Những tiến triển gần đây về bệnh rong biển

Hầu hết những gì chúng ta biết về bệnh rong biển thường tập trung vào những ảnh hưởng đến các loài rong sụn Eucheuma/Kappaphycus, đặc biệt là hiện tượng bệnh “biến trắng” (“ice-ice”). Tuy nhiên, phần lớn kiến thức của chúng ta về các bệnh rong biển lại chủ yếu là những điều quan sát thấy ở các loài tảo không phải rong sụn, nhất là những loài trồng làm thực phẩm ở Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc, như Porphyra, Gracilaria và Laminaria. Các bệnh này khác nhau về tác nhân gây bệnh và biểu hiện bệnh.

Bảng 1 trình bày các loài rong biển trồng khác nhau trên thế giới bị ảnh hưởng bởi tác nhân vi sinh vật trong điều kiện trước đó chịu tác động bởi một số yếu tố nhất định.

Bảng 1. Các bệnh rong biển trồng thương mại do vi khuẩn và các vi sinh vật khác gây ra

* for details regarding the author, contact Dr. Danilo Largo at the above address.

Andrews (1976) định nghĩa bệnh rong biển là “sự nhiễu loạn tiếp diễn đối với cấu trúc và chức năng bình thường của thực vật khiến nó bị thay đổi về tốc độ sinh trưởng, hình dáng hoặc tầm quan trọng về kinh tế“.

Định nghĩa này có đủ tốt để bao gồm bệnh “biến trắng” ở rong sụn Eucheuma/ Kappaphycus hay không? Bệnh “biến trắng”, như nhiều người trong chúng ta thường gặp, không chỉ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng mà còn ảnh hưởng đến hình dạng của nó và có thể là cả chất lượng sản phẩm carrageenan. Có thể, các bạn cũng có định nghĩa riêng về căn bệnh “biến trắng” rõ hơn định nghĩa này của Andrews.

Có hai loại dịch bệnh trên cây trồng: loại lây nhiễm và loại không lây nhiễm. Loại thứ nhất liên quan đến tác nhân gây bệnh có thể lây truyền (vi khuẩn, nấm, vi rút, v.v.) còn loại thứ hai được gây ra bởi các yếu tố vật lý như nhiệt độ, độ mặn, cường độ ánh sáng hoặc ô nhiễm khắc nghiệt. Khác với các loài rong biển thương mại, hầu hết các bệnh thường ít đe dọa đến quần thể rong biển tự nhiên. Tuy nhiên, vào năm 1992, một dạng bệnh tảo, được gọi là bệnh cam gây chết tảo san hô (Coralline Lethal Orange Disease – CLOD), do một loài vi khuẩn di động không xác định gây ra, đã tiêu diệt một lượng lớn tảo san hô tạo rạn ở Nam Thái Bình Dương (Littler 1994, và Littler 1995). Hiện tượng này là rõ khả năng vi khuẩn gây bệnh không chỉ đối với hệ sinh thái rạn san hô mà còn đối với các loài rong biển được trồng.

Xem xét phương pháp xưa nay vẫn được dùng để nhân giống rong sụn Eucheuma/ Kappaphycus, kể từ khi việc trồng rong bắt đầu ở Philippines vào cuối những năm 1960 cho thấy các loài rong biển bản địa phải đối mặt với mối đe dọa tương tự của các loại bệnh truyền nhiễm. Việc nhân giống vô tính các loài rong biển ấy đã khiến cho một số loài có xu hướng nhạy cảm hơn với mầm bệnh tiềm tàng (Santelices 1992). Do đó, một “thiết bị cảnh báo sớm” chống lại các mầm bệnh tiềm ẩn, như vi khuẩn, trong nghề trồng rong biển là rất quan trọng để quản lý các trang trại trồng rong. Bất kỳ cách tiếp cận nào đối với vấn đề này đều cần dựa trên sự hiểu biết về toàn hệ thống bệnh của rong biển trong bối cảnh tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh.

Hai chứng rối loạn quan trọng được quan sát thấy trong việc trồng Eucheuma/Kappaphycus đặc biệt gây ra nhiều vấn đề trong năm gần đây là:

Bệnh “biến trắng”

Nói chung bệnh “biến trắng” phát sinh là do điều kiện môi trường không thuận lợi tại nơi trồng. Đây là một tuyên bố khá chung chung vì “các yếu tố bất lợi” trong khu vực trồng liên quan đến nhiệt độ cao hoặc thấp, độ mặn cao hoặc thấp, cường độ ánh sáng cao hoặc thấp, cũng như không đủ chất dinh dưỡng, v.v. Giải quyết bất kỳ yếu tố nào trong số này cũng được coi là một chiến lược can thiệp để quản lý.

Cho đến nay, vai trò của nhiệt độ, độ mặn và cường độ ánh sáng, quan sát một cách đơn lẻ trong phòng thí nghiệm có kiểm soát được thiết lập như những yếu tố có thể dẫn đến bệnh “biến trắng”. Vai trò của vi sinh vật gây bệnh cũng đã được chứng minh là có liên quan đến bệnh “biến trắng”.

Trong nghiên cứu của riêng tôi về vai trò của vi khuẩn như là một yếu tố chính trong sự phát triển của bệnh “biến trắng”, đã phát hiện ra rằng vi khuẩn bình thường (thường trú) có thể trở thành mầm bệnh cơ hội trong một số điều kiện nhất định. Các yếu tố môi trường bên ngoài (ví dụ như độ mặn thấp, hoặc cường độ ánh sáng thấp) mặc dù tự nó có thể không dễ dẫn đến biểu hiện bệnh nhưng có thể khiến rong biển bị vi khuẩn tấn công, chủ yếu là do một số mầm bệnh cơ hội nhất định. Sự tương tác mầm bệnh của vi khuẩn trên rong biển có thể tương tự như tương tác với các loài thực vật trên cạn.

Có thể nào một mầm bệnh độc lực cao là nguyên nhân gây ra sự phá hoại của thu hoạch các rong biển tại Philippines? Thông thường, bề mặt của thực vật thủy sinh là những khu vực dễ bị vi khuẩn xâm nhập, nhưng chỉ một số chủng có thể là mầm bệnh tiềm ẩn. Trong trường hợp của Eucheuma, hai vi khuẩn gây bệnh thuộc phức hợp Vibrio aeromonas và phức hợp Cytophaga-Flavobacterium chứng minh sự tương tác của vi khuẩn trên rong biển (Largo et al. 1995b). Các chủng của hai nhóm vi khuẩn này có thể gây ra bệnh “biến trắng” ở Eucheuma khi rong bị tác động của độ mặn thấp hoặc cường độ ánh sáng thấp dưới mức tối ưu làm cho căng thẳng. Trong khi Cytophaga sp. P25 biểu lộ hành vi không di chuyển, các tế bào của Vibrio sp. P11 là những vận động viên bơi lội năng động. Hành vi di chuyển này khiến nó trở thành kẻ xâm chiếm bề mặt rong biển.

Chúng tôi giả thuyết rằng nó tạo ra enzym thủy phân chống lại carrageenan – hợp chất tạo nên phần lớn chất nền kẽ của tế bào. Trong thực tế, khi được nuôi cấy trong môi trường carrageenan thay vì agar, vi khuẩn Vibrio sp. P11 phát triển khá tốt. Khả năng tiêu hóa carrageenan cho phép vi khuẩn xâm nhập vào vùng bên trong của rong biển. Tôi tin rằng bằng hoạt tính dung dịch của nó, nó bắt đầu tiêu hóa các tế bào biểu bì, phá hủy các plastids mang sắc tố, do đó, biểu hiện ở sự tẩy trắng ban đầu của phần bị nhiễm bệnh. Điều này dẫn đến quá trình thủy phân dần dần của nhân của thân tản rong, bắt đầu từ lớp vỏ và vào lõi tủy dẫn đến hoại tử (chết mô). Có thể có các vi khuẩn khác có khả năng tương tự như Vibrio sp. P11 cần được cách ly.

Trong những năm gần đây, nhiều trang trại trồng rong biển không còn tồn tại vì bệnh “biến trắng”. Điều này đã xảy ra ở Bohol, ở Batangas, và thậm chí ở Iloilo. Nếu nhớ kỹ, các đợt bùng phát “biến trắng” lan rộng đó đã diễn ra trong các mùa El Niño và La Niña. Và xác suất để “biến trắng” không phải do vi sinh vật gây bệnh là bao nhiêu?

Sự xâm nhập của biểu sinh

Thực vật biểu sinh là các sinh vật, nhỏ hoặc lớn, cư trú trên bề mặt của rong biển. Một trường hợp nghiêm trọng về hiện tượng biểu sinh đã được báo cáo rất gần đây ở đảo Calaguas, Bắc Camarines, và ở nhiều nơi của vùng Bicol. Đây có phải là một mối đe dọa khác đối với nghề trồng rong biển?

Hình 1 cho thấy một loại tảo biểu sinh màu đỏ phổ biến, Polysiphonia (có mũi tên sẫm màu) và tảo cát (mũi tên đứt đoạn) trên tản rong Kappaphycus. Polysiphonia biểu sinh tạo ra các lỗ nhỏ, hơi nhô cao trên bề mặt. Những lỗ này tạo ra vẻ “nổi da gà” trên bề mặt thân tản rong.

Kiểm tra bằng kính hiển vi đối với một phần thân tản rong (Hình 2) cho thấy những lỗ này quả thực là vị trí xâm nhập của các sinh vật biểu sinh (có hình mũi tên). Liệu các loại tảo dạng sợi này có thực hiện một tập tính phức tạp hơn như một loài thực vật nội sinh hay không sẽ là một chủ đề để nghiên cứu trong tương lai.

Những lưu ý chính trong chẩn đoán bệnh rong biển

Andrews và Goff (1984) khuyến cáo rằng không nên tiến hành chẩn đoán nhằm xác định triệu chứng của bệnh rong biển, nếu không hiểu thật rõ vật chủ bị bệnh, tốt nhất là bằng kinh nghiệm cá nhân hoặc tối thiểu là bằng nghiên cứu các ấn phẩm về sự phát triển của rong và các yếu tố sinh học ảnh hưởng đến sự phát triển của nó. Cần xem xét những điều sau đây:

• vai trò trực tiếp hoặc gián tiếp của các yếu tố môi trường đối với sự tiến triển của bệnh; các trường hợp có liên quan đến mầm bệnh chính để bệnh có thể được chẩn đoán tương đối dễ dàng qua triệu chứng (biểu hiện của vật chủ) hoặc dấu hiệu (bằng chứng rõ ràng về mầm bệnh) có thể sẽ rất hiếm;
• một số bệnh khác nhau có thể xảy ra đồng thời; và
• việc chẩn đoán bằng hình ảnh bị hạn chế vì các triệu chứng tương tự có thể do các tác nhân khác nhau gây ra và ngược lại, cùng một tác nhân (đặc biệt nếu là phi sinh học) có thể gây ra các triệu chứng khác nhau ở các loài rong tảo khác nhau.

Điều quan trọng nữa là sinh vật bị nghi ngờ trước tiên phải đáp ứng định đề của Koch để xác định xem sinh vật đó có thực sự là mầm bệnh hay không.

Các bước sau là cần thiết để giải quyết định đề của Koch:

• Tác nhân gây bệnh phải được kết hợp trong mọi trường hợp với bệnh trong điều kiện tự nhiên và ngược lại, bệnh không được xuất hiện khi không có tác nhân.
  • Tác nhân gây bệnh phải được phân lập trong môi trường nuôi cấy thuần và được đặc trưng.
  • Các triệu chứng điển hình phải phát triển khi vật chủ được cấy vi khuẩn trong các điều kiện thích hợp, và việc tiêm chủng đối chứng thích hợp được thực hiện đồng thời
  • Tác nhân nguyên nhân phải được phân lập lại và chứng minh là giống với tác nhân được phân lập ban đầu.

Trong trường hợp bệnh “biến trắng”, bệnh có thể không nhất thiết do một mầm bệnh vi khuẩn cụ thể gây ra. Trên thực tế, một số vi khuẩn, như được chỉ ra đối với Vibrio sp. PH và Cytophaga sp. P25 có thể đóng vai trò kích hoạt.

Phát hiện các sinh vật gây bệnh

Đến nay, hệ thống phát hiện mầm bệnh vẫn dựa vào khả năng nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường thạch. Thật không may, điều này không đảm bảo bằng chứng rõ ràng về mối liên hệ của mầm bệnh nghi ngờ với vật chủ. Đầu dò phân tử sinh học được sử dụng trong lĩnh vực y tế để phát hiện các vi sinh vật gây bệnh vẫn chưa được thiết lập cho các bệnh lý rong biển. Việc sử dụng các kỹ thuật dựa trên miễn dịch học đã được thử nghiệm cho rong biển để phát hiện và theo dõi mầm bệnh trên cây chủ có tiềm năng. Phát hiện trực tiếp vi khuẩn không cần môi trường nuôi cấy thạch, đã được sử dụng để theo dõi vi khuẩn Vibrio sp. P11 ở rong sụn Kappaphycus alvarezii (Largo và cộng sự 1998) và ở các loài Gracilaria.

Phương pháp phát hiện, sử dụng các kháng thể đa dòng (hiển thị bằng cách sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang như FITC), được phát hiện là khá hiệu quả trong việc thiết lập hành vi phát triển của sinh vật trong tản rong. Kỹ thuật này có thể được thực hiện như một công cụ thực tế để theo dõi các mầm bệnh nghi ngờ. Tuy nhiên, điều cần thiết là các kháng thể được phát triển chống lại sinh vật mục tiêu phải có tính đặc hiệu cao và có phản ứng chéo với các sinh vật khác, dù có liên quan gần hoặc xa.

Bệnh “biến trắng” do vi khuẩn kích hoạt có thể diễn ra trong các điều kiện sau:

• Nếu nước di chuyển quá chậm trong vùng canh tác. Một số mầm bệnh, đặc biệt là vi khuẩn, có tính di động cao và rất dễ xâm nhập vào bề mặt rong biển. Dòng nước mạnh, ngoài việc tăng cường trao đổi chất dinh dưỡng, còn ngăn chặn mầm bệnh tiềm ẩn từ nước xung quanh hình thành trên bề mặt rong biển (Largo et al. 1997).
  • Nếu nơi canh tác gần các nguồn nước ngọt, chẳng hạn như sông hoặc lạch. Điều này thực tế làm giảm độ mặn của nước biển xuống dưới mức bình thường và là một yếu tố gây sốc cho rong biển (Largo et al. 1995a). Những nơi này không phải là địa điểm mong muốn để trồng rong sụn Eucheuma vì rong yêu cầu độ mặn bình thường là 33-35 ppt.
  • Nhiệt độ nước cao, nhất là khi đi kèm với cường độ ánh sáng cao cũng gây căng thẳng cho rong. Điều này có thể được khắc phục bằng cách chuyển rong đến chỗ sâu hơn một chút, nhưng không quá sâu để làm giảm hiệu suất phát triển. Yêu cầu nhiệt độ bình thường đối với rong Eucheuma là 25-31^oC.

Mỗi yếu tố trên tác động độc lập với nhau, nhưng khi chúng động đồng thời, sẽ làm tăng cường sự phát triển của bệnh “biến trắng” (Largo et al. 1995a).

Các biện pháp quản lý có thể áp dụng

Quản lý cây trồng cho ta biết rằng để tối ưu hóa sản xuất, bất kỳ loại cây trồng nào cũng phải được canh tác theo yêu cầu tăng trưởng tối ưu của cây, với các khoản đầu tư bên ngoài dựa theo năng lượng. Bất kỳ yếu tố nào có xu hướng đi chệch khỏi quy tắc đơn giản này sẽ tạo ra cây trồng xấu, dưới mức bền vững.

Một số gợi ý để quản lý trồng rong Eucheuma đúng cách:

• Tránh để rong quá dày, khiến chúng dễ bị nhiễm các mầm bệnh cơ hội, như một số Vibrio và Cytophagas. Rong thưa hơn cũng giúp tăng cường độ thấu sáng để tăng trưởng tốt hơn.
  • Duy trì các yêu cầu tăng trưởng tối ưu của rong Eucheuma, tránh các biến động lớn về độ mặn và nhiệt độ nước.
  • Vào những thời điểm cường độ ánh sáng rất cao, như trong vụ hè, nhất là trong mùa El Niño, nên chuyển rong trồng đến vị trí sâu hơn, nơi cường độ ánh sáng không gây ra hiện tượng ức chế quang học. Cần nghiên cứu cách cải tiến kỹ thuật trồng rong Eucheuma để có thể dễ dàng di chuyển. El Niño tàn phá việc trồng rong biển, do đó cần phải có các biện pháp ngăn ngừa bệnh “biến trắng”.
  • Cần phải xác định thêm các chủng Eucheuma kháng bệnh “biến trắng”. Chủng “sakol” của Kappaphycus alvarezii hình như có đặc tính này. Các chủng Eucheuma mới từ sự dung hợp protoplast với giống kháng bệnh được kỳ vọng sẽ có đặc tính mong muốn này.

Hướng tương lai trong việc nghiên cứu bệnh rong biển

Rõ ràng là các bệnh về rong biển có thể ảnh hưởng đến việc trồng rong biển. Kiến ​​thức hiện tại về hệ thống bệnh của rong biển vẫn còn nhiều việc phải theo đuổi nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến nghề trồng rong biển. Sau đây là một số đề xuất:

• Cần tăng cường nghiên cứu về các bệnh rong biển và các rối loạn khác để giải quyết những vấn đề cụ thể liên quan đến quản lý sức khỏe rong;
  • Hiện tượng nhiễm ký sinh trùng cấp tính được báo cáo trong vùng trồng rong Eucheuma như ở đảo Calaguas, Bắc Camarines) là vấn đề mới, cần được theo dõi chặt chẽ hơn;
  • Cần tiến hành sàng lọc thêm các mầm bệnh tiềm ẩn dựa trên định đề của Koch;
  • Các kỹ thuật tiên tiến trong việc phát hiện mầm bệnh tiềm ẩn của bệnh “biến trắng” sẽ nâng cao năng lực của ngư dân trong việc giám sát các đợt bùng phát dịch bệnh;
  • Cần xây dựng chiến lược quản lý trồng rong biển trên các cơ sở khoa học vững chắc.

Tài liệu tham khảo

1. Andrews, JH. 1976. The pathology of marine algae. Biol. Rev. 51: 211-253
2. Andrews, JH and LJ Goff. 1984. Pathology. In: M.M. Littler and D.S. Littler (Eds), Handbook of Phycological Methods. Ecological Field Methods: Macroalgae. Cambridge University Press, pp. 573-591
3. Correa, JA and V Flores. 1995. Whitening, thallus decay and fragmentation in Gracilaria chilensis associated with an endophytic amoeba. J. Appl. Phycol. 7:421-425
4. Craigie, JS and JA Correa. 1996. Etiology of infectious diseases in cultivated Chondrus crispus (Gigartinales, Rhodophyta) Hydrobiologia 326/327: 97-104
5. Jeffray, AE and VE Coyne. 1996. Development of an in situ assay to detect bacterial pathogens of the red alga Gracilaria gracilis (Stackhouse). Steentoft. Irvine et Farnham. J. Appl. Phycol. 8: 409-414
6. Kusuda, R, K Kawai, F Salati, Y Kawamura, and Y Yamashita. 1992. Characteristics of Flavobacterium sp. causing “suminori” disease in cultivated Porphyra. Suisanzoshoku 40: 457-461
7. Largo, DB, K Fukami, T Nishijima and M Ohno. 1995a. Laboratory-induced development of the “ice-ice” disease of the farmed red algae Kappaphycus alvarezii and Eucheuma denticulatum (Solieriaceae, Gigartinales, Rhodophyta). J. Appl. Phycol. 7: 539-543
8. Largo, DB, K Fukami, and T Nishijima. 1995b. Occasional pathogenic bacteria promoting “ice-ice” disease in the carrageenan-producing red algae Kappaphycus alvarezii and Eucheuma denticulatum (Solieriaceae. Gigartinales, Rhodophyta). J. Appl. Phycol. 7: 545-554

Danilo B. Largo

Khoa Sinh học, Trường đại học San Carlos, Talamban, Cebu, Philippines

Email: biology@mangga.usc.edu.ph

Việt Phương dịch