Thuốc diệt ve là một loại thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, công nghiệp và các ngành khác. Chúng chủ yếu được dùng để kiểm soát ve gây hại cho gia súc hoặc vật nuôi. Hàng năm, thế giới phải chịu tổn thất lớn do ve gây ra. Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc, 80% đàn gia súc trên thế giới bị ve ký sinh, gây thiệt hại kinh tế ước tính 7,3 tỷ đô la mỗi năm. Tại Nam Mỹ, cây đậu nành bị ve nhện Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) gây hại đã làm giảm năng suất khoảng 18,28%. Tại Trung Quốc, gần 40 triệu mẫu Anh cây có múi cũng bị ve Panonychus citri (McGregor) tấn công. Do đó, nhu cầu thị trường toàn cầu đối với thuốc diệt ve đang tăng lên hàng năm. Tám sản phẩm hàng đầu trên thị trường thuốc diệt ve năm 2018 là: spirodiclofen, spiromethicone, diafenthiuron, bifenazate, pyridaben, propargite, hexythiazox và fenpyroximate, với tổng doanh thu đạt 572 triệu đô la Mỹ, chiếm 69,1% thị trường thuốc diệt ve, và dự kiến quy mô thị trường sẽ đạt 2 tỷ đô la Mỹ vào năm 2025. Quy mô thị trường thuốc diệt ve có khả năng sẽ lớn hơn khi diện tích đất canh tác toàn cầu giảm, dân số tăng, nhu cầu về các sản phẩm tự nhiên tăng và nhu cầu về các thực hành nông nghiệp bền vững tăng lên.
Phân tích thị trường thuốc diệt ve toàn cầu cho thấy nhện đỏ, nhện Panclaw và nhện Panonychus urmi là hai loài ve gây hại quan trọng nhất về mặt kinh tế, chiếm hơn 80% thị trường. Các loài ve liên quan khác bao gồm nhện giả (chủ yếu là nhện nhỏ), ve gỉ sắt và ve gây u sần và ve ruồi trâu. Rau quả, bao gồm cam quýt, nho, đậu nành, bông và ngô, là những cây trồng chính được sử dụng thuốc diệt ve.
Tuy nhiên, do vòng đời ngắn, sinh sản vô tính, cơ chế trao đổi chất độc đáo và khả năng thích nghi môi trường mạnh mẽ của các loài ve ăn thực vật như ve nhện và ve móng vuốt, khả năng kháng thuốc diệt ve của chúng đã tăng lên nhanh chóng. Ve chiếm 3 trong số 12 loài động vật chân đốt kháng thuốc được báo cáo. Trong ứng dụng thuốc diệt ve trên toàn cầu, các loại thuốc diệt ve hóa học thông thường như organophosphate, carbamate, organochlorine và pyrethroid vẫn chiếm vị trí chủ đạo. Trong những năm gần đây, mặc dù các loại thuốc diệt ve hiệu quả cao như bifenazate và acetafenac đã xuất hiện, nhưng vấn đề đồng nhất hóa thuốc diệt ve vẫn còn nghiêm trọng. Với việc sử dụng lâu dài và thiếu khoa học các loại thuốc diệt ve này, hầu hết các loài ve ăn thực vật đã phát triển các mức độ kháng thuốc khác nhau đối với các loại thuốc diệt ve hóa học trên thị trường, và hiệu quả của chúng đã giảm đáng kể. Mặt khác, với sự quan tâm ngày càng tăng đối với các vấn đề môi trường và sự gia tăng dần dần diện tích nông nghiệp hữu cơ, nhu cầu về các sản phẩm tự nhiên để bảo vệ cây trồng trên thị trường toàn cầu đã tăng lên đáng kể. Do đó, việc phát triển các loại thuốc diệt ve sinh học an toàn, hiệu quả, thân thiện với môi trường, ít gây hại cho thiên địch và khó phát triển khả năng kháng thuốc là điều cấp thiết.
Trên cơ sở đó, việc tận dụng tối đa lợi thế về tài nguyên sinh học của Trung Quốc để thúc đẩy nghiên cứu, phát triển và ứng dụng thuốc diệt ve sinh học là nhu cầu cấp thiết trong phát triển công nghiệp.
1. Bối cảnh nghiên cứu về ancaloit veratrotrol
Cây Hellebore, còn được gọi là hành núi, hellebore đen, là một loại dược liệu lâu năm. Là một loại cây diệt côn trùng bản địa ở Trung Quốc, người ta thường đào rễ của nó trong thời kỳ sinh trưởng và sắc thành nước dùng để tắm lạnh cho cừu, dê, bò và các vật nuôi khác, cũng như để diệt giòi và các loại ký sinh trùng khác. Sau đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hellebore cũng có tác dụng diệt trừ tốt đối với các loài gây hại khác. Ví dụ, chiết xuất ethyl acetate từ rễ cây Veratrum có hoạt tính diệt côn trùng tốt đối với ấu trùng giai đoạn 2 và 3 của Plutella xylostella, trong khi chiết xuất alkaloid Veratrol có tác dụng gây chết nhất định đối với gián trưởng thành và ấu trùng giai đoạn 4 của gián Đức. Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các chiết xuất khác nhau từ rễ cây Veratrum có hoạt tính diệt ve tốt, trong đó chiết xuất ethanol > chiết xuất chloroform > chiết xuất n-butanol.
Tuy nhiên, việc chiết xuất các hoạt chất là một vấn đề khó khăn. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc thường sử dụng phương pháp chiết xuất siêu âm cloroform kiềm hóa amoniac, chiết xuất bằng nước, chiết xuất thẩm thấu etanol và chiết xuất CO2 siêu tới hạn để thu được các hoạt chất từ thân rễ cây Veratrum. Trong đó, phương pháp chiết xuất siêu âm cloroform kiềm hóa amoniac sử dụng một lượng lớn dung môi cloroform độc hại mặc dù tỷ lệ chiết xuất tương đối cao; phương pháp chiết xuất bằng nước có nhiều lần chiết xuất, tiêu thụ nhiều nước và tỷ lệ chiết xuất thấp. Phương pháp chiết xuất CO2 siêu tới hạn để chiết xuất alkaloid veratroline không chỉ có tỷ lệ chiết xuất cao, các hoạt chất không bị phá hủy, mà còn cải thiện đáng kể hoạt tính dược lý và độ tinh khiết của các hoạt chất trong sản phẩm thu được. Ngoài ra, CO2 không độc hại và không chứa dung môi, không gây hại cho cơ thể người và môi trường, có thể làm chậm quá trình ô nhiễm môi trường do các phương pháp chiết xuất truyền thống gây ra, và được coi là một trong những công nghệ chiết xuất và tách chiết tốt nhất cho dược tính thực vật. Tuy nhiên, quy trình sản xuất rủi ro và chi phí cao cản trở việc ứng dụng công nghiệp quy mô lớn của nó.
2. Tiến trình nghiên cứu và phát triển các ancaloit veratrotrol
Nghiên cứu về công nghệ chiết xuất Veratrum. Công nghệ chiết xuất đồng thời chủ yếu dựa trên dược liệu truyền thống Trung Quốc Veratrum, được bổ sung bởi các dược liệu tự nhiên. Veratrotoin và nhiều hoạt chất khác được điều chế cùng nhau, đồng thời sử dụng các dung môi khác nhau để chiết xuất liên tục các dược liệu thực vật, nhằm tối đa hóa quá trình tinh chế và kết tủa các thành phần hoạt tính hiệu quả trong dược liệu thực vật theo từng giai đoạn. Thu được các nhóm hợp chất có chức năng khác nhau hoặc chức năng tương tự từ cùng một mẻ nguyên liệu. Điều này giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ sử dụng nguyên liệu thực vật, giảm chi phí sản xuất và tăng đáng kể khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Nghiên cứu về cơ chế tác dụng của các hoạt chất trong cây Veratrum. Chiết xuất rễ cây Veratrum là một loại hỗn hợp, chứa hơn mười hoạt chất như veratrol, resveratrol, veratrotoin, cyclopamine, veratrol và resveratrol oxide. Tác động lên hệ thần kinh của sâu hại.
Theo các báo cáo nghiên cứu, độc tính của nó dựa trên việc mở các kênh Na+ phụ thuộc điện áp, từ đó mở các kênh Ca2+ hoạt hóa điện áp, dẫn đến giải phóng chất dẫn truyền thần kinh. Các kênh ion natri phụ thuộc điện áp là một phần không thể thiếu trong quá trình truyền tín hiệu thần kinh và cơ bắp. Các thành phần hoạt tính trong chiết xuất Veratrum có thể gây rối loạn dòng điện trong các kênh ion natri, dẫn đến thay đổi tính thấm màng, gây ra sốc run và cuối cùng là tử vong.
Đồng thời, một số học giả người Pháp báo cáo rằng các alkaloid veratroline cũng có thể ức chế không cạnh tranh acetylcholinesterase (AChE) của côn trùng. Do cơ chế tác dụng mới lạ của các alkaloid veratroline, chúng có thể tấn công đa điểm, và ve khó có thể thích nghi với các loại thuốc tác động đa điểm thông qua những thay đổi cấu trúc của chính chúng, do đó chúng không dễ phát triển khả năng kháng thuốc.
Công nghệ điều chế chiết xuất rễ cây hoa tử đinh hương 0,1% CE. Được hỗ trợ bởi công nghệ chiết xuất tiên tiến và bổ sung bởi công nghệ điều chế tuyệt vời, sức căng bề mặt của dược chất nhỏ, có thể nhanh chóng bao phủ cơ thể côn trùng, thúc đẩy sự thẩm thấu và hấp thụ dung dịch thuốc, và tăng cường hiệu quả của các hoạt chất. Nó có khả năng phân tán tốt trong nước, và dung dịch trong suốt và đồng nhất sau khi phân tán. Pha loãng 1000 lần, thời gian để làm ướt hoàn toàn tấm vải bạt là 44 giây, và nó có thể nhanh chóng làm ướt và thẩm thấu. Dữ liệu ổn định tán xạ ánh sáng đa chiều cho thấy chế phẩm chiết xuất rễ cây hoa tử đinh hương 0,1% CE có độ ổn định tốt và hoàn toàn đáp ứng các môi trường ứng dụng khác nhau.
Tiến bộ nghiên cứu về công nghệ ứng dụng chiết xuất rễ cây Veratrum 0,1% CE
Công nghệ mới đã cải thiện đáng kể đặc tính tác dụng nhanh của thuốc. So với công nghệ trước đây, sản phẩm đã giảm thiểu việc sử dụng một thành phần đơn lẻ. Thông qua quy trình độc đáo, các thành phần trong sản phẩm phong phú hơn và hiệu quả hiệp đồng rõ rệt hơn.
Đồng thời, khi sử dụng kết hợp với các loại thuốc trừ sâu hóa học hiện có, thứ nhất, nó có thể làm giảm đáng kể quần thể nhện đỏ, giảm lượng thuốc trừ sâu hóa học và nâng cao hiệu quả kiểm soát. Tóm lại, trong giai đoạn bùng phát mạnh của nhện Panonychus trên cây có múi ở Hezhou, Quảng Tây, Trung Quốc, phun dung dịch chiết xuất rễ cây Veratrum 0,1% CE + etoxazole 30% có hiệu quả trong vòng 20 phút, không thấy côn trùng sống nào sau 3 ngày phun, và hiệu quả kiểm soát có thể duy trì trên 95% sau 11 ngày. Ở giai đoạn đầu của nhện Panonychus trên cây cam rốn Ruijin, Giang Tây, phun dung dịch chiết xuất rễ cây Veratrum 0,1% CE + tetramizine bifenazate 30% đã tiêu diệt hết côn trùng sống sau 1 ngày phun, và không thấy côn trùng sống nào sau 3 ngày, hiệu quả kiểm soát đạt gần 99% sau 16 ngày.
Kết quả thử nghiệm sinh học trên thực địa nêu trên cho thấy, khi số lượng nhện đỏ cơ bản thấp hoặc cao, cả khi sử dụng đơn lẻ và kết hợp với các hóa chất, chiết xuất rễ cây Veratella vulgaris đều có thể làm giảm số lượng nhện đỏ cơ bản và cải thiện hiệu quả kiểm soát của thuốc trừ sâu hóa học. Nó cho thấy hiệu quả kiểm soát tuyệt vời. Đồng thời, chiết xuất rễ cây Hellebore được chiết xuất từ thực vật. Ở nồng độ khuyến cáo, nó an toàn khi sử dụng ở giai đoạn nảy chồi, ra hoa và kết trái non của hầu hết các loại cây, và không ảnh hưởng đến sự phát triển của chồi, hoa và quả. Nó an toàn và thân thiện với môi trường đối với các sinh vật không phải mục tiêu như thiên địch của nhện, và không có hiện tượng kháng chéo với các loại thuốc trừ sâu và thuốc diệt nhện hiện có. Nó rất phù hợp cho quản lý tổng hợp nhện (IPM). Và với việc giảm sử dụng thuốc trừ sâu hóa học, dư lượng thuốc trừ sâu hóa học như etoxazole, spirodiclofen và bifenazate trong cây họ cam quýt hoàn toàn đáp ứng “Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm quốc gia Trung Quốc về giới hạn dư lượng tối đa của thuốc trừ sâu trong thực phẩm”, “Tiêu chuẩn giới hạn dư lượng thuốc trừ sâu trong thực phẩm của Liên minh Châu Âu” và “Tiêu chuẩn giới hạn dư lượng thuốc trừ sâu trong thực phẩm của Hoa Kỳ”, cung cấp sự đảm bảo vững chắc cho an toàn thực phẩm cũng như chất lượng và an toàn của các sản phẩm nông nghiệp.
Công nghệ chỉnh sửa gen thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa cây hoa Hellebore.
Cây Hellebore là một loại dược liệu phổ biến, là một loại thảo mộc lâu năm thuộc họ Liliaceae. Nó mọc ở vùng núi, rừng hoặc bụi rậm. Hellebore phân bố ở Sơn Tây, Hà Bắc, Hà Nam, Sơn Đông, Liêu Ninh, Tứ Xuyên, Giang Tô và nhiều nơi khác ở Trung Quốc. Nguồn tài nguyên hoang dã rất phong phú. Theo điều tra, sản lượng Hellebore dược liệu hàng năm đạt khoảng 300-500 tấn, và có nhiều giống khác nhau, như Hellebore thông thường, Hellebore Tinh An, Hellebore Mao Tô và Hellebore Cồn Lý Quang, và các hoạt chất của mỗi loài không giống nhau.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ sinh học và nghiên cứu chuyên sâu về dược liệu cây hoa tử đinh hương, việc sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để cải thiện các loài tử đinh hương có dược tính và việc thuần hóa nhân tạo các loài tử đinh hương hoang dã đã tiến triển qua nhiều giai đoạn. Việc trồng trọt nhân tạo các giống tử đinh hương sẽ giảm thiểu đáng kể thiệt hại do việc khai thác tử đinh hương gây ra đối với nguồn gen hoang dã, và thúc đẩy hơn nữa quá trình công nghiệp hóa tử đinh hương trong lĩnh vực nông nghiệp và y học.
Trong tương lai, chiết xuất rễ cây Hellebore tự nhiên từ các cây thuốc được kỳ vọng sẽ dần thay thế việc sử dụng thuốc diệt ve truyền thống bằng hóa chất, góp phần nâng cao chất lượng nông sản, cải thiện an toàn thực phẩm, bảo vệ môi trường sinh thái nông nghiệp và duy trì đa dạng sinh học.
Thời gian đăng bài: 08/08/2022