Nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho khoai tây

Thật vậy, phân bón vi sinh vật chức năng không những cung cấp và nâng cao hiệu quả hấp thụ dinh dưỡng đối với cây trồng, mà còn có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế sinh trưởng phát triển c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐÀO VĂN THÔNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN

VI SINH VẬT CHỨC NĂNG SỬ DỤNG CHO KHOAI TÂY

LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

HÀ NỘI, 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-


-

ĐÀO VĂN THÔNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN

VI SINH VẬT CHỨC NĂNG SỬ DỤNG CHO KHOAI TÂY

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học thực phẩm

Mã số: 62.54.02.05 LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Phạm Thu Thủy

2 PGS.TS Phạm Văn Toản

HÀ NỘI, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác

- Các số liệu trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tập san, tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý cho phép của các đồng tác giả

- Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả luận án

Đào Văn Thông

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Thu Thủy, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm - Đại học Bách khoa Hà Nội, và PGS.TS Phạm Văn Toản, Ban Đào tạo Sau đại học - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam những người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn:

Tập thể các thầy cô giáo Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo sau đại học – Đại học Bách khoa Hà Nội, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án này

Ban lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp, tập thể cán bộ Bộ môn Sinh học Môi trường, các phòng ban chức năng của Viện đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án này

Ban lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, tập thể cán bộ Bộ môn Vi sinh vật nông nghiệp, các phòng ban chức năng của Viện đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án này

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thựcc hiện luận

án

Tác giả luận án

Đào Văn Thông

DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

VKHX : Vi khuẩn héo xanh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của luận án 1

2 Mục tiêu của luận án 2

3 Cơ sở khoa học của luận án 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3

6 Những điểm mới của luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Sản xuất khoai tây trên thế giới và ở Việt Nam 5

1.1.1 Sản xuất khoai tây trên thế giới 5

1.1.2 Sản xuất khoai tây ở Việt Nam 6

1.2 Sinh trưởng và phát triển của cây khoai tây 6

1.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh 6

1.2.2 Ảnh hưởng của chế độ dinh dưỡng 8

1.2.3 Đất trồng 10

1.3 Bệnh héo xanh do vi khuẩn trên cây khoai tây 10

1.3.1 Triệu chứng bệnh 11

1.3.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của vi khuẩn gây bệnh héo xanh 12

1.3.3 Đặc điểm xâm nhiễm và phát triển bệnh 14

1.3.4 Biện pháp phòng trừ 15

1.4 Vi sinh vật đối kháng trong sản xuất nông nghiệp 16

1.4.1 Giới thiệu chung 16

1.4.2 Vi sinh vật đối kháng vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng cạn 18

1.4.3 Vi sinh vật trong kiểm soát sinh học bệnh héo xanh vi khuẩn 21

1.5 Phân bón vi sinh vật 23

1.5.1 Phân vi sinh vật cố định nitơ 24

1.5.2 Phân vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan 26

1.5.3 Phân vi sinh vật hỗn hợp 30

1.6 Sản xuất, sử dụng và bảo quản phân bón vi sinh vật 32

1.6.1 Phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật .32

1.6.2 Nhân sinh khối, xử lý sinh khối, tạo sản phẩm 33

1.6.3 Bao gói sản phẩm 37

1.6.4 Sử dụng và bảo quản phân bón vi sinh vật 37

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Vật liệu 39

2.1.1 Chủng vi sinh vật 39

2.1.2 Giống khoai tây sử dụng 39

2.1.3 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 39

2.2 Phương pháp nghiên cứu 40

2.2.1 Kiểm tra mật độ vi khuẩn 40

2.2.2 Xác định hoạt tính sinh học của vi sinh vật 41

2.2.3 Xác định các chỉ tiêu hóa sinh 49

2.2.4 Phân loại vi sinh vật 52

2.2.5 Xác định khả năng tồn tại của vi sinh vật 56

2.2.6 Nghiên cứu điều kiện nhân sinh khối vi khuẩn 56

2.2.7 Điều tra cây trồng bị bệnh héo xanh vi khuẩn 57

2.2.8 Bố trí thí nghiệm trong nhà lưới 58

2.2.9 Bố trí thí nghiệm đồng ruộng 60

2.2.10 Tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy theo phương pháp bề mặt đáp ứng .61

2.2.11 Xử lý số liệu, phân tích thống kê 62

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63

3.1 Xác định bộ chủng vi sinh vật phù hợp cho sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây 63

3.1.1 Tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật 63

3.1.2 Định tên và xác định độ an toàn của các chủng vi sinh vật nghiên cứu 71

3.1.3 Khả năng tổ hợp các chủng vi sinh vật nghiên cứu .78

3.2 Công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng cho cây khoai tây 81

3.2.1 Nghiên cứu nhân sinh khối vi sinh vật 81

3.2.2 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây 96

3.2.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm phân bón vi sinh vật chức năng 101

3.3 Hiệu quả của phân bón VSV chức năng đối với cây khoai tây 101

3.3.1 Hiệu quả của phân bón VSV chức năng đối với cây khoai tây trên đồng ruộng diện hẹp 101

3.3.2 Hiệu quả của phân bón VSV chức năng đối với khoai tây trên diện rộng 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

Kết luận 110

Kiến nghị 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới 5

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng khoai tây ở các châu lục năm 2010 5

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt Nam 6

Bảng 1.4 Những đặc tính sinh hoá chính của Ralstonia Solanacearum Smith 13

Bảng 2.1 Danh sách các chủng VSV sử dụng trong nghiên cứu 39

Bảng 2.2 Mức độ hoạt tính đối kháng của vi sinh vật 49

Bảng 3.1 Hoạt tính sinh học của các chủng vi khuẩn cố định nitơ nghiên cứu 63

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của chủng AT73 đến sinh trưởng của cây khoai tây 64

Bảng 3.3 Hoạt tính sinh học của một số vi khuẩn đối kháng vi khuẩn héo xanh khoai tây 66 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của chủng B16 đến sinh trưởng của cây khoai tây 68

Bảng 3.5 Khả năng kiểm soát bệnh héo xanh vi khuẩn của chủng B16 68

Bảng 3.6 Hoạt tính sinh học của 7 chủng vi khuẩn phân giải hợp chất phospho khó tan 69

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của chủng B04 đến sinh trưởng của cây khoai tây 71

Bảng 3.8 Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 72

Bảng 3.9 Kết quả kiểm tra đặc tính sinh hóa của các chủng vi khuẩn Bacillus tuyển chọn bằng kit API 50CHB 73

Bảng 3.10 Kết quả xác định đặc điểm sinh hóa của chủng vi khuẩn Azotobacter 74

Bảng 3.11 Mức độ an toàn sinh học của các chủng vi sinh vật nghiên cứu 78

Bảng 3.12 Khả năng tồn tại riêng lẻ và hỗn hợp của vi sinh vật trong than bùn khử trùng 79

Bảng 3.13 Hoạt tính sinh học của các chủng sau 90 ngày bảo quản trong điều kiện riêng lẻ và tổ hợp 79

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của hỗn hợp vi sinh vật đối với khoai tây trong nhà sinh trưởng 80

Bảng 3.15 Ảnh hưởng tỷ lệ giống cấy đến sinh khối của các chủng vi khuẩn nghiên cứu 84

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của lượng khí cấp đến sinh khối của các chủng vi khuẩn nghiên cứu 85

Bảng 3.17 Miền khảo sát các điều kiện nhân sinh khối bộ chủng vi sinh vật lựa chọn 90

Bảng 3.18 Phân tích phương sai Anova của mô hình đối với chủng B.subtilis B16 91 Bảng 3.19 Phân tích phương sai Anova của mô hình đối với chủng B.polyfermenticus B04 91 Bảng 3.20 Phân tích phương sai Anova của mô hình đối với chủng A.chroococcum AT73 92

Bảng 3.21 Phương án tối ưu các điều kiện sinh trưởng của các chủng vi sinh vật

nghiên cứu 94 Bảng 3.22.Các thông số kỹ thuật trong công đoạn lên men nhân sinh khối 95 Bảng 3.23 Chất lượng vi khuẩn nhận được sau khi lên men nhân sinh khối trong

các điều kiện kỹ thuật lựa chọn 95 Bảng 3.24 Ảnh hưởng của chất mang đến mật độ vi khuẩn trong quá trình bảo quản 96 Bảng 3.25 Ảnh hưởng của độ ẩm đến mật độ vi khuẩn trong quá trình bảo quản 98 Bảng 3.26 Chất lượng phân bón VSV chức năng sử dụng cho cây khoai tây 101 Bảng 3.27 Tính chất của đất trồng thí nghiệm khoai tây 102 Bảng 3.28 Ảnh hưởng của phân bón VSV chức năng đến khả năng sinh trưởng

của cây khoai tây trên đồng ruộng 102 Bảng 3.29 Khả năng kiểm soát bệnh héo xanh vi khuẩn của phân bón VSV chức

năng đối với cây khoai tây trên đồng ruộng 103 Bảng 3.30 Ảnh hưởng của phân bón VSV chức năng tới năng suất khoai tây 105 Bảng 3.31 Ảnh hưởng của phân bón VSV chức năng đến chất lượng khoai tây 106 Bảng 3.32 Biến động quần thể một số vi sinh vật trước và sau khi sử dụng phân

bón VSV chức năng 106 Bảng 3.33 Tác dụng của phân bón VSV chức năng đối với khoai tây trên diện rộng 108 Bảng 3.34 Hiệu quả kinh tế sử dụng phân bón vi sinh vật chức năng đối với cây

khoai tây 109

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Vòng ức chế VKHX của chủng B16 67

Hình 3.2 Khuẩn lạc và vòng phân giải Ca3(PO4)2 của chủng B04 70

Hình 3.3 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc các chủng vi sinh vật tuyển chọn 72

Hình 3.4 Đặc điểm hình thái tế bào các chủng vi sinh vật tuyển chọn 72

Hình 3.5 Cây phát sinh dựa trên trình tự ADNr 16S của chủng B16 với các loài có quan hệ họ hàng gần 75

Hình 3.6 Cây phát sinh dựa trên trình tự ADNr 16S của chủng B04 với các loài có quan hệ họ hàng gần 76

Hình 3.7 Cây phát sinh dựa trên trình tự ADNr 16S của chủng AT73 với các loài có quan hệ họ hàng gần 76

Hình 3.8 Khả năng tương hỗ giữa các chủng vi sinh vật trên môi trường thạch 78

Hình 3.9 Mật độ chủng B.subtilic B16 trong các môi trường nghiên cứu 82

Hình 3.10 Mật độ chủng B.polyfermenticus B04 trong các môi trường nghiên cứu 83

Hình 3.11 Mật độ chủng A chroococcum AT73 trong các môi trường nghiên cứu 84

Hình 3.12 Khảo sát thời gian nuôi cấy các chủng vi sinh vật lựa chọn 86

Hình 3.13 Khảo sát pH nuôi cấy các chủng vi sinh vật lựa chọn 87

Hình 3.14 Khảo sát nhiệt độ nuôi cấy các chủng vi sinh vật lựa chọn 89

Hình 3.15 Ảnh hưởng các yếu tố tới mật độ tế bào các chủng vi sinh vật 93

Hình 3.16 Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng B.subtilis B16 93

Hình 3.17 Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng B.polyfermenticus B04 93

Hình 3.18 Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng A.chroococcum AT73 94

Hình 3.19 Mức độ đáp ứng sự mong đợi đối với các chủng vi sinh vật nghiên cứu 94

Hình 3.20 Quy trình công nghệ sản xuất phân bón VSV chức năng sử dụng cho cây khoai tây .99

Hình 3.21 Khả năng hạn chế bệnh héo xanh vi khuẩn của phân bón VSV chức năng trên cây khoai tây 104

Hình 3.22 Khoai tây bị bệnh héo xanh trên đồng ruộng 104

Hình 3.23 Năng suất khoai tây trên đồng ruộng 105

Hình 3.24 Thí nghiệm khoai tây trên đồng ruộng 108

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Khoai tây là cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao Củ khoai tây chứa trung bình khoảng 28% chất khô, trong đó có từ 18 – 20% là tinh bột Chất béo trong khoai tây được cơ thể người hấp thụ hoàn toàn Khoai tây có chứa nhiều vitamin cần thiết cho

cơ thể người như vitamin PP, vitamin K, vitamin nhóm B (B1, B2, B6), vitamin C và

β – caroten (tiền vitamin A) Ngoài ra, trong thành phần của khoai tây còn có nhiều acid amin, muối khoáng v.v

Mặt khác, khoai tây là cây trồng có thời gian sinh trưởng ngắn, lại cho năng suất cao nên đã trở thành một loại cây lương thực, thực phẩm quan trọng trên thế giới Tuy nhiên khoai tây là loại cây trồng đòi hỏi dinh dưỡng cao và vấn đề sâu bệnh cũng đang rất cần được quan tâm

Ở Việt Nam, bệnh héo xanh do vi khuẩn Ralstonia solanacearum Smith được đánh giá là loại bệnh nguy hiểm đối với cây khoai tây Mức độ phổ biến và tác hại của bệnh héo xanh có chiều hướng ngày càng gia tăng, đặc biệt tại đồng bằng sông Hồng là nơi trồng khoai tây chính của cả nước Cho đến nay chưa có biện pháp hữu hiệu nào có thể ngăn chặn và phòng trừ bệnh héo xanh, nên nông dân trồng khoai tây luôn chưa yên tâm sản xuất Trong khi đó, nhu cầu của thị trường ngày một lớn, đòi hỏi diện tích khoai tây phải mở rộng nhiều hơn nữa

Giải pháp công nghệ ứng dụng phân bón vi sinh vật chức năng cải thiện công tác canh tác cây khoai tây thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Thật vậy, phân bón vi sinh vật chức năng không những cung cấp và nâng cao hiệu quả hấp thụ dinh dưỡng đối với cây trồng, mà còn có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế sinh trưởng phát triển của các vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng

Nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế trồng khoai tây ở nước ta, luận án ''Nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho khoai tây" được thực hiện

2 Mục tiêu của luận án

• Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng từ các chủng vi sinh vật cố định nitơ, phân giải hợp chất phospho khó tan và đối

kháng với vi khuẩn héo xanh (VKHX) Ralstonia solanacearum Smith gây

bệnh trên cây khoai tây

• Xác định khả năng sử dụng của phân bón vi sinh vật chức năng cho cây khoai tây

3 Cơ sở khoa học của luận án

Các nghiên cứu về công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật (cố định nitơ, phân giải hợp chất phospho khó tan, kích thích sinh trưởng thực vật.v.v.) đã tạo ra nhiều loại chế phẩm và phân bón vi sinh vật góp phần giảm bớt sự lạm dụng phân bón hóa học trong trồng trọt, cải thiện môi trường đất và nâng cao chất lượng nông sản Tuy nhiên, phân bón dạng này mới chỉ có vai trò cung cấp và nâng cao hiệu quả

sử dụng dinh dưỡng cho cây trồng

Sử dụng vi sinh vật đối kháng kiểm soát dịch hại cây trồng đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công tại nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam Một số công trình nghiên cứu đã xác định có thể kiểm soát bệnh héo xanh khoai tây do vi khuẩn

Ralstonia solanacearum Smith gây ra bằng biện pháp sử dụng vi khuẩn đối kháng,

và mở ra một giải pháp mới có ý nghĩa rất quan trọng trong bảo vệ môi trường sinh thái, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội

Nghiên cứu tạo sản phẩm phân bón vi sinh vật cung cấp chất dinh dưỡng đa lượng cho cây khoai tây, đồng thời có khả năng hạn chế thiệt hại do vi khuẩn héo xanh gây ra được dựa trên cơ sở khoa học về phân bón vi sinh vật và kiểm soát sinh học

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật phù hợp cho sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây

- Nghiên cứu khả năng tổ hợp các chủng vi sinh vật tuyển chọn

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng từ tổ hợp các chủng vi sinh vật tuyển chọn

- Đánh giá hiệu quả của phân bón vi sinh vật chức năng đối với cây khoai tây

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Từ 20 chủng vi sinh vật thuộc quĩ gen vi sinh vật nông nghiệp, luận án đã nghiên cứu xác định được 03 chủng vi khuẩn phù hợp cho sản xuất bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây và xây dựng được quy trình sản xuất loại phân bón này Sản phẩm tạo ra có chất lượng đảm bảo các qui định hiện hành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và được thử nghiệm trên cây khoai tây ở các qui mô nhà lưới, đồng ruộng khác nhau Kết quả thử nghiệm cho thấy phân bón vi sinh vật chức năng tạo ra có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng dinh dưỡng đạm, lân của cây khoai tây, đồng thời kiểm soát có hiệu quả bệnh héo xanh khoai tây do vi

khuẩn Ralstonia solanacearum Smith gây ra Kết quả nghiên cứu của luận án đã

cung cấp các luận cứ và cơ sở khoa học cho việc khai thác có hiệu quả nguồn gen vi sinh vật bản địa tạo ra sản phẩm mới, thân thiện với môi trường, góp phần phát triển bền vững cây khoai tây ở nước ta

6 Những điểm mới của luận án

Đây là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống từ tuyển chọn, xác định bộ chủng vi sinh vật phù hợp đến xây dựng qui trình sản xuất, sản xuất thử nghiệm, đánh giá chất lượng và ứng dụng phân bón vi sinh vật chức năng cho cây khoai tây, bao gồm:

- Đã xác định được bộ chủng vi sinh vật phù hợp cho sản xuất bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây, gồm 01 chủng vi khuẩn cố định nitơ được định tên là Azotobacter chroococcum AT73, 01 chủng vi khuẩn phân giải hợp

chất phospho khó tan được định tên là Bacillus polyfermenticus B04 và 01 chủng

vi khuẩn đối kháng với vi khuẩn Ralstonia solanacearum Smith gây bệnh héo xanh khoai tây được định tên là Bacillus subtilis B16

- Đã xác định được các điều kiện tối ưu trong nhân sinh khối đối với từng chủng

vi khuẩn tuyển chọn Đây là những kết quả nghiên cứu đầu tiên về tối ưu hóa trong nghiên cứu sản xuất phân bón vi sinh vật cho cây khoai tây ở nước ta

- Đã xây dựng được quy trình sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng sử dụng cho cây khoai tây từ tổ hợp 3 chủng vi khuẩn tuyển chọn trong điều kiện Việt Nam Sản phẩm tạo ra của đề tài có chất lượng đảm bảo các qui định hiện hành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

- Đã khẳng định được tác dụng của phân bón vi sinh vật chức năng trong việc cung cấp, nâng cao hiệu quả sử dụng dinh dưỡng đạm, lân và khả năng kiểm soát bệnh héo xanh vi khuẩn của trên cây khoai tây trên qui mô nhà lưới và trên các đồng ruộng khác nhau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Sản xuất khoai tây trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Sản xuất khoai tây trên thế giới

Khoai tây hiện đang được trồng tại 130 quốc gia trên thế giới ở hầu hết các châu lục trong nhiều vùng khí hậu khác nhau và được xếp là cây lương thực quan trọng thứ ba sau lúa gạo và lúa mì [95] Thống kê của FAO năm 2010 cho thấy năng suất khoai tây bình quân đạt 17,43 tấn/ha và sản lượng khoai tây trên toàn thế giới khoảng trên 300 triệu tấn (bảng 1.1) [112]

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới

Á và Châu Âu khoảng 17,0 tấn/ha (bảng 1.2) [112]

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng khoai tây ở các châu lục năm 2010

1.1.2 Sản xuất khoai tây ở Việt Nam

Cây khoai tây là cây trồng ngắn ngày được nông dân miền Bắc Việt Nam sử dụng để tăng vụ Một số nơi trong vùng châu thổ sông Hồng, khoai tây được đưa vào

hệ thống luân canh ba vụ, gồm 2 vụ lúa và 1 vụ khoai tây, nhờ đó tăng thu nhập trên đơn vị diện tích canh tác [10]

Diện tích trồng khoai tây ở nước ta trong giai đoạn 2005-2010 có xu hướng tăng và đạt 37.100 ha vào năm 2010 tăng 2.100 ha so với năm 2005 Năng suất khoai tây trong giai đoạn vừa qua cũng có xu hướng tăng lên, đạt cao nhất vào năm 2010 là 12,03 tấn/ha, tăng 1,46 tấn/ ha so với năm 2005 (bảng 1.3) [112]

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt Nam

Năm Diện tích (ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (tấn)

1.2 Sinh trưởng và phát triển của cây khoai tây

1.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh

1.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Cây khoai tây rất mẫn cảm với nhiệt độ [33] Nhiệt độ trong vụ trong khoảng

16 - 18oC là thích hợp cho khoai tây phát triển và đạt năng suất cao nhất Nhiệt độ cao làm giảm sự đồng hóa đồng thời tăng sự dị hóa của khoai tây Nhiệt độ bình quân dưới 100C sẽ giảm sự sinh trưởng của cây, dưới 50C cây ngừng sinh trưởng Cây khoai tây có 3 giai đoạn phát triển, đó là phát triển thân lá, hình thành củ và phình to củ, trong đó các giai đoạn khác nhau có yêu cầu về nhiệt độ khác nhau Từ mọc đến phát triển thân lá, cây khoai tây cần nhiệt độ tương đối cao, thay đổi từ 16-

240C, giai đoạn này thân lá phát triển đầy đủ thì năng suất củ mới cao Giai đoạn hình thành củ thì nhiệt độ thấp hơn [10]

1.2.1.2 Ảnh hưởng của chế độ nước

Khoai tây là cây rất cần nước, do vậy cần có đủ mưa hoặc chủ động tưới nước [33] Muốn cây khoai tây có hiệu suất quang hợp cao, đất phải đủ ẩm để cho bộ rễ hút đủ lượng nước cần thiết và khoáng chất để điều tiết nhiệt độ của cây Nếu đất khô hạn, lá cây sẽ bị héo, khí khổng khép lại, hiệu suất quang hợp sẽ giảm sút Nếu thiếu nước kéo dài trầm trọng thì cây sẽ chết Nếu đất quá nhiều nước sẽ gây nên yếm khí, trong đất thiếu O2 sẽ làm cho bộ rễ bị chết, đồng thời những khí khổng trên vỏ củ bị trương nước sẽ là nơi để vi khuẩn và nấm xâm nhập làm thối củ [10]

Khoai tây được trồng bằng củ nên khi phát triển không hình thành rễ chính mà chỉ có rễ phụ thưa thớt Phần lớn rễ tập trung ở tầng đất mặt nên khả năng hút nước của cây không lớn Gặp điều kiện khô hạn khoai tây rất dễ bị thiếu nước và phát triển kém [2] Khô hạn làm giảm diện tích lá, nếu hạn kéo dài thì chiều cao cây, độ che phủ đất cũng thấp hơn Giống chín sớm ít bị ảnh hưởng hơn giống chín muộn, điều này có thể do giai đoạn khủng hoảng nước của giống chín sớm ngắn hơn, các lá xuất hiện và chết sớm hơn nên giai đoạn trải lá (giai đoạn nhạy cảm với thiếu nước) có thể xuất hiện trước thời kỳ khô hạn [48]

Nghiên cứu của Deblonde et al., (1999) [47] chỉ rõ, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất bị tác động mạnh bởi tổng lượng nước tưới Tuy nhiên tác động của hạn đến cây trồng phụ thuộc vào thời gian, giai đoạn và mức độ nghiêm trọng của khô hạn Hạn thường tác động mạnh ở 3 giai đoạn: sinh trưởng, phình to củ và chín Thiếu nước ở giai đoạn cuối của thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng làm cho cây khoai tây có năng suất thấp nhất, thiếu nước ở giai đoạn củ thì củ khoai tây lại to nhất (Fabeiro et al., 2001) [50]

Độ ẩm tối ưu cho quá trình tích luỹ tinh bột vào củ là 60 – 65% Độ ẩm thấp hơn 45% sẽ dẫn đến giảm năng suất Nhìn chung độ ẩm đất từ 70 – 80% sẽ thỏa mãn nhu cầu của khoai tây đối với nước trong suốt thời kỳ sinh trưởng Cuối thời kỳ sinh trưởng độ ẩm đất cần thấp hơn một chút 60 – 70% [10]

1.2.1.3 Ảnh hưởng của chế độ ánh sáng

Độ dài ngày ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của cây khoai tây Ở điều kiện ngày dài trên 14 giờ chiếu sáng/ngày của mùa xuân và mùa hè ở các

nước ôn đới, thời gian sinh trưởng của cây kéo dài tới hơn 4 tháng, gần 5 tháng Ở những nước vùng nhiệt đới trồng khoai tây trong điều kiện ngày ngắn dưới 12 giờ/ngày nên hình thành củ sớm ngay khi thân lá còn trong giai đoạn đang phát triển

Vì vậy, thời gian sinh trưởng ngắn, chỉ trên dưới 3 tháng [10]

Độ dài chiếu sáng trong ngày ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát dục của cây khoai tây (ra hoa, đậu quả và kết hạt) Thời kỳ từ cây con đến hình thành củ, đòi hỏi ánh sáng ngày dài để tiến hành quang hợp và tích lũy chất hữu cơ, khi củ bắt đầu hình thành thì cần thời gian chiếu sáng ngày ngắn Điều kiện chiếu sáng ngày ngắn ở giai đoạn mọc mầm và nhiệt độ cao trong suốt thời gian sinh trưởng sẽ rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây khoai tây [78]

Cường độ chiếu sáng với khoai tây, nếu ánh sáng có cường độ mạnh sẽ làm cho quá trình quang hợp tăng lên, cây phát triển thuận lợi Nếu cường độ chiếu sáng yếu, trời nhiều mây, u ám kéo dài cây quang hợp kém, năng suất khoai tây thấp Mặt khác nếu cường độ ánh sáng quá cao cũng gây ra tạo củ sớm, ra hoa nhanh dẫn đến thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất thấp [10]

1.2.2 Ảnh hưởng của chế độ dinh dưỡng

Khoai tây có nhu cầu cao đối với chất dinh dưỡng Để đạt năng suất bình quân

26 tấn củ/ha, cây khoai tây lấy đi từ đất 106N, 40 P2O5, 171 K2O, 63kg CaO và 40kg

MgO [2] Rasco et al., (1994) cũng kết luận rằng năng suất khoai tây phụ thuộc

nhiều vào chất dinh dưỡng đất và khả năng cung cấp từ phân bón của con người Trong hầu hết các trường hợp có sự tương quan giữa khối lượng chất khô và nồng độ

N, P, K Tuy mỗi nguyên tố dinh dưỡng đều tác động đến sinh trưởng, phát triển và năng suất khoai tây theo góc độ khác nhau [91] Nghiên cứu của Hong Li và cộng sự (2003) cho thấy, lượng đạm khuyến cáo sử dụng cho khoai tây ở Trung Quốc là 140-170kgN/ha, khi trồng khoai tây không tưới trong đất mùn và đất cát [67]

* Vai trò c ủa đạm: Ảnh hưởng của đạm đến năng suất khoai tây đã được nghiên cứu

từ thập kỷ 70, thời gian này lượng đạm khuyến cáo rất cao là 400kgN/ha, 3 thập kỷ sau lượng đạm bón cho cây khoai tây được duy trì khá cao vì hiệu quả sử dụng của phân đạm thấp [88]

Bón đạm làm tăng tuổi thọ tán lá là do cây khoai tây tiếp tục sản sinh ra tán lá mới nhiều hơn việc kéo dài tuổi thọ của từng lá Đạm làm tăng diện tích tán lá, do đó làm tăng lượng ánh sáng mà cây hấp thụ được, tăng lượng chất khô tích lũy ở các bộ phận khác nhau của cây Điều đó làm tăng năng suất là số lượng củ hình thành và sự phình to củ Nhiều nghiên cứu cho thấy sự tương quan giữa năng suất khoai tây với lượng đạm hấp thu, hệ số sử dụng đạm, lượng đạm có trong đất

Đạm không chỉ tác động trực tiếp đến sự phát triển của lá và cây trồng, mà còn tác động gián tiếp đến cây trồng vì chúng tác động đến sâu bệnh và cỏ dại Bón đạm làm cho cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt hơn, nhưng cũng làm tăng sâu bệnh

và cỏ dại [86] Bón đạm quá mức làm tăng số lượng hoa nở và sự nảy mầm của hạt phấn, vì vậy sẽ làm tăng sức sống và chất lượng hạt

Hiệu quả của việc bón đạm phụ thuộc vào liều lượng và kỹ thuật bón Thường bón đạm ít hoặc bón quá nhiều, thời gian bón không thích hợp, phương pháp bón không đúng sẽ làm giảm năng suất của khoai tây Liều lượng, thời gian và phương pháp bón đạm phụ thuộc vào tính chất đất, giống và điều kiện thời tiết, khí hậu Vì vậy ở mỗi vùng, mỗi loại đất và loại giống cần có liều lượng, thời gian và phương pháp bón đạm thích hợp

* Vai trò c ủa lân: Lân là thành phần quan trọng trong quá trình trao đổi chất và năng

lượng nên nó có tác dụng làm tăng tính chống chịu lạnh cho cây trồng Lân thúc đẩy

sự phát triển bộ rễ, thúc đẩy các mô phân sinh phân chia nhanh, tạo điều kiện cho cây phát dục thuận lợi Lân tăng cường tổng hợp các chất hữu cơ quan trọng và tăng cường chúng về cơ quan tích lũy nên tăng năng suất kinh tế của cây trồng

Khoai tây cần nhiều phospho cho sự sinh trưởng, tuy nhiên hiệu lực của phospho phụ thuộc nhiều vào hàm lượng phospho và vôi có trong đất [109]

Nhiều thí nghiệm cho thấy, có sự tương quan tương đối chặt giữa khối lượng chất khô với hàm lượng lân ở trong cây, khi hàm lượng lân thấp thì khối lượng chất khô cũng đạt nhỏ nhất Vì vậy bón lân làm tăng cả hàm lượng phospho, khối lượng

chất khô trong cây và tăng năng suất củ Van Noordwij et al, (1990) cho biết, thiếu

phospho hạn chế sinh trưởng, lượng phospho yêu cầu 44-87kg/ha [107] Thí nghiệm

của De Ruijter et al, (1998) cho kết quả khẳng định bón phospho tăng khối lượng

chất khô [46] Bón phospho làm tăng hàm lượng tinh bột trong củ và tăng năng suất khoai tây [2]

* Vai trò c ủa kali: Kali có tác dụng làm tăng khả năng hấp thu thức ăn, làm cho cây

sinh trưởng nhanh, cây to khỏe, tăng khả năng chịu hạn, tăng khả năng đề kháng của cây Kali không những luôn luôn làm tăng năng suất mà còn ảnh hưởng đến chất lượng củ, đến hàm lượng chất khô, đến bảo quản trong kho và sự biến màu của khoai tây sau khi chế biến, nấu nướng Thiếu kali cây bị cằn lại, trên mặt lá non và lá già đều có những vết đốm nâu, sau đó bị héo và chết [10]

Nghiên cứu của Tawfik A A.,(2001) so sánh bón theo công thức 120 kg

K2O/ha với công thức 60 kg K2O cho kết quả ở giai đoạn 75-90 ngày sau trồng năng suất khoai tây tăng được 25-30% khối lượng củ tươi, khối lượng thân lá tươi giảm so và tỷ lệ củ/thân lá cao hơn ít nhất 50% Chiều cao cây ở những công thức này cũng cao hơn 10-20% Bón kali cao làm tăng năng suất củ 10-20% Bón nhiều kali làm tăng số lượng củ trung bình (28-60 mm) và số củ to (>60 mm) lên 15-40% Điều đó có thể kết luận kali là yếu tố chìa khóa cho sản xuất khoai tây trên đất cát [102]

1.2.3 Đất trồng

Mục đích của trồng khoai tây là lấy củ mà củ khoai tây thì hình thành và phát triển lớp đất canh tác Đất trồng khoai tây thích hợp là đất phù sa nhẹ, đất cát pha, đất nhẹ tơi xốp có lượng mùn cao, lớp đất canh tác dày, giữ ẩm tốt, có điều kiện tưới nước và thoát nước Nếu trồng trên đất thịt nặng, củ sẽ phát triển không đều, bị méo

mó, mã củ xấu Khoai tây có thể phát triển được trên đất có độ pH từ 4,8-7,1 và tốt nhất pH từ 5,2-6,4 Nếu đất có độ pH trên 7,0 khoai tây dễ bị bệnh ghẻ củ [10]

1.3 Bệnh héo xanh do vi khuẩn trên cây khoai tây

Vi khuẩn Ralstonia solanacearum Smith (R solanacearum Smith) gây ra

bệnh héo xanh Bệnh này có nguồn gốc trong đất, phổ biến và gây tổn thất nghiêm trọng trong sản xuất nông nghiệp, nhất là đối với các cây trồng có ý nghĩa kinh tế như lạc, cà chua, khoai tây làm giảm đáng kể đến năng suất và chất lượng của nông

sản phẩm [14]

1.3.1 Triệu chứng bệnh

Bệnh héo xanh do vi khuẩn Ralstonia solanacearum Smith được Ervin Smith

phát hiện đầu tiên trên cây họ cà ở Mỹ năm 1896 Cho đến nay bệnh phổ biến rất rộng ở hầu hết các châu Á, Phi, Mỹ, Úc, bệnh bắt đầu xuất hiện ở Châu Âu (Bỉ, Thuỵ Điển ) gây hại nghiêm trọng chủ yếu ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới có khí hậu nóng, ẩm Bệnh gây hại trên 278 loài cây thuộc trên 44 họ thực vật khác nhau, trong

đó đáng chú ý nhất là các cây có ý nghĩa kinh tế cao như cà chua, khoai tây, thuốc lá,

ớt, cà, lạc, vừng, hồ tiêu, đậu tương, dâu tằm, chuối,.v.v

Bệnh xuất hiện trên cây con và cây lớn ra hoa đến thu hoạch Khi cây còn non (khoai tây, lạc ) toàn bộ lá héo rũ nhanh chóng đột ngột, lá tái xanh và cây khô chết Trên cây đã lớn thường dễ phát hiện trên đồng ruộng với các triệu chứng rõ rệt: một hai cành, nhánh có lá bị héo rũ xuống, tái xanh, sau 2-5 ngày toàn thân cây bị héo xanh, trên thân vỏ vẫn còn xanh hoặc xuất hiện những vết sọc nâu, vỏ thân phía gốc

sù sì, thân vẫn rắn đặc Cắt ngang thân, cành nhìn rõ vòng bó mạch dẫn, mô xylem

có màu nâu sẫm, bên trong bó mạch chứa đầy dịch nhờn vi khuẩn, ấn nhẹ vào đoạn cắt hoặc ngâm đoạn cắt thân có mạch dẫn màu nâu vào cốc nước có thể thấy dịch vi khuẩn ở trong đùn chảy qua miệng cắt ra ngoài Đặc điểm này được coi là một cách chẩn đoán nhanh bệnh héo xanh vi khuẩn Khi cây đã héo, nhổ lên thấy rễ bị thâm đen, thối hỏng Đối với cây khoai tây, củ cũng nhiễm bệnh ở ngoài đồng cho tới kho bảo quản

Cắt đôi củ bệnh thấy các vòng mạch dẫn màu nâu đen có giọt vi khuẩn màu trắng đục tiết ra trên bề mặt lát cắt bó mạch Đây là loại bệnh thuộc kiểu hại bó mạch xylem, tắc mạch dẫn gây hiện tượng héo chết cây, dễ nhầm lẫn với các bệnh héo do nấm hoặc các nguyên nhân khác gây ra song vẫn có thể phân biệt được

Bệnh thường phát sinh, phát triển mạnh và lây lan nhanh trong điều kiện trời nắng nóng, có mưa nhiều, đất ẩm ướt hoặc mật độ cây trồng quá dày Nhìn chung bệnh lây lan rất nhanh qua nguồn nước, bệnh có thể lây từ củ giống, đất trồng đã mang mầm bệnh từ vụ trước, từ nguồn nước mang nguồn bệnh từ ruộng khác chảy sang, từ nguồn phân tươi.v.v Vi khuẩn tồn tại trong đất, trong tàn dư cây trồng cỏ

dại, vi khuẩn có thể lan truyền qua cây giống, gió, nhờ nước, côn trùng và cả các công cụ chăm sóc tỉa cành [13]

1.3.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của vi khuẩn gây bệnh héo xanh

Vi khuẩn gây bệnh là loại vi khuẩn đất kí sinh thực vật thuộc họ

Pseudomonadacea, thuộc bộ Pseudomonadales Vi khuẩn hình gậy 0,5 x 1,5 µm,

hiếu khí, chuyển động có lông roi (1-3) ở đầu, nhuộm gram âm, trên môi trường Kelman (1954) khuẩn lạc màu kem nhẵn bóng, nhờn (vi khuẩn có tính độc gây bệnh) Nếu khuẩn lạc chuyển sang kiểu khuẩn lạc nâu, răn reo là isolate vi khuẩn mất tính độc (nhược độc) Để phát hiện dòng vi khuẩn này có tính độc thường dùng môi trường chọn lọc TZC Trên môi trường này isolate vi khuẩn có tính độc sẽ có khuẩn lạc ở giữa màu hồng, rìa trắng [13]

Vi khuẩn phát triển thích hợp ở pH 7,0-7,2; nhiệt độ thích hợp 25-300C, nhiệt

độ tối ưu 300C, nhiệt độ tối thiểu 100C, tối đa 410C, nhiệt độ gây chết 520C

Ralstonia solanacearum Smith là loại vi khuẩn hiếu khí, không hình thành bào tử, có khả năng tổng hợp poly-β-hydroxybutyrat như nguồn cacbon dự trữ, oxy

là chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi biến đổi thức ăn, trong vài trường hợp, nitrat được sử dụng là chất nhận điện tử, một vài loại lại dinh dưỡng bằng cách oxy hoá hợp chất vô cơ không bắt buộc, chúng có thể oxy hoá H2 hoặc CO thành nguồn

năng lượng chính Vì vậy Ralstonia solanacerum Smith có thể sinh trưởng và phát

triển trên nhiều loại môi trường khác nhau [63]

Mặc dù không tạo ra sắc tố phát huỳnh quang, nhưng nó có thể tổng hợp sắc

tố màu nâu khi khuyếch tán trên môi trường thạch có chứa tyrozin Ralstonia

solanacerum Smith có thể khử nitrat thành nitrit, không thuỷ phân tinh bột, hoá lỏng

hoặc không hoá lỏng gelatin Ralstonia solanacerum Smith có phản ứng khác nhau

với chất kháng sinh, các nòi của chúng có thể mẫn cảm với streptomycin, chống chịu

với penicillin, viomyxin, Những đặc tính sinh hoá chính của Ralstonia

solanacerumđược tóm tắt ở bảng 1.4 [63]

Bảng 1.4 Những đặc tính sinh hoá chính của Ralstonia Solanacearum Smith

Sinh khí từ nitrat + (phần lớn các chủng thuộc biovar 3)

Chú thích: (+): Phản ứng dương hoặc phát triển được

(-): Phản ứng âm hoặc không phát triển được

Loài vi khuẩn này phân hóa thành nhiều races, biovars khác nhau tùy theo loài cây ký chủ, vùng địa lý, đặc điểm sinh hóa tính độc, tính gây bệnh

Cho đến nay dựa theo 2 cơ sở phân loại khác nhau để phân biệt chúng:

- Các pathovar, các races (chủng, nhóm nòi) phân định trên cơ sở phổ ký chủ của chủng và vùng đia lý phân bố:

+ Race 1: Có phổ ký chủ rộng, các cây họ cà (cà chua, khoai tây, thuốc lá, cà bát, ),

họ đậu (lạc, ) phân bố ở các vùng đất thấp, nhiệt đới cận nhiệt đới (Biovar 1, 3 và 4) + Race 2: Gây bênh trên chuối (tam bội): Heliconia, phân bố ở vùng nhiệt đới châu

Mỹ, châu Á (Biovar 3 và 2)

+ Race 3: Chủ yếu hại trên khoai tây, cà chua, phân bố ở vùng nhiệt độ thấp hơn, vùng đất núi cao nhiệt đới, cận nhiệt đới (Biovar 2)

+ Race 4: Hại trên cây gừng (Philippines) (Biovar 4)

+ Race 5: Hại trên cây dâu tằm (Trung Quốc) (Biovar 5)

- Các biovars phân định trên cơ sở đặc tính sinh hóa (oxy hóa các nguồn hydratcacbon gồm 3 loại đường lactose, maltose, cellobiose và 3 loại rượu mannitol, dulcitol, sorbitol) đã xác định có 5 biovars ở các vùng trên thế giới là các biovar 1,2,3,4 và 5

Ở miền Bắc Việt Nam, những nghiên cứu gần đây đã xác định chủ yếu tồn tại các race 1 (biovar 3 và 4) hại trên lạc, khoai tây, cà chua biovar 3 có đặc tính tạo ra acid oxy hóa cả 6 loại lactose, maltose, cellobiose, dulcitol, mannitol và sorbitol Biovar 4 chỉ oxy hóa ba loại dulcitol, mannitol và sorbitol [13]

1.3.3 Đặc điểm xâm nhiễm và phát triển bệnh

Nghiên cứu về mặt sinh học phân tử cho thấy tính gây bệnh của các dòng vi khuẩn này có tính độc quyết định bởi gen HRP Những vi khuẩn này xâm nhiễm vào

rễ, thân cuống lá qua các vết thương cơ giới do nhổ cây con giống đem về trồng, do côn trùng hoặc tuyến trùng tạo ra, do chăm sóc vun trồng.v.v Vi khuẩn cũng có thể xâm nhập vào qua các lỗ hở tự nhiên, qua bì khổng trên củ (khoai tây) Sau khi đã xâm nhập vào rễ, lan tới các bó mạch dẫn xylem, sinh sản phát triển ở trong đó Sản sinh các enzym pectinase và cellulase để phân hủy mô, sinh ra các độc tố dạng exopolysaccharide (EPS) và lipopolysaccharide (LPS) vít tắc mạch dẫn cản trở sự vận chuyển nước và nhựa trong cây, dẫn tới cây héo nhanh chóng EPS được tổng hợp nhờ có nhóm gen eps.A, eps.B, và OPS

Bệnh truyền lan từ cây này sang cây khác trên đồng ruộng nhờ nước tưới, nước mưa, gió bụi, đất bám dính ở các dụng cụ dùng để vun sới, chăm sóc cây Vai

trò của tuyến trùng nốt sưng Meloidogyne incognita và các loài tuyến trùng khác

hoạt động trong đất, tạo vết thương cho vi khuẩn truyền lan, lây bệnh hỗn hợp rất đáng chú ý để ngăn ngừa

Bệnh phát triển mạnh và nhanh trong điều kiện nhiệt độ cao, mưa gió, nhất là

ở trên đất cát pha, thịt nhẹ hoặc đất đã nhiễm vi khuẩn, trồng các giống nhiễm bệnh

từ trước Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới sự phát sinh phát triển của bệnh Nhiệt độ thích hợp nhất là lớn hơn 300C Triệu chứng xuất hiện rõ trên cây khi

mà nhiệt độ ít nhất phải trên 200C và nhiệt độ đất phải > 140C, ẩm độ cao, tưới nhiều, tưới ngập rãnh đều là điều kiện tốt cho bệnh xâm nhiễm và phát triển mạnh, truyền lan dễ dàng

Đất khô ải hoặc ngâm nước dài ngày (luân canh lúa nước), bón phân đạm hữu

cơ, phân hoai mục với lượng cao (thâm canh) đều có khả năng làm giảm bệnh Điều chỉnh thời vụ cũng có ý nghĩa Bệnh thường phát triển mạnh, gây hại trong vụ khoai tây xuân hè ở các tỉnh phía Bắc

Nguồn bệnh đầu tiên được lưu truyền qua vụ qua năm là đất, tàn dư cây bệnh

và củ giống Ở trong đất, vi khuẩn có thể bảo tồn sức sống lâu dài tới 5-6 năm hoặc 6-7 tháng tuỳ thuộc vào ảnh hưởng củ nhiệt độ, độ ẩm, loại đất, các yếu tố sinh vật

và các yếu tố khác

Củ giống khoai tây nhiễm bệnh thậm chí bệnh ẩn (không có triệu chứng) là nguồn bệnh lây đi các nơi xa [13]

1.3.4 Biện pháp phòng trừ

Phòng chống bệnh héo xanh vi khuẩn hiện nay rất còn khó khăn phức tạp và

là vấn đề tồn tại chung trên thế giới Khả năng tốt nhất là phải áp dụng các biện pháp phòng trừ tổng hợp, chủ động sớm:

- Chọn lọc sử dụng trồng các giống chống bệnh, có năng suất, đặc biệt cần thiết cho các vùng có áp lực bệnh nặng hàng năm

- Củ giống khoai tây khoẻ sạch bệnh lấy giống ở các vùng ruộng không nhiễm bệnh Kiểm tra loại bỏ củ giống nhiễm bệnh ở trong kho trước khi đem trồng

- Tiêu huỷ tàn dư cây bệnh Tiêu diệt các loài cỏ dại, đặc biệt các loài cỏ dại là ký

chủ của bệnh Ageratum conyzoides, Solanum nigrum, Eupatorium odoratum

- Ngâm nước ruộng trong 15-30 ngày, hoặc cày đất phơi ải khô hạn chế nguồn bệnh vi khuẩn và tuyến trùng trong đất Chúng mẫn cảm với điều kiện ngập nước và khô

- Luân canh với lúa nước hoặc các loài cây phi ký chủ như cây ngô, mía, bông

- Tăng cường bón phân hữu cơ, phân hoai mục và bón vôi

- Biện pháp sinh học: sử dụng chế phẩm vi sinh vật đối kháng, tạo điều kiện cho đất tơi xốp, nhiều chất hữu cơ để tăng cường số lượng và hoạt tính đối kháng của

vi sinh vật đối kháng ở trong đất như Pseudomonas fluorescens, Bacillus

polymyxa, Bacillus subtilis [13]

1.4 Vi sinh vật đối kháng trong sản xuất nông nghiệp

1.4.1 Giới thiệu chung

Vi sinh vật đối kháng là những VSV trong quá trình sống tạo ra các hoạt chất sinh học (chất kháng sinh, enzym ) có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt tác nhân gây bệnh, hoặc cạnh tranh sử dụng điều kiện sống với các tác nhân gây bệnh [72]

Việc nghiên cứu vi sinh vật đối kháng được tiến hành ở nhiều nước như Anh, Pháp, Hungary, Nhật, Mỹ, Liên Xô cũ…và đã có sự quan tâm và đầu tư rất lớn của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới trong nhiều thập kỷ qua Việc nghiên cứu các vi sinh vật đối kháng có sức tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong sản xuất nông nghiệp đã thu được nhiều kết quả nhất định

Trong lĩnh vực bảo quản và chế biến nông sản, sử dụng vi sinh vật đối kháng cũng đạt được nhiều kết quả khả quan Patino-Vera M và cộng sự (2005) đã nghiên

cứu tác dụng ức chế vi khuẩn và nấm mốc Collectochitrum gloeosporioides gây thối hỏng xoài bằng nấm men Rhodotorula minuta [89]

Lawrence P (2006) đã cho thấy vi khuẩn Bacillus subtilis đối kháng có khả năng ngăn chặn sự nảy mầm của một số nấm gây thối Chế phẩm Bacillus subtilis đối

kháng đã được triển khai ở một số nước đang phát triển để phòng chống một số bệnh

ở quả trong bảo quản Một số nghiên cứu cho thấy Bacillus lichenformis có khả năng phòng chống mốc xanh ở táo [81]

Những nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ đã cho thấy nấm men Candida

oleophila có tác dụng ức chế một số loài nấm mốc gây thối hỏng trên quả như

Aspergilus niger, A flavus, Penicillium digitatum, P expansum [97] Hiện nay hai sản phẩm sinh học là Aspire của hãng Ecogen, Langhorn chứa nấm men đối kháng

Candida oleophila I-182 và chế phẩm Bio-save 110 của hãng Eco scince, Worcestes

chứa vi khuẩn đối kháng Pseudomonas syringae đã được đăng ký chất lượng và công

nhận là chế phẩm sinh học an toàn cho bảo quản sau thu hoạch đối với một số loại quả như táo, đào, cam, quýt ở Mỹ [71, 110]

Theo Onkar và cộng sự (1995) các loài Bacillus prodigiosum, Bacillus proteus,

Bacillus megatherium, Bacillus acidilactici có tác dụng đối kháng đối với loài vi

khuẩn hại cây trồng như Erwinia aroidae, Bacillus mycoides, Pseudomonas

fluorescens, Bacillus cereus, Pseudomonas solanacearum, hoặc Bacillus mesentericus

đối kháng với vi khuẩn Xanthomonas malvacearum ở mức độ khá cao [87]

Các nghiên cứu của Tschen và cộng sự (1985) cho thấy tất cả các vi sinh vật đối kháng đều sản xuất ra chất đối kháng và hầu hết các vi sinh vật đối kháng đều ức chế sự phát triển của nấm [104, 105]

Nấm đối kháng được nghiên cứu nhiều trên thế giới như Trichoderma

harzianum, Trichoderma viridae, Coniothyrium minitans, Sporidesmium sclerotivorum, Aureobasidium pollulans, Alternaria cuscutacidae, Aspergillus niger Hầu hết các nấm đối kháng đều sản sinh ra các chất ức chế quá trình chuyển

hoá Nấm Glicocladium sinh ra diketopiperazine giết chết pythium, vì chất này có tác dụng làm đông đặc tế bào chất Chất pirone do Trichoderma sinh ra được xem là có khả năng làm giảm bệnh chết úng do Rhizoctonia Việc ứng dụng các chất ức chế

quá trình chuyển hoá vào kiểm soát sinh học là một hướng đi khả thi

Vi khuẩn được nghiên cứu nhiều nhất trong kiểm soát sinh học là vi khuẩn

Agrobacterium radiobacter dòng K-84 là loài đối kháng của vi khuẩn gây bệnh

Agrobacterium tumefaciens. Theo các tác giả Martin và cộng sự (1976) vi khuẩn

Agrobacterium radiobacter dòng K84 không gây bệnh, tạo thành chất kháng sinh Bacteriocin (còn gọi là Agrocin 84) Chất kháng sinh này độc đối với tất cả các

chủng của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens (vi khuẩn Agrobacterium

tumefaciens phân bố rộng rãi trên thế giới và gây bệnh cho 140 loài thực vật) Ở Nhật Bản từ năm 1989 đã có chế phẩm sinh học Bacterose sản xuất từ vi khuẩn

Agrobacterium radiobacter dòng K84 Ở Hoa Kỳ chế phẩm vi khuẩn Agrobacterium

radiobacter được đăng ký từ năm 1979 để trừ bệnh do vi khuẩn Agrobacterium

tumefaciens gây ra [83]

Các chủng Bacillus subtilis NK-330 (FERM BP 1580) và NK-C3 (FERM BP

1581) ức chế mạnh mẽ sự phát triển và tổng hợp aflatoxin [87]

Ở nước ta, một số tác giả đã phát hiện vi sinh vật có khả năng đối kháng với

Ralstonia solanacearum như Bacillus sp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas

glumae, Pseudomonas cepacia, các thể đột biến của Ralstonia solanacearum không

độc v.v [ 27, 34]

1.4.2 Vi sinh vật đối kháng vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng cạn

Nguồn bệnh trong đất có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình sinh trưởng phát triển của cây trồng Tương tác sinh học có thể dẫn đến ngăn chặn hoặc cản trở nguồn bệnh trong điều kiện nhất định Khi rễ cây và mô cây bị tấn công sẽ xảy ra quá tŕnh thay đổi từ từ Những quan sát chung cho thấy khi sự thay đổi pH, độ ẩm đất, nhiệt

độ, cơ chất và tình trạng dinh dưỡng có lợi cho vi sinh vật đối kháng, tác nhân gây bệnh sẽ giảm sự gây bệnh

Ngăn chặn nguồn bệnh bởi các vi sinh vật đối kháng là kết quả của một hoặc một số cơ chế phụ thuộc vào hoạt tính đối kháng Sự tác động trực tiếp đối với nguồn bệnh bao gồm sự cạnh tranh xâm lấn về nơi cư trú, cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng cacbon và nitơ, sản sinh ra các chất ức chế mầm bệnh như kháng sinh, acid HCN phá huỷ sự phát triển nguồn bệnh, hoặc ký sinh vi sinh vật gây bệnh Tác động này

có thể thông qua các cơ chế gián tiếp đó là lợi dụng dinh dưỡng của cây, phá hủy nguồn bù đắp và thay đổi trong hệ thống giải phẫu rễ, thay đổi vi sinh vật vùng rễ, hoạt hoá cơ chế bảo vệ của cây trồng dẫn tới tăng cường khả năng chống chịu của cây

Vào đầu những năm 1970, một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng mật độ vi sinh vật đối kháng trong vùng rễ cây trồng là những hàng rào đầu tiên ngăn cản sự xâm nhiễm của các mầm bệnh trong đất Ngày nay, đã xác định nhiều loại vi sinh vật

trong đất có khả năng ngăn chặn được một số mầm bệnh trong đất do Fusarium,

Rhizoctonia, Pythium và Phytophthora Sự ngăn chặn mầm bệnh này liên quan tới đặc điểm hoá sinh của cây trồng, vi sinh vật đất Yếu tố sinh học là nhân tố đầu tiên trong việc ngăn chặn mầm bệnh được coi là sự kiểm soát sinh học nguồn bệnh cây trồng [83]

Theo Loeffler và cộng sự, Tschen, Tschen và Kuo (1985) các vi sinh vật đối

kháng với Rhizoctonia solani bao gồm các loài thuộc Aspergillus, Gliocladium,

Paecilomyces, Pennicillium, Trichoderma và Bacillus được phân lập từ đất Thái Lan

có tác động đối kháng với Rhizoctonia solani [82,103,105]

Trichoderma là loài được nghiên cứu nhiều nhất để trừ bệnh hại cây trồng

Nấm đối kháng Trichoderma có nhiều trong đất và được biết rõ đến hiệu quả trong việc kiểm soát các nấm bệnh như Rhizoctonia solani, Pythium ultimum và Botrytis

cinerea Cơ chế liên quan đến hiệu quả đối kháng là sự cạnh tranh, sinh kháng sinh

và ký sinh Trichoderma phát triển về phía nấm bệnh và giải phóng ra hợp chất (như

kháng sinh glitoxin, gliovirin, peptabiols) và một loạt các hệ thống enzym (như chitinase, glucanase và protease) Những enzym này tạo điều kiện thuận lợi cho

Trichoderma xâm nhập vào ký chủ và tận dụng dinh dưỡng của ký chủ [62]

Các nghiên cứu của trường đại học quốc gia Chung Hsing Đài Loan (2003)

cho thấy các loài nấm như Aspergillus, Glicocladium, Paecilomyces, Trichoderma

được sử dụng để nghiên cứu trong việc kiểm soát bệnh thối thân hoa cúc do sự xâm

nhiễm của Rhizoctonia solani Tất cả những vi sinh vật này đều bảo vệ hoa cúc khỏi

sự xâm nhiễm của Rhizoctonia solani [70]

Ở Việt Nam, công việc nghiên cứu nấm đối kháng trừ bệnh hại cây được bắt đầu tìm hiểu từ năm 1987 trên nấm Trichoderma Đến năm 1990 Bộ môn Bệnh cây của Viện Bảo vệ thực vật đã triển khai thành đề tài nghiên cứu sử dụng nấm đối

kháng Trichoderma Các chủng nấm Trichoderma đã thu thập được có hiệu quả ức chế cao đối với nấm gây bệnh Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii, Fusarium sp.,

Aspegillus Nấm đối kháng Trichoderma rất dễ nhân nuôi trên môi trường bã mía, lõi ngô, bã đậu, cám gạo, hạt thóc Dùng chế phẩm Trichoderma xử lý vào đất phòng

trừ bệnh khô vằn trên ngô có hiệu quả

Nghiên cứu của Trần Kim Loang và cộng sự (2008) cho thấy, sử dụng chế

phẩm Tricô – VTN có chứa chủng nấm Trichoderma có nồng độ 0,3-0,4% có hiệu quả trong việc hạn chế nấm Phytopthrora trên cây hồ tiêu tới 80% trong điều kiện

nhà lưới Sử dụng chế phẩm này với liều lượng 10-15g/gốc có thể hạn chế sự phát

triển và lây lan của bệnh do nấm Phytopthrora gây hại trên cây hồ tiêu trên đồng

ruộng [12]

Nghiên cứu của Nguyễn Văn Viên và cộng sự (2012) cho thấy, chế phẩm vi

sinh vật sản xuất từ nấm Trichoderma viride để phòng trừ các nấm bệnh Rhizoctonia

solani gây bệnh lở cổ rễ, nấm Sclerotium rolfsii gây bệnh héo gốc mốc trắng cây

khoai tây, lạc, đậu tương Khi sử dụng chế phẩm, đã làm tăng năng suất cho cây trồng đồng thời giảm thiểu được bệnh hại đối với một số loại cây trồng như lạc, đậu tương và khoai tây [36]

Nhóm vi khuẩn đối kháng bệnh cây trồng rất đa dạng bao gồm hàng loạt các

loại vi khuẩn như Agrobacterium, Bacillus, Burkholderia, Pseudomonas.v.v được

chỉ rõ có hiệu quả đối kháng đối với mầm bệnh trong đất

Một số tác giả chỉ ra các vi khuẩn Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas

putida, Pseudomonas aureofaciens là những loài đối kháng với nấm Rhizoctonia

solani và vi khuẩn gây bệnh vùng rễ cây Vi khuẩn đối kháng Pseudomonas gladioli

được sử dụng trừ bệnh héo do nấm Fusarium oxysporum f.sp lagenariae trên cây

bầu nậm ở Nhật Bản Để trừ bệnh do nấm Fusarium oxysporum f.sp licopersicum trên cà chua đã nhúng rễ cây con vào dung dịch vi khuẩn Pseudomonas mycophaga

dòng 1 Kết quả làm tỷ lệ bệnh từ 28,2% giảm xuống còn 0,8%, năng suất quả từ 181 tạ/ha tăng lên 239 tạ/ha

Vi khuẩn Bacillus đối kháng với nhiều loại vi khuẩn, nấm gây bệnh cây Theo nghiên cứu của Aspiras và Cruz sử dụng Bacillus polymyxa và Pseudomonas

fluorescens có khả năng ức chế bệnh mốc sương trên khoai tây [42]

Nghiên cứu của Gao và cộng sự (2004) cho thấy vi khuẩn Bacillus subtilis

GEB3 có khả năng sinh kháng sinh lipopeptit, ức chế nấm gây bệnh cây như

Rhizoctonia solani và Pyricularia oryzae Vi khuẩn Bacillus subtilis có thể ngăn chặn sự phát triển của Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus trên bột đậu phộng

và bắp [51]

Các chủng Bacillus subtilis NK-330 (FERM BP 1580) và NK-C3 (FERM BP

1581) ức chế mạnh mẽ sự phát triển và tổng hợp aflatoxin [76]

Chae Gun Phae và cộng sự (1992) đã cho rằng chủng Bacillus subtilis NB22

có thể tiết vào đất chất inturin, chất này có khả năng ức chế sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn gây bệnh héo xanh [43]

Kết quả nghiên cứu của Jetiyamon và cộng sự (2002) cho thấy tổ hợp giữa

Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus và Bacillus sphaericus có khả năng ức

chế một số bệnh cây trồng như bệnh đốm virut dưa chuột, héo xanh vi khuẩn cà chua, bệnh than trên cây tiêu [69]

Ở nước ta, một số tác giả đã phát hiện vi sinh vật có khả năng đối kháng với

Ralstonia solanacearum như Bacillus sp, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas

glumae, Pseudomonas cepacia,.v.v [27, 34]

Nghiên cứu của Phạm Bích Hiên và cộng sự (2005) cho thấy sử dụng vi

khuẩn Lactobacillus và Bacillus hạn chế được bệnh héo rũ do Fusarium oxysporum

và bệnh thối quả do Erwinia carotovora gây ra trên cây ớt [9]

Nghiên cứu của Vũ Thúy Nga (2008) cho thấy, sử dụng vi khuẩn Bacillus có khả năng đối kháng lại nấm Fusarium oxysporum gây bệnh trên lạc, ớt và dưa hấu [15]

Theo nghiên cứu của Nguyễn Mạnh Dũng và cộng sự (1999) một số chủng vi

khuẩn Bacillus có tác dụng ức chế nấm Fusarium, Aspergillus, Sclerotium gây bệnh

trên cây lạc và kích thích cây sinh trưởng phát triển [4]

1.4.3 Vi sinh vật trong kiểm soát sinh học bệnh héo xanh vi khuẩn

Một trong các biện pháp nhằm hạn chế bệnh héo xanh vi khuẩn là sử dụng vi sinh vật đối kháng Biện pháp này đã được sự quan tâm và đầu tư rất lớn của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới trong nhiều thập kỷ qua [106] Một số các tác giả đã

phát hiện được một số chủng vi sinh vật có khả năng đối kháng với Ralstonia

solanacearum như Bacillus sp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas glumae,

Pseudomonas cepacia, các thể đột biến của Rastonia solanacearum không độc.v.v

Khi sử dụng các biện pháp phòng trừ sinh học đều cho thấy mức độ giảm

quần thể Ralstonia solanacearum Smith một cách hiệu quả, mặc dù hầu hết các kết

quả đều ở phạm vi phòng thí nghiệm, nhà kính và quy mô đồng ruộng nhỏ Các chất

giống như kháng sinh sinh ra bởi Pseudomonas cepacia và Pseudomonas glumae,

cần được nghiên cứu kỹ hơn để đánh giá vai trò tiềm tàng của chúng trong việc

phòng chống Ralstonia solanacearum Smith ở trên đồng ruộng [41]

Nghiên cứu của Đỗ Tấn Dũng năm 2002 cho thấy, sử dụng các vi sinh vật đối kháng bệnh héo xanh khoai tây bằng bằng cách xử lý củ giống trước khi trồng và đưa

vi sinh vật đối kháng vào vùng rễ trồng cây khoai tây ngay từ giai đoạn đầu sau trồng 7-10 ngày sẽ có khả năng hạn chế bệnh héo xanh trên diện rộng [5]

Tanaka (1990) đã phát hiện được các thực khuẩn thể không độc có vai trò tiềm tàng trong phòng trừ sinh học bệnh héo xanh Wall đã phát hiện thấy tần suất thực khuẩn thể không độc cao hơn ở những ruộng cao hơn không có cây bệnh bị

nhiễm, khi so với ruộng bị nhiễm kề cạnh Vi khuẩn đối kháng với R.solanacearum

Smith có thể được phân lập từ những nguồn khác nhau, chẳng hạn từ những vùng đất

và rễ cây họ cà, ớt và hành không có mầm bệnh [100]

Cho đến nay, triển vọng nhất trong phòng trừ sinh học bệnh héo xanh ở các thực nghiệm trên động ruộng là việc sử dụng chủng vi khuẩn đối kháng

Pseudomonas fluorescens BC8 như một yếu tố bổ sung, có thể làm giảm mức độ héo

xanh ở khoai tây, tốt nhất là bổ sung Pseudomonas fluorescens BC8 vào giai đoạn

cây ra củ Hơn nữa, các nhân tố phòng trừ sinh học dường như rất thích nghi với sự sống theo kiểu hoại sinh ở trong đất và có thể xâm nhập vào cây chủ qua hệ rễ [53]

Jian – Hua Guo và cộng sự (2003) đã chỉ rõ vi khuẩn Bacillus sp BB11 có

khả năng giảm 68,4% bệnh héo xanh vi khuẩn và tăng năng suất 59,0% trên cây cà chua [70]

Các nghiên cứu trong nước về sử dụng vi sinh vật đối kháng vi khuẩn gây bệnh héo xanh như:

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nghiên cứu khả năng sinh kháng sinh

chống vi khuẩn gây bệnh héo xanh của Streptomyces arabicuss và chế phẩm sinh học Fluorecent từ Pseudomonas fluorescens [35]

Trường Đại học Sư phạm I Hà Nội đã nghiên cứu chủng xạ khuẩn

Streptomyces V6 có khả năng sinh kháng sinh chống nấm và vi khuẩn Ralstonia

solanacearum [1]

Nghiên cứu của Lê Như Kiểu và cộng sự (2009) cho thấy, sử dụng chế phẩm

vi sinh vật có chứa hỗn hợp các chủng vi khuẩn Bacillus và Pseudomonas làm giảm

tỷ lệ bệnh héo xanh vi khuẩn trên đồng ruộng đối với cây lạc từ 33,33-44,41% và 37,0-72,0% đối với cây vừng [11]

Theo tác giả Nguyễn Tất Thắng và cộng sự (2011), sử dụng chế phẩm vi

khuẩn Bacillus subtilic kết hợp với thuốc hóa học phòng trừ bệnh héo xanh vi khuẩn

đối với cây khoai tây Chế phẩm dùng xử lý đất trước khi trồng có tác dụng hạn chế khả năng xâm nhiễm, phát sinh và phát triển của bệnh héo xanh vi khuẩn hại khoai tây [26]

Kết quả hoạt động bảo tồn quỹ gen trồng trọt giai đoạn 2006-2010, Viện Thổ

nhưỡng Nông hóa cho thấy, hiện nay có 22/46 các chủng vi khuẩn chi Bacillus, 5/40 chủng vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas, 9/34 chủng xạ khuẩn chi Streptomyces có

khả năng đối kháng lại vi khuẩn gây bệnh héo xanh trên các đối tượng cây trồng chính như cà chua, lạc, khoai tây [8]

1.5 Phân bón vi sinh vật

Cùng với chất hữu cơ, vi sinh vật sống tồn tại trong đất, nước và vùng rễ cây

có ý nghĩa quan trọng trong các mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của vi sinh vật (quá trình mùn hoá, khoáng hoá hợp chất chất hữu cơ, quá trình phân giải hoặc cố định chất vô cơ ) Vì vậy, vi sinh vật được coi là một bộ phận của hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp [30]

Tại nhiều quốc gia trên thế giới, phân bón vi sinh vật được hiểu là các sản phẩm chứa các vi sinh vật tồn tại dưới dạng tế bào đang sống hay còn gọi là tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử hay vi sinh vật dạng ngủ từ các chủng vi sinh vật hữu hiệu có khả năng cố định nitơ (cố định đạm) hoặc chuyển hoá lân khó tan thành lân dễ tiêu tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào quá trình dinh dưỡng của cây và đất trồng

Phân bón vi sinh vật được hiểu như là các loại chế phẩm có chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật đã được tuyển chọn ở dạng tế bào sống (tế bào sinh dưỡng) hoặc dưới dạng tiềm sinh với có mật độ tế bào đạt theo tiêu chuẩn hiện hành Những chủng vi sinh vật này có khả năng tăng cường quá trình hấp thu các chất dinh dưỡng cho cây trồng bởi các tương tác của chúng đối với cây trồng trong vùng rễ Thông qua đó vi sinh vật được nhiễm vào đất và cây trồng và nhờ các hoạt động của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng (N, P ,K, ) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất và/hoặc chất lượng nông sản Phân vi sinh

bảo đảm không gây ảnh hưởng xấu đến người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản Sử dụng phân bón vi sinh vật là một phần quan trọng trong quá trình quản lý nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, chúng mang lại giá trị và là nguồn tái tạo mới chất dinh dưỡng cho cây trồng, bổ sung cho các loại phân bón hóa học và phát triển nông nghiệp bền vững [18, 30]

1.5.1 Phân vi sinh vật cố định nitơ

+ Phân vi khu ẩn nốt sần: Trong hệ thống cố định nitrogen sinh học, cố định nitrogen

cộng sinh giữa vi khuẩn nốt sần và cây bộ đậu là quan trọng nhất, ước tính đạt trên

80 triệu tấn/năm, tương đương với lượng phân đạm vô cơ trên toàn thế giới sản xuất năm 1990 Trong hệ thống cố định đạm sinh học này, mỗi nốt sần là một nhà máy phân đạm mini, trong đó cây chủ vừa là chỗ trú ngụ đồng thời cũng là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình cố định đạm của vi khuẩn và nhận lại lượng đạm từ quá trình cố định nitrogen để cung cấp cho các quá trình tổng hợp đạm trong thân, lá, hoa quả [16]

Nhiễm khuẩn Rhizobium cho cây bộ đậu không đắt, chỉ cần đầu tư kỹ thuật

nhỏ nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao và đặc biệt quá trình tổng hợp đạm sinh học này không gây ô nhiễm môi trường, mà còn góp phần nâng cao độ phì của đất, cải thiện môi trường sinh thái Sản xuất, sử dụng phân vi khuẩn nốt sần nhằm tăng năng suất cây bộ đậu, giảm chi phí sản xuất và nâng cao thu nhập cho người nông dân là một tiến bộ kỹ thuật đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng thành công (Phạm Văn Toản và cs, 2004) [30]

Nghiên cứu của Lê Thị Thanh Thủy và cộng sự (2011) cho thấy, sử dụng vi

khuẩn Rhizobium trên cây đậu tương đã làm tăng khả năng hình thành nốt sần, chiều

cao cây, và năng suất tăng từ 31,12-70,03%, đồng thời gia tăng lợi nhuận cho người trồng đậu tương từ 1.158.000 - 2.934.000 đồng/ha [32]

Phân vi khuẩn nốt sần đã được sản xuất công nghiệp và trở thành hàng hoá ở châu Âu, Nam Mỹ và Úc Năm 2000 giá trị hàng hoá của phân vi khuẩn nốt sần trên thế giới đạt khoảng 50 triệu USD, trong đó Mỹ là quốc gia có lượng sử dụng lớn nhất với giá trị là 20 triệu USD [96] Tại Ấn Độ, phân vi khuẩn nốt sần đã giúp tăng năng suất cây đậu đỗ trung bình tới 13,9% và mang lại lợi nhuận 1.204 Rupi/ha [73] Ở

Đông Nam Á, Thái Lan là nước sử dụng phân vi khuẩn nốt sần nhiều nhất Theo Kongngoen S và cs (1997), số lượng phân vi khuẩn nốt sần được sử dụng ở Thái Lan đã tăng từ 3,36 tấn (1985) lên 203,28 tấn (1997) tương đương với giá trị hàng hoá là 406.571 USD Thông qua việc sử dụng phân vi khuẩn nốt sần trong giai đoạn

1980 - 1993, Thái Lan đã tiết kiệm được 143.828 tấn urê Lợi nhuận của việc nhiễm khuẩn cho lạc mang lại cho mỗi ha là 78,5 USD/ha [79]

+ Phân vi khu ẩn cố định nitrogen tự do: Trong khi vi khuẩn nốt sần để cố định được

nitrogen từ không khí bắt buộc phải có mối quan hệ cộng sinh với cây bộ đậu thì một

số vi khuẩn khác sống tự do trong đất và nước cũng có khả năng cố định nitrogen không khí, tổng hợp thành đạm cung cấp cho đất và cây trồng Một trong số vi khuẩn

quan trọng là Azotobacter, một loại vi khuẩn hiếu khí, sống tự do và có mặt hầu hết

các loại đất và hệ sinh thái nông nghiệp với số lượng khác nhau

Phân bón vi sinh vật Azotobacter có thể coi là một loại phân bón vi sinh vật

được ứng dụng sớm nhất, sau đó trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã

khám phá ra Azotobacter không chỉ có khả năng cố định nitrogen và còn có khả năng

sinh tổng hợp hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, một số vitamin và hoạt chất ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi nấm gây bệnh vùng rễ một số cây trồng [16]

Nghiên cứu của Kizilkaya (2009) cho thấy, khi nuôi cấy các chủng

A.chroococcum trên môi trường Ashby sau 3 ngày, hàm lượng N thu được trên môi trường nuôi cấy từ 3,50-29,35 µgN/ml và trung bình là 10,24 µgN/ml Ngoài ra khi ủ

A.chroococcum với đất sét, hàm lượng N thu được là 4,78-15,91 µgN/ml, đất mùn hàm lượng N thu được là 9,03-13,47 µgN/ml, đất sét pha cát 6,61-16,60 µgN/ml [77]

Sản phẩm phân bón vi sinh vật cố định nitrogen tự do từ vi khuẩn Azotobacter

và Clostridium đã được sản xuất tại Mỹ, Úc và sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới với

tên E.2001 mang lại hiệu quả kinh tế xã hội tương đối cao Ở Việt Nam, E.2001 đã được khảo nghiệm hiệu lực đối với cây trồng trên đồng ruộng và được Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đưa vào danh mục các loại phân bón được phép sản xuất tại Việt Nam Kết quả khảo nghiệm E.2001 trên cà chua cho năng suất tăng 47,44%, rau diếp tăng 56,32%, bầu tăng 33,33% so với đối chứng [16]

+ Phân vi khu ẩn cố định nitrogen hội sinh: Vi khuẩn sống hội sinh trong vùng rễ cây

trồng cũng có khả năng cố định nitrogen không khí, tổng hợp thành đạm cung cấp cho đất và cây trồng Sản phẩm phân bón vi sinh vật cố định nitrogen hội sinh được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất hiện nay là là phân vi sinh vật cố định nitrogen sản

xuất từ Azospirillum Đây là loại vi khuẩn gram âm, có dạng xoắn từ nửa vòng đến

vài vòng, sống hội sinh trong vùng rễ cây hòa thảo, cây bộ đậu, bông và rau Trong

vùng rễ cây, Azospirillum nhận các chất hữu cơ từ chất tiết rễ cây là nguồn dinh

dưỡng, tổng hợp đạm cung cấp trở lại cho đất và cây trồng

Sản phẩm phân vi sinh vật cố định nitrogen từ Azospirillum được nghiên cứu

và đưa vào sử dụng tại nhiều nước trên thế giới Tại Ấn Độ, sử dụng phân vi sinh vật

cố định nitrogen cho lúa, cao lương và bông làm tăng năng suất trung bình 11,4%, 18,2% và 6,8% [30]

Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định nitrogen hội sinh được nghiên cứu và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ XX trong khuôn khổ đề tài khoa học cấp nhà nước KC 08.01 Sản phẩm được gọi dưới tên Azogin, Rhizolua Các thử nghiệm sử dụng phân vi sinh vật cố định nitrogen hội sinh (Azogin) ở 15 tỉnh miền Bắc, Trung

và Nam trên diện tích hàng chục ngàn hecta cho thấy, trong cùng điều kiện sản xuất, ruộng lúa được bón phân Azogin đều cho kết quả tốt hơn so với đối chứng, biểu hiện thông qua bộ lá phát triển tốt hơn, tỷ lệ nhánh hữu hiệu và số bông/khóm nhiều hơn đối chứng Năng suất hạt tăng 4-25%, đặc biệt nhiều nơi bón Azogin và giảm 20% phân khoáng vẫn cho năng suất lúa cao hơn đối chứng

Đối với rau (xà lách, rau diếp, khoai tây, ), bón phân Azogin cũng làm tăng sản lượng thu hoạch 20-30% Việc bón phân Azogin còn làm tăng khả năng chống chịu của cây và giảm lượng nitrat tồn dư trong rau [16]

1.5.2 Phân vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan

Lân là một trong những yếu tố quan trọng đối với cây trồng Lân dễ tiêu trong đất thường không đáp ứng được nhu cầu của cây nhất là những cây trồng có năng suất cao Bón phân lân và tăng cường độ hoà tan các dạng lân khó tiêu là biện pháp quan trọng trong sản xuất nông nghiệp Bón phân hữu cơ, vùi xác động vật vào đất ở mức độ nhất định là biện pháp tăng hàm lượng lân cho đất [28]

Phospho ở trong đất mang tính di động thông qua các đặc tính lý hóa (phân giải – hấp thụ) và sinh học (cố định – khoáng hóa) Số lượng lớn phospho được đưa vào trong đất dưới dạng phân bón sẽ được chuyển hóa thông qua các phản ứng như

bị cố định lại với Ca3+ và Fe3+ trong đất mang tính acid, với Ca2+ trong đất có chứa canxi hoặt đất bình thường [62; 63] Hiệu quả sử dụng của phân bón có chứa phospho trên thế giới bình quân ở mức 10-25% [68] và hàm lượng phospho mà cây trồng có thể sử dụng được có trong đất trồng ở mức rất thấp khoảng 1,0mg/kg đất [58] Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc sẵn sàng cung cấp nguồn dinh dưỡng phospho cho cây trồng [92]

Vi sinh vật phân giải lân, vi sinh vật chuyển hoá lân (Phosphate Solubilizing Microorganisms - PSM) là các vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hợp chất phospho khó tan thành dạng dễ tan cho cây trồng sử dụng Vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan trong đất có vai trò quan trọng trong việc sẵn sàng cung cấp dinh dưỡng phospho cho cây trồng thông qua quá trình hòa tan và khoáng hóa các nguồn phospho hữu cơ và vô cơ Cơ chế chủ yếu trong đất là vi sinh vật sản sinh ra các acid hữu cơ làm giảm pH trong đất trồng hòa tan các muối phosphate và thông qua quá trình khoáng hóa các hợp chất phospho dạng hữu cơ bởi acid phosphoric Sử dụng các loại chế phẩm vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan làm tăng cường khả năng hấp thu phospho cho cây trồng Những loại vi sinh vật này còn có khả năng chuyển hóa các hợp chất phospho làm nguồn dinh dưỡng cho cây trồng thông qua quá trình chuyển hóa các loại quặng có chứa các hợp chất phospho khó tan Hiệu quả của vi sinh vật phân giải các hợp chất phospho khó tan sẽ lớn hơn khi

sử dụng chúng phối hợp với các loài vi sinh sinh vật khác và nấm rễ

Số lượng lớn vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan tập trung trong vùng rễ cây trồng và hoạt động trao đổi chất của chúng được thực hiện từ nhiều nguồn khác nhau [108] Thông thường, trong 1g đất màu mỡ, chứa khoảng từ 101-

1010 vi khuẩn Quần thể vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan có ở mọi nơi cùng với sự thay đổi dưới các hình thức khác nhau của các loại đất Quần thể vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan trong đất trồng phụ thuộc vào tính chất của đất trồng (tính chất vật lý, hóa học, hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng phospho) sẽ khác nhau [75]

Các vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan được biết đến nay là các

loài: Pseudomonas, Bacillus, Penicillium, Sclerotium, Aspergillus v.v Các vi sinh

vật nay không chỉ phân giải phosphat canxi mà cả phosphat nhôm, sắt và các dạng khác kể cả quặng Vi sinh vật không chỉ chuyển hoá phospho dạng vô cơ, mà còn có khả năng khoáng hoá các hợp chất lân hữu cơ tạo ra sản phẩm cây trồng có thể hấp thu được [52]

Cơ chế của quá trình phân giải phospho đến nay vẫn chưa hiểu đầy đủ và còn nhiều tranh cãi Sản sinh acid hữu cơ có thể là nguyên nhân chủ yếu, tuy nhiên tổng hợp CO2, H2S, acid hoặc kiềm cũng là các yếu tố được nhiều nhà nghiên cứu đề cập Trước đây, người ta phát hiện thấy nhiều vi sinh vật trong quá trình phát triển đã làm giảm pH của môi trường nuôi cấy, sau đó các nhà khoa học đã xác định được trong dịch nuôi cấy các vi sinh vật có chứa acid hữu cơ như acid acetic, lactic, formic, gluconic, oxalic, succinic, malic, citric, Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (cũ) và Ấn Độ cho thấy lượng lân hữu hiệu trong đất tăng lên nếu được bón thêm các chất hữu cơ và humat Điều đó cho thấy, acid hữu cơ sản sinh do vi sinh vật

từ các chất hữu cơ đã giúp cho việc phân giải phosphate khó tan Nghiên cứu trong đất trồng, người cũng phát hiện các acid hữu cơ tương tự sản sinh từ vi sinh vật Acid hữu cơ làm giảm pH và qua đó trợ giúp cho việc tạo thành hợp chất bền vững với các cation Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ Hợp chất này bền vững hơn các hợp chất chứa phospho Hiện tượng này xảy ra tương tự trong việc phòng ngừa sự cố định phospho của phân lân vô cơ trong quá trình phong hóa [16]

Lân dễ tiêu thường bị đất cố định Theo Khan A và cộng sự (2009), cho thấy

ít nhất 2/3 lượng phospho bón cho cây bị đất giữ chặt Vi sinh vật phân giải lân không chỉ khoáng hoá phospho hữu cơ mà còn chuyển hoá hợp chất phospho khó tan thành dễ tiêu giúp cho cây trồng sinh trưởng phát triển tốt hơn Các kết quả nghiên cứu trên lúa mì, đại mạch, ngô, rau quả đều cho thấy cây trồng có phản ứng tích cực với việc được xử lý vi sinh vật phân giải lân, có thể làm tăng năng suất cây và khả năng sử dụng phospho, tăng chất lượng sản phẩm [74]

Vi khuẩn phân giải các hợp chất phospho bị cố định trong đất làm gia tăng năng suất cho cây trồng [59] Sử dụng trực tiếp quặng phosphorite bón cho cây trồng

thì không có hiệu quả trong thời gian ngắn đối với những cây trồng hàng năm [57] Acid hữu cơ do nhóm vi khuẩn phân giải hợp chất phospho khó tan sản sinh ra giúp tăng cường khả năng năng hòa tan quặng phosphorite giúp cây trồng dễ dàng hấp thụ [60]

Nghiên cứu của Tao và cộng sự (2008) cho thấy, sử dụng vi khuẩn làm tăng khả năng phân giải hợp chất phospho vô cơ khó tan, làm tăng hàm lượng phospho hữu hiệu Hàm lượng phospho hữu hiệu tạo ra dao động trong khoảng 25-42 µgP/ml đối với quá trình phân giải hợp chất phospho vô cơ Hàm lượng phospho hữu hiệu tạo ra dao động trong khoảng từ 8-18 µgP/ml đối với quá trình phân giải hợp chất phospho hữu cơ [102] Sử dụng vi khuẩn phân giải hợp chất phospho khó tan phối hợp với super lân đơn và quặng phosphorite giảm liều lượng sử dụng phân bón chứa phospho xuống còn từ 25-50% [99]

Nghiên cứu của Ghaderi và cộng sự (2008) cho thấy, sử dụng vi khuẩn

Pseudomonas putida , P fluorescens Chao và P fluorescens Tabriz làm giảm lượng

phân bón chứa phospho lần lượt là 51,0; 29,0 và 62,0% [54] Vi khuẩn

Pseudomonas striata và Bacillus polymyxa hòa tan được lần lượt 156,0 và 116,0 mgP/ml [93] Nghiên cứu của Henri và cộng sự (2008) cho thấy, vi khuẩn P

Fluorescens có thể hòa tan Ca3(PO4)2 và tạo ra được 100,0 mgP/l hoặc 91,0 mgP/ml trong AlPO4 và 51,0 mg/l trong FePO4 [64]

Hiệu quả của sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan trong nông nghiệp cho thấy, năng suất cây trồng được tăng đến tới 70% Sử dụng chế phẩm vi sinh vật kết hợp với nấm rễ nâng cao hiệu quả sử dụng phospho từ nguồn phospho trong đất và nguồn phospho từ quặng phosphorite [57] Nghiên cứu của Kucey và cộng sự (1989), Ponmurugan và cộng sự (2006) cho thấy, sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan làm tăng cường khả năng cố định nitơ sinh

học của nhóm vi sinh vật cố định nitơ [80; 90] Sử dụng vi khuẩn Pseudomonas sp

làm gia tăng số lượng nốt sần, trọng lượng khô của nốt sần, năng suất của cây đậu tương [97] Nghiên cứu của Yazdani và cộng sự (2009) cho thấy, sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất phospho khó tan kết hợp với vi sinh vật sinh tổng hợp hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, giảm 50% lượng phân bón chứa phospho không làm