Enhancing the Efficiency of Entomopathogenic Fungi Metarhizium anisopliae for Biological Control of Rice Pest Brown Planthopper (Nilaparvata lugens (Stål))
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
The brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens (Stål) is an important rice insect pest in Thailand. The Rice Department has recommended the effective biopesticide of the fungus Metarhizium anisopliae (MNNKI033 (WT)) for biological control of BPH, without harming natural enemies, human health and the environment. However, the environmental factors such as high temperature and chemical control for rice pest in rice production system are impact to the control efficiency of M. anisopliae under field conditions. This research aimed to screen for thermotolerant and pesticide resistant isolates from an effective mutant isolate of Rice Department for BPH control and to enhance BPH control efficiency in rice field. The experiments were conducted at Division of Rice Research and Development and Ubon Ratchathani Rice Research Center during 2023-2025. Mutagenesis of the original isolate M. anisopliae (MNNKI033 (WT)) was induced using gamma-ray (132 isolates) and ethyl methanesulfonate (EMS) (95 isolates) at the concentration causing an 81% cell lethality. A total of 25 and 21 mutant isolates were selected based on the growing rate from gramma radiation and EMS mutant respectively. The higher spore production of 10 mutant isolates were further screened for thermotolerant and pesticide resistant abilities. The results showed that all 10 mutant isolates were able to grow at 45oC and resistant to dinotefuran, buprofezin and tricyclazole. Three mutant isolates from gamma-irradiated (MNNKI033_RD_2023_MTG_7, MNNKI033_RD_2023_MTG_9, MNNKI033_RD_2023_MTG_10) and 3 mutant isolates from EMS-treated (MNNKI033_RD_2023_MTE_8, MNNKI033_RD_2023_MTE_13 and MNNKI033_RD_2023_MTE_14) were evaluated for their effectiveness in controlling BPH in the 3 experiments at greenhouse condition. The results showed that MNNKI033_RD_ 2023_MTG_9 presented 77.61% of average cumulative mortality against BPH, which was consistent with trials conducted in an organic irrigated lowland paddy field of 2025, where isolate MNNKI033_RD_2023_MTG_9 caused an average cumulative mortality of 42.87%. The results were significantly different (p < 0.05) from biopesticide of DOAE (MNDOAE) and without application of biopesticide. In addition, the mean median lethal times (LT50) of isolates MNNKI033_RD_2023_MTG_9 was less than isolate from wild type of Rice Department (MNNKI033 (WT)), DOAE (MNDOAE) and without application of biopesticide. This result indicates its potential as an improved biopesticide efficiency under challenging field condition.
Article Details
References
กองวิจัยและพัฒนาข้าว. 2562. ศัตรูข้าวและการป้องกันกำจัด. บริษัท อาร์ตควอลิไฟท์ จำกัด. กรุงเทพฯ. 220 หน้า.
กองวิจัยและพัฒนาข้าว. 2565. ศูนย์วิจัยข้าวเชียงราย ข่าวเตือนภัย แจ้งเตือนการระบาดเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล. 2 หน้า. สืบค้นจาก: https://newwebs2.ricethailand.go.th/upload/doc/6093/ 166426 8093.pdf. (17 พฤศจิกายน 2565)
กรมการข้าว. 2568. สรุปรายงานสถานการณ์ศัตรูข้าว กรมการข้าว ระหว่างวันที่ 1-7 พฤษภาคม 2568. 2 หน้า. สืบค้นจาก: https://www.ricethailand.go.th/page/56022pdf. (30 กรกฎาคม 2568)
กรมส่งเสริมการเกษตร. 2563. การใช้เชื้อจุลินทรีย์ (ชีวภัณฑ์) ในการควบคุมศัตรูพืช. พิมพ์ครั้งที่ 2. สำนักพัฒนาการถ่ายทอดเทคโนโลยี. กรุงเทพฯ. 31 หน้า.
กรมอุตุนิยมวิทยา. 2568. อุณหภูมิสูงสุด 7 อันดับแรกของประเทศไทยในช่วงฤดูร้อน ปี 2568. สืบค้นจาก: https://web.facebook.com/. (2 มิถุนายน 2568)
จิระเดช แจ่มสว่าง, วรรณวิไล อินทนู และณัฐยาน์ เปียแดง. 2549. การใช้รังสีแกมมาเพิ่มประสิทธิภาพของเชื้อราไตรโคเดอร์มาควบคุมโรคพืช. หน้า 86-96. ใน: เอกสารประกอบการประชุมเรื่อง การใช้รังสีพัฒนาเกษตรอินทรีย์เพื่ออาหารปลอดภัย สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ. 28-29 กันยายน 2549. โรงแรมริชมอนด์, จ.นนทบุรี.
จิรพงศ์ ใจรินทร์, วราภรณ์ วงศ์บุญ, กิจติพงษ์ เพ็งรัตน์, สงวน เที่ยงดีฤทธิ์, พิกุล ลีลากุด และกัลยา สามเสน. 2552. การพัฒนาสายพันธุ์ข้าวต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและมีคุณภาพเมล็ดเหมือนขาวดอกมะลิ 105 โดยใช้โมเลกุลเครื่องหมาย. วารสารวิชาการข้าว 3(1): 21-36.
จุฑามาส ฮวดประสิทธิ์, จุรีมาศ วังคีรี และยุพา หาญบุญทรง. 2560. ประสิทธิภาพของราสกุล Metarhizium และ Beauveria ในการควบคุมเพลี้ยจักจั่น (Matsumuratettix hiroglyphicus) พาหะนำโรคใบขาวอ้อย. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 25: 467-478.
ญาณิศา วงศ์วานิช. 2560. การคัดแยก Beauveria bassiana (Balsama) Vuillemin ไอโซเลทที่รอดชีวิตในภาวะอุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถควบคุมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล Nilaparvata lugens (Stål). จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, กรุงเทพฯ. 69 หน้า.
ปรีชา วังศิลาบัตร. 2545. นิเวศวิทยาของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและการควบคุมปริมาณ. โรงพิมพ์ชุมนุมสหกรณ์การเกษตรแห่งประเทศไทย. กรุงเทพฯ. 117 หน้า.
เพชรหทัย ปฏิรูปานุสร. 2554. บทบาทของเชื้อราทำลายแมลงในการควบคุมแมลงศัตรูพืช. สำนักวิจัยและพัฒนาข้าว, กรมการข้าว. 152 หน้า.
พยอม โคเบลลี่, ดวงกมล บุญช่วย, ญาณิศา วงศ์วานิช, ธีรดา หวังสมบูรณ์ดี และสุกัญญา อรัญมิตร. 2563. การคัดแยก จำแนกชนิด และประสิทธิภาพของเชื้อรา Beauveria bassiana (Bals.-Criv.) Vuill. ในการควบคุมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล. วารสารวิชาการข้าว 11(2): 71-83.
พยอม โคเบลลี่, อริษา จิตรติกรกุล, ไอลดา ชุมแสง, ดวงกมล บุญช่วย และธีรดา หวังสมบูรณ์ดี. 2564. การคัดเลือกอาหารเหลวและอาหารแข็งที่เหมาะสมเพื่อการผลิตขยายเชื้อรา Beauveria bassiana (Bals.-Criv.) Vuill. เพื่อการควบคุมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลศัตรูข้าว. หน้า 80-95. ใน: การประชุมวิชาการข้าวกลุ่มศูนย์วิจัยข้าวภาคกลางและตะวันตก และกลุ่มศูนย์วิจัยข้าวภาคตะวันออก ประจำปี 2564. 23-25 มีนาคม 2564. ศูนย์วิจัยข้าวปทุมธานี, จ.ปทุมธานี.
วันทนา ศรีรัตนศักดิ์. 2553. เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล: ศัตรูข้าวตัวฉกาจของการปลูกข้าวนาชลประทานและมิติใหม่ของการจัดการ. วารสารวิชาการข้าว 4(1): 72-82.
วันทนา ศรีรัตนศักดิ์, สุกัญญา อรัญมิตร และจินตนา ไชยวงค์. 2554. สถานการณ์ระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในประเทศไทย. วารสารวิชาการข้าว 5(1): 79-89.
วิชชุดา รัตนากาญจน์. 2553. โรคใบหงิกและโรคเขียวเตี้ย : ภัยร้ายของชาวนาที่มาจากเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล. วารสารวิชาการข้าว 4(1): 82-94.
ไอลดา ชุมแสง, พยอม โคเบลลี่, อริษา จิตรติกรกุล, ดวงกมล บุญช่วย และธีรดา หวังสมบูรณ์ดี. 2566. การทดสอบประสิทธิภาพชีวภัณฑ์เชิงพาณิชย์ Metarhizium anisopliae ไอโซเลทกรมการข้าวเพื่อการควบคุมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลศัตรูข้าว. วารสารวิชาการข้าว 14(2): 61-74.
Abbott, W.S. 1925. A method of computing the effectiveness of an insecticide. Journal of Economic Entomology 18(4): 265-261.
Bautista-Galvez, A., J.F. Barrera, E. Payro de la Cruz, S. Salgado-Garcia, J. Gomez-Ruiz and J.E. Gomez Leyva. 2012. Genetic characterisation of Metarhizium anisopliae (Metchnikoff) Sorokin isolates from sugarcane fields and their pathogenicity against Aeneolamia postica (Walker) (Hemiptera: Cercopidae). Universidady Ciencia 28(3): 217-229.
Bao, Y. and C. Zhang. 2019. Recent advances in molecular biology research of a rice pest, the brown planthopper. Integrative Agriculture 18(4): 716-728.
Bugeme, D.M., N.K. Maniania, M. Knapp and H.I. Boga. 2009. Effect of temperature on virulence of Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae isolates to Tetranychus evansi. Experimental and Applied Acarology 46: 275-285.
Castrillo, L.A., M.H. Griggs, C.M. Ranger, M.E. Reding and J.D. Vandenberg. 2011. Virulence of commercial strains of Beauveria bassiana and Metarhizium brunneum (Ascomycota: Hypocreales) against adult Xylosandrus germanus (Coleoptera: Curculionidae) and impact on brood. Biology Control 58: 121-126.
Chad, A.K., K.K.F. Everton, E.N.R. Drauzio and W.R. Donald. 2014. Heat-induced post-stress growth delay: A biological trait of many Metarhizium isolates reducing biocontrol efficacy. Journal of Invertebrate Pathology 120: 67-73.
Chen, L., L. Duan, M. Sun, Z. Yang, H. Li, K. Hu, H. Yang and L. Liu. 2023. Current trends and insights on EMS mutagenesis application to studies on plant abiotic stress tolerance and development. Frontiers in Plant Science 13: 1052569.
Dannon, H.F., A.E. Dannon, O.K. Douro-Kpindou, A.V. Zinsou, A.T. Houndete, J. Toffa-Mehinto, I.A.T.M. Elegbede, B.D. Olou and M. Tamo. 2020. Toward the efficient use of Beauveria bassiana in integrated cotton insect pest management. Journal of Cotton Research 3(24): 1-21.
Fang, W., P. Azimzadeh and R.J. St. Leger. 2012. Strain improvement of fungal insecticides for controlling insect pests and vector-borne diseases. Current Opinion Microbiology 15(3): 232-238.
Fitriana, Y., K. Satoh, I. Narumi, and T. Saito. 2014. Ionbeam and gamma-ray irradiations induce thermotolerant mutants in the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae s.l. Biocontrol Science and Technology 24(9): 1052-1061.
Fitriana, Y., S. Shinohara, K. Satoh, I. Narumi and T. Saito. 2015. Benomyl-resistant Beauveria bassiana (Hypocreales: Clavicipitaceae) mutants induced by ion beams. Applied Entomology and Zoology 50: 123-129.
Gul, H.T., S. Saeed and F.Z.A. Khan. 2014. Entomopathogenic fungi as effective insect pest management tactic: A review. Applied Sciences and Business Economics 1: 10-18.
Hallsworth, J.E. and N. Magan. 1999. Water and temperature relations of growth of the entomogenous fungi Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae and Paecilomyces farinosus. Journal of Invertebrate Pathology 74(3): 261-266.
Han, Y., O.K. Zveushea, F. Donng, Q. Ling, Y. Chen, S. Sajid, L. Zhou and V. Resco de Dios. 2021. Unraveling the effects of arbuscular mycorrhizal fungi on cadmium uptake and detoxification mechanisms in perennial ryegrass (Lolium perenne). Science of the Total Environment 798: 149-222.
Hatting, L.J., R.A. Humber, T.J. Poprawski and R.M. Miller. 1999. A survey of fungal pathogens of aphids from South Africa, with special reference to cereal aphids. Biological Control 16(1): 1-12.
Hussey, N.W. and T.W. Tinsley. 1981. Impression of Insect Pathology in the People’s Republic of China. pp. 785-795. In: H.D. Burges, (ed.), Microbial Control of Pests and Plant Diseases 1970-1980. Academic Press, London.
Iamba, K.S. and D. Dono. 2021. A review on brown planthopper (Nilaparvata lugens (Stål)), a major pest of rice in Asia and Pacific. Asian Journal of Research in Crop Science 6(4): 7-19.
Jeevanandham, N., R. Raman, D. Ramaiah, V. Senthilvel, S. Mookaiah and R. Jegadeesan. 2023. Rice: (Nilaparvata lugens (Stål)) interaction-current status and future prospects of brown planthopper management. Journal of Plant Diseases and Protection 130(1): 125-141.
Kava-Cordeiro, V., E.A. Luna-Alves-Lima and J.L. Azevedo. 1995. Survival and mutant production induced by mutagenic agents in Metarhizium anisopliae. Scientia Agricola 52: 548-554.
Kim, S.K., H.J. Shim, J.Y. Roh, B.R. Jin, K.S. Boo and Y.H. Je. 2005. Isolation and characterization of benomyl-resistant mutants in an entomopathogenic Fungus, Metarhizium anisopliae. Journal of Industrial Entomology and Biomaterials 10(2): 119-123.
Latifian, M., B. Rad, M. Amani and E. Rahkhodaei. 2013. Mass production of entomopathogenic fungi Beauveria bassiana (Balsamo) by using agricultural products based on liquid-solid diaphasic method for date palm pest control. Agriculture and Crop Sciences 5(19): 2337-2341.
Lomer, C.J., M.B. Thomas, O.K. Douro-Kpindou, C. Gbongboui, I. Godonou, J. Langewald and P.A. Shah. 1997. Control of grasshoppers, particularly Hieroglyphus daganensis, in northern Benin using Metarhizium flavoviride. The Memoirs of the Entomological Society of Canada 129(171): 301-311.
Luan, F., S. Zhang, B. Wang, B. Huang and Z. Li. 2012. Genetic diversity of the fungal pathogen Metarhizium spp., causing epizootics in Chinese burrower bugs in the Jingting Mountains, eastern China. Molecular Biology Reports 40(1): 515-532.
Meyling, N.V. and J. Eilenberg. 2007. Ecology of the entomopathogenic fungi Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae in temperate agroecosystems: Potential for conservation biological control. Biological Control 43: 145-155.
Mochi, D.A., A.C. Monteiro, L.D. Simi and A.A.M. Sampaio. 2009. Susceptibility of adult and larval stages of the horn fly, Haematobia irritans, to the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae under field conditions. Veterinary Parasitology 166: 136-143.
Muazu, S.A., P. Cobelli and T. Wangsomboondee. 2024. Gamma irradiation induced thermotolerance in Metarhizium spp. Biological Control 194: 105542.
Ortiz-Urquiza, A.Z., Z. Luo and N.O. Keyhani. 2015. Improving mycoinsecticides for insect biological control. Applied Microbiology and Biotechnology 99: 1057-1068.
Pathak, M.D. and Z.R. Khan. 1994. Rice leafhoppers and planthoppers. pp. 18-19. In: Insect Pest of Rice. International Rice Research Institute. Manila, Philippines.
Roberts, D.W. and R.J. St. Leger. 2004. Metarhizium spp., cosmopolitan insect-pathogenic fungi: Mycological aspects. Advances in Applied Microbiology 54: 1-70.
Scholte, E.J., K. Ng’Habi, J. Kihonda, W. Takken, K. Paaijmans, S. Abdulla, G.F. Killeen and B.G.J. Knols. 2005. An entomopathogenic fungus for control of adult African malaria mosquitoes. Science 308(5728): 1641-1642.
Sega, G.A. 1984. A review of the genetic effects of ethyl methanesulfonate. Mutation Research/Review in Genetic Toxicology 134: 113-142.
Sonune, B., M.J. Patil, R.B. Kothikar, H.R. Sawai, V.S. Wargane and K. Mane. 2019. Studies on entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae isolated from Spodoptera litura. International Journal of Chemical Studies 7(5): 1681-1685.
St. Leger, R.J.and J.B. Wang. 2020. Metarhizium: Jack of all trades, master of many. Open Biology 10: 200307.
Suzuki, Y., Y. Kobori and Y. Sato. 2006. Sustainable management of migratory rice planthoppers by conservation biological control combined with endophyte-infected plants. pp. 79-84. In: Proceeding of International Symposium on Area-Wide Management of Insect Pests. Okinawa: Okinawa Prefectural Agricultural Research Center.
Tang, J., X. Liu, Y. Ding, W. Jiang and J. Xie. 2019. Evaluation of Metarhizium anisopliae for rice planthopper control and its synergy with selected insecticides. Crop Protection 121(6): 132-138.
Usta, C. 2013. Microorganisms in biological pest controla review (bacterial toxin application and effect of environmental factors. Current Progress in Biological Research. Available source: http://dx.doi.org/10.5772/55786. (August 12, 2015)
Wang, Z., Y. Cheng, Y. Wang and X. Yu. 2022. Topical fungal infection induces shifts in the gut microbiota structure of brown planthopper, Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidae). Insects 13: 528.
Walstad, J.D., F.R. Anderson and W. Stambaugh. 1970. Effects of environmental conditions on two species of muscardine fungi (Beauveria bassiana and Metarrhizium anisopliae). Journal of Invertebrate Pathology 16(2): 221-226.
Wongwanich, Y., P. Cobelli, D. Boonchuay and T. Wangsomboondee. 2017. Development of thermotolerant isolates of Beauveria bassiana (Bals.-Criv.) Vuill. with ethyl methanesulfonate. Journal of Plant Protection Research 57(4): 338-346.
Yosri, M., M.M. Abdel-Aziz and R.M. Sayed. 2018. Larvicidal potential of irradiated myco-insecticide from Metarhizium anisopliae and larvicidal synergistic effect with its mycosynthesized titanium nanoparticles (TiNPs). Journal of Radiation Research and Applied Sciences 11(4): 328-334.
Zimmermann, G. 2007. Review on safety of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae. Biocontrol Science and Technology 17(9): 879-920.
