Quản lý dịch bệnh virus trên cây sắn – Mối liên hệ giữa côn trùng trung gian và nguy cơ dịch bệnh

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã phát triển các công cụ mới để dự đoán nguy cơ dịch bệnh trên cây sắn và giúp bảo vệ một loại cây trồng có vai trò đảm bảo an ninh lương thực quan trọng ở vùng châu Phi cận Sahara.

Củ sắn bị nhiễm Bệnh sọc nâu trên sắn (CBSD). Nguồn: Anna Szyniszewska, Nhóm Dịch tễ học và Mô hình hóa, Đại học Cambridge.

Sắn, một loại lương thực chính được trồng rộng rãi khắp vùng châu Phi cận Sahara, đang bị đe dọa nghiêm trọng bởi các bệnh như Bệnh khảm lá sắn (CMD) và Bệnh sọc nâu trên sắn (CBSD).

Bọ phấn trắng là vector (côn trùng trung gian) mang các mầm bệnh virus gây ra những bệnh này. Bọ phấn trắng chích hút nhựa từ cây sắn và truyền virus giữa các cây trên đồng ruộng cũng như các vùng trồng sắn lân cận.

Các bệnh này làm giảm chất lượng và sản lượng thu hoạch, gây mất an ninh lương thực và ảnh hưởng kinh tế đáng kể, với thiệt hại mùa màng ước tính hàng năm vượt quá 1,25 tỷ đô la ở châu Phi cận Sahara.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu từ nhóm Dịch tễ học và Mô hình hóa của Đại học Cambridge đã phát triển hai công cụ tiên tiến: Gói phần mềm R EpiPvr và ứng dụng web CropMix, được thiết kế để cải thiện sự hiểu biết, dự đoán và quản lý các dịch bệnh trên cây sắn qua các cảnh quan canh tác đa dạng.

Các tác nhân truyền bệnh theo thời gian và không gian

Gói EpiPvr cung cấp một công cụ mới dựa trên mô hình giúp các nhà nghiên cứu hiểu cách bệnh thực vật lây lan thông qua côn trùng. Công cụ này hoạt động bằng cách sử dụng dữ liệu được tổng hợp từ các thí nghiệm về côn trùng được theo dõi khi chích hút cây khỏe mạnh và cây nhiễm bệnh.

Các nhà nghiên cứu có thể tải dữ liệu của họ lên và công cụ sẽ ước tính các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự lây lan của bệnh, chẳng hạn như mức độ dễ dàng mà côn trùng tiếp nhận và truyền bệnh, cũng như thời gian chúng duy trì khả năng lây nhiễm. Nó cũng có thể dự đoán nguy cơ bùng phát cục bộ từ việc du nhập mầm bệnh trên đồng ruộng.

Khi được thử nghiệm trên hai loại virus hại sắn trong một nghiên cứu gần đây do tiến sỹ Ruairi Donnelly, nghiên cứu viên sau tiến sỹ tại Khoa Khoa học Thực vật, Cambridge dẫn đầu, nhóm đã tìm thấy những khác biệt đáng kinh ngạc.

Một loại virus (CBSI) lây lan kém từ côn trùng sang cây nhưng lại nguy hiểm vì tình trạng nhiễm bệnh khó phát hiện. Loại kia (CMB) lây lan dễ dàng và gây ra các triệu chứng rõ ràng, trong khi côn trùng duy trì khả năng lây nhiễm trong thời gian dài.

Kết quả là, CMB có thể gây bùng phát dịch ngay cả khi số lượng côn trùng thấp, trong khi CBSI ít gây rủi ro hơn trừ khi số lượng côn trùng ở mức trung bình hoặc cao.

Các kịch bản quản lý bệnh trên cây sắn để tối ưu hóa năng suất

Các nghiên cứu do tiến sỹ Israël Tankam, cựu thành viên Khoa Khoa học Thực vật, Cambridge và hiện là nghiên cứu viên sau tiến sỹ tại Viện Agro Rennes-Angers ở Pháp dẫn đầu, đã bổ sung cho các nghiên cứu này.

Nhóm đã tạo ra ‘CropMix’, một công cụ hỗ trợ ra quyết định dựa trên nền tảng web, được xây dựng xoay quanh một mô hình giúp tối ưu hóa việc phối trộn giống cây trồng để duy trì năng suất cao khi nguy cơ dịch bệnh cao. Mô hình so sánh các loại sắn khác nhau, hay các ‘kiểu hình thực vật’ (phytotypes), là những giống được biết đến là nhiễm bệnh (mẫn cảm), kháng bệnh hoặc chống chịu bệnh, và các cây ‘bẫy’ (decoy plants) không phải là vật chủ của bệnh.

Bệnh khảm lá sắn (CMD). Nguồn: Nguyễn Ngc Hùng.

CropMix hướng đến cách bệnh lây lan, mức độ dễ dàng phát hiện triệu chứng bệnh và hiệu quả của việc sử dụng các loại vật liệu sạch hoặc nhiễm bệnh. Dựa vào các yếu tố này, mô hình xác định sự phối trộn giống tốt nhất để quản lý bệnh và bảo vệ mùa màng.

Khi các ước tính từ EpiPvr cho hai loại virus sắn (CMB và CBSI) được thêm vào CropMix, mô hình gợi ý rằng việc trộn giống sắn nhiễm bệnh với các giống kháng CBSI hoạt động hiệu quả khi số lượng bọ phấn trắng ở mức trung bình hoặc thấp. Cách tiếp cận này có thể bảo vệ năng suất đáng kể khỏi các đợt bùng phát CBSI. Việc trồng xen kẽ các cây ‘bẫy’ không phải vật chủ cùng với sắn cũng có thể giúp ích bằng cách thu hút và giảm số lượng bọ phấn trắng chích hút cây sắn (loại bỏ mầm bệnh), miễn là những cây bẫy này có sức hấp dẫn tương đương cây sắn đối với bọ phấn trắng.

Ngược lại, đối với CMB, mô hình nhận thấy rằng không có sự phối trộn giống nào có thể đánh bại việc chỉ trồng sắn chống chịu bệnh hoặc kháng bệnh khi xét đến việc bảo vệ cây trồng khỏi dịch bệnh.

Các chiến lược thực tiễn để quản lý bệnh hại thực vật

Những nghiên cứu này cho thấy các công cụ mô hình hóa có thể định hướng các chiến lược thực tiễn để quản lý bệnh hại thực vật như thế nào.

EpiPvr hiện đang được mở rộng để dự đoán nguy cơ bùng phát CBSI cục bộ trên khắp châu Phi cận Sahara bằng cách kết hợp các ước tính của nó với dữ liệu quần thể bọ phấn trắng. CropMix cũng sẽ được nâng cấp để xử lý các mô hình canh tác thực tế hơn, chuyển từ các hỗn hợp ngẫu nhiên sang các bố trí có cấu trúc không gian.

Khi được kết hợp với nhau, những cải tiến này sẽ cho phép dự báo chính xác hơn về nguy cơ dịch bệnh và các lựa chọn quản lý trong điều kiện khí hậu tương lai. Nhìn chung, bộ công cụ này giúp thiết kế các biện pháp can thiệp có mục tiêu, bền vững, cân bằng giữa hiệu quả và nhu cầu của nông dân, một bước thiết yếu hướng tới bảo vệ cây trồng lâu dài.

Nguyễn Ngọc Hùng theo Đại học Cambridge.