Nghiên cứu chế tạo một số chế phẩm, mồi nhử và bẫy bướm của sâu đục thân cà phê, qua đó sử dụng pheromone làm công cụ hỗ trợ dự báo tình hình, kiểm soát sâu hại cây trồng

Du nhập vào Việt Nam từ năm 1857, cho đến nay cây cà phê mỗi năm mang về một lượng kim ngạch trên 2 tỷ USD. Nhưng tình hình phát sinh sâu bệnh trên cây cà phê đang diễn biến hết sức phức tạp, trong đó gây thiệt hại nặng nề nhất là sâu đục thân mình trắng Chevrolat Xylotrechus quadripes (Coleoptera: Cerambycidae) trên cà phê Arabica tại Ấn Độ, Sri Lanka, Trung Quốc, Việt Nam và Thái Lan. Việc áp dụng các biện pháp phòng trừ sâu bệnh vẫn còn nhiều hạn chế, chưa có thuốc đặc trị, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trên cây cà phê cũng có nhiều vấn đề đáng bàn… gây thiệt hại lớn cho người dân. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Cần thực hiện trên diện rộng, qui mô lớn, đồng bộ để phát huy được thế mạnh và tính hiệu quả việc sử dụng pheromone trong kiểm soát mật độ côn trùng. Giúp môi trường xanh sạch và an toàn hơn khi là một công cụ kiểm soát dịch hại mang tính chiến lược. Phổ biến sử dụng pheromone trong công tác bảo vệ thực vật đến người dân. Phát triển nghiên cứu tổng hợp các loại pheromone côn trùng đi vào chiều sâu, tính đa dạng và số lượng đảm bảo cho công tác bảo vệ thực vật. Ích lợi cho kinh tế xã hội: giảm số lượng thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi sinh cùng những chi phí sản xuất chúng.

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Du nhập vào Việt Nam từ năm 1857, cho đến nay cây cà phê mỗi năm mang về một lượng kim ngạch trên 2 tỷ USD Nhưng tình hình phát sinh sâu bệnh trên cây cà phê đang diễn biến hết sức phức tạp, trong đó gây thiệt hại nặng nề nhất là sâu đục thân mình trắng Chevrolat Xylotrechus quadripes (Coleoptera: Cerambycidae) trên cà phê Arabica tại Ấn Độ, Sri Lanka, Trung Quốc, Việt Nam và Thái Lan Việc áp dụng các biện pháp phòng trừ sâu bệnh vẫn còn nhiều hạn chế, chưa có thuốc đặc trị, việc sử dụng thuốc bảo

vệ thực vật trên cây cà phê cũng có nhiều vấn đề đáng bàn… gây thiệt hại lớn cho người dân

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Cần thực hiện trên diện rộng, qui mô lớn, đồng bộ để phát huy được thế mạnh và tính hiệu quả việc sử dụng pheromone trong kiểm soát mật độ côn trùng

- Giúp môi trường xanh sạch và an toàn hơn khi là một công cụ kiểm soát dịch hại mang tính chiến lược

- Phổ biến sử dụng pheromone trong công tác bảo vệ thực vật đến người dân

- Phát triển nghiên cứu tổng hợp các loại pheromone côn trùng đi vào chiều sâu, tính

đa dạng và số lượng đảm bảo cho công tác bảo vệ thực vật

- Ích lợi cho kinh tế xã hội: giảm số lượng thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi sinh cùng những chi phí sản xuất chúng

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu chế tạo một số chế phẩm, mồi nhử và bẫy bướm của sâu đục thân cà phê, qua đó sử dụng pheromone làm công cụ hỗ trợ dự báo tình hình, kiểm soát sâu hại cây trồng

- Kết hợp các phương pháp dự báo với phòng trừ sinh học của pheromone với các phương pháp hiệu quả khác (IPM) đối với cây trồng, mà không dùng thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Giúp cho người dân có hiểu biết và ý thức trong việc bảo vệ sức khỏe cho bản thân

và cộng đồng

- Đối với lĩnh vực khoa học có liên quan: Pheromone là một công cụ quan trọng giúp cho việc áp dụng IPM hiệu quả

2.1 Giới thiệu về sâu đục thân mình trắng - bore (Xylotrechus

quadripes Chevrolat)

2.1.1 Phân loại

Xén tóc đục thân (hại cà phê) có tên khoa học là Xylotrechus quadripes Chevrolat, thuộc

họ Cerambycidae (xén tóc), bộ Coleoptera (Cánh Cứng)

2.1.2 Đặc điểm hình thái và sinh học

Thành trùng là loài xén tóc nhỏ, màu đen với những vân màu xám Chiều dài cơ thể từ 9-14 mm Cánh trước xén tóc đực thường che kín bụng, trong khi cánh của xén tóc

cái không che kín bụng Thời gian sống của thành trùng từ 14-20 ngày, tối đa 30 ngày Số trứng đẻ của mỗi thành trùng cái từ 50-100 cái

Trứng hình bầu dục, một đầu nhọn, chiều dài từ 1,2-1,5 mm, rộng từ 0,4-0,5 mm Khi mới đẻ trứng màu trắng sữa, vài ngày sau có màu vàng xanh và trước lúc nở có màu hồng nhạt, thời gian ủ trứng từ 5-12 ngày

Ấu trùng mới nở màu hồng nhạt, sau trắng dần, gần hoá nhộng có màu vàng nhạt

Ấu trùng có chiều dài thân từ 10-18 mm, đôi khi dến 27 mm, thân dẹp, các đốt ngực rộng, các đốt bụng càng về cuối càng nhỏ dần Hàm rất mạnh Giai đoạn ấu trùng phát triển từ 3-6 tháng

2.1.3 Tập quán sinh sống và cách gây hại

Sau khi vũ hóa, thành trùng vẫn nằm yên trong thân cây, từ 2-5 ngày sau mới chui

ra ngoài hoạt động Thành trùng hoạt động mạnh khi nhiệt độ cao, ánh sáng nhiều Vì vậy xén tóc thường bắt cặp vào buổi sáng và đẻ trứng từ trưa đến 3-4 giờ chiều

Trứng được đẻ rải rác hay tập trung trong các kẻ nứt của vỏ cây Thời gian đẻ trứng kéo dài từ 1-15 ngày

Ấu trùng sau khi nở 1-2 ngày bắt đầu đục vào vỏ cây và đục quanh phần vỏ ở giai đoạn tuổi 1 (khoảng 95%) Khi đục đến phần giáp vỏ và gỗ thì đa số là ấu trùng tuổi 2 (khoảng 70%) Khi có chiều dài thân trên 6 mm, khoảng tuổi 3, ấu trùng bắt đầu đục vào phần gỗ của cây, đục vòng quanh thân làm đứt các mạch gỗ Đường đục bên trong thân cây cà phê nhỏ thường là thẳng nhưng trên thân cây to đường đục thường ngoằn ngoèo,

có nhiều nhánh ngang, đường đục có thể đi lên hay xuống Đến tuổi 5 hoặc 6, lớn đủ sức,

ấu trùng đục một đường lên phía trên thân cây cà phê và lệch ra phía ngoài, sát vỏ Khi sát với vỏ cây ấu trùng đục một khoang rộng như một cái túi và quay đầu ra ngoài nằm yên

để hóa nhộng Tỉ lệ ấu trùng đục ra sát phần vỏ chiếm khoảng 96%

Triệu chứng để nhận diện cây cà phê bị loài xén tóc này gây hại:

1 Lá non bị biến dạng, màu hơi vàng, mép lá hơi xoắn, lá héo như bị thiếu nước, trong khi các lá dưới còn xanh tốt Cây mọc thêm nhiều chồi thân

2 Trên thân có những vết, lằn vòng quanh, hơi nứt nẻ Tách vỏ ra sẽ thấy các đường đục Cây có thể bị gảy dễ dàng

3 Cây có sâu vũ hóa bay đi có những lỗ hổng đường kính 3mm

2.1.4 Vòng đời

Khi xén tóc trưởng thành có mặt trên cây cà phê, chúng ngay lập tức giao phối và sau khi giao phối con cái bắt đầu đẻ trứng nằm trong tháng mười, tháng mười một, tháng

tư, tháng sáu Trứng nở trong khoảng 14 ngày và ấu trùng đầu tiên dưới vỏ cây trong một

thời gian 2 tháng Sau đó instars đường hầm lên đến 9 tháng nữa và sau đó mang một

buồng để gần bên ngoài của thân cây trước khi triển thành nhộng Tổng cộng 6 giai đoạn

ấu trùng (instar) phát triển bên trong thân cây cà phê và phải mất khoảng 172 ngày để hoàn thành từ ấu trùng instar đầu tiên để ấu trùng instar cuối cùng Nó có nghĩa là ấu trùng giai đoạn có thể hoàn thành trong 6 tháng khi các instar cuối cùng đạt đến buồng nhộng Hóa nhộng kéo dài 30-40 ngày

Bọ cánh cứng trưởng thành vẫn còn trong buồng nhộng 3-7 ngày trước khi cắt một

lỗ thoát, và người lớn đang nổi lên ngay lập tức tìm kiếm người bạn đời Nam giới trưởng thành sống 2-3 tuần trong khi phụ nữ sống sót cho 9-30 ngày, trong thời gian tới 100 quả trứng được đặt trong các vết nứt và kẽ nứt của vỏ cây trên thân chính Các chu kỳ cuộc sống được hoàn thành trong khoảng 12 tháng

2.1.5 Yếu tố ảnh hưởng đến mật số

2.1.5.1 Giống và tuổi cây

Cây cà phê trên 1,5 tuổi có thể bị hại, nhưng nặng nhất khi cây từ 3 năm tuổi trở lên Cây càng già càng bị hại nặng

Giống cà phê “Coffea arabica” tức “cà phê chè” dễ bị loài xén tóc này tấn công Những cây có nhiều thân, cành lá rậm rạp, che phủ kín thân thường ít bị gây hại Trái lại, những cây chỉ có một thân và các cành cấp I và cấp II có lá thưa thớt thì đều bị loài này gây hại Đó là do thành trùng của loài này có đặc tính là trong thời kỳ đẻ trứng thường tìm đến những cây thích hợp để đẻ trứng bằng cách bay thẳng vào thân cây; nếu trên đường bay vào bị vấp phải các cành hoặc lá, lập tức chúng bay trở lại Sau đó chúng định hướng lại và bay vào tiếp Cứ như thế diễn ra nhiều lần mà không vào được thân cây, chúng sẽ bay sang cây khác Vì thành trùng không có thói quen bò từ lá hoặc cành vào thân cây, nên thân cây có cấu trúc "hở" sẽ bị hại nhiều hơn

2.1.5.2 Ánh sáng

Trong vườn cà phê, những cây phơi ra nắng nhiều bị tấn công nhiều hơn các cây trong mát

2.1.5.3 Biện pháp phòng trị

Trồng cây che mát thích hợp để giảm cường độ ánh sáng trong vườn cà phê

Vì ấu trùng và nhộng có thể sống trong những thân cây đốn xuống và khô trong thời gian khá lâu nên cưa, đốn và đốt hay chôn các cành hay thân cây bị tấn công

Dùng các loại thuốc trừ sâu thông dụng, trộn một phần thuốc với 5 phần đất sét, 10 phần nước và thêm 10 phần phân trâu bò quét lên thân các lô cà phê trên 2 năm tuổi

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Thành phần sâu hại trên cây cà phê chè, đặc điểm sinh vật học, sinh thái học của rệp sáp mềm nâu (Coccus hesperidum Linnaeus) và biện pháp phòng trừ tại Sơn La, vụ xuân hè, năm 2009

Chưa có đề tài nào nghiên cứu tổng hợp pheromone sâu hại cà phê được công bố

2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

o Năm 2001, Marc Rhainds Center for Environmental Biology, Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, Burnaby, B.C., V5A 1S6, Canada và các cộng sự đã công bố

nghiên cứu pheromone dẫn dụ của sâu đục thân mình

trắng trên cây cà phê, Xylotrechus quadripes Chevrolat Xác định được

các thành phần pheromone: 2-hydroxy-3-decanone, 2,3-decanedione,

(S)-2-hydroxy-3-decanone

Pheromone communication and mating behaviour of coffee white stem borer, Xylotrechus quadripes Chevrolat (Coleoptera: Cerambycidae)

2-decene C 7 H 15

O

O

Octanal

NC C 7 H 15

OR

C 7 H 15 O

OH

o Năm 2005, D R Hall, A Cork và các cộng sự ở viện tài nguyên

thiên nhiên , đại học Greenwich, Anh (Natural Resources

Institute, University of Greenwich, Chatham Maritime,Kent ME4 4TB, UK)đã nhận danh các thành phần pheromone giới tính

nam của sâu đục thân mình trắng, Xylotrechus quadripes Bao gồm: (S )-2-hydroxy-3-decanone, 3-hydroxy-2-Decanone, (S,S)-2,3-dihydroxyoctane, Hydroxy-3-octanone, 2,3-decanedione, 2-phenylethanol

Identification of components of male-produced pheromone of coffee

white stemborer, Xylotrechus quadripes

Jocelyn G Millar và Jardel A Moreira khoa côn trùng học University of California,

Riverside CA 92521, USA.

Lawrence M Hank và Emerson S Lacey, University of Illinois at Urbana-Champaign,

Urbana IL 61801, USA

James D Barbour, Southwest Idaho Research and Extension Center, University of Idaho,

Parma, ID 83660-6590

Pheromone Chemistry of Cerambycid Beetles

o Luận án thực hiện một phần yêu cầu của Đại học Greenwich cho bằng cấp của Tiến sĩ Triết học: Nghiên cứu pheromone giới tính của loài sâu bướm Pine Looper,

Bupalus piniaria L (LEPIDOPTERA: GEOMETRIDAE) của Sumathi

Chittamuru

STUDIES ON THE FEMALE SEX PHEROMONE OF THE PINE LOOPER MOTH,

Bupalus piniaria L (LEPIDOPTERA: GEOMETRIDAE)

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG

3.1 Phản ứng Wittig

Phản ứng xảy ra giữa các hợp chất carbonyl (aldehyde, ketone) với các tác chất triphenylphosphonium ylide tạo thành alkene

O

R2

R1

(C 6 H 5 ) 3 P

R3

R4

R 2

R 1

O

R 3

R 4 P(C6H5)3 Phosphoran

R2

R1

O

R3

R4 P(C 6 H 5 ) 3

R1

R3

R 4

R2

Hình 7 Cơ chế phản ứng Wittig

Phản ứng Wittig được sử dụng như một giai đoạn chính trong tổng hợp các hợp chất thiên nhiên để tạo liên kết đôi C=C Lợi thế của phản ứng này là việc lựa chọn vị trí để hình thành liên kết đôi và khả năng lựa chọn lập thể bằng việc áp dụng những điều kiện phản ứng liên quan như phụ thuộc vào loại ylide, loại hỗn hợp carbonyl hay điều kiện

phản ứng có thể tạo thành (E) hoặc (Z)-alkene.

3.1.1 Phản ứng Wittig cổ điển

Trong phản ứng Wittig, muối phosphonium được xử lý với base tạo ylide Phản ứng thường được thực hiện dưới những điều kiện các chất phải khan, với base mạnh, phản ứng

Bước 1: Carbon nucleophile của tác nhân Wittig cộng vào carbon electrophile trong

nhóm carbonyl phân cực, electron từ liên kết π của carbon-oxygen được sử dụng hình

thành liên kết với nguyên tử phosphorus Sự hình thành này tạo ra vòng bốn trung gian được gọi là oxaphosphetan

Bước 2: Sự phá hủy vòng bốn bằng cách cắt đứt liên kết carbon-phosphorus và

carbon-oxygen dẫn tới hình thành liên kết π giữa carbon-carbon của alkene và hợp chất triphenylphosphine oxide

Ph 3 P

R1

O

H R2

R1

H

Ph3P

R 2

H

Ph3P R1

H

R2 O

H

Ph3P R1

H

R2 O

R1 H

H R2

Hình 8 Phản ứng Wittig cổ điển

3.1.2 Phản ứng Wittig cải biến

a) Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons

- Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) là phản ứng của phosphonate carbanion với hợp chất carbonyl

- Phosphonate carbanion được tạo thành bởi alkyl phosphonate ester với base như

NaH, n-BuLi, NaOEt Alkyl phosphonate ester lại được tạo nên từ phản ứng halogen với

phosphate ester

Cơ chế và hóa học lập thể.

P O

R1O

R1O EWG

R2

R3 H

O

P O

R1O

R 1 O EWG

R2 O

R 3 H

GWE

R2 R3

P O

R1O

R 1 O R2

EWG O

R 3 H

R3

R2 GWE

Hình 9 Cơ chế phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons b) Phản ứng Horner-Wittig

Horner và cộng tác viên của ông là những người đầu tiên thành công trong việc tạo thành alkene với sự có mặt của phosphine oxide và base khi phản ứng với aldehyde

Ph3P 1 RCH2X

2 Hidrosis PPh2

O R

Phosphine oxide

1 BuLi, THF

2 R1CHO

R

Ph2P O

H H

R' HO

-hydroxyphosphine oxide erythro : threo (9:1)

NaH, DMF

R' R

Z - alkene

O

Ph2P ONa

Hình 10: Cơ chế phản ứng Horner-Wittig

3.2 Sơ đồ tổng hợp 2,3-decanedione

OH OH

O

O

CH 3 CH 2 PPH 3 Br

H 2 O 2

KMnO 4 CHO

2.2 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ

2.2.1 Thiết bị và dụng cụ

Các thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp gồm có :

+ Cân điện tử

+ Bồn siêu âm Đài Loan

+ Thanh siêu âm HP50H - Đức

+ Cột sắc kí sử dụng silica gel 60 (20-400 mesh, E Merck, Darmstadt, Đức)

+ Sắc kí lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm, lớp hấp phụ bằng silica gel, chạy trên hệ dung môi petroleum ether:diethyl ether, hiện hình bằng hơi iodine, dung dịch Sulfuric acid 10% (trong ethanol)

2.2.2 Hóa chất

+ Acetone

+ Acetic acid

+ Octanal

+ Postassium permanganate

+ Cupric acetate

+ Hydrogen peroxide

PHẦN III KẾT LUẬN

Nghiên cứu tổng hợp thành công 2,3-decanedione là tiền đề kết hợp với các chế

phẩm sinh học khác giúp phòng trừ sâu đục thân mình trắng hại cà phê, nhằm đảm bảo sức khỏe của người sử dụng và giảm thiểu tác hại đối với môi trường xung quanh

PHẦN IV THỜI GIAN LÀM LUẬN VĂN

- -1 Thu thập tài liệu: 1/7/2010-1/9/2010

2 Thực nghiệm và viết chương 1: 2/9/2010-2/10/2010

3 Thực nghiệm và viết chương 2: 2/10/2010-2/11/2010

4 Thực nghiệm và viết chương 3: 2/11/2010-2/12/2010

5 Thực nghiệm và viết chương 4: 2/12/2010-2/2/2011

6 Chỉnh sửa luận văn: 2/2/2011-2/4/2011

PHẦN V TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

(1) Báo cáo nghiên cứu ngành cà phê, ngân hàng thế giới , ban nông nghiệp và phát

triển nông thôn, 6/2004

(2) PGS.TS Trần Huy Thọ, Trương Văn Hàm, Bộ côn trùng – Viện bảo vệ thực vật Bộ

nông nghiệp và PTNN, Kết quả nghiên cứu sâu hại cà phê tại Sơn La 1996-2000

Tài liệu tiếng Anh

(3) MarcRhainds, Chin Chiew Lan, Skip King, Regine Gries, Li Zhen Mo và Gerhard

Gries, Pheromone communication and mating behaviour of coffee white stem borer, Xylotrechus quadripes Chevrolat (Coleoptera: Cerambycidae), 299–

309 (2001)

(4) Jocelyn G Millar, Lawrence M Hanks, Jardel A Moreira, James D Barbour, and

Emerson S Lacey, Pheromone Chemistry of Cerambycid Beetles, CHEMICAL ECOLOGY OF WOOD-BORING INSECTS, 2009

(5) Sumathi Chittamuru, Studies on female sex pheromone of the pine looper moth,

Bupalus piniaria L.(Lepidoptera: Leometridae), A thesis submitted in partial

fulfilment of the Requirements of the University of Greenwich For the Degree

of Doctor of Philosophy, 2000

(6) Peter Witzgall, Philipp Kirsch & Alan Cork, Sex Pheromones and Their

Impact on Pest Management, Journal Chemical Ecology, 2010

Một số trang web

(7) library.thinkquest.org

(8) baovecaytrong.com

(9) bhandaribishnu.blogspot.com

(10) web.agri.cmu.ac.th

(11) www.pherobase.com

(12) www.vinhphucnet.vn