Ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật

Ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. A. Đặt vấn đề. Những năm qua nền sản xuất nông nghiệp ở nước ta cũng như trên thế giới đã có những chuyển biến mạnh mẽ với sự xuất hiện hàng loạt các giống cây trồng mới có giá trị kinh tế cao, có khả năng chống chịu sâu bệnh hại. Trong xu hướng chung đó, công tác bảo vệ thực vật đang trở thành vấn đề quan trọng, giúp cho việc thâm canh cây trồng đảm bảo được hiệu quả trên cơ sở con người biết tác động vào trồng trọt một cách có hiểu biết hơn. Một trong những biện pháp mới để nâng cao sản lượng và phẩm chất nông sản là áp dụng các giải pháp từ các thành tựu của công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp. Ở nước ta công nghệ sinh học (CNSH) trong bảo vệ thực vật (BVTV) vẫn còn là vấn đề mới mẻ. Tuy nhiên trong những năm qua, được sự đầu tư của Nhà nước và các tổ chức phi chính phủ, rất nhiều Viện nghiên cứu, các trường đại học đã tập trung nghiên cứu để sản xuất ra các chế phẩm sinh học cũng như một số loài thiên địch có ích nhằm góp phần vào việc dập tắt các nạn dịch gây ra trong sản xuất nông, lâm nghiệp, bước đầu thu được nhiều thành quả. B. Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật 1. Định nghĩa khái quát về công nghệ sinh học. Công nghệ sinh học là tập hợp các kỹ thuật khác nhau của các ngành khoa học về sự sống có khả năng khai thác và biến đổi các cơ thể sinh vật, các hợp phần của cơ thể sống và các quá trình sinh học nhằm tạo ra các sản phẩm đặc thù ở quy mô lớn. Công nghệ sinh học bao gồm: công nghệ tế bào và mô phôi; công nghệ enzym và proteinvv… Công nghệ sinh học đã mang lại những hiệu quả to lớn trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế,… đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp bằng việc tạo ra các công nghệ mới, các phương pháp chữa bệnh mới, các sản phẩm mới mà các giống cây trồng, vật nuôi, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vacxin vật nuôi,vv… đã được ra đời. 1. Khái niệm về công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. 2.1 Khái niệm Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật là vận dụng các kỉ thuật cao mang tính công nghiệp về sinh học trong bảo vệ thực vật để sản xuất ra các loại thốc trừ sâu sinh học, tạo các giống cây trồng chuyển gen và các loài kí sinh ăn thịt, góp phần quan trọng trong việc phòng trừ sâu bệnh, cỏ dại, chuột…hại cây trồng nhằm đạt hiệu quả kinh tế, cũng như xã hội cao, theo hướng bảo vệ môi trường sinh thái, cộng đồng. Tạo ra các nông sản phẩm sạch bệnh, an toàn. 2.2 Vai trò của công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. Hiện nay công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật thường tập trung vào những vấn đề chính như sau: - Công nghệ sinh học trên cơ sở của công nghệ vi sinh có thể sản xuất để tạo ra các chế phẩm sinh học có hoạt lực cao, có khả năng tác động nhanh và mạnh trên nhiều đối tượng sâu hại cây trồng. Phổ tác động của thuốc rộng hay hẹp là tùy theo yêu cầu của sản xuất và chúng đảm bảo được tính ổn định lâu dài bằng cách tổng hợp, khuếch đại cũng như tạo ra các dòng vô tính có độc tố cao. - Công nghệ sinh học dựa trên cơ sở của công nghệ gen để tạo ra các giống cây trồng kháng sâu, chống chịu tốt với điều kiện môi trường, phẩm chất tốt - Công nghệ nhân luôi hàng loạt các loại kí sinh, thiên địch, ăn thịt và bắt mồi trên cơ sở công nghiệp tạo ra nhiều sản phẩm để nhân thả trên đồng ruộng nhằm phòng trừ hàng loạt các loại côn trùng, sâu bệnh hại I. Chế phẩm sinh học dùng trong bảo vệ thực vật 1. Cơ sở Để bảo vệ mùa màng, người trồng trọt thường sử dụng các thuốc trừ sâu hóa học. Do sâu hại có khả năng kháng thuốc nên người trồng trọt thường tăng nồng độ sử dụng dẫn đến dư lượng thuốc trừ sâu trong sản phẩm nông nghiệp tăng cao gây mất an toàn cho người sử dụng, ảnh hưởng bất lợi đối với môi trường, sức khỏe cộng đồng và chính người trồng trọt. Ngoài ra, các sản phẩm này không thể xuất khẩu được nên ảnh hưởng lớn đến thu nhập của nông dân. Đây cũng là một thách thức lớn cho nông dân Việt Nam khi ra nhập WTO. Ở Việt Nam việc sử dụng tác nhân sinh học trong phòng trừ sinh học sâu hại đã được quan tâm từ khá lâu. Nhờ CNSH các nhà khoa học có thể làm cho các chế phẩm sinh học có phổ tác động rộng hơn bằng con đường đưa vào vi sinh vật những gen bổ sung, những tổ hợp gen để chúng khuếch đại và tạo ra các dòng vô tính có độc tố cao. Đồng thời các chế phẩm vi sinh vật thường có hiệu quả trừ sâu lâu dài và bền vững. Muốn cho VSV xâm nhập vào cơ thể kí chủ trở thành VSV bệnh thì chúng phải có tác dụng về mặt hóa học hay cơ học lên côn trùng. Khi đó chúng sẽ 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 này sẽ gây ức chế cho sự sinh trưởng và phát triển của côn trùng. 2. Nhóm chế phẩm sinh học ứng dụng trong bảo vệ thực vật. 2.1 Chế phẩm vi khuẩn trừ sâu. Nhóm Vi khuẩn được sử dụng để sản xuất chế phẩm trừ sâu là những vi khuẩn có tinh thể protein độc ở giai đoạn bào tử. Tinh thể protein độc có hình quả trám hoặc hình lập phương . Sau khi nuốt phải bào tử có tinh thể protein độc , cơ thể sâu bọ bị tê liệt và bị chết sau 2 đến 4 ngày. chế phẩm sinh học ứng dụng trong bảo vệ thực vật. Quy trình ổn định vi khuẩn: Vi khuẩn chọn lọc, được nuôi cấy trong một môi chất. Dưới sự giám sát, vi khuẩn sau khi thanh lọc được chuyển qua một bồn lên men sinh học 250 lít sinh trưởng trong vòng 20 giờ. Sau khi kiểm tra chất lượng về độ thuần khiết, vi khuẩn được đưa sang bồn lên men kín vô trùng có dung tích 5.000 lít để bắt đầu giai đoạn sản xuất. Dưới điều kiện pH thích hợp, dung dịch đường vô trùng và ôxy được đưa vào để nuôi vi khuẩn. Trong suốt quá trình này, sản phẩm được lấy mẫu để theo dõi sự vô trùng và các thông số tăng trưởng. Trong vòng 24 giờ, sẽ thu hoạch vi khuẩn và cô đặc bằng một máy ly tâm cực nhẹ. Vi khuẩn cô đặc được bọc lại bằng chất keo betaglucan bởi một qui trình đã được cấp bằng sáng chế. Qui trình này giúp vi khuẩn chống lại độ ẩm để duy trì sự sống trong thời gian bảo quản hoặc trộn với chất mang. Sau đó sản phẩm được làm lạnh nhanh trong hệ thống lạnh lỏng trước khi đưa vào sấy ở nhiệt độ ở âm 40oC trong hệ thống phòng lạnh lớn. Qui trình sấy lạnh hai bước này, trong điều kiện độ ẩm dưới 5%, bảo đảm tỷ lệ sống sót của vi khuẩn cao và sẵn sàng cho giai đoạn cuôí là kiểm tra để đảm bảo các dòng vi khuẩn không nhiễm khuẩn salmonella. Các chế phẩm này thường ở dạng bột. Loài vi khuẩn được quan tâm nghiên cứu nhất là Baccillus thuringiensis. Từ loài vi khuẩn này, người ta sản xuất ra thuốc trừ sâu Bt. - Có 2 phương pháp sản xuất chế phẩm Bt a. Lên men xốp: Công nghệ này ít được sử dụng do hiệu quả thấp và trong sản xuất thường hay gặp sự nhiễm tạp. Trong công nghệ cần sử dụng các hạt rắn với yêu không hấp thụ dinh dưỡng. Người ta cũng có thể sử dụng các loại hạt làm nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn như cám, lúa mì, bột ngô b. Lên men chìm: Hiệu quả cao và có thể sản xuất lượng sinh khối lớn theo yêu cầu. Các yếu tố quan trọng trong công nghệ bao gồm: - Chọn lọc chủng Bt chuẩn có các protein độc tố đặc chủng có hoạt tính cao để nhân, căn cứ vào tuýp huyết thanh. - Chọn môi trường phù hợp để tạo ra nhiều bào tử và tinh thể độc nhất. Để giảm giá thành người ta thường dùng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp để chế biến. Quy trình sản xuất chế phẩm Bt theo công nghệ lên men hiếu khí: Giống gốc Chuẩn bị môi trường Khử trùng môi trường Cây giống sản xuất Sản xuất giống cấp 1 ủ và theo dõi quá trình lên men Thu hoạch và tạo dạng chế phẩm: - Nghiền lọc bổ sung phụ gia - Sấy khô - Đóng gói bảo quản Bacillus thuringiensis Bacillus sphaericus Tinh thể độc (parasoral body) chứa những độc tố có thể giết hại trên 100 loài sâu hại (tinh thể độc chỉ giải phóng độc tố trong môi trường kiềm do đó các vi khuẩn này hoàn toàn vô hại với người, gia súc, gia cầm, thuỷ hải sản- có hại đối với tằm. Nhiều chế phẩm sinh học từ vi khuẩn khác như: Chế phẩm vi khuẩn huỳnh quang (Pseudomonas fluorescens) phòng trừ bệnh hại rễ cà phê, vải thiều, lạc. Các chế phẩm bả diệt chuột Miroca, Biorat có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% do được sản xuất dựa trên cơ sở vi khuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditis Isachenco Công nghệ sản xuất chế phẩm bả diệt chuột sinh học trên cơ sở vi khuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditis Isachenco có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% cũng đã được ứng dụng trong sản xuất. Đã sản xuất và sử dụng chế phẩm diệt chuột Miroca, Biorat. , 2.2 Chế phẩm virus trừ sâu. Hiện nay người ta đã phát hiện hơn 700 bệnh virus ở 800 loài sâu bọ. Vius gây bệnh cho côn trùng chỉ có khả năng sống, sinh sản trong các mô, tế bào sống, không thể nuôi cấy trong môi trường nhân tạo. Virus có đặc điểm nổi bật là tính chuyên hoá hẹp, chỉ gây bệnh cho côn trùng và chỉ nhiễm ở những mô nhất định của vật chủ. Vurus côn trùng có thể tạo thành thể vùi như NPV, CPV, GV, EPV hoặc không tạo thành thể vùi như Iridovirus, Densovirus, Baculovirus trần. Hiện nay các virus được xếp thành 7 họ là: Baculoviridae, Reoviridae, Iridoviridae, Poxviridae, Parvoviridae, Picaviridae và Rhabdoviridae. Hai họ là Baculoviridae và Reoviridae có nhiều loài là những tác nhân có triển vọng Tuy nhiên các virus côn trùng chủ yếu thuộc các nhóm Nuclear Polyheadrosis Virus/NPV, Grannulosis Virus/GV, Cytoplasmic Polyheadrosis Virus/CPV. Ở giai đoạn sâu non, sâu bọ dễ bị nhiễm virus nhất . Khi mắc bệnh , cơ thể sâu bọ bị mềm nhũn do các cơ bị tan rã . Màu sắc và độ căng của cơ thể bị biến đổi. Để sản xuất ra chế phẩm virus trừ sâu, người ta gây nhiễm virus nhân đa diện (NPV) trên sâu non (Vật chủ). Nghiền nát sâu non đã bị nhiễm virus và pha với nước theo tỉ lệ nhất định, lọc lấy nước dịch thu virus đậm đặc. Từ dịch này sản xuất ra chế phẩm thuốc trừ sâu N.P.V (Nuclear polyhedrin vius) dùng để trừ sâu róm thông, sâu đo, sâu xanh Nhóm NPV, thuộc họ Baculoviridae, có thể vùi là khối đa diện - Sâu bị bệnh do NPV trở lên ít hoạt động, ngừng ăn, mầu sắc sáng hơn sâu khoẻ. Cơ thể sâu trở lên căng phồng, trương phù chứa toàn nước, khi tác động cơ giới vào thì chúng dễ bị vỡ, giải phóng dịch virus. Sâu bị bệnh này khi chết đều treo ngược lên cây. - Nhóm NPV ký sinh trong tế bào hạ bì, thể mỡ, khí quản, huyết tương và biểu mô ruột giữa. Nhóm NPV có tính chuyên hoá cao, NPV của loài côn trùng nào thì chỉ gây bệnh cho loài đó. Nhóm GV: Gồm các virus thuộc họ Baculoviridae, có thể vùi là dạng hạt, còn gọi là virus hạt. Mỗi thể vùi chỉ chứa 1 virion hình que. - Sâu bị bệnh thường biểu hiện còi, chậm lớn, cơ thể phân đốt rõ ràng, tầng biểu bì cơ thể trở lên sáng mầu, đôi khi phớt hồng, huyết tương mầu trắng sữa. Nhóm CPV: thuộc họ Reoviridae có thể vùi là khối đa diện và chúng ký sinh trong chất dịch tế bào biểu mô ruột giữa của côn trùng - Sâu bị chết do CPV thường chậm lớn, đôi khi đầu quá to so với cơ thể. Màu sắc cơ thể giai đoạn cuối trở lên có màu sáng giống như phấn trắng, đặc biệt ở mặt bụng. Sâu bị bệnh thường tạo thành khối u trên cơ thể. - Nhóm CPV ký sinh trong chất dịch tế bào ở các tế bào biểu mô ruột giữa của côn trùng. [...]... nghệ sản xuất phức tạp, thủ công nên giá thành cao II Ưngs dụng công nghệ chuyển gen trong bảo vệ thực vật Hiện nay chúng ta đã áp dụng rất nhiều các biện pháp khoa học, kỹ thuật tiên tiến nhằm nâng cao chất lượng cây trồng và bảo vệ thực mà không gây ảnh hưởng đên môi trường sống một trong số các biện pháp áy là kỹ thuật chuyển gen vào thực vật Kỹ thuật chuyển gen là kỹ thuật đưa một hay nhiều gen... III Ưngs dụng thiên địch trong bảo vệ thực vật 1 Thiên địch, phân loại và đặc tính • Thiên địch là những sinh vật có ích , chúng ăn hoặc gây bệnh cho những sinh vật gây hại tới sản xuất nông nghiệp Thiên địch được chia làm 2 nhóm chính: Nhóm thiên địch kí sinh : vd : ong kí sinh nhộng ,ong kí sinh sâu cuốn lá… Là các loài CT ký sinh trên sâu hại, đây là dạng quan hệ lợi một chiều Ký sinh trong BVTV... ra bên trong vật chủ như ong kén trắng Apanteles, ong ký sinh nhộng + Ký sinh ngoài là quá trình phát triển xảy ra trên bề mặt vật chủ như ong Bracon kí sinh bộ cánh vảy, ong kiến ký sinh trên lưng rầy nâu, rầy lưng trắng - Theo pha phát dục: Mỗi loài ký sinh đều có thể ký sinh trên một pha như ký sinh trứng, kí sinh sâu non, kí sinh nhộng, kí sinh trưởng thành Theo số lượng cá thể: Gồm ký sinh đơn... của loài ký sinh tìm vật chủ để đẻ trứng, ấu trùng ký sinh không tự tìm vật chủ - Trong quá trình phát dục mỗi cá thể ký sinh thường chỉ liên quan đến một cá thể vật chủ - Hầu hết có biến thái hoàn toàn, chỉ pha ấu trùng có kiểu sống ký sinh, pha trưởng thành sống tự do Tuỳ theo tính chuyên hoá mà có thể phân biệt thành nhiều nhóm khác nhau: - Theo vị trí sống: + Ký sinh trong (nội kí sinh) là quá... thể ký sinh hoàn thành phát dục được trong 1 cá thể vật chủ (ong kén đèn lồng, ong kén trắng đơn ); Kí sinh tập thể là có nhiều cá thể ký sinh của cùng 1 loài hoàn thành phát dục trong 1 cá thể vật chủ như ong Goniozus hanoiensis Đa ký sinh là có nhiều cá thể cùng hoàn thành phát dục trong 1 vật chủ nhưng chúng thuộc nhiều loài khác nhau - Theo mối quan hệ đối với vật chủ và giữa các loài kí sinh với... Gen sinh tổng hợp vitamine A được chuyển vào lúa dẫn đến tiền vitamine A tích lũy trong nội nhũ (hạt) công trình hoàn thành năm 1999 Lý do thuyết phục nhất đối với công nghệ sinh học mà cụ thể là cây trồng biến đổi gen đó là khả năng đóng góp của chúng trong các lĩnh vực sau: - Nâng cao sản lượng cây trồng và do vậy góp phần đảm bảo an ninh lương thực, thức ăn gia súc và chất xơ trên toàn cầu - Bảo. .. loài kí sinh với nhau: + Kí sinh bậc 1 là những loài thoả mãn đúng và đủ khái niệm về kí sinh VD ong Telenomus dignus, Trichogramma chilonis + Kí sinh bậc 2 là những loài kí sinh trên những loài kí sinh bậc 1 như ong Trichomalopis apanteloctena ký sinh trên ong Apateles cypris + Kí sinh bậc 3 là những loài kí sinh trên kí sinh bậc 2 như ong Tetrastichus coerulescens kí sinh ong Habrocytus thyridopterigis... sử dụng những chủng địa phương của các loài cần sử dụng để nhân nuôi nhằm nâng cao khả năng thích ứng của chúng khi thả vào sinh quần nông lâm nghiệp - Cần dự báo được tình hình phát sinh phát triển của loài côn trùng hại để có kế hoạch mua, sản xuất thiên địch với loài sâu hại đó Kế hoạch sao cho không cần bảo quản thiên địch quá dài trong nhiệt độ thấp Sau nuôi thiên địch nếu không sử dụng phải bảo. .. đồng ruộng + Phun tràn ngập như dùng thuốc hoá học để trừ sâu Không sử dụng chế phẩm trong điều kiện nhiệt độ thấp, vì thời gian ủ bệnh sâu hại kéo dài nên vẫn phá hoại được 2.3 Chế phẩm nấm trừ sâu Có rất nhiều nhóm nấm gây bệnh cho sâu Trong số này có hai nhóm: nấm túi và nấm phấn trắng được ứng dụng rộng rãi trong phòng trừ dịch hại cây trồng Nấm túi ký sinh trên nhiều loại sâu bọ và rệp khác nhau... trừ sâu vi sinh thường có quá trình gây bệnh và nhiễm bệnh khi vào cơ thể sâu phải mất 1-3 ngày) - Hiệu quả của thuốc ban đầu không cao - Phổ tác dụng của thuốc hẹp - Một vài loại thuốc trừ sâu vi sinh bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, nếu như phun không đúng kỹ thuật, phun trong điều kiện không thích hợp sẽ khó đạt hiệu quả - Ở Việt Nam, thuốc vi sinh có công nghệ sản xuất phức tạp, thủ công nên . trồng, vật nuôi, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vacxin vật nuôi,vv… đã được ra đời. 1. Khái niệm về công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. 2.1 Khái niệm Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. của công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật. Hiện nay công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật thường tập trung vào những vấn đề chính như sau: - Công nghệ sinh học trên cơ sở của công nghệ. quả. B. Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật 1. Định nghĩa khái quát về công nghệ sinh học. Công nghệ sinh học là tập hợp các kỹ thuật khác nhau của các ngành khoa học về sự sống có khả năng