Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Bảo vệ thực vật (mã ngành: 62 62 01 12) của nghiên cứu sinh Trần Trọng Dũng, được hoàn thành năm 2021 tại Trường Đại học Cần Thơ dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trần Vũ Phến, mang tiêu đề: "Nghiên cứu pheromone giới tính của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella Moore (Lepidoptera: Pyralidae) xác định cấu trúc hoá học, tổng hợp và đánh giá hiệu quả ngoài đồng".

Về tính cấp thiết, cây có múi nói chung và cây bưởi (Citrus maxima) nói riêng có giá trị kinh tế cao, phân bố rộng khắp các tỉnh phía Nam với diện tích trên 83.000 ha. Từ khi xuất hiện rải rác trên bưởi Năm Roi tại tỉnh Sóc Trăng vào tháng 10 năm 2011, đến năm 2013 loài sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella Moore (họ Pyralidae, bộ Lepidoptera) đã lan rộng và trở thành đối tượng dịch hại nguy hiểm tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) cùng các tỉnh như Bình Phước, Khánh Hòa. Không chỉ gây hại trên bưởi, loài côn trùng này còn tấn công cam sành, cam xoàn, cam mật, quýt đường, chanh núm, chanh giấy, chanh không hạt, hạnh và chúc. Do ấu trùng đục sâu vào bên trong vỏ và thịt trái, các biện pháp phun thuốc bảo vệ thực vật hóa học định kỳ (7–10 ngày/lần) mang lại hiệu quả rất thấp, gây tốn kém chi phí, hủy diệt thiên địch, tăng nguy cơ bộc phát tính kháng thuốc và để lại dư lượng độc hại. Mặt khác, biện pháp bao trái thủ công đòi hỏi chi phí công lao động lớn và khó áp dụng đồng loạt cho các loại cây có múi quả nhỏ. Khoảng trống nghiên cứu lúc bấy giờ là cấu trúc hóa học của pheromone giới tính ở loài này chưa từng được xác định, chưa có quy trình tổng hợp hóa học, và chưa có đánh giá thực nghiệm về hiệu lực hấp dẫn ngoài đồng cũng như tiềm năng ứng dụng các hóa chất tín hiệu nguồn gốc thảo mộc (chất quấy rối) để thay thế thuốc trừ sâu hóa học.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể như sau:

  • Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu tình hình gây hại, đặc điểm sinh học và ứng dụng hóa chất tín hiệu nhằm góp phần thay thế thuốc bảo vệ thực vật để quản lý ngài sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella ở ĐBSCL.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Xác định tình hình gây hại và đặc điểm sinh học của Citripestis sagittiferella ở ĐBSCL.
    2. Xác định được cấu trúc hóa học và tổng hợp các thành phần pheromone giới tính của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella.
    3. Đánh giá được hiệu quả hấp dẫn của pheromone giới tính đối với Citripestis sagittiferella.
    4. Đánh giá được hiệu quả của tinh dầu tỏi và tinh dầu sả trong việc làm giảm sự gây hại của sâu đục trái bưởi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Pheromone giới tính của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella.
  • Phạm vi nghiên cứu: Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp hóa học và đánh giá hiệu quả ngoài đồng ruộng pheromone giới tính của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella.
  • Thời gian thực hiện: Từ tháng 1 năm 2015 đến tháng 12 năm 2018.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm phân tích hóa sinh và điện sinh lý được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Sinh thái học Hóa chất, Trường Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo (Tokyo University of Agriculture and Technology, Nhật Bản) và Phòng thí nghiệm Hóa sinh 2, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Cần Thơ. Công tác tổng hợp hóa học thực hiện tại Phòng thí nghiệm Phòng trừ Sinh học, Bộ môn Bảo vệ Thực vật, Trường Đại học Cần Thơ. Nghiên cứu thực địa, khảo sát sinh học và thử nghiệm ngoài đồng được triển khai tại các vườn bưởi thuộc tỉnh Sóc Trăng (huyện Kế Sách), Hậu Giang (huyện Châu Thành), Vĩnh Long (huyện Bình Minh) và Thành phố Cần Thơ (quận Cái Răng).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án tập hợp hệ thống nghiên cứu trong và ngoài nước xoay quanh bốn trục nội dung chính: đặc tính cây bưởi và thành phần côn trùng hại; lý thuyết cấu trúc và cơ chế tiếp nhận pheromone giới tính bộ Cánh vảy (Lepidoptera); phương pháp phân tích và tổng hợp hóa học pheromone kiểu I; và ứng dụng tinh dầu thảo mộc làm chất quấy rối hành vi.

Về cây bưởi (Citrus maxima) và sâu hại chính: Luận án dẫn chứng các công trình phân loại và sinh thái học của Morton (2004), Puglisi et al. (2013), Nguyễn Danh Vàn (2008), Lê Thanh Phong và Phạm Thành Lợi (2014), Vũ Công Hậu (1996), Võ Hữu Thoại và ctv. (2012), Seddeek et al. (2017). Chi Citripestis thuộc họ Pyralidae được Ragonot mô tả lần đầu năm 1893 (Mathew, 2006). Các nghiên cứu quốc tế ghi nhận Citripestis sagittiferella phân bố tại Thái Lan, Malaysia, Singapore, Brunei, Indonesia và Việt Nam (Muniappan et al., 2012; Clausen, 1993; Plant Health Australia, 2014). Tại Việt Nam, loài dịch hại này được ghi nhận bởi Nguyễn Văn Huỳnh và Lê Thị Sen (2011), Nguyễn Thị Thu Cúc (2015), Phạm Tấn Hảo và Lê Quốc Điền (2016), Trần Trọng Dũng và ctv. (2017), Vũ Bá Quan và ctv. (2014), và Trần Thị Mỹ Hạnh và ctv. (2016). Các loài sâu hại quan trọng khác trên cây có múi cũng được điểm lại gồm sâu đục vỏ trái Prays endocarpa (Nguyễn Đức Thịnh và ctv., 2013; Vang et al., 2011; Cianco và Murkej, 2010) và sâu vẽ bùa Phyllocnistis citrella (Salhi và Mitiche, 2009; Hoy và Nguyen, 1997; Belasque et al., 2005; Das et al., 2014).

Về lý thuyết pheromone bộ Cánh vảy: Pheromone được định nghĩa là chất hóa học truyền tín hiệu chuyên biệt giữa các cá thể cùng loài (Jeong, 2005; Nguyễn Văn Đĩnh, 2004; Binder et al., 2009; Witzgall et al., 2010; Buekens, 2012). Cấu trúc pheromone bộ Cánh vảy được chia thành Kiểu I và Kiểu II (Ando và Yamakawa, 2011; Ando et al., 2004). Kiểu I gồm các rượu bậc một mạch thẳng C10–C18, dẫn xuất acetate hoặc aldehyde có nhóm chức thông thường (-OH, -CHO, -OAc) hoặc nhóm chức lạ (Millar et al., 2002; Hall et al., 1992; Henderson et al., 1973; Yasuda et al., 1994). Kiểu II gồm các polyenyl hydrocarbon mạch C17–C23 không phân cực hoặc dẫn xuất epoxy (Yamamoto et al., 2013; Matsuoka et al., 2008).

Về kỹ thuật phân tích và tổng hợp: Luận án tham chiếu quy trình sắc ký khí - điện râu đầu (GC-EAD) để phát hiện thành phần có hoạt tính sinh học (Arn et al., 1975; Lê Văn Vàng, 2016) và sắc ký khí - khối phổ (GC-MS) ion hóa va chạm điện tử 70 eV (Harwood và Claridge, 1998). Phương pháp cộng dimethyl disulfide (DMDS) xúc tác iod để xác định vị trí nối đôi dựa trên các ion phân rã đặc trưng được kế thừa từ Buser et al. (1983). Về tổng hợp diene liên hợp, luận án phân tích các con đường chọn lọc lập thể qua phản ứng ghép đôi chéo và phản ứng Wittig theo Nishida et al. (2003), Uehara et al. (2013), và Lê Văn Vàng và Nguyễn Thị Tiện (2015).

Đáng chú ý, luận án phân tích sâu về các công trình trên họ Pyralidae và Crambidae, chỉ ra rằng nhiều loài trong các họ này đòi hỏi sự hiện diện của các hydrocarbon mạch dài (hóa chất tín hiệu biểu bì cuticular) phối hợp với pheromone kiểu I mới tạo ra phản ứng hấp dẫn thành trùng đực ngoài tự nhiên. Các trường hợp điển hình gồm: Dioryctria abietivorella (Millar et al., 2005), Amyelois transitella (Kanno et al., 2010), Neoleucinodes elegantalis (Cabrera et al., 2001), Deanolis sublimbalis (Gibb et al., 2007), Conogethes pluto (El-Sayed et al., 2012), Conogethes punctiferalis (Xiao et al., 2012), Omphisa anastomosalis (Trần Văn Hiếu và Lê Văn Vàng, 2017; Yan et al., 2014), Maruca vitrata (Downham et al., 2003), Ostrinia zealis (Huang et al., 1998; Ishikawa et al., 1999; Sakai et al., 2007), Ostrinia nubilalis (Glover et al., 1989; Domingue et al., 2006) và Etiella zinckenella (Tabata et al., 2008).

Về chất quấy rối từ tinh dầu thực vật: Tinh dầu sả chanh Cymbopogon citratus (Shivankar và Singh, 2005; Maia và Moore, 2011; Shah et al., 2011; Kimutai et al., 2017; Brugger et al., 2019; Udin et al., 2017; Salami và Salami, 2017) và tinh dầu tỏi Allium sativum (Upadhyay và Singh, 2012; Platta-Rueda et al., 2016, 2017; Campell et al., 2011; Sadeghi et al., 2007) được điểm lại về khả năng xua đuổi, ngăn chặn bắt cặp và ức chế côn trùng gây hại.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết là: Trước nghiên cứu này, cấu trúc hóa học pheromone giới tính của Citripestis sagittiferella hoàn toàn chưa được làm sáng tỏ; chưa có quy trình tổng hợp hóa học lập thể các cấu tử pheromone của loài này; và chưa có thực nghiệm đánh giá khả năng sử dụng pheromone giới tính cũng như các chất quấy rối có nguồn gốc tự nhiên (tinh dầu sả chanh, tinh dầu tỏi) để quản lý sâu đục trái bưởi trong điều kiện canh tác tại ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của luận án dựa trên nguyên lý sinh thái học hóa chất (chemical ecology) và quản lý dịch hại tổng hợp (IPM):

  • Thụ cảm hóa học ở côn trùng: Tuyến pheromone của thành trùng cái bộ Cánh vảy giải phóng pheromone kiểu I (rượu, acetate hoặc aldehyde mạch thẳng có liên kết đôi). Râu đầu của ngài đực mang các thụ cảm thể khứu giác (sensilla), tiếp nhận tín hiệu hóa học và chuyển hóa thành điện thế kích thích.
  • Điện sinh lý học và khối phổ học: Sử dụng kỹ thuật GC-EAD để liên kết tín hiệu phân tách sắc ký với đáp ứng điện râu (EAG), và GC-MS ở mức năng lượng 70 eV để xác định khối lượng phân tử. Kỹ thuật dẫn xuất hóa DMDS (dimethyl disulfide) giúp xác định chính xác vị trí các liên kết đôi dựa trên sự phân tách đặc trưng của liên kết C–C mang nhóm methylthio ($S^+CH_3$).
  • Cơ sở tổng hợp hữu cơ: Xây dựng con đường tổng hợp chọn lọc đồng phân lập thể cho các hợp chất acetate không no thông qua phản ứng Wittig giữa muối phosphonium và aldehyde.
  • Cơ chế quấy rối hành vi (mating disruption / behavioral disruption): Làm bão hòa không gian tán cây bằng các hợp chất tín hiệu tự nhiên hoặc tinh dầu thực vật, làm rối loạn khả năng định vị cá thể cái của con đực, qua đó ngăn chặn sự giao phối và giảm mật số ấu trùng gây hại.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa điều tra xã hội học nông thôn, sinh học thực nghiệm, phân tích hóa học phân tích, tổng hợp hóa hữu cơ và thử nghiệm đồng ruộng:

  • Điều tra nông hộ và khảo sát thực địa: Thực hiện phỏng vấn bằng phiếu điều tra tại các nhà vườn chuyên canh bưởi Năm Roi; kết hợp điều tra định kỳ trực tiếp trên vườn tại Sóc Trăng, Hậu Giang, Vĩnh Long và Cần Thơ để ghi nhận tỷ lệ hại, mức độ thiệt hại theo kích thước trái và biến động mật số theo mùa khô - mùa mưa.
  • Nghiên cứu đặc điểm hình thái và sinh học: Thu thập quả bưởi bị sâu hại ngoài vườn, nhân nuôi trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng hộp nhựa và thùng xốp. Theo dõi chi tiết kích thước các pha phát dục (trứng, 5 tuổi ấu trùng, nhộng, thành trùng đực/cái), thời gian phát triển từng giai đoạn, tỷ lệ sống sót, tập tính bắt cặp vào chiều tối và vị trí đẻ trứng trên quả.
  • Ly trích và xác định cấu trúc pheromone giới tính: Cắt bỏ phần bụng chứa tuyến pheromone của ngài cái chưa giao phối, ngâm chiết trong dung môi n-hexane tinh khiết trong 15 phút. Dịch chiết thô được phân tích bằng GC-EAD với đầu dò râu đầu ngài đực. Mẫu dịch chiết sau đó được phân tích trên hệ thống GC-MS và thực hiện phản ứng dẫn xuất hóa với DMDS có xúc tác iod để định vị nối đôi.
  • Tổng hợp hóa học pheromone: Tổng hợp các thành phần pheromone thông qua phản ứng Wittig tại phòng thí nghiệm. Tiến hành tinh chế và kiểm tra cấu trúc sản phẩm tổng hợp bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) và GC-MS, so sánh thời gian lưu và phổ ion phân rã với mẫu tự nhiên và chất chuẩn thương mại.
  • Thử nghiệm hiệu lực bẫy ngoài đồng: Thiết lập các thí nghiệm bẫy chứa mồi pheromone tổng hợp đơn lẻ hoặc phối trộn theo các tỷ lệ và nồng độ khác nhau (từ Thí nghiệm 1 đến Thí nghiệm 5), đặt tại các vườn bưởi để đánh giá số lượng thành trùng đực vào bẫy.
  • Đánh giá hiệu quả của chất quấy rối (tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi):
    • Đánh giá tốc độ và khối lượng bay hơi tích lũy của tinh dầu chứa trong ba loại vật liệu: bọc PE, bọc PE zipper và ống Eppendorf.
    • Đánh giá hiệu quả làm giảm tỷ lệ trái bị hại ở quy mô thử nghiệm ô hẹp ngoài đồng.
    • Thử nghiệm diện rộng hiệu quả của tinh dầu sả chanh treo bằng túi PE zipper (mật độ 20 túi/1.000 m²) so sánh với nghiệm thức phun thuốc bảo vệ thực vật theo tập quán nông dân và nghiệm thức đối chứng không xử lý trên giống bưởi Năm Roi tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng.
  • Xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được thu thập, xử lý thống kê, tính toán tỷ lệ gây hại, khối lượng bay hơi, phân tích phương sai và so sánh khác biệt giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa thống kê 5% ($p < 0,05$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. Tác giả luận chứng sự bùng phát nghiêm trọng của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella tại ĐBSCL từ năm 2011 đến 2013 và thiệt hại nặng nề mà loài này gây ra trên bưởi cùng nhiều loại cây có múi khác. Luận án chỉ ra tính chất bế tắc của biện pháp hóa học khi sâu non nhanh chóng chui sâu vào mô trái, buộc nhà vườn phải phun xịt định kỳ 7–10 ngày/lần. Chương 1 xác định rõ mục tiêu tổng quát, 4 mục tiêu cụ thể, đối tượng nghiên cứu (pheromone giới tính của Citripestis sagittiferella), phạm vi nghiên cứu, điểm mới và ý nghĩa khoa học - thực tiễn trong việc mở đường cho các giải pháp quản lý sinh học không độc hại.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2 tổng hợp khối lượng tài liệu chuyên khảo về:

  1. Đặc điểm thực vật, sinh thái học, yêu cầu canh tác cây bưởi (Citrus maxima), các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, phẩm chất và tuổi thọ vườn cây.
  2. Các loài dịch hại chính trên cây có múi, phân loại chi Citripestis, đặc điểm sâu đục vỏ trái (Prays endocarpa) và sâu vẽ bùa (Phyllocnistis citrella).
  3. Lý thuyết về pheromone giới tính bộ Cánh vảy: phân loại Kiểu I (nhóm chức thông thường và nhóm chức lạ) và Kiểu II; cơ chế thụ cảm tại râu đầu; ứng dụng pheromone trong giám sát, bẫy tập hợp và quấy rối bắt cặp (mating disruption).
  4. Phương pháp xác định cấu trúc pheromone Kiểu I bằng GC-EAD, GC-MS và phản ứng dẫn xuất DMDS.
  5. Các con đường tổng hợp hữu cơ các hợp chất chứa hệ hai liên kết đôi liên hợp (E,Z; Z,Z; Z,E; E,E) qua phản ứng Wittig.
  6. Vai trò của hydrocarbon biểu bì (cuticular hydrocarbons) trong pheromone giới tính của các loài ngài thuộc họ Pyralidae và Crambidae.
  7. Tính chất lý hóa của ba hợp chất mục tiêu: E11-14:OAc, Z11-14:OAc và Z9,E11-14:OAc.
  8. Đặc tính thực vật, thành phần hóa học và tác động trừ sâu/xua đuổi của tinh dầu sả chanh (Cymbopogon citratus) và tinh dầu tỏi (Allium sativum).
  9. Tình hình nghiên cứu sâu đục trái bưởi, ứng dụng pheromone và chất quấy rối trên thế giới và tại Việt Nam.

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết các điều kiện thí nghiệm, trang thiết bị và quy trình thao tác:

  • Thời gian, địa điểm, thiết bị phòng thí nghiệm, hóa chất tổng hợp hữu cơ và nguồn sâu thu thập từ các tỉnh ĐBSCL.
  • Phương pháp điều tra nông hộ (phỏng vấn nhà vườn) và phương pháp điều tra thành phần côn trùng, nhện hại cùng diễn biến tỷ lệ gây hại trực tiếp trên các vườn bưởi Năm Roi.
  • Phương pháp nhân nuôi trong phòng thí nghiệm, ghi nhận kích thước và thời gian phát triển từng giai đoạn của Citripestis sagittiferella.
  • Phương pháp ly trích pheromone ngài cái bằng dung môi n-hexane (15 phút).
  • Quy trình phân tích GC-EAD tại Nhật Bản để định vị các cấu tử kích hoạt đáp ứng điện râu; phân tích GC-MS mẫu dịch chiết thô và mẫu phản ứng với DMDS để xác định vị trí nối đôi.
  • Quy trình tổng hợp hóa học các hợp chất E11-14:OAc, Z11-14:OAc và Z9,E11-14:OAc qua phản ứng Wittig.
  • Thiết kế các thí nghiệm bẫy ngoài đồng (từ Thí nghiệm 1 đến Thí nghiệm 5) nhằm đánh giá khả năng hấp dẫn của mồi pheromone tổng hợp.
  • Phương pháp khảo sát tốc độ bay hơi của tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi trong ba loại dụng cụ chứa (bọc PE, bọc PE zipper, ống Eppendorf) và bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả quấy rối ngoài đồng ruộng, bao gồm cả thí nghiệm diện rộng (mật độ 20 túi/1.000 m²).
  • Phương pháp phân tích và xử lý thống kê số liệu.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của luận án, trình bày các kết quả thực nghiệm:

  1. Điều tra thực trạng canh tác và diễn biến gây hại:
    • Kết quả phỏng vấn và điều tra vườn ghi nhận sâu đục trái Citripestis sagittiferella xuất hiện tại 100% số nông hộ được khảo sát.
    • Tỷ lệ gây hại có xu hướng tăng cao trong mùa nắng và giảm thấp trong mùa mưa. Tại huyện Kế Sách (Sóc Trăng), tỷ lệ trái bị hại cao nhất lên tới 26,32% vào mùa khô (tháng 12/2013) ở vườn không xử lý phòng trừ, trong khi vào mùa mưa (tháng 5–9) tỷ lệ này chỉ dao động từ 0% đến 1,85%.
    • Sâu tấn công trái ở nhiều giai đoạn phát triển, gây hại nặng từ khi trái đạt đường kính 2–3 cm cho đến thu hoạch. Tập quán phun thuốc hóa học dày đặc của nông dân không mang lại hiệu quả khi sâu đã đục vào bên trong quả.
  2. Đặc điểm hình thái, sinh học và khả năng gây hại:
    • Thành trùng thuộc dạng ngài đêm, con đực có kích thước nhỏ hơn con cái. Ngài bắt cặp vào lúc chiều tối.
    • Trứng có hình dẹt gần như tròn, xếp chồng lên nhau dạng vảy cá, thường được đẻ tập trung ở vị trí 1/3 trái tính từ cuống trở xuống.
    • Ấu trùng có 5 tuổi, trải qua 4 lần lột xác. Ấu trùng tuổi 1 sau khi nở nhanh chóng đục vào lớp vỏ trái ngay cạnh ổ trứng (trong vòng 1,5–2 giờ) mà không cần di chuyển xa. Từ tuổi 3 trở đi, ấu trùng nằm sâu trong thịt trái, thuốc hóa học hoàn toàn mất tác dụng.
    • Nhộng thuộc dạng nhộng màng. Vòng đời sâu đục trái kéo dài từ 28 đến 32 ngày trong điều kiện phòng thí nghiệm.
  3. Xác định cấu trúc pheromone giới tính:
    • Phân tích GC-EAD trên mẫu ly trích từ tuyến ngài cái phát hiện các đỉnh kích hoạt đáp ứng điện râu ngài đực.
    • Kết hợp phân tích GC-MS mẫu thô và mẫu dẫn xuất DMDS xác định pheromone giới tính của ngài cái Citripestis sagittiferella là hỗn hợp gồm ba hợp chất: E11-14:OAc ((E)-11-tetradecenyl acetate), Z11-14:OAc ((Z)-11-tetradecenyl acetate) và Z9,E11-14:OAc ((9Z,11E)-9,11-tetradecadienyl acetate).
  4. Tổng hợp pheromone giới tính:
    • Đã tổng hợp thành công ba cấu tử trên thông qua phản ứng Wittig.
    • Hiệu suất tổng hợp hỗn hợp hai hợp chất Z11-14:OH và E11-14:OH đạt 86,7%; hiệu suất tổng hợp hợp chất Z9,E11-14:OAc đạt 89,6%.
  5. Hiệu quả hấp dẫn ngoài đồng của pheromone tổng hợp:
    • Các công thức mồi pheromone tổng hợp thử nghiệm qua 5 thí nghiệm ngoài đồng cho hiệu quả hấp dẫn rất thấp, chưa thu hút được thành trùng đực vào bẫy như mong đợi. Tác giả luận giải nguyên nhân tương tự các loài khác trong họ Pyralidae: hệ thống tín hiệu tự nhiên có thể cần thêm các thành phần phụ (như các hydrocarbon mạch dài kiểu II trên biểu bì cánh hoặc thân) mà phương pháp phân tích dịch chiết tuyến hiện tại chưa phát hiện được.
  6. Hiệu quả của chất quấy rối (tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi):
    • Tinh dầu chứa trong bọc PE zipper cho tốc độ bay hơi điều hòa và ổn định nhất ngoài vườn.
    • Hiệu quả quấy rối làm giảm sự gây hại của sâu đục trái phụ thuộc rõ rệt vào vật liệu chứa tinh dầu:
Loại tinh dầu Vật liệu chứa Tỷ lệ hiệu quả quấy rối (%)
Tinh dầu sả chanh Bọc PE 48,2% (48,67%)
Tinh dầu sả chanh Bọc PE zipper 66,7%
Tinh dầu sả chanh Ống Eppendorf 37,0%
Tinh dầu tỏi Bọc PE 59,3% (59,9%)
Tinh dầu tỏi Bọc PE zipper 61,1%
Tinh dầu tỏi Ống Eppendorf 38,9%
  • Trong thử nghiệm diện rộng trên vườn bưởi Năm Roi tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng, ở thời điểm 11 tuần sau khi xử lý:
    • Nghiệm thức treo bọc PE zipper chứa tinh dầu sả chanh (mật độ 20 túi/1.000 m²) có tỷ lệ trái bị hại là 3,12%.
    • Nghiệm thức phun thuốc bảo vệ thực vật theo tập quán nông hộ có tỷ lệ trái bị hại là 2,33%.
    • Sự khác biệt giữa hai nghiệm thức trên không có ý nghĩa thống kê ở mức 5% ($p > 0,05$).
    • Cả hai nghiệm thức đều có tỷ lệ trái bị hại thấp hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% ($p < 0,05$) so với nghiệm thức đối chứng không xử lý (tỷ lệ trái bị hại là 6,27%).

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Chương 5 tóm tắt các kết quả về sinh học, thành phần hóa học của pheromone, quy trình tổng hợp và hiệu quả thực nghiệm của tinh dầu; đồng thời đưa ra các đề xuất nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao hiệu lực pheromone ngoài đồng và chuyển giao quy trình ứng dụng chất quấy rối vào thực tiễn sản xuất.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự xác định các đóng góp mới về mặt khoa học lý luận và thực tiễn sản xuất như sau:

Đóng góp về mặt lý luận và khoa học:

  • Cung cấp hệ thống dữ liệu khoa học về đặc điểm hình thái, tập tính gây hại và chu kỳ sinh học của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella tại vùng ĐBSCL: xác định vòng đời kéo dài 28–32 ngày, ấu trùng trải qua 5 tuổi với 4 lần lột xác, ghi nhận tập tính đẻ trứng tập trung ở 1/3 quả phía dưới cuống và khả năng đục nhanh của ấu trùng tuổi 1.
  • Là công trình nghiên cứu đầu tiên xác định được thành phần và cấu trúc hóa học pheromone giới tính của ngài cái Citripestis sagittiferella, gồm ba hợp chất: E11-14:OAc, Z11-14:OAc và Z9,E11-14:OAc.
  • Xây dựng thành công quy trình tổng hợp hóa học ba thành phần pheromone trên thông qua phản ứng Wittig với hiệu suất tổng hợp cao (86,7% đối với Z11-14:OH, E11-14:OH và 89,6% đối với Z9,E11-14:OAc).

Đóng góp về mặt thực tiễn:

  • Đặt nền móng ban đầu cho việc nghiên cứu điều chế mồi bẫy pheromone giới tính trong phòng trừ Citripestis sagittiferella.
  • Xác định tính khả thi của giải pháp sinh học sử dụng các chất quấy rối là tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi trong phòng trừ sâu đục trái bưởi ngoài đồng ruộng.
  • Xác định bọc PE zipper là vật liệu chứa thích hợp nhất giúp điều tiết sự bay hơi của tinh dầu, đạt hiệu quả làm giảm tỷ lệ gây hại 66,7% (tinh dầu sả chanh) và 61,1% (tinh dầu tỏi).
  • Chứng minh nghiệm thức treo túi PE zipper chứa tinh dầu sả chanh (20 túi/1.000 m²) có khả năng khống chế tỷ lệ hại ở mức 3,12%, tương đương với tập quán phun thuốc bảo vệ thực vật hóa học liên tục của nông dân (2,33%) và thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với đối chứng không xử lý (6,27%).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

  • Tiếp tục nghiên cứu phân tích các thành phần phụ từ các bộ phận khác của cơ thể ngài cái (như thân, cánh...) để phối trộn với ba thành phần chính đã xác định (E11-14:OAc, Z11-14:OAc và Z9,E11-14:OAc), nhằm gia tăng hiệu lực hấp dẫn ngài đực ngoài đồng ruộng.
  • Đưa giải pháp xử lý tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi vào chuyển giao kỹ thuật cho nông dân để quản lý sâu đục trái bưởi.
  • Xây dựng mô hình trình diễn sử dụng tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi trên các vườn bưởi chuyên canh nhằm nâng cao nhận thức của nông dân trong việc giảm thiểu sử dụng thuốc trừ sâu hóa học, thay thế bằng các hóa chất tín hiệu an toàn cho môi trường sinh thái và con người.
  • Bổ sung số liệu nghiên cứu của luận án vào nguồn tư liệu giảng dạy chuyên ngành Bảo vệ thực vật ở bậc đại học và sau đại học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Hiệu quả hấp dẫn ngoài đồng ruộng của mồi pheromone giới tính tổng hợp còn rất thấp, chưa thu hút được thành trùng đực như mong đợi. Nguyên nhân được giả định là do dịch chiết tuyến pheromone chưa bao hàm đầy đủ các cấu tử phụ hoặc các hydrocarbon mạch dài (chất tín hiệu biểu bì) vốn đóng vai trò đồng kích hoạt ở các loài thuộc họ Pyralidae.
  • Thiết bị và phương pháp phân tích hiện tại chưa tách chiết và định danh được các hợp chất vi lượng hoặc các thành phần tín hiệu phân bố trên các bộ phận khác ngoài tuyến bụng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng phạm vi ly trích và phân tích hóa chất tín hiệu từ các bộ phận khác của ngài cái như cánh và thân để tìm kiếm các hợp chất hydrocarbon mạch dài kiểu II.
  • Tiến hành thử nghiệm phối trộn các hợp chất hydrocarbon mới phát hiện với ba thành phần pheromone chính đã tổng hợp để hoàn thiện công thức mồi bẫy có hiệu lực ngoài đồng.
  • Tiếp tục tối ưu hóa quy trình treo túi tinh dầu thảo mộc trên diện rộng ở các mùa vụ khác nhau nhằm hoàn thiện gói kỹ thuật phòng trừ sinh học.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Bảo vệ thực vật, Côn trùng học và Hóa học các hợp chất thiên nhiên: Luận án cung cấp quy trình nghiên cứu kết hợp giữa phân tích điện sinh lý (GC-EAD), phổ khối lượng (GC-MS kèm dẫn xuất DMDS) và phương pháp tổng hợp chọn lọc lập thể qua phản ứng Wittig.
  • Cán bộ kỹ thuật nông nghiệp và khuyến nông: Tham khảo quy trình chế tạo túi chứa chất quấy rối từ tinh dầu sả chanh bằng bọc PE zipper (mật độ 20 túi/1.000 m²) để ứng dụng vào các mô hình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) trên cây có múi.
  • Người làm chính sách và quản lý nông nghiệp: Có thêm cơ sở thực nghiệm khẳng định tiềm năng thay thế nông dược hóa học bằng các hóa chất tín hiệu sinh học thân thiện với môi trường, phục vụ phát triển nông nghiệp hữu cơ và an toàn tại ĐBSCL.

Phần đáng tham khảo nhất trong luận án là quy trình thực nghiệm phân tích định danh liên kết đôi bằng dẫn xuất hóa DMDS và sơ đồ phản ứng Wittig tổng hợp ba hợp chất pheromone ở Chương 3 và Chương 4, cùng với số liệu khảo sát diễn biến gây hại thực tế tại các tỉnh miền Tây.

Câu hỏi thường gặp

Pheromone giới tính của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella gồm những thành phần hóa học nào?

Dựa trên kết quả phân tích GC-EAD và GC-MS từ tuyến pheromone của ngài cái, pheromone giới tính của loài này được xác định là hỗn hợp gồm ba hợp chất: (E)-11-tetradecenyl acetate (E11-14:OAc), (Z)-11-tetradecenyl acetate (Z11-14:OAc) và (9Z,11E)-9,11-tetradecadienyl acetate (Z9,E11-14:OAc).

Quy trình tổng hợp pheromone của luận án đạt hiệu suất bao nhiêu?

Các thành phần pheromone được tổng hợp thông qua phản ứng Wittig. Hiệu suất tổng hợp hai hợp chất Z11-14:OH và E11-14:OH đạt 86,7%, và hiệu suất tổng hợp đối với hợp chất Z9,E11-14:OAc đạt 89,6%.

Tại sao mồi pheromone giới tính tổng hợp chưa đạt hiệu quả hấp dẫn ngoài đồng?

Hiệu quả hấp dẫn ngoài đồng của mồi pheromone tổng hợp ghi nhận mức rất thấp. Tác giả luận án giả định nguyên nhân là do trong pheromone tự nhiên của loài còn chứa các thành phần phụ khác (như hydrocarbon mạch dài ở thân, cánh) chưa được phát hiện bằng trang thiết bị và phương pháp hiện tại, tương tự hiện tượng đã gặp ở nhiều loài thuộc họ Pyralidae.

Hiệu quả làm giảm tỷ lệ gây hại của tinh dầu sả chanh và tinh dầu tỏi phụ thuộc vào vật liệu chứa như thế nào?

Hiệu quả quấy rối của tinh dầu đạt cao nhất khi sử dụng bọc PE zipper (đạt 66,7% đối với tinh dầu sả chanh và 61,1% đối với tinh dầu tỏi). Khi chứa trong bọc PE thường, hiệu quả đạt lần lượt là 48,2% (48,67%) và 59,3% (59,9%). Ống Eppendorf cho hiệu quả thấp nhất, chỉ đạt 37,0% đối với tinh dầu sả chanh và 38,9% đối với tinh dầu tỏi.

Kết quả thử nghiệm diện rộng của tinh dầu sả chanh trên vườn bưởi Năm Roi ghi nhận chỉ số cụ thể ra sao?

Tại thời điểm 11 tuần sau khi xử lý trên vườn bưởi Năm Roi tại Sóc Trăng, nghiệm thức treo bọc PE zipper chứa tinh dầu sả chanh (20 túi/1.000 m²) ghi nhận tỷ lệ trái bị hại là 3,12%, khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5% so với tập quán phun thuốc hóa học của nông dân (2,33%), và thấp hơn có ý nghĩa thống kê ở mức 5% so với nghiệm thức đối chứng không xử lý (6,27%).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Trần Trọng Dũng đã cung cấp hệ thống dữ liệu về đặc điểm sinh học và tập tính gây hại của sâu đục trái bưởi Citripestis sagittiferella tại ĐBSCL, đồng thời lần đầu tiên xác định cấu trúc hóa học và quy trình tổng hợp ba thành phần pheromone giới tính của loài này. Dù mồi pheromone tổng hợp chưa đạt hiệu quả hấp dẫn thành trùng đực ngoài đồng do giả định thiếu các cấu tử phụ, nghiên cứu đã phát hiện giải pháp sử dụng tinh dầu sả chanh trong bọc PE zipper làm chất quấy rối với hiệu lực giảm hại tương đương biện pháp phun thuốc trừ sâu hóa học. Kết quả này đặt nền tảng học thuật cho các nghiên cứu hoàn thiện pheromone tiếp theo và cung cấp giải pháp sinh học triển vọng cho canh tác bưởi bền vững.