Nghiên cứu hệ vi sinh vật nội sinh phục vụ sản xuất chế phẩm phòng chống bệnh bạc lá và bệnh thối rễ trên cây lúa

Bệnh hại do vi sinh vật (VSV) gây ra trên cây lúa khá phổ biến, trong đó có nhiều bệnh nguy hiểm được ghi nhận ở quy mô dịch, gây thiệt hại lớn cho nhiều vùng canh tác trên cả nước.

Công cụ metagenomics hiện nay đã được áp dụng một cách hiệu quả để nghiên cứu các hệ VSV, trong đó có vi khuẩn nội sinh (VKNS). Công cụ này cho phép giải đáp câu hỏi về mối liên hệ giữa các tác nhân gây bệnh và hệ VKNS, cũng như tác động của giống cây và các yếu tố môi trường tới hệ VKNS. Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào phân tích và đánh giá vai trò của hệ VKNS trên lúa nhiễm hai bệnh nghiêm trọng, đó là bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) và bệnh thối rễ/thối gốc do vi khuẩn Dickeya zeae (Dz) gây ra. Do vậy, TS. Đinh Thúy Hằng và các cộng sự tại Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học thực hiện đề tài “Nghiên cứu hệ vi sinh vật nội sinh phục vụ sản xuất chế phẩm phòng chống bệnh bạc lá (Xanthomonas oryzea pv. oryzea) và bệnh thối rễ (Dickeya zeae) trên cây lúa” trong thời gian từ năm 2017 đến năm 2021.

Đề tài được thực hiện với mục tiêu sử dụng công cụ metagenomics kết hợp với phương pháp phân lập truyền thống để phát triển các chế phẩm sinh học ứng dụng trong phòng chống các bệnh hại này trên cây lúa.

Dưới đây là một số kết quả nổi bật của đề tài nghiên cứu:

- Tổng số 478 chủng VKNS đã được phân lập từ rễ/thân/lá lúa thu thập từ các vùng canh tác ở ba miền Bắc (Thái Bình), Trung (Khánh Hòa, Phú Yên) và Nam (Long An). Sàng lọc về hoạt tính kháng Xoo/Dz đã thu nhận được sáu chủng có hoạt tính đối kháng cao đối với Xoo (VY148, VY105, VY338) và Dz (VY03, VY65, VY81) có tiềm năng ứng dụng. Hai chủng Pantoea ananatis VY148 và Bacillus velezensis VY03 được lựa chọn nghiên cứu chi tiết để ứng dụng cho tạo chế phẩm phòng chống bệnh bạc lá/thối rễ lúa.

- Phân tích hệ VKNS lúa bằng phương pháp metagenommics cho thấy sự có mặt của vi khuẩn Xoo gây bệnh bạc lá không dẫn đến thay đổi trong hệ VKNS (khác với trường hợp vi khuẩn Dz gây bệnh thối rễ). a-Proteobacteria là nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế trong rễ/thân/lá lúa. Phần lá có biểu hiện bệnh, ngoài a-Proteobacteria còn có g-Proteobacteria với đại diện là chi Xanthomonas. Thí nghiệm FISH sử dụng các đầu dò đặc hiệu ALF968 và GAM42a cho thấy lớp vi khuẩn a- và g - proteobacteria tập trung chủ yếu gần các mạch xylem chính.

- Hoạt chất kháng Xoo/Dz từ các chủng VKNS được tách chiết và xác định phổ khối MS. Kết quả xác định được hoạt chất kháng Dz là 2-(2-heptenyl)-3- methyl-4(1H)-quinolone (C17H21ON) từ chủng VY81; hoạt chất từ các chủng VY105, VY148, VY03 có thể chứa nhiều hơn một dẫn xuất và/hoặc dễ bị phân hủy nên khó xác định cấu trúc.

- Chế phẩm phòng chống bệnh bạc lá (KX) chứa chủng VKNS VY148 đã được nghiên cứu chế tạo, sử dụng công nghệ bao gói trong hạt gel alginate. Quy trình công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm với lượng sản phẩm 1 kg/mẻ đã được xây dựng. Thử nghiệm trong nhà lưới cho thấy chế phẩm đạt hiệu quả kiểm soát bệnh bạc lá 71,6% khi được áp dụng theo phương thức phòng và chống bệnh (phun liên tục trước và sau khi nhiễm bệnh), và 22% khi được áp dụng theo phương thức chống bệnh (chỉ phun sau khi nhiễm bệnh).

- Chế phẩm phòng chống bệnh thối rễ (KD) chứa chủng VKNS VY03 đã được nghiên cứu chế tạo, sử dụng công nghệ bao gói trong hạt gel alginate. Quy trình công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm với lượng sản phẩm 1 kg/mẻ đã được xây dựng. Thử nghiệm trong nhà lưới cho thấy chế phẩm đạt hiệu quả kiểm soát bệnh thối rễ 70,3% khi được áp dụng theo phương thức phòng và chống bệnh (tưới liên tục trước và sau khi nhiễm bệnh), và 21% khi được áp dụng theo phương thức chống bệnh (chỉ phun sau khi nhiễm bệnh).

Việc phát triển thành công chế phẩm sinh học từ vi khuẩn nội sinh phòng chống bệnh bạc lá (có kết quả khả quan trong thử nghiệm đánh giá ở điều kiện nhà lưới và điều kiện đồng ruộng) đặc biệt có ý nghĩa kinh tế - xã hội. Sản phẩm sẽ góp phần giúp người trồng lúa đảm bảo được năng suất và chất lượng gạo. Với độ an toàn cao, chế phẩm sinh học có thể sử dụng theo chế độ phòng bệnh, dùng để xử lý đất và hạt giống ngay từ khi gieo mạ và áp dụng định kỳ trong vụ canh tác.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20115/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.