Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp và ứng dụng pheromone giới tính để quản lý một số loài thuộc bộ Cánh vảy (Lepidoptera) ở Đồng bằng sông Cửu Long

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xác định cấu trúc hóa học pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây (Conogethes punctiferalis), sâu đục thân cây Mai dương (Carmenta mimosa) và nhóm sâu cuốn lá cây có múi (họ Torticidae) gây hại tại ĐBSCL. Xây dựng qui trình tổng hợp và điều chế mồi pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây (Conogethes punctiferalis), theo hướng đơn giản, rẻ tiền, cho hiệu suất cao; phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Cần Thơ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CHÂU NGUYỄN QUỐC KHÁNH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HÓA HỌC, TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG PHEROMONE GIỚI TÍNH ĐỂ QUẢN LÝ MỘT SỐ LOÀI THUỘC BỘ CÁNH VẢY (LEPIDOPTERA) Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: BẢO VỆ THỰC VẬT Mã số ngành: 62 62 01 12 Cần Thơ, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CHÂU NGUYỄN QUỐC KHÁNH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HÓA HỌC, TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG PHEROMONE GIỚI TÍNH ĐỂ QUẢN LÝ MỘT SỐ LOÀI THUỘC BỘ CÁNH VẢY (LEPIDOPTERA) Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: BẢO VỆ THỰC VẬT Mã số ngành: 62 62 01 12 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS LÊ VĂN VÀNG Cần Thơ, 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu NCS Châu Nguyễn Quốc Khánh với hướng dẫn PGS TS Lê Văn Vàng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình luận án tiến sĩ khác Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS.TS LÊVĂN VÀNG CHÂU NGUYỄN QUỐC KHÁNH i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, trước hết cho phép tơi bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Lê Văn Vàng PGS TS Trần Văn Hai tận tình hướng dẫn, động viên lúc gặp khó khăn tạo điều kiện tốt cho suốt q trình thực cơng trình nghiên cứu Đặc biệt, Kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS TS Tetsu Ando hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi phân tích tổng hợp mẫu pheromone luận án phòng thí nghiệm Sinh thái học Hóa chất, trường Đại học Nơng nghiệp Công nghệ Tokyo-Nhật Bản Trân trọng gửi lời cảm ơn đến TS Yutaka Arita định danh sâu đục thân Mai dương, Carmenta mimosa TS Utsugi Jinbo, Bộ môn Động vật học, Bảo tàng Khoa học Tự nhiên Quốc gia Nhật Bản hỗ trợ việc định danh mẫu ngài sâu có múi Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Nông nghiệp Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ Đặc biệt quý Thầy, Cô anh chị Bộ môn Bảo vệ Thực vật, người giảng dạy, chia sẻ kinh nghiệm giúp đỡ cho suốt trình học tập thực đề tài Tôi xin thành thật cảm ơn chị: Trịnh Thị Xuân, Đinh Thị Chi, bạn: Liễu Triều Tiến, Lâm Minh Đăng, Hồ Như Thủy, em: Nguyễn Tiến Anh, Dương Kiều Hạnh, Nguyễn Thị Ngọc Nghĩa, Huỳnh Đức Hưng, Trần Văn Hiếu, Nguyễn Thị Ngân Giang, Nguyễn Phước Hậu khóa Cao học Đại học chuyên ngành Bảo vệ Thực vật, Trường Đại học Cần Thơ nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ thực số nội dung nghiên cứu có liên quan đến đề tài Xin chân thành cảm ơn chị Trần Thị Mỹ Hạnh, anh Nguyễn Thành Hiếu,chị Quan Thị Ái Liên, chị Trần Thị Thanh Thủy, bạn bè bạn Nghiên cứu sinh Trường Đại học Cần Thơ giúp đỡ động viên suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin dâng lên ba, mẹ sinh thành nuôi dưỡng con, ba mẹ vợ, cậu mợ giúp đỡ tạo điều kiện cho xin chia sẻ niềm vui đến vợ thương yêu ủng hộ suốt thời gian thực luận án Cần Thơ, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Châu Nguyễn Quốc Khánh ii TÓM LƯỢC Đề tài: “Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp ứng dụng pheromone giới tính để quản lý số loài thuộc Cánh vảy (Lepidoptera) ĐBSCL” thực từ năm 2011 đến năm 2015 đạt kết sau: Kết phân tích GC-EAD GC-MS mẫu pheromone ly trích từ ngài thơ qua dẫn suất (DMDS xà phòng hóa) xác định thành phần cấu trúc hóa học pheromone giới tính 05 lồi thuộc Cánh vảy (Lepidoptera) ĐBSCL Trong đó, pheromone giới tính Carmenta mimosa hợp chất (3Z,13Z)-3,13-octadecadienyl acetate (Z3,Z13-18:OAc); pheromone giới tính Archips atrolucens gồm hợp chất tetradecyl acetate (14:OAc), (E)-11tetradecenyl acetate (E11-14:OAc) (Z)-11-tetradecenyl acetate (Z11-14:OAc) tỷ lệ 1:1:2; pheromone giới tính Adoxophyes privatana gồm Z11-14:OAc (Z)-9-tetradecenyl acetate (Z9-14:OAc) tỷ lệ 9:1; pheromone giới tính Homona tabescens gồm hợp chất Z11-14:OAc (Z)-9-dodecenyl acetate (Z912:OAc) tỷ lệ 9:1; pheromone giới tính Conogethes puctiferalis gồm hợp chất (E)-10-hexadecenal (E10-16:Ald) (Z)-10-hexadecenal (Z10-16:Ald) tỷ lệ phối trộn 9:1 Các hợp chất E10-16:Ald Z10-16:Ald tổng hợp thành công đường tổng hợp thông qua phản ứng Wittig phản ứng bắt cặp, sử dụng hợp chất 1,10-decanediol làm chất phản ứng ban đầu Trong đó, đường tổng hợp thông qua phản ứng bắt cặp tổng hợp chọn lọc cấu hình nối đơi Đánh giá ngồi đồng cho thấy mồi pheromone giới tính tổng hợp cho hiệu hấp dẫn cao đối tượng nghiên cứu Kết khảo sát diễn biến mật số quần thể thể trưởng thành C mimosa, A atrolucens, A privatana, H tabescens C punctiferalis diện quanh năm với cao điểm mật số thay đổi tùy theo lồi Trong đó, C mimosa diện chủ yếu vào nửa cuối tháng 08 dl đến nửa đầu tháng 01 dl, cao điểm vào giai đoạn từ tháng 12 dl đến đầu tháng 01 dl; loài A atrolucens, A privatana H tabescens xuất nhiều từ cuối tháng 11 dl đến đầu tháng 05 dl; cao điểm mật số C punctiferalis xảy vào thời gian ký chủ hoa Đặt 16 bẫy pheromone/1.000 m2 cho hiệu làm giảm tỷ lệ trái bị hại vườn ổi C punctiferalis tương đương với biện pháp xử lý thuốc trừ sâu theo nông dân thời điểm từ 1,5-2,5 tháng Trong đặt hợp chất (E)-10-pentadecenal (E10-15:Ald) (16 tuýp/1.000 m2, mg/tuýp) cho hiệu thấp so với đặt bẫy pheromone xử lý theo nông dân tất thời điểm ghi nhận Từ khóa: Adoxophyes privatana, Archip atrolucens, Carmenta mimosa, Conogethes punctiferalis, Homona tabescens, pheromone giới tính (E)-10pentadecenal iii SUMMARY The research "Chemical structure Determination, syntheses and application of sex pheromones for management some Lepidopterous insect species in the Mekong Delta of Vietnam" had carried out from 2011 to 2015 The results are as follows: GC-EAD and GC-MS analyses of crude pheromone extracts and their derivatives (DMDS adduct and saponification) identified the sex pheromone of 05 species of Lepidopteran in the Mekong Delta Among those, the sex pheromone of Carmenta mimosa was (3Z,13Z)-3,13-octadecadienyl acetate (Z3,Z13-18:OAc) compound; the sex pheromone of A atrolucens was comprised of tetradecyl acetate (14:OAc), (E)-11-tetradecenyl acetate (E11-14:OAc) and (Z)-11-tetradecenyl acetate (Z11-14:OAc) at a ratio of 1:1:2; the sex pheromone of A privatana was Z11-14:OAc and (Z)-9-tetradecenyl acetate (Z9-14:OAc) at a ratio of 9:1; the sex pheromone of H tabescens was Z11-14:OAc and (Z)-9-dodecenyl acetate (Z912:OAc) at a ratio of 9:1; the sex pheromone of C puctiferalis was (E)-10hexadecenal (E10-16:Ald) and (Z)-10-hexadecenal (Z10-16:Ald) at a ratio of 9:1 E10-16:Ald and Z10-16:Ald compounds were successfully synthesized by synthetic routes using 1,10-decanediol as starting reagent and Wittig and coupling as key reactions, in which, the synthetic route with coupling reaction was geometrically selective route for configuration of the double bond In field evaluation, pheromone lures prepared from synthetic pheromone components showed high attraction to adults of C mimosa, A atrolucens, A privatana, H tabescens and C punctiferalis as compared with those of control Monthly trap catch data revealed that the adults of these species appeared throughout the year with the peaks of density varied between species High trap catch of C mimosa was observed from later half of August to early January, especially from December to early January; high trap catches of A trolucens, A privatana and H tabescens were appeared from the end of November to May, while high density of C punctiferalis was recorded at flowering stage of its host plants Trial plot with 16 pheromone traps/1,000 m2 showed efficacy in reducing the damage of C punctiferalis on fruits at 1.5-2.5 months after petal fall which was similar to that of farmer spraying insecticide plot Although the damage of C punctiferalis in trial with (E)-10-pentadecenal (E10-15:Ald) (16 tubes/1,000 m2, mg/septum) was significantly lower than that of untreated plot, the effectiveness of this treatment was lower than those of pheromone or insecticide treatments Key words: Adoxophyes privatana, Archip atrolucens, Carmenta mimosa, Conogethes punctiferalis, Homona tabescens, sex pheromone and (E)-10-pentadecenal iv MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Tóm lược iii Summary iv Mục lục v Danh sách bảng vii Danh sách hình xi Danh mục từ viết tắt xv Chương 1: Giới thiệu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu yêu cầu nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4.3 Những đóng góp luận án Chương 2: Lược khảo tài liệu 2.1 Các hóa chất tín hiệu (Semiochemical) 2.1.1 Allelochemical 2.1.2 Pheromone 2.2 Pheromone giới tính 2.2.1 Định nghĩa 2.2.2 Tính đa dạng cấu trúc thành phần pheromone giới tính Cánh vảy (Lepidoptera) 2.2.3 Một số hydrocarbon pheromone giới tính trùng Cánh vảy (Lepidoptera) 10 2.2.4 Ứng dụng pheromone giới tính 13 2.2.5 Kỹ thuật xác định cấu trúc hóa học pheromone giới tính 19 2.3 Đối tượng nghiên cứu 22 2.3.1 Sâu đục thân Mai dương, Carmenta mimosa Eichlin & Passoa 22 2.3.2 Nhóm sâu có múi (Lepidoptera: Tortricidae) 26 2.3.3 Sâu đục trái, Conogethes punctiferalis Guenée 31 2.4 Sử dụng chiến lược đẩy-kéo quản lý sâu hại 38 2.5 Tổng hợp pheromone mạch thẳng số côn trùng thuộc Cánh vảy 38 2.5.1 Tổng hợp pheromone ngài sâu tơ, Plutella xylostella (Lepidoptera: Yponomeutidae) 39 2.5.2 Tổng hợp pheromone sâu đục vỏ trái, Prays sp (Lepidoptera: Yponomeutidae) 39 2.5.3 Tổng hợp pheromone sâu xám, Agrotis ipsilon (Lepidoptera: Noctuidae)40 2.5.4 Tổng hợp pheromone sâu đục thân khoai lang, Omphisa anastomosalis (Lepidoptera: Crambidae) 41 v 2.6 Các phản ứng hóa học hữu 41 2.6.1 Phản ứng ankyl helogenua 41 2.6.2 Phản ứng oxy hóa 41 2.6.3 Phản ứng acetyl hóa 42 2.6.4 Phản ứng bắt cặp acetylene 42 2.6.5 Phản ứng ester hóa 42 2.6.6 Phản ứng Wittig 42 Chương 3: Vật liệu phương pháp 44 3.1 Vật liệu thí nghiệm 44 3.1.1 Thời gian địa điểm 44 3.1.2 Dụng cụ thiết bị 44 3.1.3 Hóa chất 45 3.1.4 Nguồn ngài 46 3.1.5 Mồi hấp dẫn, tuýp quấy rối, bẫy pheromone cách treo 46 3.2 Phương pháp 48 3.2.1 Xác định cấu trúc hóa học pheromone giới tính 48 3.2.2 Qui trình tổng hợp hợp chất E10-16:Ald Z10-16:Ald, thành phần pheromone giới tính sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis 53 3.2.3 Sinh trắc nghiệm đồng 57 3.2.4 Số liệu khí tượng thủy văn 81 3.2.5 Xử lý số liệu 81 Chương 4: Kết thảo luận 83 4.1 Xác định thành phần cấu trúc hóa học pheromone giới tính số lồi thuộc Cánh vảy (Lepidoptera) 83 4.1.1 Pheromone giới tính ngài sâu đục thân Mai dương, C mimosa 83 4.1.2 Pheromone giới tính nhóm sâu có múi (Tortricidae) 85 4.1.3 Pheromone giới tính ngài sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis 94 4.2 Tổng hợp thành phần pheromone giới tính C punctiferalis: (E)-10hexadecenal (Z)-10-hexadecenal 99 4.2.1 Con đường thông qua phản ứng Wittig 99 4.2.2 Con đường phản ứng chọn lọc cấu hình 104 4.3 Nghiên cứu ứng dụng pheromone giới tính tổng hợp điều kiện ngồi đồng 110 4.3.1 Sâu đục thân Mai dương, Carmenta mimosa 110 4.3.2 Nhóm sâu có múi (Tortricidae) 123 4.3.3 Sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis 132 Chương 5: Kết luận đề nghị 155 5.1 Kết luận 155 5.2 Đề nghị 156 Danh mục cơng trình cơng bố 157 Tài liệu tham khảo 158 Phụ lục vi DANH SÁCH BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 Cấu trúc hóa học kiểu pheromone (Lê Văn Vàng, 2009) 3.1 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng Z3,Z13-18:OAc; Z3,Z13-18:OH; Z3,Z13-18:Ald E3,Z1318:OAc 59 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu hấp dẫn kiểu phối hợp hai thành phần Z3,Z13-18:OAc Z3,Z13-18:OH 60 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu hấp dẫn Z3,Z13-18:OAc đồng phân hình học Z3,Z1318:OAc 60 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm so sánh hiệu hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp với trưởng thành C mimosa chưa bắt cặp 61 3.5 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm vật liệu dùng làm chất 61 3.6 Địa điểm diện tích bị Mai dương xâm nhiễm 63 3.7 Các nghiệm thứ bố trí thí nghiệm khảo sát khả hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp A atrolucens 64 3.8 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm khảo sát khả hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp A privatana 64 3.9 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm khảo sát khả hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp H tabescens 65 3.10 Đặc điểm vườn cam sành dùng để khảo sát diễn biến mật số quần thể ngài nhóm sâu gây hại có múi (Tortricidae) tỉnh Hậu Giang Tp Cần Thơ 66 3.11 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm đánh giá khả hấp dẫn mồi pheromone giới tính tổng hợp C punctiferalis 67 3.12 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu hấp dẫn kiểu mồi pheromone tổng hợp khác ngài C punctiferalis 68 3.13 Các nghiệm thức thí nghiệm đánh giá hiệu hấp dẫn pheromone liều lượng khác 68 3.14 Các nghiệm thức thí nghiệm đánh giá hiệu hấp dẫn pheromone liều lượng khác so với ngài C punctiferalis 69 Các nghiệm thức thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng E1015:Ald lên khả hấp dẫn ngài C punctiferalis pheromone giới tính tổng hợp 70 Các nghiệm thức thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng hợp chất quan hệ E10-16:OH E10-16:OAc lên khả hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp 71 3.2 3.3 3.4 3.15 3.16 vii 3.17 Các nghiệm thức thí nghiệm khảo sát hiệu quấy rối bắt cặp hợp chất E10-15:Ald SĐT C punctiferalis 72 3.18 Đặc điểm vườn ăn trái dùng để khảo sát diễn biến mật số tỷ lệ gây hại sâu đục trái C punctiferalis 72 3.19 Các nghiệm thức thí nghiệm đợt 1: Đánh giá hiệu phòng trị pheromone C punctiferalis vườn ổi, từ 13/10 11/01/2012 Phong Điền, Tp Cần Thơ 75 Các nghiệm thức thí nghiệm đợt 2: Đánh giá hiệu phòng trị pheromone C punctiferalis vườn ổi xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, Tp Cần Thơ, từ 01/09/2012 đến 30/10/2012 76 3.21 Các nghiệm thức thí nghiệm phòng trị sâu đục trái vườn sầu riêng huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long 78 3.22 Các nghiệm thức bố trí thí nghiệm ứng dụng pheromone giới tính tổng hợp hợp chất quấy rối E10-15:Ald phòng trừ C punctiferalis 81 4.1 Thời gian lưu (phút) cường độ đáp ứng EAG (%) m/z 248 pheromone ly trích hợp chất chuẩn tổng hợp 84 4.2 Thời gian lưu (phút) thành phần pheromone hợp chất tổng hợp phân tích GC-EAD GC-MS 97 4.3 Số lượng ngài C mimosa bị hấp dẫn hợp chất quan hệ khu dân cư Hưng Phú 1, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ 05/3/2013 đến 02/4/2013 110 Thời gian vào bẫy ngài C mimosa KDC Hưng Phú 1, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ 12/3/2013 đến 19/3/2013 (tuần thứ Thí nghiệm 1) 111 Số lượng ngài C mimosa bị hấp dẫn pheromone giới tính tổng hợp phối trộn từ hai hợp chất Z3,Z13-18:OAc Z3,Z1318:OH KDC Hưng Phú 1, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ 05/4/2013 đến 03/5/2013 112 Số lượng ngài bị hấp dẫn hợp chất khác đồng phân hình học (khu dân cư Hưng Phú 1, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ 14/05 đến 11/06/2013 113 Số lượng ngài bị hấp dẫn vào bẫy pheromone giới tính tổng hợp ngài C mimosa KDC Phú An, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ ngày 10/6/2013 đến ngày 08/7/2013 114 Số lượng thành trùng bị hấp dẫn vào bẫy loại vật liệu KDC Hưng Phú 1, quận Cái Răng, Tp Cần Thơ, từ 12/09/2013 đến 28/11/2013 114 Số lượng ngài C mimosa vào bẫy theo thời gian hai đợt đặt bẫy KDC Hưng Phú Hồng Phát, Tp Cần Thơ, từ 20/02/2014 đến 15/05/2014 116 4.10 Số lượng trung bình ngài C mimosa vào bẫy cao Tp Cần Thơ, Vĩnh Long Đồng Tháp, từ 29/07/2013 đến 11/08/2014 121 4.11 Hiệu hấp dẫn pheromone giới tính ngài A atrolucens 122 3.20 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 viii ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CHÂU NGUYỄN QUỐC KHÁNH XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HÓA HỌC, TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG PHEROMONE GIỚI TÍNH ĐỂ QUẢN LÝ MỘT SỐ LOÀI THUỘC BỘ CÁNH VẢY (LEPIDOPTERA). .. hóa học, tổng hợp ứng dụng pheromone giới tính để quản lý số loài thuộc Cánh vảy (Lepidoptera) Đồng sông Cửu Long thực nhằm tạo tiền đề để ứng dụng hóa chất tín hiệu việc quản lý số lồi trùng... thực luận án Cần Thơ, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Châu Nguyễn Quốc Khánh ii TÓM LƯỢC Đề tài: Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp ứng dụng pheromone giới tính để quản lý số loài thuộc Cánh