Tài liệu Thuốc trừ sâu sinh học

Tiểu luận Sinh học phân tử Đề tài: Thuốc trừ sâu sinh học Thuốc trừ sâu sinh học là gì? Nguồn gốc và ý nghĩa ứng dụng.  Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Quốc Trung  Lớp: K57CNSHB  Các thành viên trong nhóm: • Nguyễn Thị Kiều Duyên_570868 • Lưu Thị Minh Nguyệt _570914 • Đinh Thị Quỳnh_570921 • Đỗ Thị Thảo _570931 I.ĐẶT VẤN ĐỀ Hằng năm sản lượng lương thực, rau quả trên thế giới bị mất do sâu bệnh vào khoảng 20-35% trong đó các nước Châu Âu mất trung bình khoảng 20%, các nước Châu Á mất khoảng 35%. Từ năm 1960 đến nay nhiều nước trên thế giới đã sử dụng ồ ạt các chất hóa học để diệt trừ sâu bệnh.Việc sử dụng các loại thuốc hóa học ở thời kì đầu đem lại lợi ich rất lớn là khả năng tiêu diệt sâu bệnh rất nhanh và rất có hiệu quả. Sau 40 năm thế giới sử dụng thuốc trừ sâu hóa học đã cho thấy những nhược điểm khó chấp nhận được. Bao gồm: Gây ra hiện tượng ô nhiễm nước và ô nhiễm đất. Các chất diệt sâu bệnh thường rất ít bị phân hủy trong điều kiện thiên nhiên trong thời gian ngắn, chúng tồn tại trong nước, trong đất và làm thay đổi khu hệ vi sinh vật có ích trong đất,trong nước, từ đó làm giảm hoặc triệt tiêu khả năng tự làm sạch của vi sinh vật trong tự nhiên, ngoài ra các chất này còn làm ngưng trệ nhiều quá trình chuyển hóa vật chất trong nước, trong đất do vi sinh vật tiến hành có lợi cho cây trồng (một trong những chất được sử dụng ở thời gian đầu những năm 60 là DDT). Chất này tồn tại khá lâu trong tự nhiên khi ta phun chúng vào môi trường khoảng sau hai năm chúng mới phân hủy hết. Việc sử dụng thuốc hóa học không theo một chỉ dẫn cụ thể sẽ tạo ra sự dư thừa. Thuốc trừ sâu dư thừa không chỉ tồn tại trong đất, trong nước mà còn bám vào rau, quả và nông sản và dẫn đến hiện tượng ngộ độc càng nhiều. Do đó nhiều quốc gia trên thế giới cảnh báo và cấm sử dụng rất nhiều loại thuốc hóa học. Một trong những tiến bộ của ngành công nghệ sinh học là tạo ra được thuốc trừ sâu sinh học, sản xuất thuốc trừ sâu sinh học dựa trên nền tảng khoa học là sự đấu tranh sinh tồn trong giới sinh vật . Các vi sinh vật muốn tồn tại phải tạo ra những vũ khí, ngoài khả năng thích nghi, khả năng sinh sản phát triển mạnh ra, vũ khí đó chính là những độc tố hay kháng sinh được tổng hợp bởi những vi sinh vật trong suốt quá trình phát triển của mình. Người ta đã biết lợi dụng quy luật này của thiên nhiên. Các nhà khoa học đã tiến hành phân lập, cải tạo, nâng cao khả năng sinh học tổng hợp những chất độc, kháng sinh của vi sinh vật. Từ đó nâng lên một bước nữa là sản xuất hàng loạt theo qui mô công nghiệp và như vậy công nghệ sản xuất thuốc từ sâu sinh học thay thế thuốc trừ sâu hóa học. Xuất phát từ những vấn đề trên nhóm em sẽ đi nghiên cứu về vấn đề: “thuốc trừ sâu sinh học”. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng tăng về nông sản sạch, một thế hệ thuốc trừ sâu mới đã ra đời. II.NỘI DUNG 1.THUỐC TRỪ SÂU SINH HỌC LÀ GÌ? Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học sản xuất ra từ các loại thảo dược hay các chủng vi sinh vật được nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men trong công nghiệp để tạo những chế phẩm có chất lượng cao, có khả năng phòng trừ các loại sâu, bọ gây hại cây trồng nông, lâm nghiệp. Thành phần giết sâu có trong thuốc sinh học có thể là các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, virus) và các chất do vi sinh vật tiết ra (thường là các chất kháng sinh), các chất có trong cây cỏ (là chất độc hoặc dầu thực vật). Với các thành phần trên, thuốc trừ sâu sinh học có thể chia thành hai nhóm chính là: a) Nhóm thuốc vi sinh: Thành phần giết sâu là các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, virus. b) Nhóm thuốc thảo mộc: Thành phần giết sâu là các chất độc có trong cây cỏ hoặc dầu thực vật. 2.CÁC LOẠI THUỐC TRỪ SÂU (Nguồn gốc) Hiện nay trên thế giới, người ta sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học từ vi khuẩn, nấm sợi, virus a) Chế phẩm thuốc trừ sâu từ vi khuẩn Các chế phẩm thuốc trừ sâu từ vi khuẩn được sản xuất nhiều nhất trong số thuốc trừ sâu sinh học được sản xuất hiện nay trên thế giới. Các chế phẩm này thường chứa khoảng 2-5 tỷ tế bào/1 gam. Ta có thể tóm tắt các chế phẩm được sản xuất từ vi khuẩn. STT 1 Sản xuất từ vi khuẩn va tên chế phẩm Hãng và nước sản xuất Các chế phẩm từ bacillus thuringiesis Agritol Merch-Mỹ Bakthane L.69 Rolim and hass.Mỹ Baktospeine Roger bellon-Pháp Bakthurin Biokrma-Tiệp Khắc Biospon 2802 Hoechst-Đức Dendrobacillin Zavodbakt-Nga Dipet Abbotttlad-Mỹ Parasporin Grain processing corpMỹ Enterobacterin Thurieide Nga 2 Bacillus morita Nhật 3 Bacillus cereusvar galleriae Trung quốc 4 Bacillus cereus var furoi Nhật 5 Bacillus entimorbus Ditman-Mỹ 6 Bacillus popilliae Mỹ 7 Bacillus sphaericus Mỹ 8 Bacillus insectus Nga 9 Bacillus pulvifaciens Nhật b) Các chế phẩm từ nấm sợi So với thuốc trừ sâu từ vi khuẩn, các chế phẩm thuốc trừ sâu từ nấm sợi ít hơn. Các chế phẩm đó bao gồm: + beauuveria bassiana: chế phẩm từ nấm sợi này được sản xuất nhiều ở Trung quốc, Nga, Pháp, Mỹ. Chế phẩm này có tên là boverin. Số lượng bào tử trong mỗi gam của chế phẩm khoảng 1.5 tỷ. Độc tố của nấm này có tên là beauverixin và một loại enzym proteinase. + metharrhizium anisopliae: nấm này sinh độc tố destrucxin A và B +trichoderma-chế phẩm trichodermin c) Chế phẩm từ virut Nhiều loại virut được sản xuất như chế phẩm diệt côn trùng, trong số này đáng lưu ý nhất là các loại sau: Stt Vi sinh vật và chế phẩm Hãng và nước sản xuất 1 Biostol Nutrilite products inc- Mỹ 2 Viron International Minerals Chemicals Carp-Mỹ And 3 Palyvirocizde Mỹ 4 Spodoptera Mỹ 5 Chế phẩm tuyến trung biotrol NCS Mỹ Một số sản phẩm tiêu biểu Sâu, côn trùng mục tiêu Chế phẩm diệt côn trùng từ virut 3.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM. Như chúng ta đã biết, các thuốc trừ sâu hóa học có ưu điểm rõ rệt là hiệu quả diệt sâu nhanh nhưng có nhược điểm quan trọng là có độ độc cao với người và các động vật có ích (trong đó có các loài thiên địch), gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, do yêu cầu bảo vệ sức khỏe con người và sự trong sạch của môi trường, các thuốc trừ sâu hóa học cần được hạn chế sử dụng dần và thay vào đó là các thuốc trừ sâu sinh học. Ưu điểm nổi bật nhất của thuốc trừ sâu sinh học là ít độc với người và môi trường. Các chế phẩm vi sinh vật dùng trừ sâu và dầu thực vật hầu như không độc với người và các sinh vật có ích, tạo ra các sản phẩm sạch cho người dùng. Do ít độc với các loài thiên địch nên thuốc sinh học bảo vệ được sự cân bằng sinh học trong tự nhiên (cân bằng giữa thiên địch và sâu hại), ít gây tình trạng bùng phát sâu hại. Do ít độc với người và mau phân hủy trong tự nhiên, các thuốc sinh học ít để lại dư lượng độc trên nông sản và có thời gian cách ly ngắn nên rất thích hợp sử dụng cho các nông sản yêu cầu có độ sạch cao như các loại rau, chè… Muốn có nông sản sạch và an toàn, một biện pháp quan trọng là sử dụng các thuốc sinh học trừ sâu. Ngoài ra, các yếu tố sinh học trừ sâu như các vi sinh vật và thực vật thường có sẵn và rất phổ biến ở mọi nơi, mọi lúc, vì vậy nguồn khai thác rất dễ dàng và hầu như vô tận. Đồng thời với các chế phẩm được sản xuất theo quy mô công nghiệp, hiện nay người ta vẫn có thể dùng các phương pháp chế biến thô sơ để sử dụng. Có thể ra đồng thu thập các sâu bị chết vì nấm bệnh, nghiền nát trong nước rồi phun lên cây để trừ sâu. Các cây thuốc lá, thuốc lào, hạt xoan, rễ dây thuốc cá… băm nhỏ và đập nát ngâm lọc trong nước để phun cũng rất có hiệu quả. Tuy vậy, một số thuốc sinh học, như các thuốc vi sinh thường thể hiện hiệu quả diệt sâu chưa thật cao, tương đối chậm hơn so với thuốc hóa học. Sự bảo quản và khả năng hỗn hợp của các thuốc sinh học thường yêu cầu điều kiện cũng chặt chẽ hơn. Giá thành còn cao. Khó cân đong ngoài đồng ruộng, thời gian bảo quản ngắn thường 1-2 năm, trong những điều kiện lạnh, khô. Nhưng so với các ưu điểm to lớn thì các nhược điểm trên đây của thuốc sinh học là rất nhỏ và hoàn toàn có thể khắc phục được. Vì vậy, thuốc trừ sâu sinh học ngày càng được khai thác sử dụng nhiều. Ở nước ta, ngoài các chế phẩm Bt đã được biết đến tương đối lâu, hiện nay có nhiều chế phẩm mới đã được đăng ký sử dụng. Yêu cầu ngày càng có nhiều nông sản và thực phẩm an toàn phục vụ đời sống cũng là điều kiện quan trọng thúc đẩy sự phát triển của các thuốc sinh học. Thuốc trừ sâu sinh học được sản xuất và áp dụng thực tế nhiều năm qua cho ta thấy nhiều ưu điểm chính sau: • Thuốc trừ sâu sinh học không ảnh hưởng đến cây trồng. • Thuốc trừ sâu sinh học không làm thay đổi hệ sinh thái. • Thuốc trừ sâu sinh học dễ phân hủy, không tạo ra dư lượng độc hại cho sản phẩm. • Thuốc trừ sâu sinh học làm tăng số lượng các loài thiên địch có ích. ƯU ĐIỂM -Rất hiệu quả, nhanh -Giá thành thấp -Dể sử dụng -Rất đa dạng THUỐC TRỪ SÂU HOÁ HỌCRA ĐỜI NHƯỢCĐiỂM -Tồn lưu lâu trong môi trường -Gây nhờn thuốc -Chết thiên địch -Gây bệnh cho con người Tuy nhiên so với thuốc trừ sâu hóa học thì thuốc trừ sâu sinh học tiêu diệt sâu bệnh chậm hơn. 4. KĨ THUẬT SẢN XUẤT THUỐC TRỪ SÂU TỪ BACILLUS THURINGGUENSIS Đặc điểm vi khuẩn bacillus thringgiensis(BT): vi khuẩn BT là vi khuẩn hình que và có những đặc điểm: - Kích thước 3-6 x 0.8-1.3 μm - Thuộc vi khuẩn gram(+). - Tế bào thường đứng riêng rẽ hay xếp thanh chuỗi. - Có tiên mao mọc xung quanh tế bào(tiên mao dài khoảng 6-8 μm) - Khi trưởng thành tạo một bao tử ở giữa (kich thước bao tử: 11.8x0.80.9 μm). - Chứa một tinh thể độc hình quả trám có bản chất protein. Một số sản phẩm BT Độc tố BT: BT có khả năng tạo ra 4 loại độc tố trong quá trình phát triển của chúng: - Ngoại độc tố α (α-extoxin) hay con gọi là photpholipase-c - Ngoại độc tố β (β- extoxin) hay con gọi là ngoại độc tố bền nhiệt. - Nội độc tố ¥(¥-endotoxin) hay còn gọi là tinh thể độc. - Độc tố tan trong nước. Trong 4 loại tộc tố BT, người ta quan tâm nhất đến độc tố tan trong nước và tinh thể độc. a. Độc tố tan trong nước được P.G fast tìm ra năm 1971. Độc tố này có phân tử lượng là 30.000, gây ra nhiều bệnh lý ở côn trùng. b. Ngoại độc tố β la độc tố bền nhiệt (ở 120 oC sau 15 phút vẫn giữ được hoạt tính). Độc tố này có trọng lượng phân tử 707-850. Ngoại độc tố β có chứa aderrin, photphat, ribose, glucose, và axit allomuxic. c. Ngoại độc tố α, còn gọi là photpholipase C hay loxitinase C. Enzym này đầu tiên liên kết với tế bào, sau đó được tách ra và bị hoạt hóa bởi chất không bền nhiệt, có trọng lượng phân tử thấp. d. Tinh thể độc: nhà khoa học E.berliner tìm ra đầu tiên vào năm 1915, sau đó năm 1927, nhà khoa học O.mattes đã tìm ra được 1 loại tinh thể được tạo ra trong cơ thể BT khi BT bắt đầu tạo bao tử. Mãi đến năm 1955 người ta mới biết được tinh thể này là chất có bản chất protein và có liên quan đến độc tính BT. e. Tinh thể độc có kích thước khá dài và rộng (dài khoảng 1μm và rộng khoảng 0.5μm). Chúng chiếm khoảng 30% toàn bộ khối lượng tế bào và biểu hiện tính độc của BT. Tinh thể độc thường làm chết các ấu trùng bộ canh vẩy. Trong thành phần tinh thể độc có hai loại axit amin, có số lượng nhiều nhất là axit glutamic và axit asparaginic. Người ta xem tinh thể độc như một tiền độc tố (protoxin). Nó chỉ trở thành độc tố thực sự khi có mặt trong ruột của một số côn trùng. Khi đó sẽ hình thành những phân tử độc tố với trọng lượng phân tử vào khoảng 5000. Tinh thể độc thuộc loại bền nhiệt, thường gây ra sự hủy hoại đường tiêu hóa của sâu bệnh . Khi đường ruột bị tê liệt bởi tinh thể độc ,tế bào thượng bì của ruột bị biến đổi. Tinh thể độc của BT chỉ gây độc với đường ruột sâu bệnh côn trùng còn với người và động vật tinh thể độc hoàn toàn vô hại. Nhiều nghiên cứu cho thấy ở động vật có vú, pepsin trong đường tiêu hóa đã làm biến đổi trạng thái độc của tinh thể sang trạng thái không độc. Khi tinh thể độc vào được đường ruột côn trùng, có hai yếu tố tạo ra tính độc đối với côn trùng: - pH của đường ruột côn trùng, pH ở ruột giữa và ở ruột trước của côn trùng nằm trong vùng pH kiềm (>8.9). Khi pH ở giá trị này,tinh thể bị vỡ ra và gây nhiễm độc cho máu của côn trùng. - Một số côn trùng tạo ra protease trong đường ruột. Các enzym này sẽ chuyển tiền độc tố của tinh thể thành độc tố. - BT giết rất nhiều sâu bệnh và côn trùng.Trên 200 loại côn trùng. Những loại sâu bị BT giết hại • Sâu đo acrobat (acrobasis) • Bướm hại gai (albaiis urtiene) • Sâu xám hại rau(agrotis ypsilon) • Ong kén nhỏ(apanteles glomeratris) • Sâu đo rau vàng(apochemia brisoidaria) • Sâu cuốn lá cây ăn quả(argyroplose variegana) • Sâu non đục củ khoai tây • Sâu hại ngô(heliotthis zeae0 • Mọt lúa mì(sitophilus granarius) • \(timetocera acellassa).. • .v.v...... KỸ THUẬT SẢN XUẤT BT a. Phương pháp nuôi cấy trên con lắc Môi trường nuôi cấy: ta có thể sử dụng một trong những loại môi trường nuôi cấy sau đây để sản xuất BT qui mô nhỏ. Môi trường 1: Glucose 1.5g Cao ngô 4.5g K2HPO4 3.5g NaOH 0.43g CaCl2 0.1g Cam nấm men 6.0 g Nước 1000ml Môi trường 2: Rỉ đường 10g Cao ngô 8.5g 1.0g Nước 1000ml Môi trường 3: Rỉ đường 18.6g Bột khô dầu bông 17g CaCO3 1.0g Nước 1000ml Môi trường 4: Tinh bột ngô 68g Saccharose 64g Cazein 19.4g Nấm men khô 6g Nước 1000ml Dung dịch đệm 60ml photphat Môi trường 6: Pepton 10g Glucose 10g Cao ngô 2g FeSO4.7H2O 0.02g K2SO4.7H2O 0.02g CaCO3 1g Nước 1000ml Bột đậu tương 15g Glucose 5g Tinh bột ngô 5g MgSO4 0.3g FeSO4.7H2O 0.02g ZnSO4.7H2O 0.02g CaCO3 1g Nước 1000ml 0.3g Môi trường 7: Môi trường 8: Pepton 6g Dịch thủy phân 4g cazein Cao ngô 4g Cao thịt 1.5g Glucose 1g Nước 1000ml Saccharose 2g Pepton 7.5g MgSO4 0.00223g Fe2(SO4)3 0.02g CaCl2.4H2O 0.183g Nước 1000ml Môi trường 9: Môi trường 10: Đậu tương ngô 10g Pepton 2g CaCO3 1g (NH4)2SO4 0.3g MgSO4 0.3g K2HPO4 2g Dầu đậu tương 4ml Nước 1000ml Dextrin 4g Môi trường 11: Khô lạc 5g Bột cá 5g Cao ngô 5g Glucose 3g Dầu đậu tương 2.5g Nước 1000ml Môi tường 12: Khô lạc 20g Bột cá 5g Cao ngô 18g CaCO3 5g MgSO4 0.075g Dextrin 5g K2HPO4 0.4g Dầu đậu tương 3ml Nước 1000ml Điều kiện nuôi cấy chìm • Máy lắc có tần số lắc 100-200 lượt/phút. Khi lắc không khí qua nút bông và vào môi trường. Nhu cầu oxy trong nuôi cấy BT rất cao (khoảng 1-5% hay250 mol/m2) • Thời gian nuôi < 2 ngày (thường là 18-20 giờ) • Nhiệt độ nuôi 30oC ± 2; pH = 6.5-7.2 Sau khi nuôi BT trong các môi trường có thành phần dinh dưỡng tối ưu, người ta thu nhận BT bằng cách lọc ép. Sau khi thu sinh khối, người ta tiến hành sấy chân không và thu được thành phẩm . Chất lượng sinh khối phải đạt như sau; - Kết thúc quá trình lên men phải đạt 2.44 tỷ tế bào trong 1 ml. - Sau khi sấy chân không (thường sấy ở 60 oC trong 14 giờ) số lượng bào tử sống phải đạt 12.1-17.8 tỷ/gam chế phẩm. b. Nuôi cấy trên môi trường đặc. Ta cũng có thể nuôi cấy BT trên môi trường đặc: Môi trường nuôi cấy Bột ngô dầu đậu tương 15-20% Cam 70% Trấu 9-14% CaCO3 1%