CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết của luận án Bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae là một trong ba loại bệnh chủ yếu ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng lúa trên phạm vi toàn thế giới (Dean et al., 2012; Gao et al., 2019; Chen et al. Nhiều nơi bệnh phát triển thành dịch gây thiệt hại đến 50-90% năng suất lúa (Agrios, 2005). oryzae tấn công trên tất cả các bộ phận của cây lúa, gây thiệt hại lên đến hàng trăm triệu tấn lúa mỗi năm (Wang, 2009).
Uớc tính, lượng lúa gạo bị thiệt hại do bệnh đạo ôn có thể nuôi sống khoảng 60 triệu người trên toàn thế giới (Pooja & Katoch, 2014). Chính vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra biện pháp kiểm soát hiệu quả bệnh đạo ôn là yêu cầu cấp thiết đối với an ninh lương thực toàn cầu (Wang, 2009). Tại Bạc Liêu, bệnh đạo ôn gây thiệt hại trên diện rộng ở khắp các mùa vụ với nhiều mức độ khác nhau. Đặc biệt ở các ruộng nhiễm mặn canh tác lúa tôm, bệnh đạo ôn xuất hiện gây hại tương đối sớm và lan nhanh nếu không phun thuốc kịp thời.
Trong khi đó, việc sử dụng thuốc hoá học cũng ảnh hưởng ít nhiều đến tôm càng xanh nuôi trong ruộng lúa và vụ tôm luân canh tiếp theo. Do đó, để bảo vệ cho nguồn thu nhập chính là tôm, nhiều nông dân đã lựa chọn biện pháp không phun thuốc sớm hoặc hạn chế phun thuốc hoá học nên năng suất lúa bị thiệt hại do đạo ôn khá nhiều. Hiện nay vùng canh tác lúa tôm ở tỉnh Bạc Liêu nói riêng, Đồng bằng sông Cửu Long nói chung ngày càng mở rộng do biến đổi khí hậu, hạn hán kéo dài và diện tích đất bị nhiễm mặn ngày càng tăng. Đặc thù của mô hình lúa tôm hiện nay là sử dụng các giống lúa chịu mặn ngắn ngày, năng suất ổn định, tiết kiệm chi phí.
Tuy nhiên, thực tế sản xuất cho thấy, diện tích canh tác lúa tôm với các giống lúa ngắn ngày bị nhiễm bệnh đạo ôn và thiệt hại nhiều hơn so với giống lúa mùa Một bụi đỏ truyền thống. Với mục tiêu duy trì phát triển mô hình canh tác lúa tôm hiệu quả và bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu, hướng đến sản xuất lúa và tôm an toàn đạt tiêu chuẩn VietGAP, đáp ứng yêu cầu xuất khẩu, cần phải nghiên cứu tìm ra giải pháp sinh học để quản lý bệnh đạo ôn hiệu quả cho vùng canh tác nhiễm mặn. Từ đó, tiến đến xây dựng quy trình quản lý tổng hợp bệnh đạo ôn hại lúa trong mô hình canh tác lúa tôm trên vùng đất nhiễm mặn. Về biện pháp sinh học, trong thời gian qua đã có khá nhiều công trình nghiên cứu áp dụng vi sinh vật đối kháng (Phến, 2010; Tường, 2015; Law et al., 2017) và biện pháp kích thích tính kháng bệnh bằng hoá chất hay dịch trích thực vật (Zhao et al., 2013; Zhifang et al., 2013; Thuỷ và ctv., 2014, 2015; Phến và ctv., 2016; Prashant et al., 2018; Chen et al., 2021) đã mang lại hiệu quả đáng kể trong canh tác lúa.
Trong đó, nghiên cứu ứng dụng xạ khuẩn được xem là giải pháp đầy triển 1 vọng và có nhiều tiềm năng thay thế thuốc hóa học để phòng trị bệnh đạo ôn, hướng đến một nền nông nghiệp an toàn và bền vững. Nhiều công trình khoa học có giá trị về ứng dụng xạ khuẩn để phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa đã được công bố trên các tạp chí trong nước và quốc tế (Tường & Em, 2014; Khalil et al., 2014; Lan và ctv., 2015, 2016; Awla et al., 2016, 2017; Law et al., 2017; Gao et al. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu về xạ khuẩn được thực hiện trong phòng thí nghiệm, một số nghiên cứu được thực hiện trong nhà lưới và ngoài đồng nhưng chưa có công trình nghiên cứu ứng dụng xạ khuẩn phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trên đất nhiễm mặn. Do đó, luận án với tên đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng xạ khuẩn trong phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa do nấm Pyricularia oryzae Cav.
trên vùng đất nhiễm mặn” đã được thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết như đã phân tích ở trên.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu tổng quát Đề tài được thực hiện nhằm tìm ra các chủng xạ khuẩn vừa có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn lúa do nấm P. oryzae gây ra, vừa có khả năng thích nghi với điều kiện mặn để ứng dụng vào các vùng canh tác lúa bị nhiễm mặn (lúa tôm), nhằm tạo ra sản phẩm an toàn cho sức khỏe, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nền nông nghiệp bền vững.2 Mục tiêu cụ thể (i) Chọn chủng xạ khuẩn có khả năng chịu mặn và đối kháng tốt với nấm Pyricularia oryzae trong điều kiện phòng thí nghiệm. (ii) Nghiên cứu cơ chế đối kháng thông qua khả năng tiết enzyme phân giải chitin và β-1,3-glucan của các chủng xạ khuẩn có triển vọng. (iii) Định danh các chủng xạ khuẩn có triển vọng đến mức độ loài.
(iv) Đánh giá khả năng phòng trị bệnh đạo ôn của các chủng xạ khuẩn trong điều kiện nhà lưới. (v) Đánh giá hiệu quả phòng trị bệnh đạo ôn của các chủng xạ khuẩn chịu mặn được chọn ở điều kiện ngoài đồng.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nấm P. oryzae gây bệnh đạo ôn và các chủng xạ khuẩn chịu mặn, có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trên vùng đất nhiễm mặn. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ruộng canh tác lúa nhiễm mặn tại huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu.4 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận án đã được công bố trên các tạp chí khoa học chính thống trong nước và quốc tế, có độ tin cậy cao.
Chi tiết các phương pháp được trình bày ở nội dung Chương 3 của luận án này.5 Nội dung nghiên cứu của luận án - Nội dung 1: Thu thập, phân lập và đánh giá khả năng gây hại của các dòng nấm Pyricularia oryzae gây bệnh đạo ôn hại lúa ở vùng đất nhiễm mặn. - Nội dung 2: Thu thập, phân lập và đánh giá khả năng đối kháng của các chủng xạ khuẩn có nguồn gốc từ đất nhiễm mặn, đối với nấm Pyricularia oryzae gây bệnh đạo ôn hại lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Nội dung 3: Nghiên cứu cơ chế có liên quan đến khả năng đối kháng của xạ khuẩn như khả năng phân giải chitin, β-1,3-glucan. - Nội dung 4: Định danh đến loài các chủng xạ khuẩn có triển vọng bằng phương pháp khảo sát đặc điểm sinh học và phương pháp sinh học phân tử (giải trình tự gene 16S - rRNA).
- Nội dung 5: Đánh giá khả năng phòng trị bệnh đạo ôn của các chủng xạ khuẩn có triển vọng trong điều kiện nhà lưới. - Nội dung 6: Đánh giá khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa của hai chủng xạ khuẩn triển vọng điều kiện ngoài đồng.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học quan trọng, phục vụ tốt cho công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học và đào tạo bậc đại học và sau đại học. Luận án đã tìm ra các chủng xạ khuẩn chịu mặn có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa do nấm P. oryzae gây ra trên vùng đất nhiễm mặn.
Kết quả nghiên cứu là tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm tìm ra chế phẩm sinh học từ xạ khuẩn có nguồn gốc từ đất nhiễm mặn để phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trong mô hình canh tác lúa tôm vừa hiệu quả, vừa an toàn và thân thiện với môi trường.7 Tính mới của luận án - Đề tài nghiên cứu đã tuyển chọn được 3 chủng xạ khuẩn S06-MBL, S09- MBL và S17-MBL có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trong điều kiện nhà lưới, trong đó 2 chủng S09-MBL và S17-MBL cho hiệu quả cao trong điều kiện đồng ruộng canh tác lúa – tôm tại Bạc Liêu. - Khả năng đối kháng của 3 chủng xạ khuẩn S06-MBL, S09-MBL và S17- MBL đối với nấm P. oryzae có liên quan đến khả năng tiết hai loại enzyme chủ yếu trong việc phân huỷ vách tế bào nấm bệnh đạo ôn là enzyme chitinase và enzyme β-1,3-glucanase. - Đã xác định được loài của 3 chủng xạ khuẩn là: S06-MBL là loài Streptomyces fradiae, S09-MBL là loài Streptomyces bikiniensis và S17-MBL là loài Streptomyces lavendulae, các loài này khác với các loài xạ khuẩn đã được nghiên cứu ứng dụng trong phòng trừ bệnh đạo ôn trước đây.
3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 BỆNH ĐẠO ÔN 2.1 Tầm quan trọng và tác hại của bệnh đạo ôn Bệnh đạo ôn là một trong những bệnh phổ biến và gây hại có ý nghĩa kinh tế nhất ở các nước trồng lúa trên thế giới. Bệnh xuất hiện rất sớm và được ghi nhận ở Trung Quốc năm 1637. Được báo cáo tại Nhật Bản vào năm 1704, năm 1828 tại Ý và vào năm 1907 ở Nam Caro-lina, Hoa Kỳ (Mew & Gonzales, 2002). Ở nước ta, bệnh xuất hiện ở Nam bộ vào năm 1921 và ở Bắc Bộ năm 1951 (Mân, 2007).
Nhiều năm nay, bệnh đạo ôn được xem là bệnh hại chính trên lúa, cần được quan tâm hàng đầu vì diện phân bố rộng và tác hại nghiêm trọng (Kim, 2016). Ở Việt Nam, bệnh đạo ôn được xem là bệnh gây hại hàng đầu ở cả hai vùng trồng lúa phía Bắc và phía Nam, đặc biệt vùng thâm canh, năng suất lúa có thể giảm 20-30% cho đến 70-80%. Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, từ năm 2009 đến 2015, bệnh đạo ôn gây hại liên tiếp trên diện tích lớn, ở tất cả các vụ lúa trong năm với diễn biến bệnh ngày càng phức tạp, không theo quy luật nhất định đã gây nhiều khó khăn cho việc quản lý bệnh và chỉ đạo sản xuất lúa (Lan và ctv.2 Triệu chứng bệnh đạo ôn a) Triệu chứng trên lá Đạo ôn lá xuất hiện gây hại chủ yếu giai đoạn mạ đến đẻ nhánh. Vết bệnh mới bắt đầu từ một đốm nhỏ có màu trắng đến xám xanh với đường viền tối hơn, vết bệnh cũ có màu trắng xám dần chuyển thành một chấm màu nâu nhỏ như đầu kim, rồi phát triển thành vết bệnh điển hình.
Vết bệnh điển hình có hình bầu dục hai đầu kéo dài ra dọc theo gân lá, viền màu nâu đỏ, tâm xám trắng giống hình con mắt (còn gọi là mắt én) (Ou, 1985; Lanoiselet & Cother, 2009) Kích thước vết bệnh thường dài 1-1,5 cm và rộng 0,3-0,5 cm (Hình 2. Gặp điều kiện thuận lợi bệnh càng nặng, các vết bệnh có thể kết hợp lại làm lá bị cháy khô. Trên phần lá cháy khô vẫn còn vết tích của các vết bệnh ban đầu với các tâm xám trắng (Kim, 2016).