Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 1. Lịch sử nghiên cứu, mức độ phổ biến và tác hại của bệnh héo xanh vi khuẩn Trong lịch sử, đã có nhiều nghiên cứu về bệnh vi khuẩn hại cây kể từ khi vi khuẩn hại cây được phát hiện 1866. Sau đó, Hallier đã nghiên cứu và phát hiện vi khuẩn gây thối củ khoai tây (1875).
Đến 1880, Brull người Mỹ đã đi sâu nghiên cứu về bệnh vi khuẩn trên các loại cây ăn quả đặc biệt là vi khuẩn gây cháy xám cây lê. Lần đầu tiên, vi khuẩn gây héo xanh được Smith nghiên cứu và đặt tên là Pseudomonas solanacearum năm 1896, khi nghiên cứu bệnh héo xanh trên cây cà chua, cà tím và khoai tây tại Mỹ. Đồng thời, ông cũng mô tả triệu chứng bệnh héo xanh trên các cây trồng này. Đến năm 1909, tác giả phát hiện bệnh héo xanh trên cây thuốc lá.
Nhưng đến năm 1905, bệnh héo xanh vi khuẩn ở lạc mới được phát hiện lần đầu tiên ở Indonexia (Machmud and Rats, 1994). Sau này, Yabuuchi đã nghiên cứu và đề nghị đổi tên vi khuẩn gây bệnh héo xanh vi khuẩn thành tên mới Ralstonia solanacearum Smith (Yabuuchi). Vi khuẩn Ralstonia solanacearum là loài có phổ ký chủ rộng, chúng có khả năng ký sinh và gây hại trên 200 loài cây trồng, cây rừng thuộc hơn 35 họ thực vật khác nhau, chủ yếu là những cây ký chủ thuộc họ cà, họ đâu, họ chuối (Kelman, 1953). Bệnh héo xanh vi khuẩn là bệnh gây hại nghiêm trọng, phổ biến có phân bố rộng rãi và điển hình nhất ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và những vùng có khí hậu ôn hoà trên thế giới (Kelman, 1997).
Những kết quả nghiên cứu, khảo sát về mức độ phổ biến và tác hại của bệnh HXVK trên một số cây trồng ở các vùng địa lý khác nhau đã được nhiều tác giả đề cập đến (Titatan, 1986; Prio et al. Bệnh héo xanh do vi khuẩn R.solanacearum (Smith) gây ra là vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp sản xuất khoai tây ở Malawwi do làm giảm năng suất và chất lượng bảo quản của củ sau thu hoạch. Để định lượng mức Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 độ và tỷ lệ mắc bệnh, một cuộc khảo sát về kiến thức của nông dân trong việc xác định sự lây lan cũng như việc kiểm soát căn bệnh này đã được tiến hành với 81 nông dân và 489 củ khoai tây thu thập ngẫu nhiên trong 8 chợ lớn để xác định bệnh tiềm ẩn bằng phương pháp DAS- ELISA. Kế quả cho thấy 100 % nông dân đã nhận thức được sự xuất hiện của bệnh héo xanh do vi khuẩn trên cánh đồng của họ và phương thức lây lan.
Mức độ nhễm bệnh của vi khuẩn gây bệnh héo xanh được đánh giá cao hơn 25 % so với các loại vi khuẩn khác (Kagona, 2008) Tại Ấn Độ từ năm 1940 có báo cáo về bệnh HXVK hại ở khoai tây và cà chua (Kelman, 1953). Đầu tiên gây hại ở vùng Gusdaspenr thuộc bang Punjab, sau đó xuất hiện ở Bombay năm 1954 (Kelman, 1954). Đến năm 1964 người ta đã xác định các nòi và các biovar gây hại của vi khuẩn Ralstonia solanacearum (Mehan, 1994). Bệnh phát sinh, phát triển, phân bố rộng rãi ở nhiều vùng trồng trọt đã gây nên những thiệt hại đáng kể.
Trên khoai tây, bệnh không những gây héo ngoài đồng mà còn làm thối củ trong bảo quản. Ở một số vùng, bệnh làm giảm đáng kể năng suất tới 30-70%. Theo Sinha (1986), bệnh héo xanh vi khuẩn là loại bệnh phổ biến, gây nhiễm trên nhiều loại cây trồng khác nhau như: cà chua, khoai tây, lạc, ớt, gừng, đay, đặc biệt ở một số vùng sản xuất kinh tế, bệnh héo xanh vi khuẩn có thể làm giảm tới 70% năng suất. Ở Sri Lanka, bệnh HXVK được phát hiện đầu tiên từ những năm 1930 trên cây cà chua, cà.
Bệnh lây nhiễm trên nhiều loại cây trồng: cà chua, khoai tây, cà, ớt, và phân bố rộng rãi ở các vùng sinh thái ẩm và khô, ở các địa hình đất đai cao, thấp khác nhau. Trên cây cà chua, ở một vài nơi mức độ nhiễm bệnh tương đối nghiêm trọng. Trên cây cà chua mức độ thiệt hại có thể lên đến 81.5% trên giống mẫn cảm Margolobe và 47.0% đối với giống Talatuoya (Abeygunawardena, 1963). Ở Trung Quốc, bệnh héo xanh vi khuẩn (HXVK) gây hại nghiêm trọng trên nhiều loại cây trồng thuộc họ cà, họ đậu và họ hoà thảo.
Bệnh héo xanh khoai tây được phát hiện đầu tiên vào cuối năm 1970, lúc đầu bệnh chỉ phát sinh gây hại ở một số vùng nhỏ tại tỉnh Hunan và Sichuan nhưng hiện nay bệnh đã phát triển lan rộng ra các tỉnh phía Bắc (He, 1986). Bệnh héo xanh vi khuẩn hại lạc phát sinh phát triển mạnh và phân bố rộng trên 17 tỉnh trồng lạc của Trung Quốc, gây thiệt hại khoảng 45 – 65 nghìn tấn (Tan and Liao, 1990). Bệnh HXVK Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 còn gây hại trên nhiều cây trồng khác như: cà chua, khoai lang, gừng, ớt, vừng, dâu tằm (He, 1986). Còn ở Malaysia, bệnh HXVK gây hại nghiêm trọng trên nhiều cây trồng (Mehan et al,1986).
Trên lạc, tỷ lệ cây nhiễm bệnh trung bình chiếm từ 5-20% và là nguyên nhân chính làm diện tích trồng lạc giảm từ 5.318 ha năm 1986 với sản lượng tương ứng là 19.437 tấn giảm còn 5000 tấn. Vi khuẩn gây bệnh còn lây nhiễm trên nhiều cây ký chủ khác như: cà chua, khoai tây, thuốc lá, và cây cà (Lum, 1990). Ở Thái Lan, bệnh HXVK là bệnh hại quan trọng và phân bố rộng rãi ở các vùng trồng cây trong cả nước. Kể từ lần đầu tiên bệnh HXVK hại trên cà chua được phát hiện vào năm 1957 cho tới nay, bệnh đã gây thiệt hại đáng kể vè năng suất trên nhiều loại cây trồng khác nhau: cà chua, khoai tây, gừng, cà, ớt, thuốc lá (Titatan, 1986).
Ở Indonesia từ những năm 1990 có báo cáo về bệnh HXVK gây hại trên lạc, khoai tây, cà chua. ở các vùng Cirebon và phía tây Java và sau đó ở hầu hết các vùng trồng lạc và khoai tây đều bị nhiễm bệnh HXVK như Sumatra, Java, phía nam và phía bắc vùng Bali.phổ biến biovar 2, nòi 3 (Machmud, 1986) 1. Nghiên cứu đặc điểm hình thái, đặc tính sinh lý, sinh hoá của loài vi khuẩn R. solanacearum Bệnh HXVK do loài Pseudomonas solanacearum Smith gây ra, thuộc họ Pseudomonadaceae lớp Eubacteriales.
Về mặt vị trí phân loại, danh pháp quốc tế và tên khoa học đối với loài Ralstonia solanacearum Smith ra bệnh HXVK đã được các tác giả đề cập. Sự thay đổi tên gọi loài vi khuẩn gây bệnh héo xanh theo thời gian như sau: + Bacillus solanacearum Smith 1896 + Bacterium solanacearum (Smith) Chester 1897. + Bacterium solanacearum var asiaticum Smith 1914. + Pseudomonas solanacearum (Smith 1896) Smith 1914 + Phytomonas solanacearum (Smith) Bergey et al.
+ Xanthomonas solanacearum (Smith) Dowson 1943. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 + Xanthomonas solanacearum var asiatica (Smith) Elliott 1951 + Burkholderria solanacearum (Smith 1896). Yabuuchi et al. Gần đây, với những kết quả nghiên cứu của nhiều tác giải về phân loại, giám định vi khuẩn gây bệnh héo xanh, theo đề xuất mới của Yabuuchi et al (1992), tại Hội nghị quốc tế lần 2 về bệnh HXVK tại Pháp (1997) đã thống nhất, đổi tên và gọi loài vi khuẩn này là Ralstonia solancearum Smith (Smith, 1896;Yabuuchi et al, 1996).
solancearum là loài không đồng nhất, đa dạng, với tính chuyên hoá khác nhau, bao gồm một số biovar và pathovar khác biệt nhau (Kelman,1997). solanacearum là loài ký sinh đa thực, chúng gây bệnh trên các chủng sinh lý khác nhau ở mỗi loài và giống cây trồng, trên mỗi vùng khác nhau có thể chỉ nhiễm một hay một số chủng của chúng và ở mức độ nặng nhẹ khác nhau (Kelman,1953; Hayward, 1994). solanacearum có hệ thống men rất phong phú để phân giải thức ăn, chúng có dạng hình gậy ngắn, kích thước 0,4 - 0,8 x 1,0 - 2,0 µm, hai đầu hơi tròn, thường có 1 - 4 lông roi ở một đầu, hảo khí, nhuộm Gram âm, không hình thành bào tử (Buddenhagen and Kelman, 1964). Trên môi trường nhân tạo SPA khuẩn lạc của vi khuẩn có màu trắng kem, trắng sữa dạng tròn nhỏ, láng bóng (Hayward, 1960).
Còn trên môi trường TZC, khuẩn lạc có hình không đều, nhày, rìa có màu trắng, ở giữa có phớt hồng nhạt (Kelman, 1953). Sự phát sinh, phát triển bệnh héo xanh vi khuẩn trên cây ký chủ có liên quan chặt chẽ đến điều kiện ngoại cảnh như: nhiệt độ và độ ẩm đất, lượng mưa, gió, kết cấu và pH đất, v. Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn phát triển trong khoảng từ 28 – 35oC, nhiệt độ tối thiểu là 10oC và tối đa là 41oC (chúng có thể chết ở 520C trong vòng 10 phút). Vi khuẩn phát triển ở phạm vi pH khá rộng từ 5,0 - 8,5, nhưng thích hợp nhất là 7,0 – 7,2.
Độ ẩm đất và các vi sinh vật đối kháng cũng là những yếu tố hạn chế quan trọng nhằm khống chế hay thúc đẩy sự phát triển của bệnh (Kelman, 1997). Lượng mưa cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn Ralstonia solanacearum. ở những vùng có mưa nhiều, nhiệt độ đất và không khí trong Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 khoảng 25 – 35oC bệnh thường gây thiệt hại nặng. Sau những trận mưa, thời tiết nóng hoặc xen kẽ giữa những ngày mưa và nắng ấm là điều kiện thuận lợi cho bệnh phát triển nhanh (Tan and Liao, 1990).
solanacearum rất mẫn cảm với điều kiện ẩm độ thấp (Bruddenhagen and Kelman, 1964). Nghiên cứu những đặc tính sinh hóa chính của vi khuẩn R. solanacearum (He, 1983) đã chỉ ra rằng: R. solanacearum có khả năng tạo ra H2S, khử nitrat, có phản ứng oxidase và catalasa, ure, pectin, oxi hóa axetat, malonat và gluconat.
Vi khuẩn không hoá lỏng gelatin, thuỷ thân tinh bột, không phản ứng tạo indol và không sử dụng arginin. Solanacearum là vi khuẩn hiếu khí, không hình thành bào tử và có khả năng tổng hợp poly-β-hydroxybutyrat như là nguồn các bon dự trữ. Nó có thể tổng hợp sắc tố khuyếch tán mầu nâu trên môi trường thạch có chứa Tyrozin.solanacearum có thể khử nitrat thành nitrit và tạo ra khí nhưng không thể thuỷ phân tinh bột và không hoá lỏng gelatin. Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn phát triển trong khoảng từ 25 -350C.Solanacearum có phản ứng rất khác nhau với kháng sinh, các biovar có thể mẫn cảm với streptomycin, nhưng chống chịu với penixilin viomyxin,.
Tính độc của vi khuẩn có mối quan hệ với hình thái khuẩn lạc và các race tổng hợp polysacharit ngoại bào (Kelman, 1954). Các biovar đột biến của P.