Nghiên cứu và sử dụng chế phẩm sinh học từ vi khuẩn đối kháng để kiểm soát nấm hại cây trồng

Vi khuẩn đối kháng Bacillus, Burkholderia và Pseudomonas được phân lập từ đất, rễ cây, có khả năng kiểm soát hiệu quả đối với nấm Pythium, R. solani và F. oxysporum… gây bệnh thối rễ, thối thân ở cây đậu tương, cây đỗ, rau diếp, cây trạng nguyên, cây khoai tây. Biện pháp chủ yếu để diệt nấm bệnh hiện nay là dùng thuốc diệt nấm có nguồn gốc hóa học. Tuy nhiên nếu dùng nhiều loại thuốc hóa học với liều lượng cao trong thời gian dài sẽ làm mất cân bằng trong quần thể vi sinh vật đất có ích, tạo môi trường bất lợi đối với các sinh vật có ích phát triển, và tạo điều kiện để nấm bệnh, các loài côn trùng có hại kháng thuốc hơn, đồng thời cũng tiêu diệt các loài thiên địch có ích. Dư lượng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu hóa học còn lại trên sản phẩm nông nghiệp và trên đất sẽ làm ô nhiễm vào nguồn nước ngầm, gây ra tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe của người và vật nuôi. Ở một số nước phát triển, thuốc diệt nấm có nguồn gốc hóa học bị hạn chế hoặc cấm sử dụng.

Chế phẩm sinh học diệt nấm có nguồn gốc từ vi khuẩn đối kháng có tác dụng tích cực đối với nông nghiệp, ưu việt hơn so với việc dùng thuốc hóa học. Sử dụng chế phẩm có nguồn gốc từ vi khuẩn đối kháng để diệt nấm gây hại trên cây trồng sẽ mang lại những lợi ích lâu dài cho người sản xuất như: làm tăng năng suất của cây trồng, giảm chi phí đầu tư, làm đất không bị bạc màu, thân thiện với môi trường sinh thái, không ảnh hưởng đến sức khỏe của người và vật nuôi, gióp phần quan trọng trong việc phát triển nền nông nghiệp hữu cơ bền vững và hiệu quả. Người sản xuất hoàn toàn có thể yên tâm sử dụng chế phẩm sinh học từ vi sinh vật để kiểm soát nấm R. solani và F. oxysporum gây hại cây trồng.

Trong bài viết này chúng tôi xin giới thiệu những kết quả nghiên cứu bước đầu trong việc sử dụng chế phẩm (tế bào, dịch ngoại bào) từ vi khuẩn đối kháng Burkholderia, Pseudomonas và Bacillus có tác dụng kiểm soát hiệu quả nấm R.solani gây hại cây rau diếp và F. oxysporum gây hại cây cà chua trong nhà lưới. Những tác dụng tích cực của tế bào và dịch ngoại bào của vi khuẩn đối kháng đến sinh trưởng của cây trồng, và hệ sinh vật xung quanh bộ rễ cũng được phát hiện.

Ảnh hưởng của tế bào và dịch ngoại bào của vi khuẩn đối kháng đến sinh trưởng của cây trồng trong buồng nuôi climate chamber

Tế bào của các chủng vi khuẩn đối kháng Burkholderia, Pseudomonas và Bacillus tác dụng tích cực đến sinh trưởng của rau diếp và cà chua. Sau khi hạt rau diếp được xử lý với tế bào vi khuẩn đối kháng, hạt nẩy mầm tốt, cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn so với lô không được xử lí. Sau 40 ngày xử lí, sinh khối tươi và khô của thân, rễ ở rau diếp đều tăng so với đối chứng (P <0,05). Một kết quả tương tự, khi hạt cà chua được xử lí với tế bào Burkholderia và Bacillus rồi đem gieo, cây phát triển cho số lượng lá/cây, khối lượng tươi và khô của cây cao hơn hoặc tương đương so với đối chứng.

Cả hạt rau diếp, cà chua sau khi xử lí với tế bào vi khuẩn đối kháng, đều cho khối lượng tươi và khô của bộ rễ cà chua, rễ rau diếp đều cao hơn so với lô đối chứng. Tế bào chủng Burkholderia và Bacillus có khả năng cộng sinh trong hệ rễ, chiếm chỗ của nấm bệnh trong hệ rễ, đồng thời tiết ra hoạt chất ức chế nấm bệnh phát triển, (trên 106 khuẩn lạc/cm rễ rau diếp, trên 2,5x106 khuẩn lạc/cm rễ cà chua). Đối với lô thí nghiệm cà chua và rau diếp được xử lí bởi dịch ngoại bào của chủng vi khuẩn đối kháng chọn lọc, cây rau diếp và cà chua sinh trưởng và phát triển bình thường. Số lượng lá/cây, trọng lượng tươi, trọng lượng khô, sinh khối bộ rễ của cây đều không bị giảm so với đối chứng.

Kiểm soát nấm R. solani, F. oxysporum hại cây trồng trong nhà lưới bằng tế bào chủng vi khuẩn đối kháng

Điều kiện trong nhà lưới, cây rau diếp bị gây nhiễm bởi nấm R. solani, sau đó được xử lí với tế bào Burkholderia, Bacillus và Pseudomonas. Kết quả cho thấy nấm R. solani bị kiểm soát 75% so với lô rau không được xử lí với tế bào. Đặc biệt sinh khối tươi và khô, số lượng lá/cây của lô thí nghiệm được xử lí cao hơn so với lô không được xử lí (P < 0,05). Trên cây cà chua bị gây nhiễm bởi nấm F. oxysporum, sau đó được xử lí với tế bào của Burkholderia và Bacillus. Nấm F. oxysporum bị kiểm soát 67% đến 75%. Sinh khối tươi, khô của cây cà chua, số lượng lá/cây, chiều cao cây ở lô thí nghiệm cao hơn so với lô không được xử lí (P <0,05). Như vậy, tế bào chủng Burkholderia, Bacillus không những kiểm soát hiệu quả nấm bệnh R.solani và F. oxysporum mà còn có ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và phát triển của rau diếp, khoai tây trong nhà lưới. Hơn nữa, đối với lô thí nghiệm được xử lí với tế bào cũng như dịch ngoại bào của chủng vi khuẩn đối kháng, mật độ và chủng loại vi sinh vật hữu ích trong đất xung quanh bộ rễ của cà chua, rau diếp không bị giảm so với đối chứng.

A. R.solani hại rau diếp
B. Rau diếp nhiễm nấm R. solani được xử lý với dịch ngoại bòa chủng vi khuẩn đối kháng chọn lọc.
C. Rau diếp nhiễm nấm R.solani được xử lý với tế bào chủng vi khuẩn đối kháng chọn lọc.

D. Sợi nấm R.solani bị ức chế phát triển bởi chủng vi sinh vật đối kháng chọn lọc.
E. Sợi nấm F.oxysporum bị ức chế phát triển bởi chủng vi sinh vật đối kháng chọn lọc.

Kiểm soát nấm R. solani, F. oxysporum gây bệnh cây trồng bằng dịch ngoại bào của chủng vi khuẩn đối kháng

Vi khuẩn đối kháng Pseudomonas sinh tổng hợp chất ngoại bào syringomycin, syringostatin, syringotoxin, cepacin A, cepacin B, phenazine và pyrrolnitrin; Burkholdria sinh tổng hợp chất cepacin và pyrrolnitrin; Bacillus sinh tổng hợp iturin, surfacin, bacilysin, bacillomycin và mycobacillin có hoạt tính diệt nấm R. solani, F. oxysporum gây bệnh thối rễ, thối thân ở nhiều loại cây trồng quan trọng. Trong điều kiện in vitro trên môi trường thạch, dịch ngoại bào của chủng vi khuẩn đối kháng Burkholderia, Pseudomonas và Bacillus diệt 70-90% nấm F. oxysporum, và diệt 75-81% nấm R. solani.

Thử nghiệm trong nhà lưới, dịch ngoại bào của các chủng vi khuẩn đối kháng Burkholderia, Pseudomonas và Bacillus làm giảm 67-75% thiệt hại gây ra bởi nấm R. solani trên rau diếp. Dịch ngoại bào của các chủng vi khuẩn đối kháng cũng có khả năng kiểm soát nấm bệnh ở mức độ khác nhau (P<0,001), không ảnh hưởng tiêu cực đến nẩy mầm của hạt (cà chua, rau diếp), không ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng, phát triển của cây. Khối lượng tươi, khối lượng khô của thân-lá, và số lượng lá/cây cao hơn so với đối chứng. Bộ rễ của rau diếp, cà chua thì phát triển tốt, sinh khối tươi và khô cao hơn so với đối chứng.

Đối với nấm F. oxysporum gây hại trên cà chua, dịch ngoại bào chủng vi khuẩn đối kháng Burkholderia, Pseudomonas và Bacillus làm giảm 67-75% thiệt hại do nấm gây ra. Khối lượng tươi của thân và lá của cây cà chua ở lô thí nghiệm cao hơn so với đối chứng. Chiều cao cây, số lượng lá/cây ở lô xử lí với dịch ngoại bào cao hơn so với đối chứng. Quần thể vi sinh vật có ích trong đất xung quanh rễ cũng không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi dịch ngoại bào.

Như vậy, triển vọng sử dụng chế phẩm (tế bào, dịch ngoại bào) từ vi khuẩn đối kháng để diệt nấm gây hại cây trồng là rất lớn, ưu việt và hiệu quả hơn so với biện pháp hóa học. Việc sử dụng chế phẩm dạng này sẽ gióp phần làm tăng năng suất cây trồng, giảm ô nhiễm môi trường, gióp phần quan trọng vào việc phát triển nền nông nghiệp bền vững.

Nguồn: Phòng Công nghệ Sinh học Enzyme, Viện Công nghệ Sinh học