Bombyx mori là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và phân loại

Bombyx mori, thường gọi là tằm tơ, là loài sâu bướm đã được thuần hóa để nuôi lấy tơ từ hơn 5.000 năm trước. Đây là loài chủ lực trong ngành sericulture (nuôi tằm và sản xuất tơ) toàn cầu, cung cấp nguồn sợi tơ tự nhiên cao cấp với đặc tính bóng mượt, độ bền kéo lớn và tính đàn hồi vượt trội.

Về mặt phân loại sinh học, Bombyx mori thuộc họ Bombycidae, bộ Lepidoptera, lớp Insecta. Do quá trình thuần hóa kéo dài, loài này đã mất khả năng sống hoang dã, phụ thuộc hoàn toàn vào con người trong việc cung cấp thức ăn và điều kiện sinh trưởng.

Trong tài liệu chuyên ngành, tằm tơ được phân chia thành nhiều giống lai và thuần chủng dựa trên năng suất tơ, tốc độ phát triển, khả năng kháng bệnh và chất lượng kén. Các giống kinh điển như Dàzhuang (Trung Quốc), Pure Mysore (Ấn Độ) và Vietnamese M1 (Việt Nam) thường được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.

Phân loại học và nguồn gốc

Bombyx mori thuộc chi Bombyx, bao gồm cả loài hoang dã Bombyx mandarina, được xem là tổ tiên trực tiếp. Qua phân tích di truyền và khảo cổ, người ta xác định quá trình thuần hóa tằm tơ diễn ra ở Trung Quốc cổ đại, sau đó lan tỏa sang Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ và châu Âu.

Hệ thống phân loại hiện đại dựa trên gene COI và các marker SSR cho phép phân biệt dòng thuần và dòng lai. So sánh trình tự DNA giữa B. mori và B. mandarina cho thấy độ đồng nhất trên 99%, phản ánh thời gian tách loài tương đối ngắn trong lịch sử tiến hóa.

Theo Tổ chức Lương nông Liên hợp quốc (FAO), sản lượng tơ tằm toàn cầu hàng năm đạt trên 200.000 tấn, trong đó Trung Quốc và Ấn Độ chiếm hơn 75%. Nông dân thường kết hợp trồng dâu tằm (Morus alba) để tạo nguồn lá tươi, đồng thời quản lý nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng nhằm tối ưu hóa năng suất kén.

Mô tả hình thái và sinh học

Ấu trùng của Bombyx mori có màu trắng sữa, cơ thể phân thành bốn đoạn chính: đầu, ngực, bụng và đuôi. Kích thước trung bình của ấu trùng lớn tuổi (instar 5) đạt 6–8 cm, với năm lần lột xác liên tiếp để tăng kích thước trước khi nhả kén.

Nhộng (pupa) được bao bọc trong kén tơ màu vàng nhạt hoặc trắng ngà, dài khoảng 3–4 cm. Trong giai đoạn nhộng, cơ thể tằm tiến hành biến thái hoàn toàn (holometabolous metamorphosis), chuyển đổi thành ngài trưởng thành trong khoảng 8–12 ngày tùy nhiệt độ và giống.

• Ấu trùng (Larva): Ăn lá dâu liên tục, tăng trọng nhanh;
• Nhộng (Pupa): Trạng thái bất động, tổng hợp hormon biến thái;
• Ngài (Adult): Cánh trắng, đầu sống ký sinh, chỉ giao phối và đẻ trứng.

Ngài trưởng thành có sải cánh khoảng 3–4 cm, không ăn do miệng tiêu giảm, tuổi thọ ngắn (5–10 ngày). Chức năng chính của ngài là giao phối và đẻ trứng, sau đó hoàn thành vòng đời.

Vòng đời và sinh trưởng

Vòng đời của Bombyx mori trải qua bốn giai đoạn chính kéo dài 6–8 tuần: trứng → ấu trùng → nhộng → ngài. Thời gian mỗi giai đoạn phụ thuộc nhiệt độ 25–28 °C và độ ẩm tương đối 70–85 %.

Giai đoạn ươm trứng mất khoảng 10–14 ngày, sau đó ấu trùng nở và trải qua 5 instar trong 20–25 ngày. Mỗi instar kéo dài từ 3 đến 6 ngày, với tốc độ tăng trọng ngày càng nhanh. Sau instar 5, ấu trùng ngừng ăn, tìm vị trí thích hợp để nhả kén trong 2–3 ngày.

Giai đoạn	Thời gian	Điều kiện tối ưu
Trứng	10–14 ngày	25–27 °C, 80 % RH
Ấu trùng	20–25 ngày	25–28 °C, 75 % RH
Nhộng	8–12 ngày	23–25 °C, 70 % RH
Ngài	5–10 ngày	Không ăn, RH 70–80 %

Sau khi giao phối, ngài cái đẻ 300–500 trứng trên lá dâu hoặc giấy, hoàn thành vòng đời. Việc theo dõi và điều chỉnh chu trình này là yếu tố then chốt để nâng cao năng suất và chất lượng tơ kén.

Sinh sản và kỹ thuật nhân giống

Ngài đực và ngài cái giao phối 1–2 ngày sau khi vươn cánh, thực hiện trong lồng sục không khí hoặc buồng tối. Mỗi cặp giao phối duy trì khả năng thụ tinh nhiều lần trong 24–48 giờ, sau đó ngài cái đẻ 300–500 trứng thành từng chùm nhỏ.

Trứng thường được ươm trong điều kiện tối ưu 25–27 °C và độ ẩm 80 % để đảm bảo tỉ lệ nở trên 95 %. Sau khi trứng ươm 10–14 ngày, ấu trùng đồng loạt nở, giảm tỷ lệ bỏ lỡ thức ăn giai đoạn đầu.

• Lai thuần (inbreeding): tạo dòng ổn định về tính trạng như năng suất kén, kháng bệnh;
• Lai giữa dòng (hybridization): tăng sức sống, tốc độ tăng trưởng và chất lượng sợi;
• Chọn giống qua marker phân tử (SSR, SNP) để rút ngắn thời gian chọn lọc.

Genomics và di truyền

Genome Bombyx mori được giải mã năm 2004 với dung lượng ~432 Mb chứa khoảng 14.600 gen; dữ liệu lưu trữ tại NCBI Genome Assembly (GCA_000151625.1) cung cấp tài nguyên cho nghiên cứu chức năng gene.

Hệ thống gen mã hóa fibroin và sericin nằm ở vùng sốc gen lớn, thể hiện cơ chế tái tổ hợp cao để thích nghi với môi trường nuôi khác nhau. Phân tích transcriptome cho thấy hơn 1.200 gene biểu hiện có tính giai đoạn trong tuyến tơ.

Công nghệ CRISPR/Cas9 đã được áp dụng thành công để chỉnh sửa gene tăng sản xuất fibroin và giảm sericin, cải thiện độ mềm mượt và độ bền của sợi tơ. Nhiều nghiên cứu chuyển gen dùng promoter tuyến tơ (Fib-H) để sản xuất protein tái tổ hợp, vaccine hay kháng thể trong kén.

Sản xuất tơ tằm

Ấu trùng giai đoạn nhả kén tiết ra protein tuyến tơ liên tục trong 2–3 ngày, tổng chiều dài sợi đạt 300–900 m/ kén. Thành phần sợi gồm fibroin (70–80 %) chịu trách nhiệm độ bền kéo và sericin (20–30 %) gắn kết các sợi con.

Thành phần	Tỉ lệ	Chức năng
Fibroin	70–80 %	Khung chịu lực, độ bền cao
Sericin	20–30 %	Kết dính, bảo vệ sợi
Thu tách sericin bằng xử lý kiềm hoặc enzyme

Sau thu hoạch, kén được xử lý hơi nước hoặc nước nóng ở 60–80 °C để làm mềm sericin, sau đó se sợi thủ công hoặc công nghiệp. Hiện đại hóa công nghệ se wet–spinning và electrospinning cho sợi tơ đa chức năng ứng dụng y sinh và vật liệu composite sinh học.

Vai trò kinh tế và nuôi tằm

Ngành sericulture đóng góp thu nhập cho hơn 60 quốc gia, với tổng giá trị xuất khẩu tơ trên 30 tỷ USD/năm. Trung Quốc và Ấn Độ chiếm >70 % sản lượng kén toàn cầu; Việt Nam và Nhật Bản nổi bật về chất lượng sợi cao cấp.

• Kết hợp trồng dâu tằm cải thiện thu nhập nông hộ;
• Chuỗi giá trị: từ chăm sóc cây dâu, nuôi ấu trùng, thu hoạch kén đến se sợi, dệt lụa;
• Ứng dụng du lịch sinh thái và bảo tồn giống đặc hữu.

Chính sách hỗ trợ bao gồm đào tạo kỹ thuật, tín dụng ưu đãi và trung tâm nghiên cứu sericulture. Tại các vùng nông thôn, nuôi tằm giúp giảm nghèo và phát triển bền vững thông qua liên kết hợp tác xã và doanh nghiệp dệt lụa.

Bệnh lý và kiểm soát

Bombyx mori chịu ảnh hưởng bởi nhiều tác nhân gây bệnh: virus BmNPV (baculovirus), vi khuẩn Serratia marcescens, nấm Beauveria bassiana và ký sinh protozoa Nosema bombycis. Tỉ lệ chết có thể vượt 50 % nếu không kiểm soát kịp thời.

Biện pháp quản lý bao gồm:

1. Vệ sinh lá dâu và chuồng nuôi, cách ly ổ dịch;
2. Sử dụng chế phẩm sinh học (Bacillus thuringiensis, nấm entomopathogenic);
3. Chọn lọc giống kháng bệnh và áp dụng vaccine hiện còn thử nghiệm lâm sàng.

Giám sát dịch bệnh qua PCR và ELISA giúp phát hiện sớm tác nhân, giảm thiểu lây lan và hạn chế sử dụng hóa chất độc hại, đảm bảo an toàn thực phẩm và môi trường.

Ứng dụng công nghệ sinh học

Bombyx mori là mô hình lý tưởng cho sản xuất protein tái tổ hợp, vaccine và kháng thể trong kén tơ. Các nghiên cứu đã biểu hiện insulin người, interferon và vaccine cúm trong tuyến tơ, tận dụng khả năng gắn glycosyl hóa của tằm.

Ứng dụng nanotechnology kết hợp tơ tằm tạo vật liệu composite phục vụ y học tái tạo mô, cầm máu và drug delivery. Tơ tằm dẫn điện được phát triển bằng cách bọc graphene hoặc polypyrrole, mở ra hướng cho cảm biến sinh học và thiết bị điện tử mềm.

Tài liệu tham khảo

1. International Sericultural Commission. “World Silk Statistics 2022.” ISC; 2022. isc.org
2. Xiang H., et al. “The evolutionary road from wild moth to domestic silkworm.” Nature Ecology & Evolution, 2018.
3. Goldsmith M. R., Shimada T. “The Lepidopteran Genome.” Genome Biology, 2005.
4. The Genome Sequence Consortium. “The Genome of the Silkworm Bombyx mori.” Science, 2004.
5. FAO. “Sericulture for Rural Development.” FAO; 2017. fao.org
6. Wang L., et al. “CRISPR-based gene editing in silkworm Bombyx mori.” Insect Biochemistry and Molecular Biology, 2020.