Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm bảo vệ thực vật sinh học từ cây muồng trâu (Cassia Alata)

Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành nông nghiệp, tình hình sâu, bệnh phá hoại mùa màng và các côn trùng gây bệnh cho người, gia súc ngày càng trở lên trầm trọng, gây tổn thất lớn về người và vật chất. Sử dụng các hóa chất phòng trừ dịch hại nhằm hạn chế các tổn thất trên là biện pháp không thể thiếu, đặc biệt vào những thời điểm dịch hại xảy ra. Nhu cầu các thuốc BVTV trên thế giới hàng năm không ngừng tăng lên. Nếu như chỉ số tiêu thụ các sản phẩm này năm 2012 là 49,9 tỷ USD thì dự tính năm 2017 sẽ tăng lên 67,5 tỷ USD [1]. Tuy nhiên, cùng với việc gia tăng sử dụng các hóa chất BVTV, nguy cơ ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe con người cũng tăng theo. Theo FAO, trong kỳ 2006 - 2010, xu hướng sử dụng thuốc BVTV hóa học của thế giới đã dần giảm xuống, cụ thể đã giảm từ 1480,6 nghìn tấn năm 2006 xuống mức 678,1 nghìn tấn năm 2010; trung bình mỗi năm giảm 17,1%/năm. Trong hai năm trở lại đây, xu hướng sử dụng thuốc BVTV nguồn gốc hóa học trên thế giới đã giảm xuống rõ rệt trong khi tỷ lệ sử dụng thuốc BVTV nguồn gốc sinh học (biopesticide) gia tăng. Châu Mỹ có xu hướng giảm mạnh nhu cầu sử dụng mặt hàng này hơn hẳn so với các châu lục khác.

Một số hình ảnh của cây Muồng trâu
 

Để giảm thiểu tác động xấu của thuốc BVTV tới môi trường và con người, một trong những xu hướng hiện nay là tìm kiếm và sử dụng các sản phẩm chọn lọc, ít độc đối với người sử dụng, phân hủy nhanh, ít để lại dư lượng trong nông phẩm và môi trường - những sản phẩm thân thiện với môi trường, thay thế các sản phẩm độc hại trước đây. Các hóa chất BVTV có nguồn gốc thảo mộc (botanical pesticide) là một trong những loại thuốc trừ sâu sinh học (biopesticide) đã có lịch sử phát triển và kinh nghiệm sử dụng qua hàng nghìn năm (2000 năm), được người Trung Quốc, Ấn Độ và Ai Cập cổ đại khám phá từ những năm trước Công nguyên.

Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần, hoạt tính dược học của cây Muồng trâu Cassia alata L. Tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu sử dụng nguyên liệu Muồng trâu làm thuốc bảo vệ thực vật. Mặt khác kết quả sàng lọc các thực vật có hoạt tính kháng nấm và vi khuẩn gây hại cây trồng của chúng tôi từ năm 2007 tới nay đã phát hiện và báo cáo nhiều đối tượng thực vật có hoạt tính phòng trừ và kháng bệnh do vi khuẩn, nấm hại cây trông gây ra. Nhiều nghiên cứu về dịch chiết metanol của nguyên liệu Muồng ngủ (Cassia tora), Muồng lá hẹp (Cassia angustofolia) nhận thấy có hoạt tính kháng nấm in vitro kháng nấm Botrytis cineria, Phytophthora infestans, và Rhizoctonia solani và các vi khuẩn như Xanthomonas axonopodis, Ralstonia solanacearum và Erwinia carotovora. Nguyên liệu cây Muồng trâu được trồng phổ biến ở khu vực Bắc Giang, Lạng Sơn (Hữu Lũng) như các xã Yên Thịnh, Yên Vượng, Đồng Tân, Cai Kinh, Sơn Hà (20-30 ha) và Quang Thịnh với 4-10 hecta, canh tác ngắn ngày và mục đích thu hoạch lá sử dụng làm trà thảo mộc, giảm cân. Để tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú và góp phần nâng cao giá trị sử dụng của cây Muồng trâu, chúng tôi đã thu hái mẫu và kiểm tra thành phần hóa học các anthraquinone và thấy rằng anthraquinone chiếm hàm lượng cao trong dịch chiết. Đặc biệt, các anthraquinone loại có hoạt tính như các 1,8-dihydroxyl anthraquinone đều xuất hiện trong mẫu thực vật Muồng trâu. Cây Muồng trâu là loại thực vật dễ trồng, ngắn ngày, hàm lượng hoạt chất anthraquinone cao, đã được dùng trong Đông y và độc tính thấp. Bên cạnh đó, nghiên cứu về cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của các anthraquinone cũng là một vấn đề có ý nghĩa khoa học cần thiết phải nghiên cứu trong các lĩnh vực Hóa hợp chất tự nhiên, Hóa dược và Hóa Bảo vệ thực vật. Do đó Cơ quan chủ trì Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam phối hợp với Chủ nhiệm nhiệm vụ TS. Lê Đăng Quang để thực hiện nghiên cứu.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

1- Đã nghiên cứu thành công quy trình chiết thích hợp để thu cao chiết từ lá Muồng trâu giàu hoạt tính kháng nấm. Dung môi chiết metanol với tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (v/w) 13/1, nhiệt độ chiết 64⁰C, thời gian chiết 24h.

2- Đã nghiên cứu và xây dựng quy trình chiết và tinh chế thu hơn 9 kg cao chiết giàu hoạt tính từ lá cây Muồng trâu với hàm lượng các anthraquinone trong cao chiết là 74,26%.

3- Đã tiến hành phân lập được 8 hợp chất từ cao chiết etyl axetat giàu hoạt tính và xác định được cấu trúc của 8 hợp chất: methyl 2,4,6-trihydroxybenzoat (M2), kaempferol (T31), rhein (T1), aloe emodin (T5), (-)epiafzelechin (M3), keampferol-3-O-glucoside (M4), aloe emodin 8-O-β glucoside (M6), keampferol-3-O- gentiobioside (M7).

4- Đánh giá hoạt tính kháng nấm và vi khuẩn hại cây trồng của một số anthraquinone (rhein, aloe emodin) và cao chiết n-hexan, cao chiết etyl axetat. Hợp chất T1, T5 và cao dịch chiết etyl axetat có hoạt tính mạnh đối với vi khuẩn Acidovorax avenae subsp. cattlvae gây bệnh cháy lá trên cây hoa Lan, trong đó hợp chất T1 thể hiện hoạt tính mạnh nhất (MIC <19(μg/mL). Hợp chất T1 có hoạt tính kháng vi khuẩn Acidovorax avenae subsp. cattlyaecao, tại nồng độ 10 ppm hiệu quả ức chế lên tới 93±1%.

5- Cao chiết etyl axetat chứa tổng số 74,26% các hợp chất anthraquinone và thể hiện hoạt tính in vivo kháng nấm cao (hớn 90%) đối với bệnh RCB, bệnh đạo ôn do Magnaporthe grisea; TLB cà chua mốc sương do nấm Phytophthora infestans; WLR gỉ lá lúa mì do Puccinia recondita và PAN gây bệnh thán thư trên cây ớt đỏ Colletotrichum gloeosporioides trên quy mô nhà lưới.

6- Đã nghiên cứu quy trình phối trộn tạo dạng chế phẩm từ cao chiết giàu hoạt tính của lá Muồng trâu. Thành phần và hàm luonwgj các thành phần trong chế phẩm như sau: Cao etyl axetat giàu hoạt tính (từ quá trình chiết phân bố cao tổng) 45%; PEG 4000 5%, PG 10%; Hỗn hợp axeton/etanol 3/1 15%, SLS 1%; nước 24%.

7- Đã đánh giá hiệu quả trừ một số loại nấm của 1 dạng chế phẩm thực nghiệm trong nhà lưới. Đánh giá trên đối tượng cây trồng là Ớt: Ở nồng độ 0,5% và 0,75% chế phẩm MBG đều có hiệu quả cao trong phòng trừ bệnh thán thư hại ớt sau 120 ngày trồng. Tùy từng nồng độ khác nhau mà hiệu quả tăng từ 75,15- 81,36 % so công thức đối chứng.

Đánh giá trên cây lúa: Với liều lượng 1g/L phun trên ruộng lúa thực nghiệm, chế phẩm MBG thể hiện hiệu quả phòng trừ 73-75% và giảm tỷ lệ bệnh trên cây từ 33- 42%. Thử nghiệm đã góp phần làm tăng năng suất của lúa trên ruộng thực nghiệm.

8- Đã bào chế 14 kg chế phẩm MBG để khảo nghiệm trong nhà lưới cũng như trên diện hẹp và diện rộng ngoài đồng ruộng.

Theo most.gov.vn