THAY THẾ THUỐC TRỪ SÂU: KHÁM PHÁ CƠ CHẾ KIỂM SOÁT SÂU HẠI TỰ NHIÊN NHỜ TRỒNG XEN HÚNG QUẾ

Các nhà khoa học tiến hành một loạt các thí nghiệm để khám phá những lợi ích to lớn của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được phát ra từ cây húng quế bụi

Các phương pháp canh tác nông nghiệp nhằm cải thiện năng suất cây lương thực đã có những chuyển biến mạnh mẽ trong những năm gần đây. Nhờ quy trình sản xuất không hóa chất, cây lương thực hữu cơ đang được cả người tiêu dùng và nông dân ưa chuộng. Mặc dù các giải pháp thay thế phân bón xanh hơn đã được nghiên cứu, nhưng nhu cầu về các biện pháp quản lý dịch hại bền vững để cải thiện năng suất lương thực vẫn rất cấp thiết. Hơn nữa, thuốc trừ sâu gốc hóa học có khả năng gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, đa dạng sinh học và hệ sinh thái.

Để giải quyết tình trạng thiếu hụt các tác nhân diệt trừ sâu bệnh tự nhiên, các nhà khoa học trên toàn cầu đã chuyển hướng sang phương pháp trồng xen canh - một phương pháp trồng hai loại cây khác nhau gần nhau để hỗ trợ lẫn nhau. Những cây này có thể giao tiếp với nhau thông qua các tín hiệu hóa học và được gọi là "cây biết nói". Một số báo cáo chỉ ra rằng việc trồng các loại cây thơm như bạc hà hoặc một số loại cỏ nhất định có thể làm tăng đáng kể đặc tính chống động vật ăn cỏ và thúc đẩy cơ chế phòng vệ tự nhiên của các cây lân cận.

Trong bối cảnh này, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Gen-ichiro Arimura thuộc Khoa Khoa học và Công nghệ Sinh học, Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản dẫn đầu đã đồng thời canh tác cây đậu đũa (Phaseolus vulgaris) với cây húng quế bụi thơm (BB). Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Agricultural and Food Chemistry vào ngày 04 tháng 7 năm 2025.

Trồng xen canh cây đậu cô ve với húng quế bụi

Eugenol có trong các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi do húng quế bụi tiết ra có thể kích hoạt nội tại các gen liên quan đến khả năng phòng vệ của thực vật như pathogenesis-related 1 ở cây đậu cô ve, đồng thời thu hút các loài nhện săn mồi gây hại nông nghiệp. Nguồn: Giáo sư Gen-ichiro Arimura từ Đại học Khoa học Tokyo.

Về cơ bản, các loại thảo mộc thơm như BB có khả năng giao tiếp với các loài thực vật khác bằng cách giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) từ lá của chúng. Tận dụng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do cây BB tiết ra, nhóm nghiên cứu đã đánh giá những thay đổi tiếp theo trong cơ chế phòng vệ của cây đậu cô ve. Họ phát hiện ra rằng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do cây BB tiết ra làm tăng mức độ biểu hiện của gen PR1 (pathogenesis-related 1) trong lá của các cây đậu cô ve gần đó.

Giáo sư Arimura giải thích động cơ đằng sau nghiên cứu hiện tại này rằng: "Chúng tôi thực hiện nghiên cứu này với mục đích sử dụng các loài thực vật biết nói phát ra VOC để cải thiện hoạt động nông nghiệp, tích lũy kiến thức khoa học về giao tiếp của thực vật và đặt nền móng cho việc mở rộng công nghệ này để sử dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp".

Trong các thí nghiệm tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã nỗ lực đánh giá tác động của việc trồng xen canh cây đậu cô ve với húng quế (BB) đối với sâu hại nông nghiệp. Họ đã sử dụng hai loài côn trùng gây hại trên cây trồng gồm: Spodoptera litura – một loài sâu ăn lá và Tetranychus urticae (nhện đỏ) – một loài côn trùng nhỏ chuyên chích hút, đồng thời theo dõi hoạt động đẻ trứng của chúng trên lá cây. Kết quả cho thấy, ở các cây đậu cô ve được trồng cùng với húng quế, số lượng trứng do con cái trưởng thành của T. urticae đẻ ra giảm đáng kể. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc trồng xen canh đậu cô ve với húng quế không chỉ kích hoạt cơ chế phòng vệ nội tại của cây đậu, mà còn thu hút loài Phytoseiulus persimilis – thiên địch tự nhiên của nhện đỏ. Đáng chú ý, chỉ riêng các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) phát ra từ húng quế cũng đã đóng vai trò như một tín hiệu mạnh mẽ để dẫn dụ P. persimilis. Những phát hiện này gợi mở một giải pháp đơn giản: trồng cây đậu cô ve cách nhau ít nhất 100cm so với húng quế – khoảng cách hiệu quả để VOCs phát huy tác dụng – có thể giúp giảm thiểu đáng kể thiệt hại do sâu hại ngoài đồng ruộng.

Nâng cao khả năng kháng sâu bệnh ở cây trồng bằng cách sử dụng các loài cây có hương thơm

Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) được giải phóng từ các loài cây thơm có thể kích hoạt cơ chế phòng vệ chống sâu hại ở những cây lân cận. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng húng quế bụi như một loài cây thơm để cải thiện khả năng kháng sâu bệnh, hay còn gọi là cơ chế chống lại động vật ăn lá, của cây đậu cô ve. Nguồn: Giáo sư Gen-ichiro Arimura từ Đại học Khoa học Tokyo.

Vui mừng với phát hiện này, các nhà khoa học sau đó tập trung nỗ lực vào việc xác định thành phần sinh hóa của VOC do cây đậu đen phát ra. Họ đã xác định được hai hóa chất, linalool và eugenol, là những thành phần chính tạo nên VOC. Tuy nhiên, chỉ có eugenol, khi được đặt gần cây đậu đen, mới có thể làm tăng biểu hiện gen PR1 trong lá.

Nói rõ hơn về lợi ích của việc trồng xen canh với cây bạc hà, giáo sư Arimura cho biết: "Các loại cây thơm như bạc hà kẹo và cây bạc hà có khả năng kích hoạt hoặc đánh thức khả năng kháng sâu bệnh của các cây xung quanh thông qua hương thơm của chúng. Việc sử dụng cơ chế này có thể giúp quản lý sâu bệnh hiệu quả và thân thiện với môi trường. Có rất nhiều kỳ vọng cho các loại cây trồng xen canh như BB và cây bạc hà vì chúng nắm giữ chìa khóa cho nền nông nghiệp bền vững trong tương lai".

Mặc dù việc loại bỏ hoàn toàn thuốc trừ sâu gần như không khả thi, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng thiệt hại do sâu bệnh gây ra có thể giảm xuống dưới 20% bằng cách sử dụng cây trồng xen canh, do đó giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu. Ngoài ra, nghiên cứu này chứng minh rằng việc trồng xen canh BB gần cây lương thực nổi lên như một giải pháp thay thế bền vững, không có hạn chế. Kỹ thuật này khá dễ thực hiện và đã được chứng minh là hiệu quả đối với các loại cây trồng như đậu nành và cà chua.

Nhìn chung, nghiên cứu này cho thấy một cơ chế kép liên quan đến các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do BB phát ra để cải thiện cơ chế phòng vệ của cây trồng và bảo vệ cây khỏi sâu bệnh nông nghiệp.

Đỗ Thị Nhạn theo Đại học Khoa học Tokyo.