Tinh dầu được định nghĩa là bất kỳ loại dầu dễ bay hơi, có thành phần có mùi mạnh và mang đến mùi, hương vị, mùi hương đặc biệt. Đây là những sản phẩm của quá trình chuyển hóa ở thực vật, thường được gọi là chất chuyển hóa thứ cấp và dễ bay hơi. Tinh dầu thường được tìm thấy ở tuyến lông hoặc khoang tiết trên thành tế bào thực vật và có những giọt chất lỏng trong lá, thân, vỏ, hoa, rễ và trong quả của các loại cây khác nhau. Các đặc tính thơm của tinh dầu có nhiểu chức năng khác nhau đối với cây bao gồm: thu hút hoặc xua đuổi côn trùng, bảo vệ bản thâm khỏi nhiệt độ nóng hoặc lạnh và các thành phần hóa học có trong tinh dầu để phòng vệ.

Terpenes và terpenoids là thành phần chính của tinh dầu trong nhiều loại cây và hoa. Terpene là chất hữu cơ phân tử khối lớn và rất đa dạng có trong nhiều loại thực vật, một số côn trùng cũng phát ra terpen như mối hoặc bướm. Nhiều terpen là hydrocarbon thơm thường có mùi mạnh, bảo vệ thực vật khỏi động vật ăn cỏ, thu hút động vật ăn thịt và ký sinh của động vật ăn cỏ. Sự khác biệt giữa terpen và terpenoid là terpen cấu trúc hydrocarbon, trong khi terpenoid có chứa các nhóm chức bổ sung thêm vào khác. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc tìm kiếm và ứng dụng trong các loại thuốc trừ sâu mới có tính chọn lọc và phân hủy sinh học cao để giải quyết vấn đề độc tính lâu dài đối với con người và môi trường.

Thuốc trừ sâu dựa trên tinh dầu thực vật hoặc thành phần của chúng đã chứng minh hiệu quả chống một loạt các loài gây hại trong lưu trữ thực phẩm, sâu bệnh, loài hút máu và sâu hại mềm trong nông nghiệp cũng như một số loại nấm gây bệnh ở thực vật. Có nhiều đánh giá cho thấy hiệu quả của tinh dầu trong thuốc trừ sâu xanh mạnh hơn đáng kể các loại khác.

Sử dụng tinh dầu cần tỷ lệ sử dụng cao (cao đến 1% hoạt chất) và có thể yêu cầu sử dụng thường xuyên. Do tính bay hơi của tinh dầu khiến chúng rất ít gây rủi ro cho môi trường so với thuốc trừ sâu tổng hợp hiện tại.

Tác dụng diệt côn trùng và xua đuổi của tinh dầu

Các loại tinh dầu gây độc đối với một số loài gây hại vì một số chúng can thiệp vào octopamine (dẫn truyền thần kinh) và một số kênh clorua γ-aminobutyric acid (GABA)-gated (Isman, 2006). Octopamine kiểm soát và điều chỉnh sự phát triển của nơ ron thần kinh, nhịp sinh học, đáp ứng vận động chiến đấu hoặc bay đi, cũng như phản ứng học tập và trí nhớ. Nó kích hoạt guanosine triphosphate (GTP) gắn kết thụ thể protein G dẫn đến sản xuất cyclic adenosine monophosphate (cAMP) hoặc giải phóng canxi (Balfanz et al., 2005). Làm gián đoạn chức năng kết quả dẫn đến phá vỡ toàn bộ hệ thống tần kinh ở côn trùng (Tripathi et al., 2009). Kích hoạt các kênh GABA côn trùng có thể làm tăng độ dẫn ion clorua trên màng tế bào. Các thụ thể GABA của côn trùng cũng nhạy cảm với các thuốc benzodiazepin và barbiturat nhưng chúng không nhạy cảm với các chất đối kháng như bicuculline và pitrazepin. Sự khác biệt của các kênh GABA côn trùng và động vật có xương sống có thể được sử dụng làm mục tiêu cho thuốc trừ sâu (Anthony et al., 1993). Ở nồng độ cao của các loại tinh dầu, chúng cũng có thể ức chế hoạt động của acetylcholinesterase, nhưng nó không thể giải thích được tác dụng của thuốc trừ sâu liều thấp (Kostyukovsky et al., 2002).

Một số tinh dầu sử dụng làm chất chống côn trùng

1. Hương thảo (Rosmarinus officinalis)

R. officinalis L. (Lamiaceae) có thể được tìm thấy nhiều ở khu vực Địa Trung Hải, Tinh dầu hương thảo có thể dùng làm chất chống côn trùng dựa trên tác dụng của nó đối với bọ cánh cứng, ấu trùng sâu bướm và nhiều côn trùng khác Dayan et al., 2009) như Drosophila auraria (Konstantopoulou et al., 1992), Sitophilus oryzae (Lee et al. 2004), hoặc Rhyzopertha dominica (Shaaya et al., 1991). Tinh dầu đóng gói vi bao cũng cho thấy có tác dụng diệt bọ như Lymantria dispar (Moretti và cộng sự, 2002). Tinh dầu hương thảo cũng gây chết cao ở Acanthoscelides obtectus con đực và cái. Tinh dầu hương thảo cũng được báo cáo cho thấy chống lại mọt Listronotus oregonensis (Niepel, 2000).

2. Xạ hương (Thymus sp.)

T. Vulgaris L. (Lamiaceae) cũng thường mọc ở khu vực Địa Trung Hải, thường sử dụng để kiểm soát côn trùng phổ rộng trong canh tác hữu cơ (Dayan et al., 2009). Tinh dầu xạ hương gây chết ở bọ phấn thuốc lá Bemisia tabaci (Aslan et al., 2004), gây độc lên mạt gà Dermanyssus gallinae – một loại ve gây bệnh ở gà (George et al., 2009a, 2010; Ghrabi-Gammar et al., 2009). Đồng thời gây ra tỷ lệ tử vong cao ở sâu bột Tenebrio molitor (George et al., 2009b) và và ve Tyrophagus putrescentiae (Kim et al., 2003a) và trên sâu róm L. dispar (Moretti et al., 2002).

3. Đinh hương (Syzygium aromaticum)

Đinh hương được sử dụng trong quản lý dịch hại côn trùng do eugenol gây độc cho nhiều loại sâu bệnh phổ biến (Dayan et al., 2009). Trong đó có nghiên cứu của Huang et al (2002) độc tính eugenol đối với mọt bắp Sitophilus zeamais và mọt đỏ Tribolium castaneum và hoạt tính acaricidal chống lại T. putrescentiae (Kim et al., 2003a) và D. gallinae (Kim et al., 2007).

4. Khuynh diệp (eucalyptus sp.)

Tinh dầu khuynh diệp được lấy từ cây bạch đàn Úc. thuộc họ Myrtaceae. Nó đã được biết đến với tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm và sát trùng trong hàng trăm năm (Batish et al., 2008). Độc tính của tinh dầu khuynh diệp đối với S. oryzae đã được báo cáo bởi Lee et al. (2001), và nó được sử dụng để xông nhằm kiểm soát loài vật gây hại này. Lee và cộng sự. (2004) đã báo cáo trong một nghiên cứu khác rằng một số loài Bạch đàn độc với S. oryzae: E. nicholii, E. codonocarpa và E. blakelyi, gây tử vong ở T. castaneum và R. dominica.

5. Satureja sp.

Húng cay Saturejahortensis L. (Lamiaceae) có khả năng chống lại B. tabaci. Trong thử nghiệm tinh dầu lên 3 loại thực vật T. vulgaris, O. basilicum lên B. tabaci thì S. hortensis cho kết quả tốt nhất. Saturejahortensis L. (Lamiaceae) thử nghiệm lên Hyalomma marginatum và tiêu diệt gần như toàn bộ bọ ve sau 24 giờ. Tinh dầu này cũng gây độc đối với D. auraria (Konstantopoulou et al., 1992), bướm Địa Trung Hải Ephestia kuehniella và ngài Ấn Độ Plodia interpunctella (Ayvaz et al., 2010).

6. Húng quế Ocimum sp.

Húng quế (O. basilicum L., Lamiaceae) mang tinh dầu có khả năng chống lại B. tabaci (Aslan et al., 2004). Keita et al. (2001) và chống lại bọ cánh cứng Callosobruchus maculatus. Ngoài khả năng gây độc tính cao, nó còn giảm tỷ lệ trứng nở của loại côn trùng này. Một nghiên cứu khác methyleugenol, methylcinnamate, linalool và estragole là các hợp chất chính trong tinh dầu húng quế. Estragole được xác định là một trong những hợp chất hiệu quả chống lại bọ cánh cứng Cryptolestes pusillus và R. dominica. Ngoài ra tinh dầu húng quế còn rất hứa hẹn chống lại bọ Oryzaephilus surinamensis (Shaaya et al., 1991). O. kilimandscharicum Wild. Tinh dầu kết hợp với long não gây độc đối với bốn loài gây hại (Sitophilus granarius, S. zeamais, T. castaneum và Prostephanus truncatus).

7. Kinh giới Origanum sp.

Tinh dầu kinh giới cay Origanum vulgare L. (Lamiaceae) tác động lên 2 loại côn trùng T. urticae và B. tabaci. Trong thử nghiệm xông khí thời gian 120 tiếng với nồng độ 2 µL/L, tỷ lệ tử vong trên B. tabaci is 100% và trên T. urticae 95% (Çalmaşur et al., 2006). Tinh dầu kinh giới cũng có thể sử dụng làm thuốc diệt muỗi T. putrescentiae (Kim et al., 2003a) và thuốc trừ sâu O. surinamensis (Shaaya et al., 1991), D. auraria. Tinh dầu kinh giới có tác động rất tích cực chống lại P. interpunctella và E. kuehniella (Ayvaz et al., 2010).

8. Cây ngải Artemisia sp.

Thành phần chính của tinh dầu ngải đắng Artemisia absinthium L. (Asteraceae) được cho là có hiệu quả chống lại một số loài bọ chét, ruồi và muỗi. Nghiên cứu bởi Chiasson et al. (2001) tinh dầu ngải đắng có độc tính đối với T. urticae and T. putrescentiae (Kim et al., 2003a). Tinh dầu cây Artemisia sieberi Besser gây chết ở C. maculatus, S. oryzae, và
T. castaneum.

9. Bạc hà Mentha sp.

Bạc hà Mentha pulegium L. (Lamiaceae) có tinh dầu gây độc mạnh đối với mạt gà D. gallinae (George et al., 2009a). Tinh dầu M. pulegium L. và M. spicata rất hiệu quả đối với D. auraria (Konstantopoulou et al., 1992). Mentha arvensis var. piperascens cũng cho thấy tỷ lệ tử vong cao trên D. gallinae (Kim et al., 2007).

10. Quế Cinnamomum sp.

Tinh dầu quế Cinnamomum aromaticum Nees (Lauraceae) cho thấy khả năng làm thuốc diệt côn trùng lên mọt đỏ T. castaneum và mọt ngô S. zeamais (Huang and Ho, 1998). C. cassia và C. sieboldii đã chứng minh có thể diệt S. oryzae và Callosobruchus chinensis (Kim et al., 2003b). Cinnamaldehyde gây tác dụng giết chết họ nhà ve acaricidal và cụ thể là T. putrescentiae.

11. Tiểu hồi (thì là) Foeniculum vulgare

 Tinh dầu thì là gây độc 100% lên S. oryzae trong 3 ngày khi xử lý với 3.5 mg/cm³. Tinh dầu thì là có tiềm năng mạnh hơn cả quế C. chinensis do tính gây chết 100% ở cùng nồng độ. Ở nồng độ 0,168 mg/cm², estragole độc ​​nhất với S. oryzae sau 1 ngày, tiếp theo là (+) - fenchone và (E) -anethol. Tinh dầu thì là cũng có khả năng kiểm soát D. gallinae (Kim et al., 2007), gây độc đối với T. putrescentiae (Lee et al., 2006).

12. Oải hương Lavandula sp.

Oải hương Lavandula stoechas L. (Lamiaceae) có tinh dầu tiêu diệt D. auraria với thành phần chính là linalool và linalyl acetate. Tinh dầu dạng bay hơi Lavandula hybrid gây độc đối với A. obtectus cả ở con đực và con cái nhưng ít ảnh hưởng đến trứng của chúng (Papachristos and Stamopoulos, 2002). Tinh dầu oải hương cũng cho tác động cao đến R. dominica (Shaaya et al., 1991).

13. Cỏ hôi Chenopodium ambrosoides

Tinh dầu cỏ hôi ở nồng độ 0.4% có thể tiêu diệt bọ C. chinensis, C. maculatus, và A. obtectus. S. granarius và S. zeamais bị tiêu diệt ở nồng độ 6.4%.

Có thể thấy rằng một số loại tinh dầu như R. offcinalis, T. Vulgaris, khuynh diệp và loài Origanum, cho thấy tiềm năng lớn trong việc kiểm soát một số loài gây hại, ví dụ, Sitophilus sp. hoặc Tetranychus sp. Thuốc trừ sâu tổng hợp có nhiều rủi ro đối với môi trường và sức khỏe động vật có vú, nên cần các chất thay thế tự nhiên và tốt cho sức khỏe như tinh dầu. Tuy nhiên độ biến động cao là một trong những yếu tố gây hạn chế cho việc sử dụng.

Tác dụng tinh dầu làm thuốc diệt cỏ

Kiểm soát cỏ dại trong nông nghiệp rất quan trọng vì tỷ lệ cỏ dại cao làm giảm vụ mùa, thậm chi gây nên sâu bệnh. Vì các chất tổng hợp kiểm soát cỏ dại gây ra nhiều vấn đề về môi trường và sức khỏe nên các chất tự nhiên như tinh dầu có vẻ được ưa chuộng hơn.

Độc tính tê bào thực vật – phytotoxicity

Độc tính tế bào phytotoxicity có nghĩa là tác động gây hại bằng chất hóa học lên thực vật có thể nhìn thấy theo nhiều cách khác nhau: các bộ phấn trên cây bị đốt cháy, nhiễm clo, làm cho lá chuyển màu vàng; mất tăng trưởng hoặc tăng trưởng quá mức. Khi độc tính tế bào được thử nghiệm với nhiều loại tinh dầu khác nhau, pulegone và d-carvone gây độc đến bắp ngô. (+)-Limonene gây độc đối với củ cải đường, độc đối với hạt giống dâu tây, bắp cải và cà rốt (Ibrahim et al., 2008).

De Almeida et al. phát hiện các loại tinh dầu từ balm, caraway, bài hương thảo hyssop, xạ hương, cỏ roi ngựa vervain ức chế nảy mầm 100% cải Lepidium sativum (Brassicaceae). Củ cải Raphanus sativus (Brassicaceae) 100% không nảy mầm khi xử lý với tinh dâu cỏ roi ngựa vervain ở bất kỳ nồng độ. Ở nồng độ thấp, tinh dầu hồi và húng quế thúc đẩy quá trình nảy mầm và phát triển của hạt, trong khi tinh dầu caraway, sage, vervain và marjoram ức chế sự phát triển của củ cải. Xà lách Lactuca sativa’s (Asteraceae) không tăng trưởng khi xử lý tinh dầu xạ hương. Vervain, balm, và caraway cũng có khả năng hạn chế tăng trưởng xà lách. Nói chung ở một mức độ cao oxygenated monoterpenes có thể tác động gây chết đến cỏ dại.

Thực vật, đặc biệt là họ húng Lamiaceae có thể ức chế sự phát triển của một số loại cỏ dại bằng cách giải phóng phytotoxic monoterpenes (α-pinene, β-pinene, camphene, limonene, α-phellandrene, p-cymene, 1,8-cineole, borneol, pulegone, và camphor) (Angelini et al., 2003). Tác dụng diệt cỏ của 1,4-cineole và 1,8-cineole cũng được mô tả bởi Dayan et al. (2012). Thực vật khi tiếp xúc với tinh dầu thường chuyển hóa chúng, khi ciitral thêm geraniol, nerol xuất hiện dạng axit của chúng. Chuyển hóa citronellal hình thành citronellol và citronellic acid và với pulegone (iso) -menthone, isopulegol và menthofuran (Dudai et al., 2000). Tinh dầu dẫn đến sự tích tụ H₂O₂ trong các thực vật khác. Băng có đó chúng làm tăng stress oxy hóa, dẫn đến gián đoạn các hoạt động trao đổi chất trong tế bào. Một nguyên nhân khác gây độc tế bào là do tinh dầu phá hủy màng tế bào của thực vật và ức chế enzyme của chúng (Mutlu et al., 2010).

Vấn đề kiểm soát cỏ dại bằng tinh dầu thường không quá hứa hẹn, do phải sử dụng một lượng lớn tinh dầu gây tác động tiêu cực đến môi trường và vi khuẩn trong đất. Ngoài ra nếu dùng tinh dầu phải sử dụng thường xuyên nhưng có thể giải quyết bằng phương pháp vi bao tinh dầu để giảm khả năng bay hơi của chúng. Tinh dầu cũng có thể gây hại đến cây trồng chính và khiến giảm năng suất. Vì thế tinh dầu không quá hứa hẹn nhưng là một giải pháp thay thế trong tương lai.

Tác dụng của tinh dầu kiểm soát vi sinh vật

Tinh dầu bay hơi có thể được sử dụng để kiểm soát các loài gây hại khác như vi khuẩn, virus, nấm và tuyến trùng.

Tác dụng diệt khuẩn

Tinh dầu có khả năng diệt khuẩn, vì bản thân chúng là những chất ưu dầu, có thể đi qua màng tế bào và gây độc tế bào (Bakkali et al., 2008). Một mặt chúng ức chế hô hấp và tăng tính thấm của màng tế bào chất vi khuẩn, mặt khác chúng gây thất thoát kali (Ibrahim et al., 2008). Theo Burt (2004), các cơ chế khác gây tác dụng diệt khuẩn là sự suy giảm động lực proton, làm hỏng protein màng, màng tế bào chất và phát hủy thành tế bào. Ví dụ: tinh dầu họ sả Cymbopogon densiflorus (Poaceae) có hợp chất là limonene, cymenene, p-cymene, carveol, và carvone có khả năng diệt vi khuẩn gram âm và dương. Một số loại tinh dầu khác có tác dụng khác khuẩn là khuynh diệp Eucalyptus sp. (Myrtaceae) phần lớn chứa 1,8-cineole, linalool, citronellal và limonene (Batish et al., 2008). Tinh dầu Calamintha nepeta (Lamiaceae) chứa nhiều limonene, menthone và pulegone có hoạt động chống lại Salmonella rất tốt, trong đó pulegone hoạt động hiệu quả nhất. Tinh dầu Peumus boldus (Monimiaceae) chưa nhiều monoterpen, đặc biệt là limonene có tác dụng tốt đối với vi khuẩn gram âm và dương.

Tác dụng kháng nấm

Tinh dầu bay hơi có khả năng tiêu diệt nấm hại cây trồng, vì chúng làm tăng tính thấm màng sinh chất. Một số monoterpen như isopulegol, (R) -carvone và segimonene dường như rất hiệu quả đối với Candida albicans. Các loại tinh dầu thu được từ F. Vulgare (Apiaceae) tỏ ra rất tích cực chống lại Aspergillus niger. Ngoài ra các loại tinh dầu của trái cây họ cam quýt (trừ limonene) đã được thử nghiệm chống lại một số loài Penicillium và chúng rất hiệu quả. Dầu thảo quả, linalool, limonene và cineole cho thấy độc tính cao nhất đối với nấm (Ibrahim et al., 2008). Một loại tinh dầu khác có khả năng tiêu diệt các loại nấm gây hại như Aspergillus sp., Penicillium sp., Fusarium sp., và Mucor sp. là tinh dầu khuynh diệp phần lớn chứa 1,8-cineole, citronellal, limonene và linalool. Nó có thể ức chế sự phát triển của sợi nấm cũng như sản sinh bào tử và nảy mầm (Batish et al., 2008). Tinh dầu thông Pinus roxburghii (Pinaceae) có thể tiêu diệt Aspergillus sp. và Cymbopogon Pendulus (Poaceae) và có thể ức chế sự tăng trưởng sợi nấm của microsporum gypseum và Trichophyton mentagrophytes.

Tinh dầu Origanum, cassia, red thyme có khả năng ức chế nấm phân giải gỗ (Chao et al., 2000). Tinh dầu O. acutidens (Lamiaceae) cũng cho thấy hoạt động chống nấm, ví dụ, chống lại một số loại nấm thuộc họ Fusarium và Botrytis (Kordali et al., 2008). Cymbopogon martini (Poaceae), Thymus zygis (Lamiaceae), Cinnamomum zeylanicum (Lauraceae) và S. aromaticum (Myrtaceae) cũng cho thấy hoạt động kháng nâm Botrytis cinerea hay xuất hiện ở thực vật. Đặc biệt C. martini và T. zygis rất hiệu quả trong việc ức chế sự nảy mầm của bào tử. Dầu nguyệt quế (Laurus nobilis L., Lauraceae) cho thấy hoạt động chống nấm chống lại Rhizoctonia solani và Sclerotinia sclerotiorum (De Corato et al., 2010). Tinh dầu của Hibiscus cannabinus L. (Malvaceae) có tác dụng chống nấm của các loài Colletotrichum, mặc dù tác dụng kháng nấm rất yếu (Kobaisy et al., 2001). Các loại tinh dầu từ cây artemisia dracunculus, A. absinthium, Artemisia santonicum và Artemisia spicigera, tất cả chúng đều được thử nghiệm chống lại các loại nấm khác nhau và cho thấy hiệu quả (Kordali et al., 2005).

Tác dụng kháng virus

Tinh dầu có khả năng chống lại hoạt động của virus, virus khảm thuốc lá là một loại bệnh quan trọng trong nông nghiệp có khả năng kháng yếu với tinh dầu sả (Chao et al., 2000).

Xử lý tuyến trùng (Heterodera schachtii) có thể khiến nó giảm xuống còn dưới 3% trong vòng 3 tháng bằng cách sử dụng (+)-limonene. Tinh dầu bạc hà cũng được chứng minh rất có hiệu quả đối với tuyến trùng. Tinh dầu của Ocimum Sanctuarytum L. (Lamiaceae) với eugenol là hợp chất chính đã được thử nghiệm trên Caenorhabditis Elegans và cho thấy tác dụng chống giun (Asha et al., 2001). Một loại tinh dầu khác rất hứa hẹn trong kiểm soát tuyến trùng là tinh dầu khuynh diệp. Nó được chứng minh là độc đối với Meloidogyne incognita và Meloidogyne exigua (Batish et al., 2008). O. basilicum L. (Lamiaceae) và O. Sanctuarytum L. (Lamiaceae), cũng như các hợp chất chính của chúng linalool và eugenol, có hiệu quả trong việc tiêu diệt ấu trùng của M. incognita (Chatterjee et al., 1982). Một nghiên cứu khác được thực hiện trên Meloidogyne sp. cho thấy Aactsia triphylla (Verbenaceae), Lippia Juneliana (Verbenaceae) và Lippia turbinata (Verbenaceae) có tác dụng diệt khuẩn. Các thành phần chính là α-thujone, cis-carveol, carvone và limonene trong A. triphylla; piperitenone oxit, limonene, và camphor ở L. Juneliana; và oxit limonene và piperitenone trong L. turbinata (Duschatzky et al., 2004). Oka et al. (2000) đã kiểm tra tác dụng của tinh dầu đối với Meloidogyne javanica. Các loại tinh dầu có tác dụng ức chế khả năng di chuyển của nó (hơn 80%) là Artemisia judaica, C. carvi, Coridothymus capitatus, Coridothymus citratus, F. Vulgare, Mentha rotundifolia, M. spicata, Micromeria frum và O. Vulgare. Các loại tinh dầu làm giảm tỷ lệ nở của trứng xuống dưới 2% là A. Judaica, C. carvi, F. Vulgare và M. rotundifolia. O. gratissimum, với eugenol và 1,8-cineole là các hợp chất chính, được báo cáo là có hoạt tính chống giun sán Haemonchus contortus vì nó làm giảm tốc độ nở của trứng (Pessoa et al., 2002).

Theo TegoX dịch

Tài liệu tham khảo:

1. The use of essential oils in organic farming, 2015

2. Chương 17: Use of Essential Oils in Agriculture, sách Handbook of Essential Oils: Science, Technology, and Applications, second edition, 2016.