Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 3 Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết quả và thảo luận Chương 5: Kết luận và đề nghị 4 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Giới thiệu về thuốc bảo vệ thực vật sinh học 2. Khái niệm và phân loại Khái niệm: Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học sản xuất ra từ các loại thảo dược hay các chủng vi sinh vật được nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men công nghiệp để tạo ra những chế phẩm có chất lượng cao, có khả năng phòng trừ các loại sâu bọ gây hại cây trồng nông, lâm nghiệp. Thành phần giết sâu có trong thuốc sinh học có thể là các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, virus) và các chất do vi sinh vật tiết ra, các chất có trong cây cỏ (là chất độc hoặc dầu thực vật).
Với các thành phần trên, thuốc trừ sâu sinh học có thể chia thành hai nhóm chính là: - Nhóm thuốc vi sinh: Thành phần giết sâu là các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, virus. - Nhóm thuốc thảo mộc: Thành phần giết sâu là các chất độc có trong cây cỏ hoặc dầu thực vật. Như chúng ta đã biết, các thuốc trừ sâu hóa học có ưu điểm rõ rệt là hiệu quả diệt sâu nhanh nhưng có nhược điểm quan trọng là có độ độc cao với người và các động vật có ích (trong đó có các loài thiên địch), gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, do yêu cầu bảo vệ sức khỏe con người và sự trong sạch của môi trường, các thuốc trừ sâu hóa học cần được hạn chế sử dụng dần và thay vào đó là các thuốc trừ sâu sinh học.
Ưu điểm nổi bật nhất của thuốc trừ sâu sinh học là ít độc với người và môi trường. Các chế phẩm vi sinh vật dùng trừ sâu và dầu thực vật hầu như không độc với người và các sinh vật có ích. Do ít độc với các loài thiên địch nên thuốc sinh học bảo vệ được sự cân bằng sinh học trong tự nhiên (cân bằng giữa thiên địch và sâu hại), ít gây tình trạng bùng phát sâu hại. Do thời gian cách ly ngắn nên rất thích hợp sử dụng cho các nông sản yêu cầu có độ sạch cao như các loại rau, chè… Muốn 5 Đồ án tốt nghiệp có nông sản sạch và an toàn, một biện pháp quan trọng là sử dụng các thuốc bảo vệ thực vật sinh học.
Ứng dụng của tuyến trùng trong diệt sâu Tuyến trùng sống trong đất có thể ký sinh trên côn trùng đất, nên chúng là nguyên liệu tuyệt vời để sản xuất các thuốc trừ sâu vi sinh. Sau khi vào đất, tuyến trùng phân tán và tấn công ngay côn trùng. Tuyến trùng xâm nhập vào cơ thể côn trùng hoặc cùng thức ăn hoặc qua lỗ thở và hậu môn côn trùng. Ở trong ruột côn trùng, tuyến trùng chui qua vách ruột đi vào hệ tuần hoàn.
Ở đây, tuyến trùng sinh trưởng và phát triển khá nhanh, gây chết cho côn trùng trong 1-2 ngày. Trừ một số ít tuyến trùng sống được trong điều kiện khô dưới dạng bào nang, còn hầu hết tuyến trùng hoạt động trong điều kiện có màng nước bao quanh. Vì thế, tuyến trùng chỉ tác động đến các loài côn trùng sống trong đất, nơi chúng sống lâu hơn. Trong số hàng nghìn loài tuyến trùng ký sinh ở côn trùng thì chỉ có nhóm Entomopathogenic nematodes (EPN) có khả năng vừa ký sinh vừa gây bệnh cho côn trùng, do vậy được gọi là tuyến trình ký sinh gây bệnh côn trùng.
Bao gồm 2 giống là Steinernema và Heterorhabditis. Bình thường thì EPN sống tự do trong đất và mang theo vi khuẩn cộng sinh. Khi tìm được vật chủ (sâu hại), tuyến trùng sẽ thâm nhập vào xoang máu qua các lỗ mở tự nhiên hoặc trực tiếp qua lớp vỏ và giải phóng vi khuẩn. Vi khuẩn sinh sôi, tiết protein độc, giết chết vật chủ trong vòng 24 - 48 giờ.
Do vậy, những tuyến trùng này được sử dụng làm tác nhân sinh học để sản xuất thuốc sinh học tuyến trùng. Hiện đã có 17 loài tuyến trùng thuộc giống Steinernema và 7 loài thuộc giống Heterorhabditis thuộc bộ Rhabditida có khả năng này. Sau khi xâm nhập, chúng có khả năng gây bệnh và làm chết vật chủ trong 48 giờ. Các EPN có khả năng ký sinh trên 200 loài côn trùng thí nghiệm (có một phần đời sống trong đất).
Ứng dụng của vi khuẩn trong diệt sâu Côn trùng chết trong tự nhiên chiếm khoảng 80-90%, trong đó hầu hết là chết do vi sinh vật mà vi khuẩn là loài vi sinh vật chiếm đa số. Do đó, trong điều kiện tự nhiên, vi khuẩn có tác dụng không nhỏ trong việc điều chỉnh số lượng quần thể sâu hại. Trong đó một số quần thể vi khuẩn đã được sản xuất thành chế phẩm dùng để phòng trừ sâu hại rừng. Người ta đã phát hiện hàng trăm loài vi khuẩn có quan hệ với côn trùng, trong đó có 90 loài gây bệnh cho côn trùng.
Trong tự nhiên, những loài vi khuẩn gây bệnh không phải đều có thể tạo thành chế phẩm trừ sâu và cần có một số tính chất cơ bản về độ độc, tính ổn định, khả năng lây lan, tác dụng nhanh, chọn lọc tốt, có thể sản xuất hàng loạt, kinh tế và an toàn. Một số loài vi khuẩn sinh bào tử điển hình có khả năng diệt sâu hại - Clostridium brevifaciens - Clostridium malacosomae - Bacillus cereus - Bacillus thuringienis - Bacillus papillae. Một số loài vi khuẩn không sinh bào tử điển hình có khả năng diệt sâu hại - Serratia marcescens Giới thiệu về chế phẩm thuốc trừ sâu sản xuất từ vi khuẩn Bacillus thuringienis (Bt) Vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) : Phân lập lần đầu năm 1870 và trừ côn trùng năm 1915. Đến 1971, đã có hơn 30 chủng Bt, chia thành 20 serotyp khác nhau gây hại cho 400 loài côn trùng.
Sản phẩm Bt diệt côn trùng có trên thị trường từ đầu những năm 60 của thế kỷ 20. Bt là nhóm vi khuẩn háo khí, gram dương, bào tử hình que, kích thước 3-6 x 0,8-13µ, đơn hay xếp chuỗi. Vi khuẩn di chuyển nhờ roi dài 6 - 8µ. Bào tử hình trứng, chịu nhiệt, có kích thước 1-1,5 x 0,8 - 0,9µ.
7 Đồ án tốt nghiệp Trong môi trường, bào tử sinh tế bào dinh dưỡng hình que. Hầu hết các chủng Bt trong thời gian hình thành bào tử, đều sản sinh ra tinh thể độc delta-endotoxin ( tiền độc tố) và độc tố này được hoạt hoá trong ruột giữa do các men phân giải protein. Ngoài ra, delta-endotoxin còn gây rối màng biểu mô ruột giữa, làm mất cân bằng tính thấm của tế bào, côn trùng bị liệt và chết. Delta-endotoxin còn tương tác với các liposome của màng tế bào biểu mô, làm tăng sự rối loạn màng biểu mô ruột giữa.
Delta-endotoxin có hiệu lực trừ sâu non cánh phấn Lepidoptera và một số loài của Diptera và Coleoptera. Các thuốc thương phẩm của Bacillus thuringiensis đều chứa bào tử và delta-endotoxin có hiệu lực trừ nhiều loài dịch hại trong nông và lâm nghiệp. Phương thức tác động: Bacillus thuringiensis sản sinh bào tử bên, các protein kết tinh và tạo bào tử ra trong quá trình bào tử nảy mầm. Khi vào bụng côn trùng, vi khuẩn thể hiện hoạt tính trừ sâu với sâu non và trưởng thành bộ cánh vảy Lepidoptera và một số loài thuộc bộ cánh cứng Coleoptera.
Trong cơ thể côn trùng, tinh thể protein bị hoà tan và men protease trong ruột côn trùng biến tinh thể độc(tiền độc tố) thành 4 chất độc nhỏ hơn. Các chất độc bị thuỷ phân bao vây tế bào ruột giữa côn trùng, đặc biệt phía chất nhận, nơi tạo các amino axit. Quá trình này phụ thuộc vào hàm lượng của ion kali. Sự tác động này tạo lỗ hổng, cho phép lựa chọn cation, làm tăng tính thấm của màng tế bào.
Tính thấm nước tăng, tế bào bị phồng lên thậm chí bị vỡ, phá vỡ thành ruột giữa. Tính chọn lọc đặc trưng của các chủng Bt với các loài côn trùng phụ thuộc vào cường độ các chất độc bao vây các chất nhận. Ngoài ra, các bào tử của Bt trong ruột côn trùng cũng tiếp tục phát triển và sản sinh ra tinh thể độc và bào tử mới, làm tăng hiệu lực của Bt. Bt là thuốc trừ sâu có tác động đường ruột; không có tác động tiếp xúc, xông hơi và nội hấp.
Vào trong cơ thể côn trùng, các tinh thể nội độc tố bị hoà tan, huỷ hoại các tế bào biểu mô (epithelial cell) ruột côn trùng, côn trùng chán hay ngừng ăn và tử vong. Mối quan hệ giữa vi khuẩn cộng sinh và tuyến trùng Theo Gouge và Snyder (2006), EPN (Entomopathogenic nematodes) là những động vật không xương sống, thuộc ngành giun tròn (Nematoda), thường được gọi là “roundworms”. EPN có khả năng ký sinh gây chết côn trùng đặc biệt là côn trùng sống trong môi trường đất (do đó được gọi là tuyến trùng ký sinh gây bệnh côn trùng), đúng như tên gọi chúng chỉ gây bệnh cho côn trùng, vô hại với con người, cây trồng và vật nuôi. EPN sống bên trong cơ thể vật chủ nên được gọi là “nội ký sinh”.
Chúng lây nhiễm cho rất nhiều loại côn trùng khác nhau sống trong đất, bao gồm cả những dạng ấu trùng của bướm, ngài, bọ cánh cứng, ruồi, dế trũi và châu chấu trưởng thành, ngay cả một số ấu trùng côn trùng có kích thước nhỏ, có vòng đời ngắn như ấu trùng muỗi, rầy nâu hại lúa. Tiêu biểu là hai họ Steinernematidae và Heterorhabditidae hiện được sử dụng như một nhóm tác nhân phòng trừ sinh học sâu hại rất có hiệu quả trên thế giới (Poinar, 1966). Cả 2 họ này được đánh giá lây nhiễm cao, đa dạng ký chủ (Gaugler và Kaya, 1990) và với vi khuẩn cộng sinh trong ruột của chúng có khả năng gây ra nhiễm trùng huyết cho ký chủ. Các vi khuẩn cộng sinh của chi Steinernema và Heterorhabditis tương ứng thuộc chi Xenorhabdus và Photorhabdus (Boemare và cộng sự, 1997).
Ở giai đoạn IJs (infective juveniles) tuyến trùng xâm nhập vào xoang máu côn trùng và giải phóng vi khuẩn cộng sinh gây nhiễm trùng huyết ký chủ. Vi khuẩn sẽ phân hủy ký chủ tạo ra thức ăn cho tuyến trùng và sản xuất các kháng sinh chống lại sự xâm nhập của các vi sinh vật khác. Các kháng sinh của vi khuẩn cộng sinh sản xuất như xenorhabdins, xenocoumacins, hydroxystilbens và antraquinons (Li và cộng sự, 1998; Fodor và cộng sự, 2010).