Ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật

Một trong những biện pháp mới đểnâng cao sản lượng và phẩm chất nông sản là áp dụng các giải pháp từ các thành tựu của công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp.. Công nghệ sinh học là

Ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật.

A Đặt vấn đề.

Những năm qua nền sản xuất nông nghiệp ở nước ta cũng như trên thế giới đã có những chuyển biến mạnh mẽ với sự xuất hiện hàng loạt các giống cây trồng mới có giá trị kinh tế cao, có khả năng chống chịu sâu bệnh hại

Trong xu hướng chung đó, công tác bảo vệ thực vật đang trở

thành vấn đề quan trọng, giúp cho việc thâm canh cây trồng đảm bảo được hiệu quả trên cơ sở con người biết tác động vào trồng trọt một cách có hiểu biết hơn Một trong những biện pháp mới đểnâng cao sản lượng và phẩm chất nông sản là áp dụng các giải pháp từ các thành tựu của công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp Ở nước ta công nghệ sinh học (CNSH) trong bảo vệ thực vật (BVTV) vẫn còn là vấn đề mới mẻ

Tuy nhiên trong những năm qua, được sự đầu tư của Nhà nước vàcác tổ chức phi chính phủ, rất nhiều Viện nghiên cứu, các trường đại học đã tập trung nghiên cứu để sản xuất ra các chế phẩm sinh học cũng như một số loài thiên địch có ích nhằm góp phần vào việc dập tắt các nạn dịch gây ra trong sản xuất nông, lâm nghiệp, bước đầu thu được nhiều thành quả

B Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật

1 Định nghĩa khái quát về công nghệ sinh học

Công nghệ sinh học là tập hợp các kỹ thuật khác nhau của các ngành khoa học về sự sống có khả năng khai thác và biến đổi các

cơ thể sinh vật, các hợp phần của cơ thể sống và các quá trình sinh học nhằm tạo ra các sản phẩm đặc thù ở quy mô lớn Công nghệ sinh học bao gồm: công nghệ tế bào và mô phôi; công nghệ enzym và proteinvv… Công nghệ sinh học đã mang lại những hiệu quả to lớn trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế,… đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp bằng việc tạo ra các công nghệ mới, các phương pháp chữa bệnh mới, các sản phẩm mới mà các giống cây trồng, vật nuôi, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vacxin vật nuôi,vv… đã được ra đời

1 Khái niệm về công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật

2.1 Khái niệm

Công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật là vận dụng các kỉ thuậtcao mang tính công nghiệp về sinh học trong bảo vệ thực vật để sản xuất ra các loại thốc trừ sâu sinh học, tạo các giống cây trồng chuyển gen và các loài kí sinh ăn thịt, góp phần quan trọng trong việc phòng trừ sâu bệnh, cỏ dại, chuột…hại cây trồng nhằm đạt hiệu quả kinh tế, cũng như xã hội cao, theo hướng bảo vệ môi trường sinh thái, cộng đồng Tạo ra các nông sản phẩm sạch bệnh,

an toàn

2.2 Vai trò của công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật

Hiện nay công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật thường tập trung vào những vấn đề chính như sau:

- Công nghệ sinh học trên cơ sở của công nghệ vi sinh có thể sản xuất để tạo ra các chế phẩm sinh học có hoạt lực cao, có khả năngtác động nhanh và mạnh trên nhiều đối tượng sâu hại cây trồng Phổ tác động của thuốc rộng hay hẹp là tùy theo yêu cầu của sản xuất và chúng đảm bảo được tính ổn định lâu dài bằng cách tổng hợp, khuếch đại cũng như tạo ra các dòng vô tính có độc tố cao.

- Công nghệ sinh học dựa trên cơ sở của công nghệ gen để tạo ra các giống cây trồng kháng sâu, chống chịu tốt với điều kiện môi trường, phẩm chất tốt

- Công nghệ nhân luôi hàng loạt các loại kí sinh, thiên địch, ăn thịt

và bắt mồi trên cơ sở công nghiệp tạo ra nhiều sản phẩm để nhân thả trên đồng ruộng nhằm phòng trừ hàng loạt các loại côn trùng, sâu bệnh hại

I Chế phẩm sinh học dùng trong bảo vệ thực vật

1 Cơ sở

Để bảo vệ mùa màng, người trồng trọt thường sử dụng các thuốc trừ sâu hóa học Do sâu hại có khả năng kháng thuốc nên người trồng trọt thường tăng nồng độ sử dụng dẫn đến dư lượng thuốc trừ sâu trong sản phẩm nông nghiệp tăng cao gây mất an toàn chongười sử dụng, ảnh hưởng bất lợi đối với môi trường, sức khỏe cộng đồng và chính người trồng trọt Ngoài ra, các sản phẩm này không thể xuất khẩu được nên ảnh hưởng lớn đến thu nhập của nông dân Đây cũng là một thách thức lớn cho nông dân Việt Nam khi ra nhập WTO

Ở Việt Nam việc sử dụng tác nhân sinh học trong phòng trừ sinh học sâu hại đã được quan tâm từ khá lâu.

Nhờ CNSH các nhà khoa học có thể làm cho các chế phẩm sinh học có phổ tác động rộng hơn bằng con đường đưa vào vi sinh vậtnhững gen bổ sung, những tổ hợp gen để chúng khuếch đại và tạo

ra các dòng vô tính có độc tố cao Đồng thời các chế phẩm vi sinhvật thường có hiệu quả trừ sâu lâu dài và bền vững

Muốn cho VSV xâm nhập vào cơ thể kí chủ trở thành VSV bệnh thì chúng phải có tác dụng về mặt hóa học hay cơ học lên côn trùng Khi đó chúng sẽ tiết ra các sản phẩm trao đổi chất với một lượng nhất định đối với côn trùng ảnh hưởng của các sản phẩm trao đổi chất này sẽ gây ức chế cho sự sinh trưởng và phát triển của côn trùng

2 Nhóm chế phẩm sinh học ứng dụng trong bảo vệ thực vật

2.1 Chế phẩm vi khuẩn trừ sâu

Nhóm Vi khuẩn được sử dụng để sản xuất chế phẩm trừ sâu là những vi khuẩn có tinh thể protein độc ở giai đoạn bào tử Tinh thể protein độc có hình quả trám hoặc hình lập phương Sau khi nuốt phải bào tử có tinh thể protein độc , cơ thể sâu bọ bị tê liệt

và bị chết sau 2 đến 4 ngày chế phẩm sinh học ứng dụng trong bảo vệ thực vật

Quy trình ổn định vi khuẩn:

Vi khuẩn chọn lọc, được nuôi cấy trong một môi chất Dưới sự giám sát, vi khuẩn sau khi thanh lọc được chuyển qua một bồn lên men sinh học 250 lít sinh trưởng trong vòng 20 giờ

Sau khi kiểm tra chất lượng về độ thuần khiết, vi khuẩn được đưa sang bồn lên men kín vô trùng có dung tích 5.000 lít để bắt đầu giai đoạn sản xuất Dưới điều kiện pH thích hợp, dung dịch

đường vô trùng và ôxy được đưa vào để nuôi vi khuẩn Trong suốt quá trình này, sản phẩm được lấy mẫu để theo dõi sự vô

trùng và các thông số tăng trưởng

Trong vòng 24 giờ, sẽ thu hoạch vi khuẩn và cô đặc bằng một máy ly tâm cực nhẹ Vi khuẩn cô đặc được bọc lại bằng chất keo betaglucan bởi một qui trình đã được cấp bằng sáng chế Qui trình này giúp vi khuẩn chống lại độ ẩm để duy trì sự sống trong thời gian bảo quản hoặc trộn với chất mang

Sau đó sản phẩm được làm lạnh nhanh trong hệ thống lạnh lỏng trước khi đưa vào sấy ở nhiệt độ ở âm 40oC trong hệ thống phònglạnh lớn Qui trình sấy lạnh hai bước này, trong điều kiện độ ẩm dưới 5%, bảo đảm tỷ lệ sống sót của vi khuẩn cao và sẵn sàng chogiai đoạn cuôí là kiểm tra để đảm bảo các dòng vi khuẩn không nhiễm khuẩn salmonella

Các chế phẩm này thường ở dạng bột

Loài vi khuẩn được quan tâm nghiên cứu nhất là Baccillus

thuringiensis Từ loài vi khuẩn này, người ta sản xuất ra thuốc trừsâu Bt

- Có 2 phương pháp sản xuất chế phẩm Bt

a Lên men xốp: Công nghệ này ít được sử dụng do hiệu quả thấp

và trong sản xuất thường hay gặp sự nhiễm tạp

Trong công nghệ cần sử dụng các hạt rắn với yêu không hấp thụ dinh dưỡng.

Người ta cũng có thể sử dụng các loại hạt làm nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn như cám, lúa mì, bột ngô

b Lên men chìm: Hiệu quả cao và có thể sản xuất lượng sinh khối lớn theo yêu cầu Các yếu tố quan trọng trong công nghệ baogồm:

- Chọn lọc chủng Bt chuẩn có các protein độc tố đặc chủng có hoạt tính cao để nhân, căn cứ vào tuýp huyết thanh

- Chọn môi trường phù hợp để tạo ra nhiều bào tử và tinh thể độc nhất Để giảm giá thành người ta thường dùng các phụ phẩm

nông nghiệp, công nghiệp để chế biến

Quy trình sản xuất chế phẩm Bt theo công nghệ lên men hiếu khí:

Giống gốc

Sản xuất giống cấp 1

Chuẩn bị môi trường

ủ và theo dõi quá trình lên

men

Khử trùng môi trường

Cây giống sản xuất

Thu hoạch và tạo dạng chế phẩm:

- Nghiền lọc bổ sung phụ gia

- Sấy khô

- Đóng gói bảo quản

Bacillus thuringiensis Bacillus sphaericus

Tinh thể độc (parasoral body) chứa những độc tố có thể giết hại trên 100 loài sâu hại (tinh thể độc chỉ giải phóng độc tố trong môi trường kiềm do đó các vi khuẩn này hoàn toàn vô hại với người, gia súc, gia cầm, thuỷ hải sản- có hại đối với tằm.

Nhiều chế phẩm sinh học từ vi khuẩn khác như:

Chế phẩm vi khuẩn huỳnh quang (Pseudomonas fluorescens) phòng trừ bệnh hại rễ cà phê, vải thiều, lạc

Các chế phẩm bả diệt chuột Miroca, Biorat có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% do được sản xuất dựa trên cơ sở vi khuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditis Isachenco

Công nghệ sản xuất chế phẩm bả diệt chuột sinh học trên cơ sở vikhuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditis Isachenco có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% cũng đã được ứng dụng trong sản xuất Đã sản xuất và sử dụng chế phẩm diệt chuột Miroca, Biorat

,2.2 Chế phẩm virus trừ sâu

Hiện nay người ta đã phát hiện hơn 700 bệnh virus ở 800 loài sâu bọ

Vius gây bệnh cho côn trùng chỉ có khả năng sống, sinh sản

trong các mô, tế bào sống, không thể nuôi cấy trong môi trường nhân tạo

Virus có đặc điểm nổi bật là tính chuyên hoá hẹp, chỉ gây bệnh cho côn trùng và chỉ nhiễm ở những mô nhất định của vật chủ.Vurus côn trùng có thể tạo thành thể vùi như NPV, CPV, GV, EPV hoặc không tạo thành thể vùi như Iridovirus, Densovirus, Baculovirus trần.

Hiện nay các virus được xếp thành 7 họ là: Baculoviridae,

Reoviridae, Iridoviridae, Poxviridae, Parvoviridae, Picaviridae và Rhabdoviridae Hai họ là Baculoviridae và Reoviridae có nhiều loài là những tác nhân có triển vọng

Tuy nhiên các virus côn trùng chủ yếu thuộc các nhóm Nuclear Polyheadrosis Virus/NPV, Grannulosis Virus/GV, Cytoplasmic Polyheadrosis Virus/CPV

Ở giai đoạn sâu non, sâu bọ dễ bị nhiễm virus nhất Khi mắc bệnh , cơ thể sâu bọ bị mềm nhũn do các cơ bị tan rã Màu sắc

và độ căng của cơ thể bị biến đổi

Để sản xuất ra chế phẩm virus trừ sâu, người ta gây nhiễm virus nhân đa diện (NPV) trên sâu non (Vật chủ) Nghiền nát sâu non

đã bị nhiễm virus và pha với nước theo tỉ lệ nhất định, lọc lấy nước dịch thu virus đậm đặc Từ dịch này sản xuất ra chế phẩm thuốc trừ sâu N.P.V (Nuclear polyhedrin vius) dùng để trừ sâu róm thông, sâu đo, sâu xanh

Nhóm NPV, thuộc họ Baculoviridae, có thể vùi là khối đa diện

- Sâu bị bệnh do NPV trở lên ít hoạt động, ngừng ăn, mầu sắc sáng hơn sâu khoẻ Cơ thể sâu trở lên căng phồng, trương phù

chứa toàn nước, khi tác động cơ giới vào thì chúng dễ bị vỡ, giải phóng dịch virus Sâu bị bệnh này khi chết đều treo ngược lên cây.

- Nhóm NPV ký sinh trong tế bào hạ bì, thể mỡ, khí quản, huyết tương và biểu mô ruột giữa Nhóm NPV có tính chuyên hoá cao, NPV của loài côn trùng nào thì chỉ gây bệnh cho loài đó

Nhóm GV: Gồm các virus thuộc họ Baculoviridae, có thể vùi là dạng hạt, còn gọi là virus hạt Mỗi thể vùi chỉ chứa 1 virion hình que

- Sâu bị bệnh thường biểu hiện còi, chậm lớn, cơ thể phân đốt rõ ràng, tầng biểu bì cơ thể trở lên sáng mầu, đôi khi phớt hồng, huyết tương mầu trắng sữa

Nhóm CPV: thuộc họ Reoviridae có thể vùi là khối đa diện và chúng ký sinh trong chất dịch tế bào biểu mô ruột giữa của côn trùng

- Sâu bị chết do CPV thường chậm lớn, đôi khi đầu quá to so với

cơ thể Màu sắc cơ thể giai đoạn cuối trở lên có màu sáng giống như phấn trắng, đặc biệt ở mặt bụng Sâu bị bệnh thường tạo thành khối u trên cơ thể

- Nhóm CPV ký sinh trong chất dịch tế bào ở các tế bào biểu mô ruột giữa của côn trùng

Quy trinh công nghệ sản xuất chế phẩm virus trừ sâu:

Nuôi sâu giống

Chế biến

thức ăn nhân tạo

Nuôi sâu hàng loạt

NHIỄM BỆNH VIRUS CHO SÂU

Pha chế thực phẩm : -Thu thập sâu bệnh.

-Nghiền, Lọc -Li Tâm -Thêm chất Phụ gia

Sấy khô

Kiểm tra chất lượng Đóng gói

2.2.1 Đặc điểm ứng dụng:

Chế phẩm từ virus có tác dụng đường ruột Các thể virus trần hoặc thể vùi cùng thức ăn xâm nhập vào cơ thể côn trùng Tại ruột, dưới tác động của dịch tiêu hoá, thể vùi bị hoà tan và giải phóng các virion

Qua biểu mô ruột giữa virion xâm nhập qua mạch máu, đi tới các

tế bào, chúng xâm nhập vào bên trong tế bào để sinh sản và gây bệnh cho sâu hại

Chế phẩm virus dễ mất hoạt tính dưới tác động của sóng ngắn và tia cực tím

- Để sử dụng chế phẩm virus có hiệu quả cần lưu ý một số điểm sau:

+ Phun đều chế phẩm virus lên bộ phận cây ưa thích của loài côn trùng

+ Phun vào buổi chiều mát để hạn chế ảnh hưởng tia cực tím, bước sóng ngắn

+ Có thể trộn thêm một số phụ gia như sữa bột, sữa lọc béo, nước

rỉ đường, dầu thực vật và than hoạt tính nhằm giảm giảm tác độngsấu của ánh nắng mặt trời với chế phẩm

+ Nên sử dụng chủng virus địa phương để sản xuất chế phẩm, sẽ làm tăng khả năng thích ứng của virus với điều kiện ngoại cảnh.+ Có thể hỗn hợp vài loại virus với nhau hoặc hỗn hợp Bt để khắcphục phổ tác dụng hẹp của chế phẩm

- Có thể sử dụng chế phẩm virus côn trùng để trừ côn trùng theo 2cách:

+ Phun chế phẩm nhằm cung cấp nguồn bệnh ban đầu để tích luỹ trên đồng ruộng

+ Phun tràn ngập như dùng thuốc hoá học để trừ sâu

Không sử dụng chế phẩm trong điều kiện nhiệt độ thấp, vì thời gian ủ bệnh sâu hại kéo dài nên vẫn phá hoại được

2.3 Chế phẩm nấm trừ sâu

Có rất nhiều nhóm nấm gây bệnh cho sâu Trong số này có hai nhóm: nấm túi và nấm phấn trắng được ứng dụng rộng rãi trong phòng trừ dịch hại cây trồng

Nấm túi ký sinh trên nhiều loại sâu bọ và rệp khác nhau Sau khi

bị nhiễm nấm cơ thể sâu bị trương lên Nấm càng phát triển thì các hệ cơ quan của sâu bọ càng bị ép vào thành cơ thể Sâu bọ yếu dần rồi chết

Nấm phấn trắng có khả năng gây bệnh cho khoảng 200 loài sâu

bọ Khi bị nhiễm bệnh, cơ thể sâu bị cứng lại và trắng ra như bị rắc bột rồi chết sau vài ngày

Quy trình sản xuất chế phẩm nấm trừ sâu:

Rải mỏng để Hình thành Bào tử trong Tình trạng Thoáng khí

Thu Sinh Khối nấm

- Sấy, đóng gói

- Bảo quản

- Sử dụng

VD khác : Nấm bột Nomuraea Rileyi

(để sản xuất ra chế phẩm sinh học nấm bột trừ sâu hại rau)

Hay như :Nấm Boverin, còn gọi là nấm cương tằm - hoạt động theo cơ chế: khi được phun vào rừng có sâu, nấm Boverin bào tử dạng tiềm sinh sẽ phát tán, bám vào và ký sinh trên thân sâu, pháttriển thành dạng sợi, chọc thủng thân sâu, làm cho sâu tê liệt rồi

chết Trên xác sâu, nấm phát triển và lây lan sang các con sâu khác.

Như vậy chúng tự lây nhau và chết, không thể thành dịch được Sâu róm khi bị nhiễm nấm Boverin 4 ngày thì ngừng hoạt động, 7ngày bắt đầu chết, 15 ngày gần như chết hoàn toàn Boverin đượcphun ở dạng bột, nên tránh lúc mưa to, trời nắng gắt, độ ẩm phù hợp trên 80% có hiệu quả rất cao Mỗi ha rừng thông chỉ cần phun 2-3 kg Boverin nhưng phát huy tác dụng từ 5-7 năm, có nơi đến 10 năm

Ngoài ra, nhiều kết quả nghiên cứu sử dụng nấm có ích diệt côn trùng đã đạt được kết quả tốt như: Metarhizium flovoviridae trừ mối, châu chấu hại mía (hiệu quả phòng trừ đạt 76%), Beauveria bassiana trừ sâu róm hại thông (hiệu quả phòng trừ đạt 93,6%), hay Beauveria bassiana và Metarhizium aníopliae phòng trừ sâu hại dừa đạt hiệu quả từ 56-97%; nấm đối kháng Trichoderma trừ

bệnh khô vằn trên ngô đạt hiệu quả 45-50%, hạn chế bệnh lở cổ

rễ đậu tương 51-58% Hiện nay, các nhà khoa học đang hoàn thiện qui trình sử dụng nấm Exserohilum monoceras (nòi 85.1) đểtrừ cỏ lồng vực

3 Ưu điểm của chế phẩm vi sinh:

- Không độc hại cho người và gia súc, không gây nhiễm bẩn môi trường sống (không ảnh hưởng đến đất trồng, không khí trong môi trường…)

- Chưa tạo nên tính kháng thuốc của sâu hại

- Không ảnh hưởng đến chất lượng, phẩm chất nông sản (do

không để lại dư lượng)

- Không làm mất đi những nguồn tài nguyên sinh vật có ích với con người

- Nếu sử dụng hợp lý, đúng phương pháp, đúng kỹ thuật trong điều kiện nhiệt độ, ẩm độ thích hợp sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

- Hiệu quả thuốc vi sinh thường kéo dài vì chúng không chỉ tiêu diệt trực tiếp lứa sâu đang phá hoại mà chúng còn có thể lan

truyền cho thế hệ tiếp theo

4 Nhược điểm của chế phẩm vi sinh:

- Tác động của thuốc trừ sâu vi sinh chậm nên hiệu quả chậm (Dothuốc trừ sâu vi sinh thường có quá trình gây bệnh và nhiễm bệnhkhi vào cơ thể sâu phải mất 1-3 ngày)

- Hiệu quả của thuốc ban đầu không cao

- Phổ tác dụng của thuốc hẹp