Độ pH của đất quyết định sự bùng phát của bọ xít hại lúa thông qua việc kiểm soát vi khuẩn cộng sinh chủ chốt

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia (AIST), phối hợp với Đại học Ryukyus và Đại học Điện tử - Truyền thông, đã phát hiện rằng độ pH của đất là yếu tố quan trọng điều hòa mối quan hệ cộng sinh giữa côn trùng gây hại và vi khuẩn trong đất. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Microbiome.

Bọ xít hại lúa là một trong những đối tượng dịch hại quan trọng trên lúa vì chúng làm giảm cả năng suất và chất lượng hạt. Hiện nay, thuốc bảo vệ thực vật hóa học vẫn được sử dụng rộng rãi để kiểm soát nhóm dịch hại này. Tuy nhiên, những lo ngại về tác động môi trường cũng như sự gia tăng tính kháng thuốc của côn trùng đã thúc đẩy nhu cầu phát triển các chiến lược quản lý dịch hại bền vững, giảm sự phụ thuộc vào thuốc hóa học.

Mối quan hệ giữa đất và sâu bệnh được làm sáng tỏ trong nghiên cứu này.
Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia (AIST).

Nhiều loài côn trùng gây hại mang theo các vi khuẩn cộng sinh đóng vai trò thiết yếu đối với quá trình sinh trưởng và sinh sản. Các nghiên cứu gần đây cho thấy một số loài bọ xít có thể thu nhận những vi khuẩn cộng sinh có lợi này trực tiếp từ đất. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung vào các loài bọ xít hại lúa có khả năng thu nhận vi khuẩn cộng sinh từ đất nhằm xác định những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình này.

Thông qua các thí nghiệm trong phòng và khảo sát ngoài đồng ruộng, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu cách bọ xít hại lúa thu nhận Burkholderia, một vi khuẩn cộng sinh thiết yếu đối với sự sinh trưởng và sinh sản của chúng. Đồng thời, nhóm cũng đánh giá mối liên hệ giữa quá trình thu nhận vi khuẩn cộng sinh và độ pH của đất.

Kết quả nuôi dưỡng trong điều kiện thí nghiệm cho thấy bọ xít hại lúa phụ thuộc rất lớn vào Burkholderia. Khi không thể thu nhận vi khuẩn này từ đất, khả năng sinh trưởng và sinh sản của chúng bị suy giảm nghiêm trọng.

Khảo sát ngoài thực địa cũng cho thấy mật độ bọ xít hại lúa thường rất cao ở những ruộng có độ pH đất dưới 7,0; trong khi tại các ruộng có đất trung tính hoặc kiềm, mật độ bọ xít lại rất thấp.

Các thí nghiệm điều chỉnh độ pH trên đất hơi chua cho thấy số lượng Burkholderia giảm dần sau khoảng 120 ngày kể từ khi độ pH của đất được nâng lên.

Bọ xít hại lúa dễ dàng thu nhận vi khuẩn cộng sinh từ đất hơi chua. Tuy nhiên, quá trình này bị ức chế mạnh trong các loại đất có pH trung tính hoặc kiềm. Hiệu ứng tương tự cũng được ghi nhận khi độ pH của đất hơi chua được nâng lên mức trung tính hoặc cao hơn trong điều kiện thí nghiệm. Kết quả này khẳng định rằng độ pH của đất là yếu tố môi trường then chốt quyết định sự hình thành mối quan hệ cộng sinh giữa bọ xít hại lúa và vi khuẩn trong đất.

Những phát hiện này làm sáng tỏ mối liên hệ trước đây chưa được chú ý giữa điều kiện đất và sinh thái của côn trùng gây hại thông qua vai trò trung gian của vi khuẩn cộng sinh. Đồng thời, nghiên cứu cũng mở ra một hướng tiếp cận mới trong quản lý dịch hại dựa trên quản lý đất.

Nghiên cứu còn cho thấy việc điều chỉnh độ pH của đất bằng các vật liệu như vôi có thể góp phần xây dựng các chiến lược phòng trừ dịch hại thân thiện với môi trường, giảm sự phụ thuộc vào thuốc bảo vệ thực vật hóa học, qua đó thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.

Thiệt hại do côn trùng gây hại là một vấn đề nghiêm trọng đối với nông nghiệp trên toàn thế giới, vì vậy thuốc bảo vệ thực vật hóa học vẫn được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, việc lạm dụng các loại thuốc này đã làm gia tăng áp lực lên môi trường và thúc đẩy sự hình thành tính kháng thuốc ở nhiều loài côn trùng gây hại.

Do đó, việc phát triển các chiến lược quản lý dịch hại bền vững nhằm giảm sự phụ thuộc vào thuốc hóa học ngày càng trở nên cấp thiết. Nhật Bản hiện là một trong những quốc gia có mức sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trên mỗi đơn vị diện tích canh tác cao nhất thế giới.

Đặc biệt, sản xuất lúa nước đòi hỏi cường độ quản lý cao để đối phó với nhiều loại sâu bệnh khác nhau. Trong số đó, bọ xít hại lúa là một trong những nhóm dịch hại quan trọng nhất vì diện tích cần phòng trừ đối với chúng lớn hơn so với nhiều đối tượng sâu bệnh khác trên cây lúa.

Loài côn trùng này gây hiện tượng "gạo đốm" (pecky rice) bằng cách chích hút dịch từ các hạt lúa đang phát triển. Ngay cả khi mật độ gây hại thấp, chúng cũng có thể làm giảm chất lượng và giá trị thương mại của hạt gạo.

Phạm Thành Nhân theo Phys.org