Nghiên cứu Sản Xuất Chế Phẩm Nấm Lecanicillium Diệt Côn Trùng L439

Nghiên cứu sản xuất bào tử nấm ký sinh Lecanicillium lecanii 439. Đánh giá nhược điểm sinh học của chế phẩm, mở ra hướng ứng dụng tiềm năng trong nông nghiệp.

• Tác giả: Chu Hồng Quảng
• Người hướng dẫn: Ts. Vũ Văn Hạnh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất chế phẩm bào tử nấm kí sinh côn trùng từ chủng nấm Lecanicillium lecanii L439 và đánh giá đặc điểm sinh học của chế phẩm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về rệp hại cây trồng
• 1.1.1. Cấu tạo, phân loại rệp và đặc điểm sinh thái.
• 1.1.2. Tình hình rệp hại cây trồng trên thế giới và Việt Nam
• 1.2. Thuốc diệt côn trùng
• 1.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng thuốc trừ sâu
• 1.2.1.1. Thuốc trừ sâu hóa học
• 1.2.1.2. Thuốc trừ sâu sinh học

Tóm tắt

I. Nấm Lecanicillium Giải pháp kiểm soát sinh học ưu việt

Trong bối cảnh nền nông nghiệp hữu cơ đang trở thành xu hướng tất yếu, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thuốc trừ sâu hóa học là vô cùng cấp thiết. Nấm Lecanicillium, đặc biệt là loài Lecanicillium lecanii (trước đây gọi là Verticillium lecanii), nổi lên như một tác nhân kiểm soát sinh học đầy tiềm năng. Đây là một chi nấm ký sinh côn trùng (entomopathogenic fungi) có khả năng gây bệnh và tiêu diệt nhiều loại côn trùng gây hại, đặc biệt là các loài chích hút như rệp, ruồi trắng, bọ trĩ. Thay vì sử dụng độc tố hóa học, cơ chế của nấm trắng Lecanicillium hoàn toàn tự nhiên, mang lại hiệu quả bền vững và an toàn cho người sử dụng. Khi bào tử nấm tiếp xúc với côn trùng, chúng sẽ nảy mầm, đâm xuyên qua lớp vỏ kitin và phát triển hệ sợi nấm bên trong cơ thể vật chủ. Quá trình này không chỉ tiêu thụ chất dinh dưỡng mà còn tiết ra các độc tố và enzyme phá hủy mô, dẫn đến cái chết của côn trùng. Sau khi vật chủ chết, nấm sẽ mọc ra bên ngoài và tiếp tục phát tán bào tử, lây nhiễm cho các cá thể khác. Việc nghiên cứu và làm chủ quy trình sản xuất chế phẩm từ nấm Lecanicillium mở ra một hướng đi mới cho ngành nông nghiệp, giúp bảo vệ thiên địch, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nông sản sạch, an toàn. Nghiên cứu của Chu Hồng Quảng (2013) đã tập trung vào chủng L. lecanii L439 được phân lập tại Việt Nam, cho thấy độc lực mạnh mẽ đối với các loài rệp phổ biến, khẳng định tiềm năng to lớn của việc sản xuất chế phẩm nấm diệt côn trùng này tại địa phương.

1.1. Giới thiệu về nấm trắng Lecanicillium và lịch sử

Nấm trắng Lecanicillium là một chi nấm thuộc ngành nấm túi Ascomycota, được biết đến rộng rãi với tên cũ là Verticillium lecanii. Đây là một loại nấm gây bệnh côn trùng phổ biến, tồn tại tự nhiên trong đất và trên thực vật. Lịch sử nghiên cứu ứng dụng Lecanicillium trong kiểm soát sinh học bắt đầu từ những năm 1960, khi các nhà khoa học nhận thấy khả năng ký sinh tự nhiên của chúng trên các quần thể rệp và ruồi trắng. Khác với nhiều loại nấm gây bệnh khác, Lecanicillium có thể tồn tại trên bề mặt cây trồng, tạo điều kiện thuận lợi để tiếp xúc và lây nhiễm cho côn trùng gây hại. Đặc điểm hình thái của nấm là các khuẩn lạc màu trắng hoặc hơi vàng, phát triển nhanh trên các môi trường nuôi cấy như PDA (Potato Dextrose Agar). Dưới kính hiển vi, chúng tạo ra các bào tử đính hình elip, là vũ khí chính để tấn công và tiêu diệt côn trùng.

1.2. Cơ chế lây nhiễm và tiêu diệt côn trùng của nấm ký sinh

Cơ chế hoạt động của nấm ký sinh côn trùng Lecanicillium diễn ra qua nhiều giai đoạn. Đầu tiên, bào tử nấm phải tiếp xúc trực tiếp với bề mặt cơ thể côn trùng. Khi gặp điều kiện độ ẩm và nhiệt độ thích hợp, bào tử sẽ nảy mầm. Giai đoạn tiếp theo, các sợi nấm non tiết ra các enzyme như chitinase và proteinase để phân hủy lớp vỏ kitin cứng chắc của côn trùng. Kết hợp với áp lực cơ học, sợi nấm xâm nhập vào khoang cơ thể vật chủ. Bên trong, nấm phát triển nhanh chóng, tiêu thụ các chất dinh dưỡng, đồng thời tiết ra độc tố làm tê liệt và giết chết côn trùng. Sau khi côn trùng chết, nấm tiếp tục phát triển, bao phủ toàn bộ cơ thể và mọc ra ngoài, tạo ra một lớp màng trắng. Cuối cùng, nấm hình thành các cơ quan sinh sản và phát tán hàng triệu bào tử mới ra môi trường, sẵn sàng lây nhiễm cho các côn trùng khác. Đây là một chu trình lây bệnh tự nhiên và hiệu quả.

1.3. Lợi ích khi sử dụng chế phẩm Lecanicillium trong nông nghiệp

Việc sử dụng chế phẩm vi sinh từ nấm Lecanicillium mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Thứ nhất, đây là giải pháp an toàn cho người, vật nuôi và môi trường, không để lại dư lượng độc hại trên nông sản. Thứ hai, nấm có tính chọn lọc cao, chỉ tấn công các côn trùng mục tiêu mà không gây hại cho các sinh vật có ích như ong, bọ rùa, giúp bảo vệ thiên địch và duy trì cân bằng sinh thái. Thứ ba, côn trùng rất khó hình thành tính kháng đối với nấm ký sinh, đảm bảo hiệu quả phòng trừ lâu dài. Cuối cùng, việc sản xuất chế phẩm nấm diệt côn trùng Lecanicillium có thể tận dụng các nguồn nguyên liệu nông nghiệp giá rẻ, phù hợp với mô hình nông nghiệp hữu cơ và bền vững. Theo báo cáo của Cục Bảo vệ thực vật (2012), việc lạm dụng hóa chất đã gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng, do đó các giải pháp sinh học như Lecanicillium là xu thế tất yếu.

II. Thách thức dịch hại và hạn chế của thuốc hóa học

Ngành nông nghiệp toàn cầu và Việt Nam đang đối mặt với thách thức lớn từ các loài côn trùng gây hại, đặc biệt là rệp (Aphidoidae). Chúng không chỉ chích hút nhựa cây làm suy kiệt dinh dưỡng, cản trở quang hợp mà còn là vật trung gian truyền virus gây bệnh, dẫn đến thiệt hại năng suất ước tính khoảng 15% trên toàn thế giới. Để đối phó, biện pháp phổ biến nhất vẫn là sử dụng thuốc trừ sâu hóa học. Tuy nhiên, giải pháp này ngày càng bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng. Thuốc hóa học có độc tính cao, phổ tác dụng rộng, không chỉ tiêu diệt sâu bệnh mà còn giết chết cả các loài thiên địch có ích, phá vỡ cân bằng sinh thái. Dư lượng thuốc tồn tại trong đất, nước và nông sản gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Theo thống kê, mỗi năm Việt Nam nhập khẩu hàng chục nghìn tấn thuốc bảo vệ thực vật, và các ca ngộ độc không phải là hiếm. Một vấn đề nan giải khác là hiện tượng côn trùng kháng thuốc, buộc nông dân phải tăng liều lượng hoặc sử dụng các loại thuốc mạnh hơn, tạo ra một vòng luẩn quẩn nguy hiểm. Thực trạng này đòi hỏi một sự thay đổi căn bản trong tư duy canh tác, hướng tới các biện pháp kiểm soát sinh học an toàn và bền vững hơn, điển hình là việc phát triển các chế phẩm vi sinh như nấm diệt côn trùng Lecanicillium.

2.1. Tác hại của các loài rệp và côn trùng chích hút phổ biến

Rệp là một trong những nhóm côn trùng gây hại nguy hiểm nhất. Chúng tấn công trên hàng trăm loại cây trồng từ lương thực, rau màu đến cây ăn quả. Tại Việt Nam, hơn 250 loài rệp đã được ghi nhận, gây hại nghiêm trọng cho cà phê, sầu riêng, ngô và các loại rau họ cải. Các loài như rệp đào (Myzus persicae), rệp ngô (Aphis maydis) có khả năng sinh sản vô tính với tốc độ cực nhanh, tạo ra các quần thể lớn trong thời gian ngắn. Chúng chích hút nhựa làm cây còi cọc, lá xoăn, hoa và quả non rụng. Ngoài ra, chất thải của chúng (dịch mật) còn tạo điều kiện cho nấm bồ hóng phát triển, làm giảm khả năng quang hợp. Nghiêm trọng hơn, chúng là vector truyền hơn 100 loại virus thực vật. Các loài khác như bọ trĩ, nhện đỏ, rệp sáp và bọ phấn trắng cũng gây ra những thiệt hại tương tự, làm giảm năng suất và chất lượng nông sản một cách đáng kể.

2.2. Rủi ro từ việc lạm dụng thuốc trừ sâu hóa học kéo dài

Sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu hóa học đã tạo ra nhiều rủi ro. Tình trạng côn trùng kháng thuốc ngày càng gia tăng, khiến việc phòng trừ trở nên tốn kém và kém hiệu quả. Ước tính có khoảng 520 loài côn trùng đã kháng lại thuốc bảo vệ thực vật. Việc sử dụng thuốc tràn lan gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và hệ sinh thái thủy sinh, tiêu diệt các sinh vật có lợi trong đất. Đối với con người, tiếp xúc thường xuyên với thuốc hóa học làm tăng nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như rối loạn thần kinh, ung thư và vô sinh. Dư lượng thuốc trong thực phẩm là một vấn đề nhức nhối, ảnh hưởng đến an toàn vệ sinh thực phẩm và uy tín của nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế. Những hạn chế này là động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng các thuốc trừ sâu sinh học an toàn hơn.

III. Hướng dẫn quy trình sản xuất nấm Lecanicillium hiệu quả

Để tạo ra một chế phẩm vi sinh chất lượng cao, việc làm chủ quy trình sản xuất là yếu tố then chốt. Quá trình sản xuất chế phẩm nấm diệt côn trùng Lecanicillium bao gồm ba giai đoạn chính: hoạt hóa chủng gốc, nhân giống sơ cấp bằng công nghệ lên men lỏng, và sản xuất bào tử nấm hàng loạt bằng phương pháp lên men rắn. Mỗi giai đoạn đòi hỏi kỹ thuật và điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo nấm phát triển mạnh, cho năng suất bào tử cao và giữ được độc lực diệt côn trùng. Nghiên cứu của Chu Hồng Quảng (2013) đã xây dựng một quy trình chi tiết dựa trên chủng L. lecanii L439. Bắt đầu từ việc hoạt hóa chủng nấm được bảo quản trên môi trường thạch PDA, sau đó chuyển sang môi trường lỏng PDB để nhân sinh khối nấm cấp 1. Giai đoạn này giúp tạo ra một lượng lớn sợi nấm khỏe mạnh làm giống cho quá trình sản xuất chính. Giai đoạn quyết định là lên men rắn, nơi nấm được nuôi cấy trên một cơ chất rắn (giá thể) để tạo ra bào tử nấm - thành phần hoạt tính của chế phẩm. Việc lựa chọn cơ chất, kiểm soát độ ẩm, nhiệt độ và dinh dưỡng trong giai đoạn này ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ và chất lượng bào tử thu được. Quy trình này cho phép sản xuất ở quy mô lớn, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong thực tiễn nông nghiệp.

3.1. Phân lập và hoạt hóa chủng nấm gốc L. lecanii L439

Bước đầu tiên trong quy trình sản xuất là chuẩn bị nguồn giống chất lượng. Chủng nấm Lecanicillium lecanii L439, được phân lập từ rệp chết trên đồng ruộng Việt Nam, được lựa chọn vì có độc lực cao. Chủng gốc được bảo quản ở dạng thạch nghiêng hoặc trong glycerol ở nhiệt độ thấp. Để bắt đầu sản xuất, chủng nấm được cấy truyền ra đĩa thạch chứa môi trường PDA (Potato Dextrose Agar). Môi trường này cung cấp đủ dinh dưỡng cho nấm phát triển và tạo khuẩn lạc. Quá trình nuôi cấy nấm Lecanicillium diễn ra trong tủ cấy vô trùng ở nhiệt độ 26-28°C trong 7-10 ngày. Sau thời gian này, khuẩn lạc nấm sẽ phát triển mạnh, phủ một lớp sợi và bào tử màu trắng trên bề mặt thạch, sẵn sàng để sử dụng cho giai đoạn nhân giống tiếp theo.

3.2. Kỹ thuật nhân sinh khối nấm bằng công nghệ lên men lỏng

Để có đủ lượng giống cho sản xuất quy mô lớn, cần thực hiện giai đoạn nhân sinh khối nấm. Các miếng thạch chứa nấm từ giai đoạn hoạt hóa được cấy vào các bình tam giác chứa môi trường lỏng PDB (Potato Dextrose Broth). Các bình này được đặt trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ 28°C. Môi trường lỏng và sự khuấy đảo liên tục giúp nấm phát triển đồng đều, tạo ra một lượng lớn sinh khối dạng sợi nấm và bào tử chồi. Quá trình lên men lỏng này thường kéo dài khoảng 3-5 ngày. Dịch nấm thu được sau giai đoạn này có mật độ tế bào cao, được sử dụng làm giống cấp 1 để cấy vào môi trường lên men rắn.

3.3. Phương pháp lên men rắn sản xuất bào tử nấm số lượng lớn

Lên men rắn là phương pháp tối ưu để sản xuất bào tử nấm (dạng bào tử đính) có sức sống cao và dễ bảo quản. Cơ chất rắn, thường là các loại ngũ cốc như gạo, ngô, cám, được chuẩn bị bằng cách làm ẩm và hấp khử trùng. Sau đó, dịch giống từ quá trình lên men lỏng được cấy vào cơ chất. Hỗn hợp được ủ trong các khay hoặc túi chuyên dụng ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát. Trong quá trình này, nấm phát triển hệ sợi nấm len lỏi vào cơ chất, sau đó hình thành một lớp bào tử dày đặc trên bề mặt. So với lên men lỏng, lên men rắn tạo ra bào tử có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường, rất thích hợp để sản xuất thuốc trừ sâu sinh học.

IV. Bí quyết tối ưu môi trường lên men để tăng năng suất

Năng suất và chất lượng bào tử nấm phụ thuộc rất lớn vào việc tối ưu hóa các điều kiện trong quá trình lên men rắn. Một môi trường nuôi cấy lý tưởng phải cung cấp đủ dinh dưỡng, độ thoáng khí, độ ẩm và các yếu tố vật lý phù hợp cho sự phát triển và sinh sản của nấm Lecanicillium. Nghiên cứu của Chu Hồng Quảng (2013) đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho chủng L. lecanii L439, giúp tăng năng suất bào tử lên gấp nhiều lần. Kết quả cho thấy, việc lựa chọn đúng loại cơ chất và phối trộn theo tỷ lệ hợp lý là yếu tố nền tảng. Các yếu tố như độ ẩm của cơ chất, độ pH ban đầu của môi trường, và nhiệt độ ủ cũng có ảnh hưởng quyết định. Ngoài ra, việc bổ sung các nguồn dinh dưỡng vi lượng và đa lượng, đặc biệt là nguồn nitơ và khoáng chất, cũng góp phần thúc đẩy quá trình sinh bào tử. Bằng cách kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này, có thể nhân sinh khối nấm một cách hiệu quả, sản lượng bào tử từ (3,87 ± 0,204) x 10⁹ đã tăng lên mức (1,42 ± 0,08) x 10¹⁰ bào tử/g cơ chất. Đây là chìa khóa để hạ giá thành sản phẩm và đưa chế phẩm vi sinh đến gần hơn với người nông dân.

4.1. Lựa chọn cơ chất và tỷ lệ tối ưu cho lên men rắn

Cơ chất không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn tạo cấu trúc vật lý cho nấm phát triển. Thí nghiệm đã khảo sát nhiều loại cơ chất nông nghiệp như bột ngô, cám gạo, lõi ngô, bột sắn. Kết quả chỉ ra rằng hỗn hợp cám gạo và bột ngô cho năng suất bào tử cao nhất. Tỷ lệ tối ưu được xác định là 6 phần cám gạo và 4 phần bột ngô (6:4 w/w). Sự kết hợp này tạo ra một môi trường vừa giàu dinh dưỡng, vừa có độ xốp và khả năng giữ ẩm tốt, tạo điều kiện lý tưởng cho sợi nấm phát triển và hình thành bào tử. Với hỗn hợp cơ chất này, năng suất đạt (1,08 ± 0,08) x 10¹⁰ bào tử/g, cao hơn đáng kể so với việc sử dụng riêng lẻ từng loại.

4.2. Điều chỉnh các yếu tố vật lý nhiệt độ độ ẩm và pH

Các yếu tố vật lý ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động trao đổi chất của nấm. Nghiên cứu đã xác định các ngưỡng tối ưu như sau: Nhiệt độ ủ thích hợp nhất là 28°C, tại đây nấm cho năng suất bào tử cao nhất. Độ ẩm của cơ chất là yếu tố cực kỳ quan trọng; độ ẩm tối ưu là 50% (tỷ lệ nước bổ sung bằng 100% khối lượng cơ chất khô). Nếu độ ẩm quá thấp, nấm sẽ phát triển kém; nếu quá cao, môi trường sẽ bị yếm khí, ức chế sự hình thành bào tử. Độ pH ban đầu của môi trường cũng được xác định ở mức tối ưu là 6.0. Việc duy trì ổn định các thông số này trong suốt quá trình lên men là điều kiện tiên quyết để đạt được năng suất cao.

4.3. Bổ sung nguồn Nitơ và khoáng chất cần thiết

Để tối đa hóa sản lượng bào tử, việc bổ sung thêm dinh dưỡng là cần thiết. Thí nghiệm cho thấy, trong các nguồn nitơ được khảo sát (cả hữu cơ và vô cơ), KNO₃ (Kali nitrat) ở nồng độ 0,5% (w/w) cho kết quả tốt nhất. KNO₃ cung cấp cả nitơ và kali, hai nguyên tố quan trọng cho sự phát triển của nấm. Về khoáng chất, MgSO₄ (Magie sunfat) ở nồng độ 0,1% (w/w) được chứng minh là có tác dụng thúc đẩy sinh bào tử hiệu quả nhất. Các muối khoáng này đóng vai trò là đồng yếu tố cho nhiều enzyme quan trọng trong quá trình trao đổi chất của nấm Lecanicillium.

V. Ứng dụng Sản xuất và thử nghiệm chế phẩm diệt côn trùng

Sau khi làm chủ quy trình sản xuất và tối ưu hóa các điều kiện lên men, bước tiếp theo là tạo ra một chế phẩm vi sinh hoàn chỉnh và đánh giá hiệu quả thực tế. Quá trình này bao gồm các công đoạn thu hoạch, sấy khô, tách lọc bào tử nấm và phối trộn với các chất phụ gia chuyên dụng. Mục tiêu là tạo ra một sản phẩm ổn định, dễ bảo quản, dễ sử dụng và có khả năng phát huy tối đa độc lực khi phun lên cây trồng. Theo nghiên cứu của Chu Hồng Quảng (2013), bào tử nấm sau khi thu hoạch được làm khô để giảm độ ẩm xuống dưới 5%, giúp kéo dài thời gian bảo quản. Sau đó, bào tử được phối trộn với các chất phụ gia như chất bám dính, chất lan tỏa, chất chống tia UV để tạo thành chế phẩm nấm diệt côn trùng Lecanicillium ở dạng bột tan hoặc dạng lỏng. Chế phẩm này sau đó đã được thử nghiệm độc lực trên đối tượng rệp ngô (Aphis maydis). Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả diệt rệp rất cao, khẳng định tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chế phẩm trong các chương trình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) và sản xuất nông nghiệp hữu cơ.

5.1. Quy trình tạo chế phẩm vi sinh từ bào tử nấm thu hoạch

Sau 12 ngày lên men rắn, hỗn hợp cơ chất và bào tử được thu hoạch. Bước quan trọng đầu tiên là làm khô để giảm độ ẩm, giúp bảo quản bào tử lâu dài. Hỗn hợp được sấy ở nhiệt độ thấp (khoảng 35°C) hoặc hong khô trong phòng có thông gió để độ ẩm còn khoảng 10%. Tiếp theo, bào tử nấm được tách ra khỏi cơ chất bằng hệ thống sàng lọc nhiều lớp. Bột bào tử tinh khiết sau đó được tiếp tục làm khô bằng silica gel để độ ẩm còn dưới 5%. Cuối cùng, bột bào tử được phối trộn với các chất phụ gia. Đối với dạng bột tan, các chất phụ gia bao gồm chất độn (Diatomite, Kaolin) và chất phân tán. Đối với dạng lỏng, bào tử được trộn với dầu khoáng và chất nhũ hóa. Việc tạo ra chế phẩm vi sinh hoàn chỉnh giúp bào tử được bảo vệ tốt hơn và tăng hiệu quả tiếp xúc với côn trùng.

5.2. Đánh giá hiệu quả diệt rệp ngô Aphis maydis trong thực tế

Để xác minh hiệu quả, chế phẩm nấm diệt côn trùng Lecanicillium đã được thử nghiệm trên rệp ngô (Aphis maydis) trong điều kiện phòng thí nghiệm và nhà lưới. Chế phẩm được pha loãng với nước để tạo dung dịch phun có các nồng độ bào tử khác nhau (10⁷, 10⁸ và 5x10⁸ bào tử/ml). Kết quả cho thấy chế phẩm có hiệu lực cao. Ở nồng độ cao nhất, tỷ lệ diệt rệp đạt mức rất cao sau 5-7 ngày phun. Các con rệp bị nhiễm nấm sẽ chết và cơ thể chúng bị bao phủ bởi một lớp màng nấm trắng, tiếp tục là nguồn lây bệnh cho cả đàn. Thí nghiệm cũng chứng minh rằng việc bổ sung chất phụ gia giúp tăng khả năng bám dính và hiệu quả của bào tử. Kết quả này là một minh chứng rõ ràng cho tiềm năng của chủng L. lecanii L439 trong việc kiểm soát rệp hại.

5.3. Tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp hữu cơ và bền vững

Với hiệu quả đã được chứng minh và tính an toàn cao, chế phẩm nấm Lecanicillium có tiềm năng ứng dụng rất lớn, đặc biệt trong các mô hình nông nghiệp hữu cơ và nông nghiệp bền vững. Sản phẩm này có thể được sử dụng để phòng trừ nhiều loại côn trùng chích hút như rệp sáp, bọ trĩ, bọ phấn trắng trên nhiều loại cây trồng khác nhau. Việc đưa chế phẩm này vào sản xuất và sử dụng rộng rãi sẽ giúp nông dân giảm sự phụ thuộc vào thuốc hóa học, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ thiên địch và cải thiện chất lượng môi trường. Đây là một giải pháp kiểm soát sinh học hiệu quả, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp xanh và an toàn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Rệp muội và các loài côn trùng chích hút thuộc họ Aphidoidae là nhóm dịch hại nguy hiểm bậc nhất trong sản xuất nông nghiệp toàn cầu. Chúng có khả năng ký sinh trên hơn 11.000 loài thực vật thuộc 243 họ khác nhau, bao gồm các loại cây trồng kinh tế chủ lực như ngô, lúa mì, đậu tương, bông vải và rau màu. Theo ước tính từ các tổ chức bảo vệ thực vật quốc tế, nhóm côn trùng chích hút gây suy giảm khoảng 15% tổng sản lượng mùa màng thế giới mỗi năm. Tại Việt Nam, các nhà khoa học đã ghi nhận sự phá hoại của hơn 250 loài rệp khác nhau, gây thiệt hại nghiêm trọng từ 8% đến 25% năng suất tại các vùng trồng cà phê Tây Nguyên và làm hư hại hàng trăm hecta ngô tại đồng bằng Bắc Bộ.

Để đối phó với dịch hại, biện pháp phổ biến hiện nay vẫn là lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật. Báo cáo của Cục Bảo vệ thực vật cho thấy mỗi năm Việt Nam nhập khẩu khoảng 70.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật với giá trị thương mại dao động từ 210 đến 500 triệu USD. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất tràn lan đã dẫn đến tình trạng hơn 520 loài côn trùng kháng thuốc, làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nước và đe dọa trực tiếp sức khỏe của 15 đến 20 triệu lao động nông nghiệp.

Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết về phát triển nông nghiệp bền vững, đề tài nghiên cứu sản xuất chế phẩm bào tử nấm ký sinh côn trùng từ chủng nấm Lecanicillium lecanii L439 và đánh giá đặc điểm sinh học của chế phẩm được thực hiện tại Viện Công nghệ sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình lên men xốp, nâng cao năng suất sinh bào tử, hoàn thiện công thức phối trộn phụ gia và đánh giá độc lực diệt trừ rệp đào Myzus persicae cùng rệp ngô Aphis maydis. Kết quả của luận văn mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp giải pháp sinh học an toàn, chi phí thấp nhằm thay thế thuốc hóa học độc hại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết kiểm soát sinh học và cơ chế sinh bệnh học của nấm ký sinh côn trùng (Entomopathogenic Fungi). Quá trình gây bệnh của nấm Lecanicillium lecanii diễn ra thông qua sự tiếp xúc trực tiếp của bào tử đính (conidia) lên lớp vỏ cutin của côn trùng. Dưới tác động phối hợp của áp lực cơ học khi nảy mầm và phức hợp enzyme ngoại bào gồm chitinase, proteinase cùng lipase, sợi nấm xâm nhập sâu vào xoang cơ thể, tiết độc tố làm tê liệt hệ thần kinh và phá hủy các mô nội tạng của vật chủ.

Song song với đó, nghiên cứu ứng dụng lý thuyết lên men rắn (Solid-State Fermentation - SSF) để sản xuất sinh khối vi sinh vật trên cơ chất tự nhiên. Khác với phương pháp lên men lỏng vốn tạo ra bào tử chồi có sức đề kháng yếu, lên men rắn mô phỏng môi trường tự nhiên giúp hình thành bào tử đính có màng dày, khả năng chịu nhiệt tốt và sức sống bền bỉ khi phối trộn dạng dầu khoáng. Các khái niệm trung tâm được vận dụng xuyên suốt bao gồm: độc lực sinh học (virulence), tỷ lệ carbon trên nitơ (C/N ratio), hoạt tính enzyme phân giải và hiệu lực phòng trừ sinh học theo tiêu chuẩn quốc tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp thông qua các đợt thí nghiệm tại Phòng các chất Chức năng sinh học thuộc Viện Công nghệ sinh học và hệ thống nhà lưới của Viện Bảo vệ thực vật. Quy trình nghiên cứu gồm các giai đoạn kế tiếp nhau: hoạt hóa chủng giống trên môi trường PDA trong 7 ngày, nhân giống cấp một và cấp hai bằng lên men lỏng PDB lắc 200 vòng/phút ở 28°C trong 3 đến 5 ngày, sau đó chuyển sang lên men rắn trong 12 ngày.

Quy mô và phương pháp chọn mẫu được thiết kế chặt chẽ:

• Cỡ mẫu thực nghiệm: Lên men tối ưu hóa từng yếu tố trên các bình tam giác 250 ml chứa 8 đến 26 g cơ chất; lên men thử nghiệm quy mô lớn trên hệ thống tủ Biose với 6 đợt thí nghiệm đạt tổng khối lượng 35,4 kg cơ chất gạo luộc; sử dụng 1 kg hỗn hợp cơ chất khô để đánh giá quy trình tách thu bào tử qua hệ thống 3 tầng rây liên hợp có kích thước mắt lưới 710 µm, 180 µm và 75 µm.
• Thử nghiệm độc lực: Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bố trí trên các lô rệp nuôi gồm 25 cá thể rệp non mỗi hộp; thử nghiệm nhà lưới và đồng ruộng bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD) với diện tích 5 m2 mỗi ô, nhắc lại 3 lần, theo dõi mật độ rệp tại 5 điểm cố định với 2 cây mỗi điểm vào các ngày 3, 7 và 10 sau xử lý.
• Phương pháp phân tích: Định lượng mật độ bào tử bằng buồng đếm hồng cầu Neubauer cải tiến dưới kính hiển vi quang học độ phóng đại 400 lần; kiểm tra tỷ lệ sống sót bằng phương pháp đếm khuẩn lạc (CFU) trên đĩa thạch sau 4 ngày nuôi cấy ở 28°C; xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy sấy khô tuyệt đối ở 105°C; tính toán hiệu lực diệt rệp theo công thức Abbott trong phòng thí nghiệm và công thức Henderson - Tilton ngoài đồng ruộng. Số liệu được xử lý thống kê bằng trắc nghiệm F và Student t-test với độ tin cậy p <= 0,05 trên phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát các thông số công nghệ lên men rắn cho thấy chủng nấm Lecanicillium lecanii L439 có tiềm năng sinh học vượt trội khi được cung cấp điều kiện dinh dưỡng và vi khí hậu tối ưu:

• Nguồn cơ chất và tỷ lệ phối trộn: Trong số các cơ chất thử nghiệm, hỗn hợp cám gạo kết hợp bột ngô theo tỷ lệ 6:4 (khối lượng/khối lượng) cho năng suất sinh bào tử cao nhất, đạt trung bình 1,08 x 10^10 bào tử trên mỗi gram cơ chất, cao hơn 67,7% so với tỷ lệ 2:8 (chỉ đạt 6,44 x 10^9 bào tử/g).
• Điều kiện lên men tối ưu: Độ dày cơ chất 14 g trong bình 250 ml, độ ẩm ban đầu đạt 50% (tương đương tỷ lệ nước bổ sung bằng 100% khối lượng cơ chất), môi trường đệm citrate duy trì pH 6,0, nhiệt độ nuôi ủ 28°C, bổ sung 0,5% KNO3 và 0,1% MgSO4 sau 12 ngày lên men giúp năng suất bào tử đạt mức kỷ lục 1,42 x 10^10 bào tử/g. So với môi trường ban đầu chưa tối ưu (đạt 3,87 x 10^9 bào tử/g), sản lượng bào tử sau tối ưu hóa đã tăng trưởng 266,9%.
• Năng suất quy mô lớn và chế biến sau thu hoạch: Thử nghiệm bán công nghiệp trên tủ lên men Biose 1000 lít thu được năng suất trung bình 9,3 x 10^9 bào tử/g trên cơ chất tối ưu, cao hơn môi trường gạo luộc đơn thuần (7,66 x 10^9 bào tử/g). Phương pháp hong khô trong phòng thông gió đưa độ ẩm cơ chất xuống 10,68% trong 126 giờ, sau đó xử lý bằng hạt hút ẩm silica gel giúp giảm độ ẩm bột bào tử xuống dưới 5%, đảm bảo tiêu chuẩn phối trộn chế phẩm.
• Khảo nghiệm độc tính sinh học: Dung dịch bào tử phối trộn phụ gia giữ ẩm và phân tán (gồm 0,05% DW95, 0,05% DA203W, 0,1% dầu Mo) ở các dải mật độ 10^7, 10^8 và 5 x 10^8 bào tử/ml thể hiện độc lực mạnh, gây chết nhanh quần thể rệp ngô và rệp đào sau 3 đến 7 ngày phun.

Thảo luận kết quả

Năng suất bào tử đạt 1,42 x 10^10 bào tử/g của chủng Lecanicillium lecanii L439 trong nghiên cứu này cao hơn đáng kể so với kết quả lên men trên bã mía của các công trình quốc tế trước đây (đạt khoảng 1,1 x 10^10 bào tử/g) và vượt xa các thử nghiệm trên cơ chất cám mì kết hợp đậu lăng (chỉ đạt 3,58 x 10^7 bào tử/g). Nguyên nhân chính là do sự phối hợp cân đối giữa cám gạo và bột ngô tạo nên tỷ lệ C/N lý tưởng, đồng thời duy trì độ xốp, tạo diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và cung cấp đầy đủ dưỡng khí cho hệ sợi nấm phát triển cực đại.

Sự tương quan giữa các thông số công nghệ được thể hiện rõ nét khi mô tả diễn biến qua biểu đồ đường và bảng dữ liệu đa biến. Cụ thể, khi độ ẩm vượt quá 60%, lượng không khí trong khối cơ chất bị đẩy ra ngoài làm ức chế hô hấp của sợi nấm, khiến năng suất bào tử giảm mạnh xuống dưới 6,61 x 10^9 bào tử/g. Tương tự, nhiệt độ nuôi cấy ở ngưỡng 37°C làm hệ sợi nấm bị ức chế hoàn toàn. Việc duy trì độ ẩm bào tử tinh khiết dưới 5% trong bao gói hút chân không kết hợp phụ gia nhũ dầu giúp bảo vệ màng sinh học của bào tử trước tác động của tia cực tím, duy trì tỷ lệ nảy mầm trên 70% sau 12 tháng bảo quản tại nhiệt độ phòng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhanh chóng đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn sản xuất nông nghiệp hàng hóa, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

• Hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình công nghệ nhân sinh khối: Viện Công nghệ sinh học và các đơn vị nghiên cứu cần tiếp tục nâng cấp quy trình lên men rắn tự động hóa trên thiết bị dung tích trên 1000 lít, đảm bảo kiểm soát chính xác nhiệt độ và độ ẩm khối ủ, duy trì độ đồng đều của chế phẩm với mật độ ổn định trên 10^10 bào tử/g trong thời gian 6 đến 12 tháng tới.
• Tối ưu hóa dạng thương phẩm và phụ gia bảo quản: Các doanh nghiệp sản xuất thuốc sinh học cần phối hợp nghiên cứu bổ sung chất chống tia UV tự nhiên và chất bám dính sinh học thế hệ mới, mục tiêu kéo dài thời hạn bảo quản chế phẩm dạng bột tan và nhũ dầu đạt tỷ lệ sống sót trên 75% sau 18 tháng ở điều kiện nhiệt độ thường (26°C).
• Xây dựng mô hình thử nghiệm diện rộng trong chương trình quản lý dịch hại tổng hợp: Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tại các địa phương trọng điểm cần phối hợp với hợp tác xã nông nghiệp triển khai phun thử nghiệm chế phẩm L439 trên các cây trồng có nguy cơ bùng phát dịch rệp cao như ngô, cà chua, bắp cải, phấn đấu giảm 50% đến 70% lượng thuốc trừ sâu hóa học trong vòng 2 vụ sản xuất liên tiếp (12 đến 24 tháng).
• Hoàn thiện hồ sơ đăng ký lưu hành quốc gia: Đơn vị chủ trì đề tài cần xúc tiến hoàn tất các thử nghiệm an toàn độc học sinh thái trên động vật máu nóng và thiên địch có ích, trình Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt đưa chế phẩm vào danh mục thuốc bảo vệ thực vật sinh học được phép lưu hành rộng rãi tại Việt Nam trong lộ trình 24 đến 36 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị chuyên môn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Công nghệ sinh học và Bảo vệ thực vật: Luận văn cung cấp toàn bộ quy trình thực nghiệm chuẩn từ khâu phân lập, giữ giống, tối ưu hóa dinh dưỡng lên men xốp đến kỹ thuật đánh giá độc lực sinh học trên côn trùng hại.
• Kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Tài liệu mang lại hướng dẫn chi tiết về kỹ thuật sấy khô tầng sôi, sàng tách bào tử đính bằng hệ rây chuyên dụng và công thức phối trộn phụ gia nhũ dầu nhằm thương mại hóa sản phẩm quy mô lớn.
• Cán bộ khuyến nông và chuyên viên kiểm dịch thực vật: Đây là cẩm nang hữu ích trong việc xây dựng các gói kỹ thuật phòng trừ rệp sinh học, hướng dẫn nông dân giảm thiểu dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trên nông sản xuất khẩu.
• Chủ trang trại nông nghiệp hữu cơ và hợp tác xã sản xuất công nghệ cao: Cung cấp giải pháp kỹ thuật diệt trừ triệt để rệp ngô, rệp đào mà không làm ảnh hưởng đến chứng nhận an toàn thực phẩm, giúp nâng cao giá trị hàng hóa từ 20% đến 30%.

Câu hỏi thường gặp

Chế phẩm nấm Lecanicillium lecanii L439 tiêu diệt rệp hại theo cơ chế sinh học nào? Bào tử nấm bám vào lớp biểu bì của rệp, nảy mầm và tiết ra hệ enzyme chitinase cùng protease để xuyên thủng lớp cutin sau 24 đến 48 giờ. Sợi nấm phát triển trong xoang máu, tiết độc tố làm tê liệt thần kinh khiến rệp chết khô. Sau đó, nấm phát triển bao phủ xác rệp và phát tán bào tử lây nhiễm sang các cá thể khác.

Tại sao phương pháp lên men rắn được ưu tiên hơn lên men lỏng khi sản xuất chủng L439? Lên men rắn tạo ra bào tử đính có cấu trúc màng vững chắc, khả năng chịu đựng điều kiện ngoại cảnh khắc nghiệt và bảo quản lâu dài. Ngược lại, lên men lỏng chủ yếu tạo ra bào tử chồi có sức sống yếu, dễ bị bất hoạt khi phối chế thành dạng chế phẩm thương phẩm hoặc khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời ngoài đồng ruộng.

Yếu tố nào đóng vai trò quyết định nhất đến năng suất sinh bào tử của chủng L439? Sự kết hợp giữa cơ chất cám gạo và bột ngô theo tỷ lệ 6:4 cùng độ ẩm 50% là yếu tố then chốt. Hỗn hợp này cung cấp tỷ lệ dinh dưỡng C/N tối ưu và duy trì độ xốp lý tưởng cho sự trao đổi khí, giúp mật độ sinh bào tử đạt đỉnh 1,42 x 10^10 bào tử trên mỗi gram cơ chất sau 12 ngày.

Làm thế nào để duy trì tỷ lệ sống của bào tử đạt trên 70% sau thời gian dài bảo quản? Bào tử sau khi thu hoạch phải được làm khô triệt để để đưa độ ẩm xuống dưới 5%. Sau đó, bào tử được đóng gói trong túi nhôm hút chân không có bổ sung gói silica gel hoặc phối trộn với dầu khoáng và phụ gia phân tán, bảo quản ở nhiệt độ mát 4°C hoặc phòng tối 26°C.

Chế phẩm sinh học L439 có thể thay thế hoàn toàn thuốc hóa học trong thực tế không? Chế phẩm L439 có khả năng thay thế hiệu quả thuốc hóa học trong các mô hình sản xuất nông nghiệp sạch và chương trình IPM. Khi mật độ rệp từ 10 đến 20 con mỗi cây, việc phun chế phẩm ở nồng độ 10^8 bào tử/ml giúp khống chế dịch hại bền vững mà không gây độc cho người, động vật và môi trường sinh thái.

Kết luận

• Luận văn đã phân lập và xác định thành công các đặc tính sinh học ưu việt của chủng nấm ký sinh côn trùng Lecanicillium lecanii L439 có độc lực cao đối với rệp hại cây trồng.
• Xác lập được công thức môi trường lên men rắn tối ưu gồm cám gạo phối trộn bột ngô tỷ lệ 6:4, độ ẩm 50%, pH 6,0, bổ sung 0,5% KNO3 và 0,1% MgSO4, nuôi ủ ở 28°C trong 12 ngày.
• Đạt năng suất sinh bào tử đỉnh cao 1,42 x 10^10 bào tử/g ở quy mô phòng thí nghiệm và 9,3 x 10^9 bào tử/g ở quy mô bán công nghiệp với tổng sản lượng 35,4 kg cơ chất.
• Hoàn thiện quy trình làm khô giảm độ ẩm xuống dưới 5%, sàng tách và phối chế thành công chế phẩm dạng bột tan và dạng dầu có khả năng duy trì sức sống trên 70% sau bảo quản.
• Chứng minh hiệu lực diệt trừ vượt trội của chế phẩm đối với rệp ngô và rệp đào ở dải nồng độ từ 10^7 đến 5 x 10^8 bào tử/ml, mở ra hướng đi bền vững cho nông nghiệp sạch.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã hoàn thiện trọn vẹn chuỗi công nghệ từ khâu nuôi cấy sinh khối đến tạo dạng thương phẩm sinh học có khả năng ứng dụng thực tiễn cao. Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, các cơ quan chuyên môn và doanh nghiệp cần đẩy mạnh thử nghiệm đồng ruộng quy mô lớn, hoàn tất đăng ký lưu hành để đưa sản phẩm đến tay người nông dân, chung tay xây dựng nền nông nghiệp xanh và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Lí do chọn đề tài: Rệp (Aphidoidae) là nhóm côn trùng chích hút nhựa cây phổ biến nhất trên thế giới, phân bố rộng rãi ở các vùng ôn đới, cận nhiệt đới và nhiệt đới. Chúng kí sinh trên hơn 11000 loài cây thuộc 243 họ khác nhau, trong đó có nhiều cây trồng quan trọng nhƣ các loại ngũ cốc, bông, khoai tây, cà chua, họ cải [48]. Chúng vừa hút cạn nguồn dinh dƣỡng vừa làm cản trở quá trình hô hấp, quang hợp của cây, đồng thời truyền virus gây bệnh từ cây bị bệnh sang cây khỏe mạnh trên đồng ruộng [72]. Theo thống kê, rệp và côn trùng khác làm thiệt hại khoảng 15% sản lƣợng cây trồng trên thế giới [31].

Biện pháp phòng trừ rệp hiện nay chủ yếu là dùng thuốc hóa học, thuốc có phổ tác dụng rộng trên nhiều đối tƣợng và hiệu quả tác dụng nhanh. Tuy nhiên, thuốc hóa học có độc tính rất cao, khó phân hủy trong điều kiện bình thƣờng, sẽ tích tụ lại trong đất, nƣớc, không khí và các sản phẩm nông nghiệp, làm ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe của con ngƣời và sinh vật có ích. Ngoài ra, tính độc cao của thuốc trừ sâu hóa học có thể gây ra hiện tƣợng đột biến và kháng thuốc của rệp dẫn tới nguy cơ bùng phát dịch rệp hại trên nhiều loại cây trồng. Việc ứng dụng khống chế sinh học bằng các loài thiên địch và kí sinh trùng gây bệnh dùng để thay thế một phần cho thuốc hóa học bảo vệ thực vật trong trồng trọt có ƣu điểm vƣợt trội nhƣ an toàn đối với con ngƣời và môi trƣờng sinh thái, góp phần duy trì sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

Nấm kí sinh côn trùng Lecanicillium ssp. là chi nấm có khả năng kí sinh tự nhiên trên một số loài rệp và côn trùng. Từ những năm 1960, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng nấm Lecanicillium ssp. để diệt rệp hại cây trồng, một vài sản phẩm đã đƣợc thƣơng mại hóa tuy nhiên kết quả đạt đƣợc còn nhiều hạn chế.

Vì vậy, việc tăng cƣờng nghiên cứu và phát triển các chế phẩm diệt rệp từ Lecanicillium ssp. là cần thiết. Việc tối ƣu môi trƣờng lên men, sản xuất, bảo quản chế phẩm bào tử và thử nghiệm độc lực của bào tử là những vấn đề cần đƣợc giải quyết trong nghiên cứu này. 2 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ Vì những lí do trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm bào tử nấm kí sinh côn trùng từ chủng nấm Lecanicillium lecanii L439 và đánh giá đặc điểm sinh học của chế phẩm”, đề tài đƣợc thực hiện tại Phòng các chất Chức năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu: Sản xuất chế phẩm bào tử nấm diệt rệp hại cây trồng có hiệu quả cao, an toàn, dễ sử dụng và có thể chuyển giao kĩ thuật cho hộ nông dân sản xuất và sử dụng Nội dung nghiên cứu: 1. Tối ƣu môi trƣờng lên men 2. Sản xuất bào tử, phối trộn với chất phụ gia tạo chế phẩm và bảo quản 3. Thử nghiệm độc lực của chế phẩm trên rệp hại cây.

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng 3 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ NỘI DUNG Chƣơng 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về rệp hại cây trồng 1. Cấu tạo, phân loại rệp và đặc điểm sinh thái.

Rệp (Aphidoidae) là một họ lớn thuộc lớp côn trùng thuộc ngành chân khớp – động vật không xƣơng sống, cơ thể chia thành ba phần (đầu, ngực, bụng), có ba cặp chân phân đốt, mắt kép và có một cặp râu, cơ thể đƣợc bao bọc bởi bộ xƣơng ngoài bằng chitin, chiều dài từ 1 – 10 mm (Hình 1. Rệp có một lớp biểu bì mềm, có cánh (dạng màng) hoặc không cánh. Phần lớn thân rệp có màu xanh lá cây, đen, nâu, hồng hoặc không màu. Rệp là nhóm côn trùng chích hút phổ biến nhất hiện nay, phân bố tập trung nhất ở các vùng ôn đới [72], một số sống ở cả cận nhiệt đới và nhiệt đới với số lƣợng khoảng 3700 loài rệp đã đƣợc biết trên thế giới [48].

Cấu tạo ngoài của rệp (University of Birmingham, England) [105]. Rệp có thể sinh sản theo cả hình thức đơn tính và hữu tính. Vào mùa thu, khi có sự thay đổi về cƣờng độ chiếu sáng, nhiệt độ, sự giảm sút về nguồn thức ăn hoặc chất lƣợng 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 trí thiếu vòi chích hút [72]. Khi trƣởng thành, rệp cái giao Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng 4 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ phối với rệp đực rồi đẻ trứng. Trứng sống sót qua mùa đông khắc nghiệt rồi nở ra rệp cái có cánh hoặc không cánh (Hình 1. Các rệp cái sẽ sinh sản vô tính ra rệp cái không cánh hoặc rệp cái có cánh (khi khan hiếm thức ăn) để bay đến cây kí chủ khác.

Tuy nhiên, trong môi trƣờng ấm áp nhƣ ở vùng nhiệt đới hoặc trong nhà kính, rệp có thể sinh sản vô tính trong nhiều năm. Trong vòng đời, một rệp cái có thể sinh ra 31 đến 93 rệp con theo hình thức sinh sản này [12], [111], [115]. Đặc biệt, một số loài có khả năng 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 sẵn trong cơ thể nó. Cách sinh sản này có thể ảnh hƣởng đến kích thƣớc của rệp và tốc độ sinh sản tăng lên [54], [81].

Vòng đời của rệp (BMC Developmental Biology) [99]. Trong điều kiện thuận lợi, vòng đời trung bình của một cá thể rệp khoảng 30 ngày. Rệp con sinh ra sẽ phát triển trong khoảng 4 đến 10 ngày để trƣởng thành và bắt đầu sinh sản ra các thế hệ mới [68]. Phần lớn rệp có thân mềm nên chúng dễ dàng bị giết bởi nhiều kẻ thù tự nhiên nhƣ bọ rùa, ong bắp cày kí sinh, ấu trùng muỗi kí sinh, nhện cua, vi khuẩn, virus, các loài nấm kí sinh côn trùng nhƣ Neozygites fresenii, Entomophthorales, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Lecanicillium lecanii,… Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng 5 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.

Các loài rệp phá hoại cây trồng mạnh nhƣ rệp đào Myzus persicae Sulzer, rệp bông Aphis gossypii Glover, rệp ngô Aphis maydis, rệp đậu đũa Aphis craccivora Koch,… chúng thƣờng ẩn ở phần mặt dƣới của lá, thân non và chích hút nhựa tại đó [106], vừa làm cạn nguồn dinh dƣỡng của cây vừa tiết ra chất đƣờng mật không chỉ làm đóng khí khổng của lá mà còn góp phần tăng sự phát triển của mốc đen, làm ngăn cản ánh sáng đến các mô quang hợp, ảnh hƣởng nghiêm trọng tới trao đổi chất và năng suất cây trồng. Ngoài ra, việc chích hút nhựa cây của các loài rệp làm lây lan virus gây bệnh từ những cây bệnh sang các cây khỏe mạnh [72]. Loài rệp ngô Aphis maydis là một loại sâu hại phổ biến trên toàn thế giới, chúng kí sinh trên nhiều loại cây trồng nhƣ lúa miến (Sorghum), ngô và lúa mì,… với mật độ cá thể cao sẽ làm giảm sản lƣợng hạt và lây truyền virus gây bệnh. Rệp có thể chích hút nhựa, làm tổn thƣơng ở tất cả các bộ phận khác nhau của cây ngô nhƣng chúng phá hoại mạnh nhất ở bộ phận bắp non và râu ngô gây ra các mức độ khô cháy khác nhau, ảnh hƣởng tới quá trình thụ phấn, thụ tinh và hình thành hạt, dẫn tới giảm năng suất, chất lƣợng hạt ngô [28].

Tình hình rệp hại cây trồng trên thế giới và Việt Nam Tình hình rệp hại trên thế giới: Rệp là một trong những loài côn trùng có tác hại nguy hiểm nhất trên thế giới. Chúng không chỉ gây hại trực tiếp, hút cạn nguồn dinh dƣỡng mà còn là vật trung gian truyền nhiều loại virus gây bệnh cho thực vật, đồng thời rất khó kiểm soát chúng bằng một loại thuốc bảo vệ hóa học thực vật thông thƣờng bởi khả năng kháng thuốc rất mạnh của rệp nên số lƣợng cá thể tăng nhanh [34]. Đậu tƣơng là loại hạt dầu đƣợc trồng nhiều nhất trên thế giới nhƣng năng suất bị đe dọa nghiêm trọng bởi rệp đậu tƣơng (A. Sản lƣợng hạt bị thiệt hại ƣớc tính khoảng 34%, theo tính toán của Catangui và cộng sự (2009), con số thiệt hại thậm Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng 6 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.vn/ chí lên đến 48 – 72%.

Nguyên nhân do rệp chích hút có thể làm giảm 50% tốc độ quang hợp của lá cây [29]. Đậu đũa (Vigna unguiculata) là loại cây đƣợc trồng nhiều ở châu Phi, ƣớc tính sản lƣợng hàng năm ở khu vực này khoảng 3,36 triệu tấn. Không giống nhƣ ở cây bông vải bị phá hoại chủ yếu bởi A. gossypii, đậu đũa bị phá hoại bởi nhiều loài rệp nhƣ A.

fabae, Myzus persica và cả A. Ở những khu vực không có biện pháp bảo vệ, sản lƣợng thiệt hại có thể lên đến 20 – 100% [83]. Rệp đào (Myzus persicae Sulzer) là một trong những loài rệp nguy hiểm nhất với cây trồng. Chúng đƣơc biết đến từ năm 1776, cơ thể có hình quả lê dài 2 mm với nhiều mầu sắc khác nhau.

Rệp đào kí sinh trên hàng trăm loài cây thuộc 40 họ khác nhau. Các cây này phân bố rộng khắp thế giới, nhiều cây phân bố ở những vùng khá lạnh nhƣ Atiso, bắp cải, cà rốt, súp lơ, ngô, su hào, cải dầu, củ cải đƣờng, cà chua,…[75] chúng hút nhựa làm cho chồi non cong queo, lá xoăn, làm rụng hoa quả non gây ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của cây. Kennedy và cộng sự (1962) đã liệt kê hơn 100 loại virus lây truyền qua loài rệp này. Một số bệnh gây thiệt hại nghiêm trọng nhƣ virus khoai tây, cà chua, củ cải, súp lơ, dƣa hấu, dƣa chuột,…[27].

Rệp đào truyền virus gây bệnh khảm có thể làm thiệt hại 60% năng suất dƣa chuột [101]. Chúng cũng gây bệnh trầm trọng ở cải bắp ngay từ giai đoạn 3 – 4 lá, chúng chích hút dịch cây, lá, bẹ lá, dẫn đến lá cây héo, thân ủ rũ rồi chết [114]. Rệp cải bắp (còn gọi là rệp cải hay rệp muội) (Brevicoryne brassicae) là một trong những loài rệp gây thiệt hại lớn cho ngƣời trồng rau cải và sản xuất dầu hạt cải. Tùy theo từng vùng địa lý và mùa vụ mà thời điểm rệp xuất hiện cũng nhƣ gia tăng mật độ cá thể cao nhất có sự khác nhau.