Nghiên cứu sửu ụng nấm metarhizium anisopliae và nấm beauveria bassiana phòng chống rệp sáp hại cà phê tại tây nguyên

Luận văn

HÀ NỘI - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

HÀ NỘI - 2013

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Các tài liệu trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc và mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn

Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2013

Tác giả luận án

Phạm Văn Nhạ

Hoàn thành luận án này, trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâuu sắc tới PGS.TS Hồ Thị Thu Giang và PGS.TS Phạm Thị Vượng đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Côn trùng, Khoa Nông học và Ban Quản lý Đào tạo, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài

Tôi xin trâng trọng cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám đốc, Viện Bảo vệ thực vật đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Tây Nguyên, các công ty, các nông trường cà phê và các hộ nông dân tại Tây Nguyên đã giúp đỡ tôi thực hiện đề tài trong thời gian qua

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, người thân trong gia đình đã tận tình động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện luận án

Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2013

Tác giả luận án

Phạm Văn Nhạ

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN

1.2.1 Những nghiên cứu về nấm ký sinh côn trùng 20 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nấm ký sinh côn trùng 43

1.3.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nấm ký sinh côn trùng 51 1.3.2 Những nghiên cứu về rệp sáp hại cà phê 54 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61 2.1 Địa điểm, thời gian, vật liệu nghiên cứu và dụng cụ thí nghiệm 61

2.2 Nội dung nghiên cứu 64 2.2.1 Nghiên cứu thành phần rệp sáp và diễn biến tỷ lệ cành cà phê bị

2.2.2 Thu thập và tuyển chọn các chủng nấm có hoạt tính sinh học cao

2.3.1 Nghiên cứu thành phần rệp sáp và diễn biến tỷ lệ cành cà phê bị

2.3.2 Điều tra thu thập, phân lập, giám định và định loại các chủng

3.1 Thành phần và diễn biến tỷ lệ cành cà phê bị rệp sáp hại tại Tây

3.1.1 Thành phần rệp sáp hại cà phê tại Tây Nguyên 81 3.1.2 Diễn biến tỷ lệ cành cà phê bị một số loài rệp sáp chính hại tại

3.2 Thu thập và tuyển chọn các chủng nấm có hoạt tính sinh học cao

3.2.2 Kết quả lựa chọn môi trường nuôi cấy nấm 100 3.3.3 Nghiên cứu khả năng phát triển của các chủng nấm ở các mức

3.2.4 Đánh giá và tuyển chọn độc lực các chủng nấm côn trùng 105 3.2.5 Nghiên cứu các phương pháp bảo quản các chủng giống gốc 114 3.3 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học

3.3.1 Kết quả lựa chọn môi trường lên men xốp thích hợp 116 3.3.2 Nghiên cứu một số dạng phụ gia thích hợp để tạo dạng và kéo dài

3.3.3 Nghiên cứu hỗn hợp chất bám dính khi sử dụng chế phẩm 119 3.3.4 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm 120 3.4 Khảo nghiệm chế phẩm và xây dựng mô hình đánh giá hiệu quả

3.4.1 Đánh giá hiệu lực của chế phẩm trong phòng thí nghiệm 124 3.4.2 Hiệu lực của chế phẩm nấm trong nhà lưới 130 3.4.3 Hiệu lực của chế phẩm nấm trên đồng ruộng 133 3.4.4 Mô hình ứng dụng chế phẩm phòng chống rệp sáp cà phê trên

Danh mục công trình công bố của tác giả 147

STT Tên bảng Trang 3.1 Thành phần rệp sáp hại cà phê tại Đắk Lắk và Gia Lai (năm

3.2 Diễn biến tỷ lệ cành nhiễm rệp sáp mềm xanh trên vườn cà phê

3.3 Diễn biến tỷ lệ cành nhiễm rệp sáp bột (Planococcus kraunhiae,

Ferrisia virgata) trên vườn cà phê tại Tây Nguyên năm 2010 88 3.4 Tỷ lệ cành cà phê bị nhiễm rệp sáp và tỷ lệ rệp sáp xanh mềm bị

nấm ký sinh trên trên đồng ruộng tại Buôn Ma Thuột năm 2010 90 3.5 Kết quả định tên các mẫu nấm ký sinh bằng phương pháp giải

trình tự gene (giám định tại ĐH Missouri – USA, 2011) 96 3.6 Thành phần các loài nấm ký sinh trên rệp sáp hại cà phê 97 3.7 Danh sách các chủng nấm ký sinh trên sâu hại đã phân lập được

3.8 Khả năng sinh enzyme ngoại bào của chủng nấm MR4 trên các

3.9 Khả năng phát triển của các chủng nấm BR trên môi trường N1 ở

chủng nấm BR sau 7 ngày nuôi cấy trên môi trường N1 (Viện

3.14 Khả năng phân giải một số cơ chất của Enzyme ngoại bào các

chủng nấm MR sau 7 ngày nuôi cấy trên môi trường N1 (Viện

3.15 Khả năng phân giải các cơ chất của enzyme ngoại bào khi nuôi

cấy hỗn hợp một số chủng nấm sau 7 trên môi trường N1 (Viện

3.16 Hiệu lực trừ rệp sáp bột tua ngắn (Planococcus kraunhiae) của

các chủng BR trong phòng thí nghiệm (Viện BVTV, 7/2010) 109

3.17 Hiệu lực trừ rệp sáp tua ngắn (Planococcus kraunhiae) của các

chủng thuộc loài Metarhizium anisopliae trong phòng thí nghiệm

3.18 Hiệu lực trừ rệp sáp mềm xanh (Coccus viridis) của các chủng

thuộc loài Metarhizium anisopliae trong phòng thí nghiệm (Viện

3.19 Hiệu lực trừ rệp sáp mềm xanh (Coccus viridis) của các chủng

BR trong phòng thí nghiệm (Viện BVTV, 7/2010) 113 3.20 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản tới chất lượng giống gốc

3.21 Khả năng sinh bào tử của chủng BR5 loài Beauveria bassiana và

chủng MR4 loài Metarhizium anisopliae trên một số môi trường

3.22 Chất lượng chế phẩm tinh sau các tháng bảo quản khi phối trộn

với các dạng phụ gia khác nhau (Viện BVTV, 2010 – 2011) 117

phụ gia ở các tỷ lệ khác nhau (Viện BVTV, 2010 – 2011) 118 3.24 Ảnh hưởng của một số chất bám dính đến sự nảy mầm của bào tử

3.25 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp sáp mềm xanh trong phòng thí

3.26 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp sáp tua ngắn (Planococcus

kraunhiae) trong phòng thí nghiệm (Viện BVTV, 5/2010) 125

3.27 Hiệu lực trừ rệp sáp bột tua ngắn (Planococcus kraunhiae) của

chế phẩm BIOFUN 2 (BR5) qua các tháng (Viện KHNLNTN,

3.28 Hiệu lực trừ rệp sáp bột tua ngắn (Planococcus kraunhiae) của

3.29 Hiệu lực trừ rệp sáp mềm xanh hại cà phê của chế phẩm

BIOFUN 1 và BIOFUN 2 (Viện KHNLNTN, 5/2010) 128

3.30 Hiệu lực trừ rệp sáp hại gốc cà phê (Planococcus sp) của 2 loại

3.31 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp sáp mềm xanh trong nhà lưới

3.32 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp sáp bột tua ngắn (Planococcus

kraunhiae) trong nhà lưới (Viện BVTV, 10/2010) 131 3.33 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp mềm xanh trong nhà lưới tại Tây

Nguyên (Viện KHKTNLN Tây Nguyên, 2/2011) 132

3.34 Hiệu lực của chế phẩm trên rệp sáp bột tua ngắn (Planococcus

kraunhiae) trong nhà lưới tại Tây Nguyên (Viện KHKTNLNTN,

mềm xanh trên đồng ruộng diện hẹp (Đắk Lắk, 3/2011) 134 3.36 Hiệu lực của chế phẩm BIOFUN 1 và BIOFUN 2 đối với rệp sáp

bột tua ngắn (Planococcus kraunhiae) trên đồng ruộng diện hẹp

3.37 Hiệu lực trừ rệp sáp tua ngắn (Planococcus kraunhiae) của chế

phẩm BIOFUN 1 và BIOFUN 2 trên diện rộng (CưKuin, 3/2011) 136

3.38 Hiệu lực trừ rệp sáp mềm xanh của chế phẩm BIOFUN 1 và

BIOFUN 2 trên diện rộng (Buôn Ma Thuột , 3/2011) 137 3.39 Hiệu lực trừ rệp sáp gốc rễ của chế phẩm BIOFUN 1 ngoài đồng

3.40 Hiệu quả kinh tế của mô hình (năm 2011) 141

STT Tên hình Trang 3.1 Diễn biến tỷ lệ cành nhiễm rệp sáp mềm xanh tại Buôn Ma Thuột

3.21 Giống nấm cấp 1 123

3.25 Đánh giá hiệu lực chế phẩm trong phòng thí nghiệm 129 3.26 Đánh giá hiệu lực của chế phẩm nấm trên đồng ruộng 136 3.27 Tỷ lệ cành bị hại của rệp sáp trên vườn mô hình, cà phê trên 10

3.28 Tỷ lệ nấm ký sinh trên rệp sáp mềm xanh trong mô hình tại

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cà phê là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, đóng vai trò ngày càng quan trọng trong sự phát triển kinh tế của đất nước Hàng năm, nước ta xuất khẩu khoảng trên 1 triệu tấn cà phê nhân, mang lại kim ngạch gần 2 tỷ U$D Cà phê được trồng ở nước ta rải rác từ miền Bắc, miền Trung, Tây Nguyên với tổng diện tích khoảng nửa triệu hecta, trong đó, Tây Nguyên là nơi tập trung diện tích lớn nhất Với điều kiện tự nhiên thích hợp như đất đỏ bazan màu mỡ, tầng canh tác dày, khí hậu nóng ẩm rất thích hợp cho cà phê phát triển, trong đó Đắk Lắk là tỉnh có diện tích cà phê lớn nhất của cả nước (Hiệp hội Cà phê – Ca Cao Việt Nam, 2011) Theo niên giám thống kê 2010, với diện tích 178.000 ha, sản lượng xuất khẩu trên 300.000 tấn/năm, giá trị xuất khẩu chiếm trên 90% kim ngạch xuất khẩu của tỉnh Cây cà phê đã đóng góp trên 60% GDP của tỉnh và trên 1/4

số dân trong tỉnh sống nhờ vào cây cà phê

Theo Hiệp hội Cà phê – Ca Cao Việt Nam (2011), ngành cà phê nước

ta chưa phát triển bền vững, khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới còn thấp, giá bán cà phê của Việt Nam thường thấp hơn từ 50-150 USD/tấn so với sản phẩm cùng loại của các nước khác Nguyên nhân quan trọng cần phải kể đến là do hiện nay cà phê được trồng với mức thâm canh cao độ dẫn tới sự bùng phát của nhiều loài sâu bệnh hại Theo kết quả nghiên cứu của Viện Bảo

vệ thực vật (1976, 1999), tập đoàn sâu bệnh hại trên cây cà phê rất phong phú

và đa dạng gồm 18 loại sâu bệnh chính Các loài sâu hại quan trọng thuộc 6

họ của 3 bộ gồm bộ cánh cứng, bộ cánh đều và bộ cánh vảy Trong đó xuất hiện phổ biến nhất là rệp sáp, mọt đục quả, ve sầu hại rễ, sâu đục thân, đục cành, đục quả; bệnh tuyến trùng, gỉ sắt và các loại bệnh nấm…

Rệp sáp là một trong những loại sâu bệnh hại chủ yếu trên cây cà phê Trong những năm qua, rệp sáp đã gây hại trên diện rộng ở hầu hết các vùng

chuyên canh cây cà phê Chúng không chỉ gây thiệt hại về năng suất (có thể làm giảm năng suất tới 40 – 60%) mà còn làm ảnh hưởng đến chất lượng cà phê thành phẩm Rệp sáp gây hại cà phê từ giai đoạn kiến thiết cơ bản đến thời kỳ kinh doanh Chúng phát sinh và gây hại quanh năm, tập trung chủ yếu

ở các phần non của cây như lá non, chồi non, chùm hoa, quả non Chúng hút chất dinh dưỡng của hoa, quả non làm giảm khả năng đậu quả, cây phát triển kém, sinh trưởng yếu dẫn đến lá vàng, nếu hại nặng cây cà phê bị suy kiệt, dẫn đến chết dần (Vũ Khắc Nhượng, 1999) Theo Cục thống kê tỉnh Đắk Lắk (2011), trong các dịch hại quan trọng cho cà phê tại Tây Nguyên từ 1998 đến nay là do tập đoàn rệp sáp Các địa phương bị rệp sáp hại nặng bao gồm Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng và Gia Lai Rệp sáp hại nặng còn gây ảnh hưởng cho cây cà phê ở các năm tiếp theo Đi cùng với rệp sáp luôn luôn tồn tại các nấm bệnh cộng sinh như nấm muội đen sử dụng chất thải của rệp và tạo nên lớp muội đen làm giảm khả năng quang hợp của cây

Để phòng trừ sâu hại cà phê nói chung và rệp sáp nói riêng, hiện nay biện pháp hóa học đang được sử dụng phổ biến Theo số liệu điều tra của Chi cục BVTV Đắk Lắk hàng năm, toàn tỉnh đã đưa vào sử dụng khoảng 60 tấn thuốc BVTV các loại vào quản lý dịch hại cho cây cà phê, cá biệt có nơi sử dụng tới 35 lít thuốc trừ sâu/1 ha cà phê/1 vụ Tuy nhiên, các loại thuốc trừ sâu hóa học có hiệu lực phòng trừ rệp sáp không cao bởi trong quá trình sinh trưởng rệp tạo ra một lớp sáp che phủ bên ngoài làm cho khi phun thuốc rất khó tiếp xúc và tiêu diệt được chúng Các biện pháp khác như tưới pép với áp suất cao cũng có hiệu quả làm giảm mật độ rệp sáp tuy nhiên biện pháp này cũng không hoàn toàn chủ động đối với các vùng bị khô hạn (Phạm Văn Nhạ, 2012)

Đã có nhiều công trình trước đây tập trung nghiên cứu phòng trừ rệp sáp, tuy nhiên việc nghiên cứu biện pháp phòng trừ rệp sáp bằng sinh học thì chưa nhiều, hiện nay biện pháp đấu tranh sinh học để phòng trừ sâu hại đang được coi là biện pháp chiến lược Trong tự nhiên, có nhiều loại nấm có khả

năng ký sinh và gây hại cho sâu hại cây trồng đã được nghiên cứu khá nhiều

như: nấm Bạch cương (Beauveria bassiana), nấm Lục cương (Metarzhirium anisopliae) Ứng dụng các chế phẩm sinh học từ các loại nấm này trong

phòng trừ rệp sáp nói riêng và sâu hại nói chung đang được coi là hướng đi đúng đắn và bền vững Tuy nhiên, việc sử dụng các chế phẩm sinh học phòng trừ dịch hại đang tồn tại những vấn đề hạn chế cơ bản như: (1) các chủng VSV sử dụng làm vật liệu sản xuất chế phẩm được lưu giữ trong điều kiện nhân tạo lâu ngày, không chú trọng nghiên cứu tạo các chủng thuần giữ nguồn giống gốc, các giống VSV sau thời gian bảo quản và cấy truyền nhiều lần mà không được phục tráng giống, vì vậy hiệu quả phòng trừ dịch hại sau một thời gian thì hoạt tính của chúng giảm dần; (2) các chủng VSV có độc lực cao thường được sản xuất chế phẩm ứng dụng cho nhiều vùng trong cả nước, trên nhiều đối tượng sâu hại khác nhau Chính vì thế mà độc lực đối với sâu hại ở các vùng sinh thái khác nhau và các loài sâu hại khác nhau, đôi khi không mang lại kết quả như mong đợi Đặc biệt chưa có một chế phẩm sinh học đặc hiệu nào cho rệp sáp hại cà phê có trên thị trường

Để khắc phục những nhược điểm này, chúng ta phải có những giải pháp

kỹ thuật về thu thập các nguồn VSV ký sinh trên rệp sáp tại các vùng sinh thái khác nhau, công nghệ nhằm nâng cao hoạt lực của các chủng VSV đã được thu thập, từ đó tuyển chọn xác định độc lực của các chủng VSV và thu thập các chủng sinh thái, nòi sinh học quan tâm làm vật liệu sản xuất chế phẩm áp dụng trong phòng chống rệp sáp hại cà phê cho các vùng sinh thái khác nhau Với những vấn đề nêu trên, để tiến tới một nền sản xuất cà phê sinh thái bền vững, cùng với nhu cầu của thị trường trong và ngoài nước yêu cầu về

sản phẩm cà phê an toàn, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu

sử dụng nấm Metarhizium anisopliae và nấm Beauveria bassiana phòng chống rệp sáp hại cà phê tại Tây Nguyên”

2 Mục đích, yêu cầu của đề tài

2.1 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở xác định thành phần chủng nấm ký sinh rệp sáp hại cà phê, lựa chọn chủng có ý nghĩa từ đó đi sâu nghiên cứu, xây dựng quy trình sản xuất nhằm tạo ra chế phẩm sinh học đặc hiệu trong phòng chống rệp sáp hại

cà phê đạt hiệu quả

2.2 Yêu cầu của đề tài

- Điều tra, xác định thành phần các loài rệp sáp gây hại trên cà phê và diễn biến của một số loài rệp sáp hại chính trên cà phê tại Tây Nguyên

- Thu thập và xác định thành phần chủng nấm ký sinh rệp sáp hại cà phê

- Nghiên cứu đặc điểm sinh học, sinh thái một số chủng nấm có độc tính cao đối với rệp sáp hại cà phê

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm nấm phòng trừ rệp sáp hại cà phê

- Khảo nghiệm hiệu lực của chế phẩm và xây dựng mô hình sử dụng chế phẩm nấm phòng chống rệp sáp hại cà phê đạt hiệu quả

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Cung cấp các dẫn liệu về thành phần các loài nấm ký sinh trên rệp sáp hại cà phê tại vùng nghiên cứu

- Bổ sung các dẫn liệu cơ bản về đặc điểm sinh học, sinh thái của một

số chủng nấm ký sinh trên rệp sáp gây hại chủ yếu trên cà phê

3.3 Những đóng góp mới của đề tài

- Là công trình khoa học đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống về nấm ký sinh trên rệp sáp gây hại cà phê Đã phân lập và định danh được 20 chủng thuộc 4 loài nấm ký sinh trên rệp sáp hại cà phê, trong đó có 12 chủng thuộc 4 loài nấm tại Tây Nguyên

- Bổ sung những dẫn liệu mới về đặc điểm sinh học, sinh thái và độc lực ký sinh của 25 chủng (16 chủng BR, 9 chủng MR) thuộc 6 loài nấm ký sinh trên rệp sáp hại cà phê và sâu hại trên cây trồng khác ở Việt Nam Trong

25 chủng có 13 chủng thu được ở Tây Nguyên Đây là cơ sở khoa học để nghiên cứu tuyển chọn, nhân nuôi tạo chế phẩm sinh học có hiệu quả

- Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất và sử dụng hai chế phẩm nấm ký sinh BIOFUN 1 từ chủng MR4 và BIOFUN 2 từ chủng BR5 để phòng chống rệp sáp hại cà phê đạt hiệu quả kinh tế, môi trường ở Tây Nguyên và vùng phụ cận

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nấm ký sinh trên rệp sáp hại cà phê, các mẫu phân lập từ bệnh phẩm

ngoài tự nhiên tạm gọi là chủng

- Rệp sáp hại cà phê tại Tây Nguyên

- Xây dựng mô hình sử dụng chế phẩm nấm phòng chống rệp sáp hại

cà phê đạt hiệu quả

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Việc sử dụng các chế phẩm sinh học phòng trừ dịch hại nói chung và phòng trừ rệp sáp hại cà phê nói riêng đang tồn tại những vấn đề hạn chế cơ bản và cũng là định hướng cần được giải quyết trong phạm vi nghiên cứu của luận án:

Trong lĩnh vực sản xuất chế phẩm sinh học tại Viện Bảo vệ thực vật các năm trước đây: Đã thu thập và tuyển chọn được nhiều chủng VSV có hoạt lực cao trong hạn chế dịch hại Đó là nguồn gen quý có trong tự nhiên của hệ sinh thái Song các chủng VSV sử dụng làm vật liệu sản xuất chế phẩm được lưu giữ trong điều kiện nhân tạo lâu ngày, không chú trọng nghiên cứu tạo các chủng thuần giữ nguồn giống gốc, các giống VSV sau thời gian bảo quản và cấy truyền nhiều lần mà không được phục tráng giống Chính vì thế mà hiệu quả phòng trừ dịch hại sau một thời gian thì hoạt tính của chúng giảm dần kết quả không đạt như mong muốn

Các chủng VSV có độc lực cao thường được sản xuất chế phẩm ứng dụng cho nhiều vùng trong cả nước Chính vì thế mà độc lực đối với sâu hại ở các vùng sinh thái khác nhau, đôi khi không mang lại kết quả như mong đợi

Chế phẩm sản xuất thường ở dạng thô (bao gồm cả giá thể và chất mang) nên trong quá trình sử dụng rất bất tiện

Các chế phẩm khi sản xuất ra có chất lượng cao, song thời hạn bảo quản rất ngắn nên rất khó tiếp cận với thực tế sản xuất

Khắc phục những nhược điểm này, đòi hỏi chúng ta phải có những giải pháp kỹ thuật công nghệ nhằm nâng cao và duy trì hoạt lực của các chủng

nấm côn trùng Từ đó tuyển chọn xác định độc lực của các chủng nấm làm vật liệu sản xuất chế phẩm áp dụng trong phòng chống rệp sáp hại cà phê

Khác với hệ sinh thái nông nghiệp cây ngắn ngày, hệ sinh thái vườn

cà phê có thời gian hình thành phát triển tương đối dài, thành phần chủng loài có tính ổn định tương đối cao Rệp sáp hại thường sống thành quần tụ, vườn cà phê thường có cây che bóng hạn chế ánh sáng trực xạ, đây là những điều kiện rất thuận lợi cho nấm ký sinh gây bệnh cho rệp sáp và lây nhiễm trong quần thể

Xuất phát từ luận điểm cơ bản trên và đáp ứng yêu cầu của sản xuất hiện nay và lâu dài, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài này với mong muốn có những đóng góp cả về lý thuyết và thực tiễn sản xuất cà phê ở Việt Nam hiện nay

1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

1.2.1 Những nghiên cứu về nấm ký sinh côn trùng

* Khái niệm chung về bệnh lý côn trùng

Côn trùng thường mắc nhiều bệnh khác nhau do nhiều loài vi sinh vật gây lên như vi rút, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng và nguyên sinh động vật Bệnh côn trùng thường thể hiện hàng loạt các đặc tính khác nhau, đặc điểm chung là sau khi gây bệnh thì làm chết các cá thể côn trùng Khoa học nghiên cứu bệnh côn trùng gọi là bệnh lý học côn trùng Bệnh lý học côn trùng không chỉ đơn thuần miêu tả những biến đổi bệnh lý trong cơ thể côn trùng mà còn nghiên cứu các tác nhân gây bệnh, dịch bệnh, đặc điểm cơ bản và những diễn biến của

vi sinh vật gây bệnh ở trong và ngoài cơ thể ký chủ Cá thể côn trùng bị bệnh khác hẳn với cá thể khỏe bởi hàng loạt triệu chứng bên ngoài do có những thay đổi về sinh lý và bệnh lý của các mô (trích theo Tạ Kim Chỉnh, 2009)

Những thay đổi bên ngoài có thể cảm nhận được gọi là triệu chứng bệnh Triệu chứng đặc trưng nhất là sự thay đổi cách vận động của côn trùng

Sự vận động này tùy theo mức độ phát triển bệnh Khi bị bệnh, các mô dần dần bị phá hủy từng phần, lúc đầu côn trùng vận động yếu, sau ngừng hẳn, nằm im một chỗ cho đến khi chết Khi bị bệnh nấm, vận động của côn trùng ngừng sau 2-3 ngày, thậm chí kéo dài đến 1 tuần trước khi nấm phát triển dầy đặc trong thân côn trùng Khi bị bệnh do nấm Entomophthorales, côn trùng ngừng vận động 24 giờ trước khi sợi nấm từ trong cơ thể mọc ra ngoài Chỉ những côn trùng bị thương hay bị bệnh nấm màu sắc mới bị thay đổi và xuất hiện những vết đen Khi bị nhiễm nấm bộ Deuteromycetes đặc biệt bị bệnh do

nấm Beauveria bassiana ở chỗ bào tử bám vào và phát triển bên trong thân

côn trùng tạo nên một vệt đen không có hình thù nhất định Côn trùng bị bệnh nấm khi chết thường có màu hồng, vàng nhạt và trắng, thân hơi cứng lại, màu

sắc này phụ thuộc vào màu sắc của bào tử nấm gây bệnh Nấm Sorosporella hay Mycophagus làm cho côn trùng khi chết có màu đỏ rực rỡ

Sự thay đổi kích thước và tốc độ lớn của côn trùng cũng là đặc điểm đặc trưng của các bệnh mãn tính hoặc các bệnh xâm nhập chậm Trường hợp

bị bệnh nấm, thân thể côn trùng bị ngắn lại hoặc bị khô đét đi do hệ thống tiêu hóa bị tổn thương hoặc do thiếu thức ăn Các vi sinh vật gây bệnh côn trùng tác động đến những mô nhất định Khi côn trùng bị bệnh nấm, tuyến mỡ và các mô khác bị hòa tan do emzyme lipasa và protease của nấm tiết ra Nhờ đặc điểm đó, người ta có thể xác định được côn trùng bị bệnh do động vật nguyên sinh hay do nấm bậc thấp (Coelomycidium, Entomophthora…) gây

ra Hiện tượng chết hoại gắn liền với hiện tượng tiêu mô là tiêu biểu cho bệnh nấm Quá trình này tiến triển qua 2 giai đoạn:

- Hiện tượng chấn thương: Các mô bị thương, bị phá hoại do nấm từ bên ngoài gây ra Trong trường hợp này, limfo máu đọng lại và mô tái sinh được tạo nên trên bề mặt phần thân bị chấn thương

- Hiện tượng nhiễm trùng máu của côn trùng khi bị bệnh nấm là do

limfo chứa đầy sợi nấm hoặc những giai đoạn phát triển khác nhau của nấm

(Helen et al, 2010) Hiện tượng thực bào là một quá trình tế bào bao vây và

nuốt một phần tiểu thể nhất định nào đó Khi côn trùng bị bệnh nấm

Beauveria thì những hợp bào và những loại tế bào khổng lồ đặc biệt được hình thành bao vây ký sinh và cố gắng tiêu diệt chúng Samson et al, 2008

cũng đã nhận xét hiện tượng này khi nghiên cứu nấm Sorosporella

* Quá trình gây bệnh và nguyên nhân gây bệnh côn trùng

Thông thường đối với các bệnh truyền nhiễm, vi sinh vật lan truyền qua đường thức ăn, nhưng đối với nấm chủ yếu lại là do sự va chạm trực tiếp, qua gió hay qua môi giới truyền bệnh, môi giới có thể là những ký sinh hay côn trùng ăn thịt Nhiều trường hợp do việc xác định vi sinh vật gây bệnh không chính xác nên dễ dẫn đến nhầm lẫn, do vậy Robert Koch, 1897 đã lập ra tiêu chuẩn để chứng minh sự hiện diện của tác nhân gây bệnh như sau:

- Vi sinh vật phải có mặt trong mọi trường hợp của bệnh

- Có thể phân lập và thuần khiết các vi sinh vật đó

- Khi dùng dạng thuần khiết để gây bệnh nhân tạo thì cũng gây được loại bệnh cũ

- Cần phải chứng minh được sự có mặt của vi sinh vật trong cơ thể côn trùng thí nghiệm

Muốn cho vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể ký chủ trở thành vi sinh vật gây bệnh thì chúng phải có tác động về mặt hóa học hay cơ học lên ký chủ và gây bệnh cho ký chủ Trong các tác động hóa học, có hoạt tính thấp nhất là những quá trình trong đó vi sinh vật chỉ lấy một phần thức ăn của ký chủ và 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 thường được thể hiện rất rõ đối với nấm ở cuối giai đoạn hình thành bào tử

Những năm cuối thế kỷ 20, nhiều tác giả tách chiết được từ dịch nuôi

cấy nấm Beauveria và Metarhizium ngoại độc tố destruxin Li et al, 2009; James el al, 2010 đã xác định từ dịch nuôi cấy chủng Metarhizium anisopliae Ma.83 loại độc tố destruxin A và thử nghiệm diệt loài sâu Soparda populnea tuổi 3 với LD50 là 3µg/gr Tính độc của vi sinh vật về cơ

bản là làm cho côn trùng có những thay đổi về bệnh lý và bị chết Có thể đánh giá độ nguy hiểm của vi sinh vật và theo liều lượng vi sinh vật gây bệnh Đó là lượng vi sinh vật thấp nhất để gây bệnh trong một thời gian nhất định làm chết 50% hay 90% số cá thể (LD50, LD90) và thời gian ngắn nhất để

vi sinh vật gây bệnh làm chết 50% hay 90% số cá thể ký chủ (LT50, LT90)

* Con đường truyền bệnh và cơ chế gây bệnh nấm côn trùng

Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là lây lan từ con côn trùng bị nhiễm bệnh sang con khỏe thông qua va chạm trực tiếp với nhau, qua gió hay qua thức ăn chứa mầm bệnh Việc truyền bệnh qua con đường đẻ trứng của ký chủ hầu như không đáng kể Bệnh nấm rất dễ truyền bằng những va chạm đơn giản mà một số bệnh khác không thực hiện được Khi lây lan bằng gió, dịch bệnh nấm tạo thành những ổ bệnh kéo dài theo chiều gió thường thổi

Những bào tử trên thân côn trùng nhờ gió bay đi và rơi vào cơ thể côn trùng khác Từ đó bào tử nấm nảy mầm, hệ sợi phát triển tới mức phủ kín các lỗ thở trên

cơ thể côn trùng Quá trình sinh trưởng, phát triển của bào tử và hệ sợi nấm ăn sâu vào trong cơ thể côn trùng là quá trình trao đổi chất của nấm Đã có nhiều công

trình nghiên cứu về những sản phẩm trao đổi chất khi nuôi cấy nấm Beauveria bassiana và Metarhizium anisopliae trên môi trường nhân tạo Trong quá trình

bào tử nảy mầm đã tiết ra một phức hệ enzyme ngoại bào phân giải chitine, protein và lipid Tiếp theo giai đoạn là mô và tuyến mỡ bị hòa tan bởi enzyme protease là giai đoạn nhiễm trùng máu của côn trùng Đó là hiện tượng limfo chứa đầy sợi nấm hoặc những giai đoạn khác của nấm Chỉ đến khi hồng cầu trong cơ thể côn trùng bị phá vỡ thì côn trùng mới chết Lúc này nấm vẫn tiếp tục phát

triển và sinh trưởng trên xác côn trùng là nền cơ chất giầu chất hữu cơ

Về cơ chế gây bệnh nấm và làm côn trùng chết cũng phải kể đến vai trò của độc tố (toxin) nấm Trong công trình nghiên cứu các chủng nấm sống trong

đất các tác giả McCoy et al, 2008 đã mô tả rất chi tiết các chủng nấm thuộc giống Beauveria, Latch et al, 1976 thì mô tả các chủng nấm thuộc chi Metarhizium Các tác giả cũng đã xác định ngoại độc tố của những nấm này là

sản phẩm thứ cấp vòng peptít là destruxin A, B, C, D, L – provin – L – leucine anhydride, L-provin-L-valine anhydride và desmethyl destruxin B

* Nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng hiệu lực của nấm gây bệnh đến

ký chủ

- Bệnh nguyên

Khả năng gây bệnh của nấm lên cơ thể côn trùng là yếu tố chất lượng của độc lực loài nấm đó và nó được xác định bởi nhiều các nhân tố, bao gồm sinh lý của ký chủ (kháng thể), sinh lý của nấm (các nhân tố khả năng gây bệnh như sản sinh các enzyme và các độc tố) và môi trường Nấm là một nhóm có phổ ký chủ rộng nhất trong các loại bệnh của chân khớp Tuy nhiên

phổ ký chủ rộng tùy thuộc theo từng loài nấm như Aschersonia aleyrodis chỉ

ký sinh trên ruồi nhà, N rileyi hầu như chỉ ký sinh trên họ ngài đêm bộ cánh vảy Trái lại, các loài như B bassiana và M anisopliae có phổ ký chủ rất rộng bao gồm nhiều bộ trong ngành chân đốt Hiện nay hai loài B.bassiana và M.anisopliae được đăng ký với ngân hàng Gene một bộ sưu tập kiểu gene và

được coi là các loài hoàn hảo và có triển vọng nhất Khả năng ký sinh thường được xác định trong các giới hạn quyết định của môi trường bao gồm nồng độ

và phương pháp sử dụng, trong đó khả năng ký sinh (độc lực) của một loài nấm, một phức hệ bao gồm các nhân tố như thời tiết khí hậu phù hợp là một tương lai cho việc thành công của phòng trừ sinh học

Một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn một chủng là độc lực, nó là

số lượng của bào tử có thể gây lên bệnh trong một nhóm của côn trùng Trên thí nghiệm đồng ruộng, mật độ các mầm bào tử phải đủ lớn đảm bảo tốt khả năng côn trùng tới sẽ tiếp xúc với số lượng đủ của các bào tử phải nhiều hơn ngưỡng gây nhiễm Khi một bệnh nguyên độc tố cao sẽ chỉ cần vài bào tử để gây bệnh, lựa chọn các kiểu gene độc tố có hiệu quả rõ ràng cho hiệu quả phòng trừ côn trùng Đáng tiếc có nhiều các nghiên cứu xác định số lượng độc

tố của các dòng nấm côn trùng (LD50) được thiết kế dưới các điều kiện không tuân thủ theo các chỉ số cần thiết của môi trường đồng ruộng (nhiệt độ không đổi) Tuy nhiên một số nghiên cứu đã cố gắng tạo các điều kiện nhân tạo có thể hạn chế hiệu quả của các bệnh nguyên côn trùng trên điều kiện đồng ruộng (các hạn chế môi trường) trong việc đánh giá lựa chọn các kiểu gene có

thể gây bệnh dưới các điều kiện (Inglis G.D et al, 1999)

Khả năng tồn tại của một nấm côn trùng trong một môi trường là một đóng góp quan trọng khác của việc thành công trong sử dụng biện pháp sinh học Các bào tử tồn tại bền vững tốt, chúng sẽ có khả năng cao khi côn trùng tiếp xúc với các bào tử và gây ra bệnh Như đã nêu trên, các ngưỡng gây bệnh

là động lực và sự tồn tại của bào tử tới khi các điều kiện môi trường thuận lợi cho bệnh phát triển sẽ có kết quả hơn trong phòng trừ

Một số nấm côn trùng thường gây lên dịch bệnh tự nhiên và khả năng của một bệnh nguyên cho chu kỳ và phát tán là một nhân tố quan trọng trong

sự phát triển của dịch bệnh này Sự lan truyền của nấm N rileyi là một nhân

tố quan trọng trong sự phát triển của dịch bệnh trên đồng ruộng Kish and Allen (1978) đã tóm tắt các nhân tố phát sinh tác động đến sự phát tán của

nấm N rileyi trên các quần thể sâu nhung hại đậu tương (velvet bean

caterpillar) như sau:

1 Sự hình thành bào tử trên xác sâu cần thiết giai đoạn ẩm độ cao (trên 70%), nhưng bào tử sẽ tồn tại trên xác sâu không phụ thuộc vào sự giao động

của ẩm độ cho tới khi xác sâu được làm khô

2 Điều kiện gió khô làm tăng quá trình giải phóng bào tử

3 Điều kiện gió khô cũng làm chậm lại quá trình nảy mầm và ký sinh của bào tử, nhưng ký sinh tăng nếu có ẩm độ đạt được cho sự nảy mầm của bào tử

4 Mưa và dinh dưỡng làm tăng sự hình thành bào tử trên xác sâu

5 Bào tử được rửa bởi nước mưa và được làm ẩm sẽ tươi lên

6 Một lượng ẩm độ cao trong quá trình đỉnh cao của dịch bệnh có đôi chút ảnh hưởng tới tiến trình dịch bệnh, nhưng một sự vượt ẩm độ trong giai đoạn đầu của dịch bệnh (dưới 10% nhiễm bệnh) có thể làm cho tốc độ nhiễm bệnh chậm lại, nếu như sau quá trình hình thành bào tử nhưng trước khi giải phóng bào tử

7 Sự xen kẽ giữa ẩm và khô là sự cần thiết cho tốc độ lây nhiễm và một thời gian ngắn, dinh dưỡng ẩm và ẩm độ cao với giai đoạn dài hơn trong điều kiện khô, gió nhẹ là tốt nhất cho sự gia tăng và tốc độ lây nhiễm

Một trong những mô hình quan trọng nhất trong phòng trừ bằng vi sinh vật là những loài côn trùng hoạt động nhiều thì mẫn cảm hơn những loài không hoạt động nhiều (Steinhaus, 1958a; Vago, 1963) Trong khi nhiều nhân

tố ảnh hưởng và mở đường cho sự gây bệnh côn trùng (như mật độ, dinh

dưỡng, sự tiếp xúc với hóa chất gây stress, môi trường), các cơ chế sinh lý (tức là suy giảm tính miễn dịch) của hiện tượng sốc và sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường vẫn chưa được hiểu rõ Dinh dưỡng của côn trùng là một nhân tố rất quan trọng ảnh hưởng tới tính mẫn cảm đến sự gây bệnh trên côn trùng và nó thường bị bỏ qua khi nghiên cứu quá trình phát triển của bệnh Không đầy đủ dinh dưỡng thường dẫn tới tăng tính mẫn cảm của bệnh cho côn trùng và việc sử dụng các giống cây trồng có kiểu gen kháng để làm giảm nguồn thức ăn cho sâu hại có thể làm tăng tính mẫn cảm của côn trùng Ngược lại, chế độ ăn cũng có thể làm giảm tính mẫn cảm của dịch hại đối với

tính gây bệnh côn trùng của nấm bộ Hyphomycetes Ekesi et al (2010) đã tìm

ra rằng loài bọ trĩ Megalurothrip sjostedti ít mẫn cảm nhất đối với M anisopliae trên một số giống đậu bò bởi vì chúng có hợp chất kìm hãm nấm

Nồng độ các chất chuyển hóa trung gian trong cây được cho là cao hơn trong

lá non so với lá già nhưng lá già chứa ít dinh dưỡng hơn (nitơ và nước) (Fenny, 1992)

Việc giảm lượng dinh dưỡng và nước trong lá già của những cây lâu năm đã được chỉ ra là có quan hệ chặt chẽ làm giảm tỷ lệ sinh trưởng của các

ấu trùng bộ cánh vảy so với những loài ăn lá non hoặc ăn lá cây thân thảo (Krischik và Denno, 1983) Hàm lượng protein cao trong chế độ ăn của côn trùng có thể đối trọng với sự ảnh hưởng của độc tố của những chất chuyển hóa trung gian như alkaloid (Costa và Gaugler, 1989) Hiện nay nó được xác định là côn trùng có thể tách các hợp chất kháng nấm từ thức ăn để bảo vệ chúng chống lại bệnh nấm, và hiện nay ngày càng tăng sự tập trung nghiên cứu vào tác động của dinh dưỡng đối với sự gây bệnh của nấm trên côn trùng

(Inglis G.D et al., 1999), nó bao gồm các phản ứng sinh lý trong quá trình

lây nhiễm bệnh cho côn trùng bởi nấm bộ Hyphomycetes là một chiến lược chắc chắn trong các nghiên cứu ứng dụng, nó có thể được áp dụng để làm

tăng hiệu quả gây bệnh cho côn trùng, và quá trình này cũng sẽ được thảo luận ở phần sau

Một nhân tố ký chủ đã được chứng minh đóng vai trò quan trọng trong

sự gây bệnh cho côn trùng là các giai đoạn phát triển của côn trùng Không phải tất cả các giai đoạn trong đời sống côn trùng đều có tỉnh mẫn cảm như nhau đối với sự gây bệnh bởi nấm bộ Hyphomycetes Trong một số trường hợp, các giai đoạn non của côn trùng thường mẫn cảm hơn so với khi trưởng

thành Ví dụ ấu trùng sâu đục thân ngô châu Âu tuổi nhỏ (Ostrinia nubilalis) mẫn cảm với B bassiana hơn các tuổi lớn (Feng et all, 1985) Ngược lại, trưởng thành bọ trĩ hại hoa (Frankliniella occidentalis) mẫn cảm với V lecanii hơn ấu trùng (Vestergaard et all, 1995) Hầu hết các yếu tố về ký chủ

côn trùng, như tốc độ phát triển, không thể nghiên cứu độc lập với môi trường (như nhiệt độ) Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phát triển của côn trùng và làm giảm thời gian phát dục giữa các pha, sau đó nó làm giảm mức độ lây lan của chất đề kháng lột xác Mật độ côn trùng đặc biệt quan trọng trong ký sinh gây bệnh Khi mật độ côn trùng tăng, xác suất côn trùng tiếp xúc với tác nhân gây bệnh (tác nhân gây bệnh trực tiếp hoặc lây nhiễm từ cá thể bị bệnh khác) tăng Điều này rất đúng khi tác nhân là virus, nhưng giới hạn nghiên cứu này chỉ tập trung vào các bệnh truyền nhiễm gây ra bởi nấm gây bệnh bộ Hyphomycetes Mật độ quá cao cũng đã được chỉ ra sự cạnh tranh trong loài,

và sau đó làm ảnh hưởng tới sự nhiễm bệnh của côn trùng do các nhân tố không phải là nấm (Steinhaus, 1958b) Tuy nhiên, tác động của mật độ quá cao làm côn trùng có khuynh hướng bị ảnh hưởng bởi Hyphomycetes chưa được ghi nhận nhiều Tập tính của côn trùng cũng có thể ảnh hưởng tới sự phát triển của bệnh ký sinh và có thể làm ảnh hưởng tới sự lây lan của bệnh côn trùng Một số loài côn trùng bị nhiễm các bệnh do nấm thường bò lên ngọn cây trước khi chết (hội chứng bệnh đỉnh) nơi chúng chết thường bám

vào cây (ví dụ như châu chấu bị nhiễm Entomophaga grylli) Sự thích nghi

này đảm bảo bào tử nấm tiếp xúc với ký chủ bên trong và bên dưới tán cây, mặc dù tập tính này không được báo cáo về ảnh hưởng tới côn trùng cùng với nấm Hyphomycetous Một đặc điểm hành vi có thể gây lây lan tác nhân gây

bệnh là việc chải chuốt Bào tử của M anisopliae được phát tán giữa các cá thể mối thông qua việc chải chuốt (Kramm et al., 1982) Trong khi chải chuốt

có thể làm gia tăng mức độ bị bệnh của côn trùng thì một số hành vi vệ sinh của côn trùng xã hội khác cũng có thể hạn chế sự lây lan của bệnh côn trùng,

như loài mối Reticulitermes flavipes có khả năng kháng bệnh nấm Hyphomycetes (ví dụ kháng B bassiana) do cơ cấu phòng thủ nội sinh, là kết

quả của phức hợp các hành vi xã hội, bao gồm cả hành vi loại bỏ các cá thể

bị bệnh trong tổ (Boucias et al., 2009)

- Môi trường

Một loạt các yếu tố môi trường đã được chứng minh có ảnh hưởng lớn tới khả năng chống bệnh của côn trùng Những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng lây và gây bệnh của nấm bộ Hyphomycetes trên côn trùng là bức xạ mặt trời, nhiệt độ, lượng mưa và gió Mặc dù chúng ta thường tập trung vào 1 yếu tố nào đó nhưng các nhân tố môi trường lại luôn có tác động qua lại ảnh hưởng lẫn nhau

Quản lý dịch hại sử dụng nấm Hyphomycetous gây bệnh cho côn trùng cần được nghiên cứu những nhân tố này trong mối quan hệ tương tác bao gồm các nhân tố sau:

315nm) Tuy nhiên, sự khác biệt đáng kể bức xạ giữa nhóm loài và nòi trong

các loài đã được ghi nhận Fargues et al., 1996 đã quan sát thấy bào tử nấm

M anisopliae var acridum (syn Metarhizium flavoviride) đề kháng khi chiếu

xạ (295-1100 nm ở mức xạ UV là 0.3W/m2), sau đó là bào tử B bassiana, M anisopliae và Paecilomyces fumosoroseus Trong khi các cơ chế cơ học kháng

lại bức xạ mặt trời trong sự gây bệnh côn trùng của nấm vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi, sự kháng sự gây hại của tia UV nên được xem xét trong việc lựa chọn kiểu gen của nấm để sử dụng trong chương trình IPM

Những khu trú nhỏ trong đó nấm được phát triển là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới sự bảo tồn của chúng Sự tồn tại của bào tử nấm trên các giá thể tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời giảm đáng kể so với chồi được

bảo vệ trong 1 vị trí nhất định, như trong tán cây (Inglis et al., 1993) Từ khi

nhiều loài dịch hại được cung cấp thức ăn hoặc tồn tại trong một giai đoạn nào đó dưới tán cây, sự ảnh hưởng của tiểu khí hậu không nên bị bỏ qua Một cách thức khác là gắn bào tử lên rìa lá mà hiệu quả sẽ phụ thuộc vào tập tính của côn trùng mục tiêu phòng trừ

Một số côn trùng ăn ở mặt dưới lá (bọ phấn), nhưng nó kích thích các

loài dịch hại khác di chuyển lên bề mặt trên của lá Amiri et al (2009) đã chứng minh rằng độc tố destruxins của M anisopliae đã được phun lên mặt lá

đã gây ra trên ngài sâu tơ (Plutella xylostella) và sâu non bọ cánh cứng (Phaedon cochleariae) khi di chuyển lên bề mặt trên của lá

Ngay cả ở trong bóng râm, các bào tử cũng sẽ bị tiêu diệt gián tiếp bởi

bức xạ mặt trời (Smits et al., 1996a, b), nhưng sự tồn tại của bào tử phân sinh

có thể được kéo dài đủ để nâng cao hiệu quả phòng trừ Trong khi thành phần các tia UV trong quang phổ mặt trời có thể làm bất lợi cho sự nảy mầm của bào tử nấm, bức xạ mặt trời ở bước sóng cao có thể có lợi bởi nó khuyến khích sự kích hoạt chống lại tia cực tím

Sự ngừng hoạt động nhanh chóng của bào tử bị chiếu bức xạ mặt trời được xem xét làm một trở ngại lớn cho việc thương mại hóa thành công của nấm côn trùng chống lại dịch hại trên đồng ruộng, những nỗ lực đáng kể đã tập trung vào bảo vệ khả năng lây bệnh của nấm lên côn trùng Cách tiếp cận phổ biến nhất có liên quan đến sự hợp thành của năng lượng mặt trời và/hoặc các hóa chất hấp thụ tia cực tím (tấm chắn tia cực tím trong các bào tử) Một loạt các tấm chắn tia cực tím đã được thử với virus gây bệnh cho côn trùng và

Bacillus thuringiensi và một số vi sinh vật thấp hơn so với nấm

+ Nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu lực của một số tác nhân gây bệnh côn trùng Một trong những tài liệu tin cậy đã chỉ ra rằng nhiệt độ xung quanh tác động đến tốc độ lây nhiễm và thời gian gây chết cho các loài côn trùng được xử lý bằng nấm gây bệnh côn trùng Tài liệu cho rằng luôn tồn tại cánh cửa cơ hội để cho các tác nhân gây bệnh có thể lây nhiễm vào ký chủ của nó (ví dụ: điều kiện về độ ẩm và bức xạ mặt trời thích hợp thì sự lây nhiễm này có thể diễn ra trong thời gian ngắn), tác động của nhiệt độ tới quá trình lây nhiễm là rất quan trọng ví dụ như, ngưỡng nhiệt độ

thích hợp cho nấm M anisopliae lây nhiễm con bọ trĩ trưởng thành là khoảng

230c (Vestergaard et al, 1995) và khi nhiệt độ giảm tử 3-50c sẽ làm tăng thời gian gây chết cho bọ trĩ thêm 1 ngày Trì hoãn sự chết của côn trùng có thể là điều then chốt cho việc kiểm soát dịch hại, đặc biệt là kiểm soát dịch hại có khả năng phát triển quần thể nhanh hoặc là dịch hại cho các loại cây trồng có giá trị cao (ví dụ: sản xuất trong nhà lưới)

Ngưỡng nhiệt độ phù hợp nhất cho nấm gây bệnh côn trùng là trong khoảng 20-250c, nhưng sự lây nhiễm và phát bệnh có thể diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 15 đến 300C Khi nhiệt độ trên 300C, tốc độ tăng trưởng sinh dưỡng của hầu hết các loài nấm đều bị hạn chế và sự tăng trưởng này thường

dừng lại ở ngưỡng 370C Các loài nấm gây bệnh côn trùng không thể sống trên cơ thể động vật có vú là một điểm rất đáng quan tâm trong việc nghiên cứu và sử dụng Tương tự như sự thay đổi trong sự bất hoạt do tác động của bức xạ mặt trời, thì sự biến đổi có ý nghĩa trong sự tồn tại giữa các kiểu gen trong các đặc tính nhiệt của chúng (kiểu gen quy định sự biến đổi của các đặc

tính nhiệt và cả các đặc tính bất hoạt dưới bức xạ mặt trời) Fargues et all (1997) đã tìm ra 4 chủng nấm M anisopliae var acridium có thể gây chết cho

loài châu chấu sa mạc như nhau với tỉ lệ chế là từ 98 đến 100% ở ngưỡng nhiệt độ 25 và 300C, nhưng ở 400C thì ko gây chết được con nào, nhưng sự khác biệt đáng kể chỉ thấy được ở ngưỡng nhiệt độ 350C, với tỷ lệ chết thay đồi lớn trong khoảng từ 40 đến 100% Một số nhà nghiên cứu đã điều tra khả năng chọn lọc riêng của kiểu gene đối với các đặc tính nhiệt (ví dụ: cao hơn mức nhiệt độ tối ưu và nhiệt độ cơ bản) từ một số vùng địa lý xác định như nếu một loài đặc trưng với vùng có khí hậu ấm (nóng), nó có thể sẽ chịu đựng được ở mức nhiệt độ cao, hoặc là ngược lại nếu loài đến từ vùng có khí hậu lạnh nó sẽ biểu hiện tốt hơn khi sống ở nhiệt độ thấp Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng không có hoặc là có mối liên hệ rất ít giữa địa hình của vùng với

các đặc tính nhiệt của loài (McCammon và Rath, 1994; Fargues et al., 1997; Ouedraogo et al., 1997) Một số nghiên cứu khác thì đã quan sát được sự liên

quan khá chặt chẽ giữa đặc tính nhiệt độ trong ống nghiệm và nơi xuất xứ của

chúng Vidal et al (1997) đã xác định được tác động của nhiệt độ tới tốc độ sinh trưởng của các dòng thuộc P fumosoroseus bắt nguồn từ nhiều loài ký chủ côn trùng (chủ yếu là Bemisia tabaci, và 1 số loài thuộc bộ cánh vẩy) từ

miền Nam nước Mỹ, châu Âu, Pakistan và Ấn Độ Tương tự với một số nghiên cứu khác đã quan sát sự biến đổi đáng kể giữa các chủng nấm về khả năng sống trong các ngưỡng nhiệt độ khác nhau Các báo cáo cho rằng các chủng nấm có nguồn gốc từ châu Âu có thể sinh trưởng được trong ngưỡng

nhiệt độ là từ 8-300C và nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng là 20-250C Khoảng nhiệt độ cho các chủng có nguồn gốc từ miền Nam nước Mỹ (cả vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm và khô) và từ vùng Tây Á (vùng khí hậu nhiệt đới ẩm) là trong khoảng từ 8-350C với nhiệt độ tối ưu là 25-280C Các chủng nấm của Ấn Độ có khả năng chịu đựng ở ngưỡng nhiệt độ cao nhất là 32-

350C Đặc tính nhiệt sinh học của côn trùng ngoài đồng ruộng là vô cùng phức tạp, và các nghiên cứu cho rằng chủng nấm sở hữu tốc độ tăng trưởng trong ống nghiệm cao hơn thì hiệu lực sử dụng trên điều kiện ngoài đồng ruộng cũng sẽ cao hơn

Ngoài đồng ruộng, nhiệt độ hàng ngày có thể biến động lớn, như trong tháng 5- 6, việc kiểm soát châu chấu thường được thực hiện ở vùng đồng bằng lớn phía bắc của Bắc Mỹ, nhiệt độ ban đêm thường thấp hơn 50C so với nhiệt độ ban ngày và nhiệt độ ban ngày thường từ 25-350c Sự biến động về nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến sự sinh trưởng của nấm Hyphomycetous trong điều kiện ống nghiệm Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của biến động nhiệt độ

trong điều kiện ống nghiệm là không lớn Inglis et al (1999) đã xác định

được sự ảnh hưởng của dao động nhiệt độ tới sự cạnh tranh lây nhiễm và ký

sinh trên châu chấu (Melanoplus sanguinipes) của các loại nấm B bassiana

và M anisopliae var acridum khi được áp dụng một cách riêng rẽ hoặc là kết

hợp cùng 1 lúc Tỷ lệ chết của ấu trùng sâu non và sự gia tăng phát triển của nấm ở trong cơ thể côn trùng được xác định trong 4 công thức với cùng nhiệt

độ trung bình của ngày là 250C nhưng khác nhau ở mức độ giao động trong ngày bao gồm các công thức nhiệt độ liên tục trong ngày là 250C, dao động

từ 20-300C, dao động 15-350C và dao động từ 10-400C, kết quả thí nghiệm cho thấy biên độ nhiệt độ dao động tăng lên thì tốc độ tăng trưởng của các loài nấm giảm xuống và nó cũng tương ứng là tỷ lệ chết của ấu trùng cũng giảm xuống

Mặc dù nhiệt độ hàng ngày được lặp đi lặp lại cơ bản giống nhau, nhưng trong tự nhiên sự dao động là luôn thay đổi và sự biến đổi nhiệt độ bất thường

có thể gây ra ảnh hưởng lớn tới hiệu lực gây bệnh của các loài gây bệnh côn trùng Sự phân loại các ngưỡng nhiệt độ và sự tác động của việc tích lũy phơi nhiễm với nhiệt độ cao và thấp tới hiệu lực của một số nấm gây bệnh côn trùng,

và sự áp dụng các mô hình toán học sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về tác động của nhiệt độ đối với sự tương tác giữa nấm và côn trùng Điều này sẽ dẫn đến việc xác định và thực hiện các chiến lược để vượt qua những hạn chế mà nhiệt

độ gây ra tới hiệu lực của các loài nấm gây bệnh côn trùng

Những hạn chế của nhiệt tới nấm gây bệnh côn trùng không chỉ là do môi trường xung quanh mà còn một phần do hành vi, hoạt động của vật chủ (sự điều hòa thân nhiệt) ví dụ, rất nhiều loài côn trùng nâng nhiệt độ cơ thể của chúng cao hơn so với nhiệt độ xung quanh bởi trực tiếp hoặc gián tiếp ngăn chặn bức xạ mặt trời (ví dụ như là phơi nắng) ( Heinrich, 1993, 1996)

Sự ảnh hưởng của việc điều hòa thân nhiệt côn trùng với sự phát triển của bệnh chưa có nhiều tài liệu nhắc tới, nhưng thói quen phơi nắng của một số

loại côn trùng, trong đó có bọ phấn (Watson et al., 1993) và một số loại cào cào ( Inglis et al., 1996) đã giảm nghiêm trọng các bệnh côn trùng

Rất nhiều loài cào cào có ngưỡng nhiệt độ tối ưu là khoảng 400c, sự tối

ưu của nhiệt độ cơ thể thông qua việc phơi nắng được chứng minh là có ảnh

hưởng xấu tới nấm B bassiana và có ảnh hưởng ở mức độ thấp hơn đối với nấm M anisopliae var acridum Nhiệt độ bình thường cho nấm B bassiana

nảy mầm và phát triển sợi nấm là khoảng 350C và sự phát triển của bệnh nấm

ở sâu non giảm 45% khi phơi nắng 1h/ngày và 90% khi phơi nắng 2 giờ/ngày Trong khi hầu hết các loại côn trùng đều có nhiệt độ tối ưu thấp hơn họ cào cào, những côn trùng này có thể biểu hiện “sốt” khi bị lây nhiễm, “sốt” ở đây

có nghĩa là nhiệt độ cơ thể được nâng lên cao hơn so với nhiệt độ ở mức độ trung bình Hầu hết các nghiên cứu về hiện tượng “sốt” đều sử dụng sự độ chênh lệch nhiệt độ trong đó thì nhiệt độ của cơ thể không bị lây nhiễm và nhiệt độ cơ thể bị lây nhiễm sẽ được mang ra so sánh với nhau Inglis đã quan

sát và thấy rằng tỷ lệ sâu non khi nhiễm B.bassiana nóng hơn đáng kể so với

tỷ lệ sâu non không bị nhiễm trên cùng một thang nhiệt

Quan sát ngoài đồng ruộng thì biểu hiện “sốt” là hiếm gặp hơn Áp dụng phương pháp Grab-and-Stab vào nhiều thời điểm khác nhau sau khi sử

dụng nấm M.anisopliae để kháng lại loài châu chấu Senegal (Oedaleus senegalensis), Blandford et al., (1998) đã quan sát thấy rằng nhiệt độ cơ thể

con châu chấu được phun nấm cao hơn 30C so với nhiệt độ trùng bình của các con châu chấu đối chứng, nhưng các nấm bệnh vẫn cho khả năng gây ức chế tốt, và nó cho thấy rằng hiện tượng “sốt” để phản ứng lại với sự nhiễm bệnh không liên quan tới khả năng kháng bệnh của quần thể đã qua xử lý Tuy

nhiên, hiện tượng sốt của châu chấu bị nhiễm M anisopliae var acridum xuất

nhiện sẽ làm tăng thời gian gây chết và cần phải tăng liều lượng lây nhiễm để đạt được thành công trong biện pháp xử lý Mức độ mà các loài côn trùng biểu hiện phản ứng lại cơn sốt và mối liên hệ giữa hiện tượng sốt vào việc áp dụng thành công các loài nấm côn trùng trong điều kiện phòng thí nghiệm và ngoài đồng ruộng là thường không cố định

Côn trùng có ngưỡng nhiệt độ tối ưu có khả năng ức chế các loại gây bệnh côn trùng hoặc biểu hiện sốt đối với sự lây nhiễm, một số chiến lược đã được đề xuất để khắc phục những hạn chế này Như đã đề cập phần trên, việc lựa chọn các kiểu gen với khả năng phát triển và gây bệnh ở nhiệt độ cao là phương án có tính khả quan Một phương pháp khác nữa là liên quan đến việc

sử dụng các bộ điều chỉnh hành vi hoặc là làm ức chế sinh lý (Goettel et al.,

2000) Gần đây, các mối quan tâm mới đã tập trung vào việc sử dụng thuốc

trừ sâu (imidacloprid và diflubenzuron) kết hợp với các loài gây bệnh côn trùng tuy nhiên bằng cách nào để các thuốc này tương tác với tác nhân gây bệnh và vật chủ côn trùng là chưa được biết Hai biện pháp khác có thể sử dụng để khắc phục những tác động của nhiệt độ nữa là: Sử dụng chiến lược mục tiêu ở các giai đoạn sinh trưởng và thời gian khác nhau thì côn trùng có ngưỡng nhiệt độ cơ thể tối ưu khác nhau và sự phát triển của các mô hình dự báo sẽ tạo điều kiện phát triển cho các tác nhân gây bệnh dưới điều kiện thuận lợi

+ Độ ẩm

Độ ẩm có thể ảnh hưởng tới hiệu lực của nấm theo một vài cách sau

Độ ẩm, kết hợp với nhiệt độ, ảnh hưởng đến sự bay hơi các giọt phun, có thể dẫn đến sự mất nước từ đó có ảnh hưởng xấu đến mục tiêu đề ra là hiệu quả phòng trừ Hơn nữa, độ ẩm cũng có thể ảnh hưởng rất lớn tới sự bám dính (sự lưu giữ của bào tử nấm trên cơ thể côn trùng) của các nấm lây nhiễm Trong hầu hết các bộ phận, bào tử nấm thể hiện sự ổn định nhất tại điều kiện khô mát Ngược lại, một số loại bào tử nấm khác lại tồn tại tốt hơn ở nhiệt độ vừa

phải và độ ẩm tương đối cao ví dụ nấm M anisopliae Nước không chỉ cần

thiết cho sự nảy mầm của chồi nấm, mà nó còn quy định sự phát triển của bào

tử trên xác côn trùng đã chết vì bệnh nấm Trong mọi trường hợp, sự phát triển của bào tử trên bề mặt côn trùng đòi hỏi độ ẩm cao, Farrgues và Luz,

(2000) đã quan sát thấy rằng việc sản sinh bào tử nấm B bassiana trên xác sâu loài bọ xít Rhodnius prolixus (véc tơ cho Trypanosoma, tác nhân gây

bệnh Chagas) cần đòi hỏi độ ẩm thấp nhất là 97%, và cho rằng độ ẩm cao là đặc tính quyết định của khí hậu hạn chế khả năng quay vòng của nấm

B.bassiana chống lại R prolixus Trong khi độ ẩm môi trường cao là một điều

kiện tiên quyết cho sự phát triển ngoại sinh của bào tử nấm, dấu hiệu cho thấy

rằng một số loài nấm như B.bassiana có thể hình thành bào tử trong khoang

cơ thể của các côn trùng dưới điều kiện độ ẩm thấp

Nước là điều kiện tiên quyết trong suốt quá trình nảy mầm của bào tử nấm và được coi như điều kiện ẩm ướt là điều thiết yếu cho tính hiệu quả của việc sử dụng nấm trong biện pháp vi sinh vật để chống lại côn trùng Điều này có thể đúng cho một số chủng nấm chống lại một số loài côn trùng nhưng dường như nó không đúng với tất cả các loại nấm trong mọi tình huống Một

số nghiên cứu chỉ ra rằng điều kiện khô trong suốt quá trình hoặc ngay sau thời gian cấy nấm ít bất lợi hơn so với những nghiên cứu trước đây Các nghiên cứu chỉ ra rằng độ ẩm môi trường xung quanh không ảnh hưởng tới

khả năng lây nhiễm vào côn trùng của các chủng nấm B bassiana và M anisopliae Một số chủng nấm có khả năng nảy mầm và lây nhiễm vào vật

chủ trong điều kiện độ ẩm của môi trường xung quanh thấp là do môi trường vật chủ cung cấp đủ độ ẩm cho chúng Ví dụ, một lớp biểu bì bao quanh cây

và một lớp bề mặt mỏng với độ ẩm cao bao quanh lớp da của côn trùng để chống lại sự thoát hơi nước, tại các nếp gấp của biểu bì ở các khớp của côn trùng có thể là nơi có lượng ẩm cao Mặc dù 1 số ít nghiên cứu đã cố gắng nâng cao khả năng lây nhiễm bệnh côn trùng trong điều kiện độ ẩm thấp ,

Bateman et al., (1993) đã báo cáo rằng sự lây nhiễm các chủng nấm B.bassiana và M anisopliae đã được cải thiện khi sử dụng cùng với dầu

Trên cơ sở của bài báo cáo này, thì rất nhiều nhà nghiên cứu đã kết luận rằng môi trường dầu thúc đẩy hiệu quả lây nhiễm trong điều kiện độ ẩm thấp Tuy

nhiên, Fargues et al., (1996) đã phát hiện ra rằng bào tử nấm M anisopliae var acridum sự lây nhiễm vào loài châu chấu sa mạc không được tăng cường

trong môi trường dầu liên quan đến 1 công thức dung dịch nước Bằng chứng này chỉ ra rằng có một sự tương tác phức tạp giữa phương pháp lây nhiễm, người thực hiện và độ ẩm, điều này cần phải được quan tâm xem xét kỹ lưỡng Sự phát triển lây lan của mầm nấm khi cấy lên bề mặt ngoài của côn trùng trong môi trường dầu và ảnh hưởng của nó tới sư lây nhiễm cần được

giải quyết cùng với sự tác động của việc phân bố không gian của mầm nấm trên xác côn trùng Ngược lại, dầu sẽ làm tăng cường sự nảy mầm và xâm nhập của các sợi nấm dưới điều kiện độ ẩm thấp và việc sử dụng dầu để thúc đẩy khả năng lây nhiễm của nấm vào côn trùng có thể được chứng minh là mang lại hiệu quả

+ Lượng mưa

Ngoài việc tăng cao độ ẩm, mưa còn có thể làm cho các bào tử bật ra và phát tán đi nhiều nơi từ cụm cành bào tử, cũng như là việc hỗ trợ phân tán các mầm bào tử Những ảnh hưởng của mưa hoặc sương còn sót lại trên lá tới các

tác nhân virus và vi khuẩn B.thuringiensis gây bệnh côn trùng đã được nghiên

cứu tương đối phổ biến Ngược lại, ít có kết quả nghiên cứu sự tồn tại của tác nhân chồi nấm gây bệnh côn trùng ở trên lá Bằng chứng cho thấy rằng, dựa trên sự phục hồi yếu của bào tử sau khi bị mưa rửa mạnh, đã dẫn đến ý kiến cho rằng mưa rửa trôi số lượng bào tử không đáng kể trên da của côn trùng Tuy nhiên, các bằng chứng gần đây chỉ ra rằng mưa gây nên sự rửa trôi đáng

kể của bào tử nấm B.bassiana và M.anisopliae từ trên lá của cây 1 lá mầm và

2 lá mầm và trên da của sâu non của bọ rùa hại khoai tây (Leptinotarsa decemlineata) Theo thí nghiệm tháp mưa (rain-tower experiment) đã chỉ ra

rằng bào tử nấm M.anisopliae dễ dàng phân tán bởi mưa tung tóe, nhưng có

rất ít bào tử được tìm thấy trong đất ở phía ngoài ô phun trong một thí nghiệm sau đó Về tầm quan trọng của mưa trong việc phát tán nguồn bệnh, trong khi mưa đã được chứng minh là làm rửa trôi bào tử nấm ở trên lá và biểu bì của côn trùng thì ảnh hưởng của một số yếu tố gây nhiễu biến ví dụ như mật độ phát tán, kiểu phát tán và các hành vi của côn trùng đến sự duy trì và phát triển bào tử vẫn chưa được xác định

+ Thổ nhưỡng

Nhiều loài nấm Hyphomycetous gây bệnh côn trùng được xem là các vi

sinh vật trung gian trong đất và có khả năng hạn chế các loại sâu hại trong đất (Keller và Zimmermann, năm 1989) Tuy nhiên, đất là một môi trường vô cùng phức tạp, và một số yếu tố bao gồm kết cấu đất, khả năng trao đổi ion, hàm lượng chất hữu cơ, pH,… độ ẩm và một số loại vi khuẩn cộng sinh tự do trong đất, có thể ảnh hưởng tới sự lưu trú và hiệu lực của các chủng nấm

Yếu tố vô sinh

Nhiều loại nấm có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ và chịu được nhiệt độ cao, cũng như điều kiện độ ẩm cao và khô hạn trong đất (Robert và campbell, 1977) và một số nghiên cứu đã chứng minh rằng bào tử nấm được đưa trực tiếp lên bề mặt đất hoặc đưa vào bên trong đất cho hiệu quả khá tốt

trong vùng có khí hậu ôn đới ví dụ, nấm M anisopliae được tìm thấy tồn tại

ít nhất 7 năm trong cánh đồng cỏ bụi với mức độ tương đương với liều áp dụng Sự ảnh hưởng của các tác nhân khác nhau ở trong đất tới sự xuất hiện

và lưu giữ nấm Hyphomycetous đã được giải quyết trong một số nghiên cứu điều tra Trong các điều tra này, các nhà nghiên cứu đã cố gắng để liên hệ sự phong phú của các loài nấm vơi các thông số của đất, nhưng do sự phức tạp của các yếu tố này nên thường không thể rút ra kết luận được về sự ảnh hưởng của các yếu tố này tới sự sống sót và hiệu lực của nấm Trong khi đó, kết quả của các công thức đối chứng lớn hơn không đáng kể so với số liệu điều tra, một số nghiên cứu đã đề cập đến ảnh hưởng của các yếu tố trong đất đến sự sống sót và hiêu lực của nấm Hyphomycetes Trong một loạt các thí nghiệm,

độ ẩm trong đất được chứng minh là gây bất lợi đến sự tồn tại của nấm

B.bassiana, B.brongniartii và V.lecaniiand và một số nấm khác trong đất

Trong hầu hết các trường hợp, bào tử nấm rất khó bị rửa trôi theo phương thẳng đứng Storey và Garder (1988) đã quan sát rằng sự rửa trôi của nấm

B.bassiana theo phương thẳng đứng có thể xảy ra do sự thấm nước ở trong

đất, hầu hết sử rửa trôi này xảy ra ở trong đất cát nhiều hơn so với đất có kết