Bài giảng bảo vệ rừng tổng hợp chương 5 gs ts nguyễn thế nhã

TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH HẠI CỦA CÂY TRỒNG Từ tính kháng sâu kinh điển tới cây trồng biến đổi gen Để hiểu hiện tượng kháng sâu của cây cần hiểu quan hệ giữa sâu và cây chủ Các bước tấn c

TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH HẠI

CỦA CÂY TRỒNG

Từ tính kháng sâu kinh điển

tới cây trồng biến đổi gen

Để hiểu hiện tượng kháng sâu của cây cần hiểu quan hệ giữa sâu và cây chủ

Các bước tấn công cây chủ của sâu hại:

Tìm tới sinh cảnh có cây chủ và tìm cây chủ

Nhận ra cây chủ

Chấp nhận cây chủ

Cây chủ trở thành cây thích hợp Cây kháng sâu có thể ảnh hưởng tới các bước này

TÌM SINH CẢNH CÂY CHỦ

VÀ TÌM CÂY CHỦ

Tín hiệu bao gồm:

Màu xanh hay màu vàng (rệp muội, rệp

phấn, bọ rầy…)

Hóa chất dễ bay hơi (semiochemicals)

Nhiệt độ hay độ ẩm

Hình bóng cây

TÌM SINH CẢNH CÂY CHỦ

VÀ TÌM CÂY CHỦ

Nhận ra hoặc chấp nhận

cây chủ

Các tín hiệu đặc trưng hơn

Các tín hiệu xúc giác riêng

Tiết dịch hóa chất

Dáng vẻ, mùi vị của cây chủ

CÂY CHỦ TRỞ THÀNH CÂY THỨC ĂN THÍCH HỢP

Chất lượng dinh dưỡng hợp lý

Không có chất độc

Có chứa thành phần đảm bảo sự phát triển và sinh sản của sâu hại

Các yếu tố của cây can thiệp

vào quá trình lựa chọn cây chủ

 Yếu tố vật lý

Mọng nước (Succulence), độ dai, lông, gai …

Màu sắc và hình dáng

 Yếu tố hóa học Chemical factors

Chất chuyển hóa nguyên sinh (Primary

metabolites)

Enzym, hormon, carbohydrat, lipid, protein, và hợp

chất phospho

Chất thứ sinh

Chất “đánh dấu”, tín hiệu vị giác (terpene, flavonoid,

coumarin, alkaloid)

KHÁI NIỆM TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH CỦA CÂY CHỦ

 Giống cây kháng sâu bệnh

o Giống cây trồng không bị sâu hại hoặc vi sinh vật tấn công hoặc chỉ bị hại ở mức nhẹ

 Tính kháng sâu hại

o Giống cây có khả năng chống lại sự tấn công của 1 loài sâu hại hoặc làm giảm tác hại do sâu hại

 Tính kháng bệnh hại

o Giống cây có khả năng chống đối, ngăn cản sự xâm nhập, lây lan của vật gây bệnh Cây không bị nhiễm bệnh, hoặc nhiễm ở mức rất thấp, không ảnh hưởng tới sinh trưởng, năng suất cây

KHÁI NiỆM TÍNH KHÁNG

SÂU BỆNH CỦA CÂY CHỦ

 Tính miễn dịch

Tính kháng sâu bệnh của cây trồng

Khả năng kháng của cây trồng đối với các tác động

gây hại của sâu hại và vật gây bệnh

 Tính mẫn cảm với sâu hại

Cây không có khả năng chống lại sự tấn công của 1

loài sâu hại, có tỷ lệ bị hại, mật độ sâu hại cao

 Tính mẫn cảm với bệnh hại

 Cây không có khả năng chống lại sự xâm nhập, lây lan

của vật gây bệnh

CƠ CHẾ KHÁNG SÂU HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế không ưa thích = Nonpreference (=

antixenosis)

Ngăn cản sâu hại tập trung (giảm mức độ hấp dẫn/xua đuổi sâu hại) = đổi màu, lông tơ…

 Cơ chế kháng sinh (Antibiosis)

Có chất độc, không có hoặc mất cân bàng nguồn dinh dưỡng thiết yếu, enzym ức chế

Hậu quả làm sâu hại chết, có tốc độ phát triển không bình thường, không hóa nhộng được…

 Cơ chế chịu đựng (Tolerance)

Sâu hại có thể phát sinh nhưng gây hại nhẹ hoặc không gây ra thiệt hại kinh tế; cây có năng suất bình thường

CƠ CHẾ KHÔNG ƯA THÍCH

 Đặc điểm hóa học

 Không có hóa chất hấp dẫn sâu hại (giảm hoặc

không có chất cucurbitacin ở cây nhóm bầu bí)

 Có hóa chất xua đuổi sâu hại

 Đặc điểm hình thái

 Lông / lông tơ ngăn cản Rầy đậu tương

 Lông móc của cây ngăn cản rầy và sâu hại hạt

 Râu ngô có ảnh hưởng tới sự tấn công của sâu

hại bắp ngô (corn earworm Heliothis zea)

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

Khái niệm

Tác động của chất kháng sinh có trong cây đối với sâu hại

Làm cho sâu hại sinh trưởng, phát triển không tốt, có tỷ lệ sống thấp

Thí dụ Asparagine kích thích dinh dưỡng,

cây nhiều chất này dễ nhiễm sâu

Chất –Sitosterol ức chế dinh dưỡng sâu

hại Giống nhiễm sâu có hàm lượng 

Sitosterol thấp

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

Asparagine

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

 –Sitosterol

Beta sitosterol có nhiều trong ngô, có lợi cho sức khỏe

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

 Ví dụ

DIMBOA

(2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one) trong hạt ngô

Hàm lượng acid amin thấp ở đậu Hà Lan

Cơ chế kháng sâu ở Ruồi nhỏ hại lúa mì

(Hessian fly)

Ví dụ thuyết phục nhất ở cây đậu tương: là

kết quả của quá trình bị hại và ngay sau

đó cây sản sinh ra chất alexin

(và bây giờ là cây chuyển gen vi khuẩn Bt)

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

Ví dụ

DIMBOA

(2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one) trong hạt ngô

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

DIMBOA

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

Ruồi nhỏ (Hessian fly)

CƠ CHẾ KHÁNG SINH

 Ví dụ

Giống lúa kháng sâu đục thân có hàm

lượng silic cao Acid benzonic và

xilicinic kìm hãm sâu đục thân lúa

Maizin (một glucozit) có trong lõi ngô ức

chế sâu xanh Helicoverp zea

Ngô kháng sâu tổng hợp được DIMBOA

CƠ CHẾ CHỊU ĐỰNG

Chịu được 1 loài sâu hại tấn công, vẫn sinh trưởng và cho năng suất bình thường

Đậu tương chịu sâu ăn lá

Ngô chịu được Sâu đục bắp ngô (do có râu ngô)

Ngô chịu được sâu hại rễ (rễ tái sinh mạnh sau khi bị hại)

Cơ sở di truyền của tính

kháng sâu hại

 Oligogenic: gen chính (một hoặc vài gen)

 Ví dụ kháng Ruồi nhỏ (Hessian fly- Mayetiola

destructor (Say)), kháng bọ xít xanh

 Polygenic: nhiều gen

 Giống ngô kháng / chịu được European corn

borer (Ostrinia nubilalis)

 Cytoplasmic: có ở cây kháng bệnh, chưa

thấy ở cây kháng sâu

Phản ứng của sâu hại với giống kháng sâu

Sâu hại có gen “cực độc” … lại chống được các cơ chế kháng sâu của cây trồng

Rầy nâu ở lúa

Ruồi nhỏ ở lúa mì

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

Tính kháng bệnh bẩm sinh tạo ra tính miễn

dịch khác nhau: Tính miễn dịch thụ động và

tính miễn dịch chủ động

 Tính miễn dịch thụ động do 3 cơ chế tạo ra:

Cơ chế giải phẫu – hình thái

Cơ chế chức năng – sinh lý

Cơ chế hóa học

 Tính miễn dịch chủ động do:

Vết hoại tử bảo vệ

Hình thành kháng độc tố và hoạt hóa men

Hiện tượng thực bào

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế giải phẫu – hình thái

Nhóm cơ chế quan trọng của miễn dịch thụ động

Độ dày lớp biểu bì, lớp sáp, đặc điểm phủ lông tơ ở lá, cấu tạo lớp bần, số lượng lỗ khí khổng, hình dạng lỗ khí khổng, Đặc điểm nở hoa, hình dạng bên ngoài

Biểu bì dày của cây Hoàng liên (Berberis spp kháng nấm gỉ sắt do nấm Puccinia graminis gây ra

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế giải phẫu – hình thái

Lúa mì khi hoa nở kín bị bệnh than nhẹ hơn với giống

hoa nở mở

Khoai tây lá rậm rạp bị bệnh mốc sương lá do

Phytophthora infestans nặng hơn so với giống ít lá và lá

dựng đứng

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế chức năng – sinh lý

Hoạt động mở của khí khổng: Lúa mì kháng bệnh gỉ sắt

do nấm Puccinia graminis vào buổi sáng mở khí khổng muộn hơn

Khả năng tạo sẹo khi bị thương

Đặc điểm trao đổi chất: cây kháng có quá trình tổng hợp mạnh hơn quá trình phân giải

Đặc điểm nảy mầm

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế hóa học

Độ acid của dịch tế bào, các chất anthxian, phenol,

glucoxit, fluoxit cản trở sự lây lan của bệnh

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế hóa học

Độ acid của dịch tế bào, các chất anthxian, phenol, glucoxit, fluoxit cản trở sự lây lan của bệnh

Độ axid dịch tế bào cao  kháng bệnh sương mai

(Plasmospara viticola) tốt hơn

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Cơ chế hóa học

Hàm lượng solanin cao chống bệnh mốc sương

(Phytophthora infestans) tốt hơn

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Vết hoại tử bảo vệ

Hình thành vết hoại tử hay tự chết từng phần mô

Hóa bần của một số tế bào xung quanh vết thương

Trong khu vực hoại tử vật gây bệnh không lây nhiễm được

CƠ CHẾ KHÁNG BỆNH HẠI

CỦA CÂY CHỦ

 Hình thành kháng độc tố và hoạt hóa men

Men ô xy hóa càng mạnh  kháng bệnh càng cao

Độc tố ức chế bào tử vật gây bệnh

 Hiện tượng thực bào (Cytoplasmic)

Nguyên sinh chất tạo ra thể thực bào chống lại vi

khuẩn gây hại

Nhân tế bào thực vật đôi khi cũng diệt được vi khuẩn

CÁC LOẠI TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH Ở CÂY TRỒNG

 Tính kháng không di truyền

Tính kháng sinh thái (kháng giả): Xuất hiện tạm thời

Tính kháng tạo được: Do sử dụng biện pháp nhân tạo

 Tính kháng di truyền

Tính kháng ngang: do gen thứ quyết định, tính kháng

đa gen, kháng nhiều nòi hoặc loại dịch khác nhau Ổn định trong thời gian dài hơn nhưng mức độ đạt không cao

Tính kháng dọc do gen chính quyết định, do 1 hoặc

vài gen Dễ bị mất nhưng mức kháng cao

SỰ SỤP ĐỔ TÍNH KHÁNG

SÂU BỆNH CỦA CÂY

 Lịch sử quá trình cùng tiến hóa

Ký sinh-Ký chủ hay sâu hại-cây thức ăn 

cặp ép sinh vật (cây-sinh vật hại)

Cây và sinh vật hại cùng biến đổi tạo ra

kiểu di truyền mới = biotyp hay chủng mới

của sâu hại/vật gây bệnh

1970: giống lúa IR26, IR28, IR30 kháng

rầy nâu biotyp1 Sau đó rầy biến đổi thành

biotyp2 (1975-77) Giống kháng rầy nâu

biotyp2 là IR32, IR36, IR42

Sau vài năm rầy nâu lại có biotyp mới

CHIẾN LƯỢC SỬ DỤNG GIỐNG KHÁNG SÂU BỆNH

1 Sử dụng luân phiên giống kháng mang gen chính Không

gieo trồng liên tục trên diện rộng 1 giống kháng sâu bênh mang gen chính Cần có 2 – 3 giống kháng sâu bệnh

mang gen chính (gen rotation)

2 Kết hợp các gen chính kháng sâu bệnh (Pyramiding)

Kết hợp 2 hoặc nhiều gen chính kháng sâu bệnh trong 1 giống cây

3 Sử dụng cây trồng có tính kháng ngang Giống kháng

sâu bệnh có cơ chế kháng đa gen có tính kháng sâu bệnh lâu bền hơn

4 Dùng giống kháng sâu bệnh nhiều dòng Crop multilines

5 Tăng tính đa dạng di truyền

 …



Những lưu ý về vấn đề cây

kháng sâu bệnh trong IPM

 Cái giá có thể phải trả cho cây kháng SB

Năng suất

Cây kháng SB có thể phải sử dụng quá nhiều

năng lượng cho cơ chế tự vệ hay nói khác đi

có năng suất thấp

Nguy cơ bị hại bởi các loài sâu, loại bệnh khác

Các đặc điểm của sản phẩm cuối bị ảnh hưởng

Dáng vẻ, hương vị, yêu cầu của khách hàng

 Bản chất tự nhiên của hợp chất kháng sinh

và chất xua đuổi

Có sẵn

Xác định mục tiêu đối với cây kháng sâu bệnh

 Tầm quan trọng của cây trồng?

 Sự phổ biến của loài sinh vật hại cần kháng (loài dịch hại đích)?

 Tầm quan trọng của các loài sinh vật hại khác?

Liệu tính kháng đối với 1 loài có làm lu mờ nhu cầu phòng trừ loài gây hại khác?

 Chi phí quản lý sâu hại (cho việc tạo cây kháng và cho thuốc BVTV)

Tài liệu tham khảo về tính kháng

sâu hại

 Teetes, G 1996 Plant Resistance to Insects: A

Fundamental Component of IPM

 ( http://ipmworld.umn.edu/chapters/teetes.htm )

 Radcliffe, R.H 2000 Breeding for Hessian Fly

Resistance in Wheat

 ( http://ipmworld.umn.edu/chapters/ratcliffe.htm )

 http://ipmworld.umn.edu/

 Biện pháp sinh học phòng trừ sâu bệnh hại

Tại sao cần chuyển gen Bacillus

 Bt kurstaki được dùng làm thuốc trừ sâu tử những năm 1960

Vi khuẩn được chế biến dưới dạng dung dịch, bột thấm nước và bột

Chế phẩm chứa bào tủ vi khuẩn và các tinh thể protein độc với sâu hại

 Hạn chế:

Có thời gian tồn dư ngắn trong cây do bị làm mất tác dụng bởi tia cực tím

Phải được sâu non ăn vào cơ thể mới giết được chúng

Không thể diệt được sâu hại nhóm đục thân cành, đục quả… do chúng không hoặc ăn rất ít lớp bề mặt

có vi khuẩn

Bước 1: Chuyển gen Bt vào nấm

 Chuyển gen có độc tố Bt vào nấm

Pseudomonas syringae, kết quả là nấm coa

vách dầy hơn có khả năng chống được độc tố

của U-V degradation

 Chế phẩm: MVP (diệt “sâu bướm”) và M-Trak

(diệt sâu non bọ khoai tây

 Có thời gian tác dụng là 3 đến 5 ngày so với 1-2

ngày của sản phẩm trước đây

 Không đưa sản phẩm vào môi trường

Bước 2: chuyển gen vào cây trồng

 Một số loài cây chuyển gen ở Hoa Kỳ:

Ngô chuyển gen Bt

Mục đích đầu: kháng European corn borer, bây giờ kháng corn rootworm

Khoai tây chuyển gen Bt

Kháng bọ khoai tây Colorado potato beetle

Bông chuyển gen Bt

Kháng tobacco budworm và cotton bollworm

Phương pháp chuyển gen cho

cây kháng sâu bệnh

 Thuận lợi

Tốc độ Speed

Tính đặc trưng của thay đổi genSpecificity of

genetic change

Phenomenal increase in possible genetic sources

of resistance

 Disadvantages

Unknown nontarget impacts of the antibiotic or

antixenotic component

 Subsequent export and domestic market concerns

Pest biotypes that overcome resistance

Panacea attitude

Tài liệu tham khảo

 Transgenic Crops: An Introduction and Resource Guide

 http://cls.casa.colostate.edu/TransgenicCrops/

Talent with Crops

 http://www.biotech.iastate.edu/publications/bt_curriculum/