(LUẬN văn THẠC sĩ) 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

download by :


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các kết quả trình bày
trong luận văn là khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ bất kì học vị nào.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám
ơn, thơng tin trích dẫn trong ln văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2017
Tác giả luận văn

Trần Thị Luyến

i

download by :


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngồi sự cố gắng của bản thân, tơi cịn
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 tơi thêm đầy
đủ.Với lịng 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 q trình học tập và đưa ra những
đóng góp q báu để tơi có thể hồn 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 tơi
hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Công nghệ sinh học-Học viện
Nơng 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 tơi và
tồn thể bạn bè đã ln chăm sóc, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn bằng tất cả sự cố gắng và
năng lực của mình, tuy nhiên khơng 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

download by :


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 xơi .................................................................................... 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

download by :


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 xơi khi trồng thủy canh .......................................... 34

4.2.1.

Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến đến chiều cao cây của xà lách và cải
bó xơi ................................................................................................................ 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 xơi khi trồng thủy canh .................................................. 47

4.4.

Sự tích lũy của một số kim loại trong xà lách và cải bó xơi 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 xơi ................................................................................................................ 50

4.5.2.

Ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến sinh trưởng, phát triển và năng suất
của xà lách và cải bó xơi 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 xơi 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

download by :


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 Nơng nghiệp Hoa Kì

SPAD

Soil-Plant Analyses Development

Chỉ số hàm lượng diệp lục

SFRI

Soils and Fertilizers Research
Insutitute

Viện Nơng hóa thổ nhưỡng

v

download by :


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1.

Một số so sánh giữa phân bón nano và phân bón thơng 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 xơi 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 xơi khi xử lý bằng AgNPs (sau 28
ngày trồng) .................................................................................................. 41
Bảng 4.3d. Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cải bó xơi 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 xơi ........................ 45
Bảng 4.4d. Ảnh hưởng của xử lý CuNPs đến năng suất của cải bó xơi ........................ 45
Bảng 4.5.

Hàm lượng nitrat tích lũy trong rau xà lách và cải bó xơi........................... 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 xơi 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

download by :


DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1a.

Xà lách được xử lý ở các nồng độ nano khác nhau .................................. 33

Hình 4.1b.

cải bó xơi 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 xơi 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 xơi khi xử lý bằng nano ............................................ 47

vii

download by :


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 Nơng 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 xơi (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 xơi, 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 xơi
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 phịng 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 xơi 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 xơi: số lá/cây

viii

download by :


(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 xơi (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 xơi.
+ AgNPs, CuNPs đều làm giảm sự phát triển rễ của cây mầm xà lách. Cải bó xơi,
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 xơi.
- 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 xơi. Ở nồng độ thích hợp năng suất của xà
lách và cải bó xơi 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

download by :


+ Đối với cải bó xơi, 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 xơi, 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

download by :


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

download by :


+ 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

download by :


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 mơ lớn dẫn đến những sai lầm không thể sửa chữa được:
gây thiệt hại đối với cấu trúc đất, chu trình khống, 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 cơng 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 sốt 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 sốtcác hoạt động . Chúng có thể giải phóng
chính xác các thành phần hoạt tính trong việc đáp ứng các tác nhân kích hoạt
mơi 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

download by :


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 xơi (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 xơi 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 xơi
(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

download by :


PHẦN 2. TỔNG QUAN
2.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ NANO ÁP DỤNG TRONG
NƠNG NGHIỆP
Cơng 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 mơ 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 mơ 100 nanomet (nm) hoặc thấp hơn. Nói chung, nano đề cập đến quy mơ
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 hố 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

download by :


- 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 hơi;
- Làm thuốc phịng 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 khơng vượt q 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 q 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. Ngồi 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

nơng 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

download by :


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 khơng phân ly trong
nước, khơng có điện tích, do đó màng tế bào khơng 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 xơi ( 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... cịn 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). Ngơ 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

download by :

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 mơi 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 mơi 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
nơng nghiệp bền vững, nhờ đó nâng cao chất lượng và sản lượng ngũ cốc

6

download by :


(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 ơ nhiễm được đánh giá nhanh
chóng bởi các bộ nano cảm biến bụi và khí (Mousavi SR and Rezaei M,
2011). Phương pháp kiểm sốt các hooc mơn sinh trưởng như auxin trên cơ sở
cơng nghệ nano có thể giúp các nhà nơng nghiệp hiểu biết sâu hơn về q
trình rễcây ngũ cốc thích nghi với điều kiện mơi 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 khơng. 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 khống 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 khống 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 trị 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

download by :


sử dụng chất dinh dưỡng của phân bón thơng thường hầu như không vượt quá
30-35%, 18-20% và 35-40% đối với N, P và K trong vài thập kỷ qua nguyên
nhân là do một phần mất trong môi trường và cây trồng không thể sử dụng
được, gây thiệt hại về kinh tế và tính phát triển bền vững (Trenkel, 1997; Omb
Odi and Saigusa, 2000). Sử dụng nhiều lần phân bón và thuốc trừ sâu ảnh
hưởng xấu đến sự cân bằng dinh dưỡng vốn có của đất. Theo ước tính của
Hiệp hội Cơng nghiệp phân bón Quốc tế, thế giới lượng tiêu thụ phân bón tăng
mạnh trong năm 2009-2010 và 2010-2011, tăng trưởng 5-6% trong cả hai giai
đoạn. Nhu cầu thế giới dự kiến sẽ đạt 192,8 Mt vào năm 2016-2017 (Heffer
and Prud'homme, 2012). Tilman et al, (2002) báo cáo rằng việc sử dụng quá
mức phân bón và thuốc trừ sâu làm tăng khả năng gây bệnh và kháng sâu bệnh,
hệ thực vật, làm giảm sự cố định đạm, góp phần tích tụ sinh học các thuốc trừ

sâu, và phá hủy môi trường sống của các sinh vật. Do đó, cần các biện pháp tối
ưu hóa sử dụng bón phân hố học để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cây trồng và
giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường. Công nghệ nano đã cung cấp tính khả
thi của việc sử dụng hạt nano hoặc vật liệu nano như là phân bón hoặc vectơ
vận chuyển thích hợp để xây dựng các loại phân bón được gọi là phân bón
thơng minh được coi là phương tiện mới để nâng cao hiệu quả sử dụng chất
dinh dưỡng, giảm chi phí và giảm ơ nhiễm mơi trường (Chinnamuthu and
Boopati, 2009). Phân bón nano là các chất dinh dưỡng có kích thước từ 30 đến
40 nm (10 ~ 9 m hoặc một phần tỷ của mét) và có khả năng giữ các ion giàu
chất dinh dưỡng do diện tích bề mặt cao và giải phóng nó từ từ và ổn định
tương xứng với nhu cầu cây trồng. Phân bón nano được tổng hợp bằng cách
củng cố các chất dinh dưỡng đơn lẻ hoặc kết hợp lên chất hấp thụ có kích
thước nano. Cả hai cách tiếp cận vật lý (từ trên xuống dưới) và hóa học (từ
dưới lên) được sử dụng để sản xuất vật liệu nano, các chất dinh dưỡng mục
tiêu như cation (NH4 +, K +, Ca2 +, Mg2 +) và anion (NO-3 , PO42-, SO42-).
Những thuộc tính của hạt nano là do tỷ lệ diện tích bề mặt cao đến khối lượng,
độ hịa tan cao và nhắm mục tiêu cụ thể do kích cỡ nhỏ, tính di động cao, và
độc tính thấp (Sasson et al.,2007). Việc nạp các chất dinh dưỡng vào vật liệu
thường được thực hiện bằng (a) sự hấp thụ các hạt nano, (b) gắn vào các hạt
nano trung gian bởi các phối tử, (c) đóng gói trong vỏ polyme nano, (d) bẫy
các hạt nano polyme, và (e) tổng hợp các hạt nano như là chất dinh dưỡng.

8

download by :


Bảng 2.1. Một số so sánh giữa phân bón nano và phân bón thơng thường
(Cui et al., 2010)
Tính chất

Phân bón nano

Phân bón thơng thường

Độ hịa tan và độ
phân tán

Kích cỡ nano của các khống
Ít sinh khả dụng cho cây vì
chất vi lượng có thể cải thiện
kích thước lớn và ít tan.
khả năng hòa tan và phân tán
các chất dinh dưỡng khơng hịa
tan trong đất, làm giảm hấp thu
và lưu trữ trong đất, và tăng
khả năng sinh khả dụng
(bioavailability) cho cây trồng

Hiệu quả hấp thụ
dinh dưỡng

Tăng hiệu quả phân bón và tỷ
lệ hấp thụ các chất dinh dưỡng
của đất trong sản xuất cây
trồng và tiết kiệm nguồn phân
bón

Phần lớn tổng hợp không sẵn
sàng cho rễ và giảm hiệu quả

hấp thu.

Khả năng kiểm
sốt sự giải phóng

Tốc độ giải phóng và lượng
các chất dinh dưỡng trong đất
có thể được kiểm sốt chính
xác thơng qua việc đóng gói
trong các dạng màng bọc của
các màng semipermeable được
phủ bởi nhựa polyme, sáp và
lưu huỳnh

Sự giải phóng phân bón dư
thừa có thể gây độc và phá
hủy sự cân bằng sinh thái của
đất

Thời gian giải
phóng dinh dưỡng

Được kiểm sốt và kéo dài

Giải phóng và được cây sử
dụng ngay khi bón, một phần
tích lũy vào đất thành dạng
muối khơng tan

Tỷ lệ mất cân bằng Giảm mất cân bằng do rửa trơi

dinh dưỡng
ít bị rị rỉ do cấu trúc

Tỷ lệ rửa trơi và rị rỉ cao

Nanocomposites đã được phát triển để cung cấp nhiều loại chất dinh dưỡng
với các đặc tính mong muốn. Các hợp chất này có khả năng điều chỉnh đầu vào

9

download by :


tùy theo điều kiện đất hoặc yêu cầu cây trồng. Các lớp phủ nanô kẽm nhôm-kẽm
được sử dụng để kiểm soát các chất dinh dưỡng điều chỉnh sự phát triển của cây
(Hossain et al., 2002). Trong đất, vật liệu nano có độ xốp và hydrat hóa, và do
đó chúng kiểm sốt độ giữ ẩm, tính thấm, vận chuyển và chất sẵn có của các
chất dinh dưỡng thực vật trong đất. Những vật liệu nano này cũng kiểm soát các
phản ứng trao đổi của các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan giữa dung dịch đất và bề
mặt keo. Các tính chất hóa lý trong bề mặt của vật liệu nano tạo ra nhiều phản
ứng với đất các quá trình sinh học và phi sinh học (Navrotsky, 2004). Liu et
al.(2006) đã nghiên cứu hành vi phóng thích nitơ của phân bón superabsorbent
nitrogen (SSNF) trong khả năng giữ nước và nước của đất với SSNF. Họ cũng
cho biết SSNF có thể được áp dụng trong nông nghiệp và làm vườn, đặc biệt là
ở các vùng dễ bị hạn hán, nơi có nước không đầy đủ. Qiang et al. (2008) báo cáo
rằng năng suất hạt lúa mì và hàm lượng protein đã được cải thiện ở một mức độ
nào đó, nhưng hàm lượng protein không tăng đáng kể, và hàm lượng đường hịa
tan giảm xuống do phân bón chậm tan và có kiểm soát do được bọc bằng vật
liệu nano so với phân bón hóa học NPK. Nó đã có hiệu quả sử dụng phân bón
chậm tan và phóng thích có kiểm soát do được phủ bởi các vật liệu nano nên đã

cải thiện sản lượng và chất lượng lúa mì. Các hạt nano-silica được hấp thụ bởi rễ
đã được chứng minh là tạo thành màng ở các thành tế bào, có thể làm tăng khả
năng đề kháng của cây đối với stress và làm tăng năng suất (DeRosa et al.,
2010). Phân bón nano giải phóng chất dinh dưỡng từ từ và ổn định trong hơn 30
ngày, việc mất chất dinh dưỡng giảm, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng chất dinh
dưỡng mà không gây ra các ảnh hưởng xấu đến sự an tồn của mơi trường.
Gần đây, Subramanian and Sharmila Rahale (2013) đã theo dõi sự di
chuyển chất dinh dưỡng của phân bón nano mang nitơ. Các dữ liệu cho thấy
phân bón nano-bazan (zeolit và montmorillonit có kích thước 30-40 nm) có khả
năng giải phóng các chất dinh dưỡng đặc biệt là Nito trong thời gian dài hơn>
1000 giờ so với phân bón thơng thường (< 500 giờ). Subramanian and Tarafdar
(2009) đã gợi ý rằng các hạt đất sét có những vị trí hấp phụ mang theo hạt keo
chứa các ion dinh dưỡng. Các hạt nano hấp thụ vào mạng lưới đất sét, do đó
ngăn ngừa sự cố định của các ion dinh dưỡng. Hơn nữa, các hạt nano ngăn chặn
các ion chất dinh dưỡng di động tự do tránh bị kết tủa. Hai quy trình này hỗ trợ
thúc đẩy sự bất ổn của các hạt keo chứa các chất dinh dưỡng tạo điều kiện dễ
dàng cho thực vật sử dụng. Phân tử hạt có thể được phủ với màng nano tạo điều
kiện cho việc giải phóng chất dinh dưỡng chậm và ổn định.Quá trình này giúp

10

download by :


giảm mất chất dinh dưỡng trong khi vẫn nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón
cho cây trồng.
Mặc dù hầu hết các nghiên cứu gần đây đã nhấn mạnh những ảnh hưởng
bất lợi của các hạt nano trên cây trồng (Lin and Xing, 2007), tuy nhiên một vài
nghiên cứu đã cho thấy các hạt nano được sử dụng ở liều an tồn có thể giúp
thúc đẩy cây trồng tăng trưởng và tăng phẩm chất (Zheng et al., 2005; Gao et

al., 2006; López-Moreno et al., 2010). Lu et al. (2002) cho thấy hiệu quả của
hỗn hợp SiO2 và TiO2 các hạt nano trong G. max với sự gia tăng khả năng hấp
thụ nước và phân bón và kích thích nitrate reductase và hoạt động chống oxy
hoá. Các nghiên cứu chứng minh ảnh hưởng của nano-TiO2 trong việc thúc đẩy
quang hợp và sự phát triển của rau bina cũng có đã được thực hiện, trong đó
tăng q trình quang hợp dưới cả hai có thể nhìn thấy được và ánh sáng cực tím
đã được báo cáo do vai trị quan trọng của TiO2 (Lei et al., 2007). L. Zheng et
al. (2005) đã báo cáo rằng sử dụng các hạt nano TiO2 để xử lý hạt cải bó xơi đã
làm tăng lên 73% trọng lượng khô, tỷ lệ quang hợp gấp ba lần, và gia tăng 45%
chlorophyll a. Lý do tăng tốc độ quang hợp có thể là do sự gia tăng sự hấp thụ
của các chất dinh dưỡng vô cơ làm tăng khả năng sử dụng chất hữu cơ và làm
giảm của các gốc oxy tự do. Không giống như hầu hết các nghiên cứu cho thấy
tác động tiêu cực của hạt nano ở nồng độ cao hơn, Mahmoodzadeh et al. (2013)
báo cáo rằng nồng độ hạt nano TiO2 lên tới 2.000 ppm dẫn đến hạt tăng lên sự
nảy mầm và năng suất cây giống ở Brassica napus. Shah and Belozerova (2009)
nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại khác nhau như silicon (Si),
palladium (Pd), vàng (Au), và đồng (Cu) trên sự nảy mầm hạt giống rau xà
lách. Họ cho rằng hạt nano cho thấy ảnh hưởng tích cực ở các nồng độ khác
nhau như nano Pd và nano Au ở nồng độ thấp hơn, nano Si và nano Cu ở
nồng độ cao hơn, nano Au và nano Cu trong hỗn hợp kết hợp. Tương tự,
trong một nghiên cứu thực địa, Ngo Quoc Buu và cs. (2014) báo cáo tốc độ
nảy mầm hạt tăng lên trong G. max so với đối chứng khi xử lý bằng bột nano
sắt, coban và đồng ở nồng độ thấp hơn, sự gia tăng đáng ở chỉ số diệp lục, số
nốt sần, và năng suất cây trồng. Arora et al. (2012) đã báo cáo rằng phun
nano vàng trên cây Brassica juncea thấy hiệu quả tích cực vì nó làm tăng
chiều cao cây, đường kính gốc, số nhánh, số lượng quả, và năng suất hạt.
Thật thú vị, các hạt nano vàng cũng cải thiện tình trạng oxi hóa của các cây
đã được xử lý. Suriyaprabha et al. (2012) báo cáo rằng việc xử lý các hạt
nano SiO2 trên cây ngô, làm tăng đáng kể khối lượng khô của cây trồng và

11

download by :


tăng cường mức độ các hợp chất hữu cơ như protein, chất diệp lục và phenol.
Cơ sở cho việc sử dụng có hiệu quả phân bón có kích thước nano theo
Fernandez (2009) và Fleischer et al. (1999) cho rằng, vách tế bào thực vật đóng
vai trị như một rào cản cho sự xâm nhập của bất kỳ tác nhân bên ngồi vào
trong các tế bào thực vật. Các tính chất chọn lọc được xác định bởi lỗ trên thành
tế bào có đường kính từ 5 đến 20 nm. Do đó, chỉ các hạt nano có đường kính
nhỏ hơn đường kính lỗ trên thành tế bào có thể dễ dàng đi qua và tiếp cận màng
tế bào. Sự hấp thu còn xảy ra trong quá trình nhập bào, các màng plasma xuất
hiện bao bọc các hạt nano và vận chuyển chúng vào trong bào tương. Ngồi ra,
các hạt nano cũng có thể qua màng bằng cách sử dụng các protein vận chuyển
hoặc thông qua các kênh ion, thẩm thấu (Nair et al., 2010) hay tạo phúc hợp với
các chất vận chuyển màng (Kurepa et al., 2010). Theo Eichert T et al. (2008)
các hạt nano có thể được lá hấp thụ bằng hai con đường: qua lớp biểu
bì và qua khí khổng. Con đường biểu bì chỉ cho phép các hạt nano có đường
kính nhỏ hơn 5 nm do lỗ biểu bì quá nhỏ (Eichert T and Goldbach HE, 2008).
Mặt khác, bằng con đường khí khổng các hạt nano có kích thước lớn hơn
(50 nm) có thể xâm nhập qua đường khí khổng, bởi kích thước khí khổng
vào cỡ micromet (Willmer C and Fricker M, 1996). Ngoài ra, các nano kim
loại của các nguyên tố khác nhau có thể có khả năng hấp thụ qua khi khổng khác
nhau. Birbaum et al. (2010) công bố rằng các hạt nano CeO2 với bất kỳ kích
thước hạt nhỏ to đều khơng có khả năng di chuyển trong cây ngô. Sau khi vào
tế bào, hạt nano có thể vận chuyển apoplastically hoặc symplastically. Chúng có
thể được vận chuyển qua sợi liên bào từ tế bào này sang tế bào khác (Rico et al.,
2011). Trong tế bào chất, các hạt nano tiếp cận các cơ quan tế bào chất khác
nhau và can thiệp vào các quá trình trao đổi chất khác nhau của tế bào (Moore,

2006). Lin and Xing (2008) đã quan sát sự dịch chuyển của các hạt nano ZnO
trong nội tại của tế bào Lolium perenne (ryegrass). Họ đã chỉ ra rằng các hạt
nano ZnO có thể xâm nhập vào các tế bào gốc rễ cây lúa mạch và di chuyển lên
các mô mạch. Không giống như các nghiên cứu về hạt nano TiO2 và ZnO, hầu
hết các nghiên cứu về sự hấp thu, chuyển vị, và tích lũy trong thực vật chỉ báo
cáo đến giai đoạn nảy mầm nên số phận hạt nano trong thực vật vẫn chưa được
biết đến nhiều (Rico et al., 2011). Do vậy, cơ chế chính xác của việc hấp thụ các
hạt nano bằng thực vật vẫn chưa được làm sáng tỏ.

12

download by :