CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về HCBVTV và nhóm neonicotinoids Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) là những loại hóa chất bảo vệ cây trồng hoặc những sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những chất được tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các vật mang mầm bệnh. Ngoài ra, các loại thuốc kích thích sinh trưởng, giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của HCBVTV [9]. HCBVTV là những hóa chất độc hại, có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trường, chúng cũng có những tác động nguy hiểm đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp.
Và đây cũng là lý do mà HCBVTV nằm trong số những hóa chất đầu tiên được kiểm tra triệt để về bản chất, về tác dụng cũng như tác hại. Về cơ bản HCBVTV được sản xuất dưới các dạng sau: - Dạng nhũ tương/dạng sữa: viết tắt là EC hay ND: gồm các hoạt chất, dung môi, chất tạo huyền phù và một số chất phụ gia khác. Thuốc ở thể lỏng, trong suốt, tan trong nước thành dung dịch nhũ tương tương đối đồng đều, không lắng cặn hay phân lớp. - Thuốc bột thấm nước: còn gọi là bột hòa nước, viết tắt là WP, BTN: gồm hoạt chất, chất độn, chất thấm ướt và một số chất phù trợ khác.
Thuốc ở dạng bột mịn, phân tán trong nước thành dung dịch huyền phù, pha với nước để sử dụng. - Thuốc phun bột: viết tắt là DP, chứa các thành phần hoạt chất thấp (dưới 10%), nhưng chứa tỉ lệ chất độn cao, thường là đất sét hoặc bột cao lanh. Ngoài ra, thuốc còn chứa các chất chống ẩm, chống dính. Ở dạng bột mịn, thuốc không tan trong nước.
- Thuốc dạng hạt: viết tắt là G hoặc H, gồm hoạt chất, chất độn, chất bao viên, và một số chất phụ gia khác. Ngoài ra còn một số dạng tồn tại khác như thuốc dung dịch, thuốc bột tan trong nước. 4 HCBVTV nhóm neonicotinoids được phát triển vào cuối những năm 1980 và được đưa vào thị trường HCBVTV trong những năm 1990. Đây là loại HCBVTV mới nhất so với các nhóm HCBVTV cơ clo, cơ phốtphot.
Về mặt cấu trúc chúng khác biệt với tất cả các loại hóa chất bảo vệ thực vật tổng hợp khác và với khả năng chọn lọc ưu việt [10,11,12]. Neonicoticoid thay thế các organophosphat và metylcarbamat để kiểm soát côn trùng chích hút dịch hại, và cũng là chất kiểm soát bọ chét hiệu quả cao cho chó mèo. Chúng thường có độc tính cấp tính thấp đối với động vật có vú, chim và cá, nhưng có một số độc tính mãn tính ở động vật có vú. Biến đổi sinh học liên quan đến quá trình oxy hóa hoặc khử ban đầu như cả hai cơ chế hoạt hóa và giải độc.
Các neonicotinoid là chất chủ mang nicotinic tương tác với nAChR theo một cách rất khác với nicotin, mang lại tính chọn lọc cho côn trùng so với động vật có vú. Các neonicotinoid không được proton hóa nhưng thay vào đó có một đầu âm điện bao gồm một nhóm dược chất nitro hoặc cyano mang lại hiệu lực và tính chọn lọc, bằng cách liên kết với cation con duy nhất của cơ quan tiếp nhận côn trùng. Điều này trái ngược rõ rệt với hoạt động của nicotinoid được proton hóa, vốn yêu cầu tương tác cation-π để liên kết với thụ thể của động vật có xương sống. Những khác biệt này cung cấp cho neonicotinoids các cấu hình tính chất ưu việt.
Nhóm neonicotinoids bao gồm: heterocyclics nithiazine (1977), imidacloprid (IMI) (1985), thiacloprid (1985), and thiamethoxam (1992); and the acyclics nitenpyram (1988), acetamiprid (1989), clothianidin (1989), and dinotefuran (1994) (Hình 1. Nhóm neonicotinoids có các đặc tính hóa lý ưu việt, giúp chúng hữu ích hơn rất nhiều so với các loại HCBVTV khác. Ví dụ như các ứng dụng kỹ thuật (bón lá, xử lý hạt giống, xử lý đất và các ứng dụng trên thân cây) và hiệu quả trong việc kiểm soát côn trùng chích hút như ruồi trắng, bọ trĩ, bọ cánh cứng và các loài ăn thịt .1: Công thức hóa học của nhóm Neonicoticoid Imidacloprid (công thức hóa học C9H10ClN5O2) 96% - [N- (6- chloropyridin-3-ylmethyl) -2-nitroiminoimidazolidine] (hình 2) là một loại hóa chất bảo vệ thực vật gây độc tố thần kinh, thuộc nhóm neonicotinoid, độ độc bởi vòng Pyrindin có gắn với nguyên tử Clo và dị vòng Azo 5 cạnh, có độ độc cao với côn trùng, diệt sâu bướm, rầy, rệp, nhện. Vì vậy, imidacloprid được sử dụng để kiểm soát côn trùng gây hại trên cây nông nghiệp và vườn ươm, sâu hại và ký sinh trên động vật (bọ cánh cứng).
Imidacloprid được sử dụng rộng rãi để bón đất, xử lý hạt giống và lá [11,13].2: Công thức hóa học của Imidacloprid Imidacloprid là chất chủ mang thụ thể nicotinic acetylcholine (nAChR) tại tế bào thần kinh kết hợp với các điểm nối thần kinh cơ ở côn trùng và động vật có 6 xương sống. Nó có liên quan về mặt cấu trúc và chức năng với nicotin. Độc tính của imidacloprid phần lớn là do sự can thiệp của dẫn truyền thần kinh trong hệ thống thần kinh cholinergic nicotinic. Kích hoạt kéo dài nAChR của imidacloprid gây ra giải mẫn cảm và ngăn chặn thụ thể, và dẫn đến mất kiểm soát, run, giảm hoạt động, giảm nhiệt độ cơ thể và tử vong.
Hiện tại, không có thuốc giải độc cụ thể, hoạt động như một chất đối kháng với tác dụng imidacloprid.3) là một hoạt chất phổ biến có trong một số loại hóa chất bảo vệ thực vật để kiểm soát sâu bệnh. Thiamethoxam là một chất tổng hợp và thuộc nhóm neonicotinoid lớp (IRAC Nhóm 4A, phân lớp: thianicotinyl). Thiamethoxam tác động lên một số thụ thể trong hệ thần kinh của côn trùng làm ảnh hưởng đến các chức năng bên trong cơ thể chúng. Nó nhanh chóng tiếp xúc trực tiếp với dạ dày của côn trùng dày nhanh chóng và can thiệp vào thụ thể nicotinic acetylcholine của hệ thần kinh trung ương.3: Công thức hóa học của thiamethoxam 1.
Lợi ích của việc sử dụng HCBVTV nhóm neonicotinoid a) Imidacloprid: Imidacloprid là neonicotinoid lâu đời nhất và lần đầu tiên được chấp thuận sử dụng ở Hoa Kỳ (US) vào năm 1994 và ở Canada trong năm 1995 để kiểm soát côn trùng gây hại cho khoai tây, cà chua, táo, rau diếp, và các loại cây trồng trong nhà kính khác [14]. Ngược lại, các neonicotinoid khác (ví dụ, acetamiprid, thiacloprid, thiamethoxam, và imidacloprid) không được chấp thuận sử dụng cho cây trồng làm thức ăn cho người ở Châu Âu cho đến năm 2004 [15]. Việc sử dụng neonicotinoids đã được đăng ký ở khoảng 120 quốc gia trên 7 toàn thế giới [16], những năm 2005 với sản lượng gia tăng nhanh chóng từ 11% - 15% [17], năm 2019 tăng lên 25% tổng sản lượng hóa chất bảo vệ thực vật trên toàn thế giới [10]. Hóa chất này đã có mang lại những lợi ích to lớn liên quan đến việc sử dụng thuốc diệt côn trùng trong các ngành công nghiệp nông nghiệp, y tế công cộng, lâm nghiệp và cảnh quan đô thị, đóng góp rất nhiều vào nền kinh tế của cả các nước phát triển và đang phát triển [18].
Việc sử dụng rộng rãi HCBVTV là một trong những yếu tố quyết định trong việc tăng năng suất trong sản xuất nông nghiệp trong những thập kỷ gần đây. Ví dụ, sản xuất lúa mì ở Vương quốc Anh và sản xuất ngô ở Hoa Kỳ tăng trong ba thập kỷ qua [18]. b) Thiamethoxam: Không những là một hóa chất bảo vệ thực vật, Thimethoxam cũng có thể được ứng dụng trên lá, xử lý đất và hạt giống. Thiamethoxam mang tính hệ thống, có nghĩa là nó có thể được thực vật di chyển từ lá cho đến rễ.
Thiamethoxam lần đầu tiên được đăng ký sử dụng làm thuốc trừ sâu ở Hoa Kỳ vào năm 1999 [19], thường được sử dụng để nhắm vào các loài gây hại chích hút như rệp, rầy lá, và ruồi trắng ngoài một số loài gây hại khó tiêu diệt như mọt tiêu và bọ trĩ. Thiamethoxam được đăng ký để kiểm soát các loại côn trùng khác nhau trên nhiều loại các địa điểm sử dụng nông nghiệp (ví dụ: ruộng, thức ăn gia súc, cây ăn quả, gia vị và rau) và sử dụng phi nôngđịa điểm (ví dụ như: trong và xung quanh các khu dân cư/hộ gia đình, các cơ sở xử lý thực phẩm, khu thương mại/chế biến/công nghiệp, chuồng gia súc, chuồng gia cầm, gỗ hoặc bằng gỗ cấu trúc và phương tiện vận chuyển). Thiamethoxam là một loại hóa chất bảo vệ thực vật chống côn trùng, nhưng thiamethoxam cũng đã được đăng ký để sử dụng như một chất bảo quản gỗ, tuy nhiên, những đăng ký này đã bị hủy bỏ vào ngày 18 tháng 9 năm 2013. Ở Mỹ, ước tính sử dụng thiamethoxam trong nông nghiệp lớn nhất, tính theo đơn vị đo lường lbs.
Trung bình, từ năm 2005 đến năm 2014, khoảng 800. Số lượng thiamethoxam được sử dụng hàng năm để xử lý hạt giống 8 trên nhiều loại cây trồng khác nhau bao gồm ngô, bông, đậu tương, khoai tây và lúa mì. Ngoài ra còn có các phương pháp xử lý hạt giống được đăng ký cho nhiều loại cây rau màu. Từ năm 2007-2017, việc sử dụng đất và lá cây (cùng với nhau) trung bình khoảng 100.000 lbs, áp dụng cho khoảng 1,7 triệu mẫu Anh hàng năm.
3 cây trồng nông nghiệp có mức sử dụng cao nhất thiamethoxam tính theo pound trung bình được áp dụng mỗi năm là bông (36.), và khoai tây (10. Giá trị phần trăm cây trồng được xử lý (PCT) cao nhất được báo cáo cho bưởi (30%), rau diếp (20%), ớt (20%) và dâu tây (20%). Những bất lợi của việc sử dụng neonicotinoid và sự hiện diện của chúng trong môi trường Trong khi việc thương mại hóa Neonicotinoids và đóng góp của chúng vào nền kinh tế toàn cầu là vô cùng to lớn, thì các mối quan tâm (ví dụ: ô nhiễm nước mặt và nước ngầm và độc tính đối với sinh vật không phải mục tiêu) liên quan đến việc sử dụng rộng rãi các sản phẩm này vẫn là vấn đề gây nhiều bàn cãi và cần được xem xét thêm [15]. việc sử dụng neonicotinoids ngày càng gia tăng ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là imidacloprid, thiamethoxam và clothianidin với các tần suất xuất hiện và nồng độ khác nhau ở khắp nơi trên thế giới [21].
Nhưng các sản phẩm này cũng được giám sát ngày càng chặt chẽ hơn. Một số nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng của neonicotinoids đối với môi trường, bao gồm không khí, ngoài trời và bụi trong nhà [22,23], nước mặt, nước ngầm, nước biển và uống nước, đất [24,25,26], trong thực phẩm [27,28], các loại trái cây và rau quả [29], và tác động đến côn trùng có lợi (thường là ong) [30,31], động vật thủy sản [32].