Thuốc trừ sâu sinh học là gì?
Thuốc trừ sâu sinh học là một số loại thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ các nguyên liệu tự nhiên như động vật, thực vật, vi khuẩn và một số khoáng chất. Ví dụ, dầu canola và baking soda có tác dụng diệt côn trùng và được coi là thuốc trừ sâu sinh học.
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đã định nghĩa thuốc trừ sâu sinh học là các chất có trong tự nhiên (thuốc trừ sâu sinh hóa), vi sinh vật và các sản phẩm trao đổi chất của chúng (thuốc trừ sâu vi sinh vật) và các chất được sản xuất bởi thực vật có chứa vật liệu di truyền bổ sung (chất bảo vệ thực vật) có khả năng kiểm soát sâu bệnh.
Thuốc trừ sâu sinh học vi sinh vật thường được sử dụng trong các chiến lược kiểm soát sinh học tăng cường như một biện pháp phòng ngừa để kiểm soát mầm bệnh. Các chất đối kháng vi sinh vật tạo thành nền tảng của các sản phẩm thuốc trừ sâu sinh học này được sản xuất hàng loạt bằng quá trình lên men công nghiệp và phải được sử dụng nhiều lần vì quần thể của chúng thường tự duy trì trong một thời gian giới hạn (một phần hoặc một mùa sinh trưởng).
Tính đến ngày 31/8/2020, đã có 390 hoạt chất thuốc trừ sâu sinh học được đăng ký.
Các loại thuốc trừ sâu sinh học
Thuốc trừ sâu sinh học được chia thành ba nhóm chính:
- Thuốc trừ sâu sinh hóa
- Thuốc trừ sâu vi sinh vật
- Chất bảo vệ thực vật kết hợp (PIP)
Thuốc trừ sâu sinh hóa
Là những chất xuất hiện tự nhiên có tác dụng kiểm soát sâu bệnh bằng cơ chế không độc hại. Ngược lại, thuốc trừ sâu thông thường thường là vật liệu tổng hợp có tác dụng trực tiếp tiêu diệt hoặc làm bất hoạt sâu bệnh.
Thuốc trừ sâu sinh hóa bao gồm các chất gây cản trở quá trình giao phối, chẳng hạn như pheromone sinh dục của côn trùng, cũng như các chất chiết xuất từ thực vật có mùi thơm khác nhau thu hút côn trùng gây hại vào bẫy. Bởi vì đôi khi rất khó xác định liệu một chất có đáp ứng các tiêu chí để phân loại là thuốc trừ sâu sinh hóa hay không, EPA đã thành lập một ủy ban đặc biệt để đưa ra những quyết định như vậy.
Nhóm chiết xuất thực vật
Thuốc trừ sâu sinh học thực vật cũng là một nhóm thuốc trừ sâu sinh học quan trọng có nguồn gốc từ chiết xuất từ thực vật và tinh dầu.
Chúng bao gồm một số loại chất chuyển hóa thứ cấp như steroid, alkaloid, phenolics, terpenoid và các hợp chất chứa nitơ có hoạt tính diệt côn trùng.
Các hợp chất này có thể hoạt động như chất xua đuổi, chất điều hòa sinh trưởng và chất chống ăn. Chúng cũng có thể hoạt động bằng cách ức chế hô hấp và gây rối loạn chức năng trao đổi chất.
Một số loại thuốc trừ sâu sinh học từ thực vật thường được sử dụng bao gồm dầu Neem (từ Azadirachta indica), Nicotine (từ loài Nicotiana), Pyrethrum (từ Dalmatia pyrethrum), Ryanodine (Rayania; từ Ryania speciosa)…
Nhóm hoạt chất bán tổng hợp (Semiochemicals)
Đây là những hóa chất do thực vật hoặc động vật tiết ra gây ra những thay đổi về hành vi hoặc sinh lý ở các sinh vật thụ thể cùng loài hoặc khác loài.
Chúng có thể kiểm soát sâu bệnh thực vật thông qua nhiều hoạt động như đặt bẫy hàng loạt, thu hút và tiêu diệt, phá vỡ giao phối, hệ thống kéo đẩy và kích hoạt cơ chế phòng vệ của thực vật.
Semiochemicals có thể được phân thành hai loại: Pheromones và Allelochemicals.
Pheromone, còn được gọi là chất bán hóa học nội tạng, là những hóa chất làm thay đổi hành vi của các sinh vật trong cùng một loài. Các chất hóa học thay đổi hành vi của các cá thể thuộc các loài khác nhau và còn được gọi là chất bán hóa học liên loài.
Chất điều hòa sinh trưởng
Chất điều hòa sinh trưởng côn trùng (IGR) là thuốc trừ sâu có tác dụng cản trở sự sinh trưởng và phát triển của côn trùng. Chúng có tác dụng chống lại các loại côn trùng khác nhau như muỗi, bọ chét và gián.
Chúng bao gồm các chất tương tự hormone vị thành niên (JHA), chất tương tự ecdysteroid và chất ức chế tổng hợp chitin (CSI).
JHA bắt chước các hormone vị thành niên ở côn trùng có tác dụng ức chế các gen thúc đẩy quá trình trưởng thành ở giai đoạn trưởng thành.
CSI ức chế sự hình thành chitin, thành phần chính của phần ngoài cùng của côn trùng.
Ecdysteroids tham gia vào quá trình lột xác và biến thái ở côn trùng. Là một loại thuốc trừ sâu sinh học, chúng có thể cản trở khả năng lột xác và phát triển của côn trùng.
Thuốc trừ sâu vi sinh vật
Thuốc trừ sâu vi sinh vật là thuốc trừ sâu sinh học có nguồn gốc từ vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn, vi rút, nấm, động vật nguyên sinh và tuyến trùng gây bệnh, có tác dụng chống lại các loài gây hại thực vật cụ thể.
Thuốc trừ sâu vi sinh có thể kiểm soát sâu bệnh bằng cách gây bệnh, tạo ra sự cạnh tranh về thức ăn và không gian, tạo ra các chất chuyển hóa độc hại hoặc nhiều phương thức hoạt động khác.
Ví dụ: có những loại nấm kiểm soát một số loại cỏ dại và những loại nấm khác tiêu diệt một số loại côn trùng cụ thể.
Thuốc trừ sâu sinh học vi khuẩn
Loại thuốc trừ sâu vi sinh vật phổ biến nhất là thuốc trừ sâu sinh học vi khuẩn, chủ yếu được sử dụng để kiểm soát côn trùng, nhưng một số cũng được sử dụng để chống lại các vi khuẩn gây bệnh khác và nấm.
Thuốc trừ sâu vi sinh vật được sử dụng rộng rãi nhất là phân loài và chủng Bacillus thuringiensis, hoặc Bt. Mỗi chủng vi khuẩn này tạo ra một hỗn hợp protein khác nhau và đặc biệt tiêu diệt một hoặc một số loài ấu trùng côn trùng có liên quan. Trong khi một số thành phần Bt kiểm soát ấu trùng bướm được tìm thấy trên thực vật thì các thành phần Bt khác lại đặc hiệu cho ấu trùng ruồi và muỗi. Các loài côn trùng mục tiêu được xác định bằng việc liệu Bt cụ thể có tạo ra một loại protein có thể liên kết với thụ thể trong ruột ấu trùng hay không, từ đó khiến ấu trùng côn trùng chết đói.
Các loại thuốc trừ sâu sinh học vi khuẩn thường được sử dụng khác bao gồm Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens, Agrobacteria radiobacter…
*** Xem thêm: Chế phẩm sinh học Bti
Thuốc trừ sâu sinh học virus
Một số họ virus được biết là có khả năng lây nhiễm côn trùng; tuy nhiên, các virus thuộc họ Baculoviridae là những virus duy nhất được sử dụng làm thuốc trừ sâu trong thực tế.
Baculovirus là một nhóm virus ADN sợi đôi lây nhiễm côn trùng. Chúng lây nhiễm côn trùng thông qua đường tiêu hóa. Sau khi ăn vào, chúng xâm nhập vào cơ thể côn trùng và giải phóng các hạt baculovirus dẫn đến nhiễm trùng tế bào ruột. Trong vòng vài ngày sau khi ăn phải, côn trùng sẽ ngừng ăn và cuối cùng chết, giải phóng các hạt virus ra môi trường.
Thuốc trừ sâu sinh học nấm
Thuốc trừ sâu sinh học nấm thường được sử dụng để kiểm soát côn trùng. Một số loại nấm cũng có tác dụng chống lại các loại nấm, vi khuẩn và mầm bệnh thực vật khác.
Thuốc trừ sâu sinh học bằng nấm không cần phải ăn vào mới gây nhiễm trùng, không giống như thuốc trừ sâu sinh học do vi khuẩn và vi rút. Chúng có thể xâm nhập qua lớp biểu bì của côn trùng và lây nhiễm sâu bệnh bằng cách tạo ra sự cạnh tranh về không gian và chất dinh dưỡng hoặc tạo ra các chất chuyển hóa thứ cấp độc hại.
Một số loại thuốc trừ sâu sinh học do nấm thường sử dụng bao gồm Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Trichoderma viride, Paecilomyces farinosus, và Verticillium lecanii…
Chất bảo vệ thực vật kết hợp (PIP)
Là một loại thuốc trừ sâu sinh hóa có nguồn gốc từ thực vật biến đổi gen. Chúng được tạo ra bởi cây chuyển gen kết hợp với vật liệu di truyền có hoạt tính thuốc trừ sâu.
Ví dụ: các nhà khoa học có thể lấy gen tạo ra protein thuốc trừ sâu Bt và đưa gen này vào vật liệu di truyền của chính cây trồng. Sau đó, cây trồng, thay vì vi khuẩn Bt, sẽ sản xuất ra chất tiêu diệt sâu bệnh.
Protein và vật liệu di truyền của nó, chứ không phải bản thân cây trồng, đều được quy định bởi EPA.
Một số quốc gia có thể không coi PIP là thuốc trừ sâu sinh học vì người tiêu dùng phản đối các sản phẩm biến đổi gen.
Gần đây, cơ chế can thiệp RNA (RNAi) cũng đã được sử dụng để sản xuất thuốc trừ sâu thế hệ mới. Ở đây, RNA sợi đôi được sâu bệnh ăn vào, làm suy giảm mRNA của sâu bệnh và do đó làm chậm sự phát triển của chúng hoặc giết chết chúng.
Ưu điểm của thuốc trừ sâu sinh học
Thuốc trừ sâu sinh học thường ít độc hơn thuốc trừ sâu thông thường.
Thuốc trừ sâu sinh học thường chỉ ảnh hưởng đến loài gây hại mục tiêu và các sinh vật có liên quan chặt chẽ, trái ngược với phổ rộng, thuốc trừ sâu thông thường có thể ảnh hưởng đến các sinh vật khác nhau như chim, côn trùng và động vật có vú.
Thuốc trừ sâu sinh học thường có hiệu quả với số lượng rất nhỏ và thường phân hủy nhanh chóng, dẫn đến phơi nhiễm thấp hơn và phần lớn tránh được các vấn đề ô nhiễm do thuốc trừ sâu thông thường gây ra.
Khi được sử dụng như một phần của chương trình Quản lý dịch hại tổng hợp (IPM), thuốc trừ sâu sinh học có thể làm giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu thông thường, trong khi năng suất cây trồng vẫn cao.
Tuy nhiên, để sử dụng thuốc trừ sâu sinh học một cách hiệu quả (và an toàn), người dùng cần phải biết nhiều về cách quản lý sâu bệnh và phải tuân thủ cẩn thận mọi hướng dẫn trên nhãn.
