Nghiên Cứu Hiệu Ứng Vô Sinh Fl Của Liều Bức Xạ Gamma 200 Gy Trên Sâu Tơ Plutella xylostella

Luận án tiến sĩ phân tích sinh học góp phần nghiên cứu về hiệu ứng vô sinh f1 của liều bức xạ gamma 200 gy trên sâu tơ, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp

• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Côn Trùng Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiệu Ứng Vô Sinh Fl Trên Sâu Tơ Plutella xylostella Bằng Bức Xạ Gamma
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Đà Lạt

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Khái quát về các nghiên cứu và ứng dụng vô sinh gây tạo trong phòng trừ sâu hại
• 1.1.1. Cách gây tạo vô sinh côn trùng
• 1.1.2. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng vô sinh gây tạo bằng bức xạ gamma
• 1.1.3. Các điều kiện cần lưu ý khi ứng dụng kỹ thuật côn trùng vô sinh trong thực tiễn phòng trừ sâu hại
• 1.2. Khái quát về sâu tơ Plutella xylostella
• 1.2.1. Lịch sử phát sinh, phân bố và tác hại của sâu tơ
• 1.2.2. Đặc điểm sinh học và sinh thái học của sâu tơ
• 1.2.3. Các biện pháp phòng trừ sâu tơ
• 1.2.4. Tình hình nghiên cứu gây tạo vô sinh bằng bức xạ gamma trên sâu tơ
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp nuôi sâu trong phòng thí nghiệm
• 2.2.2. Phương pháp lập bảng sống của sâu tơ
• 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu biến động số lượng quần thể sâu tơ ngoài đồng ruộng
• 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ và hậu thế của chúng
• 2.2.5. Phương pháp nghiên cứu sai hình nhiễm sắc thể
• 2.2.6. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả
• 2.2.7. Phương pháp xử lý thống kê
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Đặc điểm sinh học và sinh thái học của sâu tơ ở Đà Lạt
• 3.1.1. Các pha phát triển
• 3.1.2. Bảng sống trên đồng ruộng
• 3.1.3. Biến động số lượng quần thể sâu tơ ở Đà Lạt
• 3.2. Nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ và hậu thế của chúng
• 3.2.1. Xác định pha chiếu xạ và liều chiếu xạ
• 3.2.2. Nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ
• 3.2.3. Tỷ lệ vô sinh hoàn toàn
• 3.2.4. Tỷ lệ trứng nở
• 3.2.5. Giới tính của hậu thế
• 3.2.6. Tỷ lệ sống sót ở hậu thế F1
• 3.2.7. Sai hình nhiễm sắc thể ở hậu thế F1 sâu tơ đực chiếu xạ
• 3.2.8. Nghiên cứu vô sinh ở hậu thế F1 sâu tơ đực xử lý liều 200 Gy
• 3.2.8.1. Tỷ lệ vô sinh hoàn toàn
• 3.2.8.2. Tỷ lệ trứng nở
• 3.2.9. Ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả đối với quần thể sâu tơ trong lồng ngoài đồng ruộng
• 3.2.10. Xác suất giao phối của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả
• 3.2.11. Ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả
• 3.2.12. Ảnh hưởng phối hợp của sâu tơ vô sinh (200 Gy) và ong kén trắng ký sinh, Cotesia plutellae, phóng thả trong lồng ngoài đồng ruộng
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Nghiên Cứu Hiệu Ứng Vô Sinh F1 Giải Pháp Cho Sâu Tơ

Sâu tơ Plutella xylostella là một trong những loài sâu hại nguy hiểm nhất đối với cây trồng họ Thập tự trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, ước tính thiệt hại do sâu tơ gây ra chiếm từ 30-50% tổng sản lượng rau. Việc lạm dụng thuốc trừ sâu hóa học đã dẫn đến nhiều hệ quả nghiêm trọng như sâu kháng thuốc, ô nhiễm môi trường và đe dọa sức khỏe con người. Do đó, việc tìm kiếm các biện pháp phòng trừ sâu tơ hiệu quả và thân thiện với môi trường là vô cùng cần thiết. Một trong những hướng đi đầy hứa hẹn là nghiên cứu hiệu ứng vô sinh F1 bằng bức xạ Gamma, một phương pháp có tiềm năng lớn trong quản lý dịch hại tổng hợp (IPM). Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) và Tổ Chức Lương Nông Quốc Tế (FAO) từ lâu đã phối hợp chủ trì việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật côn trùng vô sinh (SIT) vào thực tiễn phòng trừ sâu hại. Nghiên cứu này nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc áp dụng vô sinh F1 ở sâu tơ hại rau tại Việt Nam, đánh giá tiềm năng của biện pháp này trong việc kìm hãm số lượng quần thể sâu tơ tại Đà Lạt.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Kiểm Soát Sâu Tơ Plutella Xylostella

Việc kiểm soát hiệu quả sâu tơ Plutella xylostella là yếu tố then chốt để đảm bảo năng suất và chất lượng rau màu. Thiệt hại kinh tế do loài sâu này gây ra là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình trạng kháng thuốc ngày càng gia tăng. Nghiên cứu các biện pháp phòng trừ sinh học, bao gồm cả hiệu ứng vô sinh, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền nông nghiệp bền vững. Việc giảm sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu hóa học giúp bảo vệ môi trường, sức khỏe người tiêu dùng và nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp.

1.2. Giới Thiệu Phương Pháp Bức Xạ Gamma Trong Nông Nghiệp

Bức xạ Gamma là một công cụ hữu ích trong nhiều lĩnh vực của nông nghiệp, bao gồm bảo quản thực phẩm, tạo giống cây trồng mới và kiểm soát sâu hại. Trong kiểm soát sâu hại, bức xạ Gamma được sử dụng để gây hiệu ứng vô sinh ở côn trùng, làm giảm khả năng sinh sản và kìm hãm sự phát triển của quần thể. Phương pháp này có tính đặc hiệu cao, ít gây ảnh hưởng đến các loài sinh vật khác và an toàn cho môi trường nếu được sử dụng đúng cách. Việc ứng dụng năng lượng nguyên tử trong nông nghiệp hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích to lớn.

II. Thách Thức Đề Kháng Thuốc Và Ảnh Hưởng Môi Trường

Việc sử dụng rộng rãi thuốc trừ sâu hóa học để phòng trừ sâu tơ đã dẫn đến tình trạng đề kháng thuốc ngày càng gia tăng. Nhiều loại thuốc không còn hiệu quả, buộc nông dân phải sử dụng các loại thuốc mạnh hơn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe. Các loại thuốc trừ sâu có tác động tích tụ vào chuỗi thức ăn, làm giảm số lượng loài sinh vật có ích, giảm tính đa dạng sinh học và gây hại cho con người. Theo tài liệu gốc, tỷ lệ thuốc hóa học sử dụng bình quân trên 1 ha gieo trồng là 0,4-0,5 kg chất hữu hiệu a. Cá biệt ở vùng rau Đà lạt 5,1 — 13,5 kg a./ha. Bên cạnh đó, chi phí cho thuốc trừ sâu cũng là một gánh nặng đối với người nông dân. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế an toàn và hiệu quả là vô cùng cấp thiết. Biện pháp sinh học được coi là một trong những hướng đi tiềm năng để giải quyết những thách thức này.

2.1. Tác Hại Của Thuốc Trừ Sâu Hóa Học Đến Môi Trường Sinh Thái

Thuốc trừ sâu hóa học gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái. Chúng có thể làm ô nhiễm nguồn nước, đất đai và không khí, ảnh hưởng đến các loài sinh vật không phải mục tiêu, bao gồm cả các loài có ích như ong và bọ rùa. Việc tích tụ thuốc trừ sâu trong chuỗi thức ăn có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và động vật hoang dã. Cần có những biện pháp quản lý chặt chẽ việc sử dụng thuốc trừ sâu để giảm thiểu những tác động tiêu cực này.

2.2. Thực Trạng Đề Kháng Thuốc Trừ Sâu Ở Sâu Tơ Plutella Xylostella

Đề kháng thuốc trừ sâu là một vấn đề ngày càng nghiêm trọng trong phòng chống sâu tơ Plutella xylostella. Việc sử dụng liên tục một loại thuốc trừ sâu trong thời gian dài có thể dẫn đến sự chọn lọc tự nhiên, khiến cho quần thể sâu tơ trở nên kháng thuốc. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các loại thuốc mạnh hơn hoặc kết hợp nhiều loại thuốc khác nhau, làm tăng chi phí và gây hại thêm cho môi trường. Cần có những chiến lược quản lý kháng thuốc hiệu quả để duy trì hiệu quả của các biện pháp phòng trừ.

III. Giải Pháp Nghiên Cứu Vô Sinh F1 Bằng Bức Xạ Gamma

Hiệu ứng vô sinh F1 bằng bức xạ Gamma là một phương pháp đầy triển vọng trong kiểm soát sâu tơ. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc chiếu xạ một liều bức xạ Gamma dưới ngưỡng gây vô sinh hoàn toàn cho sâu tơ, tạo ra các đột biến di truyền gây vô sinh hoặc giảm khả năng sinh sản ở thế hệ con cháu (F1). Khi các cá thể F1 vô sinh giao phối với các cá thể khỏe mạnh trong quần thể tự nhiên, số lượng sâu tơ sẽ giảm dần theo thời gian. Điểm ưu việt của phương pháp này là không gây ra độc tính trực tiếp cho môi trường và có thể được tích hợp vào các chương trình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM). Các nghiên cứu ban đầu cho thấy hiệu ứng vô sinh F1 có thể đạt được hiệu quả cao trong việc kìm hãm quần thể sâu tơ.

3.1. Cơ Chế Tác Động Của Bức Xạ Gamma Gây Vô Sinh Di Truyền

Bức xạ Gamma tác động lên DNA của tế bào sinh sản, gây ra các đột biến gen và sai hình nhiễm sắc thể. Những đột biến này có thể không gây ra tác động ngay lập tức đối với cá thể bị chiếu xạ, nhưng lại gây ra hiệu ứng vô sinh hoặc giảm khả năng sinh sản ở thế hệ con cháu (F1). Cơ chế tác động này được gọi là vô sinh di truyền và là cơ sở của phương pháp vô sinh F1. Liều lượng bức xạ Gamma được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu ứng vô sinh mà không ảnh hưởng quá nhiều đến khả năng cạnh tranh giao phối và sức sống của sâu tơ.

3.2. Ưu Điểm Của Vô Sinh F1 So Với Kỹ Thuật Côn Trùng Vô Sinh SIT

Vô sinh F1 có một số ưu điểm so với Kỹ thuật côn trùng vô sinh (SIT) truyền thống. Trong SIT, sâu tơ được chiếu xạ với liều lượng cao để gây vô sinh hoàn toàn, điều này có thể làm giảm khả năng cạnh tranh giao phối và sức sống của chúng. Trong khi đó, vô sinh F1 sử dụng liều lượng bức xạ Gamma thấp hơn, giúp duy trì khả năng cạnh tranh giao phối của sâu tơ và vẫn đạt được hiệu ứng vô sinh ở thế hệ con cháu. Điều này giúp tăng hiệu quả của chương trình phóng thả và giảm chi phí sản xuất sâu tơ vô sinh.

IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Liều Bức Xạ Gamma Đến Sâu Tơ

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các liều bức xạ Gamma khác nhau đến khả năng sinh sản của sâu tơ và tỷ lệ nở trứng của thế hệ F1. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm, với các thông số môi trường được kiểm soát chặt chẽ. Sâu tơ được nuôi trên môi trường nhân tạo và được chiếu xạ ở các giai đoạn phát triển khác nhau. Sau khi chiếu xạ, khả năng sinh sản, tỷ lệ nở trứng, vòng đời sâu tơ, tỷ lệ vô sinh hoàn toàn và giới tính của hậu thế được theo dõi và ghi lại. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp xác định liều lượng bức xạ Gamma tối ưu để đạt được hiệu ứng vô sinh F1 mong muốn. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của việc phóng thả sâu tơ vô sinh (200 Gy) đối với quần thể sâu tơ trong lồng ngoài đồng ruộng.

4.1. Xác Định Pha Chiếu Xạ Và Liều Lượng Bức Xạ Gamma Phù Hợp

Việc xác định pha chiếu xạ và liều lượng bức xạ Gamma phù hợp là yếu tố then chốt để đạt được hiệu ứng vô sinh F1 hiệu quả. Các giai đoạn phát triển khác nhau của sâu tơ có độ nhạy cảm khác nhau đối với bức xạ Gamma. Do đó, cần phải tiến hành các thí nghiệm để xác định giai đoạn nào là thích hợp nhất để chiếu xạ. Liều lượng bức xạ Gamma cũng cần được điều chỉnh cẩn thận để tối ưu hóa hiệu ứng vô sinh mà không ảnh hưởng quá nhiều đến khả năng cạnh tranh giao phối và sức sống của sâu tơ.

4.2. Đánh Giá Tỷ Lệ Nở Trứng Và Ảnh Hưởng Đến Hậu Thế

Tỷ lệ nở trứng là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả của bức xạ Gamma trong việc gây vô sinh ở sâu tơ. Các thí nghiệm được thực hiện để so sánh tỷ lệ nở trứng của các nhóm sâu tơ được chiếu xạ với các liều lượng khác nhau và nhóm đối chứng không được chiếu xạ. Ngoài ra, nghiên cứu cũng theo dõi ảnh hưởng của bức xạ Gamma đến giới tính của hậu thế và các đặc điểm sinh học khác. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá tiềm năng của phương pháp vô sinh F1.

V. Kết Quả Hiệu Quả Kìm Hãm Quần Thể Sâu Tơ Tại Đà Lạt

Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả của việc phóng thả sâu tơ vô sinh (200 Gy) đối với quần thể sâu tơ trong lồng ngoài đồng ruộng tại Đà Lạt. Xác suất giao phối của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả và ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh (200 Gy) phóng thả đối với quần thể sâu tơ được theo dõi chặt chẽ. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng phối hợp của sâu tơ vô sinh (200 Gy) và ong kén trắng ký sinh, Cotesia plutellae, phóng thả trong lồng ngoài đồng ruộng. Kết quả cho thấy việc phóng thả sâu tơ vô sinh có thể góp phần kìm hãm sự phát triển của quần thể sâu tơ trong điều kiện thực tế. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như mật độ quần thể sâu tơ ban đầu, điều kiện thời tiết và sự di chuyển của sâu tơ từ các khu vực khác.

5.1. Đánh Giá Xác Suất Giao Phối Của Sâu Tơ Vô Sinh Trong Tự Nhiên

Xác suất giao phối của sâu tơ vô sinh trong tự nhiên là một yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của phương pháp vô sinh F1. Nếu sâu tơ vô sinh không cạnh tranh được với sâu tơ khỏe mạnh trong việc giao phối, thì hiệu quả kìm hãm quần thể sẽ bị giảm sút. Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp quan sát và phân tích di truyền để đánh giá xác suất giao phối của sâu tơ vô sinh trong điều kiện thực tế.

5.2. Tác Động Phối Hợp Của Vô Sinh F1 Và Ong Kén Trắng Ký Sinh

Việc kết hợp phương pháp vô sinh F1 với các biện pháp kiểm soát sinh học khác, chẳng hạn như sử dụng ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae, có thể làm tăng hiệu quả của chương trình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM). Ong kén trắng ký sinh là một loài thiên địch quan trọng của sâu tơ, giúp kiểm soát mật độ quần thể sâu tơ một cách tự nhiên. Nghiên cứu này đánh giá tác động phối hợp của vô sinh F1 và ong kén trắng ký sinh trong việc kìm hãm quần thể sâu tơ tại Đà Lạt.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Và Hướng Phát Triển Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này đã cung cấp những bằng chứng ban đầu về tiềm năng của hiệu ứng vô sinh F1 bằng bức xạ Gamma trong kiểm soát sâu tơ. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và đánh giá hiệu quả của phương pháp này trong các điều kiện khác nhau. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện khả năng cạnh tranh giao phối của sâu tơ vô sinh, tìm kiếm các liều bức xạ Gamma tối ưu cho các giai đoạn phát triển khác nhau của sâu tơ, và đánh giá hiệu quả kinh tế và ảnh hưởng đến môi trường của phương pháp vô sinh F1. Việc ứng dụng thành công phương pháp này có thể góp phần quan trọng vào việc xây dựng nền nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường.

6.1. Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Của Phương Pháp Vô Sinh F1

Việc đánh giá hiệu quả kinh tế của phương pháp vô sinh F1 là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi và bền vững của phương pháp này. Cần phải so sánh chi phí sản xuất sâu tơ vô sinh, chi phí phóng thả và chi phí quản lý quần thể sâu tơ với lợi ích kinh tế thu được từ việc giảm thiệt hại do sâu tơ gây ra. Nếu hiệu quả kinh tế của phương pháp vô sinh F1 cao hơn so với các phương pháp kiểm soát sâu hại khác, thì phương pháp này sẽ được chấp nhận rộng rãi và được áp dụng trong thực tế.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Về An Toàn Bức Xạ Và Tác Động Đến Môi Trường

Việc nghiên cứu về an toàn bức xạ và tác động đến môi trường của phương pháp vô sinh F1 là rất cần thiết để đảm bảo rằng phương pháp này không gây ra những hậu quả tiêu cực cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Cần phải đảm bảo rằng quy trình chiếu xạ được thực hiện đúng cách để tránh rò rỉ bức xạ Gamma. Bên cạnh đó, cần phải đánh giá ảnh hưởng của việc phóng thả sâu tơ vô sinh đến các loài sinh vật khác trong hệ sinh thái và đảm bảo rằng phương pháp này không gây ra sự mất cân bằng sinh thái.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Sâu tơ (Plutella xylostella L., thuộc họ Yponomeutidae, bộ Lepidoptera) là loài sâu hại nguy hiểm đối với các loại cây trồng thuộc họ Thập Tự (Cruciferae) trên phạm vi toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Theo các khảo sát thực tế tại Việt Nam được tác giả trích dẫn, mức độ thiệt hại về sản lượng do sâu tơ gây ra dao động trong khoảng từ 30% đến 50% tổng sản lượng rau thu hoạch; cá biệt chi phí dành riêng cho việc phòng trừ sâu tơ có thể chiếm từ 20% đến 46,7% tổng chi phí sản xuất một vụ cải bắp (điển hình tại Thành phố Hồ Chí Minh). Việc lạm dụng các loại thuốc trừ sâu hóa học trong nhiều thập kỷ đã gây ra những hệ lụy nghiêm trọng: sâu tơ hình thành tính kháng thuốc cao đối với hầu hết các nhóm hoạt chất (tại Xã Đàn, Hà Nội, tần số kháng của sâu tơ lên tới 201 lần đối với Volfatox, 65,1 lần đối với Dipterex và 57,1 lần đối với Diazinon); dư lượng thuốc hóa học làm ô nhiễm môi trường đất, nước và đe dọa trực tiếp đến sức khỏe con người (mức sử dụng thuốc hóa học bình quân tại vùng rau Đà Lạt ghi nhận từ 5,1 đến 13,5 kg hoạt chất/ha, cao gấp nhiều lần so với các vùng trồng lúa hoặc hoa màu khác).

Trước thực trạng đó, các biện pháp sinh học và di truyền nhằm kiểm soát sâu hại trong khuôn khổ quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) được đẩy mạnh. Kỹ thuật côn trùng vô sinh truyền thống (Sterile Insect Technique - SIT) đã từng ghi nhận những thành công lớn trên các loài côn trùng thuộc bộ Hai cánh (Diptera). Tuy nhiên, đối với côn trùng thuộc bộ Cánh vẩy (Lepidoptera), do có cấu trúc nhiễm sắc thể tâm động phân tán nên chúng sở hữu khả năng kháng bức xạ rất cao; liều chiếu xạ để gây vô sinh hoàn toàn (VSHT) trên sâu tơ lên tới 300 - 400 Gy. Xử lý bức xạ ở mức liều cao như vậy làm suy giảm nghiêm trọng tuổi thọ, làm rối loạn nhịp sinh học, giảm khả năng cạnh tranh giao phối và khả năng chuyển giao tinh cầu của con đực ngoài tự nhiên. Để khắc phục nhược điểm này, phương hướng gây tạo vô sinh F1 (F1 Sterility hay vô sinh di truyền - Inherited Sterility) bằng liều bức xạ dưới vô sinh (substerilizing dose) đã được mở ra. Mặc dù vậy, tại Việt Nam, các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về hiệu ứng vô sinh F1 trên sâu tơ bằng bức xạ gamma vẫn chưa được triển khai có hệ thống. Do đó, luận án được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu này, đóng góp dữ liệu khoa học cho chương trình hợp tác quốc tế của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA).

Mục tiêu và nội dung cơ bản của nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu chính:

1. Bước đầu xây dựng cơ sở khoa học cho nghiên cứu gây tạo vô sinh F1 ở sâu tơ hại rau tại Việt Nam.
2. Thăm dò tiềm năng của biện pháp vô sinh F1 đối với việc kìm hãm số lượng quần thể sâu tơ tại Đà Lạt, một trong những trung tâm trồng rau lớn nhất tại Việt Nam.

Nội dung cơ bản của luận án bao gồm ba phần trọng tâm:

1. Nghiên cứu đặc điểm sinh học và sinh thái học của sâu tơ ở Đà Lạt.
2. Nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ và hậu thế F1 của chúng.
3. Đánh giá ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh phóng thả đối với quần thể sâu tơ trong lồng ngoài đồng ruộng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Sâu tơ Plutella xylostella (L.) ở các pha phát triển (trứng, sâu non 4 tuổi, nhộng, ngài trưởng thành); ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae (Hymenoptera: Braconidae); cây rau họ Thập Tự và cây Sen Cạn (Tropaeolum majus thuộc họ Tropaeolaceae) được sử dụng làm thức ăn nhân nuôi sâu tơ.
• Phạm vi không gian: Các thí nghiệm nhân nuôi, xử lý chiếu xạ và phân tích tế bào học được tiến hành trong phòng thí nghiệm; các khảo sát quần thể và thử nghiệm phóng thả được thực hiện trong lồng lưới ngoài đồng ruộng tại các vùng trồng rau chuyên canh ở thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng.
• Phạm vi thời gian: Đề tài nằm trong khuôn khổ chương trình hợp tác quốc tế "Đánh giá sự kìm hãm quần thể côn trùng bởi loài Lepidoptera chiếu xạ và hậu thế của chúng" (Evaluation of insect population suppression by irradiated Lepidoptera and their progeny) giai đoạn 1992 - 1998 do IAEA chủ trì, kết hợp với các dữ liệu theo dõi thực địa tại địa phương từ năm 1991 đến khi hoàn thành công trình.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được điểm lại

Trong luận án, tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo hai trục nội dung lớn: kỹ thuật côn trùng vô sinh (SIT, vô sinh F1) và sinh thái, biện pháp phòng trừ sâu tơ.

1. Lịch sử và cơ sở di truyền của kỹ thuật vô sinh:

   • Muller (1928): Thí nghiệm tia Rơnghen trên ruồi giấm Drosophila melanogaster, chứng minh các đột biến gây chết trội do biến đổi nhiễm sắc thể.
   • Xêrêbrovxki: Đề xuất ý tưởng sử dụng chuyển đoạn nhiễm sắc thể trong phòng trừ sâu hại.
   • E. Knipling (1937, 1949, 1964, 1979): Đặt nền móng lý thuyết và thực tiễn cho SIT thông qua việc triệt tiêu ruồi thịt Cochliomyia hominivorax tại đảo Curacao (1954), vùng Tây Nam nước Mỹ và Mexico; xây dựng mô hình toán học so sánh hiệu quả kìm hãm quần thể giữa biện pháp hóa học, SIT và vô sinh F1.
   • Proverbs và Newton (1962): Lần đầu tiên phát hiện hiện tượng vô sinh di truyền ở hậu thế F1 từ bướm đực loài Carpocapsa pomonella được chiếu xạ liều dưới vô sinh. Hiện tượng này tiếp tục được ghi nhận ở Paramyelois transitella (Husseiny và Madsen, 1964).
   • Bauer (1967), North và Holt (1968, 1969, 1970, 1971): Phân tích tế bào học cho thấy các đứt gãy và chuyển đoạn nhiễm sắc thể ở tinh bào là nguyên nhân gây vô sinh di truyền ở hậu thế F1 của các loài Pieris brassicae, Trichoplusia ni, Heliothis virescens.
   • LaChance và cộng sự (1977), North (1975): Khẳng định côn trùng bộ Lepidoptera có nhiễm sắc thể tâm động phân tán (holokinetic) nên có sức đề kháng phóng xạ cao hơn hẳn các bộ Diptera, Hymenoptera hay Coleoptera. Liều gây vô sinh hoàn toàn ở Lepidoptera thường đạt 300 - 400 Gy, trong khi các bộ khác chỉ dưới 100 Gy.
   • Carpenter và cộng sự (1987, 1993, 1994): Xây dựng mô hình máy tính dự đoán hiệu ứng của vô sinh F1 trên Helicoverpa zea và chứng minh việc tích hợp phóng thả con đực xử lý liều dưới vô sinh với thả thiên địch ký sinh mang lại hiệu quả triệt tiêu sâu hại vượt trội.
   • Các nghiên cứu vô sinh F1 trên sâu tơ Plutella xylostella: Omar và Mansor (1993), Yang và cộng sự (1993), Sutrisno và cộng sự (1993).

2. Nghiên cứu sinh thái học và biện pháp phòng trừ sâu tơ:

   • Nghiên cứu sinh học, độ mắn đẻ, vòng đời của sâu tơ trên thế giới: Biever và Boldt (1971 tại Mỹ), Salinas và Pena (1986 tại Venezuela), Ho (1965 tại Malaysia), Wakisaka và cộng sự (ảnh hưởng của thức ăn đến độ mắn đẻ), Harcourt (1954, 1957, 1986 tại Canada về bảng sống và sự qua đông).
   • Nghiên cứu sâu tơ và phòng trừ tại Việt Nam: Ban điều tra cơ bản côn trùng Bộ Nông nghiệp (1967 - 1968), Lê Trường (1980), Nguyễn Quí Hùng và cộng sự (1992, 1995), Bùi Cánh Tuyến (1995).
   • Đấu tranh sinh học: Tổng kết vai trò của các loài ong ký sinh chuyên khoa gồm Diadegma semiclausum, Cotesia plutellae, Diadromus collaris tại New Zealand, Australia, Indonesia, Malaysia, Đài Loan, Philippines và Thái Lan (Ooi, 1979, 1992; Talekar và Shelton, 1993).

Tác giả / Năm công bố	Đối tượng côn trùng nghiên cứu	Phát hiện / Đóng góp chính
Muller (1928)	Drosophila melanogaster	Đột biến gây chết trội do bức xạ ion hóa
E. Knipling (1954 - 1979)	Cochliomyia hominivorax	Phát triển kỹ thuật SIT và xây dựng mô hình kìm hãm quần thể
Proverbs & Newton (1962)	Carpocapsa pomonella	Phát hiện hiện tượng vô sinh F1 do liều bức xạ dưới vô sinh
North & Holt (1968 - 1971)	Trichoplusia ni, Heliothis spp.	Cơ chế chuyển kết đứt gãy NST holokinetic gây vô sinh F1
Carpenter (1993 - 1994)	Helicoverpa zea	Mô hình hóa vô sinh F1 kết hợp phóng thả thiên địch
Omar & Mansor (1993)	Plutella xylostella	Tác động của liều chiếu xạ dưới vô sinh trên sâu tơ
Nguyễn Quí Hùng và cs. (1995)	Plutella xylostella	Dẫn liệu sinh học và quản lý tổng hợp sâu tơ tại Việt Nam

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù tiềm năng của vô sinh F1 đã được chứng minh trên nhiều loài bướm hại quốc tế, việc áp dụng mức liều bức xạ gamma cụ thể (200 Gy) trên đối tượng sâu tơ tại vùng sinh thái nhiệt đới núi cao Đà Lạt chưa từng được công bố. Luận án tập trung giải quyết:

• Đánh giá định lượng hiệu ứng của liều chiếu xạ dưới vô sinh 200 Gy đối với tỷ lệ vô sinh hoàn toàn, tỷ lệ nở của trứng, tỷ lệ sống sót và biến động tỷ lệ giới tính của thế hệ bố mẹ và thế hệ hậu thế F1.
• Phân tích cơ chế di truyền tế bào học thông qua tần số sai hình nhiễm sắc thể trong tinh bào F1.
• Kiểm chứng thực nghiệm khả năng kìm hãm quần thể sâu tơ ngoài đồng của phương thức phóng thả phối hợp cả cá thể đực và cái vô sinh, cũng như sự kết hợp giữa phóng thả sâu tơ vô sinh và ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án vận dụng các lý thuyết nền tảng:

• Lý thuyết di truyền học bức xạ và cấu trúc nhiễm sắc thể phân tán (Holokinetic chromosomes): Côn trùng bộ Lepidoptera không có tâm động tập trung mà các sợi tơ vô sắc đính dọc theo chiều dài nhiễm sắc thể. Do đó, các đoạn nhiễm sắc thể bị đứt gãy dưới tác động của bức xạ gamma không bị tiêu biến trong phân bào mà có thể liên kết tái tổ hợp tạo nên các chuyển đoạn (translocations). Cá thể mang các đột biến chuyển đoạn dị hợp tử này vẫn có khả năng sinh sản một phần nhưng sẽ truyền lại cho hậu thế F1 các sai hình nhiễm sắc thể gây vô sinh hoặc đột biến chết phôi ở thế hệ kế tiếp.
• Mô hình kìm hãm quần thể bằng biện pháp di truyền của Knipling: So sánh động thái suy giảm quần thể tự nhiên qua các thế hệ khi phóng thả liên tục cá thể vô sinh hoàn toàn (SIT) so với cá thể vô sinh một phần (vô sinh F1).
• Lý thuyết quản lý dịch hại tổng hợp (IPM): Kết hợp các yếu tố sinh học tự nhiên, hạn chế thuốc trừ sâu hóa học, tận dụng hiệu ứng gia cộng giữa sâu tơ vô sinh và thiên địch ký sinh.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án kết hợp các phương pháp sinh học thực nghiệm, di truyền tế bào học và thống kê sinh học định lượng:

1. Phương pháp nhân nuôi sâu trong phòng thí nghiệm: Sử dụng lá cây Sen Cạn (Tropaeolum majus) làm thức ăn thay thế thích hợp quanh năm để duy trì chủng sâu tơ ổn định phục vụ các đợt chiếu xạ.
2. Phương pháp sinh thái học thực địa: Lập Bảng Sống (Life Table) của sâu tơ trên đồng ruộng; điều tra mật độ sâu non, nhộng và ngài sâu tơ qua các tháng trong năm tại các vùng rau Đà Lạt; khảo sát mức độ xuất hiện tự nhiên của ong kén trắng Cotesia plutellae.
3. Phương pháp chiếu xạ và đánh giá vô sinh:
   • Xử lý chiếu xạ bằng tia bức xạ gamma (nguồn Co-60 hoặc Cs-137) trên các pha phát triển khác nhau ở các mức liều từ 25 Gy đến 200 Gy để xác định pha mẫn cảm thích hợp nhất và xác lập phương trình tương quan liều lượng - đáp ứng.
   • Ghép cặp giao phối giữa cá thể chiếu xạ (T) với cá thể không chiếu xạ (U) theo các tổ hợp: đực xử lý x cái bình thường, đực bình thường x cái xử lý, và các tổ hợp giao phối ở hậu thế F1.
   • Ghi nhận số trứng đẻ, tỷ lệ trứng nở, tỷ lệ hóa nhộng, tỷ lệ vũ hóa và tỷ lệ giới tính (đực/cái).
4. Phương pháp tế bào học: Mổ tinh hoàn sâu non tuổi 4 hoặc nhộng của hậu thế F1 bướm đực chiếu xạ 200 Gy, nhuộm tiêu bản tế bào và quan sát dưới kính hiển vi quang học để xác định các sai hình nhiễm sắc thể (cầu nối nhiễm sắc thể, mảnh đứt gãy, chuyển đoạn) trong các giai đoạn phân chia của tinh bào.
5. Phương pháp thử nghiệm phóng thả trong lồng ngoài đồng ruộng: Bố trí lồng lưới cách ly đặt trên ruộng bắp cải. Thử nghiệm các công thức phóng thả với tỷ lệ khác nhau giữa cá thể hữu thụ ngoài tự nhiên (U), cá thể sâu tơ chiếu xạ 200 Gy (I) và ong ký sinh (KS):
   • Lồng đối chứng (không phóng thả tác nhân vô sinh).
   • Lồng chỉ phóng thả ngài sâu tơ chiếu xạ (cả đực và cái).
   • Lồng chỉ phóng thả ong kén trắng Cotesia plutellae.
   • Lồng phóng thả phối hợp ngài vô sinh và ong kén trắng.
6. Phương pháp xử lý thống kê:
   • Sử dụng các phần mềm thống kê để tính giá trị trung bình ($\bar{X}$), độ lệch chuẩn (SD), phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định sự sai khác bằng trắc nghiệm Duncan ($P = 0,05$).
   • Xây dựng phương trình hồi quy phi tuyến tính mô tả mối quan hệ giữa liều chiếu xạ ($X$) và tỷ lệ vô sinh ($Y$).
   • Đánh giá mức độ kìm hãm kích thước quần thể trong lồng theo công thức: $$H = \frac{U - R}{U} \times 100%$$ Trong đó $U$ là tỷ lệ phần trăm ngài vũ hóa ở lồng đối chứng, $R$ là tỷ lệ phần trăm ngài vũ hóa ở lồng xử lý phóng thả.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG MỘT: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Chương này cung cấp hệ thống tư liệu toàn diện về cơ sở sinh học và kỹ thuật phòng trừ sâu tơ:

• Khái quát về các nghiên cứu và ứng dụng vô sinh gây tạo: Phân tích sự chuyển dịch từ các hóa chất gây vô sinh (nhóm alkylin, chất chống trao đổi chất có nhược điểm độc tính cao, gây ung thư và dễ gây trơ) sang sử dụng bức xạ ion hóa gamma. Trình bày chi tiết tiến trình lịch sử từ kỹ thuật SIT cổ điển trên ruồi thịt Cochliomyia hominivorax đến phát hiện về vô sinh F1 trên các loài sâu bướm bộ Lepidoptera.
• So sánh mô hình toán học SIT và Vô sinh F1 của Knipling: Mô hình chứng minh rằng để đạt mức độ kìm hãm quần thể sâu hại tương đương qua 3 - 4 thế hệ, biện pháp SIT đòi hỏi số lượng cá thể phóng thả gấp 4 lần so với biện pháp vô sinh F1. Vô sinh F1 bảo tồn được khả năng cạnh tranh giao phối nhờ sử dụng liều chiếu xạ thấp hơn liều gây chết hoàn toàn.
• Tổng quan về sâu tơ Plutella xylostella: Nêu rõ nguồn gốc phát sinh từ vùng Địa Trung Hải, lịch sử lây lan qua 128 quốc gia; tập tính ký chủ trên các loài rau họ Thập Tự; các giai đoạn sinh trưởng; các dẫn liệu trái chiều về hiện tượng đình dục qua đông tại vùng ôn đới và khả năng di cư đường dài hàng ngàn kilomet nhờ các luồng không khí.
• Các biện pháp phòng trừ sâu tơ: Tổng kết các biện pháp sinh học (sử dụng Bacillus thuringiensis, phức hợp ong ký sinh Diadegma semiclausum, Cotesia plutellae, Diadromus collaris); thực trạng kháng hầu hết các nhóm thuốc hóa học tổng hợp (lân hữu cơ, cúc tổng hợp, chất điều hòa sinh trưởng chitin); biện pháp sử dụng bẫy dính màu vàng, bẫy cây mù tạc (Brassica juncea), pheromon giới tính gây nhiễu giao phối, và canh tác xen canh.

CHƯƠNG HAI: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương Hai mô tả chuẩn mực các quy trình thực nghiệm được triển khai:

• Tiêu chuẩn lựa chọn chủng sâu tơ thí nghiệm và kỹ thuật duy trì quần thể nuôi liên tục trong phòng thí nghiệm bằng cây Sen Cạn (Tropaeolum majus).
• Phương pháp điều tra thực địa tại các vùng rau chuyên canh ở Đà Lạt nhằm lập bảng sống của sâu tơ và xác định biến động mật độ quần thể tự nhiên.
• Quy trình xử lý chiếu xạ nguồn Co-60/Cs-137 trên các pha phát triển: xác định pha nhộng là pha tối ưu để chiếu xạ nhờ tính bất động, dễ thao tác và sức chịu đựng cơ học tốt.
• Kỹ thuật tế bào học làm tiêu bản gián phân và giảm phân của tinh bào F1 nhằm phát hiện các cấu trúc dị thường của nhiễm sắc thể (cầu nhiễm sắc thể, thể vòng, chuyển đoạn).
• Bố trí thí nghiệm lồng thực địa ngoài đồng ruộng nhằm đánh giá xác suất giao phối, sức cạnh tranh giới tính và khả năng kiểm soát kích thước quần thể qua hai thế hệ liên tiếp.

CHƯƠNG BA: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

Chương Ba là phần trọng tâm chứa đựng các dữ liệu định lượng của luận án:

1. Đặc điểm sinh thái học của sâu tơ tại Đà Lạt:

   • Sâu tơ hiện diện quanh năm trên đồng ruộng Đà Lạt do rau Thập Tự được canh tác liên tục. Mật độ và tỷ lệ sống sót vào mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau) cao hơn rõ rệt so với mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 11).
   • Đỉnh cao mật độ của ngài sâu tơ rơi vào tháng 5 hàng năm; đỉnh thấp nhất rơi vào tháng 9 (do lượng mưa lớn rửa trôi sâu non và làm giảm hoạt động bay giao phối).
   • Ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae hiện diện thường xuyên trên các ruộng rau nhưng mật độ tự nhiên rất thấp (dưới 1,0 kén/10 cây cải), không đủ khả năng tự khống chế dịch sâu tơ nếu không có biện pháp hỗ trợ.

2. Nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ và hậu thế F1:

   • Pha thích hợp nhất để chiếu xạ là pha nhộng giai đoạn cuối (trước khi vũ hóa).
   • Khảo sát dải liều từ 25 Gy đến 200 Gy cho thấy tỷ lệ vô sinh tăng theo liều chiếu xạ nhưng không tuân theo quy luật tuyến tính. Mối quan hệ giữa tỷ lệ vô sinh gây tạo ($Y$) và liều chiếu xạ ($X$) được mô tả qua phương trình đường hồi quy phi tuyến.
   • Ở mức liều dưới vô sinh 200 Gy, cá thể xử lý vẫn duy trì được sức sống và hoạt động giao phối bình thường nhưng truyền lại tỷ lệ vô sinh rất cao cho hậu thế F1.
   • Phân tích tế bào học xác nhận tỷ lệ tinh bào mang sai hình nhiễm sắc thể ở hậu thế F1 sâu tơ đực chiếu xạ đạt tới 86,9%.
   • Mối tương quan vô sinh giữa bố mẹ và hậu thế: Khi cặp bố mẹ có tỷ lệ vô sinh dưới 70%, mức độ vô sinh ở F1 xấp xỉ hoặc thấp hơn bố mẹ; tuy nhiên, khi cặp bố mẹ có tỷ lệ vô sinh đạt trên 70%, tỷ lệ vô sinh ở hậu thế F1 tăng vọt lên mức trên 90%.
   • Tỷ lệ trứng nở ở các cặp lai F1 suy giảm nghiêm trọng, đồng thời tỷ lệ giới tính của hậu thế F1 bị lệch hẳn về phía con đực.

3. Ảnh hưởng của phóng thả sâu tơ vô sinh (200 Gy) trong lồng ngoài đồng ruộng:

   • Khảo sát xác suất giao phối khẳng định sâu tơ chiếu xạ 200 Gy có khả năng cạnh tranh giao phối tốt với các cá thể hoang dại ngoài tự nhiên.
   • Phóng thả phối hợp cả cá thể đực và cái vô sinh mang lại hiệu quả kìm hãm ở thế hệ thứ hai cao hơn (>80%) so với việc chỉ phóng thả sâu đực. Điều này giải quyết trở ngại thực tiễn vì hiện chưa có công nghệ tách riêng nhộng đực và nhộng cái ở quy mô lớn.
   • Kết quả thử nghiệm phóng thả phối hợp sâu tơ vô sinh và ong kén trắng Cotesia plutellae qua hai thế hệ trong lồng ngoài đồng (trích xuất từ Bảng 3.14 của văn bản):

Công thức lồng thí nghiệm (KS : I : U)	Số trứng ($\bar{X} \pm SD$)	Số sâu non ($\bar{X} \pm SD$)	Số nhộng ($\bar{X} \pm SD$)	Số ngài vũ hóa ($\bar{X} \pm SD$)	Tỷ lệ giảm quần thể ngài (%)
Thế hệ thứ nhất
Lồng đối chứng (0 : 0 : 10)	$298 \pm 67^b$	$261 \pm 42^a$	$127 \pm 33^a$	$108 \pm 25^a$	0%
Lồng ong ký sinh (50 : 0 : 10)	$279 \pm 40^b$	$252 \pm 34^a$	$87 \pm 10^b$	$78 \pm 17^b$	27,78%
Lồng ngài vô sinh (0 : 50 : 10)	$417 \pm 21^a$	$255 \pm 41^a$	$115 \pm 25^a$	$104 \pm 16^a$	0%
Lồng ong KS + ngài vô sinh (25 : 25 : 10)	$432 \pm 20^a$	$262 \pm 41^a$	$66 \pm 15^b$	$63 \pm 15^b$	41,67%
Thế hệ thứ hai
Lồng đối chứng (0 : 0 : 10)	$2796 \pm 415^a$	$2534 \pm 204^a$	$1572 \pm 297^a$	$1431 \pm 214^a$	0%
Lồng ong ký sinh (50 : 0 : 10)	$2267 \pm 308^b$	$2018 \pm 195^b$	$1108 \pm 109^b$	$1002 \pm 86^b$	29,98%
Lồng ngài vô sinh (0 : 50 : 10)	$1432 \pm 289^c$	$288 \pm 56^c$	$261 \pm 48^c$	$257 \pm 51^c$	82,58%
Lồng ong KS + ngài vô sinh (25 : 25 : 10)	—	$195$	—	—	>90%

Ghi chú số liệu: Ở thế hệ thứ nhất, lồng thả ngài vô sinh không làm giảm số lượng ngài vũ hóa (0%), nhưng sang thế hệ thứ hai tỷ lệ kìm hãm đạt 82,58%. Khi kết hợp cả sâu tơ vô sinh và ong ký sinh, kích thước quần thể sâu hại bị triệt giảm mạnh nhất: số sâu non thế hệ 2 giảm xuống mức thấp nhất (195 con so với 2534 con ở lồng đối chứng), mức độ kìm hãm số lượng ngài đạt trên 90%.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Luận án đặt nền móng khoa học thực nghiệm đầu tiên tại Việt Nam cho việc áp dụng kỹ thuật bức xạ gamma liều dưới vô sinh (200 Gy) để gây tạo hiệu ứng vô sinh F1 trên sâu tơ Plutella xylostella.
2. Chứng minh thực nghiệm cơ chế di truyền tế bào học của hiệu ứng vô sinh F1: Tỷ lệ tế bào tinh bào mang sai hình nhiễm sắc thể đạt 86,9%, khẳng định các đứt gãy và chuyển đoạn trên nhiễm sắc thể tâm động phân tán là nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng vô sinh di truyền ở thế hệ sau.
3. Xác lập quy luật di truyền vô sinh: Tỷ lệ vô sinh ở thế hệ F1 có mối quan hệ chặt chẽ với tỷ lệ vô sinh của cặp bố mẹ; khi cặp bố mẹ đạt ngưỡng vô sinh trên 70% thì mức độ vô sinh ở F1 được khuếch đại lên trên 90%.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật

1. Phát hiện cây Sen Cạn (Tropaeolum majus) tại Đà Lạt vào tháng 12/1991 như một nguồn thức ăn địa phương thay thế hoàn hảo để nhân nuôi sâu tơ ổn định trong phòng thí nghiệm quanh năm mà không phụ thuộc vào nguồn rau Thập Tự thường xuyên nhiễm dư lượng thuốc hóa học.
2. Xác định pha nhộng là pha xử lý chiếu xạ tối ưu và mức liều 200 Gy là liều chiếu xạ thích hợp nhất để tạo ra các cá thể vừa có sức cạnh tranh sinh học cao vừa mang hiệu ứng vô sinh di truyền mạnh.
3. Chứng minh tính khả thi của việc phóng thả đồng thời cả ngài đực và ngài cái vô sinh (tỷ lệ $n đực + n cái$), giúp vượt qua rào cản kỹ thuật chưa thể tách riêng giới tính nhộng sâu tơ ở quy mô công nghiệp.
4. Đưa ra giải pháp phối hợp sinh học: Kết hợp phóng thả sâu tơ vô sinh 200 Gy cùng ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae. Sâu tơ vô sinh cung cấp nguồn sâu non F1 bất dục làm vật chủ nhân sinh khối ong ký sinh ngoài đồng ruộng, tạo nên tác động kìm hãm kép giúp giảm hơn 90% số lượng ngài sâu tơ ở thế hệ kế tiếp.
5. Xác định thời điểm phóng thả tối ưu ngoài tự nhiên là vào thời kỳ chuyển tiếp cuối mùa mưa - đầu mùa khô, khi mật độ tự nhiên của sâu tơ đang ở ngưỡng thấp nhất trong năm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Các thử nghiệm đánh giá khả năng kìm hãm quần thể sâu tơ mới dừng lại ở quy mô lồng lưới cách ly đặt ngoài đồng ruộng (field cages), chưa tiến hành phóng thả diện rộng trên toàn khu vực địa lý tự nhiên.
• Nghiên cứu chưa xây dựng được giải pháp cơ giới hóa hoặc hệ thống di truyền tự động để phân tách giới tính nhộng đực và cái ở quy mô sản xuất hàng loạt.
• Chưa khảo sát chi tiết chi phí kinh tế kỹ thuật hoàn chỉnh cho việc xây dựng cơ sở nhân nuôi công nghiệp và nguồn chiếu xạ quy mô lớn tại địa phương.

Hạn chế và kiến nghị nghiên cứu tiếp theo (nguyên văn từ luận án)

Tác giả đề xuất ba định hướng nghiên cứu tiếp tục:

1. Nghiên cứu và hoàn thiện quy trình nuôi nhân sâu tơ và ong kén trắng ký sinh ở quy mô lớn.
2. Nghiên cứu phương pháp quan trắc sâu tơ vô sinh ngoài đồng ruộng.
3. Nghiên cứu phương pháp lưu giữ nhộng sâu tơ chờ xử lý phóng xạ gây tạo vô sinh và phóng thả đúng thời điểm.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học: Luận án là tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp tiếp cận di truyền học thực nghiệm ứng dụng trong bảo vệ thực vật, đặc biệt là kỹ thuật thiết kế thí nghiệm chiếu xạ ion hóa, kỹ thuật làm tiêu bản tế bào học phân tích sai hình nhiễm sắc thể côn trùng, và phương pháp phân tích bảng sống sinh thái học.
• Đối với giảng viên và nhà nghiên cứu chuyên ngành Côn trùng học, Sinh học phóng xạ: Cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng chuẩn xác về các thông số sinh học của sâu tơ và ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae tại vùng sinh thái đặc thù Tây Nguyên; làm rõ cơ chế di truyền của nhiễm sắc thể tâm động phân tán ở bộ Lepidoptera.
• Đối với cán bộ quản lý nông nghiệp và chuyên gia IPM: Cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng chiến lược kiểm soát dịch hại diện khu vực (Area-Wide Pest Management), giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào thuốc bảo vệ thực vật hóa học tại các vùng sản xuất rau an toàn tập trung.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lại lựa chọn mức liều chiếu xạ 200 Gy thay vì mức liều gây vô sinh hoàn toàn (>300 - 400 Gy)?

Ở côn trùng bộ Lepidoptera (Cánh vẩy), do có nhiễm sắc thể tâm động phân tán nên khả năng kháng bức xạ rất cao. Nếu chiếu xạ ở mức liều gây vô sinh hoàn toàn (300 - 400 Gy theo kỹ thuật SIT cổ điển), cá thể trưởng thành sẽ bị tổn thương thể chất nghiêm trọng, suy giảm tuổi thọ, mất khả năng phát tán và giảm sút khả năng cạnh tranh giao phối với sâu hoang dại ngoài tự nhiên. Mức liều 200 Gy là liều dưới vô sinh; ở mức liều này, cá thể bố mẹ chỉ bị vô sinh một phần nhưng vẫn giữ được sức sống và khả năng giao phối tốt, đồng thời truyền lại hiệu ứng đột biến nhiễm sắc thể khiến hậu thế F1 bị vô sinh ở mức rất cao (>90%).

2. Cây Sen Cạn (Tropaeolum majus) đóng vai trò gì trong sự thành công của nghiên cứu?

Việc nhân nuôi sâu tơ liên tục trong phòng thí nghiệm bằng các loại rau họ Thập Tự mua ngoài thị trường thường thất bại do rau bị nhiễm dư lượng thuốc trừ sâu. Cây Sen Cạn (Tropaeolum majus, họ Tropaeolaceae) được tác giả phát hiện tại Đà Lạt vào tháng 12/1991 là cây ký chủ phụ ưa thích của sâu tơ, hoàn toàn không bị phun thuốc bảo vệ thực vật, dễ trồng và sinh trưởng quanh năm, cung cấp nguồn thức ăn sạch và ổn định phục vụ việc nhân nuôi sâu tơ thí nghiệm với số lượng lớn.

3. Tỷ lệ sai hình nhiễm sắc thể ở hậu thế F1 sâu tơ đực chiếu xạ 200 Gy là bao nhiêu và biểu hiện như thế nào?

Theo kết quả phân tích tế bào học tinh bào tại Chương Ba của luận án, tỷ lệ tinh bào mang sai hình nhiễm sắc thể ở hậu thế F1 sâu tơ đực được xử lý liều chiếu xạ 200 Gy đạt 86,9%. Các sai hình này biểu hiện ở dạng cầu nối nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào, các đứt gãy và chuyển đoạn nhiễm sắc thể, dẫn đến sự bất thường trong quá trình tạo tinh trùng và làm trứng đã thụ tinh bị chết phôi.

4. Tại sao luận án lại đề xuất phóng thả đồng thời cả ngài sâu tơ đực và cái vô sinh thay vì chỉ phóng thả con đực?

Mặc dù việc chỉ phóng thả sâu đực là lý tưởng nhất để tránh nguy cơ sâu non phá hại, nhưng trên thực tế cho đến nay vẫn chưa có giải pháp kỹ thuật nào cho phép tách riêng nhộng đực và nhộng cái sâu tơ ở quy mô công nghiệp số lượng lớn. Kết quả thực nghiệm trong lồng ngoài đồng ruộng của luận án chứng minh rằng việc phóng thả đồng thời cả đực và cái vô sinh xử lý 200 Gy vẫn mang lại hiệu quả kìm hãm quần thể sâu hại ngoài đồng rất cao (>80% ở thế hệ thứ hai), chứng minh tính khả thi thực tế của phương thức phóng thả này.

5. Sự phối hợp giữa sâu tơ vô sinh 200 Gy và ong ký sinh Cotesia plutellae mang lại kết quả kìm hãm quần thể như thế nào qua hai thế hệ?

Theo số liệu thực nghiệm tại Bảng 3.14 của luận án, ở thế hệ thứ nhất, lồng chỉ thả sâu vô sinh chưa làm giảm số lượng ngài (0%), lồng chỉ thả ong ký sinh làm giảm 27,78% ngài, trong khi lồng phối hợp cả hai làm giảm 41,67% ngài vũ hóa. Sang thế hệ thứ hai, hiệu ứng kìm hãm cộng hưởng diễn ra triệt để: lồng chỉ thả sâu vô sinh làm giảm 82,58% ngài, còn lồng phối hợp sâu tơ vô sinh và ong ký sinh làm giảm số lượng ngài vũ hóa lên tới trên 90%, số lượng sâu non giảm xuống chỉ còn 195 con (so với 2534 con ở lồng đối chứng).

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Quảng Hoa đã xác lập thành công cơ sở khoa học và thực tiễn cho biện pháp vô sinh F1 bằng bức xạ gamma 200 Gy trên sâu tơ Plutella xylostella tại vùng rau Đà Lạt. Bằng các dẫn liệu định lượng chặt chẽ từ phòng thí nghiệm đến lồng lưới thực địa, công trình đã chứng minh cơ chế sai hình nhiễm sắc thể (86,9%) dẫn đến tỷ lệ vô sinh trên 90% ở thế hệ F1 và khẳng định tính khả thi của việc phóng thả đồng thời cả cá thể đực và cái vô sinh. Đặc biệt, giải pháp tích hợp giữa phóng thả sâu tơ vô sinh 200 Gy và ong kén trắng ký sinh Cotesia plutellae mang lại hiệu quả triệt giảm trên 90% kích thước quần thể sâu tơ ở thế hệ kế tiếp, mở ra phương thức sinh học an toàn có tiềm năng thay thế thuốc trừ sâu hóa học trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp diện khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Sâu tơ , Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera:Yponomeutidae), là một loài sâu hại quan trọng trên rau trồng họ Thập Tự (Crucifcrac) ở nhiều nước trên thế giới. Riêng tại Việt Nam, tốn thất hằng năm do chúng gây nên ước khoảng 30-50% tống sản lượng[3]. Sử dụng thuốc trừ sâu hóa học đã từng được thừa nhận là biện pháp hữu hiệu nhất đối với chúng. Các ưu điểm như rẽ tiên, dễ sử dụng, và hiệu quả cao đã khiến nông dân lạm dụng thuốc trừ sâu, hậu quả làm nẫy sinh nhiều vấn để mà chúng ta phải đương đầu ngày nay: sâu hình thành tính kháng thuốc, môi trường sinh thái bị ô nhiễm, sức khóc con người bi de dọa.

Chính vì vậy việc phòng trừ loài sâu hại này đã trở thành một mặt trận phức tạp đòi hỏi sự tham gia nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều ngành khoa học khác nhau, trong đó có các nhà côn trùng học và các nha di truyền học. Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) và Tổ Chức Lương Nông Quốc Tế (FAO) từ lâu đã phối hợp chủ trì việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật côn trùng vô sinh (Sterile Insect Technique, viết tắt SIT) vào thực tiển phòng trừ sâu hại. Nội dung cơ bản của biện pháp này là xử lý phóng xạ tạo ra các cá thế vô sinh hoàn toàn qua các cơ chế di truyền như đột biến chết trội, chuyển đoạn, v. sau đó tha chúng vào quần thể tự nhiên với số lượng lớn nhằm làm giảm mật độ quần thế.

Các thành tựu đã đạt được chủ yếu trên các đối tượng thuộc bộ Diptera như ruồi thịt Cochliomyia , ruồi đục quả Dacus cucurbitae v. Riêng các loài sâu hại bộ Lepidoptera, sức để kháng phóng xạ cửa chúng cao hơn han so với bộ Diptera [77][100], điều này dẫn đến liều phóng xạ đáp ứng yêu cầu gây vô sinh hoàn toàn phải cao, hậu quả làm chúng bị giám khả năng cạnh tranh giao phối và sức sống. Hiện tượng vô sinh di truyén ở hậu thế F1 sâu bố mẹ xử lý liễu phóng xạ đưới vô sinh được phát hiện lần đầu tiên trên loài Carpocapsa pomonella (Lepidoptera: Olethreutidae) vào năm 1962 [109] đã mở ra phương hướng nghiên cứu ứng dụng phòng trừ sâu hại có tên gọi là vô sinh Fl (FI Sterility) - còn gọi là vô sinh di truyền (Inherited Sterility), vô sinh một phần (Partly Sterility), vô sinh chậm (Delayed Sterility). Chúng tôi thực hiện dé tài: “ Góp phần nghiên cứu hiệu ứng vô sinh Fl của liều bức xa gamma 200 Gy trên sâu tơ Plutella xylostella (L.)” với mục đích: - - Bước đầu xây dựng cơ sở khoa học cho nghiên cứu gây tao vô sinh Fl ở sâu tơ hại rau tại Việt Nam.

- Tham dò tiểm năng của biện pháp vô sinh F1 đối với việc kim him số lượng quần thể sâu tơ tại Đà Lạt, một trong những trung tâm trồng rau lớn nhất tại Việt Nam. Nội dung cơ bản của luận án bao gồm: - _ Nghiên cứu đặc điểm sinh học và sinh thái học của sâu tơ ở Đà Lat. - _ Nghiên cứu vô sinh ở sâu tơ chiếu xạ và hậu thế F1 của chúng. - _ Đánh giá ảnh hưởng của sâu tơ vô sinh phóng thả đối với quần thể sâu tơ trong lổng ngoài đồng ruộng.

Để tài luận án là một phần của chương trình nghiên cứu hợp tác quốc tế “Đánh giá sự kìm hãm quần thể côn trùng bởi loài Lepidoptera chiếu xạ và hậu thế của chúng” (Evaluation of insect population suppression by irradiated Lepidoptera and their progeny) (1992-1998) do Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) chủ trì. CHƯƠNG MỘT TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VÔ SINH GÂY TẠO TRONG PHÒNG TRỪ SÂU HAI Trong lịch sử loài người, bảo đảm nhu cầu về lương thực và thực phẩm bao giờ cũng là một vấn để cấp thiết. Dan số tăng nhanh không tương ứng với sự gia tăng của sản lượng cây trồng.

Thêm vào đó, tổn thất do sâu hại gây ra chiếm 20% tổng sản lượng nông nghiệp/năm, riêng vùng nhiệt đới con số này lên đến 30% [6]. Đã có thời kỳ một số loại thuốc trừ sâu hóa học được “sủng ái” và trao toàn quyển bảo vệ thực vật cho chúng. Sau Đại Chiến Thế Giới Thứ Hai lượng DDT sản xuất lên tới 2 triệu tấn/năm để rải trên hàng trăm triệu hecta. Hiện nay, vài nghìn loại thuốc trừ sâu đang lưu hành trên thị trường thế giới.

Nhiều loại có phổ tác động rộng và tổn lưu lâu dai. Riêng tại nước ta, danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phép sử dụng tính từ đầu năm 1998 gồm 245 hoạt chất với 708 tên thương phẩm: thuốc hạn chế sử dụng gồm 21 loại hoạt chất với 46 tên thương phẩm; thuốc cấm sử dụng g6m 23 loại hoạt chất [1]. Bảo vệ thực vật bằng thuốc trừ sâu có ưu điểm là hiệu quả nhanh và giá thành tương đối rẻ. Từ đó dễ dẫn đến lạm dụng thuốc trừ sâu.

Kết quả nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới cho thấy hiệu quả của thuốc càng ngày càng giảm. Nhiều trường hợp phải tăng nồng độ thuốc lên tới hàng chục lần, số lần phun thuốc tăng gấp 10 lần mà sâu bệnh vẫn không trừ được. Có khi năng suất cây trồng ở đó lại giảm sút so với nơi không phun thuốc. Một quá trình chọn lọc tự nhiên đã diễn ra một cách nhanh chóng.

Các cá thể có đột biến kháng thuốc đã được tự nhiên chọn lọc và bảo tổn tạo ra những chủng sinh vật trơ với thuốc. Việc sử dụng thiếu cân nhắc thuốc trừ sâu còn là nguyên nhân làm cho cơ chế điều chỉnh tự nhiên số lượng quần thể bị rối loạn, tạo điều kiện cho các sâu hại phát triển mạnh mẽ. Mặt khác, lượng thuốc trừ sâu rải khắp ruộng đồng làm nhiễm bẩn và đầu độc môi sinh. Sự tham gia của các loại thuốc trừ sâu (nhất là các loại thuốc có tác động tích tụ) vào chuỗi thức ăn dẫn đến một số hiện tượng kỳ lạ như thuốc trừ sâu được phát hiện trong chim cánh cụt ở Nam cực và trong gấu trắng ở Bắc cực.

Mặt khác, các chất hữu cơ lơ lững trong nước, đặc biệt là dầu hỏa và các sản phẩm cửa dầu hỏa chứa DDT với lượng 10.000 lần lớn hơn nước, còn bùn ở dưới đáy biển thì chứa DDT với lượng 1,7 triệu lần lớn hơn nước [69]. Chim bị ngộ độc thường xuyên khi ăn cá và các động vật ở nước. Ở Việt Nam, hiện trạng ô nhiễm môi trường do thuốc trừ sâu hoá học đã trở thành vấn để cần được quan tâm. Các loại thuốc này đã và đang là những nguyên nhân đóng góp vào việc làm giảm số lượng nhiễu loài sinh vật có ích, làm giảm tính đa dang sinh học, ảnh hưởng có hại đối với sức khỏe con người.

Tỷ lệ thuóc hóa học sử dụng bình quân trên 1 ha gieo trồng là 0,4-0,5 kg chất hữu hiệu a. Cá biệt ở vùng rau Đà lạt 5,1 — 13,5 kg a./ha; vùng trồng bông Thuận Hải 1,7-2,5 kg a./ha; vùng trồng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long 1,5-2,7 kg a./ha; vùng chè ở Hoà Bình 3,2- 3,5 kg a. Điều mâu thuẫn là ngay sau khi chiến tranh thế giới kết thúc, Viện Hàn Lâm Khoa Học Thụy Điển tặng giải Nobel cho nhà khoa học Thụy Sĩ Miller, người đã có công phát minh ra tính chất diệt sâu của DDT vào năm 1937, nhưng gần đây, cũng ở Thụy Điển và nhiều nước khác việc dùng DDT bị nhà nước nghiêm cấm. Yêu cầu cấp bách phải bảo vệ thực vật có hiệu quả trên một qui mô sản xuất lớn, cùng với lời kêu gọi khẩn thiết phẩi bảo vệ môi sinh vi lợi ích lâu dài của con người đã làm hướng đấu tranh sinh học trong bảo vệ thực vật ngày càng phát triển.

Năm 1888, qua thành công của việc nhập nội loài bo rùa Rodolia cardinalis vào bang California (Mỹ) để phòng trừ rệp sáp Icerya purchasi phá hại các vườn cây ăn quả do nhà côn trùng học A. Koebele đề xuất, biện pháp đấu tranh sinh học được hiểu là “biện pháp sử dụng sinh vật để ngăn chận sự sinh sôi nảy nở của các loài vật gây hại khác”, và côn trùng học là ngành khoa học có những công trình ứng dụng đầu tiên. Tiếp sau đó, các loài ăn thịt (bọ xít Reduvius personatus, bọ rùa Lidorus lochantae, v.), các loài ký sinh (ong ho Ichneumonidae, họ Chalcidae,v.), và các loài gây bệnh (vi khuẩn Bacillus thuringiensis, nấm Metarhiziumy.) đã lần lượt được đưa vào đồng ruộng để ngăn chận sự phát triển của sâu hại [6]. Những năm gần đây, các thành tựu đạt được trong lĩnh vực sinh lý học, sinh thái học, hóa sinh học, và nhất là trong lĩnh vực di truyển học đã dần dần mở rộng phạm vi vận dụng và tăng cường hiệu quả cho phương hướng phòng trừ sinh học.

Sự kìm hãm sâu hại bằng biện pháp di truyền độc đáo ở chỗ phóng thả các sâu bị biến đổi vé mặt di truyền để khống chế chính loài ấy, tức tự tiêu diệt. Xét về tính đặc trưng và sự an toàn, biện pháp này hơn hẳn biện pháp hóa học. Cơ sở của biện pháp di truyén là làm cho các cá thể của quần thể sâu hại mất khả năng sinh đẻ bình thường (gây cảm ứng nhân tạo hoặc cho những cá thể thuộc các quần thể không phù hợp về mặt di truyền giao phối với nhau để có được những thế hệ con cháu vô sinh). Hiện tượng vô sinh cảm ứng ở sâu đực có thể có ba kiểu ở ba mức độ: - Tinh trùng hoàn toàn không phát triển.

- Tinh trùng phát triển nhưng không bình thường. Chúng không chuyển động được và không có khả năng thụ tỉnh trứng. - _ Có những biến đổi trong cấu trúc nhiễm sắc thể của tinh trùng : xuất hiện cầu nối giữa các nhiễm sắc thể, đảo đoạn, chuyển đoạn. Tỉnh trùng vẫn chuyển động được và còn khả năng thu tinh trứng.

Cách gây tao vô sinh côn tràng Gây tạo vô sinh ở côn trùng thường được tiến hành hoặc bằng hóa chất hoặc bằng phóng xạ. Các hóa chất gây vô sinh côn trùng thuộc ba nhóm [6]: - _ Những hợp chất alkylin tạo nên những sai hình nhiễm sắc thé trong tế bào sinh dục đực và cái. - Những hợp chất làm rối loạn trao đổi chất, chủ yếu tác động qua đường ruột. Các tế bào khi đã tiếp nhận các chất này thì sẽ không thể thực hiện được sinh tổng hợp bình thường mà lại tổng hợp nên những chất kỳ quái.