Bệnh gỉ sắt trên cây cà phê ở Việt Nam: Truy tìm nguồn gốc và con đường lây lan

Bệnh gỉ sắt - một căn bệnh tưởng chừng đã biến mất từ lâu nay đã hoành hành trở lại trên khắp các trang trại cà phê tại Việt Nam.

Tỷ lệ mắc bệnh gỉ sắt và tần suất xuất hiện các kiểu gene đơn bội Hemileia vastatrix đầu tiên ở các vùng khác nhau.

Các nhà khoa học mong muốn hiểu được sự đa dạng của quần thể bệnh, từ đó tìm kiếm một phương thức quản lý hiệu quả, kiểm soát dứt điểm căn bệnh trong thời gian tới.

Hơn 200 năm trước, các nhà truyền giáo người Pháp đã đến miền Bắc nước ta và trồng cây cà phê Arabica đầu tiên. Vài thập kỷ sau đó, vào tháng 10/1890, nước ta lần đầu tiên ghi nhận sự xuất hiện của bệnh gỉ sắt trên cây cà phê Arabica ở một số đồn điền. Đây là bệnh thực vật được đặt tên theo các bào tử nấm gây bệnh gỉ sắt - còn được gọi là Hemileia vastatrix. Khi cây bị nhiễm bệnh, mặt dưới của lá sẽ dần đổi màu. Những đốm màu này nhanh chóng chuyển sang màu vàng, sau đó là một lớp “bụi” màu cam – tức các bào tử trưởng thành. Các đốm gỉ sắt phát triển to dần, làm suy giảm khả năng quang hợp, trao đổi chất của lá, cuối cùng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cây trồng, ảnh hưởng nặng nề đến năng suất và chất lượng của hạt cà phê.

Từ đó đến nay, “bệnh gỉ sắt dần trở thành vấn nạn của ngành cà phê, bệnh không gây chết cây trực tiếp nhưng gián tiếp làm cây suy yếu, gây mất năng suất. Ở các nước trồng cà phê như Brazil, Columbia,... bệnh gỉ sắt được quan tâm nghiên cứu và đã có nhiều công bố về bệnh gỉ sắt ở các nước này”, ThS. Lê Thị Mai Châm (Phòng Công nghệ Vi sinh, Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.HCM) nhận định. Trong khi đó, Việt Nam là nước sản xuất cà phê lớn thứ hai thế giới nhưng các công bố về bệnh trên cà phê rất ít, đặc biệt là bệnh gỉ sắt. Khi các nhà khoa học đặt câu hỏi khảo sát cho các nông dân, nhà quản lý “thì hầu hết câu trả lời nhận được là bệnh rỉ sắt đã được kiểm soát, không còn là nguy cơ trong ngành sản xuất cà phê”. Liệu có đúng căn bệnh này đã thực sự biến mất?

Bệnh gỉ sắt trở lại

Sự tin tưởng vào những giống cây trồng kháng bệnh là nguyên nhân chính khiến nhiều người tin rằng bệnh gỉ sắt đã được kiểm soát tại Việt Nam. Trở lại câu chuyện trong quá khứ, đến đầu những năm 1900, khi các đồn điền rơi vào cảnh lao đao do các cây cà phê mắc phải căn bệnh lạ, những người chủ đồn điền ở miền Nam đã chuyển sang trồng giống cà phê Robusta (Coffea canephora) thay cho Arabica. Trong khi đó, các đồn điền vùng Tây Bắc cũng chuyển sang trồng giống cà phê Catimor (thuộc chi Arabica) vốn nổi tiếng với khả năng chống bệnh gỉ sắt. Từ đó đến nay, những trang trại vẫn yên tâm trồng cà phê với niềm tin rằng căn bệnh giờ đây đã lùi vào quá khứ.

Năm 2019, nhằm chứng thực tình hình bệnh gỉ sắt tại Việt Nam, ThS. Lê Thị Mai Châm và các đồng nghiệp tại Phòng Công nghệ Vi Sinh đã bắt đầu quá trình thu thập mẫu ở các vùng sản xuất cà phê trọng điểm của Việt Nam, bao gồm Đông Nam Bộ (Đồng Nai và Bình Phước), Tây Nguyên (Đắk Lắk, Đắk Nông và Lâm Đồng) và Tây Bắc (Sơn La và Điện Biên) và bất ngờ nhận ra tỷ lệ xuất hiện bệnh ở các vùng trồng khá cao.

“Ở 85 trang trại chúng tôi khảo sát, có 41 trang trại xuất hiện mẫu lá cà phê bị nhiễm nấm gỉ sắt”, ThS. Châm tiết lộ với Khoa học và Phát triển con số bất ngờ đã đánh đổ những khẳng định trước đó rằng căn bệnh không còn là vấn đề đáng lo ngại tại Việt Nam. Trong đó, giống Catimor có mức độ nhạy cảm cao hơn so với giống Robusta với các triệu chứng bệnh nghiêm trọng.

Lý giải việc cây trồng mất khả năng kháng bệnh gỉ sắt, nhiều nghiên cứu trước đây trên thế giới cho rằng có thể do đột biến trong bộ gene của H. vastatrix hoặc sự xuất hiện của các chủng gây bệnh mới có khả năng xâm nhập và gây bệnh ngay cả giống kháng.

Với mong muốn làm rõ chủng gây bệnh tại Việt Nam để tìm kiếm cách thức ngăn chặn hiệu quả, ThS. Lê Thị Mai Châm đã quyết định mang mẫu sang Nhật Bản để tiến hành các nghiên cứu sâu hơn. Vì sao lại là Nhật Bản, một nước nơi cà phê không phải cây trồng chủ lực? “Các phòng thí nghiệm bệnh học cây trồng tại đại học Tsukuba và Ibaraki là một trong các nhóm có lịch sử nghiên cứu lâu đời về nấm bệnh rỉ sắt hại cây trồng”, ThS. Châm lý giải. “Phòng Thí nghiệm tại trạm nghiên cứu Sugadaira của Đại học Tsukuba cũng đã thực hiện nhiều nghiên cứu liên quan đến đa dạng di truyền và cấu trúc quần thể nên đã hỗ trợ rất nhiều về mặt chuyên môn”.

Ngược về quá khứ

Để kiểm soát và ngăn chặn dứt điểm một căn bệnh trên thực vật, chúng ta cần hiểu rõ sự đa dạng của quần thể bệnh và cách thức lan truyền bệnh. Bệnh gỉ sắt trên cây cà phê cũng không phải là ngoại lệ. Từ đây, “chúng ta sẽ xác định các biến thể di truyền của nó và dự đoán các biến thể tiềm năng trong tương lai.” tác giả chính của nghiên cứu, phó giáo sư Izumi Okane (Khoa Khoa học Môi trường và Đời sống, Đại học Tsukuba), nhận định.

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá sự đa dạng di truyền của nấm thông qua giải trình tự gene, ước tính vùng địa lý nơi vi khuẩn H. vastatrix xuất hiện đầu tiên, cũng như hướng lan truyền bệnh giữa các vùng sản xuất cà phê chính của Việt Nam. Nhóm đã phân tích 863−869 cặp cơ sở của vùng trình tự (ITS) từ 83 mẫu, phát hiện 52 kiểu gene đơn bội (haplotype). Dựa trên phân tích mô hình phân bố địa lý của các haplotype, nhóm đã xác định được năm kiểu haplotype sớm nhất, là nguồn gốc của hầu hết các haplotype khác ở Việt Nam. Các halotype sớm được tìm thấy với tần suất cao nhất ở Tây Bắc Việt Nam. Từ đây, nhóm đưa ra kết luận bệnh gỉ sắt trên cây cà phê xuất hiện đầu tiên tại Tây Bắc rồi lan dần xuống miền Nam. Một số chi khác của nấm gây bệnh thì phát sinh tại Tây Nguyên và lan rộng ra xung quanh.

Những bào tử nấm đã đi dọc đất nước nhờ nương theo gió và hoạt động sống, hoạt động thương mại của con người. “Khi một bào tử nấm gỉ sắt xâm nhiễm và gây bệnh trên lá cà phê, chúng sẽ phát triển và tạo thành hàng ngàn bào tử urediniospore khác ở mặt dưới của lá. Các bào tử này rất nhẹ và dễ dàng tách khỏi bề mặt lá. Gió là nguyên nhân chính thúc đầy việc di cư của các bào tử này đến các vùng trồng khác”, ThS. Châm mô tả.

Tuy nhiên, con đường di cư của nấm từ Tây Bắc đến miền Nam Việt Nam cho thấy rằng gió không phải là toàn bộ nguyên nhân gây nên sự phát tán của nấm. “Dựa vào các nghiên cứu trước, nhóm nghiên cứu cho rằng hoạt động của con người đã thúc đẩy việc lan truyền nấm. Bào tử nấm bệnh có thể đính trên quần áo con người và lây lan sang các vùng khác con người xê dịch. Ngoài ra, bào tử nấm bệnh còn có thể đính trên hàng hóa và lan tới các vùng khác nhờ hoạt động thương mại”. Hơn nữa, ở Việt Nam, cây con giống không được kiểm soát chặt chẽ và đôi khi cây giống nhiễm bệnh cũng được vận chuyển tới các vùng trồng mới và làm phát tán bệnh ra cả khu vực.

Ở những vùng có dịch, giống Catimor có những triệu chứng bệnh nghiêm trọng hơn Robusta. Giống Robusta vốn có khả năng tự nhiên kháng bệnh gỉ sắt. Giống cà phê Catimor cũng là một trong những thế hệ con lai của Robusta nên có khả năng kháng bệnh gỉ sắt ở một mức độ nào đó; tuy nhiên Catimor thực chất cũng có một phần gene của Arabica nên khả năng kháng bệnh không thể so sánh với giống kháng tự nhiên như Robusta.

Không chỉ gói gọn trong nước, kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy quần thể nấm bệnh gỉ sắt ở Việt Nam, Trung và Nam Mỹ có mối quan hệ di truyền rất gần. Phải chăng quần thể H. vastatrix ở Việt Nam lây lan từ Brazil và Mexico? “Rất khó để khẳng định, bởi lần phát hiện bệnh gỉ sắt đầu tiên ở Việt Nam là vào năm 1890, trong khi bệnh gỉ sắt ở Brazil và Mexico lần lượt được ghi nhận vào những năm 1970 và 1980”, nhóm nghiên cứu viết trong công bố. Phương án thứ hai, có thể bào tử nấm đã di cư đến Việt Nam từ các nước châu Phi vì Việt Nam và những quốc gia này đều từng bị Pháp đô hộ. Mốc thời gian chính xác của đại dịch gỉ sắt toàn cầu là 1875-1920, phù hợp với thời điểm năm 1890 khi Việt Nam ghi nhận sự xuất hiện của căn bệnh này. “Có thể người Pháp đã mang đến Việt Nam cây giống hoặc cà phê từ các khu vực bị nhiễm bệnh ở châu Phi”.

Các nhà khoa học Nhật Bản và Việt Nam đã đưa ra nhiều ý tưởng khác nhau về xuất phát điểm của dịch. Tuy nhiên, “chúng tôi không vội đưa ra những kết luận vội vàng mà sẽ tiến hành các nghiên cứu tiếp theo để có thể có các kết luận tin cậy nhất”, ThS Châm tỏ ra thận trọng. Sự thận trọng của nhóm không chỉ nhằm đảm bảo mức độ đáng tin cậy nghiên cứu mà còn để thực hiện các thí nghiệm một cách chậm rãi, tuân thủ nghiêm ngặt các quy định kiểm dịch thực vật. nhằm “ngăn chặn sự lây lan của bệnh ở cấp độ quốc gia”.

Phương thức quản lý hiệu quả

Những phát hiện về nguồn gốc và con đường di cư của bệnh gỉ sắt đã gợi mở những yếu tố cần lưu ý nếu muốn kiểm soát dịch bệnh: khí hậu, hoạt động sống của con người v.v. Chẳng hạn, ​​“cần phải xem xét các hoạt động của con người như một thành tố trung gian. Đây có thể là lý do đẩy nhanh quá trình đa dạng hóa di truyền của các quần thể nấm gỉ sắt”, phó giáo sư Okane gợi ý.

Dù vậy, trong bối cảnh hiện nay, khi các nhà khoa học cần phải tiến hành thêm nhiều nghiên cứu để làm rõ các suy đoán của mình, “phương thức quản lý dịch bệnh hiệu quả nhất nhằm sản xuất cà phê an toàn, bền vững vẫn là sử dụng giống kháng bệnh”, ThS. Lê Thị Mai Châm khẳng định. Trong khi chờ đợi các nhà khoa học cập nhật hoặc tạo ra các giống kháng bệnh mới, nhóm nghiên cứu cho rằng các trang trại cần cần xem lại quy trình chăm sóc vì dinh dưỡng ảnh hưởng lớn tới sức khỏe của cây.

“Nếu trồng giống kháng bệnh mà không chăm sóc cây hợp lý thì cũng làm cho cây suy yếu và dễ dàng bị bào tử nấm bệnh xâm nhiễm. Do đó, cần bón phân chăm sóc cây hợp lý để nâng cao sức đề kháng của cây, cần trồng các hàng cây chắn để ngăn chặn sự phát tán của bào tử nấm bệnh và phải quản lý nguồn cây giống sạch bệnh để tránh lây lan bệnh.” Những đề xuất này phù hợp với các phát hiện của nhóm nghiên cứu, cho thấy tình trạng mắc bệnh gỉ sắt ở cây cà phê tại các trang trại bị bỏ hoang ở Tây Nguyên có phần nghiêm trọng hơn so với những khu vực khác.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục thu thập mẫu bệnh gỉ sắt cà phê ở châu Phi, châu Mỹ và các khu vực trồng cà phê khác ở châu Á để tiến hành phân tích sâu hơn về nguồn gốc và con đường di cư của nấm này.

Tuy nhiên, dịch bệnh COVID-19 đã gây khó khăn cho việc thu thập mẫu bệnh không những tại Việt Nam mà còn ở các quốc gia, khu vực khác. Do đó, “chúng tôi chưa thể thu thập đủ nguồn mẫu cho nghiên cứu”, ThS. Lê Thị Mai Châm chia sẻ về khó khăn trong hiện tại. Các phân tích trong nghiên cứu trước chỉ dựa trên một vùng trình tự (ITS), do đó nhóm nghiên cứu không thể giải quyết nhiều nghi vấn xung quanh nguồn gốc và sự phát tán của bệnh. “Lúc này, chúng tôi vẫn sẽ tiếp tục thực hiện các phân tích trên toàn bộ bộ gene của các quần thể nấm bệnh gỉ sắt này để trả lời các vấn đề hãy còn bỏ ngỏ”.

Theo Khoahocphattrien