Tìm hiểu về vi sinh vật đối với cây trồng

Vùng rễ là một môi trường mà ở đây cây rau phải đối mặt với vi sinh vật gây hại và vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn, nấm, tuyến trùng, nguyên sinh động vật, tảo và động vật nhỏ. Vi sinh vật gây hại đến thực vật là nấm bệnh, nấm nước, vi khuẩn, tuyến trùng và vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn cố định đạm, nấm rễ và vi khuẩn vùng rễ kích thích sự tăng trưởng thực vật nấm. Số lượng và đa dạng của cả hai nhóm vi sinh vật này tùy thuộc số lượng và chất lượng carbon (C) do rễ cây phóng thích vào vùng rễ.

Vi sinh vật gây hại

Tháp rau cũng như trong hầu hết các hệ thống trồng rau thổ canh, vi sinh vật gây hại có thể là một yếu tố giới hạn chính đến năng suất và chất lượng rau; các nhóm vi sinh vật gây hại sống giữa các khe đất và vùng rễ, là nơi chúng dễ tiếp cận vào cây trồng. Có 4 nhóm vi sinh vật gây hại nhưng chỉ có 2 nhóm giữ vai trò quan trọng trong đất là nấm và tuyến trùng. Vi khuẩn chỉ có vai trò khiêm tốn bởi vì chúng không có bào tử hay cơ quan nào giúp cho sống sót trong đất, hơn nữa, chúng cần có điều kiện xâm nhiễm vào cây trồng nhưng điều kiện lại khó khăn hơn, trong khi đó tuyến trùng lại sống tự do trong đất, lại có khả năng ký sinh vào cây trồng, ăn những phần của rễ và chui vào trong rễ làm nghẽn mạch (bó gỗ) làm cây không hút nước để cung cấp cho cây. Nấm sợi có thể sống trong đất mặt hay trong điều kiện ngập nước như lớp nấm nước hay nấm trứng (lớp Oomycetes), chúng có thể ký sinh vào rễ cây trồng như nấm Pythium và Phytophthora.

Sự phát tán mầm bệnh trong đất và bệnh hại

Giống như bao sinh vật khác, mầm bệnh (pathogen) có thể tăng trưởng, phân cắt và sinh sản trong cơ thể cây chủ và liên tục gây hại theo thời gian. Mầm bệnh không chỉ phát tán theo thời gian mà còn theo không gian, tuy nhiên động thái của mỗi nhóm vi sinh vật khác nhau như tạo bào tử hay nang có thể phát tán theo gió vào không khí. Mầm bệnh còn theo nước tưới hay nước mưa phát tán. Qua trình bày ở phần trên, chúng ta có thể hình dung sự phát tán của mầm bệnh liên quan đến sản xuất nông nghiệp nhưng chúng ta lại chưa biết nhiều về sự tương tác giữa mầm bệnh và vi sinh vật có ích.

Sự tương quan giữa vi sinh vật có ích và mầm bệnh

Vùng rễ là sân chơi mà ở đó mầm bệnh có điều kiện tiếp cận với thực vật, tuy nhiên vùng rễ cũng là mặt trận mà ở đó nhiều nhóm sinh vật bao gồm vi sinh vật và cả những sinh vật to hơn tương quan với mầm bệnh và ảnh hưởng đến con đường xâm nhiễm của mầm bệnh đến thực vật. Sự phát triển của mầm bệnh có thể bị ngăn chặn bởi một số vi sinh vật có ích ở vùng rễ như nhóm vi khuẩn gram âm như Pseudomonas và Burkholderia; nhóm Firmicutes như Bacillus và các chi trong nhóm này hay nấm Trichoderma, Gliocladium; Các nhà khoa học cho rằng nhóm này có khả năng đối kháng với mầm bệnh (biocontrol microorganisms).

Trong vùng rễ, sự cạnh tranh (competition) khoảng không gian trên bề mặt rễ để giành lấy dưỡng chất hay các hợp chất hóa học tiết từ hạt hay từ rễ cây. Những dòng vi khuẩn có thể cạnh tranh hợp chất hữu cơ từ rễ với mầm bệnh hay các khoáng vi lượng hay sắt (Fe) là khoáng vi lượng rất cần cho sự phát triển và hoạt động của mầm bệnh để hình thành các siderophores. Đối kháng (antagonism) thường là những chất kháng khuẩn thứ cấp (antimicrobial secondary metabolistes) như 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyrrolnitrin, pyoluteorin, phenazines, lipopeptide vòng và hydrogen cyanide… Các chất này là các enzyme ngoại bào. Ngoài tính cạnh tranh và đối kháng, một đặc tính kiểm soát sinh học khác là hiện tượng ký sinh cấp hai (hyperparasitism) thường do nấm Trichoderma và Gliocladium sản sinh tác động lên nấm bệnh Rhizoctonia, Sclerotinia, Verticillium và Gaeumannomyces, thường là các enzyme chitinase và cellulase thường do các loài nấm trên tổng hợp và phóng thích ra ngoài tế bào.

Hiệu quả tích cực trực tiếp của vi sinh vật vùng rễ trên cây rau

Ngoài hoạt tính kiểm soát sinh học của vi sinh vật vùng rễ, còn có những tác động tích cực đến sự tăng trưởng và sức khỏe thực vật.

• Trước nhất, các vi sinh vật vùng rễ có thể kích thích để giúp thực vật mạnh hơn, giúp thực vật chống chịu lại mầm bệnh, đặc điểm này thường có ở vi sinh vật nội sinh, nấm rễ. 
• Thứ hai, hệ thống kích kháng (ISR=Induced Systematic Resistance) thường xuất hiện ở vi sinh vật vùng rễ liên quan đến mầm bệnh ở rễ, ISR thường liên quan đến tín hiệu jasmonate và ethylene xuất hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sự đáp ứng và tự vệ của mầm bệnh đến vi sinh vật đối kháng.

Trong phần trên, chúng ta đã phân tích về vi sinh vật có ích ngăn chặn sự tăng trưởng hay hoạt động của vi sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên, vi sinh vật gây bệnh có phương cách nào đó để đối kháng lại vi sinh vật có ích, bao gồm sự đối kháng, tổng hợp ra các chất chống lại hợp chất kháng khuẩn và tìm cách điều chỉnh và tổng hợp ra các enzyme và các chất đối kháng lại chất kháng khuẩn. Sự kháng hay quen thuốc hóa học của vi sinh vật gây hại là hiện tượng thường gặp và cơ chế kháng của mầm bệnh đối với hợp chất đối kháng (được tổng hợp từ vi sinh vật có ích hay vi sinh vật đối kháng [antagonistic microorganisms]) đến nay cũng đã được các nhà chuyên môn chú ý nghiên cứu.

Ảnh hưởng của biện pháp canh tác trên mầm bệnh và mật số vi sinh vật đối kháng

Các biện pháp canh tác có tính sinh học trong đất là những biện pháp quan trọng để kích thích hoạt động của vi sinh vật có ích trong vùng rễ và như vậy sẽ giới hạn đến mật số và hoạt động của mầm bệnh trong đất.  Như vậy, luân canh, xen canh, tiêu huỷ xác bã cây trồng (lợi ích từ bộ phận ruột tháp), quản lý chất hữu cơ, phương pháp làm đất… là các biện pháp canh tác hữu ích giúp cho vi sinh vật có ích hoạt động tốt và ức chế mầm bệnh. 

Luân canh so với độc canh 

Nhìn chung, canh tác một loại hoa màu liên tục trên một mảnh đất trong nhiều vụ liền dễ bị nhiễm bệnh do mật số nấm bệnh tăng lên dẫn đến gia tăng tỉ lệ bệnh cho cây. Ngược lại, luân canh với loại hoa màu không phải là ký chủ hay cây trồng dễ mẫn cảm với bệnh sẽ giới hạn sự gia tăng mật số mầm bệnh. Một số loại hoa màu lại ức chế sự nảy mầm của mầm bệnh ở dạng bào tử và trong điều kiện không có cây chủ, mầm bệnh cũng không thể sống sót trong đất. Vì vậy, trồng loại hoa màu không phải là ký chủ của mầm bệnh sẽ dẫn đến mật số mầm bệnh trong đất giảm xuống. Hơn nữa, hoa màu trong hệ thống luân canh có thể kích thích gia tăng mật số vi sinh vật đối kháng và dĩ nhiên sẽ hạn chế sự tăng trưởng và hoạt động của mầm bệnh. Hiệu quả này có được là do sự gia tăng mật số vi sinh vật đối kháng như nhóm vi khuẩn pseudomonas huỳnh quang trong đất ức chế mạnh mẽ đối với nấm Rhizotonoa solani. Như vậy, ta nên áp dụng mùa nào cây đó.

Quản lý xác bã cây trồng 

Điều cần lưu ý, xác bã thực vật cần được chôn vùi vào đất thông qua các biện pháp làm đất sẽ kích thích sự phân huỷ xác bã tốt hơn; khi xác bã thực vật được chôn vùi dưới lớp đất sâu (hay trong ruột Tháp rau), các nang mang mầm bệnh sẽ khó sống sót lâu dài và dĩ nhiên mật số sẽ giảm đáng kể. Sự chôn vùi xác bã thực vật lặp đi lặp lại nhiều lần có thể tác động đến mầm bệnh do sự phân rã xác bã thực vật, trong đó nguồn C sẽ cung cấp cho hoạt động của vi sinh vật trong đất và sẽ gia tăng sự ức chế mầm bệnh rõ rệt, đồng thời sự chôn vùi xác bã sẽ gia tăng lượng chất hữu cơ trong đất, góp phần gia tăng độ phì của đất. (Đến đây bạn hiểu rõ hơn về ruột tháp – là ống ủ xác bã thực vật, còn gọi là ủ phân Compost).

Bổ sung chất hữu cơ

Việc bổ sung chất hữu cơ còn được xem là biện pháp kiểm soát bệnh hại. Phân hữu cơ ẩm có thể tập trung được các vi sinh vật đối kháng mầm bệnh, vì thế nó có thể tăng khả năng kháng mầm bệnh; phân hữu cơ bổ sung thêm những dòng vi sinh vật đặc biệt cho vùng rễ (Ruột tháp làm nhiệm vụ “điều chế” ra phân hữu cơ cung cấp cho cây bằng giun (trùn) và tự thấm). 

Kết luận

Nghiên cứu về vi sinh vật đối với cây trồng là chúng ta tìm hiểu về canh tác hữu cơ – trồng cây cách thuận tự nhiên. Vai trò của nông nghiệp hữu cơ là nhằm mục đích duy trì sức khỏe của hệ sinh thái và các sinh vật từ các sinh vật có kích thước nhỏ nhất sống trong đất cho đến đến con người.Nhìn chung canh tác hữu cơ sẽ cải thiện và duy trì hệ sinh thái trồng trọt, tránh gây hại cho các nguồn lực tự nhiên, không lạm dụng các chất vô cơ hay hóa học, sản xuất lương thực thực phẩm có dinh dưỡng cao, chất lượng cao và đủ chất, không độc hại,…

Ngoài ra canh tác hữu cơ còn đảm bảo, duy trì và gia tăng độ màu mỡ lâu dài cho đất, củng cố các chu kỳ sinh học, đặc biệt là các chu trình dinh dưỡng, bảo vệ cây trồng dựa trên việc phòng ngừa thay cho cứu chữa, đa dạng các mùa vụ và phù hợp với điều kiện sẵn có của gia đình hay địa phương.