CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng nông nghiệp trọng điểm với nhiều chủng loại cây trồng gồm lúa, rau màu, cây ăn trái và cây trồng khác. Do nằm trong vùng khí hậu cận nhiệt đới, điều kiện thời tiết nóng ẩm thuận lợi cho cây trồng phát triển quanh năm, đồng thời cũng là yếu tố thuận lợi cho dịch hại, cụ thể là côn trùng gây hại, phát triển và gây hại nghiêm trọng. Thêm vào đó, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đã làm cho côn trùng gây hại thay đổi tập quán sống dẫn đến bùng phát dịch, gây không ít khó khăn cho người canh tác. Trong khi đó, biện pháp phòng trị côn trùng gây hại phổ biến nhất là sử dụng thuốc trừ sâu hóa học.
Theo báo cáo về thực trạng và giải pháp quản lý thuốc BVTV nhập lậu của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn trình Chính phủ ngày 13 tháng 05 năm 2014, từ năm 2012-2014, hàng năm Việt Nam nhập và sử dụng từ 70.000 tấn thuốc BVTV thành phẩm, trong đó thuốc trừ sâu chiếm 20,4%. Việc sử dụng quá nhiều thuốc BVTV hóa học đã làm nảy sinh các mặt tiêu cực như giá thành áp dụng tăng, tạo nên sự kháng thuốc và bộc phát của dịch hại (kể cả những loài bị phòng trị và những loài dịch hại thứ cấp), gây ô nhiễm môi trường và tác động xấu đến sức khỏe của con người. Mặt khác, do yêu cầu của thị trường và sự phát triển nông nghiệp bền vững, sản phẩm nông nghiệp ngoài chất lượng cao, giàu dinh dưỡng, không bị nhiễm vi sinh vật và dư lượng hóa chất nông nghiệp, còn được đòi hỏi phải sản xuất theo các quy trình an toàn, không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người và môi trường. Do đó, nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp quản lý dịch hại theo hướng tổng hợp, bền vững, an toàn với sức khỏe của con người và thân thiện với môi trường đang ngày càng được nghiên cứu và phát triển.
Pheromone giới tính (sex pheromone) là loại hóa chất tín hiệu được cá thể tiết ra để thu hút hoạt động giao phối của các cá thể khác giới trong loài. Do đây là loại hóa chất có nguồn gốc tự nhiên, có tính chuyên biệt cao và hoạt động ở hàm lượng rất thấp, nên áp dụng pheromone giới tính để quản lý côn trùng gây hại trong nông/lâm nghiệp được xem là giải pháp không độc, bền vững và an toàn (Gibb et al. Hàng năm ước tính có hàng chục triệu mồi pheromone (pheromone lure) đã được sản xuất để ứng dụng cho việc khảo sát diễn biến mật số quần thể và bẫy tập hợp trên một diện tích hơn 10 triệu hecta, thêm vào đó hơn một triệu hecta được áp dụng các kỹ thuật quấy rối bắt cặp và thu hút và giết (Witzgall et al. 1 Từ công bố đầu tiên về cấu trúc hóa học của pheromone giới tính của ngài tằm (Bombyx mori L.), hợp chất bombykol [(10E,12Z)-10,12-hexadecadien-1- ol] (Butenandt et al., 1959), đến nay thành phần và cấu trúc hóa học của pheromone giới tính của hơn 663 loài côn trùng thuộc bộ Cánh vảy đã được xác định (Ando, 2015), hầu hết là nhằm ứng dụng trong quản lý côn trùng gây hại nông/lâm nghiệp bằng các hình thức: khảo sát diễn biến mật số quần thể (monitoring), bẫy tập hợp (mass trapping), thu hút và giết trưởng thành (lure and kill) và quấy rối sự bắt cặp (mating disruption) (Ando et al., 2004; Witzgall et al.
Tại Việt Nam, nghiên cứu và áp dụng pheromone giới tính đã được thực hiện trên một số loài côn trùng gây hại như sâu tơ (Plutella xylostella L.) và sâu ăn tạp (Spodoptera litura Fab.) (Lê Văn Trịnh và ctv., 2005), sâu vẽ bùa cam quít (Phyllocnistis citrella Stainton) (Vang et al., 2008; Châu Nguyễn Quốc Khánh và ctv., 2009), sâu đục trái bưởi (Prays endocarpa Meyrick) (Châu Nguyễn Quốc Khánh và ctv., 2010; Vang et al., 2011), sùng khoai lang (Cylas formicarius F.) (Phạm Kim Sơn và ctv., 2011; Huỳnh Thị Ngọc Linh và ctv. Tuy nhiên, kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu này còn nhiều hạn chế. Nghiên cứu và ứng dụng pheromone giới tính như là một công cụ cho công tác quản lý côn trùng gây hại cây trồng, đồng thời bổ sung kiến thức về hóa chất tín hiệu của côn trùng ở ĐBSCL là cần thiết. Đề tài “Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp và ứng dụng pheromone giới tính để quản lý một số loài thuộc bộ Cánh vảy (Lepidoptera) ở Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện nhằm tạo tiền đề để ứng dụng hóa chất tín hiệu trong việc quản lý một số loài côn trùng gây hại ở ĐBSCL cũng như tạo cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo tại ĐBSCL và xa hơn là Việt Nam và các nước thuộc bán đảo Đông Dương.2 Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu - Xác định cấu trúc hóa học pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây (Conogethes punctiferalis), sâu đục thân cây Mai dương (Carmenta mimosa) và nhóm sâu cuốn lá cây có múi (họ Torticidae) gây hại tại ĐBSCL.
- Xây dựng qui trình tổng hợp và điều chế mồi pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây (Conogethes punctiferalis), theo hướng đơn giản, rẻ tiền, cho hiệu suất cao; phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Cần Thơ. - Ứng dụng mồi pheromone giới tính tổng hợp để luân phiên hoặc thay thế nông dược trong việc quản lý các loài thuộc bộ Cánh vảy (Lepidoptera) trên ở vùng ĐBSCL.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học ĐBSCL là vùng đất thấp nằm trong khu vực khí hậu cận nhiệt đới với thành phần vi sinh vật, côn trùng và cỏ dại đa dạng và phong phú, rất nhiều loài trong số chúng có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Đây là nguồn vật liệu đầy tiềm năng cho các lĩnh vực nghiên cứu về sinh thái học hóa chất, cụ thể là pheromone giới tính của côn trùng. Tuy nhiên, kiến thức được thiết lập cho lĩnh vực nghiên cứu này tại ĐBSCL là còn rất hạn chế.
Đề tài là nghiên cứu có hệ thống về pheromone giới tính của bộ Cánh vảy tại ĐBSCL từ phân tích xác định thành phần, tổng hợp và ứng dụng pheromone giới tính trong quản lý sâu hại ở một số tỉnh tại ĐBSCL. Trong đó, các nghiên cứu trên các loài ngài Carmenta mimosa (Sesiidae), Archips atrolucens, Adoxophyes privatana, Homona tabescens (Tortricidae) là những nghiên cứu mới. Vì vậy, kết quả thu được của đề tài là những ghi nhận mới, đồng thời là kiến thức bổ sung hữu ích cho lĩnh vực Sinh thái học hóa chất của côn trùng ở ĐBSCL.2 Ý nghĩa thực tiễn Một trong những trở ngại quan trọng cho xuất khẩu sản phẩm nông nghiệp của ĐBSCL đến các thị trường có giá trị cao, ổn định, nhưng đòi hỏi cao về chất lượng như Nhật, Mỹ và Châu Âu là dư lượng của hóa chất nông nghiệp, đặc biệt là dư lượng của thuốc bảo vệ thực vật. Nghiên cứu và ứng dụng hóa chất tín hiệu, cụ thể là pheromone giới tính, trong các chương trình quản lý côn trùng gây hại cây trồng bền vững và an toàn sẽ góp phần vào việc giải quyết vấn đề dư lượng hóa chất nông nghiệp trên nông sản.
Kết quả của đề tài sẽ mở ra hướng mới để quản lý một số loài sâu hại quan trọng ở vùng ĐBSCL nhằm luân phiên hoặc thay thế cho thuốc trừ sâu hóa học. Ngoài ra, đây cũng cơ sở dữ liệu cho các hướng nghiên cứu tiếp theo về pheromone giới tính bộ Cánh vảy (Lepidoptera).4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là pheromone giới tính của sâu đục thân cây Mai dương (Carmenta mimosa), nhóm sâu cuốn lá cây có múi gồm các loài Archips atrolucens, Adoxophyes privatana, Homona tabescens và sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis tại ĐBSCL.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu pheromone giới tính của sâu đục thân cây Mai dương C. mimosa, các loài sâu cuốn lá cây có múi gồm A. tabescens và sâu đục trái cây Conogethes punctiferalis: xác định thành phần và cấu trúc hóa học, tổng hợp và đánh giá hiệu quả ngoài đồng ở ĐBSCL.3 Những đóng góp mới của luận án Luận án đã nghiên cứu được một số kết quả mới như sau: - Xác định được thành phần và cấu trúc hóa học của pheromone giới tính của sâu đục thân cây Mai dương C.
mimosa, các loài sâu cuốn lá cây có múi gồm A. tabescens và sâu đục trái cây Conogethes punctiferalis tại ĐBSCL. - Tổng hợp các thành phần pheromone giới tính, các hợp chất (E)- hexadecenal (E10-16:Ald) và (Z)-10-hexadecenal (Z10-16:Ald), của sâu đục trái cây, C. punctiferalis theo hướng ngắn gọn, điều kiện phản ứng đơn giản và dễ thực hiện.
- Nghiên cứu ứng dụng pheromone giới tính tổng hợp để khảo sát diễn biến mật số quần thể và quản lý sự gây hại của sâu đục trái cây Conogethes punctiferalis tại ĐBSCL. 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Các hóa chất tín hiệu (Semiochemical) Hóa chất tín hiệu là những chất hóa học được phóng thích ra ngoài môi trường như là những tín hiệu mùi đảm nhận chức năng thông tin liên lạc giữa các cá thể sống. Tùy theo phạm vi hoạt động mà hóa chất tín hiệu được chia làm 2 loại: allelochemical và pheromone (Lê Văn Vàng, 2016).1 Allelochemical Allelochemical là những hóa chất tín hiệu được tiết ra ngoài môi trường để đảm nhận chức năng thông tin liên lạc giữa các cá thể khác loài (Interspecific activity). Allelochemical được chia làm các nhóm sau: - Kairomone: khi loài đáp ứng với tín hiệu được lợi như trong trường hợp các loài gây hại hoặc ký sinh dựa vào hóa chất tín hiệu tiết ra từ ký chủ để tìm đến ký chủ.
- Allomone: khi loài đáp ứng với tín hiệu bất lợi thường gặp trong các trường hợp tự vệ ở côn trùng. - Synomone: là những tín hiệu trong quan hệ khác loài mà khi cả loài phóng thích và loài đáp ứng tín hiệu đều có lợi.1 Định nghĩa Thuật ngữ pheromone được Karlson và Butenandt đề xuất vào năm 1959, bắt nguồn từ sự kết hợp giữa “pherein” và “horman” theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là chất mang sự kích thích (Regnier and Law, 1968). Theo Nguyễn Văn Đĩnh (2004) pheromone là những tín hiệu hóa học được côn trùng tiết ra ngoài cơ thể để gây ảnh hưởng lên tập tính và sinh lý những cá thể khác trong cùng một loài. Cho đến nay đã xác định được pheromone của hơn 1.500 loài côn trùng khác nhau.
Mặt khác, pheromone còn được tìm thấy ở nhiều loài động vật bậc cao (Seybold, 2010).2 Đặc tính Đa số thành phần hóa học của nhiều pheromone là ester, acid, rượu hoặc những chuỗi dài, thẳng acetate với một liên kết đôi.