Vô tình đọc được một bài viết rất hay về sử dụng liệu pháp sinh học kiểm soát dịch hại, tác giả chắc chắn phải là người có hiểu biết rất rộng và có chuyên môn cao về lĩnh vực này, xin chia sẻ cùng với mọi người
Dùng thiên địch kiểm soát dịch bệnh được nhắc tới nhiều và từ rất lâu rồi nhưng chưa được phổ biến rộng rãi ở VN, các nước ngoài thì người ta đã ứng dụng và rất thành công, trong bài viết này chỉ nhắc đến một loại thiên địch đó là nấm
Bài viết có nội dung như sau:
Việc kiểm soát dịch hại bằng liệu pháp hóa học đã mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp nhưng cũng tạo ra những hậu quả to lớn cho môi trường, sinh thái và sức khỏe của con người. Để khắc phục được nhược điểm trên, đặc biệt là có tác động "xanh" lên môi trường sinh thái, liệu pháp sinh học là một lựa chọn cho một nền nông nghiệp xanh và bền vững.
Mục tiêu của nông nghiệp là sản xuất lương thực cho con người, cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, xuất khẩu lương thực và nâng cao đời sống của khu vực nông thôn. Tuy nhiên do nhu cầu lương thực tăng do gia tăng dân số và do gia tăng xuất khẩu nên đòi hỏi con người cần phải gia tăng sản lượng lương thực.
Tuy nhiên, diện tích canh tác có giới hạn nên việc gia tăng sản lượng không thể dùng biện pháp mở rộng diện tich canh tác nên buộc người nông dân phải tăng năng suất trên cùng một đơn vị diện tích bằng nhiều biện pháp, trong đó biện pháp tăng vụ và dùng phân bón hóa học thường được áp dụng.
Hệ quả là làm gia tăng nguồn bệnh trên cây trồng do tập trung mật độ cây thuần loại cao và quanh năm và kéo theo người dân sẽ dùng thuốc diệt họa để đối phó với tình trạng trên.
Việc sử dụng phân bón hữu cơ kết hợp với các vi sinh vật có ích sẽ giúp cho đất khỏe mạnh hơn, hệ sinh thái đất được "phục hồi" sẽ làm giảm nguy cơ gây bệnh cho cây trồng.
Như vậy chúng ta đã "vô tình" giảm bớt việc sử dụng thuốc trừ sâu và góp phần không nhỏ trong việc bảo vệ môi trường sinh thái xung quanh ta. Việc kiểm soát bệnh trên cây trồng bằng liệu pháp sinh học thay thế cho liệu pháp hóa học sẽ giúp cho người dân giảm bớt chi phí đầu vào, không gặp phải rắc rối vì "dư lượng thuốc trừ sâu" trên sản phẩm và quan trọng hơn không bị ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân, gia đình, xã hội và môi trường sống Làm thế nào để đạt được mục tiêu tăng trưởng nhưng bền vững trong nông nghiệp? Hai biện pháp được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới nhưng chưa được chú trọng ở nước ta là:
Ở nhiều nước trên thế giới, người ta cố gắng thay thế những mặt hạn chế đó của thuốc hóa học bằng nhiều cách như thay đổi những chế phẩm có tinh chọn lọc hơn, không gây hại cho người và động vật máu nóng, sử dụng những sinh vật có ich để bảo vệ mùa màng hoặc tăng cường thiên địch trong tự nhiên,...
Ở Việt Nam, từ năm 1964 Nguyễn Xuân Cung đã có những đề nghị về sử dụng đấu tranh sinh học để phòng ngừa sâu hại (Hoàng Đức Nhuận, 1979). Tuy nhiên từ thời gian đó đến nay, những sản phẩm hoặc biện pháp phòng trừ sâu bệnh từ các loài sinh vật này vẫn chưa được phát triển và những nghiên cứu ở Việt Nam thường chỉ dừng lại ở cấp độ thử nghiệm chưa ra được những sản phẩm thương mại mang tính phổ thông như các loài thuốc trừ sâu hóa học.
Hiện nay nước ta không có nhiều sản phẩm thương mại là thuốc trừ sâu từ vi sinh vật. Những sản phẩm trên thị trường chủ yếu là từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis, một số khác từ nấm Metarhizium anisopliae và rất ít sản phẩm từ Bauveria bassiana. Những sản phẩm này chưa được phổ biến rộng rãi, chiếm thị phần rất khiêm tốn so với thuốc trừ sâu hóa học. Như vậy đã hơn 40 năm từ ngày tác giả Nguyễn Xuân Cung đề nghị cho đến nay, liệu pháp dùng vi sinh vật trong đấu tranh phòng ngừa sâu bệnh vẫn chưa được chú trọng phát triển. Rất nhiều nguyên nhân ảnh hưởng lên việc này, chúng tôi chỉ trình bày những nguyên nhân chính tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà chúng ta sử dụng.
Trong phạm vi bài này, chúng tôi chỉ giới hạn 2 loài vi sinh vật dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học: vi khuẩn và nấm
Sử dụng vi khuẩn là tác nhân kiểm soát sinh học (Bacterial insecticide):
Khi nhắc đến thuốc trừ sâu vi sinh, người ta thường nghĩ ngay đến Bacillus thuringiensis, loài này đã được nghiên cứu và triển khai thành công thành sản phẩm thương mai. Bên cạnh đó còn có B. popilliae và B. lentimorbus gây ra bệnh trên bọ dừa Nhật Bản (Hoàng Đức Nhuận, 1979) và nhiều loại Bọ cánh cứng khác (Sharma, 2006). Bacillus thuringiensis (Bt) hiện nay được dùng nhiều nơi trên thế giới dùng để kiểm soát ấu trùng của nhiều loài Lepidoptera và Coleoptera. Bt là vi khuẩn gram dương, hình que, di động tạo được trong cơ thể dạng tinh thể có bản chất protein. Khi côn trùng ăn phải loại vi khuẩn này, tinh thể này sẽ được phân hủy thành dạng protein gây độc hoạt động làm cho côn trùng "chán ăn" và chết.
Mặc dù Bt được Ishiwata phát hiện lần đầu tiên tại Nhật vào năm 1902 nhưng đến năm 1911 mới được Berliner mô tả một cách khoa học ở Đức. Từ 1948 đến 1991 có khoảng 9 sản phẩm Bt được đăng ký với EPA. Hiên nay, nhiều công ty đã phân lập được hàng trăm "chủng" Bt từ những khu vực sinh thái khác nhau, từ đó người ta khám phá ra được nhiều dạng tình thể độc có bản chất protein khác nhau cũng như những kiểu gen tạo ra chúng để chuyển những gen này vào trong thực vật giúp cho thực vật có khả năng "kháng" lại côn trùng gây hại. Tuy có nhiều ưu điểm như vậy, Bt vẫn có những trở ngại khi thương mại hóa sản phẩm.
Dùng thiên địch kiểm soát dịch bệnh được nhắc tới nhiều và từ rất lâu rồi nhưng chưa được phổ biến rộng rãi ở VN, các nước ngoài thì người ta đã ứng dụng và rất thành công, trong bài viết này chỉ nhắc đến một loại thiên địch đó là nấm
Bài viết có nội dung như sau:
Việc kiểm soát dịch hại bằng liệu pháp hóa học đã mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp nhưng cũng tạo ra những hậu quả to lớn cho môi trường, sinh thái và sức khỏe của con người. Để khắc phục được nhược điểm trên, đặc biệt là có tác động "xanh" lên môi trường sinh thái, liệu pháp sinh học là một lựa chọn cho một nền nông nghiệp xanh và bền vững.
Mục tiêu của nông nghiệp là sản xuất lương thực cho con người, cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, xuất khẩu lương thực và nâng cao đời sống của khu vực nông thôn. Tuy nhiên do nhu cầu lương thực tăng do gia tăng dân số và do gia tăng xuất khẩu nên đòi hỏi con người cần phải gia tăng sản lượng lương thực.
Tuy nhiên, diện tích canh tác có giới hạn nên việc gia tăng sản lượng không thể dùng biện pháp mở rộng diện tich canh tác nên buộc người nông dân phải tăng năng suất trên cùng một đơn vị diện tích bằng nhiều biện pháp, trong đó biện pháp tăng vụ và dùng phân bón hóa học thường được áp dụng.
Hệ quả là làm gia tăng nguồn bệnh trên cây trồng do tập trung mật độ cây thuần loại cao và quanh năm và kéo theo người dân sẽ dùng thuốc diệt họa để đối phó với tình trạng trên.
- Hậu quả của việc lạm dụng phân bón hóa học là làm cho đất bị "chai", nghèo dinh dưỡng và mất cân bằng sinh thái trong đất, tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật có hại cho cây trồng phát triển.
- Hậu quả của việc lạm dụng thuốc diệt họa là làm cho các tác nhân gây hại kháng lại thuốc đòi hỏi các nhà nghiên cứu luôn phải "chạy theo" sự kháng thuốc do chính con người tạo ra để tìm ra những thuốc mới, thường đắt tiền hơn và độc tính thường không được khảo sát kỹ
Việc sử dụng phân bón hữu cơ kết hợp với các vi sinh vật có ích sẽ giúp cho đất khỏe mạnh hơn, hệ sinh thái đất được "phục hồi" sẽ làm giảm nguy cơ gây bệnh cho cây trồng.
Như vậy chúng ta đã "vô tình" giảm bớt việc sử dụng thuốc trừ sâu và góp phần không nhỏ trong việc bảo vệ môi trường sinh thái xung quanh ta. Việc kiểm soát bệnh trên cây trồng bằng liệu pháp sinh học thay thế cho liệu pháp hóa học sẽ giúp cho người dân giảm bớt chi phí đầu vào, không gặp phải rắc rối vì "dư lượng thuốc trừ sâu" trên sản phẩm và quan trọng hơn không bị ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân, gia đình, xã hội và môi trường sống Làm thế nào để đạt được mục tiêu tăng trưởng nhưng bền vững trong nông nghiệp? Hai biện pháp được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới nhưng chưa được chú trọng ở nước ta là:
- Áp dụng nền nông nghiệp hữu cơ tức là dùng những nguyên liệu là xác bã, rác thải hữu cơ và quản lý chu trình sinh học để làm gia tăng độ đa dạng sinh học trong đồng ruộng, không dùng những sinh vật chuyển đổi gien, không dùng phân bón hóa học, thuốc trừ sâu hóa học và thuốc diệt cỏ có nguồn gốc hóa học
- Dùng biện pháp kiểm soát sinh học thay thế cho liệu pháp hóa học Khi áp dụng canh tác hữu cơ, người dân sẽ được thuận lợi sau:
- Đối lập với chi phí cho nguyên liệu đầu vào cao của nông nghiệp thông thường, nền nông nghiệp hữu cơ tận dụng những "phế phẩm" từ nông nghiệp và công nghiệp để tự tay mình "sản xuất" phân bón và như vậy giảm được khá nhiêu cho chi phí nguyên liệu đầu vào
- Các cánh đồng nông nghiệp sinh thái được áp dụng với quan điểm "sinh thái nông nghiệp" (Agroecological) sẽ hướng đến hệ thống canh tác bền vững, ít bị sâu bệnh, năng suất ổn định, rau quả thơm ngon hơn
Ở nhiều nước trên thế giới, người ta cố gắng thay thế những mặt hạn chế đó của thuốc hóa học bằng nhiều cách như thay đổi những chế phẩm có tinh chọn lọc hơn, không gây hại cho người và động vật máu nóng, sử dụng những sinh vật có ich để bảo vệ mùa màng hoặc tăng cường thiên địch trong tự nhiên,...
Ở Việt Nam, từ năm 1964 Nguyễn Xuân Cung đã có những đề nghị về sử dụng đấu tranh sinh học để phòng ngừa sâu hại (Hoàng Đức Nhuận, 1979). Tuy nhiên từ thời gian đó đến nay, những sản phẩm hoặc biện pháp phòng trừ sâu bệnh từ các loài sinh vật này vẫn chưa được phát triển và những nghiên cứu ở Việt Nam thường chỉ dừng lại ở cấp độ thử nghiệm chưa ra được những sản phẩm thương mại mang tính phổ thông như các loài thuốc trừ sâu hóa học.
Hiện nay nước ta không có nhiều sản phẩm thương mại là thuốc trừ sâu từ vi sinh vật. Những sản phẩm trên thị trường chủ yếu là từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis, một số khác từ nấm Metarhizium anisopliae và rất ít sản phẩm từ Bauveria bassiana. Những sản phẩm này chưa được phổ biến rộng rãi, chiếm thị phần rất khiêm tốn so với thuốc trừ sâu hóa học. Như vậy đã hơn 40 năm từ ngày tác giả Nguyễn Xuân Cung đề nghị cho đến nay, liệu pháp dùng vi sinh vật trong đấu tranh phòng ngừa sâu bệnh vẫn chưa được chú trọng phát triển. Rất nhiều nguyên nhân ảnh hưởng lên việc này, chúng tôi chỉ trình bày những nguyên nhân chính tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà chúng ta sử dụng.
Trong phạm vi bài này, chúng tôi chỉ giới hạn 2 loài vi sinh vật dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học: vi khuẩn và nấm
Sử dụng vi khuẩn là tác nhân kiểm soát sinh học (Bacterial insecticide):
Khi nhắc đến thuốc trừ sâu vi sinh, người ta thường nghĩ ngay đến Bacillus thuringiensis, loài này đã được nghiên cứu và triển khai thành công thành sản phẩm thương mai. Bên cạnh đó còn có B. popilliae và B. lentimorbus gây ra bệnh trên bọ dừa Nhật Bản (Hoàng Đức Nhuận, 1979) và nhiều loại Bọ cánh cứng khác (Sharma, 2006). Bacillus thuringiensis (Bt) hiện nay được dùng nhiều nơi trên thế giới dùng để kiểm soát ấu trùng của nhiều loài Lepidoptera và Coleoptera. Bt là vi khuẩn gram dương, hình que, di động tạo được trong cơ thể dạng tinh thể có bản chất protein. Khi côn trùng ăn phải loại vi khuẩn này, tinh thể này sẽ được phân hủy thành dạng protein gây độc hoạt động làm cho côn trùng "chán ăn" và chết.
Mặc dù Bt được Ishiwata phát hiện lần đầu tiên tại Nhật vào năm 1902 nhưng đến năm 1911 mới được Berliner mô tả một cách khoa học ở Đức. Từ 1948 đến 1991 có khoảng 9 sản phẩm Bt được đăng ký với EPA. Hiên nay, nhiều công ty đã phân lập được hàng trăm "chủng" Bt từ những khu vực sinh thái khác nhau, từ đó người ta khám phá ra được nhiều dạng tình thể độc có bản chất protein khác nhau cũng như những kiểu gen tạo ra chúng để chuyển những gen này vào trong thực vật giúp cho thực vật có khả năng "kháng" lại côn trùng gây hại. Tuy có nhiều ưu điểm như vậy, Bt vẫn có những trở ngại khi thương mại hóa sản phẩm.
Tính chuyên biệt hóa trên ký chủ là trở ngại thứ nhất,
Trở ngại tiếp theo là khả năng kháng lại Bt của ký chủ cao. Theo nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, McGaughey nhận thấy khi sử dụng B.t. kurstaki-HD1 liên tục trên loài Plodia interpunctella (Indian meal moth), chúng xuất hiện khả năng kháng lại Bt sau 2 thế hệ và sau 15 thế hệ, khả năng này cao hơn 100 lần so với chủng đối chứng. Tabashnik và cộng sự cũng làm thí nghiệm ngoài đồng trên loài Plutella xylostella(diamondblack moth) cũng cho kết quả tương tự: khả năng gây độc giảm đi 25-33 lần so với loài đối chứng.
Trở ngại thứ ba là Bt thiếu khả năng tự phát triển và sinh sản ngoài đồng ruộng, như vậy Bt tuy có phát huy được khả năng tiêu diệt sâu hại nhưng lại có vai trò kém khi là tác nhân kiểm soát sinh học (Koul & Dhaliwal, 2002). Vì Bt có tính đặc hiệu cao, nên cùng một loại chế phẩm Bt hiệu quả phòng trừ các loại sâu khác nhau sẽ khác nhau và các loại chế phẩm của các chủng Bt khác nhau phòng trừ cùng một loại sâu hại hiệu quả cũng không như nhau. Măt khác, Bt khác với các thuốc trừ sâu hóa học truyền thống là không có cơ chế "hạ đo ván" các chủng sâu hại do nó cần thời gian ủ bệnh, vì vậy ta không thấy sâu chết ngay sau phun Bt nên khó khăn trong việc thuyết phục người dân sử dụng loại sản phẩm này.
Sử dụng nấm (Fungi) là tác nhân kiểm soát sinh học
Dù có nhiều nghiên cứu sử dụng các vi khuẩn, côn trùng, virus,.. làm thuốc trừ sâu nhưng nấm được quan tâm nghiên cứu nhiều, tuy có nhiều "khuyết điểm" nhưng chúng có nhiều đặc tính ưu việt hơn những loài khác.
Các sản phẩm sinh học phòng trừ bệnh có nguồn gốc từ nấm có thể phân ra thành 4 loại như sau:
Mycoinsecticides (thuốc trừ sâu từ nấm)
Có khoảng hơn 700 loài nấm thuộc 90 giống, hầu hết trong họ Deuteromycetes và Entomophthorales có khả năng gây bệnh cho côn trùng (Sharma, 2006). Những giống được đầu tư để phát triển thành chế phẩm diệt côn trùng là: Bauveria, Metarhizium, Verticillium, Hirsutella, Culinomyces, Zoophthora, Nomuraea, Aspergillus, Aschersonia, Paecilomyces, Tolypocladium, *****legnia, Coelomyces và Lagenidium. Tuy có nhiều loài nấm ký sinh và gây hại cho côn trùng nhưng các sản phẩm thương mại từ các loài nấm này để làm thuốc trừ sâu sinh học lại không mấy thành công trên thương trường.
Có nhiều loài nấm gây bệnh trên côn trùng khác nhau, nhưng chỉ có 2 chế phẩm diệt côn trùng từ nấm là Bạch cương (Bauveria bassiana) và Lục cương (Metarhizium anisopliae) được phát triển nhiều nhất trong những năm gần đây. Hai giống Bauveria và Metarhizium được phát triển có đến khoảng 700 chủng và tác động đến 300 loài côn trùng khác nhau, các sản phẩm của 2 Giống này được sử dụng trên diện rộng từ nhiều năm nay ở nhiều nước để phòng trừ sâu bệnh trong nhà kính và trên đồng ruộng
Tuy nhiên, các chế phẩm diệt côn trùng từ vi nấm có những thành công rất hạn chế trong việc kiểm soát dịch bệnh từ côn trùng ngay cả những chế cải tiến vẫn không có kết quả khả quan. Chế phẩm Vertalec và Mycotal (từ Verticillium lecanii) dùng để phòng trừ Amphipode và ruồi trắng trong nhà kính vào những năm 1980 đã rút lui khỏi thị trương Anh vào những năm 1986 chỉ sau vài năm hoạt động trên thị trường do thị trường nhỏ và hiệu quả không ổn định của sản phẩm. Tương tự, chế phẩm Myca được phát triển ở Florida, USA tử nấm Hirsutella thompsonii dùng để diệt Mite trên cây cam quít cũng bị ngưng sản xuất vào năm 1985.
Có nhiều nguyên nhân để giải thích cho việc tại sao các chế phẩm trừ sâu từ nấm cho đến hôm nay vẫn không phát triển mạnh. Một trong những nguyên nhân là các điều kiện môi trường ngoài đồng là những yếu tố không tiên đoán trước được và chúng lại có tác động qua lại với nhau ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của các loài vi nấm mà chúng ta sử dụng.
Cho dù có những "thất bại" nêu trên, những thành công ở Brasil, Trung Quốc và Liên Bang Xô Viết được ghi nhận. Metarhizium anisopliae được được thương mại hóa ở Brasil với tên thương mại là Metaquino dùng để kiểm soát Mahanarva posticata trong nhiều năm ở các ruộng mía. Bauveria bassiana được sử dụng trên diện rộng ở Trung Quốc và Liên Xô với tên thương mại là Boverin. Metabiol, sản phẩm từ nấm M. anisopliae được dùng để kiểm soát côn trùng gây hại trên các đồng cỏ và ruộng mía ở Úc. Ngay cả công ty chuyên sản xuất thuốc trừ sâu hóa học như Bayer cũng sản xuất ra chế phẩm BIO 1020 là dạng bào tử của nấm M.anisopliae.
Bào tử là yếu tố quan trọng trong việc xâm nhập vào côn trùng. Hoạt động xâm nhập vào côn trùng bằng cơ chế kết hợp của ezyme phân hủy lớp biểu bì của côn trùng và bằng áp lực đâm xuyên của khuẩn ty. Khi xâm nhập được vào trong cơ thể côn trùng, nấm sẽ tiếp tục phát triển và côn trùng sẽ chết sau 3-14 ngày sau khi phun thuốc. Ngoài cơ chế trên, nấm cũng có dạng độc tố gây chết cho côn trùng, những chất này đang được phân lập và định danh.
An toàn là một trong những yếu tố quan trọng trong việc sử dụng thuốc trừ sâu vi sinh. Nhiều nghiên cứu khẳng định không có tác động của nhóm vi sinh này trên người, động vật hữu nhũ và trên thực vật (Koul & Dhaliwal, 2002; USEPA, 2009). Theo nghiên cứu của Zimmermann (1993), các thử nghiệm M. anisopliae trên đường tiêm truyền, xông hơi, đường miệng, trên mắt và trên da đối với chuột, thỏ, heo, chim, cá, ... đã không phát hiện triệu chứng gây bệnh nào Hiệu quả của nấm trong việc kiểm soát côn trùng gây bệnh tùy thuộc vào sự tiên đoán về điều kiện môi trường sau khi phun thuốc, đặc biệt là ẩm độ của môi trường. Trong thực tế, đất là môi trường tốt vì đất có đủ độ ẩm cho các loài nấm này phát triển.. Ánh sáng mặt trời và nhiệt độ là những yếu tố cản trở khác.
Myconematicides (thuốc trừ tuyến trùng từ nấm)
Cho dù kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp sinh học được Lohde cho là khả thi từ năm 1874. Tuy nhiên, chỉ đến những năm 1960, người ta nghiên cứu trên lĩnh vực này mới đưa ra kết luận là trong số những "kẻ thù" của tuyến trùng thì nấm là nhóm quan trọng nhất. Có hơn 200 loài nấm được ghi nhận là "ăn thịt" và ký sinh trên nhiều loại tuyến trùng. Những nấm này thuộc nhóm Deuteromycetes. Nấm "tấn công" tuyến trùng rất đa dạng và thường không thể sắp xếp được một cách rõ ràng theo nhóm sinh thái hay nhóm dinh dưỡng. Để thuận tiện, người ta chia nấm này thành 3 nhóm: nhóm bẫy tuyến trùng (predaceous fungi), nhóm ký sinh trên tuyến trùng (endozoic fungi) và nhóm ký sinh trên trứng tuyến trùng (opportunistic fungi). Các nhà nghiên cứu đang khảo sát các thành viên trong 3 nhóm này để tìm ra loài có khả năng dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học đối với tuyến trùng.
Nhóm Nấm bẫy tuyến trùng
Hầu hết nhóm này thuộc Họ Moniliaceae của nhóm Deuteromycetes, chúng thuộc các giống Arthrobotrys, Dactylella, Monacrosporium và Geniculifera. Những nấm này có chất bám dính trên khắp bề mặt của khuẩn ty hoặc là chúng phát triển thành những u hay những nút thắt dạng vòng để bắt các con mồi tuyến trùng. Ý tưởng dùng vật liệu hữu cơ để cho các nấm diệt côn trùng phát triển, như vậy thực vật sẽ phát triển tốt hơn do quần thể tuyến trùng bị suy giảm nhở sử dụng vật liệu hữu cơ là phân bón. Tuy nhiên, nhiều yếu tố tác động đến hoạt động của nhóm nấm này sẽ dẫn đến tính không bền vũng của phương pháp. Ý tưởng kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp bổ sung trực tiếp nấm vào trong đất. Ở trong nhà kính và ngoài đồng với thử nghiệm trên diện tích nhỏ thì thu được kết quả khả quan, hứa hẹn việc sử dụng các loài nấm này làm tác nhân kiểm soát tuyến trùng. Các chủng nấm được dùng ở đây là: Arthrobotrys arhthrobotryoides, A. conoides, A. oligospora và Dactylella lobata.
Nhóm ký sinh trên tuyến trùng:
Có hơn 50 giống trong nhóm này, thuộc vào 2 họ Phycomycetes và Deuteromycetes. Tuy nhiên chỉ có vài loài loài trong nhóm này là có tiềm năng để làm tác nhân kiểm soát sinh học. Những giống được nghiên cứu nhiều nhất là Hirsutella, Acrostalagmus, Harposporium, Meria, Cartenaria, Myzocytium, Haptoglossa. Meria coniospora có khả năng kháng lại tuyến trùng gây bệnh root-knot gall trong nhà kính. Cartenaria auxiliaris và Nematophthora gymnophila có khả năng dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học đối với tuyến trùng gây bệnh trên thực vật. Tuy nhiên, nhóm này rất khó nhân giống với số lượng lớn nên rất hiếm khi sử dụng nhóm này bằng biện pháp bổ sung trực tiếp vào đất để phòng trị tuyến trùng
Nhóm ký sinh trên trứng:
Nhiều loại nấm phân lập từ tuyến trùng gây bệnh trên thực vật, trong đó có loài ký sinh trên trứng của tuyến trùng thuộc giống Globodera, Heterodra, Meloidogyne. Thông thường, các nấm này sống hoại sinh trong đất nhưng khi chúng tiếp xúc với tuyến trùng và gặp điều kiện thuận lợi thì chúng sẽ tấn công và ký sinh trên các tuyến trùng này, đối với cả trứng và những con cái non. Những nấm này thường là những nấm thuộc vào các chi Cylindrocarbon, Fusarium, Exophiala, Gliocladium, Paecilomyces, Phoma và Verticillium. Những nấm ký sinh thuộc dạng này có 2 loài được sử dụng phổ biến là Paecilomyces lilacinus và Verticillium chlamydosporum vì lợi thế nội ký sinh trong tuyến trùng và trứng. Khi dùng 2 loài này để làm tác nhân kiểm soát sinh học, người ta nhận thấy chúng có ưu điểm hơn sử dụng loài nấm bẫy tuyến trùng Paecilomyces lilacinus có hiệu quả diệt tuyến trùng ở cà chua, khoai tây, đậu,... trong các thí nghiệm trong nhà kính Verticillium chlamydosporum có hiệu quả trên cyst and rootknot nematodes, được thử nghiệm ở ngoài đồng ở Malaisia, Peru, Panama, Phillipines, Puerto Rico, và Hoa Kỳ. Kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp sinh học không dể dàng, khó thay thế và cũng không nhanh chóng, hiệu quả bằng biện pháp hóa học. Nếu so sánh với biện pháp kiểm soát côn trùng bằng liệu pháp sinh học thì đối với tuyến trùng, liệu pháp sinh học chỉ đạt được kết quả rất hạn chế. Tuy nhiên, các nghiên cứu về khả năng phát triển, thích nghi, hiệu quả của các loài nấm này ở các điều kiện khí hậu nông nghiệp khác nhau đã được điều tra nhằm tạo ra loại thuốc trừ tuyến trùng từ nấm có hiệu quả hơn trong tương lai.
Mycoherbicides (thuốc diệt cỏ từ nấm)
Kiểm soát cỏ dại bằng liệu pháp sinh học đã được nghiên cứu bằng cách dùng các dạng "kẻ thù" như các loài ăn cỏ hoặc là các loài gây bệnh. Trong nhiều thập kỷ trước, các loài động vật chân đốt thường được sử dụng cho mục đích kiểm soát cỏ dại. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, người ta chú trọng tới tất cả các loài có thể dùng đến, đặc biệt là các loài gây bệnh trên thực vật. Tác nhân gây bệnh thường được sử dụng hoặc là đơn hoặc là kết hợp với các tác nhân hóa học hoặc sinh học khác. Cho đến thời điểm hiện tại, chỉ có vài loài gây bệnh cho thực vật được sử dụng như là thuốc diệt cỏ dại và cũng chỉ có các loài nấm gây bệnh là được chú ý nghiên cứu và phát triển chứ không thấy các sản phẩm thương mại từ virus và vi khuẩn. Nguyên nhân có thể do virus cần phải có vector mang, còn vi khuẩn cần phải có điều kiện thích hợp để vào cây chủ. Đối với nấm thì có thuận lợi hơn vì bản thân chúng có thể tấn công vào cây chủ khoẻ mạnh. Việc sử dụng nấm là thuốc diệt cỏ là con dao hai lưỡi vì những loài này cũng là những loài gây bệnh cho thực vật, muốn áp dụng thành công cần phải lựa chọn những loài có tính chuyên biệt cao. Liệu pháp này thường chỉ áp dụng cho những khu vực tự nhiên, nơi có nhiều loài thực vật thân gỗ lớn và bị loài cỏ dại xâm lấn.
Tài liệu tham khảo
Trở ngại tiếp theo là khả năng kháng lại Bt của ký chủ cao. Theo nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, McGaughey nhận thấy khi sử dụng B.t. kurstaki-HD1 liên tục trên loài Plodia interpunctella (Indian meal moth), chúng xuất hiện khả năng kháng lại Bt sau 2 thế hệ và sau 15 thế hệ, khả năng này cao hơn 100 lần so với chủng đối chứng. Tabashnik và cộng sự cũng làm thí nghiệm ngoài đồng trên loài Plutella xylostella(diamondblack moth) cũng cho kết quả tương tự: khả năng gây độc giảm đi 25-33 lần so với loài đối chứng.
Trở ngại thứ ba là Bt thiếu khả năng tự phát triển và sinh sản ngoài đồng ruộng, như vậy Bt tuy có phát huy được khả năng tiêu diệt sâu hại nhưng lại có vai trò kém khi là tác nhân kiểm soát sinh học (Koul & Dhaliwal, 2002). Vì Bt có tính đặc hiệu cao, nên cùng một loại chế phẩm Bt hiệu quả phòng trừ các loại sâu khác nhau sẽ khác nhau và các loại chế phẩm của các chủng Bt khác nhau phòng trừ cùng một loại sâu hại hiệu quả cũng không như nhau. Măt khác, Bt khác với các thuốc trừ sâu hóa học truyền thống là không có cơ chế "hạ đo ván" các chủng sâu hại do nó cần thời gian ủ bệnh, vì vậy ta không thấy sâu chết ngay sau phun Bt nên khó khăn trong việc thuyết phục người dân sử dụng loại sản phẩm này.
Sử dụng nấm (Fungi) là tác nhân kiểm soát sinh học
Dù có nhiều nghiên cứu sử dụng các vi khuẩn, côn trùng, virus,.. làm thuốc trừ sâu nhưng nấm được quan tâm nghiên cứu nhiều, tuy có nhiều "khuyết điểm" nhưng chúng có nhiều đặc tính ưu việt hơn những loài khác.
Các sản phẩm sinh học phòng trừ bệnh có nguồn gốc từ nấm có thể phân ra thành 4 loại như sau:
- Mycofungicide dùng để phòng trừ các nấm bệnh
- Myconematicide dùng phòng trừ các loài tuyến trùng gây hại
- Mycoinsecticide cho đối tượng là côn trùng gây hại
- Mycoherbicide dùng để diệt cỏ dại (thường dùng trong lâm nghiệp) Mycofungicides (thuốc trừ nấm bệnh từ nấm)
Mycoinsecticides (thuốc trừ sâu từ nấm)
Có khoảng hơn 700 loài nấm thuộc 90 giống, hầu hết trong họ Deuteromycetes và Entomophthorales có khả năng gây bệnh cho côn trùng (Sharma, 2006). Những giống được đầu tư để phát triển thành chế phẩm diệt côn trùng là: Bauveria, Metarhizium, Verticillium, Hirsutella, Culinomyces, Zoophthora, Nomuraea, Aspergillus, Aschersonia, Paecilomyces, Tolypocladium, *****legnia, Coelomyces và Lagenidium. Tuy có nhiều loài nấm ký sinh và gây hại cho côn trùng nhưng các sản phẩm thương mại từ các loài nấm này để làm thuốc trừ sâu sinh học lại không mấy thành công trên thương trường.
Có nhiều loài nấm gây bệnh trên côn trùng khác nhau, nhưng chỉ có 2 chế phẩm diệt côn trùng từ nấm là Bạch cương (Bauveria bassiana) và Lục cương (Metarhizium anisopliae) được phát triển nhiều nhất trong những năm gần đây. Hai giống Bauveria và Metarhizium được phát triển có đến khoảng 700 chủng và tác động đến 300 loài côn trùng khác nhau, các sản phẩm của 2 Giống này được sử dụng trên diện rộng từ nhiều năm nay ở nhiều nước để phòng trừ sâu bệnh trong nhà kính và trên đồng ruộng
Tuy nhiên, các chế phẩm diệt côn trùng từ vi nấm có những thành công rất hạn chế trong việc kiểm soát dịch bệnh từ côn trùng ngay cả những chế cải tiến vẫn không có kết quả khả quan. Chế phẩm Vertalec và Mycotal (từ Verticillium lecanii) dùng để phòng trừ Amphipode và ruồi trắng trong nhà kính vào những năm 1980 đã rút lui khỏi thị trương Anh vào những năm 1986 chỉ sau vài năm hoạt động trên thị trường do thị trường nhỏ và hiệu quả không ổn định của sản phẩm. Tương tự, chế phẩm Myca được phát triển ở Florida, USA tử nấm Hirsutella thompsonii dùng để diệt Mite trên cây cam quít cũng bị ngưng sản xuất vào năm 1985.
Có nhiều nguyên nhân để giải thích cho việc tại sao các chế phẩm trừ sâu từ nấm cho đến hôm nay vẫn không phát triển mạnh. Một trong những nguyên nhân là các điều kiện môi trường ngoài đồng là những yếu tố không tiên đoán trước được và chúng lại có tác động qua lại với nhau ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của các loài vi nấm mà chúng ta sử dụng.
Cho dù có những "thất bại" nêu trên, những thành công ở Brasil, Trung Quốc và Liên Bang Xô Viết được ghi nhận. Metarhizium anisopliae được được thương mại hóa ở Brasil với tên thương mại là Metaquino dùng để kiểm soát Mahanarva posticata trong nhiều năm ở các ruộng mía. Bauveria bassiana được sử dụng trên diện rộng ở Trung Quốc và Liên Xô với tên thương mại là Boverin. Metabiol, sản phẩm từ nấm M. anisopliae được dùng để kiểm soát côn trùng gây hại trên các đồng cỏ và ruộng mía ở Úc. Ngay cả công ty chuyên sản xuất thuốc trừ sâu hóa học như Bayer cũng sản xuất ra chế phẩm BIO 1020 là dạng bào tử của nấm M.anisopliae.
Bào tử là yếu tố quan trọng trong việc xâm nhập vào côn trùng. Hoạt động xâm nhập vào côn trùng bằng cơ chế kết hợp của ezyme phân hủy lớp biểu bì của côn trùng và bằng áp lực đâm xuyên của khuẩn ty. Khi xâm nhập được vào trong cơ thể côn trùng, nấm sẽ tiếp tục phát triển và côn trùng sẽ chết sau 3-14 ngày sau khi phun thuốc. Ngoài cơ chế trên, nấm cũng có dạng độc tố gây chết cho côn trùng, những chất này đang được phân lập và định danh.
An toàn là một trong những yếu tố quan trọng trong việc sử dụng thuốc trừ sâu vi sinh. Nhiều nghiên cứu khẳng định không có tác động của nhóm vi sinh này trên người, động vật hữu nhũ và trên thực vật (Koul & Dhaliwal, 2002; USEPA, 2009). Theo nghiên cứu của Zimmermann (1993), các thử nghiệm M. anisopliae trên đường tiêm truyền, xông hơi, đường miệng, trên mắt và trên da đối với chuột, thỏ, heo, chim, cá, ... đã không phát hiện triệu chứng gây bệnh nào Hiệu quả của nấm trong việc kiểm soát côn trùng gây bệnh tùy thuộc vào sự tiên đoán về điều kiện môi trường sau khi phun thuốc, đặc biệt là ẩm độ của môi trường. Trong thực tế, đất là môi trường tốt vì đất có đủ độ ẩm cho các loài nấm này phát triển.. Ánh sáng mặt trời và nhiệt độ là những yếu tố cản trở khác.
Myconematicides (thuốc trừ tuyến trùng từ nấm)
Cho dù kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp sinh học được Lohde cho là khả thi từ năm 1874. Tuy nhiên, chỉ đến những năm 1960, người ta nghiên cứu trên lĩnh vực này mới đưa ra kết luận là trong số những "kẻ thù" của tuyến trùng thì nấm là nhóm quan trọng nhất. Có hơn 200 loài nấm được ghi nhận là "ăn thịt" và ký sinh trên nhiều loại tuyến trùng. Những nấm này thuộc nhóm Deuteromycetes. Nấm "tấn công" tuyến trùng rất đa dạng và thường không thể sắp xếp được một cách rõ ràng theo nhóm sinh thái hay nhóm dinh dưỡng. Để thuận tiện, người ta chia nấm này thành 3 nhóm: nhóm bẫy tuyến trùng (predaceous fungi), nhóm ký sinh trên tuyến trùng (endozoic fungi) và nhóm ký sinh trên trứng tuyến trùng (opportunistic fungi). Các nhà nghiên cứu đang khảo sát các thành viên trong 3 nhóm này để tìm ra loài có khả năng dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học đối với tuyến trùng.
Nhóm Nấm bẫy tuyến trùng
Hầu hết nhóm này thuộc Họ Moniliaceae của nhóm Deuteromycetes, chúng thuộc các giống Arthrobotrys, Dactylella, Monacrosporium và Geniculifera. Những nấm này có chất bám dính trên khắp bề mặt của khuẩn ty hoặc là chúng phát triển thành những u hay những nút thắt dạng vòng để bắt các con mồi tuyến trùng. Ý tưởng dùng vật liệu hữu cơ để cho các nấm diệt côn trùng phát triển, như vậy thực vật sẽ phát triển tốt hơn do quần thể tuyến trùng bị suy giảm nhở sử dụng vật liệu hữu cơ là phân bón. Tuy nhiên, nhiều yếu tố tác động đến hoạt động của nhóm nấm này sẽ dẫn đến tính không bền vũng của phương pháp. Ý tưởng kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp bổ sung trực tiếp nấm vào trong đất. Ở trong nhà kính và ngoài đồng với thử nghiệm trên diện tích nhỏ thì thu được kết quả khả quan, hứa hẹn việc sử dụng các loài nấm này làm tác nhân kiểm soát tuyến trùng. Các chủng nấm được dùng ở đây là: Arthrobotrys arhthrobotryoides, A. conoides, A. oligospora và Dactylella lobata.
Nhóm ký sinh trên tuyến trùng:
Có hơn 50 giống trong nhóm này, thuộc vào 2 họ Phycomycetes và Deuteromycetes. Tuy nhiên chỉ có vài loài loài trong nhóm này là có tiềm năng để làm tác nhân kiểm soát sinh học. Những giống được nghiên cứu nhiều nhất là Hirsutella, Acrostalagmus, Harposporium, Meria, Cartenaria, Myzocytium, Haptoglossa. Meria coniospora có khả năng kháng lại tuyến trùng gây bệnh root-knot gall trong nhà kính. Cartenaria auxiliaris và Nematophthora gymnophila có khả năng dùng làm tác nhân kiểm soát sinh học đối với tuyến trùng gây bệnh trên thực vật. Tuy nhiên, nhóm này rất khó nhân giống với số lượng lớn nên rất hiếm khi sử dụng nhóm này bằng biện pháp bổ sung trực tiếp vào đất để phòng trị tuyến trùng
Nhóm ký sinh trên trứng:
Nhiều loại nấm phân lập từ tuyến trùng gây bệnh trên thực vật, trong đó có loài ký sinh trên trứng của tuyến trùng thuộc giống Globodera, Heterodra, Meloidogyne. Thông thường, các nấm này sống hoại sinh trong đất nhưng khi chúng tiếp xúc với tuyến trùng và gặp điều kiện thuận lợi thì chúng sẽ tấn công và ký sinh trên các tuyến trùng này, đối với cả trứng và những con cái non. Những nấm này thường là những nấm thuộc vào các chi Cylindrocarbon, Fusarium, Exophiala, Gliocladium, Paecilomyces, Phoma và Verticillium. Những nấm ký sinh thuộc dạng này có 2 loài được sử dụng phổ biến là Paecilomyces lilacinus và Verticillium chlamydosporum vì lợi thế nội ký sinh trong tuyến trùng và trứng. Khi dùng 2 loài này để làm tác nhân kiểm soát sinh học, người ta nhận thấy chúng có ưu điểm hơn sử dụng loài nấm bẫy tuyến trùng Paecilomyces lilacinus có hiệu quả diệt tuyến trùng ở cà chua, khoai tây, đậu,... trong các thí nghiệm trong nhà kính Verticillium chlamydosporum có hiệu quả trên cyst and rootknot nematodes, được thử nghiệm ở ngoài đồng ở Malaisia, Peru, Panama, Phillipines, Puerto Rico, và Hoa Kỳ. Kiểm soát tuyến trùng bằng biện pháp sinh học không dể dàng, khó thay thế và cũng không nhanh chóng, hiệu quả bằng biện pháp hóa học. Nếu so sánh với biện pháp kiểm soát côn trùng bằng liệu pháp sinh học thì đối với tuyến trùng, liệu pháp sinh học chỉ đạt được kết quả rất hạn chế. Tuy nhiên, các nghiên cứu về khả năng phát triển, thích nghi, hiệu quả của các loài nấm này ở các điều kiện khí hậu nông nghiệp khác nhau đã được điều tra nhằm tạo ra loại thuốc trừ tuyến trùng từ nấm có hiệu quả hơn trong tương lai.
Mycoherbicides (thuốc diệt cỏ từ nấm)
Kiểm soát cỏ dại bằng liệu pháp sinh học đã được nghiên cứu bằng cách dùng các dạng "kẻ thù" như các loài ăn cỏ hoặc là các loài gây bệnh. Trong nhiều thập kỷ trước, các loài động vật chân đốt thường được sử dụng cho mục đích kiểm soát cỏ dại. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, người ta chú trọng tới tất cả các loài có thể dùng đến, đặc biệt là các loài gây bệnh trên thực vật. Tác nhân gây bệnh thường được sử dụng hoặc là đơn hoặc là kết hợp với các tác nhân hóa học hoặc sinh học khác. Cho đến thời điểm hiện tại, chỉ có vài loài gây bệnh cho thực vật được sử dụng như là thuốc diệt cỏ dại và cũng chỉ có các loài nấm gây bệnh là được chú ý nghiên cứu và phát triển chứ không thấy các sản phẩm thương mại từ virus và vi khuẩn. Nguyên nhân có thể do virus cần phải có vector mang, còn vi khuẩn cần phải có điều kiện thích hợp để vào cây chủ. Đối với nấm thì có thuận lợi hơn vì bản thân chúng có thể tấn công vào cây chủ khoẻ mạnh. Việc sử dụng nấm là thuốc diệt cỏ là con dao hai lưỡi vì những loài này cũng là những loài gây bệnh cho thực vật, muốn áp dụng thành công cần phải lựa chọn những loài có tính chuyên biệt cao. Liệu pháp này thường chỉ áp dụng cho những khu vực tự nhiên, nơi có nhiều loài thực vật thân gỗ lớn và bị loài cỏ dại xâm lấn.
Tài liệu tham khảo
- Herren R. V., 2005. Introduction to Biotechnology: An Agricultural Revolution. Thomson Delmar Learning, USA
- Hoàng Đức Nhuận, 1979. Đấu tranh sinh học và ứng dụng. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
- Koul O. and G.S. Dhaliwal, 2002. Microbial Pesticides. Taylor &Francis, London and New York
- Sharma P. D., 2005. Fungi and Allied Organisms. Alpha Science, Oxford, U. K.
- Sharma P. D., 2006. Plant Pathology. Alpha Science, Oxford, U. K
- USEPA. Metarhizium anisopliae strain F52 (029056) Biopesticide Fact Sheet, (http://www.epa.gov/opp00001/biopesticides/ingredients/factsheets/factsheet_029056.htm). Last updated on 26/11/2009
- White J. F., C. W. Bacon, N. L. Hywel-Jones and J. W. Spatafora, 2003. Clavicipitalean Fungi: Evolutionary Biology, Chemistry, Biocontrol, and Cultural Impacts. Marcel Dekker, Inc., New York-Basel
