
điểm xâm nhiễm. Một sợi nam sau khi tiếp xúc với bề mặt của rễ có thé phân nhánh và hình thành nhiều hơn một điểm xâm nhiễm. Điểm bắt đầu của sợi nắm (nơi tiếp xúc với tế bao biéu bì hoặc lông hút) sẽ nảy mầm hình thành bào tử, hệ sợi nắm luôn gắn liền với hệ rễ và tạo thành mạng lưới sợi nắm tồn tại trong đất hoặc sợi nắm phát triển từ một phần của rễ của những cây đã chết. Khoảng 2 - 3 ngày sau khi sợi nam tiếp xúc với rễ cây chủ thì các giác bám hình thành và tạo thành điểm xâm nhập vào rễ cây chủ (Trần Văn Mão, 2004; Peterson và ctv, 2004).
1.4.2.2 Bụi (Arbuscule)
Arbuscular (bụi) có dạng thê giác mút, lưỡng phan, dạng như lông bàn chai, là phan trao đối dinh dưỡng chính giữa thực vật chủ và nắm và được đặt tên bởi Gallaud năm 1905 vì chúng trông giống như những bụi cây nhỏ phân nhánh phức tạp trong tế bảo rễ. Bui được hình thành qua sự phân đôi nhiều lần và sự giảm về độ dày sợi nam, bắt đầu từ 1 sợi thân ban đầu (đường kính 5-10 um) và kết thúc bang sự phát triển nhanh của sợi nắm phân nhánh nhỏ (đường kính < 1 pm). Bui có thể ở bat kì vùng nảo của vỏ rễ nhưng thường phát triển ở bên trong vỏ rễ gần đỉnh của nhánh sợi nội
bảo (Brundrett và ctv, 1996).
Peterson va ctv (2004), việc trao đổi trao đổi chất dinh dưỡng có thé xảy ra dựa vào cấu trúc phân nhánh của bụi và sự hiện diện của màng bao phủ xung quanh
các sợi nhánh. Bui được coi như vi trí chủ yêu của sự thay đôi giữa nam và ký chủ.
Sự hình thành bụi theo sau sự sinh trưởng sợi nam, phát triển hướng từ điểm vào. Bui xuất hiện và mat đi sau một vai ngay nên chất dinh dưỡng có thé được giải phóng vào bên trong rễ khi bụi tiêu biến nhưng sợi nam và túi có thé van còn trong rễ nhiều
5m
tháng dén nhiêu năm.
Hình 1.2. Bui của nam AM bên trong rễ cây (https://invam.ku.edu)
1.4.2.3 Túi (Vesicule)
Túi chỗ phình to của sợi nắm ở bên trong hoặc bên ngoài nội bào, phát triển để tích luỹ các sản phẩm dự trữ bên trong nâm AM. Túi được hình thành ngay sau khi có bụi đầu tiên, nhưng tiếp tục phát triển khi các arbuscule trở nên già. Túi là sợi nam sưng phông lên trong vỏ rễ có chứa chất béo và tế bao chất. Túi có thé phát triển các thành dày trong rễ già hơn và có thể có chức năng như chồi. Túi có dạng hình bầu dục hoặc gần giống hình chữ nhật thường chỉ xuất hiện ở một số loài thuộc chi Acaulospora và không thay sự xuất hiện túi trong tế bao ở 2 chi nam Gigaspora và
Scutellospora (Brundrett và ctv, 1996).
Túi chứa một lượng lớn chat lipid (khoảng 58,2% khối lượng khô của túi) (Jabaji-Hare, 1984) và tế bao chất (cytoplasm). Vài loài nam sản sinh ra túi có cấu trúc và hình dang giống như bào tử sinh ra trong đất nhưng trong vài trường hợp thì chúng khác nhau về câu trúc. Túi hình thành dé tích lũy lưu trữ sản phâm, được hình thành sau bụi nhưng vẫn tiếp tục phát triển khi bụi già đi (Brundrett và ctv, 1996).