35 năm nghiên cứu & phát triển thuốc trừ sâu sinh học Bacillus thuringensis (Bt) tại Việt Nam


Ngày đăng: 02-04-2018

Trong 35 năm nghiên cứu và phát triển thuốc trừ sâu sinh học Bacillus thuringensis (Bt) tại Việt Nam nói chung và của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam nói riêng, các nhà khoa học Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu, sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt và đưa những kết quả nghiên cứu đó ứng dụng vào đời sống sản xuất, góp phần giảm thiệt hại kinh tế cho ngành nông lâm nghiệp

Hơn bốn thập kỷ qua vi khuẩn Bacillus thuringensis được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học để bảo vệ cây trồng nông lâm nghiệp và kiểm soát muỗi - vectơ truyền nhiều bệnh nguy hiểm như sốt rét, sốt xuất huyết, viêm não Nhật Bản, bệnh giun chỉ, bệnh sùi chân voi…. Với những ưu điểm nổi bật so với thuốc trừ sâu hoá học như: không gây ô nhiễm môi trường, không diệt các côn trùng hữu ích và đặc biệt không độc hại đối với con người và môi trường, thuốc trừ sâu sinh học Bt chiếm hơn 90% thị phần thuốc sâu sinh học trên thế giới. Trong tương lai thuốc trừ sâu sinh học Bt và các gen của Bt sẽ được ứng dụng rộng rãi trên thực tế ,đặc biệt là trong công nghệ chuyển gen Bt vào cây trồng. 

Ở Việt Nam, thuốc trừ sâu sinh học Bt thương mại được ứng dụng đầu tiên tại viện Bảo vệ thực vật năm 1971. Tuy nhiên việc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng Bt đầu tiên được thực hiện năm 1973 tại Viện Sinh vật, Viện Khoa học Việt Nam, nay là Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Có thể chia lịch sử phát triển thuốc trừ sâu sinh học Bt của Việt Nam thành 3 thời kỳ: i) Thời kỳ mở đầu (1973 - 1983, ii) Thời kỳ sản suất và áp dụng (1984 – 1994) và iii) Thời kỳ nghiên cứu cơ bản, ứng dụng và phát triển (1995 - đến nay). 
 

Thời kì mở đầu nghiên cứu (1973-1983)

Công bố khoa học về nghiên cứu Bacillus thuringiensis của thời kì này rất ít. Hai công trình của nhóm tác giả Nguyễn Công Bình, Phạm Bá Nhạ, Ngô Đình Bính là những công trình đầu tiên nghiên cứu Bt tại Việt Nam. Năm 1973 sản xuất Bt bằng phương pháp thủ công và bán công nghiệp, những nghiên cứu về sản xuất chế phẩm Bt được thực hiện tại Viện Sinh Vật (nay là Viện Công nghệ sinh học). Trong thời kì 1973-76, chủ yếu sản xuất trên môi trường đặc với giá thể là agar tự chế tạo từ rong câu. Các nguyên liệu khác sẵn có trong nước như bã khô lạc, bột đậu tương, bột cá đã được nghiên cứu sử  dụng. Các chủng giống Bt lúc đó là dưới loài  Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis và B. thuringiensis subsp. kurstaki. Các chế phẩm Bt sản xuất bằng phương pháp thủ công này đã được sử dụng cho vùng rau ngoại thành Hà Nội. Hiệu quả diệt sâu của chế phẩm Bt tự sản xuất rất tốt  và đã có tiếng vang lớn lúc đó. Vì vậy sau giải phóng miền Nam 1975, đề tài sản xuất Bt được  lựa chọn là một trong những kết quả khoa học thực nghiệm đầu tiên của miền Bắc đưa vào phát triển ở miền Nam. Tại phòng Sinh học thực nghiệm (nay là Viện Sinh học Nhiệt đới) thuộc Phân viện Viện Khoa học Việt Nam tại thành phố Hồ Chí Minh, công nghệ sản xuất Bt đã tiến thêm một bước mới, chế phẩm Bt được sản xuất bằng phương pháp lên men chìm trong nồi lên men tự chế tạo. Sau đó công nghệ sản xuất được triển khai áp dụng tại công ty Thanh Sơn thành phố Hồ Chi Minh với quy mô lên men 3 m3/mẻ. Chế phẩm sản xuất ở Công ty này được đánh giá tại Bộ môn Bảo vệ Thực vật, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội và tại Trại ươm rau giống, Ty Nông nghiệp, tỉnh Lâm Đồng. Trên cơ sở những kết quả đạt được đó, năm 1982 Ban Khoa học kĩ thuật Hà Nội (nay là Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội) và Chương trình Sinh học phục vụ nông nghiệp của Uỷ ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước (nay là Bộ Khoa học và Công nghệ) đã cho phép đề tài triển khai sản xuất tại Viện Công nghiệp Thực phẩm trong nồi lên men chìm dung tích 5 m3. Chế phẩm dạng dịch thể sản xuất tại đây được dùng phòng trừ sâu hại rau tại các vùng rau ngoại thành Hà Nội. Để nâng cao hoạt tính và thời gian bảo quản chế phẩm, các tác giả đã kết hợp với Tổng cục Hoá chất thử nghiệm công nghệ thu hồi sản phẩm bằng máy sấy phun tại Cầu Diễn. Tuy nhiên do nhiều hạn chế về kĩ thuật lúc đó, hiệu suất thu hồi thấp, bào tử bị chết nhiều và hoạt tính bị giảm đáng kể.
 

Thời kì sản xuất và áp dụng (1984-1994)

Tư liệu về thời kì này hầu như không có. Mặc dù đề tài triển khai của nhóm Nguyễn Công Bình đã kết thúc, nhưng các chế phẩm Bt sản xuất theo phương pháp lên men dịch thể được áp dụng rộng rãi, có hiệu quả phòng trừ rất rõ rệt, hơn nữa giá bán không cao (khoảng 6000 đồng/lít) nên hợp với thu nhập của nông dân. Chế phẩm Bt có hiệu quả diệt sâu tơ mạnh, trong khi loại sâu này lại kháng với thuốc trừ sâu hoá học. Điều đó khiến nông dân thích dùng thuốc trừ sâu Bt hơn. Một số đơn vị thuộc một số trường đại học và cơ sở triển khai nhỏ đề xuất và phát triển phương pháp lên men hở không cần vô trùng, tạo chế phẩm Bt phục vụ trực tiếp cho các vùng trồng rau. Do kĩ thuật sản xuất thủ công, thô sơ lại chạy theo sản phẩm “ăn liền” nên hiện tượng nhiễm trùng và đặc biệt là nhiễm thực khuẩn thể (Bacteriophage) không thể khắc phục được. Số lượng bào tử, tinh thể trong các mẻ lên men không đạt yêu cầu tối thiểu nên hiệu quả diệt sâu của chế phẩm Bt sản xuất lúc đó rất thấp, thậm chí không có hiệu quả.

Thời kì nghiên cứu cơ bản, ứng dụng và phát triển (1995 – đến nay)

Cuối thời kì sản xuất và ứng dụng 1984-1994, chế phẩm Bt kém chất lượng, không tiêu thụ được, một số cơ sở phải đóng cửa và chuyển sang sản xuất các loại hàng hoá khác. Sản xuất và ứng dụng Bt bước vào thời kỳ thoái trào, các nhà khoa học phải quay lại nghiên cứu cơ bản để hiểu biết về bản chất phân tử, cơ chế diệt sâu của protein tinh thể phục vụ cho xây dựng công nghệ sản xuất, đặc biệt là công nghệ nền và cho cơ sở ứng dụng.

Trong thời kỳ này, các tư liệu về nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng Bt rất phong phú, đã được công bố, đặc biệt là trong 10 năm gần đây. Các công trình tập trung vào các nội dung chính như sự phân bố và đa dạng sinh học của các chủng Bt phân lập tại Việt Nam; các đặc tính phân tử của Bt; nghiên cứu tạo các vectơ mang gen cry chuyển vào cây trồng; và các nghiên cứu sản xuất chế phẩm Bt ứng dụng trong bảo vệ cây trồng và phòng chống các vectơ truyền bệnh trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng.  

Có thể nói, đây là thời kỳ phát triển mạnh về chất của công nghệ sinh học Bacillus huringiensis của Việt Nam, đã hội nhập được với khu vực Châu Á – Thái Bình Dương và thế giới. Hiện nay, Bộ sưu tập Bacillus thuringiensis (VBtC) của Việt Nam là một trong những bộ sưu tập lớn nhất trên thế giới với hơn 3500 chủng phân lập tại Việt Nam, trong đó có 114 chủng kháng nguyên chuẩn quốc tế dùng cho sản xuất 78 kit huyết thanh cho phân loại. Qua so sánh với các chủng Bt trên thế giới, các chủng Bt của Việt Nam rất đa dạng về cấu trúc tinh thể độc tố (hình tháp chiếm 63,1%, hình cầu 11,2%, hình khối lập phương 4,8%...), đa dạng về typ huyết thanh, và đặc biệt đa dạng về gen mã hóa protein diệt côn trùng cánh vẩy (Lepidoptera), cánh cứng (Coleoptera), hai cánh (Diptera), diệt tuyến trùng hại cây nông lâm công nghiệp, diệt tế bào ung thư người…. Trong đó, gen cry1(cry1Aa, cry1Ab, cry1Ac, cry1B, cry1C, cry1E, cry1F) chiếm 57 %, cry2 - 5%, cry4 (cry4A, cry4B) - 43%, cry8 – 8%. Ngoài ra, các gen cyt, gen Vip, gen parasporin cũng được phát hiện trong khoảng 1- 5 %.  
 

Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bt dạng bột thấm ướt và chế phẩm Bt thế hệ mới

 Chế phẩm Bt dạng bột thấm ướt

Trước 1993 do thiếu thiết bị thu hồi, máy sấy phun nên không sản xuất được Bt dạng bột. Từ năm 1994, Viện Công nghệ Sinh học đã được trang bị hệ thống lên men chìm đồng bộ của hãng New Brunswick (Hoa Kỳ) với các nồi lên men dung tích 5,6l, 20l và 80l. Các thiết bị cho thu hồi sản phẩm (Giai đoạn sau lên men) gồm có các loại ly tâm khác nhau, máy sấy phun và các loại tủ sấy. Với thiết bị hiện đại này, nhóm đề tài nhanh KHCN 02-07 “Hoàn thiện công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Bacillus thuringiensis…” của Chương trình Công nghệ sinh học nhà nước 1996 – 1998 và KHCN 02-07B (1999-2000) lần đầu tiên ở Việt Nam đã sản xuất được chế phẩm Bt dạng bột thấm ướt (wetable powder). Trên nền chất bột kỹ thuật đó, các công thức phối trộn đã được thực hiện. Các chế phẩm đã hoàn thiện hơn và điều tiến bộ nhất là đã tiêu chuẩn hoá được chế phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế. Hai chế phẩm mang nhãn hiệu BioBact WP dạng bột có hoạt lực 16000 IU/mg và BioBact EC dạng sữa có hoạt tính 4000 IU/ml được sản xuất. 

Chế phẩm Bt thế hệ mới

Một trong những hạn chế của thuốc trừ sâu sinh học là tính tác động chọn lọc của nó, nghĩa là mỗi một gen mã hoá một protein độc tố diệt sâu nhất định nào đó. Vì vậy muốn có một chế phẩm trừ được nhiều loại sâu thì chủng sản xuất phải chứa một tổ hợp gen mã hóa các protein diệt sâu. Đề tài khoa học cơ bản mã số 82 09 04 “Biểu hiện gen mã hóa protein tinh thể Cry1C diệt côn trùng trong chủng Bacillus thuringiensis 51 không sinh tinh thể” và đề tài nhánh của KC04-12 (2001 – 2004) đã tạo được chủng Bt mới (chủng Bt tái tổ hợp – Btk-28) có hoạt lực diệt sâu rộng hơn, nghĩa là chủng kurstaki trước đây chỉ diệt được sâu tơ, nay được kết hợp thêm một gen cry1C diệt sâu khoang (một loài sâu hại lớn trong nông nghiệp). Như vậy chế phẩm sản xuất bằng chủng Btk-28 này có hoạt phổ diệt sâu rộng hơn, mạnh hơn. Những kết quả này đă góp phần cho đề tài KC04-12 được công nhận là đề tài xuất sắc, được tặng bằng khen của Bộ Khoa học và Công nghệ năm 2005 và được Hội KHKT Việt Nam tặng giải thưởng Vipesco năm 2009. 

Chế phẩm Bt diệt bọ gậy

Từ các nghiên cứu cơ bản chọn chủng giống có hoạt tính diệt côn trùng cao, các nhà khoa học đã tìm ra được những chủng diệt ấu trùng muỗi (bọ gậy) rất mạnh tại Việt Nam. Dự án “Sản xuất thử chế phẩm diệt muỗi” năm 2007 do Viện Khoa học Việt Nam cấp quản lí đã sản xuất được chế phẩm diệt muỗi dạng dịch thể và đặc biệt là dạng bánh tan chậm. Chế phẩm dạng bánh lõi ngô tan chậm đã cho hiệu quả diệt bọ gậy rất cao (100% trên hiện trường) và hiệu quả diệt bọ gậy kéo dài sau 4 tháng đạt từ 90 – 100%. Bánh lõi ngô diệt bọ gậy là chế phẩm đã được Cục Sáng chế phát minh chấp nhận đăng công báo.

Các kết quả đánh giá hiệu quả diệt bọ gậy của chế phẩm cho thấy chế phẩm sinh học diệt bọ gậy sản xuất tại Việt Nam có hiệu quả rất cao trong phòng thí nghiệm và trên thực địa. Đây là chế phẩm dạng rắn, do vậy nó sẽ có nhiều ưu điểm như khả năng bảo quản, vận chuyển, dễ sử dụng, có tính ổn định và phân giải đều. Vì vậy cần được sản xuất công nghiệp và sử dụng trong công tác y tế dự phòng nhằm thay thế các thuốc hóa học trong cuộc chiến chống lại các loài muỗi và các căn bệnh nguy hiểm do muỗi truyền, bảo vệ sức khỏe nhân dân và bảo vệ môi trường.

Tin cũ hơn
Tư vấn tuyển sinh trực tuyến: 0898 204 035
Fanpage: Khoa Sinh - Môi trường, trường ĐHSP, ĐHĐN