Khai thác nguồn vi sinh vật bản địa: Ngăn chặn bệnh trên rau họ Cải

Tựa như hiệu ứng cánh bướm, chỉ từ một đốm bệnh nhỏ như giọt dầu, mô bệnh thối nhũn và thối rễ nhanh chóng to dần và gây hư hại cây họ Cải, kế đó bệnh lan dần khắp cả một cánh đồng rau, ảnh hưởng đến sinh kế của người nông dân lẫn chất lượng những bữa ăn của mỗi người Việt Nam.

Trồng bắp cải thường cho hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên, sâu bệnh hại là một trong những yếu tố làm ảnh hưởng đến giá thành và gây cản trở sản xuất.

ThS. Nguyễn Thị Ánh Nguyệt và các đồng nghiệp tại Trung tâm Công nghệ sinh học TP.HCM đã cùng nhau tìm kiếm một phương án hữu hiệu và an toàn nhằm khắc phục những căn bệnh này.

Trên những cánh đồng bắp cải tại Tây Nguyên, các nhà khoa học đang kiểm tra từng bẹ bắp cải hòng tìm kiếm các mẫu rau đã bị hư hại. Công việc tưởng chừng như nhỏ nhặt và tỉ mỉ đó chính là điểm bắt đầu để họ có thể tìm ra phương án “giải cứu” người nông dân khỏi nỗi lo thiệt hại mùa hàng, lẫn sự thấp thỏm của người tiêu dùng trước câu hỏi “Liệu đĩa rau trên bàn ăn hôm nay có ‘tích tụ’ thuốc hóa học hay không?”

Mối nguy của các loại rau họ Cải

Bắp cải, cải bông xanh, súp lơ, cải xoăn cải củ, cải thìa, xà lách, cải xoong, mù tạt và su hào. Đó chỉ là một phần nhỏ trong số các “thành viên” của họ Cải (Brassicaceae), còn gọi là họ Thập tự (Cruciferae). Đây là những loại rau gần gũi với chúng ta, bởi thường xuyên xuất hiện trong những bữa ăn gia đình của người Việt Nam. Với khoảng 350 chi, nhiều loài trong họ Cải có tầm quan trọng kinh tế lớn, đồng thời là nguồn cung cấp chất xơ, vitamin, khoáng chất… giúp phòng chống nhiều bệnh cho con người.

Không chỉ là lựa chọn quen thuộc của những người nội trợ, rau họ Cải vốn được biết đến như những loại rau dễ thích nghi với điều kiện tự nhiên tại Việt Nam, thời gian sản xuất ngắn, vốn đầu tư thấp (vài triệu đồng/công), nên chúng còn là lựa chọn lý tưởng để trồng trọt với nhiều hộ nông dân, nhất là đối với hộ ít đất, hộ nghèo hoặc những nơi đất cao không tiện trồng lúa.

Rau thuộc họ Cải dù dễ trồng nhưng cũng rất dễ bị côn trùng và vi sinh vật bao gồm vi nấm, vi khuẩn tấn công và gây bệnh. Các bệnh do vi sinh vật gây nên bao gồm bệnh thối nhũn, bệnh đốm vòng, bệnh thối hạch, bệnh thối rễ, thối thân… xuất hiện ở mọi lứa tuổi từ lúc nảy mầm đến khi thu hoạch và thậm chí sau thu hoạch. Bệnh thối nhũn và thối rễ gây thiệt hại nghiêm trọng nhất. Bệnh thối nhũn do vi khuẩn E. carotovora và bệnh thối rễ do nấm Pythiaceae gây ra.

Bệnh thối nhũn gây hại trên hầu hết rau họ Cải nhưng đặc biệt là trên bắp cải. Bệnh thường xuất hiện từ đầu bắp lan dần xuống phía dưới hoặc từ gốc phát triển lên trên. Ở lá bắp vết bệnh lúc đầu có dạng giọt dầu, dần dần biến thành màu nâu nhạt, mô bệnh nhanh chóng lan rộng và thối nhũn, có mùi khó ngửi. Lá ngoài cùng của cây bị héo rũ vào ban ngày đến ban đêm có thể phục hồi. Nếu bệnh tiếp tục phát triển thì lá không thể phục hồi được, héo rũ cụp xuống để lộ rõ bộ phận bắp cải. Lúc này bắp cải dễ gãy, cây đổ ngã trên mặt đất và thối nhanh chóng. Cảnh tượng cánh đồng bắp cải ngã đổ là cơn “ác mộng” đối với người nông dân, và gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng bữa ăn của mỗi người Việt Nam.

Thuốc bảo vệ hóa học đã từng được coi là “lá chắn” toàn năng với hiệu quả nhanh, dễ sử dụng và giá thành rẻ. Tuy nhiên việc lạm dụng thuốc hóa học đã góp phần gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người trồng rau lẫn người mua rau. Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong canh tác nông nghiệp được kỳ vọng sẽ thay thế dần thuốc hóa học. Trong đó các chế phẩm sinh học (đặc biệt là chế phẩm từ Streptomyces spp.) chứa sinh khối và bào tử vi sinh vật đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong kiểm soát bệnh hại rau nhờ có hiệu quả lâu dài và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, các chủng vi sinh vật có trong chế phẩm dạng này thường ở dạng “ngủ”, chúng cần thời gian để thích nghi, sinh trưởng và phát triển - nói cách khác, chúng cần có thời gian tái tăng sinh để phát huy khả năng đối kháng tác nhân gây bệnh nên hiệu quả chậm và thường được ưu tiên dùng trong phòng bệnh. Ngược lại, chế phẩm sinh học dạng dịch chiết thứ cấp từ Streptomyces spp. có nhiều ưu điểm như thời gian tác động nhanh, an toàn, không gây ô nhiễm môi trường, nhưng lại dễ phân hủy nên không có hiệu quả lâu dài.

Trước những trăn trở của người nông dân, ThS. Nguyễn Thị Ánh Nguyệt và các đồng nghiệp tại Trung tâm Công nghệ sinh học TP.HCM quyết định tiến hành nghiên cứu quy trình tạo dịch chiết từ quá trình nuôi cấy Streptomyces spp. để phòng trừ bệnh thối nhũn và thối rễ trên rau ăn lá một cách hiệu quả.

Nếu thành công, dịch chiết do các nhà khoa học phát triển sẽ là một gợi ý thay thế các sản phẩm nhập ngoại. Hiện tại các thuốc chứa hoạt chất ly trích từ Streptomyces spp. ở Việt Nam chủ yếu được du nhập từ nước ngoài, có thể có tác dụng kém đối với việc kiểm soát tác nhân gây bệnh bản địa Việt Nam, đặc biệt là đối với nấm giả Pythium spp., Phytophthora spp., Phytopythium spp. thuộc họ Pythiaceae. “Các nghiên cứu liên quan đến các chủng Streptomyces spp. bản địa Việt Nam mặc dù được thực hiện nhiều nhưng vẫn chưa được ứng dụng thực tiễn, nhất là trong công tác phòng trừ bệnh trên rau họ Cải”, nhóm nghiên cứu nhận định.

Phương án sinh học an toàn

Để có được một bức tranh tổng quan về tình hình bệnh thối nhũn và thối rễ tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát tại các vườn rau thuộc một số tỉnh vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ và thu thập được 32 mẫu rau có triệu chứng bệnh do nấm thuộc họ Pythiaceae và vi khuẩn E. carotovora gây ra. Từ 32 mẫu này, các nhà khoa học đã phân lập được 5 chủng vi khuẩn nghi ngờ thuộc chi Erwinia và 3 chủng nghi ngờ là nấm thuộc họ Pythiaceae. Trong đó, chủng vi khuẩn SR20 và chủng nấm RR1 có khả năng gây bệnh nhân tạo mạnh nhất.

Kết quả định danh sinh học phân tử cho thấy chủng SR20 tương đồng 100% với Pectobacterium carotovorum subsp. Carotovorum CP003776.1 (tên gọi khác của E. carotovora), chủng RR1 tương đồng 98,97% với loài chủng Pythium vexans GU133475.1 trong ngân hàng gene NCBI.

Tương tự như những nhà nghiên cứu đi trước, các nhà khoa học tại Trung tâm Công nghệ sinh học TP.HCM cũng cho rằng Streptomyces spp. là lời giải giúp chống lại những chủng bệnh này. Streptomyces spp. là chi nổi tiếng nhất trong nhóm xạ khuẩn Actinomycetes (thuộc ngành Actinobacteria), được gọi là xạ khuẩn vì khuẩn lạc mọc theo hình phóng xạ.

Xạ khuẩn là một trong những tác nhân phòng trừ sinh học được nghiên cứu rộng rãi, có nhiều ưu điểm đối kháng với mầm bệnh thông qua như khả năng tiết enzyme ngoại bào, tiết kháng sinh, cạnh tranh dinh dưỡng và kích thích sinh trưởng cây trồng tăng sức đề kháng với mầm bệnh và góp phần tăng năng suất cây trồng. Đặc biệt là các loài thuộc chi Streptomyces được xem là nguồn sản sinh chất kháng khuẩn nhiều nhất.

Từ 81 mẫu đất thu được, ThS. Nguyễn Thị Ánh Nguyệt và các đồng nghiệp đã phân lập được 112 chủng Streptomyces spp., trong đó chủng LD26 có khả năng sinh hoạt chất kháng Pythium vexans mạnh nhất, đạt 51,87% sau 48 giờ; chủng LD41 khả năng ức chế vi khuẩn E. carotovora cao hơn các chủng còn lại, đường kính vòng ức chế đạt 5,71mm. Kết quả định danh sinh học phân tử cho thấy, chủng LD26 tương đồng 100% với chủng Streptomyces filamentosus FJ792560, chủng LD41 tương đồng 99,93% với chủng Streptomyces nashvillensis JN180223.

Quá trình nghiên cứu lựa chọn điều kiện nuôi cấy các chủng Streptomyces spp. đã được chọn để thu hoạt chất kháng bệnh cho thấy, chủng Streptomyces nashvillensis LD41 phù hợp với môi trường Gause I (môi trường thích hợp cho xạ khuẩn), pH7 sau bảy ngày nuôi cấy. Chủng Streptomyces filamentosus LD26 phù hợp với môi trường MT1, pH7 và sau bảy ngày nuôi cấy. Trong bốn loại dung môi hữu cơ, ethyl acetate phù hợp cho cả hai quá trình tách chiết hoạt chất kháng bệnh từ dịch nuôi cấy loại bỏ tế bào của hai chủng Streptomyces nashvillensis LD41 và Streptomyces filamentosus LD26. Đặc biệt, Streptomyces filamentosus LD26 là chủng đã được tuyển chọn và sàng lọc có khả năng ức chế mạnh nhất đến sự sinh trưởng và phát triển của nấm P. vexans trong phòng thí nghiệm.

Khi xử lý hạt cải ngọt với các dịch chiết thô trong điều kiện phòng thí nghiệm, “cả hai loại dịch chiết thô thu được đều có vai trò làm tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt đã nhiễm bệnh do vi khuẩn E. carotovora và nấm P. vexans”, các nhà khoa học phát hiện. Qua quá trình nghiên cứu, sàng lọc và khảo sát, nhóm nghiên cứu đã xây dựng được hai quy trình thu nhận dịch chiết chứa hoạt tính kháng vi khuẩn E. carotovora và nấm P. vexans gây bệnh thối nhũn và thối rễ trên rau họ thập tự.

Việc thu thập, phân lập các chủng vi sinh vật bản địa tiềm năng với nguồn gốc rõ ràng sẽ giúp quá trình phòng trừ bệnh hiệu quả hơn. Song dù đã xây dựng được hai quy trình tách chiết hoạt chất thứ chất từ các chủng Streptomyces spp. ứng dụng trong phòng trừ bệnh thối nhũn và thối rễ trên rau họ Cải, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng “hiệu quả tách chiết thô còn chưa vượt trội với dịch nuôi cấy đã loại bỏ tế bào”. Do đó, thời gian tới họ sẽ nghiên cứu thêm một số yếu tố khác để tăng hiệu quả tách chiết và khảo sát một số điều kiện bảo quản dịch chiết thô, giúp lưu giữ được các hoạt chất kháng bệnh lâu nhất.

Khoahocphattrien