nâng cao hoạt tính đối kháng nấm fusarium oxysporum gây bệnh cà chua của một số chủng vi khuẩn bằng phương pháp đột biến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --- MAI LONG NÂNG CAO HOẠT TÍNH ĐỐI KHÁNG NẤM FUSARIUM OXYSPORUM GÂY BỆNH CÀ CHUA CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI KHU

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-

MAI LONG

NÂNG CAO HOẠT TÍNH ĐỐI KHÁNG

NẤM FUSARIUM OXYSPORUM GÂY BỆNH

CÀ CHUA CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2014

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-

MAI LONG

NÂNG CAO HOẠT TÍNH ĐỐI KHÁNG

NẤM FUSARIUM OXYSPORUM GÂY BỆNH

CÀ CHUA CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ NHƯ KIỂU

TS NGUYỄN VĂN GIANG

HÀ NỘI, NĂM 2014

Trang 3

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi;

- Số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực;

- Thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc và có

độ chính xác cao trong phạm vi hiểu biết của tôi

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Mai Long

Trang 4

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, cho tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy

và công tác tại Ban quản lý đào tạo, Bộ môn Công nghệ vi sinh, Khoa Công nghệ

sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; luôn quan tâm, tạo điều kiện và giúp đỡ

ủng hộ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn

và kính trọng sâu sắc tới TS Lê Như Kiểu – Phó Viện trưởng - Viện Thổ nhưỡng

Nông hóa, thầy giáo TS Nguyễn Văn Giang – Trưởng Bộ môn Công nghệ vi sinh

– Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo

điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài, đánh giá kết quả và

hoàn thành luận văn đồng thời bồi dưỡng cho tôi những kiến thức chuyên môn và

kinh nghiệm quý báu

Với tình cảm sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo, Cán bộ công

nhân viên trong Bộ môn Vi sinh vật – Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, đặc biệt ThS

Trần Quang Minh đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình

thực tập

Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể gia đình,

bạn bè, anh em, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ, động viên

khuyến khích tôi hoàn thành luận văn này!

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Mai Long

Trang 5

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii

1.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế của cà chua 5 1.1.4 Một số bệnh hại phổ biến trên cây cà chua 6 1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới và tại Việt Nam 7 1.2.1 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới 7 1.2.2 Tình hình sản xuất cà chua tại Việt Nam 10

1.3.3 Triệu chứng và đặc điểm sinh học của bệnh héo do Fusarium 12

1.3.4 Con đường xâm nhiễm và gây bệnh của nấm F oxysporum 13

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm F oxysporum 14

1.4 Tình hình nghiên cứu bệnh chết héo gây ra bởi nấm F oxysporum trên

Trang 6

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv

1.4.1 Tình hình nghiên cứu bệnh cây trồng gây ra bởi nấm F oxysporum

1.7.3 Ảnh hưởng của liều lượng và cường độ các tác nhân gây đột biến 29 1.7.4 Sự biểu hiện các tính trạng và mục đích tạo thể đột biến 30 1.7.5 Một số thành tựu về cải tạo giống vi sinh vật bằng phương pháp đột biến 31

2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 35

2.2.1 Tạo bộ chủng vi khuẩn đột biến bằng hóa chất theo hướng tăng cường

khả năng đối kháng với nấm bệnh F oxysporum 35 2.2.2 Đánh giá độ an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn lựa chọn trên

2.2.3 Sản xuất và đánh giá chế phẩm vi sinh đối kháng bệnh héo F

2.3.1 Xử lý đột biến chủng vi khuẩn đối kháng bằng Acridine Orange

2.3.2 Sàng lọc các biến chủng có hoạt tính đối kháng cao và ổn định với

Trang 7

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v

2.3.3 Xác định đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng vi khuẩn nghiên

2.3.4 Phương pháp đánh giá tính độc của chủng vi khuẩn trên cà chua 39 2.3.5 Phương pháp đánh giá độc tính của chủng vi khuẩn trên chuột bạch 40 2.3.6 Xác định hoạt tính đối kháng của chủng vi khuẩn đối kháng 41

2.3.7 Đánh giá hiệu lực phòng trừ bệnh chết héo do nấm F oxysporum trên

3.1 Tạo bộ chủng vi khuẩn đột biến bằng hóa chất Acridine Orange 45 3.1.1 Tạo các thể vi khuẩn đột biến từ các chủng vi khuẩn đối kháng với

nấm F oxysporum bằng phương pháp đột biến 45 3.1.2 Sàng lọc các thể đột biến có hoạt tính đối kháng cao và ổn định với

2.1.3 Nghiên cứu đặc điểm sinh học của các thể đột biến lựa chọn 49 3.2 Đánh giá an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn lựa chọn trên thực

3.2.1 Đánh giá an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn nghiên cứu trên cây

3.2.2 Đánh giá độc tính của các chủng vi khuẩn lựa chọn trên chuột 52

3.3 Sản xuất và đánh giá chế phẩm vi sinh đối kháng bệnh héo F

3.3.1 Xác định hoạt tính đối kháng của các chủng vi khuẩn đột biến 56 3.3.2 Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật phòng trừ bệnh chết

3.3.3 Đánh giá hiệu lực phòng trừ bệnh chết héo do nấm F oxysporum trên

Trang 8

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số bệnh hại chính trên cây cà chua 6

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới 7

Bảng 1.3 Một số quốc gia đứng đầu trong sản xuất cà chua trên Thế giới trong 3 năm 2010 – 2012 9

Bảng 1.4 Một số dạng loài Fusarium gây bệnh chính tại Việt Nam 12

Bảng 2.1 Mức độ hoạt tính đối kháng của vi sinh vật 42

Bảng 3.1 Đặc điểm hai chủng vi khuẩn đối kháng TS6 và C4 45

Bảng 3.2 Danh mục các thể đột biến chọn lọc sau xử lý đột biến AO 46

Bảng 3.3 Khả năng duy trì hoạt tính đối kháng của các thể đột biến 47

Bảng 3.4 Một số đặc điểm sinh hoá của chủng vi khuẩn TS6 và các biến thể S35; S49 49

Bảng 3.5 Một số đặc điểm sinh hoá của chủng vi khuẩn C4 và các biến thể C36; C50 50

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của các chủng vi khuẩn nghiên cứu đến quá trình sinh trưởng của cây cà chua 51

Bảng 3.7 Đánh giá khả năng gây độc cấp tính của các chủng vi khuẩn trên chuột bạch trong 24 giờ 53

Bảng 3.8 Khả năng gây độc bán trường diễn của các chủng vi khuẩn trên chuột bạch trong 30 ngày 54

Bảng 3.9 Trọng lượng chuột tại thời điểm 30 ngày sau thí nghiệm 55

Bảng 3.10 Kết quả xử lý thống kê trọng lượng của chuột thí nghiệm 55

Bảng 3.11: Hoạt lực đối kháng bệnh chết héo F oxysporum của các chủng vi khuẩn trong điều kiện nhà lưới 57

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của môi trường và thời gian nhân sinh khối đến khả năng sinh trưởng của chủng vi khuẩn C50 59

Trang 9

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii

Bảng 3.13 Hoạt tính đối kháng nấm F oxysporum của chủng C50 trên các

môi trường nhân giống 60 Bảng 3.14 Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng sinh trưởng và

hoạt tính đối kháng nấm F oxysporum của chủng vi khuẩn C50 62

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng và hoạt tính

đối kháng của chủng vi khuẩn đột biến C50 63 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của lưu lượng khí cấp đến quá trình nhân sinh khối

chủng vi khuẩn đột biến C50 64 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến khả năng sinh trưởng và hoạt

tính đối kháng nấm F oxysporum của chủng C50 65

Bảng 3.18 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung giống cấp 1 đến quá trình sinh

trưởng và hoạt tính đối kháng nấm F oxysporum 66

Bảng 3.19 Điều kiện thích hợp cho quá trình nhân sinh khối chủng vi

khuẩn đột biến C50 67 Bảng 3.20 Thành phần lý hóa học của than bùn 68 Bảng 3.21 Ảnh hưởng của chất mang nghiên cứu đến khả năng sinh

trưởng của chủng vi khuẩn C50 trong thời gian bảo quản 68 Bảng 3.22 Ảnh hưởng của liều lượng và số lần sử dụng chế phẩm đến mức

độ nhiễm bệnh trên cà chua 74 Bảng 3.23 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các liều lượng chế phẩm đối

kháng đến số cây nhiễm bệnh trong điều kiện nhà lưới 76 Bảng 3.24 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của số lần bổ sung chế phẩm đối

kháng đến số cây nhiễm bệnh trong điều kiện nhà lưới 77

Bảng 3.25 Hiệu lực phòng trừ nấm F oxysporum của chế phẩm vi sinh

trong điều kiện nhà lưới 79

Trang 10

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Thymine và 5 – Bromouracil (dạng keto và enol) 27 Hình 1.2 Sự bắt cặp giữa 5 – Bromouracil với Adenine và Guanine 27 Hình 1.3 Cơ chế tác động của Acridine Orange trên phân tử ADN 28 Hình 1.4 Sự biến đổi cặp G – C thành A – T dưới tác dụng của EMS 29

Sơ đồ 3.1 Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh đối kháng phòng trừ

Biểu đồ 3.1: Khả năng duy trì hoạt tính đối kháng nấm F oxysporum của

Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng của liều lượng chế phẩm vi sinh đối kháng đến

mức độ nhiễm nấm F oxysporum của cây cà chua 76

Biểu đồ 3.3 Diễn biến mức độ nhiễm bệnh F oxysporum trên cà chua

Biểu đồ 3.4 Hiệu lực phòng trừ nấm F oxysporum trên cây cà chua của chế

phẩm vi sinh đối kháng trong điều kiện nhà lưới 80

Trang 11

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Tên viết tắt Tên viết đầy đủ Tiếng Việt

4 CFU Colony forming unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc

7 f.sp formae speciales Dạng loài

Trang 12

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cây cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ miền Trung và Nam Mỹ, là một loài cây thân thảo thuộc họ Solanaceae Cà chua

được trồng để thu hoạch quả theo mùa, quả mọng nước, khi chín có mầu vàng hoặc

đỏ, chứa nhiều vitamin C nên có vị chua

Cây cà chua là một trong số nhiều loại cây rau mầu quan trọng, cà chua được gieo trồng và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Tại Việt Nam, cà chua được sử dụng trong chế biến thực phẩm, tạo vị ngon và mầu sắc hấp dẫn, ngoài ra

cà chua còn có tác dụng khá tốt trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe Cà chua được trồng nhiều tại các tỉnh, thành phố trong cả nước phổ biến nhất là: Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Tây, Vĩnh Phúc, Đà Lạt… Tuy nhiên, quá trình sản xuất cà chua gặp nhiều khó khăn, trở ngại Một trong những nguyên nhân làm hạn chế sự phát triển sản xuất và làm giảm năng suất

cà chua đó là sâu, bệnh hại Điển hình là các bệnh sương mai Phytopthora infestans Mont, bệnh héo xanh Ralstonia solanacearum, bệnh chết héo (bệnh héo vàng)

Fusarium oxysporum đã làm giảm đáng kể năng suất và chất lượng cà chua Tuy đã

có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành nhằm mục đích kiểm soát các tác nhân gây bệnh cà chua Nhưng cho tới ngày nay, chưa có một biện pháp nào thực sự hữu hiệu

có thể ngăn chặn và phòng trừ các tác nhân gây bệnh này

Với những ưu điểm của mình, các biện pháp kiểm soát dịch bệnh bằng phương pháp sinh học đang dần dần trở thành xu hướng phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp Bằng việc áp dụng các biện pháp sinh học, người ta có thể thay thế các loại phân bón và thuốc trừ sâu hóa học có hại đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái Trong đó, biện pháp sử dụng vi sinh vật như một tác nhân kiểm soát và phòng trừ bệnh hại đang dần trở lên phổ biến vì những hiệu quả rõ rệt mà nó mang lại Tuy nhiên, quá trình sàng lọc và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, ổn định trong thời gian dài gặp rất nhiều khó khăn, do độ nhạy cảm của vi sinh vật với môi trường dẫn đến thay đổi hoạt tính sinh học của chúng Bởi vậy, việc chọn tạo các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, ổn định trong thời gian dài cần phải được quan tâm nghiên cứu và

Trang 13

đưa vào sử dụng trong công tác phòng trừ dịch bệnh cây trồng

Nhằm nâng cao hoạt tính đối kháng của các chủng vi khuẩn đối với các tác nhân gây bệnh cây trồng, phương pháp gây đột biến đã được sử dụng tại nhiều trung tâm nghiên cứu khoa học bởi kỹ thuật đơn giản, đồng thời, vẫn tạo ra được tập hợp lớn các thể đột biến cho quá trình sàng lọc và tuyển chọn những đặc tính mong muốn Đặc biệt là tạo được những chủng vi khuẩn có hoạt tính đối kháng cao, phổ đối kháng rộng và ổn định trong thời gian dài với các tác nhân gây bệnh trên cây trồng Phục vụ cho công tác sản xuất các chế phẩm sinh học phòng trừ dịch bệnh hại và sản xuất cây trồng đạt năng suất cao Xuất phát từ thực tiễn trên, tác giả tiến

hành thực hiện đề tài: “Nâng cao hoạt tính đối kháng nấm Fusarium oxysporum gây bệnh cà chua của một số chủng vi khuẩn bằng phương pháp đột biến”

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu chung

Tạo được các chủng vi khuẩn đột biến có hoạt tính sinh học cao và ổn định

để sản xuất chế phẩm sinh học sử dụng phòng bệnh nấm F oxysporum cho cà chua 2.2 Mục tiêu cụ thể

- Tạo được các dòng vi khuẩn đột biến có hoạt tính đối kháng cao với nấm F

oxysporum trong điều kiện invitro;

- Sàng lọc được các chủng vi khuẩn đột biến có hoạt tính đối kháng cao, ổn

định với nấm F oxysporum;

- Đánh giá được hiệu lực phòng trừ bệnh chết héo do nấm F oxysporum trên

cà chua của các chủng vi khuẩn đột biến trong điều kiện nhà lưới;

- Đề xuất được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh đối kháng phòng trừ bệnh chết héo cà chua;

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả của đề tài là minh chứng khẳng định công tác nghiên cứu đột biến một cách khoa học và đúng đắn, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp bền vững

- Xây dựng được quy trình sản xuất và sử dụng chế phẩm vi sinh đối kháng

phòng trừ bệnh chết héo do nấm F oxysporum trên cà chua Góp phần nâng cao

năng suất, chất lượng sản phẩm và phục vụ phát triển các vùng sản xuất chuyên

Trang 14

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 canh cà chua theo hướng sản xuất bền vững, thân thiện môi trường

Trang 15

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về cây cà chua

1.1.1 Phân loại

Vị trí phân loại của cây cà chua:

Giới (Regnum): Plantae

Ngành (Phylum): Angiospermae

Lớp (Class): Eudicots

Bộ (Order): Solanales

Họ (Familia): Solanaceae

Chi (Genus): Solanum

Loài (Species): Solanum lycopersicum

1.1.2 Đặc điểm sinh học

Cà chua là cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều glucid, axit hữu

cơ và nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể con người Cà chua được trồng hàng

năm, tuy nhiên trong một số điều kiện thích hợp cà chua có thể là cây nhiều năm

Theo tác giả Tạ Thu Cúc (2002), phần rễ cây cà chua thuộc dạng rễ chùm, ăn sâu và phân nhánh mạnh, khả năng phát triển rễ phụ rất lớn Do đó khi trồng cà chua thì quá trình tỉa cành và bấm ngọn thường tác động đến bộ rễ làm chúng kém phát triển hơn so với điều kiện trồng tự nhiên Cây cà chua có dạng thân tròn, thẳng đứng, mọng nước, phủ nhiều lông, khi cây lớn gốc thân dần dần hóa gỗ Thân cây mang lá và phát hoa Lá cà chua thuộc dạng lá kép lông chim, mỗi lá có 03 – 04 đôi

lá chét, ngọn lá có một lá riêng gọi là lá đỉnh Rìa các lá đều có răng cưa và phiến lá thường phủ lông tơ Đặc tính lá của từng giống thường thể hiện đầy đủ sau khi cây

có chùm hoa đầu tiên Hoa cà chua thường mọc thành chùm, lưỡng tính và tự thụ phấn Cây cà chua cho quả thuộc loại mọng nước, quả cà chua có hình dạng tròn, bầu dục hay dài tùy thuộc vào từng loại giống Vỏ quả thường nhẵn (hoặc có khía), màu sắc của quả thay đổi phụ thuộc vào giống và điều kiện thời tiết Thông thường, màu sắc quả là sự phối hợp giữa màu của vỏ quả và thịt quả Bên trong quả có thể chia các khoang chứa hạt Trung bình một quả cà chua có khoảng 50 – 350 hạt Hạt

cà chua nhỏ, dẹp và nhiều lông, có màu vàng sáng hoặc hơi tối (Tạ Thu Cúc, 2000)

Trang 16

1.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế của cà chua

Cà chua là một loại rau ăn quả quý, được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ rất lâu đời Quả ban đầu có mầu xanh, chín ngả mầu từ vàng đến đỏ Cà chua là một loại thực phẩm bổ dưỡng giàu vitamin C, vitamin A, đường và các chất khoáng

quan trọng như Ca, Fe, P, K, Mg….(Tạ Thu Cúc, 2000)

Theo bảng phân tích thành phần hóa học của Viện vệ sinh dịch tễ (Bộ Y tế), trong 100 g cà chua chứa 94 g nước; 0,6 g protit; 4,2 g gluxit; 0,8 g xenlulose; 0,4 g cacbon hydrat; 12 mg canxi; 26 mg photpho; 1,4 g sắt; các loại vitamin caroten, vitamin B1, B2, PP, C… cung cấp tới 20 kcal Đặc biệt, các vitamin trong cà chua không bị mất đi trong quá trình chế biến, nấu nướng Mầu đỏ tươi cho thấy hàm lượng vitamin A tự nhiên trong cà chua cao, trung bình một quả cà chua chín tươi sẽ đáp ứng được một lượng thiết yếu vitamin và muối vô cơ cho cơ thể Các axit hữu

cơ trong cà chua có tác dụng bảo vệ lượng vitamin cho cà chua ít bị phân hủy trong quả trình chế biến

Một số nghiên cứu khoa học cũng đã chứng minh, cà chua có tác dụng giảm huyết áp, giảm lượng cholesterol trong máu, từ đó sẽ ngăn chặn được tình trạng sơ vữa động mạch và các nguy cơ dẫn tới đột quỵ Theo một số nghiên cứu khác, cà chua còn có tác dụng phòng chống một số căn bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư tiền liệt tuyến ở nam giới Do cà chua có chứa lycopene, một chất có tác dụng chống oxy hóa rất quan trọng, ngăn ngừa và tiêu diệt các tế bào có nguy cơ ung thư Trong cà chua có chứa tới 4 loại caroten là α – caroten, β – caroten, lutein và lycopen Các hợp chất caroten trong quả cà chua có khả năng chống oxy hóa phổ biến Ngoài tác dụng làm tiền chất tạo ra vitamin A giúp cho sự tăng trưởng đổi mới

tế bào, hợp chất caroten còn có tác dụng bảo vệ tế bào, bảo vệ niêm mạc, miệng và đường hô hấp…

Hàm lượng vitamin C trong quả cà chua cao còn giúp ngăn ngừa nhiễm trùng, giảm dị ứng dạng nhẹ Ngoài ra, vitamin C còn có tác dụng chống oxy hóa và giúp cơ thể hấp thụ tốt các chất vi lượng cần thiết cho cơ thể

Trang 17

1.1.4 Một số bệnh hại phổ biến trên cây cà chua

Cây cà chua là loại cây rau mầu dễ trồng nhưng cũng rất mẫn cảm với nhiều loại bệnh khác nhau nên ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm khi thu hoạch Với các vụ trồng khác nhau cây cà chua thường bị ảnh hưởng bởi một số bệnh khác nhau, tuy nhiên một cây có thể bị nhiễm nhiều bệnh, làm cho việc chẩn đoán và phòng trừ trở nên khó khăn hơn (Burgess và cs, 2009) Vì vậy, cần phải có những hiểu biết nhất định về triệu chứng các loại bệnh hại, từ đó đưa ra được các biện pháp phòng trừ đạt hiệu quả cao, giảm thiệt hại do bệnh hại gây ra Theo tác giả Burgess

và cộng sự (2009), cây cà chua là ký chủ của một số bệnh hại điển hình như:

Bảng 1.1 Một số bệnh hại chính trên cây cà chua

Héo do vi khuẩn Ralstonia solanacearum Héo lá, dịch khuẩn xuất hiện ở

thân, thân biến màu nâu

Thối gốc Sclerotium rolfsii

Hạch nấm nhỏ màu nâu, tròn và sợi nấm màu trắng xuất hiện ở gốc thân

Sưng rễ tuyến trùng Meloidogyne sp Héo lá, u sưng trên rễ

Mốc sương Phytophthora Nấm màu xám mọc ở mặt dưới lá

Thối do vi khuẩn Clavibacter

Đốm vòng Alternaria solani Các vòng tròn đồng tâm màu

đen trên lá

Mốc lá Cladosporium fulvum

(Fulvia fulva)

Nấm màu xám/tía mọc ở mặt dưới lá

Virut vàng ngọn Virut Lá quăn, nhỏ biến màu vàng

Trang 18

1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới

Cà chua là loại rau mầu được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, chúng được

sử dụng trong chế biến thực phẩm, thẩm mỹ và trong công nghiệp chế biến Do sự tăng trưởng tối ưu của cây cà chua trong những điều kiện phát triển khác nhau và khả năng thích ứng rộng nên cà chua được trồng trên toàn thế giới Theo thống kê của FAO (2012), diện tích và sản lượng cà chua trên toàn thế giới trong vòng 10 năm qua được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới

(triệu ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

( Nguồn: FAOSTAT Database, 2012)

Số liệu ở bảng 1.2 cho thấy, diện tích gieo trồng và sản lượng cà chua trên thế giới tăng nhanh chóng trong 10 năm qua Tính trên toàn thế giới, diện tích gieo trồng tăng từ 4,094 triệu ha năm 2003 lên 4,804 triệu ha năm 2012 (tăng gấp 1,17 lần); sản lượng từ 119,47 tấn/ha (năm 2003) tăng lên 161,79 tấn/ha (năm 2012) Việc ưu tiên phát triển sản xuất cà chua đang ngày càng được chú trọng ở khắp các khu vực trên toàn thế giới Kết hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ và các tiến bộ kỹ thuật mới, năng suất chất lượng sản phẩm cũng ngày càng tăng cao

Trang 19

Theo thống kê của FAO trong 3 năm từ 2010 đến 2012, Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về sản lượng và diện tích gieo trồng cà chua trên toàn thế giới Tiếp đến

là các quốc gia khác như Ấn Độ, Hoa Kỳ, Thổ Nhĩ Kỳ và Hy Lạp Những năm gần đây, Trung Quốc đã đẩy mạnh việc áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến trong việc sản xuất và chế biến cà chua, đã trở thành quốc gia xuất khẩu cà chua lớn nhất thế giới Theo ước tính sản lượng cà chua của Trung Quốc năm 2012 đạt 50,13 triệu tấn

và tổng diện tích gieo trồng cà chua là hơn 1,005 triệu ha (FAOSTAT, 2012) Hiện nay, việc áp dụng và đẩy mạnh các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất và chế biến cà chua đã và đang được nhiều quốc gia trên thế giới thực hiện nhằm nâng cao sản lượng cũng như chất lượng của sản phẩm Chính vì vậy, quy trình sản xuất cà chua được chuyên môn hóa cao, bên cạnh đó việc sử dụng máy móc vào sản xuất và bảo quản cà chua sau thu hoạch nên các sản phẩm được chế biến thành các dạng khác nhau như cà chua đóng hộp, cà chua cô đặc, nước ép Nhờ đó, không những đảm bảo sản phẩm được bảo quản lâu hơn mà còn làm tăng giá trị thẩm mỹ và kinh

tế của sản phẩm sau thu hoạch

Trang 20

H ọc viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9

Bảng 1.3 Một số quốc gia đứng đầu trong sản xuất cà chua trên Thế giới trong 3 năm 2010 – 2012

Quốc gia

Diện tích (triệu ha)

Trang 21

1.2.2 Tình hình sản xuất cà chua tại Việt Nam

Ở Việt Nam, cây cà chua được trồng cách đây trên 100 năm; cà chua được trồng tập trung chủ yếu ở những vùng ven đô và tại các vùng trọng điểm canh tác rau mầu của một số tỉnh, thành phố như: Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hà Tây… Tại khu vực phía nam, cà chua được trồng tập trung tại các tỉnh An Giang, Tiền Giang, Lâm Đồng… Riêng thành phố Đà Lạt, cà chua có thể được sản xuất quanh năm do điều kiện khí hậu thích hợp cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây cà chua

Hiện nay, cả nước có khoảng 115 giống cà chua được sử dụng trong sản xuất

và có khoảng 10 giống chính được gieo trồng với diện tích hơn 6259 ha (chiếm 55% diện tích gieo trồng cà chua cả nước) Một số giống cà chua được gieo trồng chính

là các giống mới được lai tạo và đưa vào sản xuất như: M386, VL200, TN002, HT21, T42, …

Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học vào nghiên cứu sản xuất nông nghiệp, các nhà khoa học đã chọn tạo đưa ra nhiều giống mới cho năng suất cao, chất lượng tốt, thích hợp với điều kiện khí hậu trong nước Cho đến nay, ngoài vụ đông cây cà chua còn được gieo trồng trong vụ xuân hè mà vẫn cho năng suất cao Tiềm năng phát triển sản xuất cà chua ở nước ta là rất lớn, nhất là với các tỉnh phía Bắc với khí hậu phân chia

rõ rệt trong năm Ở miền Bắc, cây cà chua được trồng vào tháng 10 hàng năm và thu hoạch đến hết tháng 2 năm sau Tuy nhiên, thường có vụ sớm được trồng vào tháng 8 và vụ muộn được trồng vào khoảng tháng 1 năm sau Sản lượng cà chua đạt trên 80.000 tấn (tương đương khoảng 70% tổng sản lượng cà chua cả nước) được thu hoạch trong vụ đông xuân (từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau)

1.3 Tổng quan về nấm Fusarium oxysporum

1.3.1 Phân loại

Vị trí phân loại của nấm Fusarium oxysporum:

Giới (Regnum): Fungi

Ngành (Phylum): Ascomycota

Lớp (Class): Sordariomycetes

Trang 22

Bộ (Order): Hypocreales

Họ (Familia): Nectriaceae

Chi (Genus): Fusarium

Loài (Species): Fusarium oxysporum

1.3.2 Phạm vi ký chủ và tác nhân gây bệnh

Fusarium oxysporum là một loại nấm có thể được tìm thấy trong đất ở tất cả

các nơi trên thế giới Phổ ký chủ của nấm F oxysporum rất rộng, bao gồm cả động vật, thực vật và cả con người (Nelson et al., 1994; Ortoneda et al., 2004) F

oxysporum được chia thành các đơn vị nhỏ hơn gọi là các formae speciales (f.sp –

dạng loài) Nấm F oxysporum bao gồm các dạng loài gây bệnh và cả những dạng

loài không gây bệnh (dạng hoại sinh) có mặt phổ biến trên rễ cây bệnh sau khi tác nhân gây bệnh đã làm thối mô rễ; một số loài hoại sinh này cũng có thể sống nội sinh trong các tế bào lớp ngoài của rễ mà không làm tổn thương rễ (Snyder and

Smith, 1981) Những dạng loài gây bệnh được chia thành khoảng 120 dạng loài

khác nhau tùy theo cây chủ mà chúng gây bệnh (Armstrong and Armstrong, 1981) Mỗi loài thường chỉ có thể gây bệnh héo trên một loại ký chủ

Các dạng chuyên hóa chính như: F oxysporum f.sp asparagi (gây bệnh héo vàng trên măng tây); f.sp batatas (bệnh gây héo cây khoai lang); f.sp callistephi (gây héo hoa cẩm chướng Trung Quốc); f.sp ciceri (gây bệnh trên đậu xanh); f.sp cubense (bệnh Panama – bệnh héo trên chuối); f.sp dianthi (gây héo trên hoa cẩm chướng); f.sp koae (gây héo cây koa); f.sp lycopersici (gây bệnh héo vàng cà chua và cây lanh); f.sp melonis (gây héo vàng trên dưa gang); f.sp niveum (gây héo trên dưa hấu); f.sp

pisi (gây bệnh trên đậu Hà Lan); f.sp tracheiphilum (gây bệnh trên đậu tương); f.sp

vasinfectum (gây bệnh trên cây bông) và f.sp zingiberi (gây bệnh héo vàng trên gừng)…(Booth, 1971; Raabe et al., 1981; Armstrong and Armstrong, 1981)

Ở Việt Nam, bệnh héo do Fusarium trên chuối là một trong những bệnh héo quan trọng và được biết đến nhiều (Burgess và cs., 2009) Ngoài ra, nấm Fusarium còn gây bệnh chết héo nghiêm trọng trên một số cây trồng họ Đậu (Fabaceae), họ Cam (Rutaceae) và họ Cà (Solanaceae); nấm Fusarium gây hại ở tất cả các giai

đoạn sinh trưởng của cây, nhưng chủ yếu ở thời kỳ cây con (Vũ Triệu Mân và Lê

Trang 23

Lương Tề, 2001) Một số dạng loài Fusarium gây héo và các bệnh do chúng gây ra

ở Việt Nam theo Burgess và cộng sự (2009) như sau:

Bảng 1.4 Một số dạng loài Fusarium gây bệnh chính tại Việt Nam

F oxysporum f.sp cubense Héo do Fusarium trên chuối (bệnh Panama)

F oxysporum f.sp lycopersici Héo do Fusarium trên cà chua

F oxysporum f.sp callistephi Héo do Fusarium trên cúc tây

F oxysporum f.sp zingiberi Héo do Fusarium trên gừng

Các dạng loài của F oxysporum có thể được chia nhỏ hơn thành các race

(chủng sinh lý) Mỗi chủng bao gồm các cá thể trong một dạng loài xâm nhiễm vào một giống cây trồng cụ thể trong một vụ (Kuninaga and Yokosawa, 1992; Trần Kim Loang, 2002)

1.3.3 Triệu chứng và đặc điểm sinh học của bệnh héo do Fusarium

Bệnh héo Fusarium là do nấm F oxysporum Schlecht, một vi sinh vật gây bệnh phổ biến trong đất Nấm F oxysporum được chia thành nhiều dạng loài khác

nhau, hầu hết mỗi dạng loài thường chỉ gây héo do tắc mạch trên một loài ký chủ

nhất định Nấm F oxysporum đã được mô tả gây ra các triệu chứng như sau: héo

mạch dẫn, vàng lá, thối nõn, thối rễ và chết héo Héo mạch dẫn gây bởi các chủng

có độc tính mạnh là nghiêm trọng nhất, còn các chủng có độc tính thấp có thể gây vàng lá, thối…

Triệu chứng đầu tiên xuất hiện của bệnh héo vàng do F oxysporum gây ra là

phá vỡ các mạch dẫn nhỏ bên ngoài của những chiếc lá non, tiếp theo là các lá già

bị héo rủ xuống Ở giai đoạn cây con, cây bị nhiễm nấm F oxysporum có thể héo rũ

và chết ngay sau khi các triệu chứng xuất hiện Đối với cây trưởng thành, các triệu chứng bệnh như mạch dẫn bị phá vỡ, lá bị héo rủ xuống, tiếp theo đó cây còi cọc và

Trang 24

vàng lá ở những vị trí gần gốc cây, héo lá và cành non, cuối cùng là cây chủ bị chết (Agrios, 2005); các triệu chứng bên trong của cây trồng là sự hóa nâu mạch dẫn do tắc bó mạch (MacHardy and Backman, 1981; Nguyễn Văn Viên, 1999)

Khi nuôi cấy trên môi trường rắn, chẳng hạn như môi trường PDA, sau 03 ngày ở nhiệt độ 250C – 300C đường kính tản nấm từ 2,4 – 4,0 cm, các chủng nấm F

oxysporum có thể được hình thành khác nhau Nhìn chung, các sợi nấm khí sinh đầu tiên xuất hiện có màu trắng, sau đó có thể thay đổi sắc tố sang màu hồng, tím trên

mặt sau của khuẩn lạc tùy theo các chủng của F oxysporum (Gerlach and Nirenberg, 1982; Nelson et al., 1983; Nguyễn Văn Viên, 1999)

Theo các nghiên cứu của Kistler and Miao (1992) cho thấy, chủng nấm F

oxysporum dường như chỉ sinh sản vô tính và sản sinh ra ba loại bào tử vô tính: microconidia (dạng bào tử nhỏ), macroconidia (dạng bào tử lớn) và chlamydospores (bào tử hậu) Trong đó các bào tử nhỏ có từ 1 đến 2 tế bào, hình bầu dục hay hình quả thận và đó là những loại bào tử chiếm số lượng lớn nhất, thường xuyên được

tạo ra trên đầu giả của cây nấm trong mọi điều kiện (Nelson et al., 1983) Trong các

cây chủ bị nhiễm bệnh héo vàng, bào tử nhỏ cũng được tìm thấy bên trong các mạch dẫn Bào tử lớn có từ 4 đến 8 tế bào, có hình lưỡi liềm, vách tế bào mỏng và rất tinh

tế, với các tế bào đỉnh có độc lực giảm (Gerlach and Nirenberg, 1982) Bào tử hậu

có dạng hình cầu, bào tử có vách tế bào dày, được hình thành đơn lẻ hoặc theo cặp vào giai đoạn cuối trên các sợi nấm đã già hoặc trong bào tử (Ploetz and Pegg, 2000; Burgess và cs., 2009)

1.3.4 Con đường xâm nhiễm và gây bệnh của nấm F oxysporum

Các tác nhân gây bệnh chết héo do Fusarium tồn tại dưới dạng bào tử hậu trong đất qua thời gian dài Các tác nhân gây bệnh héo Fusarium cũng có thể tồn tại ở vỏ rễ

một số cây không phải là ký chủ, kể cả cỏ dại và cây trồng (Burgess và cs., 2009) Theo Burgess và cộng sự (2009), sợi nấm và bào tử vô tính nảy mầm trong tàn dư cây bệnh và đất xâm nhiễm vào rễ cây con còn non và lan dần vào các mạch xylem Nấm bệnh sau đó sẽ phát triển trong mạch xylem và lan lên hệ thống mạch dẫn trong thân Quá trình này gây phản ứng của cây, tạo ra các hợp chất phenol và thể sần có màu nâu Chính những hợp chất này gây hiện tượng hóa nâu của mạch

Trang 25

dẫn (Burgess và cs., 2009) Với các cây trồng khỏe mạnh có thể bị nhiễm nấm F

oxysporum nếu môi trường đất canh tác chứa các tác nhân gây héo Fusarium Các tác nhân gây bệnh héo Fusarium có thể xâm nhập vào một cây trồng bằng ống mầm

sporangial của nó hoặc bằng các sợi nấm xâm nhiễm qua rễ cây Rễ của cây trồng

có thể bị nhiễm nấm trực tiếp qua các đỉnh đầu của rễ, thông qua những vết thương

ở rễ hoặc tại các điểm mà rễ phụ được hình thành (Agrios, 2005) Sau khi nẩy mầm, sợi nấm được hình thành và gắn vào bề mặt gốc rễ cây chủ trước khi toàn bộ cây

chủ bị nhiễm nấm (Bishop and Cooper, 1983) Các tác nhân gây bệnh sau đó di

chuyển qua gian bào vào trong nội bào thông qua các mô nhu mô ở rễ cho đến khi chúng đến được mạch protoxylem, từ đó chúng xâm nhập vào mạng lưới thành mạch rộng lớn và lan truyền từ mạch này sang mạch khác thông qua các lỗ trên thành mạch Những vết thương tiếp xúc với mạch dẫn làm tăng khả năng nhiễm trùng và tỷ lệ mắc bệnh với mức độ nghiêm trọng

Do sự tăng trưởng của nấm trong các mô mạch dẫn của cây trồng, nguồn cung cấp nước cho cây trồng chịu ảnh hưởng rất lớn gây hiện tượng thiếu nước Sự thiếu hụt nước làm cho các lỗ khí khổng của lá đóng lại, lá héo và cuối cùng các cây trồng bị chết Tại thời điểm này, nấm xâm nhập vào nhu mô của cây trồng cho đến khi chúng xuất hiện trên bề mặt của các tế bào chết, nơi chúng sản sinh một số lượng lớn các bào tử Chu kỳ bệnh được lặp đi lặp lại khi các bào tử hậu nảy mầm

và xâm nhiễm vào một cây trồng mới

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm F oxysporum

Bệnh chết héo do nấm F oxysporum gây ra thường xuất hiện ở những vùng

có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới (Luis Pérez-Vicente, 2004) Nhiệt độ thích hợp

cho sự phát triển của các loại bào tử cũng như sợi nấm F oxysporum trong khoảng

250C – 300C, nhiệt độ tối thiểu là 100C và nhiệt độ tối đa là 350C Sau khi đã gây nhiễm vào cây trồng, tốc độ phát triển của bệnh tăng mạnh nếu nhiệt độ dao động trong phạm vi từ 270C – 330C Nhiệt độ tăng cũng làm tốc độ phát triển của bệnh tăng cao, đồng thời làm cây chủ bị héo và chết nhanh hơn, số lượng nấm bệnh được sản sinh tăng dẫn đến sự xâm nhiễm vào các cây trồng lân cận tăng lên (Trần Kim Loang, 2002)

Trang 26

Tính chất vật lý và hóa học đất ảnh hưởng đến các đặc điểm sinh lý của cây trồng và sự phát triển của các tác nhân gây bệnh Các loại đất sét, đất ngập nước hay đất có tỷ lệ cát cao đều không thích hợp cho sự phát triển của nấm bệnh do tạo môi

trường yếm khí (Alabouvette et al., 1996) Một số chất khoáng tồn tại trong đất như

CaCO3 hoặc Ca(OH)2 cũng góp phần làm giảm mức độ gây bệnh; các loại phân chứa hàm lượng nitrat nitơ (NO3 – N) dẫn đến ảnh hưởng của bệnh héo vàng thấp hơn phân bón chứa amoni nitơ (NH4 – N) Kết quả nghiên cứu của Ciotola và cộng sự

(2000) đã chỉ ra rằng, khoáng NH4 – N cần thiết cho sự tăng trưởng các ống mầm của

nấm bệnh F oxysporum (Ciotola et al., 2000); và NO3 – N làm tăng độ pH của đất qua đó giảm sự phát triển của tác nhân gây bệnh trong cây trồng bằng cách tăng

cường hoạt động của các vi sinh vật có lợi (Domínguez et al., 2001) Tỷ lệ phân lân

cao hơn mức cần thiết cho sự phát triển của cây trồng cũng có thể làm tăng mức độ

nghiêm trọng của bệnh chết héo do nấm F oxysporum gây ra trên cây bông và cây dưa gang (Jones et al., 1989) Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Viên

(1999) cũng cho thấy, tính độc của nấm F oxysporum tăng lên khi bón phân vi lượng,

phân lân, đạm amoni và tính độc giảm khi bón phân đạm nitrat

1.4 Tình hình nghiên cứu bệnh chết héo gây ra bởi nấm F oxysporum trên Thế

giới và Việt Nam

1.4.1 Tình hình nghiên cứu bệnh cây trồng gây ra bởi nấm F oxysporum trên Thế giới

Bệnh chết héo (hay bệnh héo vàng) là một loại bệnh phá hoại nhiều cây trồng

quan trọng gây ra do nấm F oxysporum truyền qua đất Bệnh do nấm F oxysporum

gây thiệt hại lớn đến nhiều loại cây trồng nông nghiệp có giá trị kinh tế cao ở các nước trên thế giới (Luis Pérez-Vicente, 2004) Bệnh thường thấy nhiều ở thời vụ có thời tiết nóng, nhiệt độ trong vụ trồng cà chua trên 250C Ở những quốc gia có khí hậu mát mẻ thường thấy bệnh xuất hiện trong các nhà kính Theo nhiều nghiên cứu

cà chua bị bệnh héo vàng do nấm Fusarium sẽ chết nhanh và thiệt hại lớn khi cùng

bị xâm nhiễm bởi tuyến trùng (Meloidogine incognita) gây bệnh vì tuyến trùng làm

giảm tính chống chịu bệnh của cà chua với nấm

Trang 27

Các loài nấm Fusarium đã được nghiên cứu từ khoảng đầu thế kỷ XIX Đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về nấm Fusarium được công bố và có ý

nghĩa rất lớn trong sự phát triển khoa học kỹ thuật

Bệnh héo vàng cà chua được mô tả lần đầu tiền do Massee G E ở Anh năm

1895, đây là bệnh hại quan trọng trên cây cà chua ở ít nhất 32 quốc gia trên thế giới

Ở phía nam Hoa Kỳ, các tác nhân gây bệnh héo Fusarium đã gây hại nghiêm trọng

trên đồng ruộng

Những năm 1950 tại miền Trung và Nam Mỹ bệnh héo trên chuối do nấm F

oxysporum đã gây thiệt hại nặng nề cho ngành thương mại chuối quốc tế, gây thiệt hại kinh tế khoảng 2,3 tỷ USD Vào năm 1992, một chủng mới của bệnh Panama đã được phát hiện ở Đông Nam Á Kể từ đó, hàng chục ngàn hecta rừng trồng chuối bị xóa sổ ở Trung Quốc, Indonesia, Malaysia và Philippines Thiệt hại do bệnh Panama lần thứ hai này vượt quá mốc 400 triệu USD (Ploetz, 2003)

Tại Marốc, nấm F oxysporum gây bệnh héo vàng trên cọ (Phoenix

dactylifera), còn được gọi là bệnh “Bayoud” gây thiệt hại cho hơn 12 triệu cây cọ trong gần một thế kỷ (Djerbi, 1983) Ngoài ra, nó còn làm mất dần một số giống cây

cọ có năng suất cao và chất lượng tốt (Djerbi et al., 1986)

Nghiên cứu của Shen (1985) đã chỉ ra rằng, nấm F oxysporum gây thiệt hại

nặng nề đối với các vùng trồng bông tại Trung Quốc Theo điều tra, 16% khu vực

trồng bông của Trung Quốc đã bị ảnh hưởng của tác nhân gây bệnh héo Fusarium

và mỗi năm thiệt hại ước tính vào khoảng 100 nghìn tấn xơ bông (Shen 1985) Tại

miền nam Hoa Kỳ, bệnh héo Fusarium cũng đã gây hại nghiêm trọng trong việc sản

xuất bông và làm tổn thất nặng nề đến sản lượng bông vào năm 2004 (Blasingame and Patel, 2005)

Như vậy, nấm F oxysporum có phạm vi ký chủ rất rộng lớn và tồn tại nhiều dạng bào tử khác nhau trong đất Mặt khác, thành phần và sự phân bố của nấm F

oxysporum trong đất có liên quan chặt chẽ với sự xuất hiện và mức độ gây hại trên

cây trồng ở mỗi vùng sinh thái khác nhau Ngoài ra, nấm F oxysporum cũng là tác

nhân gây ra hiện tượng thối rễ, thân mầm và thối nõn ở cây ngô, dứa và nhiều cây

trồng quan trọng khác… Theo R H Stover, ở vùng nhiệt đới loài nấm F

Trang 28

oxysporum còn gây hại trên nhiều ký chủ khác nhau như thuốc lá, cà chua, khoai lang, khoai tây, cây hoa huệ… Gây ra những thiệt hại vô cùng lớn đến kinh tế và sản xuất trên phạm vi toàn thế giới

1.4.2 Tình hình nghiên cứu bệnh cây trồng gây ra bởi nấm F oxysporum tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nấm F oxysporum đã được tiến hành nghiên cứu từ lâu nhưng vẫn chưa đem lại hiệu quả thực tiễn Nấm F oxysporum được cho là nguyên nhân

gây bệnh chết héo cà chua, khoai tây (Vũ Triệu Mân và Lê Lương Tề, 2001) Đến

nay, một số công trình nghiên cứu đã công bố về biểu hiện triệu chứng của bệnh héo

Fusarium như tắc bó mạch, thối gốc củ, quả…

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu về nấm F oxysporum đã được

mở rộng Theo một số kết quả nghiên cứu cho thấy, nấm F oxysporum gây bệnh đen ngọn lá và khô gốc cây hồi; hay bệnh tách đôi quả táo cũng do nấm F

oxysporum gây ra

Tác giả Nguyễn Văn Viên (1999) đã cho biết, vụ đông xuân năm 1994 tại Đông Anh tỷ lệ cây nhiễm bệnh chết héo trung bình là 4,0 %, cây cà chua trồng trên đất vàn có tỷ lệ cây nhiễm bệnh là 5,8 %; ở chân đất cao tỷ lệ nhiễm là 2,2 % Trong nghiên cứu của mình, tác giả đã tiến hành thử nghiệm trên môi trường PDA cho thấy

thuốc Benlate 0,1 % có tác dụng ức chế sự phát triển của tản nấm F oxysporum

Nhiều công trình nghiên cứu về bệnh cây trồng tại Việt Nam đã chỉ ra rằng, hai

loại vi sinh vật cùng đồng thời có mặt trong bó mạch cây cà chua là nấm F oxysporum

và vi khuẩn Pseudomonas solanacearum Các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng

cả hai loài vi sinh vật này cùng đồng thời gây ra triệu chứng héo cây

Tác giả Nguyễn Mạnh Dũng (1998) đã nghiên cứu một số chủng vi khuẩn

Bacillus có tác dụng ức chế nấm Fusarium, Aspergillus, Selerotium gây bệnh trên

cây lạc đồng thời kích thích quá trình sinh trưởng phát triển của cây trồng Cũng trong năm này, ông và các cộng sự đã thực hiện thành công đề tài nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật đối kháng phòng chống nấm hại rễ cây trồng cạn (Nguyễn Mạnh Dũng và cs., 1998)

Năm 2002, trong kết quả nghiên cứu của mình, tác giả Trần Kim Loang cũng

chỉ ra sự kết hợp giữa tuyến trùng Pratylenchus coffeae với các loài nấm F

Trang 29

oxysporum và F solani là nguyên nhân gây hiện tượng vàng lá, thối rễ nghiêm

trọng trên cây cà phê vối tại Đăk Lăk (Trần Kim Loang, 2002)

Kết quả nghiên cứu của tác giả Phạm Bích Hiên và cộng sự (2005) cho thấy,

sử dụng vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Bacillus hạn chế được tác nhân gây bệnh héo rũ do nấm F oxysporum và bệnh thối quả do Erwina carotovora gây ra

trên cây ớt (Phạm Bích Hiên và cs., 2005)

Nghiên cứu của Trần Phương Thảo và cộng sự (2007) đã chỉ ra mối quan hệ

tương tác giữa chủng Bacillus sp TD67 và nấm F oxysporum gây bệnh thối rễ cây

trồng trong môi trường khoai tây lỏng Trong môi trường này, với sự có mặt của

nấm F oxysporum, sinh trưởng của chủng TD67 hầu như diễn ra bình thường Sinh trưởng của nấm F oxysporum đã bị ức chế, hình thái sợi nấm cũng bị biến đổi khi

có mặt của chủng TD67 Chủng Bacillus sp TD67 có hoạt tính kháng sinh đối với

F oxysporum và khá bền vững với proteinase K, pH = 10,0 và nhiệt độ cao

Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Vũ Thúy Nga (2008) đã phân lập và

tuyển chọn được 03 chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus đó là B17; M và 5.1 có hoạt tính đối kháng nấm bệnh F oxysporum Các chủng vi khuẩn này đã được thử nghiệm thành công trong việc hạn chế khả năng gây bệnh của F oxysporum trên

cây lạc, ớt và dưa hấu Đây cũng là các chủng có độ an toàn cao thuộc các vi sinh vật không có khả năng gây bệnh đối với con người và động vật

Kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Như Kiểu (2010), đã lựa chọn được các

chủng vi khuẩn đối kháng cao với vi khuẩn R solanacearum gây bệnh héo xanh và nấm F oxysporum gây bệnh chết héo cây lạc và vừng Trong đó, các chủng vi khuẩn Ps1; TS6; Ps2; BK3 có khả năng đối kháng với cả vi khuẩn R solanacearum

và nấm F oxysporum Trong nghiên cứu của mình, tác giả cũng đã chỉ ra rằng 04 chủng vi khuẩn trên còn có khả năng ức chế sự phát triển của nấm S rolfsii và A

niger Ngoài ra, tác giả cũng đã tuyển chọn được 02 chủng vi khuẩn đối kháng là

Bacillus subtilis (ký hiệu Ba 5.1) và Bacillus velezensis (ký hiệu M) có khả năng đối

kháng với cả vi khuẩn R solanacearum và nấm F oxysporum

Mặc dù các công trình nghiên cứu về loài nấm F oxysporum đã đạt được ở

nước ta vẫn còn những mặt hạn chế; song đó lại là tiền đề cho việc nghiên cứu kỹ

Trang 30

lưỡng hơn về các đặc tính sinh vật học của nấm F oxysporum cũng như khả năng

phòng trừ bệnh do loài nấm này gây ra trên cây trồng đã và đang được chú trọng phát triển ở Việt Nam

1.5 Biện pháp phòng trừ bệnh héo vàng ở cây trồng

Bệnh héo vàng do nấm F oxysporum gây ra rất khó kiểm soát (Borrero et al.,

2006; Elmer, 2006) Các phương pháp phòng trừ đã được nghiên cứu nhằm kiểm

soát bệnh héo vàng Fusarium bao gồm phương pháp kiểm soát hóa học, phương

pháp sinh học, sử dụng các biện pháp canh tác và sử dụng các chủng vi sinh vật đối kháng Trong đó, việc sử dụng các vi sinh vật đối kháng là biện pháp hiệu quả nhất

để giảm thiệt hại do nấm bệnh gây ra, trong khi sự thành công hạn chế của các biện pháp hóa học và các biện pháp canh tác Trong những năm gần đây, việc sử dụng các biện pháp sinh học đã trở nên phổ biến như là một cách tiếp cận thân thiện môi

trường để kiểm soát bệnh héo vàng do nấm Fusarium gây ra

1.5.1 Biện pháp phòng trừ hóa học

Hiện nay, việc sử dụng các thuốc diệt nấm nhằm giảm thiểu bệnh do nấm F

oxysporum gây ra là biện pháp phòng trừ cần thiết Các thuốc diệt nấm benzimidazole như benomyl, carbendazim, fuberidazole, thiabendazole, thiophanate

và thiophanate-methyl… Tất cả đều tạo ra hợp chất methyl benzimidazole carbamate (MBC), như là một thành phần hoạt động chính hoặc như một hợp chất phân hủy khi được pha với nước Benzimidazole có tác dụng ngăn cản quá trình phân chia tế bào và sự tăng trưởng của sợi nấm bệnh nhạy cảm với nó (Uesugi, 1998) Benomyl được sử dụng có hiệu quả khi xử lý với rễ và cây giống kết hợp với

phun thuốc vào đất trồng đối với nấm F oxysporum f.sp melonis (Maraite and Meyer, 1971), f.sp cubense (Nel et al., 2007; Amini and Sidovich, 2010) Khi xử lý

gốc rễ với carbendazim đã làm giảm khả năng mắc bệnh chết héo ở cà chua và làm tăng năng suất tới 24 % (Khan and Khan, 2002); xử lý hạt giống của đậu xanh với

thuốc diệt nấm carbendazim cũng làm giảm ảnh hưởng của nấm F oxysporum f.sp

ciceri (Dubey et al., 2007)

Ngoài việc sử dụng thuốc diệt nấm, biện pháp phòng trừ hóa học còn bao gồm việc sử dụng các chất khử trùng trên bề mặt, các chất xông hơi và các chất hoạt

Trang 31

hóa cây trồng Công trình nghiên cứu của Nel và cộng sự (2007) đã chỉ ra rằng, các hợp chất amoni bậc bốn có hiệu quả như những chất khử trùng làm giảm tác nhân

F oxysporum f.sp cubense gây bệnh chết héo trên chuối Các chất khử trùng khác

cũng được sử dụng thành công làm giảm khả năng gây bệnh của các tác nhân gây bệnh như formaldehyde, đồng sunfat (CuSO4), đồng oxychloride (Cu2Cl(OH)3)…

Tại Việt Nam, công tác phòng trừ bệnh do nấm F oxysporum nói riêng và

bệnh hại cây trồng nói chung chủ yếu vẫn sử dụng các biện pháp phòng trừ hóa học theo quy trình quản lý dịch hại tổng hợp (IBM) Khi bệnh phát triển mạnh sử dụng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây trồng (Tạ Thu Cúc, 2000) Tuy nhiên, không có thuốc trừ nấm nào hữu hiệu để phòng trừ bệnh chết héo trên cây trồng (Burgess và

cs., 2009)

Mặc dù biện pháp phòng trừ hóa học đã mang lại những thành công trong

việc kiểm soát bệnh héo vàng do nấm F oxysporum gây ra Tuy nhiên, về lâu dài

việc sử dụng liên tục các loại thuốc diệt nấm đã vô tình gây ra hiện tượng kháng thuốc của các tác nhân gây bệnh Đặc biệt là gây ô nhiễm môi trường sinh thái và ảnh hưởng đến sức khỏe con người một cách nghiêm trọng

1.5.2 Biện pháp canh tác trong phòng trừ bệnh gây bởi F oxysporum

Các biện pháp canh tác đã đạt được những thành công nhất định trong việc ngăn cản tác động của các tác nhân gây bệnh như luân canh cây trồng, sử dụng các chất khử trùng và canh tác với giống sạch bệnh Tại Trung Quốc, luân canh giữa

cây bông với cây lúa đã làm giảm ảnh hưởng của tác nhân gây bệnh F oxysporum

(Shen, 1985) Sản xuất dưa hấu đã được mở rộng tại Tây Ba Nha khi luân canh với

các cây trồng khác như ớt hay cà chua (Miguel et al., 2004)

Canh tác trên các cánh đồng ngập nước hay đất có tỷ lệ cát cao tạo ra môi trường yếm khí làm cản trở sự phát triển của bào tử nấm bệnh Kết quả nghiên cứu

của Luis Pérez-Vicente (2004) đã cho thấy, bệnh héo vàng được kiểm soát ở cây

chuối tại vùng nhiệt đới châu Mỹ Nhiều nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra rằng, các hợp chất có trong đất như CaCO3 hoặc Ca(OH)2 làm giảm khả năng nẩy mầm của

bào tử hậu của nấm F oxysporum, đồng thời làm giảm mức độ gây hại của chúng

đến cây trồng

Trang 32

Sử dụng chất khử trùng đất cũng như các công cụ canh tác có thể hạn chế sự lan truyền của các tác nhân gây bệnh trên đồng ruộng Các chất khử trùng như đồng oxychloride, amoni bậc bốn (còn gọi là “Sporekill”) hay formaldehyde được sử

dụng để kiểm soát sự lây lan của nấm F oxysporum f.sp cubense (Nel et al., 2007)

Theo hai tác giả Ploetz and Pegg (2000), đã sử dụng cây chuối vi nhân giống làm

nguồn vật liệu sạch cho sản xuất cũng cho kết quả khả quan trong việc ngăn cản tác động của nấm bệnh Trong khi đó kỹ thuật nhân giống truyền thống đã tạo ra các cây con có khả năng đề kháng lại các tác nhân gây bệnh ở một số cây trồng như

bông (Ulloa et al., 2006), cây cọ (Djerbi et al., 1986) được phát triển Ngoài ra

phương pháp nhân giống còn giúp cây con cải thiện được năng suất, chất lượng dinh dưỡng cũng như rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây trồng…

1.5.3 Biện pháp phòng trừ bằng cách sử dụng các giống kháng bệnh

Sức đề kháng bệnh héo do Fusarium có thể được đưa vào cây trồng bằng

phương pháp nhân giống truyền thống Theo phương pháp nhân giống truyền thống, sức đề kháng bệnh được đưa vào từ cây bố mẹ cho cây con khi một trong hai bố mẹ mang những đặc tính như cải thiện năng suất cây trồng, giá trị dinh dưỡng và chu

kỳ phát triển của cây trồng ngắn hơn Một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nhân giống truyền thống tạo giống mới có sức sống tốt hơn và kháng bệnh héo do

Fusarium như trong cây cọ (Djerbi et al., 1986), cây bông (Ulloa et al., 2006)

Phương pháp sử dụng các giống mới có khả năng kháng bệnh bao gồm việc

sử dụng các biến thể dòng soma, đột biến cảm ứng, nuôi cấy protoplast và biến đổi

di truyền Bằng việc sử dụng phương pháp tạo các biến thể soma, chọn tạo giống chuối Cavendish đã được thực hiện tại Đài Loan với khả năng chống chịu tốt với

bệnh héo do Fusarium (Hwang and Ko, 2004) Việc sử dụng phương pháp đột biến

để tạo giống cây trồng mới có thể được cảm ứng bằng cách sử dụng các chất hóa học hoặc sử dụng tác nhân vật lý (chiếu xạ tia X, tia Gamma, ) Liều lượng và thời gian xử lý bởi các tác nhân xác định tỷ lệ đột biến (Bhagwat and Duncan, 1998) Các hóa chất đột biến như ethyl methane sulphonate (EMS) và diepoxybutane được

sử dụng gây đột biến trên chuối, lúa và cà chua (Bhagwat and Duncan, 1998; Wu et

al, 2005) Trong nuôi cấy protoplast, vật chất di truyền của thực vật có thể được mở

Trang 33

rộng bằng các phản ứng tổng hợp protoplast (Davey et al, 2005) Một số nghiên cứu

cho thấy, cây cà chua được tạo nên từ nuôi cấy protoplast cho thấy có khả năng

kháng lại nấm F oxysporum f.sp lycopersici Nghiên cứu của tác giả Yasemin và cộng sự đã tiến hành sử dụng các giống ghép trên cây dứa để kháng bệnh do nấm F

oxysporum gây ra trên cây dưa hấu tại Thổ Nhĩ Kỳ Các cây ghép có khả năng tổng hợp các hợp chất kaempferol do đó chúng giúp cây trồng kháng lại bệnh chết héo

do nấm F oxysporum gây ra (Yasemin et al., 2010)

Biến đổi gene thực vật được thực hiện bằng cách đưa gene lạ vào bộ gene

thực vật bằng cách sử dụng súng bắn gene và thông qua vi khuẩn Agrobacterium Thông qua vi khuẩn Agrobacterium, một gene lysozyme ở người (human lysozyme

- HL) đã được đưa vào chuối dưới sự kiểm soát của promoter 35S virus khảm súp

lơ Thực nghiệm đã chứng minh rằng HL đã ức chế nấm F oxysporum f.sp cubense trong invitro Sau khi trồng 60 ngày, các cây chuối chuyển gene không có triệu chứng héo Fusarium trong nhà kính và phát triển tốt khi thử nghiệm ở thực địa (Pei

et al., 2005)

Mặc dù cây trồng biến đổi gene có khả năng đề kháng lại các tác nhân gây

bệnh héo Fusarium nhưng chúng chưa được thương mại hóa do những lo ngại về vấn

đề an toàn sinh học Đây là một hạn chế của việc sử dụng những giống cây trồng được chuyển gene kháng bệnh trong phòng trừ tác nhân gây bệnh hại cây trồng

1.5.4 Biện pháp phòng trừ bằng cách sử dụng tác nhân sinh học

Khi sử dụng các biện pháp phòng trừ hóa học sẽ gây ra những hạn chế do ảnh hưởng của chúng đến chất lượng nông sản cũng như môi trường sinh thái Vì vậy, biện pháp phòng trừ sinh học trong công tác bảo vệ thực vật đang được quan tâm phát triển và vị trí của biện pháp này ngày càng được tăng cao Đặc biệt là những tác động tích cực của biện pháp phòng trừ sinh học đến môi trường sống, môi trường sản xuất cũng như tiến tới nền công nghiệp sạch có ý nghĩa to lớn Biện pháp phòng trừ sinh học được quan tâm nghiên cứu và áp dụng vào trong sản xuất cây trồng là sử dụng các tác nhân kiểm soát sinh học Các tác nhân kiểm soát sinh học làm giảm mức độ nhiễm bệnh thông qua sự đối kháng trực tiếp hoặc gián tiếp chống lại mầm bệnh Hệ vi sinh vật có lợi tồn tại trong vùng rễ cây

Trang 34

trồng và nhiều loại nấm có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cây trồng giảm nguy

cơ nhiễm bệnh F oxysporum Trong đó các nhóm vi khuẩn có lợi như

Pseudomonas và Bacillus cũng như các loại hình không gây bệnh của nấm F

oxysporum là các tác nhân kiểm soát bệnh chết héo Fusarium Một số các vi khuẩn khác cũng được công nhận làm giảm tỷ lệ mắc bệnh héo do Fusarium, chúng bao gồm các loại xạ khuẩn và các loại nấm như Trichoderma spp., Gliocladium spp.,…

Pseudomonas fluorescens có thể được phân lập từ vùng rễ của nhiều loài cây trồng khác nhau như Plant Growth - Promoting Rhizobacteria (PGPR – vi khuẩn kích thích tăng trưởng thực vật) hoặc từ bên trong mô thực vật như một endophyte

(Gray and Smith, 2005) Chủng P fluorescens sản sinh các chất kháng sinh phổ rộng 2,4 – Diacetylphloroglucinol (Kell et al., 1996) Trong điều kiện thiếu sắt, vi khuẩn P fluorescens tạo hợp chất siderophores và điều này dẫn đến ức chế tự nhiên

và sự cạnh tranh của các vi sinh vật trong gốc rễ (Whipps, 2001; Compant et al.,

2005) Theo tác giả Leeman và cộng sự (1996) đã cho thấy, hợp chất siderophores

được tạo ra bởi P fluorescens có liên quan đến sự cảm ứng hệ thống đề kháng chống lại bệnh héo Fusarium ở củ cải (Leeman et al., 1996) Các công trình nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hai chủng P fluorescens và P chlororaphis sinh trưởng

nhanh và xâm lấn vùng gốc rễ cà chua mạnh hơn rất nhiều so với các mầm bệnh; do

đó cạnh tranh khả năng sử dụng dịch tiết rễ và các vị trí hốc bám trên rễ (De Weert et

al , 2002; Bolwerk et al., 2003) Trên gốc rễ cà chua, chủng Pseudomonas spp làm giảm tỷ lệ các sợi nấm bệnh F oxysporum vào ngày thứ 7; tác giả Bolwerk và cộng sự

(2003) đã đưa ra giả thuyết rằng các vi khuẩn này đã sử dụng hiệu quả các chất dịch

tiết ra từ gốc rễ qua đó ngăn ngừa các mầm bệnh xâm nhiễm vào rễ cây (Bolwerk et al., 2003) Các chủng P fluorescens phân lập từ mẫu đất ức chế bệnh có thể làm giảm bệnh héo Fusarium bởi khả năng gây cảm ứng hệ thống kháng bệnh được chuyển đến tất cả các rễ cây (Van Loon et al., 1998; Pieterse et al., 2001) Chủng P fluorescens WCS 417 có khả năng cảm ứng chống lại bệnh héo do Fusarium ở hoa cẩm chướng (Van Loon et al., 1998), và chủng 63-28 tăng sức đề kháng của cây cà chua với F

oxysporum f.sp radicis-lycopersici (M’piga et al., 1997) Nghiên cứu của tác giả

Thangavelu và cộng sự (2003) đã cho thấy, hợp chất phenolic ở cây chuối được xâm

Trang 35

nhiễm bởi vi khuẩn P fluorescens tăng nhanh sau khi bị gây nhiễm bởi tác nhân gây bệnh F oxysporum f.sp cubense (Thangavelu et al., 2003)

Nhóm Bacillus spp sản sinh hợp chất kháng sinh Zwitermicin A giúp chúng xâm nhiễm vào vùng rễ cây trồng dễ dàng hơn (Milner et al., 1995) Cây cà chua được xâm nhiễm bởi chủng vi khuẩn Bacillus pumilus SE34 có khả năng giảm mức

độ nghiêm trọng của bệnh chết héo do nấm F oxysporum f.sp radicis-lycopersici gây ra (Benhamou et al., 1998) Theo nghiên cứu của Nam và cộng sự (2009), tác giả đã phân lập được 02 chủng Bacillus sp BS87 và RK1trong đất trồng dâu tây có tiềm năng để kiểm soát nấm bệnh F oxysporum f.sp fragariae gây bệnh héo dâu tây tại Hàn Quốc (Nam et al., 2009)

Ở nước ta, nhiều công trình nghiên cứu trong nước cũng đã chỉ ra mối liên hệ

giữa nhóm Bacillus spp với khả năng đối kháng nấm F oxysporum gây bệnh cây

trồng Nhóm vi khuẩn Bacillus spp đã được phân lập tuyển chọn thành công và có

khả năng đối kháng nấm bệnh F oxysporum với hoạt lực đối kháng cao, ổn định

Bên cạnh đó, quá trình đánh giá thử nghiệm khả năng phòng trừ bệnh héo do

Fusarium trên đồng ruộng của các nhóm Bacillus spp đã cho kết quả tốt trên một số

cây trồng chính (Phạm Bích Hiên và cs., 2005; Trần Phương Thảo và cs., 2007; Vũ

Thúy Nga, 2008; Lê Như Kiểu, 2010)

1.6 Vi sinh vật đối kháng và cơ chế đối kháng giữa các nhóm vi sinh vật

Phòng trừ sinh học là một biện pháp thay thế biện pháp hóa học trong phòng trừ bệnh cây trồng khi sử dụng biện pháp hóa học không đạt hiệu quả hay không kinh tế Tiềm năng sử dụng vi sinh vật để thay thế và bổ sung vào các chế phẩm diệt nấm đã được nhiều nhà khoa học đề cập và nghiên cứu Trong số đó, các nhóm vi khuẩn đối kháng được nghiên cứu về khả năng áp dụng trong kiểm soát sinh học

như Pseudomonas phát huỳnh quang và nhóm Bacillus được quan tâm nhiều nhất Ngoài ra, trong số nhiều loài nấm đất có tiềm năng đối kháng thì Glioladium và

Trichoderma là hai giống được nghiên cứu sử dụng trong phòng trừ sinh học vì chúng là những loài nấm ký sinh

Cơ chế đối kháng giữa các loài vi sinh vật được cho là do khả năng hình thành các chất đặc hiệu hay không đặc hiệu trong quá trình chuyển hóa vật chất,

Trang 36

nhằm ức chế sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật khác Các chất không đặc hiệu

có thể là các axit hữu cơ, rượu, hoặc các hợp chất khác Đặc trưng nhất là phản ứng

do các chất đặc hiệu gây ra được gọi là chất kháng sinh và có ảnh hưởng đến vi sinh vật Vi sinh vật đối kháng tạo ra những chất này có khả năng ức chế sinh trưởng chỉ một số loài nhất định Một số vi sinh vật đối kháng ức chế vi khuẩn gram dương và một số lại có thể ức chế cả vi khuẩn gram âm và gram dương Một số chỉ tác động

đến liên cầu khuẩn hay Bacillus… (Lê Như Kiểu, 2004)

Các vi sinh vật đối kháng chủ yếu tác động lên các loài sinh vật lạ Như

chủng A streptomycini sản sinh Streptomycin nhưng không ức chế các chủng thuộc

cùng loài Tương tự, đối với các vi sinh vật đối kháng sản sinh kháng sinh như tetramycin, chloromycetin, actinomycin, sulfactin… đều không thể ức chế quá trình sinh trưởng của các chủng cùng loài

Như vậy, bằng cách sử dụng các sản phẩm trao đổi chất của mình, vi sinh vật đối kháng có khả năng ức chết các tác nhân cạnh tranh ở một mức độ nhất định và chúng điều hòa quần thể vi sinh vật trong tự nhiên

Việc tiến hành nghiên cứu và sử dụng vi sinh vật đối kháng đã và đang được tiến hành rộng rãi trên thế giới; đã có rất nhiều sản phẩm phòng trừ sinh học đã được lưu hành và đưa vào sử dụng Các sản phẩm như Xentari 35 WDG là sản

phẩm của hãng Abbott, thành phần chính gồm Bacillus thuringiensis var aizawai

3500 BIU/mg Delfin WG 32 BIU là sản phẩm của hãng Sandoz Agro, Thụy sĩ;

thành phần chính gồm Bacillus thuringiensis var kurstaki 32 BIU/kg

Tại Việt Nam, việc sử dụng vi sinh vật đối kháng trong công tác phòng trừ bệnh hại cây trồng cũng đang được đẩy mạnh tiến hành nghiên cứu Đặc biệt là những công trình nghiên cứu ứng dụng sản xuất chế phẩm phân bón vi sinh từ các chủng vi sinh vật đối kháng phòng trừ bệnh cây trồng Tuy nhiên, các sản phẩm phân bón vi sinh đối kháng bệnh hại cây trồng còn tồn tại nhiều hạn chế Phần lớn các công trình nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật đối kháng trên một hoặc một vài cây trồng nhất định và chỉ áp dụng trong một tiểu vùng khí hậu…

Trang 37

1.7 Tổng quan nghiên cứu đột biến vi sinh vật

1.7.1 Khái niệm đột biến

Đột biến hay biến dị di truyền là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền (nhiễm sắc thể, ADN) dẫn đến sự biến đổi của một hoặc một số tính trạng, những biến đổi này có thể di truyền cho các đời sau

1.7.2 Một số phương pháp tạo đột biến

Người ta sử dụng hai phương pháp gây đột biến nhân tạo để tạo nguồn nguyên liệu cho chọn tạo giống mới; đó là gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân vật

lý và tác nhân hóa học

Gây đột biến bằng các tác nhân vật lý là sử dụng các tia phóng xạ như tia X, Gamma, tia Bêta,… có tác dụng kích thích và ion hóa các nguyên tử khi chúng xuyên qua các tổ chức, tế bào sống, ảnh hưởng đến ADN, ARN khi tác động lên phân tử nước Trong chọn giống thực vật, tùy thuộc vào các giống cây trồng mà cường độ và liều lượng sử dụng của các tác nhân vật lý có thể khác nhau khi xử lý trên hạt khô, hạt nẩy mầm hay đối với đỉnh sinh trưởng Đối với vi sinh vật thường

sử dụng tia tử ngoại để gây đột biến gene và đột biến nhiễm sắc thể do không có khả năng xuyên sâu

Công bố của hai tác giả Rapopor và Gustafson (1948) đã chỉ ra một số chất hóa học như: Ethylenimine (EI), Diethylsunfate (DES), Nitrozoethylurea (NEU), Consixin; 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D)… có thể thấm vào tế bào tác động lên nhiễm sắc thể gây nên các đột biến về số lượng, cấu trúc nhiễm sắc thể và các đột biến gene Các hóa chất gây đột biến thường chỉ có thể gây hiệu quả đột biến đối với một số đối tượng nhất định

Căn cứ vào tính chất gây đột biến người ta chia các tác nhân gây đột biến hóa học thành các nhóm cơ bản như sau:

Trang 38

Nhóm 1: Các chất đồng đẳng với base nitơ trên ADN như 5 -

Bromodeoxyuridin (5 - BrdU), 5 - Bromuracil (5 - BU),… chúng có thể gây ra đột biến gene bằng cách thay thế cặp nucleotide này bằng cặp nucleotide khác Ví dụ như 5 - Bromuracil (5 - BU) có cấu tạo tương tự thymine bình thường chúng ở dạng keto nhưng ngẫu nhiên đôi khi chuyển sang dạng enol và có khả năng bắt cặp với guanine Do đó, chúng có thể xâm nhập vào bắt cặp bổ sung với A (A – BU) và ở vòng tiếp theo bắt cặp với G (BU – G), cặp A - T được thay bằng cặp G - C (A – T

→ A – BU → G – BU → G – C) và ngược lại 5 – BU có thể xâm nhập sai, khi gắn thay chỗ cytosine tạo G –BU, tiếp đến A bắt cặp với BU tạo A – BU, và ở vòng sao chép sau A bắt cặp với T tạo cặp A – T (G – C → G – BU → A – BU → A – T)

Hình 1.1 Thymine và 5 – Bromouracil (dạng keto và enol)

Hình 1.2 Sự bắt cặp giữa 5 – Bromouracil với Adenine và Guanine

Nhóm 2: Các chất ức chế tổng hợp base nitơ trong cấu trúc ADN như

coffein, ethyluretan… Các chất này ngăn cản quá trình tái bản ADN

Nhóm 3: Các chất gây nhiễu tái bản ADN như proflavin, acridine orange và

nhóm các hợp chất ICR (ICR compounds) là những chất có phân tử mặt phẳng tương tự cặp base Chúng có thể chèn vào phân tử ADN làm thêm hoặc mất base

Trang 39

trong quá trình tái bản dẫn đến đột biến lệch khung do thêm hay mất cặp base nitơ

Hình 1.3 Cơ chế tác động của Acridine Orange trên phân tử ADN

Cơ chế phát sinh đột biến dưới tác động của hợp chất Acridine Orange: Khi phân tử AO tạo liên kết chèn vào giữa hai nucleotide (ví dụ G - G như hình 1.3) trên một mạch của phân tử ADN Khi tế bào phát hiện ra lỗi và cơ chế sửa chữa đoạn ADN được thực hiện bằng nhiều cách Chúng có thể xóa bỏ luôn cặp nucleotide hay đoạn ADN bị lỗi đó hoặc chèn vào một nucleotide hoặc đoạn ADN khác vào Trường hợp (A), các protein sửa lỗi sẽ xóa bỏ cặp base G – Acridine và C, sau đó nối 2 đầu ADN cũ lại với nhau và quá trình tổng hợp tiếp tục diễn ra Trường hợp (B) cơ chế sửa lỗi của tế bào diễn ra phức tạp hơn, phân tử Acridine sẽ bị loại bỏ và

sau đó dùng mạch đối để tạo một base khác lấp vào chỗ trống theo cơ chế bổ sung

Nhóm 4: Các chất alkyl hóa (alkylating agent) như ethyl methansulfonat

(EMS), methyl methansulfonat (MMS), ethylene imine (EI), N – methyl – N – nitro – N - nitrosoguanidine (MNNG),… Các tác nhân alkyl hóa như EMS và MNNG có thể gây đột biến ít nhất bằng ba cách: Thêm nhóm methyl (CH3) hay ethyl (C2H5) vào guanine tạo ra base đồng đẳng của adenine dẫn đến bắt cặp bổ sung sai; thứ hai gây mất guanine đã bị alkyl hóa (mất purine) tạo lỗ hỏng trên ADN, khi sao chép có

Trang 40

thể gây đứt mạch; và thứ ba là tạo liên kết chéo giữa các mạch của một hoặc các phân tử ADN khác nhau gây mất nucleotide Trong nhóm này có những nhân tố gây đột biến cực mạnh và được gọi là các nhân tố siêu đột biến (Supermutagens)

Hình 1.4 Sự biến đổi cặp G – C thành A – T dưới tác dụng của EMS

Nhóm 5: Các chất làm biến đổi cấu trúc base nitơ như iperit, axit nitrous

(HNO2), khí ngạt nitơ (nitrogen mustard)… Chúng có thể tách nhóm amino (mất amin – desamination) ra khỏi adenine và cytosine và biến nó thành các base tương ứng là hypoxanthine (H) và uracil (U) Sau khi biến đổi H có thể bắt cặp với C và U bắt cặp với A, các vòng sao chép tiếp theo làm G thế chỗ cho A và T thay cho C Các chất khác như hydroxylamine (H2NOH) và các chất cho nhóm OH có thể gây nên đồng chuyển Hydroxylamine là chất có tính đặc hiệu cao nhất trong các tác nhân gây đột biến, có thể chuyển cytosine sang dạng bắt cặp được với adenine Đặc điểm chung của các tác nhân gây đột biến hóa học là có tính đặc hiệu cao Một tác nhân chỉ có khả năng gây đột biến trên một hay một số đối tượng sinh vật nhất định Các nghiên cứu đối với các tác nhân gây đột biến hóa học cho thấy rằng tất cả các tác nhân gây đột biến hóa học đều là chất gây ung thư (Carcinogens) Tuy nhiên không phải tất cả các chất gây ung thư đều có khả năng gây đột biến

1.7.3 Ảnh hưởng của liều lượng và cường độ các tác nhân gây đột biến

Năm 1927, qua nhiều thí nghiệm về đột biến với bức xạ năng lượng cao cho thấy các đột biến nhân tạo phụ thuộc rất lớn vào liều lượng của tác nhân gây đột biến, khi sử dụng liều lượng phóng xạ lớn thì tần số xuất hiện đột biến càng cao

Khi tiến hành nghiên cứu gây đột biến nhân tạo ở Drosophila đã cho thấy sự phụ

thuộc giữa số phần trăm của đột biến gây chết liên kết với X và các liều lượng tia X

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	6,1 MB