Thuốc trừ sâu sinh học - Một cách tiếp cận thân thiện với môi trường để bảo vệ thực vật và nâng cao năng suất cây trồng

Trong những năm gần đây, các quy định ngày càng nghiêm ngặt của các chính phủ và áp lực ngày càng tăng của người tiêu dùng nhằm giảm thiểu việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học đã khiến ngành nông nghiệp chuyển hướng sang các thực hành bền vững hơn. Các sản phẩm sinh học, được gọi là thuốc trừ sâu sinh học, có nguồn gốc từ các nguyên liệu tự nhiên. Chúng thường bao gồm hai loại riêng biệt: vi sinh vật và chất hóa sinh. Các sản phẩm vi sinh có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm hoặc vi rút, trong khi các sản phẩm sinh hóa có nguồn gốc thực vật hoặc sinh hóa.

Thị trường thuốc trừ sâu sinh học toàn cầu hiện nay được ước tính trị giá 5 tỷ USD với quỹ đạo tăng trưởng hàng năm là 17%. Bắc Mỹ và Châu Âu chiếm hơn 65% thị trường thuốc trừ sâu sinh học, trong khi Châu Mỹ Latinh có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất. Thuốc diệt côn trùng sinh học chiếm gần 50% thị trường đó và thuốc diệt nấm sinh học chiếm hơn 40%, trong khi chất diệt khuẩn sinh học và chất diệt cỏ sinh học chiếm một phần nhỏ. Điều thú vị là, các chất diệt khuẩn sinh học cho ứng dụng xử lý hạt giống là phần phát triển nhanh nhất của thị trường thuốc trừ sâu sinh học toàn cầu. Vi sinh vật đại diện cho phần lớn thuốc trừ sâu sinh học với gần 60% tổng thị trường. Quỹ đạo tăng trưởng đầy hứa hẹn của phương pháp quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) trong nông nghiệp dự kiến sẽ ảnh hưởng đến tương lai

Thuốc trừ sâu sinh học

Trong hơn 60 năm, Bacillus thuringiensis (Bt) là chế phẩm vi sinh vật được sử dụng phổ biến nhất để bảo vệ cây trồng đối với các loài Lepidoptera và Coleoptera.

Trong nhiều trường hợp, các hóa chất có nguồn gốc tự nhiên như Spinosad, Spinetoram, Abamectin và Emamectin cũng được bổ sung vào danh mục thuốc trừ sâu sinh học do có nguồn gốc tự nhiên và quá trình sản xuất thông qua quá trình lên men.

Beauveria bassiana, một loại nấm mọc trong đất trên khắp thế giới và hoạt động như một loại ký sinh trên bọ trĩ, rệp xơ bông trắng, rệp, sâu bướm, mọt, châu chấu, kiến, bọ rùa colorado hại khoai tây và rệp sáp, ngày càng phổ biến ở Mỹ. Trong khi nấm đất Metarhizium anisopliae , hoạt động như một ký sinh trùng đối với sâu đục thân mía, đang có nhiều ảnh hưởng ở Brazil.

Một số loại thực vật hoặc chiết xuất từ thực vật thường được sử dụng để điều trị bọ trĩ, rệp xơ bông trắng, rầy, rệp và tuyến trùng. Các loại thực vật được ưa chuộng thường bao gồm chiết xuất cây cúc tần tự nhiên và dầu neem (còn gọi là azadirachtin), nhưng nhiều chất chiết xuất khác cũng có thể được sử dụng như cỏ xạ hương, bạc hà hoặc tỏi.

Neem có nguồn gốc từ cây neem Azadiracta indica (ở Việt Nam còn gọi là sầu đâu. Ảnh dưới) và có nguồn gốc từ miền nam châu Á. Các sản phẩm Neem dựa trên chất chiết xuất từ nước hoặc cồn từ hạt hoặc dầu hạt neem ép lạnh. Dầu Neem và các sản phẩm xà phòng đã được chứng minh là kiểm soát thành công hơn 200 loài côn trùng bao gồm rệp xơ bông trắng, bọ trĩ, sâu vẽ bùa, sâu họ caterpillar, rầy, rệp vảy, bọ cánh cứng, rệp muội và rệp sáp.

Chất chiết xuất từ cây cúc tần tự nhiên là chất chiết xuất diệt côn trùng có nguồn gốc thực vật và được sản xuất từ hoa của loài Tanacetum cinerariaefolium (trước đây có tên là Chisy cinerariaefolium. Ảnh dưới) và được sử dụng cho một loạt các phương pháp điều trị côn trùng và rệp. Các phiên bản tổng hợp cũng được sử dụng rộng rãi trên thị trường thuốc bảo vệ thực vật.

Baculovirus thường được sử dụng để xử lý côn trùng chân đốt (Arthropods), các loại côn trùng họ Lepidoptera, Hymenoptera and Diptera.

Dạng thuốc trừ sâu sinh học mới nhất là các sản phẩm RNAi hay còn gọi là RNA can thiệp (RNAi – RNA interference – là một loại RNA có kích thước khoảng 19 – 25 nucleotide, có khả năng tham gia can thiệp vào quá trình phiên mã và dịch mã, giúp kiểm soát các gene đang hoạt động), đang được quan tâm nghiên cứu và phát triển cực kỳ nhanh chóng do hiệu suất tuyệt vời kết hợp với tính chọn lọc và an toàn.

Cuối cùng, pheromone, các sản phẩm ảnh hưởng đến hành vi của côn trùng, được sử dụng rộng rãi để áp dụng cho lâm nghiệp, vườn cây ăn quả và kiểm soát côn trùng trong nhà kính.

Đối với côn trùng, loài được biết đến nhiều nhất là Trichogramma spp., Một loài côn trùng được phát hiện để kiểm soát Cydia pomonella (một loài bướm đêm thuộc họ Tortricidae) từ năm 1916, là một loài ong ký sinh vào trứng của loài bướm đêm và được biết là có khả năng kiểm soát hơn 200 loài sâu hại khác nhau.

Thuốc trừ nấm sinh học

Các công ty hóa chất nông nghiệp lớn trên toàn cầu sử dụng các sản phẩm vi sinh dựa trên Bacillus spp. để kiểm soát dịch bệnh do chúng có nhiều trong sinh quyển như các vi sinh vật nội sinh thực vật (endophytes) phổ biến của bông, ngô và nho. Vì Bacillus dễ phân lập và các bào tử của nó có khả năng chịu nhiệt và chống hút ẩm, nên việc chế tạo thuốc thành phẩm sẽ ít khó khăn hơn khi so sánh với các sản phẩm vi sinh khác. Bacillus spp. được biết đến với việc tác động đến quá trình sản xuất auxin, gibberellin và cytokinin của cây trồng, tăng cường sức đề kháng cho cây trồng thông qua việc tạo ra sức đề kháng toàn thân và điều trị các bệnh cây trồng khác nhau. B. pumulis được sử dụng cho bệnh phấn trắng và sương mai, bệnh gỉ sắt, bệnh phồng lá và bệnh do nấm Sclerotinia, trong khi B. subtilis được sử dụng cho nấm Botrytis, Alternaria và Phytophtora cả trong xử lý hạt giống và các ứng dụng trên lá. Một nhóm thuốc diệt nấm sinh học khác dựa trên Pseudomonas chlororaphis cũng thường được sử dụng. Nó là thành phần chính trong Howler, một trong những chất diệt nấm sinh học mới nhất được tung ra ở Mỹ.

Trichoderma harzianum là một trong những loại thuốc diệt nấm sinh học đầu tiên được thiết kế đặc biệt để kiểm soát các bệnh truyền qua đất phổ biến như Fusarium, Pythium, Rhizoctonia của nhiều loại cây trồng bao gồm ngô, đậu nành, khoai tây, cà chua và bông. Tương tự, đối với Bacillus spp., Trichoderma spp. cung cấp các hoạt động kích thích sinh học ngoài các hoạt động diệt nấm sinh học, giúp tăng cường sức đề kháng tự nhiên không đặc hiệu của thực vật. Một loại thuốc diệt nấm sinh học thường được sử dụng khác là Coniothyrium minitans, một mycoparasite của Sclerotinia sclerotiorum, gần đây được phát triển như một sản phẩm thương mại để ngăn chặn nấm mốc trắng ở các loại cây trồng khác nhau bao gồm đậu tương, cà rốt, đậu, bông và nhiều loại khác.

Mặc dù số lượng các sản phẩm thực vật được sử dụng để kiểm soát dịch bệnh ít hơn nhiều so với kiểm soát côn trùng, nhưng được biết đến rộng rãi nhất là Milsana (Reynoutria sachalinensis). Milsana là thành phần chính của thuốc diệt nấm sinh học Regalia, một sản phẩm được sử dụng để điều trị bệnh phấn trắng, bệnh thán thư và các bệnh do vi khuẩn ở Hoa Kỳ. Công nghệ Blad polypeptide có chứa Banda de Lupinus albus doce, có nguồn gốc từ cây lupin. Chế độ hoạt động đa vị trí của nó kiểm soát bệnh nấm bằng cách phá vỡ toàn bộ thành tế bào trong vòng bốn đến tám giờ sau khi áp dụng.