Mặc dù tuyến trùng ký sinh thực vật thuộc nhóm mối nguy hại do tuyến trùng gây ra, chúng không phải là sâu hại thực vật mà là bệnh thực vật.
Giun tròn gây u rễ (Meloidogyne) là loài giun tròn ký sinh thực vật phân bố rộng rãi và gây hại nhất trên thế giới. Ước tính có hơn 2000 loài thực vật trên thế giới, bao gồm hầu hết các loại cây trồng, rất nhạy cảm với sự nhiễm giun tròn gây u rễ. Giun tròn gây u rễ lây nhiễm vào các tế bào mô rễ của cây chủ để tạo thành khối u, ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng, dẫn đến cây còi cọc, còi cọc, vàng lá, héo rũ, xoăn lá, biến dạng quả, thậm chí chết cả cây, dẫn đến giảm sản lượng cây trồng toàn cầu.
Trong những năm gần đây, việc kiểm soát bệnh do tuyến trùng gây ra đã trở thành trọng tâm của các công ty bảo vệ thực vật và viện nghiên cứu trên toàn cầu. Tuyến trùng nang đậu nành là nguyên nhân quan trọng gây giảm sản lượng đậu nành ở Brazil, Hoa Kỳ và các nước xuất khẩu đậu nành quan trọng khác. Hiện nay, mặc dù một số phương pháp vật lý hoặc biện pháp nông nghiệp đã được áp dụng để kiểm soát bệnh do tuyến trùng gây ra, chẳng hạn như: chọn lọc giống kháng bệnh, sử dụng gốc ghép kháng bệnh, luân canh cây trồng, cải tạo đất, v.v., nhưng các phương pháp kiểm soát quan trọng nhất vẫn là kiểm soát bằng hóa chất hoặc kiểm soát sinh học.
Cơ chế hoạt động của khớp rễ
Vòng đời của tuyến trùng gây bệnh thối rễ bao gồm trứng, ấu trùng giai đoạn 1, ấu trùng giai đoạn 2, ấu trùng giai đoạn 3, ấu trùng giai đoạn 4 và con trưởng thành. Ấu trùng có hình dạng nhỏ, giống giun, con trưởng thành có hình dạng dị hình, con đực có hình dạng thuôn dài, con cái có hình quả lê. Ấu trùng giai đoạn 2 có thể di chuyển trong nước của các lỗ rỗng trong đất, tìm kiếm rễ cây chủ thông qua các alen nhạy cảm trên đầu, xâm nhập vào cây chủ bằng cách đâm xuyên lớp biểu bì từ vùng kéo dài của rễ cây chủ, sau đó di chuyển qua không gian giữa các tế bào, di chuyển đến chóp rễ và đến mô phân sinh của rễ. Sau khi ấu trùng giai đoạn 2 đến mô phân sinh của chóp rễ, chúng di chuyển ngược trở lại hướng bó mạch và đến vùng phát triển mạch gỗ. Tại đây, ấu trùng giai đoạn 2 đâm xuyên các tế bào của cây chủ bằng kim miệng và tiêm chất tiết từ tuyến thực quản vào các tế bào rễ của cây chủ. Auxin và các enzyme khác nhau có trong dịch tiết tuyến thực quản có thể kích thích tế bào vật chủ biến đổi thành “tế bào khổng lồ” với nhiều nhân, giàu bào quan và có quá trình trao đổi chất mạnh mẽ. Các tế bào vỏ xung quanh tế bào khổng lồ sinh sôi nảy nở, phát triển quá mức và phồng lên dưới ảnh hưởng của tế bào khổng lồ, tạo thành các triệu chứng điển hình của nốt sần rễ trên bề mặt rễ. Ấu trùng giai đoạn 2 sử dụng tế bào khổng lồ làm điểm hút chất dinh dưỡng và nước và không di chuyển. Trong điều kiện thích hợp, ấu trùng giai đoạn 2 có thể kích thích vật chủ sản sinh tế bào khổng lồ 24 giờ sau khi nhiễm bệnh, và phát triển thành giun trưởng thành sau ba lần lột xác trong 20 ngày tiếp theo. Sau đó, con đực di chuyển và rời khỏi rễ, con cái vẫn ở yên và tiếp tục phát triển, bắt đầu đẻ trứng vào khoảng 28 ngày. Khi nhiệt độ trên 10 ℃, trứng nở trong nốt sần rễ, ấu trùng giai đoạn 1 ở trong trứng, ấu trùng giai đoạn 2 chui ra khỏi trứng, rời khỏi vật chủ để gây nhiễm bệnh trở lại.
Giun tròn gây bệnh thối rễ có phạm vi vật chủ rộng, có thể ký sinh trên hơn 3.000 loại cây trồng, như rau, cây lương thực, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh và cỏ dại. Rễ rau bị nhiễm giun tròn gây bệnh thối rễ ban đầu hình thành các nốt sần với kích thước khác nhau, có màu trắng sữa lúc đầu và chuyển sang màu nâu nhạt ở giai đoạn sau. Sau khi bị nhiễm giun tròn gây bệnh thối rễ, cây trồng trong đất sẽ thấp còi, cành và lá bị teo hoặc vàng úa, sinh trưởng chậm phát triển, lá nhạt màu, và cây bị bệnh nặng thì sinh trưởng yếu, héo rũ khi hạn hán, và chết toàn bộ cây khi bệnh nặng. Ngoài ra, việc điều hòa phản ứng phòng vệ, tác dụng ức chế và tổn thương cơ học mô do giun tròn gây bệnh thối rễ gây ra trên cây trồng cũng tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của các mầm bệnh trong đất như bệnh héo rũ Fusarium và vi khuẩn gây thối rễ, từ đó hình thành bệnh phức hợp và gây thiệt hại lớn hơn.
Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát
Các loại thuốc diệt cỏ truyền thống có thể được chia thành thuốc xông hơi và thuốc không xông hơi dựa trên phương pháp sử dụng khác nhau.
Chất khử trùng
Nó bao gồm các hydrocacbon halogen hóa và isothiocyanat, còn các chất không xông hơi bao gồm các hợp chất hữu cơ photpho và carbamat. Hiện nay, trong số các loại thuốc trừ sâu được đăng ký tại Trung Quốc, bromomethane (một chất làm suy giảm tầng ozone, đang dần bị cấm) và chloropicrin là các hợp chất hydrocacbon halogen hóa, có thể ức chế quá trình tổng hợp protein và các phản ứng sinh hóa trong quá trình hô hấp của tuyến trùng gây bệnh thối rễ. Hai chất xông hơi là methyl isothiocyanat, có thể phân hủy và giải phóng methyl isothiocyanat và các hợp chất phân tử nhỏ khác trong đất. Methyl isothiocyanat có thể xâm nhập vào cơ thể tuyến trùng gây bệnh thối rễ và liên kết với globulin vận chuyển oxy, do đó ức chế quá trình hô hấp của tuyến trùng gây bệnh thối rễ để đạt hiệu quả tiêu diệt. Ngoài ra, sulfuryl fluoride và calcium cyanamide cũng đã được đăng ký làm chất xông hơi để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ ở Trung Quốc.
Ngoài ra, còn có một số chất xông hơi hydrocarbon halogen hóa không được đăng ký tại Trung Quốc, chẳng hạn như 1,3-dichloropropylene, iodomethane, v.v., được đăng ký ở một số quốc gia châu Âu và Hoa Kỳ để thay thế cho bromomethane.
Không phải chất xông hơi
Bao gồm cả các hợp chất organophosphorus và carbamate. Trong số các thuốc diệt tuyến trùng không xông hơi được đăng ký tại nước ta, phosphine thiazolium, Methanophos, phoxiphos và chlorpyrifos thuộc nhóm organophosphorus, trong khi carboxanil, aldicarb và carboxanil butathiocarb thuộc nhóm carbamate. Thuốc diệt tuyến trùng không xông hơi làm gián đoạn chức năng hệ thần kinh của tuyến trùng gây bệnh thối rễ bằng cách liên kết với acetylcholinesterase trong các khớp thần kinh của tuyến trùng. Chúng thường không giết chết tuyến trùng gây bệnh thối rễ, mà chỉ làm cho tuyến trùng mất khả năng định vị vật chủ và lây nhiễm, vì vậy chúng thường được gọi là "thuốc làm tê liệt tuyến trùng". Các thuốc diệt tuyến trùng không xông hơi truyền thống là các chất độc thần kinh có độc tính cao, có cơ chế tác động tương tự đối với động vật có xương sống và động vật chân đốt như đối với tuyến trùng. Do đó, dưới những ràng buộc của các yếu tố môi trường và xã hội, các quốc gia phát triển hàng đầu thế giới đã giảm hoặc ngừng phát triển thuốc trừ sâu gốc organophosphorus và carbamate, và chuyển sang phát triển một số loại thuốc trừ sâu mới hiệu quả cao và ít độc hại hơn. Trong những năm gần đây, trong số các loại thuốc trừ sâu không chứa carbamate/organophosphorus mới đã được EPA đăng ký có thể kể đến spiralate ethyl (đăng ký năm 2010), difluorosulfone (đăng ký năm 2014) và fluopyramide (đăng ký năm 2015).
Nhưng trên thực tế, do độc tính cao và lệnh cấm sử dụng thuốc trừ sâu gốc organophosphorus, hiện nay không có nhiều thuốc diệt tuyến trùng. Có 371 loại thuốc diệt tuyến trùng được đăng ký tại Trung Quốc, trong đó 161 loại có hoạt chất abamectin và 158 loại có hoạt chất thiazophos. Hai hoạt chất này là những thành phần quan trọng nhất trong việc kiểm soát tuyến trùng ở Trung Quốc.
Hiện nay, không có nhiều thuốc diệt tuyến trùng mới, trong đó fluorene sulfoxide, spiroxide, difluorosulfone và fluopyramide là những loại dẫn đầu. Ngoài ra, về thuốc trừ sâu sinh học, Penicillium paraclavidum và Bacillus thuringiensis HAN055 do Kono đăng ký cũng có tiềm năng thị trường mạnh.
Bằng sáng chế toàn cầu về kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ đậu nành.
Tuyến trùng gây bệnh thối rễ đậu nành là một trong những nguyên nhân chính gây giảm năng suất đậu nành ở các nước xuất khẩu đậu nành chính, đặc biệt là Hoa Kỳ và Brazil.
Trong thập kỷ qua, tổng cộng 4287 bằng sáng chế bảo vệ thực vật liên quan đến tuyến trùng gây bệnh thối rễ đậu nành đã được đăng ký trên toàn thế giới. Các đơn xin cấp bằng sáng chế về tuyến trùng gây bệnh thối rễ đậu nành chủ yếu tập trung ở các khu vực và quốc gia, đứng đầu là châu Âu, tiếp theo là Trung Quốc và Hoa Kỳ, trong khi khu vực bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất là Brazil chỉ có 145 đơn xin cấp bằng sáng chế. Và hầu hết các đơn này đến từ các công ty đa quốc gia.
Hiện nay, abamectin và phosphine thiazole là những tác nhân chính để diệt trừ tuyến trùng rễ ở Trung Quốc. Sản phẩm được cấp bằng sáng chế fluopyramide cũng đang bắt đầu được đưa vào sử dụng.
Avermectin
Năm 1981, abamectin được đưa ra thị trường như một chất diệt ký sinh trùng đường ruột ở động vật có vú, và năm 1985 được sử dụng như thuốc trừ sâu. Avermectin là một trong những loại thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Phosphine thiazate
Phosphine thiazole là một loại thuốc trừ sâu hữu cơ photpho mới, hiệu quả và phổ rộng, không cần xông hơi, được phát triển bởi công ty Ishihara của Nhật Bản và đã được đưa ra thị trường ở nhiều quốc gia, trong đó có Nhật Bản. Các nghiên cứu sơ bộ cho thấy phosphine thiazolium có khả năng hấp phụ và vận chuyển trong cây trồng, đồng thời có hoạt tính phổ rộng chống lại tuyến trùng ký sinh và sâu hại. Tuyến trùng ký sinh gây hại cho nhiều loại cây trồng quan trọng, và các đặc tính sinh học, vật lý và hóa học của phosphine thiazole rất phù hợp cho việc bón vào đất, vì vậy nó là một chất lý tưởng để kiểm soát tuyến trùng ký sinh. Hiện nay, phosphine thiazolium là một trong số ít thuốc diệt tuyến trùng được đăng ký sử dụng trên rau ở Trung Quốc, và nó có khả năng hấp phụ nội bộ tuyệt vời, do đó không chỉ có thể được sử dụng để kiểm soát tuyến trùng và sâu hại trên bề mặt đất mà còn có thể được sử dụng để kiểm soát nhện lá và sâu hại trên bề mặt lá. Cơ chế tác động chính của phosphine thiazolide là ức chế acetylcholinesterase của sinh vật mục tiêu, ảnh hưởng đến hệ sinh thái của giai đoạn ấu trùng thứ 2 của tuyến trùng. Phosphine thiazolide có thể ức chế hoạt động, gây hại và nở trứng của tuyến trùng, do đó có thể ức chế sự sinh trưởng và sinh sản của tuyến trùng.
Fluopyramide
Fluopyramide là một loại thuốc diệt nấm dẫn xuất pyridyl ethyl benzamide, được phát triển và thương mại hóa bởi Bayer Cropscience, hiện vẫn đang trong thời hạn bảo hộ bằng sáng chế. Fluopyramide có hoạt tính diệt tuyến trùng nhất định và đã được đăng ký để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ ở cây trồng, và hiện là một loại thuốc diệt tuyến trùng phổ biến hơn cả. Cơ chế hoạt động của nó là ức chế hô hấp ty thể bằng cách ngăn chặn sự truyền electron của succinic dehydrogenase trong chuỗi hô hấp, và ức chế một số giai đoạn trong chu kỳ sinh trưởng của vi khuẩn gây bệnh để đạt được mục đích kiểm soát vi khuẩn gây bệnh.
Hoạt chất fluropyramide ở Trung Quốc vẫn đang trong thời hạn bảo hộ bằng sáng chế. Trong số các đơn xin cấp bằng sáng chế ứng dụng của nó trong diệt tuyến trùng, có 3 đơn của Bayer và 4 đơn của Trung Quốc, được kết hợp với các chất kích thích sinh học hoặc các hoạt chất khác để kiểm soát tuyến trùng. Trên thực tế, một số hoạt chất trong thời hạn bảo hộ bằng sáng chế có thể được sử dụng để lập kế hoạch thiết kế bằng sáng chế trước nhằm chiếm lĩnh thị trường. Ví dụ như ethyl polycidin, một chất diệt trừ sâu bọ thuộc bộ Lepidoptera và bọ trĩ hiệu quả, hơn 70% bằng sáng chế ứng dụng trong nước được các doanh nghiệp trong nước nộp đơn.
Thuốc trừ sâu sinh học để kiểm soát tuyến trùng
Trong những năm gần đây, các phương pháp kiểm soát sinh học thay thế cho kiểm soát hóa học đối với tuyến trùng gây bệnh thối rễ đã nhận được sự quan tâm rộng rãi trong và ngoài nước. Việc phân lập và sàng lọc các vi sinh vật có khả năng đối kháng cao với tuyến trùng gây bệnh thối rễ là điều kiện tiên quyết cho kiểm soát sinh học. Các chủng vi sinh vật đối kháng chính được báo cáo đối với tuyến trùng gây bệnh thối rễ là Pasteurella, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus và Rhizobium. Tuy nhiên, Myrothecium, Paecilomyces và Trichoderma cũng được đề cập. Một số vi sinh vật khó phát huy tác dụng đối kháng với tuyến trùng gây bệnh thối rễ do khó khăn trong nuôi cấy nhân tạo hoặc hiệu quả kiểm soát sinh học không ổn định ngoài thực địa.
Nấm Paecilomyces lavviolaceus là một loại ký sinh trùng hiệu quả đối với trứng của tuyến trùng rễ củ và Cystocystis albicans. Tỷ lệ ký sinh trứng của tuyến trùng rễ củ đạt tới 60%~70%. Cơ chế ức chế tuyến trùng rễ củ của Paecilomyces lavviolaceus là sau khi tiếp xúc với nang trứng tuyến trùng, trong môi trường nhớt, sợi nấm của vi khuẩn sinh học bao quanh toàn bộ trứng, và phần cuối của sợi nấm trở nên dày hơn. Bề mặt vỏ trứng bị vỡ do hoạt động của các chất chuyển hóa ngoại sinh và chitinase của nấm, sau đó nấm xâm nhập và thay thế. Nó cũng có thể tiết ra độc tố giết chết tuyến trùng. Chức năng chính của nó là tiêu diệt trứng. Hiện có tám loại thuốc trừ sâu được đăng ký tại Trung Quốc. Hiện nay, Paecilomyces lilaclavi chưa có dạng bào chế hỗn hợp để bán, nhưng bằng sáng chế của nó tại Trung Quốc cho phép phối trộn với các loại thuốc trừ sâu khác để tăng hiệu quả sử dụng.
Chiết xuất thực vật
Các sản phẩm tự nhiên từ thực vật có thể được sử dụng an toàn để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ, và việc sử dụng nguyên liệu thực vật hoặc các chất diệt tuyến trùng do thực vật sản sinh để kiểm soát bệnh tuyến trùng gây thối rễ phù hợp hơn với các yêu cầu về an toàn sinh thái và an toàn thực phẩm.
Các thành phần diệt tuyến trùng của thực vật tồn tại trong tất cả các bộ phận của cây và có thể thu được bằng phương pháp chưng cất hơi nước, chiết xuất hữu cơ, thu thập dịch tiết rễ, v.v. Theo tính chất hóa học, chúng chủ yếu được chia thành các chất không bay hơi có khả năng hòa tan trong nước hoặc hữu cơ và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, trong đó các chất không bay hơi chiếm phần lớn. Các thành phần diệt tuyến trùng của nhiều loại cây có thể được sử dụng để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ sau khi chiết xuất đơn giản, và việc phát hiện các chiết xuất thực vật tương đối đơn giản so với việc tìm ra các hợp chất hoạt tính mới. Tuy nhiên, mặc dù có tác dụng diệt côn trùng, nhưng thành phần hoạt tính thực sự và nguyên lý diệt côn trùng thường không rõ ràng.
Hiện nay, neem, matrine, veratrine, scopolamine, saponin trà, v.v. là những loại thuốc trừ sâu thực vật thương mại chính có hoạt tính diệt tuyến trùng, nhưng số lượng tương đối ít, và có thể được sử dụng trong sản xuất cây trồng ức chế tuyến trùng bằng cách trồng xen canh hoặc trồng kèm.
Mặc dù việc kết hợp các chiết xuất thực vật để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ sẽ mang lại hiệu quả diệt trừ tuyến trùng tốt hơn, nhưng phương pháp này vẫn chưa được thương mại hóa hoàn toàn ở giai đoạn hiện tại. Tuy nhiên, nó vẫn cung cấp một ý tưởng mới cho việc sử dụng chiết xuất thực vật để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ.
Phân bón hữu cơ sinh học
Điểm mấu chốt của phân bón hữu cơ sinh học là liệu các vi sinh vật đối kháng có thể sinh sôi nảy nở trong đất hoặc đất vùng rễ hay không. Kết quả cho thấy việc sử dụng một số vật liệu hữu cơ như vỏ tôm, vỏ cua và bã dầu có thể trực tiếp hoặc gián tiếp cải thiện hiệu quả kiểm soát sinh học đối với tuyến trùng gây bệnh thối rễ. Sử dụng công nghệ lên men rắn để lên men vi sinh vật đối kháng và phân bón hữu cơ nhằm sản xuất phân bón hữu cơ sinh học là một phương pháp kiểm soát sinh học mới để phòng trừ bệnh tuyến trùng gây bệnh thối rễ.
Trong nghiên cứu về việc kiểm soát tuyến trùng gây hại rau bằng phân bón hữu cơ sinh học, người ta nhận thấy rằng các vi sinh vật đối kháng trong phân bón hữu cơ sinh học có tác dụng kiểm soát tốt đối với tuyến trùng gây hại rễ, đặc biệt là phân bón hữu cơ được sản xuất từ quá trình lên men của các vi sinh vật đối kháng và phân bón hữu cơ thông qua công nghệ lên men rắn.
Tuy nhiên, hiệu quả kiểm soát tuyến trùng rễ của phân hữu cơ phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và thời gian sử dụng, và hiệu quả kiểm soát của nó thấp hơn nhiều so với thuốc trừ sâu truyền thống, nên khó có thể thương mại hóa.
Tuy nhiên, như một phần của biện pháp kiểm soát bằng thuốc và phân bón, việc kiểm soát tuyến trùng bằng cách bổ sung thuốc trừ sâu hóa học và kết hợp tưới nước và bón phân là hoàn toàn khả thi.
Với số lượng lớn các giống cây trồng đơn canh (như khoai lang, đậu nành, v.v.) được trồng trong và ngoài nước, sự xuất hiện của tuyến trùng ngày càng trở nên nghiêm trọng, và việc kiểm soát tuyến trùng cũng đang đối mặt với nhiều thách thức. Hiện nay, hầu hết các loại thuốc trừ sâu được đăng ký tại Trung Quốc đều được phát triển trước những năm 1980, và các hoạt chất mới còn thiếu hụt nghiêm trọng.
Các tác nhân sinh học có những ưu điểm độc đáo trong quá trình sử dụng, nhưng chúng không hiệu quả bằng các tác nhân hóa học, và việc sử dụng chúng bị hạn chế bởi nhiều yếu tố. Thông qua các đơn đăng ký bằng sáng chế liên quan, có thể thấy rằng sự phát triển hiện tại của thuốc diệt tuyến trùng vẫn xoay quanh việc kết hợp các sản phẩm cũ, phát triển thuốc trừ sâu sinh học và tích hợp nước và phân bón.
Thời gian đăng bài: 20 tháng 5 năm 2024