Khoa học sử dụng “mùi sợ hãi” để đuổi động vật gây hại từ cây trồng và vườn nhà. (The same title can be used)

Côn trùng ăn cỏ là mối đe dọa lớn đối với việc canh tác cây trồng hoặc trực tiếp bằng cách phá hủy thân, quả hoặc rễ của cây hoặc gián tiếp bằng cách truyền các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, vi rút và nấm cho cây trồng. Để đối phó, con người đã tạo ra thuốc trừ sâu, chỉ để các loài gây hại tấn công trở lại bằng cách phát triển sức đề kháng mạnh hơn do áp lực chọn lọc tự nhiên.

Vấn đề này đã làm phiền các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Pennsylvania trong một thời gian. Trong một nghiên cứu mới, họ trình bày một ý tưởng đột phá liên quan đến ‘mùi sợ hãi’ để xua đuổi côn trùng khỏi các cánh đồng và vườn cây trồng.

nước bọ rùa

Nhiều loài động vật nhạy bén với các giác quan khi nguy hiểm rình rập. Ví dụ, khứu giác của bạn sẽ cho bạn biết về một đám cháy chết người. Phản ứng tự nhiên là tránh xa nguy hiểm.

Côn trùng cũng không ngoại lệ – trên thực tế, hầu hết đều nhạy cảm với mùi hơn con người vì sự liên lạc hóa học là một sự thích nghi quan trọng cho sự sống còn của côn trùng.

Côn trùng tiết ra và phát hiện tất cả các loại pheromone giúp chúng sinh sản và giao tiếp với các thành viên cùng loài. Họ cũng có thể sử dụng mùi để phát hiện các mối đe dọa.

Ví dụ, khi rệp phát hiện hóa chất do bọ rùa tiết ra, kẻ thù tự nhiên của chúng, thì côn trùng sẽ có xu hướng bỏ chạy. Các nhà nghiên cứu tại Penn State tự hỏi liệu họ có thể khai thác phản ứng hóa học này để xua đuổi sâu bệnh hay không.

“Khi dân số toàn cầu của chúng ta tiếp tục tăng, nhu cầu cải thiện bảo vệ cây trồng ngày càng tăng để chúng ta có thể tạo ra đủ lương thực để duy trì dân số loài người. Côn trùng gây hại là một trong những thách thức lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới và việc quản lý chúng là rất cần thiết. Tuy nhiên, thuốc trừ sâu thường được sử dụng để chống lại các loài gây hại này có thể gây ra vấn đề đối với sức khỏe con người và môi trường và nông dân ngày càng gặp phải các lệnh cấm và hạn chế về thuốc trừ sâu cũng như khả năng kháng thuốc của sâu bệnh đối với các phương pháp kiểm soát này khiến chúng kém hiệu quả hơn. Vì điều này, chúng tôi đã được truyền cảm hứng để xác định và phát triển các cách bền vững để giảm áp lực côn trùng gây hại bằng cách giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng thuốc trừ sâu,” Sara Hermann, Trợ lý Giáo sư về Sinh thái Động vật chân đốt và Tương tác Nhiệt đới tại Bang Penn cho biết. Khoa học ZME.

“Một trong những mục tiêu chính của chúng tôi là cố gắng tăng tác động của côn trùng săn mồi đối với động vật ăn cỏ gây hại để giảm ảnh hưởng tiêu cực của những loài gây hại này đối với cây trồng. Ông nói thêm: “Thay vì chỉ đơn giản là khuyến khích côn trùng săn mồi ăn sâu bệnh, trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi đã tìm cách khai thác nỗi sợ hãi hoặc bị ăn thịt để phá vỡ sâu bệnh theo cách hạn chế tác động của chúng đối với cây trồng”.

Hermann và Jessica Kansman, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Penn State, đã tiến hành các thí nghiệm thực địa cho thấy rằng rệp và các loài côn trùng ăn cỏ khác sẽ tránh những cánh đồng và khu vườn nơi chúng đánh hơi thấy động vật ăn thịt.

Hơn nữa, việc tiếp xúc với các hóa chất này làm chậm tốc độ sinh sản của côn trùng và tăng khả năng phát triển cánh của chúng, cả hai hành vi tự nhiên nhằm trang bị tốt hơn cho chúng để thoát khỏi các mối đe dọa. Câu hỏi vẫn là hợp chất nào khiến rệp phản ứng với sự hiện diện hóa học của bọ rùa.

Giải phóng mùi sợ hãi

Trong nghiên cứu mới của họ, các nhà nghiên cứu tại Penn State đã sử dụng phương pháp sắc ký khí khối phổ để xác định và chiết xuất các mùi dễ bay hơi do bọ rùa tiết ra. Sau đó, họ kết nối các ăng-ten sống của rệp với một máy ghi điện thế (EAG) và cho chúng tiếp xúc với từng thành phần hóa học riêng lẻ do bọ rùa tiết ra để xem hợp chất nào có thể được phát hiện.

Điều đó nói dễ hơn làm vì hệ sinh thái côn trùng liên quan đến những thách thức riêng của nó, từ việc đối phó với thời tiết khắc nghiệt trong quá trình nghiên cứu thực địa đến việc xử lý các mẫu vật mỏng manh. Nhưng các nhà nghiên cứu đã đối mặt thành công với thách thức này.

“Rệp rất NHỎ. Vì vậy, chúng ta cần phải sáng tạo để đánh giá hành vi của họ, sử dụng các công cụ và kỹ thuật cụ thể thay vì quan sát trực quan.

“Nghiên cứu sinh thái có thể rất buồn cười, bởi vì để tách biệt các tương tác cụ thể mà chúng ta muốn hiểu, chúng ta phải sáng tạo. Tôi thường nói rằng hơn 50% công việc là nghệ thuật và thủ công, để phát triển một lĩnh vực mà chúng ta có thể làm các thí nghiệm của chúng tôi không có sẵn để mua. Đối với dự án này, tôi phải dạy toàn bộ phòng thí nghiệm cách sử dụng máy may để chúng tôi có thể tạo ra những chiếc lồng ngoài đồng có thể loại trừ các sinh vật khác ngoài rệp và bọ cánh cứng của chúng tôi. Việc chứng minh chi phí và mua hàng của chúng tôi phải hợp lý buồn cười khi đọc trong văn phòng kinh doanh!” Hermann nói.

Trong số nhiều hợp chất do bọ rùa tiết ra, rệp vừng có phản ứng mạnh nhất, dựa trên tín hiệu EAG, với methoxypyrazine, chẳng hạn như isopropyl methoxypyrazine, isobutyl methoxypyrazine và sec-butyl methoxypyrazine.

Sử dụng các hóa chất ban đầu này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hỗn hợp mùi đặc biệt hiện cần được thử nghiệm tại hiện trường. Loại cocktail này được phun ra từ máy khuếch tán tinh dầu để xác định xem mùi hương có thực sự hoạt động trong thế giới thực để xua đuổi sâu bệnh khỏi ruộng và vườn cây trồng hay không. Những hóa chất dễ bay hơi này được phân tán vào khí quyển thay vì phun lên cây trồng.

“Bởi vì điều này, các sinh vật, thực vật và con người sẽ không tiếp xúc với sản phẩm, làm cho nguy cơ độc tính tương đối thấp và chiến lược quản lý an toàn. Chúng tôi đang nghiên cứu tiềm năng của những mùi này ảnh hưởng đến các thành viên khác của cộng đồng côn trùng, bao gồm các loài thụ phấn có ích và các loài côn trùng săn mồi hoặc ký sinh khác,” Hermann nói.

Nếu điều đó xảy ra, nông dân và người làm vườn có thể có một giải pháp thay thế mới không chứa độc tố cho thuốc trừ sâu thông thường.

“Bước tiếp theo của chúng tôi là thử chiến lược này ở các loại cây trồng khác, ngoài cây cải bắp mà chúng tôi đã sử dụng nó. Ưu điểm của nghiên cứu này là bọ rùa là kẻ săn mồi của nhiều loại côn trùng gây hại khác nhau, vì vậy chúng ta cũng có thể kiểm soát các loài côn trùng gây hại khác trên các loại cây trồng khác bằng kỹ thuật này. Kết quả của nghiên cứu thực địa này sẽ cung cấp thông tin về thiết kế bộ khuếch tán mà chúng tôi sẽ phát triển cùng với các đối tác trong ngành và hướng dẫn chúng tôi thực hiện các thử nghiệm thực địa khác trước khi công cụ này có thể được phổ biến rộng rãi,” Hermann cho biết.

Các tác giả của nghiên cứu mới sẽ trình bày những phát hiện của họ tại cuộc họp mùa thu của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS), được tổ chức vào cuối tuần này.