Thuốc trừ sâu sinh học là một trong những công cụ quan trọng để thực hiện chiến lược “Hệ thống Thực phẩm Xanh” tại Nhật Bản. Bài báo này mô tả định nghĩa và phân loại thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản, đồng thời phân loại việc đăng ký thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho việc phát triển và ứng dụng thuốc trừ sâu sinh học ở các quốc gia khác.
Do diện tích đất nông nghiệp ở Nhật Bản tương đối hạn chế, việc sử dụng nhiều thuốc trừ sâu và phân bón là cần thiết để tăng năng suất cây trồng trên mỗi đơn vị diện tích. Tuy nhiên, việc sử dụng lượng lớn thuốc trừ sâu hóa học đã làm tăng gánh nặng môi trường, và việc bảo vệ đất, nước, đa dạng sinh học, cảnh quan nông thôn và an ninh lương thực là đặc biệt quan trọng để đạt được sự phát triển nông nghiệp và môi trường bền vững. Với lượng dư lượng thuốc trừ sâu cao trong cây trồng dẫn đến ngày càng nhiều trường hợp mắc bệnh trong cộng đồng, nông dân và người dân có xu hướng sử dụng thuốc trừ sâu sinh học an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Tương tự như sáng kiến "Từ nông trại đến bàn ăn" của châu Âu, chính phủ Nhật Bản vào tháng 5 năm 2021 đã xây dựng "Chiến lược Hệ thống Thực phẩm Xanh" nhằm mục tiêu giảm 50% việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học (có tính đến rủi ro) vào năm 2050 và tăng diện tích canh tác hữu cơ lên 1 triệu ha (tương đương 25% diện tích đất nông nghiệp của Nhật Bản). Chiến lược này hướng đến việc nâng cao năng suất và tính bền vững của thực phẩm, nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản thông qua các biện pháp phục hồi sáng tạo (MeaDRI), bao gồm quản lý dịch hại tổng hợp, cải tiến phương pháp ứng dụng và phát triển các giải pháp thay thế mới. Trong đó, quan trọng nhất là việc phát triển, ứng dụng và thúc đẩy quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), và thuốc trừ sâu sinh học là một trong những công cụ quan trọng.
1. Định nghĩa và phân loại thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản
Thuốc trừ sâu sinh học khác với thuốc trừ sâu hóa học hoặc tổng hợp, và thường đề cập đến các loại thuốc trừ sâu tương đối an toàn hoặc thân thiện với con người, môi trường và hệ sinh thái, được sản xuất hoặc dựa trên các nguồn tài nguyên sinh học. Theo nguồn gốc của các hoạt chất, thuốc trừ sâu sinh học có thể được chia thành các loại sau: thứ nhất, thuốc trừ sâu có nguồn gốc vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn, nấm, virus và các sinh vật sống vi sinh vật có nguồn gốc sinh học (biến đổi gen) và các chất chuyển hóa do chúng tiết ra; thứ hai là thuốc trừ sâu có nguồn gốc thực vật, bao gồm thực vật sống và các chất chiết xuất từ chúng, các chất bảo vệ thực vật (cây trồng biến đổi gen); thứ ba, thuốc trừ sâu có nguồn gốc động vật, bao gồm tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng, động vật ký sinh và động vật ăn thịt, và các chất chiết xuất từ động vật (như pheromone). Hoa Kỳ và các quốc gia khác cũng phân loại thuốc trừ sâu có nguồn gốc khoáng chất tự nhiên như dầu khoáng là thuốc trừ sâu sinh học.
Cơ quan Quản lý Dược phẩm và Môi trường Nhật Bản (SEIJ) phân loại thuốc trừ sâu sinh học thành thuốc trừ sâu sinh vật sống và thuốc trừ sâu chất sinh học, và phân loại pheromone, chất chuyển hóa vi sinh vật (kháng sinh nông nghiệp), chiết xuất thực vật, thuốc trừ sâu có nguồn gốc khoáng chất, chiết xuất động vật (như nọc độc động vật chân đốt), kháng thể nano và các chất bảo vệ nhúng trong thực vật là thuốc trừ sâu chất sinh học. Liên đoàn Hợp tác xã Nông nghiệp Nhật Bản phân loại thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản thành động vật chân đốt thiên địch, tuyến trùng thiên địch, vi sinh vật và chất sinh học, và phân loại Bacillus thuringiensis bất hoạt là vi sinh vật, đồng thời loại trừ kháng sinh nông nghiệp khỏi loại thuốc trừ sâu sinh học. Tuy nhiên, trong quản lý thuốc trừ sâu thực tế, thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản được định nghĩa hẹp là thuốc trừ sâu sinh học sống, tức là “các tác nhân kiểm soát sinh học như vi sinh vật đối kháng, vi sinh vật gây bệnh thực vật, vi sinh vật gây bệnh côn trùng, tuyến trùng ký sinh côn trùng, động vật chân đốt ký sinh và ăn thịt được sử dụng để kiểm soát dịch hại”. Nói cách khác, thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản là những loại thuốc trừ sâu thương mại hóa các sinh vật sống như vi sinh vật, tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng và các sinh vật thiên địch làm hoạt chất, trong khi các chủng loại và kiểu chất sinh học được đăng ký tại Nhật Bản không thuộc loại thuốc trừ sâu sinh học. Ngoài ra, theo “Các biện pháp xử lý kết quả kiểm tra đánh giá an toàn liên quan đến việc đăng ký thuốc trừ sâu vi sinh” của Nhật Bản, vi sinh vật và thực vật biến đổi gen không thuộc phạm vi quản lý của thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản. Trong những năm gần đây, Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản cũng đã khởi xướng quá trình đánh giá lại thuốc trừ sâu sinh học và xây dựng các tiêu chuẩn mới về việc không đăng ký thuốc trừ sâu sinh học nhằm giảm thiểu khả năng việc sử dụng và phát tán thuốc trừ sâu sinh học có thể gây ra thiệt hại đáng kể đến môi trường sống hoặc sự phát triển của động thực vật trong môi trường sống.
Danh mục “Các loại thuốc bảo vệ thực vật hữu cơ” mới được Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản Nhật Bản ban hành năm 2022 bao gồm tất cả các loại thuốc trừ sâu sinh học và một số loại thuốc trừ sâu có nguồn gốc sinh học. Thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản được miễn trừ khỏi việc thiết lập giới hạn lượng tiêu thụ hàng ngày cho phép (ADI) và giới hạn dư lượng tối đa (MRL), cả hai đều có thể được sử dụng trong sản xuất nông sản theo Tiêu chuẩn Nông nghiệp Hữu cơ Nhật Bản (JAS).
2. Tổng quan về việc đăng ký thuốc trừ sâu sinh học tại Nhật Bản
Là một quốc gia hàng đầu trong phát triển và ứng dụng thuốc trừ sâu sinh học, Nhật Bản có hệ thống quản lý đăng ký thuốc bảo vệ thực vật tương đối hoàn thiện và sự đa dạng phong phú các loại thuốc trừ sâu sinh học đã đăng ký. Theo thống kê của tác giả, tính đến năm 2023, có 99 chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học đã được đăng ký và có hiệu lực tại Nhật Bản, bao gồm 47 hoạt chất, chiếm khoảng 8,5% tổng hoạt chất của các loại thuốc bảo vệ thực vật đã đăng ký. Trong số đó, 35 hoạt chất được sử dụng làm thuốc diệt côn trùng (bao gồm 2 thuốc diệt tuyến trùng), 12 hoạt chất được sử dụng để khử trùng, và không có thuốc diệt cỏ hoặc các công dụng khác (Hình 1). Mặc dù pheromone không thuộc loại thuốc trừ sâu sinh học ở Nhật Bản, nhưng chúng thường được khuyến khích và sử dụng cùng với thuốc trừ sâu sinh học như là các chất bổ sung trong canh tác hữu cơ.
2.1 Thuốc trừ sâu sinh học từ thiên địch
Tại Nhật Bản, có 22 hoạt chất thuốc trừ sâu sinh học thiên địch được đăng ký, có thể được chia thành côn trùng ký sinh, côn trùng ăn thịt và nhện ăn thịt theo loài và cơ chế tác động. Trong đó, côn trùng ăn thịt và nhện ăn thịt săn mồi các loại côn trùng gây hại để làm thức ăn, còn côn trùng ký sinh đẻ trứng vào vật chủ ký sinh và ấu trùng nở ra sẽ ăn vật chủ và phát triển để giết chết vật chủ. Các loài côn trùng thuộc bộ Hymenoptera ký sinh, như ong ký sinh rệp, ong ký sinh rệp, ong ký sinh rệp, ong ký sinh rệp, ong ký sinh rệp, ong ký sinh rệp và ấu trùng Mylostomus japonicus, được đăng ký tại Nhật Bản, chủ yếu được sử dụng để kiểm soát rệp, ruồi và ruồi trắng trên rau trồng trong nhà kính, còn các loài côn trùng thuộc bộ Chrysoptera, bọ xít, bọ rùa và bọ trĩ chủ yếu được sử dụng để kiểm soát rệp, bọ trĩ và ruồi trắng trên rau trồng trong nhà kính. Các loài nhện ăn thịt chủ yếu được sử dụng để kiểm soát nhện đỏ, nhện lá, bọ ve, bọ trĩ, bọ trĩ và ruồi trắng trên rau, hoa, cây ăn quả, đậu và khoai tây trồng trong nhà kính, cũng như trên rau, cây ăn quả và chè trồng ngoài đồng. Các loài thiên địch như Anicetus beneficus, Pseudaphycus mali⁃nus, E. eremicus, Dacnusa Sibirica sibirica, Diglyphus isaea, Bathyplectes anurus, degenerans (A. (=Iphiseius) degenerans, A. cucumeris) không được đăng ký lại.
2.2 Thuốc trừ sâu sinh học
Tại Nhật Bản, có 23 loại hoạt chất thuốc trừ sâu vi sinh được đăng ký, có thể được chia thành thuốc trừ sâu/diệt nấm virus, thuốc trừ sâu/diệt nấm vi khuẩn và thuốc trừ sâu/diệt nấm nấm theo loại và công dụng của vi sinh vật. Trong đó, thuốc trừ sâu vi sinh tiêu diệt hoặc kiểm soát sâu hại bằng cách lây nhiễm, nhân lên và tiết độc tố. Thuốc diệt nấm vi sinh kiểm soát vi khuẩn gây bệnh thông qua cạnh tranh xâm chiếm, tiết ra chất kháng khuẩn hoặc chất chuyển hóa thứ cấp và gây ra khả năng kháng bệnh ở thực vật [1-2, 7-8, 11]. Thuốc diệt tuyến trùng nấm (ăn thịt) Monacrosporium phymatopagum, thuốc diệt nấm vi sinh Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas sp.CAB-02, Fusarium oxysporum không gây bệnh và chủng virus gây bệnh đốm nhẹ trên ớt đã được làm suy yếu, và việc đăng ký các loại thuốc trừ sâu vi sinh như Xan⁃thomonas campestris pv.retroflexus và Drechslera monoceras đã không được gia hạn.
2.2.1 Thuốc trừ sâu sinh học
Thuốc trừ sâu vi khuẩn dạng hạt và nhân đa diện được đăng ký tại Nhật Bản chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu hại cụ thể như sâu đục quả táo, sâu đục quả chè và sâu đục lá chè, cũng như vi khuẩn Streptococcus aureus trên các loại cây trồng như trái cây, rau quả và đậu. Là loại thuốc trừ sâu vi khuẩn được sử dụng rộng rãi nhất, Bacillus thuringiensis chủ yếu được sử dụng để kiểm soát sâu hại thuộc bộ Lepidoptera và Hemiptera trên các loại cây trồng như rau quả, lúa, khoai tây và cỏ. Trong số các loại thuốc trừ sâu nấm được đăng ký, Beauveria bassiana chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu hại có miệng cắn và chích như bọ trĩ, rệp vảy, ruồi trắng, nhện, bọ cánh cứng, rệp sáp và rệp vừng trên rau quả, cây thông và chè. Beauveria brucei được sử dụng để kiểm soát sâu hại thuộc bộ Coleoptera như rệp sáp và bọ cánh cứng trên cây ăn quả, cây gỗ, cây bạch chỉ, hoa anh đào và nấm hương. Metarhizium anisopliae được sử dụng để kiểm soát bọ trĩ trong canh tác rau và xoài trong nhà kính; Nấm Paecilomyces furosus và Paecilopus pectus được sử dụng để kiểm soát ruồi trắng, rệp và nhện đỏ trong các loại rau và dâu tây trồng trong nhà kính. Loại nấm này cũng được sử dụng để kiểm soát ruồi trắng và bọ trĩ trong việc trồng rau, xoài, hoa cúc và hoa lan chuông trong nhà kính.
Là loại thuốc diệt tuyến trùng vi sinh duy nhất được đăng ký và có hiệu quả tại Nhật Bản, Bacillus Pasteurensis punctum được sử dụng để kiểm soát tuyến trùng gây bệnh thối rễ ở rau, khoai tây và quả sung.
2.2.2 Thuốc diệt khuẩn
Chủng virus gây bệnh vàng lá bí ngòi suy yếu (Zucchini yellowing Mosaic virus attenuated strain) được đăng ký tại Nhật Bản đã được sử dụng để kiểm soát bệnh khảm và bệnh héo rũ do vi khuẩn Fusarium gây ra bởi vi khuẩn liên quan đến dưa chuột. Trong số các loại thuốc diệt nấm sinh học được đăng ký tại Nhật Bản, Bacillus amylolitica được sử dụng để kiểm soát các bệnh nấm như thối nâu, mốc xám, bệnh bạc lá, bệnh sao trắng, bệnh phấn trắng, mốc đen, bệnh mốc lá, bệnh đốm, rỉ trắng và bệnh cháy lá trên rau, quả, hoa, hoa bia và thuốc lá. Bacillus simplex được sử dụng để phòng ngừa và điều trị bệnh héo vi khuẩn và bệnh bạc lá do vi khuẩn trên lúa. Bacillus subtilis được sử dụng để kiểm soát các bệnh do vi khuẩn và nấm như mốc xám, phấn trắng, bệnh sao đen, bệnh đạo ôn lúa, bệnh phấn trắng, bệnh bạc lá, bệnh cháy lá, bệnh đốm trắng, bệnh đốm, bệnh loét, bệnh bạc lá, bệnh mốc đen, bệnh đốm nâu, bệnh cháy lá đen và bệnh đốm vi khuẩn trên rau, quả, lúa, hoa và cây cảnh, đậu, khoai tây, hoa bia, thuốc lá và nấm. Các chủng vi khuẩn Erwenella không gây bệnh, phân loài gây thối mềm cà rốt, được sử dụng để kiểm soát bệnh thối mềm và bệnh loét thân trên rau, cây có múi, cây họ cam quýt và khoai tây. Pseudomonas fluorescens được sử dụng để kiểm soát bệnh thối, thối đen, thối đen do vi khuẩn và thối nụ hoa trên rau lá. Pseudomonas roseni được sử dụng để kiểm soát bệnh thối mềm, thối đen, thối nụ hoa, đốm vi khuẩn, đốm đen do vi khuẩn, thủng vi khuẩn, thối mềm do vi khuẩn, bệnh cháy thân do vi khuẩn, bệnh cháy cành do vi khuẩn và bệnh loét thân do vi khuẩn trên rau quả. Phagocytophage mirabile được sử dụng để kiểm soát bệnh sưng rễ ở rau họ cải, và vi khuẩn gây bệnh vàng lá được sử dụng để kiểm soát bệnh phấn trắng, mốc đen, bệnh than, mốc lá, mốc xám, đạo ôn lúa, bệnh bạc lá do vi khuẩn, bệnh héo vi khuẩn, bệnh sọc nâu, bệnh cây con kém chất lượng và bệnh cháy lá cây con trên rau, dâu tây và lúa, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của rễ cây trồng. Lactobacillus plantarum được sử dụng để kiểm soát bệnh thối mềm trên rau và khoai tây. Trong số các loại thuốc diệt nấm được đăng ký tại Nhật Bản, Scutellaria microscutella được sử dụng để phòng ngừa và kiểm soát bệnh thối hạch trên rau, bệnh thối đen trên hành lá và tỏi. Trichoderma viridis được sử dụng để kiểm soát các bệnh do vi khuẩn và nấm như bệnh bạc lá lúa, bệnh đốm nâu do vi khuẩn, bệnh cháy lá và bệnh đạo ôn lúa, cũng như bệnh đốm tím măng tây và bệnh trắng râu thuốc lá.
2.3 Tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng
Có hai loài tuyến trùng gây bệnh côn trùng được đăng ký hiệu quả tại Nhật Bản, và cơ chế diệt côn trùng của chúng [1-2, 11] chủ yếu liên quan đến việc phá hủy bộ máy xâm nhập, tiêu thụ chất dinh dưỡng và phân hủy tế bào mô, và vi khuẩn cộng sinh tiết ra độc tố. Steinernema carpocapsae và S. glaseri, được đăng ký tại Nhật Bản, chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các loại sâu hại như khoai lang, ô liu, sung, hoa và cây lá, hoa anh đào, mận, đào, dâu tây đỏ, táo, nấm, rau, cỏ và bạch quả như sâu đục thân ô liu, sâu đục thân nho đen, sâu đục thân cọ đỏ, sâu đục thân sao vàng, sâu đục thân cổ đào, sâu đục thân mì Udon, sâu đục thân bướm kép, sâu đục thân cỏ Zoysia, sâu đục thân khoai tây Scirpus, sâu đục thân Dipteryx japonica, sâu đục thân cây anh đào Nhật Bản, sâu đục quả đào, sâu đục thân Aculema Japonica và nấm đỏ. Việc đăng ký tuyến trùng gây bệnh côn trùng S. kushidai không được gia hạn.
3. Tóm tắt và triển vọng
Tại Nhật Bản, thuốc trừ sâu sinh học rất quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học, cũng như duy trì sự phát triển nông nghiệp bền vững. Không giống như các quốc gia và khu vực như Hoa Kỳ, Liên minh Châu Âu, Trung Quốc và Việt Nam [1, 7-8], thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản được định nghĩa hẹp là các tác nhân kiểm soát sinh học sống không biến đổi gen có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho canh tác hữu cơ. Hiện nay, có 47 loại thuốc trừ sâu sinh học được đăng ký và có hiệu quả tại Nhật Bản, thuộc nhóm thiên địch, vi sinh vật và tuyến trùng gây bệnh cho côn trùng, được sử dụng để phòng ngừa và kiểm soát các loài chân đốt gây hại, tuyến trùng ký sinh thực vật và mầm bệnh trên cây trồng trong nhà kính và ngoài đồng như rau, quả, lúa, chè, cây gỗ, hoa và cây cảnh, cũng như trên bãi cỏ. Mặc dù các loại thuốc trừ sâu sinh học này có ưu điểm là độ an toàn cao, nguy cơ kháng thuốc thấp, khả năng tự tìm kiếm hoặc tiêu diệt ký sinh trùng gây hại nhiều lần trong điều kiện thuận lợi, thời gian hiệu quả dài và tiết kiệm nhân công, nhưng chúng cũng có những nhược điểm như độ ổn định kém, hiệu quả chậm, khả năng tương thích kém, phổ kiểm soát hẹp và thời gian sử dụng ngắn. Mặt khác, phạm vi cây trồng và đối tượng kiểm soát để đăng ký và sử dụng thuốc trừ sâu sinh học ở Nhật Bản cũng tương đối hạn chế và không thể thay thế thuốc trừ sâu hóa học để đạt được hiệu quả đầy đủ. Theo thống kê [3], vào năm 2020, giá trị thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng ở Nhật Bản chỉ chiếm 0,8%, thấp hơn nhiều so với tỷ lệ số lượng hoạt chất được đăng ký.
Là hướng phát triển chính của ngành công nghiệp thuốc trừ sâu trong tương lai, thuốc trừ sâu sinh học đang được nghiên cứu, phát triển và đăng ký sử dụng nhiều hơn trong sản xuất nông nghiệp. Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ sinh học, lợi thế về chi phí của nghiên cứu và phát triển thuốc trừ sâu sinh học, việc cải thiện an toàn và chất lượng thực phẩm, giảm thiểu tác động đến môi trường và yêu cầu phát triển bền vững trong nông nghiệp, thị trường thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản đang tiếp tục tăng trưởng nhanh chóng. Inkwood Research ước tính rằng thị trường thuốc trừ sâu sinh học của Nhật Bản sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 22,8% từ năm 2017 đến năm 2025, và dự kiến đạt 729 triệu đô la vào năm 2025. Với việc thực hiện "Chiến lược Hệ thống Thực phẩm Xanh", thuốc trừ sâu sinh học đang được nông dân Nhật Bản sử dụng rộng rãi.
Thời gian đăng bài: 14 tháng 5 năm 2024