tiểu luạn vi sinh học

Để khắc phục khó khăn này các nhà khoa học trên thế giới đã đầu tư nghiên cứu ra các sản phẩm thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu hóa học..... Mặc dù thuốc trừ sâu được sản xuất để giết

LỜI CAM ĐOAN

Đây là những tổng hợp, nghiên cứu và ý kiến cá nhân của riêng tôi, các số liệu

và kết quả trong tiểu luận là trung thực Những ý kiến khoa học trong tiểu luận chưa từng được công bố trong bất kì công trình nghiên cứu khoa học nào khác

Đà Nẵng, ngày 29 tháng 10 năm 2018

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Thị Hương Liên

PHỤ LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

1 Bảng 1 Một số sản phẩm trừ sâu từ vi khuẩn Trang 6

2 Bảng 2 Một số sản phẩm trừ sâu từ virus Trang 7

LỜI MỞ ĐẦU

Lương thực, thực phẩm là nhu cầu cần thiết của mỗi con người, là vấn đề sống còn của mỗi quốc gia Cùng với sự phát triển của khoa học – công nghệ, giải quyết an ninh lương thực đang là một trong những vấn đề nan giải của các nước trên thế giới Hiện nay, có rất nhiều nơi đang bị thiếu hụt lương thực, thực phẩm trầm trọng Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến thiếu hụt lương thực: tình trạng “Trái Đất ấm lên” gây bão

lũ và hạn hán kéo dài, nguồn nước ngọt khan hiếm làm quá trình sản xuất khó khăn hơn, sâu bệnh hại hoành hành, trình độ canh tác lạc hậu, nội chiến và đẩy mạnh đô thị hóa ở các nước đang phát triển cũng làm hạn chế năng suất và thu hẹp diện tích đất canh tác Trong các nguyên nhân nêu trên, sự tấn công của các loài sâu, rầy lên các loài thực vật là chủ yếu gây nên sự thiếu hụt trầm trọng lương thực, thực phẩm [6]

Để khắc phục khó khăn này các nhà khoa học trên thế giới đã đầu tư nghiên cứu

ra các sản phẩm thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu hóa học Theo tính toán của các chuyên gia, trong những thập kỉ 70, 80, 90 của thế kỉ 20, thuốc trừ sâu hóa học và BVTV góp phần bảo vệ và tăng năng suất khoảng 20 – 30% đối với các loại cây trồng chủ yếu như lương thực, rau, hoa quả Theo Gifap, giá trị tiêu thụ thuốc BVTV trên thế giới năm 1992 là 22,4 tỷ USD, năm 2000 là 29,2 tỷ USD và năm 2010 là 30 tỷ USD, trong 10 năm gần đây ở 6 nước châu Á trồng lúa, nông dân sử dụng thuốc BVTV và

thuốc trừ sâu tăng 200 – 300% [7] Việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học, thuốc BVTV có khả năng diệt sâu bệnh nhanh lại ít tốn công nhưng nếu sử dụng không đúng loại, sai liều lượng, sai nồng độ và phun thuốc không đúng kỹ thuật sẽ gây nên hậu quả vô cùng

to lớn Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học thường xuyên sẽ làm đất bị thoái hóa trầm trọng, làm cho đất bị chua, độ xốp giảm dẫn đến khả năng không thể tái tạo lại chất dinh dưỡng cho đất Thuốc trừ sâu hóa học không chỉ làm suy giảm giá trị dinh dưỡng của thức ăn mà còn làm chúng nhiễm bệnh Mặc dù thuốc trừ sâu được sản xuất để giết chết sinh vật sống, nhưng các hóa chất trong thuốc trừ sâu chắc chắn vẫn còn tồn dư trên thực phẩm và nếu không xử lí đúng biện pháp thì lượng hóa chất này xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường ăn uống gây ngộ độc, nghiêm trọng hơn nếu hóa chất tích tụ lâu sẽ dễ gây nên các bệnh như ung thư, các bệnh về hệ thống thần kinh và sinh sản của con người [5] Ngoài ra sử dụng thuốc trừ sâu hóa học, thuốc BVTV nếu thấm xuống các mạch nước ngầm gây ô nhiễm môi trường nước, đất Với những hậu quả như vậy, xu hướng sử dụng thuốc trừ sâu sinh học, CPSH đang là bước đi đúng đắn của ngành nông nghiệp với những lợi ích vô cùng hiệu quả mà nó

mang lại Chính vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Ứng dụng vi sinh vật trong việc sản xuất chế phẩm trừ sâu sinh học” cho bài tiểu luận của mình.

Tiểu luận “Ứng dụng vi sinh vật trong việc sản xuất chế phẩm trừ sâu sinh học” gồm 3 phần:

Phần 1: Lời mở đầu

Phần 2: Nội dung

Chương I: Giới thiệu về chế phẩm trừ sâu sinh học

Chương II: Ứng dụng vi sinh vật trong việc sản xuất chế phẩm trừ sâu sinh học Phần 3: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHẾ PHẨM TRỪ SÂU SINH HỌC.

1. Khái niệm chế phẩm trừ sâu sinh học[2].

Chế phẩm trừ sâu sinh học bao gồm các chế phẩm có nguồn gốc sinh học sản xuất từ các loại thảo dược hay các chủng vi sinh vật được nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men trong công nghiệp để tạo ra những chế phẩm có chất lượng cao, có khả năng phòng trừ các loại sâu, bọ hại cây trồng nông, lâm nghiệp Thành phần giết sâu bọ có trong thuốc sinh học có thể là các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn) và các chất do vi sinh vật tiết ra (thường là chất kháng sinh), các chất có trong cây cỏ (là chất độc hoặc dầu thực vật) Với các thành phần trên, thuốc trừ sâu sinh học có thể chia ra làm 2 nhóm chính:

a. Nhóm chế phẩm vi sinh: Thành phần giết sâu là các vi sinh vật như nấm, vi

khuẩn

b. Nhóm chế phẩm thảo mộc: Thành phần giết sâu là các chất độc có trong cây cỏ hoặc

dầu thực vật

2. Các loại chế phẩm trừ sâu sinh học.

Hiện nay trên thế giới, con người đã sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học từ

vi khuẩn, nấm, virus

a. Chế phẩm thuốc trừ sâu từ vi khuẩn.

Các chế phẩm thuốc trừ sâu từ vi khuẩn được sản xuất nhiều nhất trong số thuốc trừ sâu sinh học được sản xuất hiện nay trên thế giới Các chế phẩm này thường chứa

2-5 tỷ tế bào/ gam Có thể tóm tắt các chế phẩm từ vi khuẩn theo bảng sau:

Bảng 1 Một số sản phẩm trừ sâu từ vi khuẩn.

STT Sản xuất từ vi khuẩn và tên chế phẩm Hãng và nước sản xuất

1 Các chế phẩm từ bacillus thuringiesis

Agritol

Bakthane L.69

Baktospeine

Bakthurin

Biospon 2802

Dendrobacillin

Dipet

Parasporin

Enterobacterin

Thurieide

Merch – Mỹ Rolim and hass Mỹ Roger bellon – Pháp Biokrma – Tiệp khắc Hoechst – Đức Zavodbakt – Nga Abbotttlad – Mỹ Grain processing corp – Mỹ Nga

3 Bacillus cereusvar galleriae Trung Quốc

b.Các chế phẩm từ nấm sợi.

So với thuốc trừ sâu từ vi khuẩn, các chế phẩm thuốc trừ sâu từ nấm sợi ít hơn Các chế phẩm đó bao gồm:

+ Beauuveria bassiana: Chế phẩm từ nấm sợi này được sản xuất nhiều ở Trung Quốc, Nga, Pháp, Mỹ Chế phẩm này có tên boverin Số lượng bào tử trong mỗi gam của chế phẩm này khoảng 1,5 tỷ Độc tố của nấm này có tên là beauverixin và một loại enzym proteinase

+ metharrhizium anisopliae: nấm này sinh độc tố destrucxin A và B

+ trichoderma-chế phẩm trichodermin

c.Chế phẩm từ virus.

Nhiều loại virus được sản xuất như chế phẩm diệt côn trùng, trong số này đáng lưu ý nhất là các loại sau:

Bảng 2 Một số sản phẩm trừ sâu từ virus.

STT Vi sinh vật và chế phẩm Hãng và nước sản xuất

Chemicals Carp – Mỹ

5 Chế phẩm tuyến trung biotrol NCS Mỹ

3. Ưu, nhược điểm [3].

Chế phẩm trừ sâu sinh học có những tính năng ưu việt sau:

- Không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, vật nuôi, cây trồng, không gây

ô nhiễm môi trường sinh thái

- Có tác dụng cân bằng HST (VSV, dinh dưỡng…) trong môi trường đất nói riêng và môi trường nói chung

- Ứng dụng các chế phẩm sinh học không làm hại kết cấu đất, không làm chai đất, thoái hóa đất mà còn góp phần làm tăng độ phì nhiêu của đất

- Có tác dụng đồng hóa các chất dinh dưỡng, góp phần tăng năng suất và chất lượng nông sản phẩm

- Có tác dụng tiêu diệt côn trùng gây hại, giảm thiểu bệnh hại, tăng khả năng đề kháng bệnh của cây trồng mà không làm ảnh hưởng đến môi trường như các loại thuốc BVTV

có nguồn gốc hóa học khác

- Có khả năng phân hủy chuyển hóa các chất hữu cơ bền vững, các phế thải sinh học, phế thải nông nghiệp, công nghiệp, góp phần làm sạch môi trường

Do những tính năng ưu việt của chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học có nguồn gốc từ vi sinh vật nên các sản phẩm này ngày càng được áp dụng rộng rãi hơn Tuy nhiên, bên cạnh những mặt có lợi thì chế phẩm trừ sâu sinh học vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như hiệu quả diệt sâu bệnh hại chưa thật sự cao, tương đối chậm hơn so với thuốc trừ sâu hóa học Sự bảo quản và khả năng hỗn hợp của các chế phẩm sinh học thường yêu cầu điều kiện cũng chặt chẽ hơn, giá thành cao, khó cân đong ngoài đồng ruộng, thời gian bảo quản ngắn thường 1-2 năm, trong những điều kiện lạnh, khô… Nhưng so với các ưu điểm to lớn thì các nhược điểm trên đây của chế phẩm trừ sâu là rất nhỏ và hoàn toàn có thể khắc phục được Vì vậy, chế phẩm trừ sâu sinh học ngày càng được khai thác và sử dụng nhiều trong đời sống và sản xuất Dưới đây, tôi sẽ trình bày một số ứng dụng VSV vào việc sản xuất chế phẩm trừ sâu sinh học

CHƯƠNG II ỨNG DỤNG VI SINH VẬT VÀO SẢN XUẤT CHẾ PHẨM TRỪ

SÂU SINH HỌC.

1. Chế phẩm trừ sâu Bacillus thuringensis (Bt)

1.1. Giới thiệu chung về Bt

Bacillus thuringiensis (viết tắt: Bt) là thành viên của nhóm I, chi Bacillus Đây là

loại vi khuẩn sinh bào tử, Gram dương, hô hấp hiếu khí hoặc hiếu khí không bắt buộc

Tế bào có kích thước 36 , có phủ tiêm mao không dày, có khả năng chuyển động, tế bào đứng riêng lẻ hoặc xếp thành chuỗi

Là một loài thuộc chi Bacillus nên khi gặp điều kiện không thuận lợi như thiếu dinh dưỡng, nhiệt độ cao, khô hạn Bt có khả năng sinh nội bào tử giúp chúng có khả năng chống chịu với điều kiện khắc nghiệt đó Bào tử của vi khuẩn có dạng hình trứng với kích thước 1,5và có thể nảy mầm thành tế bào sinh dưỡng khi có điều kiện thuận lợi

Sự hình thành bào tử diễn ra đồng thời với sự tạo thành protein tinh thể có khả năng diệt côn trùng Tinh thể có nhiều hình dạng khác nhau (hình vuông, hình chữ nhật, hình tháp, hình ovan hoặc vô định hình) Khi tế bào phân giải tinh thể và bào tử được giải phóng ra ngoài Tinh thể có kích thước khoảng 0,6 và có thể chiếm tới 30% trọng lượng khô của tế bào Tinh thể này được gọi là thể vùi Tinh thể và bào tử có thể quan sát dưới kính hiển vi đối với pha vật kính đầu Khi nhuộm tế bào Bt bằng fushin và quan sát dưới kính hiển vi có thể nhận thấy tinh thể Bt bắt màu hồng sẫm còn bào tử bắt màu hồng nhạt [4] Hình dạng của tinh thể được quyết định bởi gen mã hóa cho tổng hợp protein của tinh thể nằm trên plasmid

Cơ chế tác động của tinh thể diệt côn trùng: Côn trùng ăn phải tinh thể độc trong vòng từ 1-7h, pH của máu – bạch huyết sẽ tăng lên làm tê liệt đường ruột, khoang miệng và có khi toàn thân, làm thay đổi tính thấm của thành ruột, gây tổn thương hệ thống trao đổi chất và cuối cùng dẫn đến chết

Có 2 yếu tố thúc đẩy tinh thể độc gây độc:

- pH: Tinh thể độc sẽ bị phân giải trong đường ruột côn trùng khi pH tăng lên 8,9 khi nó

bị phân giải thì sẽ thể hiện tính độc

- Khả năng sản sinh enzym phân giải protein: Bt có khả năng sản sinh enzym proteaza trong đường ruột của côn trùng, chuyển hóa tiền độc tố đối với cơ thể côn trùng [1] Triệu chứng của côn trùng khi bị nhiễm độc: Sâu khi bị nhiễm Bt lúc đầu là tê liệt toàn thân, sau đó sâu ngừng ăn, nôn mửa, ỉa chảy và biến đổi màu sắc từ xanh đến màu vàng Khi chuyển sang màu nâu, nghĩa là sâu đã chết , cuối cùng sâu có màu đen, toàn thân sâu đã cứng và khô

1.2. Quy trình sản xuất Bacillus thuringensis (Bt)

Quy trình sản xuất Bt được khái quát lại thông qua bảng sau:

Chủng Bt thuần Ống giống nuôi 5-7 ngày  Nhân giống cấp 1: trong bình 250ml có 100ml môi trường, lắc 200v/phút, nhiệt độ 28-30oC nuôi trong vòng 24 giờ Nhân giống cấp 2 trong bình 1000ml, có 500ml môi trường , lắc 200 v/phút nhiệt độ 29-30oC, nuôi 24 giờ Kích thích lên men trong hệ thống 10/tự động có 7-8/ môi trường , khuấy 550v/phút, nhiệt độ 29-30oC, nuôi 72 giờ  Ly tâm lạnh 3000/ phút trong 40 giây Thu sinh khối + phụ gia, sấy khô ở 30-35oC, nghiền nhỏ, đóng gói

Trong quá trình sản xuất , phương pháp lên men chìm sẽ giúp chúng ta dễ dàng thu nhận sinh khối, bào tử, tinh thể độc và các sản phẩm khác như chất kháng sinh, các độc tố ở dạng hòa tan trong môi trường dinh dưỡng của các vi sinh vật diệt côn trùng Ngoài ra ở các phương pháp lên men chìm luôn có ưu điểm là môi trường dinh dưỡng cao có thể đáp ứng hoàn toàn với nhu cầu sinh lý của từng giống vi sinh vật, do vậy hiệu suất lên men cao Đồng thời bằng phương pháp lên men chìm, việc sản xuất sẽ dễ

áp dụng cho cơ khí, tự động hóa lại ít tốn nhân công và diện tích mặt bằng dùng cho lên men không lớn [3]

Sơ đồ 1 Sơ đồ hệ thống lên men chìm ở quy mô công nghiệp

Chú thích hình vẽ:

1- Hỗn hợp điều chỉnh môi trường

2, 6, 21 – Bơm

3 – Cột đưa lưu lượng vào

4,8 – Thùng trữ

5 – Chứa môi trường để chuẩn bị lên men

7 – Cột quan sát giống vi sinh vật

9 – Thiết bị truyền nhiệt

10 – Thùng lên men chính

11 – Thùng lên men trung gian

12, 18, 19, 23 - Thiết bị lọc không khí

13 – Định lượng chất phá bọt

14 – Thanh trùng dầu phá bọt

15 – Thùng chứa dầu phá bọt

16 – Bộ góp không khí

17 – Làm lạnh không khí

20 – Thùng chứa trung gian của giống trung gian

22 – Bộ lọc không khí

24 – Máy lọc không khí có thể quan sát được

Khi sử dụng phương pháp lên men chìm, ngoài việc sử dụng nồi lên men thông thường, người ta cũng gặp phải những hạn chế như đòi hỏi trang thiết bị phức tạp, tốn nhiều chi phí cho việc khử trùng cho toàn bộ hệ thống lên men phức tạp, khuấy đảo sục khí

1.3. Ứng dụng chế phẩm sinh học.

Bacillus thuringiensis là loại thuốc vị độc, không có hiệu lực tiếp xúc và xông

hơi Tinh thể độc tố tan trong dịch ruột, gây tổn thương màng ruột ấu trùng và gây các tác động sinh lý khác làm cho ấu trùng chán ăn và ngừng ăn, cuối cùng tử vong Do đó tuy hiệu lực giết sâu của thuốc biểu hiện chậm nhưng ngay sau khi phun thuốc sâu đã ngừng phá hoại

Có hai loại thuốc Bt, loại chứa tinh thể độc tố và bào tử (khoảng 107 bào tử/mg)

và loại thuốc Bt chỉ chứa tinh thể độc tố Sau khi phun, tinh thể độc tố gây hiệu lực ngay và sau đó phân hủy giải độc, còn bào tử thì có thể tồn tại lâu (một năm hoặc lâu hơn)

Vì ấu trùng tằm rất mẫn cảm với thuốc Bt nên ở những nước trồng nhiều dâu nuôi tằm chỉ sử dụng loại Bt không chứa bào tử Tùy thuộc vào chủng vi khuẩn Bt mà quá trình lên men có thể thu được các loại tinh thể độc tố khác nhau như â-exotoxin, đ-exotoxin, ê-exotoxin và ô-endotoxin â-Exotoxin (â ngoại độc tố) có hiệu lực cao đối

với ấu trùng bộ Lepidoptera, Coleoptera, Hymenoptera và Orthoptera đ-Exotoxin (đ-ngoại độc tố) có hiệu lực cao đối với sâu thuộc bộ Diptera và ô-endotoxin (ô-nội độc tố) có hiệu lực cao đối với ấu trùng bộ Lepidoptera.

Thuốc Bt loại chứa bào tử và tinh thể độc tố được gia công thành thuốc bột thấm nước (16.000 i.u./mg, i.u = international unit = đơn vị quốc tế), dung dịch đặc (4.000 i.u./mg), thuốc phun bột (160-800 i.u./mg) Thuốc Bt bột thấm nước được dùng từ 300-2.000 g/ha để trừ sâu tơ hại rau (bao gồm cả chủng chống thuốc hóa học); sâu xanh hại rau, bắp, bông; sâu đo hại đay; sâu đóm hại thông; bọ gậy

Thuốc Bt hỗn hợp được với hầu hết các loại thuốc trừ sâu khác Chế phẩm không chứa bào tử có thể hỗn hợp với nhiều loại thuốc trừ nấm bệnh song không hỗn hợp

được với các loại thuốc có kiềm tính mạnh như thuốc vôi + lưu huỳnh, vôi + phèn xanh (hỗn hợp Bordeaux) và phân bón hóa học

Thuốc Bacillus thuringiensis rất mẫn cảm với nhiệt độ cao và tia cực tím, do đó

cần bảo quản nơi mát

Có nhiều loại thuốc Bacillus thuringiensis trên thị trường thế giới như:

Bacilus thuringiensis var aizawai kiểu serotype, hoạt chất ở dạng bào tử và tinh

thể, chế biến thành dung dịch đặc, dùng trừ ấu trùng mọt hại kho tàng

Bacillus thuringiensis var israelensis (tên khác: Teknar) hoạt chất ở dạng tinh thể ô-endotoxin tạo thành qua lên men Bacillus thuringiensis Berliner var israelensis, Serotype (H-14) Thuốc được gia công ở nhiều dạng như dung dịch, bột thấm nước…

dùng trừ muỗi, ấu trùng ruồi

Bacillus thuringiensis var kurstaki (tên khác Bakthane, Agritol, Bactospeine

plus, Biotrol…), hoạt chất ở dạng bào tử và tinh thể ô-endotoxin được tạo thành qua lên

men Bacillus thuringiensisBerliner, var kurstaki, Serotype H-3a 3b Thuốc được gia

công thành nhiều dạng như bột thấm nước, sữa huyền phù, dung dịch đặc… dùng trừ ấu

trùng bộ Lepidoptera như sâu khoang, sâu tơ, sâu xanh và nhiều loại sâu khác hại rau,

màu và cây ăn trái

Bacillus thuringiensis var morrisoni, hoạt chất ở dạng bào tử và tinh thể ô-endotoxin được tạo thành qua lên men Bacillus thuringiensisBerliner var morrisoni, serotype 8a 8b Thuốc được gia công thành dạng bột khô tan trong nước và bột thấm nước, dùng trừ ấu trùng bộ Lepidoptera hại rau, màu, cây ăn trái, cây cảnh, cây công nghiệp.

Bacillus thuringiensis var San Diego (tên khác: Myx 1850), dùng để trừ bọ cánh

cứng cho khoai tây, cà chua, cây xanh

2. Thuốc trừ sâu được sản xuất từ vi nấm côn trùng.

2.1. Giới thiệu chung [1].

Có rất nhiều loại nấm có khả năng gây bệnh cho côn trùng nhưng hiện nay trên thế giới và Việt Nam, các nhà khoa học chỉ mới tập trung nghiên cứu 2 chi chính là:

Beauveria và Metarhizium

2.1.1. Một số đặc tính của nấm Beauveria bassiana