CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Việc sử dụng các chế phẩm sinh học phòng trừ dịch hại nói chung và phòng trừ rệp sáp hại cà phê nói riêng đang tồn tại những vấn đề hạn chế cơ bản và cũng là định hướng cần được giải quyết trong phạm vi nghiên cứu của luận án: Trong lĩnh vực sản xuất chế phẩm sinh học tại Viện Bảo vệ thực vật các năm trước đây: Đã thu thập và tuyển chọn được nhiều chủng VSV có hoạt lực cao trong hạn chế dịch hại. Đó là nguồn gen quý có trong tự nhiên của hệ sinh thái. Song các chủng VSV sử dụng làm vật liệu sản xuất chế phẩm được lưu giữ trong điều kiện nhân tạo lâu ngày, không chú trọng nghiên cứu tạo các chủng thuần giữ nguồn giống gốc, các giống VSV sau thời gian bảo quản và cấy truyền nhiều lần mà không được phục tráng giống.
Chính vì thế mà hiệu quả phòng trừ dịch hại sau một thời gian thì hoạt tính của chúng giảm dần kết quả không đạt như mong muốn. Các chủng VSV có độc lực cao thường được sản xuất chế phẩm ứng dụng cho nhiều vùng trong cả nước. Chính vì thế mà độc lực đối với sâu hại ở các vùng sinh thái khác nhau, đôi khi không mang lại kết quả như mong đợi. Chế phẩm sản xuất thường ở dạng thô (bao gồm cả giá thể và chất mang) nên trong quá trình sử dụng rất bất tiện.
Các chế phẩm khi sản xuất ra có chất lượng cao, song thời hạn bảo quản rất ngắn nên rất khó tiếp cận với thực tế sản xuất. Khắc phục những nhược điểm này, đòi hỏi chúng ta phải có những giải pháp kỹ thuật công nghệ nhằm nâng cao và duy trì hoạt lực của các chủng 19 20 nấm côn trùng. Từ đó tuyển chọn xác định độc lực của các chủng nấm làm vật liệu sản xuất chế phẩm áp dụng trong phòng chống rệp sáp hại cà phê. Khác với hệ sinh thái nông nghiệp cây ngắn ngày, hệ sinh thái vườn cà phê có thời gian hình thành phát triển tương đối dài, thành phần chủng loài có tính ổn định tương đối cao.
Rệp sáp hại thường sống thành quần tụ, vườn cà phê thường có cây che bóng hạn chế ánh sáng trực xạ, đây là những điều kiện rất thuận lợi cho nấm ký sinh gây bệnh cho rệp sáp và lây nhiễm trong quần thể. Xuất phát từ luận điểm cơ bản trên và đáp ứng yêu cầu của sản xuất hiện nay và lâu dài, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài này với mong muốn có những đóng góp cả về lý thuyết và thực tiễn sản xuất cà phê ở Việt Nam hiện nay. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 1. Những nghiên cứu về nấm ký sinh côn trùng * Khái niệm chung về bệnh lý côn trùng Côn trùng thường mắc nhiều bệnh khác nhau do nhiều loài vi sinh vật gây lên như vi rút, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng và nguyên sinh động vật.
Bệnh côn trùng thường thể hiện hàng loạt các đặc tính khác nhau, đặc điểm chung là sau khi gây bệnh thì làm chết các cá thể côn trùng. Khoa học nghiên cứu bệnh côn trùng gọi là bệnh lý học côn trùng. Bệnh lý học côn trùng không chỉ đơn thuần miêu tả những biến đổi bệnh lý trong cơ thể côn trùng mà còn nghiên cứu các tác nhân gây bệnh, dịch bệnh, đặc điểm cơ bản và những diễn biến của vi sinh vật gây bệnh ở trong và ngoài cơ thể ký chủ. Cá thể côn trùng bị bệnh khác hẳn với cá thể khỏe bởi hàng loạt triệu chứng bên ngoài do có những thay đổi về sinh lý và bệnh lý của các mô (trích theo Tạ Kim Chỉnh, 2009).
Những thay đổi bên ngoài có thể cảm nhận được gọi là triệu chứng bệnh. Triệu chứng đặc trưng nhất là sự thay đổi cách vận động của côn trùng. 20 21 Sự vận động này tùy theo mức độ phát triển bệnh. Khi bị bệnh, các mô dần dần bị phá hủy từng phần, lúc đầu côn trùng vận động yếu, sau ngừng hẳn, nằm im một chỗ cho đến khi chết.
Khi bị bệnh nấm, vận động của côn trùng ngừng sau 2-3 ngày, thậm chí kéo dài đến 1 tuần trước khi nấm phát triển dầy đặc trong thân côn trùng. Khi bị bệnh do nấm Entomophthorales, côn trùng ngừng vận động 24 giờ trước khi sợi nấm từ trong cơ thể mọc ra ngoài. Chỉ những côn trùng bị thương hay bị bệnh nấm màu sắc mới bị thay đổi và xuất hiện những vết đen. Khi bị nhiễm nấm bộ Deuteromycetes đặc biệt bị bệnh do nấm Beauveria bassiana ở chỗ bào tử bám vào và phát triển bên trong thân côn trùng tạo nên một vệt đen không có hình thù nhất định.
Côn trùng bị bệnh nấm khi chết thường có màu hồng, vàng nhạt và trắng, thân hơi cứng lại, màu sắc này phụ thuộc vào màu sắc của bào tử nấm gây bệnh. Nấm Sorosporella hay Mycophagus làm cho côn trùng khi chết có màu đỏ rực rỡ. Sự thay đổi kích thước và tốc độ lớn của côn trùng cũng là đặc điểm đặc trưng của các bệnh mãn tính hoặc các bệnh xâm nhập chậm. Trường hợp bị bệnh nấm, thân thể côn trùng bị ngắn lại hoặc bị khô đét đi do hệ thống tiêu hóa bị tổn thương hoặc do thiếu thức ăn.
Các vi sinh vật gây bệnh côn trùng tác động đến những mô nhất định. Khi côn trùng bị bệnh nấm, tuyến mỡ và các mô khác bị hòa tan do emzyme lipasa và protease của nấm tiết ra. Nhờ đặc điểm đó, người ta có thể xác định được côn trùng bị bệnh do động vật nguyên sinh hay do nấm bậc thấp (Coelomycidium, Entomophthora…) gây ra. Hiện tượng chết hoại gắn liền với hiện tượng tiêu mô là tiêu biểu cho bệnh nấm.
Quá trình này tiến triển qua 2 giai đoạn: - Hiện tượng chấn thương: Các mô bị thương, bị phá hoại do nấm từ bên ngoài gây ra. Trong trường hợp này, limfo máu đọng lại và mô tái sinh được tạo nên trên bề mặt phần thân bị chấn thương. - Hiện tượng nhiễm trùng máu của côn trùng khi bị bệnh nấm là do 21 22 limfo chứa đầy sợi nấm hoặc những giai đoạn phát triển khác nhau của nấm (Helen et al, 2010). Hiện tượng thực bào là một quá trình tế bào bao vây và nuốt một phần tiểu thể nhất định nào đó.
Khi côn trùng bị bệnh nấm Beauveria thì những hợp bào và những loại tế bào khổng lồ đặc biệt được hình thành bao vây ký sinh và cố gắng tiêu diệt chúng. Samson et al, 2008 cũng đã nhận xét hiện tượng này khi nghiên cứu nấm Sorosporella. * Quá trình gây bệnh và nguyên nhân gây bệnh côn trùng Thông thường đối với các bệnh truyền nhiễm, vi sinh vật lan truyền qua đường thức ăn, nhưng đối với nấm chủ yếu lại là do sự va chạm trực tiếp, qua gió hay qua môi giới truyền bệnh, môi giới có thể là những ký sinh hay côn trùng ăn thịt. Nhiều trường hợp do việc xác định vi sinh vật gây bệnh không chính xác nên dễ dẫn đến nhầm lẫn, do vậy Robert Koch, 1897 đã lập ra tiêu chuẩn để chứng minh sự hiện diện của tác nhân gây bệnh như sau: - Vi sinh vật phải có mặt trong mọi trường hợp của bệnh.
- Có thể phân lập và thuần khiết các vi sinh vật đó. - Khi dùng dạng thuần khiết để gây bệnh nhân tạo thì cũng gây được loại bệnh cũ. - Cần phải chứng minh được sự có mặt của vi sinh vật trong cơ thể côn trùng thí nghiệm. Muốn cho vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể ký chủ trở thành vi sinh vật gây bệnh thì chúng phải có tác động về mặt hóa học hay cơ học lên ký chủ và gây bệnh cho ký chủ.
Trong các tác động hóa học, có hoạt tính thấp nhất là những quá trình trong đó vi sinh vật chỉ lấy một phần thức ăn của ký chủ và tiết ra các sản phẩm trao đổi chất với một lượng nhất định đối với côn trùng. Ảnh hưởng của các sản phẩm trao đổi chất thường được thể hiện rất rõ đối với nấm ở cuối giai đoạn hình thành bào tử. Những năm cuối thế kỷ 20, nhiều tác giả tách chiết được từ dịch nuôi 22 23 cấy nấm Beauveria và Metarhizium ngoại độc tố destruxin. Li et al, 2009; James el al, 2010 đã xác định từ dịch nuôi cấy chủng Metarhizium anisopliae Ma.83 loại độc tố destruxin A và thử nghiệm diệt loài sâu Soparda populnea tuổi 3 với LD50 là 3µg/gr.
Tính độc của vi sinh vật về cơ bản là làm cho côn trùng có những thay đổi về bệnh lý và bị chết. Có thể đánh giá độ nguy hiểm của vi sinh vật và theo liều lượng vi sinh vật gây bệnh. Đó là lượng vi sinh vật thấp nhất để gây bệnh trong một thời gian nhất định làm chết 50% hay 90% số cá thể (LD50, LD90) và thời gian ngắn nhất để vi sinh vật gây bệnh làm chết 50% hay 90% số cá thể ký chủ (LT50, LT90). * Con đường truyền bệnh và cơ chế gây bệnh nấm côn trùng Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là lây lan từ con côn trùng bị nhiễm bệnh sang con khỏe thông qua va chạm trực tiếp với nhau, qua gió hay qua thức ăn chứa mầm bệnh.
Việc truyền bệnh qua con đường đẻ trứng của ký chủ hầu như không đáng kể. Bệnh nấm rất dễ truyền bằng những va chạm đơn giản mà một số bệnh khác không thực hiện được. Khi lây lan bằng gió, dịch bệnh nấm tạo thành những ổ bệnh kéo dài theo chiều gió thường thổi. Những bào tử trên thân côn trùng nhờ gió bay đi và rơi vào cơ thể côn trùng khác.
Từ đó bào tử nấm nảy mầm, hệ sợi phát triển tới mức phủ kín các lỗ thở trên cơ thể côn trùng. Quá trình sinh trưởng, phát triển của bào tử và hệ sợi nấm ăn sâu vào trong cơ thể côn trùng là quá trình trao đổi chất của nấm. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về những sản phẩm trao đổi chất khi nuôi cấy nấm Beauveria bassiana và Metarhizium anisopliae trên môi trường nhân tạo. Trong quá trình bào tử nảy mầm đã tiết ra một phức hệ enzyme ngoại bào phân giải chitine, protein và lipid.
Tiếp theo giai đoạn là mô và tuyến mỡ bị hòa tan bởi enzyme protease là giai đoạn nhiễm trùng máu của côn trùng. Đó là hiện tượng limfo chứa đầy sợi nấm hoặc những giai đoạn khác của nấm. Chỉ đến khi hồng cầu trong cơ thể côn trùng bị phá vỡ thì côn trùng mới chết. Lúc này nấm vẫn tiếp tục phát 23 24 triển và sinh trưởng trên xác côn trùng là nền cơ chất giầu chất hữu cơ.
