Bệnh phấn trắng là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và tổng quan

Bệnh phấn trắng (powdery mildew) là bệnh do nấm hại thực vật, đặc trưng bởi lớp bột mịn màu trắng đến xám phủ dày bề mặt lá, thân, hoa và đôi khi cả quả. Bệnh xuất hiện sớm nhất trên lá non, lan dần ra phía sau và tạo thành màng nấm dày, che khuất lỗ khí khổng, cản trở quá trình quang hợp.

Nguyên nhân chủ yếu đến từ nấm thuộc Bộ Erysiphales, với hơn 900 loài phân bố trên khoảng 10.000 loài cây khác nhau, bao gồm nhiều cây trồng kinh tế như lúa mì, nho, bí đỏ, dâu tây và các loại rau gia vị. Mật độ nấm cao trên lá dẫn đến vàng lá, giảm diện tích quang hợp, sớm rụng lá và làm giảm năng suất 10–50% tùy loài và mức độ nhiễm.

Bệnh phấn trắng phát triển mạnh trong điều kiện ẩm độ tương đối cao (40–70%) và nhiệt độ trung bình 20–25 °C, nhưng không cần giọt nước trên bề mặt lá để nảy mầm. Do không chịu nghèo nước bề mặt như nhiều loại nấm khác, phấn trắng có thể bùng phát nhanh trong mùa khô, đặc biệt khi cây trồng quá dày hoặc thông gió kém.

• Xuất hiện trên lá non, thân, hoa, quả.
• Lớp phấn trắng mịn, dày chìm lỗ khí khổng.
• Giảm quang hợp, vàng lá, rụng lá.
• Năng suất giảm 10–50% tùy loài và mức độ nhiễm.

Cây trồng	Giảm năng suất (%)	Điều kiện ưa thích
Lúa mì	20–30	20–22 °C, 60% ẩm độ
Nho	15–40	25 °C, 50% ẩm độ
Bí đỏ	25–35	22–25 °C, 65% ẩm độ

Nguyên nhân và tác nhân gây bệnh

Các loài nấm gây bệnh phấn trắng chủ yếu thuộc các chi Erysiphe, Podosphaera, Sphaerotheca và Leveillula. Mỗi chi thường ký sinh đặc hiệu trên nhóm thực vật nhất định: ví dụ Erysiphe necator ký sinh chính trên nho, trong khi Podosphaera xanthii hay gặp ở các cây thuộc họ bầu bí.

Nấm phấn trắng sinh sản vô tính qua bào tử đơn bào (conidia) được tạo ra hàng loạt trên sợi nấm, phát tán qua gió và ký sinh ngay trên bề mặt mô khí khổng. Vào cuối mùa, chúng hình thành bào tử nghỉ (chasmothecia) có thành dày, tồn tại qua mùa khô hoặc lạnh rồi nảy mầm khi điều kiện thuận lợi.

Bào tử conidia nảy mầm trong vòng 6–12 giờ khi nhiệt độ và ẩm độ phù hợp, hình thành appressorium kết bám chặt và hút dưỡng chất từ tế bào thực vật qua chân nấm (haustorium). Quá trình này khiến tế bào chủ mất nước và chất dinh dưỡng, dẫn đến vàng lá và giảm sinh khối.

• Conidia: bào tử sinh sản nhanh, phát tán bằng gió.
• Chasmothecia: bào tử nghỉ tồn tại mùa khô/lạnh.
• Appressorium: cấu trúc bám và hút dưỡng chất.
• Haustorium: bào quan trong tế bào thực vật lấy dinh dưỡng.

Cấu trúc sinh học và chu trình phát triển

Nấm phấn trắng có cấu tạo gồm sợi nấm (hyphae) mảnh, không phân vách, mọc song song bề mặt mô khí khổng. Các hyphae liên kết tạo thành mạng mỏng, từ đó nhú lên các chuỗi conidia màu trắng.

Chu trình phát triển bắt đầu bằng conidia bám lên biểu bì, nảy mầm, hình thành appressorium, tiếp đến phát triển sợi nấm và haustorium. Khoảng 5–7 ngày sau, conidia mới được hình thành trên hyphae, tiếp tục lan truyền sang lá khác và nhân lên theo cấp số nhân.

Cuối chu trình sinh trưởng, khi điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ thấp hoặc khô hạn), sợi nấm tạo chasmothecia, bọc các nội bào tử. Chasmothecia rụng xuống đất hoặc bám trên tàn dư thực vật, nổ nắp khi gặp mưa hoặc ẩm cao, giải phóng bào tử cho mùa sau.

• Giai đoạn 1: Conidia bám và nảy mầm.
• Giai đoạn 2: Phát triển hyphae và haustorium.
• Giai đoạn 3: Hình thành conidia mới, lan truyền.
• Giai đoạn 4: Tạo chasmothecia, tồn tại mùa khắc nghiệt.

Triệu chứng và chẩn đoán

Triệu chứng đầu tiên xuất hiện là các đốm phấn trắng nhỏ trên lá non, sau đó lan nhanh thành mảng lớn. Lá nhiễm sớm sẽ xoăn lại, chuyển sang màu vàng hoặc nâu, giảm diện tích quang hợp và sớm rụng.

Trên hoa và quả, phấn trắng có thể làm biến dạng hoặc thối nhũn, ảnh hưởng chất lượng nông sản. Trên quả nho, phấn trắng làm giảm hàm lượng đường và độ tươi; trên dâu tây, quả thường mốc sớm và giảm độ ngọt.

Chẩn đoán cụ thể dựa trên quan sát kính hiển vi: conidia hình bầu dục, phân chia một hoặc nhiều ô, sợi nấm không phân vách. Phương pháp PCR đặc hiệu loài có thể được áp dụng để xác định chính xác tác nhân gây bệnh khi cần quản lý khoa học (PubMed).

• Quan sát trực quan: lớp bột trắng, lá xoăn, vàng, rụng.
• Kính hiển vi: conidia bầu dục, hyphae không vách ngăn.
• PCR đặc hiệu loài: xác định chính xác tác nhân.
• GPS mapping: theo dõi phát tán dịch hại trên diện rộng.

Dịch tễ học

Bệnh phấn trắng phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt độ mát (15–25 °C) và độ ẩm tương đối 40–70%, nhưng không cần nước đọng trên bề mặt lá. Các đợt sương mù hoặc mưa nhẹ khuyến khích sự hình thành chasmothecia, trong khi khí hậu khô nóng hạn chế conidia phát tán.

Chu kỳ lây nhiễm nhanh, mỗi conidia có thể gây nhiễm mầm mống mới sau 5–7 ngày, cho phép bùng phát dịch lớn trong mùa sinh trưởng. Trên cùng một ruộng, mật độ bệnh có thể tăng theo cấp số nhân, đặc biệt khi không luân canh hoặc thiếu xử lý thảm thực vật sau thu hoạch.

Phân bố toàn cầu với biến thiên theo vùng: châu Âu và Bắc Mỹ thường gặp đợt bùng phát vào xuân và hè, còn ở nhiệt đới bệnh xuất hiện quanh năm với đỉnh mùa mưa nhẹ. Tại các vùng canh tác cường độ cao, mật độ dịch bệnh có thể đạt 80–100% ruộng trồng nếu không kiểm soát kịp thời.

Ảnh hưởng kinh tế và sinh thái

Thiệt hại kinh tế do phấn trắng gây ra hàng năm ước tính lên tới hàng tỷ đô la toàn cầu, thông qua giảm năng suất và chất lượng nông sản. Ví dụ, trên dâu tây công nghiệp, bệnh có thể làm giảm 30–50% sản lượng và kéo dài thời gian thu hái, tăng chi phí nhân công và phun xịt.

Ảnh hưởng sinh thái bao gồm giảm đa dạng vi sinh vật trên bề mặt lá, làm suy giảm quần thể vi khuẩn có lợi và nấm đối kháng tự nhiên. Ngoài ra, phun trừ hóa học liên tục tạo áp lực chọn lọc, dẫn đến kháng thuốc và ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến hệ côn trùng thụ phấn và động vật giáp xác.

• Giảm năng suất 10–50% tùy cây trồng.
• Tăng chi phí phòng trừ 20–40% so với canh tác thông thường.
• Giảm chất lượng quả: kiềm độ ngọt, kích thước, bảo quản kém.
• Ô nhiễm dư lượng hóa chất làm giảm đa dạng sinh học.

Biện pháp quản lý và kiểm soát

Quản lý tích hợp (Integrated Disease Management, IDM) là phương pháp tối ưu, kết hợp các biện pháp văn hóa, sinh học và hóa học để giảm mật độ nấm đến ngưỡng an toàn. Luân canh cây trồng không cùng họ giúp giảm nguồn bào tử lưu tồn trong chấu rơm hoặc đất.

Vật lý bao gồm cắt tỉa tạo thông thoáng tán cây, cải thiện lưu thông không khí, giảm độ ẩm vi khí hậu. Vệ sinh đồng ruộng bằng cách thu gom và tiêu hủy tàn dư thực vật sau thu hoạch, hạn chế chasmothecia tồn tại.

Biện pháp	Mô tả	Lợi ích
Luân canh	Trồng cây khác họ xen kẽ	Giảm nguồn bệnh lưu tồn
Cắt tỉa thông thoáng	Loại bỏ lá già, cành trong rậm	Giảm ẩm, hạn chế nảy mầm
Vệ sinh đồng ruộng	Thu gom, tiêu hủy tàn dư	Giảm chasmothecia tồn tại
Fungicide	Phun triazole, strobilurin luân phiên	Kiểm soát nhanh, kéo dài

Hóa học: sử dụng fungicide phổ rộng như triazole (myclobutanil), strobilurin (azoxystrobin) theo nguyên tắc luân phiên nhóm cơ chế khác nhau để giảm rủi ro kháng thuốc. Liều lượng và thời điểm phun cần tuân thủ hướng dẫn FRAC (FRAC).

Sinh học: áp dụng chế phẩm vi sinh đối kháng như Bacillus subtilis, Ampelomyces quisqualis hoặc nấm thuỷ sinh (Pythium oligandrum) phun lặp lại 2–3 lần trong mùa sinh trưởng, hỗ trợ tạo cân bằng quần thể vi sinh vật và giảm áp lực chọn lọc kháng thuốc (FAO IPM Guidelines).

Kháng thuốc và thách thức

Kháng thuốc phấn trắng ngày càng phổ biến, đặc biệt chống lại nhóm chất ức chế b-1,3-glucan synthase (caspofungin) và strobilurin, giảm hiệu quả phun trừ xuống <50% sau vài vụ liên tiếp. Việc sử dụng đơn độc một hoạt chất dễ dẫn đến chọn lọc mạnh các quần thể kháng.

Để khắc phục, cần xây dựng chiến lược phối hợp luân phiên hoạt chất và phối trộn đa thành phần, kết hợp với biện pháp phi hóa học. Đào tạo nông dân về nhận diện sớm kháng thuốc và áp dụng liều phù hợp, tránh lạm dụng liều cao và phun không đúng thời điểm.

Hướng nghiên cứu tương lai

Công nghệ CRISPR/Cas9 mở ra hướng tạo giống cây trồng có gen kháng nấm phấn trắng, ví dụ chỉnh sửa gene MLO ở lúa mì và dưa chuột cho khả năng kháng bền vững. Các nghiên cứu in vitro đã cho thấy hiệu quả giảm mật độ hyphae >70% trên lá biến đổi (PubMed).

Phát triển cảm biến bào tử real-time sử dụng vi mạch MEMS và biosensor dựa trên aptamer giúp giám sát mật độ conidia trong không khí, cảnh báo sớm và tự động bật hệ thống phun sương sinh học. Kết hợp IoT và phân tích big data cho phép dự báo dịch bệnh chính xác theo mô hình khí hậu (ScienceDirect).

• Giống cây kháng biến đổi gen MLO.
• Cảm biến conidia real-time và IoT.
• Peptide kháng nấm tự nhiên (defensin).
• Ứng dụng AI dự báo dịch bệnh và tối ưu IPM.

Tài liệu tham khảo

• Agrios, G. N. Plant Pathology, 5th ed., Academic Press, 2005.
• Schwinn, F. J. & Staub, T. “Chemical Management of Powdery Mildews.” Crop Protection, 2005. DOI:10.1016/j.cropro.2005.05.005
• Food and Agriculture Organization. “Integrated Pest Management for Powdery Mildew.” FAO, 2019. Truy cập tại: https://www.fao.org/agriculture/crops/thematic-sitemap/theme/pests/ipm/en/
• Aguilera-Galvez, A. et al. “CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of MLO genes for powdery mildew resistance in Cucumis sativus.” Frontiers in Plant Science, 2019. DOI:10.3389/fpls.2019.01376
• Stammler, G. et al. “Real-time monitoring of powdery mildew spores using biosensors.” Biosensors and Bioelectronics, 2020. PMID:31955682