SỬ DỤNG 1 SỐ NGUYÊN LÝ PHÂN TÍCH SỰ KHÁNG THUỐC TRỪ SÂU HÓA HỌC CỦA CÔN TRÙNG CÓ HẠI

Hiện tượng côn trùng kháng thuốc được phát hiện từ rất lâu rồi, kể từ đó cho tới nay số loài sâu hại kháng thuốc càng tăng vì thế, việc pḥòng trừ chúng bằng phương pháp sử dụng thuốc hóa

SỬ DỤNG 1 SỐ NGUYÊN LÝ PHÂN TÍCH

SỰ KHÁNG THUỐC TRỪ SÂU HÓA HỌC CỦA CÔN TRÙNG CÓ HẠI.

Ngày nay với việc tăng dân số thì một trong những cách để đáp ứng vấn đề lương thực là thâm canh tăng vụ Khi thâm canh tăng vụ hậu quả tất yếu là quá trình mất cân bằng sinh thái xảy ra, sự gia tăng mức độ tàn phá của sâu, bệnh hại kéo theo việc gia tăng chí phí đầu tư cho các biện pháp phòng trừ

Tuy nhiên các hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng nhiều làm các vi sinh vật có ích trong đất bị tiêu diệt, cấu trúc đất bị phá vở, đất bị xói mòn, thoái hóa và suy kiệt, môi trường sống bị ô nhiễm, sức khỏe con người bị tác động bởi các hóa chất độc hại Hệ sinh thái nông nghiệp truyền thống đa dạng và bền vững được thay thế dần thành hệ sinh thái mới khiếm khuyết, không bền vững, dễ phát sinh sâu bệnh

Hiện tượng côn trùng kháng thuốc được phát hiện từ rất lâu rồi, kể từ đó cho tới nay

số loài sâu hại kháng thuốc càng tăng vì thế, việc pḥòng trừ chúng bằng phương pháp sử dụng thuốc hóa học là hết sức khó khăn

Về phương diện sinh học, tính kháng thuốc trừ sâu là một hiện tượng tiến hóa sinh học ở mức độ quần thể có liên quan mật thiết tới các gen trong cơ thể có tính chống hoạt tính thuốc, khi sinh vật tiếp xúc liên tục và lâu dài với thuốc BVTV sẽ xảy ra quá trình chọn lọc Các cá thể mang gen kháng thuốc sẽ có khả năng tồn tại và gia tăng sức đề kháng qua các thế hệ dưới áp lực chọn lọc của thuốc trừ sâu Trước khi tiếp xúc trực tiếp thuốc trừ sâu tần số alen kháng thuốc thường là thấp, sau nhiều thế hệ tiếp xúc với thuốc làm cho tần số alen kháng thuốc tăng lên rõ rệt qua các thế hệ Tính kháng thuốc của dịch hại lúc đầu tăng chậm, sau đó nhanh dần lên theo nhịp độ sử dụng thuốc và cuối cùng tạo

ra quần thể kháng mạnh

Sử dụng thuốc hóa học là phương pháp cơ bản và có hiệu lực cao trong việc phòng trừ dịch hại nói chung sâu hại nói riêng, Tuy nhiên, tình trạng lạm dụng quá mức các loại thuốc hóa học ngày càng tăng cũng và cũng như sự xuất hiện tràn lan của các loại thuốc

giả, kém chất lượng đă làm tăng tính kháng thuốc ở côn trùng sâu hại gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng như: làm giảm năng suất và chất lượng của nông sản ảnh hưởng đến an toàn vệ sinh thực phẩm, tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng, ô nhiễm môi trường, mất cân bằng sinh thái

II NỘI DUNG.

1 Nguyên tắc và phương hướng phòng trừ côn trùng hại

1.1 Phương hướng phòng trừ côn trùng hại

- Tiêu diệt sâu có hại nhưng không làm phá vỡ cân bằng tự nhiên

- Nắm rõ điều kiện ngoại cảnh dẩn đến sự phát sinh và phát triển của sâu hại, làm thay đổi môi trường sống của chúng nhằm tạo điều kiện bất lợi làm cho chúng không thể phát triển được (mỗi loại sâu hại phát sinh và phát triển trong một số điều kiện ngoại cảnh nhất định)

- Phòng ngừa sự phát sinh và phát triển của sâu hại làm giảm nhẹ khả năng phá hại của sâu

- Tiêu diệt sâu hại bằng nhiều biện pháp nhằm hạn chế tối đa việc sử dụng thuốc hóa học vì việc sử dụng thuốc hóa học không đúng sẽ phá vở thế cân bằng tự nhiên dễ đưa đến phát sinh thành dịch, côn trùng kháng thuốc, ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng, làm giảm phẩm chất và giá trị nông sản, gây ô nhiễm môi trường (dùng thuốc hóa học là phương hướng hàng đầu ở những nước có nền nông nghiệp còn lạc hậu, kém phát triển)

1.2 Nguyên tắc phòng trừ côn trùng hại:

- Phòng trừ sâu hại phải đạt hiệu quả kinh tế rõ rệt

- Việc phòng trừ sâu hại lấy phòng ngừa là chính Trong thực tế sản xuất, triệu chứng sâu gây hại rất dễ phát hiện Tuy nhiên cũng có một số loại dịch hại rất khó phát hiện sớm, khi thấy được triệu chứng thì cây trồng đã bị thiệt hại tương đối nhiều Những loại dịch hại càng nhỏ thì càng khó phát hiện khi chúng vừa mới xuất hiện gây hại trên Ngoài

ra còn một số côn trùng hại rễ cây người ta dễ lầm lẫn với những triệu chứng do phi sinh vật gây ra như do khô hạn, nhiệt độ cao hơn hoặc nhiệt độ thấp hơn ngưỡng nhiệt độ sinh trưởng của cây, đất phèn, mặn, do thiếu phân, … Do đó cần nắm rõ triệu chứng để có giải pháp kịp thời làm giảm nhẹ thiệt hại Nếu để sâu hại có thời gian sinh sôi và phát triển rồi mới trừ thì năng suất cây trồng bị ảnh hưởng, chi phí trừ sâu hại rất lớn, ít đem lại hiệu quả kinh tế

- Phòng trừ sâu theo hướng phòng trừ tổng hợp để vừa bảo vệ được cây trồng vừa giữ được sự cân bằng sinh học trong tự nhiên, hạn chế tối đa sự nhiễm bẩn môi trường sống,

an toàn cho người sử dụng

2 Các đặc điểm của thuốc trừ sâu.

2.1 Định nghĩa.

Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) hay nông dược là những chất độc có nguồn gốc từ tự nhiên hay hóa chất tổng hợp được dùng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại đến tài nguyên thực vật Những sinh vật gây hại chính gồm sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và các tác nhân khác

Thuốc trừ sâu: là một loại chất được sử dụng để chống côn trùng Chúng bao gồm các thuốc diệt trứng và thuốc diệt ấu trùng để diệt trứng và ấu trùng của côn trùng

Đa số các loại thuốc trừ sâu dùng trong sản xuất nông nghiệp đều là những chất hữu

cơ tổng hợp Thuốc trừ sâu thường tác động đến sâu hại ở giai đoạn sâu non Tính độc của thuốc trừ sâu đối với người và động vật có ích thay đổi nhiều tùy theo nhóm thuốc, loại thuốc và thành phần

2.2 Phân loại.

2.2.1 Phân loại thuốc trừ sâu theo bản chất hoá học

Phần lớn thuốc trừ sâu có thể phân loại theo ba nhóm: thuốc trừ sâu vô cơ, thuốc trừ sâu hữu cơ, thuốc trừ sâu sinh học

- Thuốc trừ sâu vô cơ được tạo thành từ các nguyên tố tự nhiên không chứa carbon Các chất này bền, không bốc hơi, thường là tan trong nước Hiện nay loại này ít được sử dụng do tính độc và độ tồn dư cao

- Thuốc trừ sâu hữu cơ được tổng hợp hoặc được chiết xuất từ tự nhiên, có chứa carbon, hydrogen, và một hoặc nhiều nguyên tố khác như chlorine, oxygen, sulphur, phosphorus và nitrogen

- Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học Thành phần giết sâu có trong thuốc sinh học có thể là các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, virus) và các chất do vi sinh vật tiết ra (thường là các chất kháng sinh), các chất có trong cây cỏ (là chất độc hoặc dầu thực vật)

2.2.2 Phân loại thuốc trừ sâu theo cơ chế tác động

Khi thuốc tiếp xúc với cơ thể côn trùng thì nó sẽ tác động lên một hay nhiều quá trình sống của côn trùng làm côn trùng ốm, mắc bệnh, rối loạn hành vi sinh trưởng, chuyển hoá, khả năng sinh đẻ, và có thể dẫn đến chết Dưới đây là phân loại thuốc theo cơ chế tác động:

- Tác động vị độc: thuốc đi vào cơ thể qua đường miệng, hấp thụ qua hệ thống tiêu hoá

- Tác động tiếp xúc: thuốc đi vào cơ thể bằng cách tiếp xúc qua chân hoặc ngấm vào

cơ thể

- Tác động xông hơi: thuốc đi vào cơ thể thông qua hệ thống hô hấp

- Tác động nội hấp: thuốc có độ tan trong nước cao để có thể đi vào cây trồng qua đường rễ, thân, lá và di chuyển trong cây, đi vào cơ thể côn trùng chích hút cây thông qua đường miệng

- Tác động ngạt: thuốc làm bí cơ chế thở của sâu

2.3 Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học.

2.3.1 Ưu điểm của thuốc trừ sâu hóa học.

- Có tác dụng diệt trừ sâu bệnh nhanh chóng và hạn chế sự lan rộng của sâu bệnh Các loại thuốc trừ sâu diệt sâu triệt để, thường trên 90% nên được nông dân nhận biết ngay tác dụng và thích sử dụng

- Có thể dùng biện pháp hoá học bảo vệ thực vật một cách rộng rãi trên diện tích lớn

và trong thời gian ngắn Điều này cần thiết khi dịch hại phát sinh nhanh và trên diện rộng Việc sử dụng nói chung đơn giản, dễ thực hiện

- Cách dùng đa dạng người ta có thể bón vào đất, xông hơi, trộn giống, làm bả độc, phun lên cây trồng (phun bột, phun sương, phun mù)

- Phương pháp hóa học phần lớn khi sử dụng đều mang lại hiệu quả kinh tế

2.3.2 Nhược điểm của thuốc trừ sâu hóa học.

- Diệt cả thiên địch và những loài không phải sâu hại khác, làm mất cân bằng tự nhiên

- Dễ gây bộc phát sâu hại, do côn trùng bị trúng thuốc không đủ liều gây chết, chính thuốc hóa học kích thích chúng sinh sản nhiều hơn do phản ứng bảo tồn giống nòi, mặt khác chúng không bị kiềm hãm bởi thiên địch

- Do thiên địch bị diệt bởi thuốc trừ sâu làm cho những loài sâu hại thứ cấp trước đây gây hại không đáng kể trở thành loại gây hại chính nguy hiểm hơn như Nhiện gié, rầy cánh trắng

- Phát sinh nòi mới nguy hiểm hơn (sâu phao đục bẹ)

- Việc sử dụng liên tục 1 loại thuốc làm côn trùng quen thuốc dần dần dẫn đến côn trùng kháng thuốc

- Gây ngộ độc cho cây trồng làm ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng

và làm giảm năng suất cây trồng

- Phần tồn dư của thuốc trừ sâu rơi xuống nước bề mặt, ngấm vào đất, di chuyển vào nước ngầm, phát tán theo gió gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe con người Đặc biệt dư lượng trong nông sản ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng là nguy cơ tiềm ẩn gây bệnh ung thư, xảy thai, và các bệnh nguy hiểm khác

- Thuốc gây ô nhiễm môi trường sống, gây độc hại cho người và gia súc, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng, bao gồm cả ngộ độc cấp tính và ngộ độc mãn tính

3 Tính kháng thuốc của côn trùng.

3.1 Khái niệm về tính kháng thuốc của côn trùng hại.

Tính kháng thuốc là một sự thay đổi tính mẫn cảm đối với các hoạt chất của thuốc có khả năng di tuyền của một quần thể sâu hại, được thể hiện trong sự vô hiệu của chất đó với côn trùng, mà đúng ra sẽ đạt được mức pḥòng trừ mong đợi khi sử dụng theo khuyến cáo trên nhãn cho loài sâu hại đó

Hoặc tính kháng thuốc là sự giảm sút tính mẫn cảm của quần thể sinh vật đối với một loại thuốc trừ dịch hại sau một thời gian dài quần thể này liên tục tiếp xúc với thuốc đó, khiến cho những loài này có khả năng chịu được lượng thuốc lớn đủ để tiêu diệt được hầu hết các cá thể cùng loài chưa chống thuốc Khả năng này được di truyền qua đời sau, dù

cá thể đời sau có hay không tiếp xúc với thuốc (WHO, 1976)

3.2 Các yếu tố ảnh hướng đến tính kháng thuốc của côn trùng hại:

+ Đặc điểm di truyền và sinh vật học của loài dịch hại: những loài dịch hại có khả năng biến đổi gen lớn, vòng đời ngắn, khả năng sinh sản cao, tính ăn hẹp, ít di chuyển, có phản xạ sinh lý thích ứng và là những loài có nguy cơ chống thuốc cao

+ Bản chất và đặc điểm của loại thuốc sử dụng: những thuốc tồn tại lâu trên bề mặt vật phun, dịch hại có điều kiện tiếp xúc nhiều với thuốc ở liều thấp (như các thuốc trừ sâu clo hữu cơ), những thuốc có tính chọn lọc cao dễ tạo tính chống thuốc

+ Cường độ sức ép chọn lọc: bao gồm số lần dùng thuốc, liều lượng thuốc, qui mô sử dụng và số lượng cá thể dịch hại còn sống sót sau mỗi lần dùng thuốc Cường độ sức ép chọn lọc càng lớn, có nghĩa số lần dùng thuốc càng cao, lượng thuốc dùng càng lớn, qui

mô dùng thuốc càng rộng, số lượng cá thể dịch hại còn sống sau mỗi lần dùng thuốc càng nhiều, quần thể dịch hại phải trải qua sự chọn lọc càng khắc nghiệt, sẽ đẩy quần thể dịch hại đó nhanh chóng kháng thuốc

3.3 Kháng thuốc nhờ sự biến dị di truyền.

Biến dị di truyền trong quần thể là nguyên liệu thô của sự thay đổi thích nghi.

Biến dị di truyền thường phát sinh từ đột biến gen (DNA) hoặc thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể

Một đột biến gen có khả năng bảo vệ ruồi giấm trước tác động nguy hiểm của thuốc trừ sâu DDT đã lan truyền nhanh chóng trên khắp thế giới

Nhà khoa học Charles Ffench Constant và nhóm nghiên cứu của ông đã phân tích 75 quần thể ruồi giấm phát triển từ những con ruồi được thu thập trên khắp thế giới vào thập niên 1960 Trong số này, có 28 quần thể có tính kháng DDT, ngoại trừ những quần thể từ Nam Cực Điều đáng ngạc nhiên là mỗi con ruồi giấm có khả năng kháng thuốc đều có cùng sự thay đổi gen như nhau - đây là gen "nhảy", một đoạn ngắn của DNA có thể tự ghép vào những vị trí mới trong bộ gen Các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng mẩu DNA

bổ sung này mang mật mã di truyền cho những enzym có khả năng phân hủy các hóa chất

có hại Những enzym tương tự như vậy trong gan người có tác dụng phân hủy các thành phần có hại của rượu bia Sự đột biến gen nói trên thúc đẩy gen này tạo ra một lượng enzym lớn gấp 100 lần mức bình thường

Phát hiện khá giống một cuộc nghiên cứu tương tự đối với muỗi mang vi trùng sốt rét Mới đây, các nhà khoa học đã tìm thấy rằng gen kháng thuốc DDT ở muỗi Anopheles gamblae đã lan truyền dọc bờ biển phía Tây châu Phi

Thuốc trừ sâu DDT bắt đầu được sử dụng từ năm 1945 để kiểm soát muỗi và dịch hại cây trồng Loại thuốc này cũng diệt cả ruồi giấm, vì vậy chúng đã phải tìm cách thích nghi và phát triển cơ chế kháng thuốc bằng cách biến đổi gen

Các nhà nghiên cứu không thể xác định chính xác địa điểm đã xảy ra sự đột biến gen nói trên, nhưng họ cũng không thể phát hiện thấy sự đột biến đó trong những dòng ruồi giấm thu thập từ thập niên 1930, thời điểm mà trước khi DDT được sử dụng Điều này cho thấy sự đột biến đó đã lan truyền nhanh chóng chỉ trong thời gian gần đây

Điều đáng lo ngại là sự đột biến nói trên đã xuất hiện ở cả những giống ruồi giấm nuôi trong phòng thí nghiệm và chưa hề tiếp xúc với DDT, tức là chúng ta sẽ rất khó xóa

bỏ tính kháng thuốc của côn trùng ngay cả sau khi đã ngừng sử dụng thứ thuốc diệt côn trùng đó

3.4 Kháng thuốc từ các đặc điểm sinh học.

Khi một quần thể dịch hại chịu tác động lâu dài của một loại thuốc trừ sâu sẽ xảy ra một quá trình chọn lọc Những cá thể mang gen kháng thuốc (gen thích ứng) sẽ tồn tại, sinh ra đời sau mang tính kháng thuốc Quá trình chọn lọc về bản chất bao hàm sự thay đổi về tần số của các gen Khi chưa tiếp xúc với thuốc, những gen kháng thuốc thường tồn tại với tần số thấp trong quần thể tự nhiên do chúng chưa có điều kiện thích hợp để phát triển Khi tiếp xúc với thuốc thường xuyên, trong các thế hệ nối tiếp sẽ có những biến đổi ; tỉ lệ kiểu gen kháng thuốc tăng dần, ở những thế hệ đầu, phần lớn là dị hợp tử, các thế hệ sau sẽ có đồng hợp tử xuất hiện Ở những thế hệ đầu, sự biến đổi này xảy ra từ

từ, chậm chạp

Theo nghiên cứu của Sawiski (1979), trong một quần thể tự nhiên, tỉ lệ các cá thể mang gen kháng thuốc là 1/10000, nếu cho tiếp xúc liên tục với thuốc trừ sâu qua 15 thế

hệ, tỉ lệ này tăng tới 1/30 Cho tiếp xúc thêm 7 thế hệ nữa tỉ lệ này là 1/1 Điều này góp phần giải thích một hiện tượng mang tính quy luật thường xảy ra với những vùng dùng

nhiều thuốc trừ sâu: Việc sử dụng thuốc trừ sâu mới có kết quả tốt vào năm đầu, nhưng sau đó côn trùng trở nên kháng thuốc, hiệu quả phòng trừ giảm sút nhanh

chóng và sau đó thuốc mất tác dụng

Như vậy, hiện tượng kháng thuốc bắt nguồn từ sự sai khác tự nhiên có bản chất di truyền về độ mẫn cảm với các chất độc giữa các cá thể trong Quần Thể (ngay từ khi quần thể) này chưa tiếp xúc với bất kỳ chất độc nào

3.5 Các cơ chế kháng thuốc trừ sâu của côn trùng.

3.5.1 Kháng theo cơ chế chuyển hóa

Côn trùng kháng thuốc có thể giải độc hoặc tiêu diệt các độc tố nhanh hơn so với côn trùng nhạy cảm, hoặc ngăn chặn độc tố tại các vị trí tiếp cận bằng cách liên kết nó (độc tố) với các protein trong cơ thể Kháng theo cơ chế chuyển hóa là hình thức phổ biến nhất

và thường hiện diện khi có sự thay đổi lớn (khi có sự tác động từ bên ngoài) Côn trùng kháng có thể chịu được các mức độ cao hơn (các mức nồng độ thuốc trừ sâu) hoặc có nhiều hình thức kháng enzyme hiệu quả hơn bằng cách phá vỡ các hợp chất thuốc trừ sâu

để chúng trở nên không độc hại

Hình 1 Kháng theo cơ chế chuyển hóa trong tế bào côn trùng

Hình 2 Quá trình phân giải DDT bằng enzyme ở muỗi kháng DDT

3.5.2 Kháng theo cơ chế thay đổi vị trí đích

Vị trí mà các độc tố thường liên kết ở côn trùng bị biến đổi để giảm tác dụng của thuốc trừ sâu