CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật sinh học 1. Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật sinh học Hiện nay, ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, việc phát triển sản xuất nông nghiệp theo hướng bền vững, vừa phải quan tâm đến việc tăng năng suất, sản lượng nông sản để đáp ứng nhu cầu an ninh lương thực, vừa phải giảm thiểu ảnh hưởng của những yếu tố bất lợi đối với sức khỏe con người, môi trường và thích ứng với biến đổi khí hậu. Để giải quyết vấn đề này, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) sinh học được xem là một lựa chọn phù hợp nhất.
Theo nghiên cứu thị trường thuốc BVTV sinh học của Fortune Business Insights Pvt. Ltd, Ấn Độ thì thuốc BVTV sinh học đã tăng trưởng với tốc độ trung bình hàng năm 24% trong thời gian 2014-2017. Năm 2011 đạt trị giá 1,3 tỷ USD ; năm 2017 đạt giá trị 3,36 tỷ USD; và dự báo sẽ đạt 6.42 tỷ vào năm 2023 và 10,19 tỷ vào năm 2025 [1, 2]. Theo Cục Bảo vệ thực vật, thị trường thuốc trừ sâu sinh học Việt Nam năm 2019 đạt giá trị 30,7 triệu USD và dự kiến đạt 65,7 triệu USD vào năm 2024, với tốc độ tăng trưởng trên 16,4%/năm.
Tính đến tháng 6/2020, trong Danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phép sử dụng tại Việt Nam ban hành kèm theo Thông tư số 10/2019 / TT- BNNPTNT ngày 20/9/2019 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, thuốc BVTV sinh học đã có hơn 231 hoạt chất với 721 tên thương phẩm được các tổ chức, cá nhân đăng ký lưu hành và sử dụng. Hiệp hội rau quả Đà Lạt đã phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu hóa sinh ứng dụng Tp. Hồ Chí Minh nghiên cứu thành công các hoạt chất azadirachtin có trong hạt, là, cành cây Neem. Họ đã điều chế ra được 3 loại thuốc BVTV là Neemcide 3000EC, Neemcide 3000 SP, Neemcide 3000 ES để xua đuổi, gây ngán ăn và diệt côn trùng phá hoại cây trồng và kho lương thực, thực phẩm [1].
Ngoài ra các dự án nghiên cứu sản xuất và ứng dụng nhằm đưa các loại thuốc BVTV sinh học vào thực tế sản xuất nông 3 nghiệp như các sản phẩm Phyto-M, SH-Silu, Capsaicin, Talin, Becberin, các chiết xuất thảo mộc từ cây bạch đàn, vỏ lụa hạt điều, bồ hòn, bình bát…đã và đang được tiến hành đăng ký vào danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng tại Việt Nam. Thuốc bảo vệ thực vật sinh học Thuốc trừ sâu sinh học hay thuốc BVTV có nguồn gốc sinh học là những chất trong tự nhiên có khả năng kiểm soát dịch hại bằng các cơ chế không độc. Thuốc trừ sâu sinh học là các sinh vật sống (thiên địch) hoặc chế phẩm của chúng (hợp chất tự nhiên, chế phẩm vi sinh) hoặc hóa chất truyền tin (semiochemical) được sử dụng để quản lý dịch hại cho thực vật [3]. Thuốc trừ sâu sinh học được quan tâm là vì sản phẩm này: - Ít gây hại đến môi trường.
- Chỉ tác động đến các sinh vật có chủ đích. - Hiệu quả mặc dù chỉ phun một lượng rất nhỏ và phân hủy nhanh nên hiện tượng phơi nhiễm thấp và tránh gây ô nhiễm. Thuốc trừ sâu sinh học phân thành 3 nhóm: - Thuốc trừ sâu vi sinh. - Thuốc trừ sâu thảo mộc.
Thuốc trừ sâu vi sinh Thuốc trừ sâu vi sinh chứa các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, virus, sinh vật đơn bào, tảo) được xem như là hoạt chất (thường được gọi tắt bằng a. Thuốc trừ sâu vi sinh được biết đến rộng rãi nhất là giống vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) có thể kiểm soát một số côn trùng gây hại cho bắp cải, khoai tây và các loại cây trồng khác bằng cách tiết ra một loại độc tố gây độc cho côn trùng [4]. PIPs (Plant Incorporated Protectants) Thuốc trừ sâu được tạo ra từ vật liệu di truyền được đưa vào thực vật. Ví dụ, các nhà khoa học lấy gen chứa protein trừ sâu của loài Bt cấy vào vật liệu di truyền của thực vật.
Vì thế, thực vật thay cho vi khuẩn Bt sản xuất chất trừ dịch hại [5]. Thuốc trừ sâu thảo mộc Đây là các chất trong tự nhiên như chiết xuất từ thực vật hoặc pheromone (chất dẫn dụ) dùng để kiểm soát dịch hại bằng các con đường khác nhau bao gồm độc tiếp xúc, độc vị độc hoặc xông hơi. Tuy phổ tác động thường không rộng nhưng một số loại còn có khả năng diệt cả nhện hại cây. Sau khi xâm nhập, thuốc nhanh chóng tác động đến hệ thần kinh, gây tê liệt và làm chết côn trùng.
Do thuốc trừ sâu thảo mộc nhanh bị phân huỷ, nên chúng không tích luỹ trong cơ thể sinh vật, trong môi trường và không gây hiện tượng sâu chống thuốc [3]. Một số hoạt chất chiết xuất từ thực vật được dùng làm thuốc trừ sâu như: Pyrethrin: có trong hoa loài Chrysanthemun leucanthemun và các cây Chrysanthemun khác. Tác động mạnh đến côn trùng bằng con đường tiếp xúc, tác động yếu hơn đến các loài nhện, bằng cách đóng kênh vận chuyển ion Na+, kéo dài giai đoạn mở, ngăn cản sự dẫn truyền xung thần kinh làm côn trùng chết nhanh chóng. Thuốc chứa hoạt chất này được dùng trừ côn trùng và nhện trên rau, chè, nhiều cây trồng, cây cảnh, côn trùng ký sinh trên gia súc và động vật trong nhà.
Bên cạnh đó, pyrethrin có độ độc rất thấp với người, động vật máu nóng và môi trường [3, 6]. Rotenon và các rotenoid: là các alkaloid có trong rễ, thân lá, hạt của một số loài cây thuộc họ Papilionaceae (đặc biệt có nhiều trong rễ cây Derris spp., nhất là Derris eleptica).Các hợp chất này gây độc bằng cách ức chế sự chuyển hoá trong hô hấp, gây rối chuyển hoá điện tử của NADH và dehydrogenase, tách và vận chuyển hydro từ cơ chất đến ubiquinon, enzyme citorom b, CX1, C và enzym oxydase có tác 5 dụng xúc tác quá trình vận chuyển điện tử đến oxy, hoạt hoá oxy phân tử và coenzyme Q, làm giảm nghiêm trọng tiêu thụ oxi, ức chế hô hấp trong ty thể [7]. Azadirachtin (AZ) là một trong 4 hợp chất chính có tác dụng diệt sâu bọ của dịch chiết hạt (chủ yếu) và lá cây neem. Cấu trúc của azadirachtin tương tự với ecdysone (một hormone lột xác của côn trùng), vì thế, AZ có thể là chất đối kháng của ecdysone, ngăn cản quá trình lột xác của côn trùng, làm giảm hay ức chế hoàn toàn khả năng sinh sản, ngăn con cái đẻ trứng, rút ngắn thời gian sống của con trưởng thành, trực tiếp diệt trứng, gây ngán ăn cho ấu trùng, con trưởng thành, tác động tới sự lột xác giữa các tuổi sâu, ức chế quá trình phát triển ấu trùng - nhộng, ấu trùng - trưởng thành, nhộng - trưởng thành.
Bên cạnh tác dụng diệt côn trùng, azadirachtin còn diệt được cả tuyến trùng và trừ nấm. Hoạt chất hầu như không độc với cá, động vật thuỷ sinh, ong mật, chim và động vật hoang dã khác [3, 8]. Matrine: hoạt chất có hiệu lực diệt sâu mạnh nhất trong dịch chiết cây khổ sâm. Matrine có phổ tác động rộng, diệt được nhiều loài côn trùng chích hút và miệng nhai; ngoài ra còn diệt được cả nhện hại cây.
Matrine gây độc bằng cách làm tê liệt hệ thần kinh trung ương, gây tắt đường hô hấp của côn trùng và làm chúng chết nhanh chóng. Ngoài ra, nhờ tác động gây ngán ăn và xua đuổi bướm, nên thuốc có hiệu lực dài. Matrine không có tác dụng nội hấp và xông hơi. Thuốc ít gây độc với người, động vật máu nóng và các loài sinh vật khác và bị phân huỷ nhanh trong môi trường [9, 10].
Điều kiện của một loại thuốc có thể gây độc cho sinh vật 1. Thuốc phải tiếp xúc được với sinh vật Đây là điều kiện tiên quyết để thuốc phát huy tác dụng. Muốn thuốc tiếp xúc được với dịch hại nhiều nhất, người sử dụng phải nắm chắc đặc tính sinh vật học, sinh thái học của dịch hại và đặc tính của từng loại thuốc, tìm biện pháp xử lý thích hợp để thuốc tiếp xúc nhiều nhất với dịch hại , đồng thời, hạn chế thuốc tác động đến các sinh 6 vật không là đối tượng phòng trừ, giảm nguy cơ gây hại của thuốc đến môi sinh, môi trường [3]. Thuốc phải xâm nhập được vào cơ thể sinh vật Thuốc xâm nhập vào cơ thể dịch hại bằng con đường tiếp xúc (còn gọi là những thuốc ngoại tác động) là những thuốc gây độc cho sinh vật khi thuốc xâm nhập qua biểu bì chúng [3, 11].
Thuốc xâm nhập vào cơ thể dịch hại bằng con đường vị độc (còn gọi là những thuốc có tác động đường ruột hay nội tác động) là những thuốc gây độc cho sinh vật khi thuốc xâm nhập qua đường tiêu hóa của chúng. Độ pH dịch ruột và thời gian tồn tại của thuốc trong dạ dày và ruột non ảnh hưởng lớn đến hiệu lực của thuốc [3, 11]. Thuốc xâm nhập qua đường hô hấp là những thuốc có khả năng bay hơi, gây độc không khí bao quanh dịch hại và gây độc cho sinh vật [11, 12]. Thuốc có tác động thấm sâu là những thuốc có khả năng xâm nhập qua biểu bì thực vật, thấm vào các tế bào phía trong, diệt dịch hại sống trong cây và các bộ phận của cây.
Các thuốc này chỉ có tác động theo chiều ngang, mà không có khả năng di chuyển trong cây [3]. Thuốc có tác động nội hấp là những loại thuốc có khả năng xâm nhập qua thân, lá, rễ và các bộ phận khác của cây. Thuốc di chuyển được trong cây, diệt được dịch hại ở những nơi xa so với vùng tiếp xúc của thuốc [3]. Chất độc phải tồn giữ trong cơ thể sinh vật một thời gian, ở nồng độ nhất định đủ để phát huy tác dụng Chất độc trong cơ thể sinh vật biến đổi theo ba hướng [13]: Độ độc của chất độc có thể được tăng lên khi chúng được biến đổi thành những chất có tính độc cao hơn.
7 Chất độc có thể trở nên ít độc hơn, thậm chí mất hẳn tính độc do chất độc phản ứng với các chất có trong cơ thể, hoặc dưới tác động của các enzyme phân huỷ thuốc, hay những phản ứng thuỷ phân khác. Độ độc của thuốc có thể không thay đổi, ví dụ như sulfate đồng có độ độc với nấm bệnh không thay đổi, dù có xâm nhập hay không xâm nhập vào cơ thể sinh vật. Sự xâm nhập và di chuyển của chất độc vào trong cơ thể côn trùng Những thuốc càng dễ hoà tan trong lipid và lipoprotein chất béo, sẽ càng dễ xâm nhập vào cơ thể sinh vật qua con đường tiếp xúc.