Thuốc trừ sâu vi sinh vật có vai trò như thế nào trong hoạt động nông nghiệp. Hãy lấy dẫn chứng cụ thể để chứng minh vai trò đó

Tùy thuộc vào loại thuốc và điều kiện môi trường như ôxy, ánh sáng mặt trời, gió, nhiệt độ, độ ẩm, hoạt tính của đất, loại đất...Thuốc trừ sâu được phát tán đi rất xa nơi nó được sử dụng

Bộ Môn: Lọc Hóa Dầu

- -CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

Đề Tài: " Thuốc trừ sâu vi sinh vật có vai trò như thế nào trong hoạt động

nông nghiệp Hãy lấy dẫn chứng cụ thể để chứng minh vai trò đó."

Giáo viên hướng dẫn : TS.Tống Thị Thanh Hương

Sinh viên thực hiện :

Hà Nội,10/2012

Mở Đầu

Do nhu cầu cần thiết của thực tế để bảo vệ cây trồng, đảm bảo đủ lương thực cung cấp cho xã hội mà việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu được nghiên cứu và đưa vào sử dụng rộng rãi trên toàn cầu Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi nhất trong nông nghiệp tiếp đó là hộ gia đình, thậm chí cả trong y khoa Sử dụng thuốc trừ sâu là một nhân tố làm gia tăng sản phẩm nông nghiệp trong thế kỷ 20

Tuy nhiên việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học có nguy cơ làm biến đổi hệ sinh thái và tích lũy trong chuỗi thức ăn Khi sự tồn tại của nó là không kiểm soát được nữa Tùy thuộc vào loại thuốc và điều kiện môi trường như ôxy, ánh sáng mặt trời, gió, nhiệt độ, độ ẩm, hoạt tính của đất, loại đất Thuốc trừ sâu được phát tán đi rất xa nơi nó được sử dụng bởi gió hơi nước, nước mưa, nước ngầm, suối, sông và trong các mô cơ thể người và động vật Một loại thuốc trừ sâu thường biến đổi sau khi sử dụng thành một hoặc nhiều chất chuyển hoá mà các chất này có thể có tính chất hóa học và độc tính khác với hợp chất ban đầu Trong nhiều trường hợp, các chất chuyển hóa bền vững và độc hơn loại thuốc trừ sâu sử dụng ban đầu Thuốc trừ sâu (TTS) hóa học có phổ độc tính rộng cho động vật, thực vật và cả phiêu sinh thực vật Người sử dụng thuốc trừ sâu chỉ để diệt khoảng 0,5% số loài, trong khi thuốc trừ sâu sử dụng có thể tác động lên toàn thể sinh vật Nhiều thuốc trừ sâu tồn lưu lâu dài trong môi trường

Trước những năm 1940, phần lớn TTS là các hợp chất của arsen, thủy ngân, đồng hoặc chì Các chất này không đễ tan trong nước và dư lượng của chúng tồn trữ trong thực phẩm TTS hữu cơ tổng hợp bao gồm các hydrocacbon có chứa clo như DDT, aldrin, dieldrin, chlordane, dendrin và toxaphene Do đặc tính khó tan trong nước và có khuynh hướng gắn kết với các hạt đất theo con đường hóa học và gây ô nhiễm cho các nguồn nước mặt Ví dụ, chlordane, một loại thuốc trừ sâu bền vững được sử dụng phổ biến để diệt mối cho đến khi bị cấm sử dụng vào năm 1989 Loại thuốc này vẫn có thể tìm thấy trong nước uống ở nhiều khu vực trên thế giới

TS Dick Irwin, một chuyên gia Hoa Kỳ nổi tiếng về ngộ độc đã nhận định rằng:” Hoá chất đã thay thế vi khuẩn và siêu vi khuẩn trong những nguy cơ ảnh hưởng lên sức khoẻ của con người Bệnh tật bắt nguồn từ hóa chất đang trở thành nguyên nhân hàng đầu trong tử xuất của loài người vào cuối thế kỷ XX và sẽ qua cả thế kỷ XXI nữa”

Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp sản xuất TTS vừa có khả năng bảo vệ cây trồng phòng chống dịch bệnh, đảm bảo cung cấp lương thực, thực phẩm mà không gây ô nhiễm môi trường, không phá vỡ khu hệ thiên địch trong sinh quần nông nghiệp, không để lại dư lượng trong nông sản đặc biệt không gây độc hại đối với con người và động vật máu nóng

Từ đó các nhà khoa học đã đưa ra phương pháp nghiên cứu TTS sinh học

TTS sinh học thực sự đã đáp ứng được những yêu cầu đặt ra nếu sử dụng đúng cách thì hiệu quả sẽ mở rộng dần, bền vững và lâu dài Kết quả thử nghiệm trên đồng ruộng bắp cải cho thấy chế phẩm Bt diệt được gần 90% sâu hại, so với gần 80% của TTS hóa học TTS sinh học có thể làm giảm bớt hậu quả do sinh vật hại gây ra

Ngày nay TTS sinh học đã chiếm phần lớn thị trường TTS trên thế giới,cũng như ở nước

ta Ngoài việc dùng làm TTS, hiện nay người ta đã tách một số gen từ các loài vi khuẩn ghép vào hệ thống gen của cây để tạo các giống cây kháng sâu như bông kháng sâu xanh, giống lúa kháng sâu đục thân, sâu cuốn lá, giống ngô kháng sâu Việc sử dụng kết hợp cùng với các biện pháp kĩ thuật bảo vệ thực vật khác một cách hài hòa hợp lí sẽ tạo ra hiệu quả cao và

có được một hệ sinh thái nông nghiệp bền vững

I Tổng quan về thuốc trừ sâu sinh học

Thuốc trừ sâu là một loại thuốc dịch hại được sử dụng chống lại côn trùng ở tất cả các giai

đoạn biến thái Nó được sử dụng cả ở giai đoạn biến thái trứng và ấu trùng Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi nhất trong nông nghiệp tiếp đó là hộ gia đình, thậm chí cả trong y khoa Sử dụng thuốc trừ sâu là một nhân tố làm gia tăng sản phẩm nông nghiệp trong thế kỷ 20

Biện pháp sinh học là việc sử dụng những sinh vật sống hay các sản phẩm hoạt động sống của chúng nhằm ngăn ngừa hoặc làm giảm bớt tác hại do các sinh vật hại gây ra Lần đầu tiên vào năm 1870, nhà bác học Pasteur người Pháp đã phát hiện một loài vi khuẩn gây bệnh cho con tằm và đặt tên là Bacillus bombycis Sau đó vào năm 1911, nhà côn trùng học người Đức là Berline đã phát hiện loài vi khuẩn này trên loài sâu xám ở Thuringia vùng Địa Trung Hải và đặt tên là Bacillus thuringiensis (viết tắt là Bt) Sau đó đến khoảng giữa thế kỷ 20, người ta đã phát hiện nhiều chủng Bt ký sinh trên nhiều loài sâu khác nhau như sâu xanh, sâu keo, sâu róm thông Từ đó vi khuẩn Bt đã được chế tạo thành thuốc trừ sâu sử dụng trong nông nghiệp ở nhiều nước, mở đầu cho công nghệ thuốc trừ sâu sinh học

1 Mục đích:

Phòng chống dịch bệnh, bảo vệ cây trồng, đảm bảo cung cấp lương thực, thực phẩm cho

nhu cầu ngày càng tăng của xã hội Bên cạnh đó không làm ảnh hưởng đến con người và môi trường, không làm biến đổi hệ sinh thái

2 Nguồn gốc:

TTS sinh học sử dụng các tác nhân sinh học như vi khuẩn, virus, vi nấm, tuyến trùng Chúng được nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men công nghiệp để tạo ra những chế phẩm có chất lượng cao, có khả năng phòng trừ các loại sâu bọ gây hại cây trồng nông lâm nghiệp

Thành phần giết sâu có trong thuốc thường là các chất do sinh vật tiết ra( thường là kháng sinh),các chất có trong cây cỏ(là chất độc hoặc dầu thực vật)hoặc từ bản thân các sinh vật( nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng ) Với các thành phần trên thuốc trừ sâu sinh học có thể chia thành hai nhóm chính là:

 Nhóm thuốc vi sinh: thành phần giết sâu là các sinh vật như nấm, vi khuẩn, virus

 Nhóm thuốc thảo mộc: thành phần giết sâu là các chất độc có trong cây

cỏ hoặc dầu thực vật

a) Ưu điểm:

Ít độc với người và môi trường Các chế phẩm vi sinh vật dùng trừ sâu và dầu thực vật hầu như không độc với người và các sinh vật có ích Do ít độc với các loài thiên địch nên thuốc sinh học bảo vệ được sự cân bằng sinh học trong tự nhiên (cân bằng giữa thiên địch và sâu hại), ít gây tình trạng bùng phát sâu hại

Các thuốc sinh học ít để lại dư lượng độc trên nông sản và có thời gian cách ly ngắn nên rất thích hợp sử dụng cho các nông sản yêu cầu có độ sạch cao như các loại rau, chè… Muốn

có nông sản sạch và an toàn, một biện pháp quan trọng là sử dụng các thuốc sinh học trừ sâu Ngoài ra, các yếu tố sinh học trừ sâu như các vi sinh vật và thực vật thường có sẵn và rất phổ biến ở mọi nơi, mọi lúc, vì vậy nguồn khai thác rất dễ dàng và hầu như vô tận Đồng thời với các chế phẩm được sản xuất theo quy mô công nghiệp, hiện nay người ta vẫn có thể dùng các phương pháp chế biến thô sơ để sử dụng Có thể ra đồng thu thập các sâu bị chết vì nấm bệnh, nghiền nát trong nước rồi phun lên cây để trừ sâu Các cây thuốc lá, thuốc lào, hạt xoan, rễ dây thuốc cá… băm nhỏ và đập nát ngâm lọc trong nước để phun cũng rất có hiệu quả

Ít gây đặc tính kháng thuốc của sâu hại

b) Nhược điểm:

Một số thuốc sinh học, như các thuốc vi sinh thường thể hiện hiệu quả diệt sâu tương đối chậm hơn so với thuốc hóa học

Sự bảo quản và khả năng hỗn hợp của các thuốc sinh học thường yêu cầu điều kiện cũng chặt chẽ hơn

Hiệu quả còn phụ thuộc vào điều kiện sinh thái nơi sử dụng Nhiều tác nhân sinh học như có tính chuyên hóa cao, nên phổ ứng dụng hẹp

Giá thành còn cao chưa phù hợp với một số người tiêu dùng

II Một số loài vi sinh vật được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học.

1 Vi khuẩn Bt Bacillus thuringiensis).

Trực khuẩn sinh bào tử hiếu khí không bắt buộc

Tinh thể độc của Bt mang bản chất Protein và có độc tính cao với rất nhiều loại côn trùng

a) Cách thức gây độc.

Trong quá trình sinh trưởng, vi khuẩn Bt tạo ra 2 nhóm độc tố là độc tố trong và độc tố ngoài Độc tố trong được tạo thành trong tế bào vi khuẩn là chất delta-endotoxin – chất gây độc chủ yếu của vi khuẩn đối với sâu hại Đây là một loại protein ở dạng tinh thể nên còn gọi

là độc tố tinh thể Độc tố tinh thể không tan trong nước mà tan trong môi trường kiềm Trong ruột sâu non bộ cánh vẩy là môi trường kiềm nên vi khuẩn Bt có tác động chủ yếu với nhóm sâu này

Khi sâu ăn phải độc tố tinh thể vào trong ruột có môi trường kiềm, độc tố sẽ hòa tan phá

vỡ màng ruột rồi xâm nhập vào toàn bộ cơ thể, chỉ sau khoảng 5 phút sâu bị tê liệt và ngừng

ăn rồi chết hẳn sau đó 2-3 ngày Độc tố ngoài là chất Beta-endotoxin (độc tố bêta) được tạo thành bên ngoài tế bào trong quá trình sinh trưởng của vi khuẩn với hàm lượng thấp Độc tố bêta tan trong nước nên có thể diệt được nhiều loài sâu hại

Vi khuẩn Bt chủ yếu có tác động vị độc, tức là sâu phải ăn vào trong ruột mới bị nhiễm độc Riêng độc tố bêta có khả năng tiếp xúc, vì vậy chế phẩm Bt nếu chứa nhiều độc tố bêta

sẽ tăng tác động tiếp xúc và diệt được nhiều loài sâu hại hơn Một điều cần lưu ý là vi khuẩn

Bt trong các cơ thể sâu bị nhiễm có thể phát tán lên cây và môi trường rồi tiếp tục lây nhiễm cho những sâu khác, vì vậy sử dụng chế phẩm Bt sẽ làm tăng lượng vi khuẩn có ích trên đồng ruộng, điều chỉnh cân bằng sinh thái theo hướng có lợi, góp phần khống chế lượng sâu hại trong tự nhiên

Vì vậy trong 4 loại độc tố (α, β, γ -exotoxin và δ endotoxin ) thì δ-endotoxin chiếm chủ yếu trên 90% và có khả năng diệt sâu cao nhất

b) Điều kiện sinh trưởng

Vi khuẩn Bt có thể sinh trưởng trong phạm vi nhiệt độ 12-40oC, thích hợp nhất là khoảng 27-32oC Nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh và khô hạn vi khuẩn sinh trưởng kém và mau giảm hiệu lực Sản xuất chế phẩm Bt qua các công đoạn chính là chọn lọc giống và nuôi nhân để đảm bảo số lượng bào tử, tách chiết vào chế tạo thành phẩm Mỗi công đoạn yêu cầu kỹ thuật cao và chặt chẽ, vì vậy chất lượng chế phẩm phụ thuộc rất lớn vào công nghệ sản xuất, thậm chí mỗi mẻ sản xuất chất lượng có thể khác nhau

Ở nước ta, các chế phẩm Bt đã đăng ký phòng trừ nhiều loại sâu hại cây trồng, đặc biệt trên các loại rau và cây ăn quả như sâu tơ, sâu xanh, sâu khoang, sâu đục quả Thuốc trừ sâu

sinh học từ vi khuẩn Bt được coi là một loại thuốc chủ lực trong phương pháp quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) và thực hành nông nghiệp tốt (GAP)

2 Virus

Một số loại virus được sử dụng phổ biến:

a) Nhóm Baculovirus:

 Virus đa diện nhân: Nuclear Polyhedrosis Virus (NPV)

 Virus hạt: Granulosis Virus (GV)

 Virus có thể Protein khác nhau

 Virus không tạo thể vùi

b) Nhóm virus tế bào chất Cytoplasmid Polyhedrosis Virus (CPV)

c) Nhóm Entomopox virus (EV)

d) Nhóm Irido Virus (IV)

e) Nhóm Denso virus (DV)

f) Nhóm RNA

g) Nhóm sigma virus

Virus là tác nhân gây bệnh mang tính chuyên tính có phổ kí chủ riêng ví dụ virus sâu xanh chỉ có thể lây bệnh cho sâu xanh, virus sâu tơ chỉ lây bệnh cho sâu tơ, do đó tên virus gắn liền với tên kí chủ

Virus có một Protein nằm trong lõi DNA được bao bọc bởi 1 lớp vỏ lipoprotein trong đó

có các virion Các virion này được bao quanh bởi 1 tinh thể Protein lưới mắt cáo gọi là thể vùi polyhedrosis Inclustion Body (PIB)

3 Tuyến trùng.

Hiện nay, trên thế giới, ngày càng có nhiều các nghiên cứu về tuyến trùng ký sinh Lĩnh vực này đã trở thành một ngành khoa học chuyên nghiên cứu về trùng ký sinh trên sâu bọ

(entomo- helminthology).

Tuyến trùng là một trong những nhóm sinh vật sống đa dạng nhất Mặc dù về mặt hình thái học, chúng rất đơn giản, nhưng chúng có thể sống ở nhiều môi trường khác nhau, bao gồm ký sinh trên động vật không có xương sống Một con trùng trưởng thành, ước tính bao gồm 1000 thể xoắn và hàng trăm tế bào tạo thành cơ quan sinh sản Về kích cỡ chúng có thể chỉ có 0,3mm, nhưng cũng có thể dài trên 8m

a) Một số loại trùng thường gặp

Heterorhabditis bacteriophorađã ký sinh trên những ấu trùng sâu 36 giờ trước đó,những

ấu trùng khỏe sáng lên nhờ những vi khuẩn cộng sinh

Con non của trùng Mermithidae ký sinh trên lớp biểu bì của ấu trùng muỗi.

Entomopathogenic nematodes (EPN)

Ngoài ra còn có trùng Allantone - matidae, Neotylenchidae, Steinernematidae, Tetradonematidae, Diplogasteridae

b) Cách thức gây độc

Tuyến trùng sống cộng sinh với vi khuẩn khi tìm được vật chủ, tuyến trùng sẽ thâm nhập vào và giải phóng vi khuẩn Vi khuẩn sinh sôi, tiết protein độc, giết chết vật chủ trong vòng

24 - 48 giờ

Chu trình sống của trùng được mô tả như sau:

4 Vi nấm.

Người ta đã biết đến nấm và sử dụng nấm từ thời cổ xưa Theo Quách Mạt Nhược, tác giả

Bộ Trung quốc sử cảo thì người Trung Quốc đã biết ăn nấm từ cách đây 6000-7000 năm

Nghề nấu rượu có sử dụng nấm men và nấm sợi đã xuất hiện ở Trung Quốc từ cách đây

7000-8000 năm Việc sử dụng nấm làm dược liệu (Thần khúc) đã có ở Trung Quốc từ cách

đây 2550 năm Các nấm dùng làm thuốc như Phục linh, Chư linh, Linh chi , Tử linh, Lôi

hoàn, Mã bột, Thiền hoa, Trùng thảo, Mộc nhĩ…đã được ghi trong sáchThần nông bản thảo kinh trong thời gian khoảng năm 100-200 sau Công nguyên.

Ở phương Tây , Ray ( 1684-1704) người Anh, đã căn cứ vào đặc điểm sinh thái là chính

để phân 94 loại nấm thành 4 nhóm khác nhau trong sách Lịch sử thực vật Sau đó là các

nghiên cứu phân loại nấm lớn căn cứ vào hình thái của Magnol (1689), Tournefort (1694) Khi Leewenhoek (1632-1723) làm ra chiếc kính hiển vi phóng đại được 200-300 lần thì người ta bắt đầu chú ý đến các nấm nhỏ hay gọi là vi nấm.Nhà khoa học Italia P.A.Micheli

(1679-1737) là người đầu tiên dùng kính hiển vi để nghiên cứu nấm trong tác phẩm Các chi thực vật mới (Nova Plantarum Genera) xuất bản năm 1729 ông đã nêu lên các bảng phân

loại các chi nấm nhưMucor, Tuber, Aspergillus… Học giả Hà Lan D.C.H Persoon (1761-1836) trong các sách Synopsis Methodica Fungarum vàMycologia Europeae đã đặt cơ sở

cho phương pháp và hệ thống phân loại nấm Học giả Thụy Điển E.M Fries (1794-1878)

đã có nhiều cống hiến trong việc phân loại các nấm lớn Khoảng 100 năm sau đó việc phân loại đa số nấm lớn đều dựa trên nghiên cứu của Fries

Tiến bộ của Sinh học phân tử và kỹ thuật kính hiển vi điện tử đã đem lại một diện mạo mới cho việc nghiên cứu phân loại học và sinh lý học nấm Các thành tựu nghiên cứu đã

được tổng kết khá đầy đủ trong 5 tập sách Giới Nấm (The Fungi) của G C.Ainsworth và

cộng sự (Vol 1, 2.3.4A.4B New York and London: Academic Press, 1963-1973) Năm 1995

đã tái bản lần thứ 8 cuốn Từ điển về nấm (Dictionary of the Fungi) của Ainsworth và Bisby.

Nấm được chia thành 4 ngành (Division, Phylum):

- Ngành Chytridiomycota

- Ngành Zygomycota

- Ngành Ascomycota

- Ngành Basidiomycota

a) Một số loại nấm

Cuvularia sp Đây là vi nấm gặp trong không khí, sợi nấm có vách ngăn và có màu.Soi

dưới kính hiển vi, các sợi nấm có vách ngăn, mà nâu bào tử đính lớn đặc trưng có nhiều vách ngăn, hơi cong, đặc biệt tế bào ở giữa to hơn tế bào bên cạnh