Các nhà nghiên cứu cho biết họ đã phát hiện ra điều gì cho phép một số sâu hại rễ phương Tây có thể chống chịu được với biện pháp luân canh cây trồng – biện pháp thực hành canh tác quản lý hiệu quả sâu hại rễ.
Câu trả lời cho những bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ về sâu hại rễ chủ yếu nằm ở bộ phận đường ruột của sâu hại rễ, nhóm nghiên cứu cho biết. Những phát hiện này được đăng tải trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
Những khác biệt trong sự phong phú tương đối của một số loài vi khuẩn trong ruột của sâu hại rễ giúp những con bọ cánh cứng hại rễ trưởng thành ăn lá cây đậu tương và chịu được sự phòng thủ của thực vật tốt hơn. Sự phong phú của các loài vi khuẩn trong đường tiêu hóa cho phép bọ cánh cứng kháng luân canh tồn tại đủ lâu để đẻ trứng trong những cánh đồng trồng đậu tương. Ấu trùng của chúng sẽ nở rộ vào mùa xuân sau đó và ăn rễ của cây ngô mới trồng.
Manfredo Seufferheld – trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà khoa học cấp cao về côn trùng tại trường Đại học Illinois cho biết: “Những loài côn trùng này mỗi năm chỉ có một lứa. Tuy nhiên trong thời gian khoảng 20 năm ở Illinois chúng đã trở nên kháng với biện pháp luân canh cây trồng. Vậu điều gì đã cho phép loài côn trùng này thích ứng nhanh như vậy? Có lẽ đó là những con vi khuẩn này.
Kiểm soát sâu hại rễ là một mối quan tâm tốn kém mà những người trồng ngô miền Trung Tây phải đối mặt, đồng tác giả Joseph Spencer – nhà nghiên cứu hành vi côn trùng tại Cơ quan Nghiên cứu Lịch sử tự nhiên Illinois (một bộ phận của Viện Nghiên cứu Prairie tại trường Đại học Illinois) cho biết. Việc sử dụng thuốc trừ sâu và các giống ngô lai để tiết ra những độc tố tiêu diệt sâu hại rễ trong các mô của chúng khiến người trồng ngô của Mỹ phải tiêu tốn ít nhất 1 tỷ USD mỗi năm.
Trong một nghiên cứu được thực hiện năm 2012, Seufferheld, Spencer và các đồng nghiệp cho biết rằng bọ cánh cứng hại rễ kháng luân canh tốt hơn so với những con bọ cánh cứng không có khả năng kháng để có thể chịu đựng được các chất bảo vệ được tiết ra trên lá của cây đậu tương. Điều này cho phép những con bọ ăn nhiều hơn và tồn tại lâu hơn trên cây đậu tương. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hàm lượng của các enzym tiêu hóa quan trọng có sự khác biệt đáng kể giữa sâu hại rễ kháng luân canh và những con sâu hại rễ không có tính kháng này, nhưng những khác biệt trong biểu hiện của các gien mã hóa các enzyme này đã không giải thích được hết lợi thế của bọ cánh cứng kháng luân canh. Seufferheld và các đồng nghiệp cho rằng vi khuẩn trong ruột của sâu hại rễ có thể giúp chúng chịu đựng được các chất bảo vệ tiết ra từ lá đậu tương tốt hơn trong một cánh đồng trồng đậu tương.
Để kiểm tra giả thuyết này, Chia-Ching Chu – sinh viên tốt nghiệp đã phân tích quần thể vi sinh vật trong ruột của sâu hại rễ được thu thập từ bảy khu vực trên toàn vùng Trung Tây. Một số vị trí (bao gồm cả thành phố Piper, bang Illinois) là điểm nóng của tính kháng luân canh và những khu vực khác (chẳng hạn như ở Nebraska và tây bắc Missouri) còn thiếu bằng chứng về sâu hại rễ kháng luân canh.
Chu đã tìm thấy sự khác biệt đáng kể và nhất quán trong sự phong phú tương đối của các loại vi khuẩn trong ruột của sâu hại rễ kháng luân canh và không kháng. Những sự khác biệt khác nhau tương ứng với mức độ hoạt động của các enzym tiêu hóa trong ruột và khả năng chịu được chất bảo vệ của cây đậu tương.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự tương đồng khác giữa các thành phần của vi khuẩn đường ruột và lịch sử ra đời của sâu hại rễ. Cấu trúc chứa vi sinh vật trong ruột của bọ cánh cứng tương ứng với mức độ hoạt động của các côn trùng (sâu hại rễ kháng luân canh thường hoạt động nhiều hơn), và sự đa dạng thực vật ở các khu vực mà chúng sinh sống. (Sâu hại rễ kháng luân canh phong phú nhất ở trong khu vực luân canh ngô và đậu tương – những thành phần chiếm ưu thế trong vùng canh tác nông nghiệp).
Để xác định xem liệu những vi sinh vật này trong thực tế có mang lại cho những con bọ kháng luân canh một lợi thế nào hay không, các nhà nghiên cứu đã cho chúng một liều kháng sinh. Với liều thấp để kháng sinh không ảnh hưởng tới bất kỳ con bọ cánh cứng nào, nhưng ở liều cao hơn, thời gian tồn tại của các con bọ cánh cứng trên lá đậu tương đã giảm xuống giống như của các con bọ cánh cứng không kháng luân canh. Thuốc kháng sinh cũng làm giảm hoạt động của các enzym tiêu hóa trong ruột của bọ cánh cứng kháng luân canh tương đương như ở những con bọ cánh cứng không có khả năng kháng này.
Seufferheld cho biết thông điệp của nghiên cứu đó là các vi khuẩn đường ruột không chỉ là những sinh vật thụ động nằm trong ruột sâu hại rễ. Chúng là những sinh vật rất tích cực trong sự thích nghi của côn trùng, các quần thể vi sinh vật đường ruột hoạt động như một cơ quan đa bào linh hoạt.
Cổng thông tin Bộ Nông nghiệp