CHƯƠNG I CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học Phòng trừ sinh học (PTSH) là hướng nghiên cứu bảo vệ cây trồng an toàn với môi trường và bền vững đối với các loại dịch hại cây trồng, là xu thế phát triển của nền nông nghiệp sạch mà nhiều quốc gia trên thế giới đang hướng đến. Trong nền nông nghiệp sạch PTSH sẽ trở nên phổ biến hơn, là chiến lược nhằm để giảm áp lực lạm dụng thuốc hóa học quản lý bệnh hại cây trồng, vì vậy việc sử dụng tác nhân sinh học hạn chế sự phát triển của các quần thể ký sinh gây hại là một trong những vấn đề được quan tâm và đánh giá cao. Sử dụng hiệu quả nguồn tác nhân phòng trừ sinh học bản địa Nghiên cứu vai trò của hệ sinh thái nông nghiệp đã ghi nhận có rất nhiều tác nhân PTSH được quan tâm với những thành công nhất định, quản lý nhiều loại dịch hại.
Trong số các nhóm tác nhân PTSH quan trọng cần được khai thác, nhóm xạ khuẩn và vi khuẩn vùng rễ PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) là nhóm không những có nhiều tiềm năng trong quản lý bệnh hại cây trồng mà còn có khả năng kích thích sinh trưởng cây trồng. Xạ khuẩn (Actinobacteria) là một trong những nhóm tác nhân PTSH có tiềm năng rất lớn trong việc sinh tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, phân giải nhiều hợp chất phức tạp, kích thích sự phát triển của cây trồng, có vai trò quan trọng trong các chu trình vật chất trong tự nhiên. Đặc biệt, chi Streptomyces có khả năng sinh tổng hợp nhiều loại enzyme thủy phân có hoạt tính cao, chất kháng sinh có khả năng chống nấm mạnh, phổ tác dụng rộng, tạo nguồn sản xuất các chế phẩm hữu ích, góp phần phát triển nền nông nghiệp sinh thái bền vững. Trong số các tác nhân sinh học thường được sử dụng để ức chế mầm bệnh, xạ khuẩn là nhóm có nhiều tiềm năng nhất vì tỷ lệ loài có khả năng tạo kháng sinh cao, trong đó có nhiều chất kháng sinh có khả năng chống nấm mạnh (Lê Gia Hy, 1994).
Chi Streptomyces chiếm hơn hai phần ba nguồn các kháng sinh tự nhiên đã phát hiện được, trong đó nhiều kháng sinh đã được ứng dụng và có vai trò quan 5 trọng trong điều trị bệnh như aminoglycosides, anthracyclines, chloramphenicol, beta-lactams, macrolides và tetracyclines. Vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng (PGPR) là một nhóm tác nhân PTSH lớn với các chi Pseudomonas, Bacillus, Azospirillum, Rhizobium và Serretia. PGPR hoạt động với rất nhiều cơ chế như: sản xuất siderophores, tạo kháng sinh có phổ tác dụng rộng, tiết enzymes chitinases, glucanases thủy phân vách tế bào nấm bệnh, cạnh tranh dinh dưỡng, không gian sống với các vi sinh vật gây bệnh. Ngoài ra PGPR còn có khả năng kích thích tính kháng bệnh của cây trồng.
Sử dụng hiệu quả nguồn tác nhân bản địa trong PTSH là một lĩnh vực còn rất nhiều tiềm năng khai thác ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp, vì vậy cần phải nghiên cứu những mặt tích cực của nguồn tài nguyên phong phú này, tái lập lại sự cân bằng vốn có của hệ sinh thái, góp phần xây dựng nền nông nghiệp bền vững. Phòng trừ sinh học hướng đến nông sản an toàn Cuộc Cách mạng xanh đã mang lại nhiều thành tựu về sản xuất nông nghiệp đáp ứng nhu cầu phát triển chung của xã hội. Tuy nhiên nền nông nghiệp hiện đại phải luôn chịu áp lực của thâm canh, tăng vụ, sản xuất phải đáp ứng tăng năng suất, tăng sản lượng…. Điều kiện thâm canh càng cao thì dịch hại trên cây trồng càng trở nên đa dạng và nghiêm trọng hơn, dinh dưỡng đất đai ngày càng thoái hóa, hệ sinh thái nói chung, hệ vi sinh vật nói riêng bị phá hủy trạng thái cân bằng tự nhiên, tồn dư các chất độc hại, nguồn bệnh trong tự nhiên ngày càng cao dẫn đến cơ hội phát sinh một số dịch hại không dự báo trước ngày càng nhiều.
Vì vậy xu hướng xây dựng nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cường sử dụng các chế phẩm sinh học, phân bón hữu cơ trong sản xuất hiện nay đang là hướng đi chung của nền nông nghiệp hiện đại. Trong sản xuất lúa, PTSH đã thể hiện vai trò rất quan trọng trong quản lý sâu bệnh hại, nhiều ứng dụng rất thành công. Nghiên cứu phòng trừ sinh học bệnh hại lúa bắt đầu từ khoảng 1980, tại Viện Nghiên Cứu Lúa Quốc Tế (IRRI) có một số nghiên cứu việc kiểm soát sinh học bệnh hại lúa không chỉ sử dụng vi khuẩn là tác nhân kiểm soát sinh học mà còn sử dụng Trichoderma spp. (Mew and Rosales, 1986; Rosales and Mew, 1997) hay xạ khuẩn (Bonjar et al., 2006; Tan et al.
Ứng dụng trên đã cho những đóng góp quan trọng để kiểm soát bệnh lúa von, bệnh đạo ôn, bệnh bạc lá, bệnh đốm vằn và một số bệnh khác. Bắt đầu từ năm 1987 các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phối hợp trong việc giảng dạy và đào tạo việc sử dụng tác nhân kiểm soát sinh học cho các nước trồng lúa của châu Á, với thông điệp thân thiện với môi trường sinh thái bắt nguồn từ việc các nước trồng lúa ở Châu Á tiêu thụ hóa chất với số lượng lớn. PTSH ở nước ta bước đầu đã có những kết quả khả quan, một số nghiên cứu tuyển chọn các chủng xạ khuẩn có khả năng tạo kháng sinh có hiệu quả cao trong kiểm soát một số bệnh hại cây trồng, được nghiên cứu nhiều ở các tỉnh phía Bắc (Lê Gia Hy, 1994; Bùi Thị Việt Hà, 2006). Trong hệ sinh thái nông nghiệp luôn có nguồn vi sinh vật phong phú, trong đó nhóm vi sinh vật có ích rất đa dạng cần được khai thác và phát triển theo hướng tích cực.
Ở ĐBSCL, bước đầu đã có những nghiên cứu về tác nhân PTSH trong quản lý bệnh đạo ôn hại lúa, tuy nhiên hầu hết chỉ đang ở giai đoạn thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và nhà lưới do đó chưa xây dựng quy trình sử dụng sản phẩm PTSH trên diện rộng tương ứng và hài hòa với các biện pháp kỹ thuật canh tác khác nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát bệnh theo hướng nông nghiệp bền vững. PTSH là một lĩnh vực còn rất nhiều tiềm năng khai thác ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp, vì vậy cần phải nghiên cứu những mặt tích cực của nguồn tài nguyên phong phú này, tái lập lại sự cân bằng vốn có của hệ sinh thái- nền tảng của nền nông nghiệp bền vững. Xác định mức độ đa dạng của nguồn vi sinh vật có ích và tiềm năng sử dụng các tác nhân phòng trừ sinh học trong quản lý dịch hại lúa là chiến lược lâu dài cho nền nông nghiệp hiện đại, hướng đến nông sản an toàn. Kết quả nghiên cứu quản lý bệnh đạo ôn hại lúa trong nhiều năm qua cho thấy có rất nhiều công trình nghiên cứu chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn đã được thực hiện tuy nhiên việc lai tạo và chọn lọc ra những giống kháng bền vững với bệnh đạo ôn gặp nhiều khó khăn do sự biến động liên tục về độc tính của nấm P.
Nghiên cứu tác nhân sinh học để phòng trừ nấm P. oryzae bằng các chủng vi sinh vật phân lập trên lúa ở vùng ĐBSCL và sản xuất chế phẩm phòng trừ bệnh đạo ôn là rất cần thiết hiện nay. Áp dụng phòng trừ sinh học bệnh đạo ôn hại lúa trên diện rộng sẽ góp phần làm giảm thiểu lượng thuốc hóa học đang sử dụng phổ 7 biến hiện nay, bảo vệ môi trường và góp phần xây dựng nền nông nghiệp sạch, nông sản an toàn. Bệnh đạo ôn trên lúa Bệnh đạo ôn là một trong những dịch hại quan trọng phân bố ở hầu hết các vùng trồng lúa trên thế giới (Ou, 1985).
Theo ước tính của FAO thiệt hại do bệnh này gây ra làm giảm năng suất lúa trung bình từ 0,7-17,5%, những nơi thiệt hại nặng có thể làm giảm đến 80%. Mặc dù có rất nhiều loại thuốc BVTV được sử dụng trong phòng trị bệnh đạo ôn và sự cố gắng của các nhà khoa học trong cải tiến giống lúa kháng bệnh đạo ôn qua phương pháp truyền thống hoặc với sự hỗ trợ của công nghệ sinh học, bệnh đạo ôn vẫn được xem như là dịch hại quan trọng của cây lúa. Bệnh đạo ôn có khả năng gây hại ở hầu hết các giai đoạn của cây lúa từ giai đoạn mạ đến chín và là một trong những bệnh gây thiệt hại trực tiếp đến năng suất và chất lượng lúa. Trong những năm gần đây, bệnh đạo ôn diễn ra liên tiếp trên diện tích lớn, gây hại trên tất cả các vụ lúa trong năm, diễn biến bệnh không theo quy luật nhất định đã gây nhiều khó khăn cho chỉ đạo sản xuất (Hình 1.0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Đạo ôn lá Đạo ôn CB Hình 1.
Diễn biến bệnh đạo ôn ở các tỉnh vùng ĐBSCL từ năm 2009 đến 2015 (Báo cáo hàng năm của Trung tâm BVTV phía Nam) 8 1. Tác nhân gây bệnh Bệnh do nấm Pyricularia oryzae Cav., thuộc họ Moniliacea, bộ Miniliales– lớp nấm bất toàn, giai đoạn hữu tính là Magnaporthe oryzae thuộc lớp nấm nang (thường hiếm khi xuất hiện ngoài tự nhiên). Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy hiện tượng tái tổ hợp giữa các isolate gây bệnh đạo ôn rất khó xảy ra vì hầu hết các isolate dương tính đều bất dục. Tuy nhiên, nấm bệnh có thể nhân lên qua bào tử vô tính và tấn công trên nhiều loài cỏ dại, các cây đơn tử diệp khác như lúa mạch, lúa mì và kê…(Valent et al.
Triệu chứng đầu tiên ở trên lá, vết bệnh chỉ là một đốm nhỏ, có màu xám, đến xám xanh hơi úng nước. Vết bệnh điển hình có dạng hình mắt én, hai đầu hơi nhọn, tâm xám trắng, có viền màu nâu đỏ dài 1-1,5cm, rộng 0,3-0,5cm trên giống nhiễm trong điều kiện nhiệt độ cao. Trên giống kháng mạnh, vết bệnh rất nhỏ có màu nâu từ 1-2mm. Đốt thân, nhánh gié và cổ gié bị nhiễm sẽ có màu nâu sậm đến đen.
Bệnh nặng có thể làm gãy thân, gãy gié, lép hạt hay làm giảm trọng lượng 1000 hạt (Ou, 1985). Nhiệt độ thích hợp cho sợi nấm phát triển là 28oC. Sự hình thành bào tử trong môi trường nuôi cấy từ 10-35oC, nhưng tối hảo nhất là 28oC. Bào tử không nẩy mầm ở nhiệt độ 10-15oC và nẩy mầm tốt nhất ở nhiệt độ 25-30oC.
Bào tử được sản xuất trên vết bệnh của lá lúa khi ẩm độ đạt 93% hoặc cao hơn. Tỷ lệ phóng thích bào tử tăng lên khi ẩm độ tương đối tăng. Bào tử nẩy mầm và tái sản xuất bào tử trong 24 giờ (Ou, 1985). Cành bào tử nấm P.