Điểm kết thúc ở mỗi phản ứng được xác định bằng kỹ thuật sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography, TLC). Trong đó:
- Pha tĩnh: là tấm sắc ký gồm tấm nhôm mỏng được tráng một lớp silica gel dày 0,25 mm (Merck, Đức).
- Pha động: là hỗn hợp của các dung môi gồm benzen, n-hexan hoặc ethyl acetate với tỷ lệ phối trộn khác nhau. Hỗn hợp dung môi được đựng trong một lọ thủy tinh trong suốt có nắp đậy với lượng không cao hơn 1,5 cm tính từ đáy lọ.
Tấm sắc ký được cắt thành từng miếng với kích thước 2 cm x 10 cm. Dùng bút chì kẻ một đường ngang cách một đầu của giấy sắc ký khoảng 1,5 cm rồi đánh dấu điểm chấm mẫu lên đường kẻ. Dùng Pasteur pippette chấm mẫu lên điểm dánh dấu, sau đó đặt giấy sắc ký vào lọ dung môi. Quan sát sự di chuyển của dung môi trên giấy, khi dung môi cách đỉnh của giấy sắc ký 1,5 – 2 cm thì lấy giấy sắc ký ra khỏi lọ, dùng bút chì vạch một đường ngang để đánh dấu mực di chuyển dung môi (Hình 3.5). Sau khi bay hơi hết dung môi trên giấy sắc ký, mẫu được làm hiện bằng cách phun dung dịch Potassium permanganate (KMnO4) (đối với mẫu có chứa nối đôi trong phân tử) lên bề mặt giấy sắc ký, hoặc phun dung dịch H2SO4 20% sau đó hơ nóng (mẫu không có chứa nối đôi trong phân tử).
Phản ứng chỉ kết thúc khi trong mẫu không còn sự hiện diện của chất phản ứng ban đầu (không có đốm hiện diện của chất phản ứng ban đầu trên đường di chuyển theo dung môi của mẫu
2.5.3. Thẩm định cấu trúc hóa học của mẫu tổng hợp
Mẫu tổng hợp ở mỗi giai đoạn của quy trình sau khi tinh lọc sẽ được thẩm định cấu trúc hóa học bằng kỹ thuật Sắc ký khí - Khối phổ (Gas chromatography - Mass spectrometry, GC - MS) và phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (Infrared - IR) (tại khoa Khoa học, trường Đại học Cần Thơ). Đồng thời, mẫu cũng được gởi đến Phòng thí nghiệm Hóa chất sinh thái, trường Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo để phân tích Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).
Phổ khối lượng của mẫu tổng hợp được ghi nhận bằng máy liên hợp sắc ký (GC) – Khối phổ (MS) với GC-MS là Thermo Scientific Trace Ultra (Hình 3.11). Cột sắc ký được dùng trong phân tích là cột mao dẫn DB-5 (0,25 mm ID x 30 m; Agilent Technologies). Sự ion hóa được thực hiện theo kiểu va chạm ion (Electron Impact, EI mode) ở điện thế 70 eV và nhiệt độ 2300C. Phổ khối lượng được đặt trong khoảng m/z từ 40-500. Cột sắc ký được dùng trong phân tích là cột mao dẫn DB-23 (capillary column, 0.25 mm ID x 30 m; J&W Scientific) với chương trình nhiệt độ: 800C (trong 2 phút), tăng lên 2100C ở tốc độ 80C/phút và giữ ở 2100C trong 15 phút.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) được đo bằng máy Jeol Alpha 300 Fourier transform spectrometer (Nihondenshi, Tokyo, Japan) ở tần số 300,4 MHz (cho phổ 1H) and 75,45 MHz (cho phổ 13C). Dung môi dùng để pha loãng mẫu là deuterium chloroform (CDCl3) và chất nội chuẩn (internal standard) là Tetramethylsilane (TMS).
CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Thời gian, địa điểm và phương tiện tiến hành thí nghiệm3.1.1. Thời gian 3.1.1. Thời gian
Thời gian tiến hành luận án được thực hiện từ năm 2015 đến 2019.
3.1.2. Địa điểm
- Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện tại:
+ Phòng thí nghiệm Phòng trừ Sinh học Côn trùng, Bộ môn BVTV, khoa Nông Nghiệp trường Đại học Cần Thơ – Thực hiện các bước trong quy trình tổng hợp, điều chế mồi và nhân nuôi nguồn thành trùng sâu tơ.
+ Phòng thí nghiệm, Bộ môn Hóa, khoa Khoa học tự nhiên, trường Đại học Cần Thơ – Thẩm định cấu trúc hóa học bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ và phân tích phổ hồng ngoại.
+ Phòng thí nghiệm Hóa chất sinh thái, trường Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo – Gởi mẫu phân tích Cộng hưởng từ hạt nhân.
- Các thí nghiệm ngoài đồng được tiến hành trên các ruộng trồng rau cải của hộ nông dân tại xã Tham Đôn, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng; xã Thành Lợi, huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long và Phường 6, Tp. Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng.
3.1.3. Vật liệu3.1.3.1. Thiết bị 3.1.3.1. Thiết bị
Tủ sấy; Hệ thống máy cô quay (Rotary evaporator RE300; waterbath RE300B; JSR Ref. bath); Máy khuấy từ gia nhiệt; Máy Sắc ký - Khối phổ (Gas chromatography–Mass spectrometry); Quang phổ hồng ngoại (Infrared spectrometry); Máy cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance); Tủ lạnh; Lọ thủy tinh màu nâu có nắp đậy (thể tích 4 ml); Micro syringe (dung tích 100 μl, 25 μl); Paster pipett; Bình cầu thủy tinh; Phiễu ly trích; Cột sắt ký mở; Bình tam giác; Beaker thủy tinh.
3.1.3.2. Dụng cụ
Tấm sắc ký (Chromatography paper) lớp mỏng 0,25mm silica gel (silica gel plate) (Merk, Đức);
Hộp nhựa tròn (đường kính 10 cm, chiều cao 8 cm); Hộp plastic (đường kính 4 cm, chiều cao 3,5 cm) có nắp đậy;
Rổ lọc trà bằng lưới inox hình bán cầu (đường kính 6cm, cao 3cm) và một số vật liệu hỗ trợ cần thiết khác như máy ảnh, cân điện tử, giấy nhôm, tập, viết, thước, dây ni lông;
Bẫy hấp dẫn là dạng bẫy dính có mái che (30 x 27 cm, Takeda Chemical Ind. Ltd.Osaka, Nhật Bản) và tuýp cao su non (đường kính 0,3 cm, dài 1,5 cm, dùng để ghép cây cà chua non).
A B C
Hình 3.1. Bẫy hấp dẫn: (A) máy che; (B) tấm dính; (C) tuýp cao su
3.1.3.3. Hóa chất
a. Hóa chất dùng trong phản ứng
11-Bromo-1-undecanol [Br(CH2)11OH]; Pyridinium chlorochromate [PCC, C5H5NH(CrO3Cl)]; Pentanal (C5H10O); Dimethoxymethane (DMM, C3H8O2); Lithium bromide (LiBr); p-tolunenesulfonic acid monohydrate (p- TsOH, CH3C6H4SO3H.H2O); Triphenylphosphine (PPh3, C18H15P); Sodiumsulfate (Na2SO4); n-butyl Lithium (n-BuLi, solution 1.6M in n-hexane) và silica gel.
b. Dung môi
Benzen (C6H6); n-hexane (C6H14); Ethyl acetate (C4H8O2); Tetrahydrofuran (THF, (CH2)4O); Methylene chloride (CH2Cl2); Axit clohydric (HCl); Natri bicarbonat (NaHCO3) và Pyridine (C5H5N).
c. Mồi pheromone giới tính và kairomone Mồi pheromone giới tính tổng hợp
Các thành phần Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH được tổng hợp bởi Chi & Vang (2018) tại phòng thí nghiệm Phòng trừ sinh học Côn trùng, Bộ môn BVTV, khoa Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ.
Mồi kairomone
Hợp chất bay hơi Allyl isothiocyanate (AITC) và cis -3-hexenyl acetate (Z3-
3.1.3.4. Nguồn thành trùng sâu tơ
Ấu trùng sâu tơ được thu thập từ các ruộng trồng rau cải họ thập tự (huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng và huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long) rồi chuyển về phòng thí nghiệm Phòng trừ Sinh học Côn trùng, Bộ môn BVTV, khoa Nông nghiệp, trường Đại Học Cần Thơ.
Trong phòng thí nghiệm, ấu trùng sâu tơ được nuôi trong hộp nhựa có kích thước 12 cm x 10 cm x 7 cm, được cung cấp lá cải xanh tươi làm nguồn thức ăn đến khi sâu hóa nhộng. Mỗi nhộng được tách ra nuôi riêng trong từng hộp nhựa nhỏ (4 cm x 2,5 cm x 3,5 cm) bên trong có đặt miếng bông gòn ướt để tạo ẩm. Thành trùng sau khi vũ hóa được phân biệt đực, cái (Huỳnh & Sen, 2003) và nuôi thành trùng bằng dung dịch đường sucrose 10% (Vang et al.,2006; Li et al., 2012; Dai et al., 2008)
♀
♂
A B C D E
Hình 3.2 Quy trình thu thập và nhân nuôi thành trùng sâu tơ
(A) Sâu; (B) Hộp nhựa nuôi sâu; (C) Nhộng; (D) Hộp plastic để nuôi riêng nhộng và thành trùng; (E) thành trùng cái và đực
3.1.3.5. Điều chế mồi
a. Mồi là thành phần hóa học
Các hợp chất Z11-16:OH, Z11-16:Ald, Z11-16:OAc, AITC và Z3- 6:OAc được pha loãng trong n-hexane tinh khiết ở hàm lượng 10mg/ml. Dùng microsyringe hút lấy một lượng tương ứng bơm nhẹ lên thành bên trong của tuýp cao su non. Sau đó để yên 10 phút (cho dung môi bay hơi), tuýp cao su được gói lại bằng giấy nhôm, dán nhãn và trữ trong ngăn mát của tủ lạnh cho đến khi tiến hành thí nghiệm ngoài đồng (Hình 3.3).
b. Mồi là thành trùng
Thành trùng sâu tơ cái vũ hóa một ngày (chưa bắt cặp) được thả vào bên trong rổ lượt trà bằng lưới inox bên trong có treo một miếng bông gòn tẩm nước đường 10%. Rổ được đậy bằng một tấm bìa cứng và đặt vào giữa tấm dính của bẫy với phần mặt cầu của rỗ hướng lên trên (Hình 3.4.) Mồi chỉ được chuẩn bị vào buổi chiều ở thời điểm ngay trước khi treo bẫy trên ruộng thí nghiệm. Thành trùng trong bẫy và miếng bông gòn tẩm nước đường 10%, thành trùng trong bẫy được thay mới 3 - 4 ngày/lần vào lúc chiều mát (Reddy & Urs, 1997).
Hình 3.4. Sơ đồ điều chế mồi hấp dẫn đối với sâu tơ bằng thành trùng cái
c. Mồi là dịch nghiền cải
Lá cải bắp trưởng thành được rửa sạch, để ráo nước, cắt nhỏ, trộn đều. Trên ruộng thí nghiệm 50 g lá cải được cho vào cối sứ giả nhuyễn cùng với 5 ml n-hexane. Dùng ống nhỏ giọt hút 1,0 ml dịch lá cải nghiền cho vào mỗi miếng bông gòn được đặt trên miếng bìa cứng (1,5 cm x 2 cm) ở giữa tấm dính của bẫy (Hình 3.5). Mồi được thay mới 3 – 4 ngày/lần, cùng thời điểm với việc thay mới thành trùng cái trong bẫy (Đém & Vàng, 2014).
Hình 3.5. Sơ đồ điều chế mồi hấp dẫn đối với sâu tơ bằng dung dịch lá cải bắp
3.1.3.6. Đặt bẫy hấp dẫn trên ruộng thí nghiệm
Trên ruộng thí nghiệm, mồi được đặt lên giữa tấm dính và lồng vào mái che của bẫy. Dùng 2 thanh tre dài cắm chéo nhau trên mặt ruộng để treo bẫy ở độ cao cách mặt ruộng khoảng 0,5 m (Miluch et al., 2014) (Hình 3.6). Bẫy được đặt trên ruộng ở mật độ 12 bẫy/1.000 m2 (tương ứng khoảng 1 bẫy/80 m2) (Reddy & Urs, 1997).
Hình 3.6. Bẫy hấp dẫn được treo trên cải bắp thí nghiệm. Độ cao của bẫy (A);Khoảng cách giữa các bẫy (B) Khoảng cách giữa các bẫy (B)
3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Đề tài ứng dụng hóa chất tín hiệu nhằm góp phần thay thế thuốc bảo vệ thực vật để quản lý sâu tơ P. xylostella hại rau cải ở điều kiện ngoài đồng.
Tổng hợp pheromone giới tính sâu tơ
1. Ảnh hưởng của thành phần pheromone giới tính tổng hợp
2. Ảnh hưởng của hàm lượng thành phần Z11-16:OH lên hiệu quả hấp dẫn
3. Ảnh hưởng của hàm lượng mồi lên hiệu quả hấp dẫn
Kairomone
(thương mại)
AITC
Đánh giá hiệu quả hấp dẫn phối hợp của pheromone giới tính và kairomone đối với sâu tơ 1.Khảo sát thời gian hoạt động của
thành trùng sâu tơ
2. Khảo sát sự biến động mật số quần thể sâu tơ trong năm
3. Khảo sát sự biến động mật số quần thể và tỷ lệ rau cải bị hại do sâu tơ trong một vụ cải
Đánh giá hiệu quả của biện pháp đặt bẫy hấp dẫn đối với sâu tơ
3.2.1.Tổng hợp pheromone giới tính của sâu tơ
Mục tiêu: Tổng hợp các thành phần pheromone giới tính sâu tơ để sử dụng làm nguồn vật liệu cho các nghiên cứu trong điều kiện ngoài đồng.
a) Quy trình tổng hợp
Các hợp chất Z11-16:OH, Z11-16:Ald và Z11-16:OAc tổng hợp bằng con đường sử dụng phản ứng Wittig chọn lọc (selective Wittig reaction) làm phản ứng chính (key reaction) đã được mô tả bởi Vang et al. (2008). Quy trình thực hiện được trình bày ở Hình 3.8.
Sau khi bảo vệ nhóm hydroxyl (OH) của hợp chất 11-Bromo-1- undecanol (1) bằng methoxymethyl (MOM) ether. Hợp chất Bromo ether (2)
sau đó được đun với Triphenylphosphine ở 1000C trong 24 giờ để thu được muối phosphonium (3). Muối (3) được chuyển sang hình thức ylide bằng cách khuấy với Sodium bis(trimethylsilyl)amide [NaN(SiMe3)2] trong dung môi THF, sau đó kết hợp với hợp chất Pentanal để tạo thành MOM ether của hợp chất Z11-16:OH (4). Sự bảo vệ nhóm chức của MOM ether được loại bỏ bằng cách khuấy (4) trong dung dịch 0,5N HCl trong methanol để thu được hợp chất Z11-16:OH. Oxy hóa và acetyl hóa hợp chất Z11-16:OH lần lượt bằng chất oxy hóa PCC và acetic anhydride [(CH3CO)2O)] thu được các hợp chất
Z11-16:Ald và Z11-16:OAc.
Br
BrPh3
d
Z11-16:OAc O
Hình 3.8. Sơ đồ biễu diễn quy trình tổng hợp các hợp chất Z11-16:OH, Z11-16:Aldvà Z11-16:OAc và Z11-16:OAc
a = DMM/LiBr/p-TsOH; b = PPh3/1000C; c = 1) NaN(SiMe3)2/THF, 2) pentanal/THF; d = 0.5N HCl/MeOH; e = PCC/CH2Cl2; f = acetic anhydride /pyridine
Điểm kết thúc ở mỗi phản ứng được xác định bằng kỹ thuật sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography, TLC).
Điểm chất chuẩn ban đầu 10 cm Điểm của chất phản ứng 2cm Hình 3.9. Kỹ thuật sắc ký lớp mỏng
Phản ứng chỉ kết thúc khi trong mẫu không còn sự hiện diện của chất phản ứng ban đầu (không có đốm hiện diện của chất phản ứng ban đầu trên đường di chuyển theo dung môi của mẫu như ở Hình 3.10.
Hình 3.10. Các khoảng cách di chuyển của mẫu và dung môiHiệu suất phản ứng (HSPƯ) được tính theo công thức: Hiệu suất phản ứng (HSPƯ) được tính theo công thức:
Số mol của sản phẩm
HSPƯ (%) = --- x 100 Số mol của chất phản ứng
b) Thẩm định cấu trúc hóa học của mẫu tổng hợp
Mẫu tổng hợp ở mỗi giai đoạn của quy trình sau khi tinh lọc sẽ được thẩm định cấu trúc hóa học bằng kỹ thuật Sắc ký khí - Khối phổ (Gas chromatography - Mass spectrometry, GC - MS) và phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (Infrared - IR) (tại khoa Khoa học, trường Đại học Cần Thơ). Đồng thời, mẫu cũng được gởi đến Phòng thí nghiệm Hóa chất sinh thái,
trường Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo để phân tích Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).
Hình 3.11. Hệ thống GC-MS dùng để đo phổi khối lượng của mẫu
3.2.2. Đánh giá hiệu quả hấp dẫn của pheromone tổng hợp đối với sâu tơ 3.2.2.1. Ảnh hưởng của thành phần pheromone giới tính tổng hợp đối với sâu tơ
- Mục tiêu: xác định ảnh hưởng của thành phần điều chế lên hiệu quả hấp dẫn của mồi pheromone giới tính đối với sâu tơ.
- Sự đánh giá được tiến hành ở hai địa điểm gồm:
+ Địa điểm 1 được thực hiện tại ruộng cải bắp, thời điểm 60 ngày sau
khi trồng, có diện tích 4.000 m2 tại xã Thành Lợi, huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long tiến hành từ ngày 17/7/2016 đến 14/8/2016.
+ Địa điểm 2 được thực hiện tại ruộng cải bắp ở thời điểm 50 ngày sau
khi trồng, có diện tích 2.500 m2 tại xã Tham Đôn, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng tiến hành từ ngày 9/9/2016 đến 11/10/2016.
- Cách tiến hành: thí nghiệm được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên một nhân tố với 9 nghiệm thức và 3 lần lặp lại (Bảng 3.1). Mỗi lần lặp lại của một nghiệm thức tương ứng với một bẫy. Trong đó, có 7 nghiệm thức chứa ba hợp chất Z11-16:Ald, Z11-16:OAc và Z11-16:OH riêng lẻ hoặc kết hợp. Nghiệm thức với mồi là 01 thành trùng cái chưa bắt cặp làm đối chứng dương và một nghiệm thức với mồi là tuýp cao su chỉ nhồi 5µl n- hexane làm đối chứng âm.
- Chỉ tiêu ghi nhận: ghi nhận số lượng thành trùng sâu tơ đực vào bẫy 1 tuần/lần, chỉ tiêu theo dõi trong 4 tuần.
Bảng 3.1. Các nghiệm thức bố trí trong thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của thành phần pheromone giới tính đối với sâu tơ
Nghiệm thức A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 A-8 A-9
Ghi chú: *Thành trùng cái chưa bắt cặp được thay 3 - 4 ngày/lần
3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thành phần Z11-16:OH lên hiệu quả hấp dẫn của mồi pheromone giới tính tổng hợp đối với sâu tơ
Kế thừa kết quả từ Mục 3.2.4.1 chọn mồi gồm hai thành phần Z11- 16:Ald và Z11-16:OAc (tỷ lệ 1:1) để tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thành phần Z11-16:OH lên hiệu quả hấp dẫn của mồi pheromone giới tính.
- Mục tiêu: xác định tỷ lệ phối trộn của hợp chất Z11-16:OH lên hiệu quả hấp dẫn của mồi pheromone giới tính đối với sâu tơ.
- Thời gian: thí nghiệm được tiến hành từ ngày 30/02/2017 đến 27/03/2017.
- Địa điểm: thí nghiệm được thực hiện trên ruộng cải bắp có diện tích 1.500 m2 tại xã Tham Đôn, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng.
- Cách tiến hành: thí nghiệm bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên một nhân tố với 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại (Bảng 3.2). Mỗi lần lặp lại của một nghiệm thức tương ứng với một bẫy. Trong đó, 3 nghiệm thức được phối với nồng độ thay đổi của Z11-16:OH. Nghiệm thức với mồi là 01 thành trùng cái chưa bắt cặp làm đối chứng dương và một nghiệm thức với mồi là tuýp cao su chỉ nhồi 5 µl n-hexane làm đối chứng âm.
- Chỉ tiêu ghi nhận: ghi nhận số lượng thành trùng sâu tơ đực vào bẫy 1 tuần/lần, chỉ tiêu theo dõi trong 4 tuần.