LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NẤM METARHIZIUM SPP TRỪ SÂU HẠI CÂY TRỒNG

Chính vì vậy, vai trò của các biện pháp sinh học trong đấu tranh sinh học đã được các nhà khoa học trong những năm 80 - 90 của thế kỷ XX đánh giá rất cao khi mà biện pháp hóa học đã bộc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

NẤM METARHIZIUM SPP TRỪ SÂU HẠI

CÂY TRỒNG

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : Phan Công Nhật MSSV: 0811110061 Lớp: 08CSH1

Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết

Các số liệu, những kết quả thí nghiệm trong báo cáo khóa luận tốt nghiệp là trung thực Nội dung bài báo cáo này có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo

Sinh viên thực hiện Phan Công Nhật

Lời đầu tiên con xin gửi những lời thân thương nhất đến cha mẹ, người đã sinh thành, dưỡng dục và nuôi dạy con nên người Cha mẹ là nguồn động lực to lớn giúp con vững bước phấn đấu trong học tập và cuộc sống

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cám ơn toàn thể quý Thầy Thầy Cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM đã quan tâm, nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt ba năm học

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Hai, người cô đáng kính đã nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức để em có thể hoàn thành tốt đề tài này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể tập thể 08CSH đã chia

sẽ những vui buồn, nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011

SVTH: Phan Công Nhật

Nội dung Trang

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC SƠ ĐỒ vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BIỆN PHÁP SINH HỌC PHÒNG TRỪ SÂU HẠI CÂY TRỒNG 3

1.1 Vị trí của phương pháp hóa học trong hệ thống bảo vệ cây trồng 3

1.1.1 Biện pháp hóa học trong BVTV những năm đầu thế kỷ XX 3

1.1.2 Hạn chế của thuốc hóa học trong BVTV vào thập kỷ 80 - 90 thế kỷ XX 4

1.2 Đấu tranh sinh học trong tự nhiên là cơ sở, nền tảng của CNSH trong BVTV 5

1.2.1 Sơ lược lịch sử về đấu tranh sinh học (ĐTSH) 5

1.2.2 Khái niệm về đấu tranh sinh học .6

1.2.3 Cơ sở khoa học của đấu tranh sinh học trong BVTV 7

1.2.4 Các nhóm sinh vật có ích trong ĐTSH 8

1.3 Vị trí của biện pháp sinh học trong BVTV 8

1.4 Các hướng chính của đấu tranh sinh học 9

1.4.1 Tính toán để nâng cao hoạt tính của sinh vật có ích 9

gây hại 10

1.5 Tính ưu việt của chế phẩm sinh học 11

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA NẤM METARHIZIUM SPP 13 2.1 Phân loại 13

2.2 Đặc điểm hình thái 13

2.3 Độc tố diệt côn trùng của nấm Metarhizium 14

2.4 Cơ chế tác động của nấm lên côn trùng và con đường truyền bệnh .15

2.4.1 Cơ chế tác động 16

2.4.2 Con đường truyền bệnh 16

2.5 Cấu tạo và thành phần hóa học của tế bào vi nấm 17

2.6 Khả năng đồng hóa các nguồn cacbon, nitơ của nấm M anisoliae 20

2.7 Nhu cầu về chất kích thích sinh trưởng .21

2.8 Phổ ký chủ của nấm lục cương Metarhizium spp 22

CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG NẤM METARHIZIUM SPP 27

3.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng Metarhizium trên thế giới 27

3.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng Metarhizium ở Việt Nam 28

3.3 Hiệu lực phòng trừ sâu hại của chế phẩm Metarhizium anisopliae 29

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM NẤM METARHIZIUM SPP TRỪ SÂU HẠI 33

4.1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm 33

4.1.1 Ảnh hưởng môi trường nuôi cấy 33

4.1.2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến quá trình phát triển của nấm M anisopliae 33

4.1.3 Ảnh hưởng của ánh sáng 34

4.1.4 Ảnh hưởng của độ thoáng khí 34

4.1.6 Ảnh hưởng của pH 34

4.2 Công nghệ sản xuất nấm Metarhizium spp 35

4.2.1 Sử dụng các chủng giống để sản xuất 35

4.2.2 Chọn môi trường 35

4.3 Phương pháp sản xuất 37

4.3.1 Lên men chìm 37

4.3.2 Lên men bề mặt không vô trùng 40

4.3.3 Lên men xốp 42

4.3.4 Tạo chế phẩm ở qui mô nhỏ- thủ công 46

4.4 Cải tiến quy trình bảo quản giống gốc 46

4.4.1 Phục hồi giống gốc 46

4.4.2 Các phương pháp bảo quản một số giống nấm côn trùng ở Việt Nam 47

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

5.1 Kết luận 49

5.2 Kiến Nghị 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

NSP : Ngày sau phun

Bảng 3.1 Hiệu lực của chế phẩm nấm Metarhizium anisopliae trên bọ

xít hại nhãn vải (Tessaratoma papillosa) trong phòng thí

nghiệm 30

Hình 2.1 Metarhizium anisopliae 13

Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của chế phẩm 17

Hình 2.3 Khuẩn lạc Metarhizium anisopliae .19

Hình 2.4 Bào tử nấm 19

Hình 2.5 Sâu xanh hại bông 25

Hình 2.6 Bọ lá khoai tây 25

Hình 2.7 Châu chấu bị nấm tấn công 26

Hình 2.8 Bọ rầy bị nhiễm nấm Metarhizium 26

Hình 3.1 Chế phẩm Metarhizium anisopliae trừ bọ cánh cứng 31

Hình 3.2 Chế phẩm Metarhizium 80LS 31

Hình 3.3 Chế phẩm Metarhizium 90 DP 32

Hình 3.4 Chế phẩm BIMA 32

Sơ đồ 3.1 Sơ đồ lên men chìm được sản xuất tại một số cơ sở trong nước

39

Sơ đồ 3.2 Sơ đồ lên men bề mặt không vô trùng 41

Sơ đồ 3.3 Sơ đồ quá trình lên men xốp 43

Sơ đồ 3.4 Quy trình sản xuất nấm Mat theo phương pháp lên men bề mặt

45

LỜI MỞ ĐẦU

Sâu bệnh gây hại luôn là mối đe dọa cho nền sản xuất nông nghiệp Đối với các quốc gia dựa nên nông nghiệp, sự nguy hại đó lại càng nghiêm trọng hơn Chính vì vậy chúng trở thành đối tượng quan tâm trong rất nhiều nghiên cứu khoa học với mong muốn làm sao loại trừ được các loài sâu bệnh gây hại

Qua nhiều thập kỷ, để diệt các sâu bệnh gây hại, con người dựa chủ yếu biện pháp hóa học như một biện pháp đem lại hiệu quả tối đa Tuy nhiên song song với lợi ích đó, biện pháp hóa học gây xáo trộn hệ sinh thái, làm thoái hóa và làm ô nhiễm môi trường Cao hơn nữa, thuốc hóa học còn làm tăng tính kháng thuốc của sâu hại và dư lượng thuốc hóa học tồn đọng trong thực vật gây tác động xấu đến sức khỏe của con người Trước thực tế đó, con người phải tìm kiếm một phương pháp khác vừa hiệu quả vừa an toàn cho con người và không ô nhiễm môi trường đồng thời không làm mất cân bằng sinh thái Trên cơ sở đó, biện pháp phòng trừ bằng sinh học ra đời Biện pháp này dựa trên khả năng kí sinh của các loài nấm, vi khuẩn, virus và khả năng ăn con mồi của các loài ăn thịt, có nghĩa là sử dụng các sinh vật sống để diệt trừ côn trùng gây hại Nhờ những ưu điểm của mình, biện pháp này hiện đang được các nhà khoa học khắp thế giới rất quan tâm và là hướng ưu tiên hàng đầu trong công tác phòng trừ sâu bệnh

Ở Việt Nam, biện pháp sinh học cũng được quan tâm và phát triển trong nhiều năm gần đây khi mà vấn đề ngộ độc thực phẩm và nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật đã lên đến mức báo động Trong số các tác nhân phòng trừ thì nấm xanh

Metarhizium được sử dụng rộng rãi vì có ưu điểm là phổ kí sinh rộng Sản xuất

chế phẩm nấm sử dụng trong phòng trừ sâu hại cây trồng cũng lại là vấn đề quan tâm của Công nghệ sinh học Đó cũng chính là lý do để em thực hiện tổng quan

về đề tài: “Tìm hiều quy trình công nghệ sản xuất nấm Metarhizium spp trừ

sâu hại cây trồng”

- Biện pháp sinh học trong phòng trừ sâu hại cây trồng

- Đặc điểm chung của nấm Metarhizium spp

- Tình hình nghiên cứu và sử dụng nấm Metarhizium spp

- Quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm nấm Metarhizium spp trừ sâu

- Hiệu lực phòng trừ sâu hại của chế phẩm Metarhizium anisopliae

CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG PHÒNG TRỪ SÂU HẠI

CÂY TRỒNG

1.1 Vị trí của phương pháp hóa học trong hệ thống bảo vệ cây trồng [4, 7]

1.1.1 Biện pháp hóa học trong BVTV những năm đầu thế kỷ XX

Những năm đầu của thế kỷ XX, ngành hóa học bảo vệ thực vật đã phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là sau đại chiến thế giới thứ hai, toàn thế giới đã sản xuất ra hơn 15 triệu tấn thuốc hóa học để phun trên diện tích hơn 4 tỷ ha cây trồng nông- lâm nghiệp Thực tế cho thấy, trên đồng ruộng đã giảm hẳn số lượng sâu bệnh hại và năng suất, sản lượng nông nghiệp tăng lên xấp xỉ hai lần Kết quả này cho thấy chỉ cần có thuốc hóa học, con người có thể giải quyết được việc phòng trừ sâu, bệnh hại cây trồng và thời gian đó biện pháp hóa học đã giữ vị trí khá quan trọng, gần như là độc tôn trong phòng trừ dịch hại bảo vệ cây trồng

Từ giữa những năm 1950 trở đi, việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu hóa học đã không ngừng được tăng nhanh và phát triển rộng khắp trên nhiều đối tượng cây trồng, ở khắp mọi nơi trên toàn thế giới với số lượng ngày càng lớn Vì vậy, việc sử dụng thuốc hóa học phòng trừ sâu, bệnh hại ở nhiều nước đã trở nên lạm dụng, có khi còn quá tùy tiện, rất nhiều nơi chỉ trong 1 vụ họ đã phun tới 10-

12 lần, thậm chí có khi lên tới 20-24 lần, đến lúc nào đó thì năng suất cây trồng

đã không thể tăng lên được nữa mà bị chững lại và kết quả ngược lại là sâu, bệnh hại lại có chiều hướng gia tăng bởi vì sâu, bệnh hại cây trồng đã quen dần với thuốc hóa học Thực tế là sâu, bệnh hại đã phát sinh, phát triển ngày một nhiều hơn, chúng đã phá hoại cây trồng nhanh hơn và gây thiệt hại đáng kể, có nhiều loài sâu hại trước đây chỉ là thứ yếu thì nay lại trở thành chủ yếu là do chúng đã phát sinh với số lượng lớn, rộng khắp trên toàn diện tích trồng trọt và phá hoại rất

mạnh, chính điều đó đã gây ra những tổn thất và làm mùa màng thiệt hại nghiêm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và phẩm chất của nông sản

1.1.2 Hạn chế của thuốc hóa học trong BVTV vào thập kỷ 80 - 90 thế kỷ XX

Do phun thuốc trừ sâu hóa học định kỳ với nồng độ cao nên môi trường sinh thái chung bị ô nhiễm trầm trọng, các nông sản phẩm bị nhiễm độc và ít nhiều cũng để lại dư lượng hóa chất trong nông sản thực phẩm

Điều tra trên các cây trồng nông - lâm nghiệp, các nhà khoa học đã phát hiện thấy có khoảng 500 loài sâu, nhện hại mang tính kháng thuốc Các quần thể côn trùng ký sinh, thiên địch có ích như các loài ăn thịt và bắt mồi ngoài tự nhiên

đã bị giảm hẳn số lượng Ong bướm thụ phấn hoa đã bị tiêu diệt khá nhiều, điều này đã gây ảnh hưởng lớn đến năng suất cây trồng đặc biệt là các loại côn trùng thụ phấn chéo Các loài giun và côn trùng sống trong đất cày cũng ngày một ít đi

Cá, tôm, cua, ếch, nhái, ở các ao hồ bị giảm sút rõ rệt, các loài chim thú ăn sâu cũng dần dần biến mất, có khi bị cạn kiệt

Chính vì vậy, vai trò của các biện pháp sinh học trong đấu tranh sinh học

đã được các nhà khoa học trong những năm 80 - 90 của thế kỷ XX đánh giá rất cao khi mà biện pháp hóa học đã bộc lộ rõ những hạn chế chính như sau:

- Thuốc hóa học đã tác động lên hệ côn trùng ký sinh và ăn thịt mạnh hơn nhiều so với đối tượng sâu hại cần phòng trừ

- Thuốc tích tụ trong các cơ thể động vật, thực vật thông qua chuỗi mắt xích thức ăn, thuốc còn đọng lại cả trên đất, nước mà cá, tôm đã ăn phải con người lại ăn cả những loại cá, tôm trên

- Liều lượng thuốc trừ sâu cứ tăng dần nên dẫn đến môi trường sinh thái bị ảnh hưởng, sức khỏe con người bị giảm sút

- Việc sử dụng liên tục một loại thuốc đã gây cho những cá thể bị đột biến

có khả năng chịu đựng cao với thuốc trừ sâu làm cho sâu hại lờn thuốc

1.2 Đấu tranh sinh học trong tự nhiên là cơ sở, nền tảng của CNSH trong BVTV

1.2.1 Sơ lược lịch sử về đấu tranh sinh học (ĐTSH)

Lịch sử của việc ứng dụng đấu tranh sinh học đã được phát triển theo sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới Thêm vào đó, khi kinh tế ở mỗi nước phát triển thì cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện và đấu tranh sinh học cũng ngày càng được phát triển, trong đó khoa học về công nghệ sinh học trong BVTV càng được các nhà lãnh đạo của những nước đó quan tâm chú ý để nâng cao chất lượng sản phẩm nhằm mục đích phục vụ trở lại cho con người

Có thể kể ra một vài ví dụ cụ thể về lịch sử phát triển của đấu tranh sinh học là từ xa xưa, con người đã biết sử dụng những loài côn trùng và nhện gây hại cây trồng Ngay từ thế kỷ I - IV, người nông dân Việt Nam đã biết dùng kiến vàng để phòng trừ sâu hại cam, chanh Người Trung Hoa cổ xưa cũng biết dùng kiến vàng để trèo lên cây cho kiến ăn sâu, ăn bọ xít hại cây

Năm 1856, tại Pháp, nhà khoa học Fitch đã thí nghiệm dùng bọ rùa ăn rệp hại cây, tác giả nhận thấy có hiệu quả,

Năm 1882, tác giả Cook Mc cho biết, loài người đã biết sử dụng các loài côn trùng có ích như bọ mắt vàng, bọ xít, kiến, để diệt sâu, bảo vệ cây trồng

Đầu thế kỷ XX có rất nhiều công trình nghiên cứu mang tính quy luật về vai trò của các nhóm sâu ăn thịt như bọ rùa, bọ xít, kiến, của nhóm ký sinh như ong, ruồi, Vào những năm 1890 - 1897, nhà khoa học Koben người Đức đã thu

thập nấm Metarhizium sp ký sinh trên sâu hại từ HaOai, mang về Đức để nghiên

cứu Năm 1870 - 1895, nhà bác học Louis Paster cũng đã phát hiện ra vi khuẩn

Bacillus thuringiensis và nấm Beauveria sp gây hại trên con tằm vôi Bombyx more, theo các tác giả thì đây là hướng mở ra cho việc nghiên cứu sử dụng các vi

sinh vật gây bệnh với sâu hại nói riêng và côn trùng hại nói chung

Những năm gần đây, nhiều nhà khoa học BVTV trên thế giới và trong nước đã nghiên cứu thành công việc kết hợp các biện pháp sinh học với biện pháp hóa học để phòng trừ sâu bệnh hại đạt kết quả tốt Các kết quả nghiên cứu

có giá trị của ngành hóa hữu cơ và hóa phân tích đã giúp cho một số nhà khoa học tách được các chất dẫn dụ sinh dục đối với một số đối tượng sâu hại, làm cho con cái mất khả năng sinh sản dẫn đến loài sâu hại do đó bị diệt vong

Năm 1965, nhà khoa học Steiner đã nghiên cứu ra chất dẫn dụ ăn uống

Metylengenol, khi hỗn hợp chất dẫn dụ này với thuốc trừ sâu có nguồn gốc lân

hữu cơ (phosphat) theo tỷ lệ 97: 3 (100%), tác giả Steiner đã tẩm dịch hỗn hợp

trên vào bã mía, kết quả cho thấy chất dẫn dụ ăn uống Metylengenol có thể dẫn

dụ được các con đực của ruồi đục quả ở phạm vi bán kính xa 1km, theo Steiner,

chỉ cần sử dụng 8g chất dẫn dụ ăn uống Metylengenol cho 1 ha thì có thể tiêu diệt được hoàn toàn ruồi đục quả Dacus dorsalis hại cam, chanh

Thực tế cho thấy trên thế giới, đấu tranh sinh học đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ lâu Ở nước ta, đấu tranh sinh học cũng đã được biết đến từ xa xưa, nhưng những năm gần đây mới được nghiên cứu trên cơ sở công nghệ sinh học để phát triển và hoàn thiện quy trình một cách đồng bộ trên quy mô lớn, nhằm góp phần ứng dụng vào bảo vệ cây trồng theo hướng bền vững tạo ra nông sản, thực phẩm an toàn phục vụ cho cuộc sống của con người

1.2.2 Khái niệm về đấu tranh sinh học

Theo tài liệu của Hoàng Đức Nhuận (dẫn theo Phạm Thị Thùy,2010) thì có rất nhiều định nghĩa về đấu tranh sinh học, nhưng định nghĩa đơn giản và dễ hiệu hơn cả là:

”Đấu tranh sinh học là biện pháp sử dụng sinh vật hoặc các sản phẩm của chúng nhằm ngăn chặn, hoặc làm giảm bớt những thiệt hại do các sinh vật hại gây ra”

Điều chỉnh sinh học là một quá trình trong đó các loài ký sinh, ăn thịt hoặc gây bệnh trên côn trùng xuất hiện trong sinh quần do sự tác động có ý thức của con người với mục đích là làm giảm số lượng cá thể của một loài vật hại nào đó đến mức sinh vật hại đó không còn gây hại, hoặc sự thiệt hại do nó gây ra không

có ý nghĩa về mặt kinh tế

Sử dụng kẻ thù tự nhiên trong đấu tranh sinh học là: Khi sâu hại gặp điều kiện thuận lợi và phát triển mạnh thì nguyên tắc đầu tiên con người phải vận dụng là tạo điều kiện không thuận lợi nhằm ngăn chặn sự phát triển và thu hẹp phạm vi ảnh hưởng của quần thể sâu hại đối với cây trồng

Sử dụng biện pháp ĐTSH là vận dụng hài hòa những nguyên tắc và biện pháp sinh học phòng trừ sâu bệnh hại Trong bảo vệ thực vật nếu biết ứng dụng ĐTSH thì hiệu quả phòng trừ cao và hiệu quả được diễn ra liên tục trong thời gian dài, các nhà khoa học thường coi đấu tranh sinh học là sinh thái học ứng dụng

1.2.3 Cơ sở khoa học của đấu tranh sinh học trong BVTV

Tạo ra mối quan hệ mới không thuận lợi cho đối tượng gây hại trên cơ sở vận dụng sáng tạo, nghĩa là đưa vào môi trường sống của sâu hại một yếu tố sinh học mới là kẻ thù tự nhiên để phá vỡ điều kiện mới không thuận lợi cho sự phát triển của quần thể sâu hại Yếu tố sinh học mới đó là các loài ăn thịt, bắt mồi hay

kí sinh ong, ruồi và các vi sinh vật gây bệnh côn trùng như Bt, virus, vi nấm,

Tạo nên hiện tượng nhiều ký sinh cả trong điều kiện tự nhiên cũng như trong nghiên cứu thí nghiệm, dựa trên cơ sở côn trùng gây hại thường có các loài sinh vật có ích kí sinh Bình thường thì chỉ có một loài kí sinh, nhưng trong thực

tế cũng có cá thể côn trùng có từ hai loài ký sinh trở lên, hiện tượng này được các nhà khoa học gọi là nhiều kí sinh Điều này dẫn đến sự cạnh tranh thức ăn trực

tiếp giữa các loài kí sinh, ví dụ như ong Opius sp ký sinh lên ruồi đục quả trong

cùng một thời gian đã tạo nên sự cạnh tranh quyết liệt Theo Howard, năm 1911,

việc nghiên cứu tác động của hiện tượng nhiều kí sinh để tiêu diệt sâu róm đã dẫn tới lý thuyết tuần tự trong đấu tranh sinh học, nghĩa là tạo cho mỗi loại kí sinh tác động vào một giai đoạn phát triển của sâu hại Hiện nay, hiện tượng nhiều kí sinh

ít thực hiện vì các nhà khoa học đã chứng minh: chỉ cần một loài kí sinh tác động

có hiệu quả cũng đủ kìm chế khả năng phát triển của sâu hại

Vai trò của kí sinh và bắt mồi, ăn thịt trong đấu tranh sinh học: Tùy điều kiện cụ thể, người ta thường căn cứ vào mối quan hệ sinh học đặc thù giữa sâu hại với kẻ thù tự nhiên mà quyết định sử dụng loài kí sinh hoặc loài bắt mồi ăn thịt để phòng trừ trên cơ sở của công nghệ sinh học

Đấu tranh sinh học theo vùng địa lý: Kết quả thí nghiệm trên đồng ruộng cho thấy, côn trùng thường phát triển thích hợp trong điều kiện thuận lợi về ẩm

độ, lượng chiếu sáng, lượng mưa cũng như chế độ dinh dưỡng, đất đai, đấu tranh sinh học với các loài côn trùng hại này thường dễ dàng hơn và ngược lại

1.3 Vị trí của biện pháp sinh học trong BVTV

Trong những thập kỷ gần đây, chiến lược bảo vệ cây trồng trên thế giới đã được thay đổi một cách cơ bản Biện pháp sinh học ngày càng thể hiện rõ tính ưu việt và vị trí đặc biệt của nó trong hệ thống tổng hợp bảo vệ cây trồng

Nội dung chính của biện pháp sinh học trong BVTV:

Tăng cường sự điều hòa tự nhiên để làm giảm lâu dài số lượng các cơ thể sinh vật gây hại xuống mức không thể gây tổn thất lớn về kinh tế đối với cây trồng Vì vậy, tất cả các phương pháp được vận dụng nhằm đấu tranh chống các

cơ thể gây hại đều phải nhằm nâng cao thế năng sinh học của các kẻ thù tự nhiên

để tạo nên mối quan hệ sinh học mới trong sinh quần đồng ruộng, làm cho các sinh vật hại không thuận lợi về mặt sinh sản cũng như tiếp tục phát triển

Con người phải luôn luôn kìm hãm sự tăng trưởng về số lượng của các cơ thể có hại trong các quần thể tự nhiên trên cơ sở tác động tối ưu đến môi trường sống, nghĩa là bảo vệ và tăng cường sự hoạt động của các loài thiên địch có ích trong tự nhiên cũng như nghiên cứu và sử dụng các tác nhân sinh học mới trong công tác phòng trừ dịch hại

Những năm vừa qua, ở Việt Nam, việc sử dụng các giống cây trồng chống chịu với sâu, bệnh và các biện pháp phòng trừ sâu, bệnh một cách tổng hợp tuy

đã có nhiều tiến bộ, nhưng thực sự chưa được nhân rộng Biện pháp hóa học vẫn giữ vị trí chủ đạo trong bảo vệ thực vật, mặc dù số lượng thuốc hóa học được dùng còn thấp so với nhiều nước trên thế giới, nhưng vì sử dụng thuốc một cách tùy tiện, thiếu hiểu biết nên đã gây ra những hậu quả tiêu cực tương tự như đã xảy ra trên thế giới trước đây

1.4 Các hướng chính của đấu tranh sinh học

Là cơ sở khoa học của công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật, ở nước ta trong 3 thập kỷ gần đây đã và đang phát triển với nhịp độ nhanh các ngành khoa học nói chung và các biện pháp sinh học nói riêng để điều hòa số lượng các cá thể dịch hại xuống mức thấp nhất Các hướng chính của đấu tranh sinh học trong

phòng trừ dịch sâu, bệnh hại, cỏ dại, gây ra đã được các nhà khoa học định hướng và xác lập thành một thể thống nhất dựa trên hai hướng chính sau đây:

1.4.1 Tính toán để nâng cao hoạt tính của sinh vật có ích

Xác định thành phần và hiệu quả của các loài côn trùng ký sinh- ăn thịt có ích và các tác nhân vi sinh vật gây bệnh trên cơ thể sinh vật hại có sẵn ngoài tự nhiên, nhằm mục đích duy trì sự xuất hiện của chúng trên đồng ruộng để làm giảm một phần hoặc tiến tới giảm hẳn khối lượng sử dụng thuốc trừ sâu

Xây dựng cơ cấu cây trồng thích hợp để tạo ra các nguồn thức ăn có các cơ chế không thích hợp với các loài sâu, bệnh, nhện hại gây ra như gieo trồng các loài cây có khả năng chuyển gen độc, các cây có khả năng miễn dịch, các giống mới có khả năng kháng được sâu bệnh hại,

Xác lập các biện pháp canh tác thích hợp để nâng cao hoạt tính của các sinh vật có ích

Sử dụng các loại thuốc trừ sâu hóa học có ảnh hưởng thấp nhất đối với các quần thể côn trùng ký sinh - ăn thịt và bắt mồi, cũng như không ảnh hưởng tới môi trường sống cộng đồng

1.4.2 Nghiên cứu tạo ra các chế phẩm sinh học trong phòng trừ sinh vật gây hại

Sản xuất và sử dụng rộng rãi các loại thuốc trừ sâu vi sinh vật trên cơ sở các nguồn vi khuẩn, virus, vi nấm và các thuốc kháng sinh

Sử dụng các chất có hoạt tính sinh học như các pheromon sinh dục, các hormon sinh trưởng, các chất dẫn dụ ăn uống, các chất gây ngán và các chất xua đuổi côn trùng,

Sản xuất trên quy mô công nghiệp để phóng thả các loại côn trùng và nhện

kí sinh - ăn thịt có ích lên đồng ruộng nhằm hạn chế được quần thể sâu hại

Phóng thả các côn trùng có hại đã được gây vô sinh nhằm tạo ra sự cạnh

Sử dụng các côn trùng ăn thực vật, các tuyến trùng và các tác nhân gây bệnh chuyên tính hẹp đã qua kiểm dịch để diệt trừ các loài cỏ gây hại cho cây trồng

Trong hai hướng trên, hiện nay các nhà khoa học đặc biệt chú ý đến hướng thứ hai, bởi hướng này hầu hết phải dựa trên nền tảng nghiên cứu của công nghệ sinh học mới có thể phát triển sản xuất ra các loại thuốc trừ sâu sinh học đạt chất lượng cao, mang tính ổn định để sử dụng rộng rãi trong phòng trừ dịch hại cây trồng, lâm nghiệp

Đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về CNSH trong bảo vệ thực vật, nhiều nước đã thu được những kết quả tốt trong quá trình triển khai ứng dụng các chế phẩm sinh học phòng trừ sâu hại, bệnh hại, cỏ dại và chuột hại bảo vệ cây trồng

1.5 Tính ưu việt của chế phẩm sinh học

Không gây độc hại cho con người động vật và cây trồng, có khả năng tiêu diệt một cách chọn lọc các loài sâu bệnh Phần lớn các tác nhân sinh học nói chung có tính đặc hiệu cao trong việc tiêu diệt các loại côn trùng Trong khi đó, thuốc trừ sâu hóa học gây độc cho người, gia súc nếu tiếp xúc lâu dài, một số là tác nhân gây ung thư Do không độc hại đối với con người, lại không ảnh hưởng xấu đến hệ sinh vật quanh hệ rễ của cây trồng, nên chế phẩm thuốc trừ sâu bệnh

có nguồn gốc vi sinh vật không phá vỡ cân bằng hệ sinh thái, không gây ô nhiễm môi trường sống

Việc sử dụng các chế phẩm vi sinh vật diệt sâu bệnh cho đến nay chưa phát hiện được hiện tượng “ lờn thuốc” ở các loài côn trùng Đây cùng là ưu điểm hơn hẳn của biện pháp sinh học với biện pháp hóa học

Các vi sinh vật diệt sâu bệnh có thể nhiễm lên sâu bệnh bằng nhiều cách khác nhau: bằng con đường tiêu hóa (ở vi khuẩn), qua da, tầng cuticum (ở nấm),…

Các vi sinh vật diệt sâu bệnh, côn trùng có thể tồn tại trong điều kiện môi trường không thuận lợi (không vật chủ, điều kiện khí hậu khắc nghiệt,…) ở nhiều dạng khác nhau: dạng bào tử, dạng hạch nấm hay giả hạch nấm

Khả năng phát tán rộng trong tự nhiên của các giống vi sinh vật có ý nghĩa rất lớn trong việc tăng cường lây lan tạo thành dịch ở côn trùng, sâu bệnh Ngoài

ra một số nấm, vi khuẩn, virus còn có thể được lan truyền rộng, nhờ dòng không khí, nước mưa và côn trùng,…

Với tất cả các đặc điểm sinh học tự nhiên như trên, các vi sinh vật diệt sâu bệnh, có thể xuất hiện bất cứ lúc nào có thể nói là bất ngờ, với một tốc độ rất nhanh, mang tính chất một ổ bệnh, dẫn đến gây chết côn trùng, sâu bệnh hại cây trồng trên địa bàn rộng Chính vì vậy chúng giúp bảo vệ cây trồng có hiệu quả rất đáng kể

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VỀ NẤM METARHIZIUM SPP

Trong 2 loài nấm Metarhizium anisopliae và Metarhizium flavoviride, loài

Metarhizium anisopliae Sorok ,1883 được sử dụng nhiều trong phòng trừ sâu hại

cây trồng (Phạm Thì Thùy,2010)

2.2 Đặc điểm hình thái [4]

Sợi nấm phát triển trên bề mặt sâu bệnh có màu từ màu trắng đến màu xanh, cuống sinh bào tử ngắn mọc tỏa tròn trên đám sợi nấm dày đặc Bào tử trần hình que có kích thước 3,5 x 6,4 x 7,2 µm, màu từ lục xám đến oliu - lục, bào tử xếp thành chuỗi khá chặt chẽ và nhìn bằng mắt thường người ta có thể thấy bào

tử được tạo ra trên bề mặt cơ thể côn trùng một lớp phấn khá rõ màu xanh lục Sợi nấm khi phát triển bên trong côn trùng có chiều rộng khoảng 3 - 4 µm, dài khoảng 20µm, chia thành nhiều tế bào ngắn, trong tế bào có thể thấy rõ nhiều giọt

mỡ

Nấm M anisopliae có bào tử dạng hình trụ, hình hạt đậu, khuẩn lạc có màu

xanh thỉnh thoảng có màu tối hoặc màu hồng vỏ quế, chúng phát triển chậm trên môi trường không có peptone (ví dụ như môi trường PDA, Czapek - Dox), thích hợp trên môi trường có pepton, cụ thể trên môi trường Sabouraud nấm phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ 25⁰C sau 7 - 10 ngày nuôi cấy thì khuẩn lạc có đường

kính 4 - 6 cm Loài nấm Metarhizium anisopliae có hai loài (varities) dạng bào tử nhỏ và lớn, dạng bảo tử nhỏ Metarhizium var anisopliae có kích thước bào tử 3,5 - 5,0 x 2,5 - 4,5 µm, dạng bào tử lớn là Metarhizium anisopliae var major có

dễ bị nhiễm bệnh bởi nấm Metarhizium anisopliae

2.3 Độc tố diệt côn trùng của nấm lục cương Metarhizium [4]

Độc tố diệt côn trùng của nấm lục cương gồm một số ngoài độc tố có tên là Destruxin A, B, C hay D Các ngoại độc tố đó là các sản phẩm thứ cấp vòng

peptit, L - prolyn, L - leucine, anhydride, L - prolyn - L - valine anhydride và Desmethyl Destruxin B

Theo tài liệu của tác giả Lysenko và Kucera thì nấm M anisopliae cũng

sinh độc tố Destruxin A và độc tố Destruxin B Theo Suzuki và cộng sự (1970) thì:

Destruxin A có công thức nguyên là C29H47O7N5, có điểm sôi là 188⁰C Destruxin B có công thức nguyên là C30H51O7N5, có điểm sôi là 234⁰C Độc tố Destruxin A có bản chất hóa học là D - 2 hydroxy - 4 - pentenoy - L

- prolyl - isoleucyl - N - methyl - L valyl - N - methyl - L - alanyl - alanyl lacton

Độc tố Destruxin B có bản chất hóa học là D - α hydroxy - γ - methylvaleryl - L - prolyl - L - isoleucyl - N - methyl - L valyl - N - methyl - L - alanyl - β alanyl lacton

Lần lượt từ năm 1961 và 1962, Y Kodaira (dẫn theo Phạm Thị Thùy, 2010) đã tách ra được độc tố Destruxin A, và Destruxin B từ dịch nuôi cấy nấm

lục cương M anisopliae

S Tamura và cs từ năm 1965 – 1970 đã tiến hành nuôi cấy nấm lục cương Các tác giả cũng tách được những độc tố trên từ môi trường Czapek - Dox có chứa 0,5% pepton Từ 1 lít dịch nuôi cấy người ta có thể thu nhận được 13 - 15

mg độc tố Destruxin A và B, dịch lọc được xử lý bằng than hoạt tính rồi được phản hấp phụ bằng N - butanol, sau đó được tách ra bằng benzene và được làm sạch trên bột nhôm oxit trung tính (dẫn theo Phạm Thị Thùy, 2010)

Năm 1971, người ta đã tổng hợp nhân tạo được Destruxin B Có khoảng 70

loài côn trùng bị tiêu diệt bởi nấm lục cương M anisopliae

Dưới kính hiển vi điện tử với độ phóng đại lớn, năm 2000 các nhà khoa

học Mỹ đã chụp được chuỗi bào tử M anisopliae kéo dài với mật độ giống như

dạng khôi mô giậu

2.4 Cơ chế tác động của nấm lên sâu bệnh và con đường truyền bệnh [5, 7]

2.4.1 Cơ chế tác động

Hầu hết những loài nấm gây bệnh cho sâu bệnh đều xâm nhập vào cơ thể vật chủ qua lớp da (vỏ) cơ thể Bào tử nấm bám vào bề mặt cơ thể vật chủ Trong điều kiện đủ độ ẩm bào tử mọc mầm và xâm nhiễm vào bên trong cơ thể sâu, côn trùng qua lớp vỏ chitin nhờ áp lực cơ giới hoặc hoạt động enzyme của nấm Nấm tiết ra loại enzyme làm mềm lớp vỏ chitin, qua lỗ thủng đó bào tử xâm nhập vào bên trong cơ thể sâu và tạo thành một lỗ thủng tại nơi bào tử mọc Do khả năng xâm nhập vào bên trong cơ thể côn trùng qua lớp vỏ cơ thể nên nấm có thể ký sinh được sâu, côn trùng chích hút và cả những pha phát triển của côn trùng như trứng, nhộng mà các vi sinh vật khác không ký sinh được

2.4.2 Con đường truyền bệnh

Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là lây lan từ cá thể ốm sang cá thể khỏe thông qua tiếp xúc trực tiếp với nhau, hay qua nguồn thức ăn có chứa mầm bệnh Việc lây truyền theo con đường đẻ trứng của ký sinh hầu như không đáng kể Bệnh vi nấm rất dễ lan truyền bằng va chạm đơn giản mà ở một số bệnh vi sinh vật khác hầu như không xảy ra Khi lây bệnh chúng thường lây lan nhờ gió, mưa, chim, thú,… và các bệnh do nấm tạo thành những ổ bệnh kéo dài theo chiều gió thổi, con đường truyền bệnh thông qua các loại độc tố của nấm

Cho đến nay, người ta đã xác định được nấm này có khả năng kí sinh và gây chết đối với rất nhiều loài sâu bệnh và côn trùng Trong số đó có tới 34 loài côn trùng cánh cứng và chỉ có 5 loại côn trùng cánh vẩy

2.5 Cấu tạo và thành phần hóa học của tế bào vi nấm [7, 8]

Cũng như trong thành phần cấu tạo của các loại nấm lớn (nấm có quả thế)

và các nhóm vi sinh vật khác, tế bào vi nấm gồm có: thành tế bào, chất nguyên sinh, không bào, nhân tế bào và các thể ẩn nhập Thành phần hóa học của các thể bào vi nấm thay đổi theo loài, theo vị trí tế bào trên sợi nấm so với ngọn nấm (Gibatt, 1996) Các thành phần nguyên tố hóa học của tế bào vi nấm quan trọng nhất là cacbon (40%), oxy (40%), nitơ (7 - 8%) và hydro (2 - 3%) Hydratcacbon quan trọng ở các tế bào nấm là Glycogen và Trehalogen

Glycogen là hydratcacbon dự trữ của nấm Tương đương với tinh bột ở thực vật Tỷ lệ hydratcacbon cũng như các thành phần khác của tế bào, thay đổi theo từng loài vi nấm

Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của chế phẩm

 Sợi nấm, hệ sợi nấm và khuẩn lạc

Sợi nấm có vách ngăn, toàn bộ sợi nấm và các nhánh phát triển từ một bào

tử nấm được gọi là hệ sợi nấm Sợi nấm phát triển từ ống nảy mầm và bào tử mọc

ra, sợi nấm chỉ tăng trưởng ở ngọn và đều được đo theo chu kỳ thời gian

Trên môi trường nuôi cấy nhân tạo và cả trên một số cơ chất tự nhiên, hệ sợi của vi nấm thường phát triển thành một khối có hình dạng nhất định, thường

có tiết diện hình tròn, hoặc gần cầu gọi là khuẩn lạc Một khuẩn lạc có thể phát sinh từ một đoạn sợi nấm nhưng thông thường nhất là từ bào tử Tốc độ tăng trưởng của các loại vi nấm thường được tính bằng đường kính khuẩn lạc Khuẩn lạc của một vài loài nấm còn được đặc trưng bởi màu sắc của sợi nấm Bề mặt khuẩn lạc của vi nấm có thể mượt, nhẵn bóng, dạng bột, dạng hạt, dạng sợi hoặc dạng xốp Chưa có nhiều dẫn liệu về những biến đổi sinh lý, sinh hóa trong bào

tử nấm thuộc các nhóm phân loại khác nhau, tuy nhiên vẫn có những công trình nghiên cứu nói tới sự biến đổi này Trong quá trình nảy mầm, sợi nấm rất cần glucoza hoặc các đường đơn khác từ môi trường bên ngoài, ngược lại không cần cung cấp lipit Glucoza cũng được xem là nguồn cacbon rất cần đối với sự nảy sợi ở nhiều loại vi nấm, chẳng hạn đối với sự nảy sợi của bào tử trần nấm

Penicillium griseofulvum

Trong quá trình nảy mầm, sinh trưởng và hình thành bào tử, nấm

Metarhizium anisopliae cũng rất cần nguồn cacbon, nitơ và vitamin

Hình 2.3 Khuẩn lạc Metarhizium anisopliae

Hình 2.4 Bào tử nấm M anisopliae

2.6 Khả năng đồng hóa các nguồn cacbon, nitơ của nấm M anisopliae [7, 8]

Nấm có thể sử dụng các nguồn thức ăn cacbon rất khác nhau, hầu như không có loại hợp chất cacbon hữu cơ nào mà không được nhóm nấm này hay

nhóm nấm khác sử dụng Ví dụ như chi Metarhizium đã sử dụng các nguồn thức

ăn cacbon mà các loại vi nấm vẫn thường sử dụng Nhiều loài nấm còn có khả năng đồng hóa cả các hợp chất hữu cơ rất bền vững hoặc rất độc đối với nhiều loài sinh vật khác (các chất n- alcan, alcaloit, phenol, sterin, nhiều chất kháng sinh, nhiều độc tố, nhiều loại tactan, flavon v.v…)

Các loài vi nấm kí sinh côn trùng thường không đòi hỏi khắt khe đối với một loại thức ăn cacbon nào đấy Chúng có khả năng sử dụng nhiều loại hợp chất cacbon khác nhau, nhưng cũng có loại hợp chất này được đồng hóa tốt hơn loại hợp chất cacbon khác Có rất nhiều trường hợp ở trong môi trường nuôi cấy có mặt vài nguồn cacbon khác nhau, nấm sẽ phát triển mạnh hơn khi chỉ có riêng từng loài Các công trình nghiên cứu của Hegendus và cs (dẫn theo Phạm Thị

Thùy, 2010) đã xác định môi trường tốt nhất để phân lập nấm M anisopliae là

môi trường có chứa kitin làm nguồn cacbon

Để thực hiện các quá trình sinh lý khác nhau, nấm thường có những nhu

cầu về các nguồn thức ăn cacbon khác nhau Hegendus và cs, cho biết nấm M

anisopliae khi nuôi cấy chìm, nếu bổ sung thêm kitin hoặc hexosamines và

glucoza thì thu được lượng bào tử cao nhất Nhờ khả năng đồng hóa nguồn

cacbon phức tạp này mà trong cơ chế diệt côn trùng của các chủng vi nấm M

anisopliae và M flavoviride, đã được rất nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu và

họ đều khẳng định rằng quá trình xâm nhập của các chủng nấm trên, trước hết phải là do quá trình phân hủy lớp vỏ kitin ở ngoài lớp da Sau đó là phân hủy protein của các mô, đồng thời với protein là sự phá hủy lipit Quá trình này thực hiện được chính là nhờ vai trò của phức hệ enzyme ngoại bào của các nấm kí sinh