Chương 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Bệnh đạo ôn hại lúa do nấm M. oryzae gây ra 1. Giới thiệu về nấm M.oryzae gây bệnh đạo ôn Lúa (Oryzae sativa L.) là cây trồng đóng vai trò quan trọng trong nền an ninh lương thực toàn cầu.
Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo luôn bị đe dọa bởi các dịch bệnh nguy hiểm, trong đó có bệnh đạo ôn do nấm M. oryzae gây ra. Ở Việt Nam, bệnh đạo ôn là một trong những bệnh gây hại chính và ngày càng trở nên nghiêm trọng đối với nền nông nghiệp sản xuất lúa gạo, làm giảm tới 20% tổng sản lượng lúa gạo hàng năm [40]. Bệnh được phát hiện lần đầu tiên ở Italia năm 1560, sau đó là ở Trung Quốc năm 1637, Nhật Bản năm 1760, Mỹ năm 1906, Ấn Độ năm 1913… Ở Việt Nam, bệnh được Vincens phát hiện vào năm 1921 ở Nam Bộ, năm 1951 Rogen đã xác định sự xuất hiện và gây hại của bệnh ở vùng Bắc Bộ [9].
Oryzae ngoài tấn công cây lúa, còn tấn công các loại cây trồng khác hoặc cỏ dại thuộc họ hòa thảo Poaceae: nấm M. oryzae là loài đa kí chủ, bao gồm nhiều phân dòng (lineage) đặc hiệu loài kí chủ và phân rẽ di truyền [15, 17, 55]. Nấm có thể gây nhiễm trên lá, thân, nốt thân và cổ bông bằng các công cụ xâm nhiễm như bào tử, giác bám và cọc xâm nhiễm để tấn công tế bào của cây lúa nhằm lấy chất dinh dưỡng cho sự tồn tại và phát triển của chúng [23]. oryzae thường sinh ra các cụm cành từ 3-5 bào tử.
Bào tử phân sinh hình quả lê hoặc hình nụ sen phía dưới phình to, phía trên hơi nhọn, thường có 2-3 vách ngăn ngang, bào tử không màu kích thước trung bình của bào tử nấm 19-23 x 10-12 µm [4, 8]. Cơ quan sinh trưởng của nấm M. oryzae là sợi nấm không màu đa bào, phân nhiều nhánh, sống kí sinh trong mô thực vật. Cành bào tử phân sinh hình trụ, đa bào không phân nhánh, đầu cành thon và hơi gấp khúc, thường mọc thành chùm ở khí khổng, có 2-4 vách ngăn ngang, mang một hay nhiều bào tử phân sinh (1-20 bào tử).
Cành bào tử phân sinh là cơ quan sinh ra bào tử vô tính tạo thành một lớp mốc mịn màu xám trên bề mặt vết bệnh ở lá, ở cổ bông và đốt thân. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vòng đời của nấm đạo ôn được thể hiện trong Hình 1. Nấm đạo ôn bắt đầu chu kì xâm nhiễm khi bào tử đơn tiếp xúc với bề mặt của cây chủ. Bào tử đơn gắn vào phần kị nước của lớp biểu bì và nảy mầm, tạo ra một ống mầm nhỏ, phần này sau đó sẽ tạo thành móc trước khi phân tách thành giác bám.
Quá trình xâm nhập bắt đầu xảy ra khi giác bám trưởng thành tạo thành một cái “chốt” trương phồng lên tạo ra áp suất giúp nó có khả năng đâm xuyên qua bề mặt vật chủ. Sự tổn thương xảy ra trong khoảng 72 đến 96 giờ sau khi xâm nhiễm và sự hình thành bào tử xảy ra trong điều kiện ẩm, có sương [45].1Vòng đời của nấm đạo ôn Magnaporthe oryzae [45] Đến nay, bộ gen của nấm đạo ôn M. oryzae đã được giải trình tự đầy đủ do nhóm nghiên cứu của [19], có 11.109 gen được dự đoán với kích thước khoảng 3,5 kb cho mỗi gen trong hệ genome của nấm M. Các nghiên cứu trước đây cho thấy nấm đạo ôn M.
oryzae có mức độ đa dạng di truyền cao và khả năng tiến hóa nhanh chóng trong tự nhiên. oryzae có thể thích nghi với các gen kháng mới và áp lực chọn lọc trong vòng vài năm sau khi bùng phát [18, 24]. Sự thích nghi của nấm thường liên quan đến các đột biến và tái tổ hợp di truyền thúc đẩy quá trình tiến hóa trong quần thể nấm đạo ôn và làm vô hiệu hóa các gen kháng của thực vật [37, 57]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Triệu chứng, điều kiện phát sinh và phát triển bệnh Triệu chứng Các triệu chứng của bệnh đạo ôn trên lúa bao gồm các tổn thương có thể tìm thấy ở hầu hết các bộ phận của cây như: lá, cổ lá, cổ bông, bông, gié, hạt (Hình 1. Trên bề mặt vết bệnh đều có thể hình thành bào tử trông giống như lớp mốc xám hoặc màu ánh bạc [53].Triệu chứng vết bệnh đạo ôn trên cây lúa A: đạo ôn trên lá, B: đạo ôn cổ lá, C: đạo ôn cổ bông, D: đạo ôn trên hạt + Trên lá: Lúc đầu vết bệnh chỉ nhỏ như đầu mũi kim, màu xám xanh, sau chuyển sang màu nâu, rồi lan rộng dần ra thành hình thoi, xung quanh màu nâu đậm, giữa màu xám trắng. Nếu nặng, nhiều vết liên kết lại với nhau tạo thành mảng lớn, có thể làm lá bị khô cháy, cây lúa lụi tàn, gây thất thu năng suất nghiêm trọng. + Trên cổ lá: Vết bệnh hình khum theo chiều cong giữa cổ lá và phiến lá, từ cổ lá vết bệnh sẽ lan ra bẹ lá và phiến lá làm cho lá lúa bị khô lụi và gãy gục.
Nấm sản sinh ra các bào tử ngay trên các tổn thương này. + Trên cổ bông và bông: Gây thiệt hại nghiêm trọng nhất, trên cổ bông và gié lúa ban đầu xuất hiện các đốm nhỏ sau lan ra theo chiều dài làm cả đoạn cổ bông có màu nâu xám, khô tóp. Làm cho bông nhỏ, có nhiều hạt lép lửng, dễ gãy, gié dễ gãy rụng làm giảm năng suất, giảm chất lượng hạt gạo. + Trên hạt: Các vết bệnh không đặc trưng về hình dạng, màu nâu đen hoặc xám.
Nấm có thể kí sinh cả ở vỏ trấu và bên trong hạt, làm hạt lúa bị lép, nếu bị 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bệnh sớm, hạt lúa có thể bị lép hoàn toàn. Hạt giống bị bệnh là nguồn truyền bệnh sang vụ khác. Điều kiện phát sinh và phát triển bệnh Nấm đạo ôn sinh trưởng thích hợp ở nhiệt độ 25-28oC và độ ẩm không khí là 93% trở lên, bào tử nảy mầm tốt nhất ở nhiệt độ 24-28oC, và có giọt nước. Ở điều kiện thời tiết âm u trong vụ lúa đông xuân, độ ẩm không khí bão hoà thuận lợi nhất cho nấm bệnh phát sinh, dễ xâm nhập vào cây.
Ngoài ra, với biên độ nhiệt ngày và đêm chênh lệch nhau cũng làm gia tăng sự phát triển nấm bệnh.Một số nguyên nhân khác có thể từ giống lúa, đặc tính của giống lúa nhiễm bệnh (giống mẫn cảm) cũng là điều kiện cho bệnh phát sinh và dễ dàng lây lan trên diện rộng làm bùng phát dịch bệnh [8]. Cơ chế tương tác giữa nấm M.oryzae và cây lúa Bệnh đạo ôn do nấm M. oryzae gây ra là một ví dụ điển hình về loại tác nhân gây bệnh có khả năng tiến hóa nhanh, là sinh vật mô hình được quan tâm nghiên cứu trong bệnh lý thực vật [2, 52]. Nghiên cứu di truyền ở mức độ phân tử về bệnh ở thực vật, theo các nghiên cứu của [21, 22, 36] cho thấy hệ thống miễn dịch bẩm sinh của thực vật có hai lớp.
Lớp đầu tiên được điều chỉnh bởi các thụ thể ngoại bào, màng tế bào hoặc các thụ thể nhận dạng mẫu (pattern recognition receptors: PRRs). Khi tác nhân gây bệnh thâm nhập vào thành tế bào, các thụ thể ngoại bào sẽ nhận ra các mẫu phân tử của mầm bệnh (PAMPs: pathogen-associated molecular patterns). PRRs kích hoạt phản ứng miễn dịch yếu gọi là PTI (PAMP - Triggered immunity) làm ức chế sự xâm nhiễm của mầm bệnh. Tuy nhiên, tác nhân gây bệnh đã phát triển các effector (chất hiệu ứng) nhằm né tránh và ngăn chặn các PTI.
Do vậy, thực vật tiếp tục khởi động phản ứng miễn dịch thứ hai được kích hoạt bởi tác nhân (ETI -Effector-triggered immunity). Khi đó, các protein của gen kháng bệnh (R) là các thụ thể (receptor) trong tế bào ở cây sẽ kích hoạt ETI và sẽ ngăn chặn sự xâm nhiễm của mầm bệnh. Phản ứng miễn dịch loại này diễn ra nhanh chóng, gây đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ, thường được gắn kết với phản ứng siêu nhạy cảm (hypersensitive reaction: HR) [21, 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ở nấm đạo ôn Magnaporthe oryzae, đến nay đã có 15 loại tác nhân gây bệnh đã được xác định, bao gồm 9 tác nhân Avr (PWL1, PWL2, AvrPi-ta, AvrPiz-t, Avr-Pia, AvrPii, Avr-Pik/km/kp, Avr1-CO39, and ACE1) và 6 tác nhân mới được xác định là các protein: BAS1, BAS2, BAS3, BAS4, Slp1 và MC69 [35].
Theo [54], ở lúa đã có hơn 100 gen kháng đạo ôn R được xác định, trong đó có 35 gen đã được nhân dòng. Sự tương tác giữa gen R của cây và gen Avr của tác nhân gây bệnh rất đặc hiệu nên một chủng gây bệnh cụ thể (mang gen Avr cụ thể) có thể lây nhiễm bệnh cho một tập hợp các giống cây trồng (không mang gen kháng R tương ứng) [43]. Đây là mối tương tác gen-đối-gen, cụ thể các gen kháng R của cây mã hóa cho receptor giúp nhận diện các phân tử tác nhân effectordo các gen Avr mã hóa được tạo ra từ tác nhân gây bệnh. Khi đó làm khởi động phản ứng phòng thủ ở cây ký chủ, giúp ngăn chặn sự tấn công của tác nhân gây bệnh.
Tuy nhiên, các gen Avr của tác nhân gây bệnh có thể biến đổi để né tránh sự kiểm soát của các gen R thông qua sự đột biến hoặc tái tổ hợp loại bỏ các gen Avr tương ứng. Bên cạnh đó, cây cũng có thể đáp ứng với tác nhân gây bệnh bằng cách thay đổi gen kháng R nhằm nhận diện được các gen Avr mới. Do vậy, sự đồng tiến hóa của gen kháng R và gen gây bệnh luôn tiếp diễn trong tự nhiên [26].Tình hình bệnh đạo ôn hại lúa ở Việt Nam và trên thế giới Tình hình bệnh đạo ôn hại lúa ở Việt Nam Ở Việt Nam, bệnh đạo ôn đã xuất hiện ở cả ba miền: Bắc, Trung, Nam. Do điều kiện khí hậu thời tiết nước ta nóng ẩm mưa nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho nấm đạo ôn phát triển.
Và kết hợp thêm việc lạm dụng thuốc hóa học trong công tác phòng trừ càng làm cho dịch bệnh thêm nghiêm trọng, khó kiểm soát. Theo thống kê của Cục Bảo vệ thực vật, vụ đông xuân 2003-2004 tổng diện tích lúa bị nhiễm đạo ôn ở miền Bắc là 202.998 ha, trong đó diện tích bị nhiễm đạo ôn lá là 178.147 ha (diện tích bị nặng là 4.348 ha), diện tích bị nhiễm đạo ôn cổ bông là 24. Hầu hết các giống phổ biến trong sản xuất đều bị nhiễm đạo ôn với mức độ khác nhau: Khang dân18, Q5, Bắc thơm, VN10, DT10, DT11 v. Đồng bằng sông 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.