I. Tổng Quan Nghiên Cứu Pheromone Kairomone Quản Lý Sâu Tơ
Nghiên cứu về pheromone giới tính và kairomone trong quản lý sâu tơ Plutella xylostella là một hướng đi đầy hứa hẹn trong bối cảnh sâu tơ ngày càng kháng thuốc. Sâu tơ Plutella xylostella gây hại nghiêm trọng trên các loại rau họ cải, gây thiệt hại lớn cho người nông dân. Việc sử dụng các hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) ngày càng trở nên kém hiệu quả do sự phát triển tính kháng thuốc của sâu tơ. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm kiếm các giải pháp thay thế hóa chất BVTV bằng cách khai thác các tín hiệu hóa học tự nhiên, cụ thể là pheromone giới tính và kairomone, để kiểm soát quần thể sâu tơ một cách bền vững và hiệu quả. Theo luận án tiến sĩ của Đinh Thị Chi, nghiên cứu này tiến hành từ năm 2015 đến 2019, bao gồm tổng hợp, đánh giá hiệu quả hấp dẫn, và ứng dụng thực tiễn các hợp chất này.
1.1. Tầm quan trọng của quản lý sâu tơ bền vững
Quản lý sâu tơ Plutella xylostella bền vững là yêu cầu cấp thiết trong nền nông nghiệp hữu cơ và canh tác bền vững. Việc lạm dụng hóa chất BVTV không chỉ gây hại cho môi trường, sức khỏe con người mà còn làm gia tăng tình trạng sâu tơ kháng thuốc. Các biện pháp sinh học như sử dụng thiên địch và khai thác hành vi côn trùng thông qua pheromone giới tính và kairomone mở ra một hướng đi mới trong kiểm soát dịch hại một cách an toàn và hiệu quả.
1.2. Giới thiệu về Pheromone giới tính và Kairomone
Pheromone giới tính là các chất hóa học được côn trùng tiết ra để thu hút bạn tình, trong khi kairomone là các chất hóa học mà côn trùng sử dụng để tìm kiếm thức ăn hoặc nơi trú ẩn. Cả hai loại hợp chất này đều có tiềm năng lớn trong việc quản lý sâu hại, đặc biệt là sâu tơ, bằng các phương pháp như bẫy tập trung, gây nhiễu loạn giao phối hoặc thu hút thiên địch. Nghiên cứu này khám phá khả năng ứng dụng của pheromone giới tính tổng hợp và kairomone tổng hợp trong kiểm soát dịch hại tổng hợp (IPM).
II. Thách Thức và Vấn Đề Trong Kiểm Soát Sâu Tơ Hiện Nay
Việc kiểm soát sâu tơ Plutella xylostella đang đối mặt với nhiều thách thức lớn, đặc biệt là tình trạng kháng thuốc trừ sâu ngày càng gia tăng. Các biện pháp hóa học truyền thống dần mất đi hiệu quả, đòi hỏi phải có những giải pháp phòng trừ sâu bệnh hại rau mới, thân thiện với môi trường và bền vững hơn. Theo tài liệu gốc, sâu tơ xuất hiện và gây hại trong suốt vụ cải với diễn biến mật số thành trùng và tỷ lệ gây hại tương tự nhau, thấp ở giai đoạn đầu vụ và tăng dần cho đến trước khi thu hoạch (trừ cải bông). Việc hiểu rõ sinh học côn trùng và hóa sinh côn trùng của sâu tơ là chìa khóa để phát triển các phương pháp quản lý hiệu quả.
2.1. Sự Kháng Thuốc Trừ Sâu của Sâu Tơ
Tình trạng sâu tơ kháng thuốc đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, làm giảm hiệu quả của các loại hóa chất bảo vệ thực vật truyền thống. Việc sử dụng quá nhiều và không đúng cách các loại thuốc trừ sâu đã tạo áp lực chọn lọc, dẫn đến sự phát triển của các quần thể sâu tơ kháng thuốc. Điều này đòi hỏi các nhà khoa học và người nông dân phải tìm kiếm các giải pháp thay thế thuốc trừ sâu hiệu quả hơn.
2.2. Thiệt Hại Do Sâu Tơ Gây Ra cho Rau Họ Cải
Sâu tơ hại rau cải gây ra những thiệt hại đáng kể cho năng suất và chất lượng rau họ cải. Ấu trùng sâu tơ ăn lá, tạo thành những lỗ thủng trên lá, làm giảm khả năng quang hợp của cây và ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển. Theo luận án, số lượng thành trùng đực vào bẫy tương quan chặt với tỷ lệ lá bị hại và tỷ lệ diện tích lá bị hại (r = 0,74 - 0,98).
2.3. Hạn Chế của Các Biện Pháp Phòng Trừ Truyền Thống
Các biện pháp phòng trừ truyền thống dựa trên hóa chất BVTV có nhiều hạn chế, bao gồm gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, tiêu diệt các loài côn trùng có ích và làm gia tăng tình trạng kháng thuốc. Do đó, cần có những phương pháp quản lý sâu hại mới, an toàn hơn và bền vững hơn, dựa trên việc khai thác các yếu tố sinh học tự nhiên.
III. Nghiên Cứu Tổng Hợp và Đánh Giá Pheromone Giới Tính Tổng Hợp
Nghiên cứu này đã thành công trong việc tổng hợp pheromone giới tính của sâu tơ Plutella xylostella, bao gồm các thành phần chính là Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH. Quá trình tổng hợp sử dụng phản ứng Wittig chọn lọc làm phản ứng chính, đạt tổng sản lượng 42,9% từ 11-bromo-1-undecanol đến Z11-16:OH. Các thí nghiệm ngoài đồng cho thấy bẫy pheromone giới tính tổng hợp có hiệu quả hấp dẫn thành trùng đực tương đương với thành trùng cái chưa bắt cặp. Theo luận án, tỷ lệ 5:5:1 hoặc 5:5:0,1 (0,01; 0,05 và 0,1 mg/ tuýp ) đã hấp dẫn mạnh thành trùng đực sâu tơ tương đương với 1 thành trùng cái chưa bắt cặp.
3.1. Quy trình tổng hợp Pheromone giới tính
Quy trình tổng hợp pheromone giới tính của sâu tơ bao gồm nhiều bước phản ứng hóa học phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật và kinh nghiệm. Mục tiêu là tạo ra các hợp chất Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH với độ tinh khiết cao, đảm bảo hiệu quả hấp dẫn trong các thí nghiệm ngoài đồng. Các công thức pheromone phải được kiểm định và tối ưu hóa.
3.2. Đánh giá hiệu quả hấp dẫn của pheromone tổng hợp
Các thí nghiệm ngoài đồng được tiến hành để đánh giá hiệu quả pheromone tổng hợp trong việc thu hút thành trùng đực sâu tơ. Bẫy pheromone được đặt ở các vị trí khác nhau trên ruộng rau và số lượng thành trùng bị bắt được ghi lại. Kết quả cho thấy pheromone giới tính tổng hợp có khả năng thu hút sâu tơ hiệu quả, đặc biệt khi sử dụng hỗn hợp các thành phần Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH với tỷ lệ thích hợp.
IV. Nghiên Cứu về Kairomone và Khả Năng Ứng Dụng
Nghiên cứu này cũng tập trung vào việc đánh giá hiệu quả kairomone trong việc thu hút sâu tơ. Các hợp chất như AITC (Allyl isothiocyanate) và Z3-6:OAc (cis-3-hexenyl acetate) được thử nghiệm và cho thấy khả năng thu hút cả hai giới của thành trùng sâu tơ. Theo luận án, bẫy mồi với AITC nồng độ 0,5; 0,7 và 1,0 mg/tuýp cho hiệu quả hấp dẫn mạnh cả hai giới của thành trùng. Trong đó, nồng độ 0,7 mg/tuýp cho hiệu quả hấp dẫn cao hơn ý nghĩa so 1,0 ml dịch lá cải nghiền.
4.1. Đánh giá hiệu quả của AITC Allyl isothiocyanate
AITC là một kairomone có nguồn gốc từ các loại rau họ cải, có khả năng thu hút sâu tơ đến tìm kiếm thức ăn. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả AITC ở các nồng độ khác nhau và xác định nồng độ tối ưu để thu hút sâu tơ. Kết quả cho thấy AITC có tiềm năng lớn trong việc sử dụng làm mồi bẫy để kiểm soát sâu tơ.
4.2. Đánh giá hiệu quả của Z3 6 OAc cis 3 hexenyl acetate
Z3-6:OAc là một hợp chất hữu cơ bay hơi khác có trong rau họ cải, cũng có khả năng thu hút sâu tơ. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả Z3-6:OAc trong việc thu hút sâu tơ và so sánh với hiệu quả của AITC. Kết quả cho thấy Z3-6:OAc cũng có tiềm năng trong việc sử dụng làm mồi bẫy để kiểm soát sâu tơ.
4.3. Cơ chế tác động của Kairomone lên sâu tơ
Hiểu rõ cơ chế tác động của kairomone lên sâu tơ là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng. Kairomone có thể tác động lên hành vi côn trùng bằng cách kích thích các thụ thể khứu giác của sâu tơ, dẫn dụ chúng đến nguồn thức ăn. Nghiên cứu sâu hơn về phản ứng của sâu tơ với kairomone có thể giúp phát triển các phương pháp kiểm soát sâu hại hiệu quả hơn.
V. Phối Hợp Pheromone và Kairomone Tăng Cường Hiệu Quả Bẫy
Nghiên cứu đã chứng minh rằng sự phối hợp giữa pheromone giới tính và kairomone có thể tăng cường hiệu quả thu hút sâu tơ so với việc sử dụng riêng lẻ từng loại hợp chất. Sự phối hợp pheromone giới tính, AITC và Z3-6:OAc ở tỷ lệ 1:1:70; 1:0:70 và 1:1:0 cho hiệu quả hấp dẫn mạnh không khác biệt so với 1 thành trùng cái chưa bắt cặp. Việc kết hợp các tín hiệu hóa học khác nhau có thể tạo ra một mồi bẫy hấp dẫn hơn, thu hút được nhiều sâu tơ hơn.
5.1. Tỷ lệ phối hợp tối ưu giữa pheromone và kairomone
Việc xác định tỷ lệ phối hợp tối ưu giữa pheromone giới tính và kairomone là rất quan trọng để đạt được hiệu quả thu hút cao nhất. Nghiên cứu đã thử nghiệm các tỷ lệ khác nhau và đánh giá hiệu quả của từng tỷ lệ trong việc thu hút sâu tơ. Kết quả cho thấy tỷ lệ phối hợp thích hợp có thể làm tăng đáng kể số lượng sâu tơ bị bắt trong bẫy.
5.2. Tác động của pheromone và kairomone lên sinh sản
Nghiên cứu về tác động của pheromone lên sinh sản và tác động của kairomone lên tìm kiếm thức ăn có thể giúp phát triển các phương pháp kiểm soát sâu hại hiệu quả hơn. Pheromone có thể được sử dụng để gây nhiễu loạn giao phối, làm giảm khả năng sinh sản của sâu tơ, trong khi kairomone có thể được sử dụng để thu hút sâu tơ đến các vị trí bẫy hoặc tiếp xúc với các chất độc sinh học.
VI. Ứng Dụng Thực Tế Pheromone Kairomone Trong Quản Lý Sâu Tơ
Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng pheromone giới tính tổng hợp và kairomone trong quản lý sâu tơ trên rau họ thập tự. Bẫy kết hợp pheromone giới tính tỷ lệ 5:5:1 (0,01 mg/tuýp) và AITC (0,7 mg/tuýp), được đặt ở mật độ 120 bẫy/ha, đã có hiệu quả trong việc quản lý sâu tơ hại rau họ thập tự. Theo tài liệu, sâu tơ xuất hiện nhiều ở thời điểm đầu tháng 8/2017 và từ đầu 02/2018 đến giữa tháng 03/2018 . Ngược lại, ít ở thời điểm từ cuối tháng 9/2017 đến đầu tháng 11/2017 và cuối tháng 03/2018 đến đầu tháng 5/2018.
6.1. Khảo sát thời gian hoạt động của thành trùng sâu tơ
Việc khảo sát thời gian hoạt động của thành trùng sâu tơ là rất quan trọng để xác định thời điểm đặt bẫy hiệu quả nhất. Nghiên cứu đã theo dõi hoạt động của sâu tơ trong ngày và xác định thời điểm sâu tơ hoạt động mạnh nhất. Theo luận án, sâu tơ hoạt động mạnh nhất từ 18:00 đến 19:00 giờ ở điều kiện ngoài đồng.
6.2. Đánh giá diễn biến mật số quần thể sâu tơ
Việc đánh giá diễn biến mật số quần thể sâu tơ giúp người nông dân và nhà khoa học hiểu rõ hơn về quy luật phát sinh và gây hại của sâu tơ, từ đó đưa ra các biện pháp phòng trừ phù hợp. Nghiên cứu đã theo dõi mật số sâu tơ trên các ruộng rau khác nhau và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến mật số sâu tơ.
6.3. Hiệu quả của bẫy hấp dẫn trong phòng trừ sâu tơ
Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng bẫy hấp dẫn pheromone và kairomone có thể góp phần quan trọng vào việc phòng trừ sâu tơ một cách hiệu quả và bền vững. Bẫy hấp dẫn giúp giảm mật số sâu tơ trên ruộng rau, giảm thiệt hại do sâu tơ gây ra và giảm sự phụ thuộc vào các loại thuốc trừ sâu độc hại. Đây là một biện pháp sinh học hiệu quả.
VII. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Pheromone Sâu Tơ
Nghiên cứu này đã đóng góp quan trọng vào việc phát triển các giải pháp quản lý sâu tơ Plutella xylostella bền vững dựa trên pheromone giới tính và kairomone. Kết quả nghiên cứu mở ra những hướng đi mới trong kiểm soát dịch hại tổng hợp (IPM), giúp giảm sự phụ thuộc vào hóa chất BVTV và bảo vệ môi trường. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa công thức pheromone, ứng dụng pheromone và ứng dụng kairomone, cũng như đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp này.
7.1. Đánh giá tính chọn lọc của pheromone và kairomone
Việc đánh giá tính chọn lọc của pheromone và kairomone là rất quan trọng để đảm bảo rằng các giải pháp quản lý sâu hại không gây hại cho các loài côn trùng có ích. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định ảnh hưởng của pheromone và kairomone đến các loài thiên địch và các loài côn trùng khác trong hệ sinh thái nông nghiệp.
7.2. Nghiên cứu ứng dụng pheromone trong nông nghiệp hữu cơ
Nghiên cứu cần tập trung vào việc phát triển các giải pháp quản lý sâu tơ phù hợp với nông nghiệp hữu cơ. Việc sử dụng pheromone và kairomone trong nông nghiệp hữu cơ có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các loại thuốc trừ sâu hóa học và bảo vệ môi trường. Ứng dụng pheromone trong nông nghiệp cần được nghiên cứu và phát triển.
