Đánh giá hiệu quả phòng trừ của CHITOSAN đối với tuyến trùng hạt tiêu tại Bình Phước

qua bị tổn thất đáng kể do cây thường bị bệnh với những dấu hiệu như: rễ có nhiều nốt sưng, lá vàng, cây khô chết dần mà một trong những nguyên nhân gây bệnh là do tuyến trùng (Phạm Văn Biên, 1989, Nguyễn Ngọc Châu 1990, 1993, Đào Thị Loan Hoa, 2003). Biện pháp sử dụng phổ biến để phòng trừ tuyến trùng hại tiêu chủ yếu dựa vào các loại thuốc hóa học. Điều này không những làm tăng tính kháng thuốc của dịch hại, giảm hiệu quả phòng trừ, ảnh hưởng đến môi trường sống mà còn giảm đáng kể chất lượng và giá trị xuất khẩu của hạt tiêu. Vì vậy, tuy nắm hơn 50% thị trường thế giới nhưng vẫn còn ý kiến cho rằng thương hiệu cây tiêu Việt Nam vẫn còn mờ nhạt trên thị trường quốc tế (dẫn theo Bộ NN &PT NT, 2008). Một trong những nguyên nhân là do tính không ổn định của chất lượng sản phẩm. Để tăng tính ổn định cho đầu ra và nâng cao giá trị xuất khẩu của tiêu Việt Nam, các đơn vị và địa phương đang xây dựng chương trình sản xuất tiêu an toàn theo các tiêu chuẩn GAP (Good Agricultural Practices). Chương trình này đòi hỏi hạn chế thấp nhất việc sử dụng các loại hóa chất độc hại, giảm thiểu sự tồn dư hóa chất trong sản phẩm. Vì vậy, cần phải nghiên cứu để tìm những sản phẩm sinh học thay thế cho các loại hóa chất nông dược, đáp ứng yêu cầu của sản xuất. Đây cũng chính là lý do để sinh viên thực hiện đồ án “Đánh giá hiệu quả phòng trừ của chế phẩm Chitosan đối với tuyến trùng hại tiêu tại Bình Phước ” nhằm giúp sản xuất lựa chọn chế phẩm có nguồn gốc sinh học, thay thế các loại thuốc hóa học, góp phần cải thiện giá trị sản phẩm tiêu Việt Nam, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống của cộng đồng 1. Mục tiêu của đề tài Xác định hiệu quả phòng trừ tuyến trùng hại tiêu của Chitosan. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đồ án là tuyến trùng hại tiêu (Meloidogyne spp.) và chế phẩm Chitosan 0,5% có nguồn gốc từ Trung Quốc (do Cục Bảo Vệ Thực vật nhập nội và cung cấp cho đồ án). Phạm vi nghiên cứu Hiệu quả phòng trị tuyến trùng Meloidogyne spp. gây hại trên cây tiêu của Chitosan tại Bình Phước. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tình hình sản xuất ngành hồ tiêu trong nước và trên thế giới Tiêu là cây trồng quan trọng của nhiều nước trên thế giới như Ấn Độ, Brazil, Campuchia, Indonesia, Malaysia, Sri Lanka, Thái Lan, Trung Quốc. Việt Nam được chính thức gia nhập Cộng đồng Hồ tiêu quốc tế (IPC) từ tháng 3/2005. Từ đó ngành hồ tiêu của Việt Nam có nhiều thuận lợi để phát triển bền vững trong bối cảnh toàn cầu hoá và nhu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm của thị trường (dẫn theo Viện Chính sách và chiến lược Phát triển Nông thôn). Với qui mô trồng và năng suất như hiện nay, sản lượng hồ tiêu dao động trên dưới 100.000 tấn/năm, tuỳ theo điều kiện thời tiết và bệnh hại. Dịch hại là vấn nạn cho các vùng trồng tiêu ở Việt Nam, đặc biệt là tuyến trùng hại rễ (Nguyễn Tăng Tôn, 2006) 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về tuyến trùng hại tiêu Vài nét về tuyến trùng hại cây trồng Hàng năm, tuyến trùng làm giảm 10 – 20% năng suất cây trồng trên thế giới. Powell (1984) cho biết: chỉ tính riêng tuyến trùng nốt sưng hại thuốc lá năm 1982 vùng Carolina đã làm giảm 0,77% sản lượng, gây thiệt hại 8.932.000 USD. Trong nhiều trường hợp tuyến trùng còn có thể tham gia vào quá trình ký sinh gây bệnh cùng một lúc với một số các nguyên nhân gây bệnh khác như nấm và vi khuẩn. Chúng phá vỡ mô tế bào và mạch dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho các VSV gây bệnh khác xâm nhiễm dẫn đến hiện tượng cây bị bệnh với nhiều triệu chứng cùng một lúc. Các loài tuyến trùng nốt sưng Meloidogyne spp. là nhóm gây hại quan trọng chiếm đa số trong nhóm động vật hạ đẳng nhỏ bé. Chúng gây hại trên nhiều loại cây như: cà chua, dưa chuột, ớt, thuốc lá, bầu, bí, chuối, dứa, cam, chanh, nho, dừa, cà phê, hồ tiêu; các loại cây cảnh, các loại cây dược liệu như: bạch chỉ, ngưu tất... Tuyến trùng thực vật đã được tìm ra từ giữa thế kỷ 18. Lần đầu tiên Needham (1743) đã phát hiện ra tuyến trùng thực vật trên bông lúa mỳ, được Steinbuch đặt tên là Vibriotritici. Dựa vào những đặc điểm về hình thái, tập quán sinh sống, đặc tính sinh vật học, mối quan hệ giữa nhóm tuyến trùng thực vật đối với cây trồng mà chúng được chia làm 5 nhóm sinh thái khác nhau (Paramonop, 1962). Kết quả nghiên cứu về tuyến trùng hại hồ tiêu Tuyến trùng là bệnh phổ biến ở nhiều nước Brazil, Ấn Độ, Indonesia… (Ramana, 1987). Winoto 1972, Mustika 1978 v.v..). Theo Winoto (1972) ở Sarawak, tại Malaysia, tuyến trùng Meloidogyne spp. gây hại hàng loạt làm cho cây bị vàng lá, còi cọc và có triệu chứng thiếu dinh dưỡng nghiêm trọng. Triệu chứng bệnh tăng thêm khi có sự kết hợp giữa sự nhiễm Meloidogyne incognita và Fusarium solani, trong điều kiện khô hạn và đất nghèo dinh dưỡng. Fieldphoto (2004) cho biết, tuyến trùng Meloidogyne spp. có hầu hết trên thế giới và đặc biệt là ở những nước có khí hậu ẩm. Ở Hy Lạp tuyến trùng Meloidogyne spp. gây nguy hiểm cho nền nông nghiệp (D. Prophetou, 2003). Tuyến trùng hại rễ (Meloidogyne, Pratylenchus…), rệp vảy, rệp sáp... không chỉ là những sâu bệnh hại nguy hiểm mà vết thương do chúng gây ra tạo điều kiện thuận lợi cho các loại nấm ký sinh yếu gây hại và làm cho cây hồ tiêu chết nhanh hơn. Theo Nguyễn Thơ và CTV (2009), tuyến trùng nốt sưng rễ là một trong những đại diện chủ yếu của tuyến trùng ký sinh thực vật, phần lớn thuộc chi Meloidogyne và có ý nghĩa kinh tế. Tuyến trùng nốt sần rễ thường gây hại đối với nhiều loại cây trồng điển hình là cây hồ tiêu. Chúng chủ yếu sống trong đất, các dạng sợi hạch, bào tử nang, quả nấm… có sức chống chịu lớn, chúng cũng tồn tại trong rễ, xác thực vật nằm trong đất. Tại Đăk Nông, rệp sáp hại rễ và quả, tuyến trùng Pratylenchus, Meloidogyne hại rễ, các loại nấm Pythium, Phytophthora… gây thối rễ, héo cây là những tác nhân chủ yếu hạn chế năng suất và sản lượng hồ tiêu ở vùng này. Ngoài ra các loại bệnh do vi rút, nấm thán thư, tảo… cũng gây hại đáng kể ở nhiều vùng trồng hồ tiêu trong tỉnh. Thành phần bệnh hại tiêu ở các tỉnh Miền Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long gồm có 2 nhóm bệnh hại chính là nhóm bệnh hại thân lá (bao gồm: bệnh thán thư, bệnh đen lá, bệnh đốm lá, bệnh khô vằn, bệnh gỉ lá) và nhóm bệnh hại rễ và gốc thân. Phạm Văn Biên (1989). Kết quả điều tra tại các vùng trồng hồ tiêu khác nhau đã ghi nhận, cây hồ tiêu không chỉ bị bệnh do nấm mà còn có sự hiện diện của nhiều loại tuyến trùng ký sinh trên rễ (Nguyễn Ngọc Châu, 1993) như: Meloidogyne, Radophonus, Rotylencholus… cùng tác động gây hại lên bộ rễ của cây tiêu còn có một số nấm như: Fusarium, Rhizoctonia… những thao tác trong khi bón phân, xới xáo đất và đặc biệt trong mùa mưa nếu tạo ra các vết thuơng cho bộ rễ là điều kiện cho nấm bệnh xâm nhiễm và gây hại bộ rễ, cuối cùng cây bị chết. Mới đây, kết quả điều tra của Nguyễn Thị Thu Thủy, Lê Lương Tề và CTV (2006) cho biết, có 29 loài tuyến trùng thuộc các họ khác nhau có mặt ở các vùng trồng tiêu của Việt Nam. Trong đó, chủ yếu và phổ biến nhất là loài Meloidogyne incognita. Nhóm tác giả cũng nhấn mạnh rằng tuyến trùng Meloidogyne spp. là một trong những nguyên nhân chính gây bệnh nốt sưng rễ – vàng lá chết cây ở các vùng trồng tiêu, gây tác hại đáng kể cần được quan tâm nghiên cứu phòng trừ. Yuji Oka, Rivka Offenbach và Shimon Pivonia (2004) cho rằng: Tất cả các giai đoạn sinh trưởng đều bị tấn công, các triệu chứng phát triển dần dần theo thời gian và không nhận thấy cho đến khi cây trồng biểu hiện ra bên ngoài. Bao gồm các triệu chứng héo vàng và toàn bộ cây kém phát triển; thối và chết có thể xảy ra trong điều kiện trời nóng và khô. Cây sẽ giảm diện tích lá, quả dẫn đến năng suất thấp. Bên dưới mặt đất, các rễ trụ và rễ tơ có hiện tượng u sưng, rễ chuyển sang màu nâu do tế bào bị tác động. Chúng ngăn cản nước và chất dinh dưỡng lên trên lá làm cho cây bị héo vàng. Cây bị tuyến trùng hại rễ dễ dàng bị nấm và vi khuẩn xâm nhập. Ảnh hưởng thứ hai là làm cho lá vàng rụng và cuối cùng cây chết nhanh chóng. Erwin và O.K.Ribeiro (1996) cho rằng, vào giai đoạn kinh doanh, cây hồ tiêu bị bệnh thường có biểu hiện héo nhẹ. Sau đó, lá chuyển vàng và rụng sớm. Sau khi lá rụng, quả bị khô, bộ rễ của cây bị thối. Triệu chứng của bệnh hại là cây ngừng sinh trưởng, lá vàng, rụng đốt, ra hoa và đậu quả kém. Tạo thành những nốt sần ở rễ tiêu là đặc điểm rất cơ bản và đặc trưng của bệnh này, nếu bệnh nặng cây có thể chết. Nhìn chung các biểu hiện của bệnh ở phần cây trên mặt đất rất khác nhau tùy theo mức độ bệnh nặng hay nhẹ (Nguyễn Ngọc Châu và CTV, 1990). Phạm Văn Biên (1989) cho rằng, cây tiêu bị tuyến trùng hại nặng lúc đầu có hiện tượng vàng đều các lá ở nửa dưới tán lá. Lá có màu vàng tươi và không có những vết nâu đen như ở bệnh nấm. Dần dần lá chuyển khô vàng, kém phát triển như khi cây bị hạn hoặc thiếu phân. 1.2.1. Đặc điểm sinh học của tuyến trùng Meloidogyne spp. Tuyến trùng Meloidogyne incognita (Kofoid & White, 1919), (Chitwood, 1949) là loài tuyến trùng nội ký sinh rễ thuộc: giống Meloidogyne, Họ Meloidogynidae, Bộ Tylenchida Cũng như các loài tuyến trùng gây hại cây khác, tuyến trùng Meloidogyne incognita con cái nhiều hơn con đực, đẻ trứng thành từng bọc, trứng nở ra tuyến trùng non. M. incognita sinh sản đơn tính, mặc dù con đực phổ biến và có thể tập hợp ở giai đoạn cuối để dẫn dụ con cái (Whitehead, 1998). Vòng đời của tuyến trùng M. incognita phát triển qua 5 giai đoạn chính: Trứng - Ấu trùng tuổi 1 - Ấu trùng tuổi 2 - Ấu trùng tuổi 3 - Ấu trùng tuổi 4 - Tuyến trùng trưởng thành. Trong 5 giai đoạn này thì ấu trùng tuổi 2 và tuyến trùng M. incognita cái thường dùng để xác định loài. Khi nghiên cứu đặc điểm hình thái của tuyến trùng M.i ở vùng Tân Lâm, Quảng Trị cho thấy chiều dài của ấu trùng tuổi 2 biến thiên từ 390 - 520 mm (Nguyễn Vũ Thanh, Nguyễn Ngọc Châu, 1993) Chiều rộng của ấu trùng tuổi 2 biến thiên từ 10,0 - 17,5 mm, trung bình từ 13,6 ± 1,3 mm. Chiều dài kim chích biến thiên từ 10 - 15 mm, trung bình 13,05 ± 0,90 mm. Tuyến trùng cái có dạng quả lê, lúc nhỏ có màu trắng sữa, khi trưởng thành cơ thể trong suốt, chiều dài biến thiên từ 570 - 970 mm, trung bình 785 ± 49,45 mm. So với chiều dài của tuyến trùng M. incognita ở Tân Lâm, Quảng Trị (510 - 740 mm) (Nguyễn Vũ Thanh và Nguyễn Ngọc Châu, 1993) thì chiều dài của tuyến trùng M. incognita ở Đắk Lắk có phần dài hơn. Chiều dài kim chích từ 15 - 17 mm, trung bình 16,10 ± 0,40 mm. Theo Phạm Văn Biên (1989) chiều dài kim chích của tuyến trùng M. incognita cái từ 15 - 17 mm. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Vũ Thanh và Nguyễn Ngọc Châu (1993) chiều dài kim chích của tuyến trùng M. incognita cái ở Quảng Trị là 15 mm. 1.2.2. Quá trình phát triển của bệnh do tuyến trùng gây ra trên cây tiêu Tuyến trùng ký sinh không những tạo thành nốt sần mà còn làm cho rễ hồ tiêu biến đổi màu sắc và hủy hoại chức năng. Theo Nguyễn Ngọc Châu và CTV (1991) có thể chia quá trình phát triển của bệnh làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Khi tuyến trùng mới xâm nhập vào rễ và tạo nốt sần, rễ tiêu vẫn còn màu sáng, chức năng của rễ chưa bị ảnh hưởng nhiều. Giai đoạn 2: Rễ chuyển sang màu nâu, chức năng dinh dưỡng và vận chuyển nước của rễ đã bị ảnh hưởng. Giai đoạn 3: Rễ chuyển thành màu đen, chức năng của rễ bị phá hủy hoàn toàn. Từ giai đoạn 2, do rễ bị tổn thương và xảy ra quá trình hoại sinh, tạo điều kiện cho nấm, vi khuẩn xâm nhập và có thể gây thêm các bệnh khác cho cây. Bệnh sần rễ không chỉ biểu hiện ở những cây vàng mà còn cả những cây trông bề ngoài còn xanh tốt. Sở dĩ cây còn xanh là do bệnh mới phát triển ở giai đoạn đầu, chức năng của rễ chưa bị hủy hoại, còn những cây vàng thường bệnh đã phát triển ở giai đoạn cuối, lúc này bộ rễ đã bị phá hủy nhiều, tạo điều kiện để các bệnh nấm, vi khuẩn cùng phát triển và gây hại cho cây. Tuyến trùng có thể lan truyền qua các con đường sau: + Tiêu giống từ trong vườn ươm đã bị nhiễm bệnh + Qua người sản xuất, súc vật, dụng cụ, máy móc canh tác Lan truyền theo dòng chảy tự nhiên (Nguyễn Ngọc Châu, Nguyễn Vũ Thanh, 1991), (Nguyễn Ngọc Châu, 1995). Nguồn bệnh có sẵn ở lô trước khi trồng tiêu: do các cây ký chủ của M. incognita như bí đỏ, cà chua, thuốc lá, cỏ hôi (Nguyễn Ngọc Châu, Nguyễn Vũ Thanh, 1991). 1.2.3. Các biện pháp quản lý tuyến trùng hại tiêu Theo Feldphoto (2004), việc quản lý tuyến trùng hại tiêu ở Úc chủ yếu dựa vào giống kháng cộng với luân canh hoặc xử lý đất bằng biện pháp xông hơi. Tuy nhiên, việc chọn lọc giống tiêu kháng tuyến trùng là một vấn đề tương đối khó khăn cho nhiều quốc gia. Vì vậy, các biện pháp canh tác được quan tâm nhiều hơn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, bón phân đạm với liều lượng cao (56 – 147 kg/hecta), phân vi lượng (Bo, Mangan, đồng, molipđen) làm giảm 50 – 60% mật độ tuyến trùng nốt sưng và tăng năng suất lên từ 30 đến 40% (Treskova, 1962). Biện pháp kiểm dịch thực vật được cho rằng có hiệu quả cao trong phòng trừ tuyến trùng hại tiêu tại Canada (Ray Cerkauskas, 2005). Theo tác giả, biện pháp này bao gồm: Kiểm dịch nghiêm ngặt khi chuyển giống từ vùng này sang vùng khác, chọn giống thích hợp cho từng vùng và khi phát hiện khu vực nhiễm bệnh cần cách ly lây lang sang các khu vực khác và không trồng những loại cây dễ nhiễm bệnh tuyến trùng như: Cây hành, tỏi; Giữ đất khô, cây lật đất vào cuối mùa khô để tiêu diệt trứng của tuyến trùng, kiểm soát cỏ dại trên đồng ruộng để cắt đứt ký chủ của tuyến trùng cho phép mật độ tuyến trùng trong đất không vượt quả giới hạn cho phép, không nhập giống ở những nơi bị bệnh tuyến trùng; Sau khi thu hoạch quả thu nhặt những cây bị bệnh đem đi xử lý, bón phân hữu cơ để tăng vi sinh vật đất để giảm mật độ tuyến trùng; Bón phân hữu cơ với lượng 4-10 tấn/ ha. Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bánh dầu neem vào việc kiểm soát tuyến trùng ký sinh thực vật. Những công bố đầu tiên đã cho thấy những hoạt chất sinh học của dầu neem có tác dụng phòng trị tuyến trùng bướu rễ Meloidogyne incognita trên cây đậu tương (dẫn theo Nguyễn Thơ và CTV , 2009). Việc phòng trừ tuyến trùng hại tiêu ở nước ta chủ yếu là dựa vào biện pháp hóa học (Viện khoa học kỹ thuật NN miền Nam, 2008). Tuy nhiên, sau khi dùng thuốc hóa học 60 ngày thì tuyến trùng ở vùng rễ đã phục hồi. Một số sản phẩm trừ tuyến trùng phổ biến được dùng hiện nay ở Việt Nam như Cytokinin (thuốc Sincocin), nấm Paecilomyces lilacinus (thuốc Palina), chế phẩm bột rễ Derris... Gần đây, Viện Bảo Vệ Thực vật đã phát triển chế phẩm MT1 như một dạng hữu cơ vi sinh có tác dụng hạn chế tuyến trùng và một số nấm bệnh trong đất. Thành phần cơ bản của chế phẩm gồm chất hữu cơ và bột thảo mộc, có khả năng ức chế tuyến trùng. Các thí nghiệm cho thấy, sử dụng MT1 với liều lượng 1kg/nọc, sau 6 tháng có thể hạn chế được 73,4% tuyến trùng trong đất (dẫn theo Viện Khoa học Kỹ thuật nông nghiệp Miền Nam, 2008). Trong hoàn cảnh toàn cầu hoá, yêu cầu chất lượng của nông sản ngày càng tăng. Trước tình hình đó, để tăng giá trị của cây tiêu, Việt Nam đang triển khai nhìều chương trình sản sản xuất tiêu theo tiêu chuẩn VietGAP, EURAP. Việc quản lý tuyến trùng nói riêng và dịch hại hồ tiêu nói chung đã có nhiều chuyển biến. Các biện pháp được thực hiện theo hướng quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), quản lý cây trồng tổng hợp (ICM) Canh tác: Đào mương thoát úng trong vườn tiêu triệt để. Đây là biện pháp rất quan trọng để hạn chế bệnh nấm trong đất. Phủ rác hoặc cây xanh trong vườn tiêu, không để mặt đất trơ bị rửa trôi, xói mòn. Dùng choái tiêu sống, có thể dùng cây neem làm choái thay cho cây vông (cây vông hiện nay bị một loại ong đục ngọn, gây chết rất nghiêm trọng). Phân bón: Bón phân hữu cơ có chất lượng ủ hoai triệt để, và phân hữu cơ sinh học là chính (phân bón gốc, bón lá). Chỉ bón thêm phân hóa học cho cân đối dinh dưỡng. Biện pháp này tạo dinh dưỡng tối ưu cho cây tiêu phát triển, tạo sức đề kháng sâu bệnh cho cây, kìm hãm rất hiệu quả nguồn nấm bệnh và tuyến trùng có từ trong đất. Sử dụng thuốc BVTV: Dùng nấm đối kháng Trichoderma bón vào đất (ủ chung với phân bón), phun Trichoderma nước vào đất và phun lên cây để trừ nấm bệnh. Bón bã dầu neem cùng với phân bón. Sử dụng chất kích thích tính kháng. Sử dụng thuốc trừ sâu sinh học. Sử dụng thuốc hóa học hạn chế khi thật cần thiết, không đổ thuốc độc hóa học xuống gốc tiêu. Mô hình IPM/ICM nói trên là biện pháp chẳng những rất có hiệu quả quản lý dịch hại trên cây hồ tiêu mà còn làm tăng chất lượng của sản phẩm hồ tiêu Việt Nam hiện nay. Hướng giải quyết vấn đề kiểm soát mầm bệnh và bảo vệ đất đai: Tiến sĩ Paul Sultie (người mỹ) chuyên gia nghiên cứu độ phì nhiêu của đất đã đưa ra quan điểm: Quản lý đất đai tổng hợp và cây trồng (IPSM : Integrated Plant Soil Management). Hướng giải quyết này lúc đầu chưa được chú ý nhiều, nhưng sau đó không những các nhà khoa học mà nông dân ngày càng quan tâm ủng hộ nhiều hơn nhờ tính xác thực của nó. Theo nguyên lý của TS. Paul Sultie, giải quyết vấn đề tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón vô cơ có 2 cách như sau: - Dùng tác nhân sinh học để làm vệ sinh đất, giúp lông hút của cây trồng không bị sự cản ngại của tuyến trùng và các mầm bệnh, để có thể hút hữu hiệu phân bón và nước sẵn có trong đất hoặc được cung cấp vào. Nhờ vậy giảm hẳn nhu cầu bón đạm của cây trồng cạn. - Dùng tác nhân sinh học để khởi động trực tiếp hoạt động của rễ và khởi động hoạt động của vi sinh vật vùng rễ, giúp cho đất tơi xốp, dễ thoát hơi nước, hòa tan lân, vi lượng, phân hủy hữu cơ… và vì vậy sinh khối rễ tăng lên, nuôi được thân rễ, củ, quả, lá tốt hơn. Sinh khối rễ gia tăng cũng có nghĩa là đã bón hữu cơ vào trong đất. Bên trên mặt, nếu là các loài cây trồng được thu hoạch hết như các loại rau cải, ta cần bón loại phân hữu cơ. Nếu còn dư thừa xác bã ta cần vùi hoặc ủ phân để tái tạo nhu cầu mới. Với nhiều tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngành công nghệ sinh học phục vụ cho nông nghiệp, người ta nghiên cứu sản xuất ra nhiều chế phẩm phân bón, thuốc trừ sâu sinh học có hiệu quả cao. Đặc biệt là các chế phẩm có nguồn gốc thảo mộc từ cây Neem (Azadirachta Indica A.Juss) tên Việt Nam là xoan chịu hạn rất được chú ý. Các hoạt chất sinh học từ hạt Neem có tác dụng diệt trừ sâu rầy, tuyến trùng phá rễ và không độc hại cho người và gia súc, không gây ô nhiễm môi trường, người dân có thể dễ dàng tự cách chiết dầu Neem để phun xịt, diệt trừ vật gây hại hoa màu. 1.3. Các nghiên cứu chiết xuất và sử dụng Chitosan 1.3.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin - chitosan trong tự nhiên Chitin - Chitosan là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn (đứng thứ hai sau xenllulose). Trong tự nhiên Chitosan tồn tại trong cả động vật và thực vật. Trong động vật, Chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số loài động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp sát và giun tròn. Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liến các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo... Chitin - Chitosan là polysacharit có đạm không độc, có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là tập hợp các monosacharit (N-acetyl-β-D-glucosamine) liên kết với nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Hơn nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối bởi các cầu nối đẳng trị (coralente) với các protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác. Hình 1.1 – Chitin, Chitosan và vỏ tôm Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin - chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan. Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xellulose. 1.3.2. Tính chất lý hóa và độc tính của chitosan Cấu trúc hóa học. Trong số các dẫn xuất của chitin thì chitosan là một trong những dẫn xuất quan trọng vì nó có hoạt tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng trong thực tế. Việc sản xuất chitosan rất đơn giản, không cần dung môi, hóa chất độc hại, đắt tiền. Chitosan thu được bằng phản ứng deacetyl hóa chitin, biến đổi nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2. Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là Chitosan, nếu DD < 50% thì gọi là chitin. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2-amino-2-deoxy-b-D-glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết b- (1-4) glucozit. Công thức phân tử: [C6H11O4N]n Phân tử lượng: MChitosan = (161,01)n Công thức cấu tạo của Chitosan: Hình 1.2 – Công thức cấu tạo Chitosan Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-b-D-glucose; Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-b-D-glucopyranose,3 Qua cấu trúc của Chitin – Chitosan ta thấy chitin chỉ có một nhóm chức hoạt động là –OH (H ở nhóm hydroxit bậc 1 linh động hơn H ở nhóm hydroxyl bậc 2 trong vòng 6 cạnh) còn Chitosan có 2 nhóm chức hoạt động là –OH và –NH2, do đó, Chitosan dễ dàng tham gia phản ứng hóa học hơn Chitin. Trong thực tế các mạch Chitin – Chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp. Hình 1.3 – Chitin, Chitosan và một số dẫn xuất Tính chất hóa học. Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng vảy, không mùi, không vị, nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110 C. Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, trong kiềm nhưng hòa tan được trong dung dịch axit hữu cơ loãng như: axit acetic, axit fomic, axit lactic..., tạo thành dung dịch keo nhớt trong suốt. Chitosan hòa tan trong dung dịch axit acetic 1 – 1,5%. Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axit loãnh liên quan đến kích thước và khối lượng phân tử trung bình của chitosan (đây cũng là tính chất chung của tất cả các dung dịch polime). Chitosan kết hợp với aldehit trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở để bẫy tế bào, enzym. Chitosan phản ứng với axit đậm đặc, tạo muối khó tan. Chitosan tác dụng với Iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Tính chất sinh học. Chitosan không độc, dùng an toàn cho người. Chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học. Chitosan có nhiều tác dụng sinh học như: tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u. Ngoài ra, Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid trong máu, hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết. Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit – insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển của các tế bào u, ung thư, chống tia tử ngoại, chống ngứa... của chitosan. Vào năm 1968, K. Arai và cộng sự đã xác định Chitosan hầu như không độc, chỉ số LD50 = 16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật thực nghiệm và người, không gây độc tính trường diễn. Nghiên cứu tiêm Chitosan theo đường tĩnh mạch trên thỏ, các tác giả đã kết luận: Chitosan là vật liệu hòa hợp sinh học cao, nó là chất mang lý tưởng trong hệ thống vận tải thuốc, không những sử dụng cho đường uống, tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp, tiêm dưới da, mà còn sử dụng an toàn trong ghép mô. Dùng Chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh mạch, không thấy có tích lũy ở gan. Loại chitosan có DD » 50%, có khả năng phân hủy sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh chóng qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và lá lách. Nhiều tác giả đã chỉ rõ những lợi điểm của Chitosan: tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không những với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thương. 1.3.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất của Chitosan ở Việt Nam và trên thế giới Các công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tôm có chứa 27% chất chitin, từ chất chitin này, họ có thể chiết tách thành chất chitosan để ứng dụng cho nhiều ngành kinh tế: hoá dược, mỹ phẩm và đặc biệt trong ngành dược phẩm, chất chitosan đã hỗ trợ đắc lực trong việc bào chế ra rất nhiều sản phẩm thuốc chữa được nhiều loại bệnh khác nhau. Trước đây, người ta thử chiết tách Chitosan từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên liệu không đủ đáp ứng cho nhu cầu sản xuất. Trữ lượng Chitosan phần lớn có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua. Trong một thời gian các chất phế thải này không được thu hồi mà thải ra ngoài gây ô nhiễm môi trường. Năm 1977, Viện Kỹ thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến hành xác định giá trị của chitosan và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi chất này có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp, phần protien thu được sẽ dùng để chế biến thức ăn gia súc, còn phần Chitosan sẽ được dùng như một chất khởi đầu để diều chế các dẫn xuất có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Năm 1961, nhà khoa học Nga BousBeloisov đã khởi xướng việc bào chế thuốc chống nhiễm xạ từ Chitosan. Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm tiêm thuốc cho động vật chó và khỉ trước khi chúng bị nhiễm xạ, kết quả cho thấy, khả năng sống sót tới 45%. Rất tiếc, trong thảm hoạ hạt nhân Chernobyl năm 1968, các thuốc chống xạ trên chưa được công bố rộng nên không được áp dụng cứu người. Đến sau thảm hoạ tàu nguyên tử Komsomlets, các nhà khoa học đã lên tiếng kêu gọi nên sử dụng chitosan làm vật liệu kết cấu trong xây dựng các lò phản ứng nguyên tử và làm vỏ cách ngăn cho các con tàu nguyên tử. Tại Nhật Bản, năm 1975, Chitosan đã được đưa vào làm chất xúc tác để xử lý nước thải. Hiện nay, các hãng mỹ phẩm trên thế giới đã ứng dụng thành phần chitosan vào hàng loạt các sản phẩm của mình. Chúng ta có thể tìm thấy chất này trong các sản phẩm kem đánh răng, kem chống nắng, phấn mắt, nước xúc miệng, kẹo chewing-gun... Riêng hãng Mỹ phẩm Wella đã dùng Chitin-Chitosan trong ít nhất 15 sản phẩm bảo vệ tóc, và hãng Shiseido, thương hiệu nổi tiếng có mặt nhiều năm tại thị trường Việt Nam cũng đã dùng chất này trong 13 sản phẩm mỹ phẩm của hãng. Thế giới ngày càng có xu hướng sử dụng dược phẩm chiết xuất từ nguồn gốc thiên nhiên. Vì thế, trong nhiều năm qua, các nhà khoa học trên thế giới và cả ở Việt Nam đã tích cực nghiên cứu chiết tách chitosan từ hàng ngàn tấn vỏ tôm đang được thải ra tại các cơ sở chế biến đông lạnh, để sản xuất ra nhiều loại thuốc điều trị bệnh phục vụ cho cuộc sống con người. Điển hình trên thị trường dược hiện nay là loại thuốc chữa khớp làm từ vỏ tôm có tên Glucosamin đang được thịnh hành trên toàn thế giới. So với sản phẩm cùng loại thì Glucosamin có ưu thế hơn, do sản xuất từ nguồn vỏ tôm tự nhiên nên sản phẩm ít gây phản ứng, không độc hại và không bị rối loạn tiêu hoá cho người bệnh. Vì thế, chỉ trong năm 1998, nước Mỹ đã tiêu thụ được hơn 1 tỷ viên nang Glucosamin. Thậm chí tại các siêu thị, thuốc bán không cần đơn, chúng được coi như một loại thực phẩm chức năng. Những năm gần đây, loại thuốc chữa khớp này còn đựợc phổ cập rộng ở nhiều nước như: Nhật, Pháp, ấn Độ, Thái Lan và cả Việt Nam. Việc nghiên cứu sản xuất chitosan và ứng dụng trong sản xuất phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những năm 1978 – 1980 Trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất chitosan của Kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất. Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học của chúng ta bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitosan ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Hiện nay, ở Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất chitosan như: Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Trung tâm nghiên cứu Polyme – Viện Khoa học Việt Nam, Viện Hóa thuộc Phân viện Khoa học Việt Nam tại TP.HCM, Trung tâm công nghệ và sinh học thủy sản – Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 2. Ở Miền Bắc, Viện Khoa học Việt Nam đã kết hợp với Xí nghiệp Thủy sản Hà Nội sản xuất chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở đồng lúa Thái Bình và đã thu được một số kết quả đáng khích lệ. Ở Miền Nam, Trung tâm Công nghệ và Sinh học Thủy sản phối hợp với một số cơ quan khác: Đại học Y dược TP.HCM, Phân viện Khoa học Việt Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam,... đang nghiên cứu sản xuất và ứng dụng Chitosan trong lĩnh vực: nông nghiệp, y dược và mỹ phẩm. 1.3.4. Ứng dụng của chitosan trong BVTV Một trong những tồn tại lớn của sản xuất nông nghiệp đang được quan tâm hiện nay là việc sử dụng quá nhiều thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) có nguồn gốc hóa học. Tình trạng này nếu cứ tiếp diễn sẽ đi ngược lại mục tiêu xây dựng một nền nông nghiệp bền vững và an toàn mà chúng ta đang nỗ lực tiến tới. Để góp phần hạn chế tồn tại trên, nhiều chế phẩm BVTV có nguồn gốc sinh học đã được đăng ký sử dụng. Tuy vậy, trong thực tế sản xuất, việc sử dụng các chế phẩm sinh học để phòng trừ sâu bệnh còn nhiều hạn chế. Một trong những lý do chủ yếu là các chế phẩm sinh học thường chỉ được sử dụng riêng lẻ với mục tiêu diệt trừ ngay sâu bệnh khi chúng đã phát sinh gây hại. Kết quả là trong đa số các trường hợp hiệu quả diệt trừ sâu bệnh tỏ ra không bằng so với sử dụng thuốc hóa học nên chưa được nhiều nông dân chấp nhận. Để hiệu quả phòng trừ sâu bệnh hại của các chế phẩm sinh học thể hiện rõ, các chế phẩm sinh học cần phải được sử dụng theo quy trình x._.