Nghiên cứu sử dụng nấm Lecanicillium kí sinh côn trùng để kiểm soát rệp hại rau

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu sử dụng nấm lecanicillium kí sinh côn trùng đề kiểm soát rệp hại rau, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Vũ Xuân Đạt
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Đình Thi
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng nấm Lecanicillium kí sinh côn trùng để kiểm soát rệp hại rau
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Rệp hại cây trồng
• 1.2. Đặc điểm sinh học
• 1.3. Tình hình rệp hại cây trồng trên thế giới
• 1.4. Thuốc diệt côn trùng hóa học
• 1.4.1. Tình hình sản xuất và sử dụng
• 1.4.2. Ưu và nhược điểm
• 1.5. Thuốc diệt côn trùng nguồn gốc sinh học
• 1.5.1. Ưu và nhược điểm
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng
• 1.6. Khả năng kiểm soát rệp hại cây trồng của nấm Lecanicillium
• 1.6.1. Sản xuất bào tử nấm kí sinh côn trùng
• 1.6.2. Ảnh hưởng của môi trường lên sự sinh bào tử của nấm Lecanicillium
• 1.6.2.1. Nhiệt độ môi trường
• 1.6.2.2. Độ ẩm không khí và độ ẩm cơ chất
• 1.6.2.3. Một số yếu tố khác
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị
• 2.1.1. Chủng giống và plasmid
• 2.1.2. Dung dịch và đệm
• 2.1.3. Môi trường nuôi cấy
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Sàng lọc chủng nấm có độc lực diệt rệp cao
• 2.2.2. Các phương pháp sinh học phân tử
• 2.2.3. Xác định ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sự sinh bào tử của chủng nấm 485
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Sàng lọc chủng nấm có độc lực cao
• 3.2. Định tên chủng nấm 485
• 3.3. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sự sinh bào tử của L.
• 3.3.1. Ảnh hưởng của nguồn cơ chất
• 3.3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ các thành phần cơ chất
• 3.3.3. Ảnh hưởng của độ dày cơ chất
• 3.3.4. Ảnh hưởng của độ ẩm cơ chất
• 3.3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.3.6. Ảnh hưởng của một số nguồn nitơ vô cơ
• 3.3.7. Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)2SO4
• 3.3.8. Ảnh hưởng của nồng độ MgSO4
• 3.3.9. Ảnh hưởng của nồng độ KH2PO4
• 3.3.10. Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng
• 3.3.11. Ảnh hưởng của thời gian lên men
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu nấm Lecanicillium kiểm soát rệp hại rau

Nấm Lecanicillium là một trong những giải pháp sinh học tiềm năng để kiểm soát rệp hại rau. Nghiên cứu này tập trung vào khả năng của nấm Lecanicillium trong việc tiêu diệt rệp, một trong những loài côn trùng gây hại nghiêm trọng cho cây trồng. Việc sử dụng nấm Lecanicillium không chỉ giúp bảo vệ cây trồng mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực của thuốc hóa học lên môi trường.

1.1. Nấm Lecanicillium và vai trò trong nông nghiệp bền vững

Nấm Lecanicillium có khả năng ký sinh trên rệp và nhiều loài côn trùng khác. Việc ứng dụng nấm này trong nông nghiệp giúp giảm thiểu việc sử dụng thuốc hóa học, từ đó bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nấm Lecanicillium có thể tiêu diệt rệp hiệu quả mà không gây hại cho các loài sinh vật khác.

1.2. Tình hình rệp hại rau và tác động của chúng

Rệp hại rau là một trong những nguyên nhân chính gây thiệt hại cho sản lượng nông nghiệp. Chúng không chỉ gây hại trực tiếp bằng cách chích hút nhựa cây mà còn truyền virus gây bệnh. Theo thống kê, rệp có thể gây thiệt hại lên đến 15% sản lượng cây trồng toàn cầu, điều này đặt ra thách thức lớn cho nông dân.

II. Vấn đề kiểm soát rệp hại rau và thách thức hiện tại

Việc kiểm soát rệp hại rau hiện nay chủ yếu dựa vào thuốc diệt côn trùng hóa học. Tuy nhiên, việc lạm dụng thuốc hóa học đã dẫn đến nhiều vấn đề như kháng thuốc, ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Do đó, cần tìm kiếm các biện pháp kiểm soát sinh học hiệu quả hơn.

2.1. Những hạn chế của thuốc diệt côn trùng hóa học

Thuốc diệt côn trùng hóa học có ưu điểm là hiệu quả nhanh chóng nhưng lại bộc lộ nhiều nhược điểm. Chúng dễ gây ra hiện tượng kháng thuốc ở côn trùng, làm giảm hiệu quả sử dụng. Hơn nữa, việc sử dụng thuốc hóa học còn gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

2.2. Nhu cầu chuyển đổi sang biện pháp sinh học

Với những vấn đề nghiêm trọng từ việc sử dụng thuốc hóa học, nhu cầu chuyển đổi sang các biện pháp sinh học như nấm Lecanicillium ngày càng trở nên cấp thiết. Các nghiên cứu cho thấy nấm này có thể là giải pháp hiệu quả trong việc kiểm soát rệp hại rau mà không gây hại cho môi trường.

III. Phương pháp nghiên cứu nấm Lecanicillium trong kiểm soát rệp

Nghiên cứu sử dụng nấm Lecanicillium trong kiểm soát rệp hại rau được thực hiện thông qua các phương pháp sinh học phân tử và sàng lọc chủng nấm có độc lực cao. Các yếu tố môi trường cũng được xem xét để tối ưu hóa quá trình sinh bào tử của nấm.

3.1. Sàng lọc chủng nấm có độc lực cao

Quá trình sàng lọc chủng nấm Lecanicillium có độc lực cao được thực hiện để xác định những chủng nấm hiệu quả nhất trong việc tiêu diệt rệp. Các thử nghiệm được tiến hành trong điều kiện kiểm soát để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

3.2. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sự sinh bào tử

Điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và nguồn dinh dưỡng có ảnh hưởng lớn đến sự sinh bào tử của nấm Lecanicillium. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể nâng cao hiệu quả kiểm soát rệp hại rau.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy nấm Lecanicillium có khả năng kiểm soát rệp hại rau hiệu quả. Các thử nghiệm thực địa đã chứng minh rằng việc sử dụng nấm này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại do rệp mà còn bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

4.1. Hiệu quả kiểm soát rệp của nấm Lecanicillium

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nấm Lecanicillium có thể tiêu diệt rệp hại rau với tỷ lệ cao. Các thử nghiệm thực địa cho thấy sự giảm thiểu đáng kể số lượng rệp trên cây trồng sau khi phun nấm.

4.2. Ứng dụng nấm Lecanicillium trong nông nghiệp

Việc ứng dụng nấm Lecanicillium trong nông nghiệp không chỉ giúp kiểm soát rệp mà còn góp phần vào việc phát triển nông nghiệp bền vững. Nông dân có thể áp dụng nấm này như một biện pháp sinh học hiệu quả để bảo vệ mùa màng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về nấm Lecanicillium trong kiểm soát rệp hại rau mở ra nhiều triển vọng cho nông nghiệp bền vững. Việc phát triển các chế phẩm từ nấm này có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của thuốc hóa học và bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của nấm Lecanicillium trong nông nghiệp

Với những lợi ích vượt trội, nấm Lecanicillium có thể trở thành một trong những giải pháp chính trong việc kiểm soát sâu bệnh trong nông nghiệp. Nghiên cứu và phát triển các chế phẩm từ nấm này sẽ là hướng đi quan trọng trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng nấm Lecanicillium. Việc kết hợp với các biện pháp sinh học khác cũng nên được xem xét để nâng cao hiệu quả kiểm soát rệp hại rau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Rệp hại cây trồng thuộc họ Aphidoidae là nhóm côn trùng chích hút nhựa phổ biến nhất trên thế giới với hơn 3.700 loài đã được ghi nhận, trong đó khoảng 250 loài là tác nhân phá hoại đặc biệt nguy hiểm đối với hơn 11.000 loài thực vật thuộc 243 họ khác nhau. Hàng năm, rệp cùng các loài côn trùng gây hại khác làm sụt giảm khoảng 15% tổng sản lượng nông nghiệp toàn cầu, gây thiệt hại kinh tế hàng tỷ USD. Tại Vương quốc Anh, rệp làm giảm 16,4% đến 46,3% sản lượng cây họ đậu và gây tổn thất khoảng 70 triệu bảng Anh mỗi năm. Tại Trung Quốc, rệp bông phá hủy từ 10% đến 15% sản lượng bông vải hàng năm, tương đương thiệt hại 0,8 đến 1,2 triệu tấn bông. Để đối phó với dịch hại, nông nghiệp toàn cầu từng tiêu thụ tới 2,37 triệu tấn thuốc bảo vệ thực vật vào năm 2007. Riêng tại Việt Nam, khối lượng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng tăng mạnh từ 10.300 tấn đầu thập niên 1990 lên 50.000 tấn vào năm 2005, khiến hơn 520 loài côn trùng hình thành tính kháng thuốc và gây ra 4.515 ca nhiễm độc với 138 trường hợp tử vong trong năm 2009.

Trước áp lực ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng, các chế phẩm sinh học chỉ mới chiếm 1,8% tổng giá trị thuốc trừ sâu thương mại toàn cầu vào năm 2000 (khoảng 160 triệu USD). Nghiên cứu này được thực hiện nhằm sàng lọc chủng vi nấm ký sinh côn trùng có độc lực cao thuộc chi Lecanicillium, định danh phân tử chính xác và tối ưu hóa các điều kiện lên men bán rắn để sản xuất sinh khối bào tử quy mô lớn phục vụ kiểm soát sinh học rệp hại rau Myzus persicae. Đề tài được triển khai tại Phòng Công nghệ Sinh học Enzyme thuộc Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nghiên cứu mang lại ý nghĩa then chốt khi thiết lập thành công quy trình lên men sử dụng phụ phẩm nông nghiệp giá rẻ, giúp nâng mật độ sinh bào tử lên mức cực đại 1,304 × 10^10 bào tử/g cơ chất, mở ra hướng đi bền vững giảm thiểu 100% dư lượng hóa chất độc hại trên nông sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành: Lý thuyết kiểm soát sinh học côn trùng dịch hại (Biological Pest Control), Lý thuyết cơ chế xâm nhiễm của vi nấm ký sinh côn trùng (Entomopathogenic Fungi Mechanism) và Khung lý thuyết công nghệ lên men bán rắn (Solid-State Fermentation). Trong đó, các khái niệm cốt lõi bao gồm: nấm ký sinh côn trùng chi Lecanicillium (trước đây thuộc chi Verticillium), hệ enzyme ngoại bào phân giải vỏ kitin (chitinase, protease, lipase), thời gian gây chết bán phần (LT50) và mật độ bào tử sống hiệu dụng (CFU/g).

Cơ chế tác động sinh học của vi nấm diễn ra qua quá trình tiếp xúc trực tiếp: khi bào tử nấm bám vào lớp cutin giàu protein và kitin của côn trùng, chúng nảy mầm và tiết ra phức hệ enzyme chitinase cùng protease để thủy phân lớp biểu bì. Dưới áp lực cơ học của giác bám kết hợp sự phân giải hóa sinh, sợi nấm đâm xuyên vào xoang cơ thể, tiết độc tố mycotoxin ức chế hệ thần kinh và làm suy kiệt mô nội tạng, khiến côn trùng ngừng chích hút và tử vong sau 4 đến 7 ngày. Xác côn trùng sau đó trở thành giá thể để nấm tiếp tục sinh hàng triệu bào tử mới phát tán ra quần thể.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm bao gồm 7 chủng vi nấm Lecanicillium ký sinh (ký hiệu: L18, L43, L85, 85k, 485, 8514 và L1185) được lưu giữ tại Viện Công nghệ Sinh học, cùng quần thể rệp Myzus persicae thu thập trực tiếp trên các vùng chuyên canh rau cải tại Hà Nội.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu chọn lọc cố định 30 cá thể rệp trưởng thành khỏe mạnh, đồng đều về thể trạng và kích thước trên mỗi phiến lá cải thảo tươi (kích thước 10-15 cm × 20-25 cm). Thí nghiệm phun sương đồng đều 20 ml dịch huyền phù bào tử có mật độ chuẩn 3 × 10^8 bào tử/ml pha trong dung dịch Tween 80 0,05%, thực hiện lặp lại ngẫu nhiên 3 lần cho mỗi chủng và mỗi nghiệm thức môi trường (tổng số hơn 630 cá thể rệp trong đợt đánh giá sàng lọc). Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát giúp loại trừ tối đa sai số sinh học và đảm bảo tính đại diện cho quần thể rệp thực địa.

Phương pháp phân tích được lựa chọn gồm:

• Đánh giá độc lực diệt rệp bằng công thức điều chỉnh Abbott nhằm loại bỏ tỷ lệ chết tự nhiên ở lô đối chứng và xác định giá trị thời gian gây chết 50% rệp (LT50).
• Phương pháp sinh học phân tử hiện đại: Tách chiết DNA tổng số, nhân bản phân đoạn gen 28S rRNA bằng phản ứng chuỗi trùng hợp PCR với cặp mồi chuyên biệt NL1-F và NL4-R (kích thước khuếch đại 604 bp), dòng hóa sản phẩm PCR vào vector plasmid pJET1.2, biến nạp vào tế bào khả biến Escherichia coli DH5alpha, giải trình tự nucleotide theo nguyên lý Sanger trên hệ thống tự động ABI PRISM 3100 và phân tích cây phân loại phát sinh chủng loại bằng phần mềm DNAStar. Phương pháp này được lựa chọn vì mang lại độ chính xác tuyệt đối ở cấp độ phân tử so với các phương pháp định loại hình thái truyền thống.
• Phương pháp lên men bán rắn và tối ưu hóa đơn biến: Khảo sát tuần tự 8 loại cơ chất nông nghiệp, tỷ lệ phối trộn, độ dày cơ chất từ 9 mm đến 30 mm, độ ẩm từ 40% đến 110%, dải nhiệt độ từ 25°C đến 37°C, các nguồn nitơ vô cơ và muối khoáng MgSO4, KH2PO4. Mật độ bào tử được định lượng chính xác bằng buồng đếm hồng cầu Neubauer dưới kính hiển vi quang học độ phóng đại 640 lần. Timeline nghiên cứu được thực hiện liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận 4 phát hiện thực nghiệm mang tính đột phá:

• Phát hiện 1: Sàng lọc độc lực 7 chủng nấm cho thấy chủng 485 sở hữu hoạt tính diệt rệp Myzus persicae vượt trội nhất. Sau 7 ngày xử lý, tỷ lệ rệp chết ở chủng 485 đạt 67 ± 7%, với thời gian gây chết bán phần LT50 ngắn nhất là 4 ngày. Chủng 85k xếp thứ hai đạt tỷ lệ chết 57 ± 16% (LT50 là 5 ngày). Ngược lại, chủng L18 có độc lực yếu nhất khi hầu như không làm chết rệp (P < 0,01). So với lô đối chứng không phun nấm (tỷ lệ chết tự nhiên dưới 5%), chủng 485 làm tăng tỷ lệ tiêu diệt rệp lên hơn 13 lần.
• Phát hiện 2: Phân tích trình tự đoạn gen 28S rRNA dài 604 nucleotide của chủng 485 cho thấy mức độ tương đồng di truyền đạt 99,8% so với các chủng Lecanicillium lecanii chuẩn quốc tế trên ngân hàng gen GenBank (mã số truy cập EF026003 và EF026005), từ đó xác định chính xác chủng 485 thuộc loài Lecanicillium lecanii.
• Phát hiện 3: Trong 8 hệ cơ chất lên men bán rắn, hỗn hợp bột lõi ngô và bột ngô theo tỷ lệ phối trộn 1:1 (khối lượng/khối lượng) cho khả năng sinh bào tử cao nhất, đạt (5,02 ± 0,26) × 10^9 bào tử/g cơ chất. Năng suất sinh học này vượt trội gấp 9,1 lần (tăng 812%) so với cơ chất hạt gạo thông thường vốn chỉ đạt (0,55 ± 0,55) × 10^9 bào tử/g và gấp 6,1 lần so với cơ chất bột gạo (0,82 × 10^9 bào tử/g).
• Phát hiện 4: Thiết lập trọn bộ thông số vi khí hậu và dinh dưỡng tối ưu giúp đưa mật độ bào tử của chủng 485 đạt kỷ lục (1,304 ± 0,018) × 10^10 bào tử/g cơ chất khô. Các thông số tối ưu gồm: độ dày cơ chất 27,5 mm (tương đương 22 g cơ chất trong bình nón 250 ml), độ ẩm cơ chất bổ sung 70% nước (độ ẩm thực tế 41%), nhiệt độ lên men 30°C, bổ sung nguồn nitơ vô cơ (NH4)2SO4 ở nồng độ 0,1 mol N/1000g cơ chất và muối khoáng MgSO4 nồng độ 0,035%.

Thảo luận kết quả

Trong thực tiễn nghiên cứu học thuật, toàn bộ hệ thống số liệu động học sinh bào tử và hiệu lực diệt rệp có thể được trực quan hóa sinh động thông qua hệ thống biểu đồ đường biểu diễn sự suy giảm quần thể rệp theo thời gian từ ngày 0 đến ngày thứ 7, kết hợp cùng biểu đồ cột đa trục so sánh sản lượng sinh khối bào tử trên 8 loại cơ chất phối trộn. Bảng dữ liệu hai chiều có thể thể hiện ma trận tương quan giữa độ ẩm cơ chất (từ 40% đến 110%) và nhiệt độ nuôi cấy (từ 25°C đến 37°C) đối với năng suất thu hồi bào tử vi nấm.

Phân tích sâu về mặt hóa sinh, việc hỗn hợp bột lõi ngô và bột ngô (tỷ lệ 1:1) đạt hiệu quả vượt bậc là do lõi ngô tạo cấu trúc khung xốp với các vi mao quản, giúp tối ưu hóa sự trao đổi oxy và giải phóng nhiệt cục bộ trong khối lên men bán rắn. Bột ngô đóng vai trò cung cấp nguồn carbon và năng lượng dễ hấp thu. Khi bổ sung nguồn nitơ vô cơ (NH4)2SO4 ở nồng độ 0,1 mol N/1000g cơ chất, mật độ bào tử tăng 113% so với lô đối chứng không bổ sung (đạt 1,159 × 10^10 bào tử/g so với 5,43 × 10^9 bào tử/g). Ion ammonium (NH4+) được hệ sợi nấm đồng hóa trực tiếp để tổng hợp acid amin và cấu trúc vỏ bào tử nhanh hơn các nguồn nitơ nitrate như NaNO3 (vốn làm giảm 38% sản lượng bào tử do ức chế trao đổi chất). Tuy nhiên, khi nồng độ (NH4)2SO4 vượt ngưỡng 0,2 mol đến 0,5 mol N/1000g cơ chất, nấm bị ức chế hoàn toàn do áp suất thẩm thấu tăng cao và môi trường bị acid hóa mạnh.

Về mặt nhiệt độ, mức tối ưu 30°C của chủng Lecanicillium lecanii 485 hoàn toàn tương thích với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam, phù hợp với nghiên cứu của Arevalo trên loài Lecanicillium psalliotae (sinh trưởng mạnh nhất ở 30°C), nhưng thể hiện tính chịu nhiệt vượt trội hơn so với các chủng nguồn gốc ôn đới trong công bố của Kope và Vu vốn chỉ tối ưu ở 25°C và bị ức chế sinh trưởng khi nhiệt độ đạt 35°C. Việc bổ sung 0,035% MgSO4 cung cấp ion Mg2+ giữ vai trò cofactor hoạt hóa hệ enzyme tổng hợp thành tế bào, giúp năng suất sinh bào tử tăng thêm 22% so với nền dinh dưỡng thông thường.

Đề xuất và khuyến nghị

• Hoàn thiện công thức chế phẩm sinh học dạng bột thấm nước (WP) và nhũ dầu (EC): Tiến hành nghiên cứu bổ sung các chất mang sinh học, chất chống tia tử ngoại (UV protectant) và chất bám dính hữu cơ nhằm duy trì tỷ lệ bào tử sống trên 85% sau 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng (25°C đến 28°C), đạt hoạt lực tiêu chuẩn tối thiểu 2 × 10^9 CFU/g chế phẩm. Thời gian thực hiện trong vòng 6 đến 9 tháng tới, chủ trì bởi Viện Công nghệ Sinh học phối hợp với các doanh nghiệp sản xuất thuốc bảo vệ thực vật sinh học.
• Triển khai thử nghiệm đồng ruộng quy mô lớn (pilot): Đánh giá hiệu lực trừ rệp Myzus persicae và Aphis gossypii của chế phẩm nấm 485 trên diện tích 5 đến 10 hecta canh tác rau an toàn VietGAP tại các vùng chuyên canh rau như Hà Nội, Hải Dương và Lâm Đồng. Mục tiêu đạt tỷ lệ tiêu diệt dịch hại trên 75% sau 7 đến 10 ngày xử lý, giúp giảm từ 60% đến 80% lượng thuốc hóa học sử dụng. Thời gian triển khai trong vòng 12 tháng, giao Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ Thực vật các tỉnh phối hợp cùng các Hợp tác xã Nông nghiệp.
• Nâng cấp dây chuyền lên men bán rắn quy mô bán công nghiệp: Chuyển giao công nghệ từ quy mô bình nón phòng thí nghiệm sang hệ thống khay lên men tầng tự động hóa thông khí và điều nhiệt với công suất 50 đến 100 kg cơ chất/mẻ. Mục tiêu tận dụng 100% nguồn phụ phẩm lõi ngô tại địa phương, đưa giá thành sản xuất cơ chất xuống dưới mức 15.000 VNĐ/kg và đạt công suất cung ứng 500 kg sinh khối bào tử thô/tháng. Thời gian thực hiện từ 18 đến 24 tháng, do các Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ đảm nhận.
• Đăng ký lưu hành sản phẩm và chuyển giao kỹ thuật cho nông dân: Hoàn thiện hồ sơ khảo nghiệm độc tính sinh thái và an toàn sinh học theo Thông tư của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn để đưa chế phẩm vào Danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phép sử dụng tại Việt Nam. Tổ chức 20 lớp tập huấn kỹ thuật cho hơn 1.000 nông dân, hướng dẫn chuẩn hóa liều lượng phun 250 g chế phẩm (mật độ 2 × 10^8 CFU/g) cho 4.000 m2 cây trồng. Thời gian hoàn thành trong giai đoạn 24 đến 36 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Giảng viên, nghiên cứu viên chuyên ngành Vi sinh vật học, Công nghệ sinh học và Bảo vệ thực vật: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn mực về quy trình sàng lọc độc lực vi nấm, kỹ thuật định danh gen 28S rRNA và mô hình tối ưu hóa lên men bán rắn. Dữ liệu luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho các nghiên cứu phát triển bộ sưu tập nấm ký sinh côn trùng bản địa và thiết kế bài giảng bệnh lý học côn trùng.
• Kỹ sư công nghệ sinh học và bộ phận R&D tại các doanh nghiệp nông nghiệp: Ứng dụng công thức phối trộn cơ chất lõi ngô và bột ngô (tỷ lệ 1:1) giúp cắt giảm trên 70% chi phí nguyên liệu sản xuất so với môi trường gạo truyền thống, đồng thời nắm bắt chính xác các thông số kiểm soát độ ẩm và bổ sung muối vô cơ để nâng cao năng suất sinh khối bào tử lên ngưỡng 1,3 × 10^10 bào tử/g.
• Cán bộ quản lý nông nghiệp, khuyến nông và thanh tra môi trường: Khai thác các dẫn chứng khoa học và số liệu thực nghiệm về cơ chế ký sinh chọn lọc của nấm Lecanicillium lecanii để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật trong mô hình Quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), phục vụ công tác ban hành chính sách hỗ trợ phát triển thuốc bảo vệ thực vật sinh học thay thế hóa chất độc hại.
• Chủ trang trại, hợp tác xã sản xuất rau an toàn và rau hữu cơ: Nắm vững nguyên lý tác động, liều lượng sử dụng và các điều kiện ngoại cảnh thuận lợi (duy trì độ ẩm đồng ruộng 75% đến 80%, nhiệt độ 25°C đến 30°C) nhằm tối ưu hóa hiệu lực diệt rệp của nấm vi sinh, đảm bảo tiêu chuẩn nông sản sạch không tồn dư hóa chất phục vụ tiêu dùng nội địa và xuất khẩu.

Câu hỏi thường gặp

• Nấm Lecanicillium lecanii tiêu diệt rệp hại cây trồng thông qua cơ chế sinh học nào? Bào tử nấm bám dính vào lớp vỏ kitin của rệp, nảy mầm và tiết ra hệ enzyme ngoại bào gồm chitinase, protease và lipase để thủy phân lớp biểu bì bảo vệ. Sợi nấm phát triển đâm sâu vào xoang cơ thể, tiết độc tố mycotoxin phá hủy các mô nội tạng khiến rệp ngừng ăn và chết khô sau 4 đến 7 ngày. Khi côn trùng chết, sợi nấm mọc xuyên ra ngoài xác rệp tạo thành lớp nấm trắng mịn chứa hàng triệu bào tử mới để tiếp tục lây lan sang các cá thể rệp khác trong quần thể.

• Vì sao chủng nấm 485 lại được lựa chọn thay vì 6 chủng Lecanicillium còn lại? Trong thử nghiệm sàng lọc độc lực trên rệp Myzus persicae với nồng độ bào tử 3 × 10^8 bào tử/ml, chủng 485 đạt tỷ lệ tiêu diệt rệp cao nhất là 67 ± 7% sau 7 ngày, đồng thời có thời gian gây chết 50% số rệp (LT50) ngắn nhất chỉ 4 ngày. Các chủng khác như L18 gần như không có hoạt tính diệt rệp, trong khi L1185 và L43 chỉ đạt tỷ lệ chết từ 46% đến 47%, chứng minh chủng 485 có độc lực và khả năng xâm nhiễm vượt trội nhất.

• Ưu thế vượt trội của môi trường lên men từ bột lõi ngô phối trộn bột ngô là gì? Hỗn hợp bột lõi ngô và bột ngô theo tỷ lệ 1:1 tạo độ xốp khí lý tưởng giúp hệ sợi nấm dễ dàng hô hấp và tỏa nhiệt, đồng thời cung cấp hàm lượng carbon và khoáng chất tự nhiên cân đối. Hệ cơ chất này mang lại mật độ sinh bào tử đạt (5,02 ± 0,26) × 10^9 bào tử/g, cao hơn gấp 9,1 lần so với cơ chất gạo hạt (0,55 × 10^9 bào tử/g), đồng thời giúp tận dụng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp dồi dào với chi phí cực thấp.

• Yếu tố nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng thế nào đến năng suất sinh bào tử của chủng 485? Nhiệt độ 30°C là điều kiện tối ưu nhất giúp chủng 485 đạt mật độ bào tử (7,88 ± 0,64) × 10^9 bào tử/g cơ chất, trong khi ở 37°C nấm bị ức chế hoàn toàn. Về độ ẩm, việc bổ sung nước tương đương 70% khối lượng cơ chất khô (đạt độ ẩm môi trường 41%) cho năng suất bào tử cao nhất; nếu độ ẩm quá thấp (40% nước) hoặc quá ẩm (110% nước), sản lượng bào tử sẽ sụt giảm nghiêm trọng từ 40% đến 60% do thiếu nước hoặc thiếu oxy.

• Việc bổ sung muối vô cơ (NH4)2SO4 và MgSO4 mang lại hiệu quả gia tăng sản lượng ra sao? Bổ sung (NH4)2SO4 ở nồng độ 0,1 mol N/1000g cơ chất giúp tăng 113% lượng bào tử so với không bổ sung, do cung cấp nguồn nitơ vô cơ dễ đồng hóa giúp vi nấm đẩy mạnh quá trình sinh tổng hợp protein. Đồng thời, bổ sung 0,035% muối khoáng MgSO4 cung cấp ion Mg2+ hoạt hóa hệ enzyme nội bào, giúp tăng thêm 22% mật độ bào tử, đưa tổng sản lượng thu hoạch đạt mức đỉnh điểm (1,304 ± 0,018) × 10^10 bào tử/g cơ chất.

Kết luận

• Sàng lọc và tuyển chọn thành công chủng vi nấm 485 có độc lực diệt rệp Myzus persicae cao nhất, đạt tỷ lệ tiêu diệt 67 ± 7% sau 7 ngày với chỉ số LT50 tối ưu là 4 ngày.
• Định danh chính xác chủng 485 là loài Lecanicillium lecanii bằng kỹ thuật giải trình tự đoạn gen 28S rRNA dài 604 bp với độ tương đồng 99,8% so với dữ liệu GenBank quốc tế.
• Khám phá hệ cơ chất lên men bán rắn tối ưu từ bột lõi ngô và bột ngô (tỷ lệ 1:1, w/w), giúp tăng năng suất sinh bào tử gấp 9,1 lần so với cơ chất gạo hạt truyền thống.
• Thiết lập hoàn chỉnh quy trình công nghệ lên men bán rắn ở nhiệt độ 30°C, độ ẩm cơ chất 41%, bổ sung 0,1 mol N/1000g (NH4)2SO4 và 0,035% MgSO4, đưa sản lượng bào tử đạt mức cực đại (1,304 ± 0,018) × 10^10 bào tử/g.
• Đóng góp luận cứ khoa học vững chắc và giải pháp kỹ thuật giá thành thấp nhằm sản xuất thuốc trừ sâu sinh học thay thế hóa chất bảo vệ thực vật, hướng tới nền nông nghiệp tuần hoàn và an toàn sinh thái.

Kế hoạch phát triển trong giai đoạn 2026 - 2028 sẽ tập trung chuẩn hóa dạng bào chế thương mại, mở rộng thử nghiệm thực địa trên quy mô 10 hecta rau an toàn và chuyển giao quy trình sản xuất quy mô bán công nghiệp cho các hợp tác xã nông nghiệp. Hãy chủ động tiếp cận và ứng dụng giải pháp sinh học từ nấm Lecanicillium lecanii ngay hôm nay để bảo vệ sức khỏe cộng đồng, gia tăng giá trị nông sản xuất khẩu và xây dựng nền nông nghiệp xanh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Rệp hại cây trồng 1.1 Đặc điểm sinh học Rệp (Aphidoidae) là một họ lớn thuộc lớp côn trùng, là các động vật không xương sống, cơ thể chia thành ba phần (đầu, ngực, bụng), có ba cặp chân phân đốt, mắt kép và một cặp râu, cơ thể được bao bọc bởi bộ khung kitin, chiều dài từ 1 đến 10 mm (hình 1. Khoảng 3700 loài rệp đã được biết đến trên thế giới [39]. Râu Đầu Ống tiết Ngực Đuôi Mắt Mắt kép Bụng chân chân Vòi chích hút chân Hình 1.

Cấu tạo ngoài của rệp Rệp là nhóm côn trùng chích hút nhựa cây phổ biến nhất thế giới, phân bố tập trung nhất ở các vùng ôn đới [51], rệp cũng phân bố khá phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt với độ đa dạng thấp hơn. Khoảng 250 loài rệp là côn trùng phá hoại nguy hiểm đối với nông, lâm nghiệp cần được kiểm soát. Tuy nhiên, đứng trên quan điểm động vật học, rệp là nhóm động vật thích nghi tốt với môi trường nhờ khả năng sinh sản vô tính [67]. Phần lớn rệp có thân mềm, màu xanh, đen, nâu, hồng hoặc hầu như không màu (hình 1.

Phương thức dinh dưỡng của rệp là chích hút nhựa cây bằng miệng có cấu tạo kiểu chích hút. Khi chất dinh dưỡng của cây trở nên nghèo nàn hoặc mật độ rệp quá đông, một số loài rệp sinh ra con có cánh để phát tán đi nơi khác. Nhiều loài rệp chỉ kí sinh trên một loài cây duy nhất, một số khác chẳng hạn như Myzus Trường Đại học KHTN 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Sinh học Vũ Xuân Đạt persicae (rệp đào) có thể kí sinh trên hàng trăm loài cây thuộc nhiều họ khác nhau. Khi chích hút, chúng truyền virus từ cây bệnh sang cây khỏe mạnh ở một số cây trồng như: khoai tây, ngũ cốc, củ cải đường, cam, quýt [36].

Những vết chích hút bởi rệp trở thành nơi bị tổn thương dễ dàng bị nấm xâm nhập và gây bệnh cho cây. Rệp hại cây trồng Myzus persicae (A và B), Aphis gossypii (C) và Aphis illinoisensis (D) Ở rệp có cả hai kiểu sinh sản đơn tính và hữu tính. Nhiều loài có sự thay đổi giữa kiểu sinh sản đơn tính và hữu tính khá phức tạp. Sự thay đổi giữa hai kiểu sinh sản để sinh ra trứng hoặc ấu trùng, thay đổi giữa cây chủ thân gỗ và cây chủ thân thảo.

Khoảng 10% loài rệp thay đổi kiểu sinh sản để thích nghi với sự thay đổi cây chủ [51]. Mặc dù một số ít loài rệp có cả con đực và con cái, nhưng chỉ con cái có trong quần thể. Vào mùa đông, khi nhiệt độ thấp trứng được sinh ra, mùa xuân trứng nở thành rệp cái. Dạng sinh sản phổ biến ở rệp là đơn tính và sinh con, rệp con sinh ra có các đặc điểm giống hệt rệp mẹ ngoại trừ kích thước.

Quá trình sinh con lặp đi lặp lại trong suốt mùa hè, sinh ra nhiều thế hệ, thời gian sống của mỗi thế hệ từ 20 đến 40 ngày, từ một rệp cái nở vào mùa xuân có thể sinh ra hàng nghìn rệp con. Chẳng hạn, rệp bắp cải (Brevicoryne brassicae) có thể sinh ra 41 lứa rệp con trong mùa sinh sản. Trường Đại học KHTN 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Sinh học Vũ Xuân Đạt Mùa Xuân Mùa Đông Trứng đình dục Mùa Hè Rệp cái ban đầu Rệp đực * Rệp cái Rệp cái vô tính Rệp cái vô tính không cánh không cánh có cánh * có cánh hoặc không cánh Mùa Thu Rệp cái vô tính sinh ra rệp hữu tính Hình 1. Vòng đời của rệp [75] Vào mùa thu, khi có sự thay đổi về cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, sự giảm sút về nguồn thức ăn hoặc chất lượng thức ăn, rệp cái sinh ra cả rệp đực và rệp cái con.

Đặc điểm di truyền của rệp đực giống hệt rệp mẹ ngoại trừ việc ít hơn một nhiễm sắc thể giới tính. Rệp con hữu tính có thể thiếu cánh, thậm chí thiếu vòi chích hút [51]. Khi trưởng thành, rệp cái giao phối với rệp đực rồi đẻ trứng. Trứng sống sót qua mùa đông khắc nghiệt rồi nở ra thành rệp cái có cánh hoặc không cánh (hình 1.

Tuy nhiên, ở những môi trường ấm áp như vùng nhiệt đới hoặc trong nhà kính, rệp có thể sinh sản vô tính qua nhiều năm [36]. Một số loài rệp có thể sinh ra rệp cái có cánh vào mùa hè khi nguồn thức ăn hoặc chất lượng thức ăn giảm sút. Rệp cái có cánh di cư để sinh ra một quần thể mới trên cây chủ mới, thường là khác loài với cây chủ ban đầu. Ví dụ như rệp táo (Aphis pomi), sau khi sinh ra nhiều thế hệ rệp cái không cánh trên cây chủ điển hình sẽ sinh ra dạng có cánh bay đi và kí sinh trên cỏ hoặc ngô.

Đặc biệt, một số loài có Trường Đại học KHTN 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Sinh học Vũ Xuân Đạt thể sinh sản "lồng", khi rệp cái mẹ sinh ra rệp cái con thì rệp cái con cũng chuẩn bị sinh ra thế hệ tiếp theo đã có trong cơ thể nó. Cách sinh sản này có thể ảnh hưởng đến kích thước của rệp và tốc độ sinh sản tăng lên [28], [59]. Phần lớn rệp có thân mềm nên chúng dễ dàng bị giết bởi nhiều kẻ thù tự nhiên như bọ rùa ăn rệp, ong bắp cày kí sinh, ấu trùng muỗi kí sinh, nhện cua, vi khuẩn, virus, các loài nấm kí sinh côn trùng Neozygites fresenii, Entomophthora, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae và Lecanicillium lecanii.2 Tình hình rệp hại cây trồng trên thế giới Sản lượng nông nghiệp thế giới hàng năm bị thiệt hại khoảng 15% do côn trùng [22], ở Mỹ là 13% [63]. Mặc dù chưa có thống kê chính thức về thiệt hại nông nghiệp do rệp nhưng trong số 300 loài côn trùng gây hại nghiêm trọng [54] thì có đến 250 loài là rệp.

Chúng là tác nhân chính gây hại ở nhiều loại cây trồng quan trọng như bông, đậu tương, hướng dương, củ cải đường, khoai tây, ngô, ngũ cốc và rau cải. Nhiều loài rệp có khả năng kí sinh trên nhiều loại cây khác nhau như Aphis gossypii, Myzus persicae và Aphis craccivora. Theo thống kế của Tatchell (1989), rệp phá hoại nhiều loại cây trồng ở Vương quốc Anh. Sản lượng bị thiệt hại thường ở mức 4-10%, và có thể lên đến 46% ở cây đậu (bảng 1.

Ước tính giá trị thiệt hại lên đến 70 triệu bảng Anh. Aphis gossypii (rệp bông) kí sinh trên 700 loại cây khác nhau trên toàn thế giới, bao gồm nhiều cây quan trọng như dưa hấu, dưa chuột, bí xanh, bí ngô, ớt, cam và quýt. Một trong những cây chủ bị A. gossypii phá hoại nhiều nhất là cây bông vải (Gossypium hirsutum), thuộc nhóm cây công nghiệp quan trọng nhất thế giới.

Theo Xia (1997), sản lượng bông hàng năm ở Trung Quốc bị thiệt hại 10-15% và chủ yếu là do A. Với sản lượng bông của Trung Quốc năm 2011 là 7,4 triệu tấn (http://www.org/econ/cropinfo/cropdata/rankings.cfm) thì con số thiệt hại có thể lên đến 0,8-1,2 triệu tấn. Thiệt hại một số cây trồng do rệp ở Vương quốc Anh [78] Trường Đại học KHTN 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Sinh học Vũ Xuân Đạt Sản lượng bị Loại cây Rệp gây hại Dạng gây hại thiệt hại (%) Lúa mì đông Sitobion avenae Phá hoại 9,7-12,5 Metopolophium dirhodum Phá hoại 13 Lúa mạch đông Rhopalosiphum padi Truyền bệnh 0-86 Lúa mạch xuân M. dirhodum Phá hoại 8,8 Củ cải đường Myzus persicae Truyền bệnh 6,5 Khoai tây Macrosiphum euphorbiae Phá hoại 5,7 Myzus persicae Phá hoại 4,4 Các loại đậu Aphis fabae Phá hoại 16,4-46,3 Đậu Hà Lan Acyrthosiphon pisum Phá hoại 8,0-15,8 Cây hoa bia Phorodon humuli Phá hoại 9,2 Đậu tương là loại hạt dầu được trồng nhiều nhất thế giới [5], nhưng năng suất bị đe dọa nghiêm trọng bởi A.

Sản lượng hạt bị thiệt hại ước tính khoảng 34% [72], theo tính toán của Catangui và cộng sự (2009), con số thiệt hại thậm chí lên đến 48-72%. Nguyên nhân do rệp chích hút có thể làm giảm 50% tốc độ quang hợp của lá cây [18]. Đậu đũa (Vigna unguiculata) là loại cây được trồng nhiều ở châu Phi, ước tính sản lượng hàng năm ở khu vực này khoảng 3,36 triệu tấn. Không giống bông vải bị phá hoại chủ yếu bởi A.

gossypii, đậu đũa bị phá hoại bởi nhiều loại rệp như A. fabae, Myzus persicae và cả A. Ở những khu vực không có biện pháp bảo vệ, sản lượng thiệt hại có thể lên đến 20-100% [60]. Lipaphis erysimi (rệp cải dầu) kí sinh trên một số loài cây nhưng chủ yếu là các loại cải và cải dầu.

Ngoài ra nó còn kí sinh trên cà chua và bí xanh. Ở phía đông của miền trung Ấn Độ, L. erysimi cùng với M. persicae và Brevicoryne brassicae là ba loài rệp nguy hiểm đối với cây cải dầu (Brassica juncea).

erysimi Trường Đại học KHTN 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Sinh học Vũ Xuân Đạt phá hoại nhiều nhất, riêng nó gây thiệt hại 35,4-91,3% sản lượng [15], [76]. Theo nghiên cứu của Patel và cộng sự (2004), nếu không có biện pháp bảo vệ, L. erysimi có thể gây thiệt hại 80,6-97,6% sản lượng cải dầu [61]. Trong một nghiên cứu khác, Razaq và cộng sự (2011) đã chỉ ra rằng, Brevicoryne brassicae và L.

erysimi cũng gây thiệt hại 75,1-81,9% sản lượng cải dầu ở Multan, Punjab, Pakistan [69]. Ngoài cải dầu, B. brassicae còn phá hoại nhiều cây quan trọng khác như, súp lơ, cà rốt và củ cải. Myzus persicae kí sinh trên hàng trăm loại cây thuộc 40 họ khác nhau.

Các cây này phân bố rộng khắp thế giới, nhiều cây phân bố ở những vùng khá lạnh như atisô, củ cải, bắp cải, cà rốt, súp lơ, ngô, su hào, cải dầu. Củ cải đường, cà chua, khoai tây cũng là những cây chủ bị M. persicae phá hoại [35]. Aphis craccivora (rệp đậu lăng) cũng là một loại rệp kí sinh trên nhiều cây chủ khác nhau.

Ngoài cây đậu đũa, chúng còn phá hoại nhiều cây khác như bông, táo, cà rốt, rau diếp, lúa mì, đậu lăng. Hossain và cộng sự (2006) đã nghiên cứu về thiệt hại do A. craccivora gây ra trên cây đậu lăng, sản lượng bị thiệt hại cao nhất lên đến 9% [40]. Cũng trong nghiên cứu này, sản lượng đậu lăng đã tăng 0,91-9,89% khi áp dụng biện pháp diệt rệp hoặc gieo trồng tránh rệp.

craccivora còn gây thiệt hại 12,8-61,1% sản lượng đậu răng ngựa (Vicia faba) ở Sids ARS, Beni-Suef Governorate, miền Trung Ai Cập [25]. Rệp làm giảm năng suất cây trồng không chỉ do phá hoại trực tiếp mà còn do truyền virus gây bệnh. craccivora truyền virus gây bệnh rụng lá ở đậu lăng, đậu răng ngựa, đậu gà [44], [58].