Tổng quan nghiên cứu

Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học trong thời gian dài đã gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng như ô nhiễm môi trường sinh thái, đe dọa sức khỏe cộng đồng và làm gia tăng tính kháng thuốc của dịch hại cây trồng. Tại Việt Nam, xu hướng chuyển dịch sang nền nông nghiệp an toàn, tuần hoàn và bền vững đang thúc đẩy nhu cầu ứng dụng các biện pháp sinh học trong quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), giúp giảm thiểu từ 30% đến 50% lượng thuốc hóa học trên đồng ruộng. Trong hệ sinh thái nông nghiệp, bọ cánh mạch xanh (Chrysoperla sp. thuộc họ Chrysopidae, bộ Neuroptera) được ghi nhận là loài thiên địch bắt mồi phàm ăn, có khả năng khống chế hiệu quả nhiều loài sâu hại thân mềm nguy hiểm như rệp muội, bọ phấn, rệp sáp và nhện nhỏ.

Tuy nhiên, nguồn dữ liệu khoa học về đặc tính sinh học, sinh thái và công nghệ nhân nuôi hàng loạt loài Chrysoperla sp. bản địa tại Việt Nam còn rất hạn chế. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Bảo vệ thực vật của tác giả Somesak Vongthurng, dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Đức Tùng tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam, được triển khai nhằm giải quyết trực tiếp khoảng trống nghiên cứu này. Nghiên cứu tập trung đánh giá thành phần côn trùng bắt mồi của rệp ngô (Rhopalosiphum maidis), diễn biến mật độ tự nhiên ngoài đồng ruộng và xác định nguồn thức ăn nhân nuôi phù hợp nhất trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại xã Phú Thị, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội và phòng thí nghiệm Bộ môn Côn trùng từ tháng 9 năm 2020 đến tháng 8 năm 2021. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp cơ sở sinh học chuẩn xác về vòng đời (dao động từ 24,35 đến 28,10 ngày), sức sinh sản và tỷ lệ tăng tự nhiên của thiên địch, mở ra giải pháp chủ động nhân nuôi thương mại bọ cánh mạch xanh phục vụ sản xuất nông nghiệp sạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết kiểm soát sinh học (Biological Control) với ba hướng tiếp cận cốt lõi: kiểm soát sinh học cổ điển, kiểm soát sinh học tăng cường (Augmentative Biological Control) và kiểm soát sinh học bảo tồn (Conservation Biological Control). Trong đó, chiến lược nhân nuôi số lượng lớn và phóng thích tràn ngập hoặc thả sớm trên đồng ruộng được lấy làm trọng tâm ứng dụng cho loài bắt mồi đa thực Chrysoperla sp.

Về mặt phân loại học, họ Chrysopidae là một trong những họ phong phú nhất của bộ Neuroptera với khoảng 87 chi và hơn 1.300 loài trên toàn thế giới. Cơ sở sinh thái học quần thể dựa trên mô hình bảng sống (Life-table) của Birch (1948) và kỹ thuật tái lấy mẫu Jackknife (Meyer et al., 1986; Hulting et al., 1990) nhằm ước tính chính xác các chỉ tiêu nhân khẩu học. Ba khái niệm chuyên ngành cốt lõi xuyên suốt luận văn gồm:

  • Tỷ lệ tăng tự nhiên (Intrinsic rate of natural increase - rm): Chỉ số phản ánh tốc độ gia tăng số lượng cá thể cái trên mỗi cá thể cái trong một đơn vị thời gian dưới điều kiện môi trường tối ưu.
  • Tỷ lệ sinh sản thực (Net reproductive rate - R0): Tổng số cá thể con cái kỳ vọng được sinh ra bởi một cá thể cái trong suốt thời gian sống.
  • Thời gian một thế hệ (Generation time - T): Khoảng thời gian trung bình cần thiết để quần thể tăng gấp R0 lần.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp điều tra thực địa theo quy chuẩn ngành và phương pháp sinh học cá thể nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu và chọn mẫu thực địa: Tiến hành điều tra thành phần thiên địch và rệp ngô theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-38:2010/BNNPTNT và QCVN 01-119:2012/BNNPTNT. Điều tra định kỳ 7 ngày/lần trên ruộng ngô vụ Thu Đông 2020 tại xã Phú Thị, huyện Gia Lâm. Phương pháp chọn mẫu áp dụng trên 10 điểm ngẫu nhiên theo 2 đường chéo góc của khu vực khảo sát, mỗi điểm kiểm tra 10 lá trên 5 cây liên tiếp (tổng số 100 lá/đợt điều tra).
  • Thử nghiệm dinh dưỡng và nhân nuôi sinh học: Ấu trùng bọ cánh mạch xanh được nuôi cá thể trong các hộp nhựa chuyên dụng đặt ở tủ định ôn duy trì nhiệt độ ổn định 27°C, độ ẩm 70%. Cỡ mẫu ban đầu gồm 75 cá thể ấu trùng tuổi 1 cho mỗi loại thức ăn thử nghiệm (rệp ngô, trứng ngài gạo Corcyra cephalonica, sâu non ngài gạo, và trứng ruồi lính đen Hermetia illucens). Đồng thời, 15 cá thể tại mỗi pha phát dục được lấy ngẫu nhiên để chụp ảnh và đo đạc kích thước vi thể qua kính hiển vi soi nổi bằng phần mềm AxioVision Rel. 4.8.
  • Phương pháp phân tích số liệu: Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS 20.0. Lý do lựa chọn kiểm định Shapiro-Wilk nhằm đánh giá tính phân bố chuẩn của dữ liệu trước khi phân tích. Với dữ liệu phân bố chuẩn, phân tích phương sai một yếu tố (One-way ANOVA) kết hợp kiểm định sau phân tích Tukey/Tamhane được áp dụng. Với dữ liệu không tuân theo phân bố chuẩn, sử dụng kiểm định phi tham số Kruskal-Wallis và Mann-Whitney U. Mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) được lựa chọn phân tích tỷ lệ giới tính dạng nhị phân ở thế hệ kế tiếp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã mang lại 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng cao:

  1. Thành phần thiên địch đa dạng trên ruộng ngô: Đã xác định được 5 loài côn trùng bắt mồi ăn rệp ngô thuộc 2 bộ Cánh mạch (Neuroptera) và Cánh cứng (Coleoptera). Trong đó, bọ rùa 6 vằn (Menochilus sexmaculatus) chiếm ưu thế cao nhất với mức độ xuất hiện phổ biến từ 50% đến trên 75% trong các tháng 10 và 11. Bọ cánh mạch xanh (Chrysoperla sp.) xuất hiện liên tục trong suốt vụ ngô Thu Đông 2020.
  2. Quy luật tương tác mật độ giữa thiên địch và con mồi: Mật độ rệp ngô đạt đỉnh 3,27 con/lá ở giai đoạn cây ngô 8-10 lá (ngày 30/09/2020). Sau đó đúng 1 tuần, ấu trùng bọ cánh mạch xanh đạt mật độ cao nhất là 0,32 con/lá ở giai đoạn ngô xoáy nõn (ngày 07/10/2020). Khi mật độ rệp ngô giảm dần xuống 1,66 con/lá ở giai đoạn chín sáp, mật độ bọ cánh mạch xanh cũng giảm mạnh xuống mức 0,02 con/lá.
  3. Hiệu quả sàng lọc thức ăn thay thế: Trong thử nghiệm sinh tồn với 5 nguồn thức ăn, ấu trùng tuổi 3 của Chrysoperla sp. đạt tỷ lệ sống sót tuyệt đối 100% sau 7 ngày nuôi bằng trứng ruồi lính đen, trứng ngài gạo và sâu non ngài gạo. Ngược lại, ấu trùng chết 100% vào ngày thứ 5 khi ăn nhện kho (Carpoglyphus lactis) và chết 100% vào ngày thứ 6 khi ăn ấu trùng mọt bột đỏ (Tribolium castaneum).
  4. Tối ưu hóa vòng đời và sức tăng quần thể: Vòng đời của bọ cánh mạch xanh ngắn nhất khi ăn trứng ngài gạo (24,35 ngày) và kéo dài nhất khi ăn rệp ngô (28,10 ngày). Sức sinh sản trung bình trên các thức ăn thay thế đạt mức rất cao: sâu non ngài gạo (42,29 trứng/cái), trứng ruồi lính đen (40,53 trứng/cái) và trứng ngài gạo (39,40 trứng/cái), cao vượt trội so với thức ăn tự nhiên là rệp ngô (26,85 trứng/cái). Tỷ lệ tăng tự nhiên (rm) dao động từ 0,095 đến 0,113 con cái/con cái/ngày, không có sự sai khác mang ý nghĩa thống kê (P > 0,05).

Thảo luận kết quả

Diễn biến mật độ ngoài đồng ruộng phản ánh rõ nét mối quan hệ động lực học con mồi - vật bắt mồi điển hình, trong đó đỉnh mật độ của bọ cánh mạch xanh có độ trễ sinh thái 7 ngày so với đỉnh rệp ngô. Dữ liệu này có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ đường trục kép (Dual-axis Line Chart), thể hiện rõ pha dịch chuyển mật độ từ giai đoạn 2-3 lá đến giai đoạn chín sáp.

Về mặt dinh dưỡng, hàm lượng protein, lipid và độ mềm của vỏ trứng ngài gạo cũng như trứng ruồi lính đen cung cấp dưỡng chất đầy đủ hơn so với dịch rệp ngô ngoài đồng, giúp rút ngắn thời gian phát dục giai đoạn tiền trưởng thành xuống còn 24,35 ngày. Kết quả này tương đồng với các công bố quốc tế của Saminathan et al. (1999) và Mani & Krishnamoorthy (1989), khi ấu trùng Chrysoperla tiêu thụ tới 721,80 quả trứng ngài gạo trong suốt pha ấu trùng và phát triển nhanh hơn rõ rệt so với ăn rệp muội.

Về hình thái học, sự sai khác kích thước được thể hiện rõ qua biểu đồ cột so sánh: ấu trùng tuổi 1 và trưởng thành cái ăn trứng ruồi lính đen có chiều dài đạt lần lượt 1,773 mm và 10,233 mm, nhỏ hơn có ý nghĩa thống kê (P < 0,01) so với các cá thể ăn rệp ngô (1,860 mm và 10,407 mm) hoặc trứng ngài gạo (1,847 mm và 10,373 mm). Mặc dù kích thước cá thể có sự chênh lệch nhỏ, các chỉ tiêu bảng sống (life-table) chứng minh trứng ruồi lính đen và ngài gạo hoàn toàn đủ tiêu chuẩn sinh lý để thay thế thức ăn tự nhiên trong các quy trình sản xuất thiên địch đại trà.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 giải pháp hành động cụ thể nhằm thúc đẩy ứng dụng bọ cánh mạch xanh trong kiểm soát sinh học:

  • Chuẩn hóa quy trình nhân nuôi hàng loạt bằng nguồn thức ăn thương mại: Bộ môn Côn trùng và các Viện nghiên cứu Bảo vệ thực vật cần triển khai quy trình nhân nuôi cá thể hoặc bầy đàn sử dụng trứng ruồi lính đen đông lạnh và trứng ngài gạo khử trùng. Mục tiêu cắt giảm 40% đến 50% chi phí sản xuất thức ăn so với bắt mồi tự nhiên, nâng công suất đạt trên 100.000 cá thể/mẻ trong giai đoạn 2022-2023.
  • Ứng dụng kỹ thuật phóng thích thiên địch sớm trên cây ngô và cây rau màu: Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật các tỉnh phối hợp cùng các hợp tác xã nông nghiệp thực hiện thả ấu trùng bọ cánh mạch xanh tuổi 2 hoặc tuổi 3 với mật độ 2-3 con/m² ngay từ giai đoạn ngô 6-8 lá. Chỉ tiêu hướng tới là giảm 70% mật độ rệp hại trước khi bùng phát, áp dụng liên tục trong các vụ sản xuất hàng năm.
  • Xây dựng mô hình bảo tồn thiên địch tự nhiên tại địa phương: Cán bộ khuyến nông và nông dân tại các vùng thâm canh ngô, rau màu cần thiết lập các dải cây hoa dẫn dụ (như thìa là, cúc vàng, mùi tây) quanh bờ ruộng nhằm cung cấp mật và phấn hoa cho bọ cánh mạch trưởng thành. Đồng thời giảm thiểu 60% tần suất phun thuốc hóa học phổ rộng, giúp duy trì mật độ bọ cánh mạch xanh tự nhiên trên 0,3 con/lá trong giai đoạn 2023-2025.
  • Hoàn thiện công nghệ bảo quản lạnh trứng và kén nhộng: Các nhóm nghiên cứu sau đại học cần tập trung phát triển kỹ thuật lưu trữ trứng bọ cánh mạch xanh ở nhiệt độ 10°C trong thời gian từ 10 đến 15 ngày với tỷ lệ nở duy trì trên 80%, bảo đảm khả năng vận chuyển và phân phối thương mại hóa giai đoạn 2024-2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng dẫn liệu phong phú và có giá trị tham chiếu cao cho 4 nhóm đối tượng:

  • Giảng viên và nhà nghiên cứu Côn trùng học: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn xác về đặc điểm hình thái học, chu kỳ sinh học và phương pháp xây dựng bảng sống (life-table) theo chuẩn Birch (1948) trên các loài thiên địch bộ Neuroptera.
  • Kỹ sư Nông học và Cán bộ Chi cục Bảo vệ thực vật: Ứng dụng quy trình điều tra dịch hại chuẩn QCVN 01-38:2010/BNNPTNT để theo dõi dự tính dự báo rệp ngô và xây dựng các gói kỹ thuật IPM trên cây trồng cạn.
  • Doanh nghiệp nông nghiệp công nghệ cao và sản xuất chế phẩm sinh học: Khai thác công thức thức ăn nhân tạo và vật mồi thay thế (trứng ruồi lính đen, ngài gạo) để đầu tư dây chuyền sản xuất thiên địch thương mại phục vụ nhà kính và vùng nông nghiệp hữu cơ.
  • Học viên cao học và sinh viên ngành Bảo vệ thực vật: Nắm vững phương pháp bố trí thí nghiệm sinh học cá thể, kỹ thuật chụp đo vi phẫu trên kính hiển vi soi nổi và xử lý số liệu nâng cao trên SPSS với các kiểm định One-way ANOVA, Kruskal-Wallis và GLM.

Câu hỏi thường gặp

Bọ cánh mạch xanh đóng vai trò như thế nào trong kiểm soát sinh học sâu hại?
Ấu trùng bọ cánh mạch xanh là loài săn mồi rất phàm ăn, sở hữu đôi hàm cong dạng liềm để chích hút dịch cơ thể con mồi. Mỗi cá thể ấu trùng có khả năng tiêu thụ tới hơn 200 con rệp muội hoặc hàng trăm trứng sâu non mỗi tuần, khống chế hiệu quả rệp ngô, bọ phấn và nhện nhỏ.

Vì sao trứng ruồi lính đen và ngài gạo lại là thức ăn thay thế tối ưu cho bọ cánh mạch xanh?
Các thử nghiệm cho thấy ấu trùng đạt tỷ lệ sống sót tuyệt đối 100% trên cả 2 nguồn thức ăn này. Đồng thời, thời gian hoàn thành vòng đời được rút ngắn xuống 24,35 ngày, sức sinh sản đạt từ 39,40 đến 42,29 trứng/cái, cao hơn đáng kể so với nuôi bằng rệp ngô tự nhiên (26,85 trứng/cái).

Quy luật xuất hiện của bọ cánh mạch xanh trên ruộng ngô diễn ra như thế nào?
Bọ cánh mạch xanh xuất hiện xuyên suốt vụ mùa nhưng đạt đỉnh mật độ 0,32 con/lá ở giai đoạn ngô xoáy nõn, chậm hơn 1 tuần so với đỉnh mật độ của rệp ngô (3,27 con/lá ở giai đoạn 8-10 lá). Khi nguồn thức ăn rệp ngô cạn kiệt, mật độ thiên địch giảm về 0,02 con/lá.

Đặc điểm đẻ trứng độc đáo của bọ cánh mạch xanh có ý nghĩa sinh thái gì?
Trưởng thành cái tiết chất keo kéo dài thành cuống tơ cứng cao khoảng 2 cm trên bề mặt lá rồi mới đính trứng lên đầu sợi tơ. Tập tính này giúp nâng trứng lên cao, ngăn ngừa hữu hiệu sự tấn công của các loài bắt mồi khác và tránh tình trạng ấu trùng nở trước ăn thịt trứng nở sau.

Chỉ số tỷ lệ tăng tự nhiên (rm) phản ánh điều gì về tiềm năng nhân nuôi loài thiên địch này?
Giá trị rm đạt từ 0,095 đến 0,113 con cái/con cái/ngày chứng minh quần thể bọ cánh mạch xanh có tốc độ nhân đôi số lượng nhanh chóng ở nhiệt độ 27°C. Việc không có sự sai khác thống kê giữa các loại thức ăn khẳng định tính khả thi của việc thay thế hoàn toàn vật mồi tự nhiên bằng thức ăn nhân tạo.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định được 5 loài côn trùng bắt mồi ăn rệp ngô tại Gia Lâm, Hà Nội, trong đó bọ rùa 6 vằn và bọ cánh mạch xanh là hai nhóm thiên địch chủ lực.
  • Mật độ bọ cánh mạch xanh đạt đỉnh 0,32 con/lá ở giai đoạn xoáy nõn, có mối tương quan chặt chẽ với động thái biến động mật độ rệp ngô ngoài đồng ruộng.
  • Trứng ngài gạo, sâu non ngài gạo và trứng ruồi lính đen là 3 nguồn thức ăn thay thế xuất sắc, duy trì tỷ lệ sống sót 100% của ấu trùng và nâng cao năng suất sinh sản lên 39,40 - 42,29 quả trứng/cái.
  • Vòng đời phát dục của Chrysoperla sp. hoàn thành tối ưu trong 24,35 - 28,10 ngày ở 27°C với sức tăng tự nhiên rm đạt 0,095 - 0,113 con cái/con cái/ngày.
  • Công trình đã đóng góp cơ sở dữ liệu sinh học nền tảng, tạo bước đột phá cho công nghệ nhân nuôi hàng loạt thiên địch bản địa tại Việt Nam.

Trong giai đoạn 2022-2025, các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp nông nghiệp cần phối hợp đẩy mạnh thử nghiệm nhân nuôi bọ cánh mạch xanh ở quy mô bán công nghiệp và triển khai các mô hình ứng dụng thực tế. Hãy liên hệ với Bộ môn Côn trùng – Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam để tiếp nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật và hợp tác phát triển các giải pháp bảo vệ thực vật sinh học tiên tiến.