Bacillus thurgiensis var. kurstaki (Btk)

Bacillus thurgiensis var. kurstaki – Viết tắt là Btk – là một công cụ hiệu quả trong quản lý dịch hại, đặc biệt trong nông nghiệp hữu cơ, nhờ tính chọn lọc cao và an toàn cho môi trường. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tối ưu, cần áp dụng đúng cách, xác định thời điểm phun phù hợp

1. Giới thiệu về Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk)
1.1. Btk là gì?
Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk) là một chủng vi khuẩn Gram dương, hình que, thuộc loài Bacillus thuringiensis (Bt). Đây là một loại vi khuẩn phổ biến trong đất, nước, và bề mặt thực vật, có khả năng sản sinh ra độc tố Cry có tác dụng diệt sâu hại thuộc bộ Lepidoptera (các loài bướm và ngài).
Btk được phát hiện lần đầu vào năm 1911 bởi nhà vi sinh vật học người Nhật Bản Shigetane Ishiwata. Tuy nhiên, chỉ đến những năm 1950, Btk mới được ứng dụng rộng rãi như một phương pháp kiểm soát sâu bệnh trong nông nghiệp.
1.2. Phân biệt Btk với các chủng Bt khác
Bacillus thuringiensis có nhiều chủng khác nhau, mỗi chủng có độc tố đặc hiệu với từng loại côn trùng khác nhau:
+ Btk (var. kurstaki): Nhắm vào các loài sâu thuộc bộ Lepidoptera.
+ Bti (var. israelensis): Diệt muỗi và ruồi đen.
+ Btj (var. japonensis): Nhắm vào bọ cánh cứng (Coleoptera).
+ Bta (var. aizawai): Hiệu quả với sâu hại trên rau quả như sâu tơ (Plutella xylostella).
Trong số này, Btk được ứng dụng phổ biến nhất do nó có hiệu quả cao trong việc tiêu diệt các loài sâu hại trên cây trồng mà không gây hại cho con người và động vật.
2. Cơ chế hoạt động của Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk)
Btk sản sinh các protein tinh thể, được gọi là độc tố Cry, có khả năng gây độc cho ấu trùng của các loài côn trùng này. Btk tiêu diệt sâu hại nhờ các protein Cry (Cry toxins) mà nó sản xuất. Khi sâu hại ăn phải Btk, độc tố Cry trải qua một chuỗi phản ứng sinh hóa trong ruột sâu, dẫn đến tử vong. Quá trình này có thể chia thành 5 giai đoạn chính:
Btk xâm nhập vào cơ thể sâu hại
– Btk thường được phun lên lá cây hoặc rắc vào môi trường đất.
– Khi sâu hại ăn phải lá hoặc vật liệu chứa Btk, vi khuẩn này xâm nhập vào hệ tiêu hóa của sâu.
– Độc tố quan trọng nhất của Btk là protein Cry (thường tồn tại dưới dạng tinh thể trong tế bào vi khuẩn).
– Tinh thể Cry không có tác dụng độc ngay lập tức vì chúng tồn tại ở dạng tiền độc tố (protoxin)
Hòa tan tinh thể Cry trong ruột sâu
– Ruột giữa của sâu Lepidoptera có độ pH kiềm cao (pH 9 – 10), trong khi hệ tiêu hóa của động vật có vú (bao gồm con người) có độ pH axit.
– Khi tinh thể Cry đi vào ruột sâu, môi trường kiềm làm hòa tan tinh thể Cry, giải phóng ra protoxin.
– Protoxin là một dạng chưa hoạt động của độc tố Cry, cần phải được hoạt hóa bởi enzyme tiêu hóa.
Hoạt hóa protoxin thành độc tố Cry
– Trong ruột sâu có các enzyme tiêu hóa protease (chủ yếu là trypsin và chymotrypsin).
– Các enzyme này cắt protoxin thành độc tố Cry hoạt hóa, có khả năng gây hại cho sâu hại.
– Mỗi loài sâu hại có hệ enzyme tiêu hóa riêng, nên độc tố Cry chỉ hoạt động trên một số loài nhất định mà không ảnh hưởng đến côn trùng có ích hoặc động vật có vú.
Độc tố Cry liên kết với thụ thể trên tế bào ruột sâu
– Độc tố Cry hoạt hóa sẽ nhận diện và liên kết với các thụ thể đặc biệt trên màng tế bào biểu mô ruột giữa của sâu.
– Các thụ thể này là các protein đặc hiệu chỉ có ở Lepidoptera, vì vậy Cry không gây hại cho động vật có vú hay côn trùng có ích.
– Các thụ thể quan trọng bao gồm:
+) Cadherin-like proteins (CAD) – giúp kích hoạt Cry
+) Aminopeptidase N (APN)
+)Alkaline phosphatase (ALP)
Hình thành lỗ thủng trên màng tế bào ruột, gây tử vong
– Khi độc tố Cry liên kết với thụ thể trên màng tế bào ruột, nó thay đổi cấu trúc và bắt đầu hình thành các kênh ion hoặc lỗ thủng trên màng tế bào. Các lỗ thủng này gây rò rỉ ion và nước, làm mất cân bằng thẩm thấu trong tế bào. Kết quả là tế bào ruột giữa bị phá hủy, dẫn đến tổn thương nghiêm trọng hệ tiêu hóa của sâu.
– Do các tế bào ruột bị hủy hoại, sâu không thể tiêu hóa thức ăn.
– Sâu sẽ ngừng ăn chỉ sau vài giờ kể từ khi tiếp xúc với Btk.
– Vết thương trên ruột tạo điều kiện cho vi khuẩn đường ruột xâm nhập vào máu, gây nhiễm trùng toàn thân.
– Khi vi khuẩn từ ruột xâm nhập vào cơ thể, chúng gây nhiễm trùng và làm suy yếu hệ miễn dịch của sâu. Tổn thương ruột cũng khiến sâu mất nước nghiêm trọng, dẫn đến tử vong sau 1 – 5 ngày.
Tính đặc hiệu của Btk
– Btk chỉ ảnh hưởng đến sâu thuộc bộ Lepidoptera vì độc tố Cry chỉ gắn kết với các thụ thể đặc biệt trên tế bào ruột của sâu hại này.
– Độc tố Cry không có tác dụng với người, động vật có vú và các loài côn trùng có ích như ong và bọ rùa.
3. dụng của Btk trong kiểm soát côn trùng
Btk được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, lâm nghiệp và bảo vệ thực vật vì tính hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.
Các loài sâu hại bị tiêu diệt bởi Btk:
– Sâu tơ (Plutella xylostella) – gây hại cho rau cải, bắp cải.

– Sâu đo (Geometridae) – phá hoại cây ăn trái.

– Sâu róm (Thaumetopoeidae) – gây hại cho cây lâm nghiệp như thông và bạch đàn.

– Sâu cuốn lá (Cnaphalocrocis medinalis) – ảnh hưởng đến lúa.

Cách sử dụng Btk
– Btk có thể được áp dụng dưới dạng dung dịch phun, bột rắc hoặc hạt trộn vào đất.
– Phun vào buổi chiều hoặc tối khi sâu hại hoạt động mạnh nhất.
– Kết hợp Btk với dầu khoáng hoặc chất bám dính để tăng hiệu quả.
– Phun lại sau 5 – 7 ngày nếu cần thiết, vì vi khuẩn bị phân hủy nhanh bởi tia UV và mưa.
4. Ảnh hưởng đến các loài không phải mục tiêu
Ảnh hưởng đến côn trùng có ích
– Btk không gây hại cho ong, bọ rùa, và các loài thiên địch khác, vì độc tố Cry chỉ tác động lên sâu Lepidoptera.
– Tuy nhiên, nếu sử dụng quá liều, Btk có thể ảnh hưởng đến một số loài ký sinh trùng như Trichogramma chilonis (một loại ong ký sinh giúp kiểm soát sâu hại).
Ảnh hưởng đến môi trường và con người
– Không gây độc cho con người, động vật có vú và cá.
– Phân hủy nhanh trong môi trường (thường trong vòng 48 giờ dưới ánh sáng mặt trời).
– Không để lại dư lượng độc hại trên cây trồng.
5. Khả năng kháng Btk ở sâu hại
Một số nghiên cứu chỉ ra rằng nếu sử dụng Btk liên tục và không luân phiên với các biện pháp khác, sâu hại có thể phát triển tính kháng Btk. Một số biện pháp để ngăn chặn sự kháng thuốc:
– Luân phiên sử dụng Btk với các loại thuốc trừ sâu sinh học khác như Beauveria bassiana.
– Không sử dụng Btk quá thường xuyên trên cùng một vùng trồng.
– Sử dụng kết hợp thiên địch và biện pháp canh tác để kiểm soát sâu bệnh toàn diện.
6. Ưu và nhược điểm của việc sử dụng Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk)
Ưu điểm:
– Btk chỉ tác động đến ấu trùng của côn trùng thuộc bộ cánh vẩy (Lepidoptera), như sâu bướm và ngài, mà không gây hại cho các loài côn trùng có ích như ong mật, bọ rùa, hoặc các động vật khác như chim và động vật có vú. ​
– Btk được coi là an toàn cho con người và thường được sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ. Nó không để lại dư lượng độc hại trên cây trồng và phân hủy nhanh chóng trong môi trường tự nhiên. ​
– Do tính chọn lọc, Btk không tiêu diệt các loài thiên địch tự nhiên của sâu hại, giúp duy trì cân bằng sinh thái trong hệ sinh thái nông nghiệp. ​
– Sử dụng Btk có thể giảm thiểu việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học, từ đó giảm nguy cơ phát triển tính kháng thuốc ở sâu hại. ​
Nhược điểm:
– Btk dễ bị phân hủy bởi tia cực tím và có thể bị rửa trôi bởi mưa, do đó hiệu quả của nó có thể giảm nhanh chóng sau khi áp dụng. ​
– Btk chỉ hiệu quả khi ấu trùng côn trùng đang trong giai đoạn ăn uống tích cực. Do đó, việc xác định thời điểm phun thuốc là rất quan trọng để đạt hiệu quả cao nhất. ​
– Do Btk phân hủy nhanh trong môi trường, cần phải phun lại nhiều lần để duy trì hiệu quả kiểm soát sâu hại. ​
– Mặc dù Btk có tính chọn lọc cao, nhưng nếu không sử dụng cẩn thận, nó có thể ảnh hưởng đến các loài bướm và ngài có ích hoặc quý hiếm trong khu vực. ​
– Việc phải phun thuốc nhiều lần và đúng thời điểm có thể tăng chi phí và công sức cho nông dân so với một số phương pháp kiểm soát sâu hại khác.