MỞ ĐẦU Chất lượng cuộc sống của con người ngày càng nâng cao, đòi hỏi các sản phẩm nông nghiệp và môi trường an toàn. Tuy nhiên để giữ vững năng suất, chất lượng nông sản, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, người ta lại phải sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, chủ yếu là các loại thuốc hóa học độc hại, và cứ như vậy vòng luẩn quẩn tăng sản lượng, tăng đầu vào, nguy cơ sản phẩm không an toàn và ô nhiễm môi trường lại tiếp tục diễn ra. Vì vậy việc tìm kiếm các giải pháp phòng trừ sâu bệnh, bảo vệ sản phẩm nông nghiệp dễ sử dụng hơn, có hiệu lực trừ dịch hại cao hơn và thân thiện hơn với môi sinh và môi trường đang được đặt ra với toàn thể nhân loại chúng ta. Từ những thập niên cuối của thế kỷ XX, đầu thế kỷ XXI, các biện pháp sinh học (biological control) bảo vệ sản xuất nông nghiệp ngày càng phát huy tác dụng và dần được xác định là hướng biện pháp chủ đạo trong quản lý dịch hại tổng hợp trong thời gian tới.
Ưu điểm nổi bật nhất của các biện pháp sinh học (ví dụ, thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học) là hầu như không độc với người và các sinh vật có ích nên có thể bảo vệ được sự cân bằng sinh học trong tự nhiên, ít gây tình trạng bùng phát dịch hại. Bên cạnh đó, thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học (thuốc BVTVSH, bio-pesticide) còn mau phân hủy trong tự nhiên, ít để lại dư lượng độc trên nông sản và có thời gian cách ly ngắn nên rất thích hợp sử dụng cho các nông sản yêu cầu có độ sạch cao và thời gian bảo quản, sử dụng ngắn như các loại rau củ, hoa quả… Thêm nữa, các nguyên liệu để tạo thuốc BVTVSH thường có sẵn và rất phổ biến ở mọi nơi, mọi lúc. Chi phí sản xuất thuốc BVTVSH thấp hơn so với thuốc BVTV hóa học, do vậy sẽ tiết kiệm hơn cho người dân mà vẫn mang lại hiệu quả cao. Với những lợi ích mang lại, thuốc BVTVSH sẽ giúp người nông dân “thân thiện” hơn với cánh đồng của mình để có thể thụ hưởng lợi ích kinh tế lâu dài từ chính “người bạn” này.
1 Nấm nội sinh thực vật (nấm NSTV, Plant endophytic fungi) là những vi sinh vật sống trong tế bào thực vật mà không gây ra bất kì tác động tiêu cực nào tới cây chủ. Nấm NSTV cũng có thể thúc đẩy tăng trưởng thực vật thông qua các cơ chế khác nhau như sản xuất phytohormones, tổng hợp siderophores, cố định đạm hay qua hỗ trợ phytoremediation. Chúng được xem như là một tác nhân giúp cân bằng hệ vi sinh trên cây chủ nhằm ngăn chặn những tác nhân vi sinh gây bệnh. Ngoài việc bảo vệ cây chống lại một số yếu tố bất lợi như động vật ăn cỏ hoặc côn trùng, nhiều hoạt chất được sinh ra từ nấm NSTV cũng đã được quan sát, theo dõi và được kết luận về khả năng ngăn chặn, kìm hãm hay diệt nhiều mầm bệnh khác nhau xâm nhập mô thực vật.
Trước thực tế này, một câu hỏi được đặt ra rằng các hoạt chất quý giá này do chính cây sản xuất, do nấm NSTV sản xuất hay là kết quả của mối quan hệ tương sinh của các nấm NSTV có ích trong mô thực vật và cây chủ sinh ra. Nhiều tài liệu nghiên cứu cho thấy một số chất biến dưỡng của nấm NSTV không những tác động trên những mầm bệnh thực vật mà còn có khả năng trị liệu trên vi khuẩn, nấm, virus và những sinh vật đơn bào gây bệnh cho người và động vật. Vì vậy, nấm NSTV hiện đang được nghiên cứu sâu và rộng trên thế giới và được coi như là nguồn tài nguyên vô tận chưa khám phá hết với ngành công nghệ sinh học - dược phẩm. Kết quả thống kê gần đây, với ước lượng 51% số hợp chất có hoạt tính được phân lập từ các chủng nấm NSTV là hợp chất mới, đã cho thấy tiềm năng nghiên cứu và ứng dụng vô cùng to lớn của nấm NSTV.
Các hợp chất do nấm NSTV sản sinh ra là con đường quan trọng để giải quyết nhu cầu thuốc mới trong y tế, nông nghiệp vì giá thành sản xuất rẻ, sự phong phú về cấu trúc (xanthones, anthraquinones, pestalotheols, octadrides, dihydroxyanthones, pyrenocine, steroids.) với rất nhiều hoạt tính mới [2,3]. Điều quan trọng nữa là nếu có thể khai thác được nguồn nguyên liệu từ nấm NSTV sẽ tránh được việc khai thác cạn kiệt nguồn 2 tài nguyên thực vật, làm mất sự đa dạng sinh học và đe dọa tuyệt chủng các loài thực vật quý hiếm, gây hậu quả xấu tới môi trường tự nhiên. Việt Nam vẫn nổi tiếng thế giới về tiềm năng đa dạng sinh học cac loài thực vật, với trên 12.000 loài thực vật bậc cao, không kể các loài nấm, tảo, rêu. rất nhiều loài là đặc hữu của Việt Nam.
Những công bố liên tục trong những năm gần đây của các đoàn khảo sát, chuyên gia Việt Nam và quốc tế về việc phát hiện các loài động thực vật mới tại Việt Nam càng khẳng định giá trị tiềm ẩn vô tận của nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá này. Từ kho tàng kinh nghiệm dân gian, chúng ta đã có rất nhiều kinh nghiệm trong việc nghiên cứu, tìm tòi, phát hiện và kết hợp tài tình các nguyên liệu thực vật đa dạng thành các bài thuốc dân gian hết sức quý giá, vô cùng đặc sắc, có hiệu quả đặc biệt trong việc chữa bệnh, năng cao sức khỏe con người, bảo vệ mùa màng, diệt trừ sâu bệnh, côn trùng, động vật gây hại. Với trình độ phát triển khoa học công nghệ hiện nay, cần thiết phải tiếp tục tim tòi, nghiên cứu, chọn lọc kinh nghiệm dân gian, khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên kết hợp với sự hỗ trợ của công nghệ, thiết bị hiện đại để tạo ra các sản phẩm mới, đưa giá trị sử dụng nguồn tài nguyên thực vật Việt Nam lên tầm cao mới, có giá trị hơn, hiệu quả hơn, được đánh giá cao cả về hàm lượng khoa học công nghệ cũng như giá trị sử dụng. Triển khai tiếp chương trình hợp tác quốc tế giữa Viện Hóa học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) và Viện Sinh dược và Công nghệ sinh học (Đại học Tổng hợp Heirich-Heine Duesseldorf, CHLB Đức) về việc nghiên cứu hệ thực vật Việt Nam để sàng lọc, phát hiện các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học, có tiềm năng sử dụng để chế tạo chế phẩm trừ sâu và nấm bệnh hại cây trồng, cũng như mở rộng sang hướng đối tượng nghiên cứu còn rất mới trên Thế giới cũng như tại Việt Nam là nấm nội sinh thực vật, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu phân lập và thử nghiệm hoạt tính sinh học của các hoạt chất từ một số loài thực vật và nấm nội sinh thực vật” trên 3 bốn (04) loài thực vật Việt Nam bao gồm Ngâu ta (Aglaia duperreana Pierre), Gội ổi (Aglaia oligophylla Miq.), Trầu không (Piper betle L.), Nghệ vàng (Curcuma longa L.) và ba (03) chủng nấm nội sinh phân lập từ cây Ngâu ta, nghệ vàng và trầu không.
Đề tài nghiên cứu có tính khoa học, tính thực tiễn và tính thời sự, được thực hiện với mục tiêu là sàng lọc, phát hiện, chiết xuất, xác định cấu trúc các chất có tiềm năng sử dụng làm thuốc trừ sâu và nấm bệnh hại cây. Các nội dung nghiên cứu của Luận án bao gồm: - Chiết tách, xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ thành phần của bốn loài thực vật có tiềm năng trừ sâu và nấm bệnh hại cây. - Phân lập nấm nội sinh từ các mẫu thực vật, chiết tách, xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ thành phần. - Thử nghiệm hoạt tính trừ sâu và nấm bệnh của các chiết phẩm và cachợp chất hữu cơ thành phần.
- Hoàn thiện quy trình phân lập, nhân nuôi và khai thác nguồn nấm NSTV như là một hướng đi mới nhanh hơn và hiệu quả hơn, một nguồn tài nguyên vô tận mới để phát hiện các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học có giá trị cao tại Việt Nam. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Côn trùng, nấm bệnh gây hại và vai trò của thuốc bảo vệ thực vật Theo nghiên cứu của nhà côn trùng học Xô viết N.000 loài côn trùng có hại cho con người, động vật và thực vật. Số lượng chủng vi sinh vật (nấm bệnh) có hại cũng không ít hơn.
Các số liệu thống kê cho thấy côn trùng và vi sinh vật có hại đã gây thiệt hại rất lớn cho sản xuất nông nghiệp, với ước tính khoảng 1/3 tổng sản lượng lương thực toàn cầu đã bị mất hàng năm do côn trùng và nấm bệnh, và thực tế nếu côn trùng và nấm bệnh gây hại đã không được nghiên cứu và khống chế một cách hệ thống thì mức độ thiệt hại còn lớn hơn rất nhiều (ước tính tới 37% tổng sản lượn khoai tây, 22% tổng sản lượng cải bắp, 10% tổng sản lượng táo và 9% sản lượng tổng đào quả toàn cầu sẽ bị hư hại) [1]. Tại Trung quốc, có 1.648 loại tác nhân có hại cho mùa màng, trong đó có 724 loại nhân tố thực vật có hại, 838 loại côn trùng, mối mọt, 64 loại cỏ dại và 22 loài gặm nhấm. Nếu không sử dụng thuốc BVTV, tổng sản lượng hoa quả, rau màu và ngũ cốc sẽ bị mất tương ứng lần lượt là 78%, 54% và 32%. Sử dụng thuốc BVTV tại Trung Quốc đã góp phần giúp nước này thu được thêm 89,44 triệu tấn ngũ cốc, 1,65 triệu tấn bông, 2,53 triệu tấn hạt lấy dầu và 78 triệu tấn rau màu [2].
Theo đánh giá của Viện Lúa quốc tế (IRRI), côn trùng và nấm bệnh gây thiệt hại khoảng 37% tổng sản lượng lúa thu hoạch hàng năm trên toàn cầu. Một trong những trường hợp nấm gây bênh nổi tiếng nhất, thiệt hại nghiêm trọng nhất trong lịch sử trồng trợt thế giới là bệnh Panama do chủng nấm Fusarium cubense gây ra trên cây chuối. Bệnh Panama đã gần như xóa sổ ngành nông nghiệp trồng chuối tại Châu Mỹ La tinh những năm đầu thế kỷ 20. Những căn bệnh mới do nấm gây ra tiếp tục đe dọa xóa sổ ngành công nghiệp trồng chuối trị giá 11 tỷ USD trên toàn cầu [3].
5 Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã tạo thêm được 1/3 tổng sản lượng nông sản toàn cầu. Nếu không có thuốc BVTV, sản lượng hoa quả, rau màu và ngũ cốc toàn cầu có thể bị thiệt hại tới 78%, 54% và 32% [4]. Tại Mỹ, cứ 1 USD bỏ ra cho thuốc BVTV sẽ thu về 4 USD sản lượng thu hoạch.