Nghiên cứu biến đổi khí hậu tác động đến sự sinh sản và phát triển của rầy nâu Nilaparvata lugens Stal

Bài viết nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến khả năng sinh sản và các chỉ số phát triển của rầy nâu. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

Kết nghiên cứu khoa học BVTV - Sè 5/2018 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TÁC ĐỘNG ĐẾN SỰ SINH SẢN VÀ PHÁT TRIỂN CỦA RẦY NÂU Nilaparvata lugens Stål (Homoptera: Delphacidae) TRONG ĐIỀU KIỆN PHÕNG THÍ NGHIỆM The Impact of Climate Change on Growth and Development of Brown Planthopper Nilaparvata lugens Stål (Homotera: Delphacidae) under Laboratory Conditions Đào Bách Khoa, Nguyễn Văn Liêm, Hoàng Thị Ngân, Nguyễn Thị Quỳnh Trang, Phạm Nguyễn Thu Huyền Đào Hải Long Viện Bảo vệ thực vật Ngày nhận bài: 04.08.2018 Ngày chấp nhận: 26.09.2018 Abstract Brown planthopper (Nilaparvata lugens Stål) is an insect species that prefers tropical regions with hot temperature and high humidity, so global warming due to climate change impact on their growth and development However, the impacts of the change of temperature, humidity and elevated CO2 on BPH have not been previuosly evaluated in Vietnam The results based on the life tables of BPH showed that the development of BPH population has been affected by different climate change senarios The time of egg and percentage of o hatching egg under scenarios KB2 with condition of temperature, humidity and CO (27 C; 75%; 470 ppm) was o higher than those of scenarios KB1 (23.3 C; 58.6%; 400 ppm) and scenarios KB4 (23,3°C; 58.6%; 400 ppm) The life cycle of BPH under scenarios KB2 was also higher than that of scenarios KB1 and KB4 The life table indexes includes natural increase rate (r), natural increase finite (λ), generation (Ro) multiplication of BPH at scenarios o KB2 and scenarios KB3 (29 C; 75%; 470 ppm) were higher than those in scenarios KB1 and KB4 Keywords: Brown planthopper (Nilaparvata lugens Stål), climate change ĐẶT VẤN ĐỀ Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stål) lồi trùng ưa thích vùng có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam Hơn nữa, việc ấm lên toàn cầu tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) làm thay đổi yếu tố nhiệt độ, ẩm độ, lượng mưa, số nắng tăng hàm lượng CO2 tạo điều kiện thuận lợi cho rầy nâu phát triển Khi nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến sinh trưởng, phát triển bùng phát rầy nâu, tác giả ngồi nước cho rằng: Nhiệt độ thích hợp cho phát triển o trứng trưởng thành 25-30 C (Kalode, 1976) o o Nhiệt đô thấp 15 C cao 30 C khơng thích hợp cho phát triển chúng (Kalode, 1976) Ở vùng ấm áp, vòng đời rầy nâu ngắn so với vùng mát mẻ (Dyck Thomas, 1979) Theo Nguy n Đức Khiêm (1995) thời gian phát dục rầy nâu o vụ mùa với nhiệt độ từ 25-29 C thời gian trứng khoảng 6,5 ngày, rầy non khoảng 13,5-16 ngày, trưởng thành 6-9 ngày, trước đẻ trứng 2,5-3 ngày, vòng đời 26-30 ngày Thời gian sống rầy nâu trưởng thành lứa rầy phụ thuộc vào nhiệt độ Ở điều kiện nhiệt độ cao thời gian sống rầy trưởng thành ngắn có nhiều lứa/vụ ngược lại điều kiện nhiệt độ thấp thời gian sống rầy trưởng thành dài lứa (Nguy n Cơng Thuật, 1989) Ẩm độ cao yếu tố có lợi cho phát triển gia tăng quần thể rầy nâu Ẩm độ 70- 80% điều kiện tối ưu cho chúng phát triển quần thể Những nghiên cứu IRRI cho thấy, ẩm độ từ 50- 60% thuận lợi cho phát triển quần thể rầy nâu (Dyck Thomas 1979) Một số tác giả nghiên cứu rầy nâu ghi nhận bùng phát chúng thường xảy suốt mùa mưa, họ kết luận bùng phát có quan hệ với lượng mưa (Anonymous, 1975) Một số nghiên cứu Indonesia cho thấy, có mối tương quan nghịch số tháng khơ 45 BVTV - Sè 5/2018 Kết nghiên cứu khoa học năm với diện tích thiệt hại rầy nâu gây ra, mơt số tác giả khác lại có nhận xét ngược lại Tuy nhiên, bùng phát rầy nâu lại xảy mùa khơ có lượng mưa thấp (Dyck Thomas, 1979) Tăng hàm lượng CO2 tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển rầy nâu (Prasannakumar cs, 2011) Tuy nhiên, theo tác giả Zeng cs (2012) hàm lượng CO2 tăng lại bất lợi cho phát triển rầy nâu Việc tăng yếu tố nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2 theo kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài ngun Mơi trường IPCC xây dựng nước ta (MONRE, 2012; IPCC, 2009) Vì cần đánh giá kịch sinh trưởng phát triển rầy nâu từ có định hướng phù hợp để quản lý rầy nâu điều kiện biến đổi khí hậu Trong báo này, dẫn liệu khoa học tác động việc tăng nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2 với rầy nầu giới thiệu thảo luận VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu - Quần thể rầy nâu rầy mẫn cảm trì Viện Bảo vệ thực vật (BVTV), giống lúa chuẩn nhi m TN1 (khơng có gen kháng rầy) - Buồng ni sinh học có điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng hàm lượng CO2 theo kịch biến đổi khí hậu thiết lập để nuôi sinh học rầy nâu 2.2.Phƣơng pháp - Phương pháp nuôi rầy nâu + Rầy nâu ni buồng ni sinh học có điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2 theo kịch ghi bảng Bảng Điều kiện nhiệt độ, hàm lƣợng CO2 ẩm độ theo kịch biến đổi khí hậu Bộ TN&MT (2012) IPCC (2009) Kịch Điều kiện Nhiệt độ Hàm lượng CO2 Ẩm độ KB1 (hiện tại) 23,3 ± 2,1 400 ± 25 58,6 ± + Sử dụng ống thí nghiệm có đường kính cm x chiều cao 15 cm) đặt dảnh lúa TN1 giai đoạn bắt đầu đẻ nhánh (15-17 ngày tuổi) để nuôi rầy nâu Thu trứng cách thả rầy nâu chửa vào ống nuôi mô tả cho rầy đẻ trứng khoảng giờ, sau chuyển rầy nâu chửa Thời gian theo dõi trứng nở lần/ngày dùng bút lông chuyển cá thể rầy non nở sang ống nuôi để nuôi cá thể Thức ăn nuôi rầy nâu dảnh lúa giống TN1 giai đoạn bắt đầu đẻ nhánh thay ngày lần Rầy nâu chuyển tuổi ghi nhận rầy lột xác Ngay sau rầy hóa trưởng thành, tiến hành ghép cặp rầy nâu đực với rầy nâu ống thí nghiệm để chúng giao phối nhằm phục vụ việc xác định sức sinh sản rầy Để tính số lượng trứng đẻ theo dõi tỷ lệ nở hàng ngày phải chuyển rầy đẻ sang ống Các ống tiếp tục nuôi để theo dõi trình phát triển rầy non lúc hệ trưởng thành xuất thực việc theo dõi ngày lần vào thờ 46 KB2 (2050) 27 ± 0,5 470 ± 75 ± KB3 (2050) 29 ± 0,5 470 ± 75 ± KB4 (2100) 32 ± 0,5 570 ± 75 ± BVTV - Sè 5/2018 Kết nghiên cứu khoa học Kết bảng cho thấy điều kiện kịch khí hậu khác có ảnh hưởng nhiều đến tỷ lệ trứng nở, cao KB2 (96,22%) tỷ lệ thấp điều kiện KB4 (93,10%) Thời gian phát dục rầy non KB4 ngắn khoảng 14,59 ngày có khác biệt so với ba kịch lại KB1 có thời gian phát dục rầy non dài khoảng 15,03 ngày Theo kết nghiên cứu Nguy n Huy Thọ Nguy n Công Thuật (1989) cho thấy thời gian rầy non điều kiện khí hậu miền Nam 14,14 ngày Tỷ lệ rầy lột xác KB2 cao đạt 47,44 % có khác biệt so với điều kiện KB1 KB4 tương ứng với 46,38 ngày 39,32 ngày, điều kiện KB3 khơng có khác biệt so với ba kịch lại tương ứng với 47,05 ngày Thời gian tiền đẻ trứng rầy nâu có sai khác có ý nghĩa điều kiện KB1 KB4 với thời gian tương ứng 2,87 2,63 ngày Trong đó, điều kiện KB2 KB3, khơng có khác biệt tiêu với thời gian tương ứng 2,72 2,70 ngày (Bảng 2) Kết nghiên cứu Nguy n Huy Thọ Nguy n Công Thuật (1989) cho thấy, thời gian tiền đẻ trứng rầy nâu điều kiện miền Nam 3,36 ngày Hình Chỉ số sinh trƣởng phát triển rầy nâu điều kiện kịch BĐKH khác Có khác biệt thời gian sinh trưởng rầy điều kiện KB2 (là 31,57 ngày) so với điều kiện lại.Tuy nhiên, khác biệt khơng rõ rệt so với KB1 (là 29,56 ngày), lại điều kiện KB3 KB4 tương ứng 28,26 27,14 ngày Tương tự, thời gian sinh trưởng rầy đực điều kiện KB1 KB4 có khác 48 biệt tương ứng 26,41 ngày 26,03 ngày Còn điều kiện KB3 thời gian có khác biệt với điều kiện KB KB4, nhiên sai khác không rõ ràng so với KB2 với thời gian tương ứng 27,83 ngày 28,77 ngày Số trứng cá thể rầy đẻ điều kiện KB1 KB2 có khác biệt tương ứng 550,46 Kết nghiên cứu khoa học BVTV - Sè 5/2018 587,46 quả, điều kiện KB4 có sai khác khơng có ý nghĩa so với KB3 tương ứng 508,46 540,46 Theo kết nghiên cứu Prasanakumar cs (2012), điều kiện hàm lượng CO2 cao (570 ppm) có số lượng trứng (324,3 trứng / rầy cái) nhiều so với điều kiện thường có hàm lượng CO2 (380 ppm) có số lượng trứng (231,7 trứng / rầy cái) 2.2 Tác động BĐKH đến số phát triển rầy nâu Xây dựng bảng sống giải pháp mang tính tổng thể để làm sáng tỏ yếu tố biến đổi khí hậu (thay đổi nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2) đến khả phát triển quần thể rầy phòng thí nghiệm liên hệ với thực tế ngồi đồng ruộng để xác định mức độ tác động BĐKH đến bùng phát rầy, từ chủ động tìm biện pháp để phòng ngừa cho lúa tương lai Chỉ số tiềm sinh học (r) (bảng hình 2) có số đạt giá trị cao điều kiện KB2 o (nhiệt độ = 27 C; ẩm độ = 75%, hàm lượng CO2 = 470 ppm) tương ứng 0,115 Tuy nhiên, điều kiện hàm lượng khí CO2 tăng lên KB4 (CO2 = 570 ppm) số r giảm tương ứng 0,078 thấp so với KB1 KB3 với số r tương ứng 0,131 0,130 (bảng hình 2) Bảng Chỉ tiêu sinh học rầy nâu, N lugens Stål, điều kiện nhiệt độ, ẩm độ hàm lƣợng CO2 khác Các thơng số Điều kiện khí hậu KB1 KB2 KB3 Tỷ lệ gia tăng tự nhiên (r) 0,081 ± 0,021 ab 0,115 ± 0,048 Giới hạn gia tăng tự nhiên (λ) 1,011 ± 0,171 ab 1,112 ± 0,122 b 33,86 ± 1.32 a 0,078 ± 0,019 b a 1,028 ± 0.145 ab 1,009 ± 0.010 b 29,28 ± 2,13 29,05 ± 2,17 31,08 ± 3,23 30,54 ± 3,72 b 2,97 ± 0,24 3,27 ± 0.02 ab ab 29,03 ± 2,10 Thời gian hệ (T) thể (DT) 0,092 ± 0,025 a Hệ số nhân hệ (Ro) Thời gian gia tăng gấp đôi quần KB4 a a 3,11 ± 0,08 ab 27,59 ± 1,17 ab 27,32 ± 3,81 ab b b 3,53 ± 0,17 ab Ghi chú: Số liệu tính tốn dựa số liệu giá trị trung bình từ ba lần thí nghiệm lặp lại, a,b Các chữ khác hàng sai khác có ý nghĩa (ANOVA) theo phương pháp Fisher’s LSD (Least Significant Difference) (p=0,05) xử lý phần mền Microsoft Excel Chỉ số giới hạn gia tăng quần thể λ (bảng hình 2) đạt giá trị cao KB2 với giá trị tương ứng 1,112 có khác biệt so với điều kiện KB4 với giá trị tương ứng 1,009 Điều kiện KB1 KB3 số có giá trị tương ứng 1,011 1,028 Chỉ số hệ số nhân hệ, Ro, tổng số sinh sống sót mẹ đẻ có thay đổi có ý nghĩa KB, kiện KB3, KB1 KB4 có sai khác có ý nghĩa với số tương ứng 29,28; 29,03 27,59, điều kiện KB2 có số 33,86 Thời gian hệ, T, tuổi trung bình tất cá thể mẹ điều kiện gia tăng nhiệt độ hàm lượng CO2 thấp so với điều kiện thường KB1 đến KB4 31,8; 30,54; 29,05; 27,32 ngày hàm lượng CO2 nhiệt độ cao có số T ngắn KB2 30,54 KB3 29,05 ngày Điều phù hợp với nghiên cứu rầy nâu nhỏ (Trần Quyết Tâm cs., 2014) nhiệt độ tăng số T giảm Thời gian tăng gấp đôi quần thể, DT, (bảng hình 2) điều kiện KB2 có thời gian ngắn 2,97 ngày, tiếp đến KB3, KB1 KB4 tương ứng 3,11; 3,27 3,52 ngày (bảng hình 2) Cho đến có nghiên cứu bảng sống rầy nâu điều kiện gia tăng nhiệt độ hàm lượng CO2 Ở Việt Nam tác giả Trần Quyết Tâm (2014) nghiên cứu số bảng sống rầy nâu nhỏ điều kiện nhiệt độ khác kết cho thấy số bảng sống gia tăng nhiệt độ tăng Tuy nhiên, nghiên cứu sâu khoang lạc tác giả Rao cs (2014) điều kiện o nhiệt độ nhỏ 20 C số gia tăng tự nhiên (r) giới hạn gia tăng tự nhiên (λ) điều kiện tăng hàm lượng CO2 lớn điều kiện o thường, ngược lại điều kiện nhiệt độ lớn 20 C số điều kiện thường nhỏ điều kiện gia tăng hàm lượng CO2 49 BVTV - Sè 5/2018 Kết nghiên cứu khoa học Hình Chỉ số bảng sống rầy nâu điều kiện kịch BĐKH khác KẾT LUẬN Ở điều kiện (KB1) thời gian, tỷ lệ nở lột xác rầy nâu mức trung bình, KB2 số gia tăng, sau giảm dần điều kiện KB3 KB4 Chỉ số bảng sống bao gồm hệ số nhân hệ (Ro), tỷ lệ gia tăng tự nhiên (r) giới hạn tăng tự nhiên λ gia tăng từ KB1 đến KB2 sau giảm dần điều kiện KB3 KB4, thời gian gấp đôi quần thể (DT) thấp KB2, sau đến KB3, KB1 cao KB4 Từ số sinh sản, phát triển số bảng sống điều kiện phòng thí nghiệm tác động BĐKH có ảnh hưởng đến sinh sản phát triển quần thể rầy nâu Tuy nhiên, việc gia tăng quần thể điều kiện BĐKH (tăng nhiệt độ, ẩm độ hàm lượng CO2) đạt đến ngưỡng định sau rầy nâu suy giảm quần thể TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguy n Văn Đĩnh, 1992 Sức tăng quần thể nhện đỏ hại cam chanh Tạp chí BVTV, 4: 15-18 Nguy n Đức Khiêm, 1995 Một số kết 50 nghiên cứu rầy lưng trắng rầy xám hại lúa Trường đại học Nơng nghiệp I Hà Nội Tạp chí BVTV, 2: 3-5 Trần Quyết Tâm, Trần Đình Chiến, Nguy n Văn Đĩnh, 2014 Gia tăng quần thể rầy nâu nhỏ Laodelphax striatellus Fallen (HOMOPTERA: DELPHACIDAE) Tạp chí Khoa học Phát triển 11(8): 1101-1108 Trần Huy Thọ Nguy n Công Thuật, 1989 Nghiên cứu sinh học, sinh thái rầy nâu Nilaparvata lugens Nam Kết nghiên cứu BVTV 19791980, Viện Bảo vệ thực vật, Nhà xuất Nông nghiệp, trang: 9-14 Nguy n Công Thuật (1989), “Một số kết nghiên cứu rầy nâu Nilaparvata lugens tuyển chọn giống lúa kháng rầy nâu”, Luận văn PTS Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam Birch LC, 1948 The Intrinsic rate of natural increase of an insect population Journal of Animal Ecology.17:15–26 Chi H, Liu H Two new methods for the study of insect population ecology Bull Inst Zool Acad Sin 1985;24:225–240 Dyck V A Thomas B, 1979 The brown planthopper problem in Book of Brown planthopper: Threat to Rice Production in Asia, page: 3-14  ... rầy cái) 2.2 Tác động BĐKH đến số phát triển rầy nâu Xây dựng bảng sống giải pháp mang tính tổng thể để làm sáng tỏ yếu tố biến đổi khí hậu (thay đổi nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2) đến khả phát. .. DELPHACIDAE) Tạp chí Khoa học Phát triển 11(8): 1101-1108 Trần Huy Thọ Nguy n Công Thuật, 1989 Nghiên cứu sinh học, sinh thái rầy nâu Nilaparvata lugens Nam Kết nghiên cứu BVTV 19791980, Viện Bảo... kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài ngun Mơi trường IPCC xây dựng nước ta (MONRE, 2012; IPCC, 2009) Vì cần đánh giá kịch sinh trưởng phát triển rầy nâu từ có định hướng phù hợp để quản lý rầy nâu điều