3. Nấm Rhizoctonia Solani
3.1. Lịch sử, phân loại, và phân bố
Rhizoctonia solani là loại nấm bệnh rất phổ biến trong đất với một phạm vi ký
chủ rất rộng (khoảng 180 loài). Chi nấm này được mô tả lần đầu tiên bởi Candolle năm1915, sau đó nó được bổ sung và hoàn thiện dần bởi Julius Kuhn, và cũng chính
ông là người đầu tiên mô tả đầy đủ về loài Rhizoctonia solani từ khoai tây vào năm
1858, đây là loài nấm được nghiên cứu nhiều nhất và đầy đủ nhất trong chi Rhizoctonia.
Loài Rhizoctonia solani thuộc khóa phân loại như sau:
Giới : Nấm.
Ngành : Basidiomycota Lớp : Basidiomycetes
Lớp phụ : Agaricomycetidae Bộ : Polyporales
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 31
Họ : Corticiaceae. Chi : Rhizoctonia
Loài : Rhizoctonia solani.
Rhizoctonia solani là trạng thái chưa hoàn chỉnh của lớp nấm Basidiomycete,
chúng không tạo bào tử vô tính và chỉ thỉnh thoảng mới tạo ra các bào tử hữu tính (bào tử đảm).
Trong tự nhiên, Rhizoctonia solani sinh sản bằng hình thức vô tính và tồn tại
dưới dạng sợi nấm sinh dưỡng hay hạch nấm.
Các cấu trúc hữu tính và các bào tử đảm của nấm được Prillieux và Delacroix quan sát lần đầu tiên vào năm 1891.
Giai đoạn hữu tính của Rhizoctonia solani được gọi với nhiều tên khác nhau. Nhưng hiện tại giai đoạn này được biết với tên gọi Thanatephorus cucumeris.
Rhizoctonia solani là loại nấm bệnh rất phổ biến trong đất. Chúng hiện diện ở
hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới với một phạm vi ký chủ rất rộng. 3.2. Đặc điểm của nấm
3.2.1. Hình dạng của nấm
Chi Rhizoctonia chứa trên 100 loài nấm với một phạm vi biến đổi khá rộng về hình dạng sợi nấm, hạch nấm, và trạng thái hoàn chỉnh của nấm. Nhưng nhìn chung các đặc điểm của nấm được mô tả bởi Ogoshi (1987) và Snech (1996) là tương đối hoàn chỉnh như sau:
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 32
Hình 1.7. Khuẩn lạc của nấm Rhizoctonia solani
− Sợi nấm không màu lúc còn non và có màu nâu khi chúng phát triển và trưởng thành, đường kính sợi nấm từ 8 – 12μm.
− Vách ngăn không liên tục được tạo thành ở các nhánh gần gốc của sợi nấm. Trên vách ngăn có nhiều lỗ nhỏ cho phép nhân, ty thể, tế bào chất có thể di chuyển qua lại giữa các tế bào.
− Nhánh được tạo thành ở điểm gốc sợi nấm.
− Hạch nấm được tạo thành có sự thay đổi về hình dạng (màu trắng lúc còn non và màu nâu lúc già) và kích thước từ 3 – 5mm.
− Các tế bào ở đầu mỗi sợi nấm có nhiều hơn hai nhân. − Không có các mấu liên kết.
− Không có các đính bào tử ngoại trừ các tế bào hình thùy hay các bảo tử có vách dày (chlamydospore) trong những chuỗi hay những cấu trúc gọi là sporodochia.
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 33
Hình 1.8. Các tế bào đa nhân.
Hình 1.9. Hình dạng hạch nấm
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 34
Hình 1.10. Hạch nấm.
− Hạch nấm không phân biệt được giữa vỏ và lõi.
Tốc độ tăng trưởng của hệ sợi nấm rất nhanh, một chủng tiêu biểu của nấm có thể mọc đầy cả một đĩa petri môi trường có đường kính 9cm chỉ trong 3 ngày.
Rhizoctonia solani có 3 kiểu khuẩn ty
− Khuẩn ty vượt, thẳng (runner hyphae).
− Khuẩn ty cầu (lobate hyphae): là những nhánh ngắn hình cầu được hình thành từ khuẩn ty thẳng với những khoảng cách nhất định. Khuẩn ty dạng này thường có nhiều nhánh, tập hợp thành từng mảng có hình dạng và kích thước khác nhau. Chính khuẩn ty cầu quyết định hình dạng và kích thước vết bệnh. Đặc biệt là khuẩn ty này chỉ được tìm thấy trên vết bệnh.
− Khuẩn ty dạng sâu chuỗi hạt (moniloid cell): gồm các tế bào ngắn, thắt lại nơi vách ngăn ngang, các tế bào này tham gia vào việc tạo hạch nấm.
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 35
Hình 1.11. Các dạng khuẩn ty của nấm.
Hạch nấm được thành lập trên bề mặt vết bệnh, có hình cầu hay hình bầu dục, màu trắng khi còn non và chuyển sang nâu khi về già, một số hạch có thể liên kết với nhau tạo thành khối lớn hơn.
Giai đoạn hoàn chỉnh của nấm được Sawada (1912), Matsumoto và cộng sự (1932) mô tả như sau: đảm tử không có vách ngăn, kích thước 10 – 15 x 7 – 9μm; cuống có kích thước 4,5 – 7 x 2 – 3μm; mỗi đảm có 2 – 4 cuống; bào tử đảm có kích thước 8 – 11 x 6,5μm.
Hạch nấm được tạo ra do khuẩn ty cuộn lại và đạt kích thước tối đa sau 30 giờ, có màu nâu. Sau 40 giờ các tế bào biến nâu hoàn toàn.
Các tế bào ở lớp ngoài của hạch bắt đầu trở thành các tế bào rỗng. Hạch nấm lúc mới tạo thành thì đặt và chìm trong nước.
Sau 15 ngày, do các tế bào ngoài rỗng nên hạch sẽ nổi trong nước. Hầu hết các hạch nấm hình thành ngoài đồng đều nổi trên mặt nước sau khi thành lập được một tháng.
3.2.2. Đặc tính sinh lý 3.2.2.1 Nhiệt độ và độ ẩm
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tùy thuộc vào chủng nấm. Theo Hemmi và Yokogi (1927) thì nhiệt độ tối thích cho nấm phát triển là 30oC, tối đa là 40 – 42oC và tối thiểu là 10
o
C. Ở 10
o
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 36
Hạch nấm chỉ nẩy mầm khi ẩm độ của không khí đạt từ 95 – 96% trở lên. 3.2.2.2 Độ pH
Endo (1935) đã xác định pH tối thiểu, tối thích và tối đa cho sự phát triển của nấm lần lượt là 2,5; 5,4 – 6,7; 7,8.
3.2.2.3 Nguồn dinh dưỡng
Nguồn Carbon tốt nhất là inositol, sorbitol, nguồn đạm tốt nhất là Arginine, threonine, glycine và amonium sulphate. Tuy nhiên nếu dùng amonium sulphate thì hạch nấm sẽ không được tạo thành.
Kurodani, Yokori và Yamamoto (1959) nhận thấy là chất 2,4 – D có tác dụng kích thích và tăng khả năng sinh trưởng của sợi nấm.
Nguồn dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến kích thước và số lượng sợi nấm. 3.2.2.4 Ánh sáng
Hạch nấm sinh ra nhiều nhất ở ngoài ánh sáng và sự hình thành chúng cũng được đẩy nhanh khi nhiệt độ giảm đột ngột.
Santos (1930) nhận thấy, môi trường chứa prolin kích thính sinh ra nhiều hạch và kích thước hạch rất lớn (3,5 x 3,1cm), môi trường chứa isoleuxin, threonine, leuxin, và valine hạch sinh ra ít,...
3.2.3. Nhóm tiếp hợp 3.2.3.1 Khái quát
Do Rhizoctonia solani không tạo được các đính bào tử nên việc phân loại chúng
gặp rất nhiều khó khăn. Trước những năm 1960, các nhà nghiên cứu căn cứ vào sự
khác biệt về hình dạng và tính gây bệnh trên nhiều loại cây để phân loại Rhizoctonia
solani.
Vào năm 1969, Parmeter và nhóm của ông đưa ra khái niệm “sự tiếp hợp sợi
nấm” nhằm mô tả đặc tính cũng như phân loại Rhizoctonia solani.
Theo khái niệm này thì các isolate nào của Rhizoctonia có khả năng tiếp hợp với nhau thì các isolate đó có quan hệ về mặt di truyền và ngược lại thì không có quan hệ về mặt di truyền.
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 37
Sau đó, Ogoshi đã tiếp tục phát triển thêm giả thuyết này, theo đó thì nếu sự tiếp hợp xảy ra gữa các cặp isolate thì các isolate được xem là thuộc cùng một nhóm tiếp hợp (AG: Anastomosis group).
Sự tiếp hợp sợi nấm là tiêu chuẩn được sử dụng để phân loại các isolate của
Rhizoctonia solani vào các nhóm phân loại riêng biệt gọi là các nhóm tiếp hợp.
Trên thực tế thì có rất nhiều cách được sử dụng để xác định sự tiếp hợp của sợi nấm. Nhưng phương pháp được dùng phổ biến nhất là ghép 2 isolate của Rhizoctonia trên một đĩa thủy tinh và cho phép chúng tăng trưởng cùng nhau. Khu vực hai sợi nấm gặp nhau sẽ được đánh dấu và được kiểm tra dưới kính hiển vi.
Việc ghép cặp giữa các isolate có thể dẫn đến kết quả hoặc là chấp nhận hoặc là thải loại giữa các sợi nấm.
Sự khác biệt giữa các nhóm tiếp hợp của Rhizoctonia solani được xác định
thông qua việc đánh giá các phản ứng tương tác giữa các sợi nấm khi chúng tiếp xúc với nhau. Các phản ứng này được chia làm bốn dạng (theo Macnish, 1993 và Cubeta và Vilgays, 1997) như sau:
− Dạng C0: không phản ứng: các khuẩn ty của hai isolate mọc vượt qua nhau mà không xảy ra phản ứng gì. Dạng này cho thấy 2 isolate thuộc hai nhóm tiếp hợp khác nhau.
− Dang C1: chỉ có sự tiếp xúc sợi nấm: có sự tiếp xúc giữa các sợi nấm của hai isolate và cuối cùng là các tế bào tại vị trí tiếp xúc này bị chết. Dạng này cho thấy các isolate là thuộc cùng một nhóm tiếp hợp nhưng có quan hệ rất xa nhau.
− Dạng C2: Hợp nhất không hoàn toàn: Dễ dàng nhận ra sự hợp nhất của thành tế bào giữa các sợi nấm và tại nơi xảy ra sự hợp nhất này các tế bào bị chết. Dạng này cho thấy các isolate thuộc cùng một nhóm tiếp hợp nhưng có sự khác biệt về mặt di truyền.
− Dạng C3: Hợp nhất hoàn toàn: màng và thành tế bào của các isolate hợp nhất rất rõ ràng. Dạng này cho thấy các isolate thuộc cùng một dòng vô tính.
Hiện nay có 14 nhóm tiếp hợp của Rhizoctonia solani đã được xác định. Các
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 38
3.2.3.2 Vai trò của các chất kích thích trong quá trình tiếp hợp sợi nấm Việc nghiên cứu cơ chế tiếp hợp sợi nấm được căn cứ vào sự hợp nhất hoàn toàn của các sợi nấm hay dạng C3 trong hệ thống Carling. Trong dạng này thì hai tế bào sợi nấm sẽ hợp lại thành một tế bào đơn, dòng tế bào chất và chất dinh dưỡng được vận chuyển tự do giữa hai tế bào.
Khi quá trình tiếp hợp diễn ra, đầu của một khuẩn ty thuộc isolate này (Y) sẽ hướng tới nhánh của khuẩn ty thuộc isolate khác (X). Hiện tượng này xảy ra khi hai sợi nấm ở cách nhau khoảng 34μm. Vì vậy mà hướng tăng trưởng của sợi nấm bị thay đổi một góc khoảng 42 o.
Sự thay đổi hướng tăng trưởng của sợi nấm Y đến X khi một chất kích thích được tạo ra bởi sợi nấm X. Khi đó tốc độ tăng trưởng của sợi Y sẽ tăng gấp hai lần. Mặc khác tốc độ tăng trưởng của sợi nấm X là chậm hơn Y.
Người ta vẫn chưa rõ là có hay không sự hiện diện của một lượng nhỏ các cơ chất trong Agar đủ để gây nên sự kích thích này và một mức độ rất thấp chất kích thích của sợi nấm này hoạt động như một nhân tố kiểm soát dương đối với quá trình tạo ra chất kích thích bởi sợi nấm khác và sau đó kích thích nhiều sợi nấm trong một khu vực tạo ra chất kích thích.
3.3. Triệu chứng bệnh do nấm gây ra
Rhizoctonia solani chủ yếu tấn công vào các phần bên dưới mặt đất của cây như
hạt, trục hạ diệp và rễ, nhưng đôi khi nó cũng tấn công vào các phần bên trên thân như vỏ hạt, quả và lá.
Triệu chứng phổ biến nhất ở các bệnh do Rhizoctonia solani gây ra là thối gốc
(damping off), hạt bị nhiễm bệnh sẽ không có khả năng nẩy mầm trong khi đó cây con bị nấm tấn công sẽ chết trước hoặc sau khi trồi lên khỏi mặt đất.
Các cây con vẫn còn sống sau khi bị nhiễm thường thấy xuất hiện các vết bệnh màu nâu đỏ trên thân và rễ.
Ngoài việc tấn công vào các phần bên dưới mặt đất của cây, thỉnh thoảng nấm cũng tấn công vào mô lá và quả ở gần hoặc trên mặt đất. Dạng bệnh này cũng thường
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 39
xảy ra do hạch nấm ở gần hoặc văng theo nước tưới mà bám vào các bộ phận của cây.
Mặc dù hầu hết các bệnh do Rhizoctonia solani gây ra đều bắt đầu từ hạch hay
hệ sợi nấm, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt như ở thuốc lá, củ cải đường, các cây họ đậu thì bệnh bắt đầu xâm nhiễm từ giai đoạn bào tử đảm.
Các bào tử đảm nẩy mầm tạo ra các khuẩn ty xâm nhiễm vào lá trong suốt giai đoạn độ ẩm tương đối cao và thời tiết ẩm ướt kéo dài.
3.4. Tính biến dị của nấm
Đặc điểm phát triển, kích thước, và số lượng hạch cũng như độc tính gây bệnh trên cây giữa các chủng nấm có thể khác nhau rất nhiều. Điều kiện môi trường đặc biệt là dinh dưỡng cũng làm thay đổi các đặc tính này của các chủng nấm.
Chien và Chung (1963) đã nghiên cứu 300 isolate ở Đài Loan và lây bệnh cho 16 giống lúa. Dựa trên mức độ gây bệnh họ đã chia 300 isolate này thành 7 kiểu hình và 6 nòi sinh lý.
Năm 1967, qua nghiên cứu nhiều nòi ở Đài Loan, Tu cho biết là các nòi có ít sợi nấm khí sinh thường có khả năng gây bệnh cao hơn. Điều này ngược lại với các nghiên cứu của Akai, Ogura và Sato ,1960).
Nhiều isolate của Rhizoctonia solani từ các cây trồng khác cũng có khả năng
gây bệnh cho lúa.
4. SƠ LƯỢC VỀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA CHẾ PHẨM EXIN R 4.1. Tính kháng của cây trồng 4.1. Tính kháng của cây trồng
Ở cây trồng luôn xảy ra những con đường sinh tổng hợp có thể cho phép cây nhận biết và phản ứng đối với tín hiệu từ môi trường. Con đường này gồm có bộ phận cảm nhận, hormon, thông tin, những biến đổi của gien. Cho đến nay, những hiểu biết về cách truyền thông tin trong cây khi có sự xâm nhiễm của ký sinh còn thiếu. Phản ứng siêu nhạy cảm ( Hypersensitive reaction ) là một trong những biện pháp ngăn chặn sự xâm nhiễm của ký sinh, nó tạo ra một vùng tế bào chết xung quanh điểm xâm nhiễm nhằm hạn chế sự phát triển của ký sinh. Phản ứng bảo vệ này như một tín hiệu cho các bộ phận khác chưa bị xâm nhiễm biết để có phương án phù
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 40
hợp. Kết quả là toàn bộ cây được chuẩn bị và có thể chống lại sự xâm nhiễm thứ cấp của ký sinh.
Hiện tượng này được gọi là hệ thống kháng tập nhiễm (Systemic Acquired Resistance - SAR), nó có thể tồn tại từ hàng tuần đến hàng tháng sau khi bị xâm nhiễm và có khả năng chống lại sự xâm nhiễm của nhiều loại ký sinh. Chính đặc điểm này của SAR có thể là một biện pháp đầy hứa hẹn trong việc phòng trừ tổng hợp bệnh cho cây trồng.
Hình 1.12. Các phản ứng phòng vệ của cây trồng.
Mặc dù hiện tượng SAR đã được biết đến từ lâu và cũng đã được thông báo trên nhiều báo cáo khoa học, những cơ chế sự kích thích tính kháng của cây thì sự hiểu biết còn rất nghèo nàn. Sự tích tụ Salicylic acid (Sa) dẫn đến kích thích hệ thống SAR cũng đã được nghiên cứu trên cây thuốc lá và một số cây trồng khác. Salicylic acid ngoại bào bắt chước sự xâm nhập của ký sinh kích thích phản ứng trả lời của SAR bằng việc kích thích một nhóm gien của SAR. Salicylic acid ngoại bào cũng đóng vai trò như là một tín hiệu nội bào phù hợp với những tín hiệu mà SAR nhận được.
SVTH: Nguyễn Trí Hiếu 41
Bảng 1.8. So sánh giữa sử dụng tính kháng và thuốc bệnh.
Tính kháng tập nhiễm Thuốc trị bệnh
Phổ tác dụng Rộng Chọn lọc
Thời gian tác dụng Hơn một tháng Dưới một tháng
Khả năng kháng thuốc Thấp Cao
Cách sử dụng Phòng Trị bệnh
Ảnh hưởng tới cây Không Không
Tính độc Không Độc
Trên đây là những ưu điểm của việc sử dụng các chế phẩm kích thích tính kháng tập nhiễm. Phổ tác dụng rộng thường bao gồm không chỉ nhiều loại nấm mà còn vi khuẩn và trong nhiều trường hợp cả virus.
Sa cũng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của cây dẫn đến ảnh hưởng tới sinh trưởng và năng suất. Đã có rất nhiều nghiên cứu về việc đưa Sa vào trong cây nhưng vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn. Một số chế phẩm như INA (2.6 Dichloroisonicotinic acid); DCD (Probenazo và 2.2 Dichloro – 3.3 Dimethylchloropane carboxylic) bước đầu đã có những kết quả rất khả quan.
4.2. Salicylic acid và quá trình trao đổi chất
Sa glucoside và glucose ester: một số hợp chất của Hydroxylbezoic đã được tìm thấy trong rất nhiều loại cây khác nhau và các hợp chất với Sa mà chủ yếu là với