Luận văn Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất nấm metarhizium spp trừ sâu hại cây trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NẤM METARHIZIUM SPP TRỪ SÂU HẠI CÂY TRỒNG Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện : Phan Công Nhật MSSV: 0811110061 Lớp: 08CSH1 TP. Hồ Chí Minh, 2011 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết. Các số liệu, những kết quả thí nghiệm trong báo cáo khóa luận tốt nghiệp là trung thực. Nội dung bài báo cáo này có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo. Sinh viên thực hiện Phan Công Nhật LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên con xin gửi những lời thân thương nhất đến cha mẹ, người đã sinh thành, dưỡng dục và nuôi dạy con nên người. Cha mẹ là nguồn động lực to lớn giúp con vững bước phấn đấu trong học tập và cuộc sống. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cám ơn toàn thể quý Thầy Thầy Cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM đã quan tâm, nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt ba năm học. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hai, người cô đáng kính đã nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức để em có thể hoàn thành tốt đề tài này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể tập thể 08CSH đã chia sẽ những vui buồn, nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011 SVTH: Phan Công Nhật i MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................... MỤC LỤC ....................................................................................................i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................iv DANH MỤC BẢNG....................................................................................v DANH MỤC HÌNH ...................................................................................vi DANH MỤC SƠ ĐỒ ................................................................................ vii LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BIỆN PHÁP SINH HỌC PHÒNG TRỪ SÂU HẠI CÂY TRỒNG ....................................................3 1.1. Vị trí của phương pháp hóa học trong hệ thống bảo vệ cây trồng ...........3 1.1.1. Biện pháp hóa học trong BVTV những năm đầu thế kỷ XX ..........3 1.1.2. Hạn chế của thuốc hóa học trong BVTV vào thập kỷ 80 - 90 thế kỷ XX..........................................................................................4 1.2. Đấu tranh sinh học trong tự nhiên là cơ sở, nền tảng của CNSH trong BVTV ...................................................................................................5 1.2.1. Sơ lược lịch sử về đấu tranh sinh học (ĐTSH) ..............................5 1.2.2. Khái niệm về đấu tranh sinh học ..................................................6 1.2.3. Cơ sở khoa học của đấu tranh sinh học trong BVTV .....................7 1.2.4. Các nhóm sinh vật có ích trong ĐTSH ..........................................8 1.3. Vị trí của biện pháp sinh học trong BVTV .............................................8 1.4. Các hướng chính của đấu tranh sinh học ................................................9 1.4.1. Tính toán để nâng cao hoạt tính của sinh vật có ích ......................9 ii 1.4.2. Nghiên cứu tạo ra các chế phẩm sinh học trong phòng trừ sinh vật gây hại.......................................................................................10 1.5. Tính ưu việt của chế phẩm sinh học .....................................................11 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA NẤM METARHIZIUM SPP 13 2.1. Phân loại ..............................................................................................13 2.2. Đặc điểm hình thái ...............................................................................13 2.3. Độc tố diệt côn trùng của nấm Metarhizium .........................................14 2.4. Cơ chế tác động của nấm lên côn trùng và con đường truyền bệnh .....15 2.4.1. Cơ chế tác động...........................................................................16 2.4.2. Con đường truyền bệnh ..............................................................16 2.5. Cấu tạo và thành phần hóa học của tế bào vi nấm ................................17 2.6. Khả năng đồng hóa các nguồn cacbon, nitơ của nấm M. anisoliae .......20 2.7. Nhu cầu về chất kích thích sinh trưởng ...............................................21 2.8. Phổ ký chủ của nấm lục cương Metarhizium spp..................................22 CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG NẤM METARHIZIUM SPP ......................................................27 3.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng Metarhizium trên thế giới .....................27 3.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Metarhizium ở Việt Nam......................28 3.3. Hiệu lực phòng trừ sâu hại của chế phẩm Metarhizium anisopliae .......29 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM NẤM METARHIZIUM SPP TRỪ SÂU HẠI ....................33 4.1. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm.............................33 4.1.1. Ảnh hưởng môi trường nuôi cấy .................................................33 4.1.2. Nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến quá trình phát triển của nấm M. anisopliae ................................................................33 4.1.3. Ảnh hưởng của ánh sáng .............................................................34 4.1.4. Ảnh hưởng của độ thoáng khí .....................................................34 iii 4.1.5. Ảnh hưởng của hàm lượng nước .................................................34 4.1.6. Ảnh hưởng của pH ......................................................................34 4.2. Công nghệ sản xuất nấm Metarhizium spp ...........................................35 4.2.1. Sử dụng các chủng giống để sản xuất ..........................................35 4.2.2. Chọn môi trường .........................................................................35 4.3. Phương pháp sản xuất ..........................................................................37 4.3.1. Lên men chìm .............................................................................37 4.3.2. Lên men bề mặt không vô trùng..................................................40 4.3.3. Lên men xốp ...............................................................................42 4.3.4. Tạo chế phẩm ở qui mô nhỏ- thủ công ........................................46 4.4. Cải tiến quy trình bảo quản giống gốc ..................................................46 4.4.1. Phục hồi giống gốc......................................................................46 4.4.2. Các phương pháp bảo quản một số giống nấm côn trùng ở Việt Nam ..........................................................................................47 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................49 5.1. Kết luận ...............................................................................................49 5.2. Kiến Nghị ............................................................................................49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................50 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BVTV : Bảo vệ thực vật B.bassiana : Beauveria .bassiana Bt : Bacciluss Thuringiensis bt : bào tử cc : Cubic centimeter cs : Cộng sự cm : Centimet ĐTSH : Đầu tranh sinh học g : Gram IU : International Unit Mat : Metarhizium anisopliae M.anisopliae : Metarhizium anisopliae M. flavoviride : Metarhizium flavoviride Môi trường PDA : Potato Dextro Agar Môi trường PGA : Potato Glucose Agar mg : Milligram ml : Milliitter NPV : Nucleo Polyhedrosis Virus NSP : Ngày sau phun v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Hiệu lực của chế phẩm nấm Metarhizium anisopliae trên bọ xít hại nhãn vải (Tessaratoma papillosa) trong phòng thí nghiệm ......................................................................................30 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Metarhizium anisopliae ...............................................................13 Hình 2.2. Cơ chế tác dụng của chế phẩm ....................................................17 Hình 2.3. Khuẩn lạc Metarhizium anisopliae .............................................19 Hình 2.4. Bào tử nấm ..................................................................................19 Hình 2.5. Sâu xanh hại bông .......................................................................25 Hình 2.6. Bọ lá khoai tây ............................................................................25 Hình 2.7. Châu chấu bị nấm tấn công..........................................................26 Hình 2.8. Bọ rầy bị nhiễm nấm Metarhizium ..............................................26 Hình 3.1. Chế phẩm Metarhizium anisopliae trừ bọ cánh cứng...................31 Hình 3.2. Chế phẩm Metarhizium 80LS ......................................................31 Hình 3.3. Chế phẩm Metarhizium 90 DP ....................................................32 Hình 3.4. Chế phẩm BIMA .........................................................................32 vii DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1. Sơ đồ lên men chìm được sản xuất tại một số cơ sở trong nước ..................................................................................................39 Sơ đồ 3.2. Sơ đồ lên men bề mặt không vô trùng ........................................41 Sơ đồ 3.3. Sơ đồ quá trình lên men xốp.......................................................43 Sơ đồ 3.4. Quy trình sản xuất nấm Mat theo phương pháp lên men bề mặt ..................................................................................................45 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 1 LỜI MỞ ĐẦU Sâu bệnh gây hại luôn là mối đe dọa cho nền sản xuất nông nghiệp. Đối với các quốc gia dựa nên nông nghiệp, sự nguy hại đó lại càng nghiêm trọng hơn. Chính vì vậy chúng trở thành đối tượng quan tâm trong rất nhiều nghiên cứu khoa học với mong muốn làm sao loại trừ được các loài sâu bệnh gây hại. Qua nhiều thập kỷ, để diệt các sâu bệnh gây hại, con người dựa chủ yếu biện pháp hóa học như một biện pháp đem lại hiệu quả tối đa. Tuy nhiên song song với lợi ích đó, biện pháp hóa học gây xáo trộn hệ sinh thái, làm thoái hóa và làm ô nhiễm môi trường. Cao hơn nữa, thuốc hóa học còn làm tăng tính kháng thuốc của sâu hại và dư lượng thuốc hóa học tồn đọng trong thực vật gây tác động xấu đến sức khỏe của con người. Trước thực tế đó, con người phải tìm kiếm một phương pháp khác vừa hiệu quả vừa an toàn cho con người và không ô nhiễm môi trường đồng thời không làm mất cân bằng sinh thái. Trên cơ sở đó, biện pháp phòng trừ bằng sinh học ra đời. Biện pháp này dựa trên khả năng kí sinh của các loài nấm, vi khuẩn, virus và khả năng ăn con mồi của các loài ăn thịt, có nghĩa là sử dụng các sinh vật sống để diệt trừ côn trùng gây hại. Nhờ những ưu điểm của mình, biện pháp này hiện đang được các nhà khoa học khắp thế giới rất quan tâm và là hướng ưu tiên hàng đầu trong công tác phòng trừ sâu bệnh. Ở Việt Nam, biện pháp sinh học cũng được quan tâm và phát triển trong nhiều năm gần đây khi mà vấn đề ngộ độc thực phẩm và nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật đã lên đến mức báo động. Trong số các tác nhân phòng trừ thì nấm xanh Metarhizium được sử dụng rộng rãi vì có ưu điểm là phổ kí sinh rộng. Sản xuất chế phẩm nấm sử dụng trong phòng trừ sâu hại cây trồng cũng lại là vấn đề quan tâm của Công nghệ sinh học. Đó cũng chính là lý do để em thực hiện tổng quan Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 2 về đề tài: “Tìm hiều quy trình công nghệ sản xuất nấm Metarhizium spp trừ sâu hại cây trồng”. Mục đích và nội dung Mục đích - Tìm hiểu quy trình sản xuất nấm xanh Metarhizium spp trừ sâu hại cây trồng. Nội dung - Biện pháp sinh học trong phòng trừ sâu hại cây trồng. - Đặc điểm chung của nấm Metarhizium spp. - Tình hình nghiên cứu và sử dụng nấm Metarhizium spp. - Quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm nấm Metarhizium spp trừ sâu. - Hiệu lực phòng trừ sâu hại của chế phẩm Metarhizium anisopliae. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 3 CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG PHÒNG TRỪ SÂU HẠI CÂY TRỒNG 1.1. Vị trí của phương pháp hóa học trong hệ thống bảo vệ cây trồng [4, 7] 1.1.1. Biện pháp hóa học trong BVTV những năm đầu thế kỷ XX Những năm đầu của thế kỷ XX, ngành hóa học bảo vệ thực vật đã phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là sau đại chiến thế giới thứ hai, toàn thế giới đã sản xuất ra hơn 15 triệu tấn thuốc hóa học để phun trên diện tích hơn 4 tỷ ha cây trồng nông- lâm nghiệp. Thực tế cho thấy, trên đồng ruộng đã giảm hẳn số lượng sâu bệnh hại và năng suất, sản lượng nông nghiệp tăng lên xấp xỉ hai lần. Kết quả này cho thấy chỉ cần có thuốc hóa học, con người có thể giải quyết được việc phòng trừ sâu, bệnh hại cây trồng và thời gian đó biện pháp hóa học đã giữ vị trí khá quan trọng, gần như là độc tôn trong phòng trừ dịch hại bảo vệ cây trồng. Từ giữa những năm 1950 trở đi, việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu hóa học đã không ngừng được tăng nhanh và phát triển rộng khắp trên nhiều đối tượng cây trồng, ở khắp mọi nơi trên toàn thế giới với số lượng ngày càng lớn. Vì vậy, việc sử dụng thuốc hóa học phòng trừ sâu, bệnh hại ở nhiều nước đã trở nên lạm dụng, có khi còn quá tùy tiện, rất nhiều nơi chỉ trong 1 vụ họ đã phun tới 10- 12 lần, thậm chí có khi lên tới 20-24 lần, đến lúc nào đó thì năng suất cây trồng đã không thể tăng lên được nữa mà bị chững lại và kết quả ngược lại là sâu, bệnh hại lại có chiều hướng gia tăng bởi vì sâu, bệnh hại cây trồng đã quen dần với thuốc hóa học. Thực tế là sâu, bệnh hại đã phát sinh, phát triển ngày một nhiều hơn, chúng đã phá hoại cây trồng nhanh hơn và gây thiệt hại đáng kể, có nhiều loài sâu hại trước đây chỉ là thứ yếu thì nay lại trở thành chủ yếu là do chúng đã phát sinh với số lượng lớn, rộng khắp trên toàn diện tích trồng trọt và phá hoại rất Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 4 mạnh, chính điều đó đã gây ra những tổn thất và làm mùa màng thiệt hại nghiêm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và phẩm chất của nông sản. 1.1.2. Hạn chế của thuốc hóa học trong BVTV vào thập kỷ 80 - 90 thế kỷ XX Do phun thuốc trừ sâu hóa học định kỳ với nồng độ cao nên môi trường sinh thái chung bị ô nhiễm trầm trọng, các nông sản phẩm bị nhiễm độc và ít nhiều cũng để lại dư lượng hóa chất trong nông sản thực phẩm. Điều tra trên các cây trồng nông - lâm nghiệp, các nhà khoa học đã phát hiện thấy có khoảng 500 loài sâu, nhện hại mang tính kháng thuốc. Các quần thể côn trùng ký sinh, thiên địch có ích như các loài ăn thịt và bắt mồi ngoài tự nhiên đã bị giảm hẳn số lượng. Ong bướm thụ phấn hoa đã bị tiêu diệt khá nhiều, điều này đã gây ảnh hưởng lớn đến năng suất cây trồng đặc biệt là các loại côn trùng thụ phấn chéo. Các loài giun và côn trùng sống trong đất cày cũng ngày một ít đi. Cá, tôm, cua, ếch, nhái,... ở các ao hồ bị giảm sút rõ rệt, các loài chim thú ăn sâu cũng dần dần biến mất, có khi bị cạn kiệt. Chính vì vậy, vai trò của các biện pháp sinh học trong đấu tranh sinh học đã được các nhà khoa học trong những năm 80 - 90 của thế kỷ XX đánh giá rất cao khi mà biện pháp hóa học đã bộc lộ rõ những hạn chế chính như sau: - Thuốc hóa học đã tác động lên hệ côn trùng ký sinh và ăn thịt mạnh hơn nhiều so với đối tượng sâu hại cần phòng trừ. - Thuốc tích tụ trong các cơ thể động vật, thực vật thông qua chuỗi mắt xích thức ăn, thuốc còn đọng lại cả trên đất, nước mà cá, tôm đã ăn phải con người lại ăn cả những loại cá, tôm trên. - Liều lượng thuốc trừ sâu cứ tăng dần nên dẫn đến môi trường sinh thái bị ảnh hưởng, sức khỏe con người bị giảm sút. - Việc sử dụng liên tục một loại thuốc đã gây cho những cá thể bị đột biến có khả năng chịu đựng cao với thuốc trừ sâu làm cho sâu hại lờn thuốc. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 5 1.2. Đấu tranh sinh học trong tự nhiên là cơ sở, nền tảng của CNSH trong BVTV 1.2.1. Sơ lược lịch sử về đấu tranh sinh học (ĐTSH) Lịch sử của việc ứng dụng đấu tranh sinh học đã được phát triển theo sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới. Thêm vào đó, khi kinh tế ở mỗi nước phát triển thì cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện và đấu tranh sinh học cũng ngày càng được phát triển, trong đó khoa học về công nghệ sinh học trong BVTV càng được các nhà lãnh đạo của những nước đó quan tâm chú ý để nâng cao chất lượng sản phẩm nhằm mục đích phục vụ trở lại cho con người. Có thể kể ra một vài ví dụ cụ thể về lịch sử phát triển của đấu tranh sinh học là từ xa xưa, con người đã biết sử dụng những loài côn trùng và nhện gây hại cây trồng. Ngay từ thế kỷ I - IV, người nông dân Việt Nam đã biết dùng kiến vàng để phòng trừ sâu hại cam, chanh. Người Trung Hoa cổ xưa cũng biết dùng kiến vàng để trèo lên cây cho kiến ăn sâu, ăn bọ xít hại cây. Năm 1856, tại Pháp, nhà khoa học Fitch đã thí nghiệm dùng bọ rùa ăn rệp hại cây, tác giả nhận thấy có hiệu quả,... Năm 1882, tác giả Cook. Mc cho biết, loài người đã biết sử dụng các loài côn trùng có ích như bọ mắt vàng, bọ xít, kiến,... để diệt sâu, bảo vệ cây trồng. Đầu thế kỷ XX có rất nhiều công trình nghiên cứu mang tính quy luật về vai trò của các nhóm sâu ăn thịt như bọ rùa, bọ xít, kiến,... của nhóm ký sinh như ong, ruồi,... Vào những năm 1890 - 1897, nhà khoa học Koben người Đức đã thu thập nấm Metarhizium sp ký sinh trên sâu hại từ HaOai, mang về Đức để nghiên cứu. Năm 1870 - 1895, nhà bác học Louis Paster cũng đã phát hiện ra vi khuẩn Bacillus thuringiensis và nấm Beauveria sp gây hại trên con tằm vôi Bombyx more, theo các tác giả thì đây là hướng mở ra cho việc nghiên cứu sử dụng các vi sinh vật gây bệnh với sâu hại nói riêng và côn trùng hại nói chung. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phan Công Nhật 6 Những năm gần đây, nhiều nhà khoa học BVTV trên thế giới và trong nước đã nghiên cứu thành công việc kết hợp các biện pháp sinh học với biện pháp hóa học để phòng trừ sâu bệnh hại đạt kết quả tốt. Các kết quả nghiên cứu có giá trị của ngành hóa hữu cơ và hóa phân tích đã giúp cho một số nhà khoa học tách được các chất dẫn dụ sinh dục đối với một số đối tượng sâu hại, làm cho con cái mất khả năng sinh sản dẫn đến loài sâu hại do đó bị diệt vong. Năm 1965, nhà khoa học Steiner đã nghiên cứu ra chất dẫn dụ ăn uống Metylengenol, khi hỗn hợp chất dẫn dụ này với thuốc trừ sâu có nguồn gốc lân hữu cơ (phosphat) theo tỷ lệ 97: 3 (100%), tác giả Steiner đã tẩm dịch hỗn hợp trên vào bã mía, kết quả cho thấy chất dẫn dụ ăn uống Metylengenol có thể dẫn dụ được các con đực của ruồi đục quả ở phạm vi bán kính xa 1km, theo Steiner, chỉ cần sử dụng 8g chất dẫn dụ ăn uống Metylengenol cho 1 ha thì có thể tiêu diệt được hoàn toàn ruồi đục quả Dacus dorsalis hại cam, chanh. Thực tế cho thấy trên thế giới, đấu tranh sinh học đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ lâu. Ở nước ta, đấu tranh sinh học cũng đã được biết đến từ xa xưa, nhưng những năm gần đây mới được nghiên cứu trên cơ sở công nghệ sinh học để phát triển và hoàn thiện quy trình một cách đồng bộ trên quy mô lớn, nhằm góp phần ứng dụng vào bảo vệ cây trồng theo hướng bền vững tạo ra nông sản, thực phẩm an toàn phục vụ cho cuộc sống của con người. 1.2.2. Khái niệm về đấu tranh sinh học Theo tài liệu của Hoàng