Một nghiên cứu mới về vai trò của các quần thể vi sinh vật trên lá cây cho thấy rằng việc bón phân cho cây trồng có thể làm cho chúng dễ bị bệnh hơn.

Các nhà sinh vật học từ Đại học California, Berkeley đã phát hiện ra rằng các cây cà chua  khỏe mạnh được phun vi khuẩn bảo vệ chúng khỏi vi khuẩn gây bệnh, nhưng những cây cà chua được bón phân trước đó thì sự bảo vệ bị giảm, dẫn đến sự gia tăng mật độ vi khuẩn gây bệnh trên lá cây.

Trong khi các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết liệu số lượng vi khuẩn xấu tăng lên trên lá có thực sự làm cho cà chua bị bệnh hay không, nghiên cứu này chỉ rõ rằng phân bón làm mất cân bằng hệ vi khuẩn trên lá. Điều đó có thể tạo điều kiện cho các sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cây.

“Khi chúng ta thay đổi môi trường dinh dưỡng của cây, về cơ bản đã làm thay đổi sự tương tác giữa vi sinh vật và cây, quan trọng là sự bảo vệ trung gian của vi khuẩn đối với các tương tác thực vật/vi khuẩn tự nhiên”, tác giả Britt Koskella, phó giáo sư sinh học tích hợp từ UC Berkeley cho biết.

Tác động của phân bón không phải là điều ngạc nhiên duy nhất từ ​​nghiên cứu này, Koskella nói. Cô và đồng tác giả Maureen Berg (một sinh viên sau đại học) đang nghiên cứu mật độ của cộng đồng vi khuẩn trên lá ảnh hưởng đến khả năng kháng bệnh của cây và phát hiện ra rằng liều lượng thấp vi khuẩn có lợi phun trên lá thường cho hiệu quả chống bệnh cao hơn là liều cao. Berg đã phun một cộng đồng vi sinh vật nhân tạo gồm 12 loài vi khuẩn lấy từ hệ vi sinh vật tự nhiên của các cây cà chua khỏe mạnh.

“Chúng tôi nhận thấy rằng hiệu quả bảo vệ mạnh nhất là liều thấp nhất pha loãng nhất và phân tán rộng” Cô nói “Điều này hoàn toàn không trực quan. Một liều trung bình cho kết quả trung bình và liều cao nhất là hiệu quả bảo vệ thấp nhất”.

Probiotics cho cây trồng

Mặc dù chưa làm rõ được nguyên nhân, nhưng những phát hiện này rất quan trọng bởi vì các nông trại hữu cơ đang tính đến chuyện phun probiotic cho cây trồng để kích thích tăng trưởng và chống bệnh hại tốt hơn, giống như cách con người sử dụng probiotics có chứa lợi khuẩn với hy vọng cải thiện sức khỏe của họ.

Koskella cho biết: “Thực tế là chúng ta đã thấy hiệu ứng bảo vệ “liều thấp hơn bảo vệ tốt hơn” này cho thấy không chỉ đơn giản sử dụng thật nhiều lợi khuẩn. Có rất nhiều việc phải làm để hiểu cách áp dụng một loại probiotic thực vật”.

Koskella tập trung vào các vi sinh vật trên mặt đất, hoặc môi trường trong cây, các  hệ vi sinh này ít được biết đến hơn so với các hệ vi sinh vật trong đất liên quan đến rễ cây, vùng rễ. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm hoạt động cụ thể của các vi sinh thực vật, bao gồm một số vi khuẩn cố định nitơ từ không khí như vi khuẩn có liên quan đến rễ. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các quần thể vi sinh vật trong rễ có thể thúc đẩy sự hấp thụ chất dinh dưỡng của cây, tăng trưởng và đề kháng với bệnh tật và Koskella đang nghiên cứu xem điều này cũng đúng với vi sinh vật trên mặt đất (trên lá, trong thân,..) hay không.

Các thí nghiệm của cô có liên quan đến vấn đề xử lý cây trồng với chế phẩm vi sinh và có thể giúp trả lời các câu hỏi như: Hỗn hợp vi khuẩn thích hợp cho một cây nhất định là gì? Cách tốt nhất để áp dụng hỗn hợp phù hợp này là gì?

Để giải đáp những câu hỏi này, Koskella và Berg bắt đầu lấy mẫu vi khuẩn lá tự nhiên của cà chua khỏe mạnh được trồng trong các cánh đồng ngoài trời tại UC Davis, sau đó họ phun hỗn hợp lên trên cây cà chua vô trùng trong các chậu trồng ở UC Berkeley và một tuần sau đó, chủng bệnh cho lá với vi khuẩn Pseudomonas syringae gây bệnh đốm lá cà chua, một loại bệnh thường gây hại nặng và gây hao tốn thuốc bảo vệ thực vật. Thực tế, hệ vi sinh vật mới trên cây cà chua đã giúp bảo vệ cây khỏi sự xâm nhập của các mầm bệnh, mặc dù có thể các hệ vi khuẩn thu được từ các cánh đồng cà chua khác nhau có hiệu quả khác nhau.

Koskella cho biết: “Hệ vi sinh vật thực vật này cũng giống như làn da của chúng ta, là hàng phòng thủ đầu tiên chống lại bệnh tật, vì vậy chúng tôi hy vọng sẽ thấy được sự bảo vệ, mặc dù chúng tôi không biết chắc chắn”.

Hệ vi sinh vật nhân tạo

Đáng ngạc nhiên, khi họ thay đổi nồng độ vi khuẩn phun trên lá, họ thấy rằng trong nhiều trường hợp liều lượng thấp cho hiệu quả tốt hơn liều lượng cao.

Để tìm hiểu lý do tại sao, họ đã xây dựng một hệ vi sinh vật nhân tạo gồm 12 loài được tìm thấy trên thực vật tự nhiên – về cơ bản, 12 loài phát triển tốt nhất trong nuôi cấy. Khi họ phun liều lượng khác nhau của hệ vi sinh vật tổng hợp lên cà chua, họ có kết quả tương tự: liều thấp và pha loãng có hiệu quả bảo vệ chống lại Pseudomonas hơn là liều cao, phun tập trung.

Berg lặp đi lặp lại thí nghiệm để xác nhận những phát hiện khó hiểu, nhưng trong một lần thử nghiệm tiếp theo, cô quyết định bón phân cho cây trước. Trong thử nghiệm đó, không có liều lượng vi sinh vật nào cho hiệu quả bảo vệ chống lại Pseudomonas. Khi họ lặp đi lặp lại thử nghiệm với có bón phân và không bón phân, họ xác nhận rằng việc bón phân hạn chế các tác dụng bảo vệ trước đó đã quan sát.

Trong mỗi thí nghiệm, họ đánh giá sự bảo vệ chống lại các tác nhân gây bệnh bằng cách ghi số lượng Pseudomonas tương đối so với các vi khuẩn có lợi khác, bởi vì vi khuẩn có lợi cạnh tranh hiệu quả với mầm bệnh và hạ mật độ của thúng xuống mức thấp.

Koskella nghi ngờ về lý do tại sao phân bón làm thay đổi hệ vi sinh vật, trong đó có khả năng các chất dinh dưỡng tạo ra lá khỏe mạnh, giúp cho tất cả các vi sinh vật phát triển và giảm bớt sự cần thiết của vi khuẩn tốt để cạnh tranh với vi khuẩn xấu. Cô và nhóm của cô hiện đang theo đuổi các thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết đó.

Họ vẫn không biết tại sao việc phun probiotic ở liều lượng thấp lại tốt hơn liều cao, nhưng hy vọng rằng nghiên cứu trong tương lai có thể giải quyết bí ẩn này và giúp hướng dẫn ứng dụng thích hợp của probiotics trong nông nghiệp.

Tuy nhiên, Koskella và Berg cho biết, tác động của phân bón lên hệ vi sinh vật lá và thân của cây sẽ dẫn các nhà sinh vật học khám phá tác dụng của phân bón lên hệ vi khuẩn gốc cũng như sức khỏe chung của cây.

“Chúng ta đã quen bón phân cho cây trồng từ rất lâu, điều này sẽ khiến tôi ngạc nhiên nếu chúng ta chưa thấy hậu quả của việc bón phân lâu dài về cách thức thực vật tương tác với hệ vi khuẩn của chúng”, bà nói. “Có rất nhiều nghiên cứu cho thấy thực vật thuần hóa có khuynh hướng có những hệ vi khuẩn rất khác so với những họ hàng hoang dã của chúng”.

Các câu hỏi lớn là, điều đó có ảnh hưởng đến sức khỏe tổng thể của cây hay không và tại sao?