2.4.1. Tình hình nghiên cứu về pheromone giới tính sâu tơ
2.4.1.1. Trên thế giới
Ứng dụng pheromone giới tính để quản lý côn trùng gây hại cây trồng đã được nghiên cứu trong vài thập kỷ qua. Đối với một số loài các phương pháp ứng dụng đã được thiết lập và đang được thương mại hóa. Tuy nhiên, các kỹ thuật mới hơn đang được phát triển liên tục, dễ áp dụng hơn, ít tốn kém hơn và hiệu quả hơn thuốc trừ sâu.
Hoạt động của pheromone có thể ảnh hưởng đến việc giao phối bắt cặp của sâu tơ, P. xylostella dẫn đến làm giảm mật số sâu (Sanjaya, 2014).
a. Những công trình nghiên cứu về thành phần hóa học pheromone giới tính sâu tơ
Pheromone của sâu tơ, P. xylostella đã được tiến hành ly trích đầu tiên trên những cá thể cái (Chow et al., 1974). Sau đó Tamaki et al. (1977) đã tiến hành ly trích và xác định thành phần hóa học đầu tiên chỉ gồm hai hợp chất (Z)-11-hexadecenal (Z11-16:Ald) và (Z)-11-hexadecenyl acetate (Z11- 16:OAc). Bên cạnh đó, (Z)-11-hexadecen-1-o1 (Z11-16:OH) được cho là thành phần hỗ trợ giúp tăng cường hiệu quả hấp dẫn của hỗn hợp pheromone giới tính (Ando et al. 1979; Koshihara & Yamada, 1980; Chisholm et al., 1983). Trong khi, Maa et al. (1984) xác định ba thành phần pheromone giới tính của sâu tơ, P. xylostella, (Z) -11-hexadecenal, (Z) -11-hexadecenyl acetate và (Z) -11-hexadecen-1-ol, hấp dẫn thành trùng đực trong phòng thí nghiệm và điều kiện ngoài đồng ở Bắc Đài Loan. Kết quả cho thấy các quần thể ở từng vùng có đáp ứng khác nhau. Ở Hàn Quốc và New Zealand cũng xác định pheromone giới tính của thành trùng sâu tơ gồm ba thành phần là (Z)-11- hexadecenal, (Z)-11 hexadecenyl acetate và (Z)-11-hexadecenol (Suckling et al., 2002; Yang et al., 2007).
Từ những công bố trên cho thấy thành phần pheromone giới tính của sâu tơ, Plutella xylostella gồm hai hoặc ba thành phần (Z)-11-hexadecenal (Z11-16:Ald) và (Z)-11-hexadecenyl acetate (Z11-16:OAc) và (Z)-11- hexadecen-1-o1 (Z11-16:OH) tùy theo quần thể khi phân bố ở các vùng địa lý khác nhau.
b. Những báo cáo về tổng hợp thành phần hóa học của pheromone giới tính sâu tơ
Con đường thông qua nối acetylen được Tamaki et al. (1977) công bố, quy trình cần sử dụng dẫn xuất 1-hexyn, n-Buli, xúc tác Pd/H2 là các tác chất đắt tiền, khó kiếm, khan tuyệt đối là điều kiện quan trọng nhất của phản ứng.
Lựa chọn con đường là phản ứng Wittig, Zong et al. (2011) tổng hợp Z11-16:OH từ hợp chất ban đầu 10-undecen-1-ol, thu được sản phẩm đạt năng suất cao nhưng quy trình cần qua 5 bước thực hiện để hình thành rượu.
c. Khảo sát về tỷ lệ và liều lượng của các thành phần pheromone giới tính tổng hợp sâu tơ
Tỷ lệ thành phần pheromone giới tính tổng hợp và liều lượng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của pheromone. Chính vì thế, có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu về tỷ lệ phối trộn của các thành phần và liều lượng đã được tiến hành trên nhiều quốc gia.
Sau khi Tamaki et al. (1977) xác định thành phần hóa học đầu tiên của sâu tơ, P. xylostella gồm hợp chất (Z)-11-hexadecenal (Z11-16:Ald) và (Z)-11- hexadecenyl acetate (Z11-16:OAc). Các nhà khoa học đã tiến hành phối trộn thành phần hóa học của pheromone giới tính này ở các tỷ lệ khác nhau.
Chow et al. (1977) báo cáo rằng hỗn hợp pheromone giới tính tổng hợp 10 µg hợp chất (Z) -11-hexadecenyl acetate và (Z) -11-hexadecenyl ở tỷ lệ 1:1 đến 3:1 có thể hấp dẫn thành trùng đực hiệu quả và cao hơn 2/3 tương đương với 4 thành trùng cái chưa bắt cặp đối với quần thể sâu tơ, P. xylostella ở Đài Loan. Còn Koshihara et al. (1978) đã tổng hợp và phối chế hai hợp chất này theo tỷ lệ từ 6:4 đến 2:8 đều cho hiệu quả hấp dẫn đối với thành trùng sâu tơ, nhưng ở tỷ lệ 5:5 nồng độ từ 1-10 µg cho hiệu quả cao nhất. Chisholm (1979) báo cáo rằng tỷ lệ 7:3 của hỗn hợp (Z) -11-hexadecenal (Z11-16:AId) và (Z) - 11-hexadecenal acetate (Z11-16: OAc) cho hiệu quả hấp dẫn cao nhất trong điều kiện ngoài đồng. Sự kết hợp hai thành phần Z11-16:Ald và Z11-16:OAc cho hiệu quả cao trong quấy nhiễu thông tin của thành trùng đực ở Canada (Chisholm et al., 1984). Theo Zilahi-Balogh et al. (1995) thử nghiệm ở Indonesia, mồi chứa 2 thành phần Z11-16:OAc và Z11-16:Ald (tỷ lệ 4:6) thu hút thành trùng đực sâu tơ cao nhất nhưng thấp hơn so với mồi là 3-5 thành trùng cái chưa bắt cặp.
Chow et al. (1977) đã đề nghị kết hợp thêm vào hợp chất (Z) -11- hexadecenyl acetate và (Z) -11-hexadecenyl ở tỷ lệ 1:1 với liều lượng 10 µg với (Z)-11-hexadecenoate ở điều kiện ngoài đồng. Kết quả này đã mở ra
hướng nghiên cứu tiếp theo và nhiều công trình nghiên cứu về sự phối hợp này đã được công bố.
Ando et al. (1979) để cải tiến nhằm làm tăng hoạt lực của pheromone giới tính tổng hợp bằng cách bổ sung 1-10% Z11-16:OH trong 10 µg hỗn hợp Z11-16:Ald và Z11-16:OAc. Ở Canada Chisholm (1979) đã tìm ra tỷ lệ phối trộn tối ưu của hỗn hợp 10 µg Z-11-16: Ald, Z-11-16: OAc, Z-11-16: OH (7:3:1). Pheromone giới tính của hỗn hợp Z11-16: Ald, Z11-16: OAc và Z11- 16: OH là 0,01-1 mg, tỷ lệ 5: 5: 0,1 cho hiệu quả nhất (Koshihara & Yamada, 1980; Lin et al., 1982). Chisholm et al. (1983) báo cáo rằng để tăng cường khả năng hấp hẫn của Z11-16: Ald, Z11-16: OAc, Z11-16: OH (7:3:1) bằng cách thêm vào Z9-14: OAc (0,01 µg). Ở Đài Loan, Chow et al. (1983) báo cáo rằng phối trộn hợp chất Z-ll-l6:Ald, Z-ll-l6:OAc và Z-11-16:OH ở tỷ lệ 5:5:0,1 có hiệu quả nhất trong hấp dẫn thành trùng ở điều kiện ngoài đồng. Maa et al
(1984) ghi nhận pheromone của sâu tơ hiện diện tại Đài Loan, Nhật Bản và Canada bị hấp dẫn ở phạm vi phối trộn rộng từ 3:7:0,1 đến 7:3:0,1 (Ald:OAc:OH), đồng thời giảm khả năng hấp dẫn khi nồng độ của Z11-16:Ald càng cao và tỷ lệ 3:7:0,1 được khuyến cáo sử dụng để quản lý sâu tơ gây hại ở vùng cận nhiệt đới. Suckling et al. (2002) cũng cho thấy tỷ lệ phối trộn ở dòng
P. xylostella phân bố tại New Zealand là 6:3:1 đã thu hút lượng thành trùng đực cao hơn 20-47% so với mồi chỉ gồm 2 thành phần (acetate và aldehyde).
Deng et al. (2007) đã nghiên cứu đáp ứng hành vi thực địa của
P.xylostella đực đến các thành phần, tỷ lệ và liều lượng của chất hấp dẫn giới tính tổng hợp ở Trung Quốc. Thử nghiệm ngoài đồng cho thấy rằng khả năng hấp dẫn đã được cải thiện bằng cách bổ sung 0,01% (Z) -9-tetradecenyl acetate vào hỗn hợp ba của (Z) -11-hexadecenal, (Z) -11-hexadecenyl acetate và (Z) - 11-hexadecenol ở tỷ lệ 7: 3: 1 cho hiệu quả hấp dẫn hơn đáng kể so với những tỷ lệ phối trộn khác.
d. Ứng dụng của pheromone giới tính tổng hợp trong quản lý sâu tơ
Hỗn hợp pheromone sâu tơ được đề nghị ứng dụng từ đầu thập niên 80 để phòng trị loài gây hại này. Tại Nhật, sản phẩm thương mại “Konaga-con”- sợi polyethylen chứa 25 g pheromone/100m, thời gian đặt bẫy kéo dài 3-4 tháng đã thành công trong quản lý sâu tơ từ năm 1984-1989 và làm giảm một nửa lượng thuốc trừ sâu (Ohbayashi et al., 1992).
Đồng thời qua báo cáo của McLaughlin et al. (1994) thì phương pháp quấy rối bắt cặp bằng pheromone chỉ cho hiệu quả bảo vệ cải bắp tốt nhất từ sự gây hại của sâu tơ khi áp dụng trên diện tích tối thiểu 8,1 ha và sử dụng bổ sung thuốc trừ sâu. Bẫy tập hợp cũng được đề nghị trong quản lý loài sâu tơ ở
Indonesia, Trung Quốc, Ấn Độ,… (Hallett et al., 1995; Reddy & Urs, 1997; Wang et al., 2004). Theo Reddy & Urs (1996) sự truyền bá thông tin bởi pheromome giới tính tổng hợp sâu tơ có hiệu quả bắt giữ thành trùng đến 28 ngày sau đặt bẫy và khuếch tán bán kính 12 m.
Wang et al. (2004) cũng ghi nhận dạng bẫy làm bằng nhựa, đường kính 20 cm, cao 8 cm có chứa 5‰ chất tẩy hấp dẫn thành trùng sâu tơ cao nhất (856,7 con) và hiệu quả của mồi pheromone Trung Quốc (Z11-16:Ald, OAc và OH 50:50:1, 50 µg/tuýp cao su màu xanh) và mồi Nhật Bản (Z11-16:Ald, OAc, OH và butylated hydroxyl toluene 50:50:1:5, 106 µg/tuýp cao su màu đỏ) là như nhau và kéo dài đến 30 ngày.
Ứng dụng các bẫy pheromone để theo dõi các quần thể P. xylostella ở Quảng Đông, Trung Quốc, năm 1984-1985. Thành trùng của con đực trong bẫy nước ở mồi với pheromone giới tính tương quan tốt với sự xuất hiện của sâu bệnh trên thực địa. P. xylostella được theo dõi bằng cách sử dụng bẫy pheromone để thuốc trừ sâu có thể được áp dụng chỉ khi cần thiết như một phần của chương trình quản lý tổng hợp. Trong các thử nghiệm, tỷ lệ bắt cặp của thành trùng đã giảm 15-27,4% (Ho et al., 1988 trích Sanjaya, 2014).
Pivnick et al. (1994) đã chỉ ra rằng nhiệt độ tối thiểu, độ ẩm tương đối và tổng lượng mưa có sự liên quan âm với sự định hướng thành trùng đực đến bẫy pheromone. Chandramohan (1995) báo cáo rằng mỗi lần giảm nhiệt độ tối thiểu 10C đã giảm 1,88 thành trùng bị hấp dẫn vào bẫy.
Reddy & Urs (1997) đã sử dụng bẫy pheromone mồi là những thành trùng cái chưa bắt cặp để nghiên cứu hoạt động của thành trùng đực và phát hiện ra rằng, những con cái chưa bắt cặp mới xuất hiện đã thu hút nhiều con đực hơn trong một ngày và sự hoạt động của con đực được mạnh ở thời điểm từ 16 giờ đến 18 giờ. Reddy & Urs (1997) cũng báo cáo rằng số lượng thành trùng tối đa đạt được khi các bẫy được đặt ở độ cao 30 cm so với mức cây trồng và mồi pheromone giảm hiệu quả hấp dẫn đáng kể sau 28 ngày. Đồng thời, Reddy & Urs (1997) đã báo cáo rằng những con đực P. xylostella được đánh dấu được phóng thích cách bẫy dính pheromone tổng hợp đến 12 m được ghi nhận hấp dẫn số lượng lớn hơn đáng kể so với con đực thả ra ở khoảng cách lớn hơn, cả ở cùng hướng gió và ngược hướng gió
2.4.1.2. Ở Việt Nam
Những nghiên cứu một cách đầy đủ về pheromone, nhất là nghiên cứu ứng dụng trên diện rộng ở Việt Nam mới chỉ thật sự bắt đầu từ năm 2001. Những kết quả nghiên cứu thu được bước đầu đã cho thấy triển vọng to lớn của việc sử dụng pheromone trong dự báo, phòng trừ sâu hại cây trồng nông (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nghiệp ở nước ta. Đặc biệt có ý nghĩa đối với sâu hại có tính kháng thuốc cao. Trong đó, sâu tơ là một trong những đối tượng dịch hại gây hại nghiêm trọng trên cây rau họ Thập tự có khả năng kháng thuốc rất cao đã được quan tâm nghiên cứu (Trịnh, 2007).
Mồi pheromone sâu tơ tạo dạng sử dụng với giá thể cao su quả chuông và giá thể cao su dạng vi ống điều có hiệu quả tương tự nhau. Kết quả nghiên cứu đã xác định trung bình một bẫy pheromone trong một ngày đêm có thể thu hút được 125,8 trưởng thành sâu tơ. Hiệu lực của mồi pheromone có thể kéo dài trung bình từ 21,6-23,2 ngày hoặc lên đến 30 ngày. Kiểu bẫy bát đựng nước xà phòng với mật độ 100 bẫy/ha liên tục suốt vụ có thể hạn chế mật độ sâu tơ được 45 ngày đầu sau khi trồng trên bắp cải trồng vụ đông, mật số sâu thấp hơn 1,5-2,1 lần so với ruộng nông dân, giảm 2,4 lần phun thuốc so với ruộng nông dân. Số lượng thành trùng bắt giữ bị ảnh hưởng bởi độ cao đặt bẫy, đối với sâu tơ độ cao bẫy cách mặt luống rau 5-20 cm. Ngoài ra, dùng pheromone theo phương pháp quấy rối bắt cặp đối với sâu tơ có thể làm giảm tới 45-51,9% số lượng trứng đẻ so với không dùng pheromone (Trịnh, 2007). Theo Anh (2006) cho biết bẫy pheromone có khả năng diệt thành trùng sâu tơ, giảm 60-65% mật độ sâu non (tương đương sử dụng thuốc hóa học). Tại hợp tác xã rau an toàn huyện Củ Chi và tỉnh Kiên Giang đã ứng dụng pheromone làm công cụ để khảo sát diễn biến mật số và phòng trị phần lớn sâu tơ mà trước đây kháng thuốc rất mạnh (Hào, 2009).
2.4.2. Tình hình nghiên cứu kairomone trong quản lý tổng hợp sâu tơ
Theo nghiên cứu của Dai et al. (2008) thành trùng đực và cái sâu tơ cho khả năng đáp ứng điện râu (Electroantennogram-EAG) với 13 hợp chất bay hơi từ cải. Trong đó bezaldehyde, phenylacetaldehyde, allyl isothiocyanate, cis-3-hexen-1-ol (Z3-6:OH) và cis-3-hexenyl acetate (Z3-6:OAc) cho đáp ứng mạnh hơn so với các hợp chất monoterpenic.
Wang et al. (2005) đã kiểm tra phản ứng điện râu đầu (EAG) của P. xylostella, chất bay hơi ở thực vật, cis-3-hexen-1-ol (OH), cis-3-hexenyl acetate và allyl isothiocyanate, trong phòng thí nghiệm. Những thành trùng đực hoặc cái tỏ ra đáp ứng mạnh hơn với các chất dễ bay hơi ở nồng độ cao hơn (0.008, 0,08, 0,2, 0,8, 8, 20 và 40 μg/μl). Trong đó, cis-3-hexenyl acetate và allyl isothiocyanate có đáp ứng mạnh hơn.
Thành trùng đực và cái sâu tơ chưa bắt cặp cho đáp ứng mạnh với 1- hexanol và cis-3-hexen-1-ol (Z3-6:OH) và đáp ứng thấp hơn với cis-3-hexenyl acetate (Z3-6:OAc) trong phòng thí nghiệm (Li et al., 2012).
2.4.3. Hiệu quả hấp dẫn của kairomone kết hợp với pheromone giới tính đối với sâu tơ
Theo Reddy & Guerrero (2000) cải tiến các mồi hấp dẫn cụ thể bằng cách bổ sung một lượng nhỏ các thành phần phụ khác pheromone có thể hữu ích, nhưng nó cũng sẽ tăng chi phí của nhà sản xuất. Việc sử dụng rẻ tiền GLVs (từ 0,1 đến 5% chi phí của một loại thông thường thành phần pheromone) có thể tăng hiệu quả của pheromone và giảm lượng pheromone cần thiết.
Hỗn hợp pheromone giới tính sâu tơ với (Z) -3-hexenyl axetat hiệu quả trong hấp dẫn cả thành trùng đực và cái, được đề nghị trong các nghiên cứu kiểm soát dịch hại trong tương lai
2000).
Các chất bay hơi từ lá (GLVs) từ cải bắp (Brassica oleracea) và pheromone (hỗn hợp của Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH) tạo ra sự hấp dẫn cao hơn đáng kể đối với thành trùng đực sâu tơ chưa bắt cặp so với pheromone đơn lẻ. (Reddy & Guerrero, 2004).
Trong phòng thí nghiệm (thông qua buồng gió – wind tunnel), hỗn hợp của Z3-6:OAc, (Z)-2-hexenol và Z3-6:OH với pheromone hấp dẫn được 80- 100% thành trùng đực chưa bắt cặp, cho hiệu quả cao hơn đáng kể so với pheromone đơn lẻ. GLVs kết hợp với pheromone đều thu hút rất thấp thành trùng đực đã bắt cặp và thành trùng cái chưa bắt cặp; trong khi đó thành trùng cái đã bắt cặp, các hợp chất này đã hấp dẫn được khoảng 60% số lượng thành trùng thử nghiệm (Reddy & Guerrero, 2000).
Dai et al. (2008) ghi nhận pheromone kết hợp với Z3-6:OAc và pheromone kết hợp với Z3-6:OH, Z3-6:OAc, allyl isothiocyanate làm tăng khả năng thu hút thành trùng đực lên đến 46,4 và 75%, tương ứng so với pheromone đơn lẻ. Vì vậy, Dai et al. đã đề nghị sử dụng bẫy với mồi là phối trộn của pheromone kết hợp với Z3-6:OH, Z3-6:OAc và allyl isothiocyanate như công cụ để quản lý loài sâu tơ gây hại.
Ở các thí nghiệm ngoài đồng được thực hiện trong năm 2008 và 2009, thành trùng sâu tơ đã được thu thập đáng kể bằng bẫy pheromone giới tính tổng hợp với một hoặc hai cis-3-hexenyl acetate đơn lẻ hoặc hỗn hợp cis-3- hexenyl acetate, cis-3-hexen-1-ol, và (E)-2-hexenal so với pheromone giới tính. Những kết quả này chứng minh rằng các chất bay hơi từ lá (GLVs) có thể được sử dụng để tăng cường thu hút các con đực P. xylostella đến bẫy bắt cặp pheromone giới tính (Li et al., 2012).
2.5. Các phản ứng cơ bản trong tổng hợp
2.5.1. Các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ
2.5.1.1. Phản ứng bảo vệ nhóm chức (nhóm hydroxyl – OH)
Đây là phương pháp chuyển hóa tạm thời nhóm chức cần bảo vệ thành nhóm chức khác mà nhóm này sẽ không bị biến đổi trong suốt quá trình chuyển hóa của nhóm chức cần thiết (Thảo, 2005).
Hình 2.4. Sơ đồ bảo vệ nhóm hydroxyl (-OH) bằng (A) nhóm MOMvà (B) nhóm THP và (B) nhóm THP
Nhóm hydoxyl thông thường được bảo vệ bằng cách chuyển thành alkyl hoặc silyl ether sử dụng các nhóm bảo vệ như tetrahydropyranyl (THP), methoxymethyl (MOM), β-methoxymethyl, methylthiomethyl (MTM), benzyl, t-Butyldimethylsilyl (TBDMS) (Green & Wuts, 1999).
2.5.1.2. Phản ứng tách nhóm bảo vệ
Đây là phản ứng mà nhóm bảo vệ của nhóm chức được tách ra để chuyển hóa lại nhóm chức ban đầu. Thông thường, các nhóm bảo vệ ether được tách bằng cách thủy giải trong môi trường acid yếu và nhóm este được thủy giải trong môi trường kiềm (Thảo, 2005).
2.5.1.3. Phản ứng oxy hóa alcol bậc 1
Phản ứng gồm 2 quá trình: dehydro hóa tạo aldehyde từ rượu và aldehyde bị oxy hóa tiếp theo tạo cacboxylic trong dung môi pyridine sử dụng tác nhân oxy hóa là Cr(VI) trong pyridin (như pyridinicloromat hay pyridinibicromate) hoặc dimetylsunfoxit (DMSO) trong pyridin hoặc