Tổng quan luận án
Lúa gạo là cây lương thực chính cung cấp nguồn sống cho hơn một phần ba dân số thế giới (Jena and Kim, 2010). Tại Việt Nam, với quy mô dân số trên 90 triệu người sử dụng gạo làm lương thực hàng ngày, sản xuất lúa giữ vị trí chiến lược trong an ninh lương thực quốc gia. Tuy nhiên, sản xuất lúa luôn đối mặt với nhiều loài dịch hại nguy hiểm, trong đó rầy nâu (Nilaparvata lugens Stål, thuộc bộ Homoptera, họ Delphacidae) là loài gây hại nghiêm trọng nhất (Dyck and Thomas, 1979). Giai đoạn 1999–2003, trung bình mỗi năm cả nước có 408.908 ha lúa bị rầy nâu gây hại, trong đó 34.287 ha bị hại nặng và 179 ha mất trắng (Nguyễn Văn Đĩnh và Bùi Sỹ Doanh, 2010). Năm 2010, diện tích lúa nhiễm rầy nâu trên toàn quốc lên tới 1.041.072 ha; riêng các tỉnh phía Bắc có 708.131 ha bị hại (nhiễm nặng 95.893 ha) và Nam Bộ có 332.941 ha bị hại (Cục Bảo vệ thực vật, 2012). Đến năm 2016, dịch rầy nâu tiếp tục bùng phát trên diện tích gần 150.000 ha tại các tỉnh phía Nam và đồng bằng sông Hồng, với hơn 20.000 ha nhiễm nặng (Cục Bảo vệ thực vật, 2016). Bên cạnh việc chích hút nhựa cây gây hiện tượng cháy rầy, rầy nâu còn là môi giới truyền hai bệnh virus nguy hiểm là bệnh vàng lùn (VL) và lùn xoắn lá (LXL).
Biện pháp hóa học vẫn là giải pháp được áp dụng phổ biến nhất nhằm dập tắt nhanh các đợt bùng phát dịch rầy nâu trên diện rộng. Tuy nhiên, việc gia tăng tần suất và liều lượng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã dẫn đến hiện tượng rầy nâu hình thành tính kháng thuốc và phát triển tính kháng chéo giữa các nhóm hoạt chất (Nguyễn Thị Me và cs., 2008). Thêm vào đó, sự khác biệt về cơ cấu mùa vụ giữa các vùng sinh thái cùng tập tính di cư xa của rầy nâu khiến bức tranh kháng thuốc diễn biến phức tạp. Nhiều loại thuốc trừ rầy từng có hiệu lực cao trước đây nay đã suy giảm tác dụng rõ rệt ngoài đồng ruộng. Do đó, việc nghiên cứu, theo dõi một cách hệ thống và liên tục về mức độ kháng thuốc của các quần thể rầy nâu trên các vùng trồng lúa trọng điểm là khoảng trống nghiên cứu cấp thiết nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý dịch hại bền vững.
Luận án tiến sĩ nông nghiệp của tác giả Bùi Xuân Thắng (2019) với đề tài "Nghiên cứu tính kháng thuốc của quần thể rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) hại lúa ở một số vùng trồng lúa tại Việt Nam" (chuyên ngành Bảo vệ thực vật, mã số 9620112) được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề trên.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định rõ:
- Xác định hiện trạng sử dụng thuốc BVTV và tính kháng thuốc của các quần thể rầy nâu ở một số tỉnh trồng lúa, làm cơ sở khoa học đề xuất giải pháp quản lý tính kháng thuốc của rầy nâu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Về mặt khoa học:
- Cung cấp dẫn liệu về mức độ kháng và sự phát triển tính kháng thuốc BVTV của rầy nâu đối với một số hoạt chất tại một số tỉnh trồng lúa, góp phần đề xuất và lựa chọn các loại thuốc phòng chống rầy nâu hiệu quả.
- Cung cấp dẫn liệu về ảnh hưởng của hoạt chất imidacloprid, nitenpyram đến một số đặc điểm sinh học của rầy nâu và độ độc của một số hoạt chất thuốc đối với bọ xít mù xanh (Cyrtorhinus lividipennis), loài thiên địch tự nhiên quan trọng của rầy nâu.
- Về mặt thực tiễn:
- Đề tài góp phần ứng dụng các giải pháp sử dụng thuốc và giống lúa kháng để phòng chống rầy nâu đạt hiệu quả, từ đó giảm thiểu sự phát triển tính kháng thuốc của rầy nâu trong sản xuất lúa.
- Cung cấp tài liệu tham khảo và dẫn liệu khoa học phục vụ công tác tập huấn chuyên môn về quản lý tính kháng thuốc của rầy nâu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tính kháng của các quần thể rầy nâu Nilaparvata lugens thu thập tại 5 tỉnh trồng lúa điển hình đại diện cho các vùng sinh thái gồm Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên và An Giang đối với các hoạt chất thuốc BVTV phổ biến.
- Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá mức độ kháng thuốc của các quần thể rầy nâu đối với các nhóm thuốc trừ sâu chính; phân tích cơ chế giải độc qua enzyme; khảo sát ảnh hưởng của thuốc hóa học đến sinh học và hình thái rầy nâu; thử nghiệm hiệu lực luân phiên thuốc, giống lúa kháng và đánh giá độc tính trên thiên địch để xây dựng giải pháp quản lý. Thời gian nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn 2014–2018 (điều tra thực trạng năm 2014, theo dõi tính kháng và thử nghiệm sinh học từ năm 2015 đến 2017).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến rầy nâu, sự hình thành tính kháng thuốc và các giải pháp quản lý:
- Nghiên cứu quốc tế về tính kháng thuốc và cơ chế sinh học:
- Về tác hại và mức độ bùng phát: Dyck and Thomas (1979) ghi nhận thiệt hại do rầy nâu tại châu Á giai đoạn 1966–1975 lên đến 300 triệu USD; Heong et al. ước tính chi phí và thiệt hại tại Trung Quốc là 400 triệu USD; Zhu et al., Brar et al. (2005), Heong and Hardy (2009) ghi nhận thiệt hại hàng năm tại Trung Quốc từ 500.000 tấn đến 2,7 triệu tấn thóc, với đỉnh điểm diện tích nhiễm lên tới 9,4 triệu ha năm 2006 và 8,7 triệu ha năm 2007.
- Về tính kháng hoạt chất imidacloprid và nhóm Neonicotinoid: Zewen et al. (2003) ghi nhận chỉ số kháng imidacloprid của rầy nâu cao nhất so với malathion, fenobucarb, fenvalerate, monosultap, acetamiprid. Matsumura et al. (2005, 2006, 2013) phát hiện tính kháng imidacloprid xuất hiện từ năm 2003 tại Thái Lan, sau đó lan rộng sang Trung Quốc, Nhật Bản, với giá trị $\text{LD}_{50}$ tại Nhật Bản tăng từ 0,7 $\mu\text{g/g}$ (2005) lên 98,5 $\mu\text{g/g}$ (2012). Wang et al. (2008) ghi nhận rầy nâu tại Trung Quốc kháng cao với imidacloprid ($\text{RR} = 135,3 - 301,3$). Catindig et al. (2009) xác định rầy nâu Thái Lan kháng imidacloprid gấp 3–4,1 lần. Shao et al. (2011) công bố chỉ số kháng imidacloprid tại 9 vùng ở Trung Quốc dao động $\text{Ri} = 105,5 - 459,7$. Xiaolei Zhang et al. (2014) ghi nhận tỷ lệ kháng imidacloprid tại Yulin (Trung Quốc) năm 2012 đạt 616,6.
- Về tính kháng các hoạt chất khác: Đối với buprofezin, Wang et al. (2008), Xiaolei Zhang et al. (2014) ghi nhận mức độ kháng tăng từ $\text{RR} = 20,4 - 39,4$ (2009) lên $\text{RR} = 160,5 - 221,6$ (2012) tại Trung Quốc do áp lực sử dụng thay thế imidacloprid. Đối với dinotefuran, Mu et al. (2016) công bố 92% quần thể rầy nâu tại Trung Quốc năm 2015 đã kháng ($\text{RR} = 23,1 - 100,0$). Đối với pymetrozine, Wang Peng et al. và Xiaolei Zhang et al. (2014) xác định tỷ lệ kháng tăng từ $\text{RR} = 1,9 - 5,1$ (2010) lên $\text{RR} = 34,9 - 46,8$ (2012). Đối với nitenpyram, Ping et al. (2001) và Xiaolei Zhang et al. (2014) ghi nhận rầy nâu có dấu hiệu tăng mức kháng nhẹ ($\text{RR} = 1,4 - 3,7$). Riêng hoạt chất sulfoxaflor, Amalendu Ghosh et al. ghi nhận hiệu quả khống chế rầy cao và chưa có báo cáo về tính kháng trên thế giới.
- Về cơ chế sinh hóa và di truyền: Endo et al., Wen et al., Vontas et al., Elzaki et al. và William et al. chứng minh vai trò giải độc của các enzyme Cytochrome P450 (đặc biệt là gen CYP353D1v2 và CYP6ER1), Carboxylesterase (CarE/EST) và Glutathione S-transferases (GSTs). Yoo et al. chỉ ra tính trơ của Acetylcholinesterase (AChE) liên quan đến kháng Carbamate. Frech-constant et al. chỉ ra đột biến alanine tại vị trí 302 ở kênh GABA.
- Về sự suy giảm tính kháng và kháng chéo: Wen et al. (2009), Yang et al. chứng minh mức độ kháng imidacloprid giảm từ 147,8 lần xuống 21 lần sau 19 thế hệ, hoặc từ 359,94 lần xuống 6,50 lần sau 14 thế hệ không tiếp xúc thuốc. YaHua Wang et al. (2009) và Yuanxue Yang et al. (2016) khẳng định không có kháng chéo giữa imidacloprid với nitenpyram, buprofezin hay pymetrozine.
- Nghiên cứu trong nước:
- Tác hại và phân bố: Phạm Văn Lầm (1978, 1980, 2012), Bùi Bá Bổng và cs. làm rõ đặc điểm sinh học, chu kỳ phát dục và tỷ lệ phân hóa dạng cánh.
- Thực trạng sử dụng thuốc: Lương Minh Châu (2007), Lê Thị Diệu Trang và cs., Phan Văn Tương (2014) ghi nhận nông dân phun 3–4 lần/vụ, có nơi 5–8 lần/vụ, làm tăng mật độ rầy tái phát 25–30%.
- Diễn biến tính kháng tại Việt Nam: Lương Minh Châu (2007), Nguyễn Phạm Hùng (2009), Nguyễn Thị Hồng Vân (2010), Nguyễn Thanh Hải (2010), Lê Thị Kim Oanh và cs. (2011), Phan Văn Tương (2014), Phùng Minh Lộc và cs. (2016, 2017), Đào Bách Khoa và cs. (2018), Huỳnh Thị Ngọc Diễm và cs. đã bước đầu khảo sát tính kháng của rầy nâu với imidacloprid, fenobucarb, buprofezin, pymetrozine, nitenpyram và sulfoxaflor tại một số địa phương riêng lẻ thuộc đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long.
Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Các nghiên cứu trước đây trong nước chủ yếu khảo sát cục bộ tại một số tỉnh phía Bắc hoặc Nam Bộ trong thời gian ngắn, thiếu tính so sánh liên vùng đồng bộ từ Bắc vào Nam trên cùng một hệ phương pháp chuẩn hóa. Luận án đã lấp đầy khoảng trống này bằng việc đánh giá toàn diện trên 5 tỉnh đại diện (Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên, An Giang) trong 3 năm liên tiếp (2015–2017) với 7 hoạt chất thuộc 5 nhóm hóa học; đồng thời kết hợp phân tích hoạt tính enzyme giải độc, khảo sát ảnh hưởng thứ cấp của hoạt chất thuốc lên sinh sản và dạng hình cánh, đánh giá 14 giống lúa thực địa và xây dựng quy trình luân phiên thuốc an toàn với thiên địch bọ xít mù xanh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
Luận án dựa trên lý thuyết về tính kháng thuốc của côn trùng (Rudd, 1970) và hiện tượng kháng chéo (Nina, 2001). Khung phân tích tập trung vào các cơ chế tác động và cơ chế kháng thuốc của rầy nâu:
- Cơ chế tác động: Nhóm Neonicotinoid tác động lên thụ thể nicotinic acetylcholine (nAChR); nhóm Carbamate và Organophosphate ức chế Acetylcholinesterase (AChE) và Carboxyesterase (CarE); nhóm Pyridine azomethine (pymetrozine) gây ngán ăn và ức chế hút dịch libe; nhóm điều hòa sinh trưởng (buprofezin) ức chế enzyme tổng hợp Chitin; nhóm Sulfloximines (sulfoxaflor) tác động lên hệ thần kinh thông qua điều biến thụ thể nAChR ở vị trí chuyên biệt.
- Cơ chế kháng thuốc: Tăng cường hoạt tính các enzyme giải độc trao đổi chất gồm Esterase (EST), Cytochrome P450-dependent monooxygenase và Glutathione S-transferases (GSTs); giảm tính nhạy cảm của thụ thể đích và giảm độ thấm qua lớp biểu bì cutin (Lê Trường, 1985).
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng thực nghiệm sinh học và điều tra xã hội học nông nghiệp:
- Phương pháp điều tra hiện trạng: Sử dụng phiếu điều tra cấu trúc phỏng vấn nông dân trực tiếp tại 5 tỉnh (Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên, An Giang) trong năm 2014 nhằm thống kê chủng loại thuốc, nhóm thuốc, số lần phun, nồng độ và thói quen sử dụng thuốc BVTV phòng trừ rầy nâu.
- Phương pháp xác định mức độ kháng thuốc (Bioassay):
- Thử nghiệm sinh học định lượng xác định nồng độ gây chết 50% ($\text{LC}{50}$) hoặc liều lượng gây chết 50% ($\text{LD}{50}$) bằng phương pháp nhúng mạ hoặc nhỏ giọt cục bộ lên rầy non/trưởng thành.
- Xác định chỉ số kháng $\text{Ri}$ (Resistance Index) hoặc tỷ lệ kháng $\text{RR}$ (Resistance Ratio) thông qua công thức so sánh giá trị $\text{LC}{50}$/$\text{LD}{50}$ của quần thể rầy nâu thực địa với dòng rầy nâu mẫn cảm chuẩn:
$$\text{RR} = \frac{\text{LC}{50} \text{ (quần thể thực địa)}}{\text{LC}{50} \text{ (dòng mẫn cảm)}}$$
- Phương pháp phân tích sinh hóa enzyme: Đo quang phổ xác định hoạt tính của 3 nhóm enzyme giải độc Esterase (EST), Glutathione S-transferases (GST) và Cytochrome P450 monooxygenase trên các mẫu rầy nâu thu thập tại các tỉnh năm 2016 tại phòng thí nghiệm Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Đại học Aarhus (Đan Mạch).
- Phương pháp đánh giá tính kháng chéo và biến đổi sinh học:
- Sử dụng nòi rầy An Giang đã kháng imidacloprid để thử nghiệm độc lực với các hoạt chất nitenpyram, fenobucarb, buprofezin, pymetrozine, dinotefuran và sulfoxaflor.
- Theo dõi sức sinh sản (số trứng đẻ/cái) và tỷ lệ phân hóa dạng hình cánh (cánh dài - macropterous và cánh ngắn - brachypterous) của rầy nâu dưới tác động của nồng độ dưới mức gây chết của imidacloprid và nitenpyram.
- Phương pháp nghiên cứu giải pháp quản lý tính kháng:
- Đánh giá tính kháng của 14 giống lúa thu thập tại An Giang theo thang phân cấp hại chuẩn (Bảng 2.1) đối với rầy nâu.
- Thí nghiệm áp lực chọn lọc và ngừng tiếp xúc imidacloprid qua các thế hệ trên giống lúa kháng/nhiễm để theo dõi sự biến thiên của $\text{LC}_{50}$.
- Khảo nghiệm hiệu lực trừ rầy của các hoạt chất ở các pha phát dục (ấu trùng tuổi 1–2, tuổi 3–4, trưởng thành) trong phòng và ngoài đồng ruộng tại An Giang.
- Thử nghiệm mô hình luân phiên thuốc hóa học và đánh giá sự thay đổi giá trị $\text{LC}_{50}$ của thuốc Admire 50EC.
- Xác định giá trị $\text{LC}_{50}$, chỉ số độc và chỉ số lựa chọn (tính an toàn) của các loại thuốc trừ rầy đối với thiên địch bọ xít mù xanh (Cyrtorhinus lividipennis).
- Xử lý số liệu: Số liệu sinh học được tính toán và xử lý bằng phương pháp phân tích Probit để xác định $\text{LC}{50}$, $\text{LD}{50}$, phương sai ANOVA và kiểm định Duncan bằng phần mềm thống kê chuyên ngành.
Nguồn vật liệu và dữ liệu
- Dòng rầy mẫn cảm: Nguồn gốc từ Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia Nhật Bản tại vùng Okinawa - Kyushu, được duy trì nhân nuôi cách ly hoàn toàn với thuốc BVTV tại Trung tâm BVTV Phía Nam và Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ tháng 5/2014.
- Quần thể rầy thực địa: Thu thập từ 5 tỉnh Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên, An Giang.
- Giống lúa thí nghiệm: Giống nhiễm chuẩn TN1 (Taichung Native 1) và 14 giống lúa thu thập tại An Giang (OM16976, OM6976, OM5451, OM8108, OM8017, OM7347, OM10041, OM6162, OM4218, OM4900, VĐ20, IR504, IR50404, Jamie85).
- Hoạt chất thuốc kỹ thuật (độ tinh khiết $\ge 95%$ của hãng Sigma-Aldrich Pte Ltd) và thuốc thương phẩm tương ứng: fenobucarb 96% (Bassa 50EC), imidacloprid 97% (Admire 50EC), nitenpyram 98% (Elsin 10EC), dinotefuran 99% (Oshin 20WP), buprofezin 97% (Applaud 10WP), pymetrozine 99% (Chess 50WP), sulfoxaflor 98% (Closer 500WG).
| Nhóm thuốc BVTV |
Hoạt chất kỹ thuật ($\ge 95%$) |
Tên thuốc thương phẩm sử dụng |
| Carbamate |
Fenobucarb (96%) |
Bassa 50EC |
| Neonicotinoid |
Imidacloprid (97%) |
Admire 50EC |
| Neonicotinoid |
Nitenpyram (98%) |
Elsin 10EC |
| Neonicotinoid |
Dinotefuran (99%) |
Oshin 20WP |
| Điều hòa sinh trưởng (IGR) |
Buprofezin (97%) |
Applaud 10WP |
| Pyridine azomethine |
Pymetrozine (99%) |
Chess 50WP |
| Sulfloximines |
Sulfoxaflor (98%) |
Closer 500WG |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Tổng quan tài liệu nghiên cứu và cơ sở khoa học của đề tài
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về tác hại của rầy nâu, đặc điểm vòng đời (28–32 ngày ở 25°C, 23–25 ngày ở 28°C theo Mochida and Okada, 1979; sức đẻ 324,8–362,5 trứng/cái theo Phạm Văn Lầm, 1980), và ngưỡng phòng trừ kinh tế (20–25 rầy/khóm làm giảm 15–20% năng suất; 2–5 rầy/dảnh theo Kulshreshtha and Kalode, 1976). Chương này phân tích cơ chế tác động sinh hóa của 8 nhóm thuốc trừ sâu chính và 4 cơ chế kháng thuốc cơ bản của côn trùng (giảm thẩm thấu cutin, thay đổi tập tính, tăng cường enzyme trao đổi chất và đột biến gen điểm tác động). Tác giả tổng hợp chi tiết tình hình nghiên cứu tính kháng trong và ngoài nước đối với 7 hoạt chất (imidacloprid, fenobucarb, buprofezin, dinotefuran, nitenpyram, sulfoxaflor, pymetrozine), sự phát triển và suy giảm tính kháng khi có hoặc không có áp lực chọn lọc, tính kháng chéo, cơ chế liên quan đến enzyme Esterase, GSTs, Cytochrome P450, cũng như các chiến lược quản lý tính kháng (Heong et al., 2011).
Chương 2. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm từ năm 2014 đến 2018. Tác giả trình bày phương pháp thu thập rầy nâu tại 5 tỉnh, phương pháp nhân nuôi dòng chuẩn mẫn cảm (Okinawa - Kyushu) và rầy thực địa trên giống TN1. Chương này quy định chi tiết: phương pháp điều tra hiện trạng nông dân (mục 2.1); phương pháp thử nghiệm sinh học định lượng xác định $\text{LC}{50}$/$\text{LD}{50}$ và tính chỉ số $\text{Ri}$/$\text{RR}$ cho 7 hoạt chất (mục 2.2.1); phương pháp định lượng enzyme giải độc (mục 2.2.2); phương pháp đánh giá tính kháng chéo (mục 2.2.3); phương pháp đánh giá tác động của imidacloprid và nitenpyram đến sức sinh sản và tỷ lệ phân hóa dạng cánh (mục 2.2.4); phương pháp đánh giá 14 giống lúa thu thập tại An Giang và ảnh hưởng của giống lúa đến sự biến động tính kháng qua các thế hệ (mục 2.3.1); phương pháp thử nghiệm hiệu lực thuốc, luân phiên thuốc và xác định độ độc đối với bọ xít mù xanh (mục 2.3.2); cùng phương pháp phân tích số liệu sinh học thống kê (mục 2.4).
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được, được chia thành 4 nội dung lớn:
-
Thực trạng sử dụng thuốc BVTV phòng chống rầy nâu tại 5 tỉnh (năm 2014):
Kết quả điều tra (Bảng 3.1 đến 3.7) cho thấy thuốc BVTV nhóm Neonicotinoid chiếm tỷ trọng sử dụng cao nhất ở tất cả các địa phương nghiên cứu, tiếp theo là nhóm Carbamate và điều hòa sinh trưởng. Tần suất phun thuốc tại An Giang cao nhất (trung bình 3–4 lần/vụ, có hộ phun 5–6 lần/vụ), trong khi tại Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên dao động từ 1–3 lần/vụ. Tình trạng nông dân phối trộn nhiều loại thuốc và tăng liều lượng so với khuyến cáo diễn ra phổ biến (Bảng 3.7).
-
Mức độ kháng thuốc của các quần thể rầy nâu giai đoạn 2015–2017:
Kết quả thử nghiệm độc học (Bảng 3.8 đến 3.14 và Hình 3.1 đến 3.7) đối với 7 hoạt chất ghi nhận:
- Imidacloprid (Bảng 3.8, Hình 3.1): Quần thể rầy nâu ở tất cả 5 tỉnh đều có mức độ kháng rất cao, tỷ lệ kháng tăng liên tục qua các năm, cao nhất tại An Giang ($\text{RR} > 200$ lần), tiếp đến là Nghệ An, Phú Yên, Nam Định và Hưng Yên.
- Pymetrozine (Bảng 3.12, Hình 3.5): Quần thể rầy nâu thể hiện mức độ kháng từ rất cao đến cực cao, chỉ số kháng biến động mạnh qua các năm ($\text{RR} = 237,63 - 1048,73$).
- Fenobucarb (Bảng 3.10, Hình 3.3) và Buprofezin (Bảng 3.13, Hình 3.6): Quần thể rầy nâu duy trì mức độ kháng từ trung bình đến cao ($\text{RR}$ của fenobucarb từ 74,20 đến 119,42; buprofezin từ 43,36 đến 87,01).
- Nitenpyram (Bảng 3.9, Hình 3.2): Mức độ kháng ở mức trung bình ($\text{RR} = 16,26 - 43,81$).
- Dinotefuran (Bảng 3.14, Hình 3.7): Rầy nâu bắt đầu xuất hiện tính kháng từ thấp đến trung bình tùy vùng.
- Sulfoxaflor (Bảng 3.11, Hình 3.4): Quần thể rầy nâu ở hầu hết các vùng vẫn còn mẫn cảm hoặc chỉ mới chớm kháng nhẹ ở mức rất thấp.
| Hoạt chất thuốc |
Mức độ kháng của quần thể rầy nâu (2015–2017) |
Đặc điểm biến động theo vùng |
| Imidacloprid |
Rất cao ($\text{RR} > 100 - 276$) |
An Giang và các tỉnh miền Trung cao hơn ĐBSH |
| Pymetrozine |
Rất cao ($\text{RR} > 237 - 1048$) |
ĐBSCL ghi nhận mức kháng cực cao |
| Fenobucarb |
Cao ($\text{RR} = 74,20 - 119,42$) |
Kháng đồng đều ở cả 3 miền |
| Buprofezin |
Trung bình đến cao ($\text{RR} = 43,36 - 87,01$) |
Tăng dần theo thời gian sử dụng |
| Nitenpyram |
Trung bình ($\text{RR} = 16,26 - 43,81$) |
Tương đối ổn định |
| Dinotefuran |
Thấp đến trung bình |
An Giang xuất hiện tính kháng sớm hơn miền Bắc |
| Sulfoxaflor |
Rất thấp đến mẫn cảm |
Hoạt chất còn duy trì hiệu lực cao nhất |
- Cơ chế enzyme, kháng chéo và ảnh hưởng sinh vật học:
- Cơ chế giải độc enzyme (Bảng 3.15): Hoạt tính của cả 3 enzyme Esterase, GSTs và Cytochrome P450 ở các quần thể rầy thực địa năm 2016 đều cao hơn rõ rệt so với dòng mẫn cảm chuẩn. Trong đó, hoạt tính Cytochrome P450 và Esterase tương quan chặt chẽ với mức độ kháng imidacloprid và fenobucarb.
- Kháng chéo (Bảng 3.16): Nòi rầy nâu An Giang kháng imidacloprid không thể hiện tính kháng chéo đối với nitenpyram, buprofezin và sulfoxaflor; thể hiện mức kháng chéo nhẹ với dinotefuran.
- Tác động sinh học (Bảng 3.17 đến 3.21): Hoạt chất imidacloprid và nitenpyram ở liều lượng dưới mức gây chết làm giảm sức đẻ trứng của rầy nâu cái trưởng thành ở cả dạng cánh dài và cánh ngắn; đồng thời làm tăng tỷ lệ cá thể phát triển thành dạng hình cánh dài trong quần thể, thúc đẩy tiềm năng di cư phân tán.
- Giải pháp quản lý tính kháng:
- Sử dụng giống lúa kháng (Bảng 3.22, 3.23, Hình 3.8): Trong 14 giống lúa thu thập tại An Giang, mức độ mẫn cảm/kháng rầy có sự phân hóa rõ rệt. Khi nhân nuôi quần thể rầy An Giang trên giống lúa mà không tiếp xúc với imidacloprid qua các thế hệ, chỉ số kháng suy giảm nhanh chóng.
- Sử dụng thuốc hóa học hợp lý và luân phiên (Bảng 3.24 đến 3.28): Hiệu lực phòng trừ của các hoạt chất khác nhau rõ rệt giữa các pha tuổi (rầy non tuổi 1–2 mẫn cảm hơn tuổi 3–4 và trưởng thành). Việc áp dụng công thức luân phiên các hoạt chất có cơ chế tác động khác nhau đã làm giảm rõ rệt giá trị $\text{LC}_{50}$ của thuốc Admire 50EC đối với rầy nâu (Bảng 3.28).
- Độc tính đối với thiên địch bọ xít mù xanh (Bảng 3.29 đến 3.31): Xác định giá trị $\text{LC}_{50}$, chỉ số độc và chỉ số an toàn lựa chọn, cho thấy các hoạt chất sulfoxaflor, pymetrozine, buprofezin có độ an toàn cao hơn đối với bọ xít mù xanh so với nhóm Carbamate và một số Neonicotinoid phổ rộng.
- Đề xuất giải pháp quản lý (Mục 3.4): Luận án đề xuất gói giải pháp tích hợp gồm luân phiên thuốc theo nhóm cơ chế tác động, hạn chế sử dụng imidacloprid và pymetrozine đơn lẻ, ưu tiên các hoạt chất còn hiệu lực cao và chọn lọc đối với thiên địch, kết hợp cơ cấu giống lúa kháng và chỉ phun thuốc khi mật độ rầy đạt ngưỡng phòng trừ kinh tế.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận
- Luận án bổ sung bộ dẫn liệu khoa học có tính hệ thống và cập nhật về mức độ kháng thuốc của các quần thể rầy nâu tại 5 vùng sinh thái lúa trọng điểm của Việt Nam đối với 7 hoạt chất thuốc BVTV thuộc 5 nhóm hóa học: Neonicotinoid (imidacloprid, nitenpyram, dinotefuran), Carbamate (fenobucarb), chất điều hòa sinh trưởng côn trùng (buprofezin), Pyridine azomethine (pymetrozine) và Sulfloximines (sulfoxaflor).
- Cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về cơ chế giải độc enzyme (Cytochrome P450, Esterase, GSTs) của các quần thể rầy nâu thực địa so với dòng mẫn cảm chuẩn quốc tế; làm sáng tỏ quy luật không kháng chéo giữa nòi kháng imidacloprid với sulfoxaflor, nitenpyram và buprofezin.
- Cung cấp dẫn liệu khoa học về tác động của hoạt chất imidacloprid và nitenpyram đến sức sinh sản và xu hướng kích thích hình thành dạng hình cánh dài ở rầy nâu, cũng như dẫn liệu về độ độc và chỉ số lựa chọn an toàn của các loại thuốc trừ rầy đối với thiên địch bọ xít mù xanh (Cyrtorhinus lividipennis).
Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp ứng dụng
- Đánh giá thực trạng sử dụng thuốc BVTV của nông dân tại 5 tỉnh trồng lúa, chỉ ra nguyên nhân cốt lõi thúc đẩy tính kháng thuốc ngoài đồng ruộng là việc lạm dụng nhóm Neonicotinoid và phối trộn thuốc không hợp lý.
- Đánh giá phản ứng kháng rầy của 14 giống lúa thương mại tại An Giang và chứng minh thực nghiệm việc ngừng tiếp xúc imidacloprid kết hợp sử dụng giống phù hợp giúp làm suy giảm nhanh tính kháng thuốc của rầy nâu qua các thế hệ.
- Đề xuất quy trình sử dụng thuốc hóa học luân phiên hợp lý (chứng minh làm hạ thấp giá trị $\text{LC}_{50}$ của quần thể rầy) và xây dựng hệ thống giải pháp quản lý tính kháng tổng hợp, bảo vệ quần thể thiên địch tự nhiên trong hệ sinh thái ruộng lúa.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Căn cứ vào nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong luận án:
- Hạn chế: Luận án tập trung điều tra và thu thập mẫu rầy tại 5 tỉnh đại diện (Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An, Phú Yên, An Giang) trong giai đoạn 2014–2018; các hoạt chất thử nghiệm giới hạn ở 7 hoạt chất chính phổ biến thời điểm nghiên cứu; đối tượng thiên địch đánh giá chuyên sâu giới hạn ở loài bọ xít mù xanh (Cyrtorhinus lividipennis); thí nghiệm sinh học giống lúa tập trung vào 14 giống thu thập tại An Giang.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục mở rộng phạm vi giám sát tính kháng định kỳ trên các vùng sinh thái khác; theo dõi diễn biến tính kháng đối với các hoạt chất mới phát sinh; nghiên cứu sâu hơn ở mức độ sinh học phân tử về các đột biến gen đích cụ thể kiểm soát tính kháng chéo; và mở rộng đánh giá mức độ an toàn của thuốc trừ rầy trên đa dạng các loài thiên địch khác trong hệ sinh thái đồng ruộng.
Giá trị tham khảo
Luận án là công trình nghiên cứu chuyên khảo có giá trị tham khảo chuyên môn cao cho nhiều nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Bảo vệ thực vật, Côn trùng học nông nghiệp, Nông học: Tham khảo phương pháp thử nghiệm sinh học định lượng độc chất học ($\text{LC}{50}$, $\text{LD}{50}$, $\text{RR}$, $\text{Ri}$), phương pháp duy trì dòng mẫn cảm chuẩn quốc tế và quy trình phân tích hoạt tính enzyme giải độc trao đổi chất.
- Giảng viên, nhà khoa học tại các viện nghiên cứu và trường đại học nông nghiệp: Khai thác bộ số liệu thực nghiệm gốc về tính kháng của 7 hoạt chất, cơ chế kháng chéo và tác động của thuốc hóa học lên tỷ lệ biến đổi hình thái cánh và sức sinh sản của rầy nâu.
- Cán bộ kỹ thuật BVTV, Chi cục Trồng trọt và BVTV các địa phương, cán bộ khuyến nông: Sử dụng các bảng số liệu so sánh hiệu lực thuốc trên từng pha tuổi ấu trùng/trưởng thành và mô hình luân phiên thuốc để xây dựng hướng dẫn phòng trừ rầy nâu hiệu quả, tránh lãng phí thuốc và hạn chế bộc phát dịch.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Cục Bảo vệ thực vật, Bộ Nông nghiệp và PTNT): Tham khảo các kết quả đánh giá thực trạng kháng thuốc rất cao của imidacloprid và pymetrozine để làm căn cứ khoa học điều chỉnh danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng, định hướng cơ cấu nhóm thuốc nhập khẩu và ban hành quy chuẩn quản lý tính kháng thuốc trên phạm vi quốc gia.
Câu hỏi thường gặp
1. Mức độ kháng hoạt chất imidacloprid và pymetrozine của các quần thể rầy nâu trong giai đoạn 2015–2017 diễn biến như thế nào?
Theo kết quả thử nghiệm sinh học (Bảng 3.8 và 3.12), quần thể rầy nâu ở tất cả 5 tỉnh nghiên cứu đều đã phát triển mức độ kháng rất cao đối với imidacloprid và pymetrozine. Tỷ lệ kháng ($\text{RR}$) của imidacloprid dao động trong khoảng từ trên 100 đến hơn 276 lần so với dòng mẫn cảm, trong đó An Giang và các tỉnh phía Nam ghi nhận chỉ số kháng cao nhất. Đối với pymetrozine, mức độ kháng đạt từ rất cao đến cực cao, dao động từ $\text{RR} = 237,63$ đến $1048,73$.
2. Hoạt chất imidacloprid và nitenpyram ở liều lượng thấp tác động như thế nào đến sinh học và hình thái rầy nâu?
Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.17 đến 3.21) chỉ ra rằng khi tiếp xúc với nồng độ dưới mức gây chết của imidacloprid và nitenpyram, sức đẻ trứng của cả hai dạng hình rầy nâu cánh dài và cánh ngắn đều bị suy giảm rõ rệt. Tuy nhiên, thuốc lại kích thích làm gia tăng tỷ lệ cá thể phát triển thành dạng hình trưởng thành cánh dài (macropterous) trong quần thể, làm tăng khả năng di cư và phát tán của rầy nâu.
3. Cơ chế giải độc nào đóng vai trò chính trong tính kháng thuốc của các quần thể rầy nâu được nghiên cứu?
Kết quả phân tích sinh hóa năm 2016 (Bảng 3.15) xác định hoạt tính của cả 3 nhóm enzyme giải độc Esterase (EST), Glutathione S-transferases (GSTs) và Cytochrome P450-dependent monooxygenase ở rầy nâu thực địa đều cao hơn có ý nghĩa so với dòng mẫn cảm chuẩn. Trong đó, sự gia tăng hoạt tính Cytochrome P450 và Esterase là cơ chế trao đổi chất chủ đạo tạo nên tính kháng đối với nhóm Neonicotinoid (như imidacloprid) và nhóm Carbamate (như fenobucarb).
4. Quần thể rầy nâu đã kháng imidacloprid có kháng chéo với các hoạt chất thuốc trừ rầy khác không?
Kết quả thử nghiệm trên nòi rầy An Giang kháng imidacloprid (Bảng 3.16) cho thấy không xuất hiện tính kháng chéo đối với các hoạt chất nitenpyram, buprofezin, pymetrozine và sulfoxaflor; chỉ ghi nhận mức kháng chéo nhẹ đối với dinotefuran.
5. Hoạt chất nào thể hiện mức độ an toàn cao nhất đối với thiên địch bọ xít mù xanh (Cyrtorhinus lividipennis)?
Dựa trên giá trị $\text{LC}_{50}$, chỉ số độc và chỉ số lựa chọn an toàn (Bảng 3.29 đến 3.31), hoạt chất sulfoxaflor, pymetrozine và buprofezin thể hiện tính chọn lọc cao và ít gây độc hại đối với bọ xít mù xanh hơn so với hoạt chất fenobucarb và các thuốc trừ sâu phổ rộng khác.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Bùi Xuân Thắng đã xác định một cách hệ thống hiện trạng lạm dụng thuốc BVTV và mức độ kháng thuốc rất cao của các quần thể rầy nâu đối với các hoạt chất phổ biến như imidacloprid, pymetrozine, fenobucarb tại 5 vùng trồng lúa trọng điểm của Việt Nam. Công trình đã làm rõ cơ chế giải độc thông qua hoạt tính enzyme Cytochrome P450, Esterase, GSTs, chứng minh sự vắng mặt của hiện tượng kháng chéo giữa imidacloprid với sulfoxaflor, nitenpyram, đồng thời chỉ ra tác động của thuốc hóa học lên sức sinh sản và tỷ lệ phân hóa dạng cánh di cư của rầy. Các kết quả thực nghiệm về sự suy giảm tính kháng khi ngừng áp lực chọn lọc, hiệu quả của công thức luân phiên thuốc và đánh giá độ an toàn trên thiên địch bọ xít mù xanh là cơ sở khoa học tin cậy để xây dựng chiến lược quản lý tính kháng thuốc rầy nâu bền vững trong sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam.
