Tổng quan về thuốc trừ sâu sinh học

Phần 1: Tổng quan thuốc trừ sâu sinh học Khái niệm Khái niệm thuốc trừ sâu sinh học: Thuốc trừ sâu sinh học chế phẩm có nguồn gốc sinh học, sản xuất từ loại thảo dược chủng vi sinh vật nuôi cấy môi trường dinh dưỡng khác theo phương pháp thủ công, bán thủ công phương pháp lên men cơng nghiệp để tạo chất lượng cao Chế phẩm có khả tiêu diệt sâu bọ gây hại cho trồng nơng, lâm nghiệp Thành phần tiêu diệt sâu vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, virus) chất chúng tiết Lịch sử phát triển - Lần vào năm 1870, nhà bác học Pasteur người Pháp phát loài vi khuẩn gây bệnh cho tằm đặt tên Bacillus bonbycis - Sau vào năm 1911, nhà côn trùng học người Đức Berline phát loài vi khuẩn loài sâu xám Thurigia vùng Địa Trung Hải đặt tên Bacillus thuringiensis (viết tắt Bi) - Sau đến khoảng kỷ 20, người ta phát nhiều chủng Bi kí sinh nhiều lồi sâu khác sâu xanh, sâu keo, sâu róm thơng Từ vi khuẩn Bị chế tạo thành thuốc trừ sâu sử dụng nông nghiệp nhiều nước, mở đầu cho công nghệ thuốc trừ sâu sinh học Ưu, nhược điểm thuốc trừ sâu sinh học Ưu điểm thuốc trừ sâu vi sinh vật - Không gây độc hại cho người gia súc, không nhiễm bẩn môi | trường sống, không ảnh hưởng đến đất trồng trọt khơng khí mơi trường - Khơng ảnh hưởng đến chất lượng nông sản thực phẩm - Không làm tính đa dạng sinh vật nghĩa khơng gây chết nguồn tài ngun sinh vật có ích (ký sinh, thiên địch bắt mồi ăn thịt vi sinh vật có lợi với người tự nhiên) - Chưa tạo nên tính kháng thuốc sâu hại cụ thể thuốc trừ sâu vi sinh vật - Sử dụng hợp lý phương pháp, kỹ thuật điều kiện khí hậu thích hợp mang lại hiệu kỹ thuật cao - Hiệu thuốc vi sinh vật thường kéo dài chúng không tiêu diệt lứa sầu phá hại mà lan truyền cho hệ Nhược điểm thuốc trừ sâu vi sinh vật - Thuốc trừ sâu vi sinh vật lây nhiễm chúng phải có thời gian bệnh nên hiệu lực trừ sâu chậm, hay nói khác thuốc tác động chạm với sâu hại - Hiệu lực ban đầu thuốc chưa cao - Phố tác động thuốc hẹp, - Một vài loại thuốc trừ sâu vi sinh vật chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết phun khơng kỹ thuật, khơng phương pháp khó đạt hiệu - Hiện tại, thuốc trừ sâu vi sinh vật có cơng nghệ sản xuất thủ cơng với lượng nên giá thành cịn cao - Trình độ dân trí nơng dân cịn thấp, chưa nhận thức ưu điểm thuốc trừ sâu vi sinh điều kiện kinh tế thấp nên thuốc vi sinh chưa đến với nông dân Phần 2: Công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis I Về vi khuẩn Bacillus Thuringiensis Đặc điểm vi khuẩn - Bacillus thuringiensis trực khuẩn sinh bào tử, hiếu khí hiếu khí khơng bắt buộc, gram dương - Kích thước tế bào dài – um có phủ tiêm mao khơng dày, chuyển động -Tế bào riêng rẽ xếp thành chuỗi - Bacillus thuringiensis không lên men sinh acid arabinose, xilose manitol, khử NO thành NO2, có phản ứng với lịng đỏ trứng, phát triển mơi trường thạch yếm khí mơi trường chứa 0,001 % lizozim - Bacillus thuringiensis chứa tinh thể độc có chất protein tế bào - Nhiệt độ sinh trường cao Bt 40 45 ° C, nhiệt độ sinh trưởng thấp 15–20 ° C - Bào tử Bacillus thuringiensis có dạng hình trứng dài 1,6 – um , mầm thành tế bào sinh dưỡng gặp điều kiện thuận lợi - Vi khuẩn Bacillus thuringiensis vi sinh vật dị dưỡng hoại sinh Các loại độc tố vi khuẩn - Gồm loại độc tố sinh sau: + Ngoại độc tố α (α −exotoxyn ¿ hay gọi phospholipara C Năm 1953, lần nhà khoa học Toumanoff phát thấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis var elesti sản sinh enzyme lơxitinase Enzyme liên kết với tế bào ruột non trùng, sau tách hoạt hóa chất khơng bền nhiệt, chất có khối lượng phân tử thấp Độc tố enzyme có liên quan đến phân hủy mang tính cảm ứng phospholipid mơ trùng làm cho chúng bị chết + Ngoại độc tố β ( β−exotoxyn¿ hay gọi độc tố bền nhiệt Ngoại độc tố 120 °C 15 phút cịn hoạt tính Hoạt tính ngoại độc tố B – exotoxyn bắt đầu xuất giai đoạn vi khuẩn phát triển mạnh, trước hình thành bào tử Ngoại độc tố β – exotoxyn nucleotit có khối lượng phân tử thấp (707– 850), có ademin, ribose, phospho với tỷ lệ Tác động độc kim hãm nucleotid DNA - polymerase phụ thuộc DNA, enzyme gắn với ATP dẫn tới việc ngưng tổng hợp RNA Ngoại độc tố β – exotoxyn cịn có tác dụng cộng hưởng với nội độc tố δ – andotoxyn, sau nội độc tố δ−¿ endotoxyn có tác dụng gây dập vỡ phá huỷ hồn tồn biểu mơ ruột trùng mẫn cảm, ngoại độc tố β – exotoxyn nhanh chóng xâm nhập vào huyết tương máu tới quan gây thay đổi sinh lý dẫn tới chết nhanh chóng ấu trùng + Ngoại độc tố γ (γ−exotoxyn) hay gọi độc tố tan nước Độc tố có chứa peptid với khối lượng phân tử thấp (200-2000) số acid amin tự Độc tố tan nước, khơng ổn định, mẫn cảm với khơng khí ánh sáng, oxi nhiệt độ ( bị hoạt lực từ 60 ° C trở lên vòng 10 đến 15 phút ) Độc tố thuộc nhóm phospholipase, có tác động lên phospholipid giải phóng acid béo + Nội độc tố δ (δ −exotoxyn ¿ hay gọi tinh thể độc Nội độc tố δ (δ−exotoxyn ¿ protein kết tinh gồm 1180 acid amin Các acid amin chủ yếu glutamic, asparaginic chiếm 20% tổng acid amin phân tử Ngoài ra, tinh thể độc chứa cacbohidrat (5.6%) Tinh thể độc tổng hợp khoảng pha cân Mỗi bào tử có khoảng 1-3 tinh thể độc Tinh thể độc tế bào vi khuẩn có kích thước lớn ( dài > 1um, rộng>0.5um), chiếm tới 30% khối lượng khô tế bào mang bào tử tinh thể Nội độc tố δ định đến hoạt tính diệt trùng Nội độc tố δ−¿ endotoxyn có tác dụng gây dập vỡ phá huỷ hồn tồn biểu mơ ruột trùng làm trùng chết sau Cơ chế tác động Bt lên côn trùng - Tùy theo loại trùng mà có ba chế tác động tinh thể độc lên côn trùng + Sau ăn phải tinh thể độc thời gian khoảng 5-20 phút ruột trùng bị tê liệt làm cho pH máu tế bào bạch huyết tăng lên, pH ruột giảm xuống chất kiềm ruột thấm vào máu tế bào biểu mơ ruột bị phá hủy Sau tồn thể bị tê liệt + Sau ăn phải tinh thể độc trùng ngừng ăn ruột bị tê liệt pH máu bạch huyết khơng tăng, sau 2-4 ngày trùng chết sâu non khơng bị tê liệt tồn thân + Khi trùng ăn phải tinh thể độc có kèm theo bào tử gây chết trùng sau – ngày Lựa chọn phương pháp lên men phù hợp Chúng ta lựa chọn phương pháp lên men chìm trình sản xuất Làm bảng so sánh (pp) Lên men chìm : Lên men chìm phương pháp phổ biến rộng quy trình lên men cơng nghiệp, kiểm sốt tồn khâu q trình cách dễ dàng So với phương pháp lên men bề mặt, lên men chìm có nhiều ưu điểm là: Tốn mặt xây dựng lắp đặt dây chuyền Chi phí điện năng, nhân lực khoản phụ cho đơn vị sản phẩm thấp Dễ tổ chức xí nghiệp có sản lượng lớn Các thiết bị lên men chìm dễ khí hố, tự động hố Song phương pháp chìm có số nhược điểm sau: Đòi hỏi trang bị kĩ thuật cao, dễ bị nhiễm trùng tồn Vì vậy, thiết bị lên men chìm cần phải chế tạo đặc biệt cẩn thận, chịu áp lực cao, địi hỏi kín làm việc với điều kiện vô trùng tuyệt đối (trong ni cấy bề mặt loại bỏ phần nhiễm trùng, phần khác dùng được) Trong lên men chìm cần phải khuấy sục khí liên tục vi sinh vật sử dụng ơxy hồ tan mơi trường Khí nén qua hệ thống lọc tạp trùng, hệ thống tương đối phức tạp dễ gây nhiễm cho môi trường nuôi cấy Lên men bề mặt : Thiết bị khơng phức tạp so với lên men chìm, chủ yếu nuôi khây buồng nuôi giữ nhiệt độ độ ẩm thích hợp Khơng địi hỏi vơ trùng tuyệt đối, loại bỏ phần nhiễm trùng Tốn diện tích Khó khí hóa, tự động hóa Chỉ tổ chức xí nghiệp có sản lượng nhỏ Chi phí nhân cơng, điện nước cao QUY TRÌNH SẢN XUẤT Sơ đồ quy trình : THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn chủng Bt Việc quy trình sản xuất chọn chủng Bt phù hợp Tùy thuộc vào đối tượng sâu hại mà ta chọn chủng Bt phù hợp để tiến hành sản xuất chế phẩm  mỗi gen Bt tạo protein độc tố độc tố diệt loại sâu định Do vậy, để sản xuất chế phẩm diệt nhiều loại sâu, người ta tìm gen diệt loại sâu khác nhau, dùng kỹ thuật chuyển gien để đưa chúng vào chủng Bt Dưới số chủng Bt thường sử dụng chế phẩm 3.2 Chuẫn bị môi trường nuôi cấy : Sau chọn chủng Bt phù hợp ta chuẩn bị môi trường nhân giống môi trường sản xuất Môi trường yếu tố quan trọng để tạo sinh khối Bt đạt chất lượng cao Môi trường nhân giống: Glucose: 15g; pepton: 10g, KH2PO4: 7g; MgSO4: 0,5g; nước cất:1000ml; pH=7,2; Thanh trùng 1210c 30Phút Môi trường sản xuất: Bột đậu tương: 20g, bột ngô: 10g; CaCL2 : 0,01g; KH2SO4:1g, MgSO4: 0,05g; nước: 1000ml, Ph=7,8 Thanh trùng 1210c 30Phút nước có sử dụng loại mơi trường riêng để sản xuất Bt để tạo chế phẩm sinh nhiều bào tử tinh thể độc Ở số nước phát triển Mexico, Hàn Quốc Ấn Độ … người ta thường sử dụng môi trường lên men gồm sản phẩm phụ da nông nghiệp công nghiệp để sản xuất Bt Dưới số môi trường thường sử dụng 3.3 Thiết bị nghiền Sử dụng thiết bị nghiền trục Công dụng: giúp nghiền bột mì, bột ngơ loại bột bán thành phẩm chuẩn bị môi trường nuôi cấy Nguyên lý làm việc: Máy nghiền trục nghiền nát vật liệu qua khe hẹp trục nghiền 3.4 Nồi trung hòa - đảo trộn: - Mục đích: Thiết bị trung hịa dùng để tring hịa axit sunfuric axit hữu trình thủy phân Nạp tác nhân trung hòa sản phẩn thủy phan vào thiết bị trung hòa lúc với nguồn ni tơ, phospho, kali để dễ hòa tan chúng Thiết bị trung hịa có cấu đảo trộn “ loại bơm khí nén “ hồn hảo Thiết bị có ống khuếch tán có đường kính khác nỗi liên tục dẫn khơng khí nén   1: khớp nối để nạp nước chống bọt 2, 3: cửa 4: ống nối để nạp chất trung hòa nối liên tục thiết bị lại 5: nối 6: ống khuếch tán 7: cửa, khe nhìn 8: cố định ống khuếch tán Ngun tắc hoạt động: khơng khí theo đường ống vào khuếch tán chuyển đảo với chất trung hịa tạo hỗn hợp chất khí – lỏng Mật độ hỗn hợp nhỏ mật độ chất trung hịa ngồi tường ống khuếch tán Do khác mật độ thiết bị làm xảy tuần hồn mạnh chất lỏng Tiêu hao khơng khí để chuyển đảo khoảng 1m3/phút cho 1m3 chất trung hịa - Ưu điểm: kết cấu cấu khuấy trơn đơn giản , khơng có phần quay tạo tiếng ồn, hiệu cao tách phức cấu tử dễ bay có ảnh hưởng xấu đến phát triển VSV 3.4 Thiết bị tiệt trùng - Để tiệt trùng môi trường dinh dưỡng lỏng ta sử dụng thiết bị tiệt trùng liên tụcnYHC 20 bao gồm thùng chứa môi trường dinh dưỡng, bơm li tâm, đun nóng, giữ nhiệt, thu hôi nhiệt, trao đổi nhiệt hệ thống tự điều chỉnh thơng số q trình Trước bắt đầu hoạt động tất thiết bị YHC 20 cần trùng nhiệt nước đưa vào đun nóng qua vịi phun sau vào giữ nhiệt, thu hồi nhiệt, thiết bị làm mát, lúc mở van giảm xả nước ngưng Khi đạt nhiệt độ lớn 1400C bắt đầu ổn định thời gian trình tiệt trùng Sử dụng chế trao đổi nhiệt dạng Môi trường tiệt trùng đẩy vào thiết bị lên men 3.3 Quá trình lên men : Tính ổn định q trình lên men thể kết lên men thông qua số tiêu : Số lượng bào tử, độc tố, kích thước tinh thể độc tố lớn, khối lượng sinh khối thu hồi trình lên men Thiết bị lên men chìm : Dạng thiết bị lên men sử dụng rộng rãi cho trình tiệt trùng để nuôi cấy vsv sản sinh chất hoạt hóa sinh học Trên nắp thiết bị có dẫn động cho cấu chuyển đảo cho khử trùng bọt học, ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, cửa quan sát, van bảo hiểm khớp nối để cắm dụng cụ kiểm tra đáy có khớp xả để tháo canh trường ưu điểm: Thiết bị gọn gàng, việc khuấy trộn tốt Nhược điểm: Dạng thiết bị lên men tích 63m3 tốn kém, khơng kinh tế 3.4 Q trình lọc : - Sử dụng thiết bị siêu lọc - Thiết bị lọc : Làm nâng cao chất lượng sản phẩm, khai thác thu hồi sản phẩm hỗn hợp bao gồm pha rắn pha lỏng 3.5 Quá trình ly tâm : - Sử dụng máy li tâm đĩa - Mục đích: tách lượng sinh khối thu trình lên men - nguyên tắc hoạt động : phận chủ yếu máy roto gồm dĩa chồng lên với khoảng cách thích hợp, dĩa có khoan lỗ, dĩa lỗ phải nằm đường thông thẳng đứng, qua sản phẩm ban đầu vào khe hở dĩa Khoảng cách dĩa 0.4-1.5 mm Dĩa giữ nhờ gân mặt dĩa Độ nghiêng dĩa nón phải đảm bảo vật liệu trượt xuống tự Máy làm việc gián đoạn liên tục Tháo bã tay - Ưu điểm: mức độ phân ly cao, tốc độ roto lớn - Nhược điểm: cấu tạo lắp ráp khó đặc biệt với mơi trường ăn mịn - 3.6 Q trình sấy : - Sử dụng thiết bị sấy phun : Mục đích: tách nước khỏi sản phẩm 3.6 Hồn thiện sản phẩm Từ dịch lên men chìm tạo dạng chế phẩm: Chế phẩm dạng lỏng: dịch lên men sau kết thức bổ sung chất phụ gia, chất bảo quản chống thối, chất bám dính đóng chai Chế phẩm dạng nhão: sau ly tâm dịch lên men ta thu sinh khối ướt, có độ ẩm khoảng 85%, khơng cần sấy khô mà trộn với dầu thành dạng nhũ tương Chế phẩm dạng bột: ly tâm thu dạng dịch đặc nhão Sau đem trộn với chất phụ gia tinh bột, xem lulose… sau đem sấy thiết bị sấy phun, sau chuyển snag cơng đoạn đóng gói Bước 8: Đóng gói chế phẩm Bao bì thành phẩm thiết kế cung cấp công ty, lượng thành phẩm 1kg/túi định lượng cân hàn miệng túi máy ép + Điều kiện: phịng sạch, máy ép miệng bao, máy đóng date, cân định lượng Bước 9: Bảo quản sản phẩm Sản phẩm sau đóng gói cho vào thùng để vào kho bảo quản nhiệt độ 28-320C, phịng rộng rãi, thống mát, khơng ẩm ướt Các yếu tố ảnh hưởng Chế độ thơng gió Đây tiêu quan trọng trình hình thành bào tử loại tinh thể độc tố Ngưỡng tốt trog q trình lên men 0,5-0,6 m3 mơi trường /1 m3 khơng khí Nếu chế độ thơng gió mức thấp bào tử phát triển yếu, mật độ thưa Nếu gió mức cao,bào tử phát triển nhanh, thời gian lên men ngắn, tinh thể độc tố tạo nhỏ, hiệu diệt sâu khơng cao Chế độ nhiệt Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn tới hình thành bào tử Nhiệt độ tốt cho trình lên men 300C, nhiệt độ cao thấp thường kéo dài trình lên men hạn chế đến tạo thành mật độ bào tử Chế độ luân chuyển giống Đây tiêu làm giảm hình thành bào tử tinh thể độc Nếu dùng giống liên tục xảy tượng nhiễm thực khuẩn thể Trong sản xuất lên men khoảng 5-10 lần giống Bt cũ, người ta thay chủng giống Đánh giá trình sản xuất Qúa trình lên men đánh giá cao hay thấp vào kết quae lên men thơng qua số tiêu chí như: mật độ tế bào nhiều, tọa nhiều tinh thể nội độc tố lamda-endotixyn cao, kích thước tinh thể độc tố lớn lượng sinh khối sau lên men thu nhiều https://sachvisinh.blogspot.com/2017/03/2009-le-van-nhuong-co-so-cong-nghesinh.html? fbclid=IwAR0jM9orPn_GuEgTogRVBuTbElOjGtswHEQIe_AudyrRPAnvaZK NdUMMeAI https://sachvisinh.blogspot.com/2017/03/2009-pham-van-ty-cong-nghe-sinhhoc-tap.html? fbclid=IwAR0jM9orPn_GuEgTogRVBuTbElOjGtswHEQIe_AudyrRPAnvaZK NdUMMeAI Sách “ Các q trình thiết bị cơng nghệ sinh học cơng nghiệp” PGS.TSKH.Lê Văn Hồng Sách “ Cơ sở công nghệ sinh học tập 4- Công nghệ Vi sinh” thầy Lê Văn Nhương xuất 2009 Phần 3: Kết luận Tình hình sản xuất thuốc trừ sâu sinh học giới Bt loại thuốc trừ sâu sử dụng rộng rãi Năm 1995, tổng doanh số thuốc có nguồn gốc Bỉ vào khoảng 900 triệu USD chiếm 2% thị trường thuốc trừ sâu giới Một số lượng lớn thuốc trừ sâu sinh học BT dùng chuyện kiểm soát ấu trùng cánh vẩy, hai cánh cánh cứng Tình hình sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Việt Nam Hiện nay, sưu tập Bacillus thuringiensis (VBIC) Việt Nam sưu tập lớn giới với 3500 chủng phân lập Việt Nam, có 114 chủng kháng nguyên chuẩn quốc tế dùng cho sản xuất 78 kit huyết cho phân loại Qua so sánh với chủng Bt giới, chủng Bt Việt Nam đa dạng cấu trúc tinh thể độc tố (hình tháp chiếm 63,1%, hình cầu 11,2%, hình khối lập phương 4,8% ), đa dạng typ huyết thanh, đặc biệt đa dạng gen mã hóa protein diệt côn trùng cánh vẫy (Lepidoptera), cánh cứng (Coleoptera), hai cánh (Diptera), diệt tuyến trùng hại nông lâm công nghiệp, diệt tế bào ung thư người Trong đó, gen cry10cy12a, cry11b, crylAc, cry1B, cryic, crylE, crylF) chiếm 57 %, cry2 - 5%, cry4 (cry4A, cry4B) - 43%, cry8 - 8% Ngoài ra, gen cyt, gen Vip gen parasporin phát khoảng 1- %  ... điểm thuốc trừ sâu vi sinh vật - Thuốc trừ sâu vi sinh vật lây nhiễm chúng phải có thời gian bệnh nên hiệu lực trừ sâu chậm, hay nói khác thuốc tác động chạm với sâu hại - Hiệu lực ban đầu thuốc. .. thức ưu điểm thuốc trừ sâu vi sinh điều kiện kinh tế thấp nên thuốc vi sinh chưa đến với nông dân Phần 2: Công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis I Về vi khuẩn... công nghệ sinh học tập 4- Công nghệ Vi sinh? ?? thầy Lê Văn Nhương xuất 2009 Phần 3: Kết luận Tình hình sản xuất thuốc trừ sâu sinh học giới Bt loại thuốc trừ sâu sử dụng rộng rãi Năm 1995, tổng doanh