Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của luận án Tại Việt Nam, khoai lang được trồng khắp nơi từ đồng bằng đến cao nguyên, là cây trồng chiến lược giúp phát triển kinh tế (Dương Minh, 1999). Tại ĐBSCL, diện tích trồng khoai lang ngày càng phát triển, diện tích khoai lang ở ĐBSCL là 23.000 ha đạt sản lượng 556.900 tấn, riêng huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long trở thành vùng trồng khoai lang lớn nhất, với diện tích năm 2010 (5.671,6 ha), sản lượng năm 2010 (166. Trong quá trình canh tác khoai lang đã làm cho các loài côn trùng phát triển và gây hại trên khoai lang tăng mạnh (Nguyễn Văn Đĩnh, 2005). Sùng khoai lang (SKL) (Coleoptera: Curculionidae) là đối tượng gây hại quan trọng trên khoai lang ở khắp các nơi trồng khoai lang trên thế giới (Hwang and Hung, 1991; Capinera, 1998), đặc biệt nghiêm trọng ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (Chalfant et al.
Sự gây hại của sùng có thể xảy ra ở tất cả các mùa trồng khoai trong năm (Bourke, 1985). Ở ĐBSCL, SKL xác định là 1 loài duy nhất có tên khoa học Cylas formicarius Fabricius (Nguyễn Văn Huỳnh và Lê Thị Sen, 2011). Sùng gây hại chủ yếu ở giai đoạn ấu trùng, ảnh hưởng chất lượng củ khoai còn tạo điều kiện cho mầm bệnh trong đất tấn công củ (Capinera, 1998; Nguyễn Đức Khiêm, 2006). Sự gây hại có thể làm giảm từ 35-95% năng suất củ (Anonymous, 1978), không chỉ gây hại ở ngoài đồng mà còn gây hại trong thời gian bảo quản củ khoai (Nguyễn Văn Đĩnh, 2005).
Để phòng trị SKL, cho đến nay, giải pháp áp dụng thuốc trừ sâu hóa học vẫn là lựa chọn ưu tiên. Do SKL chủ yếu gây hại trong củ dưới mặt đất, để đạt hiệu quả cao nông dân phải sử dụng lượng lớn thuốc trừ sâu hóa học. Kết quả điều tra tại huyện Bình Tân, Vĩnh Long cho thấy nông dân thường áp dụng phun ngừa định kỳ 7 ngày/lần, trung bình 18 lần thuốc trừ sâu/vụ khoai (Lê Thị Thanh Hiền và ctv. Điều này làm gia tăng chi phí sản xuất đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường (Marcano et al.
Để hạn chế lượng thuốc trừ sâu sử dụng nhằm giảm chi phí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường, đồng thời đảm bảo hiệu quả phòng trị. Cần nghiên cứu và áp dụng các biện pháp sinh học an toàn và thân thiện với môi trường để quản lý sự gây hại của SKL theo hướng hạn chế hoặc thay thế dần việc áp dụng thuốc trừ sâu hóa học độc hại là hết sức cần thiết. Pheromone giới tính là loại hóa chất tín hiệu được côn trùng tiết ra để hấp dẫn sự bắt cặp của cá thể khác giới cùng loài. Là loại hóa chất sinh thái có 1 nguồn gốc tự nhiên, tính chuyên biệt cao và hoạt động ở hàm lượng rất thấp, áp dụng pheromone giới tính để quản lý côn trùng gây hại cây trồng xem là giải pháp không độc hại, bền vững, an toàn (Witzgall et al., 2010), là công cụ hữu hiệu của chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) (Cardé and Minks, 1995; Wakamura, 1992).
Hàng năm, ước tính có hàng chục triệu mồi pheromone được sản xuất để ứng dụng cho việc khảo sát diễn biến mật số quần thể và bẫy tập hợp trên diện tích hơn 10 triệu hecta, hơn 1 triệu hecta được áp dụng kỹ thuật quấy rối sự bắt cặp và bẫy tập hợp (Witzgall et al. Pheromone giới tính của SKL do sùng cái tiết ra đã xác định là hợp chất (Z)-3-dodecenyl-(E)-2-butenoate (Z3-12:E2) (Heath et al. Áp dụng pheromone giới tính tổng hợp quản lý sự gây hại của SKL cho hiệu quả cao tại các nước như Đài Loan (Hwang and Hung, 1991), Nhật Bản (Yasuda, 1995), Ấn Độ (Pillai et al. Tại ĐBSCL, pheromone giới tính của 11 loài côn trùng bộ cánh vẩy và 1 loài bộ cánh cứng đã nghiên cứu ứng dụng (Lê Văn Vàng, 2016).
Theo Nguyễn Văn Đĩnh (2005), pheromone giới tính có tác dụng hấp dẫn mạnh sùng đực và phát huy hiệu quả tốt ở bán kính dưới 100 mét. Những năm gần đây, nấm ký sinh côn trùng đã phát triển ở nhiều nước trên thế giới, xem như tác nhân phòng trừ sinh học côn trùng với hơn 100 sản phẩm đã được thương mại hóa dưới dạng thuốc trừ sâu vi nấm vào năm 2006 (Jaronski, 2010). Nấm trắng Beauveria bassiana đã xác định ký sinh trên SKL C. formicarius ở các giai đoạn thành trùng, ấu trùng và nhộng (Jansson 1992; Lagnaoui et al.
bassiana đã áp dụng phòng trừ SKL cho hiệu quả cao (Su, 1991; Jansson, 1992; Yasuda, 1999). Ngoài ra, nấm xanh Metarhizium anisopliae đã xác định ký sinh trên SKL C. formicarius (Ames et al., 1997; Phạm Thị Thùy, 2004). Tuy nhiên, hiệu quả của nấm xanh phòng trị SKL thì ít được nghiên cứu.
Hiện nay, tại ĐBSCL, quy trình sản xuất nấm xanh đã thiết lập. Chế phẩm nấm xanh đã có hiệu quả phòng trị cao đối với một số loài côn trùng, nhất là với rầy nâu hại lúa và có thể thay thế dần việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học (Trần Văn Hai và ctv. Việc nghiên cứu ứng dụng kết hợp pheromone giới tính và nấm xanh để quản lý SKL ở ngoài đồng là giải pháp an toàn cho con người và môi trường sinh thái cần được thực hiện. Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu pheromone giới tính và nấm ký sinh trong phòng trị sùng khoai lang (Cylas formicarius Fabricius) tại Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện nhằm giới thiệu biện pháp mới an toàn, thân thiện với môi trường để quản lý sự gây hại của SKL ở ngoài đồng phù hợp với vùng ĐBSCL, góp phần giảm thiểu hoặc thay thế dần thuốc trừ sâu hóa học.2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp và điều chế mồi pheromone giới tính của SKL theo hướng đơn giản, rẽ tiền, hiệu suất cao, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm.
- Xác định loài nấm ký sinh có hiệu lực phòng trị SKL cao trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Đánh giá hiệu quả phòng trị của pheromone giới tính tổng hợp và nấm ký sinh đối với SKL ở điều kiện phòng thí nghiệm và ngoài đồng.3 Nội dung nghiên cứu - Điều tra tình hình canh tác khoai lang và khảo sát côn trùng gây hại và thiên địch trên ruộng khoai lang tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long. - Nghiên cứu về pheromone giới tính tổng hợp của sùng khoai lang. - Nghiên cứu về nấm ký sinh trên sùng khoai lang trong phòng thí nghiệm.
- Khảo sát ứng dụng kết hợp pheromone giới tính tổng hợp và nấm xanh (Metarhizium anisopliae) đối với sùng khoai lang.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu Sùng khoai lang (C. formicarius), khoai lang giống Tím Nhật, Trắng sữa. * Phạm vi nghiên cứu Thực hiện các thí nghiệm trong PTN tại Bộ môn Bảo vệ Thực vật, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Đại học Cần Thơ. Các thí nghiệm ngoài đồng tại một số ruộng khoai của nông dân tại huyện Bình Tân và Bình Minh (Vĩnh Long), Cù Lao Dung (Sóc Trăng), Duyên Hải (Trà Vinh), Tri Tôn (An Giang).
Thời gian nghiên cứu của luận án: từ năm 2010 đến năm 2014.5 Giới hạn của nghiên cứu - Về pheromone giới tính: Chỉ sử dụng pheromone giới tính tổng hợp được tại phòng thí nghiệm Phòng trừ Sinh học thuộc Bộ môn Bảo vệ Thực vật, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ. - Về nấm ký sinh: Sử dụng các chủng nấm xanh thu thập trên một số ký chủ côn trùng tại vùng ĐBSCL được phân lập trong phòng thí nghiệm. - Về đánh giá hiệu quả pheromone giới tính ngoài đồng: chủ yếu dựa vào diễn biến mật số sùng đực vào bẫy và tỉ lệ thiệt hại củ do sùng gây hại, không có xác định hiệu quả kinh tế do nhiều yếu tố chi phối.6 Những điểm mới của luận án - Đề tài là công trình nghiên cứu đầu tiên về quy trình tổng hợp, điều chế và áp dụng pheromone giới tính để phòng trị SKL theo hướng đơn giản, rẽ tiền, có hiệu quả cao, phù hợp với điều kiện ĐBSCL, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao, các hóa chất sử dụng tổng hợp khá an toàn so với các quy trình trước đây. - Ứng dụng sinh học phân tử để xác định loài nấm xanh M.
anisopliae ký sinh trên côn trùng ngoài tự nhiên dựa theo giải trình tự vùng ITS-rDNA so với các mẫu phân lập Metarhizium trên thế giới từ cơ sở dữ liệu của ngân hàng gen. - Khảo sát và đánh giá hiệu quả của pheromone giới tính tổng hợp và nấm xanh trong quản lý sự gây hại của SKL tại vùng ĐBSCL theo hướng an toàn nhằm giảm thiểu hoặc thay thế dần việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án * Ý nghĩa khoa học - Con đường tổng hợp thông qua phản ứng Wittig sử dụng các hợp chất ban đầu ít độc hại, điều kiện phản ứng đơn giản, dễ thực hiện với chất phản ứng rẻ tiền, có sẳn trên thị trường. Thay đổi chất phản ứng để chọn lọc cấu hình Z (cis) của nối đôi trong phân tử, đây là điểm mấu chốt quan trọng của quy trình tổng hợp tạo nên sự khác biệt so với các quy trình trước đây. - Kiểu tuýp mồi làm bằng ống cao su non là vật liệu nền có tác dụng lưu giữ và phóng thích pheromone giới tính tổng hợp từ từ cho hiệu quả cao hấp dẫn sùng đực và không làm ảnh hưởng đến chất lượng của pheromone giới tính ở ngoài đồng.
- Việc tìm ra kiểu tuýp mồi được sản xuất ở Việt Nam (ống cao su non) rẽ tiền để thay thế cho kiểu tuýp cao su (Aldrich, Đức) làm mồi pheromone là tín hiện rất tốt, đã mở ra triển vọng lớn cho việc áp dụng hóa chất tín hiệu để quản lý các loài côn trùng gây hại ở Việt Nam. - Từ kết quả định danh theo phương pháp truyền thống dựa vào đặc điểm hình thái học của nấm và kết quả xác định loài nấm dựa vào trình tự vùng ITS- rDNA đã phân loại 7 MPL Metarhizium nghiên cứu cùng 1 nhóm với loài nấm M. anisopliae, đã khẳng định kết quả phân loại truyền thống là chính xác. Đây cũng là cơ sở khoa học để kết luận loài nấm M.
anisopliae phân bố rộng rãi tại một số tỉnh vùng ĐBSCL. - Vai trò của nấm xanh là tác nhân phòng trừ sinh học rất có ý nghĩa, có thể gây chết côn trùng theo tiêu chí an toàn thay thế dần cho thuốc trừ sâu hóa học, có khả năng lây nhiễm bệnh giữa các cá thể trong cùng quần thể.