Tên đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng xạ khuẩn trong phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa do nấm Pyricularia oryzae Cav. trên vùng đất nhiễm mặn”.

Tác giả: Đặng Nguyệt Quế, Khóa: 2015

Chuyên ngành: Bảo vệ thực vật; Mã số: 62620110. Nhóm ngành: Nông, lâm nghiệp và thuỷ sản.

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Lê Minh Tường - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Trần Thị Thu Thủy - Hội Bệnh hại Thực vật Việt Nam

1. Tóm tắt nội dung luận án

          Bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae (P. oryzae) gây ra là một trong những dịch hại nghiêm trọng đối với sản xuất lúa (Oryza sativa L.) ở Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), đặc biệt trên vùng đất nhiễm mặn canh tác lúa-tôm. Ứng dụng biện pháp sinh học ngày càng phổ biến và là phương pháp tiềm năng để phòng trị bệnh đạo ôn. Tuy nhiên, cần nghiên cứu xác định chủng vi sinh vật hiệu quả hơn và có khả năng thích ứng tốt trên ruộng lúa-tôm. Xạ khuẩn được xem là tác nhân sinh học tiềm năng vì có thể phát triển mạnh trong môi trường mặn trung bình từ 6-8 %.

          Đề tài "Nghiên cứu và ứng dụng xạ khuẩn trong phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa do nấm Pyricularia oryzae Cav. trên vùng đất nhiễm mặn” được thực hiện nhằm mục tiêu:

• Chọn chủng xạ khuẩn có khả năng chịu mặn và đối kháng tốt với nấm Pyricularia oryzae trong điều kiện phòng thí nghiệm.
• Nghiên cứu cơ chế đối kháng thông qua khả năng tiết enzyme phân giải chitin và β-1,3-glucan của các chủng xạ khuẩn có triển vọng.
• Định danh các chủng xạ khuẩn có triển vọng đến mức độ loài.
• Đánh giá khả năng phòng trị bệnh đạo ôn của các chủng xạ khuẩn trong điều kiện nhà lưới.
• Đánh giá hiệu quả phòng trị bệnh đạo ôn của các chủng xạ khuẩn chịu mặn được chọn ở điều kiện ngoài đồng.

          Kết quả đã phân lập được 9 dòng nấm P. oryzae gây bệnh đạo ôn hại lúa trên vùng đất nhiễm mặn tại ĐBSCL. Trong đó, dòng Po1-CM gây hại nặng nhất và được dùng làm nguồn bệnh cho các thí nghiệm sau.

          Đề tài đã phân lập được 126 chủng xạ khuẩn từ mô hình lúa tôm ở ĐBSCL, một trong những mô hình canh tác nông nghiệp bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu. Có 3 chủng xạ khuẩn trong số các chủng xạ khuẩn phân lập thể hiện sự ức chế mạnh mẽ đối với sự phát triển của nấm P. oryzae trong điều kiện mặn. Các chủng xạ khuẩn tiềm năng được xác định lần lượt là Streptomyces fradiae (S06-MBL), Streptomyces bikiniensis (S09-MBL) và Streptomyces lavendulae (S17-MBL) bằng cách khảo sát đặc điểm nuôi cấy, đặc tính sinh lý sinh hoá và phân tích trình tự gen 16S-rRNA.

          Thử nghiệm đối kháng trong điều kiện mặn và thử nghiệm khả năng ức chế mọc mầm bào tử cho thấy 3 chủng S06-MBL, S09-MBL và S17-MBL có hiệu suất đối kháng cao (~ 78%) và ức chế hiệu quả sự nảy mầm của bào tử nấm P. oryzae trong phòng thí nghiệm khoa Nông nghiệp, Đại học Cần Thơ.

Kết quả cho thấy cả 3 chủng S06-MBL, S09-MBL và S17-MBL đều có khả năng tiết enzyme chitinase với bán kính vòng phân giải từ 18,5 đến 23,3 mm; hàm lượng enzyme chitinase từ 0,28 đến 0,51 IU/ml ở thời điểm 7 ngày sau khi bố trí thí nghiệm. Đồng thời, 3 chủng này cũng có khả năng tiết enzyme β-1,3-glucanase thông qua bán kính vòng phân giải từ 11,6 đến 14,0 mm; hàm lượng enzyme β-1,3-glucanase từ 0,07 đến 0,15 IU/ml ở thời điểm 14 ngày sau khi bố trí thí nghiệm.

          Hiệu quả phòng trị bệnh đã được khẳng định thêm bằng các thí nghiệm trong nhà lưới và ngoài đồng tại tỉnh Bạc Liêu. Khi xử lý áo hạt giống lúa và phun lên lá huyền phù xạ khuẩn S06-MBL, S09-MBL và S17-MBL mật số 10⁸ cfu/ml vào thời điểm 2 ngày trước và 2 ngày sau khi lây bệnh nhân tạo cho tỷ lệ bệnh thấp, chỉ số bệnh thấp và hiệu quả giảm bệnh cao (53,3% - 73,9%) vào 14 ngày sau lây bệnh nhân tạo. Biện pháp áo hạt và phun lên lá huyền phù xạ khuẩn S09-MBL và S17-MBL (mật số 10⁸ cfu/ml) vào 20, 40 và 60 NSS làm giảm bệnh đạo ôn lá và bệnh đạo ôn cổ bông; đồng thời tăng số lượng hạt chắc/bông và tăng năng suất thực tế trên đất nhiễm mặn.

          Các kết quả nghiên cứu cho thấy xạ khuẩn S. bikiniensis (S09-MBL) and S. lavendulae (S17-MBL) ức chế hiệu quả nấm P. oryzae và phòng trị hiệu quả bệnh đạo ôn ở vùng canh tác lúa tôm tại Bạc Liêu. Tiềm năng ứng dụng các chủng xạ khuẩn chịu mặn này để phòng trị bệnh đạo ôn ở các vùng nhiễm mặn đã được thảo luận và đề xuất. Kết quả nghiên cứu cho thấy đất nhiễm mặn canh tác lúa tôm là một nguồn phong phú để phân lập các chủng xạ khuẩn chịu mặn có tiềm măng kiểm soát sinh học. Từ đó cũng mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo là tạo sản phẩm sinh học từ hai loài xạ khuẩn S. bikiniensis và S. lavendulae để ứng dụng vào chương trình phòng trừ tổng hợp bệnh đạo ôn hại lúa trên vùng đất nhiễm mặn.

2. Những kết quả mới của luận án

- Đề tài nghiên cứu đã tuyển chọn được 3 chủng xạ khuẩn S06-MBL, S09-MBL và S17-MBL có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trong điều kiện nhà lưới, trong đó 2 chủng S09-MBL và S17-MBL cho hiệu quả cao trong điều kiện đồng ruộng canh tác lúa – tôm tại Bạc Liêu.

- Khả năng đối kháng của 3 chủng xạ khuẩn S06-MBL, S09-MBL và S17-MBL đối với nấm P. oryzae có liên quan đến khả năng tiết hai loại enzyme chủ yếu trong việc phân huỷ vách tế bào nấm bệnh đạo ôn là enzyme chitinase và enzyme β-1,3-glucanase.

- Đã xác định được loài của 3 chủng xạ khuẩn là: S06-MBL là loài Streptomyces fradiae, S09-MBL là loài Streptomyces bikiniensis và S17-MBL là loài Streptomyces lavendulae, các loài này khác với các loài xạ khuẩn đã được nghiên cứu ứng dụng trong phòng trừ bệnh đạo ôn trước đây.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

3.1 Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học quan trọng, phục vụ tốt cho công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học và đào tạo bậc đại học và sau đại học. Luận án đã tìm ra các chủng xạ khuẩn chịu mặn có khả năng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa do nấm P. oryzae  gây ra trên vùng đất nhiễm mặn. Kết quả nghiên cứu là tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm tìm ra chế phẩm sinh học từ xạ khuẩn có nguồn gốc từ đất nhiễm mặn để phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trong mô hình canh tác lúa tôm vừa hiệu quả, vừa an toàn và thân thiện với môi trường.

3.2 Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

          Đánh giá tính an toàn của hai chủng xạ khuẩn S09-MBL và S17-MBL đối với môi sinh. Tiếp tục khảo sát thêm khả năng kích thích tính kháng bệnh đạo ôn của hai chủng xạ khuẩn S09-MBL và S17-MBL trên lúa trồng ở vùng đất nhiễm mặn. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học từ hai chủng xạ khuẩn S09-MBL và S17-MBL để thuận tiện cho ứng dụng phòng trị bệnh đạo ôn hại lúa trên diện rộng.

Thesis title: Research and application of actinomycetes strains for the management of rice blast disease caused by Pyricularia oryzae Cav. in the saline soil areas.

Major: Plant Protection                               Major code: : 62620112

Full name of student:  Dang Nguyet Que

Advisor: Assoc. Prof. Dr. Le Minh Tuong and Assoc. Prof Dr. Tran Thi Thu Thuy

Institution: Can Tho University

1. Thesis summary

          Rice blast disease, caused by Pyricularia oryzae (P. oryzae), is one of the most serious biotic threats to rice (Oryza sativa L.) production in the Mekong Delta,   especially in saline soils, rice-shrimp farming system. Biological control is gaining popularity as a promising method for the control of blast disease. However, more effective microbial strains with strong adaptability in rice-shrimp fields must be identified. Actinomycetes are potential biological agents because they can thrive in an average salinity of 6-8 %.

          The topic "Research and application of actinomycetes strains for the management of rice blast disease caused by Pyricularia oryzae in the salt-affected soils areas" was carried out with the following objectives:

(i) Selecting salt-tolerant actinomycete strains’s ability against pathogen P. oryzae in the laboratory.

(ii) Study on the antagonistic ability of actinomycetes through the ability to secrete chitinase and β-1,3-glucanase enzymes.

(iii) Identifying the species of promising actinomycetes strains.

(iv) Evaluation capable of managing rice blast disease in the net house conditions.

(v) Evaluating the effectiveness of managing rice blast disease of promising salt-tolerant actinomycetes strains in field conditions.

As a result, the isolation of nine strains of P. oryzae fungus caused rice blast disease on saline soils in the Mekong Delta. In particular, the Po1-CM strains caused blast disease heaviest and were used as a source of illness for the following experiments.

          The study isolated 126 actinomycetes strains from rice-shrimp models in the Mekong Delta of Vietnam, one of the sustainable agricultural farming models adapted to climate change. Three actinomycetes strain inhibition on the growth of P. oryzae under saline conditions. Potential strains were identified as Streptomyces fradiae (S06-MBL), Streptomyces bikiniensis (S09-MBL) and Streptomyces lavendulae (S17-MBL), respectively, by surveying culture characteristics, physiological and biochemical characteristics and analyzing 16S-rRNA gene sequences.

          The resistance ability experiment in saline conditions; and the ability to inhibit spore germination showed that three actinomycetes strains (S06-MBL, S09-MBL and S17-MBL) had high antagonistic efficiency (~ 78%); and effectively inhibited sporulation germination of P. oryzae in the laboratory.

The results showed that all three strains, S06-MBL, S09-MBL and S17-MBL, were able to secrete chitinase enzyme with a resolution ring radius from 18.5 to 23.3 mm; and chitinase enzyme content from 0.28 to 0.51 IU/ml after seven days experimental setup. At the same time, these three strains are also capable of secreting β-1,3-glucanase enzyme through the resolution ring radius from 11.6 to 14.0 mm; β-1,3-glucanase enzyme content from 0.07 to 0.15 IU/ml at 14 days after experimental setup.

          The suppression of pathogenicity was further confirmed by net house experiments and fields in Bac Lieu province. Seed coatings and folia spraying actinomycetes suspension (S06-MBL, S09-MBL and S17-MBL) with the density of 10⁸ CFU/ml (two days before and two days after inoculation) show that low rate of diseased leaf area, low disease index, and high disease reduction efficiency (53.3% - 73.9%) at 14 days after artificial inoculation. The method of seed coatings and folia spraying with actinomycetes suspension S09-MBL and S17-MBL (density 10⁸ CFU/ml) at 20, 40 and 60 days after sowing, effectively reduced leaf blast and panicle blast-neck blast; at the same time, increased fill grains/panicle and actual yield in saline soils.

          The research results showed that S. bikiniensis and S. lavendulae effectively inhibited the rice blast fungus P. oryzae and efficiently managed blast disease in the rice-shrimp farming in Bac Lieu province. The potential application of these salt-tolerant actinomycetes for managing blast disease in saline areas has been discussed and suggested. The results of this study show that saline soils in the rice-shrimp farming system are a rich source for isolating salt-tolerant actinomycetes with biocontrol potential. Since then, it also opens up the next research direction to create biological products from S. bikiniensis and S. lavendulae for application in the integrated rice blast disease management in saline soils.

2. The new results of the dissertation

       - Three salt-tolerant actinomycetes isolates, including S06-MBL, S09-MBL and S17-MBL, have been identified to prevent rice blast disease under net house conditions. Two strains of Streptomyces bikinensis (S09-MBL) and Streptomyces lavendulate (S17-MBL) could prevent rice blast disease in saline soil field conditions in Bac Lieu.

       - The biocontrol ability of 3 actinomycetes S06-MBL, S09-MBL and S17-MBL against rice blast disease caused by P. oryzae was related to the ability to secrete chitinase and β-1,3-glucanase enzymes.

       - Species of 3 actinomycete strains have been identified: S06-MBL is Streptomyces fradiae, S09-MBL is Streptomyces bikiniensis, and S17-MBL is Streptomyces lavendulae. These species differ from previous actinomycete species studied in managing blast disease in Mekong Delta.

3. The practical applications of this study and issues that need further investigate

3.1 The practical applications

       The topic has high scientific and practical significance; the project's results are to find actinomycetes strains capable of managing rice blast disease caused by the fungus P. oryzae on saline soils. The results of this study serve as a premise for the following studies to find probiotics from salt-tolerant actinomycetes and apply them to the integrated management of rice blast disease on saline soils. Both are effectively and environmentally friendly, contributing to developing a sustainable rice-shrimp farming system.

3.2 The issues that need further investigate

          Research on the safety of two actinomycetes strains S09-MBL and S17-MBL to the ecosystem. Evaluate the acquired resistance ability of rice blast disease of actinomycetes strains S09-MBL and S17-MBL in saline fields.

Research to produce probiotics from two actinomycetes, S09-MBL and S17-MBL, to facilitate the application of blast disease management in a large area.

• Xem chi tiết nội dung luận án
•  Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)