Tài liệu Luận án nghiên cứu và sử dụng chế phẩm vi sinh vật bản địa đối kháng với một số nấm gây hại rễ cây hồ tiêu tại đăk lắk

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHẠM THỊ THÚY HOÀI NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỐI KHÁNG VỚI MỘT SỐ NẤM GÂY HẠI RỄ CÂY HỒ TIÊU TẠI ĐĂK LẮK LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội, 2020 i VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHẠM THỊ THÚY HOÀI NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỐI KHÁNG VỚI MỘT SỐ NẤM GÂY HẠI RỄ CÂY HỒ TIÊU TẠI ĐĂK LẮK Chuyên ngành: Vi sinh vật học Mã số: 9.42.01.07 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Phạm Việt Cường Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung 2. PGS.TS. Trần Đình Mấn Viện Công nghệ sinh học Hà Nội, 2020 ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành nhất tới PGS.TS Phạm Việt Cƣờng, Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung, Viện Hàn lâm KH và CN Việt Nam đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Trần Đính Mấn, Phòng Công nghệ vật liệu sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm KH và CN Việt Nam đã tận tính hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể các anh chị và các bạn đồng nghiệp phòng Công nghệ vật liệu sinh học, Viện Công nghệ sinh học đã giúp đỡ và tạo điền kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện công nghệ sinh học, Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung; PGS.TS Nguyễn Thị Kim Cúc – Viện Hóa Sinh Biển; các anh chị em và các bạn đồng nghiệp trung tâm Khoa học và Công Nghệ Quảng Trị, phòng Công nghệ sinh học, trung tâm Sinh học phân tử Nghĩa Đô - Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung và ThS. Bùi Thị Hải Hà - Viện Công nghệ sinh học đã giúp đỡ, hợp tác và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Đây là công trính đƣợc thực hiện nhờ sự hỗ trợ kinh phí của đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc, thuộc chƣơng trính Tây Nguyên 3: “Nghiên cứu hoàn thiện và chuyển giao công nghệ sản xuất sản phẩm sinh học POLYFA-TN3 góp phần cải tạo đất cho vùng Tây Nguyê” với mã số đề tài: TN3/C10. Cuối cùng, tôi vô cùng biết ơn gia đính, ngƣời thân và bạn bè, những ngƣời luôn bên tôi, quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 NCS. Phạm Thị Thúy Hoài iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trính nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác; Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã đƣợc công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả; Phần còn lại chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả NCS. Phạm Thị Thúy Hoài iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. ii MỤC LỤC ............................................................................................................. iii DANH MỤC VIẾT TẮT ..................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. viii DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. ix MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỒ TIÊU ...................................................................... 4 1.1.1. Cây hồ tiêu .................................................................................................. 4 1.1.2. Tính hính sản xuất và tiêu thụ trên thế giới................................................. 5 1.1.3. Tính hính sản xuất và tiêu thụ ở Việt Nam.................................................. 6 1.1.4. Một số bệnh hại chính trên cây hồ tiêu ....................................................... 8 1.1.5. Vi sinh vật đối kháng nấm bệnh trên cây hồ tiêu ........................................ 14 1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC VI SINH VẬT TRONG ĐẤT TRỒNG HỒ TIÊU . 20 1.3. ĐÁNH GIÁ KHU HỆ VI SINH VẬT BẰNG KỸ THUẬT METAGENOMICS ................................................................................................. 25 1.4. TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÁC CHẾ PHẨM VI SINH VẬT TRONG .. PHÒNG TRỪ BỆNH TRÊN HỒ TIÊU...................................................... 27 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 30 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ....................................................................... 30 2.1.1. Vật liệu phân tìch metagenome trong đất vùng rễ cây hồ tiêu khu vực bị... bệnh và không bị bệnh ................................................................................ 30 2.1.2. Vật liệu tạo nguồn gene vi sinh vật phục vụ nghiên cứu ........................... 31 2.1.3. Vật liệu nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ lên men các chủng vi sinh vật nghiên cứu ................................................................................ 32 v 2.1.4. Vật liệu bố trí thí nghiệm xây dựng mô hình sử dụng sản phẩm nghiên cứu trên đất trồng hồ tiêu ........................................................................... 33 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................. 32 2.2.1. Phƣơng pháp phân tìch metagenome trong đất vùng rễ cây hồ tiêu khu…. vực bị bệnh và không bị bệnh ..................................................................... 32 2.2.2. Phƣơng pháp tạo nguồn gene vi sinh vật phục vụ nghiên cứu .................... 35 2.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu hoàn thiện quy trính công nghệ lên men các chủng vi sinh vật nghiên cứu....................................................................... 41 2.2.4. Phƣơng pháp bố trì thì nghiệm xây dựng mô hính sử dụng sản phẩm nghiên cứu trên đất trồng hồ tiêu ................................................................ 42 2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................... 44 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU........................................................... 45 3.1. PHÂN TÍCH METAGENOME TRONG ĐẤT VÙNG RỄ HỒ TIÊU ..... KHU VỰC BỊ BỆNH VÀ KHÔNG BỊ BỆNH TẠI ĐĂK LĂK ................ 45 3.1.1. Tạo cơ sở dữ liệu 18S rRNA metagenome từ mẫu đất ............................... 45 3.1.2. Thành phần và tỷ lệ eukaryote (sinh vật nhân chuẩn) trong hai mẫu đất trồng hồ tiêu ................................................................................................ 47 3.1.3. Thành phần vi nấm trong đất trồng tiêu ...................................................... 47 3.1.4. Thành phần loài đƣợc phân loại trong giới phụ Stramenopiles có trong đất trồng tiêu................................................................................................ 58 3.1.5. Một số nấm gây bệnh và nấm đối kháng với nấm gây bệnh hồ tiêu trong hai mẫu đất nghiên cứu ............................................................................... 64 3.2. PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT .................................................. 65 3.2.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật đối kháng từ vùng sinh thái ở Đắk Lắk ............................................................................................. 65 3.2.2. Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử định danh các chủng vi sinh vật có hoạt tình cao đƣợc tuyển chọn làm chế phẩm vi sinh vật ...................... 69 3.3. NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ vi PHẨM VI SINH VẬT GỐC ....................................................................... 75 3.3.1. Xác định thời gian bảo quản ....................................................................... 77 3.3.2. Đánh giá độ an toàn của sản phẩm .............................................................. 78 3.4. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÒNG TRỪ BỆNH HẠI CÂY HỒ TIÊU VÙNG TÂY NGUYÊN CỦA CHẾ PHẨM VI SINH VẬT BẢN ĐỊA .... 79 3.4.1. Hiệu quả phân POLYFA-TN3 đối với hồ tiêu ............................................ 79 3.4.2. Đánh giá hiệu quả phân POLYFA-TN3 đối với hồ tiêu trên quy mô 1ha ......................................................................................................... 83 CHƢƠNG 4: BÀN LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................... 86 4.1. PHÂN TÍCH METAGENOME TRONG ĐẤT VÙNG RỄ HỒ TIÊU KHU VỰC BỊ BỆNH VÀ KHÔNG BỊ BỆNH TẠI ĐĂK LĂK ......................... 86 4.2. TẠO NGUỒN GENE VI SINH VẬT PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT ........................... 95 4.3. NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT GỐC ....................................................................... 96 4.4. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÒNG TRỪ BỆNH HẠI CÂY HỒ TIÊU CỦA CHẾ PHẨM VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ............................................ 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 103 NHỮNG CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ TRONG THỜI GIAN THỰC HIỆN LUẬN ÁN...................................................................................... 105 TÓM TẮT LUẬN ÁN BẰNG TIẾNG ANH...................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 112 PHỤ LỤC vii DANH MỤC VIẾT TẮT EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid IAA Indole-3-acetic acid BVTV Bảo vệ thực vật CT Công thức Ctv Cộng tác viên Cs Cộng sự D1 Đất bị bệnh D2 Đất không bị bệnh Đ/c Đối chứng HCN Hydrogene cyanide IMOs Indigenous Microorganisms IPC International Pepper Community HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật MIC Minimal inhibitory concentration MTC Maximal tolerance concentration Nấm AM Arbuscular mycorrhizal fungus Ops Organophosphates OPH Organophosphorus hydrolase OUT Operational Taxonomic Units (Đơn vị phân loại) PIMG Percent inhibition of mycelial growth PL Phụ lục SAR systemic acquiredresistance SDS Sodium dodecyl sulfate VSV Vi sinh vật Tag Đơn vị gene đƣợc xác định hay nhãn xác định trình tự biểu hiện Trp Tryptophan viii WASI The Western Highlands Agro-Forestry Scientific and Technical Institute VPA The Vietnam Pepper Association ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bệnh và sâu hại chủ yếu trên hồ tiêu ở Việt Nam ............................ 10 Bảng 1.2 Một số vi sinh vật đối kháng bệnh hại hồ tiêu ................................. 30 Bảng 2.1 Cặp mồi sử dụng cho PCR khuếch đại gene 16S rRNA vi khuẩn ... 37 Bảng 2.2 Thành phần PCR khuếch đại gene 16S rRNA ................................. 38 Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm thử độc tính cấp.................................................... 41 Bảng 3.1 Thành phần và tỷ lệ (%) các chi nấm chiếm ƣu thế so với Eukaryote tổng số trong hai mẫu đất vƣờn tiêu tại Đăk Lăk ........... 50 Bảng 3.2 Thành phần và tỷ lệ (%) các loài nấm so với Eukaryote tổng số trong hai mẫu đất vƣờn tiêu tại Đăk Lăk.......................................... 55 Bảng 3.3 Thành phần và tỷ lệ (%) các chi Stramenopiles chiếm ƣu thế so với Eukaryote tổng số trong hai mẫu đất vƣờn tiêu tại Đăk Lăk ........... 57 Bảng 3.4 Thành phần và tỷ lệ (%) các loài thuộc giới phụ Stramenopiles xác định đƣợc trong hai mẫu đất tiêu ............................................... 58 Bảng 3.5 Thành phần và tỷ lệ (%) các loài thuộc giới phụ Stramenopiles xác định đƣợc chỉ có trong mẫu D1và không bị bệnh ............................ 62 Bảng 3.6 Hoạt tình đối kháng nấm bệnh của các chủng vi khuẩn phân lập .... 66 Bảng 3.7 Hoạt tình đối kháng nấm bệnh của các chủng xạ khuẩn phân lập ... 67 Bảng 3.8 Hoạt tình đối kháng nấm bệnh của các chủng vi nấm phân lập ....... 68 Bảng 3.9 Hoạt tính sinh học của các chủng sử dụng sản xuất chế phẩm ........ 72 Bảng 3.10 Xác định tình đối kháng giữa các chủng vi sinh vật tuyển chọn...... 73 Bảng 3.11 Mật độ các chủng vi sinh vật theo thời gian bảo quản (CFU/g) ...... 76 Bảng 3.12 Hoạt tính sinh học của chế phẩm vi sinh vật theo thời gian bảo quản . 76 Bảng 3.13 Tỷ lệ các bệnh chủ yếu trên vƣờn hồ tiêu trong thời gian thí nghiệm (%) .................................................................................. 78 Bảng 3.14 Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất hồ tiêu ................ 80 Bảng 3.15 Tác động của POLYFA-TN3 tới năng suất và trọng lƣợng hồ tiêu . 81 Bảng 3.16 Tác động của POLYFA-TN3 tới tỷ lệ các bệnh chính trên hồ tiêu . 82 Bảng 3.17 Hiệu quả kinh tế khi bón phân POLYFA-TN3 cho hồ tiêu ............. 83 x DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Vƣờn hồ tiêu .................................................................................... Hình 1.2 Hồ tiêu và các đối tƣợng gây hại trên tiêu ....................................... 10 Hình 1.3 Hồ tiêu, rễ và lá bị chết nhanh ......................................................... 11 Hình 1.4 Bệnh chết chậm và suy giảm chậm trên hồ tiêu do tác nhân nấm 4 và tuyến trùng gây ra ....................................................................... 13 Hình 1.5 Triệu chứng lá bị bệnh thán thƣ ...................................................... 14 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sử dụng các công cụ tin sinh học trong phân tích metagenome của các mẫu đất nghiên cứu ........................................ 34 Hình 3.1 Kết quả điện di ADN tổng số tách chiết từ hai mẫu đất nghiên cứu. Mẫu đƣợc điện di với thể tích 5l trong thời gian 30 phút ở điện thế 100V ........................................................................................... 45 Hình 3.2 Phân tích thống kê các tag và số lƣợng OTUs của hai mẫu đất phân tích ........................................................................................... 46 Hình 3.3 Biểu đồ Krona biểu thị thành phần và tỷ lệ các giới sinh vật trong mẫu đất trồng hồ tiêu bị bệnh tại Đăk Lăk (mẫu D1) ..................... 48 Hình 3.4 Biểu đồ Krona biểu thị thành phần và tỷ lệ các giới sinh vật trong mẫu đất trồng hồ tiêu không bị bệnh tại Tây nguyên (mẫu D2) ...... 49 Hình 3.5 Thành phần và tỷ lệ các ngành so với tổng số vi nấm trong mẫu đất vƣờn tiêu bị bệnh và không bị bệnh ................................................. 50 Hình 3.8 Thành phần và tỷ lệ một số chi nấm gây bệnh hồ tiêu phổ biến trong hai mẫu đất nghiên cứu ........................................................... 64 Hình 3.7 Tỷ lệ chi nấm Penicillium so với Eukaryote tổng số ....................... 65 Hình 3.8 Hình ảnh đối kháng của chủng CM5crk đối với Pythium splendens 68 Hình 3.9 Điện di đồ sản phẩm PCR của các chủng vi sinh vật tuyển chọn .... 70 Hình 3.10 Hình ảnh chủng N1CS1trk: (a) khuẩn lạc trên môi trƣờng Czapek-Dox ở 20 oC/ 48 giờ; (b, c) cơ quan sinh bào ................................................................. 71 Hình 3.11 Khả năng đối kháng giữa các chủng vi khuẩn lựa chọn làm xi chế phẩm........................................................................................... 74 Hình 3.12 Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật gốc…….. 77 xii 1 MỞ ĐẦU Tây Nguyên có gần 2 triệu ha đất bazan màu mỡ, chiếm đến 60 % đất bazan của cả nƣớc, rất phù hợp với những cây công nghiệp nhƣ cà phê, ca cao, hồ tiêu, dâu tằm, chè. Hồ tiêu là một trong những cây công nghiệp quan trọng ở Tây Nguyên. Theo số liệu của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, năm 2019, cả nƣớc hiện có gần 145.447 ha hồ tiêu. Diện tích hồ tiêu ở Tây Nguyên chiếm hơn 1/2 diện tích hồ tiêu của cả nƣớc. Tây Nguyên nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc trƣng khí hậu nóng ẩm, lƣợng mƣa hàng năm lớn tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật, điển hình là nấm gây hại trên cây trồng gây ra tổn thất lớn cho sản xuất nông nghiệp. Mỗi năm chi phí trong việc phòng, trừ bệnh trên cây hồ tiêu là rất cao, mà phần lớn là sử dụng thuốc hoá học. Trên thực tế, phƣơng pháp này có hiệu quả tức thời nhƣng nếu sử dụng lâu dài sẽ dẫn đến tình trạng thoái hoá đất và kháng thuốc của các nguồn bệnh. Việc sử dụng thuốc hóa học trong nông nghiệp trong đó có thuốc trừ nấm ngày càng nhiều gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng và làm giảm chất lƣợng sản phẩm khi dƣ lƣợng thuốc cao. Ngoài ra, đất đai bạc màu làm chết các sinh vật có ìch, làm tăng khả năng kháng thuốc của sinh vật gây hại, kết quả là việc sản xuất nông nghiệp rơi vào tính trạng khó khăn. Tại khu vực Tây Nguyên, tỷ lệ hồ tiêu bị bệnh thối rễ rất cao, tác nhân chính bao gồm Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Rhizoctonia solani, Phytophthora sp.và một số tác nhân gây hại khác. Tây Nguyên từ lâu đƣợc xem là mỏ “vàng đen” của Việt Nam, “vàng đen” đã từng giúp rất nhiều nông dân trở thành tỷ phú. Nhƣng hiện nay, ngƣời trồng tiêu đang gặp khó khăn nghiêm trọng về tài chính. Nguyên nhân do hàng loạt rẫy tiêu bị dịch bệnh chết cây, héo rũ phủ kín. Diên tích hồ tiêu tăng nhanh, ngƣời nông dân sản xuất hồ tiêu theo kiểu tận thu, áp dụng nhiều biện pháp canh tác miễn sao đạt đƣợc mục đìch năng suất cao dẫn đến tình trạng bệnh càng hại nặng. Hiện nay, chế phẩm sinh học cũng đã đƣợc sử dụng khá phổ biến nhƣng vẫn không khống chế đƣợc bệnh hiệu quả. 2 Trên cây hồ tiêu, nấm là tác nhân gây bệnh phổ biến nhất; là nguyên nhân chính làm cho cây hồ tiêu bị chết. Tuyến trùng cũng là một đối tƣợng gây hại trên cây hồ tiêu, chúng gây ra vết thƣơng, hính thành các nốt sần trên rễ hồ tiêu, làm suy yếu cây và tạo điều kiện cho các vi sinh vật khác xâm nhập và gây hại, chủ yếu là nấm gây hại. Vì vậy, trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án, tác giả chỉ tập trung vào 3 chủng nấm gây bệnh trên rễ hồ tiêu Fusarium oxysporum; Rhizoctonia solani; Pythium splendens. Ngoài ra, cần phải nghiên cứu vi sinh vật hữu ích tại vùng bản địa và đƣa ra quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật bản địa nhằm tăng cƣờng khả năng phòng chống bệnh, cải thiện môi trƣờng, tăng năng suất cho hồ tiêu vùng Tây Nguyên phù hợp. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu và sử dụng chế phẩm vi sinh vật bản địa đối kháng với một số nấm gây hại rễ cây hồ tiêu tại Đăk Lắk” sử dụng kỹ thuật metagenomics phân tích đầy đủ hơn về tác nhân chính gây bệnh hồ tiêu và ứng dụng sản xuất chế phẩm vi sinh từ vi sinh vật bản địa khu vực nghiên cứu để phòng trừ nấm bệnh hại rễ, tăng năng suất, tạo ra sản phẩm sạch, an toàn, có tiêu chuẩn chất lƣợng đáp ứng nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu, qua đó góp phần phát triển kinh tế xã hội một cách bền vững. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định đƣợc tác nhân chính gây bệnh trên cây hồ tiêu dựa vào cơ sở dữ liệu của gene 18s RNA metagenome tách chiết từ đất hồ tiêu bị bệnh và không bị bệnh. - Phân lập và tuyển chọn đƣợc các chủng vi sinh vật bản địa có khả năng ức chế các tác nhân gây bệnh trên cây hồ tiêu. - Sản xuất 01 chế phẩm dựa trên các vi sinh vật bản địa đã đƣợc tuyển chọn có khả năng đối kháng với một số bệnh hại rễ trên cây hồ tiêu và xây dựng mô hình thử nghiệm. Nội dung luận án - Đánh giá quần thể eukaryote đất vùng rễ hồ tiêu khu vực bị bệnh và không bị bệnh tại Đăk Lắk. - Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật bản địa để phòng chống một 3 số tác nhân gây bệnh rễ trên cây hồ tiêu. - Đánh giá khả năng phòng trừ bệnh hại rễ cây hồ tiêu tại Đăk Lắk của chế phẩm vi sinh vật bản địa kháng nấm bệnh. Những đóng góp mới của luận án - Bằng kỹ thuật metagenomic đã đánh giá đƣợc sự đa dạng của vi nấm và giới phụ Stramenopiles ở đất trồng vùng rễ cây hồ tiêu tại Đăk Lắk. - Phân lập và tuyển chọn đƣợc một số chủng vi sinh vật bản địa hữu ích kháng một số nấm gây bệnh cây hồ tiêu. - Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm Polyfa – TN3 đối với cây hồ tiêu. 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỒ TIÊU 1.1.1. Cây hồ tiêu Hồ tiêu còn gọi là tiêu ăn, cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp khoa học: Piper nigrum L.) là một loài cây leo có hoa thuộc họ Piperaceae, trồng chủ yếu để lấy quả và hạt, thƣờng dùng làm gia vị dƣới dạng khô hoặc tƣơi. Hoa hồ tiêu là quốc hoa của đất nƣớc Liberia. Hồ tiêu là một loại dây leo, thân dài, nhẵn không mang lông, bám vào các cây khác bằng rễ. Thân mọc cuốn, mang lá mọc cách. Lá giống nhƣ lá trầu không, nhƣng dài và thuôn hơn. Có hai loại nhánh: một loại nhánh mang quả, và một loại nhánh dinh dƣỡng, cả hai loại nhánh đều xuất phát từ kẽ lá. Mọc đối xứng với lá là một cụm hoa hính đuôi sóc, khi chín, rụng cả chùm. Quả hình cầu nhỏ, chừng 20-30 quả trên một chùm, lúc đầu màu xanh lục, sau có màu vàng, khi chìn có màu đỏ. Từ quả này có thể thu hoạch đƣợc hồ tiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ tiêu xanh và hồ tiêu đen. Đốt hồ tiêu rất dòn, khi vận chuyển nếu không cận thận thì cây có thể chết. Quả có một hạt duy nhất (Lê Đức Niệm, 2001). Hình 1.1. Vƣờn hồ tiêu Thành phần hoá học của hồ tiêu rất giàu vitamin C, thậm chì còn nhiều hơn cả cà chua. Cứ 4,28 g hạt tiêu sẽ cung cấp 10,88 calorie; 0,88 mg vitamin C; 0,24 mg mangan; 1,24 mg sắt,... Trong tiêu có 1,2-2 % tinh dầu, 5-9 % piperin và 2,26 % chanvixin. Piperin và chanvixin là hai loại ankaloid làm cho tiêu có vị cay hắc. 5 Ngoài ra, trong tiêu còn có 8 % chất béo, 36 % tinh bột và 4 % tro (Đỗ Tất Lợi, 2006). Tiêu thƣờng đƣợc dùng làm gia vị. Tiêu thơm, cay nồng và kìch thìch tiêu hoá, có tác dụng chữa một số bệnh. Hạt tiêu cũng rất giàu chất chống oxy hóa, có betacarotene, giúp tăng cƣờng hệ miễn dịch và ngăn ngừa sự hủy hoại các tế bào, gây ra các căn bệnh ung thƣ và tim mạch (Đỗ Tất Lợi, 2006). 1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ trên thế giới Theo thống kê của FAO, hồ tiêu đƣợc sản xuất khắp thế giới bắt đầu từ thế kỷ 19 và hiện nay có khoảng 70 quốc gia trồng tiêu. Các nƣớc sản xuất nhiều tiêu nhất thế giới là Việt Nam, Ấn Độ, Campuchia, Indonesia, Malaysia, Brazil, Madagasca, Srilanka (tài liệu tổng hợp cứ IPC năm 2016 của Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam), (IPC – Hiệp hội hồ tiêu quốc tế). Năm 1959, toàn thế giới có khoảng 64.600 tấn tiêu hạt thí đến năm 2016 sản lƣợng tiêu hạt đã tăng lên đến là 386.000 tấn, năm 2017 là 458.500 tấn, năm 2019 tăng 8,27% so với năm 2018 đạt 602 ngàn tấn. Việt Nam tiếp tục giữ vững vị trí dẫn đầu về sản lƣợng sản xuất, với 250.000 tấn và xuất khẩu dự kiến 235 ngàn tấn. Brasil đƣợc dự kiến sẽ trở thành quốc gia sản xuất hồ tiêu lớn thứ hai xếp sau Việt Nam. Năm 2019, sản lƣợng của Brasil dự kiến sẽ đạt 67.000 tấn, bao gồm 64.000 tấn hạt tiêu đen và 3.000 tấn hạt tiêu trắng. Tƣơng tự nhƣ Việt Nam, sản lƣợng của Brasil cũng dự kiến sẽ giảm so với ƣớc tình của năm trƣớc. Ƣớc tình sản lƣợng sụt giảm ví Brasil có một số vƣờn tiêu đã già cỗi trong khi những vƣờn trồng mới chƣa cho sản lƣợng (VITIC/financialexpress - 2020). Indonesia đƣợc dự kiến sẽ chiếm vị trì thứ ba sau Việt Nam và Brasil trong sản xuất hồ tiêu. Năm 2019, Indonesia dự kiến sẽ sản xuất 25.000 tấn hạt tiêu đen và 40.000 tấn hạt tiêu trắng. So với ƣớc tình của năm trƣớc, sản lƣợng của Indonesia năm 2019 cũng đƣợc dự báo giảm. Nguyên nhân sụt giảm sản lƣợng là do nhiều vƣờn ở các vùng trồng hồ tiêu chình hiện trong tính trạng thiếu đầu tƣ chăm sóc. Nông dân Indonesia không còn háo hức trong việc duy trí trang trại hồ tiêu do giá thấp kéo dài trong mấy năm vừa qua. 6 Sản lƣợng hồ tiêu Ấn Độ cũng đƣợc dự kiến giảm so với ƣớc tình của năm trƣớc. Năm 2019, Ấn Độ dự kiến sẽ sản xuất 45.500 tấn hạt tiêu đen và 1.500 tấn hạt tiêu trắng. Nguyên nhân sụt giảm sản lƣợng là do nhiều trang trại ở các vùng trồng hồ tiêu chình của bang Kerala bị hƣ hại do đợt lũ lụt hồi giữa tháng 8. Nhiều vƣờn tiêu ở Kerala đã bị lũ lụt cuốn trôi và năng suất sụt giảm còn do thời tiết không thuận lợi. Điều kiện thời tiết ẩm ƣớt sau lũ lụt đã kéo theo sự xuất hiện của các loại nấm bệnh gây hại trên cây hồ tiêu. Sản lƣợng hạt tiêu của Trung Quốc ƣớc tình đạt 33.000 tấn bao gồm 1.000 tấn hạt tiêu đen và 32.000 tấn hạt tiêu trắng. Do đó, ghi nhận mức giảm 6% trong tổng sản lƣợng năm nay so với năm trƣớc. Năm 2019, sản lƣợng hạt tiêu đen ở Sri Lanka sẽ đạt 26.000 tấn và sản lƣợng hạt tiêu trắng ƣớc tình đạt 700 tấn, do đó, tổng sản lƣợng năm nay dự kiến đạt 26.700 tấn, ghi nhận mức tăng 44% so với ƣớc tình của năm 2018. Sản lƣợng hồ tiêu ở Malaysia dự kiến sẽ tăng so với năm trƣớc. Năm 2019, Malaysia dự kiến sẽ sản xuất 17.872 tấn hạt tiêu đen và 6.128 tấn hạt tiêu trắng, do đó tổng sản lƣợng hồ tiêu ƣớc tình là 24.000 tấn. Một số vùng sản xuất hồ tiêu ở Malaysia đang - thời kỳ cho năng suất cao nên sản lƣợng của Malaysia đã tăng nhẹ trong năm nay (Vinanet, 2019, 2020). Về xuất khẩu hồ tiêu năm 2019, Việt Nam tiếp tục dẫn đầu toàn cầu với dự báo sẽ xuất khẩu đạt 215.000 tấn. Xuất khẩu của Việt Nam sẽ lớn hơn sản lƣợng do Việt Nam còn lƣợng tồn kho khá đáng kể của năm trƣớc. Xếp tiếp sau Việt Nam là Brasil với 57.600 tấn, tiếp theo là Indonesia với 37.000 tấn. Lần lƣợt xếp sau đó là Sri Lanka với 20.200 tấn, Ấn Độ với 17.000 tấn, Malaysia với 14.000 tấn và Trung Quốc 1.000 tấn. (Vinanet, 2019). 1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ở Việt Nam Nhín chung, hồ tiêu đƣợc trồng chủ yếu trên vùng đất đỏ bazan, có độ phí cao. Một số diện tìch tiêu cũng đƣợc canh tác trên đất xám. Tiêu Việt Nam hiện nay đƣợc trồng chủ yếu ở các tỉnh Đông Nam Bộ, tập trung nhiều nhất ở hai tỉnh Bính Phƣớc và Bà Rịa – Vũng Tàu và Đồng Nai, chủ yếu trên nền đất đỏ. Vùng trồng tiêu tập trung thứ hai là Tây Nguyên, phân bổ chủ yếu ở hai tỉnh Đăk Lăk và Gia Lai. Hiện 7 nay, tổng diện tìch hồ tiêu cả nƣớc là 145.447 ha, giảm khoảng 4.000 ha so với năm 2018; năng suất 25.5 tạ/ha, tăng 1,2 tạ/ha và sản lƣợng khoảng 300 ngàn tấn, tăng 45 ngàn tấn so với năm 2018. Năm 2019, diện tìch tiêu bắt đầu giảm ở một số nƣớc nhƣ Sri Lanka, Indonesia và cả Việt Nam. Hiện nay, Việt Nam đang tập trung nâng cao chất lƣợng hơn là số lƣợng, trong nông dân đang có hƣớng đến giảm sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu hóa học, tăng sử dụng các chế phẩm sinh học, và cố gắng phát triển các trang trại tiêu hữu cơ có chứng nhận an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trƣờng (VPA - Hiệp hội hồ tiêu Việt Nam, báo cáo năm 2018, 2019). Về chất lƣợng hồ tiêu, nổi tiếng nhất là vùng tiêu Quảng Trị, có chất lƣợng tiêu cao (thơm, cay) và diện tìch khá tập trung ở khu vực đất đỏ Cam Lộ. Tiêu Phú Quốc đã nổi tiếng từ lâu đời ví chất lƣợng tuyệt hảo. Tuy nhiên, diện tìch ngày càng giảm dần do giá hồ tiêu xuống quá thấp năm 2017 giá hồ tiêu là 70.000 đ – 80.000 đ/kg; năm 2018, mức giá giảm xuống còn 55.000 đ – 60.000 đ/kg và năm 2019 giá hồ tiêu tiếp tục giảm chỉ còn 41.500 đ – 45.000 đ/kg. lợi nhuận ìt ỏi trong các năm xuất khẩu khó khăn, giá thấp. Một lý do khác là quy hoạch phát triển thiên về du lịch nghỉ dƣỡng, do đó nông dân không còn khả năng duy trí vƣờn tiêu khi giá đất lên cao (Hiệp hội hồ tiêu Việt Nam, 2019). Hiện nay, do hậu quả của biến đổi khì hậu toàn cầu, cây hồ tiêu sinh trƣởng và phát triển trong điều kiện thời tiết khì hậu bất thƣờng dẫn đến ngành sản xuất hồ tiêu chịu nhiều rủi ro. Cây hồ tiêu lại là cây vô cùng mẫn cảm với thời tiết, đăc biệt là mƣa trái mùa và nắng hạn nên đầu năm nay Việt Nam đã hứng chịu vài trận mƣa trái vụ, sâu bệnh tại một số đia phƣơng làm cho cây chết lụi hàng loạt, cảnh báo một mùa sản xuất hồ tiêu tiếp theo gặp nhiều khó khăn. Do vậy, tại Việt Nam thời điểm này giá giảm mạnh và xuống dốc chỉ mang tình tạm thời. Những hộ nông dân không có nguồn lực tài chình mới phải bán mạnh ngay khi thu hoạch. Nhín trên tổng lƣợng cung - cầu toàn thế giới 2018 – 2019 có thể thấy giá hồ tiêu giảm rất nhiều so với những năm trƣớc. Chất lƣợng hạt tiêu xuất khẩu sẽ là yếu tố quan trọng nhất tác động đến thƣơng mại hồ tiêu của Việt Nam trong năm 2019. Việc quản lý chất lƣợng hạt tiêu 8 nguyên liệu từ các vùng sản xuất cũng là điều khó khăn nhất ngành hồ tiêu phải vƣợt qua để duy trí kim ngạch xuất khẩu. Nhu cầu tiêu dùng loại gia vị này trên thị trƣờng thế giới vẫn tăng nhƣng phần lớn thị trƣờng thế giới không chấp nhận mua hạt tiêu không đạt yêu cầu chất lƣợng. Thị trƣờng thế giới không chấp nhận tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) trong nông phẩm. Vấn đề này không mới nhƣng năm 2019 sẽ đƣợc tập trung soi xét cẩn trọng hơn nhiều lần, đặc biệt ở các thị trƣờng mà hạt tiêu Việt Nam đang chiếm thị phần tốt là Mỹ và Châu Âu. Đơn cử là vấn đề dƣ lƣợng hoá chất Metalaxyl trên hạt tiêu nhập khẩu vào Châu Âu (Hiệp hội hồ tiêu Việt Nam, 2019) Tại thị trƣờng Mỹ, nơi mà vài năm trở lại đây có tới trên 40.000 tấn hạt tiêu đƣợc nhập từ Việt Nam, chiếm 24 % tổng sản lƣợng hồ tiêu xuất khẩu của Việt Nam, tƣơng đƣơng Châu Âu, cũng đang chuẩn bị ban hành hàng loạt qui định mới về yêu cầu chất lƣợng nông sản nhập khẩu trong đó có hạt tiêu. Chất lƣợng là vấn đề sống còn của ngành hồ tiêu Việt Nam trong thời gian tới nhƣng quản lý chất lƣợng ở các vùng sản xuất hồ tiêu thế nào để đáp ứng yêu cầu thị trƣờng xuất khẩu vẫn là câu hỏi trăn trở. Chỉ khi nào đa số nông dân trồng tiêu nhận ra đƣợc tình nghiêm trọng của vấn đề canh tác kém chất lƣợng, từ đó thay đổi hành vi, canh tác theo GAP, canh tác hữu cơ thí chất lƣợng hạt tiêu mới đảm bảo, xuất khẩu hồ tiêu mới bền vững. 1.1.4. Một số bệnh hại chính trên cây hồ tiêu Thành phần của các loài gây hại trên hồ tiêu tƣơng tự nhau ở các khu vực trồng tiêu chính trên thế giới (Duarte và cộng sự, 2002; Kularatne, 2002;). Theo Kularatne (2002), các bệnh quan trọng nhất trên hồ tiêu gồm bệnh chết nhanh do Phytophthora, bệnh chết chậm do Fusarium, và bệnh khảm lá nhỏ do CMV (cucumber mosaic virus) ở Malaysia. Tổng hợp tình hình thiệt hại do dịch bệnh ở 16 tỉnh có trồng hồ tiêu, theo đánh giá của Cục Bảo vệ Thực vật, trên hồ tiêu có 17 loại bệnh gây hại, trong đó bệnh: chết chậm, chết nhanh, thán thƣ, cháy đen lá, mốc hồng, tuyến trùng, virus gây hại nặng và khá phổ biến ở nhiều vùng. Các bệnh khác