Tài liệu

Quan hệ sinh thái học của vi sinh vật với các nhóm vi sinh vật

Science and Technology

Quan hệ tương hỗ giữa vi sinh vật với nhau

Tác dụng tương hỗ giữa các vi sinh vật trong hệ sinh thái thường thể hiện qua tác dụng tương hỗ giữa các nhóm loài. Tác dụng đó không những phát sinh giữa các nhóm loài mà còn phát sinh ngay trong nội bộ của một nhóm loài Hình thức tác dụng đó gồm các lọai hình sau đây: quan hệ trung tính (neutralism), hội sinh có lợi cho một phía (commensalism), tác dụng hiệp đồng (synergism), cộng sinh cùng có lợi (mutualism), hội sinh có hại cho một phía (amensalism), tác dụng đối kháng (antagonisism), quan hệ ký sinh (parasitism), quan hệ bắt mồi (predation). Còn có thể kể thêm quan hệ cộng sinh cùng có lợi nhưng không bình đẳng giữa hai phía (protocoperation), quan hệ cạnh tranh (competition).

Quan hệ trung tính, hay quan hệ thông thường

Quan hệ trung tính thể hiện giữa 2 nhóm loài vi sinhvật thiếu tác dụng tương hỗ với nhau. Quan hệ trung tính không thể xuất hiện ở các nhóm loài vi sinh vậtcó chức năng giống nhau hoặc gần giống nhau, mà chỉ có thể tồn tại giữa các nhóm loài có kiểu trao đổi chất khác biệt cực lớn. Giữa các nhóm loài vi sinh vật cách xa nhau về không gian, mật độ thấp, nghèo dinh dưỡng, trong môi trường bất lợi cho sinh trưởng và sinh sản (như trong không khí đông lạnh, khô hạn) hoặc ở trong trạng thái nghỉ thì mới có thể phát sinh quan hệ trung tính.

Quan hệ hội sinh có lợi cho một phía

Chỉ mối quan hệ có lợi cho một phía nhưng không ảnh hưởng đến nhóm loài phía bên kia. Quan hệ hội sinh có lợi cho một phía tuy thường gặp nhưng không là chuyên biệt. Đây là mối quan hệ giữa hai nhóm loài mang tính chất một chiều, tức là một nhóm loài không ảnh hưởng đến việc cung cấp lợi ích về môi trường và vật chất chó các nhóm bên kia, nhưng nhóm loài hưởng lợi lại có thể nhận được lợi ích về môi trường và vật chất từ các nhóm loài khác. Ví dụ, một lòai sinh vật chuyển hóa vật chất từ dạng không tan thành dạng hòa tan cung cấp cho lòai sinh vật kia sử dụng, hoặc sinh vật chuyển hóa một chất hữu cơ thành những chất cần thiết cho sự sinh trưởng của lòai kia (như nấm chuyển hóa cellulose thành glucose cung cấp cho vi sinh vật khác sử dụng).

Tác dụng hiệp đồng

Tác dụng hiệp đồng giữa hai nhóm loài vi sinh vật nói lên cà hai đều hưởng lợi qua mối quan hệ đó, nhung quan hệ hiệp đồng đó không mang tính chuyên biệt, tức là cà hai nhóm loài đó đều có thể tồn tại độc lập trong môi trường thiên nhiên. Tác dụng hiệp đồng là mối quan hệ lỏng lẻo, bất kỳ nhóm loài nào đều dễ dàng bị nhóm loài khác thay thế. Quan hệ hỗ trợ dinh dưỡng (syntrophism) là điển hình của mối quan hệ tác dụng hiệp đồng. Hỗ trợ dinh dưỡng chỉ mối quan hệ hiệp đồng giữa hai hoặc trên hai nhóm loài cung cấp dinh dương cho nhau. Ví dụ nhóm loài I có thể sinh ra hợp chất A, nhưng không thể tiếp tục chuyển biến B thành hợp chất C, nhóm loài II không thể sử dụng hợp chất A, nhưng có thể sử dụng hợp chất B, cả 2 nhóm loài đều có thể sử dụng hợp chất C, sinh ra năng lương và các chất dinh dương cần thiết. Trong mối quan hệ trên nhóm loài I và II đều có thể bị các nhóm loài khác thay thế. Những ví dụ về quan hệ hỗ trợ dinh dưỡng rất nhiều, như mối quan hệ giữa vi khuẩn Lactobacillus arabinosus Enterococcus faecalis được nuôi cấy trong một môi trường vô cơ, lòai trước cần acid folic của lòai sau, lòai sau cần phenylalanin của lòai trước, khi hai lòai đó sống chung với nhau chúng đếu sống rất tốt. Quan hệ hỗ trợ dinh dưỡng đó rất thường gặp trong việc sử dụng sinh vật để phân giải những chất có nguồn gốc ngoại lai như nông dược (thuốc trừ sâu, trừ bệnh, trừ cỏ), chất nhuộm… do đó quan hệ hỗ trợ dinh dưỡng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc xử lý môi trường, đặc biệt là đối với các chất gây ô ngiễm nguồn gốc ngoại lai.

Quan hệ cộng sinh cùng có lợi

Quan hệ cộng sinh cùng có lợi (hay quan hệ cộng sinh tương hỗ) có thể coi là khái niệm kéo dài của quan hệ hiệp đồng, là mối quan hệ chuyên biệt giữa hai nhóm loài, trong đó một nhóm loài không thể bị nhóm loài khác thay thế. Chúng sống dựa vào nhau, không thể tồi tại riêng biệt trong môi trường. Địa y là điển hình của mối quan hệ này. Địa y là hệ cộng sinh giữa tảo (hoặc vi khuẩn lam) với nấm, hai thành viên này không thể bị các tảo hoặc nấm khác thay thế. Địa y được tạo nên bởi một sinh vật sản xuất sản phẩm sơ cấp (tảo, vi khuẩn lam) và một sinh vật tiêu thụ. Sinh vật sản xuất sản phẩm sơ cấp sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp ra chất hữu cơ cung cấp cho sinh vật tiêu thụ sử dụng, sinh vật tiêu thụ cung cấp sự bảo vệ cùng những chất khóang, nhân tố sinh trưởng (vitamin, amino acid, enzyme). Trong quan hệ cộng sinh cùng có lợi còn có hiện tượng nội cộng sinh (endosymbiosism) giữa nguyên sinh động vật và tảo. Ngoài ra, tác dụng tương hỗ giữa thực khuẩn thể ôn hòa và vi khuẩn cũng có thể coi là mối quan hệ cộng sinh cùng có lợi.

Quan hệ cạnh tranh

Quan hệ cạnh tranh chỉ hai nhóm loài vi sinh vật do sử dụng cùng một loại tài nguyên (không gian hoặc chất dinh dương hạn chế), nên cả hai đều chịu ảnh hưởng bất lợi đối với nhau. Quan hệ cạnh tranh có thể nẩy sinh do việc hạn chế bất kỳ tài nguyên sinh trưởng nào, như nguồn carbon, nitơ, phospho, lưu hùynh, oxy, nước v.v…Chúng ta có thể thấy giữa hai nhóm loài vi sinh vật có quan hệ họ hàng càng gần càng dễ xẩy ra quan hệ cạnh tranh. Vì vậy quan hệ cạnh tranh là phương thức tác dụng tương hỗ tồn tại phổ biến giữa các vi sinh vật. Quan hệ cạnh tranh có thể dẫn đến tác dụng phân ly giữa các nhóm loài vi sinh vật có quan hệ họ hàng gần gũi, đó là nguyên lý cạnh tranh loại trừ (compectitive exclusion principle).

Tác dụng đối kháng hoặc tác dụng gây hại một phía

Một nhóm loài vi sinh vật sinh ra một chất có tác dụng độc hại hoặc ức chế những nhóm loài vi sinh vật khác, mối quan hệ đó giữa các nhóm loài được gọi là tác dụng đối kháng hoặc tác dụng gây hại cho một phía. Nhóm loài vi sinh vật sinh ra chất đó không bị ảnh hưởng, khiến chúng ở vị thế có lợi trong cạnh tranh, sẽ tồn tại tốt hơn trong môi trường thiên nhiên. Những chất có tác dụng đối kháng gồm rất nhiều rất loại, như acid béo phân tử lượng thấp (như acid lactic), acid vô cơ (acid sulfuric, acid nitric), oxy, rượu, chất kháng sinh, bacteriocin v.v…Vi khuẩn lactic có thể sinh ra và chịu đựng được acid lactic ở nồng độ cao, trong điều kiện như vậy, nhiều Vi sinhvật khác không sống nổi; vi sinh vật tạo chất kháng sinh là điển hình của tác dụng đối kháng, nhiều Vi sinh vật, đặc biệt là xạ khuẩn, có khả năng sinh ra chất kháng sinh. Việc phát hiện và ứng dụng chất kháng sinh đã giúp nhân loại chống lại có hiệu quả đối với nhiều bệnh tật. Bacteriocin là loại chất có tác dụng đối kháng quan trọng khác, chúng có thể phát huy tác dụng dưới nồng độ rất thấp, nhưng đối tượng tác động thường chỉ giới hạn trong nhóm loài vi sinh vật có quan hệ họ hàng rất gần gũi với các vi sinh vật sinh ra bacteriocin đó. Cấu tạo của bacteriocin là polypeptide hoặc những protein có phân tử lượng thấp.

Trong tác dụng đối kháng, nhóm loài vi sinh vật chịu tác dụng đối kháng cũng không phải luôn ở tư thế tiêu cực, bị động. Nhiều nhóm loài vi sinh vật có thể có những cơ chế chống lại tác dụng của chất đối kháng, chẳng hạn nhiều vi sinh vật có thể sinh ra tính kháng thuốc đối với chất kháng sinh… Chính mối quan hệ này đã làm tăng áp lực chọn lọc tự nhiên và từ đó xúc tiến cho quá trình tiến hóa. Cũng chính vì vậy mà chúng ta không nên lạm dụng thuốc kháng sinh, và đã dùng thuốc kháng sinh phải dùng đúng loại có tác dụng và dùng đúng liều lượng cần thiết (để hạn chế hieựen tượng nhờn thuốc của các vi khuẩn gây bệnh).

Quan hệ ký sinh

Một loài vi sinh vật sống trong cơ thể vật chủ, chiếm đọat chất dinh dương và gây hại cho vật chủ, đó chính là quan hệ ký sinh. Thông thường quan hệ ký sinh thường mang tính chuyên hóa cao. Virus là sinh vật ký sinh nội bào, mang tính chuyên hóa cao với tế bào vật chủ. Vi khuẩn, nấm, tảo đều có thể bị virus ký sinh, virus ký sinh trên vi khuẩn được gọi là Thực khuẩn thể (Bacteriophage, Phage). Thực khuẩn thể còn chia thành 2 lọai: độc tính và ôn hòa. Thực khuẩn thể ôn hòa có giá trị ứng dụng rất cao trong nghiên cứu sinh học phân tử, có thể dùng chúng làm thể chuyển tải gen vào tế bào vật chủ và tái tổ hợp, mang lại những đặc tính mới cho tế bào vật chủ. Ngòai ra còn có lòai phẩy khuẩn thực khuẩn (Bdellovibrio bacteriovorus) giống như thực khuẩn thể ký sinh trong vi khuẩn, chúng ký sinh trong nhóm loài vi khuẩn Gram âm, nhưng bản thân chúng lại là vật chủ của thực khuẩn thể. Quan hệ ký sinh có tác dụng khống chế nhóm loài, quan hệ đó chỉ có thể phát sinh khi đạt tới mật độ nhất định trong tế bào vật chủ và khiến mật độ tế bào vật chủ giảm xuống, do đó những tài nguyên bị vật chủ tiêu hao được tích lũy và bổ sung lại.

Quan hệ săn mồi

Một loài sinh vật nuốt và tiêu hóa lòai khác gọi là quan hệ săn mồi. Trong thế giới vi sinh vật, phân biệt giữa quan hệ ký sinh và quan hệ bắt mồi thật ra không rõ ràng lắm. Chẳng hạn quan hệ giữa phẩy khuẩn Bdellovibrio bacteriovorus và các vi khuẩn Gram âm, có người cho là quan hệ ký sinh, người khác lại cho là quan hệ bắt mồi. Giống như quan hệ ký sinh, quan hệ bắt mồi cũng là cơ chế nhằm kiểm sóat nhóm loài trong thiên nhiên, tránh sự bùng nổ của một nhóm loài và nguồn dinh dưỡng bị tiêu hao quá mức, nguy hại cho sự sinh tồn của các nhóm loài.

Mối quan hệ tương hỗ giữa vi sinh vật không những phát sinh giữa các nhóm loài, còn xẩy ra trong nội bộ từng nhóm loài. Quan hệ tương hỗ trong nội bộ một nhóm loài chủ yếu dưới 2 hình thức: hợp tác và cạnh tranh. Đặc biệt trong những nhóm loài vi sinh vật gây bệnh đều tồn tại "liều cảm nhiễm thấp nhất", chỉ khi loài vi sinh vật đó đạt được tới số lượng nhất định mới có thể cảm nhiễm vào sinh vật khác và gây bệnh. Điều đó chứng tỏ trong nội bộ từng nhóm loài vi sinh vật có tồn tại một quan hệ hợp tác. Trong thiên nhiên hoặc trong điều kiện nuôi cấy, sau khi nhóm loài sinh trưởng đến một giai đọan nhất định, do tiêu hao nguồn dinh dưỡng mà trong nội bộ nhóm loài cũng xẩy ra quan hệ cạnh tranh.

Quan hệ tương hỗ giữa vi sinh vật và thực vật

Nhóm loài vi sinh vật trong hệ sinh thái, ngòai phát sinh quan hệ với nhau, còn có quan hệ tương hỗ với thực vật, chủ yêu có thể chia thành quan hệ tương hỗ dương và quan hệ tương hỗ âm. Vì vi sinh vật trong đất có rất nhiều cả về chủng lọai và số lượng cho nên quan hệ tương hỗ giữa vi sinh vật và thực vật chủ yếu thể hiện ở bộ rễ thực vật.

Hệ rễ thực vật cung cấp chỗ cư trú tốt cho nên xung quanh hệ rễ có thể phát hiện thấy nhiều nhóm loài vi sinh vật. Nhóm loài vi sinh vật đất và hẹ rễ thực vật có tác dụng qua lại, giúp thỏa man nhu cầu dinh dưỡng của nhau. Hệ rễ thực vật tạo môi trường sống tốt cho vi sinh vật, như hấp thu nước, giải phóng chất hữu cơ, điều tiết mật độ và tỷ lệ nhóm loài vi sinh vật. Nhóm loài vi sinh vật hệ rễ cung cấp cho thực vật nhiều lợi ích, như đảm bảo sự tuần hòan vật chất, hòa tan chất dinh dưỡng khoáng, cung cấp vitamine, amino acid, nhân tố sinh trưởng, một số vi sinh vật còn sinh ra chất kháng sinh để giúp thực vật ngăn ngừa bệnh hại v.v…

Khuẩn căn (Mycorrhiza) và Nốt sần (Nodules) và Xạ căn (Actinorhizae)

Nhiều loài nấm có quan hệ cộng sinh với thực vật và hình thành khuẩn căn (mycorrhizae). Trong trường hợp này nấm cộng sinh trở thành một phần của hệ rễ. Nấm được thực vật cung cấp dinh dưỡng, đồng thời cũng cung cấp chất dinh dưỡng ngược lại cho thực vật màkhông gây bệnh hoặc làm tổn thương gì đối với thực vật. Ngoài ra nấm khuẩn căn còn mang lại những lợi ích khác, như kéo dài tuổi thọ hệ rễ, nâng cao tốc độ hấp thu chất dinh dưỡng, nâng cao khả năng chống đỡ bệnh tât và mức chống chịu đối với nhiều chất độc v.v…

Ngoại khuẩn căn ở Thông
Nội khuẩn căn ở bong

Các dạng khuẩn căn (theo sách của L.M.Prescott và cộng sự)

Khuẩn căn được chia thành 5 loại khác nhau: khuẩn căn cây bụi- Arbuscular mycorrhizae, Nội khuẩn căn Phong lan- Orchid endomycorrhizae, Nội khuẩn căn Thạch Nam - Ericoid endomycorrhizae, Khuẩn căn nội ngoại sinh Dương Mai - Arbutoid ectendomycorrhizae và Khuẩn căn ngoại sinh - Ectomycorrhizae:

Thân, lá và quả thực vật cung câp cho vi sinh vật nơi cư trú tốt cho nên trên các bộ phận đó cũng thường phát hiện thấy nhiều loài vi khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn quang hợp, nấm (nhất là nấm men), địa y và tảo. Thực vật cung cấp cho những vi sinh vật nơi trú ngụ, nước, chất dinh dưỡng và sự che chở, vi sinh vật cũng có thể cung cấp ngược lại chất dinh dưỡng, chất kích thích sinh trưởng, cố định đạm… Đó là mặt tác dụng tương hỗ dương. Đương nhiên, sự có mặt của các vi sinh vật đó cũng có ảnh hưởng âm. Mối quan hệ sinh thái giữa vi sinh vật và thực vật đáng chú ý là vi khuẩn hình thành tinh thể tuyết gây tác hại sương giá đối với thực vật. Một số chủng của vi khuẩn Pseudomonas siringae đã hình thành một lọai protein bề mặt, có khả năng kích phát tinh thể băng tuyết. Khi nhiệt độ môi trường hạ thấp xuống tới -4 ~ -2℃, sẽ hình thành những tinh thể tuyết, gây băng giá và làm chết thực vật.

Hình 23.4: Nốt sần và sự xâm nhập của vi khuẩn nốt sần ; d- Vi khuẩn nốt sần trên lông hút; e- Xâm nhập vào rễ; f- Dây xâm nhập dưới kính hiển vi điện tử; g-Vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào mô rễ; i- Nốt sần trên rễ cây bộ Đậu; j- Nốt sần trên rễ cây Melilotus alba

Thực nghiệm đã chứng minh, khi thay chủng vi khuẩn tự nhiên này bằng chủng đột biến không hình thành protein bề mặt kích phát tinh thể tuyết thì khi nhiệt độ hạ xuống tới -9℃ cũng không hình thành tinh thể tuyết, giảm bớt tác hại của băng giá.

Ở bộ rễ các cây họ đậu thường có sự cộng sinh của vi khuẩn nốt sần (chi Rhizobium) với các cây bộ Đậu. Chúng giúp cho cây bộ Đậu có khả năng cố định nitơ (nitrogen fixation). Người ta chế biến phân vi khuẩn nốt sần (Nitragin) để nhiễm vào hạt giống có thể giúp làm tăng rõ rệt năng suất đậu cũnh như khối lượng chất xanh (thân, cành, lá) của cây bộ đậu.

Nấm ký sinh trên thực vật: Trái- Sợi nấm trong tế bào thực vật; Phải- Thể đệm (stroma) của nấm Atkinsonella hypoxylon ở rễ Danthonia compressa.

Nốt sần trên thân một số cây họ Đậu nhiệt đới (Điền Thanh…)

Nốt sần trên rễ cây bộ Đậu
Các dạng cộng sinh: Vi khuẩn lam Anabaena azollae trong Bèo hoa dâu; Nốt sần dạng phân nhánh; Vi khuân trong nốt sần.
Bèo hoa dâu (Azolla )- nguồn phân xanh cố định nitơ

Xạ căn (Actinorhizae) là sự cộng sinh của chi xạ khuẩn Frankia với các cây không thuộc bộ Đậu. Chúng rất quan trọng vì cũng tạo nên những nốt sần (thường có hình phân nhánh) ở bộ rê hay cả trên thân và giúp cây có thêm khả năng cố định nitơ. Cây Phi lao (chi Casuarina) sống được trên đất cát bạc màu chính là nhờ tác dụng cố định nitơ của Xạ căn. Cho đến nay đã tìm thấy Xạ căn ở các chi thực vật sau đây: Allocasuarina, Casuarina, Ceuthostoma, Gymnostoma (họ Casuarinaceae), Coriaria(họ Coriariaceae), Datisca (họ Datiscaceae), Alnus (họ Betulaceae), Comptonia, Myrica (họ Myricaceae), Elaeagnus, Hippophae, Shepherdia (họ Elaeagnaceae), Adolphia, Ceanothus, Colletia, Discaria , Kentrothamnus, Retanilla, Talguenea, Trevoa (họ Rhamnaceae), Cercocarpus, Chaemabatia, Cowania, Dryas, Purshia (họ Rosaceae).

Xạ căn (Actinorhizae) - Xạ khuẩn Frankia tạo nốt sần trên rễ cây Ceanothus

Hình 23.10: Xạ căn (Actinorhizae) - Xạ khuẩn Frankia

Bệnh vi sinh vật ở thực vật – Mầm bệnh

Đa số bệnh thực vật đều liên quan đến vi sinh vật, cũng có nghĩa là rất nhiều vi sinh vật (virus, vi khuẩn, nấm) gây ra bệnh thực vật. Điều này không những gây ra vấn đề sinh thái nghiêm trọng mà còn gây ra những tổn thất kinh tế nặng nề. Bệnh thực vật còn có thể gây ra nạn đói vì thiếu hụt lương thực. Năm 1845 bệnh thối nhũn khoai tây ở Irland đã gây nên nạn đói lớn, làm 1/3 dân số chết đói vả khiến nhiều người Irland phải di dân sang Bắc Mỹ.

Bệnh thực vật phát sinh và phát triển là do Vi sinh vật xâm nhập, rồi sau đó sinh sôi nẩy nở, làm cho thực vật xuất hiện các triệu chứng bệnh.Có những vi sinh vật sau khi xâm nhập cơ thể thực vật sẽ sinh ra các lọai enzyme như protease, cellulase, hemicellulase…làm phân giải các cao phân tử trong cơ thể thực vật, khiến cấu trúc thực vật bị phá hủy. Có vi sinh vật còn sinh ra các nhân tố điều hòa sinh trương, phá họai hệ thống điều hòa sinh trương bình thường của thực vật, dẫn đến phần thân phình to quá mức, hình thành khối u, mọc nhanh nhưng gây hạt lép… Cũng có những vi sinh vật sinh ra độc tố, tác động lên thành tế bào và ty thể, dẫn đên cấu trúc tế bào và chức năng của ty thể bị phá họai. Một số vi sinh vật có thể làm thay đổi họat tính trao đổi chất của thực vật, khiên thực vật bị bệnh sẽ thay đổi tốc độ hô hấp, thay đổi con đường trao đổi hydrat carbon. Một số vi sinh vật gây nhiễu tác dụng quang hợp, gây tổn thương cho quá trình trao đổi chất của thực vật.

Những bệnh virus của thực vật: Nhiều virus có thể gây bệnh cho thực vật, như virus khảm lá ở thuốc lá, đu đủ, sắn, virus gây bệnh vàng lùn, vàng xoắn lá ở lúa. Virus thực vật có thể là loại virus DNA hoặc RNA. Những virus đó có thể sống tương đối lâu ngòai cơ thể, khi gặp vật chủ thích hợp sẽ xâm nhập ngay. Nói chung, virus gây bệnh thực vật ký sinh nội bào bắt buộc.

Một số virus gây bệnh ở cây trồng.

Những bệnh vi khuẩn của thực vật: Vi khuẩn và Xạ khuẩn gây bệnh thực vật chủ yếu thuộc về các chi Mycoplasma, Sipiroplasma, Arthrobacter, Corynebacterium, Agrobacterium, Pseudomonas, Xanthomonas,Clavibacter, Rhodococcus, Streptomyces, Erwinina, Empoasca... Chúng đều là sinh vật ký sinh trên thực vật, phân bố rộng rãi, gây ra nhiều thứ bệnh cho thực vật, như sinh trưởng quá mức, héo úa, thối rữa, khô vằn... Nhiều vi khuẩn gây bệnh thực vật có thể tiếp tục sống trong hạt hoặc các mô đang ở trạng thái nghỉ, khi hạt nẩy mần lại gây nhiễm bệnh cho cây con.

Những bệnh nấm của thực vật: Những nấm gây bệnh thực vật thuộc về nhiều chi khác nhau: Pyricularia, Synchtricum ,Olpidium, Rhizopus, Alternaria, Helminthosporium, Cochliobolus, Claviceps, Aspergillus, Fusarium, Puccinia, Plasmodiophora, Spongospora, Polymyxa, Achlya, Saprolegnia, Pythium, Sclerophthora, Sclerospora,Peronospora, Pseudoperonospora, Peronosclerospora, Plasmopora, Bremia, Peronophthora, Albugo, Physoderma, Urophylactis, Mucor, Choanephora, Taphrina, Erysiphe, Blumeria, Sphaerotheca, Podosphaera, Phyllactinia, Uncinula, Microsphaera, Ceratocystis, Valsa, Gibberella, Gaeumannomyces, Diaporthe, Elsinoe, Guignardia, Venturia, Pleospora, Sclerotinia,Monilinia, Uromyces, Gymnosporangium, Ustilago, Tilletia, Entyloma, Thanatephorus, Helicobasidium, Septobasidium, Exobasidium, Penicillium, Botrytis, Verticillium, Thichothecium, Cercospora, Cladosporium, Fulvia, Fusicladium, Curvularia, Ustilagonoidea, Colletotrichum, Sphaceloma, Marssonina, Pestalotia, Phoma, Phompsis, Phyllosticta, Macrophoma, Septoria, Diplodia, Ascochyta, Rhizoctonia, Scerotium…

Bệnh nấm thực vật là những bệnh hay gặp nhất, cũng nghiêm trọng nhất, gây ra tổn thất kinh tế cũng lớn nhất. Ở nước ta thường xuyên gặp các bện do nấm như bệnh đạo ôn, bệnh lúa von, bệnh gỉ sắt… Nhiều loài nấm trong cùng một bộ hay một họ có thể gây ra các bệnh thực vật, như nấm thuộc bộ Uredinales và nấm thuộc họ Ustilaginaceae. Có tới 20.000 lòai nấm thuộc bộ Uredinales và 1000 loài nấm thuộc họ Ustilaginaceae đã được mô tả. Các lòai nấm đó đều là nấm đảm (Basidiomycetes), có chu trình sống hết sức phức tạp. Nấm gây bệnh thực vật có thể nhiễm ở nhiều bộ phận khác nhau, dẫn đến nhiều bệnh thực vật khác nhau (bệnh gỉ sắt, bệnh phấn đen, bệnh héo úa, bệnh thối rữa, bệnh đạo ôn, bệnh xoắn lá, bệnh đốm hoa, bệnh u rễ…

Bệnh nấm trên lá lúa

Cần nhấn mạnh đến ứng dụng của trực khuẩn Agrobacterium tumefacciens trong sinh học phân tử thực vật hiện đại. Chúng xâm nhập thực vật qua vết thương hình thành khối u ở rễ cây. Đặc tính này của trực khuẩn do plasmid Ti điều khiển, những chủng thiếu plasmid này không gây bệnh cho thực vật được. Plasmid Ti chứa nhóm gen vir sinh ra protein cần thiết cho việc di chuyển t-DNA, nhóm gen đó được thể hiện do hợp chất phenol đặc hữu của thực vật (do mô bị tổn thương sinh ra ) khởi động, từ đó dẫn đến việc chuyển dịch vật chất di truyền từ vi khuẩn sang tế bào thực vật, rồi vào nhân của tế bào thực vật, kết hợp với nhiễm sắc thể thực vật. Vì vậy có thể sử dụng plasmid như thể vận chuyển clone trong công nghệ di truyên thực vật: nối gen đích với plasmid Ti, qua đó vận chuyển gen đích vào trong tế bào thực vật và kết hợp với nhiễm sắc thể thực vật, từ đó mang lại đặc điểm và chức năng mới cho thực vật. Nghiên cứu những plasmid như plasmid Ti mang ý nghĩa quan trọng về lý thuyết và có giá trị ứng dụng rất cao về thực tiễn.

Vi khuẩn Agrobacterium tạo khối u trên rễ cây Kalanchoe sp.

Tác dụng tương hỗ giữa vi sinh vật và động vật

Đại đa số tác dụng qua lại giữa vi sinh vật và động vật là quan hệ cùng có lợi. Quan hệ công sinh giữa vi sinh vật và nhóm loài động vật bao gồm trao đổi dinh dưỡng, giúp động vật tiêu hóa những thức ăn khó tiêu (đặc biệt là chất xơ- cellulose), sinh ra vitamine và amino acid, chống đề kháng với vi sinh vật gây bệnh, duy trì nơi trú ngụ thích hợp v.v…Vi sinh vật cũng có thể là vật gây bệnh cho động vật, sinh ra độc tố , gây ra những bệnh nghiêm trọng, thậm chí gây thành các dịch bệnh. Quan hệ qua lại giữa vi sinh vật và động vật có thể tóm tắt thành mấy điểm sau đây

Vi sinh vật cung cấp chất dinh dưỡng cho động vật

a- Bản thân vi sinh vật là chất dinh dưỡng của động vật

Nhiều động vật sống nhờ vi sinh vật, đặc biệt là động vật phù du và động vật thủy sinh bậc thấp. Chúng nuốt vi sinh vật để dùng làm thức ăn, hoặc lọc bỏ nước giữ vi sinh vật lại dùng làm thức ăn. Ngòai ra, có nhiều động vật biết nuôi vi sinh vật để làm thức ăn hoặc nhờ vi sinh vật để xử lý thức ăn.

Kiến trồng nấm trong tổ từ cellulose thực vật để dùng làm thức ăn (theo R,M.Atlas)

Cellulose là nguồn thức ăn thực vật phong phú nhất trong thiên nhiên, nhưng đa số động vật ăn cỏ không tiệu hóa trực tiếp được mà phải nhờ các vi sinh vật phân giải thành những hợp chất mà động vật có thể sử dụng được. Chẳng hạn như vi khuẩn trong dạ cỏ của các động vật nhai lại, hoặc là lòai mối, chúng biết nuôi vi sinh vật ngòai cơ thể để dùng làm thức ăn.Có một số côn trùng biết cách nuôi cấy vi sinh vật thuần khiết trong cơ thể thực vật để dùng làm thức ăn. Để đáp trả, động vật phát tán rộng rãi vi sinh vật và cung cấp nơi trú ngụ cho chúng.

b- Hệ vi sinh vật cộng sinh đường ruột

Trong dạ dày và đường ruột của phần lớn các động vật máu nóng đều có những nhóm loài vi sinh vật cộng sinh hết sức phức tạp. Trong ruột người có nhiều lọai vi sinh vật kỵ khí bắt buộc như Bacteroides, Fusobacterium, Bifidobacterium, Eubacterium. Nhóm loài vi sinh vật dạ dày và đường ruột động vật dạ dày 1 ngăn chủ yếu cung cấp những tác nhân sinh trưỏng như vitanmin, amino acid, không giúp gì về mặt phân giải để tiêu hóa thức ăn. Trong dạ dày và đường ruột động vật có dạ dày nhiều ngăn (động vật nhai lại), đặc biệt trong dạ cỏ của trâu bò, có chứa những nhóm loài vi sinh vật hết sức phức tạp, trong đó bao gồm những nhóm loài vi sinh vật phân giải cellulose, phân giải tinh bột, phân giải hemicellose, vi khuẩn lên men đường, vi khuẩn sinh metan (CH4), vi khuẩn thủy phân protein, vi khuẩn thủy phân lipid... Những vi sinh vật này thuộc cề các chi Bacteroides, Ruminococcus, Selenomonas, Methanobacterium, Butyrivibrio, Succinimonas, Succinivibrio, Streptococcus, Eubacterium, Lactobacillus v.v…Các nhóm loài vi sinh vật này, ngòai khả năng cung cấp vitamin, amino acid, còn giúp động vật tiêu hóa những thức ăn khó tiêu như cellulose, hoặc còn có cả tác dụng cố định nitơ. Nhóm loài vi sinh vật bình thường trong dạ dày và đường ruột còn là lá chắn thiên nhiên giúp động vật chống đỡ lại với các vi sinh vật gây bệnh cho dạ dày và cho đường ruột. Những động vật phải uống thuốc kháng sinh dài ngày rất dễ bị nhiễm khuẩn dạ dày và đường ruột khá trấm trọng, điều đó cho thấy vai trò của các nhóm loài vi sinh vật dạ dày và đường ruột. Trong quan hệ cộng sinh nói trên, động vật đã cung cấp cho vi sinh vật môi trường kỵ khí thích hợp và các chất dinh dưỡng một cậch ổn định. Nhóm loài vi sinh vật trong đường tiêu hóa của các động vật bậc thấp cũng có những tác dụng tương tự như vậy.

Vi khuẩn dạ cỏ Ruminococcus và sự chuyển hóa trong dạ cỏ (theo R.M.Atlas)

Quan hệ cộng sinh giữa động vật không xương sống và vi sinh vật quang hợp

Có một số động vật không xương sống và vi sinh vật quang hợp như tảo đơn bào, vi khuẩn lam hình thành nên mối quan hệ cộng sinh. Trong mối quan hệ công sinh đó, vi sinh vật quang hợp cung cấp chất dinh dưỡng hữu cơ cho động vật, cón động vật thì cung cấp môi trường sinh lý và dinh dưỡng thích hợp cho vi sinh vật.

Vi khuẩn Photobacterium phát quang

Các vi khuẩn phát quang như Vibrio fisheri cộng sinh với loài mực Euprymna scolopes.. Cộng sinh với mực còn có vi khuẩn phát quang Photobacterium fischerei. Nhiều vi khuẩn phát quang thuộc các chi VibrioPhotobacterium cũng cộng sinh với cá. Vi khuẩn phát quang Photorhabdus luminescens cộng sinh với các loài tuyến trùng thuộc chi Heterorhabditis spp.

Còn tìm thấy quan hệ cộng sinh của vi khuẩn Buchnera aphidicola với loài rệp Schizaphis graminum.

Nấm săn mồi động vật

Có một số lòai nấm có thể bắt tuyến trùng và luân trùng để dùng làm nguồn dinh dưỡng. Nấm bắt tuyến trùng thuộc về các chi Arthrobotrys, Dactylaria, Dactylella, Trichothecium. Nấm bắt tuyến trùng làm mồi theo nhiều cơ chế khác nhau: sinh ra cấu tạo dạng lưới phân nhánh có phủ chất kết dính, dạng nút kết dính, dạng vòng kết dính và dạng vòng co rút. Khi tuyến trùngỉ bò qua các cấu tạo có chất kết dính sẽ bị dính lại, hoặc khi bò qua vòng co rút cấu tạo bởi ba tế bào thì vòng sẽ đột nhiên co thắt lại và bắt được con mồi. Tuyến trùng đã bổ sung nguồn đạm mà nấm cân dùng để sinh trưởng và phát triển. Nấm ký sinh Haptoglossa mirabilis có thể bắt được luân trùng. Bào tử di động của lòai nấm này có thể sinh ra bào nang đặc biệt, khi bào nang nẩy mầm sẽ sinh ra tế bào”súng”, cùng với bào nang hợp thành kết cấu đặc biệt, khi luân trùng gặp phải kết cấu đó, tế bào”súng”liền bắn nang bào tử vào trong cơ thể luân trùng. Nang bào tử phát triển trong cơ thể luân trùng tạo thành sợi nấm, giết chết vật chủ và thu được nhiều chất dinh dưỡng. Quan hệ giữa Trùng vỏ ốc (Coccoidea) và nấm Septobasidium cũng rất thú vị. Coccoidea là loại sinh vật ký sinh thực vật, sống nhờ vào việc hút nhựa cây. Trứng của chúng có thể bị nhiễm nấm, loại nấm này phát triển trên khắp cơ thể luân trùng trưởng thành, nhưng không làm chết ngay. Luân trùng vẫn có thể sống và đẻ trứng. Ấu trùng của luân trùng vẫn có thể hút nhựa cây giữa các sợi nấm, luân trùng trưởng thành sau đó sẽ bị nấm phân giải thành các chất dinh dưỡng. Trong quan hệ đó nấm đã bảo vệ cho luân trùng và luân trùng cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm, đồng thời bằng sự di chuyển của mình, luân trùng đã giúp nấm phát tán rộng rãi. Những mối quan hệ điển hình như vậy, còn có ở Đông trùng hạ thảo (Cordyceps sinensis).

Nấm bắt tuyến trùng Arthrobotrys và Đông trùng hạ thảo

Vi sinh vật gây bệnh cho động vật

Nhiều vi sinh vật, bao gồm virus, vi khuẩn, nấm, tảo, đều có thể gây bệnh cho người và động vật. Phần lớn bệnh tật ở người có liên quan đến vi sinh vật, từ cảm cúm đến một số lòai ung thư, rồi AIDS, SARS đều do vi sinh vật gây ra. Quá trình gây bệnh cho người và động vật của vi sinh vật chia thành 2 lọai: Một là, vi sinh vật sống bên trong hoặc bên trên bề mặt cơ thể động vật và trực tiếp gây bệnh. Hai là, vi sinh vật sống ngoài cơ thể động vật sinh ra các chất độc, làm gây bệnh cho động vật hoặc làm thay đổi điều kiện cư trú của động vật khiến chúng không thể sống được.

Những vi sinh vật sinh trưởng trong trạng thái tự nhiên có thể làm thay đổi điều kiện môi trường, gây ảnh hưởng bất lợi cho động vật. Ví du, tảo trong hồ nước nếu sinh trưởng quá mức sẽ sinh ra quá nhiều chất hữu cơ, sau đó bị các vi sinh vật phân hủy làm tiêu hao nhiều oxy hòa tan, tạo ra môi trường kỵ khí, và gây chết cho nhiều nhóm loài động vật. Vi sinh vật còn có thể sinh ra nhiều chất độc vô cơ hoặc hữu cơ. Như vi sinh vật sống trong bùn có thể làm tích lũy H2S, gây độc cho động vật. Những độc tố do vi sinh vật sinh ra, qua đường tiêu hóa đi vào cơ thể người và gây nên ngộ độc thức ăn. Có thể kể đến độc tố thần kinh Botulin của vi khuẩn Closdium botulinum, độc tố gây ung thư Aflatoxin của nấm sợi Aspergillus flavus, độc tố gây tử vong amatoxin của nấm mũ Amanita phaloides v.v…Khi nghiên cứu độc tố Vi sinhvậtgây bệnh động vật, phải tính đến điều kiện sinh trưởng và sinh ra độc tố của vi sinh vật, nồng độ gây bệnh…. Ngược lại, v sinh vật gây bệnh hoặc vi sinh vật ký sinh tất nhiên có thể sinh trưởng bên trong hoặc bên ngòai cơ thể động vật (có một số là ký sinh bắt buộc). Những vi sinh vật đó thương xâm nhập qua các cửa ngõ tự nhiên như miếng và đường hô hấp, cũng có thể qua vết thương hoặc vết bị động vật cắn hay đốt. Sau khi vào cơ thể động vật, chúng tranh giành chất dinh dưỡng của vật chủ, sinh trưởng và sinh sản hoặc lợi dụng hệ thống tổng hợp của vật chủ để tự tổng hợp ra bản thân chúng. Hậu quả là làm cho vật chủ tử vong hoặc bị ngăn chặn bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể động vật.

Vi khuẩn ngộ độc thịt Clostridium botulinum

Nấm độc Amanita phaloides

Mặc dầu các mô ở người và các động vật khỏe mạnh là vô khuẩn, nhưng bên ngòai cơ thể ẩn náu rất nhiều vi sinh vật, ví dụ nhu trên da người, tế bào biểu bì chết, chất tiết tuyến mồ hôi đèu có chứa keratin, lipid, acid béo… đều có thể làm cơ chất cho vi sinh vật sinh trưởng, vì vậy trên da người có thể phát hiện thấy rất nhiều lòai vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn Gram âm và nấm men.

Tuy bình thường chúng là vô hại, nhưng trong một một số trường hợp (như bị thương hay bị bỏng), một số vi sinh vật sẽ trở nên gây bệnh (như Tụ cầu vàng - Staphylococcus aureus).

Đa số vi sinh vật gây bệnh đều có tính lây lan, việc đó quyết định bởi năng lực truyền nhiễm của vi sinh vật gây bệnh sau khi rời khỏi vật chủ, mật độ vi sinh vật gây bệnh, mật đô động vật, sức đề kháng của vi sinh vật gây bệnh đối với các yếu tố môi trường bất lợi bên ngoài cơ thể vật chủ v.v…Bệnh vi sinh vật là một trong các nhân tố khống chế số lượng, mật độ và chất lượng nhóm loài động vật.Vi sinh vật gây bệnh cho các nhóm loài động vật là một trong những nhân tố khống chế mật độ và chủng loại động vật cả về số lượng lẫn chất lượng.

Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự