Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 81 Hơn 60 năm về trước ủó hỡnh thành một lĩnh vực khoa học mới nghiờn cứu về cỏc tuyến và cỏc chất nội tiết ở cụn trựng - Nội tiết học cụn trựng. Cỏc chất do tuyến nội tiết sinh ra gọi là hoúcmụn. Hoúcmụn ủược hiểu là cỏc chất cú hoạt tớnh sinh lý ủặc biệt do tuyến nội tiết sinh ra, chuyển thẳng vào mỏu và tỏc ủộng lờn cỏc cơ quan khỏc cũng như cỏc quỏ trỡnh sinh lý trong cơ thể tiết ra chất ủú. Wigglesworth là người ủầu tiờn phỏt hiện ra hoúcmụn trẻ (hoúcmụn juvelin) ở bọ xớt Rhodnius và ủi ủầu trong nghiờn cứu hoúcmụn cụn trựng.Hoúcmụn tham gia ủiều hoà chức năng cơ thể, khụng tỏc ủộng lờn cỏc cỏ thể khỏc. đến nay ủó chứng minh rằng sự thay ủổi ủa dạng trong quỏ trỡnh phỏt triển cỏ thể và biến thỏi xảy ra ở cụn trựng ủược ủiều hoà một cỏch chớnh xỏc bởi 3 hoúcmụn: hoúcmụn nóo, hoúcmụn lột xỏc (ekdixon) và hoúcmụn trẻ (hoúcmụn juvelin).
Năm 1956, hoúcmụn ủầu tiờn ở cụn trựng ủược chiết suất từ phần bụng con ủực loài bướm H. cecropia cú hoạt tớnh rất cao của hoúcmụn trẻ. Năm 1961 từ phõn của mọt bột T. molitor tỡm thấy chất farnesol cú hoạt tớnh của hoúcmụn trẻ. Năm 1965 ủó tỡm thấy trong phần gỗ của một số cõy lỏ hỡnh kim chất juvabion. Năm 1966 ủó phỏt hiện ra cỏc chất steroid cú cấu trỳc giống hoúcmụn lột xỏc ở bọ xớt P. apterus.
Ngày càng phỏt hiện ủược nhiều hợp chất tự nhiờn và tổng hợp cú hoạt tớnh như hoúcmụn trẻ. Cỏc chất này gọi là chất tương tự hoúcmụn trẻ. Ngoài ra cũn phỏt hiện ủược những chất chống tỏc ủộng của hoúcmụn trẻ (precocene) hay của cỏc hợp chất sinh lý khỏc. Tất cả cỏc chất này gọi là nhúm chất ủiều hũa sinh trưởng cụn trựng. Như vậy, chất ủiều hoà sinh trưởng cụn trựng là cỏc hợp chất tự nhiờn hoặc tổng hợp tham gia vào ủiều hoà cỏc quỏ trỡnh sinh trưởng & biến thỏi ở cụn trựng.
Williams, khi chiết suất ủược hoúcmụn ủầu tiờn (1956), ủó ủề xuất sử dụng hoúcmụn như một loại thuốc trừ sõu, ụng viết: ỘHoàn toàn cú thể tin tưởng rằng sau khi xỏc ủịnh ủược cấu trỳc hoỏ học và tổng hợp ủược hoúcmụn thỡ cú thể sử dụng nú rộng rói như một thứ thuốc trừ sõuỢ. Tuy nhiờn, ủiều này mói tới năm 1966 mới ủược chứng minh trờn bọ xớt P. apterus. Năm 1967, cũng chớnh Williams ủưa ra thuật ngữ thuốc trừ sõu thế hệ thứ 3 ủể chỉ những chế phẩm từ hoúcmụn trẻ hay hoúcmụn khỏc của cụn trựng và cỏc chất tự nhiờn hay tổng hợp cú tỏc dụng như hoúcmụn trẻ dựng ủể trừ cụn trựng hại (Coppel et al., 1877; Slama et al., 1966; Williams, 1967).
Tuy vậy, khả năng thực hiện ủiều hũa sinh trưởng ở cụn trựng dựa vào tỏc ủộng húa học ủịnh hướng lờn hệ nội tiết chỉ ủược hộ mở sau khi tỡm thấy những cơ chế tự bảo vệ của cõy chống lại sõu hại. Một số cõy khụng bị cụn trựng phỏ hại vỡ cú chứa nhiều chất cú hoạt tớnh như hoúcmụn trẻ, hoúcmụn lột xỏc (Slama et al., 1966; Takemoto et al., 1967). Từ những mẫu hỡnh này ủó chiết suất, tạo ủược cỏc chế phẩm khỏc cấu trỳc húa học với hoúcmụn cụn trựng nhưng cú hoạt tớnh của hoúcmụn. Những chất này gọi là chất tương tự hoúcmụn. Cú 3 nhúm chất tương tự hoúcmụn cụn trựng: chất tương tự hoúcmụn trẻ (juvenoid) chất tương tự hoúcmụn lột xỏc (ekdizoid) và chất chống tỏc ủộng của hoúcmụn trẻ (precocene).
Cỏc chất tương tự hoúcmụn cụn trựng cú liều lượng (nồng ủộ) sử dụng rất thấp. Cỏc chế phẩm từ chất ủiều hũa sinh trưởng cụn trựng cú tớnh an toàn cao. Cho ủến bõy giờ, cỏc tài liệu ủó cụng bố ủều khẳng ủịnh cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ núi chung khụng ủộc cấp tớnh, khụng ủộc món tớnh ủối với ủộng vật, cỏc sinh vật khụng phải là ủối tượng tỏc ủộng. Cỏc chế phẩm này phõn hủy rất nhanh trong mụi trường. Tuy nhiờn, khi sử dụng nhúm húa chất này ủể phũng chống cụn trựng cũng gặp khỏ nhiều khú khăn. Một khú khăn lớn là thời gian mẫn cảm với chất ủiều hũa sinh trưởng của cụn trựng rất ngắn, chỉ 2-3 ngày. Xử lý chế phẩm khụng ủỳng vào thời gian này thỡ hoàn toàn khụng cú hiệu quả. Khụng thể dựng cỏc chế phẩm từ chất ủiều hũa sinh trưởng cụn trựng ủể dập dịch ủược. Giỏ thành sản xuất cỏc chế phẩm này cũn cao nờn khụng kinh tế. Sau một thời gian sử dụng, ủó nhanh chúng hỡnh thành
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 82 tớnh chống cỏc chất ủiều hoà sinh trưởng ở một số loài cụn trựng. Tớnh chống chộo ủối với cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ ủó ghi nhận ủược ở mọt T. castaneum, sõu xanh H. virescens. Sõu tơ cũng nhanh chúng xuất hiện tớnh chống với cỏc chế phẩm từ chất ủiều hũa sinh trưởng như Atabron, Dimilin, Nomolt, Hexaflumron,... (Fahmy et al., 1990; Fauziah et al.,1990; Kobayashi et al., 1990; Rao, 1983).
2. Nguyờn lý tỏc ủộng của cỏc chất tương tự hoúcmụn cụn trựng
Sử dụng cỏc chất này ủể phũng trừ cụn trựng hại dựa trờn nguyờn lý gõy phỏ vỡ cõn bằng hoúcmụn bằng cỏch xử lý cỏc chế phẩm vào giai ủoạn mà nồng ủộ hoúcmụn riờng ở chớnh cụn trựng hại ủang ở mức thấp cực tiểu. Từ ủú dẫn ủến những phỏ vỡ tương ứng của cỏc quỏ trỡnh biến thỏi, lột xỏc, ủỡnh dục hoặc phỏt triển hệ sinh sản. Cuối cựng dẫn ủến sự chết hay bất dục. Bất cứ nhúm nào trong cỏc chất tương tự hoúcmụn cũng ủều cú thể dựng ủể trừ sõu hại ủược. Nhưng triển vọng hơn ủể ứng dụng trong thực tế cho ủến nay thỡ ủều thuộc nhúm chất tương tự hoúcmụn trẻ. Vỡ nhúm này cú cụng thức cấu tạo húa học tương ủối ủơn giản, quỏ trỡnh tổng hợp khụng phức tạp, cú tớnh ưa mỡ tạo ủiều kiện dễ dàng xõm nhập qua tầng cutin vào cơ thể cụn trựng.
Cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ cú hoạt tớnh sinh học cao, cú khả năng phỏ huỷ, làm giỏn ủoạn sự phỏt triển của cụn trựng với liều lượng sử dụng là phần mười, phần trăm microgram/1 cỏ thể cụn trựng hoặc ở nồng ủộ sử dụng là vài phần triệu cho trong mụi trường thức ăn nuụi sõu. Chất farnesol ở nồng ủộ 0,0001% ủó gõy chết ấu trựng muỗi Culex. Liều lượng kỡm hóm ID50 của chế phẩm altozar ủối với sõu non bướm trắng Mỹ H. cunea chỉ là 0,0001 microgram/1 cỏ thể (Lewallen, 1964; Sazonov et al., 1979).
Cỏc chất tổng hợp tương tự hoúcmụn trẻ cú tớnh chọn lọc rất cao ủối với từng nhúm cụn trựng. Cụn trựng bộ cỏnh vảy Lepidoptera mẫn cảm cao với cỏc chất kiểu hoúcmụn cecropia; cụn trựng họ Pyrrhocoridae mẫn cảm với cỏc chất tương tự hoúcmụn thuộc nhúm peptid hay juvabion.
3. Kết quảứng dụng
Những thớ nghiệm ủầu tiờn dựng cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ ủược Williams tiến hành năm 1960 trờn ấu trựng muỗi Culex khụng thành cụng. Sau ủú khỏ nhiều thớ nghiệm ủối với ấu trựng muỗi ủược tiến hành. Retnakaran và nnk (1974) là những người ủầu tiờn tiến hành dựng Metopen trong phũng chống sõu hại cõy rừng.
Tại Liờn Xụ cũ tiến hành thớ nghiệm dựng chất tương tự hoúcmụn với bọ xớt E. integriceps. Sau 7-8 thỏng sau xử lý mới thấy cú dấu hiệu ảnh hưởng lờn ấu trựng. Sau 5 năm, những cỏ thể cú sự phỏ vỡ hỡnh thỏi kể cả hiệu quả chậm mới ủạt tỷ lệ 93-95%. Thớ nghiệm bằng chế phẩm altozar với bướm trắng Mỹ cho kết quả tương tự như với bọ xớt E. integriceps. đó thử 20 chất tương tự hoúcmụn trẻ ủối với bọ cỏnh cứng sọc L. decemlineata hại khoai tõy. Trong ủú, ủỏng chỳ ý là chế phẩm altozar và altocid. Thế hệ sau bọ trưởng thành giảm 93,1% so ủối chứng (Sazonov et al., 1979). Cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ nhúm peptidic cho hiệu quả 100% ủối với bọ xớt D. cingulatus, mọt B. chinensis, T. castaneum, P. interpunctella. Chế phẩm hydroprene cú nhiều triển vọng phũng chống bọ hà C. formicarinus ở ấn độ. Một số chế phẩm thương mại như altosid (methopren), kinoprene, altozar (Rao, 1983).
Trong cỏc chất chất ủiều hoà sinh trưởng ủó ủược sử dụng, dimilin là chất cú khả năng tỏc ủộng ủối với tất cả cỏc giai ủoạn phỏt triển cỏ thể của cụn trựng. đõy là ưu thế của dimilin so với cỏc chất tương tự hoúcmụn trẻ khỏc. Dimilin ức chế quỏ trỡnh sinh tổng hợp kitin cú hiệu quả cao ủối với sõu non tuổi nhỏ. Dimilin cú hiệu quả cao với sõu xanh bướm trắng P. brassicae, sõu xỏm bắp cải M. brassicae, sõu xanh H. armigera. Dimilin cú tỏc dụng diệt trứng cỏc loài sõu hại rừng như O. brumata, D. pini, P. dispar, L. monacha, S. littoralis. Dimilin xử lý nhộng làm xuất hiện những
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 83 trưởng thành cũi cọc kộm sức sống. Tỏc ủộng ủến trưởng thành cú thể phỏ vỡ cỏc chức năng sinh sản (giảm khả năng ủẻ trứng, bất dục một phần hoặc bất dục hoàn toàn). Với liều lượng sử dụng là 350 g/ha, chế phẩm dimilin hoàn toàn khống chế ủược sự phỏt triển quần thể sõu ủục quả tỏo tõy C. pomonella (Sazonov et al., 1979).
CÂU HỎI ễN TẬP
1. Gọi tờn cỏc biện phỏp canh tỏc cú ý nghĩa phũng chống dịch hại và phõn tớch vai trũ của những biện phỏp ấy ủối với ứng dụng BPSH
2. Cõy chuyển gen là gỡ ? Vai trũ của cõy chuyển gen ủối với BPSH 3. Vai trũ của giống chống chịu sõu bệnh với biện phỏp sinh học?
4. Nờu cỏc thành tựu chớnh trong nghiờn cứu ứng dụng chất cú hoạt tớnh sinh học cao (chất ủiều hoà sinh trưởng, chất dẫn dụ sinh họcẦ) ủể phũng chống sõu hại?
Tài liệu tham khảo chớnh
1. Barton K., Whiteley H., Yang N.S. Bacillus thuringiensis δ-endotoxin in transgenic Nicotiana tabacum provides resistance to lepidopteran insects. Plant Physio. 85, 1103-1109. 1987.
2. Cheremisinov N.A. Obschaia patologia rastenii. Izdatelstvo Vưshaia shkola, Moskva. 1973.
3. Coppel H.C., J.W. Mertins. Biological Insect Pest Suppression. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York. 1977.
4. Dunwell J.M. Transgenic approaches to crop improvement. J. Exp.Bot., 51,487- 496. 2000.
5. George D.A., Mc Donough L.M. Multiple sex pheromones of the codling moth,
Laspeyresia pomonella (L.). Nature, No 5367, 109. 1972.
6. Gonsalaves D. Control of papaya ringspot virus in papaya: a case study. Ann.Rev.Phytopath., 36,415-437. 1998.
7. Inscoe M. N., Leonhardt B. A., Ridgway R. L. Commercial availability of insect pheromones and other attractants. In: Behaviour modifying chemicals for insect pests management (ed. Ridgway et al.). New York, pp. 631-715. 1990.
8. Juma C., Gupta A. Safe use of biotechnology. In: Biotechnology for developing country agriculture: Problem and Opportunities, 2020 Vision, Focus 2 (ed. by G.J. Persley). 1999.
9. Klassen W., Ridway R. L., Inscoe M. Chemical attactants in integrated pest management programs. In:Insect suppression with controlled release pheromone systems.Vol.1,13-130pp. 1982.
10. Kovalev B.G. Isslegovanie polovykh pheromonov nasecomykh vo VNIIBMZR. In: Nauchnye trudy VASKHNIL ỘBiologicheski activnye vechestva v zaschite rasteniiỢ, 18-23 str. 1979.
11. McLaren J.S. The success of transgenic crops in the USA. Pesticde Outlook, 9, 36-41. 1998.
12. Phạm Văn Lầm. Biện phỏp canh tỏc phũng chống sõu bệnh và cỏ dại trong nụng nghiệp. NXB Nụng nghiệp, Hà Nội, 80 tr.1998, 2003 (tỏi bản lần 2).
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 84 13. Phạm Văn Lầm. Kỹ thuật bảo vệ thực vật. Nxb Lao ủộng, Hà Nội. 2005.
14. Liu M. Y. Insect pheromone research and its application in China. Abstracts of the 1st Asia-Pacific Conf. of Entom., Nov.8-13, 1989, Chiang Mai, ThaiLand, p. 48. 1989.
15. Vũ Triệu Mõn, Lờ Lương Tề. Giỏo trỡnh bệnh cõy nụng nghiệp. Nxb Nụng nghiệp. 1998.
16. National Research Council (NRC). Genetically modified pest-protected plants: Science and Regulation. National Academy Press, Washington, p. 33-35. 2000. 17. Ohbayashi N., Shimizu K., Nagata K. Control of diamondback moth using
synthetic sex pheromones. In: Diamondback moth and other crucifer pests. Proceed. Of the 2nd Inter. Workshop Tainan, 10-14 Dec. 1990, Taiwan, p. 99- 104. 1990.
18. Rao P.J. Insect growth regulators in pest management. In: Principles and concepts of integrated pest management (ed. Agarwal et al.). New Delhi, p.42-47. 1983.
19. Sarode S.V. Status of pheromone use for agricultural pest control in India. In: 11th Internat. Congr. Plant Protec. Manila, Lhilippinộ, pp. 267-271. 1987.
20. Sazonov A.P., Pralia I.I. RezulỖtaty polevykh ispytanii gormonalỖnykh preparatov protiv vregnoi cherepashki i americanskoi beloi babochki. In: Biologicheski activnye veschestva v zaschite rastenii. Nauchnye trudy VASKHNIL. Str. 92-96. 1979.
21. Sharma H.C., Sharma K.K., Seetharama N., Ortiz R. Prospects for using transgenic resistance to insects in crop improvement. Elec.J.Biotechnol. Vol. 3, no 2. http://www.ejb.org/ content/vol3/issue 2/full/20. 2000.
22. Sharma H.C., J.H. Crouch, K.K. Sharma, N. Seetharama, C.T. Hash. Application of biotechnology for crop improvement: prospects and constraints. Plant Science, 163: 381-395. 2002.
23. Sharma H.C., K.K. Sharma, N. Seetharama, R. Ortiz. Genetic transformation of crop plants: Risks and opportunities for the rural poor. Current Science, 80(12): 1495-1580. 2001.
24. Sharma H.C., Sharma K.K., et al., Crouch, J.H. Genetic transformation of crops for insect resistance: Potential and Limitations. Critical Review in Plant Sciences 23 (1), 47-72. 2004.
25. Slama K., Williams C.M. Juvenile hormone. V. The sensitivity of the bug, Pyrrhocoris apterus, to a hormonally active factor in american paperpulp. Biol. Bull., 130, p.235-246. 1966.
26. Smetnik A. I. Sastoianie i perspectivy ispolỖzovania pheromonov b borỖbe s karantinnymi vrediteliami v SSSR. In: Biologicheski activnye veschestva v zaschite rastenii. Nauchnye trudy VASKHNIL. Str. 72-33. 1979.
27. Smetnik A.I. The application of insect pheromones in the USSR. Abstracts, 11th Inter.Congr of Plant Protection, Oct. 5-9, 1987. Manila, Philippines. P.114. 1987. 28. Sumakov E. M. 25 let nauki o pheromonakh nasecomykh. Entomol. Oboz., LXV,
4, 859-874. 1986.
29. Tamhankar A. J., Gothi K.K., Rahalkar G.W. Responsiveness of Earias vittella
and Earias insulana males to their female sex pheromone. Ins. Sci. Applica. 10, pp.625-630. 1989.
30. Vaeck M., Reynaerts A., Hofte H., Jansens S., DeBeuckleer M., Dean C., Zabeau M., Van Montagu M., Leemans J. Transgenic plants protected from insect attack. Nature, 327, 33-37. 1987.
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Giỏo trỡnh Biện phỏp sinh học trong Bảo vệ thực vậtẦẦ 85 32. Wilson W.D., Flint, H.M., Daeton, R.W., Fuschhoff, D.A., Perlak, E.J., Armstrong, T.A. Resistance of cotton lines vonatining Bacillus thuringiensis
toxin to pink bollworm (Lepidoptera: Noctuidae) abd other insects. Journal of Entomological Science 34, 415-425.1992.
33. Wright R. H. Metarchons: Insect control through recognition signals. Bull. Atomic Sci., 21(3), p.28-30. 1965