MỞ ĐẦU Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra, xuất hiện khá phổ biến trên các khu vực trồng lúa ở Việt Nam, đặc biệt tập trung ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Bệnh gây hại trong vụ lúa hè thu nhiều hơn trong vụ đông xuân do thời tiết ẩm ƣớt, nhiều sƣơng mù, độ ẩm không khí cao. Bệnh xuất hiện và gây hại từ giai đoạn lúa đẻ nhánh đến đòng trổ và chín.
Bệnh bạc lá lúa gây thiệt hại rất nặng nề cho ngành nông nghiệp, làm giảm năng suất lúa 25 - 50 %, thậm chí mất trắng (Số liệu thống kê của cục bảo vệ thực vật). Do đó, việc kiểm soát và ngăn chặn sự bùng phát của bệnh bạc lá lúa là vấn đề rất quan trọng và là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu khoa học. Một trong những giải pháp quan trọng nhất phòng trừ bệnh bạc lá lúa hiện nay là sử dụng các dòng lúa mang gen kháng bệnh. Tuy nhiên, các dòng lúa chỉ mang một vài gen kháng đơn lẻ, đƣợc nuôi trồng liên tục trên diện rộng dẫn đến tình trạng các chủng Xoo có khả năng gây bệnh ngay cả khi có các gen kháng đó [18].
Chính vì vậy, việc kiểm soát bệnh bạc lá lúa bằng biện pháp sinh học đang thu hút đƣợc sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu [36]. Một trong những biện pháp sinh học đó là việc sử dụng xạ khuẩn để khống chế vi khuẩn gây bệnh, đây là biện pháp có triển vọng cao, an toàn với môi trƣờng và có hiệu quả về kinh tế. Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn Gram dƣơng, đƣợc biết đến nhƣ nguồn sinh các chất kháng sinh và các chất có hoạt tính sinh học. Trong số khoảng hơn 10000 loại thuốc kháng sinh đƣợc phát hiện do vi sinh vật thì có đến hai phần ba đƣợc phân lập từ xạ khuẩn mà chủ yếu thuộc chi Streptomyces; và nhiều chất trong đó là các thuốc kháng sinh đang đƣợc ứng dụng và sản xuất rộng rãi hiện nay [6].
Ngoài ra xạ khuẩn còn là nguồn sinh các loại vitamin, enzym, chất ức chế miễn dịch, hocmôn sinh trƣởng. Số loài xạ khuẩn trong tự nhiên ƣớc tính lớn hơn rất nhiều so với con số 1000 loài đƣợc công bố. Đồng thời xạ khuẩn luôn là nguồn vi sinh vật rất giá trị trong việc tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học mới. Bộ sƣu tập hơn 3000 chủng 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xạ khuẩn đang đƣợc bảo quản tại Bảo tàng giống chuẩn, Viện Vi Sinh và Công nghệ sinh học, ĐHQGHN hứa hẹn tiềm năng tìm ra các chất có hoạt tính sinh học mới dùng cho việc khống chế và tiêu diệt vi khuẩn Xoo gây bệnh bạc lá lúa ở Việt Nam hiện nay.
Trong nghiên cứu này, đƣợc sự tài trợ của quỹ đề tài NAFOSTED, TS. Phan Thị Phƣơng Hoa và các cộng sự đã sàng lọc 2690 chủng xạ khuẩn và lựa chọn đƣợc 17 chủng có khả năng kháng tất cả 10 chủng Xoo. Trong đó, lựa chọn chủng VN08 - A12 là một tác nhân kiểm soát sinh học của bệnh bạc lá lúa. Chủng VN08 - A12 có nhiều ƣu điểm nổi bật đã đƣợc thử nghiệm ngoài đồng ruộng và thu đƣợc kết quả rất đáng mừng.
Kết quả cho thấy chủng VN08-A12 không chỉ có thể làm giảm chiều dài tổn thƣơng của cây lúa do nhiễm Xoo, mà còn làm giảm đáng kể tổn thất năng suất của giống lúa bị nhiễm Xoo [23] [24]. Chính vì vậy, để phát triển một chế phẩm khống chế sinh học để kiểm soát bệnh bạc lá lúa, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh học chủng xạ khuẩn Streptomyces toxytricini (VN08 - A12) kháng bệnh bạc lá lúa do Xanthomonas oryzae”. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu này đƣợc thực hiện nhằm thực hiện các mục tiêu cụ thể nhƣ sau: Phân loại chủng xạ khuẩn VN08 - A12. Lựa chọn điều kiện nuôi cấy tối ƣu nhất để khả năng sinh hoạt chất của chủng xạ khuẩn là cao nhất.
Tinh sạch và xác định cấu trúc của hoạt chất kháng Xoo sinh ra bởi chủng xạ khuẩn VN08 - A12. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I. Bệnh bạc lá lúa và tác hại của bệnh bạc lá lúa 1. Giới thiệu chung Bệnh bạc lá lúa - hay còn gọi là bệnh cháy bìa lá lúa (Bacterial leaf blight disease) là một trong những bệnh phổ biến trong các nƣớc trồng lúa.
Bệnh bạc lá lúa đƣợc phát hiện lần đầu ở vùng Fukuoko, Kyushu, Nhật Bản ngay từ những năm 1884 [45]. Hiện nay, bệnh bạc lá đã xảy ra trên rất nhiều quốc gia, đặc biệt ở châu Á. Ở nhiều nƣớc châu Á, căn bệnh này đã trở thành đại dịch trên lúa. Bệnh có thể làm giảm sản lƣợng ở mức độ khác nhau, tùy thuộc vào giai đoạn nhiễm bệnh của cây, mức độ nhạy cảm của giống lúa và ảnh hƣởng của môi trƣờng.
Ở một số nƣớc châu Á và Đông Nam Á, bệnh bạc lá lúa thƣờng làm giảm năng suất 10 - 20 % nhƣng có thể lên đến 50% [33] [38]. Ở Nhật Bản, thiệt hại năng suất ƣớc tính là 20 - 30% thậm chí đến 50%. Ở vùng nhiệt đới, bệnh phá hoại gây ảnh hƣởng nặng tới hàng triệu ha lúa. Ở Ấn Độ, thiệt hại về sản lƣợng từ 6 đến 60%.
Việc giảm sản lƣợng chủ yếu là do giảm số lƣợng bông và trọng lƣợng hạt [43]. Ở Việt Nam, tuy khả năng lây lan thành dịch của bệnh bạc lá lúa không cao nhƣ các bệnh dịch hại khác nhƣ rầy nâu, đạo ôn, hậu quả do bệnh bạc lá lúa gây ra không hề thua kém những dịch hại khác. Theo số liệu thống kê của cục Bảo vệ Thực vật, từ năm 1999 - 2003 diện tích lúa bị hại do bệnh bạc lá gây ra trong cả nƣớc là 108.691,4 ha (miền Bắc là 86.429,2 ha; miền Nam là 22.262,2 ha), trong đó diện tích bị hại nặng nhất là 156,76 ha và diện tích mất trắng là 80 ha. Cho đến năm 2013 diện tích lúa nhiễm bệnh bạc lá là 135,4 nghìn ha, tăng gấp 6,5 lần so với năm 2010.
Từ năm 2010 đến năm 2011 diện tích cây mắc bệnh tăng nhẹ và đột ngột tăng cao trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2012. Diện tích lúa bị mắc bệnh năm 2012 là 90,543 nghìn ha, cao gấp gần 4 lần so với năm 2011 (26 nghìn ha) đến năm 2013 diện tích lúa bị mắc bệnh đã tăng đến 135,4 nghìn ha. Trong đó diện tích lúa bị nhiễm nặng là hơn 9,5 ngàn ha. Tình trạng mất trắng vẫn đang diễn ra và tăng cao trong các năm trở 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lại đây tập trung nhiều tại các tỉnh phía bắc và một số tỉnh vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Tuy nhiên, kết quả khảo sát mới đây của chi cục cho thấy, vụ hè thu 2014, lần đầu tiên bệnh này đã xuất hiện tập trung ở cánh đồng huyện Đạ Tẻh , Lâm Đồng và diện tích nhiễm bệnh lên đến 25 ha và tỷ lệ gây hại từ 50% - 80% (cao hơn nhiều so với bình quân chung cả nƣớc). Bệnh bạc lá phát sinh trong suốt thời kỳ lúa chín nhƣng các triệu chứng bệnh điển hình thƣờng xuất hiện từ thời kỳ đẻ nhánh đến thời kỳ trổ và chín, đạt đỉnh ở giai đoạn ra hoa [33]. Bệnh bạc lá lúa đƣợc chia làm hai giai đoạn: giai đoạn “Kresek” và giai đoạn cháy lá. Kresek là giai đoạn phá hoại nghiêm trọng nhất, toàn bộ lá của cây chuyển màu vàng nhạt và héo.
Nếu xảy ra trong thời kỳ đẻ nhánh sớm sẽ dẫn đến mất mùa một phần hoặc hoàn toàn. Cây con dƣới 21 ngày tuổi dễ bị kresek ở nhiệt độ từ 28oC đến 34oC [5]. Chính vì vậy, bệnh lây lan dễ dàng hơn ở vùng khí hậu ấm áp và ẩm. Trong giai đoạn cháy lá, lá có màu vàng đặc trƣng với gợn sóng trên phiến lá (hình 1).
Lúa bị nhiễm bệnh bạc lá do vi khuẩn Xoo.vn/benh-bac-la-lua) 1. Tác nhân gây bệnh bạc lá lúa Tác nhân gây bệnh bạc lá lúa là vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Vi khuẩn này có tế bào hình que với đầu tròn, với chiều dài từ 0,8 đến 1 µm, 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chiều rộng 0,4 đến 0,7 μm, bao quanh tế bào là một màng nhầy. Đây là loại vi khuẩn Gram âm và không sinh bào tử, khuẩn lạc hình tròn, lồi, bề mặt nhẵn, màu vàng (hình 2) [9].
Vi khuẩn này chủ yếu xâm nhập vào hệ thống mạch dẫn rồi dẫn đến nhiễm trùng toàn thân cây lúa. Ngoài ra vi khuẩn còn có thể xâm nhập qua lỗ thùy khổng ở mép lá, đầu mút lá dễ dàng gây tổn thƣơng dọc theo gân lá [39]. Khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn Xoo [9] Loại vi khuẩn này đầu tiên đƣợc các nhà khoa học Nhật Bản, Hori và Bokura đặt tên là Bacillus oryzae từ năm 1911 và đƣợc đổi tên nhiều lần [33]. Sau đó, do phát hiện là tác nhân gây bệnh bạc lá lúa, loài vi khuẩn này đƣợc đổi tên thành Xanthomonas campestris pv.
oryzae để phân biệt với các tác nhân gây bệnh sọc lá X. Năm 1990, Swings phát hiện ra vi khuẩn gây bệnh bạc lá và bệnh sọc lá khác biệt với các vi khuẩn gây bệnh X. campestris khác nên phân loại lại thành một loài riêng biệt X. oryzae, bao gồm pv.
oryzae và pv. Bằng các phân tích giải trình tự DNA, protein và phân tích thành phần acid béo, vị trí phân loại của Xanthomonas oryzae đã đƣợc khẳng định và công nhận đến ngày nay [49] [50]. Xoo là một loại vi khuẩn Gram âm, màu vàng, sản sinh lƣợng lớn polysaccharide ngoại bào (EPS). Các chủng đột biến thiếu EPS không có khả năng gây bệnh bạc lá lúa [44].
Xoo chỉ có thể tồn tại trong đất từ một đến hai tháng, ngoài ra Xoo có thể tồn tại trong hạt giống của các cây lúa bị nhiễm, hay trong rơm rạ. Vi 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khuẩn này sẽ đƣợc kích hoạt khi gặp độ ẩm thích hợp và sinh trƣởng trong gốc rạ cũng nhƣ trong một số loại cỏ nhƣ Leersia sp. Giả thuyết tác nhân gây bệnh là từ giống lúa hay từ ADN của hạt giống nhiễm bệnh đã bị loại bỏ [16] [48]. Các vi khuẩn gây bệnh bạc lá xâm nhập vào cây qua các vết thƣơng xây xát ở trên lá do mƣa bão gây ra và qua các lỗ khí khổng, sau đó sẽ gây bệnh trên các mô và từ đó sẽ nhân và lây lan toàn bộ cây dẫn đến nhiễm trùng toàn thân [26].
Vi khuẩn lây lan thông qua nƣớc tƣới, mƣa và gió.