Bài viết này cung cấp những thông tin về đặc điểm hình thái, giải phẫu và sinh học phân tử của loài sâu hại này thu trên cây ngô ở miền Bắc Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
Kết nghiên cứu Khoa học BVTV - Số 2/2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Tiến Viện, 2012 Nghiên cứu đặc điểm sinh học, sinh thái nhện gié Steneotarsonemus spinki Smiley hại lúa biện pháp phòng chống chúng số tỉnh miền Bắc Việt Nam Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Tr 102 - 129 Nguyễn Văn Đĩnh, 2004 Giáo trình nhện nhỏ hại trồng Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội Nguyễn Văn Đĩnh Trần Thị Thu Phương, 2006 Kết nghiên cứu bước đầu nhện gié Tạp chí Bảo vệ thực vật Tr - 14 Nguyễn Văn Huỳnh Lê Thị Sen, 2017 Côn trùng gây hại trồng Nhà xuất Nơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Phạm Văn Kim, 2016 Các bệnh hại lúa quan trọng đồng sông Cửu Long Nhà xuất Nông nghiệp Chandrasena, G.D.S.N., J.D.K.M Jayawardane, S.D Umange and A.D.B.U Gunawardana (2016) Host Range of Panicle Rice Mite Steneotarsonemus spinki Smiley (Acari: Tarsonemidae) in Sri Lanka Univers J Agric Res 4(1): 21-24 Eric McDonald and Ron Ochoa, 2008 Panicle rice mite plant wash collection procedure United States Department of Agriculture Phản biện: TS Nguyễn Thị Nhung ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, GIẢI PHẪU VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ CỦA SÂU KEO MÙA THU HẠI CÂY NGÔ Ở VIỆT NAM Morphology and Molecular Characterisation of Fall Armyworm on Maize in Viet Nam Đào Thị Hằng, Nguyễn Văn Liêm, Phạm Văn Lầm, Nguyễn Thị Thủy, Trần Thị Thúy Hằng, Phạm Duy Trọng Nguyễn Đức Việt Viện Bảo vệ thực vật Ngày nhận bài: 08.5.2019 Ngày chấp nhận: 27.5.2019 Abstract Fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda, native to Americas, has become destructive pest on maize in a number of provinces in northern Viet Nam in 2019 During initial surveys from March to April 2019 conducted by Plant Protection Research Institute, available stages of FAW on maize have been collected in four provinces for examining morphology, adult male and female genitalia, and studying molecular level of mitochondrial cytochrome oxidase subunit (COI) The results indicated that morphology of all stages and adult male and female genitalia conform the published studies The COI sequences of FAW collected in different provinces in Viet Nam and those from India and Costa Ricawere identical Keywords: fall armyworm, molecular, morphology, Spodoptera frugiperda ĐẶT VẤN ĐỀ Sâu keo mùa thu (SKMT) Spodoptera frigiperda (Smith) [Lepidoptera: Noctuidae] Smith Abbot mô tả vào năm 1797 với tên gọi Phalaena frugiperda (Luginbill, 1928) SKMT lồi trùng đa thực, gây hại 186 loài thực vật thuộc 42 họ, họ hòa thảo chiếm 35,5% (Casmuz, 2017) SKMT có nguồn gốc từ 50 vùng nhiệt đới cận nhiệt đới châu Mỹ, ghi nhận loài ngoại lai xâm lấn nhiều quốc gia hầu hết châu lục (CABI, 2019; Early et al., 2018; Goergen et al., 2016) Theo CABI (2019), SKMT có mặt hầu hết vùng khí hậu ấm thuộc châu Mỹ Năm 2016, SKMT xâm nhập bùng phát số lượng ngô miền Tây Trung châu Phi (Goergen et Kết nghiên cứu Khoa học al., 2016) Loài sâu hại ghi nhận lần đầu hại ngô Thái Lan vào năm 2018 (FAO, 2018) Ở Ấn Độ, SKMT ghi nhận gây hại nghiêm trọng ngô vào năm 2018, thiệt hại dao động từ đến 62,5% (Shylesha et al., 2018) Nghiên cứu mức độ sinh học phân tử sử dụng trình từ đoạn gen ty thể COI ứng dụng SKMT (Dumas, 2014, 2015) Trên ngô, giai đoạn sâu non cắn ngang thân cây, giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng SKMT ăn ngô làm trơ phần gân tạo lỗ thủng lớn phiến lá, giai đoạn sinh trưởng sinh thực sâu non hại cờ bắp ngô (Goergen et al., 2015, Shylesha et al., 2018) Thiệt hại sâu keo mùa thu gây ngơ ước tính 20-50% (Early et al., 2018) Có thể sâu hại nghiêm trọng có nguy xâm lấn cao, SKMT nghiên cứu nhiều, đặc biệt thời gian gần Đặc điểm hình thái SKMT nhiều báo nghiên cứu tài liệu hướng dẫn đề cập tới (Passoa, 1991; Sharanabasappa et al., 2018) Đặc điểm hình thái phân sinh dục mô tả chi tiết so sánh với loài khác thuộc giống Spodoptera Spodoptera littoralis, Spodoptera litura, Spodoptera eridania (EPPO, 2015) Ở Việt Nam, sâu keo mùa thu loài sâu hại ngoại lai xâm lấn, ghi nhận từ năm 2008 cỏ thảm vùng Hà Nội (Nguyễn Thị Kim Oanh, Vũ Thị Phượng, 2009) Gần đây, SKMT bùng phát số lượng nhiều vùng trồng ngơ tập trung phía Bắc Kết điều tra tháng năm 2019 cho thấy SKMT xuất gây hại hầu hết tỉnh sản xuất ngô tập trung thuộc đồng sơng Hồng, miền núi phía Bắc, Bắc Trung Trên đồng ngô, sâu non SKMT gây hại từ giai đoạn (sâu non ăn ngô, đục vào nõn, ăn xoắn nõn) đến giai đoạn lớn (sâu non hại hại bẹ thân, đục vào bắp) Cây ngô non bị hại nặng bị chết khơng phát triển khơng trỗ cờ, bắp khơng phòng chống kịp thời Để phục vụ việc giám định, nhận dạng nghiên cứu chuyên sâu làm sở cho việc phòng chống SKMT, báo cung cấp thơng tin đặc điểm hình thái, giải phẫu sinh học phân tử loài sâu hại thu ngô miền Bắc Việt Nam BVTV - Số 2/2019 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm thu thập mẫu Mẫu pha phát dục SKMT thu thập vùng trồng ngô tập trung tỉnh Hà Nội, Vĩnh Phúc, Ninh Bình, Nghệ An 2.2 Phương pháp thu thập bảo quản mẫu Tại địa điểm nghiên cứu, tiến hành quan sát, ngắt ngơ có ổ trứng thu phận ngơ bị hại có sâu nonSKMT Mẫu thu cho vào hộp nhựa có lỗ thống, chuyển phòng thí nghiệm tiếp tục ni để mơ tả đặc điểm hình thái pha phát dục Mẫu sâu non ngâm dung dịch ngâm mẫu tổng hợp Mẫu trưởng thành đực căng cánh, cắm kim sấy theo phương pháp Viện Bảo vệ thực vật (1997) 2.3 Giải phẫu làm mẫu tiêu phận sinh dục trưởng thành đực Bộ phận sinh dục trưởng thành đực SKMTđã thu thập điểm nghiên cứu (bảng 1) làm dung dịch KOH 10%, sau cố định gắn keo đào (Canada balsam) lam kính Mẫu lam phận sinh dục quan sát kính hiển vi Nikon eclipse E400 2.4 Tách chiết DNA, phân tích trình tự gen Tách chiết DNA: Tiến hành tách chiết DNA mẫu SKMT thu từ tỉnh Nghệ An, Ninh Bình, Hà Nội (bảng 1) DNA SKMT tách chiết từ chân trưởng thành mẫu SKMT nhờ sử dụng kít tách chiết DNA QIAamp DNA Micro Kit (QIAGEN Pty Ltd, Australia, Doncaster, VIC) theo hướng dẫn hãng sản xuất Khuyếch đại DNA: Đoạn gen ty thể cytochrome oxidase subunit I (COI) SKMTđược khuếch đại nhờ sử dụng cặp mồi COIf (LCO1490) GGTCAACAAAT CATAAAGATATTGG COIr (HCO2198) TAAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA (Folmer et al., 1994) Thành phần hỗn hợp PCR: Mỗi phản ứng PCR có dung tích 25 µL, gồm có thành phần sau: 0.05 U/mL Taq polymerase đ (GoTaq Flexi DNA Polymerase, Promega Corporation); ì manufacturer’s buffer; mM MgCl2, 0.2 mM dNTPs; and 0.4-0.8 mM each 51 Kết nghiên cứu Khoa học primer Chu trình nhiệt cho phản ứng PCR gồm bước: biến tính ban đầu phút 95 °C; 33 chu trình 45 giây 95 °C; 90 giây 50°C, 120 giây 72°C, kéo dài phút 72°C, sử dụng thiết bị nhân gen Eppendorf Master EP thermal cycler (Eppendorf, Hamburg, Germany) Sản phẩm PCR sau chạy điện di, tinh nhờ sử dụng EXoSAP (Exonuclease I ® (New England Biolabs Inc., Ipswich, Massachusetts, USA) shrimp alkaline phosphatase (Promega)) theo quy trình hãng sản xuất Giải trình tự DNA: Sản phẩm PCR tinh BVTV - Số 2/2019 đọc trình tự AITbiotech Pte Ltd, the Rutherford Science Park 1, 89 Science Park Drive, #01-08, Singapore Trình tự gen thu được phân tích thiết lập phả hệ sử dụng phần mềm MEGA (Tamura et al., 2013) Trình tự đoạn gen ty thể COI mẫu SKMT nghiên cứu đoạn gen tương ứng số loài khác giống Spodoptera ngân hàng gen phân tích, so sánh kết hợp lại để xây dựng phả hệ (maximum likelihood analysis) dựa Kimura 2-parameter model sử dụng phần mềm MEGA6 Bảng Thông tin mã số ngân hàng gen, địa điểm thời gian thu thập mẫu SKMT TT Mã số ngân Thời gian Địa điểm thu thập hàng gen thu thập frugiperdaVIE4 MK913648 Xã Diễn Tân, huyện 9/3/2019 Diễn Châu, Nghệ An frugiperdaVIE3 MK913647 Xã Diễn Tân, huyện 9/3/2019 Diễn Châu, Nghệ An frugiperdaVIE1 MK913645 Xã Văn Phương, 26/3/2019 huyện Nho Quan, Ninh Bình frugiperdaVIE2 MK913646 Xã Thọ An, huyện 28/3/2019 Đan Phượng, Hà Nội Tên mẫu S S S S KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm hình thái sâu keo mùa thu Pha trứng Quan sát đồng ruộng phòng thí nghiệm cho thấy, trứng SKMT đẻ thành ổ Ngoài tự nhiên, trứng đẻ mặt Kinh độ o 18 56’ 57”B o 105 35’ 09” Đ o o 18 56’ 57”B 105 35’ 09” Đ o o 20 16’ 51”B 105 44’ 3” Đ o o 21 07’ 56”B 105 38’ 4” Đ mặt ngô Mỗi ổ trứng có 150 - 300 trứng Bề mặt ổ trứng phủ lớp lông tơ mỏng (các lông cứng phần bụng trưởng thành cái) để bảo vệ Trứng hình cầu, đẻ có màu trắng xanh nhạt, chuẩn bị nở trứng chuyển sang màu đen (hình 1) Hình Trứng sâu keo mùa thu: trứng đẻ (A), trứng chuẩn bị nở (B) 52 Vĩ độ Kết nghiên cứu Khoa học BVTV - Số 2/2019 Sâu non Sâu non SKMT nở có màu trắng với đốm đen, sau chuyển sang màu xanh nhạt đến nâu, nâu tối, đen nhạt, có sọc chạy dọc thể Đặc điểm bật vân hình chữ Y ngược đầu rõ mặt lưng đốt bụng cuối có u màu đen, xếp thành hình vng, rõ, đặc biệt sâu non tuổi lớn Đặc điểm dễ nhận biết điều tra đồng ruộng (hình 2) Hình Sâu non sâu keo mùa thu: (A) sâu non tuổi nhỏ, (B) sâu non tuổi lớn, (C) đầu sâu non Nhộng Nhộng SKMTcó màu nâu bóng, đốt cuối bụng có đơi gai nhọn (hình 3) Hình Nhộng sâu keo mùa thu Trưởng thành Trưởng thành SKMT có màu xám tro đến nâu xám Trưởng thành đực có sải cánh rộng 1015mm, cánh trước màu xám tro với vân sáng màu hình dạng khơng quy củ phần cánh; mép ngồi cánh trước có đường vân sáng màu, gợn hình sóng lượn theo mép ngồi cánh Trưởng thành có sải cánh 11-17mm, vân không rõ ràng bật trưởng thành đực (hình 4) Cánh sau trưởng thành đực có màu vàng nhạt với mép trước mép ngồi cánh tối màu Hình Trưởng thành đực (A) trưởng thành (B) 53 Kết nghiên cứu Khoa học Đặc điểm hình thái pha phát dục SKMT thu ngô miền Bắc Việt Nam nghiên cứu mô tả tương đồng với mô tả nước (CABI 2019, EPPO, 2015) 3.2 Đặc điểm giải phẫu phận sinh dục sâu keo mùa thu Bộ phận sinh dục đực: có van sinh dục rộng, hình gần hình vng, xương đòn ngắn, gai mép van sinh dục hẹp, dài, thẳng, túi BVTV - Số 2/2019 nang cong (hình 5) Bộ phận sinh dục cái: bìu mặt lưng có lỗ nhỏ, chiều cao dài chiều rộng, mép phía thẳng; ống dẫn tinh ngắn, chiều dài ngắn nửa chiều rộng; túi tinh dạng củ, chiều dài ngắn hai lần chiều rộng, có lỗ nhỏ phía gốc túi tinh (hình 6) Đặc điểm giải phẫu phận sinh dục đực SKMT thu thập Việt Nam nghiên cứu trùng khớp với đặc điểm mô tả tài liệu cơng bố giới (EPPO, 2015) Hình Bộ phận sinh dục đực sâu keo mùa thu Hình Bộ phận sinh dục sâu keo mùa thu Những đặc điểm giải phẫu phận sinh dục dặc trưng đủ để kết luận mẫu sâu keo hại ngô thu điểm nghiên cứu sâu keo mùa thu S frugiperda 3.3 Đặc điểm trình tự gen mẫu sâu keo mùa thu Trong nghiên cứu này, DNA SKMT tách chiết đoạn gen ty thể (COI) mẫu sâu keo mùa thu thu thập địa điểm thuộc tỉnh miền Bắc (Nghệ An, Ninh Bình Hà Nội) (bảng 1) khuếch đại thành cơng Kích thước đoạn gen ty thể (COI) mẫu SKMT nghiên cứu bao 54 gồm 658 cặp nucleotide Kết cho thấy trình tự đoạn gen ty thể COI mẫu SKMT S frugiperda nằm nhóm tách biệt với lồi sâu khoang S litura, S littoralis sâu keo da láng S exigua Trình tự đoạn gen ty thể COI mẫu SKMT thu thập ngô tỉnh miền Bắc nghiên cứu tương đồng 100% với với đoạn gen tương ứng mẫu SKMT thu thập ngô Ấn Độ, Costa Rica (GenBank data) (hình 7) Sự tương đồng mẫu SKMT tỉnh Hà Nội, Nghệ An Ninh Bình liên quan tới việc chúng có nguồn du nhập vào Việt Nam Kết nghiên cứu Khoa học BVTV - Số 2/2019 Hình Cây phát sinh chủng loại Maximum Likelihood (ML) vùng gen ty thể (COI) sâu keo mùa thu hại ngô Việt Nam (Các mẫu SKMT thu thập Việt Nam: MK913648, MK913647, MK913645 MK913646) KẾT LUẬN Mẫu SKMT thu thập số vùng trồng ngô miền Bắc Việt Nam tháng năm 2019 loài Spodoptera frugiperda Đặc điểm hình thái pha phát dục đặc điểm giải phẫu phận sinh dục trưởng thành đực mẫu loài SKMT thu ngô nghiên cứu trùng khớp với tài liệu cơng bố giới Trình tự DNA đoạn gen ty thể COI mẫu SKMT thu ngô Việt Nam tương đồng với với trình tự gen đoạn gen tương ứng mẫu SKMT cơng bố ngân hàng gen Các đặc điểm hình thái sâu non, cánh trước trưởng thành đực đặc điểm giải phẫu phận sinh dục đủ để nhận dạng lồi SKMT mà khơng cần tới trình tự DNA đoạn gen ty thể COI TÀI LIỆU THAM KHẢO CABI Datasheet Spodoptera frugiperda (fall armyworm) https://www.cabi.org/isc/datasheet/29810 Casmuz A., M Laura Juárez, M Guillermina Socías, M Gabriela Murúa, Silvina Prieto, Santiago Medina, Eduardo Willink, Gerardo Gastaminza, 2010 Review of the host plants of fall armyworm, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), Rev Soc Entomol Argent 69 (3-4): 209-231 Early R., Murphy S.T and Day R., 2018 Forecasting the global extent of invasive of the cereal pest Spodoptera frugiperda, the fall armyworm NeoBiota doi: 10.3897/neobiota.40.28165 EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization), 2015 PM 7/124 (1) Spodoptera littoralis, Spodoptera litura, Spodoptera frugiperda, Spodoptera eridania Bulletin OEPP/EPPO Bulletin, 45 (3): 410-444 Folmer O., Black M., Hoeh W., Lutz R., Vrijenhoek R., 1994 DNA primers for amplification of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I from diverse metazoan invertebrates Molecular Marine Biology and Biotechnology,3, 294–299 Goergen G., P Lava Kumar, Sagnia B Sankung, Abou Togola, Manuele Tamò, 2016 First Report of Outbreaks of the Fall Armyworm Spodoptera 55 Kết nghiên cứu Khoa học BVTV - Số 2/2019 frugiperda (J E Smith) (Lepidoptera, Noctuidae), a New Alien Invasive Pest in West and Central Africa PLOS ONE 11(10): e0165632 doi:10.1371/ journal.pone.0165632 Passoa S., 1991 Color identification of economically important Spodoptera larvae in Honduras (Lepidoptera: Noctuidae) Insecta Mundi Vol (3-4): 185-195 Nguyễn Thị Kim Oanh, Vũ Thị Phượng, 2009 Thành phần sâu hại cỏ thảm, đặc điểm hình thái, sinh học diễn biến mật độ sâu xanh hại cỏ thảm (Herpetograma phaeopteralis (Guenee) (Lepidoptera: Pyralidae) Hà Nội vụ xuân hè 2008 Báo cáo Khoa học Sinh thái Tài nguyên Sinh vật Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ 3, Hà Nội, 22/10/2009 Nxb Nông nghiệp, Hà Nội: 1490-1498 Sharanabasappa C M Kalleshwaraswamy, Maruthi M.S, and Pavithra H B., 2018 Biology of invasive fall army worm Spodoptera frugiperda (J.E Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) on maize Indian Journal of Entomology, 80(3): 540-543 10 Shylesha A N., Jalali S K, Ankita Gupta, Richa Varshney, Venkatesan T, Pradeeksha Shetty, Rakshit ojha, Prabhu C Ganiger, Omprakash Navik, Subaharan K, Bakthavatsalam and Chandish Ballal, 2018 Studies on new invasive pest Spodoptera frugiperda (J E Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) and its natural enemies Journal of Biological Control, 32(3): 1-7 11 Viện Bảo vệ thực vật, 1997 Phương pháp điều tra sâu bệnh hại trồng nông nghiệp tập Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Phản biện: PGS.TS Khuất Đăng Long XÁC ĐỊNH LOÀI XÂM LẤN SÂU KEO MÙA THU Spodoptera frugiperda (J.E Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) TRÊN CÂY NGÔ TẠI HÀ NỘI VỤ XUÂN NĂM 2019 Identification of Invasive Species Fall Armyworm Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) on Maize in Ha Noi in Spring 2019 1 Trần Thị Thu Phương , Đỗ Nguyên Hạnh , Hồ Thị Thu Giang , Hà Viết Cường Ngày nhận bài: 22/4/2019 Ngày chấp nhận: 31/5/2019 Abstract The major aim of this study is to identify the identity of an invasive insect observed recently on maize in Viet Nam The larvae individuals were collected on maize plants grown in Gia Lam - Hanoi in spring 2019 and then reared in laboratory The identification was done by analyses of the symptoms, the morphological characteristics of developmental phases and adults of 10 male/female pairs and the sequence of the mitochondria cytochrome oxidase subunit I (COI) gene of pupae samples The symptoms and morphological characteristics of this species were matched perfectly with those of Fall armyworm (FAW) Spodoptera frugiperda J.E Smith (Lepidoptera: Noctuidae) The BLAST search indicated the COI sequences of the samples were 100% identical with that of FAW available in the GenBank The COI sequences of the samples were 99.8 -100 % and 98.3 98.6 % sequence identical with those of the R (Rice) C (corn) strains of FAW, respectively Similarly, the COI sequences of the samples contained SacI and AciI sites typical to R (Rice) In the COI tree, the samples were grouped tightly within the R strain cluster of FAW The COI gene analyses and in comparison with the published information of the genetic structure of FAW suggested that the FAW samples collected in Hanoi would be Bộ môn Côn trùng, Khoa Nông học, Học viện Nông interstrain hybrids with RC genotype between R mother nghiệp Việt Nam and C father similar to that in Africa Bộ môn Bệnh cây, Khoa Nông học, Học viện Nông Keywords: Spodoptera frugiperda, R strain, COI, nghiệp Việt Nam maize, Viet Nam 56 ... phận sinh dục sâu keo mùa thu Những đặc điểm giải phẫu phận sinh dục dặc trưng đủ để kết luận mẫu sâu keo hại ngô thu điểm nghiên cứu sâu keo mùa thu S frugiperda 3.3 Đặc điểm trình tự gen mẫu sâu. .. tinh (hình 6) Đặc điểm giải phẫu phận sinh dục đực SKMT thu thập Việt Nam nghiên cứu trùng khớp với đặc điểm mô tả tài liệu công bố giới (EPPO, 2015) Hình Bộ phận sinh dục đực sâu keo mùa thu Hình. .. nhận dạng nghiên cứu chuyên sâu làm sở cho việc phòng chống SKMT, báo cung cấp thơng tin đặc điểm hình thái, giải phẫu sinh học phân tử loài sâu hại thu ngô miền Bắc Việt Nam BVTV - Số 2/2019 PHƯƠNG