Luận Văn Phân lập và tuyển chọn một số chủng bacillus thuringiensis có độc tính cao đối với côn trùng hại cây

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, không khí với độ ẩm cao là điều kiện thuận lợi cho các loài sâu hại cây nông - lâm nghiệp phát triển. Khi muốn bảo vệ năng suất cây trồng, theo thói quen, người nông dân thường sử dụng thuốc hoá học với nồng độ cao để phun ngay sau khi dịch sâu hại bùng phát. Đối với cây lâm nghiệp, mỗi khi dịch xuất hiện ở vườn ươm, các cánh rừng trồng thì số lượng hoá chất phải dùng là rất lớn. Trung bình mỗi ha cây trồng phải phun từ 5 – 7 kg thuốc. Điều đó quả thực là một vấn đề nghiêm trọng đòi hỏi các nhà khoa học nói chung và các nhà bảo vệ thực vật nói riêng cần nghiên cứu và xem xét một cách đầy đủ, bởi thuốc hoá học tuy dập tắt được nạn dịch nhanh nhưng cũng là con dao hai lưỡi, sẽ trực tiếp phá huỷ môi trường sống ở khu sản xuất đó, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ của con người, làm giảm số lượng sinh vật có lợi cho con người như chim chóc, tôm, cá, những ký sinh thiên địch như bọ rùa, ong ký sinh
Tác hại của việc sử dụng thuốc trừ sâu hoá học đã rất rõ ràng. Trong khi đó việc sử dụng thuốc trừ sâu sinh học có nguồn gốc từ vi khuẩn, vi nấm, virus, côn trùng, thảo mộc đã được chứng minh rất an toàn đối với người và gia súc, không gây ô nhiễm môi trường, không giết chết thiên địch sâu hại và sinh vật có ích, có thể duy trì cân bằng sinh thái, không ảnh hưởng đến chất lượng nông, lâm sản .
Trong khi đó, thuốc trừ sâu sinh học, kể cả thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ Bacillus thuringiensis (được tiêu thụ nhiều nhất trong số các loại thuốc trừ sâu sinh học) vẫn chưa phổ biến. Nguyên nhân là do thói quen sử dụng thuốc trừ sâu hoá học đã ăn sâu vào tiềm thức người nông dân nước ta; thuốc trừ sâu sinh học sản suất trong nước có hiệu lực chưa cao, tính ổn định còn thấp; thuốc trừ sâu sinh học nhập ngoại thì có giá thành cao; việc sử dụng thuốc trừ sâu hoá học vừa tiết kiệm hơn về chi phí, vừa đạt được hiệu quả tiêu diệt sâu nhanh hơn
Bởi những lý do đó nên thuốc trừ sâu sinh học vẫn không phải là lựa chọn hàng đầu của người nông dân khi muốn dập tắt nạn dịch sâu hại. Để đạt được lợi ích kinh tế trước mắt, người nông dân thường sử dụng thuốc trừ sâu hoá học. Do vậy, để góp phần đưa thuốc trừ sâu sinh học nói chung và thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ vi khuẩn Bt nói riêng đến với người nông dân, thì việc phổ biến nâng cao tầm nhận thức của người dân về thuốc trừ sâu sinh học kết hợp với việc các nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất được nhiều hơn các loại thuốc trừ sâu sinh học hoạt lực cao, giá thành hạ là rất quan trọng.
Trong công nghiệp sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh, yếu tố giống vi sinh vật giữ vai trò quyết định năng suất, chất lượng, sản lượng và giá thành sản phẩm nên công tác phân lập, tuyển chọn và bảo quản chủng giống có ý nghĩa rất quan trọng. Vì vậy, cần tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu phân lập, tuyển chọn, ứng dụng, phân loại, nâng cao độc tính diệt sâu cũng như thúc đẩy sử dụng thuốc trừ sâu Bt trong nông – lâm nghiệp.
Để tiếp tục hướng nghiên cứu phân lập và lựa chọn các chủng Bacillus thuringiensis có độc lực cao, ứng dụng có hiệu quả vào thực tiễn, tôi tiến hành khoá luận “Phân lập và tuyển chọn một số chủng Bacillus thuringiensis có hoạt lực cao với côn trùng hại cây trồng”












CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng Bacillus thuringiensis
Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng Bacillus thuringiensis(Bt) ra đời và phát triển cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật của nhân loại, Bt được nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác nhau [21],[2].
Năm 1901, Ishiwatari Shigetane - nhà sinh vật học người Nhật - khi đang thực hiện một cuộc điều tra nghiên cứu nguyên nhân gây bệnh Sotto gây chết đột ngột, giết chết nhiều quần thể tằm, đã phân lập được một loại vi khuẩn (chính là Bacillus thuringiensis)là nguyên nhân gây bệnh, và ông đã đặt tên loại vi khuẩn đó là Bacillus sotto. Đây chính là lần đầu tiên con người phát hiện ra vi khuẩn Bt.
Đến năm 1911, Ernst Berliner - nhà sinh vật học người Đức - đã phân lập được vi khuẩn giết hại mối Mediterranean flour. Ông phát hiện ra đây chính là loài vi khuẩn mà Ishiwatari Shigetane đã công bố, và đặt tên lại cho loài vi khuẩn này là Bacillus thurigiensis (hay Bt), xuất phát từ địa danh Thurigia là một thị trấn nhỏ ở Đức, nơi đã phát hiện ra con mối đó.
Năm 1915, Ernst Berliner tiếp tục đưa ra báo cáo về một loại độc tố có bản chất là protein được Bt sản sinh ra trong cơ thể, và theo ông đó chính là nguyên nhân khiến các con mối bị giết hại. Tuy nhiên, tác dụng và cơ chế hoạt động của loại protein này vẫn chưa được khám phá.
Năm 1920, những người nông dân ở các trang trại lớn tại các nước phát triển bắt đầu sử dụng sinh khối vi khuẩn Bt phun cho cây trồng như một loại thuốc phòng trừ sâu bệnh. Đặc biệt là nước Pháp, đã sớm bắt đầu chế tạo các loại thuốc có nguồn gốc từ bào tử và xác của Bt, gọi là Sporine.
Năm 1956, Hannay, Fitz-James và Angus đã nghiên cứu và phát hiện ra tác nhân chính quyết định khả năng tiêu diệt mối và sâu bọ của Bt là các phân tử protein được sản sinh trong cơ thể vi khuẩn Bt, từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới của các nhà khoa học về tác nhân, cơ chế diệt sâu và di truyền của Bt.
Từ năm 1958, các chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ Bt bắt đầu được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, Anh, Đức Tới năm 1961, Bt được đánh giá là một loại thuốc trừ sâu thân thiện với con người và môi trường trong chiến lược phát triển nông nghiệp của tổ chức bảo vệ môi trường EPA (Environmental Protection Agency) của Mỹ. Năm 1977, đã có 13 loài vi khuẩn Bt được phát hiện và công bố. Các nghiên cứu và khám phá về phổ kháng của Bt cho thấy Bt không chỉ gây độc duy nhất với một giai đoạn nhất định của các con ấu trùng của bộ cánh vảy, mà còn gây độc cả với ấu trùng của bộ cánh cứng.
Từ năm 1980 trở đi, ý thức của con người với vấn đề môi trường sống tăng cao, khả năng kháng độc của sâu bệnh với các loại thuốc hoá học kể cả các loại cực độc như DDT và 666 ngày càng gia tăng. Đồng thời, con người cũng phát hiện được lượng tồn dư các hoá chất phòng trừ sâu hại được tích luỹ và gia tăng dần trong môi trường sống gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái và sức khoẻ con người. Để giải quyết những vấn đề đó, các chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ Bt ngày càng được sử dụng rộng rãi bởi tinh thể độc do Bt tiết ra có bản chất là một loại protein, dễ dàng bị phân huỷ nhanh chóng trong môi trường, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, vật nuôi .
Ngày nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra hơn 1000 sự biến dạng của độc tố trong cơ thể Bt. Bên cạnh đó, sự phát triển nhanh chóng của sinh học phân tử giúp các nhà khoa học ứng dụng công nghệ GMO (Genetically Modifie Organisms) trong chuyển gen điều khiển sự sản sinh độc tố của Bt vào cơ thể của cây trồng, giúp cây trồng chuyển gen có thể tiết độc tố diệt sâu ăn lá hoặc đục thân. Ngô và lúa là hai giống cây trồng đầu tiên được chuyển gen Bt do tổ chức EPA của Mỹ thực hiện năm 1995. Cho tới hiện nay, công nghệ GMO chuyển gen kháng sâu đã ứng dụng thành công cho nhiều loại cây trồng khác như: Khoai tây, bông, khoai lang, đậu . [8],[2].
1.2. Đại cương về vi khuẩn Bacillus thurigiensis
1.2.1. Đặc điểm hình thái của Bacillus thurigiensis
Bacillus thurigiensis là vi khuẩn đất, gram (+), hô hấp hiếu khí hoặc hiếu khí không bắt buộc. Tế bào hình que, kích thước khoảng 3 - 6µm, có tiêm mao phủ mỏng, có khả năng di động, tế bào đứng đơn độc hoặc xếp thành chuỗi.

Bacillus thurigiensis có khả năng sinh nội bào tử và tinh thể độc. Bào tử hình trứng với kích thước khoảng 1,5 – 2 µm. Tinh thể độc có kích thước khoảng 0,6 x 0,02 µm và có nhiều hình dạng như hình ô van, hình lập phương, hình sao, hình trứng, hình kim . Khi tế bào sinh dưỡng bị phá vỡ, nội bào tử và thể vùi được giải phóng (xem Hình 1.1) . Giống như bào tử của các loại vi khuẩn khác thuộc chi Bacillus, bào tử của Bt rất bền, có khả năng kháng lại nhiệt, bức xạ, hoá chất cao. Có thể quan sát thấy bào tử, tinh thể độc, tế bào sinh dưỡng của Bt dưới kính hiển vi điện tử, kính hiển vi quang học [1], [7