nghiên cứu sử dụng vi khuẩn nội sinh có khả năng phân hủy nacyllhomoserine lactones (ahls) trong phòng trừ bệnh thối nhũn khoai tây do vi khuẩn erwinia carotovora subsp. carotovora

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------------

------------------

NGUYỄN THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI KHUẨN NỘI SINH CÓ KHẢ NĂNG
PHÂN HỦY N-ACYL-L-HOMOSERINE LACTONES (AHLs)
TRONG PHÒNG TRỪ BỆNH THỐI NHŨN KHOAI TÂY DO VI KHUẨN
ERWINIA CAROTOVORA SUBSP. CAROTOVORA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------------

------------------

NGUYỄN THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI KHUẨN NỘI SINH CÓ KHẢ NĂNG
PHÂN HỦY N-ACYL-L-HOMOSERINE LACTONES (AHLs)
TRONG PHÒNG TRỪ BỆNH THỐI NHŨN KHOAI TÂY DO VI KHUẨN
ERWINIA CAROTOVORA SUBSP. CAROTOVORA

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ: 60.42.02.01
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG HOA LONG
TS. ĐỒNG HUY GIỚI

HÀ NỘI – 2014


LỜI CAM ĐOAN

- Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2014

Tác giả luận văn

NGUYỄN THỊ THU HÀ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: TS. Hoàng Hoa Long và
TS. Đồng Huy Giới đã quan tâm, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp
tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài và hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Nguyễn Thanh Hà, CN. Nguyễn Thị Thu
Hà, cùng các cán bộ, anh chị em trong Bộ môn Bệnh học Phân tử - Viện Di truyền
Nông nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Công nghệ sinh học, bộ môn Sinh học
đã tận tình giúp đỡ và đóng góp các ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè và đồng
nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
thực hiện đề tài này.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2014

NGUYỄN THỊ THU HÀ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục chữ viết tắt

vi

Danh mục bảng

vii

Danh mục hình

viii

MỞ ĐẦU

1

1

Đặt vấn đề

1

2

Mục tiêu nghiên cứu

2

3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

3

1.1

Tổng quan về khoai tây

3

1.2

Bệnh thối nhũn trên khoai tây do vi khuẩn thuộc chi Erwinia gây ra

4

1.2.1

Bệnh thối nhũn trên khoai tây

4

1.2.2

Bệnh thối nhũn trên khoai tây do chi vi khuẩn Erwinia gây ra

6

1.2.3

Cơ chế trao đổi thông tin của vi khuẩn Erwinia gây bệnh (Quorum
Sensing)

9

1.3

Vi sinh vật đối kháng

12

1.3.1

Quan hệ đối kháng trong thế giới vi sinh vật

12

1.3.2

Vi sinh vật nội sinh đối kháng

12

1.3.3

Ứng dụng vi khuẩn nội sinh trong phát triển nền nông nghiệp bền vững

14

1.4

Tình hình nghiên cứu sử dụng vi khuẩn nội sinh phòng bệnh thối nhũn

15

1.4.1

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

15

1.4.2

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

16

1.5

Các chủng vi khuẩn chỉ thị

18

1.5.1

Các chủng vi khuẩn chỉ thị

18

1.5.2

Chromobacterium violaceum CV026

18

1.5.3

Chromobacterium violaceum VIR07

19

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

20

2.1

Vật liệu nghiên cứu

20

2.1.1

Thời gian và địa điểm nghiên cứu.

20

2.1.2

Đối tượng nghiên cứu

20

2.1.3

Môi trường sử dụng trong nghiên cứu

20

2.1.4

Thiết bị nghiên cứu

21

2.2

Nội dung nghiên cứu

21

2.3

Phương pháp nghiên cứu

21

2.3.1

Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn gây bệnh thối nhũn khoai tây
Erwinia carotovora subsp carotovora

21

2.3.2

Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn nội sinh

25

2.3.3

Tuyển chọn các chủng vi khuẩn nội sinh có khả năng phân huỷ AHLs
trong điều kiện in vitro và in vivo.

2.3.4

26

Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh thối
nhũn và triệu chứng bệnh trên lát cắt củ khoai tây của VKNS

2.3.5

28

Phân loại vi khuẩn nội sinh và đánh giá mức độ an toàn sinh học của
các chủng vi khuẩn nội sinh

2.3.6

29

Đánh giá khả năng tồn tại của các chủng vi khuẩn nội sinh bên trong
mô cây chủ

32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

34

3.1

Vi khuẩn gây bệnh thối nhũn khoai tây

34

3.1.1

Phân lập vi khuẩn gây bệnh thối nhũn khoai tây

34

3.1.2

Đánh giá độc tính của tác nhân gây bệnh trên củ khoai tây trong phòng
thí nghiệm

34

3.1.3

Khả năng sản sinh AHLs của các chủng vi khuẩn gây bệnh

36

3.2

Phân lập, tuyển chọn các chủng vi khuẩn nội sinh từ củ khoai tây

37

3.3

Tuyển chọn các chủng vi khuẩn nội sinh có khả năng phân hủy AHLs
trong điều kiện in vitro và in vivo

3.4

37

Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh thối
nhũn và triệu chứng bệnh trên lát cắt củ khoai tây của VKNS

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

40
Page iv


3.4.1

Đánh giá khả năng phòng bệnh của VKNS trên lát cắt khoai tây với vi
khuẩn gây bệnh Ecc

3.4.2

40

Đánh giá khả năng phòng trừ bệnh thối nhũn gây ra bởi chủng vi khuẩn
gây bệnh P2.6.1 của các chủng VKNS trên lát cắt củ khoai tây

3.5

46

Phân loại và đánh giá mức độ an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn
nội sinh

48

3.5.1

Phân loại các chủng vi khuẩn nội sinh

48

3.5.2

Xác định mức độ an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn nội sinh

50

3.6

Đánh giá khả năng tồn tại của các chủng vi khuẩn nội sinh bên trong
mô cây chủ

50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

52

1

Kết luận

52

2

Kiến nghị

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO

53

PHỤ LỤC

60

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ

ADN

Acid DeoxyriboNucleic

AHLs

N-acyl-L-homoserine lactones

ARN

Acid RiboNucleic

Bg

Burkholderia glumae

BVTV

Bảo vệ thực vật

DTNN

Di truyền Nông nghiệp

ĐC

Đối chứng

CV026

Chromobacterium violaceum

CTV

Cộng tác viên

CFU

(Colony Forming Unit) đơn vị hình thành khuẩn lạc

CS

Cộng sự

CT

Công thức

Ecc

Erwinia cartovora subsp. carotovora

Ep

Endophytes

FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations

LB

Môi trường Luria Bertani medium

P

Potato

PCR

Polymerase chain reaction

STT

Số thứ tự

QQ

Quorum quenching

QS

Quorum sensing

UV

Ultra Violet

TB

Tế bào

VIR07

Chromobacterium violaceum

VKNS

Vi khuẩn nội sinh

YPDA

Yeast Peptone Dextrose Agar

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC BẢNG

STT

Tên bảng

Trang

1.1

Bệnh thối nhũn do chi vi khuẩn Erwinia gây ra

6

1.2

Đặc tính sinh hóa E. carotovora subsp. carotovora

8

1.3

Hệ thống QS sử dụng phân tử tín hiệu N-AHLs của một số loài Erwinia

3.1

Kết quả đánh giá độc tính của các chủng vi khuẩn phân lập được từ củ

11

khoai tây bị bệnh thối nhũn

35

3.2

Khả năng sinh AHLs của các chủng vi khuẩn gây bệnh

36

3.3

Các chủng VKNS có khả năng phân hủy AHLs

38

3.4

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi lây nhiễm đồng thời với Ecc

42

3.5

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi nhiễm VKNS trước Ecc 24h

43

3.6

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi nhiễm VKNS sau Ecc 24h

45

3.7

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi lây nhiễm đồng thời với P2.6.1

46

3.8

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi lây nhiễm VKNS trước P2.6.1 24h

47

3.9

Khả năng phòng bệnh của VKNS khi lây nhiễm VKNS sau P2.6.1 24h

48

3.13

Khả năng tồn tại của các chủng vi khuẩn nội sinh bên trong mô cây chủ

51

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Tên hình ảnh

Trang

1.1

Triệu chứng bệnh thối nhũn trên khoai tây

5

1.2

Cấu trúc phân tử N-acyl homoserine lactones

10

1.3

Phân hủy phân tử tín hiệu AHLs bằng các loại enzyme khác nhau

16

2.1

Mẫu khoai tây bị bệnh thu thập được

22

2.2

Thí nghiệm thử khả năng sản sinh AHLs của vi khuẩn

25

2.3

Phương pháp xác định VKNS phân hủy AHLs

27

3.1

Hình thái khuẩn lạc của một số chủng vi khuẩn trên môi trường
YPDA sau 24 giờ nuôi cấy ở 28oC

34

3.2

Vết bệnh tái nhiễm trên khoai tây của các chủng vi khuẩn sau 24h

36

3.3

Khả năng sản sinh AHLs chuỗi ngắn và chuỗi dài của chủng vi khuẩn

gây bệnh P.2.6.1

37

3.4

Các chủng VKNS cho khả năng phân hủy AHLs chuỗi ngắn CV026

39

3.5

Các chủng VKNS cho khả năng phân hủy AHLs chuỗi dài VIR07

40

3.6

Sản phẩm PCR nhân đoạn gen 16S rRNA của các chủng VKNS

49

3.7

Quan hệ tiến hóa của các chủng VKNS, với 6 chủng vi khuẩn khác
nhau được phân tích dựa vào trình tự gen 16S rRNA trên GenBank

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

50

Page viii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cây khoai tây tên khoa học là Solanum tuberosum L., thuộc họ Cà
Solanaceae, có nguồn gốc từ vùng núi Andes của Bolivia và Peru. Ngày nay,
khoai tây trở thành cây lương thực quan trọng trên khắp thế giới, từ khoai tây
người ta đã chế biến ra hàng trăm món ăn khác nhau, thơm ngon, rẻ tiền, rất bổ
dưỡng vì trong khoai tây có chứa các vitamin, khoáng chất và phân loại của chất
phytochemical như carotenoids và phenol tự nhiên... Nghiên cứu còn cho thấy
khoai tây không chỉ là lương thực, mà còn là dược phẩm. Theo giáo sư Venket
Rao khoa dinh dưỡng Trường đại học Y Toronto, Canada, trong khoai tây có
nhiều chất chống ôxy hóa, nó có khả năng ngăn ngừa quá trình lão hóa, hạn chế
sự phát triển của ung thư, kích thích tiêu hóa, chữa viêm tuyến dịch vị và một số
bệnh khác. Những nghiên cứu gần đây còn cho hay khoai tây rất giàu sterol, giúp
tăng cường khả năng miễn dịch cho cơ thể. (Hylla S. et al., 1998)
Tuy nhiên, người nông dân đang phải đối mặt với tình trạng gây hại của
sâu bệnh trên khoai tây, đặc biệt là bệnh thối nhũn khoai tây do vi khuẩn Erwinia
carotovora subsp. carotovora gây ra. Bệnh trở nên nghiêm trọng hơn khi điều
kiện thời tiết nóng ẩm và mưa nhiều. Hiện nay, biện pháp phòng trừ bệnh chủ
yếu là dựa vào các phương pháp truyền thống và sử dụng thuốc trừ sâu hóa học,
nhưng các biện pháp này đều không có hiệu quả cao trong đó việc sử dụng thuốc
hóa học đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nông sản và môi trường
sống của con người. Vì vậy, đề xuất một biện pháp phòng trừ sâu bệnh hại hiệu
quả, thân thiện với môi trường trở thành vấn đề cấp bách hiện nay.
Vi khuẩn gây bệnh Erwinia carotovora subsp. carotovora sử dụng
quorum sensing (QS) như một cơ chế trao đổi thông tin giữa các tế bào và phụ
thuộc mật độ quần thể. QS được biết đến như một cơ chế điều hòa biểu hiện gen

liên quan đến tính độc và các hoạt động của tế bào vi khuẩn. Trong cơ chế này,
N-acyl-L-homoserine lactones (AHLs) đóng vai trò như các chất tự cảm ứng và
cũng là các phân tử tín hiệu có mặt trong hầu hết các vi khuẩn gây bệnh Gram
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


âm. (Esmaeil Mahmoudi et al., 2011; Lazaro Molina et al., 2003). Trong tự
nhiên, vi khuẩn nội sinh tồn tại bên trong mô cây chủ và không gây ra triệu
chứng bệnh cho cây. Theo các nghiên cứu gần đây, một nhóm vi khuẩn có khả
năng phân hủy AHLs qua cơ chế quorum quenching (QQ) đã được sử dụng trong
phòng trừ sinh học bệnh thực vật. (Esmaeil Mahmoudi et al., 2011).
Do vậy, tôi tiến hành chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sử dụng vi
khuẩn nội sinh có khả năng phân hủy N-acyl-L-homoserine lactones (AHLs)
trong phòng trừ bệnh thối nhũn khoai tây do vi khuẩn Erwinia carotovora
subsp. carotovora ”
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân lập và định danh được các chủng vi khuẩn nội sinh phân hủy AHLs
có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn thối nhũn từ khoai tây.
- Thử nghiệm các chủng vi khuẩn nội sinh để phòng trừ bệnh thối nhũn
khoai tây do vi khuẩn Erwinia carotovora subsp. carotovora.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài tập trung khai thác tiềm năng của vi khuẩn nội sinh ức chế sự phát
triển của vi khuẩn gây bệnh thối nhũn, làm rõ cơ chế tương tác giữa vi khuẩn nội
sinh và vi khuẩn gây bệnh thông qua phá hủy mạng lưới QS. Vấn đề này không
chỉ có ý nghĩa khoa học đối với một loại bệnh nhất định trên cây trồng mà còn
giúp tạo cơ sở để nghiên cứu điều trị các bệnh trên người do vi khuẩn phụ thuộc
tín hiệu QS gây ra.
- Ứng dụng vi khuẩn nội sinh phòng trừ bệnh thối nhũn khoai tây góp

phần tạo ra sản phẩm nông sản an toàn, làm giảm sử dụng thuốc hóa học giúp
bảo vệ môi trường, sức khỏe con người và tăng thu nhập cho người nông dân.
Trên cơ sở đó có thể mở rộng ứng dụng để phòng trừ bệnh trên nhiều loài cây
trồng khác nhau.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về khoai tây
Khoai tây (Solanum tuberosum L.), thuộc họ Cà (Solanaceae) là loài cây
nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Đây là loại cây trồng lấy củ
rộng rãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi
chỉ xếp sau lúa, lúa mì và ngô. Ngày nay, khoai tây trở thành loại cây trồng quan
trọng trên khắp thế giới, từ khoai tây người ta đã chế biến ra hàng trăm món ăn
khác nhau với giá trị dinh dưỡng cao. Trong khoai tây có chứa rất nhiều chất dinh
dưỡng quan trọng, nghiên cứu cho thấy một củ khoai tây còn vỏ có kích thước
trung bình 150g, cung cấp 27mg vitamin C (45% giá trị hàng ngày),
620 mg kali (18%), 0.2 mg vitamin B6 (10%) và một lượng rất nhỏ thiamin,
riboflavin, folate, niacin, magie, photpho, sắt, kẽm… Nghiên cứu còn cho thấy
khoai tây không chỉ là lương thực hay thực phẩm đơn thuần, mà còn là dược
phẩm. Trong khoai tây có nhiều chất chống oxy hóa, có khả năng ngăn ngừa quá
trình lão hóa, hạn chế sự phát triển của ung thư, kích thích tiêu hóa, chữa viêm
tuyến dịch vị và một số bệnh khác. Những nghiên cứu của một số nhà khoa học
trên thế giới còn cho hay khoai tây rất giàu sterol, giúp tăng cường khả năng
miễn dịch cho cơ thể. (Hylla S. et al., 1998)
Tổ chức FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) báo cáo sản lượng khoai
tây toàn thế giới năm 2009 là 330 triệu tấn. Trong đó chỉ hơn 2/3 là thức ăn trực

tiếp của con người, còn lại là thức ăn cho động vật và nguyên liệu sản xuất tinh
bột. Trung bình mỗi năm mỗi người ăn khoảng 33kg khoai tây. Châu Âu là nơi
sản xuất khoai tây có năng suất cao nhất thế giới, trong khi Trung Quốc là nước
sản xuất khoai tây lớn nhất thế giới, riêng sản lượng khoai tây sản xuất ở Trung
Quốc chiếm một phần ba sản lượng toàn cầu. Trong năm 2008, một số tổ chức
quốc tế đã nêu bật vai trò của khoai tây đối với lương thực thế giới. Họ đã chỉ ra
rằng khoai tây là một loại cây trồng ít tốn kém công chăm sóc, thích hợp với

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


nhiều loại khí hậu, hạn chế lớn nhất là do củ khoai tây nhanh hỏng, chỉ 5% sản
lượng được giao dịch quốc tế, đóng góp ít vào việc ổn định thị trường lương
thực, cũng như trong trong cuộc khủng hoảng lương thực năm 2007 - 2008. Liên
Hiệp Quốc chính thức tuyên bố năm 2008 là năm quốc tế về khoai tây để nâng
cao hình ảnh của khoai tây ở các quốc gia đang phát triển, họ gọi khoai tây là
“cây lương thực kho báu”. (Rosenthal and Elisabeth, 2008)
Ở Việt Nam, khoai tây là một cây lương thực chủ lực chỉ đứng sau lúa,
ngô, khoai lang về sản lượng và giá trị dinh dưỡng, góp phần lớn trong việc đảm
bảo an ninh lương thực quốc gia. Ở vụ đông, khoai tây là cây lương thực quan
trọng thứ hai chỉ sau ngô ở đồng bằng sông Hồng. Hiện nay, mỗi vụ 30.000 35.000 ha khoai tây được trồng ở đồng bằng sông Hồng chiếm 98% tổng số diện
tích trồng khoai tây trên cả nước. Khoai tây mang lại nguồn lương thực thực
phẩm với giá trị dinh dưỡng cao, có giá trị kinh tế và có tiềm năng xuất khẩu lớn.
Chúng được trồng khá phổ biến ở các vùng Trung du và miền núi phía Bắc, đang
dần trở thành các cây nông sản chính ở một số vùng của Việt Nam. (Phạm Xuân
Tùng, 2000)
Tuy nhiên, trong một vài năm trở lại đây, người nông dân đang phải đối
mặt với tình trạng gây hại của sâu, bệnh…, đặc biệt là bệnh thối nhũn khoai tây

do chi vi khuẩn Erwinia gây ra. Bệnh trở nên nghiêm trọng hơn khi điều kiện
thời tiết nóng ẩm và mưa nhiều như Việt Nam. Hiện nay, biện pháp phòng trừ
bệnh chủ yếu là dựa vào các phương pháp truyền thống và sử dụng thuốc BVTV
hóa học. Tuy nhiên, các biện pháp này đều không có hiệu quả cao, đặc biệt là
việc sử dụng thuốc BVTV hóa học đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất
lượng nông sản cũng như sức khỏe và môi trường sống của con người. Vì vậy,
tìm hiểu rõ tác nhân gây bệnh để từ đó đề xuất một biện pháp phòng trừ hiệu quả
và thân thiện với môi trường trở thành vấn đề cấp bách hiện nay.
1.2. Bệnh thối nhũn trên khoai tây do vi khuẩn thuộc chi Erwinia gây ra
1.2.1. Bệnh thối nhũn trên khoai tây
Nguyên nhân chính gây lên bệnh thối nhũn khoai tây là do các loài thuộc

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


chi vi khuẩn Erwinia gây ra. Bệnh thường gặp ở các vùng trồng khoai tây có điều
kiện khí hậu nóng ẩm. Tuy nhiên trong điều kiện thuận lợi, một số chi vi khuẩn khác
cũng có thể góp phần gây ra bệnh như: Pseudomonas spp., Bacillus spp.,
Clostridium spp… (Perombelon and Salimond, 1995 ; Perombelon M. C. M., 2002).
Triệu chứng bệnh ở cây: Vết bệnh có màu đen và nhớt, thường xuất hiện ở
phần gốc của cây do mầm của củ mẹ bị bệnh phát triển lan ra toàn thân. Cây non
thường bị còi cọc và phồng lên, lá bị úa vàng, uốn cong, cuối cùng bị thối và
chết. Nhổ cây lên nếu có củ thì thấy củ thường bị thối ở phần cuối, có mùi khó
ngửi. (Nguyễn Thị Thanh Hà, 2006).
Triệu chứng bệnh ở củ: Trên củ có những vùng bị thối, hơi lõm xuống và
có hình tròn, từ đó bệnh sẽ lan dần ra. Bổ đôi củ thấy có những vùng mô bị ướt,
mềm, có màu kem hoặc nâu vàng rất dễ phân biệt với các mô khỏe mạnh. Nếu củ
bị bệnh nặng, các vùng thối sẽ phát triển rộng và toàn bộ củ bị thối nhũn.

(Nguyễn Thị Thanh Hà, 2006).

Hình 1.1. Triệu chứng bệnh thối nhũn trên khoai tây
(Nguyễn Thị Thanh Hà, 2006)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


1.2.2. Bệnh thối nhũn trên khoai tây do chi vi khuẩn Erwinia gây ra
Phân loại khoa học của chi Erwinia:
Giới (Kingdom)

: Bacteria

Ngành (Phylum)

: Proteobacteria

Lớp (Class)

: Beta - Proteobacteria

Bộ (Oder)

: Enterobacteriales

Họ (Family )

: Enterobacteriaceae

Chi (Genus)

: Erwinia

Chi Erwinia là một thành viên của họ vi khuẩn Enterobacteriaceae, được
chia thành 2 nhóm: nhóm gây thối mềm (soft rot) hay “carotovora” và nhóm gây
bệnh hoặc tàn rụi cây trồng “non – soft rot”
Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về tác nhân gây bệnh
thối nhũn do vi khuẩn gây ra. Perombelon và Salimond (1995) đã chỉ ra rằng chi
vi khuẩn Erwinia là nguyên nhân chính gây ra bệnh thối nhũn trên thực vật, với
phổ gây bệnh rất rộng.
Bảng 1.1: Bệnh thối nhũn do chi vi khuẩn Erwinia gây ra
(Perombelon and Salimond, 1995)
Vi khuẩn

Triệu chứng bệnh

Phổ gây bệnh

E. carotovora subsp. carotovora

Thối nhũn

Rộng

E. carotovora subsp. atroseptica

Thối nhũn

Khoai tây

E.carotovora subsp. betavasculorum

Thối nhũn

Củ cải đường

E. carotovora subsp. odorifera

Thối nhũn, xoắn lá

Rau diếp

E. chrysanthemi

Thối nhũn, héo

Rộng

E. cypripedii

Thối nâu

Lan Cypripedium

E. rhapontici

Thối nâu

Cây đại hoàng

E. ananas

Thối nhũn

Dứa

E. carnegiena

Thối nhũn

Xương rồng

E. hersinus

Thối nhũn, hoại tử

Chuối, đậu

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


Loài vi khuẩn Erwinia carotovora (tên gọi khác Pectobacterium
carotovorum) là nguyên nhân chính gây bệnh thối nhũn trên nhiều loại cây trồng,
chủ yếu là khoai tây, được đặc trưng bởi sự thối nhũn của củ trong điều kiện bảo
quản không tốt, gây thiệt hại năng suất trên toàn thế giới. Ba loài thuộc chi

Erwinia là: E. carotovora subsp. carotovora (tên gọi khác là Pectobacterium
carotovorum subsp. carotovorum), E. carotovora subsp. atroseptica (tên gọi
khác là Pectobacterium atrosepticum) và E. chrysanthemi (tên gọi khác là
Pectobacterium chrysanthemi) gây ra thối nhũn trên củ khoai tây. Giống như các
tác nhân gây bệnh cơ hội khác, vi khuẩn này có khuynh hướng gây bệnh khi sức
đề kháng của cây chủ bị suy yếu. Vi khuẩn này khá phổ biến hầu như luôn luôn
hiện diện trên bề mặt, trên vết thương của củ khoai tây sau khi thu hoạch. Phát
hiện gần đây trên cơ sở phân tử cho thấy bệnh phát triển trong củ khoai tây và
thân cây do sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh, vật chủ, môi trường và sự cạnh
tranh của vi sinh vật. E. carotovora đôi khi có thể gây ra sự mục nát thân cây
nhưng thường không gây triệu chứng điển hình. Tiếp theo, loài E. carotovora
subsp. atroseptica gây bệnh trên cây khoai tây với triệu chứng điển hình ban đầu
là cây còi cọc, vàng lá, héo. Còn khi nhiễm trên củ khoai tây thì triệu chứng thối
tương tự như E. carotovorum gây ra. E. chrysanthemi là tác nhân gây bệnh trong
điều kiện nhiệt độ cao hơn hai loài trên. Loài này được tìm thấy chủ yếu trong
thời gian ấm áp, mùa mưa và gây bệnh tương tự như E. carotovora subsp.
atroseptica nhưng ở mức độ nhẹ hơn. Chi Erwinia này gây bệnh thối nhũn trên
nhiều loài thực vật bao gồm: cà rốt, khoai tây, dưa chuột, hành tây, cà chua, rau
diếp, mù tạt, cây cảnh…(Perombelon and Salimond, 1995; Perombelon M. C.
M., 2002; Prajapat R. et al., 2013; Toth I. K. et al., 2003; Toth I. K. and Birch P.
R. J., 2005)
Phân bố địa lý: E. carotovora subsp. carotovora là một loài vi khuẩn phân
bố rộng khắp mọi nơi, nó là nguyên nhân gây bệnh thối mềm trên các loại cây
cảnh (ornamental) và cây công nghiệp khác nhau. E. carotovora subsp.
carotovora phân bố rộng khắp cả vùng ôn đới, nhiệt đới và có phổ ký chủ rộng
hơn những nhóm phụ khác. (Fiori M., and Schiaffino A., 2003).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7

Đặc điểm: hình thái tế bào vi khuẩn được quan sát dưới kính hiển vi
điện tử: vi khuẩn có dạng hình gậy, đơn lẻ hoặc thành từng cặp, có khả năng
di động do có lông roi bao quanh và có kích thước trung bình từ 0.6 -0.7 × 22.5µ m. Một số đặc tính sinh hóa của E. carotovora subsp. carotovora trình
bày ở bảng 1.2. (Fiori M., and Schiaffino A., 2003).
Bảng 1.2 : Đặc tính sinh hóa E. carotovora subsp. carotovora
Đặc điểm

Phản ứng

Gram

-

Khả năng sinh trưởng ở 37ºC

+

Catalase

+

Oxidase

-

Indole

-

Erthromycin

+

Phát sáng trên môi trường KB

-

Khử sucrose

-

Sinh axit từ cacbohydrates
Lactose

+

Sorbitol

+

Manitol

+

• Chú thích:
( + ): Phản ứng dương tính
( - ): Phản ứng âm tính
Con đường lây nhiễm: Erwinia xâm nhập vào cây thông qua con đường tự
nhiên như khí khổng (stomata) và lỗ vỏ, thân, rễ hoặc thông qua vết thương gây

bởi côn trùng, động vật ăn cỏ, gió...(Marcos Montesano, 2002).
Khả năng gây bệnh: E. carotovora subsp. carotovora là tác nhân gây bệnh
cơ hội mà độc tính của nó phụ thuộc vào sự tương tác giữa nó với ký chủ và môi
trường. Trong những điều kiện thuận lợi, tác nhân gây bệnh biểu hiện những nhân tố
độc như các enzyme ngoại bào (extracellular enzymes). Tổng hợp các enzyme phân
hủy thành tế bào bao gồm: protease, pectinolytic enzymes là enzyme ngoại bào

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


chính liên quan đến sự phát triển của bệnh. Pectinases bao gồm pectate lyase (Pel),
pectin lyase (Pnl), polyglacturonases (Peh) và pectin methylesterases (Pme), phá vỡ
cấu trúc của pectin, gây hư hại tế bào và làm mô suy yếu. Theo Darrasse et al.,
(1994), đã xác định được trình tự của một vài gen mã hóa cho pectate lyase. Có 3 họ
đã được xác định và giữa chúng có tính tương đồng cao: họ BC (BC family) chứa
gen Pel chung cho cả hai loài: E. carotovora và E. chysanthemi, họ ADE (ADE
family) bao gồm những gen chỉ có mặt ở loài E. chysanthemi, nhóm thứ ba tương
ứng với gen được tìm thấy trên một số chủng thuộc loài E. carotovora và trên vi
khuẩn Yersinina pseudotuberculosis (Y family). Tuy nhiên, ngoài các emzyme phân
hủy thành tế bào, các nhân tố khác cũng ảnh hưởng ở giai đoạn sớm của bệnh, thiết
lập và phát triển quá trình lây nhiễm, đáp ứng tốt với cơ chế kháng của ký chủ. Các
nhân tố này bao gồm tính đi động (motility), LPS (lipopolydacharides), tổng hợp
siderophores, gen hrp (hypersensitive reation and pathogenicity) liên quan đến phản
ứng siêu nhậy, khả năng gây bệnh, NLPs (N -1 like protein) và những nhân tố chống
lại sự phá hủy oxy (oxygen damage) hoặc những peptide kháng khuẩn
(antimicrobial peptides). (Heidi Hyytiainen, 2005)
Triệu chứng: triệu chứng phổ biến đặc trưng cho các loài vi khuẩn
E.carotovora là hiện tượng thối nhũn củ khoai tây, cà rốt, bắp cải … Hiện tượng

thối hỏng là hậu quả của quá trình phá vỡ cấu trúc mô tế bào của cây do tác động
chủ yếu của các enzyme phân hủy tế bào của vi khuẩn, toàn bộ thịt củ, quả bị
thối biến thành một khối nhão, có mùi. (Lê Lương Tề và Vũ Triệu Mân, 1999)
Mức độ gây hại của vi khuẩn E. carotovora subsp. carotovora: bệnh thối nhũn là
một bệnh rất nguy hiểm bởi vì vi khuẩn này có khả năng ký sinh, chọn lọc phạm
vi ký chủ rất rộng bao gồm nhiều loại cây trong nhiều họ thực vật khác nhau.
Hiện nay chưa có cách phòng trừ hiệu quả và thiệt hại do vi khuẩn này gây ra rất
lớn. (Nguyễn Thị Thanh Hà, 2006)
1.2.3. Cơ chế trao đổi thông tin của vi khuẩn Erwinia gây bệnh (Quorum Sensing)
Vi khuẩn Gram âm (trong đó có Erwinia) sử dụng một dạng “giao tiếp của
vi khuẩn” gọi là Quorum Sensing (QS). QS dựa trên cơ sở tổng hợp, giải phóng,
phát hiện và phản ứng với các phân tử tín hiệu (được gọi là các chất tự cảm ứng –
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


autoinducers) của tế bào vi khuẩn liền kề. Khi mật độ tế bào vi khuẩn tăng lên,
các phân tử này sẽ được tích lũy trong môi trường ngoại bào và thông qua đó
giúp vi khuẩn có thể kiểm soát được số lượng tế bào cũng như sự hiện diện của
các loài vi khuẩn khác. Những phân tử này khi đạt đến một ngưỡng nhất định sẽ
kích hoạt tín hiệu bên trong vi khuẩn và cực đại hóa hoạt động của một số gen
đặc hiệu. Hầu hết vi khuẩn gây bệnh sử dụng hệ QS đã được nghiên cứu đều cho
thấy rằng QS có liên quan đến các gen gây bệnh. (Coutteau P. and Goossens T.,
2013; Dong et al., 2000; Whitehead N. A. et al., 2001)
Ở các loài vi khuẩn gây bệnh thuộc chi Erwinia có tồn tại ít nhất hai hệ
thống QS và được xác định bởi bản chất của các tín hiệu hóa học liên quan: N-acyl
homoserine lactones (AHLs; còn gọi là tín hiệu AI-1), được tổng hợp bởi nhóm
protein LuxI; và tín hiệu AI-2, được tổng hợp bởi nhóm protein tương đồng LuxS.
Hệ thống QS ở một số loài Erwinia đóng vai trò quan trọng trong điều hòa biểu hiện

gen, tổng hợp các chất trao đổi thứ cấp và khả năng gây bệnh trên cây chủ. Nghiên
cứu này của chúng tôi tập trung chính vào khả năng sản sinh phân tử tín hiệu AHLs
của loài vi khuẩn Erwinia carotovora subsp. carotovora có liên quan đến khả năng
gây bệnh thối nhũn trên khoai tây. (Barnard A. M. L. and Salmond G. P. C., 2006;
Engebrecht J. et al., 1983; Nasser W. et al., 1998; Schaefer A. L. et al., 1996)

N-acyl homoserine lactone (AHL)

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử N-acyl homoserine lactones
(Barnard A. M. L. and Salmond G. P. C., 2006)
Phân tử tín hiệu N-acyl homoserine lactones (AHLs) được đặc trưng bởi
một vòng homoserine lactone bất biến gắn với một chuỗi bên N-acyl. Các phân
tử tín hiệu AHLs khác nhau về cấu trúc của chuỗi bên N-acyl có thể thay đổi
(Hình 1.2). Mỗi tế bào trong quần thể vi khuẩn đều có khả năng sản sinh ra các
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


tín hiệu QS, cho biết sự hiện diện của chúng với các tế bào khác trong quần thể.
AHLs được tạo ra từ một phản ứng enzyme hóa, được xúc tác bởi LuxI
autoinducer synthase. LuxI tổng hợp N-AHLs: N-(3-oxohexanoyl)-L-homoserine
lactone (3-oxo-C6-HSL), sử dụng S-adenosyl methionine và protein mang nhóm
hexanoyl acyl làm cơ chất cho phản ứng. Các đồng phân LuxI khác cũng xúc tác
cho phản ứng tương tự để tạo ra các AHLs cần thiết như: N-(3-oxooctanoyl)-Lhomoserine lactone (3-oxo-C8-HSL), N-hexanoyl-L-homoserine lactone (C6HSL)…(Toth I. K. et al, 2003; Val D. L. and Cronan J. E. Jr.,1998)
Bảng 1.3 : Hệ thống QS sử dụng phân tử tín hiệu N-AHLs
của một số loài Erwinia (Barnard A. M. L. and Salmond G. P. C., 2006)
Tín hiệu QS
chính

Chủng vi khuẩn
Erwinia nhóm 1
Ecc EC153

Đồng
phân
LuxI

Đồng
phân
LuxR

3-oxo-C8-HSL và
3-oxo-C6-HSL
3-oxo-C8-HSL và
3-oxo-C6-HSL

AhlI

ExpR

AhlI

ExpR1(ExpR)*,
ExpR2

Erwinia nhóm 2
Ecc ATCC39048

3-oxo-C6-HSL

CarI

Ecc SCRI193

3-oxo-C6-HSL

AhlI

Ecc 71

3-oxo-C6-HSL

Eca SCRI1043

3-oxo-C6-HSL

AhlI
(HslI)*
ExpI

CarR,
EccR(ExpR)*,
VirR
ExpR, VirR, [CarR
(cryptic)]
ExpR1(ExpR)*,
ExpR2
ExpR, VirR

EamI

EamR

ExpI

ExpR

Ecc SCC3193

Erwinia amylovora
OMP-BO 1077/7
3-oxo-C6-HSL
Erwinia chrysanthemi
3937
3-oxo-C6-HSL,
C6-HSL,
C10-HSL

Tác động của QS

Tổng hợp enzyme
ngoại bào
Gây bệnh, tổng hợp
enzyme ngoại bào
Tổng hợp kháng sinh,
gây bệnh, tổng hợp
enzyme ngoại bào
Gây bệnh, tổng hợp
enzyme ngoại bào

Gây bệnh, tổng hợp
enzyme ngoại bào
Gây bệnh, tổng hợp
enzyme ngoại bào

Tổng hợp enzyme
pectinase

*Danh pháp thay thế

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


Theo như bảng 1.3 thì ở hầu hết các loài thuộc chi Erwinia có mối quan hệ
mật thiết giữa khả năng sản sinh phân tử tín hiệu AHLs và khả năng gây bệnh
trên cây chủ. Đây là cơ sở chính để chúng tôi tiến hành nghiên cứu này.
1.3. Vi sinh vật đối kháng
1.3.1. Quan hệ đối kháng trong thế giới vi sinh vật
Trong tự nhiên nhiều loài vi sinh vật có khả năng ức chế sinh trưởng, phát
triển của các loài vi sinh vật khác và chúng thường được gọi là vi sinh vật đối
kháng. Vi sinh vật đối kháng có khả năng khống chế sinh học, tác động đối
kháng lên nhóm vi sinh vật gây bệnh, tiêu diệt hoặc hạn chế quá trình sống của
chúng. (AVRDC Internal Review and Planning Workshop. 2000). Hiện tượng
đối kháng được quan sát ở nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau bao gồm nấm, vi
khuẩn, xạ khuẩn... có thể trực tiếp (competition, antibiosis) hoặc không trực tiếp
(tạo tính kháng của cây chủ). Việc sử dụng hiện tượng đối kháng này trong công
tác bảo vệ thực vật được gọi là biện pháp phòng trừ sinh học. Phương pháp này
đã được sự quan tâm và đầu tư rất lớn của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới

trong nhiều thập kỷ qua.
Nhiều tác giả đã cho thấy sự đối kháng trực tiếp có thể có những cơ chế
khác, không có bất kỳ một sự đối kháng nào thể hiện trong điều kiện in vitro, lại
không có hiệu quả trong việc giảm mức độ bệnh của cây trong điều kiện nhà kính
và trên đồng ruộng. Bên cạnh đấy, một số chủng độc mất độc tính và không có
hoạt tính kháng trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhưng lại có hiệu quả giảm độ
nghiêm trọng của bệnh trong điều kiện nhà kính và trên đồng ruộng
1.3.2. Vi sinh vật nội sinh đối kháng
Nội sinh (endophyte) theo tiếng Hy Lạp “endon” có nghĩa là bên trong và
“phyte” có nghĩa là thực vật và thuật ngữ này thường được áp dụng cho nấm bao
gồm nấm cộng sinh (mycorrhizal fungi). (Clay K., 1988). Theo Wilson D.,
1995), định nghĩa nội sinh cho đến nay được áp dụng cho cả nấm và vi khuẩn có
tất cả hay một phần của chu trình sống xâm nhập vào mô thực vật sống và không
gây nhiễm cũng như gây triệu chứng bệnh rõ ràng cho mô thực vật. (Wilson D.,
1995; Kado and C.I., 1992)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


Nhận thức về môi trường ngày càng tăng đã thúc đẩy việc phát triển các
phương pháp sinh học thay thế cho các phương pháp bảo vệ thực vật bằng các tác
nhân hoá học. Vi khuẩn từ vùng lá (Phylloplane) có thể phòng trừ sinh học một
số bệnh cây trồng. Hầu hết các vi khuẩn được dùng làm tác nhân phòng trừ sinh
học đều được chọn lọc từ vi khuẩn hệ rễ. Tuy nhiên, các vi khuẩn này không đảm
đương được vai trò của mình do khả năng tạo dòng kém ở hệ rễ và không bền
vững khi nuôi cấy dài ngày. Chính vì vậy, quan hệ mật thiết giữa vi khuẩn nội
sinh và cây chủ đã khiến vi khuẩn nội sinh trở thành ứng viên tự nhiên cho công
tác chọn lọc các tác nhân phòng trừ sinh học do chúng có khả năng tồn tại trong
hệ rễ với mật độ cao và đây được xem là một tính trạng cần thiết của vi khuẩn

nội sinh để xử lý vào hạt hay rễ trước và khi trồng.
Vi khuẩn nội sinh tạo một ổ sinh thái tương tự như ổ sinh thái của các vi
khuẩn gây bệnh thực vật, đặc biệt là các mầm bệnh xâm nhiễm mạch gây héo.
Điều này tạo cho vi khuẩn nội sinh trở nên ưu thế khi sử dụng như các tác nhân
phòng trừ sinh học. Có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng các tác nhân
phòng trừ sinh học hệ rễ cho thấy rằng 5 trong số 6 vi khuẩn hệ rễ cảm ứng
kháng hệ thống ở dưa chuột có khả năng tạo dòng rễ cả trong và ngoài. Vi khuẩn
nội sinh có hoạt tính đối kháng chống lại một số mầm bệnh thực vật như
Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicum, tác nhân gây bệnh thối vòng trên
khoai tây (Van Buren AM. et al., 1993) và P. fluorescens 89B-27 và Serratia
marcescens 90-166 cảm ứng kháng với P. syringae pv. lachrymans, Fusarium
oxyporum f.sp. cucumerium và Colletrotrichum orbiculare. (Liu L. et al., 1995)
Ứng dụng vi khuẩn nội sinh vào cây bông bằng tiêm cành làm giảm thối rễ gây ra
bởi Rhizoctonia solani và héo mạch gây ra bởi F. oxysporum f.sp. vasinfectum
(Chen C. et al., 1994). Xử lý hạt cà chua với chủng vi khuẩn nội sinh Bacillus
pumilus SE4 cản trở đường vào của nấm bệnh gây héo mạch F. oxysporum f.sp.
radicislycospersici và sự sinh trưởng của khuẩn ty chỉ hạn chế ở biểu bì và bao rễ
ngoài. Ứng dụng chủng P. fluorescens 63-28 hạn chế sự sinh trưởng của Pythium
ultimum ở đậu và F. oxysporum f.sp. radici-lycopersici ở cà chua. Chủng
Pseudomonas fluorescent (CCA90) có thể tạo dòng cả bên trong và bên ngoài

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


mô rễ và cành. Và các chủng vi khuẩn nội sinh phân lập từ cây sồi có hoạt tính
sinh học chống lại mầm bệnh gây héo sồi Ceratocystis fagacearum. (Brooks DS.
et al., 1994)
Tương tự, vi khuẩn nội sinh trong một quần thể hoạt động giống như các

tác nhân phòng trừ sinh học. Sturz và Matheson (1996) chỉ ra rằng kháng với sự
phát triển bệnh thối nhũn do vi khuẩn Erwinia carotovora var. atroseptica ở củ
khoai tây có tương quan với mật độ quần thể vi khuẩn nội sinh trong củ khoai
tây, gây ức chế sinh trưởng mầm bệnh in vitro. Chen và cộng sự cũng chỉ ra rằng
trong số 170 chủng vi khuẩn phân lập từ nội mô của cây bông, 40 chủng có hoạt
tính sinh học chống lại Rhizoctonia solani ở cây bông và 25 chủng cảm ứng
kháng với Colletotrichum orbiculare ở dưa chuột. (Chen C. et al., 1995)
Crop Genetics International (Hannover, MD) kiểm tra tiềm năng sử dụng
vi khuẩn nội sinh được tạo ra bằng kỹ thuật di truyền để phòng trừ sinh học bệnh
cây trồng nông nghiệp. Bằng kỹ thuật di truyền, vi khuẩn nội sinh Clavibacter
xylli đã được chuyển gen nội độc tố delta của Bacillus thuringensis subsp. kurtaki
vào cây bông để phòng trừ sâu đục thân hại ngô. Mặc dù các công nghệ như vậy
vẫn còn đắt và chưa được công nhận rộng rãi nhưng chúng có thể là các hệ thống
chuyển thuốc trừ sâu sinh học đích và không gây lo ngại về môi trường truyền
thống như sử dụng các tác nhân phòng trừ hoá học.
1.3.3. Ứng dụng vi khuẩn nội sinh trong phát triển nền nông nghiệp bền vững
Ở những vùng khí hậu mùa xuân ẩm, lạnh và mùa trồng trọt ngắn, việc sử
dụng vi khuẩn nội sinh hệ rễ có thể thúc đẩy sự hình thành hạt và ổn định trong
các điều kiện bất lợi. Ví dụ, trong các điều kiện stress về nhiệt, khoai tây được xử
lý với vi khuẩn nội sinh có thể tăng cường khả năng tạo củ (+63%).
Để tăng năng suất cây trồng cần xem xét đến việc cải tạo độ bền vững của
tương tác vi khuẩn nội sinh và cây chủ. Có thể cải tạo khả năng làm chủ (phản ứng)
của cây chủ hoặc chọn các tính trạng có lợi của vi khuẩn trong các quần thể vi khuẩn
cư trú trong cây chủ. Chính vì vậy, một vài chu trình trong cùng một cây chủ có thể
biến đổi vi khuẩn nội sinh để sống trong cây chủ mới đó. Tương tự một số cây chủ
phản ứng với xử lý vi khuẩn nội sinh kích thích sinh trưởng hơn các cây chủ khác.
Ví dụ, khoai tây giống Red Pontiac phản ứng tốt với các tác động kích thích sinh
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14

trưởng sau khi xử lý với vi khuẩn Pseudomonad PsJN hơn giống khoai Shepody.
Lịch sử canh tác cây trồng và chọn lọc giống cây trồng kích thích quần thể
vi khuẩn nội sinh đặc hiệu. Quần thể vi khuẩn nội sinh thực vật đóng góp vào
quần thể vi khuẩn nội sinh tồn tại trong đất ruộng. Khi thực vật chết, thực vật cũng
giải phóng quần thể vi khuẩn nội sinh trở lại đất, chính vì vậy mật độ quần thể tỷ lệ
trực tiếp với dung tích vật liệu thực vật phân huỷ. Ví dụ như củ khoai tây chứa mật
độ cao quần thể vi khuẩn nội sinh và có thể đóng góp vào quần thể vi khuẩn nội
sinh của đất khi củ khoai tây mẹ thối rữa. Mở rộng ra với trình tự cây trồng đặc
hiệu có thể tạo ưu thế xây dựng lên quần thể vi khuẩn nội sinh đặc hiệu.
Tóm lại, vi khuẩn nội sinh thực vật giúp tăng trưởng thực vật, kháng bệnh
và tăng năng suất cây trồng. Để sử dụng chúng hiệu quả hơn cần phải chọn lọc,
cải tạo quần thể vi khuẩn nội sinh cây trồng và các nguồn đất của chúng, để ổn
định chúng ở mức độ tối ưu. Do các chất hoá học sử dụng trong nông nghiệp có
thể phá vỡ trạng thái bền vững của quần thể vi khuẩn nội sinh nên cần xem xét sự
liên quan của các tác động có hại tiềm tàng trên cây trồng, đất trồng và ngay bản
thân bên trong quần thể vi khuẩn nội sinh. Chẳng hạn như việc sử dụng bừa bãi
các loại thuốc hoá học nông nghiệp có thể phá vỡ thế bền vững của vi hệ sinh
thái đất - cây trồng. Thách thức với cộng đồng nghiên cứu sẽ là phát triển hệ
thống để tối ưu quan hệ có lợi của thực vật và vi khuẩn nội sinh.
1.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng vi khuẩn nội sinh phòng bệnh thối nhũn
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở nước ta, hiện chưa có nghiên cứu nào về cơ chế gây bệnh của vi khuẩn
thối nhũn cũng như sử dụng các chủng vi khuẩn nội sinh đối kháng để phân hủy
AHLs của vi khuẩn gây bệnh trong phòng trừ bệnh thối nhũn do vi khuẩn gây hại
cây trồng. Trong lĩnh vực thủy sản, TS. Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh (Viện nghiên cứu
Thủy sản II) chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu tạo enzyme AHL lactonase tái
tổ hợp có khả năng phân hủy phân tử tín hiệu liên quan đến độc lực ở một số loài
vi khuẩn gây bệnh trên động vật thủy sản” được quỹ Nafosted tài trợ từ năm

2010. Trong khuôn khổ đề tài này, nhóm tác giả tập trung vào tổng hợp enzyme
AHL lactonase tái tổ hợp từ các chủng vi khuẩn Bacillus có tác dụng phân hủy
phân tử tín hiệu liên quan đến độc lực ở Vibrio harveyi và Edwardsiella ictaluri.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 15