Bài 6: Cơ sở khoa học và các biện pháp kiểm soát sinh học
Nội dung lý thuyết
I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIỂM SOÁT SINH HỌC
Đích đến cuối cùng của kiểm soát sinh học là sử dụng sinh vật hoặc các sản phẩm của chúng để làm giảm sự gây hại của sinh vật khác. Cơ sở khoa học của kiểm soát sinh học là dựa vào các mối quan hệ sinh thái tự nhiên, cơ sở di truyền học và sinh lí học để kiểm soát số lượng sinh vật gây hại.
1. Cơ sở sinh thái học
Các phương pháp kiểm soát sinh học chủ yếu dựa vào các mối quan hệ sinh thái tự nhiên như:
a. Vật ăn thịt – con mồi
Trong mối quan hệ sinh thái vật ăn thịt – con mồi, vật ăn thịt được coi là tác nhân kiểm soát sinh học. Tác nhân kiểm soát sinh học thường là côn trùng, tuyến trùng, động vật có xương sống,... chúng ăn các sinh vật gây hại cho vật nuôi, cây trồng, con người.
b. Kí sinh – vật chủ
Kí sinh là mối quan hệ sinh thái, trong đó, loài kí sinh lấy chất dinh dưỡng từ vật chủ. Sinh vật kí sinh không giết chết ngay vật chủ mà làm cho vật chủ suy yếu dẫn tới chết hoặc dễ bị vật ăn thịt khác tấn công.
Căn cứ vào mức độ gắn bó với vật chủ, có thể chia thành: kí sinh bắt buộc là vật kí sinh sống suốt đời sống trong hoặc trên vật chủ; kí sinh tuỳ ý là vật kí sinh sống tự lập, khi tìm gặp được vật chủ thích hợp thì mới bám vào vật chủ; kí sinh bậc cao là vật kí sinh lên vật chủ mà vật chủ này cũng là một kí sinh trùng, dạng kí sinh này là cơ sở của kiểm soát sinh học, cụ thể:
– Côn trùng kí sinh: Phần lớn côn trùng kí sinh có tập tính đẻ trứng vào vật chủ, trứng nở ra sẽ ăn bên trong vật chủ làm vật chủ chết từ từ.
– Mầm bệnh thường là virus, vi khuẩn hoặc nấm gây bệnh trên vật chủ là những sinh vật gây hại.
2. Cơ sở di truyền học
a. Đột biến gây bất dục
Đây là phương pháp sử dụng tác nhân gây đột biến để gây đột biến côn trùng làm chúng mất khả năng sinh sản (bất dục) nhưng vẫn còn khả năng giao phối. Nhân nuôi các con đực bất dục như vậy và thả chúng vào tự nhiên, những con đực này giao phối với con cái nhưng con cái không có khả năng sinh sản hoặc sinh sản nhưng trứng không nở hay ấu trùng không có khả năng sống. Từ đó, làm giảm mật độ quần thể côn trùng gây hại.
b. Tạo các sinh vật mang gene kháng tác nhân gây hại
Kĩ thuật di truyền có thể giúp chuyển gene kháng sâu bệnh từ loài này sang loài khác, tạo ra những loài vật nuôi, cây trồng có gene kháng lại sâu hoặc các tác nhân gây bệnh. Từ đó chọn lọc, nhân lên tạo giống mới có đặc tính kháng sâu bệnh. Kĩ thuật này đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam.
3. Cơ sở sinh lí học
Dựa vào những hiểu biết về sinh lí của sinh vật để lựa chọn phương pháp tác động phù hợp nhằm hạn chế kích thước quần thể sinh vật gây hại hoặc nâng cao sức đề kháng của vật nuôi, cây trồng.
II. BIỆN PHÁP KIẾM SOÁT SINH HỌC
1. Bảo vệ các loài thiên địch trong tự nhiên
Thiên địch có thể là động vật, kí sinh trùng, mầm bệnh,... Thức ăn của chúng là sinh vật gây hại, do đó thiên địch là kẻ thù tự nhiên có thể kìm hãm mật độ của sinh vật gây hại. Con người đã sử dụng thiên địch để diệt trừ các loài sâu bệnh gây hại cho sản xuất nông nghiệp, bảo vệ mùa màng.
Trong khu vực trồng trọt và nuôi trồng thường có các loài thiên địch tự nhiên của các loài sâu hại. Tuy nhiên, do tập quán canh tác như: đốt nương làm rẫy, đốt rơm rạ và các sản phẩm phụ sau thu hoạch, phát quang bờ bụi,... đã vô tình làm mất nơi ở của nhiều loài thiên địch. Ngoài ra, việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hoá học đã tiêu diệt sâu hại, tác nhân gây bệnh và tiêu diệt cả những loài thiên địch của sâu hại. Trong hoàn cảnh như vậy, việc bảo vệ nơi ở và mỗi trường sống cho các loài thiên địch trong tự nhiên là hết sức quan trọng.
Tìm kiếm nơi ở tự nhiên cho thiên địch, khoanh vùng bảo vệ để tăng số lượng cá thể thiên địch, bảo vệ thiên địch tránh tác động xấu từ ô nhiễm môi trường,... là những biện pháp hàng đầu để bảo vệ thiên địch.
– Ở các vùng canh tác nông nghiệp và lâm nghiệp, cần có các biện pháp phục hồi môi trường sống của thiên địch bằng cách áp dụng các kĩ thuật canh tác (làm đất, vệ sinh đồng ruộng, hệ thống canh tác hợp lí; hạn chế dùng phân bón hoá học;...) nhằm tạo điều kiện cho cây phát triển, đảm bảo nơi cư trú của thiên địch. Ngoài ra, ở các bờ ruộng, bờ thửa có thể trồng các loài cây là nơi cư trú của thiên địch.
– Bảo vệ thiên địch tránh bị ảnh hưởng bởi hoá chất bảo vệ thực vật, không lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hoá học; nếu cần thiết phải dùng thì nên sử dụng thuốc bảo vệ thực vật phổ hẹp, chỉ tiêu diệt sinh vật gây hại mà không gây độc đối với thiên địch; cần chọn thời gian và phương thức dùng thuốc ít ảnh hưởng đến thiên địch.
– Kiểm dịch chặt chẽ sinh vật ngoại lai có hại cho thiên địch cũng là một trong những biện pháp bảo vệ thiên địch cần được quan tâm.
2. Thả thiên địch
a. Nhân nuôi thiên địch bản địa và thả vào tự nhiên
Với tình hình lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hoá học cũng như thói quen canh tác như hiện tại thì số loài và số lượng thiên địch trong tự nhiên đang ngày càng giảm sút và có nguy cơ tuyệt chủng. Vì vậy, nghiên cứu tìm môi trường để nhân nuôi thiên địch với số lượng lớn rồi thả vào tự nhiên là một biện pháp kiểm soát sinh học khá hữu hiệu.
Nhân nuôi thiên địch bản địa là phương pháp nhân nuôi những loài thiên địch đã có sẵn trong tự nhiên, sau đó thả ra môi trường để bổ sung số lượng cho quần thể thiên địch sẵn có, làm tăng kích thước quần thể thiên địch, tăng hiệu quả kiểm soát sinh học. Biện pháp thả thiên địch với số lượng lớn sau đó có thể thả bổ sung để duy trì đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
b. Nhập khẩu thiên địch ngoại lai và thả vào tự nhiên
Trong một số trường hợp sinh vật gây hại là các sinh vật du nhập từ nước ngoài vào Việt Nam hoặc sinh vật gây hại trong nước nhưng hiện chưa có thiên địch thì việc nhập nội thiên địch là cần thiết. Lịch sử kiểm soát sinh học trên thế giới đã cho thấy nhiều nước từng nhập các loài thiên địch ngoại lai từ nước khác về rồi nhân nuôi số lượng lớn, sau đó thả vào tự nhiên để diệt trừ côn trùng gây hại.
Việc thả các loài thiên địch nhập nội cần thận trọng.
Trước tiên cần xác định được chính xác côn trùng gây hại, nghiên cứu và tìm hiểu thật kĩ đặc tính sinh học, tập tính sinh sống và thói quen gây hại của chúng cũng như khả năng sinh sản và khả năng gây hại trên cây trồng.
Tiếp theo, cần xác định đúng thiên địch với sinh vật gây hại, nghiên cứu đặc tính sinh trưởng của thiên địch, xác định mối quan hệ sinh thái của thiên địch với các sinh vật khác trong hệ sinh thái; xác định đúng thời gian thả và số lượng thiên địch cần thả; có kế hoạch kiểm soát dự phòng trong trường hợp quần thể thiên địch vượt ngưỡng gây hại.
Biện pháp kiểm soát sinh học này mặc dù có hiệu quả nhưng giá thành khá cao vì thế có thể áp dụng cho những nơi sản suất các loại nông sản có chất lượng cao.
3. Biện pháp tự diệt
Tự diệt là biện pháp dùng chính côn trùng gây hại để làm giảm kích thước quần thể của loài đó trong tự nhiên.
Đây là biện pháp tạo ra những côn trùng bất dục hoàn toàn hay bất dục một phần.
Một trong những kĩ thuật được áp dụng là kĩ thuật tiệt sinh côn trùng (Sterile Insect Technique – SIT).
Kĩ thuật này sử dụng bức xạ ion hoá để tiệt sinh (bất dục) con đực, sau đó thả con đực bất dục vào các khu vực canh tác (trồng trọt cây ăn quả), tại đây, chúng giao phối với côn trùng cái trong tự nhiên nhưng không có khả năng sinh sản hoặc có khả năng sinh ra thế hệ con nhưng tất cả con cái của chúng đều bị vô sinh.
Biện pháp tự diệt có ưu điểm vượt trội so với các biện pháp khác do các con đực có thể tìm thấy con cái cùng loài ở bất cứ nơi nào để giao phối, vì thế mang lại hiệu quả cao hơn so với dùng thuốc hoá học trong trường hợp côn trùng gây hại lẩn trốn hoặc kháng thuốc; không đưa thêm loài ngoại lai vào quần xã bản địa như một số biện pháp kiểm soát sinh học truyền thống; không gây ô nhiễm môi trường; côn trùng không tự sinh sản hoặc không duy trì lâu dài trong môi trường tự nhiên nên dễ kiểm soát.
– Đột biến bất dục hoàn toàn: là phương pháp gây đột biến tạo ra con đực có khả năng giao phối nhưng không có khả năng sinh ra thế hệ con. Từ đó làm giảm mật độ quần thể côn trùng gây hại.
– Đột biến bất dục một phần: Ở một số loài côn trùng, gây bất dục hoàn toàn con đực do sử dụng liều lượng bức xạ cao có thể làm suy yếu côn trùng và cản trở khả năng cạnh tranh sinh sản với các con đực hoang dã. Do đó, cần sử dụng tác nhân gây đột biến liều lượng thấp, không gây bất dục hoàn toàn ở con đực mà tạo ra con đực có khả năng giao phối nhưng khả năng sinh ra thế hệ con bị hạn chế hoặc thế hệ con cháu bị vô sinh trong các thế hệ tiếp theo. Việc phóng thích những con đực bất dục một phần thường giúp ngăn chặn các quần thể sinh vật gây hại ở mức độ lớn hơn so với phóng thích những con đực bất dục hoàn toàn.
4. Sử dụng hợp lí thuốc trừ sâu, phân bón
Việc hạn chế sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hoá học, tăng cường sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc sinh học để làm giảm kích thước quần thể sinh vật là biện pháp kiểm soát sinh học hữu hiệu.
– Thuốc trừ sâu sinh học: là những chế phẩm sinh học có thành phần chính là các vi sinh vật còn sống hoặc các chất có nguồn gốc từ vi sinh vật, thực vật, động vật để phòng trừ sinh vật gây hại. Các chế phẩm có thể có các thành phần chính là các vi sinh vật còn sống như: nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng,...
– Độc tố và kháng sinh: là những chất được hình thành trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật, được tách chiết ra để chế thành thuốc bảo vệ thực vật sinh học.
– Bẫy sinh học: là chế phẩm không chứa các chất diệt côn trùng mà chứa các pheromone giới tính (là những chất được sử dụng như những tín hiệu hoá học giữa các cá thể cùng loài) thu hút các côn trùng đực vào bẫy và bị tiêu diệt. Chất dẫn dụ giới tính rất đặc hiệu cho loài và chỉ cần sử dụng một lượng tương đối nhỏ cũng có thể thu hút con đực ở khoảng cách xa.
– Một số chế phẩm sinh học: có thể chứa các sản phẩm sinh học là các chất kháng sinh thực vật trừ sâu hại, các hoạt chất sinh học phá vỡ sự cân bằng hormone, ngăn cản sự sinh trưởng và biển thái của côn trùng, ví dụ:
+ Chitosan phòng trừ các bệnh ở cây trồng do nấm, vi khuẩn, tuyến trùng và cả virus gây ra nhưng không gây độc hại cho người, động vật. Chitosan được tạo ra từ chitin (thành phần chính trong các thành tế bào của năm; khung xương của các loài giáp xác, côn trùng) đun sôi trong dung dịch kiềm đặc.
+ Chất Azadirachtin chiết từ cây neem ấn độ (Azadirachta spp.) phòng trừ sâu hại. Chất Azadirachtin gây ức chế hoàn toàn khả năng sinh sản hoặc làm giảm khả năng trứng nở, rút ngắn thời gian sống của con trưởng thành, ngăn con cái đẻ trứng, trực tiếp diệt trứng, làm sâu non không biến thái, tác động đến sự lột xác giữa các tuổi sâu, nhộng.
– Vi sinh vật đối kháng: là nấm, vi khuẩn, virus, nguyên sinh động vật,... có thể kiểm soát sinh vật
+ Nấm Trichoderma có khả năng kí sinh và đối kháng nhiều loại nấm bệnh cây trồng, năm Trichoderma kí sinh và tiết ra các kháng sinh, enzyme tiêu diệt các loài nấm gây hại rễ cây, nhờ đó, dùng nấm Trichoderma trị các bệnh liên quan đến rễ cây. Nấm Trichoderma tiết ra các chất kháng khuẩn từ từ đi khắp cây, do đó, làm tăng sức đề kháng của các bộ phận khác trong cây. Song song với
+ Một số loài vi khuẩn đối kháng có khả năng kiểm soát hiệu quả các loại nấm Pythium, Rhizoctonia solani và Fusarium oxysporum,... gây bệnh thối rễ, thối thân ở cây đậu tương, cây đỗ, rau diếp, cây trạng nguyên, cây khoai tây,... Các chủng Bacillus spp. có khả năng kháng Vibrio alginolyticus và Vibrio parahaemolyticus gây bệnh trên tôm, cá nước mặn; kháng Edwardsiella ictaluri gây bệnh gan thận mủ trên cá tra. dụng bón là pháp tiếp nhưng hiệu quả trong sinh học. Việc sử dụng hợp lí phân bón giúp cho cây trồng sinh trưởng tốt, tăng sức đề kháng đối với sâu, bệnh hại; giữ ổn định tính chất lí, hoá trong đất, nước, đảm bảo điều kiện sống tốt cho những thiên địch.
5. Tạo giống cây trồng, vật nuôi có khả năng kháng sinh vật gây hại
Trên thế giới và Việt Nam đã tạo ra nhiều giống vật nuôi, cây trồng có khả năng kháng sinh vật gây hại bằng các biện pháp truyền thống (lai hữu tính, gây đột biến nhân tạo) và bằng công nghệ sinh học (chuyển gene, chỉnh sửa gene,...). Biện pháp này chủ động phòng chống sâu, bệnh hại ngay từ giai đoạn hạt giống ở thực vật và giai đoạn trước sinh hoặc trước khi nở từ trứng ở động vật. Một trong những thành tựu tạo giống cây trồng biến đổi gene có khả năng kháng bệnh hại ở Việt Nam là dùng kĩ thuật chuyển gene kết hợp lai hữu tính đã tạo ra giống lúa bắc thơm chứa gene kháng vi khuẩn (Xanthomonas oryzae) gây bạc lá ở lúa.
6. Biện pháp canh tác
Biện pháp canh tác là các hoạt động của con người thực hiện trong quá trình gieo trồng và chăm sóc cây cối nhằm tạo điều kiện cho cây sinh trưởng và phát triển tốt, tăng sức chống chịu sâu hại. Đây là biện pháp mang tính ngăn ngừa và phòng là chính.
Một số công việc cụ thể:
– Làm đất (cày, bừa,...) đúng thời gian và cách thức có thể giết chết sâu nhộng trong đất, làm mất nguồn thức ăn của sâu, làm thay đổi điều kiện cư trú của sâu giữa các vụ gieo trồng.
– Điều chỉnh thời vụ: Mỗi loài sâu bệnh phát triển mạnh và gây hại ở một thời điểm xác định. Điều chỉnh hợp lí thời điểm gieo trồng, thu hoạch sẽ giúp cây trồng tránh bị sâu bệnh phá hoại.
– Luân canh và xen canh:
+ Luân canh là việc trồng các loại cây khác nhau trên cùng một diện tích theo một trình tự thời vụ. Luân canh đảm bảo tận dụng được tối ưu nguồn dinh dưỡng trong đất. Khi trồng luận canh những cây có khả năng cố định nitrogen như cây họ Đậu, giúp cây có sức chống chịu sâu cao hơn. Bên cạnh đó, luân canh gây gián đoạn nguồn thức ăn của các loài sâu bệnh hại.
+ Xen canh là việc trồng xen hai hay nhiều loài cây trồng trên một đơn vị diện tích đồng ruộng, đảm bảo kiểm soát những loài sâu bệnh hại có cùng nguồn thức ăn, sử dụng tối đa không gian để làm tăng năng suất cây trồng.
– Các biện pháp: Tỉa cành, tỉa cây để có mật độ hợp lí, có không gian để chăm sóc sinh vật có ích và dễ dàng phát hiện những sinh vật gây hại; bón phân và tưới nước hợp lí giúp cây phát triển tốt, có sức chống chịu sâu bệnh cao, đồng thời có thể hạn chế hay giết một số sâu sống trong đất vào thời điểm cần. Ví dụ: Cho nước ngập luồng mía để bọ hung trưởng thành chui lên khỏi mặt đất rồi thu bắt, tưới ngầm cho rau để hạn chế sâu non bọ nhảy hại rau,...
– Tạo khu dẫn dụ là cách thức trồng một loại cây có sức hấp dẫn một loài sâu hại nào đó cần phòng trừ để làm giảm mật độ của chúng trên cây trồng chính. Ví dụ: Khu trồng cây vông vang để thu hút sâu loang hại bông hoặc gieo cấy sớm một số ruộng lúa gần nơi trú đông của bọ xít dài hại lúa để ở đó lúa trổ sớm hơn cả cánh đồng và dẫn dụ bọ xít đến để diệt trừ.