Ảnh hưởng của việc tưới nước đến quần thể vi sinh vật trên ruộng khoai tây. Hình A: 26 quần thể vi khuẩn được xác định có sự khác biệt đáng kể giữa một hoặc nhiều vị trí lấy mẫu với tỷ lệ phát hiện sai là 0,05. Dữ liệu được thể hiện ở dạng bản đồ nhiệt của sự thay đổi gấp 2 lần log đối với tổng số trung bình tính trên một triệu cho một quần thể. Mẫu A1 bị loại khỏi dữ liệu phân tích do bị tạp nhiễm làm cho quần thể không điển hình. Hình B: số lượng cá thể trung bình cho mỗi điểm lấy mẫu cho thấy 10 quần thể có ở tất cả các điểm lấy mẫu. Hình C: tám quần thể vi khuẩn cho thấy có sự khác biệt đáng kể giữa các vị trí được tưới nước và không được tưới nước. Error bar thể hiện độ lệch chuẩn của dữ liệu với 3 lần lặp lại.

Một phương pháp cải tiến để kiểm soát hàng loạt các bệnh hại cây trồng sử dụng các vi khuẩn bản địa, có ích trong đất đã được đề xuất từ sự hợp tác của các ngành nghiên cứu. Sự cải tiến công nghệ nông nghiệp hứa hẹn sẽ đem lại cho người nông dân một hướng để giảm thiểu những thiệt hại về chi phí và môi trường do các biện pháp hóa học hiện nay đang được sử dụng để kiểm soát dịch bệnh trên cây trồng.

Nhóm nghiên cứu của Trung tâm John Innes đã phân lập và kiểm tra hàng trăm dòng vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas từ các mẫu đất lấy từ cánh đồng trồng khoai tây thương phẩm và sau đó giải trình tự bộ gene của 69 trong số hàng trăm dòng vi khuẩn này.

Bằng cách so sánh bộ gene của những dòng vi khuẩn có khả năng ngăn chặn dịch bệnh với các dòng vi khuẩn không có khả năng này, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định một có chế chính giúp bảo vệ khoai tây khỏi các loại vi khuẩn gây hại.

Sau đó sử dụng kết hợp các phương pháp hóa học, di truyền học và lây nhiễm thực vật, nhóm nghiên cứu đã cho thấy việc tạo thành các phân tử nhỏ được gọi là cyclic lipopeptides rất quan trọng trong việc kiểm soát bệnh nấm vảy ở khoai tây, một loại bệnh do vi khuẩn và gây thiệt hại lớn đến năng suất khoai tây.

Những phân tử nhỏ này có tác dụng đối kháng với vi khuẩn gây bệnh nấm vảy ở khoai tây, giúp bảo vệ vi khuẩn Pseudomonas di chuyển xuống và cư ngụ ở rễ cây.

Các thí nghiệm cũng cho thấy việc tưới nước cũng ảnh hưởng đến đa dạng di truyền của quần thể vi khuẩn Pseudomonas trong đất.

Tiến sỹ Alba Pacheco-Moreno, tác giả đầu tiên của nghiên cứu này cho biết: “Bằng cách xác định và đánh giá các cơ chế ngăn chặn mầm bệnh ở khoai tây, chúng tôi hy vọng những nghiên cứu của chúng tôi sẽ thúc đẩy sự phát triển của các tác nhân kiểm soát sinh học để giảm việc sử dụng các biện pháp hóa học gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái”.

Bà bổ sung: “Phương pháp của chúng tôi có thể được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại bệnh trên cây trồng bởi vì nó dựa trên sự hiểu biết về cơ chế hoạt động của các tác nhân kiểm soát sinh học”.

Nghiên cứu này đã công bố trên eLife, đưa ra một phương pháp mà các nhà nghiên cứu có thể sàng lọc các hệ vi khuẩn ở bất kỳ điểm trồng trọt nào, tính toán các điều kiện về thổ nhưỡng, nông học và môi trường.

Bằng cách khai thác các thành tựu trong phương pháp giả trình tự gene tốc độ cao, phương pháp này có thể sàng lọc hệ gene vi khuẩn trong đất để tìm ra các chủng vi khuẩn đối kháng và tìm hiểu các phân tử nào đang được tạo ra để ức chế vi khuẩn gây bệnh.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết các dòng vi khuẩn có ích này cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nông học như loại đất và việc tưới nước.

Bước tiếp theo là đưa những dòng vi khuẩn có ích này trở lại đồng ruộng với một số lượng lớn hoặc trong một cách kết hợp của các chủng vi khuẩn để tăng cường hệ vi khuẩn trong đất.

Tiến sỹ Jacob Malone, trưởng nhóm nghiên cứu ở Trung tâm John Innes và là đồng tác giả giải thích những lợi ích: “Lợi thế của phương pháp này là chúng tôi đang sử dụng các chủng vi khuẩn phân lập từ môi trường đất và đưa chúng trở lại trong các điều kiện sinh học đặc biệt với số lượng lớn để không có thiệt hại về mặt sinh thái”.

Các phương pháp tiềm năng được áp dụng để thúc đẩy hệ vi khuẩn bao gồm phương pháp sử dụng một hỗn hợp các chủng vi khuẩn phủ ngoài hạt giống dưới dạng phun hoặc thông qua tưới nhỏ giọt.

Tiến sỹ Andrew Truman cho chúng ta biết tầm nhìn lâu dài của phương pháp này: “Trong tương lai, chúng tôi không chỉ sử dụng các phân tử do vi khuẩn tạo ra mà chúng tôi sử dụng chính dòng Pseudomonas. Điều này mang lại một lộ trình bền vững, chúng tôi biết các vi khuẩn này cư trú trong đất trồng khoai tây và chúng bảo vệ cho cây trồng. Sử dụng các chủng vi khuẩn, bạn dễ dàng phát triển chúng theo cách thích hợp và sử dụng chúng  cho các cánh đồng, điều này sẽ giúp cây trồng xanh hơn so với sử dụng hóa chất tổng hợp”.

Bệnh hại cây trồng là một vấn đề trong nông nghiệp và gây ra những thiệt hại lớn, chẳng hạn như ở cây khoai tây. Các bệnh chủ yếu ở cây khoai tây bao gồm bệnh ghẻ do Streptomyces gây ra, một mầm bệnh nấm vẩy do vi khuẩn và bệnh mốc sương do Phytophthora infestans là nguyên nhân chính gây ra nạn đói ở Irland.

Pseudomonas là vi khuẩn phổ biến ở thực vật và đã được nghiên cứu rộng rãi như tác nhân kiểm soát sinh học vì chúng tiết ra các chất giúp kích thích sự sinh trưởng và ngăn chặn mầm bệnh ở thực vật. Tuy nhiên, việc sử dụng các chủng này trước đây bị trở ngại vì tính không nhất quán.

Trước đây, đã có những nghiên cứu về vai trò đối kháng bệnh nấm vảy của vi khuẩn Pseudomonas. Tuy nhiên, sự tiến triển này đã bị cản trở bởi sự hiểu biết về cơ chế còn hạn chế. Người ta cũng biết rằng việc tưới nước có thể ngăn chặn bệnh nấm vảy do Streptomyces gây ra và hiện nay nghiên cứu này cho thấy tác động của nước đối với quần thể vi khuẩn.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Phys.org