Nghiên cứu sản suất chế tạo bào tử nấm kí sinh côn trùng từ chủng nấm LECANICILLIUM LECAIIL439 và đánh giá nhược điểm sinh học của chế phẩm

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

_____o0o_____

CHU HỒNG QUẢNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM BÀO TỬ NẤM KÍ

SINH CÔN TRÙNG TỪ CHỦNG NẤM LECANICILLIUM

LECANII L439 VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC

CỦA CHẾ PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên – 2013

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

_____o0o_____

CHU HỒNG QUẢNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM BÀO TỬ NẤM KÍ

SINH CÔN TRÙNG TỪ CHỦNG NẤM LECANICILLIUM

LECANII L439 VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA

CHẾ PHẨM

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 60420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ VĂN HẠNH

Thái Nguyên – 2013

1

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

MỞ ĐẦU

Lí do chọn đề tài:

Rệp (Aphidoidae) là nhóm côn trùng chích hút nhựa cây phổ biến nhất trên thế

giới, phân bố rộng rãi ở các vùng ôn đới, cận nhiệt đới và nhiệt đới. Chúng kí sinh trên

hơn 11000 loài cây thuộc 243 họ khác nhau, trong đó có nhiều cây trồng quan trọng

nhƣ các loại ngũ cốc, bông, khoai tây, cà chua, họ cải [48]. Chúng vừa hút cạn nguồn

dinh dƣỡng vừa làm cản trở quá trình hô hấp, quang hợp của cây, đồng thời truyền

virus gây bệnh từ cây bị bệnh sang cây khỏe mạnh trên đồng ruộng [72]. Theo thống

kê, rệp và côn trùng khác làm thiệt hại khoảng 15% sản lƣợng cây trồng trên thế giới

[31]. Biện pháp phòng trừ rệp hiện nay chủ yếu là dùng thuốc hóa học, thuốc có phổ

tác dụng rộng trên nhiều đối tƣợng và hiệu quả tác dụng nhanh. Tuy nhiên, thuốc hóa

học có độc tính rất cao, khó phân hủy trong điều kiện bình thƣờng, sẽ tích tụ lại trong

đất, nƣớc, không khí và các sản phẩm nông nghiệp, làm ô nhiễm môi trƣờng, ảnh

hƣởng xấu đến sức khỏe của con ngƣời và sinh vật có ích. Ngoài ra, tính độc cao của

thuốc trừ sâu hóa học có thể gây ra hiện tƣợng đột biến và kháng thuốc của rệp dẫn tới

nguy cơ bùng phát dịch rệp hại trên nhiều loại cây trồng.

Việc ứng dụng khống chế sinh học bằng các loài thiên địch và kí sinh trùng gây

bệnh dùng để thay thế một phần cho thuốc hóa học bảo vệ thực vật trong trồng trọt có

ƣu điểm vƣợt trội nhƣ an toàn đối với con ngƣời và môi trƣờng sinh thái, góp phần

duy trì sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

Nấm kí sinh côn trùng Lecanicillium ssp. là chi nấm có khả năng kí sinh tự

nhiên trên một số loài rệp và côn trùng. Từ những năm 1960, trên thế giới đã có nhiều

công trình nghiên cứu ứng dụng nấm Lecanicillium ssp. để diệt rệp hại cây trồng, một

vài sản phẩm đã đƣợc thƣơng mại hóa tuy nhiên kết quả đạt đƣợc còn nhiều hạn chế.

Vì vậy, việc tăng cƣờng nghiên cứu và phát triển các chế phẩm diệt rệp từ

Lecanicillium ssp. là cần thiết.

Việc tối ƣu môi trƣờng lên men, sản xuất, bảo quản chế phẩm bào tử và thử

nghiệm độc lực của bào tử là những vấn đề cần đƣợc giải quyết trong nghiên cứu này.

2

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

Vì những lí do trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm bào

tử nấm kí sinh côn trùng từ chủng nấm Lecanicillium lecanii L439 và đánh giá

đặc điểm sinh học của chế phẩm”, đề tài đƣợc thực hiện tại Phòng các chất Chức

năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt

Nam.

Mục tiêu nghiên cứu: Sản xuất chế phẩm bào tử nấm diệt rệp hại cây trồng có

hiệu quả cao, an toàn, dễ sử dụng và có thể chuyển giao kĩ thuật cho hộ nông dân sản

xuất và sử dụng

Nội dung nghiên cứu:

1. Tối ƣu môi trƣờng lên men

2. Sản xuất bào tử, phối trộn với chất phụ gia tạo chế phẩm và bảo quản

3. Thử nghiệm độc lực của chế phẩm trên rệp hại cây.

3

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

NỘI DUNG

Chƣơng 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Giới thiệu về rệp hại cây trồng

1.1.1. Cấu tạo, phân loại rệp và đặc điểm sinh thái.

Rệp (Aphidoidae) là một họ lớn thuộc lớp côn trùng thuộc ngành chân khớp –

động vật không xƣơng sống, cơ thể chia thành ba phần (đầu, ngực, bụng), có ba cặp

chân phân đốt, mắt kép và có một cặp râu, cơ thể đƣợc bao bọc bởi bộ xƣơng ngoài

bằng chitin, chiều dài từ 1 – 10 mm (Hình 1.1). Rệp có một lớp biểu bì mềm, có cánh

(dạng màng) hoặc không cánh. Phần lớn thân rệp có màu xanh lá cây, đen, nâu, hồng

hoặc không màu. Rệp là nhóm côn trùng chích hút phổ biến nhất hiện nay, phân bố tập

trung nhất ở các vùng ôn đới [72], một số sống ở cả cận nhiệt đới và nhiệt đới với số

lƣợng khoảng 3700 loài rệp đã đƣợc biết trên thế giới [48].

Hình 1.1. Cấu tạo ngoài của rệp

(University of Birmingham, England) [105].

Rệp có thể sinh sản theo cả hình thức đơn tính và hữu tính. Vào mùa thu, khi có

sự thay đổi về cƣờng độ chiếu sáng, nhiệt độ, sự giảm sút về nguồn thức ăn hoặc chất

lƣợng thức ăn, rệp cái sinh ra cả rệp đực và rệp cái con. Đặc điểm di truyền của rệp

đực giống hệt rệp mẹ ngoại trừ việc ít hơn một nhiễm sắc thể giới tính. Rệp con hữu

tính có thể thiếu cánh, thậm trí thiếu vòi chích hút [72]. Khi trƣởng thành, rệp cái giao

4

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

phối với rệp đực rồi đẻ trứng. Trứng sống sót qua mùa đông khắc nghiệt rồi nở ra rệp

cái có cánh hoặc không cánh (Hình 1.2). Các rệp cái sẽ sinh sản vô tính ra rệp cái

không cánh hoặc rệp cái có cánh (khi khan hiếm thức ăn) để bay đến cây kí chủ khác.

Tuy nhiên, trong môi trƣờng ấm áp nhƣ ở vùng nhiệt đới hoặc trong nhà kính, rệp có

thể sinh sản vô tính trong nhiều năm. Trong vòng đời, một rệp cái có thể sinh ra 31 đến

93 rệp con theo hình thức sinh sản này [12], [111], [115]. Đặc biệt, một số loài có khả

năng sinh sản lồng, khi rệp cái mẹ sinh ra rệp cái con thì rệp cái con cũng chuẩn bị

sinh ra thế hệ tiếp theo đã có sẵn trong cơ thể nó. Cách sinh sản này có thể ảnh hƣởng

đến kích thƣớc của rệp và tốc độ sinh sản tăng lên [54], [81].

Hình 1.2. Vòng đời của rệp

(BMC Developmental Biology) [99].

Trong điều kiện thuận lợi, vòng đời trung bình của một cá thể rệp khoảng 30

ngày. Rệp con sinh ra sẽ phát triển trong khoảng 4 đến 10 ngày để trƣởng thành và bắt

đầu sinh sản ra các thế hệ mới [68].

Phần lớn rệp có thân mềm nên chúng dễ dàng bị giết bởi nhiều kẻ thù tự nhiên

nhƣ bọ rùa, ong bắp cày kí sinh, ấu trùng muỗi kí sinh, nhện cua, vi khuẩn, virus, các

loài nấm kí sinh côn trùng nhƣ Neozygites fresenii, Entomophthorales, Beauveria

bassiana, Metarhizium anisopliae, Lecanicillium lecanii,…

5

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

Rệp (Aphididae) có khoảng 4700 loài, chúng có thể kí sinh trên nhiều loại cây

trồng và cỏ dại khác nhau nhƣ các cây ngô, lúa mì, khoai tây, bông, ớt, hoa hồng, cam,

quýt,… thuộc các họ lúa, họ dƣa, họ cà, họ có múi,… gây thiệt hại hàng tỷ đô la Mỹ

mỗi năm cho ngành nông nghiệp trồng trọt [48]. Các loài rệp phá hoại cây trồng mạnh

nhƣ rệp đào Myzus persicae Sulzer, rệp bông Aphis gossypii Glover, rệp ngô Aphis

maydis, rệp đậu đũa Aphis craccivora Koch,… chúng thƣờng ẩn ở phần mặt dƣới của

lá, thân non và chích hút nhựa tại đó [106], vừa làm cạn nguồn dinh dƣỡng của cây

vừa tiết ra chất đƣờng mật không chỉ làm đóng khí khổng của lá mà còn góp phần tăng

sự phát triển của mốc đen, làm ngăn cản ánh sáng đến các mô quang hợp, ảnh hƣởng

nghiêm trọng tới trao đổi chất và năng suất cây trồng. Ngoài ra, việc chích hút nhựa

cây của các loài rệp làm lây lan virus gây bệnh từ những cây bệnh sang các cây khỏe

mạnh [72].

Loài rệp ngô Aphis maydis là một loại sâu hại phổ biến trên toàn thế giới, chúng

kí sinh trên nhiều loại cây trồng nhƣ lúa miến (Sorghum), ngô và lúa mì,… với mật độ

cá thể cao sẽ làm giảm sản lƣợng hạt và lây truyền virus gây bệnh. Rệp có thể chích

hút nhựa, làm tổn thƣơng ở tất cả các bộ phận khác nhau của cây ngô nhƣng chúng phá

hoại mạnh nhất ở bộ phận bắp non và râu ngô gây ra các mức độ khô cháy khác nhau,

ảnh hƣởng tới quá trình thụ phấn, thụ tinh và hình thành hạt, dẫn tới giảm năng suất,

chất lƣợng hạt ngô [28].

1.1.2. Tình hình rệp hại cây trồng trên thế giới và Việt Nam

Tình hình rệp hại trên thế giới:

Rệp là một trong những loài côn trùng có tác hại nguy hiểm nhất trên thế giới.

Chúng không chỉ gây hại trực tiếp, hút cạn nguồn dinh dƣỡng mà còn là vật trung gian

truyền nhiều loại virus gây bệnh cho thực vật, đồng thời rất khó kiểm soát chúng bằng

một loại thuốc bảo vệ hóa học thực vật thông thƣờng bởi khả năng kháng thuốc rất

mạnh của rệp nên số lƣợng cá thể tăng nhanh [34].

Đậu tƣơng là loại hạt dầu đƣợc trồng nhiều nhất trên thế giới nhƣng năng suất

bị đe dọa nghiêm trọng bởi rệp đậu tƣơng (A. glycines). Sản lƣợng hạt bị thiệt hại ƣớc

tính khoảng 34%, theo tính toán của Catangui và cộng sự (2009), con số thiệt hại thậm

6

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

chí lên đến 48 – 72%. Nguyên nhân do rệp chích hút có thể làm giảm 50% tốc độ

quang hợp của lá cây [29].

Đậu đũa (Vigna unguiculata) là loại cây đƣợc trồng nhiều ở châu Phi, ƣớc tính

sản lƣợng hàng năm ở khu vực này khoảng 3,36 triệu tấn. Không giống nhƣ ở cây

bông vải bị phá hoại chủ yếu bởi A. gossypii, đậu đũa bị phá hoại bởi nhiều loài rệp

nhƣ A. craccivora, A. leguminosae, A. labburni, A. fabae, Myzus persica và cả A.

gossypii. Ở những khu vực không có biện pháp bảo vệ, sản lƣợng thiệt hại có thể lên

đến 20 – 100% [83].

Rệp đào (Myzus persicae Sulzer) là một trong những loài rệp nguy hiểm nhất

với cây trồng. Chúng đƣơc biết đến từ năm 1776, cơ thể có hình quả lê dài 2 mm với

nhiều mầu sắc khác nhau. Rệp đào kí sinh trên hàng trăm loài cây thuộc 40 họ khác

nhau. Các cây này phân bố rộng khắp thế giới, nhiều cây phân bố ở những vùng khá

lạnh nhƣ Atiso, bắp cải, cà rốt, súp lơ, ngô, su hào, cải dầu, củ cải đƣờng, cà

chua,…[75] chúng hút nhựa làm cho chồi non cong queo, lá xoăn, làm rụng hoa quả

non gây ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của cây. Kennedy và cộng

sự (1962) đã liệt kê hơn 100 loại virus lây truyền qua loài rệp này. Một số bệnh gây

thiệt hại nghiêm trọng nhƣ virus khoai tây, cà chua, củ cải, súp lơ, dƣa hấu, dƣa

chuột,…[27]. Rệp đào truyền virus gây bệnh khảm có thể làm thiệt hại 60% năng suất

dƣa chuột [101]. Chúng cũng gây bệnh trầm trọng ở cải bắp ngay từ giai đoạn 3 – 4 lá,

chúng chích hút dịch cây, lá, bẹ lá, dẫn đến lá cây héo, thân ủ rũ rồi chết [114].

Rệp cải bắp (còn gọi là rệp cải hay rệp muội) (Brevicoryne brassicae) là một

trong những loài rệp gây thiệt hại lớn cho ngƣời trồng rau cải và sản xuất dầu hạt cải.

Tùy theo từng vùng địa lý và mùa vụ mà thời điểm rệp xuất hiện cũng nhƣ gia tăng

mật độ cá thể cao nhất có sự khác nhau. Rệp thƣờng chích hút nhựa trên lá, cụm hoa

và thân cây đồng thời gián tiếp truyền virus gây bệnh cho cây cải. Thiệt hại do rệp cải

bắp gây ra từ 35 – 75% năng suất rau cải và 6% hàm lƣợng dầu hạt cải [20].

Rệp ngô (Aphis maydis): Rệp ngô phân bố rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận

nhiệt đới, kí sinh trên nhiều loài cây khác nhau thuộc họ lúa nhƣ đại mạch, lúa mì, lúa

miến (cao lƣơng – sorghum), ngô, các loại cỏ làm thức ăn gia súc,… đồng thời là vật

7

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

Luận văn Thạc sĩ Chu Hồng Quảng

trung gian truyền virus gây bệnh khảm lá mía, đốm lá ngô,... Trong điều kiện thuận

lợi, rệp ngô có vòng đời khoảng 15 ngày và có nhiều thế hệ liên tiếp trong một năm.

Rệp non và trƣởng thành hút nhựa ở nõn ngô, bẹ lá, phiến lá, bông cờ, lá bi, làm cho

cây ngô mất hết dinh dƣỡng, lá quăn giảm khả năng quang hợp, cây ngô trở nên gầy

yếu, bắp bé đi hoặc không hạt, chất lƣợng hạt rất kém. Thƣờng phát dịch ở những

ruộng khô hạn hoặc cằn cỗi vào thời kì ngô sắp trổ cờ, kết bắp [28], [110].

Theo thống kế trong những năm 1965 – 1970 về năng suất của ngô cho thấy

mức độ phá hoại của rệp ngô phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm

của môi trƣờng. Ngô bị nhiễm rệp ở mức độ nhẹ (mật độ khoảng 400 cá thể rệp trên

chùm râu bắp ngô) sẽ khiến cho năng suất bình quân giảm tới 8,3% khi cây đang bị

thiếu nƣớc, nếu cây đủ nƣớc thì mức độ thiệt hại do rệp gây ra không đáng kể. Nếu

mức độ nhiễm rệp ở mức trung bình thì mức độ thiệt hại lên đến 34,8% trong điều kiện

cây trồng thiếu nƣớc và 11,8% trong điều kiện cây đủ nƣớc. Nếu mức độ nhiễm rệp

nặng (mật độ rệp lên đến hàng trăm cá thể trên hầu hết các chùm râu bắp ngô) sẽ làm

năng suất suy giảm nghiêm trọng, trung bình dao động từ 43,2 – 91,8% khi cây ngô

đang bị thiếu nƣớc và 58,9% khi cây ngô đủ nƣớc [39].

Lipaphis erysimi (rệp cải dầu) kí sinh trên một số loài cây nhƣng chủ yếu là các

loại cải và cải dầu, ngoài ra nó còn kí sinh trên cà rốt, cà chua và bí xanh. Ở phía đông

miền Trung Ấn Độ, L. erysimi cùng với M. persicae và Brevicoryne brassicae là ba

loại rệp nguy hiểm đối với cây cải dầu (Brassica juncea). Trong đó L. erysimi phá hoại

nhiều nhất, riêng nó gây thiệt hại 35,4 – 91,3% sản lƣợng [24]. Theo nghiên cứu của

Patel và cộng sự (2004), nếu không có biện pháp bảo vệ, L. erysimi có thể gây thiệt hại

80,6 – 97,6% [87]. Trong một nghiên cứu khác, Razaq và cộng sự (2011) cũng chỉ ra

rằng, M. persicae và Brevicoryne brassicae cũng gây thiệt hại 75,1 – 81,9% sản lƣợng

cải dầu ở Multan, Punjab, Pakistan [94].

Aphis craccivora (rệp đậu lăng) cũng là một loài rệp kí sinh trên nhiều loại cây

trồng khác nhau nhƣ đậu đũa, bông vải, táo, cà rốt, lúa mì, đậu lăng. Theo nghiên cứu

của Hossain và cộng sự (2006), A. craccivora gây thiệt hại tới 9% cho sản xuất đậu

lăng. Tuy nhiên, sản lƣợng đậu lăng đã tăng 0,91 – 9,89% khi áp dụng các biện pháp