Hỗn hợp vi sinh vật (VSV) diệt sâu xanh (Helicoverpa armigera) có khả năng diệt tới 85% số sâu sau ba ngày và giòi đục lá cà chua (Liriomyza sativae) giảm tới 70% số lá bị giòi đục hại. Sự có mặt của Bt trong các hỗn hợp làm tăng hiệu quả diệt sâu kể cả đối với rầy xanh trong thử nghiệm. Sử dụng vi sinh vật (VSV) trong hỗn hợp sẽ tận dụng được tác dụng tổng hợp, qua đó làm gia tăng hiệu quả phòng trừ sâu bệnh.
Từ yêu cầu đặt ra của sản xuất, thời gian gần đây Trung tâm Nghiên cứu Khoa học sự sống (CELIFE) và Bộ môn VSV học, thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã phối hợp cùng Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Sinh học Công nghệ cao (HIBIOTEK) nghiên cứu thành công Hỗn Hợp VSV diệt côn trùng hại rau mang lại hiệu quả cao trong canh tác, bài viết tổng hợp những nét nổi bật về công trình nghiên cứu này để cùng trao đổi.
Vấn đề đặt ra
Sản xuất rau an toàn đòi hỏi việc sử dụng các chế phẩm sinh học thay thế các chất hóa học độc hại trong phòng trừ sâu hại. Chế phẩm sinh học về bản chất là dùng VSV để diệt trừ sâu hại, được phát triển dựa trên hoạt tính của các đơn chủng vi sinh với tác dụng đang còn hạn chế. Việc thử nghiệm tạo ra những hỗn hợp chứa vi khuẩn Bacillus thuringiensis PAM32 (Bt), và một số loài nấm như Metarhizium anisopliae PAM23, Beauveria bassiana PAM21đã thể hiện giá khả năng diệt những loại sâu hại rau. Đánh giá đúng mức tác dụng tổng hợp của các chủng VSV là việc làm cần thiết.
Những thử nghiệm hỗn hợp VSV đã thể hiện hiệu quả rõ rệt trong diệt sâu xanh (Helicoverpa armigera,) như diệt tới 85% số sâu ở tuổi 3 sau ba ngày hoặc giòi đục lá (Liriomyza sativae) giảm tới 70% số lá cà chua bị giòi hại trong thực tế. Sự có mặt của Bt trong hỗn hợp vi sinh làm tăng hiệu quả diệt sâu tới 50%, kể cả đối với rầy xanh (Empoasca flavescens) ở tuổi 4. Thực tế thử nghiệm còn cho thấy, khi hỗn hợp không có Bt hiệu quả diệt sâu bằng nấm có thể hiện nhưng chậm hơn rất nhiều. Như vậy là, sử dụng các VSV trong cùng một hỗn hợp sẽ tận dụng được tác dụng tổng hợp của VSV đơn lẻ, làm tăng thêm hiệu quả trừ sâu tổng hợp.
Ở những mô hình sản xuất rau thương phẩm, không sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, không thể chống lại sự tấn công của sâu hại. Thói quen lạm dụng các hóa chất trong sản xuất và chế biến rau thương phẩm đã dẫn đến những vấn đề thời sự nhức nhối đó là:
(i) ô nhiễm môi trường nước và đất do hóa chất độc hại tồn dư
(ii) sản phẩm rau không an toàn đe dọa sức khỏe của người tiêu dùng (NTD)
(iii) giá trị nông sản thấp ảnh hưởng đến thu nhập và đời sống của người dân
Rau quả tươi (Ảnh: Bách hóa Xanh)
Thực tế này dẫn đến phải chuyển dịch cách sản xuất rau thương phẩm theo hướng an toàn, đặc biệt là sử dụng chế phẩm sinh học thay thế các chất hóa học độc hại.
Các chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật, bao gồm chế phẩm trừ sâu sinh học có bản chất vi sinh vật (VSV). Nhờ hoạt tính đối kháng đa dạng và an toàn của VSV, việc sử dụng chế phẩm sinh học mở ra những khả năng thực tế để thay thế hóa chất độc hại.
Vi sinh vật (Ảnh: Internet)
Ở Việt Nam đến nay, việc nghiên cứu sản xuất chế phẩm VSV trừ sâu hại cây trồng vẫn theo quy trình lên men được tiến hành từ những năm 90 của thế kỷ trước. Một số chế phẩm như Bt, chế phẩm virus NPV.Ha và NPV.Sl trừ sâu hại rau được thử nghiệm dựa trên hoạt tính của các đơn chủng VSV tác dụng còn nhiều hạn chế. Hướng tới hiệu quả cao và khả năng diệt sâu rộng hơn, các chế phẩm đa chủng cần được quan tâm nghiên cứu và phát triển. Mục tiêu của nhiều nghiên cứu đã nhằm vào thăm dò nhằm tìm ra hỗn hợp vi sinh đa chủng phòng chống hiệu quả nhiều loài sâu hại, làm tiền đề cho các nghiên cứu xa hơn để phát triển chế phẩm vi sinh dạng hỗn hợp có hiệu quả cao và sử rộng để phục vụ sản xuất rau an toàn.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm tạo ra một số hỗn hợp đa chủng nấm và vi khuẩn được sản xuất theo cách thức đơn giản và chi phí không cao, được đánh giá có khả năng diệt một số loại sâu hại rau khác nhau. Những hỗn hợp VSV này đã thể hiện tốt khả năng diệt trừ sâu hại hợp trong việc trồng rau.
Quá trình thử nghiệm của các nhà nghiên cứu
Từ thực tiễn trồng rau, các nhà thử nghiệm đã tạo được một số hỗn hợp đa chủng nấm, vi khuẩn được đánh giá có khả năng diệt sâu hại khác nhau. Với mục tiêu thăm dò và tìm ra hỗn hợp vi sinh đa chủng phòng chống hiệu quả nhiều loài sâu hại rau, các nhà thử nghiệm đã tạo tiền đề cho những nghiên cứu nhằm phát triển chế phẩm vi sinh hỗn hợp có hiệu quả cao và tác dụng rộng để sản xuất rau an toàn.
Các chủng VSV được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm vi khuẩn Bacillus thuringiensis
PAM32 (Bt), nấm Metarhizium anisopliae PAM23 (Ma) và nấm Beauveria bassiana PAM21 (Bb). Những chủng này thuộc bộ chủng của phòng thí nghiệm GREEN LAB thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học sự sống Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Sâu xanh Helicoverpa armigera, thuộc họ Ngài đêm (Noctuidae), có bộ cánh vảy (Lepidoptera). Ngài và trứng sâu do Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam cung cấp.
Rầy xanh Empoasca flavescens, thuộc họ Ve sầu nhảy (Jassidae), bộ cánh đều (Homoptera). Nguồn này được thu trên cây cà chua tại vườn rau hữu cơ thuộc Công ty TNHH Sharefarm, ở huyện Phúc Thọ, Hà Nội. Ruồi đục lá Liriomyza sativae, thuộc họ Ruồi đục lá (Agromyzidae), bộ 2 cánh (Diptera). Mật độ ấu trùng ruồi (giòi) và tỷ lệ hại trên lá cây cà chua được theo dõi tại vườn rau hữu cơ thuộc Hệ thống trang trại sinh thái Sharefarm. Các môi trường được sử dụng để nuôi cấy VSV bao gồm môi trường LB để nuôi vi khuẩn; môi trường NYSM để lên men thu sinh khối vi khuẩn và môi trường PDA/PDB để nuôi nấm; những hóa chất chính được sử dụng có nguồn gốc từ các nhà sản xuất đáng tin cậy như Xilong (Trung Quốc) và Bio Basic Inc (Mỹ).
Các nhà Nghiên cứu đã thực hiện việc lên men tạo nguyên liệu phối trộn hỗn hợp vi sinh
lên men lỏng Bacillus thuringiensi chủng Bt PAM32 thuần khiết cấy trên thạch với môi trường LB để thu khuẩn sạch lên men lỏng trong môi trường dịch NYSM có sục khí. Sau đó, sinh khối được thu bằng ly tâm rồi hòa vào thể tích tương đương của dung dịch NaCl 0,9% để thu dịch huyền phù Bt trong muối sinh lý.
Việc lên men rắn các chủng nấm Metarhizium anisopliae và Beauveria bassiana được thực hiện trong ống thạch nghiêng PDA lên men nhân sinh khối. Nhằm giảm chi phí sản xuất, nấm được lên men ở môi trường rắn với giá thể là gạo ngâm trong dịch PDB được khử trùng ở 110 °C; sau đó, bổ sung toàn bộ thạch sinh khối từ ống nghiệm PDA nuôi cấy nấm trước đó. Bằng cách trộn khối giá thể sau lên men với dung dịch NaCl 0,9% các nhà nghiên cứu đã tạo được dung dịch muối sinh lý. Dịch sau phối trộn lọc qua vải màn, sau đó được ly tâm, cặn ly tâm được hòa vào dung dịch NaCl 0,9% tạo huyền phù nấm trong muối sinh lý. Dịch huyền phù đơn chủng được xác định mật độ tế bào; sau đó pha loãng bằng muối sinh lý sao cho đạt mật độ cuối cùng của nguyên liệu đơn chủng được phối trộn để tạo dịch hỗn hợp. Dịch hỗn hợp phối trộn được đựng trong bình xịt, bảo quản lạnh và được thử nghiệm ngay với sâu trong thời gian thử nghiệm không quá một tuần.
Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Sâu xanh được nuôi theo phương pháp nuôi cá thể trong hộp mica với thức ăn là hạt ngô tươi. Rầy xanh nở ra từ cùng một lứa trứng được nuôi bằng lồng nuôi sâu có chứa sẵn cành lá chè tươi trong xốp nước giữ ẩm. Thử nghiệm hiệu lực trừ sâu được tiến hành trên sâu xanh tuổi 3 và rầy xanh tuổi 4. Thử nghiệm được thực hiện với tám công thức Mỗi công thức được thử trên 20 cá thể, bố trí trong hai hộp mica nuôi sâu với 2 lần lặp lại Việc phun dịch hỗn hợp vi sinh và dịch đối chứng được thực hiện với tần suất 1 lần/ngày vào chiều tối (17–18 giờ) ngay sau khi cho ăn. Trước lúc phun lần tiếp theo số sâu đã chết và số sâu còn sống trong từng trường hợp thí nghiệm dược thống kê.
Nguyên nhân gây chết sâu trong thử nghiệm được xác định dựa trên việc quan sát triệu
chứngbên ngoài cơ thể sâu Tiếp đó, mẫu được nghiền nát; dịch nghiền được nhuộm tối với thuốc nhuộm, rồi quan sát trên kính hiển vi để dự doán sâu chết do vi khuẩn Bt, tự chết hoặc chết tự nhiên; trong một số trường hợp, sâu chết đã biểu hiện triệu chứng hỗn hợp do nhiều hơn một tác nhân
Thử nghiệm thăm dò hiệu quả trừ sâu của các hỗn hợp vi sinh vật trong thực tế được thực hiện với ba công thức hỗn hợp VSV theo tỷ lệ (Bt/Ma/Bb) (1:1:0), (1:0:1) và (0:1:1) trên cà chua đang trồng tại vườn rau hữu cơ Sharefarm, thử nghiệm giúp đánh giá vai trò của từng loại VSV trong các hỗn hợp được dùng Kết quả được tính trung bình trên 1 m², do cán bộ kỹ thuật của Sharefarm cung cấp.
Tính toán hiệu lực trừ sâu và phân tích thống kê, phân tích thống kê cơ bản được thực hiện trên phần mềm Microsoft Excel.
Các hỗn hợp VSV được tính theo công thức Abbott,trong thử nghiệm thực tế được tính theo công thức Henderson –Tilton.
Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian từ tháng 6 năm 2018 đến tháng 11 năm 2020 tại Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, và Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Thử nghiệm hỗn hợp vi sinh vật trong phòng thí nghiệm được thực hiện trên sâu xanh Tám công thức hỗn hợp vi sinh vật (theo tỷ lệ Bt/Ma/Bb ) đã được thử nghiệm diệt sâu xanh đều cho kết quả gây chết sâu với hiệu quả cao. Trong đó, công thức (10:1:1) chứa chủ yếu vi khuẩn Bt có hiệu quả nhanh và rõ ràng nhất, gây chết sâu tới 85%ngay trong vòng 2–3 ngày đầu và chết 100%sau năm ngày Các công thức (1:0:0), (1:1:0), (1:0:1) và (1:1:1) (đều có 1/3 thể tích chứa Bt ) có tác dụng diệt sâu như nhau nhưng chậm hơn: diệt được trên 50% số sâu sau năm ngày và cần 7–8 ngày để diệt 85% số sâu. Các công thức (0:1:0), (0:0:1) và (0:1:1) (chỉ chứa nấm) có tác dụng chậm nhất và gây chết đồng loạt sâu hại (100%) chủ yếu từ ngày thứ chín của thử nghiệm.
Tập đoàn sinh học của vi khuẩn Escherichia coli Ảnh Wikipedia
Nội dung cốt lõi rút ra
1. Về hiệu quả trừ sâu tổng hợp của các hỗn hợp chứa Bt, Ma và Bb
Ấu trùng sâu xanh có tính phàm ăn và ăn tạp và do các hỗn hợp có hành phần Bt tác động mạnh vào đường tiêu hóa nên thời gian gây chết sâu nhanh hơn so với các hỗn hợp còn lại. Kết quả nghiên cứu ghi nhận Tác dụng của Bt theo đường tiêu hóa thường nhanh hơn so với tác dụng của nấm. Nấm cần thời gian để bào tử có thể nảy mầm, xâm nhập và phát triển. Có thể thấy nguyên nhân gây chết nhanh sâu xanh là do hoạt tính của Bt có mặt trong hỗn hợp, còn hiệu quả gây chết sâu trong thời gian sau chín ngày thử nghiệm chủ yếu là do tác động xâm nhập của nấm. Quan sát cho thấy, các mẫu sâu chết sớm không mang triệu chứng điển hình của nấm hại. Kết quả kiểm tra cũng cho thấy, sự xuất hiện của những cấu trúc dạng tinh thể bắt màu Coomasie Brilliant Blue đã khẳng định hoạt tính của Bt trong cơ thể sâu. Các mẫu sâu chết ở thời gian muộn hơn (từ ngày thứ chín) có những dấu hiệu điển hình của nhiễm nấm Ma và Bb, có thể kết luận sơ bộ về hiệu quả trừ sâu tổng hợp của các hỗn hợp chứa Bt, Ma và Bb; theo đó, Bt có tác dụng trừ sâu ngay từ giai đoạn đầu, trong khi các nấm thể hiện hiệu quả trừ sâu ở giai đoạn sau (từ ngày thứ chín). Như vậy là, khi sử dụng hỗn hợp, các VSV có thể bổ trợ cho nhau để diệt sâu, tạo nên hiệu ứng trừ sâu liên tục kéo dài. Nhờ đó, hiệu quả diệt sâu tổng thể của hỗn hợp đa chủng VSV tăng cao so với khi sử dụng các đơn chủng.
Tám công thức hỗn hợp VSV được thử nghiệm nhằm đánh giá khả năng kháng rầy xanh. Kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy, hỗn hợp có thể diệt rầy xanh nhưng hiệu quả không cao, không khác biệt lớn so với đối chứng Các hỗn hợp với thành phần khác nhau cũng không có sự khác biệt về hiệu quả diệt rầy. Ở đây, cần làm rõ hơn về bản chất của bọ rầy. Rầy xanh thuộc nhóm côn trùng gây hại kiểu chích hút dịch sáp của cây, không có tập tính ăn lá rau. Hiện nay, chưa có công bố nào cho thấy Bt có tác dụng đối với côn trùng thuộc nhóm chích hút. Do vậy, các nhà nghiên cứu dựa trên một số bằng chứng về khả năng của nấm kháng một số Empoasca spp và.cho rằng, nấm B. bassiana và M. anisopliae được kỳ vọng kháng rầy. Tuy nhiên, họ không ghi nhận mối tương quan rõ ràng giữa các công thức hỗn hợp VSV thử nghiệm đối với thời gian và tỷ lệ rầy xanh bị chết. Điều này có thể là do điều kiện thử nghiệm không thuận đã ảnh hưởng trực tiếp lên sức sống của rầy xanh
2 Thử nghiệm thăm dò hiệu quả trừ sâu của các hỗn hợp vi sinh vật trong thực tế Ba hỗn hợp VSV với các công thức theo tỷ lệ (Bt/Ma/Bb)là (1:1:0), (1:0:1) và (0:1:1) được thử nghiệm trên cây cà chua tại vườn rau Sharefarm (ở huyện Phúc Thọ, Hà Nội) nhằm đánh giá tác dụng tổng hợp của các VSV diệt sâu hại trong thực tế. Thử nghiệm đã được tiến hành với sâu hại trên cà chua là giòi đục lá. Thông thường hằng năm, giòi hại cà chua mạnh vào khoảng cuối tháng 3, nhưng khi cây được xử lý phun hỗn hợp VSV, tỷ lệ gây hại được khống chế ở mức 30% so với đối chứng. Tác dụng kiểm soát giòi đục lá tỏ ra hiệu quả hơn với các hỗn hợp chứa Bt, hỗn hợp theo tỷ lệ 0:1:1 không chứa Bt vẫn có hiệu quả. Các kết quả thực hiện đã khẳng định lại hiệu quả diệt sâu của cả ba tác nhân VSV trong nghiên cứu và tác dụng tổng hợp hiệu quả của chúng.
Cùng với giòi đục lá, rầy xanh cũng là đối tượng được theo dõi trong thời gian thử
nghiệm các hỗn hợp VSV trên cây cà chua. Kết quả thu được cho thấy các hỗn hợp VSV có tác dụng kiềm chế số lượng rầy xanh tương đối tốt. Theo đó, cây được xử lý bằng các dịch hỗn hợp thử nghiệm có mật độ rầy xanh trung bình bằng khoảng 50% so với đối chứng. Các hỗn hợp có Bt cũng làm giảm số lượng rầy mạnh hơn (~50%) so với hỗn hợp 0:1:1, không chứa Bt. Kết quả này đáng ngạc nhiên bởi thử nghiệm trong phòng thí nghiệm không cho thấy tác dụng diệt rầy rõ ràng của các hỗn hợp VSV. Trong thực tế, đã có những minh chứng thực nghiệm về khả năng kháng rầy thuộc giống Empoasca của nấmM.anisopliae và B. bassiana; Bt mặc dù chưa được công bố kháng rầy nhưng đã có khả năng
Phân tích tác động của hỗn hợp VSV các nhà nghiên cứu cho rằng, tác dụng hỗ trợ của Bt làm tăng hiệu quả kháng côn trùng của nấm. Rất có thể điều kiện trong phòng thí nghiệm chưa mô phỏng đúng điều kiện tự nhiên và tập tính tự nhiên của bọ rầy. Rầy dễ bị chết khi thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, do đó không thấy rõ được tác dụng của các hỗn hợp VSV trong điều kiện này.
Những kết quả thu nhận được đều cho thấy, Bt có tác dụng tăng cường hiệu quả diệt sâu khi có mặt cùng với các nấm M. anisopliae và B. bassiana, kể cả với đối tượng mà Bt có thể không có độc lực trực tiếp như rầy xanh. Điều này, theo các nhà nghiên cứu, có thể là do tương tác hỗ trợ của Bt với hai loại nấm trong hỗn hợp VSV đã được minh chứng trong một số nghiên cứu trước đây.
Những nghiên cứu sâu hơn cho thấy tác dụng hỗ trợ của Bt và M. robertsii (một loài gần gũi với M. anisopliae) đã gây ức chế hệ miễn dịch và khả năng khử độc của côn trùng; Bt đã làm tăng đáng kể tỷ lệ sâu hại bị chết, Khi tác nhân này được kết hợp cùng nấm B. bassiana có thể làm tăng từ 6 đến 35% tỷ lệ chết của ấu trùng bọ cánh cứng Leptinotarsa decemlineata hại khoai tây hoặc tăng 10% tỷ lệ chết của ruồi Musca domestica so với việc xử lý đơn lẻ từng loại VSV.
Thay lời kết luận
Trong nghiên cứu các hỗn hợp vi sinh vật bao gồm vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt), nấm Metarhizium anisopliae và nấm Beauveria bassiana các nhà nghiên cứu đã làm rõ hiệu quả diệt sâu cao (tới100%) và tác dụng tổng hợp đối với các loại sâu hại rau phổ biến như sâu xanh (Helicoverpa armigera) và giòi đục lá (Liriomyza sativae).
Tác động của VSV đã thể hiện khá nhanh (với Bt chỉ cần 2–4 ngày có thể diệt được từ 80% đến 90% số sâu) và được bổ trợ bởi tác dụng chậm hơn của nấm (cần 8–10 ngày để diệt được 100%). Việc sử dụng các vi sinh vật trong cùng một hỗn hợp đã tận dụng được tác dụng bổ trợ lẫn nhau của VSV, qua đó làm tăng hiệu quả kháng sâu.
Từ kết quả thu nhận được trong các nghiên cứu cơ bản công phu và thận trọng, các nhà khoa học đã khuyến cáo, để diệt hiệu quả các loại sâu, hỗn hợpVSV nên dùng với tỷ lệ mật độ Bacillus thuringiensis/Metarhizium anisopliae/Beauveria bassiana là 10:1:1
Những hỗn hợp VSV nghiên cứu đã thể hiện khả năng kiềm chế sự phát triển của rầy xanh trong thực tế, nhưng hoạt tính kháng rầy của VSVt cần được kiểm chứng trong các nghiên cứu tiếp theo.
Từ những thận trọng của các nhà nghiên cứu, rất hy vọng các tổ chức hoach định chính sách tham khảo để có quyết sách góp phần thiết thực nâng cao vai trò và vị thế của ngành rau quả trong phát triển kinh tế quốc dân/.
