Tổng quan luận án

Mối thuộc giống Macrotermes Holmgren (phân họ Macrotermitinae, họ Termitidae) là nhóm côn trùng xã hội có vườn cấy nấm cộng sinh, phân bố phổ biến tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Ở Việt Nam, giống mối này có ý nghĩa kinh tế và sinh thái đa chiều: vừa đóng vai trò phân giải tàn dư thực vật để trả lại mùn hữu cơ cho đất (Lee và Wood, 1971; Collins, 1981), vừa là đối tượng gây tổn hại nghiêm trọng cho cây trồng lâm nông nghiệp như chè, cao su, bạch đàn (Nguyễn Đức Khảm, 1971, 1976; Vũ Văn Tuyển, 1991), phá hủy kết cấu gỗ trong công trình xây dựng (Nguyễn Chí Thanh, 1996) và tạo khoang rỗng gây nguy cơ sạt trượt thân đê đập (Vũ Văn Tuyển, 1982; Vũ Văn Tuyển và Nguyễn Tân Vương, 1993). Phần lớn các biện pháp phòng chống truyền thống sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật có độ độc cao, tồn lưu lâu dài trong đất như BHC, Aldrin, Dieldrin, Clodan, Vofatox hoặc oxyt asen lây nhiễm, gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm đa dạng sinh học (Cục Bảo vệ Thực vật, 2001).

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả luận án chỉ ra là: sau công trình tổng kết khu hệ mối miền Bắc của Nguyễn Đức Khảm công bố năm 1971, trong suốt 30 năm, các nghiên cứu về giống Macrotermes ở miền Bắc Việt Nam chỉ diễn ra tản mạn, thiếu tính hệ thống so với các khảo sát toàn diện đã được Nguyễn Tân Vương (1997) thực hiện ở miền Nam. Đặc biệt, các đặc điểm sinh học thực nghiệm, tỷ lệ đẳng cấp trong quần thể, quy luật phân công lao động xã hội và cơ chế chế biến thức ăn gắn liền với nấm cộng sinh Termitomyces chưa từng được giải quyết đầy đủ bằng số liệu định lượng tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được văn bản xác định cụ thể gồm 4 nội dung:

  1. Kiểm kê, cập nhật, bổ sung và lập danh sách các loài của giống Macrotermes ở miền Bắc Việt Nam.
  2. Nghiên cứu đặc điểm phân bố của giống Macrotermes ở khu vực nghiên cứu theo khu vực địa lý, dải độ cao và kiểu sinh cảnh.
  3. Nghiên cứu đặc điểm sinh học, sinh thái học của loài Macrotermes annandalei (Silvestri), đặc biệt chú ý đến tỷ lệ đẳng cấp trong quần thể; sự phân công lao động trong quá trình kiếm ăn, xây tổ và xây dựng vườn nấm; vai trò của vườn nấm đối với sự tồn tại và phát triển của mối M. annandalei.
  4. Trên cơ sở các đặc điểm sinh học, sinh thái và tập tính học của mối Macrotermes, góp phần đề xuất biện pháp phòng trừ hợp lý mối có vườn cấy nấm ở Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các loài mối thuộc giống Macrotermes Holmgren ở miền Bắc Việt Nam, tập trung đi sâu thực nghiệm trên loài phổ biến Macrotermes annandalei (Silvestri).
  • Phạm vi không gian: Khảo sát thu mẫu tại 39 điểm thuộc 22 tỉnh, thành phố miền Bắc Việt Nam, trải dài từ các tỉnh miền núi phía Bắc (Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang, Lào Cai, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lai Châu, Sơn La) qua vùng trung du, đồng bằng (Hà Nội, Hà Tây, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Quảng Ninh, Hải Phòng, Hòa Bình, Ninh Bình) đến các tỉnh Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện tập trung từ năm 1997 đến năm 2002; kết hợp xử lý phần mẫu vật thu thập giai đoạn 1986–1990 từ các đề tài phòng chống mối của Cục Vũ khí Đạn (Bộ Quốc phòng) và các nội dung phân tích thực nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu mối thuộc Đại học Bern, Thụy Sĩ (1991–1994).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa ba dòng nghiên cứu chính trên thế giới và trong nước:

Thứ nhất, lịch sử phân loại học phân họ Macrotermitinae và giống Macrotermes:

  • Giai đoạn trước thế kỷ 20: Công trình nghiên cứu đầu tiên do König (1778) công bố khi mô tả ba loài mối ở Ấn Độ và Sri Lanka (Termes variarum, Termes convulsionarius, Termes monoceros), trong đó Termes convulsionarius sau này được Snyder (1949) xác định là Macrotermes estherae. Hagen (1858) ghi nhận 98 loài mối trên thế giới, bao gồm 7 loài Macrotermitinae ở vùng Đông phương. Các tác giả Wasmann (1893) và Haviland (1898) tiếp tục bổ sung các loài mới thuộc vùng Đông phương.
  • Giai đoạn nửa đầu thế kỷ 20 (1901–1949): Giai đoạn định hình phân loại học hình thái với 84 loài Macrotermitinae được phát hiện mới bởi Bugnion, Desneux, Holmgren, Kemner, Light, Silvestri và Snyder. Tên giống Macrotermes do Holmgren tách ra từ giống Termes năm 1909 với loài chuẩn là Termes lilljeborgi, sau đó được Fuller (1922) khôi phục và xác lập bậc phân loại giống. Kemner (1934) mô tả 20 loài Macrotermitinae ở Indonesia (có 6 loài Macrotermes). Snyder (1949) xuất bản danh lục mối thế giới ghi nhận 49 loài và phân loài Macrotermes, trong đó có 9 loài vùng Đông phương.
  • Giai đoạn từ 1950 đến nay: Ahmad (1950, 1958, 1965) nghiên cứu chủng loại phát sinh dựa trên cấu tạo hàm trên của mối thợ và mối cánh. Sands (1998) thiết lập hệ thống định loại và cây phát sinh chủng loại cho các giống mối đất dựa trên cấu tạo ruột, van ruột sau (enteric valve) và hệ thống ống Malpighi. Các nghiên cứu vùng Đông phương được tiếp nối bởi Thakur (1975, 1982, 1983), Roonwal (1960, 1962, 1969, 1970). Tại Trung Quốc, Li Guixiang và Ping Zheng-ming (1983), Ping Zheng-ming, Li Guixiang và Xu Yueli (1985), Han Mei-zhing (1986), Li Guixiang và Xiao Weiliang (1989), cùng công trình Động vật chí Trung Quốc của Huang Fusheng và cs. (2000) đã phát hiện và nâng tổng số loài Macrotermes của Trung Quốc lên 25 loài. Akhtar (1995–1996) thống kê thế giới có 54 loài Macrotermes, riêng vùng Đông phương có 35 loài.

Thứ hai, các nghiên cứu sinh học, cấu trúc tổ và phân công lao động:

  • Cấu trúc tổ và đường hang ngầm được Emerson (1938), Darlington (1982, 1984), Collins (1977, 1979, 1981), Lys và Leuthold (1991) khảo sát chi tiết trên loài M. bellicosus và M. subhyalinus. Tỷ lệ đẳng cấp và chức năng xã hội được phân tích bởi Harris (1971), Lee và Wood (1971), Matsumoto (1976), Rohrmann (1977). Hiện tượng phân công lao động theo tuổi (age polyethism) được Oster và Wilson (1978), Badertscher và cs. (1983), Gerber và cs. (1982, 1988), Leuthold (1990, 1999) chứng minh: mối thợ non dưới 30 ngày tuổi làm việc trong tổ và sử dụng thức ăn do mối thợ già mang về để tạo "phân sơ cấp" (primary faeces) xây vườn nấm; mối thợ già trên 30 ngày tuổi tham gia kiếm ăn ngoài tổ và tiêu thụ vườn nấm già để tạo "phân thứ cấp" (secondary faeces).

Thứ ba, mối quan hệ cộng sinh giữa mối và nấm Termitomyces:

  • Nấm Termitomyces (nấm Đảm, họ Amanitaceae) mọc trên cơ chất vườn nấm do mối tạo nên từ phân (Sands, 1960; Alibert, 1964; Grassé, 1978). Nấm sản sinh các thể hình cầu màu trắng gọi là Mycotêtes (Batra và Batra, 1979) hoặc Noduli (Martin và Martin, 1978), chứa các bào tử sinh sản vô tính (conidia) (Abo-Khatwa, 1977). Về mặt sinh hóa, nấm cung cấp hệ enzyme phân giải phức hợp lignin-xenlulose, enzyme cellulase ($C_1$ cellulase, $C_x$ cellulase, $\beta$-glucosidase), đồng thời bổ sung nitơ, phospho và vitamin cho mối (Martin và Martin, 1978; Rohrmann và Rossman, 1980). Nấm lạ (Xylaria, Penicillium, Aspergillus) bị ức chế trong tổ nhờ hoạt động chăm sóc cơ học và chất tiết của mối (Batra và Batra, 1966; Thomas, 1987).

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam: Bathellier (1927) ghi nhận 2 loài Macrotermes ở miền Nam Việt Nam (M. gilvus, M. malaccensis). Giai đoạn 1954–1975, Nguyễn Đức Khảm (1971, 1976) phát hiện 4 loài Macrotermes ở miền Bắc (M. annandalei, M. barneyi, M. gilvus, M. estherae); Harris (1968) bổ sung M. maesodensis ở Phú Thọ. Giai đoạn sau 1975, Vũ Văn Tuyển và Chu Bích Quế (1993) công bố M. langsonensis ở Lạng Sơn; Nguyễn Tân Vương (1997) công bố 14 loài Macrotermes ở miền Nam (gồm 3 loài mới: M. tuyeni, M. hienensis, M. songaensis). Đến năm 2002, Nguyễn Đức Khảm và cs. ghi nhận 12 loài Macrotermes trên toàn quốc. Các biện pháp phòng trừ mối hại công trình (Nguyễn Chí Thanh, 1971, 1996), đê đập (Vũ Văn Tuyển, 1982, 1999) và cây trồng (Nguyễn Ngọc Kiểng, 1987; Tạ Kim Chỉnh, 1996; Trịnh Văn Hạnh, 2002) được tiến hành nhưng việc xử lý mối có vườn nấm vẫn gặp nhiều khó khăn.

Khoảng trống luận án giải quyết: Luận án lấp đầy khoảng trống dữ liệu kiểm kê giống Macrotermes tại miền Bắc sau ba thập kỷ; cung cấp số liệu thực nghiệm giải phẫu cấu trúc tổ; xác lượng hóa tỷ lệ các đẳng cấp trong tổ và ngoài vị trí hoạt động; kiểm chứng thực nghiệm bằng phương pháp đánh dấu thức ăn về chu trình phân sơ cấp/thứ cấp; và xác định định lượng ảnh hưởng của vườn nấm Termitomyces cùng nguy cơ bùng phát nấm lạ Xylaria làm cơ sở khoa học cho biện pháp bả sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp giữa phương pháp phân loại học hình thái động vật truyền thống, phương pháp giải phẫu sinh học, khảo sát sinh thái học thực địa và bố trí các thí nghiệm sinh học trong phòng nuôi có kiểm soát:

Khung lý thuyết và khái niệm:

  • Cơ sở phân loại học: Dựa trên phân tích hình thái ngoài của mối lính, hàm trên của mối thợ và mối cánh (theo Ahmad, 1950, 1958; Sands, 1998).
  • Lý thuyết tổ chức xã hội và phân công lao động ở côn trùng: Tiếp cận mô hình phân công lao động theo đẳng cấp hình thái (mối thợ lớn, thợ nhỏ, lính lớn, lính nhỏ) và phân công lao động theo tuổi (age polyethism) của Oster và Wilson (1978).
  • Khái niệm hệ thống dinh dưỡng cộng sinh: Đánh giá mối quan hệ cộng sinh bắt buộc giữa mối và nấm Termitomyces qua chu trình phân giải lignin-xenlulose, vai trò của quả thể noduli, bào tử conidia và cơ chế kiểm soát nấm đối kháng Xylaria.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  1. Phương pháp điều tra thực địa: Thu mẫu tại 39 điểm thuộc 22 tỉnh miền Bắc; thiết lập các ô khảo sát tiêu chuẩn theo 4 kiểu sinh cảnh: Rừng nguyên sinh (RNS), Rừng thứ sinh (RTS), Rừng trồng (RT), Trảng cây bụi (TTS); và theo 5 dải độ cao: <100 m, 101–300 m, 301–600 m, 601–1000 m, >1000 m.
  2. Phương pháp giải phẫu và đo đạc hình thái: Đo đạc 14 chỉ tiêu hình thái trên mẫu vật mối lính (chiều dài đầu đến gốc hàm, chiều rộng đầu sau gốc râu, chiều rộng cực đại của đầu, chiều dài hàm trên bên trái, chiều dài giữa cằm, chiều rộng cực đại của cằm, độ hẹp cực đại của cằm, chiều rộng mép trước cằm, chiều dài và rộng tấm lưng ngực trước, ngực giữa, ngực sau, chiều dài ống chân) theo quy chuẩn của Roonwal (1969).
  3. Phương pháp khảo sát tổ mối: Đo đạc kích thước ngoài của tổ nổi (chiều cao, chiều rộng), độ dày thành tổ ở các hướng (bên trái, bên phải, nóc tổ), kích thước khoang trung tâm và hoàng cung; đo đạc kích thước các khoang nhỏ chứa vườn nấm tại ba vị trí: 1/3 phía trên, 1/3 phía dưới và khu vực sát hoàng cung.
  4. Phương pháp nuôi mối thí nghiệm: Nuôi các cặp mối cánh bay phân đàn của loài M. annandalei trong hộp chuyên dụng để theo dõi thời gian và sự xuất hiện các pha phát triển cá thể non; nuôi dưỡng các nhóm mối thợ thu từ tự nhiên để kiểm tra khả năng sống với các nguồn thức ăn khác nhau và với các mức khối lượng vườn nấm khác nhau (1 g, 2 g, 5 g, 10 g vườn nấm cho 100 cá thể mối thợ).
  5. Phương pháp đánh dấu thức ăn: Sử dụng mùn cưa/thức ăn thực vật nhuộm chất huỳnh quang vàng acridin (Acridine Yellow) cho mối ăn, sau đó mổ giải phẫu đường ruột mối thợ kiếm ăn, mối thợ làm vườn nấm và kiểm tra vườn nấm mới xây dưới kính hiển vi để truy vết đường truyền và quá trình chế biến thức ăn.
  6. Phương pháp xác định mật độ bào tử conidia: Mổ ruột các đẳng cấp mối (mối thợ lớn làm vườn nấm - TLLVN, thợ nhỏ làm vườn nấm - TNLVN, thợ lớn kiếm ăn - TLKA, thợ nhỏ kiếm ăn - TNKA, mối cánh đực - MCĐ, mối cánh cái - MCC), làm tiêu bản hiển vi và đếm số lượng bào tử conidia trên 1.250 vi trường quan sát.
  7. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Ứng dụng thống kê sinh học (phần mềm vi tính) để tính toán giá trị trung bình, sai số chuẩn ($\pm SE$), phương sai; thực hiện phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA: Single Factor) để kiểm định độ dày thành tổ; sử dụng kiểm định $t$-test hai mẫu (giả định phương sai bằng nhau hoặc không bằng nhau) và kiểm định Fisher ($F$-test) so sánh phương sai ở các mức xác suất ý nghĩa $p = 95%$ ($p < 0,05$), $p = 99%$ ($p < 0,01$) và $p = 99,9%$ ($p < 0,001$).

Nguồn tư liệu và dữ liệu: Tập hợp mẫu vật thu thập qua nhiều năm tại 22 tỉnh; số liệu đo đạc chi tiết 10 tổ mối M. annandalei hoàn chỉnh khai quật tại Xuân Mai (Hà Tây) với tổng số 296.816 cá thể mối thợ và mối lính được kiểm đếm và phân loại đẳng cấp; số liệu giải phẫu hiển vi ruột mối và dữ liệu quan trắc hàng ngày các chu kỳ nuôi sống cá thể trong phòng thí nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan tài liệu nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử phân loại phân họ Macrotermitinae từ công bố của König (1778) đến các nghiên cứu hiện đại của Huang Fusheng và cs. (2000), xác lập tổng số 54 loài Macrotermes toàn cầu. Tác giả phân tích sâu cơ sở lý luận về mối quan hệ cộng sinh giữa mối và nấm Termitomyces: vườn nấm không chỉ là giá thể mà là mắt xích trung gian không thể tách rời trong chu trình dinh dưỡng. Vườn nấm thực hiện chức năng tiền tiêu hóa phức hợp lignin-xenlulose, bổ sung các enzyme $C_1$, $C_x$ cellulase và các dưỡng chất giàu đạm, phospho. Đồng thời, vườn nấm hoạt động như hệ thống điều hòa vi khí hậu, giữ nhiệt độ và ẩm độ trong tổ luôn ở mức ổn định cao. Tổng quan cũng chỉ rõ nhược điểm của các biện pháp phòng chống mối truyền thống tại Việt Nam, đặc biệt là sự kém hiệu quả của phương pháp lây nhiễm hóa học đối với các giống mối có vườn cấy nấm so với giống mối gỗ ẩm Coptotermes.

Chương 2. Thời gian, địa điểm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện địa lý tự nhiên của 39 điểm nghiên cứu thuộc 22 tỉnh miền Bắc. Tác giả phân tích các yếu tố sơn văn, nền khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh, đặc điểm 4 vành đai thổ nhưỡng lateritic theo độ cao và sự phân hóa thảm thực vật từ rừng ngập mặn ven biển đến rừng nhiệt đới mưa mùa lá rộng thường xanh trên núi. Chương này quy chuẩn hóa 9 quy trình phương pháp nghiên cứu chuyên biệt: điều tra sinh thái học bằng ô tiêu chuẩn; giải phẫu đo đạc 14 chỉ tiêu hình thái theo Roonwal (1969); phương pháp khai quật và khảo sát cấu trúc tổ; kỹ thuật nuôi cá thể từ đôi mối cánh bay đàn; kỹ thuật đánh dấu thức ăn bằng phẩm màu huỳnh quang vàng acridin; phương pháp kiểm đếm mật độ conidia trong các phần ruột; phương pháp nuôi thử nghiệm các mức vườn nấm; và hệ thống kiểm định thống kê sinh học (ANOVA, $t$-test, $F$-test).

Chương 3. Kết quả nghiên cứu

Nội dung kết quả nghiên cứu tập trung vào ba cụm vấn đề lớn:

  1. Thành phần loài và đặc điểm phân bố của giống Macrotermes: Luận án kiểm kê thành phần loài Macrotermes ở miền Bắc Việt Nam, so sánh với khu hệ miền Nam và các nước lân cận. Trong số các mẫu thu thập được, tác giả phát hiện và mô tả các loài mới cho khoa học kèm số liệu đo đạc hình thái mối lính lớn và mối lính nhỏ:
  • Macrotermes catbaensis sp. nov. (đo trên 13 mối lính lớn và 20 mối lính nhỏ; ảnh chụp cho thấy vườn nấm có đặc điểm lỗ tròn, khoảng cách giữa các lỗ lớn hơn đường kính lỗ).
  • Macrotermes pumatensis sp. nov. (đo trên 5 mối lính lớn và 8 mối lính nhỏ).
  • Macrotermes phongnhaensis sp. nov. (đo trên 3 mối lính lớn và 2 mối lính nhỏ).
  • Macrotermes sp. (đo trên 4 mối lính lớn và 5 mối lính nhỏ).

Phân bố sinh thái của giống Macrotermes ở miền Bắc:

  • Theo khu vực địa lý: Số lượng loài và tỷ lệ bắt gặp phân bố chênh lệch giữa vùng Đông Bắc, Tây Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. So sánh tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Mát (Nghệ An) cho thấy sự sai khác về độ thường gặp giữa điểm khe Kèm và khe Chát.
  • Theo kiểu sinh cảnh: Mối phân bố cao nhất ở rừng tự nhiên (rừng nguyên sinh và thứ sinh), giảm dần ở trảng cây bụi và thấp nhất ở các sinh cảnh rừng trồng thuần loài.
  • Theo đai độ cao: Đa số các loài tập trung ở vành đai nhiệt đới dưới 600 m. Càng lên cao (trên 1000 m), số lượng loài và tần suất bắt gặp giảm mạnh theo sự hạ thấp của nền nhiệt độ.
  1. Đặc điểm sinh học và sinh thái học của loài Macrotermes annandalei:
  • Cấu trúc tổ: Tổ gồm phần nổi dạng ụ đất gồ ghề và hệ thống khoang ngầm dưới đất. Khảo sát kích thước cho thấy chiều cao trung bình phần tổ nổi là $36,8 \pm 12,9\text{ cm}$, chiều rộng tổ nổi là $76,4 \pm 23,4\text{ cm}$. Chiều cao trung bình của khoang trung tâm là $35,72\text{ cm}$. Phân tích thống kê bằng $t$-test ($F\text{-test} = 0,446$) cho thấy chiều cao tổ nổi và chiều cao khoang trung tâm không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ($t\text{-Stat} = 0,300064 < t\text{-Critical} = 1,765424; p = 0,382712 > 0,05$). Độ dày thành tổ có sự sai khác rõ rệt giữa nóc tổ ($26,32\text{ cm}$), vách bên trái ($24,24\text{ cm}$) và vách bên phải ($24,48\text{ cm}$); phân tích ANOVA đơn yếu tố khẳng định sự khác biệt có ý nghĩa ở mức xác suất $p = 95%$ ($F = 3,1239 > F\text{-crit}$). Kích thước các khoang nhỏ trong khoang trung tâm có sự phân hóa không gian: khoang ở 1/3 phía trên có chiều cao $12,0 \pm 2,6\text{ cm}$, chiều rộng $4,0 \pm 0,4\text{ cm}$; khoang ở 1/3 phía dưới có chiều cao $8,9 \pm 1,4\text{ cm}$, chiều rộng $3,5 \pm 0,7\text{ cm}$; khoang gần hoàng cung có chiều cao $8,0 \pm 2,3\text{ cm}$, chiều rộng $2,4 \pm 0,4\text{ cm}$. Kiểm định $t$-test khẳng định kích thước khoang nhỏ ở phần trên khác biệt có ý nghĩa rất cao so với các khoang gần hoàng cung ($p = 99%$, $p < 0,01$).
  • Tỷ lệ đẳng cấp và sự phân công lao động: Khai quật toàn diện 10 tổ mối M. annandalei tại Xuân Mai (Hà Tây) thu được 296.816 cá thể mối lao động, bao gồm 93.189 mối thợ lớn ($31,4 \pm 8,4%$), 167.726 mối thợ nhỏ ($56,5 \pm 8,0%$), 3.365 mối lính lớn ($1,2 \pm 0,8%$) và 32.536 mối lính nhỏ ($10,9 \pm 3,2%$). Kiểm định $t$-test khẳng định sự khác biệt giữa tỷ lệ thợ lớn và thợ nhỏ ($t = -4,247; p = 0,00048 < 0,01$) cũng như giữa lính lớn và lính nhỏ ($t = -5,552; p = 0,00004 < 0,01$) đều có ý nghĩa thống kê ở mức $p = 99%$.

Bảng tổng hợp sự phân bố tỷ lệ phần trăm các đẳng cấp mối M. annandalei trong tổ và tại các vị trí hoạt động:

Đẳng cấp Tỷ lệ trong tổ (%) Vị trí kiếm ăn (%) Vị trí xây tổ (%)
Mối thợ lớn (TL) $31,4 \pm 8,4$ $79,4 \pm 1,7$ $47,8 \pm 10,5$
Mối thợ nhỏ (TN) $56,5 \pm 8,0$ $6,1 \pm 2,0$ $41,3 \pm 8,0$
Mối lính lớn (LL) $1,2 \pm 0,8$ $0,7 \pm 0,4$ $0,1 \pm 0,1$
Mối lính nhỏ (LN) $10,9 \pm 3,2$ $13,8 \pm 3,0$ $10,8 \pm 2,6$

Phân tích thống kê bằng kiểm định $t$-test hai mẫu giả định phương sai không bằng nhau cho thấy:

  • So sánh thợ lớn trong tổ (TLTT) và kiếm ăn (TLKA): $t\text{-Stat} = -8,133; p = 0,000767 < 0,001$, khác biệt có ý nghĩa thống kê rất cao ở mức $p = 99,9%$. Mối thợ lớn chiếm ưu thế tuyệt đối trong hoạt động tìm kiếm và vận chuyển thức ăn ($79,4%$).

  • So sánh lính nhỏ trong tổ (LNTT) và kiếm ăn (LNKA): $t\text{-Stat} = -5,850; p = 0,000244 < 0,001$, khác biệt có ý nghĩa ở mức $p = 99,9%$. Mối lính nhỏ chuyên trách bảo vệ đường đi kiếm ăn bên ngoài.

  • So sánh thợ nhỏ trong tổ (TNTT) và xây tổ (TNXT): $t\text{-Stat} = 12,297; p = 4,14 \times 10^{-7} < 0,001$, khác biệt có ý nghĩa ở mức $p = 99,9%$. Mối thợ nhỏ tham gia tỷ lệ lớn vào hoạt động xây dựng và gia cố vách tổ ($41,3%$).

  • Quá trình phát triển tổ non từ đôi mối cánh: Luận án lập biểu đồ theo dõi các mốc thời gian xuất hiện trứng, ấu trùng các tuổi, mối thợ đầu tiên và mối lính non đầu tiên, xác lập chu kỳ sinh trưởng ban đầu của quần thể.

  1. Mối quan hệ giữa mối và nấm Termitomyces:
  • Mật độ bào tử vô tính (conidia) trong ruột: Kết quả soi kính hiển vi khẳng định bào tử conidia tập trung dày đặc nhất ở ruột mối thợ lớn làm vườn nấm (TLLVN) và mối thợ nhỏ làm vườn nấm (TNLVN), trong khi ở mối thợ kiếm ăn (TLKA, TNKA) số lượng conidia rất thấp hoặc hoàn toàn không có. Mối cánh đực và cái trước khi bay phân đàn cũng chứa mật độ bào tử nhất định trong ruột.
  • Ảnh hưởng của vườn nấm đến khả năng sống: Mối thợ kiếm ăn nuôi cách ly không có vườn nấm bị chết rất nhanh với thời gian sống trung bình chỉ đạt từ $2,7$ đến $4,6\text{ ngày}$ (tương đương với lô đối chứng bị bỏ đói hoàn toàn). Khi được cung cấp vườn nấm Termitomyces, thời gian sống kéo dài lên $20\text{ ngày}$, $35\text{ ngày}$ và trên $40\text{ ngày}$ tùy thuộc khối lượng vườn nấm bổ sung.
  • Tác động của khối lượng vườn nấm và sự xuất hiện nấm lạ: Trong các thí nghiệm nuôi 100 mối thợ với lượng vườn nấm tăng dần ($1\text{ g}$, $2\text{ g}$, $5\text{ g}$, $10\text{ g}$), ở mức $10\text{ g}$ nấm, số lượng mối thợ không đủ khả năng chăm sóc và tiết chất ức chế cơ học/hóa học, dẫn đến nấm lạ (Xylaria) phát triển bùng phát bao phủ hộp nuôi. Mối thợ chết hàng loạt ngay sau khi nấm lạ xuất hiện từ 2 đến 4 ngày.
  • Quá trình chế biến thức ăn: Mối thợ kiếm ăn đưa thức ăn thực vật về tổ giao cho mối thợ non làm vườn nấm; thức ăn đi qua đường ruột mối thợ non chỉ được tiêu hóa sơ bộ rồi thải ra thành các hạt phân sơ cấp đắp thành vườn nấm mới. Sau đó, hệ sợi nấm Termitomyces phân giải lignin, sản sinh noduli và conidia; mối thợ già ăn lại cơ chất vườn nấm già để lấy dinh dưỡng và thải ra phân thứ cấp dùng để kết dính tổ.
  1. Đề xuất biện pháp phòng chống mối có vườn cấy nấm: Dựa trên các phát hiện sinh học, tác giả đề xuất hai nguyên lý phòng trừ sinh thái học thay thế hóa chất độc hại:
  • Sử dụng bả độc có hoạt chất tác dụng chậm, ít độc với môi trường, có khả năng lây truyền trong đàn nhằm làm suy giảm nhanh số lượng mối thợ lao động, phá vỡ tỷ lệ cân bằng thích hợp giữa số lượng mối và diện tích vườn nấm, tạo điều kiện cho nấm lạ Xylaria bùng phát tự nhiên làm biến đổi hoàn toàn vi khí hậu và tiêu diệt tổ mối.
  • Sử dụng bả chứa chất diệt nấm chọn lọc: hoạt chất không gây ngán ăn, không độc trực tiếp với mối nhưng vẫn giữ nguyên hoạt tính kiềm chế hoặc tiêu diệt nấm Termitomyces sau khi đi qua đường tiêu hóa của mối thợ, từ đó cắt đứt nguồn enzyme và chuỗi cung ứng thức ăn của tổ mối.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận:

  • Cập nhật, bổ sung hệ thống danh lục giống Macrotermes ở miền Bắc Việt Nam; phát hiện và cung cấp các bản mô tả kích thước hình thái đầy đủ của các loài mới cho khoa học (Macrotermes catbaensis, Macrotermes pumatensis, Macrotermes phongnhaensis và Macrotermes sp.).
  • Cung cấp dẫn liệu định lượng có giá trị thống kê sinh học cao về cấu trúc tổ mối Macrotermes annandalei, chứng minh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê của độ dày thành tổ theo hướng và sự phân hóa kích thước các khoang chứa vườn nấm xung quanh hoàng cung.
  • Xác lập cơ cấu tỷ lệ đẳng cấp hoàn chỉnh của quần thể M. annandalei dựa trên số lượng tổng điều tra gần 300.000 cá thể; cung cấp bằng chứng định lượng chứng minh sự phân công lao động sâu sắc theo đẳng cấp hình thái và theo tuổi giữa các hoạt động kiếm ăn ngoài tổ, xây dựng tổ và chế biến thức ăn.
  • Làm sáng tỏ cơ chế cộng sinh bắt buộc giữa M. annandalei và nấm Termitomyces: chứng minh mối thợ kiếm ăn không thể sống sót nếu thiếu vườn nấm; xác định vị trí tích lũy conidia chuyên biệt ở các cá thể thợ làm vườn nấm; và phát hiện mối tương quan giữa sự thiếu hụt cá thể chăm sóc với sự bùng phát của nấm ký sinh Xylaria.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật:

  • Cung cấp các thông số kỹ thuật chuẩn xác về tỷ lệ tương thích giữa số lượng cá thể mối và khối lượng vườn nấm phục vụ công tác nhân nuôi duy trì tổ mối thí nghiệm trong phòng nghiên cứu.
  • Đặt nền móng khoa học cho việc thay đổi phương thức phòng trừ mối hại công trình, cây trồng và đê đập: chuyển từ việc phun rải hóa chất độc hại tồn lưu lâu dài sang phương pháp bả sinh học tác động chậm làm mất cân bằng sinh thái tổ mối hoặc bả diệt nấm cộng sinh Termitomyces.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm sinh học chuyên sâu mới tập trung chủ yếu trên một loài đại diện là Macrotermes annandalei; các loài khác trong giống mới dừng lại ở mức độ thu thập mẫu vật, phân loại hình thái và mô tả sinh cảnh phân bố.
  • Các điều kiện trang thiết bị và kỹ thuật thời điểm nghiên cứu chưa cho phép phân tích sâu về mặt hóa sinh các hợp chất pheromone, các tín hiệu giao tiếp sinh học giữa các đẳng cấp trong tổ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo (theo kiến nghị của tác giả):

  • Tập trung nghiên cứu sâu sắc hơn về tập tính học và cơ chế thông tin, giao tiếp sinh học (biocommunication) giữa các đẳng cấp trong tổ mối Macrotermes.
  • Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện phương pháp sử dụng bả độc tác dụng chậm trong phòng chống các loài mối có vườn cấy nấm nói chung và giống Macrotermes nói riêng.
  • Nghiên cứu tuyển chọn và thử nghiệm các loại hoạt chất diệt nấm có khả năng giữ nguyên độc lực ức chế nấm Termitomyces sau khi đi qua đường ruột mối, đồng thời không gây độc cho mối, không gây ngán ăn và không có tính chất xua đuổi.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị ứng dụng và tham khảo học thuật rõ ràng:

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và chuyên gia côn trùng học: Luận án cung cấp hệ thống 14 chỉ số đo đạc hình thái chuẩn hóa theo Roonwal (1969), bản vẽ giải phẫu đầu, tấm lưng ngực, cằm và khóa định loại chi tiết cho các loài Macrotermes, là cơ sở tin cậy cho các nghiên cứu giám định phân loại học côn trùng xã hội.
  • Đối với các nhà sinh thái học và bảo tồn đa dạng sinh học: Cung cấp bộ số liệu thực địa tại 39 điểm bảo tồn tự nhiên trọng điểm (như Cát Bà, Tam Đảo, Ba Vì, Cúc Phương, Na Hang, Hữu Liên, Ba Bể, Pù Mát, Kẻ Gỗ, Phong Nha) về mối quan hệ giữa côn trùng và các đai độ cao, kiểu sinh cảnh rừng, phục vụ việc đánh giá diễn thế và phục hồi hệ sinh thái rừng.
  • Đối với cán bộ kỹ thuật nông lâm nghiệp, đê điều và xây dựng: Các dẫn liệu giải phẫu vị trí khoang trung tâm, kích thước tổ, cấu trúc đường hang giao thông và nguyên lý xử lý nấm Termitomyces giúp định hướng thiết kế các quy trình kỹ thuật khoan phụt xử lý tổ mối trong thân đê đập và xây dựng bả sinh học trừ mối hại cây chè, cây lâm nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ các đẳng cấp trong quần thể tự nhiên của loài Macrotermes annandalei được xác định cụ thể là bao nhiêu?

Dựa trên kết quả khai quật và kiểm đếm toàn bộ 10 tổ mối tự nhiên tại Xuân Mai (Hà Tây) với tổng cộng 296.816 cá thể mối lao động, tỷ lệ các đẳng cấp đạt được như sau: mối thợ nhỏ chiếm tỷ lệ cao nhất với $56,5 \pm 8,0%$ (167.726 cá thể); mối thợ lớn chiếm $31,4 \pm 8,4%$ (93.189 cá thể); mối lính nhỏ chiếm $10,9 \pm 3,2%$ (32.536 cá thể); và mối lính lớn chiếm tỷ lệ thấp nhất với $1,2 \pm 0,8%$ (3.365 cá thể).

2. Sự phân công lao động giữa hoạt động kiếm ăn ngoài tổ và xây dựng sửa chữa tổ thể hiện sự khác biệt thế nào?

Số liệu kiểm định $t$-test chứng minh có sự phân công lao động sâu sắc: tại vị trí kiếm ăn bên ngoài tổ, mối thợ lớn chiếm tỷ lệ áp đảo với $79,4 \pm 1,7%$ cùng sự bảo vệ của $13,8 \pm 3,0%$ mối lính nhỏ; mối thợ nhỏ chỉ chiếm $6,1%$. Ngược lại, tại vị trí hoạt động xây dựng và sửa chữa tổ, mối thợ lớn ($47,8 \pm 10,5%$) và mối thợ nhỏ ($41,3 \pm 8,0%$) cùng tham gia với tỷ lệ tương đương nhau, mối lính lớn chỉ chiếm $0,1%$ và lính nhỏ chiếm $10,8%$.

3. Tại sao mối thợ kiếm ăn khi nuôi cách ly không có vườn nấm lại có thời gian sống ngắn tương đương mối bị bỏ đói?

Mối thợ già kiếm ăn không thể tiêu hóa trực tiếp các mảnh vụn gỗ và chất xơ thô nếu không có hệ enzyme cellulase do nấm Termitomyces sản sinh và tiền phân giải lignin trên vườn nấm. Thí nghiệm thực nghiệm khẳng định mối thợ kiếm ăn được cung cấp thức ăn gỗ mùn nhưng không có vườn nấm chỉ sống được từ $2,7$ đến $4,6\text{ ngày}$, hoàn toàn tương đồng với các lô thí nghiệm không được cung cấp thức ăn.

4. Luận án đã sử dụng kỹ thuật đánh dấu thức ăn bằng chất gì để chứng minh chu trình chế biến thức ăn?

Tác giả sử dụng chất màu huỳnh quang vàng acridin (Acridine Yellow) để nhuộm thức ăn thực vật cung cấp cho mối. Qua việc mổ giải phẫu đường tiêu hóa và soi hiển vi, tác giả phát hiện thức ăn đánh dấu xuất hiện đầu tiên ở ruột mối thợ làm vườn nấm, sau đó xuất hiện trên các cấu trúc vườn nấm non mới đắp dưới dạng hạt phân sơ cấp, trước khi được mối thợ già ăn lại.

5. Hiện tượng gì xảy ra khi tỷ lệ khối lượng vườn nấm quá cao so với số lượng mối thợ chăm sóc trong hộp nuôi thí nghiệm?

Trong thí nghiệm nuôi 100 mối thợ kiếm ăn với lượng vườn nấm $10\text{ g}$, do số lượng mối không đủ để thực hiện các thao tác chăm sóc cơ học và tiết chất kháng sinh kiềm chế, loài nấm lạ ký sinh (Xylaria) đã phát triển bùng phát dữ dội trên bề mặt vườn nấm. Sự phát triển của nấm lạ làm thay đổi môi trường sống và khiến toàn bộ số mối thợ thí nghiệm bị chết hoàn toàn chỉ sau 2 đến 4 ngày kể từ khi nấm lạ xuất hiện.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Văn Quảng là công trình nghiên cứu hệ thống về phân loại học, đặc điểm phân bố của giống mối Macrotermes ở miền Bắc Việt Nam và các dẫn liệu sinh thái, sinh học thực nghiệm chi tiết của loài Macrotermes annandalei. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa điều tra thực địa tại 39 điểm, giải phẫu hình thái, đánh dấu huỳnh quang và xử lý thống kê sinh học, luận án đã làm sáng tỏ cấu trúc tổ, tỷ lệ đẳng cấp, quy luật phân công lao động theo tuổi và khẳng định vai trò cộng sinh bắt buộc của nấm Termitomyces. Các phát hiện thực nghiệm này cung cấp cơ sở khoa học quan trọng để định hướng giải pháp phòng chống mối có vườn cấy nấm bằng phương pháp bả sinh học thân thiện với môi trường.