Phân lập và tuyển chọn chủng nấm ký sinh côn trùng có khả năng sinh tổng hợp chitinase để kiểm soát rệp muội hại cây trồng

Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

VŨ THỊ THANH

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CHỦNG NẤM KÝ SINH CÔN
TRÙNG CĨ KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP CHITINASE ĐỂ
KIỂM SỐT RỆP MUỘI HẠI CÂY TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013
Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

VŨ THỊ THANH

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CHỦNG NẤM KÝ SINH CÔN
TRÙNG CĨ KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP CHITINASE ĐỂ
KIỂM SỐT RỆP MUỘI HẠI CÂY TRỒNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nghiêm Ngọc Minh

Hà Nội - 2013
Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong luận văn này là hồn tồn trung thực và chưa có ai cơng bố
trong một cơng trình nào khác. Luận văn này là một phần nghiên cứu trong đề tài:
“Nghiên cứu sản xuất và sử dụng chế phẩm từ nấm Lecanicillium spp. để diệt rệp
muội (Aphididae) gây hại cây trồng” do TS. Vũ Văn Hạnh làm chủ nhiệm đề tài,
được sự hỗ trợ bởi Chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng công nghệ sinh
học trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn đến năm 2020, Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn, 2010-2013.

Tác giả

Vũ Thị Thanh

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

Lời cảm ơn!
Trước hết tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới PGS.TS.
Nghiêm Ngọc Minh, Trưởng phịng Cơng nghệ sinh học Môi trường, Viện Công
nghệ sinh học, Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng
dẫn, truyền đạt những kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập
và thực hiện luận văn.
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới tồn thể cán bộ nhân viên Phịng Cơng
nghệ Sinh học Mơi trường và Phòng Các chất chức năng Sinh học, đặc biệt là
TS. Vũ Văn Hạnh – chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu sản xuất và sử dụng chế
phẩm từ nấm Lecanicillium spp. để diệt rệp muội (Aphididae) gây hại trên cây
trồng” đã định hướng nghiên cứu, hướng dẫn thí nghiệm, tạo mọi điều kiện về vật
tư, hóa chất, thiết bị và chỉ bảo tận tình trong q trình tơi thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học, Viện
hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để
hồn thành bản luận văn này.
Tơi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm bộ môn
Công nghệ môi trường, các thầy cô Khoa Môi trường, trường đại học Khoa

học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Bên cạnh đó, tơi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã
tạo điều kiện động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tơi có thể hồn
thành bản luận văn này.
Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý
báu đó !

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................3
1.1. Rệp muội hại cây trồng ........................................................................................3
1.1.1. Đặc điểm sinh học của rệp muội hại cây trồng ...........................................3
1.1.2. Tình hình rệp muội hại cây trồng trên thế giới và Việt Nam ......................5
1.2. Thuốc diệt cơn trùng có nguồn gốc sinh học .......................................................8
1.2.1. Tình hình sử dụng nấm diệt côn trùng trên thế giới ....................................8
1.2.2. Tình hình sử dụng nấm diệt cơn trùng ở Việt Nam ...................................11
1.3. Nấm ký sinh côn trùng .......................................................................................12
1.4. Hệ enzyme chitinase từ nấm sợi ........................................................................14
1.4.1. Định nghĩa .................................................................................................14
1.4.2. Cấu trúc của chitinase ...............................................................................14

1.4.3. Cơ chế hoạt động của chitinase ................................................................16
1.4.4. Cơ chất cảm ứng của chitinase .................................................................18
1.4.5. Các nguồn thu nhận chitinase ...................................................................19
1.4.6. Ứng dụng của chitinase .............................................................................20
1.5. Công nghệ lên men lỏng và lên men xốp ...........................................................20
1.6. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp chitinase....22
1.6.1. Nguồn carbon ............................................................................................22
1.6.2. Nguồn nitơ .................................................................................................22
1.6.3. Độ ẩm cơ chất ............................................................................................23
1.6.4. Nhiệt độ nuôi cấy .......................................................................................23
1.6.5. pH môi trường ...........................................................................................24
1.6.6. Cơ chất.......................................................................................................24
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ...................................................26
2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng ..........................................................26
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................26
2.1.2. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ..........................................................26
2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................28
2.2.1. Phương pháp phân lập nấm ......................................................................28
2.2.2.Sàng lọc chủng nấm ký sinh cơn trùng có độc lực diệt rệp hại ngô cao ....29
2.2.3. Chọn lọc chủng nấm ký sinh cơn trùng có hoạt tính chitinase cao ...........30

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

2.2.4. Xác định hoạt tính chitinase của chủng nấm ký sinh cơn trùng ................31
2.2.5. Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng nấm có độc lực diệt rệp
hại ngơ cao .........................................................................................................32
2.2.6. Phương pháp phân loại nấm sợi dựa vào xác định và so sánh trình tự gen
mã hóa 18S rRNA ...............................................................................................33
2.2.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên khả năng sinh
tổng hợp chitinase của chủng nấm được lựa chọn ............................................35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................38
3.1. Phân lập, tuyển chọn chủng nấm ký sinh côn trùng có độc lực diệt rệp muội hại
ngơ cao ...............................................................................................................38
3.2. Tuyển chọn chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp chitinase cao .....................41
3.3. Hình thái khuẩn lạc và hình thái bào tử của chủng nấm NM4...........................42
3.4. Xác định trình tự gene mã hóa 18S rRNA của chủng NM4 ..............................43
3.4.1. Tách chiết DNA tổng số của chủng nấm NM4 ..........................................43
3.4.2. Nhân đoạn gene 18S rRNA của chủng NM4 .............................................44
3.5. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp chitinase của
nấm Penicillium sp. M4..........................................................................................46
3.5.1. Ảnh hưởng của nguồn cơ chất ...................................................................46
3.5.2. Ảnh hưởng của độ dày cơ chất ..................................................................48
3.5.3. Ảnh hưởng của độ ẩm cơ chất ...................................................................48
3.5.4. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất cảm ứng .................................................49
3.5.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ .............................................................................51
3.5.6. Ảnh hưởng của pH môi trường lên men ....................................................51
3.5.7. Ảnh hưởng của một số nguồn nitơ vô cơ ...................................................52
3.5.8. Ảnh hưởng của thời gian lên men..............................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................57
PHỤ LỤC 2. THÔNG TIN CỦA CHỦNG NẤM PENICILLIUM SP. M4
TRÊN NGÂN HÀNG GEN NCBI .........................................................................70
PHỤ LỤC 3: CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN TỚI ................71

LUẬN VĂN ..............................................................................................................71

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Danh mục các thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm...........................38
Bảng 2.2. Các loại mơi trường cơ bản ......................................................................38
Bảng 3.1. Các chủng nấm phân lập được trên môi trường PDA ..............................38
Bảng 3.2. Hoạt tính chitinase của hai chủng nấm NM3 và NM4. ............................42

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ mơi trường

Vũ Thị Thanh

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu tạo ngồi của rệp ..................................................................................3
Hình 1.2. Rệp ngơ Aphis maydis ................................................................................5
Hình 1.3. Cấu trúc khơng gian của chitinase thuộc họ Glycohydrolase 18 (A) và

Glycohydrolase 19 (B) ..............................................................................................15
Hình 1.4. Cơ chế hoạt động của enzyme chitinase ...................................................16
Hình 1.5. Cấu tạo hóa học của chitin ........................................................................18
Hình 2.1. Đường chuẩn N-acetyl-β-D-glucosamine .................................................31
Hình 3.1. Kết quả phun bào tử nấm lên rệp ngơ .......................................................39
Hình 3.2. Độc lực diệt rệp của 6 chủng nấm .............................................................40
Hình 3.3. Hoạt tính chitinase của hai chủng nấm NM3 và NM4..............................41
Hình 3.4. Hình thái khuẩn lạc (A, B), hình thái bào tử (C) của chủng nấm NM4…42
Hình 3.5. DNA tổng số của chủng nấm NM4 ...........................................................43
Hình 3.6. Điện di đồ sản phẩm nhân đoạn gene mã hóa 18S rRNA của chủng NM4
...................................................................................................................................44
Hình 3.7. Trình tự đoạn gene 18S rRNA của chủng nấm NM4 ...............................45
Hình 3.8. Cây phát sinh chủng loại của chủng nấm NM4. .......................................45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của các nguồn cơ chất đến khả năng sinh tổng hợp chitinase
của chủng nấm Penicillium sp. M4 ...........................................................................47
Hình 3.10. Khả năng phát triển của chủng nấm Penicillium sp. M4 trên các nguồn
cơ chất khác nhau sau 7 ngày lên men rắn ................................................................47
Hình 3.11. Ảnh hưởng của độ dày cơ chất (A), độ ẩm cơ chất (B) đến khả năng sinh
tổng hợp chitinase của chủng nấm Penicillium sp. M4. ...........................................49
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất chitin đến khả năng sinh tổng hợp
chitinase của chủng nấm Penicillium sp. M4 ............................................................50
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ (A), pH (B) đến khả năng sinh tổng hợp
chitinase của chủng nấm Penicillium sp. M4. ...........................................................51
Hình 3.14. Ảnh hưởng của các nguồn nitơ vô cơ (A), nồng độ urê (B) đến khả năng
sinh tổng hợp chitinase của chủng nấm Penicillium sp. M4. ....................................53
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh tổng hợp chitinase
của chủng nấm Penicillium sp. M4. ..........................................................................54

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

bp

: Base pair (cặp bazơ)

cm, mm, nm

: Centimeters, millimeters, nanometers

DNA

: Deoxyribonucleic acid

dNTPs

: Deoxyribonucleic triphotphate

DNS

: acid 3,5-dinitrosalicylic

GlcNAc

: N- acetylglucosamine

ha

: hecta

LB

: Luria-Bertani

M, µmol

: Mol, micromol

mg, g

: milligrams, grams

NAG

: N-acetyl-β-D-glucosamine

OD

: Optical Density (mật độ quang học)

PDA

: Potato dextrose agar

PDB

: Potato dextrose broth

PCR

: Polymerase Chain Reaction (phản ứng chuỗi trùng hợp)

RNA

: Ribonucleic acid

rRNA

: Ribosomal ribonucleic acid

SDS

: Sodium dodecyl sulfate

Taq-DNA polymerase
TE

: Thermus aquaticus DNA polymerase
: Đệm Tris – EDTA (Ethylennediaminetetraacetic)

v/v

: Volume/volume

v/w

: Volume/ weight

w/v

: Weight/volume

µl, ml, l

: Microliters, milliliters, liters

Trường đại học khoa học tự nhiên

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh
MỞ ĐẦU

Rệp muội là lồi cơn trùng gây hại lớn đối với cây trồng nói chung và cây
lương thực nói riêng. Hàng năm, trên thế giới sản lượng nông nghiệp bị tổn thất do
nạn rệp gây ra lên tới hàng tỷ đô la. Đặc biệt, thế giới mỗi năm đã phải chi nhiều tỷ
đô la Mỹ để khống chế rệp muội phá hại cây trồng. Trong số, các loài rệp muội gây
hại phải kể đến rệp ngô (Aphis maydis) là một loại sâu hại phổ biến trên toàn thế
giới, chúng ký sinh trên nhiều loại cây trồng như lúa miến (Sorghum), ngơ, mía và
lúa mì… với mật độ cao sẽ làm giảm sản lượng hạt và lây truyền virus gây bệnh.
Rệp có thể trích hút nhựa, làm tổn thương ở tất cả các bộ phận khác nhau của cây

dẫn tới giảm năng suất, chất lượng hạt [29]. Mặt khác chúng cịn là mơi giới truyền
virus gây một số bệnh cho cây bắp như potyvirus, virus màu vàng, bệnh vàng lùn,
bệnh khảm lá, bệnh đỏ lá. Do tính chất gây hại của rệp ngơ, việc sử dụng các biện
pháp phịng trừ rệp ngơ là rất cần thiết.
Một trong những phương pháp mà nhân dân ta hay sử dụng là dùng thuốc
bảo vệ thực vật hóa học để khống chế các nạn dịch bệnh và sâu hại đã tỏ ra có hiệu
quả. Tuy nhiên, việc gia tăng và thường xuyên sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa
học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng khơng nhỏ đến cơn trùng có ích, động
vật hoang dã, làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Nông nghiệp nước ta đang hướng tới một nền nông nghiệp sạch, nông nghiệp sinh
thái, trong đó biện pháp quản lý dịch hại tổng hợp là nòng cốt. Việc sử dụng biện
pháp sinh học phòng chống sâu hại cây trồng như nấm ký sinh côn trùng, thiên địch
đang mở ra một hướng đi mới trong sản xuất nông nghiệp bởi ưu điểm vượt trội là
phát tán rất nhanh và chỉ gây hại trên cơn trùng có hại, không gây hại tới nguồn
nước môi trường sinh thái và sức khỏe con người, vật nuôi.
Nấm ký sinh côn trùng gây bệnh theo con đường chính là bào tử nảy mầm
phát triển thành hệ sợi ăn sâu vào khoang bụng, qua đường tiêu hóa, thơng qua các
khí quản và sợi nấm phủ kín các lỗ khí cơn trùng làm chúng chết. Nấm cịn gây
bệnh cho cơn trùng bằng cách tiết độc tố và các enzyme như protease, lipase,

Trường đại học khoa học tự nhiên

1

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

chitinase thủy phân vỏ và mô cơ quan của côn trùng [44]. Hiện nay, trong nhóm
enzyme thủy phân, chitinase đang rất được quan tâm vì nó có khả năng thủy
phân chitin- ngun liệu cơ bản cấu thành nên lớp vỏ côn trùng. Trong q trình
ký sinh cơn trùng, việc tiết ra chitinase càng mạnh thì tốc độ diệt cơn trùng càng
nhanh và hiệu quả cao, tiết kiệm thời gian. Dựa vào đặc tính này của nấm, việc
nghiên cứu cải biển tăng tổng hợp chitinase nhằm tạo ra một lượng lớn enzyme bổ
sung vào chế phẩm sinh học là rất cần thiết.
Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Phân lập và tuyển chọn chủng nấm ký
sinh cơn trùng có khả năng sinh tổng hợp chitinase để kiểm soát rệp muội hại
cây trồng” đã được thực hiện.
 Mục tiêu của đề tài
Tuyển chọn được chủng nấm ký sinh cơn trùng có khả năng diệt rệp muội
hại ngô mạnh và tối ưu các điều kiện môi trường sinh tổng hợp cao sản
chitinase bởi chủng nấm chọn lọc.
 Nội dung nghiên cứu của đề tài
-

Phân lập và tuyển chọn chủng nấm ký sinh cơn trùng có khả năng diệt rệp
muội hại ngơ.

-

Xác định hoạt tính chitinase của chủng nấm ký sinh cơn trùng có độc lực diệt
rệp hại ngô cao.

-

Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng nấm có độc lực diệt rệp
muội hại ngô cao.

-

Phân loại, định tên chủng nấm ký sinh côn trùng có độc lực diệt rệp hại ngơ
cao dựa vào trình tự đoạn gene mã hóa 18S rRNA.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến khả năng sinh tổng
hợp chitinase của chủng nấm được chọn.

Trường đại học khoa học tự nhiên

2

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Rệp muội hại cây trồng
1.1.1. Đặc điểm sinh học của rệp muội hại cây trồng
Trong các loài sâu hại cây trồng có thể nói rệp là nhóm cơn trùng chích hút
nhựa cây phổ biến nhất thế giới, phân bố tập trung nhất ở vùng ôn đới [36], rệp
cũng phân bố khá phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới với độ đa dạng
thấp hơn. Ước tính trên thế giới có khoảng 4000 lồi rệp muội đã được phát hiện
trong đó vùng Đơng Nam Á có hơn 1000 lồi. Trong số này có khoảng 250 lồi rệp

là cơn trùng phá hoại nguy hiểm đối với nơng, lâm nghiệp cần được kiểm sốt [26].
Các lồi thuộc họ rệp muội gây hại mạnh trong nông nghiệp phải kể đến như: rệp
đào (Myzus persicae) gây hại trên cải, rệp bông (Aphis gossypii) gây hại trên cây
bông, rệp muội hại ngơ (Aphis maydis) gây hại trên cây ngơ…
Các lồi thuộc họ rệp muội (Aphididae) có thân mềm, màu sắc khác nhau, từ
màu xanh lá cây, vàng, nâu, đen, hồng hoặc hầu như khơng có màu. Rệp muội có
kích thước rất nhỏ (từ 1-2 mm), hình quả lê, trần trụi, ở cuối bụng có phiến đi và
2 ống bụng ở 2 bên, có ba cặp chân phân đốt, mắt kép và một cặp râu, cơ thể được
bao bọc bởi bộ khung kitin. Rệp có lớp biểu bì mềm, có cánh (dạng màng) hoặc
khơng cánh [3] (hình 1.1).
Râu

Chân

Mắt
Ống tiết
Ngực

Đầu

Bụng

Đi

Hình 1.1. Cấu tạo ngoài của rệp
Phương thức dinh dưỡng của rệp là chích hút nhựa cây bằng miệng. Chúng
làm yếu cây bằng cách hút cạn nguồn dinh dưỡng và gây ảnh hưởng nghiêm trọng

Trường đại học khoa học tự nhiên

3

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

cho sự phát triển của cây. Chúng tiết ra chất đường mật không chỉ làm đóng khí
khổng của lá mà cịn góp phần tăng sự phát triển của mốc đen, làm ngăn cản ánh
sáng đến các mô quang hợp, ảnh hưởng nghiêm trọng tới năng suất cây trồng. Thêm
vào đó, các lồi rệp cịn là những phương tiện góp phần lây lan virus từ những cây
bệnh sang các cây khỏe mạnh [27].
Rệp sinh sản bằng hai hình thức: đơn tính và hữu tính (là sự kết hợp giữa các
cá thể khác nhau tạo ra trứng để tồn tại qua mùa đông). Tại vùng nhiệt đới, chu kỳ
sinh trưởng của rệp muội rất ngắn từ 5-7 ngày [3]. Mỗi rệp cái đẻ trung bình 30-50
con, quá trình sinh con lặp đi lặp lại trong suốt mùa hè, sinh ra nhiều thế hệ. Trong
điều kiện nhiệt độ 20-30oC một năm có thể tới 20-30 thế hệ. Tuy nhiên, vòng đời
của rệp muội tương đối ngắn, phần lớn từ 15-20 ngày, cá biệt là 25-30 ngày. Các
lồi rệp muội có thể phát triển trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khá rộng, có một
số lồi như rệp cải phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt độ 10-30oC.
Rệp muội là những lồi cơn trùng có sức tàn phá khủng khiếp trên nhiều loại
cây trồng khác nhau như ngô, khoai tây, khoai lang, các cây họ dưa (cucurbitaceae)
(dưa chuột, dưa tây, dưa hấu, bầu bí), họ cà (solanaceae) (như ớt chng, cà tím,
thuốc lá, cà chua), cam quýt, bông vải, đào, mận, mơ, táo, bắp cải, cải xanh, rau
bina, rau diếp, cà rốt và họ cà rốt.... Chúng đã gây thiệt hại hàng tỷ đô la Mỹ mỗi
năm do cây cho năng suất kém hoặc mất mùa. Mặt khác, thế giới mỗi năm cũng
phải chi nhiều tỷ đô la Mỹ để khống chế rệp muội phá hại cây trồng. Rệp muội gây
hại bốn mùa, đặc biệt từ mùa xuân đến mùa thu, nhất là vào thời điểm thời tiết râm

mát, độ ẩm khơng khí cao.
Rệp ngơ có tên khoa học là Aphis maydis, thuộc họ rệp muội, là một trong
những loại sâu hại quan trọng đối với người trồng ngô. Rệp hút nhựa ở trên nõn
ngô, bẹ lá, bông cờ, lá bi, làm cho cây ngô mất hết dinh dưỡng, trở nên gầy yếu, bắp
bé đi hoặc khơng hình thành bắp nếu bị hại từ giai đoạn cây còn nhỏ, chất lượng hạt
xấu kém. Rệp phá hại làm giảm năng suất và phẩm chất ngô rõ rệt. Ngồi cây ngơ
chúng cịn có nhiều loại cây ký chủ khác như: kê, cao lương, mía, cỏ trồng làm thức

Trường đại học khoa học tự nhiên

4

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

ăn cho gia súc… Mặt khác chúng cịn là mơi giới truyền virus gây một số bệnh cho
cây bắp như potyvirus, virus màu vàng, bệnh vàng lùn, bệnh khảm lá, bệnh đỏ lá…
[17].
Trong quần thể rệp thường thấy nhiều loại hình: Rệp cái khơng cánh, rệp cái
có cánh và rệp con. Rệp trưởng thành có hai loại hình, rệp có cánh và rệp không
cánh dài 1,5-2,3 mm, màu vàng nhạt hoặc xanh xám, cơ thể hình bầu dục, thân
mềm. Chân và tuyến tiết sáp ngắn, màu xanh đen. Rệp cái có cánh có đầu, ngực
màu đen và bụng màu xanh. Rệp non màu xanh sáng, chân và tuyến tiết sáp giống
như trưởng thành có màu đen (hình 1.2). Rệp non trải qua 7-10 lần lột xác mới
thành rệp trưởng thành. Một năm có từ 7-10 lứa.

Hình 1.2. Rệp ngơ Aphis maydis
Rệp ngơ sinh sản theo lối đơn tính và đẻ con. Chúng thường đẻ nhiều nhất ở
nhiệt độ 30oC và đẻ ít nhất ở nhiệt độ 15oC [25]. Rệp ngô thường phát triển nhiều
trong tháng 1 và tháng 2 lúc độ ẩm không khí cao. Từ tháng 4 trở đi số lượng rệp
giảm dần. Trong mùa hè chỉ thấy rệp xuất hiện lẻ tẻ. Rệp thường phá hại ở cây ngô
từ giai đoạn 8-10 lá cho tới khi ngơ chín sáp. Đến cuối vụ khi cây ngơ đã già, khơng
cịn thức ăn nữa thì các con rệp có cánh di chuyển sang các cây ký chủ, đẻ ra rệp
con khơng có cánh tiếp tục phát triển trên các cây ký chủ này cho tới vụ ngơ sau.
1.1.2. Tình hình rệp muội hại cây trồng trên thế giới và Việt Nam
 Tình hình rệp muội hại cây trồng trên thế giới
Trường đại học khoa học tự nhiên

5

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

Trên thế giới, rệp đang được coi là kẻ thù nguy hiểm đối với cây trồng. Rệp
cây hại tại nhiều quốc gia và không cố định trong một vùng nhất định. Những thiệt
hại do rệp gây ra đang ngày càng nghiêm trọng và diễn ra trên diện rộng. Sản lượng
nông nghiệp thế giới hàng năm bị thiệt hại khoảng 15% do côn trùng [33], ở Mỹ là
13% [59]. Mặc dù chưa có thống kê chính thức về thiệt hại nơng nghiệp do rệp
nhưng trong số 300 lồi cơn trùng gây hại nghiêm trọng [49] thì có đến 250 lồi là
rệp. Chúng là tác nhân chính gây hại ở nhiều loại cây trồng quan trọng như bông,
đậu tương, hướng dương, củ cải đường, khoai tây, ngô, ngũ cốc và rau cải.
Theo nghiên cứu của các nhà côn trùng học Úc, ngành du lịch nước này đã

thiệt hại 75 triệu USD/năm do nạn rệp hoành hành. Tình trạng nạn rệp lan tràn ở xứ
sở này chỉ là một phần của đại dịch toàn cầu với số lượng rệp trên thế giới đã tăng
lên gấp đôi mỗi năm. Các nhà côn trùng học cho biết, nguyên nhân là việc thay đổi
biện pháp diệt côn trùng (không dùng thuốc xịt mà dùng mồi) và do sự gia tăng
đáng kể lượng du khách đến từ các nước đang phát triển, nơi rệp vẫn cịn đang
hồnh hành.
Tại châu Á, rệp gây thiệt hại nghiêm trọng một số loại cây trồng, đặc biệt là
dưa chuột, hại tiêu và cà chua. Các rệp đào Myzus persicae thường phát triển nhanh
trong mùa vụ và phát triển nhanh chóng đến tuổi trưởng thành nên tăng nhanh về số
lượng. Ước tính thiệt hại hàng tỷ đơ la Mỹ mỗi năm do nạn rệp hồnh hành. Tại 3
tỉnh của Thái Lan, trong tháng 7/2009 nạn rầy nâu hại lúa, rệp hại cây trồng đã bùng
phát mạnh và gây thiệt hại khoảng 7,5 ngàn ha mỗi vụ.
Đậu tương là loại hạt dầu được trồng nhiều nhất trên thế giới, nhưng năng
suất bị đe dọa nghiêm trọng bởi Aphis glycines (rệp đậu tương). Sản lượng hạt bị
thiệt hại ước tính khoảng 34% [65], theo tính tốn của Catangui và cộng sự (2009),
con số thiệt hại thậm chí lên đến 48-72%. Ngun nhân do rệp chích hút có thể làm
giảm 50% tốc độ quang hợp của lá cây [30].
Lipaphis erysimi (rệp cải dầu) ký sinh trên một số loài cây nhưng chủ yếu là
các loại cải và cải dầu. Ngồi ra nó cịn ký sinh trên cà chua và bí xanh. Ở phía
Trường đại học khoa học tự nhiên

6

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

đông của miền Trung Ấn Độ, Lipaphis erysimi cùng với Myzus persicae và
Brevicoryne brassicae là ba loại rệp nguy hiểm đối với cây cải dầu (Brassica
juncea). Trong đó Lipaphis erysimi phá hoại nhiều nhất, riêng nó gây thiệt hại 35,491,3 % sản lượng [28]. Theo nghiên cứu của Patel và cộng sự (2004), nếu khơng có
biện pháp bảo vệ, Lipaphis erysimi có thể gây thiệt hại 80,6-97,6% sản lượng cải
dầu [57]. Trong một nghiên cứu khác, Razaq và cộng sự (2011) đã chỉ ra rằng,
Lipaphis erysimi và Brevicoryne brassicae cũng gây thiệt hại 75,1-81,9% sản lượng
cải dầu ở Multan, Punjab, Pakistan [64]. Ngoài cải dầu, Brassica brassicae còn phá
hoại nhiều cây quan trọng khác như súp lơ, cà rốt và củ cải.
Rệp làm giảm năng suất cây trồng không chỉ do phá hoại trực tiếp mà còn do
truyền virus gây bệnh rụng lá ở đậu lăng, đậu răng ngựa, đậu gà [54]. Myzus
persicae là loại nguy hiểm nhất trong 10 loại rệp truyển bệnh virus gây bệnh rụng lá
ở khoai tây. Rệp truyền virus gây bệnh khảm có thể làm thiệt hại 60% năng suất dưa
chuột [71]. Không những phá hoại rau và cây cơng nghiệp, rệp cịn là cơn trùng
nguy hiểm đối với cây lương thực. Diuraphis noxia (rệp lúa mì Nga) chuyên phá
hoại lúa mì, lúa mạch đen, lúa mạch trắng, yến mạch. Theo nghiên cứu của Akhtar
và cộng sự (2010), năng suất lúa mì có thể bị giảm 7,9-34,2 % do Diuraphis noxia
(rệp lúa mì Nga) phá hoại [21].
Như vậy với nguy cơ làm giảm năng suất cây trồng của rệp, u cầu phải có
biện pháp kiểm sốt rệp để bảo vệ mùa màng là cấp thiết. Biện pháp kiếm sốt rệp
và các loại cơn trùng khác được áp dụng chủ yếu trong nhiều thập kỷ qua là sử dụng
hóa chất diệt côn trùng tổng hợp. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học đã
và đang làm phá hủy môi trường sống xung quanh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức
khỏe của người nơng dân.
 Tình hình rệp muội hại cây trồng ở Việt Nam
Theo số liệu thống kê ở Việt Nam nếu mỗi năm cơng tác phịng trừ dịch hại
khơng tốt thì bị hao hụt từ 3-10% sản lượng nông sản dự trữ.

Trường đại học khoa học tự nhiên

7

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

Theo nghiên cứu và thống kê của các nhà khoa học, nước ta chịu sự tấn cơng
của hơn 250 lồi rệp khác nhau. Tại Ninh Thuận và Bình Thuận có tới 25 lồi cây
trồng đã bị tấn công bởi rệp muội bông. Rệp muội bông phát sinh, phát triển quanh
năm, gây thiệt hại nghiêm trọng cho năng suất bông. Rệp muội bông gây hại phổ
biến trên cây mãng cầu xiêm ở Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh. Trong q
trình điều tra nghiên cứu 2 năm gần đây (2008-2010) đã ghi nhận được rệp muội
bông gây hại trên cây bằng lăng nước rất phổ biến. Rệp muội bông gây hại nặng cây
bằng lăng nước trong giai đoạn vườn ươm làm cho ngọn non mang lá bị dị dạng, lá
bị cong gây tổn thất giá trị kinh tế đáng kể cho nhà vườn, làm ảnh hưởng lớn đến kế
hoạch nhân giống cây.
Theo thống kê các loài gây hại cho cây trồng ở nước ta trong những năm gần
đây, rệp đào đang là mối đe dọa cho ngành nơng nghiệp với sự gia tăng nhanh
chóng về diện tích và số lượng cây trồng bị hại. Chúng có thể gây hại trên 300 lồi
cây trồng khác nhau, trong đó thường thấy trên các cây như: các loại rau họ thập tự
(cải trắng, cải củ, cải xanh, cải bắp), một số cây ăn quả như đào, hồng, lê, mận.
Trong điều kiện nước ta, rệp đào có thể xuất hiện và gây hại quanh năm, trong đó
tập trung nhiều khi thời tiết dịu mát, độ ẩm cao vào tháng 4-5 (vụ đông xuân) và
tháng 9-10 (vụ thu đông).
Vụ đông xuân 2010-2011, huyện Tân Kỳ - Nghệ An gieo trỉa 1500 ha ngơ,
nhưng đến có tới hơn 80% diện tích ngơ của địa phương đã xuất hiện bệnh rệp cờ
gây hại. Khơng chỉ có xã Tân Kỳ mà xã Nghĩa Dũng cũng là một trong những địa
phương có diện tích ngơ bị nhiễm bệnh rệp cờ khá lớn. Vụ đơng xn năm nay tồn

xã gieo trỉa 240 ha ngơ, cơ cấu giống chủ yếu là C919, nhưng đã có tới 90 ha xuất
hiện bệnh rệp cờ.
1.2. Thuốc diệt côn trùng có nguồn gốc sinh học
1.2.1. Tình hình sử dụng nấm diệt cơn trùng trên thế giới
Trên trái đất có khoảng 1 triệu lồi cơn trùng, trong đó có khoảng 5 vạn loại
ăn thực vật và chỉ có khoảng 1% (khoảng 500 lồi cơn trùng) chun ăn hoa màu,
Trường đại học khoa học tự nhiên

8

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

cây ăn quả. Tuy số lượng chủng loại không nhiều nhưng chúng rất phàm ăn và ăn
rất khoẻ, gây tác hại rất lớn đối với cây lương thực, rau xanh, cây ăn quả. Rệp muội
(trong đó có rệp ngơ) và bọ cánh trắng là những côn trùng gây hại cây trồng rất
nghiêm trọng trong nhà kính trên tồn thế giới. Chúng gây thiệt hại nặng nề trên
nhiều loại cây trồng, đặc biệt trên các cây như dưa chuột, rau cải, ngô… Chúng tăng
số lượng rất nhanh và truyền virut từ cây bệnh sang cây khỏe mạnh.
Để kiểm sốt chúng, thuốc trừ sâu hóa học được bà con nông dân sử dụng
tràn lan với liều lượng cao làm cho các lồi cơn trùng gây hại biến đổi nhanh chóng
và kháng thuốc. Hiệu quả của việc sử dụng thuốc ngày càng thấp ngược lại với chi
phí ngày càng cao [31]. Thuốc trừ sâu hóa học khơng chỉ tiêu diệt các lồi cơn trùng
gây hại mà cịn tiêu diệt cả những lồi có ích như động vật ăn cơn trùng, các lồi ký
sinh cơn trùng gây hại cây trồng [59]. Mặt khác, phần lớn thuốc diệt cơn trùng có
thời gian phân hủy lâu, sau khi được phun cho cây trồng sẽ thẩm thấu một phần vào

đất và các mạch nước ngầm. Các chất này khi đã ngấm vào đất và nước ngầm sẽ tồn
tại lâu dài và ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sống, sức khỏe con người, gia
súc và các loài sinh vật khác, đặc biệt là các động vật sống trong nước như cá, tơm,
cua và các lồi thủy sinh khác. Trước thực trạng đó, rất nhiều nước đang cố gắng
làm giảm bớt việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học trong nơng nghiệp. Hơn nữa, kiểm
soát sinh học đang là một phương pháp thay thế hiệu quả, bao gồm việc dùng nấm
ký sinh côn trùng (tức sử dụng tác nhân gây bệnh là nấm để tiêu diệt các lồi cơn
trùng) [40].
Việc sử dụng thuốc trừ sâu sinh học có những đặc tính nổi bật sau:
Ưu điểm: (a) Khơng tạo nên tính kháng thuốc của sâu hại cây trồng, nếu
dùng liều lượng cao. (b) Không độc hại cho người và gia súc, không gây ô nhiễm
môi trường, không ảnh hưởng đến chất lượng nông sản, không tác dụng tiêu cực
đến đất trồng. (c) Hiệu quả thuốc vi sinh thường kéo dài vì chúng không chỉ tiêu
diệt trực tiếp lứa sâu đang phá hoại mà chúng cịn có thể lan truyền cho thế hệ tiếp
theo, nên rất tiết kiệm chi phí. (d) Khơng ảnh hưởng đến tài nguyên vi sinh vật đất,

Trường đại học khoa học tự nhiên

9

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ mơi trường

Vũ Thị Thanh

các lồi thiên địch hữu ích. (e) Nếu sử dụng hợp lý, đúng kỹ thuật mang lại hiệu quả
kinh tế cao.
Nhược điểm: (a) Tác dụng của thuốc trừ sâu vi sinh chậm nên hiệu quả chậm

vì thuốc trừ sâu vi sinh thường có quá trình gây bệnh và nhiễm bệnh khi vào cơ thể
sâu thì thời gian ủ bệnh phải mất 1-3 ngày. (b) Hiệu quả của thuốc ban đầu không
cao, phổ tác dụng của thuốc còn hẹp. (c) Một vài loại thuốc trừ sâu vi sinh bị ảnh
hưởng bởi điều kiện thời tiết như độ ẩm khơng khí, gió, ánh sáng mặt trời. Nếu như
phun trừ sâu không đúng kỹ thuật, phun trong điều kiện khơng thích hợp sẽ khó đạt
hiệu quả cao. (d) Giá thành cao và việc bảo quản còn gặp khó khăn.
Một số chủng nấm diệt cơn trùng mạnh như Beauveria sp., Metarhizium sp.,
Paecilomyces sp., Nomuraea sp., Verticillium sp., đã được sử dụng làm chất trừ sâu
sinh học ở một số nước trên thế giới. Ở các nước như Liên Xô cũ, Mỹ, Anh chi nấm
Beauveria dùng để sản xuất chế phẩm có tên Beauverin, ở Việt Nam có tên thương
mại là Beauverit từ chủng Beauveria spp.. Bào tử nấm Metarhizium anisopliae đã
được phối chế tạo sản phẩm có tên gọi thương mại là “BioBlast” được sử dụng để
kiểm sốt mối, mọt, cơn trùng gây hại [63]. Cho đến nay, kết quả nghiên cứu chỉ ra
rằng một số chủng nấm thuộc hai loài nấm Beauveria sp. và Metarhizium sp. có
tiềm năng rất mạnh để gây bệnh, diệt cơn trùng, bướm gây hại ở trên đồng ruộng.
Tuy nhiên, các nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nấm này dùng để diệt cơn trùng trên
đồng ruộng thì rất ít. Việc sử dụng bào tử nấm ký sinh côn trùng để xử lý đất trồng
cây, để kiểm sốt cơn trùng có cánh gây hại đã được đề cập [35, 74].
Hiện nay, các nghiên cứu về các chủng nấm Lecanicillium spp. được sử dụng
để kiểm sốt cơn trùng gây hại cây trồng cũng đã và đang được nhiều nhà khoa học
trên thế giới nghiên cứu bởi khả năng diệt côn trùng của chúng rất cao. Vi nấm
Lecanicillium spp. ký sinh trên nhiều loại côn trùng bao gồm bộ cánh đều, bộ cánh
cứng, cánh thẳng và bướm [39]. Việc sử dụng bào tử nấm Lecanicillium spp. đã rất
được quan tâm để kiểm sốt cơn trùng và sâu bệnh hại cây trồng. Bên cạnh đó, giun
trịn nang gây hại đậu tương, nấm mốc gây hại dưa chuột và các loại nấm gỉ gây hại

Trường đại học khoa học tự nhiên

10

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

cây hoa cúc cũng có thể được kiểm sốt bởi loại nấm này [46]. Hơn nữa,
Lecanicillium spp. đã được chứng minh có độc tính rất mạnh đối với một số lồi rệp
muội như rệp đào (Myzus persicae), rệp bông (Aphis gossypii) và Macrosiphum
euphorbiae [22], do đó tại Anh, Mỹ và một số nước khác đã nghiên cứu và có chế
phẩm thương mại như Vertalec® từ bào tử nấm Lecanicillium longisporum diệt các
lồi rệp muội, rệp chích hút nhựa cây. Ngồi ra, Lecanicillium đã được chứng minh
rằng, nó có các hoạt động chống nấm mốc gây bệnh phấn trắng trên nhiều loại cây
trồng [47], diệt các ký sinh trùng khác hại cây trồng như sâu, bọ [37].
1.2.2. Tình hình sử dụng nấm diệt cơn trùng ở Việt Nam
Tại Việt Nam quy trình sử dụng vi nấm Metarhizium anisopliae và
Beauveria brassiana đã được nghiên cứu khá thành công và được sản xuất thành
một số chế phẩm. Chế phẩm từ hai loại nấm này giúp bảo vệ mơi trường và tạo
thêm một số mơ hình kinh tế mới như trồng lúa kết hợp nuôi tôm. Sử dụng biện
pháp sinh học này giúp việc kiểm soát rầy nâu giảm bớt chi phí so với dùng thuốc
trừ sâu hóa học.
Vi nấm Metarhizium anisopliae cũng có hiệu lực cao đối với rệp sáp giả
Dysmicoccus sp. hại na. Phun nấm với nồng độ 9×108 bào tử/ml đã kiểm sốt được
82% rệp sáp giả sau 5 ngày xử lý. Tuy nhiên, hiệu quả trừ rệp sáp giả của nấm
Metarhizium anisopliae trên cây na ở điều kiện động ruộng ở ngoại ô Thành phố Hồ
Chí Minh thấp hơn so với ở phịng thí nghiệm, nhưng cũng đạt 56-78% [14]. Một
chế phẩm khác từ Metarhizium diệt trừ được các loại sâu xanh, bướm trắng, sâu
khoang ăn lá, bọ hung đen ăn mía, mối đất ăn thông trắng, một số loại côn trùng hại
bồ đề, cây điều, cây ăn quả; sâu xanh bướm trắng ăn su hào, bắp cải, sâu khoang hại

cà chua cho kết quả diệt sâu bệnh hơn 70%. Chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học 2B có
nguồn gốc từ nấm Beauveria brassiana đã được thử nghiệm kiểm soát rầy nâu hại
lúa [10]. Các chủng Bacillus thuringiensis được chọn lọc từ tự nhiên ở Việt Nam và
nước ngoài cũng đã được nghiên cứu tạo chế phẩm, chế phẩm Bt do viện Công

Trường đại học khoa học tự nhiên

11

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

nghệ sản xuất có hoạt tính diệt sâu cao đối với cơn trùng bộ cánh vảy hại rau hoa
quả, nông sản bảo quản [1].
Thuốc trừ sâu vi sinh MVP 10FS, Delfin WG 32BIU, Aztron, Tập Kì 1,8EC
(Abamectin từ Streptomyces avermitilis) có hiệu lực với sâu tơ Plustella xylostella
và sâu khoang Spodoptera litura khá cao, hiệu lực dài. Đặc biệt thuốc Tập Kì 1,8EC
có hiệu lực rất cao đối với sâu tơ và sâu xanh bướm trắng, thuốc có mùi dễ chịu và
dùng với lượng rất nhỏ trên một hecta, cần đưa vào chương trình quản lý dịch hại
tổng hợp IPM. Bốn loại thuốc trừ sâu vi sinh này được xếp loại ưu tiên lựa chọn để
phòng trừ sâu tơ và sâu khoang hại rau họ thập tự bắp cải, súp lơ, su hào và các loại
rau cải. Bên cạnh đó thuốc VBt và Bacterin BT cũng có hiệu lực diệt sâu tơ cao
[16].
Có thể thấy, xu hướng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc là sinh
học trên thế giới và Việt Nam ngày càng nhiều và càng được quan tâm, trong đó có
xu hướng sử dụng nấm ký sinh.

1.3. Nấm ký sinh côn trùng
Cũng như vi khuẩn, nhiều loại nấm có quan hệ cộng sinh hoặc hoại sinh với
cơn trùng, trong đó có nhiều lồi nấm thực sự là ký sinh, gây hiện tượng bệnh lý và
dẫn đến huỷ diệt cơn trùng. Nấm gây bệnh cho cơn trùng có ý nghĩa rất lớn vì có thể
gây chết thường xun với tỷ lệ chết cao cho nhiều lồi cơn trùng hại và là những
tác nhân điều hoà tự nhiên rất hiệu quả. Côn trùng chết do nấm rất dễ nhận biết
bằng mắt thường, vì các sợi nấm mọc qua vỏ cơ thể và bao phủ toàn bộ bề mặt
ngoài của cơ thể côn trùng. Cơ thể côn trùng bị chết do nấm khơng bị tan rã, mà
thường giữ ngun hình dạng ban đầu, toàn bộ bên trong cơ thể chứa đầy sợi nấm.
Hầu hết các các loại nấm gây bệnh cho côn trùng đều xâm nhập vào cơ thể
vật chủ không qua đường miệng, mà dựa trên sự tiếp xúc trực tiếp của bào tử với
côn trùng. Sau khi bám trên vỏ côn trùng (chitin), các bào tử gặp độ ẩm và nguồn
dinh dưỡng thích hợp sẽ nẩy mầm và xâm nhập vào cơ thể cơn trùng thơng qua lớp
biểu bì bên ngoài, giữa các bộ phận trong cơ thể. Trong quá trình nẩy mầm, bào tử
Trường đại học khoa học tự nhiên

12

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

tổng hợp protease, chitinase và lipase giúp các ống mầm xâm nhập vào lớp biểu bì
đồng thời các enzyme hủy hoại hệ thống mô, cơ quan của côn trùng. Sợi nấm xâm
nhập vào khoang máu, lưu thông qua các chất lỏng của côn trùng và hình thành khối
mơ dạng sợi nấm trên cơ thể côn trùng [32]. Kết quả là côn trùng bị tổn thương, bị
đa nhiễm bởi nấm gây bệnh và các vi sinh vật gây bệnh khác. Sau khi côn trùng

chết nấm tiếp tục phát triển và sinh bào tử bên ngồi cơ thể cơn trùng và có thể lây
truyền bệnh cho cơn trùng khác.
Nấm cũng có thể xâm nhập vào bên trong cơ thể côn trùng qua đường miệng.
Từ miệng, bào tử đi tới ruột và qua thành ruột xâm nhiễm vào các tế bào nội quan
để gây bệnh. Xâm nhập kiểu này chủ yếu là bào tử của các loài nấm ở nước. Dưới
tác động của độc tố do bào tử nấm tiết ra có thể dẫn tới hiện tượng ngừng nhu động
ruột của vật chủ. Thí dụ, trường hợp bào tử nấm Aspergillus trong ruột ong mật.
Bào tử nấm cịn có thể xâm nhập qua lỗ thở hoặc cơ quan sinh dục để vào bên trong
cơ thể côn trùng, nhưng rất ít.
Nấm gây bệnh cho cơn trùng thuộc nhiều nhóm nấm khác nhau: từ nhóm
nấm nguyên thủy sống dưới nước đến nhóm nấm bậc cao sống trên cạn. Nấm gây
bệnh cho cơn trùng có mặt trong cả 4 lớp nấm: Nấm bậc thấp Phycomycetes, nấm
túi Ascomycetes, nấm đảm Basidiomycetes và nấm bất toàn Deuteromycetes.
- Lớp nấm bậc thấp Phycomycetes: Trong lớp nấm này, các lồi ký sinh trên
cơn trùng tập trung ở ba bộ: Chytridiales, Blastocladiales và Entomophthorales.
Đặc biệt có những họ nấm gồm tất cả các lồi đều là ký sinh trên côn trùng như
Entomophthoraceae và Coelomomycetaceae. Những giống nấm ký sinh côn trùng
quan trọng của lớp nấm bậc thấp là: Coelosporidum, Chytridiopsis (bộ
Chytridiales), Coelomonyces (bộ Blastocladiales) và Entomophthora (bộ Entomoph
thorales).
- Lớp nấm túi Ascomycetes: Trong lớp nấm túi có bộ Laboulbiniales là những
nấm ngoại ký sinh cơn trùng có chun tính cao, cịn các lồi nấm túi khác đều là

Trường đại học khoa học tự nhiên

13

Lớp cao học môi trường K19

Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

nội ký sinh của côn trùng. Những giống nấm quan trọng gây bệnh cho côn trùng là:
Cordyceps, Aschersonia (bộ Hypocreales).
- Lớp nấm đảm Basidiomycetes: Trong lớp nấm đảm chỉ ở 2 giống có các lồi
gây bệnh trên cơn trùng. Đó là giống Septobasidium và Uredinella.
- Lớp nấm bất toàn Deuteromycetes: Phần lớn các lồi nấm bất tồn ký sinh
cơn trùng đều thuộc bộ Moniliales. Những giống Beauveria, Paecilomyces,
Spicaria, Metarhizium, Cephalosporium và Sorosporella chứa các lồi khi xâm
nhiễm vào cơn trùng đã tạo thành độc tố và gây chết vật chủ trong khoảng thời gian
nhất định.
1.4. Hệ enzyme chitinase từ nấm sợi
1.4.1. Định nghĩa
Chitinase là enzyme thủy phân chitin thành các đơn phân Naxetylglucosamine, chitobiose hay chitotriose qua việc xúc tác sự thủy phân liên kết
β-1,4 glucoside giữa C1 và C4 của hai phân tử N-axetylglucosamine liên tiếp nhau
trong chitin (Synowiecki and Al-Khateeb, 2003) [70].
1.4.2. Cấu trúc của chitinase
Căn cứ vào hệ thống phân loại enzyme, chitinase thuộc 3 họ Glycohydrolate
18, Glycohydrolase 19 và Glycohydrolase 20.
 Họ Glycohydrolase 18
Là họ lớn nhất với khoảng 180 chi, được tìm thấy ở hầu hết các lồi thuộc
Eukaryote, Prokaryote và virus. Họ này bao gồm chủ yếu là chitinase, ngồi ra cịn
có các enzyme khác như chitodextrinase, chitobiase và N-acetyl glucosaminidase.
Các chitinase thuộc họ Glycohydrolase 18 có cấu trúc xác định gồm 8 xoắn
α/β cuộn tròn, chúng hoạt động thơng qua một cơ chế kiểm sốt mà trong đó các
đoạn β polymer bị phân cắt tạo ra sản phẩm là β anomer [38] (hình 1.3.A). Các
chitinase thuộc họ Glycohydrolase 18 bị ức chế mạnh bởi allosamidin.

Trường đại học khoa học tự nhiên

14

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

Các chitinase thuộc họ Glycohydrolase 18 được tổng hợp từ các giống như:
Aeromonas

hydrophila,

Bacillus

circularis,

Trichoderma

harzianum,

Aphanocladium album, Serratia marcescens…
 Họ Glycohydrolase 19
Họ này gồm hơn 130 chi, thường thấy chủ yếu ở thực vật, ngoài ra cịn có ở
xạ khuẩn Streptomyces griceus, vi khuẩn Haemophilus influenza… Chúng có cấu
trúc hình cầu với một vịng xoắn và hoạt động thơng qua cơ chế nghịch chuyển
(hình 1.3.B)

Họ Glycohydrolase 19 bao gồm những chitinase thuộc nhóm I, II,IV.

(A)

(B)

Hình 1.3. Cấu trúc không gian của chitinase thuộc họ Glycohydrolase 18 (A)
[69] và Glycohydrolase 19 (B) [72].
 Họ Glycohydrolase 20
Họ

Glycohydrolase

20

bao

gồm

β-N-acetyl-D-Glucosamine

acetylhexosaminidase từ vi khuẩn, Streptomyces và người. Ngồi ra, dựa vào trình
tự đầu amin (N), sự định vị của enzyme, điểm đẳng điện, peptide nhận biết và vùng
cảm ứng, người ta phân loại enzyme chitinase thành 5 nhóm:
Nhóm I: là những đồng phân enzyme trong phân tử có đầu N giàu cystein nối
với tâm xúc tác thông qua một đoạn giàu glycin hoặc prolin ở đầu carboxyl (C)

Trường đại học khoa học tự nhiên

15

Lớp cao học môi trường K19


Luận văn thạc sỹ môi trường

Vũ Thị Thanh

(peptide nhận biết). Vùng giàu cystein có vai trị quan trọng đối với sự gắn kết
enzyme và cơ chất chitin nhưng không cần cho hoạt động xúc tác.
Nhóm II: là những đồng phân enzyme trong phân tử chỉ có tâm xúc tác, thiếu
đoạn giàu cystein ở đầu N và peptid nhận biết ở đầu C, có trình tự amino acid tương
tự chitinase ở nhóm I. Chitinase nhóm II có ở thực vật, nấm, và vi khuẩn.
Nhóm III: trình tự amino acid hồn tồn khác với chitinase nhóm I và II
Nhóm IV: là những đồng phân enzyme chủ yếu có ở lá cây hai lá mầm, 4147% trình tự amino acid ở tâm xúc tác của chúng tương tự như chitinase nhóm I,
phân tử cũng có đoạn giàu cystein nhưng kích thước phân tử nhỏ hơn đáng kể so
với chitinase nhóm I.
Nhóm V: dựa trên những dữ liệu về trình tự, người ta nhận thấy vùng gắn
chitin (vùng giàu cystein) có thể đã giảm đi nhiều lần trong q trình tiến hóa ở thực
vật bậc cao.
1.4.3. Cơ chế hoạt động của chitinase
Enzyme phân giải

chitin bao gồm:

endochitinase,

chitin 1-4-β-

chitobiosidase, N-acetyl-β -D-glucosaminidase (exochitinase) và chitobiase.

Hình 1.4. Cơ chế hoạt động của enzyme chitinase [7]
Trường đại học khoa học tự nhiên

16

Lớp cao học môi trường K19