Tài liệu đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm nano đến một số loại rau trồng thủy canh

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ LUYẾN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM NANO ĐẾN MỘT SỐ LOẠI RAU TRỒNG THỦY CANH Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60 42 02 01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Thị Thu Hương TS. Đồng Huy Giới NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả trình bày trong luận văn là khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ bất kì học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, thông tin trích dẫn trong luân văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2017 Tác giả luận văn Trần Thị Luyến i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi còn nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, sự giúp đỡ tận tình, của các cá nhân, tập thể và các đơn vị khác. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến T.S Bùi Thị Thu Hương, cô đã dành thời gian chỉ bảo, hướng dẫn phát triển các vấn đề nghiên cứu để bài luận văn của tôi thêm đầy đủ.Với lòng biết ơn và kính trọng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. Đồng Huy Giới, thầy đã dành thời gian, chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và đưa ra những đóng góp quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Nguyễn Tất Cảnh, các anh chị thuộc Trung tâm Nghiên cứu nông nghiệp sinh thái Á nhiệt đới – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã dành thời gian hướng dẫn kỹ thuật, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Công nghệ sinh học-Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt 2 năm học qua. Lời cuối, tôi xin bày tỏ sự yêu thương và lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ tôi và toàn thể bạn bè đã luôn chăm sóc, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự cố gắng và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2017 Tác giả luận văn Trần Thị Luyến ii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................................... v Danh mục bảng ................................................................................................................ vi Danh mục hình ................................................................................................................ vii Trích yếu luận văn ......................................................................................................... viii Thesis abstract.................................................................................................................. xi Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu .............................................................................................................. 2 1.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 2 1.4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ............................ 2 Phần 2. Tổng quan .......................................................................................................... 3 2.1. Giới thiệu sơ lược về công nghệ nano áp dụng trong nông nghiệp .................... 3 2.2. Những ứng dụng ban đầu vật liệu nano trong nông nghiệp ở nước ta ............. 13 2.3. Giới thiệu về cải bó xôi .................................................................................... 16 2.3.1. Nguồn gốc......................................................................................................... 16 2.3.2. Phân loại ........................................................................................................... 16 2.3.3. Giá trị dinh dưỡng............................................................................................. 16 2.4. Giới thiệu về rau xà lách ................................................................................... 17 2.4.1. Nguồn gốc......................................................................................................... 17 2.4.2. Phân loại ........................................................................................................... 18 2.4.3. Giá trị dinh dưỡng của xà lách.......................................................................... 18 2.4.4. Đặc điểm thực vật học của cây xà lách............................................................. 19 2.5. Phương pháp thủy canh .................................................................................... 19 Phần 3. Nội dung phương pháp ................................................................................... 22 3.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu ..................................................................... 22 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..................................................................... 22 3.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 22 iii 3.4. Bố trí thí nghiệm ............................................................................................... 22 3.4.1. Thí nghiệm 1. Đánh giá khả năng nảy mầm (Bowers et al., 1997) ................. 22 3.4.2. Thí nghiệm 2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chế phẩm nano đến các cây trồng thủy canh .................................................................................... 23 3.4.3. Xử lý số liệu...................................................................................................... 28 Phần 4. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 29 4.1. Kết quả ảnh hưởng của nano bạc (AgNPs), nano đồng (CuNPs) đến sự nảy mầm của hạt xà lách và cải bó xôi ............................................................. 29 4.2. Kết quả ảnh hưởng của nano đồng, nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của xà lách và cải bó xôi khi trồng thủy canh .......................................... 34 4.2.1. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến đến chiều cao cây của xà lách và cải bó xôi ................................................................................................................ 34 4.2.2. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến sự tăng trưởng số lá của xà lách ............. 36 4.2.3. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến một số chỉ tiêu sinh trưởng khác của xà lách ............................................................................................................... 39 4.3. Kết quả ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến một số chỉ tiêu chất lượng của xà lách và cải bó xôi khi trồng thủy canh .................................................. 47 4.4. Sự tích lũy của một số kim loại trong xà lách và cải bó xôi khi trồng thủy canh ................................................................................................................... 49 4.5. Thảo luận .......................................................................................................... 50 4.5.1. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến sự nảy mầm của hạt xà lách và cải bó xôi ................................................................................................................ 50 4.5.2. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của xà lách và cải bó xôi khi trồng thủy canh ................................................. 51 4.5.3. Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến một số chỉ tiêu chất lượng của xà lách và cải bó xôi khi trồng thủy canh .............................................................. 53 Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 55 5.1. Kết luận............................................................................................................. 55 5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 55 Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 57 Phụ lục .......................................................................................................................... 64 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AgNPs Tiếng Anh Tiếng Việt Silver nanoparticles Hạt nano bạc BVTV Bảo vệ thực vật CuNPs Copper nanoparticles Hạt nano đồng CV% Coefficient of variation Sai số thí nghiệm EC Electrical Conductivity Độ dẫn điện FAO Food and Agriculture Organization of Tổ chức Lương thực và the United Nations Nông nghiệp thế giới KLTB LAI LSD0,05 Khối lượng trung bình Leaf Area Index Chỉ số diện tích lá Least significant Difference Sai khác thí nghiệm mức ý nghĩa 5% NSTT ppm Năng suất thực thu Parts per million Một phần triệu TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam USDA United State Department of Agriculture Bộ Nông nghiệp Hoa Kì SPAD Soil-Plant Analyses Development Chỉ số hàm lượng diệp lục SFRI Soils and Fertilizers Research Insutitute Viện Nông hóa thổ nhưỡng v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Một số so sánh giữa phân bón nano và phân bón thông thường (Cui et al., 2010).............................................................................................................. 9 Bảng 4.1a. Tỷ lệ nảy mầm của hạt xà lách khi xử lý bằng AgNPs, CuNPs .................. 29 Bảng 4.1b. Tỷ lệ nảy mầm của hạt cải bó xôi khi xử lý bằng AgNPs, CuNPs.............. 30 Bảng 4.2a. Ảnh hưởng của nano đến chiều dài rễ và chồi của của cây mầm xà lách ... 31 Bảng 4.3a. Một số chỉ tiêu sinh trưởng của xà lách khi xử lý bằng AgNPs (35 ngày sau trồng) ........................................................................................................... 39 Bảng 4.3b. Một số chỉ tiêu sinh trưởng của xà lách khi xử lý bằng CuNPs (sau 35 ngày trồng) ........................................................................................................... 40 Bảng 4.3c. Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cải bó xôi khi xử lý bằng AgNPs (sau 28 ngày trồng) .................................................................................................. 41 Bảng 4.3d. Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cải bó xôi khi xử lý bằng CuNPs (sau 28 ngày trồng) .................................................................................................. 42 Bảng 4.4a. Ảnh hưởng của xử lý AgNPs đến năng suất của xà lách ............................ 43 Bảng 4.4b. Ảnh hưởng của xử lý CuNPs đến năng suất của xà lách............................. 44 Bảng 4.4c. Ảnh hưởng của xử lý AgNPs đến năng suất của cải bó xôi ........................ 45 Bảng 4.4d. Ảnh hưởng của xử lý CuNPs đến năng suất của cải bó xôi ........................ 45 Bảng 4.5. Hàm lượng nitrat tích lũy trong rau xà lách và cải bó xôi........................... 47 Bảng 4.6. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng rau xà lách khi xử lý với AgNPs, CuNPs.......................................................................................................... 48 Bảng 4.7. Hàm lượng Cu, Ag trong xà lách và cải bó xôi khi xử lý bằng AgNPs, CuNPs.......................................................................................................... 49 Bảng 6. Động thái tăng trưởng số lá/cây của xà lách khi xử lý với Cu .................... 67 Bảng 7. Động thái ra lá của xà lách khi xử lý bằng AgNPs ..................................... 67 vi DANH MỤC HÌNH Hình 4.1a. Xà lách được xử lý ở các nồng độ nano khác nhau .................................. 33 Hình 4.1b. cải bó xôi được xử lý ở các nồng độ nano khác nhau ............................... 33 Hình 4.2a. Động thái tăng trưởng chiều cao xà lách khi xử lý với CuNPs................. 35 Hình 4.2b. Động thái tăng trưởng chiều cao cây xà lách khi xử lý AgNPs ................ 34 Hình 4.2c. Động thái tăng trưởng chiều cao cải bó xôi khi xử lý với CuNPs ............ 36 Hình 4.2d. Động thái tăng trưởng chiều cao của cây xà lách khi xử lý AgNPs......... 36 Hình 4.3a. Động thái ra lá của xà lách khi xử lý bằng CuNPs ................................... 38 Hình 4.3b. Động thái tăng ra lá của các CT khi xử lý bằng AgNPs ........................... 37 Hình 4.3c. Động thái tăng trưởng số lá của cải bó xôi khi xử lý bằng CuNPs ở các nồng độ khác nhau .............................................................................. 39 Hình 4.3d. Động thái ra lá lá của các CT khi xử lý bằng AgNPs ............................... 38 Hình 4.4a. Năng suất thực thu của xà lách khi xử lý nano ở các nồng độ khác nhau. .......................................................................................................... 44 Hình 4.4b. Năng suất thực thu của xà lách khi xử lý nano ở các nồng độ khác nhau. .......................................................................................................... 46 Hình 4.5a. Sự phát triển xà lách khi xử lý bằng nano ................................................. 46 Hình 4.5b. Sự phát triển cải bó xôi khi xử lý bằng nano ............................................ 47 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Trần Thị Luyến Tên luận văn: “Đánh giá sự ảnh hưởng của chế phẩm nano đến một số loại rau trồng thủy canh”. Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60 42 02 01 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng của nano bạc (AgNPs) và nano đồng (CuNPs) đến khả năng nảy mầm của hạt xà lách (Lactuca sativa) và hạt cải bó xôi (Spinacia oleracea ). Đánh giá ảnh hưởng của nano bạc và nano đồng đến khả năng sinh trưởng, phát triển, chất lượng của xà lách và cải bó xôi trong trồng thủy canh. Phương pháp nghiên cứu Đối tượng và vật liệu nghiên cứu bao gồm 2 loại rau: xà lách và cải bó xôi, 2 loại nano là nano bạc và nano đồng. Thí nghiệm 1. Đánh giá tác động của AgNPs, CuNPs đến khả năng nảy mầm của hạt giống xà lach và hạt cải bó xôi Hạt xà lách và cải được ngâm trong nano với các nồng độ khác nhau: Đối với CuNPs, nồng độ xử lý lần lượt là 0,2 ppm; 0,4 ppm; 0,6 ppm; 0,8 ppm. Đối với AgNPs, các nồng độ xử lý lần lượt là 2 ppm; 4 ppm; 6 ppm; 8 ppm. 20 hạt được đặt vào đĩa petri (60 mm x 15mm) với giấy lọc. Sau đó được được bọc kín và ủ ở nhiệt độ phòng trong năm ngày. Mỗi công thức nhắc lại 3 lần. Các chỉ tiêu theo dõi trong 5 ngày bao gồm: + Tỷ lệ nảy mầm (%) + Chiều dài chồi và rễ được đo bằng thước nhựa dẻo (cm) Thí nghiệm 2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chế phẩm nano đến các cây trồng thủy canh - Hệ thống sử dụng là hệ thống thủy canh tĩnh bao gồm các thùng xốp kích thước 605x455x180mm. - Xà lách và cải bó xôi chịu nhiệt, các cây được bố trí vào thùng xốp và thêm dung dịch dinh dưỡng có bổ sung thêm 2 loại nano AgNPs, CuNPs với các nồng độ khác nhau. Mỗi CT bố trí trong 1 thùng xốp và được nhắc lại 3 lần. Các chỉ tiêu theo dõi như sau: Các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của xà lách và cải bó xôi: số lá/cây viii (lá), chiều cao cây (cm), chỉ số diện tích lá/cây (m² lá/ m2 trồng), chỉ số SPAD, năng suất thực thu (kg/m²) Các chỉ tiêu về chất lượng + Hàm lượng vitamin C theo phương pháp chuẩn độ iod (Trần Thị Yến và cs., 2004) + Hàm lượng chất xơ theo phương pháp thủy phân bằng kiềm và acid (SFRI, 1983). + Hàm lượng protein tổng số bằng phương pháp Kjedahl theo TCVN 9050:2012. + Hàm lượng NO3- xác định bằng phương pháp sắc kí trao đổi ion theo TCVN 7767: 2007. + Hàm lượng Cu có trong mẫu rau theo TCVN 6541:1999. + Hàm lượng Ag có trong mẫu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sau khi đã phân hủy bằng vi sóng. Xử lý số liệu - Số liệu được xử lý theo chương trình Excel trên máy tính. - Số liệu được xử lí theo phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) và chạy chương trình SAS 9.1. Kết quả chính và kết luận - Đối với sự nảy mầm của hạt, ở nồng độ 8 ppm AgNPs làm tăng khả năng nảy mầm của hạt xà lách (90%) và cải bó xôi (91,67%). CuNPs ở nồng độ 0,4 - 0,8 ppm tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt xà lách nhưng giảm tỷ lệ nảy mầm của cải bó xôi. + AgNPs, CuNPs đều làm giảm sự phát triển rễ của cây mầm xà lách. Cải bó xôi, CuNPs làm giảm chiều dài rễ nhưng AgNPs làm tăng chiều dài rễ khi xử lý ở các nồng độ khác nhau. + Việc xử lý hạt bằng AgNPs, CuNPs không gây ảnh hưởng đáng kể đến chiều dài chồi của xà lách và cải bó xôi. - Trong trồng thủy canh, nồng độ nano càng cao thì càng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của xà lách và cải bó xôi. Ở nồng độ thích hợp năng suất của xà lách và cải bó xôi tăng lên, cụ thể: + Đối với xà lách, AgNPs ở nồng độ 4 ppm và CuNPs ở nồng độ 0,6 ppm, ảnh hưởng tích cực đến chiều cao cây, số lá, diện tích lá, khối lượng cây trung bình và tăng năng suất 5-13% so với đối chứng. ix + Đối với cải bó xôi, nồng độ AgNPs ở 2 ppm và CuNPs ở 0,4 ppm , các chỉ tiêu sinh trường và phát triển tăng, cải thiện được năng suất từ 16-24 % so với đối chứng - Các cây khác nhau thì chịu sự tác động của nano là khác nhau. Ở cây xà lách, nano làm tăng hàm lượng ở các chỉ tiêu chất lượng như vitamin C, protein, chất xơ tuy nhiên đối với cải bó xôi, bổ sung nano làm giảm hàm lượng của các chỉ tiêu trên. - Hai loại cây xử lý bằng AgNPs, CuNPs có hàm lượng nitrat thấp hơn rất nhiều so với mức quy định chung của Bộ Nông nghiệp, đạt yêu cầu về chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng Cu và Ag. x THESIS ABSTRACT Master candidate: Tran Thi Luyen Thesis title: Effect of nanoparticles on some vegetables in hydroponic conditions Major: Bio technology Code: 60 42 02 01 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives: - Determined effects of AgNPs, CuNPs on the growth of Lactuca sativa and Spinacia oleracea seedlings. - Determined influence of AgNPs, CuNPs on plant growth, development, yield and quality of Lactuca sativa and Spinacia oleracea in hydroponic conditions. Materials and Methods Materials: AgNPs, CuNPs were compounded in Biology Department and seeds were purchased from Phu Dien company. Methods: Exp 1. Seed Germination Experiment: Seeds were rinsed with distilled water then immersed in a medium of concentration AgNPs, CuNPs suspensions for approximately 4 hours. One piece of filter paper was placed into a 100 mm x 15 mm Petri dish, and 5 ml of a test solution was added. Seeds were transferred on to the filter paper, with 20 seeds per dish. The Petri dishes were covered and sealed with tape and incubated at room temperature. The germination was halted after 5 days. Each formula is repeated 3 times. Germination parameters were calculated using the following equations: Germination Percentage (GP %) = (Gf/n) × 100 where Gf is the total number of germinated seeds at the end of experiment and n is the total number of seed used in the test. Determination of the root length and shoot length of plant (cm) Exp 2. Hydroponic conditions After treatment with nano, seeds were put into the substrate. Seedlings of lettuce and spinach are grown in a containing hydroponic solution, supplemented with silver nanoparticles and copper nanoparticles at different concentrations. Repeat 3 times. + Evaluate with plant length, number of leaf, leaf area, crop yield and quality of lettuce and spinach plant. xi + Determination of vitamin C content by iodine titration method + Calculation of fiber content by alkaline and acid hydrolysis method + Calculation of total protein content by Kjedahl method + Calculation of NO3- content is determined by ion exchange chromatography method according to TCVN 7767: 2007 + Calculation of Cu content in vegetable samples according to TCVN 6541: 1999 + Calculation of Ag content in the sample by Atomic absorption spectra after microwave decay. Main results and conclusions 1. 8 ppm AgNPs increased germination rate of lettuce (90%) and spinach (91.67%), 0.4 to 0.8 ppm CuNPs increased the germination rate of lettuce seeds (from 85% to 88.3%) but reduced the rate of spinach germination. - The seed had a negative effect with AgNPs, CuNPs on the root growth of the lettuce seedlings, the length of roof were reduced in treated by nanoparticles. Root length of spinach planted in medium supplemented with, CuNPs was lower than control, but AgNPs increased the root length of spinach by treatment at different concentrations. In the contract, the shoot length of lettuce and spinach were not effected by AgNPs, CuNPs. 2. For hydroponic conditions, the higher the concentration of nanoparticles , the growth and development of the lettuce and spinach were increased: - Lettuces were treated by CuNPs 0.6 ppm or treated AgNPs 4 ppm had hight growth parameters such as final tree height, final leaf number, leaf area, yield rised 513% higher than control. - Similarity, spinaches were treated by 0.4 ppm CuNPs or 2 ppm AgNPs, the yield was 16-24% higher than control. The data of quality characteristics as vitamin C content, protein content and fiber content of lettuce were increased as medium nanoparticles. However, for spinach, the indexes have decreased. This showed that the effect of nano on different plants were different. Levels of nitrate of the sample were lower as cultured in medium suplemented AgNPs, CuNPs allowement of the Ministry of Agriculture’s standards. xii PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sự bùng nổ dân số thế giới trong thập kỷ qua đã buộc ngành nông nghiệp phải tăng năng suất cây trồng để đáp ứng nhu cầu của hàng tỷ người, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Sự tồn tại phổ biến của việc thiếu hụt chất dinh dưỡng trong đất đã dẫn đến thiệt hại về kinh tế cho nông dân và sự suy giảm đáng kể chất lượng dinh dưỡng và tổng lượng ngũ cốc cho người và vật nuôi (Shiferaw et al., 2011).Việc sử dụng phân bón hóa học có quy mô lớn để tăng năng suất cây trồng không phải là một lựa chọn phù hợp lâu dài vì phân bón hóa học được coi là con dao hai lưỡi, một mặt làm tăng năng suất cây trồng nhưng mặt khác làm xáo trộn sự cân bằng khoáng chất và sự màu mỡ của đất. Sử dụng phân bón hóa học quy mô lớn dẫn đến những sai lầm không thể sửa chữa được: gây thiệt hại đối với cấu trúc đất, chu trình khoáng, vi sinh vật đất, thực vật và thậm chí về chuỗi thức ăn trên toàn hệ sinh thái dẫn đến những đột biến di truyền trong tương lai. Trong những năm gần đây, công nghệ nano đã mở rộng sự liên quan trong cuộc sống và nông nghiệp. Tiến bộ trong công nghệ nano đã tạo ra các hạt nano kim loại có vai trò quan trọng về mặt sinh học, được sử dụng để cải tiến các công thức phân bón để tăng sự hấp thu trong tế bào thực vật và giảm thiểu sự mất dinh dưỡng. Các hạt nano có diện tích bề mặt cao, khả năng hấp thụ, và hoạt động có kiểm soát đến các vị trí mục tiêu làm cho chúng trở thành "hệ thống phân phối thông minh" (Solanki et al., 2015). Phân bón cấu trúc nano có thể tăng hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng thông qua các cơ chế như phân phối có chủ đích, chậm tan hoặc kiểm soátcác hoạt động . Chúng có thể giải phóng chính xác các thành phần hoạt tính trong việc đáp ứng các tác nhân kích hoạt môi trường và nhu cầu sinh học. Việc sử dụng phân bón được gói trong các vật liệu nano và phủ một lớp bảo vệ mỏng hay các chất dinh dưỡng được đưa vào với kích thước nano góp phần vào sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng ngoài ra còn tăng sức đề kháng chống chịu stress. Trong các báo cáo gần đây, các hạt nano có thể cải thiện năng suất cây trồng bằng cách nâng cao tỷ lệ nẩy mầm hạt, sự phát triển của cây con, hoạt động quang hợp, chuyển hóa nitơ, carbohydrate, tổng hợp protein và tăng năng suất cây trồng (Ngo Quoc Buu và 1 cs., 2015). Hiện nay, chế phẩm nano bạc (AgNPs) và nano đồng (CuNPs) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp như chăn nuôi, nuôi trồng sản và đặc biệt là trồng trọt, bảo vệ thực vật, xử lý hạt giống...Tuy nhiên hiện nay trong nước có rất ít nghiên cứu chỉ ra tác động của các hạt nano này trên cây trồng, đặc biệt là cây trồng thủy canh. Vì những lý do trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá sự ảnh hưởng của chế phẩm nano đến một số loại rau trồng thủy canh”. 1.2. MỤC TIÊU - Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc và nano đồng đến khả năng nảy mầm của hạt xà lách (Lactuca sativa) và hạt cải bó xôi (Spinacia oleracea). - Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc và nano đồng đến khả năng sinh trưởng, phát triển, chất lượng của xà lách và cải bó xôi trong trồng thủy canh. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sự tác động của chế phẩm nano đồng, nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của xà lách oakleaf (Lactuca sativa) và cải bó xôi (Spinacia oleracea ) trồng thủy canh, tại Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm nông nghiệp Sinh thái Á nhiệt đới. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN - Ý nghĩa khoa học: cung cấp thêm một số dẫn liệu khoa học về ứng dụng của nano trong nông nghiệp để phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học. -Ý nghĩa thực tiễn: xác định được các thông số sinh trưởng, phát triển và chất lượng của rau trồng thủy canh khi xử lý bằng chế phẩm nano, bước đầu có những căn cứ phản ánh những tác động của các hạt nano đối với cây trồng thủy canh. 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN 2.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ NANO ÁP DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP Công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học ứng dụng và công nghệ liên quan đến thao tác các nguyên tử và các phân tử để chế tạo vật liệu, thiết bị và hệ thống. Thuật ngữ nano có nguồn gốc từ chữ Hy Lạp "dwarf". Công nghệ nano lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1959, bởi nhà vật lý học đạt giải Nobel Richard Feynman, trong cuộc nói chuyện của mình, Richard có đề cập tới việc sử dụng robot có kích thước nhỏ, thậm chí ở kích thước phân tử, với hàng triệu hay hàng tỷ robot như vậy, chúng ta có thể lập trình cho chúng làm việc cùng nhau để tạo ra những sản phẩm có quy mô lớn được xây dựng từ các phân tử riêng. Năm 1986, K. Eric Drexler giới thiệu thuật ngữ công nghệ nano. Công nghệ nano được xác định liên quan đến vật liệu, hệ thống và quy trình hoạt động ở quy mô 100 nanomet (nm) hoặc thấp hơn. Nói chung, nano đề cập đến quy mô kích thước từ 1 nanomet (nm) đến 100 nm. Có thể so sánh như sau, bước sóng của ánh sáng nhìn thấy là từ 400 nm đến 700 nm. Một bạch cầu có kích thước 10.000 nm, vi khuẩn 1000-10000 nm, vi rút 75-100 nm, protein 5-50 nm, DNA deoxyribonucleic acid (DNA) ~ 2 nm (chiều rộng) và một nguyên tử ~ 0.1 nm. Ở kích thước nano, các đặc tính vật lý, sinh học và hoá học của vật liệu có sự khác biệt về cơ bản. Điều này rất quan trọng trong ứng dụng vật liệu nano là chất diệt khuẩn, nấm bệnh và một số nguồn gây bệnh khác. Công nghệ nano đang được ứng dụng một các rộng rãi ở các lĩnh vực như điện tử, may mặc, y dược, vật lý, hóa học và khoa học vật liệu. Gần đây, một loạt các ứng dụng tiềm năng của công nghệ nano đã được áp dụng trong nông nghiệp, các tính chất kích thước nhỏ, tỷ lệ giữa bề mặt và thể tích cao và tính chất độc đáo của vật liệu ở quy mô nano làm cho chúng phù hợp với việc thiết kế và phát triển các công cụ mới để hỗ trợ cho một nền nông nghiệp bền vững (Mukhopadhyay, 2014). Theo Monique A.V.A and Marcel V V (2017), có một số ứng dụng của công nghệ nano trong nông nghiệp như sau: - Xử lý hạt giống nhằm cải thiện tốc độ nảy mầm và sinh trưởng, chất lượng và năng suất thu hoạch sản phẩm; 3 - Làm phân bón lá bao gồm các nguyên tố vi lượng cần thiết trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng; - Nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón NPK bằng cách ứng dụng phân bón nhả chậm có kiểm soát; - Nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm chi phí thuốc bảo vệ thực vật bằng cách phát triển phương pháp vận chuyển tới đích đối với dưỡng chất và thuốc; - Phát hiện và chẩn đoán nhanh các bệnh do vi sinh vật gây ra cho cây; - Nâng cao thời gian bảo quản rau quả; - Trong chăn nuôi gia súc gia cầm, nâng cao khả năng miễn dịch cho vật nuôi và khả năng chống oxi hóa, giảm sử dụng thuốc kháng sinh, giảm mùi hôi; - Làm thuốc phòng chống bệnh cho thủy sản; - Khử trùng các nguồn nước, nâng cao chất lượng nước và hiệu quả nuôi trồng thủy sản; - Xây dựng các hệ thống quan trắc trên cơ sở các bộ cảm biến cho phép quan trắc thời gian thực các chỉ số môi trường trên thực địa. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của công nghệ nano trong nông nghiệp là sử dụng các hạt nano để xử lý hạt giống, khối lượng hạt nano dùng để xử lý cực nhỏ, thường không vượt quá một vài miligam tính cho một kg hạt giống (Khodakovskaya et al., 2011). Nhờ có kích thước nhỏ và hoạt tính phản ứng cao, các hạt nano có thể xâm nhập vào các lỗ của hạt giống và kích hoạt các hooc mon kích thích các quá trình sinh lý trong cây, nhờ đó làm tăng hoạt tính của các enzym giúp cây tăng trưởng và tăng khả năng chống chịu stress. Ngoài ra, nhờ diện tích bề mặt lớn, các hạt nano có khả năng hấp phụ các loại nguyên tố khác nhau từ trong đất và vận chuyển các dưỡng chất vào các cơ quan khác nhau bên trong cây (Popov E. M., 2013; Fedorenko V.F et al., 2015). Từ việc sử dụng các chế phẩm hóa nông có thể thấy phân vi lượng truyền thống thực tế là các dung dịch ion mang điện tích. Các dung dịch này có thể xâm nhập qua lớp màng lipid vào bên trong tế bào với sự trợ giúp của các protein - vận chuyển đặc biệt. Tuy nhiên, nguồn dự trữ các protein-vận chuyển này rất hạn chế, vì vậy để đạt được hiệu quả xử lý phải sử dụng một khối lượng lớn các nguyên tố 4 vi lượng và chỉ một phần nhỏ của chúng xâm nhập được vào bên trong các tế bào cây. Trong khi đó các hạt nano vi lượng không phân ly trong nước, không có điện tích, do đó màng tế bào không nhận biết chúng như là vật thể lạ để tìm cách chống lại. Đồng thời các hạt nano vi lượng thường có kích thước nhỏ hơn kích thước các kênh dẫn (plasmodesmata) trên màng tế bào (50 nm), do đó chúng dễ dàng xâm nhập vào các tổ chức bên trong tế bào để tham gia vào quá trình tổng hợp các enzyme cần thiết cho việc gia tốc các quá trình trao đổi chất trong cây. Xử lý nano-TiO 2 bằng nồng độ thích hợp, tăng tốc độ nảy mầm của hạt giống của cải bó xôi ( Zheng et al., 2005 ) và lúa mì (Feizi et al., 2012 ). Tương tự, xử lý hạt bằng nano cacbon giúp tăng khả năng nảy mầm hạt và sự phát triển của rễ, nano xuyên qua lớp vỏ dày của hạt cà chua và hỗ trợ sự hấp thụ nước bên trong hạt giống (Khodakovskaya et al., 2009). Nano SiO2với mức độ 8 g. L -1 tăng cường tiềm năng hạt giống bằng cách tăng các đặc điểm của nảy mầm hạt như tỷ lệ nảy mầm, tốc độ nảy mầm,… Một số sản phẩm xử lý hạt giống nổi tiếng có chứa nano như Albit, NANO-GRO, Regoplant, Fertigrain Start... còn có thành phần kích thích sinh trưởng phong phú, cụ thể là: hỗn hợp axit amin; các vitamin C, PP, B6, polyvitamin (E, B1, B2, B12, nicotinamid, pentotenol; các đường saccaroza, glucoza, fructoza; phân bón đa - vi lượng crystallon: N 18,4%, P 5,4%, K 22,6%, Mg 3%, S 7%, Fe 0,07%, Mn 0,04%, B 0,025, Cu 0,01, Mo 0,004%, Zn 0,025%; chất HĐBM Tween 60, humat K, thuốc diệt nấm Tebu 60 và Packcil ultra,… Sử dụng nano trong sản xuất thuốc bảo vệ thực vật và bảo quản quả tươi sau thu hoạch Nhiều vật liệu nano thể hiện khả năng kháng nấm và vi khuẩn gây bệnh cho cây trồng như các nguyên tố kẽm, đồng và bạc, titan, silicat,…. Hạt nano oxit kẽm thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật khá cao, có độc tính chọn lọc với vi khuẩn mà không độc với các tế bào của người và động vật vì thế rất có tiềm năng ứng dụng trong ngành nông nghiệp và thực phẩm (Mashayekhi H. et al., 2008). Ngô được xử lý với nano silicat có khả năng kháng Fusarium oxysporum và Aspergillus niger so với ngô không được xử lý (Suriyaprabha R et 5 al., 2014). Việc sử dụng dạng nano của TiO2-Zn làm giảm đáng kể mức độ ảnh hưởng của vi khuẩn Xanthomonas perforans gây bệnh trên cà chua cả trong nhà kính và ngoài đồng ruộng (Paret et al., 2013). CuNPs đã được sử dụng để ngăn chặn sự phát triển của bệnh gây thối trên quả lựu do vi khuẩn Xanthomonas axonopodis pv. Punicae gây ra, ở nồng độ 10.000 lần thấp hơn so với khi sử dụng CuCl2 (Mondal và Mani 2012). Bên cạnh đó, các hạt nano đồng đã được chứng minh có khả năng kháng đối với một số nấm gây bệnh thực vật: Phoma destructiva (DBT66), Curvularialunata (MTCC2030), Alternariaalternata (MT CC No. 6572)và Fusarium oxysporum (MTCC No. 1755) (Kanhed et al., 2014). Sử dụng nano trong sản xuất các chế phẩm xử lý nước và môi trường chăn nuôi, thủy sản Công nghệ nano được sử dụng rộng rãi để xử lý nước và nuôi cá. Việc áp dụng công nghệ nano trong nuôi tôm nước biển cho thấy nano có khả năng cải thiện chất lượng nước, giảm tỷ lệ trao đổi nước, cải thiện tỷ lệ sống và sản lượng tôm (Wen et al., 2003). Công nghệ nano cũng làm tăng pH nước, và chất lượng nước đã được cải thiện đáng kể. Nó đã cho thấy một triển vọng rộng lớn trong nuôi trồng thủy sản (Liu et al., 2008b). Sử dụng những hạt nano bạc, titandioxide trong xử lý môi trường nước nuôi trồng thủy sản sẽ giúp loại bỏ mầm bệnh và nguồn bệnh gây hại cho thủy sản nuôi (bao gồm các loại vi khuẩn và vi rút gây bệnh cho thủy sản nuôi như tôm, cá, nhuyễn thể, …) và góp phần làm sạch các tạp chất trong môi trường nước (như các chất cặn bã hữu cơ cũng như các loại tảo gây độc cho thủy sản nuôi) (Huang et al., 2010). Mặt khác, khi môi trường nuôi thủy sản đã bị nhiễm bệnh việc sử dụng các hạt nano để xử lý môi trường nuôi với ưu thế tác dụng nhanh và mạnh sẽ nhanh chóng làm sạch môi trường và giúp ngăn ngừa sự lây lan của dịch bệnh trong khu vực nuôi trồng (Rather et al., 2011). Sử dụng nano trong sản xuất các cảm biến sinh học (nanobiosensors) Ngày nay các hệ cảm biến nano sinh học (nanobiosensors) đang được sửdụng khá phổ biến để quan trắc thời gian thực tình trạng phân bón, thuốc BVTV, vi sinh vật có lợi và vi sinh vật gây bệnh, độ ẩm và độ pH của đất..., hỗ trợ đắc lực cho quá trình phát triển các phương pháp canh tác chính xác và nền nông nghiệp bền vững, nhờ đó nâng cao chất lượng và sản lượng ngũ cốc 6 (Sekhon, B. S., 2014). Các bộ cảm biến nano sinh học khi được bố trí đều khắp trên cánh đồng, với sự trợ giúp GPS có thể quan trắc mức độ dinh dưỡng của đất trồng (Jones PBC, 2006), trong khi mức độ ô nhiễm được đánh giá nhanh chóng bởi các bộ nano cảm biến bụi và khí (Mousavi SR and Rezaei M, 2011). Phương pháp kiểm soát các hooc môn sinh trưởng như auxin trên cơ sở công nghệ nano có thể giúp các nhà nông nghiệp hiểu biết sâu hơn về quá trình rễcây ngũ cốc thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi trong đất, đặc biệt đối với những vùng đất không thuận lợi cho việc trồng trọt ( McLamore ES et al., 2010). Hệ cảm biến nano sinh học trên cơ sở cấu trúc nano lai (hybrid nanostructure) gồm một kim loại quý hiếm (Pd, Pt, Au, Ir...)/DNA/ống cacbon đơn tường (SWCNTs) đã được chế tạo bằng phương pháp in phun trên bề mặt một vi điện cực rồi khử điện hóa ion kim loại về hóa trị không. Các nano cảm biến loại này thể hiện độ nhạy cao đối với nhiều loại khí như H2 H2S, CO, NH3, NOx...., phụ thuộc vào nguyên tố kim loại sử dụng (ví dụ Pd/DNA/SWCNTs được sử dụng cho H2S) (Su H.C. et al., 2013) Sử dụng nano trong sản xuất phân bón Thực vật chủ yếu yêu cầu ánh sáng mặt trời, nước, CO2, và các yếu tố hóa học cho sự tăng trưởng và phát triển của chúng. Trong số các thành phần này, các nguyên tố hóa học có thể được lấy từ cây trồng từ rễ hoặc qua các bộ phận trên mặt đất (Marschner, 1995). Những chất thu được từ đất được gọi là chất dinh dưỡng khoáng. Một số chất dinh dưỡng khoáng chất ở dạng khí (NH3, SO2, vv) đi vào lá qua khí khổng. Carbon, hydro và oxy có nguồn gốc từ CO2 và H2O và không được coi là chất dinh dưỡng khoáng. Trong số 16 yếu tố cần thiết cho sự phát triển của thực vật, những chất cần thiết ở nồng độ thấp được gọi là dinh dưỡng vi lượng (Fe, Cu, Zn, Mn, B, Mo, Ni, Na, Cl) và những chất cần thiết ở nồng độ cao được gọi là dinh dưỡng đa lượng N, P, K, Mg, Ca, S, Si). Sau khi vào tế bào thực vật, chất dinh dưỡng khoáng chất cần được chuyển vị trí khác nhau cho các triệu chứng thiếu hụt trao đổi chất của chúng trong hệ thống thực vật. Phân bón đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng. Bón phân hóa học là một phương pháp nhanh chóng cung cấp các vi chất dinh dưỡng vĩ mô và vi lượng cần thiết cho cây trồng. Tuy nhiên, hiệu quả 7