Tính kháng thuốc diệt côn trùng và tính chống chịu của sinh vật gây hại

Khái niệm về tính kháng thuốc và tính chống chịu của sinh vật gây hại

Tính kháng thuốc và tính chống chịu của sinh vật thường được sử dụng như những từ đồng nghĩa. Tuy nhiên, thuật ngữ tính chống chịu nên được sử dụng theo nghĩa chung hoặc trong các trường hợp cụ thể liên quan đến các yếu tố gây stress tự nhiên, bệnh tật và dịch hại. Thuật ngữ tính kháng thuốc nên được sử dụng để chỉ tính chống chịu của sinh vật đối với thuốc bảo vệ thực vật. Từ “kháng thuốc” xuất phát từ resistento (tiếng Latin) – chống lại, kháng cự. Theo đó, tính kháng thuốc của sinh vật đối với thuốc bảo vệ thực vật có thể được đánh giá là đặc tính sinh học của sinh vật giúp chúng chống lại tác động gây độc của thuốc. Sinh vật kháng thuốc không chỉ sống sót vào thời điểm mà các cá thể nhạy cảm bị chết mà còn phát triển, sinh sản trong môi trường có chứa các chất độc hại. Theo đó, độ nhạy cảm của sinh vật là chỉ số ngược lại với tính kháng thuốc.

Thông tin đầu tiên về sự xuất hiện của các sinh vật kháng thuốc bảo vệ thực vật xuất hiện trên các ấn phẩm khoa học vào năm 1915 tại Hoa Kỳ. Cụ thể, có thông tin về sự xuất hiện của các quần thể rệp sáp cam kháng axit xyanhydric trong các vườn cam ở California. Các quần thể này đã xuất hiện sau nhiều lần xử lý vườn bằng các chế phẩm axit xyanhydric. Năm 1928, sâu đục quả táo được ghi nhận là kháng asenat chì. Sau đó, khi chú ý đến vấn đề này, các chuyên gia đã phát hiện ra các dấu hiệu kháng thuốc ở các sinh vật gây hại khác đối với đồng và thậm chí đối với pyrethrum, một loại thuốc trừ sâu có nguồn gốc thực vật, được chiết xuất từ cúc La Mã Dalmatian và các loài cúc khác. Trước những năm 1940, tính kháng thuốc không được coi trọng, nhưng với sự xuất hiện của hàng loạt chế phẩm hóa học trong những năm 1960, nó lại thu hút sự chú ý. Năm 1958, 76 loài động vật chân khớp kháng thuốc trừ sâu đã được xác định, năm 1969 – 227 loài, năm 1975 – 400 loài và năm 1985 – khoảng 800 loài

Tính kháng thuốc của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật hiện nay đã mang tính chất toàn cầu và ảnh hưởng đến lợi ích của y tế công cộng, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp thuốc bảo vệ thực vật và sinh thái học (Zakharenko, 2001). Trên thế giới, tính kháng thuốc đối với thuốc bảo vệ thực vật thuộc các nhóm hóa học khác nhau đã được ghi nhận ở các quần thể của hơn 500 loài động vật chân khớp gây hại, khoảng 300 loài nấm gây bệnh thực vật, 147 loài cỏ dại và 17 loài gặm nhấm. Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (FAO) có một Ủy ban về Kháng thuốc, ủy ban này xuất bản các phương pháp tiêu chuẩn để theo dõi tính kháng thuốc, thu thập cơ sở dữ liệu về biểu hiện của nó ở các khu vực khác nhau trên thế giới, tài trợ cho việc phát triển và áp dụng các chương trình kiểm soát tính kháng thuốc của các loài nguy hiểm nhất. Sự phát triển tính kháng thuốc của nhiều sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật là một trong những vấn đề chính của phương pháp hóa học trong bảo vệ thực vật (G.I. Sukhoruchenko, 2001).

Ở Việt Nam, tính kháng thuốc đối với thuốc bảo vệ thực vật đã được ghi nhận ở nhiều loài sâu bệnh hại cây trồng quan trọng như sâu cuốn lá lúa, sâu đục thân lúa, bọ xít dài, rầy nâu, nhện đỏ, bệnh đạo ôn, bệnh bạc lá lúa. Theo thống kê của Cục Bảo vệ thực vật, tính đến năm 2020, đã có hơn 30 loài sâu bệnh hại cây trồng chính ở Việt Nam phát triển tính kháng thuốc đối với ít nhất một loại thuốc bảo vệ thực vật. Điều này gây ra nhiều khó khăn cho việc phòng trừ sâu bệnh hại, làm giảm năng suất và chất lượng nông sản, đồng thời gia tăng chi phí sản xuất và ô nhiễm môi trường.

Ủy ban về Kháng thuốc của Cục Bảo vệ thực vật chịu trách nhiệm điều phối các nghiên cứu về vấn đề kháng thuốc, xác định các hướng ưu tiên để chứng minh chiến lược và tạo ra các chương trình quản lý tính kháng thuốc dựa trên theo dõi khu vực.

Tính kháng thuốc dựa trên các đặc điểm sinh học, hay chính xác hơn là các đặc điểm sinh hóa của sinh vật. Các cá thể kháng thuốc có thể chống lại ngộ độc bằng các cơ chế đặc biệt về khả năng chịu đựng và giải độc. Ví dụ:

• Chúng hấp thụ thuốc chậm hơn qua bề mặt cơ thể và bài tiết nhanh hơn;
• Ở động vật, chúng có tính thấm khác nhau của lớp vỏ dây thần kinh;
• Chúng có thể nhanh chóng cô lập các phân tử độc trong cơ thể, tạo thành các lớp bảo vệ xung quanh chúng, chẳng hạn như lipid;
• Chúng có thể có các enzym khác với các cá thể khác hoặc các enzym đặc hiệu có thể nhanh chóng phá vỡ các phân tử độc và do đó giải độc cho cơ thể (Popov, Dorozhkina, Kalinin, 2003).

Các sinh vật tương tự sở hữu các đặc tính này ngay từ đầu, nhưng không phải do sử dụng thuốc. Nguyên nhân gây ra sự xuất hiện của các cá thể như vậy trong quần thể là các quá trình đột biến và tái tổ hợp gen, đảm bảo tính không đồng nhất rộng rãi của quần thể, bao gồm cả các đặc điểm kháng thuốc. Về mặt lý thuyết, các cá thể kháng thuốc có thể đã tồn tại 100, 1.000 hoặc 10.000 năm trước – vấn đề là chúng không bị phát hiện bởi các yếu tố chọn lọc, trong trường hợp này là thuốc bảo vệ thực vật. Các chuyên gia ước tính sự xuất hiện của các cá thể kháng thuốc như vậy trong quần thể bình thường với tần suất đột biến 1-10^-6 – 8-10^-7 (Brent, Hollomon, 1998). Những cá thể này có thể di truyền các đặc điểm kháng thuốc.

Có hai loại kháng thuốc: kháng thuốc tự nhiên và kháng thuốc thu được.

Kháng thuốc tự nhiên được hiểu là sự hiện diện ban đầu của nó ở các quần thể sống trong tự nhiên và không tiếp xúc với tác động chọn lọc của thuốc bảo vệ thực vật. Kháng thuốc thu được là loại kháng thuốc biểu hiện dưới tác động của thuốc bảo vệ thực vật, khi các cá thể nhạy cảm chết và các cá thể kháng thuốc, chiếm không gian trống, hình thành quần thể kháng thuốc (Gruzdev, 1987).

Các loại tính kháng thuốc tự nhiên (tính chống chịu) của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật

Tính kháng thuốc tự nhiên của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh học và sinh hóa của chúng và được chia thành kháng thuốc theo loài, theo giới tính, theo giai đoạn hoặc theo tuổi, theo mùa và theo thời gian.

Tính kháng thuốc theo loài là do các đặc điểm hình thái của sinh vật gây hại. Ví dụ, vỏ của rệp sáp và rệp vảy, lớp lông tơ của rệp muội, lớp sáp của rệp cải bảo vệ các loài này khỏi thuốc bảo vệ thực vật, điều này làm phức tạp việc tổ chức các biện pháp bảo vệ hiệu quả.

Tính kháng thuốc theo giới tính thể hiện ở độ nhạy cảm thấp hơn của con cái đối với thuốc bảo vệ thực vật. Điều này đặc biệt quan trọng cần lưu ý khi tổ chức bảo vệ chống lại giai đoạn trưởng thành (mọt, bọ nhảy, rệp hại ngũ cốc, ruồi hại lúa và các loài khác).

Tính kháng thuốc theo giai đoạn hoặc theo tuổi có liên quan đến sự thay đổi độ nhạy cảm với thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình phát triển của sinh vật gây hại. Ở côn trùng và ve, giai đoạn ấu trùng là nhạy cảm nhất với thuốc bảo vệ thực vật. Ở các loài gây hại có lối sống ẩn trong giai đoạn ấu trùng, giai đoạn trưởng thành sẽ tiếp xúc với thuốc bảo vệ thực vật. Trong trường hợp này, điều quan trọng là phải lựa chọn đúng loại thuốc tùy thuộc vào các đặc điểm hình thái của loài (ruồi hại lúa mì, mọt gạo). Giai đoạn trứng có khả năng kháng thuốc cao nhất đối với thuốc bảo vệ thực vật, điều này có liên quan đến khả năng thấm thấp của lớp vỏ bảo vệ của chúng, cũng như giai đoạn nhộng ở côn trùng có vòng đời hoàn toàn. Tuy nhiên, có những loại thuốc bảo vệ thực vật có tác dụng diệt trứng rõ rệt (thuốc diệt ve Apollo) (Isaichev, 2003).

Bào tử nấm có khả năng kháng thuốc cao đối với thuốc diệt nấm, điều này cũng có liên quan đến khả năng thấm thấp của lớp vỏ kitin của chúng. Mầm nấm nhạy cảm nhất, có màng tế bào rất dễ thấm (Shkalikov, 2003).

Điều rất quan trọng là phải tính đến tính kháng thuốc theo giai đoạn của cỏ dại và độ nhạy cảm của cây trồng đối với thuốc diệt cỏ. Cỏ dại lá rộng rất nhạy cảm với thuốc diệt cỏ ở giai đoạn cây con, trong khi cỏ dại hòa thảo bị ức chế ngay cả ở giai đoạn đẻ nhánh. Độ nhạy cảm của cây trồng quyết định thời gian sử dụng thuốc diệt cỏ. Nếu 2,4-D dạng muối amin (Luvaram, Desormon) chỉ có thể được sử dụng trên lúa mì mùa đông ở giai đoạn đẻ nhánh, thì thuốc diệt cỏ Grodyl, Sekator cũng có thể được sử dụng ở giai đoạn đẻ nhánh. Củ cải đường có khả năng kháng thuốc diệt cỏ cao nhất ở giai đoạn 2-3 lá thật, ngô – 3-5 lá, đậu tương – 1-3 lá, đậu Hà Lan – 5-6 lá, cụ thể – 1-2 lá (Dyakov, 2003).

Tính kháng thuốc theo tuổi đối với thuốc bảo vệ thực vật chủ yếu được xem xét liên quan đến ấu trùng côn trùng. Nó có liên quan đến sự thay đổi của lớp phủ bên ngoài và do đó, mức độ thấm của thuốc bảo vệ thực vật. Ấu trùng ở tuổi 1-3 là nhạy cảm nhất. Chứng minh rằng khả năng kháng thuốc của sâu bướm đêm cỏ đối với thuốc trừ sâu tăng gấp đôi khi chúng chuyển từ tuổi này sang tuổi khác. Khả năng kháng thuốc cũng tăng lên khi ấu trùng sắp lột xác.

Tính kháng thuốc theo mùa có liên quan đến trạng thái sinh lý và sinh hóa của sinh vật gây hại. Vào cuối mùa hè, khi sinh vật chuẩn bị cho giai đoạn ngủ đông và tích lũy một lượng lớn chất béo, khả năng kháng thuốc của chúng tăng lên. Ở nấm, trong giai đoạn này, các giai đoạn có khả năng kháng cao hơn với tất cả các yếu tố bất lợi, bao gồm cả thuốc bảo vệ thực vật (bào tử trứng, hạch nấm, sợi nấm, bào tử phấn) được hình thành.

Vào mùa xuân, côn trùng gây hại, sau khi sử dụng hết chất dinh dưỡng dự trữ trong thời kỳ ngủ đông, trở nên nhạy cảm hơn với thuốc trừ sâu, theo báo cáo của các dịch vụ phun muỗi. Tuy nhiên, sau khi chúng bắt đầu ăn trở lại, độ nhạy cảm của chúng giảm. Điều này cần được xem xét khi xác định thời điểm tối ưu cho các biện pháp bảo vệ chống lại các loài gây hại ngủ đông ở giai đoạn trưởng thành (rệp hại ngũ cốc, mọt gạo và các loài khác).

Tính kháng thuốc theo mùa của mầm bệnh nấm nên được xem xét liên quan đến sự phát triển của quá trình bệnh lý. Nếu các điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của mầm bệnh (nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng của cây ký chủ), thời gian ủ bệnh sẽ rút ngắn và khả năng sinh sản của nấm tăng lên. Trong trường hợp này, hiệu quả của thuốc diệt nấm phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng thời điểm phun. Trong việc kiểm soát bệnh cây, điều quan trọng hàng đầu là khả năng dự đoán, cho phép xác định thời kỳ phát triển mạnh của mầm bệnh (Volkova, 2001).

Tính kháng thuốc tạm thời đối với thuốc bảo vệ thực vật là do đặc điểm hoạt động hàng ngày của sinh vật gây hại. Ví dụ, ấu trùng sâu đo và bọ cánh cứng bánh mì ăn vào ban đêm và do đó nên xử lý cây trồng bằng thuốc trừ sâu vào buổi tối. Các cá thể đang tích cực kiếm ăn là nhạy cảm nhất với thuốc trừ sâu. Và hoạt động này phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm của không khí, cường độ ánh sáng mặt trời.

Tính kháng thuốc do tập tính là do phản ứng hành vi của sinh vật, liên quan đến khả năng của cá thể tránh tiếp xúc trực tiếp với thuốc bảo vệ thực vật. Ví dụ, bướm và các loài côn trùng bay khác khi nghe thấy tiếng ồn của máy kéo có bình phun có thể bay khỏi khu vực đang được xử lý. Mọt mâm xôi-dâu tây và mọt hoa táo, có khả năng giả chết (khả năng co chân khi gặp nguy hiểm và rơi xuống lớp phủ thực vật), cũng có thể không bị ảnh hưởng sau khi xử lý bằng thuốc trừ sâu. Khi trời lạnh hoặc ngược lại, trời nóng, các cá thể có thể chui vào các kẽ hở hoặc ẩn náu dưới các cục đất, điều này cũng có thể cứu chúng khỏi bị nhiễm độc và chết (Isaichev, 2003).

Tính kháng thuốc sinh lý được hiểu là các cá thể khác nhau của cùng một giai đoạn phát triển, cùng giới tính và cùng quần thể có khả năng kháng thuốc khác nhau do điều kiện dinh dưỡng khác nhau hoặc nói chung là do điều kiện sống khác nhau. Ví dụ, những con trưởng thành của rệp hại ngũ cốc đã trải qua mùa đông, đã sử dụng hết đáng kể lượng dự trữ chất béo và năng lượng của chúng trong thời gian ngủ đông, ít có khả năng kháng thuốc trừ sâu hơn so với những con trưởng thành đã tích lũy được lượng dự trữ tương tự trước khi ngủ đông.

Tính kháng thuốc thu được của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật

Tính kháng thuốc là khả năng di truyền trong quần thể của một số cá thể hoặc kiểu sinh học của sinh vật gây hại để chịu được liều lượng thuốc bảo vệ thực vật mà phần lớn chúng sẽ chết trong những điều kiện nhất định (Shpar, 2003). Tính kháng thuốc được coi là khả năng của sinh vật tồn tại và sinh sản khi có sự hiện diện của một chất hóa học mà trước đây đã ức chế sự phát triển của nó, và nó phát sinh do việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật một cách có hệ thống. Hiện tượng tính kháng thuốc đã trở nên phổ biến với việc đưa thuốc bảo vệ thực vật tổng hợp vào thực tiễn bảo vệ thực vật.

Sự chuyển đổi của một quần thể nhạy cảm thành quần thể kháng thuốc là một quá trình di truyền phức tạp. Thứ nhất, nó có liên quan đến sự hiện diện trong quần thể của sinh vật gây hại các cá thể có cơ chế sinh hóa bị thay đổi, xuất hiện do đột biến tự phát. Càng có nhiều cá thể như vậy trong quần thể, quần thể càng nhanh chóng trở nên kháng thuốc (Sukhoruchenko, 2006).

Độ nhạy cảm của mầm bệnh đối với thuốc diệt nấm phụ thuộc vào tốc độ phát triển của dịch bệnh, cũng như tần suất dịch bệnh theo thời gian. Ví dụ, ở khu vực trồng cây ăn quả trung tâm của Bắc Kavkaz, số lượng dịch bệnh ghẻ táo trong giai đoạn 1989-1998 đã tăng gấp ba lần so với thập kỷ trước, và số lượng thế hệ chính và thế hệ phụ hàng năm là từ 40 đến 55. Với động lực như vậy, khả năng xuất hiện quần thể ghẻ kháng thuốc diệt nấm đã tăng lên (Tyuterev, 2001).

Thứ hai, tính kháng thuốc có liên quan đến sự thay đổi cơ chế sinh hóa ở sinh vật gây hại dưới tác động của thuốc bảo vệ thực vật. Điều này xảy ra do vi phạm thời gian sử dụng hóa chất khi có các giai đoạn kháng thuốc trong quần thể; khi các giai đoạn nhạy cảm bị ảnh hưởng bởi liều lượng dưới mức gây chết; khi vi phạm tần suất sử dụng thuốc (Chernyshev, 2001).

Tính kháng thuốc thu được phát sinh trong một không gian hạn chế hoặc trong một quần thể biệt lập khi sử dụng nhiều lần cùng một loại thuốc hoặc các loại thuốc thuộc cùng một nhóm hóa học. Các nguyên nhân sau đây góp phần vào biểu hiện của nó:

1) Sử dụng thường xuyên một loại thuốc hoặc các loại thuốc thuộc cùng một nhóm hóa học để kiểm soát sinh vật gây hại; trong trường hợp này, bản thân các loại thuốc không phải là nguyên nhân gây ra tính kháng thuốc, chúng đóng vai trò chọn lọc;

2) Đặc điểm sinh học của sinh vật, thể hiện ở tiềm năng sinh học và số lượng thế hệ trong mùa; đặc biệt, tốc độ xuất hiện của quần thể kháng thuốc cao hơn ở các loài sinh sản cao và có nhiều lứa (với số lượng thế hệ lớn trong mùa);

3) Tần suất xuất hiện của gen kháng thuốc trong quần thể sinh vật;

4) Đặc điểm của gen kháng thuốc trong bộ gen, thể hiện ở số lượng gen kiểm soát cấu trúc của các cấu trúc bị ảnh hưởng bởi thuốc bảo vệ thực vật; số lượng gen kiểm soát các quá trình mà thuốc tác động càng ít thì quần thể kháng thuốc càng nhanh chóng hình thành;

5) Tính chọn lọc của thuốc bảo vệ thực vật, cách thức tác động của thuốc bảo vệ thực vật lên sinh vật; tính kháng thuốc đối với thuốc kháng sinh và thuốc tác động toàn thân phát triển đặc biệt nhanh chóng; ngược lại, thuốc tiếp xúc ức chế mạnh nhiều quá trình sinh hóa và tính kháng thuốc đối với chúng phát triển chậm hơn 3-8 lần so với thuốc tác động toàn thân (Sukhoruchenko, 1991).

Người ta thấy rằng tính kháng thuốc đối với thuốc diệt nấm từ các nhóm phenylamide, benzimidazole, triazole, pyrimidine, acylaniline và thuốc trừ sâu organophosphate hình thành khá nhanh (Brent, 1995; Derevyagina, Elansky, Dyakov, 1999; Kovalenkov, Tyurina, 2005).

Nó có liên quan đến đặc điểm của gen kháng thuốc. Khi sử dụng thuốc diệt nấm tác động toàn thân, các dạng nấm có khả năng kháng thuốc cao tích tụ khá nhanh. Điều này là do tính kháng thuốc đối với các loại thuốc diệt nấm này được kiểm soát bởi một hoặc một số lượng nhỏ gen, do đó, một đột biến duy nhất trong một gen nhất định là đủ để hình thành một chủng nấm kháng thuốc (Buga, Radina, Boyarchuk, 2001).

Tốc độ phát triển của các dạng kháng thuốc phụ thuộc vào các đặc tính tích lũy của thuốc bảo vệ thực vật và sinh vật gây hại (Bảng 1).

Bảng 1. Thời gian từ lần sử dụng thuốc bảo vệ thực vật đầu tiên đến khi xuất hiện các dạng kháng thuốc (Zwerger, Ammon, 2002)

Loài sinh vật gây hại	Hoạt chất	Thời gian đến khi xuất hiện tính kháng thuốc, năm
Yến mạch hoang	Diflufenican	4-6
Cỏ phấn hương	Simazine	10
Cỏ lông cứng xanh	Trifluralin	15
Yến mạch hoang	Triallate	18-20
Cúc gai	2,4-D, MCPA	20
Lúa mạch đen	Paraquat, Diquat	25

Nguyên nhân chính gây ra tính kháng thuốc của cỏ dại đối với thuốc diệt cỏ là:

• Sự thay đổi thuốc diệt cỏ tại vị trí tác dụng, do đó chúng không thể thể hiện tác dụng của mình;
• Chuyển hóa nhanh hơn và do đó, bất hoạt thuốc diệt cỏ trong các kiểu sinh học kháng thuốc;
• Sự di chuyển của thuốc diệt cỏ từ các bộ phận nhạy cảm của cây sang các bộ phận ít nhạy cảm hơn, ví dụ như vào không bào, do đó cây tránh được tác động của thuốc diệt cỏ (Dmitriev, 1990; Lunev, Kretova, 1992).

Trong trường hợp này, các loại tính kháng thuốc khác nhau đối với cùng một loại thuốc bảo vệ thực vật phát sinh:

Tính kháng thuốc do tập tính có liên quan đến sự thay đổi hành vi của côn trùng. Nó ít đặc hiệu nhất, thường phức tạp và có hệ số di truyền thấp. Tính kháng thuốc do tập tính đã được phát hiện ở một số quần thể ruồi nhà đối với DDT – chúng không đậu trên các bề mặt đã qua xử lý (Glass, 1986);

Sự thay đổi các đặc tính hóa học của bề mặt cơ thể, ngăn cản thuốc xâm nhập vào cơ thể. Ở côn trùng, khả năng thấm của lớp biểu bì giảm, điều này mang lại khả năng kháng thuốc ở mức độ trung bình. Nó đã được chứng minh đối với thuốc trừ sâu organophosphate, pyrethroid và carbamate (Spiridonov, 2001; Kovalenkov, Tyurina, 2005).

• Sự xuất hiện của các enzym đột biến phá hủy thuốc bảo vệ thực vật. Điều này xảy ra do sự gia tăng hoạt tính của một enzym đã tồn tại hoặc do sự chọn lọc một enzym mới. Enzym đột biến carboxylesterase hình thành ở nhện đỏ, ruồi, muỗi dưới ảnh hưởng của thuốc trừ sâu organophosphate khác với enzym bình thường không chỉ về hoạt tính mà còn về các đặc điểm sinh hóa khác (Philipas, Ulyanenko, Suchalkin, 2001).

Hoặc đối với một số loại thuốc được chia thành kháng thuốc chéo (kháng thuốc nhóm) và kháng thuốc đa dạng.

Kháng thuốc chéo là khả năng kháng hai hoặc nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật có cấu trúc và cơ chế tác dụng tương tự nhau, thuộc cùng một nhóm hóa học, ví dụ như pyrethroid. Nó do cùng một yếu tố di truyền gây ra. Trong trường hợp này, việc đảo ngược (trở lại) độ nhạy cảm có thể xảy ra bằng cách luân phiên sử dụng các loại thuốc từ các nhóm hóa học khác nhau.

Kháng thuốc đa dạng là khả năng kháng hai hoặc nhiều chất thuộc các nhóm hóa học khác nhau, được kiểm soát bởi các yếu tố di truyền khác nhau. Đây là loại kháng thuốc nguy hiểm nhất, phát sinh dựa trên việc tăng cường hoạt tính của các enzym phá hủy thuốc bảo vệ thực vật, có phổ cơ chất rộng, ví dụ như oxidase phụ thuộc microsome P450, gluconate transferase hoặc aminotransferase (Tyuterev, 2001). Một số loại thuốc trừ sâu tăng cường hoạt tính của các enzym không đặc hiệu của mạng lưới nội chất của mô mỡ, và do đó, thuốc mới nhanh chóng bị phá vỡ thành các sản phẩm không độc hại (Gruzdev, 1987). Các quần thể có khả năng kháng thuốc đa dạng bao gồm hỗn hợp các cá thể kháng các hợp chất hóa học khác nhau. Trong trường hợp này, một cá thể có thể mang gen kháng các chất hóa học khác nhau. Ví dụ, ở Hà Lan, các quần thể nhện đỏ đã được ghi nhận là kháng đồng thời 19 loại thuốc diệt ve (Uhlenbecker, 1996).

Kháng thuốc chéo ít được nghiên cứu, việc khắc phục nó gặp nhiều khó khăn. Do đó, không nên để nó phát sinh.

Phương pháp xác định tính kháng thuốc

Chỉ số định lượng của tính kháng thuốc thu được là chỉ số kháng thuốc (IR):

IR = LD₅₀ của quần thể kháng thuốc / LD₅₀ của quần thể nhạy cảm (tự nhiên)

Phương pháp xác định tính kháng thuốc của sinh vật gây hại đối với bất kỳ hợp chất nào bao gồm hai giai đoạn: xác định các cá thể kháng thuốc trong quần thể bằng cách sử dụng nồng độ thuốc chẩn đoán trên đồng ruộng, nơi ghi nhận hiệu quả của xử lý hóa học giảm; thiết lập mức độ kháng thuốc của quần thể bằng cách thực hiện các thí nghiệm đặc biệt.

Nồng độ thuốc chẩn đoán được chọn sao cho 100% các cá thể bình thường nhạy cảm chết khi sử dụng nó. Điều này tương ứng với liều gấp đôi LD₉₅. Các cá thể sống sót sau khi xử lý như vậy được coi là có khả năng kháng thuốc.

Khi tiến hành một thí nghiệm như vậy, quần thể côn trùng được thử nghiệm, ví dụ, phải bao gồm ít nhất 100 cá thể. Theo ý kiến của các chuyên gia, nên tiến hành các thí nghiệm đầy đủ để xác định mức độ kháng thuốc của sinh vật gây hại trong trường hợp phát hiện 20-30% cá thể kháng thuốc.

Nếu trong thí nghiệm, LD₅₀ của quần thể kháng thuốc là 100 mg/l và của quần thể nhạy cảm là 25 mg/l, thì IR bằng 4,0. Các chuyên gia tin rằng với IR trên 3-4, nên tiến hành các biện pháp chống lại tính kháng thuốc (Dolzhenko và cộng sự, 2001).

Cũng phân biệt tính kháng thuốc trên đồng ruộng và tính kháng thuốc trong phòng thí nghiệm.

Tính kháng thuốc trên đồng ruộng hình thành khi quần thể sinh vật bị ảnh hưởng bởi các yếu tố trong điều kiện tự nhiên. Hiện nay, các trường hợp kháng thuốc trên đồng ruộng của nấm đối với thuốc diệt nấm được biết đến nhiều nhất là: kháng benzimidazole ở các tác nhân gây bệnh đốm nâu và bệnh mốc tuyết của ngũ cốc, đốm nâu củ cải đường, ghẻ táo và lê; kháng phenylamide ở các tác nhân gây bệnh bệnh mốc sương khoai tây và cà chua, bệnh phấn trắng dưa chuột và nho; kháng triazole ở bệnh phấn trắng ngũ cốc và dưa chuột (Ivanyuk, Avdey, 2001; Dorofeeva, Belykh, 2001). Gần đây, kết quả tiêu cực đã thu được trong việc bảo vệ lúa mì khỏi bệnh phấn trắng bằng các loại thuốc diệt nấm mới, đặc biệt là strobilurin ở Đức (1998), và vào năm 1999 – trong việc bảo vệ dưa chuột khỏi bệnh phấn trắng bằng cùng một loại thuốc ở Nhật Bản và Đài Loan (Zwerger, Ammon, 2002). Sự xuất hiện của tính kháng thuốc đối với strobilurin được đẩy nhanh trên các loại cây trồng bị ảnh hưởng bởi cả nấm gây bệnh phấn trắng và nấm gây bệnh mốc sương (Tyuterev, 2001).

Tính kháng thuốc trong phòng thí nghiệm là tính kháng thuốc được tạo ra nhân tạo do kết quả của, ví dụ, chiếu xạ mạnh, sử dụng hóa chất và các chất khác có bản chất gây đột biến. Về nguyên tắc, không loại trừ khả năng tính kháng thuốc trong phòng thí nghiệm có thể phát sinh trong các hệ thống nông nghiệp hạn chế, nơi sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật đặc biệt “cứng”.

Một câu hỏi hợp lý được đặt ra là: có thể tạo ra thuốc bảo vệ thực vật mà sinh vật gây hại không hình thành tính kháng thuốc hay không?

Về mặt lý thuyết – có thể. Các loại thuốc như vậy phải có tác dụng rất mạnh đối với các quá trình sống cơ bản của sinh vật, ảnh hưởng đến toàn bộ tập hợp gen kiểm soát tính kháng thuốc. Hiện nay, người ta tin rằng, ví dụ, trong số các quần thể côn trùng (rệp, bọ cánh cứng khoai tây Colorado, Lepidoptera) thực tế không có quần thể kháng thuốc đối với các chế phẩm dựa trên cây neem Ấn Độ (Azadirachta indica), đối với cái gọi là Neem-ingredients (Zwerger, Ammon, 2002). Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các quần thể của nhiều loài sinh vật đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài và đồng thời chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố môi trường khác nhau, do đó khó có thể cho rằng chúng sẽ không sử dụng các cơ chế kháng thuốc bảo vệ thực vật.

Các giai đoạn hình thành tính kháng thuốc và chính sách chống kháng thuốc

Trước khi bắt đầu cuộc chiến chống lại các quần thể kháng thuốc bảo vệ thực vật, cần phải tiến hành giám sát tính kháng thuốc một cách cẩn thận, đồng thời tính đến các giai đoạn hình thành tính kháng thuốc (Hướng dẫn phương pháp. Moscow: VASKhNIL, 1991).

Các giai đoạn hình thành tính kháng thuốc sau đây được phân biệt. Giai đoạn đầu tiên – giai đoạn kháng thuốc thấp (giai đoạn dung nạp) (IR = 5-10), giai đoạn thứ hai – giai đoạn tăng trưởng nhanh của tính kháng thuốc (IR = 11-50 trở lên), giai đoạn thứ ba – giai đoạn ổn định tính kháng thuốc ở mức giới hạn đối với loài sinh vật hoặc đối với các chế phẩm của nhóm hóa học này.

Nếu tần suất xuất hiện của các cá thể kháng thuốc thấp và tính kháng thuốc nằm trong giới hạn dung nạp, trong đó hiệu quả của thuốc bảo vệ thực vật vẫn còn cao, thì có thể thay thế thuốc đang sử dụng bằng một loại thuốc khác độc hơn thuộc cùng nhóm hoặc sử dụng thuốc này trong hỗn hợp với các hợp chất khác. Nếu tần suất này bắt đầu tăng và tiến gần đến 50% và IR tương ứng với 11-50, thì rất có thể tính kháng thuốc nhóm đang biểu hiện trong những điều kiện này – trong trường hợp này, việc thay thế các chế phẩm đang sử dụng bằng các chất độc thuộc nhóm hóa học khác, luân phiên sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có cơ chế tác dụng và phổ hoạt động khác nhau là hợp lý. Ví dụ, khi phát hiện tính kháng thuốc đối với pyrethroid ở bọ cánh cứng khoai tây Colorado, nên luân phiên sử dụng chúng với neonicotinoid: mospilan hoặc actara hoặc confidor hoặc xử lý các cánh đồng khác nhau bằng chúng. Khi tần suất xuất hiện của các cá thể kháng thuốc vượt quá 50% một cách đáng kể và IR trở nên lớn hơn 50, thì tính kháng thuốc đa dạng được phát hiện trong các quần thể như vậy và chỉ có thể khắc phục nó bằng cách từ bỏ việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, thay thế chúng bằng các phương tiện và phương pháp kiểm soát khác (giống kháng thuốc, cây trồng biến đổi gen, kiểm soát sinh học, v.v.) (Sukhoruchenko, 2001, 2002).

• Trong sản xuất, hậu quả của tính kháng thuốc là:
  • tăng liều lượng thuốc hoặc tăng nồng độ của nó;
  • tăng tần suất xử lý;
  • từ chối sử dụng thuốc.

Trong hai trường hợp đầu tiên, tính kháng thuốc dẫn đến ô nhiễm môi trường, bao gồm cả thực phẩm, làm gián đoạn hoạt động của cơ chế điều hòa tự nhiên, khi động vật ăn thịt và ký sinh trùng, cũng như nấm đối kháng, chết do sử dụng quá liều thuốc. Trong trường hợp thứ ba, các công ty sản xuất thuốc phải đối mặt với sự cần thiết phải ngừng sản xuất và (hoặc) tìm ra giải pháp thay thế, điều này kéo theo chi phí bổ sung và ảnh hưởng đến uy tín của công ty (Lunev, 1992).

Chính sách chống kháng thuốc nên dựa trên các khía cạnh quần thể và quần xã sinh vật trong việc kiểm soát sinh vật gây hại. Kiểm soát ở cấp độ quần xã sinh vật cho phép giảm đáng kể việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và do đó, kéo dài độ nhạy cảm của sinh vật gây hại đối với chúng.

Kiểm soát quần xã sinh vật đối với sinh vật gây hại có liên quan đến:

• thứ nhất, việc đưa vào sử dụng các giống kháng thuốc (lúa mì mùa đông – kháng bệnh gỉ sắt nâu và vàng, bệnh đốm lá, bệnh thối Fusarium của bông; dưa chuột – kháng bệnh phấn trắng và bệnh mốc sương; hướng dương – kháng bệnh sương mai, bệnh khô vằn, v.v.);
• thứ hai, quản lý quần thể sinh vật gây hại bằng các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp đặc biệt (tuân thủ luân canh cây trồng trong cuộc chiến chống lại bọ cánh cứng bánh mì, bệnh thối rễ do nấm Ophiobolus trên lúa mì mùa đông; tiêu diệt cỏ dại bằng cách vun xới trong thời kỳ đẻ trứng hàng loạt của sâu đo thế hệ thứ nhất, v.v.);
• thứ ba, việc đưa vào sử dụng các công nghệ canh tác đảm bảo chế độ nước-khí tối ưu trong đất và tăng cường tiềm năng kháng nấm của đất. Dinh dưỡng khoáng cân đối, tăng độ phì nhiêu của đất, luân phiên sử dụng các phương pháp canh tác chính một cách khoa học – tất cả những điều này góp phần duy trì khả năng miễn dịch tự nhiên của cây trồng và giảm khối lượng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (Kovalenkov, 2004).

Kiểm soát sinh vật gây hại ở cấp độ quần thể nên dựa trên các yếu tố sau:

• hiểu biết về cơ chế tác dụng của thuốc đối với sinh vật gây hại;
• luân phiên sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có cơ chế tác dụng khác nhau;
• hiểu biết về sinh học của sinh vật gây hại;
• sử dụng thuốc bảo vệ thực vật chống lại các giai đoạn nhạy cảm của sinh vật gây hại;
• tuân thủ liều lượng thuốc bảo vệ thực vật;
• chất lượng cao trong việc sử dụng thuốc khi phun, xử lý hạt giống;
• giám sát khu vực về độ nhạy cảm của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật (Sukhoruchenko, 2006).

Bài viết này đã trình bày một cái nhìn tổng quan về tính kháng thuốc và tính chống chịu của sinh vật gây hại đối với thuốc bảo vệ thực vật, một vấn đề quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Bài viết đã phân tích các loại tính kháng thuốc tự nhiên và tính kháng thuốc thu được, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tính kháng thuốc.

Những điểm chính cần lưu ý:

• Tính kháng thuốc là một vấn đề toàn cầu, ảnh hưởng đến hiệu quả của thuốc bảo vệ thực vật và gây ra nhiều khó khăn cho việc kiểm soát sinh vật gây hại.
• Có nhiều loại tính kháng thuốc khác nhau, dựa trên các cơ chế sinh học và sinh hóa khác nhau.
• Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật một cách không hợp lý có thể thúc đẩy sự phát triển của tính kháng thuốc.
• Chính sách chống kháng thuốc cần được thực hiện một cách toàn diện và hiệu quả để ngăn chặn và kiểm soát sự phát triển của tính kháng thuốc.

Lời khuyên cho người nông dân:

• Nên tìm hiểu kỹ về các loại thuốc bảo vệ thực vật và cơ chế tác dụng của chúng.
• Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật một cách hợp lý, tuân thủ liều lượng và tần suất khuyến cáo.
• Luân canh cây trồng và sử dụng giống kháng thuốc để giảm thiểu nguy cơ phát triển tính kháng thuốc.
• Áp dụng các biện pháp quản lý dịch hại tổng hợp, bao gồm các biện pháp sinh học, vật lý và canh tác.
• Thường xuyên theo dõi tính kháng thuốc của sinh vật gây hại để có thể điều chỉnh chiến lược kiểm soát một cách kịp thời.