NHỮNG THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TRIỂN VỌNG CHO NÔNG NGHIỆP HỮU CƠ
Đỗ Tấn Khang, Nguyễn Thị Pha, Đỗ Thị Xuân và Trương Thị Bích Vân
Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học
Nông nghiệp hữu cơ có thể hiểu là một hệ thống quản lý sản xuất độc đáo nhằm thúc đẩy và tăng cường sức khoẻ của hệ sinh thái nông nghiệp, bao gồm đa dạng sinh học, chu trình sinh học và hoạt động sinh học đất. Người sản xuất nông sản hữu cơ phải sử dụng các nguyên liệu và quy trình tự nhiên khi xây dựng nông trại, những điều này góp phần trong việc quản lý đất, cây trồng, dinh dưỡng vật nuôi, cỏ dại, vật gây hại.. đạt những mục tiêu sản xuất và bảo tồn đa dạng sinh học.
Để thúc đẩy nông nghiệp hữu cơ, những thành tựu công nghệ sinh học có vai trò quan trọng:
1. Công nghệ nuôi cấy mô để sản xuất và tuyển chọn cây giống sạch bệnh
Kỹ thuật này đặc biệt có ý nghĩa và gần như không thể thay thế trong các trường hợp sau: Cung cấp một lượng lớn cây trồng có độ đồng đều cao phục vụ cho nhu cầu phát triển nông nghiệp đặc biệt là nông nghiệp công nghệ cao; Phục tráng giống bị thoái hóa trong quá trình trồng trọt; Tạo nguồn giống sạch bệnh.
Phương pháp nhân giống vô tính bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật đã trở thành phương pháp nhân giống rất có hiệu quả với hệ số nhân giống cao, cây giống tạo ra hoàn toàn sạch bệnh, đồng nhất về kiểu hình, ổn định về tính di truyền và có thể sản xuất được ở quy mô lớn. Nhiều quy trình nhân giống bằng nuôi cấy mô có thể áp dụng vào sản xuất, điển hình như: Nhân giống lan hồ điệp (Phalaenopsis sp.) từ mầm ngủ phát hoa; Nhân giống hoa chuông (Sinningia speciosa); Nhân giống hoa hồng leo mộng vy (Rose sp.),…
Việc sản xuất cây giống sạch bệnh sẽ hạn chế một phần sử dụng thuốc hóa học trong phòng trị bệnh cho cây trồng trong quá trình canh tác, bên cạnh đó còn làm giảm sự lây lan của các tác nhân gây bệnh trên diện rộng nếu cây giống được kiểm soát từ ban đầu.
2. Chế phẩm phòng trừ vi sinh vật gây hại cây trồng từ tinh dầu và cao chiết thực vật
Theo Chang et al. (2008) tác dụng kháng nấm của tinh dầu cây Bách xanh (Calocedrus macrolepis var. formosana Florin) đối với nấm Fusarium oxysporum và Rhizoctonia solani gây bệnh héo thân. Đối với các nấm gây bệnh trên lá, khả năng ức chế là 65,0% và 16,7% với hai chủng nấm Pestalotiopsis funerea và Colletotrichum gloeosporioides, còn với bệnh thối rễ do nấm Pestalotiopsis funerea và Colletotrichum gloeosporioides bị ức chế 22,5% và 52,1% ở cùng nồng độ.
Hoạt tính kháng nấm của tinh dầu các cây thuộc họ Lamiacea như kinh giới (Origanum syriacum L. var. bevanii), oải hương (Lavandula stechas L. var. stechas) và hương thảo (Rosmarinus officinalis L.) đối với nấm Botrytis cinerea, tác nhân gây bệnh mốc xám ở cà chua, dâu tây,… đã được nghiên cứu bởi Soylu et al. (2010). Dầu nghệ đen (Curcuma caesia) có tác dụng ức chế sinh trưởng và phát triển bằng cách tác động mạnh làm hư hại màng sinh chất của nấm Phytophthora capsici gây nhiều loại bệnh nặng nề trên dưa leo (Wang et al., 2019). Ghi nhận của Katooli et al. (2011) về tinh dầu Bạch Đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis) ở các nồng độ 25%, 50%, 75% và 100% cho thấy kết quả ức chế hoàn toàn sự phát triển của khuẩn ty nấm Penicillium digitatum, Aspergillus flavus, Colletotrichum gloeosporioides, Pythium ultimum, Rhizoctonia solani và Bipolaris sorokiniana. Tinh dầu sả (Cympopogon citratus L.) đã thể hiện hoạt tính kháng nấm đối với Colletotrichum coccodes, Botrytis cinerea, Cladosporium herbarum, Rhizopus stolonifer và Aspergillus niger trong khoảng từ 25 đến 500 ppm (Tzortzakis et al., 2007). Tinh dầu Xạ Hương có tác dụng kháng nấm tốt với Aspergillus flavus và A. parasiticus với nồng độ (500ppm) hoàn toàn ức chế sự tăng trưởng của Aspergillus flavus và A. parasiticus (Vilela et al., 2009). Kết quả này cũng được công nhận bởi Nguefack et al., (2004), rằng tinh dầu Xạ Hương ở nồng độ 200 ppm làm giảm sự phát triển của nấm A. flavus với 81%. Toàn bộ sự ức chế nảy mầm bào tử vô tính của A. flavus đã đạt được ở nồng độ 1000 ppm.
Các nghiên cứu này đã chứng minh dịch chiết và tinh dầu có khả năng kiểm soát vi sinh vật gây bệnh trên cây trồng. Kết quả này đưa ra khả năng phát triển phương pháp kiểm soát mầm bệnh với các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, đáp ứng nhu cầu tìm kiếm các hợp chất sinh thân thiện với môi trường trong sản xuất nông nghiệp hữu cơ.
3. Công nghệ vi sinh trong nông nghiệp hữu cơ
Nông nghiệp là một hệ thống tương tác giữa cây trồng, đất đai và nguồn vi sinh vật đất. Sự phát triển của nền kinh tế và khoa học công nghệ đã và đang thúc đẩy nền nông nghiệp hiện đại ngày càng phát triển và canh tác hiệu quả hơn bằng cách sản xuất nhiều lương thực theo hướng bền vững và thân thiện với môi trường. Với sự phát triển của công nghệ sinh học đặc biệt là ngành công nghệ vi sinh vật đã khai thác và sử dụng các nhóm vi sinh vật bản địa có lợi vào canh tác nông nghiệp hữu cơ góp phần xử lý môi trường, giúp phục hồi đa dạng vi sinh vật trong hệ sinh thái đất nông nghiệp. Nguồn vi sinh vật có lợi là công cụ có triển vọng không chỉ để hỗ trợ cây trồng hấp thu dinh dưỡng và đảm bảo năng suất ổn định trong điều kiện giảm lượng phân hóa học (tức là thiếu N và / hoặc P) mà còn giúp giải quyết một số bất lợi của môi trường (Rouphael et al., 2015; Ruzzi and Aroca, 2015).
Hiệu quả sử dụng các nguồn vi sinh vật có lợi như nhóm vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng cây trồng (PGPR) và nấm rễ trong canh tác nông nghiệp có thể tác động trực tiếp và gián tiếp.
Với sự đa dạng của nguồn vi sinh vật trong các hệ sinh thái, các chủng vi sinh vật chức năng có lợi được khai thác sử dụng trong canh tác nông nghiệp ở ĐBSCL như các chế phẩm Trichodermar giúp xử lý vật liệu hữu cơ và phòng trị bệnh trên cây ăn trái và rau màu, chế phẩm vi sinh Davilas bổ sung nguồn vi khuẩn có khả năng cố định đạm và hòa tan lân phục vụ canh tác lúa, các chế phẩm sinh học phục vụ canh tác lúa trong điều kiện đất bị nhiễm mặn, chế phẩm nấm rễ arbuscular mycorrhizae hỗ trợ cây trồng hấp thu dinh dưỡng, giảm được lượng phân lân hóa học bón cho cây mè, cây bắp được trồng tại thành phố Cần Thơ lên đến 20%, hành lá là 25% và trên lúa là 50% (Đỗ Thị Xuân và ctv. 2018; 2020). Nấm rễ mycorrhiza cũng giúp cây bắp và cây mè đối kháng với nguồn bệnh trong đất như Phytopthora nicotiane, Rhizoctonia solani và Fusarium với hiệu lực phòng trừ bệnh lên đến 60% tùy thuộc chi nấm bệnh (Đỗ Thị Xuân và ctv. 2018).
Bên cạnh đó các chế phẩm vi khuẩn được sử dụng xử lý rác thải sinh hoạt hữu cơ đô thị giúp phân hủy nhanh rác thải hữu cơ và giảm được mùi trong quá trình phân hủy rác hữu cơ tại thành phố Cần Thơ (Nguyễn Hoàng Hậu và ctv., 2020) , nhóm vi khuẩn có khả năng hòa tan lân và cố định đạm thích nghi với điều kiện mặn lên đến 5‰ và giúp giảm lượng phân hóa học bón cho lúa là 30% đối với giống lúa Ngọc đỏ hương dứa được trồng tại Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp và giống lúa ST25 thử nghiêm trong nhà lưới trường Đại học Cần Thơ (Đỗ Thị Xuân và ctv., 2020).
4. Ứng dụng thực khuẩn thể thay thế thuốc bảo vệ thực vật phòng trị bệnh cho cây trồng
Trong xu hướng tiến đến một nền nông nghiệp hữu cơ, việc đẩy mạnh ứng dụng các chế phẩm sinh học nhằm cải tạo đất, cân bằng hệ vi sinh vật đất đã và đang là vấn đề cấp thiết của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Việc sử dụng biện pháp sinh học bằng thực khuẩn thể có đặc tính ức chế sự phát triển vi khuẩn gây bệnh được coi là sự lựa chọn phù hợp.
Thực khuẩn thể (TKT) là vật ăn vi khuẩn, có khả năng ký sinh và tiêu diệt vi khuẩn. Thực khuẩn, cũng giống như vi khuẩn rất phổ biến trong tự nhiên và liên quan trực tiếp đến số lượng vi khuẩn có trong môi trường. Thực khuẩn thể như tên gọi là kẻ thù tự nhiên của vi khuẩn, các nghiên cứu ứng dụng TKT để kiểm soát các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn đã được thực hiện từ rất lâu trước khi các thế hệ kháng sinh ra đời. Trong nông nghiệp, TKT được áp dụng trong việc phòng trừ vi khuẩn Erwinia amylovora trên cây đào (Schnabel and Jones, 2001), vi khuẩn Ralstonia solanacearum và Xanthomonas campestris gây bệnh héo xanh và đốm trên cà chua (Fox, 2000). Việc sử dụng TKT để kiểm soát dịch bệnh là phương pháp bảo vệ thực vật có triển vọng. Phương pháp này có thể được sử dụng như một phần của chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (Jones et al., 2007). Phương pháp này có thể được ứng dụng trong quy trình quản lý dịch hại tổng hợp theo định hướng hữu cơ, góp phần tạo ra nhiều sản phẩm nông nghiệp sạch không chứa dư lượng thuốc hoá học giúp bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng đồng thời giúp nông sản đạt chất lượng sản phẩm nông nghiệp sạch. Từ đó cho thấy các dòng thực khuẩn thể được phân lập từ đất có triển vọng để ứng dụng cho việc ức chế bệnh trên cây trồng do vi khuẩn.
