Phân lập và khảo sát đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn có khả năng đối kháng với nấm bệnh Fusarium oxysporum từ đất vùng rễ cây hoa lily

Đặt vấn đề

Hoa lily có tên khoa học là Lilium longiorum thuộc họ hành tỏi, có nguồn gốc từ các nước châu Âu, phân bố chủ yếu ở vùng ôn đới và hàn đới, ưa khí hậu mát ẩm. Đây là một loài hoa đẹp với nhiều màu sắc khác nhau như trắng, phấn hồng, đỏ, vàng, cam, có mùi thơm nhẹ, có giá trị kinh tế cao đang được trồng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam, đặc biệt trong những ngày lễ Tết (Hoàng Minh Tâm & cs., 2009).

Fusarium oxysporum là nấm bệnh gây thiệt hại nghiêm trọng trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau, có khả năng tồn tại rất lâu trong đất (Nguyễn Thị Liên & cs., 2017). Đây là nấm bệnh phổ biến gây bệnh thối củ trên cây hoa lily, ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng hoa và gây thiệt hại về kinh tế đáng kể cho người trồng hoa (Lakshman & cs., 2017). Nấm bệnh  xâm lấn qua rễ và củ, làm xuất hiện các vệt vàng trên lá ở cây hoa lily (Chung & cs., 2014).  

Nhiều biện pháp được sử dụng để kiểm soát nấm bệnh như sử dụng thuốc hóa học hoặc các giống cây trồng kháng bệnh (Lim & cs., 2003) . Tuy nhiên, các hóa chất bảo vệ thực vật khi sử dụng có ảnh hưởng đến sức khỏe con người, làm ô nhiễm môi trường và gây ra hiện tượng kháng thuốc, giảm hiệu quả diệt trừ (Fan & cs., 2017). Do đó, sử dụng các chế phẩm sinh học từ vi khuẩn có lợi để kiểm soát bệnh do nấm Fusarium oxysporum gây ra là một giải pháp an toàn và hiệu quả, góp phần phát triển ngành nông nghiệp bền vững (Jangir & cs., 2018). Ở vùng rễ của cây trồng, vi khuẩn là loài phổ biến nhất. Vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng thực vật có khả năng cố định đạm, phân giải lân và kali khó tan, sản xuất các phytohormone, siderophore, sinh tổng hợp các enzyme ngoại bào,  chất kháng sinh, các hợp chất bay hơi như surfactins, fengycins, iturin, difficidin, macrolactin được sử dụng như tác nhân kiểm soát sinh học nấm bệnh.

Kết quả

Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn từ đất vùng rễ cây hoa lily đối kháng với nấm gây bệnh Fusarium oxysporum

Từ các mẫu đất ở vùng rễ cây hoa lily ở Hà Nội, Hải Phòng, Bắc Ninh và Ninh Bình đã phân lập được 61 chủng vi khuẩn. Số lượng chủng vi khuẩn phân lập được lớn nhất ở Hà Nội (42 chủng, chiếm 68,9%). Khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn phân lập được có kích thước dao động từ 1 – 5 mm, tròn, mép nguyên hoặc chia thùy, bằng hoặc hơi lồi, màu trắng, kem, hơi vàng. Bề mật khuẩn lạc khô, nhăn, một số trơn bóng. Phần lớn các khuẩn lạc có hình tròn, bằng và khô. Các chủng vi khuẩn là trực khuẩn gram dương, đứng riêng lẻ hoặc thành chuỗi ngắn.

Khả năng kháng nấm gây bệnh Fusarium oxysporum được thực hiện dựa theo phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch chứa môi trường PDA(g/l) gồm  20.0 g khoai tây, 20.0g D-glucose, 20.0g agar (Et-Katatny & cs., 2000). Kết quả cho thấy rằng 4 chủng HP02, VRQ9, GL10 và HM03 đều có khả năng ức chế nấm Fusarium oxysporum (Hình 1).

Hình 1. Khả năng kháng nấm bệnh Fusarium oxysporum của một số chủng vi khuẩn phân lập từ đất vùng rễ cây hoa lily

Khả năng kháng nấm ở 4  chủng phân lập là do chúng có thể sinh tổng hợp các chất kháng sinh, các enyme ngoại bào như chitinase, glucanase có khả năng phá hủy thành tế bào của nấm bệnh. Kết quả khảo sát khả năng sinh enzyme chitinase cho thấy 4 chủng HP02, VRQ9, GL10 và HM03 đều có hoạt tính enzyme chitinase mạnh với vòng phân giải lần lượt là 21,17; 20,83; 20,50 và 20,12 mm (Hình 2).

Hình 2. Khả năng sinh enzyme chitinase của một số chủng vi khuẩn phân lập từ đất vùng rễ cây hoa lily

Khảo sát đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn HP02 từ vùng rễ cây hoa lily

Chủng HP02 là trực khuẩn Gram dương, sinh bào tử, đường kính khuẩn lạc 3-5 mm, hình tròn, bằng phằng, bề mặt khô, màu kem. Chủng HP02 có khả năng sinh catalase, di động, khả năng sử dụng citrate làm nguồn C duy nhất, phản ứng Voges-Proskauer dương tính. Chủng này đồng hóa được các nguồn đường khác nhau như Maltose, Xylose, Lactose, Mannitol và Glucose. Kết quả đặc điểm hình thái và hóa sinh của chủng HP02 được thể hiện ở Hình 3 và Bảng 1.

Hình 3. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng HP02

Bảng 1. Đặc điểm hóa sinh của chủng vi khuẩn HP02

Kết quả định danh chủng vi khuẩn HP02 bằng phương pháp giải trình tự 16S rRNA, so sánh với dữ liệu trong GenBank cho thấy chủng HP02 có mức độ tương đồng 99% với Bacillus subtilis strain WR-W2 (FJ222553). Vi khuẩn thuộc chi Bacillus được tìm thấy nhiều trong vùng rễ và đã được nghiên cứu để kiểm soát nhiều loại nấm gây bệnh thực vật như Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, Fusarium culmorum, Sclerotium rolfsii (Nam & cs., 2009; Islam & cs., 2012; Guevara-Avendaño & cs., 2019).

Kết luận

Từ các mẫu đất vùng rễ cây hoa lily đã phân lập được 04 chủng có khả năng đối kháng nấm gây bệnh thối củ ở hoa lily là Fusarium oxysporum. Bốn chủng vi khuẩn này đều có khả năng sinh enzyme chitinase cao. Chủng HP02 có hoạt tính chitinase cao nhất và có khả năng đối kháng nấm Fusarium oxysporum, được xác định thuộc chi Bacillus dựa vào đặc điểm hình thái, hoá sinh, so sánh trình tự 16S rRNA với các trình tự trong ngân hàng gen và xây dựng cây phân loại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chung W., Wu R., Hsu C., Huang  H. & Huang J. (2011). Application of antagonistic rhizobacteria for control of Fusarium seedling blight and basal rot of lily Australasian plant pathology, 40(3): 269-276.

El-Katatny M.H., Somitsch W., Robra K.H., El Katatny M.S. & Gubitz G.M. (2000). Production of chitinase and β- 1, 3 - glucanase by Trichoderma harzianum for control of the phytopathogenic fungus Sclerotium rolfsii. Biotechnol. 38(3): 173-180.

Fan F., Hamada M. S., Li N., Li G. Q. & Luo C. X. (2017). Multiple fungicide resistance in Botrytis cinerea from greenhouse strawberries in Hubei Province China. Plant Disease, 101(4): 601-606.

Guevara-Avendaño E., Bejarano-Bolívar A. A., Kiel-Martínez A. L., Ramírez-Vázquez M. & Méndez-Bravo A. (2019). Avocado rhizobacteria emit volatile organic compounds with antifungal activity against Fusarium solani, Fusarium sp. associated with Kuroshio shot hole borer, and Colletotrichum gloeosporioides

Microbiological Research, 219: 74-83

Jangir M, Pathak R, Sharma S. & Sharma S. (2018). Biocontrol mechanisms of Bacillus sp., isolated from tomato rhizosphere, against Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. Biological Control, 123: 60-70.

Lakshman D., Vieira P., Pandey R., Slovin J. & Kathryn K. (2017). Symptom Development in response to combined infection of In Vitro grown Lilium longiorum  with Pratylenchus penetrans and soilborne fungi collected from diseased roots of field-grown Lilies. Plant disease, 101: 882-889.

Lim J. H., Rhee H.K., Kim Y.J., Lim K.B. & van Tuyl J.M.  (2003). Resistance to Fusarium oxysporum f.sp. lilii in Lilium. 311-318.

Nam M.H., Park M.S., Kim H.G. & Yoo S.J. (2009). Biological control of strawberry Fusarium wilt caused by Fusarium oxysporum f.sp.fragariae using Bacillus velezensis BS87 and RK1 formulation. J. Microbiol. Biotechnol. 19: 520-524.

Nguyễn Thị Liên, Nguyễn Thị Kiều Nga, Nguyễn Thị Pha & Trần Thị Xuân Mai (2017). Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn có khả năng đối kháng với nấm Fusarium oxysporum sp. sesami gây bệnh héo rũ trên cây mè. Tạp chí Khoa học Lạc Hồng, 17: 122-126.

Islam R., Jeong M.R.Y.T., Lee Y.S. & Song C.H. (2012). Isolation and identification of antifungal compounds from Bacillus subtilis C9 inhibiting the

growth of plant pathogenic fungi. Mycobiol., 40(1): 59-66.

Hoàng Minh Tâm, Lê Văn Luy, Vũ Văn Khuê, Trần Minh Hải & Phạm Ái Chung (2009). Kết quả nghiên cứu và tuyển chọn giống hoa lily tại tỉnh Bình định. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, 81-86.

Trần Thị Hồng Hạnh – Khoa Công nghệ Sinh học