Luận văn: Nghiên cứu chế phẩm sinh học nấm Chaetomium phòng trừ bệnh cây chè

Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu phát triển chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium, giải pháp phòng trừ hiệu quả nấm bệnh trên cây chè.

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Oanh
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Thanh Huyền
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu, phát triển chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium nhằm phòng trừ nấm gây bệnh cho cây chè
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Nấm Chaetomium và Ứng dụng trong Nông nghiệp

Nấm Chaetomium là một loại nấm có khả năng đối kháng mạnh mẽ với các tác nhân gây bệnh trên cây trồng. Đây là một trong những chế phẩm sinh học hiệu quả được nghiên cứu và phát triển để phòng trừ bệnh cây chè một cách bền vững. Nấm Chaetomium có khả năng sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính kháng nấm, giúp bảo vệ cây chè khỏi các bệnh do nấm gây ra. Việc sử dụng chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng. Những nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Hà Nội đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này trong bảo vệ cây chè.

1.1. Đặc điểm hình thái và phân bố của Nấm Chaetomium

Nấm Chaetomium được đặc trưng bởi bào tử đen, hình cầu với các sợi mầu xung quanh. Loài nấm này phân bố rộng rãi trên các chất hữu cơ, đặc biệt là trong đất và thảm rác thực vật. Chaetomium có khả năng phân giải cellulose cao, giúp phá huỷ các bệnh nhân chứa nấm gây hại. Chúng thường được tìm thấy trong môi trường đất ẩm ướt, có điều kiện tốt cho sự phát triển.

1.2. Hoạt tính kháng nấm và cơ chế phòng chống

Chế phẩm sinh học Chaetomium hoạt động thông qua nhiều cơ chế: cạnh tranh dinh dưỡng, sản xuất các chất kháng sinh tự nhiên, và phân giải thành phần tế bào của các nấm bệnh. Các chủng nấm Chaetomium được phân lập từ đất có khả năng đối kháng mạnh mẽ với các nấm gây bệnh như Fusarium. Hoạt tính cellulase của nấm này giúp tiêu diệt hiệu quả các tác nhân gây bệnh cho cây chè.

II. Bệnh Tật Trên Cây Chè và Nhu Cầu Phòng Trừ

Cây chè là một trong những cây trồng kinh tế quan trọng tại Việt Nam, nhưng thường bị nhiều bệnh do nấm gây ra ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng. Các bệnh nấm gây bệnh phổ biến trên cây chè bao gồm bệnh héo rễ do Fusarium, bệnh lá đen, và các bệnh lây lan nhanh chóng. Phương pháp phòng trừ bệnh cây chè truyền thống sử dụng hóa chất có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe. Do đó, việc phát triển các chế phẩm sinh học như nấm Chaetomium trở nên cần thiết. Sử dụng chế phẩm sinh học phòng trừ nấm không chỉ hiệu quả mà còn bền vững và an toàn.

2.1. Các loại bệnh nấm phổ biến trên cây chè

Cây chè bị ảnh hưởng bởi nhiều loài nấm gây bệnh như Fusarium, Colletotrichum, và các nấm gây bệnh rễ khác. Bệnh do nấm thường xuất hiện ở các vùng có độ ẩm cao, gây suy giảm năng suất và chất lượng lá chè. Các bệnh này lan truyền qua đất và nước tưới, tạo ra tổn thất kinh tế lớn cho người nông dân.

2.2. Lợi ích của phương pháp sinh học so với hóa chất

Chế phẩm sinh học như Chaetomium mang lại nhiều lợi ích vượt trội: không gây ô nhiễm môi trường, an toàn cho người tiêu dùng, không tạo kháng thuốc ở nấm bệnh, và chi phí dài hạn thấp hơn. Phòng trừ bệnh cây chè bằng chế phẩm sinh học là giải pháp bền vững, phù hợp với nông nghiệp hữu cơ.

III. Quy Trình Phát Triển và Ứng Dụng Chế Phẩm Chaetomium

Quá trình phát triển chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium bao gồm nhiều bước khoa học nghiêm ngặt. Trước tiên, các chủng nấm Chaetomium được phân lập từ đất và được kiểm tra khả năng đối kháng với các nấm bệnh. Sau đó, nghiên cứu các điều kiện tối ưu về môi trường nuôi cấy, nhiệt độ, pH, và ánh sáng để đạt sản lượng bào tử cao nhất. Các chế phẩm được định danh bằng phương pháp sinh học phân tử để đảm bảo độ tin cậy. Cuối cùng, chế phẩm được đánh giá hiệu lực trên cây chè thực tế trong các điều kiện nông dân.

3.1. Phương pháp phân lập và lựa chọn chủng nấm tối ưu

Nấm Chaetomium được phân lập từ các mẫu đất khác nhau bằng phương pháp nuôi cấy chọn lọc. Các chủng được kiểm tra hoạt tính đối kháng với nấm gây bệnh trên các môi trường dinh dưỡng khác nhau. Chủng nấm có hiệu quả cao nhất được lựa chọn để phát triển thành chế phẩm sinh học toàn quy mô.

3.2. Tối ưu hóa điều kiện sản xuất chế phẩm

Điều kiện nuôi cấy được tối ưu hóa để tăng sản lượng và hoạt tính của chế phẩm. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng, nhiệt độ, pH, và ánh sáng đối với sự phát triển và sản bào tử của nấm. Chế phẩm sinh học được formulate thành các dạng dễ sử dụng cho nông dân.

3.3. Đánh giá hiệu lực phòng trừ trên thực địa

Chế phẩm sinh học Chaetomium được kiểm định trên cây chè trong điều kiện thực tế. Đánh giá hiệu lực bao gồm theo dõi tỷ lệ mắc bệnh, mức độ bệnh, và năng suất. Kết quả cho thấy phòng trừ bệnh cây chè bằng Chaetomium có hiệu quả từ 60-80%.

IV. Hướng Phát Triển và Triển Vọng Ứng Dụng Chế Phẩm Chaetomium

Chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium có tiềm năng lớn trong phòng trừ bệnh cây chè và các cây trồng khác ở Việt Nam. Việc phát triển công nghệ sản xuất quy mô lớn sẽ giúp giảm giá thành và tăng khả năng tiếp cận của nông dân. Kết hợp chế phẩm sinh học với các biện pháp khác như canh tác bền vững sẽ tạo ra một hệ thống phòng trừ bệnh cây chè toàn diện. Những nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc nâng cấp hoạt tính đối kháng thông qua kỹ thuật di truyền, và phát triển các công thức chế phẩm ổn định hơn. Với sự hỗ trợ của các cơ quan nghiên cứu và chính phủ, chế phẩm sinh học Chaetomium sẽ trở thành giải pháp chính cho phòng trừ bệnh cây chè bền vững.

4.1. Tiềm năng thương mại và phát triển sản phẩm

Chế phẩm sinh học Chaetomium có giá trị thương mại cao do nhu cầu lớn từ ngành chè. Việc phát triển chế phẩm ở dạng dung dịch, bột, hoặc viên nén sẽ mở rộng thị trường. Kết hợp với các chế phẩm khác và hoạt động quảng bá sẽ tăng tính cạnh tranh.

4.2. Hợp tác quốc tế và chuyển giao công nghệ

Việc hợp tác với các tổ chức quốc tế như GS. Kasem Soytong sẽ giúp tối ưu hóa công nghệ. Chế phẩm sinh học Chaetomium có thể được chuyển giao sang các nước Đông Nam Á, mở rộng ứng dụng.

4.3. Phát triển bền vững và nông nghiệp hữu cơ

Chế phẩm sinh học hỗ trợ mạnh mẽ cho nông nghiệp hữu cơ và sản xuất chè chất lượng cao. Phòng trừ bệnh cây chè bằng phương pháp sinh học giảm dư lượng hóa chất, tăng giá trị sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Như chúng ta đã biết cây chè là một trong những cây công nghiệp chủ lực của vùng trung du miền núi phía Bắc. Theo số liệu của tổng cục thống kê diện tích chè cả nước chiếm khoảng 130 nghìn ha thì trong đó vùng miền núi phía Bắc chiếm khoảng gần 2/3. Cây chè đã góp phần tạo việc làm và là nguồn thu nhập chính cho hàng triệu lao động. Tuy nhiên, việc tăng năng xuất chè thường gắn liền với việc lạm dụng phân bón hóa học, thuốc trừ bệnh hóa học khiến bệnh hại chè cũng phức tạp hơn đồng thời gây ô nhiễm môi trường, mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng tới sức khỏe con người.

Hướng đi được quan tâm hiện nay là sự phát triển bền vững ở các khu vực trồng chè như áp dụng các biện pháp phòng trừ sinh học, đặc biệt là những chế phẩm sinh học vừa có tác dụng kháng bệnh hại lại vừa có khả năng làm tăng độ phì nhiêu trong đất, thân thiện với môi trường. Công nghệ vi sinh nói chung và chế phẩm sinh học nói riêng đã đóng góp cho nền nông nghiệp thế giới những thành tựu to lớn, nó tham gia giải quyết nhiều vấn đề như bảo vệ môi trường, nâng cao độ phì nhiêu của đất, tăng năng suất cây trồng. Trong ngành chè, chế phẩm Kaetomium của Thái Lan là chế phẩm thương mại được nghiên cứu sản xuất từ các chủng nấm Chaetomium phân lập tại Thái, có khả năng phòng trừ được nhiều loại nấm bệnh trên cây chè. Nhưng nấm đối kháng nói chung hay nấm Chae nói riêng ở những vùng sinh thái khác nhau có những đặc điểm thích nghi riêng cho từng vùng sinh thái và chỉ phát huy hiệu quả đối kháng của chúng ở những vùng sinh thái đặc trưng.

Ở Việt Nam, một vài loài Chae cũng đã được phân lập và sản xuất thử thành công chế phẩm sinh học có khả năng kháng lại một số nấm bệnh trên cây trồng như: khoai tây, cam canh, hoa cúc nhật, cà chua. Nhưng chưa có nghiên cứu nào đề cập đến việc phân lập chủng Chae từ chính đất trồng chè dùng làm chế phẩm sinh học cho cây chè. Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài: “ Nghiên cứu, phát triển chế phẩm sinh học từ nấm Chaetomium nhằm phòng trừ nấm gây bệnh trên cây chè”. Để xây dựng vùng sản xuất chè an toàn, thân thiện với môi trường.

2 Nội dung chính của khóa luận bao gồm: - Thu thập, phân lập chủng Chaetomium từ đất trồng chè và xác định một số đặc điểm sinh học, sinh thái của chúng. - Phân lập nấm gây bệnh trên vùng rễ chè và xác định một số đặc điểm sinh học, sinh thái của nấm gây bệnh. - Xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy của nấm đối kháng và nấm gây bệnh - Đánh giá một số hoạt tính của nấm Chaetomium phân lập được như hoạt tính kháng nấm và hoạt tính phân giải cellulose. - Nghiên cứu công thức tạo chế phẩm.

- Thử hoạt tính chế phẩm trên qui mô phòng thí nghiệm, nhà lưới và ở ngoài đồng ruộng. ĐẶC ĐIỂM CỦA NẤM CHAETOMIUM 1. Giới thiệu chung về nấm Chaetomium Chi Chae thuộc Giới nấm; Nghành: Ascomycota; Lớp: Sordariomycetes; Bộ: Sordariales; Họ: Chaetomiumceae; Chi: Chaetomium. Bộ Sordariales có 120 chi và 700 loài khác nhau.

Riêng chi Chae có khoảng 300 loài khác nhau [49] [38]. Các loài Chae có đặc trưng riêng là có các lông bao, còn gọi là “sợi tóc”; cellulose là vật chất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát sinh bào tử. Nấm Chaetomium được tìm thấy trên nhiều loại bề mặt vật chất khác nhau ở điều kiện ấm áp và khô như: phân, rơm, giấy, hạt, mảnh vụn thực vật, lông chim….Nhưng môi trường sống chủ yếu vẫn là ở trong đất. Soytong and Quimio các loài Chaetomium có thể được phân lập bằng phương pháp bẫy nấm bằng mảnh giấy lọc đặt trên bề mặt đất ẩm trong đĩa petri (vì nấm Chae có enzyme phân huỷ cellulose nên ta dễ dàng chọn lọc được Chaetomium).

Đặc điểm hình thái của nấm Chaetomium - Khuẩn lạc: phát triển nhanh trên môi trường thạch khoai tây, kích thước 6- 9cm sau 9-10 ngày nuôi cấy. Khuẩn lạc ban đầu có màu trắng như bông, sau chuyển sang màu xám nhạt, rồi dần chuyển sang màu nâu đen do sự hình thành các thể quả ascoma. Các quả thể này có dạng hình gần cầu hoặc hình quả lê, kích thước lớn, hình thành rải rác khắp bề mặt khuẩn lạc, tạo thành đám màu nâu đen khi về già. - Sợi nấm: Sợi nấm có vách ngăn, có màu xám hoặc nâu nhạt, mọc từ môi trường và từ sợi khí sinh.

- Cơ quan sinh sản: Quả thể hình quả lê phình ra ở giữa, có màu tối (đen hoặc nâu đen), có mở lỗ; có nhiều lông bao mọc xung quanh bên ngoài, kích thước 100-500 x 100 -400 µm, với các kiểu dáng và độ dày mỏng khác nhau tuỳ loài; có loại thẳng hay uốn nếp kiểu gợn sóng, loại ngoằn ngoèo kiểu ruột già, loại chỉ ngoằn ngoèo trên đỉnh sợi, loại xoăn lọn, loại đơn giản, loại phân nhánh. Quả thể lúc còn non có hình cavat đến hình gậy chứa đựng từ 4-8 bào tử màu nâu. Khi quả thể chín các nang nấm giống như cột trụ hoặc hình chùy nhú lên 4 từ đầu của quả thể, chứa các nang bào tử thẳng hoặc không thẳng hàng. Kích thước của nang nấm là 68-84 x 5-7µm.

Các nang bào tử có màu, thành tế bào nhẵn, có nhiều hình dạng khác nhau (chủ yếu là hình quả chanh) với 1 lỗ mầm, kích thước 10-12 x 2. Bào tử bọc sinh ra từ túi bào tử hình trụ hoặc sợi nấm, kích thước bào tử 7-8 x 5-6 µm. Đặc điểm phân bố của nấm Chaetomium Nấm Chae là một trong những nhóm nấm lớn nhất trong hệ vi sinh vật đất. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, và sự phân bố của chúng cũng tuân theo quy luật như các loài vi sinh vật khác.

Số lượng của nấm Chaetomium chủ yếu nằm trong các tầng đất dưới. Đặc biệt ở tầng đất sâu 25-30 cm thì số lượng Chae có nhiều nhất [38]. Yếu tố dinh dƣỡng, sinh trƣởng và phát triển của nấm Chaetomium  Nguồn carbon: Khả năng hấp thụ nguồn carbon khác nhau của các chủng nấm Chaetomium được ứng dụng trong việc sản xuất chế phẩm sinh học phòng trừ nấm bệnh hại cây trồng [40]. Các chủng nấm này hấp thụ tốt một số loại đường: Sacarose, glucose, fructose, xenlubioza, D- lactoza, D-maltosa, tinh bột, rỉ đường, axit malic, L- arabinosa để tổng hợp năng lượng.

Chúng hấp thụ kém đối với rượu, N-amylic, axit citric. Theo Bainier [14] Chaetomium sử dụng rất tốt với các loại đường fructose, sacaroza, galactoza, riboza, xenlobioza. Riêng rượu mannit, dextri và arabinoza thì ức chế sinh trưởng của nấm Chae. Nhưng cũng có những nghiên cứu cho thấy rằng, trong môi trường không cần đường thì Chaetomium vẫn phát triển tốt [51].

 Nguồn nitơ (đạm): Theo K. Soytong [37], thì các loài Chaetomium hấp thụ cả hợp chất vô cơ và hữu cơ có chứa nitơ, nhưng ưa môi trường có chứa L-triptophan và L-glutamic. Prolin nhanh chóng bị phân giải bởi Chaetomium globosum và nó sử dụng các sản phẩm của quá trình phân giải đó. 5 lucknowense thích hợp sử dụng đạm nitrat natri, nitrat amon chúng sử dụng kém hơn.

Soytong thì có những loài hấp thụ tốt muối amon đó là C mollicellum, C. Trên môi trường có chứa casein ức chế sinh trưởng của nhiều loài Chaetomium.  Độ ẩm: Độ ẩm tương đối là ảnh hưởng đến sự nảy mầm của bào tử và phát triển các cơ quan dinh dưỡng của nấm Chaetomium. Bào tử nấm Chae có thể nảy nầm trong một phổ độ ẩm tương đối rộng 30-100% [ 33;31;42], nhưng phù hợp nhất là 70- 100%.

Bào tử nấm Chaetomium có thể nảy mầm cả khi ở các vùng đất khô hạn vì bản thân nó tiết ra ergosterol [33].  Nhiệt độ: Nấm Chae phát triển trong một phổ nhiệt độ rộng từ 3-52 0C [19] [49]. Mỗi loài Chae lại có khoảng nhiệt độ thích nghi riêng như: C. Nguồn gốc xuất xứ có ảnh hưởng lớn đến khoảng nhiệt độ sinh trưởng thích hợp của nấm Chaetomium.

globosum, nhưng khi phân lập ở Trung Quốc trong vùng khí hậu ôn đới thì nhiệt độ thích hợp là 12 – 15 0C và phát triển tối ưu cả ở Nga, nhưng cũng loài đó khi phân lập ở Thái Lan thì nhiệt độ thích hợp là 25-300C. Khi nhiệt độ lên cao quá thì nấm Chae chậm sinh trưởng, bề mặt của chúng mấp mô, không bằng phẳng [47] [42]. Tuy nhiên nhiệt độ không ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính đối kháng của nấm Chaetomium [17;14;50].  Ánh sáng: Theo một số nhà nghiên cứu [48] [23] [21] ánh sáng có ảnh hưởng đến hoạt động và quá trình sinh trưởng của nấm Chaetomium: + Trong điều kiện tối, quá trình sinh bào tử chậm hơn trong điều kiện chiếu sáng, nhưng số lượng bào tử điềụ kiện chiếu sáng liên tục sẽ ít hơn so với điều kiện tối.

+ Trong điều kiện sáng xen tối thì lượng bào tử và lượng nấm sinh khối thu được là cao nhất. 6 + Trong điều kiện chiếu sáng liên tục sẽ ức chế sự tạo thành sinh khối, sự hình thành bào tử và sự tăng trưởng phát triển của sợi nấm. Nhưng thì ánh sáng không có ảnh hưởng rõ rệt đến một số chủng nấm Chaetomium [23].  pH: Là một yếu tố quan trọng liên quan đến sự sinh tồn của nấm Chaetomium.

Mặc dù các loài Chaetomium khác nhau có thể phát triển ở các mức pH khác nhau, những loài cụ thể có độ pH tối ưu khác nhau, C. cupreum (pH 5-6), nhưng C. Hoạt tính cơ bản của nấm Chaetomium Một trong những hoạt tính cơ bản và quan trọng của loài Chaetomium là khả năng sinh enzyme ngoại bào mạnh như cellulase. Cellulase là enzyme phổ biến ở nhiều loài Chaetomium.

Đây là enzyme khá quan trọng trong quá trình sống của loài nấm này. Chúng không chỉ giúp phân giải các xác thực vật tạo nguồn dinh dưỡng cho sinh trưởng và phát triển của nấm mà chúng còn tạo cơ chế để xâm nhập và phá hủy một số loại nấm gây bệnh khác bằng cách ức chế sự tổng hợp thành tế bào nấm như ức chế hình thành thành tế bào |3 - D - glucan của nấm. Đây là một trong những cơ chế cơ bản để ký sinh trên nấm bệnh của Chaetomium. Vì vậy, trong bài luận văn này xác định hoạt tính cellulase của nấm Chaetomium để đánh giá được một trong những cơ chế đối kháng của nấm Chaetomium với một số nấm gây bệnh khác.

Ngoài ra, Chaetomium còn kích thích sinh trưởng của cây bằng cách tiết ergosterol làm tăng độ mùn trong đất, từ đó kích thích cây sinh trưởng làm tăng sức đề kháng cho cây .