Nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại hạt nano kim loại đến quá trình nảy mầm ở hạt đậu tương (glycine max (l ) merr)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------*-------------

PHẠM THỊ HÒE

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ LOẠI HẠT NANO KIM LOẠI
ĐẾN QUÁ TRÌNH NẢY MẦM Ở HẠT ĐẬU TƢƠNG
(GLYCINE MAX (L.) MERR)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------*-------------

PHẠM THỊ HÒE

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ LOẠI HẠT NANO KIM LOẠI
ĐẾN QUÁ TRÌNH NẢY MẦM Ở HẠT ĐẬU TƢƠNG
(GLYCINE MAX (L.) MERR)

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60420114

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hướng dẫn khoa học : TS. Trần Mỹ Linh
PGS.TS Nguyễn Lai Thành

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, dưới sự hướng dẫn
khoa học của TS. Trần Mỹ Linh và PGS.TS. Nguyễn Lai Thành. Các nội dung
nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được công bố dưới
bất kỳ hình thức nào.
Luận văn cũng sử dụng thông tin, số liệu từ các bài báo và nguồn tài liệu của
các tác giả khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc đầy đủ.
Nếu có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung
luận văn.

Học viên

Phạm Thị Hòe


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Trần Mỹ Linh
(Viện Hóa sinh biển – Vện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và
PGS.TS. Nguyễn Lai Thành (Khoa Sinh học – Đại học Khoa học Tự nhiên –
ĐHQGHN) đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt cho em những kiến thức cũng như kinh
nghiệm làm việc, giúp em khắc phục được những khuyết điểm của mình để có thể
thực hiện tốt đề tài nghiên cứu của mình. Xin cảm ơn nguồn kinh phí từ dự án
KHCN trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam mã số
VAST.TĐ.NANO-NN/15-18 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông
nghiệp” do PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu làm chủ nhiệm.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo khoa Sinh

học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến
thức cho em trong suốt quá trình học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Nguyễn Tƣờng Vân và ThS. Nguyễn Chi
Mai cùng các cán bộ Phòng Tài nguyên Sinh Vật - Viện Hóa sinh biển – Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã luôn bên cạnh giúp đỡ, hỗ trợ em
trong thời gian em thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và ngƣời thân đã
luôn bên cạnh quan tâm, động viên tinh thần và tạo điều kiện tốt nhất trong suốt quá
trình em học tập và thực hiện luận văn.

Hà Nội, ngày

tháng

năm

Học viên

Phạm Thị Hòe


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi
BẢNG KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................................vii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN ........................................................................................ 3
1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tƣơng ............................................................. 3
1.1.1

Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương ........................ 3

1.1.2.

Giá trị kinh tế của cây đậu tương ............................................................ 5

1.1.3.

Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam .............................................. 6

1.2. Vai trò của các nguyên tố vi lƣợng đối với sự phát triển của cây trồng . 8
1.2.1.

Vai trò của sắt đối với sự phát triển của cây trồng ................................ 10

1.2.2.

Vai trò của đồng đối với sự phát triển của cây trồng ........................... 11

1.2.3.

Vai trò của kẽm đối với sự phát triển của cây trồng ............................. 11

1.2.4.

Vai trò của coban đối với sự phát triển của cây trồng ........................... 12

1.3. Công nghệ nano và ứng dụng trong nông nghiệp ................................... 12
1.3.1.

Giới thiệu chung về công nghệ nano ..................................................... 12

1.3.2.

Hạt nano kim loại .................................................................................. 14

1.3.3.

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano – hạt nano kim loại trong
nông nghiệp ........................................................................................... 14

Chƣơng 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 22
2.1. Vật liệu ........................................................................................................ 22
2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ .................................................................... 22
2.2.1

Hóa chất ................................................................................................. 22

2.2.2

Thiết bị................................................................................................... 22

2.2.3

Dụng cụ và vật tư tiêu hao ..................................................................... 23

ii


2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 23

2.3.1.

Khử trùng hạt giống............................................................................... 23

2.3.2.

Chuẩn bị các dung dịch hạt nano kim loại ............................................ 24

2.3.3.

Xử lý hạt đậu tương với các dung dịch hạt nano kim loại .................... 24

2.3.4.

Phân tích các chỉ tiêu về hình thái ......................................................... 24

2.3.5.

Đánh giá ảnh hưởng của các hạt nano kim loại đến khả năng phân bào ở
đỉnh sinh trưởng rễ ................................................................................ 25

2.3.6.

Đánh giá ảnh hưởng của các hạt nano kim loại đến quá trình nảy mầm
của đậu tương ở mức độ phân tử .......................................................... 26

2.3.7.

Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................... 32

Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 33
3.1. Ảnh hƣởng của hạt nano kim loại đến tỷ lệ nảy mầm và tốc độ nảy
mầm của hạt đậu tƣơng ............................................................................. 33
3.2. Ảnh hƣởng của hạt nano kim loại sự phát triển của rễ mầm đậu
tƣơng............................................................................................................ 35
3.3. Ảnh hƣởng của hạt nano kim loại đến sự phát triển của chồi mầm đậu
tƣơng............................................................................................................ 38
3.4. Ảnh hƣởng của hạt nano kim loại đến khả năng phân bào ở đỉnh sinh
trƣởng của rễ .............................................................................................. 40
3.5. Ảnh hƣởng của một số hạt nano kim loại đến mức độ methyl hóa DNA
đậu tƣơng .................................................................................................... 41
3.5.1.

Tách chiết DNA tổng số ....................................................................... 41

3.5.2.

Phân tích mức độ methyl hóa ở các mẫu rễ mầm 18 giờ ...................... 43

3.5.3.

Phân tích mức độ methyl hóa ở các mẫu rễ mầm 48 giờ ...................... 44

3.6. Ảnh hƣởng của hạt nano kim loại đến sự biểu hiện của một số gen liên
quan đến quá trình nảy mầm của hạt đậu tƣơng ................................... 46
3.6.1.

Tách chiết RNA tổng số ........................................................................ 46

iii

3.6.2.

Ảnh hưởng của hạt nano kim loại đến sự biểu hiện của một số gen liên
quan đến quá trình nảy mầm của hạt đậu tương .................................... 48

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 53

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 2011-2016 ..................7
Bảng 2. Các thiết bị chính được sử dụng trong đề tài ...............................................23
Bảng 3. Nồng độ các dung dịch nano kim loại sử dụng trong nghiên cứu ...............24
Bảng 4. Thông tin gen đích và các mồi được sử dụng trong phản ứng RT-PCR .....31
Bảng 5. Thành phần của phản ứng RT-PCR .............................................................32
Bảng 6. Chu trình nhiệt của phản ứng RT-PCR .......................................................32
Bảng 7. Ảnh hưởng của nFe, nCu, nZnO và nCo đến tỷ lệ nảy mầm của hạt đậu
tương ..........................................................................................................34
Bảng 8. Ảnh hưởng của nFe, nCu, nZnO và nCo đến chiều dài rễ mầm đậu tương 36
Bảng 9. Ảnh hưởng của nFe, nCu, nZnO và nCo đến chiều dài chồi mầm đậu tương
......................................................................................................................38
Bảng 10. Ảnh hưởng của hạt nFe, nCu, nZnO và nCo đến quá trình phân bào của
các tế bào ở đỉnh sinh trưởng của rễ mầm đậu tương ................................41
Bảng 11. Kết quả đo quang phổ các mẫu DNA tách từ mẫu rễ mầm 18 giờ ............42
Bảng 12. Kết quả đo quang phổ các mẫu DNA tách từ mẫu rễ mầm 48 giờ ............43
Bảng 13. Mức độ methyl hóa DNA ở các mẫu rễ mầm 18 giờ ................................43

Bảng 14. Mức độ methyl hóa DNA ở các mẫu rễ mầm 48 giờ ................................44
Bảng 15. Kết quả đo quang phổ mẫu RNA tách từ các mẫu rễ mầm 18 giờ ............47
Bảng 16. Kết quả đo quang phổ mẫu RNA tách từ các mẫu rễ mầm 48 giờ ............47

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Các mốc chính trong quá trình nảy mầm ở đậu tương: hạt hút đủ nước, hạt
bắt đầu nứt vỏ nảy mầm, phát triển rễ mầm (radicle), trụ mầm (hypocotyl)
và 2 lá mầm (cotyledons) tách ra, chồi mầm xuất hiện .................................5
Hình 2. Đường chuẩn định lượng cytidine trong các mẫu phân tích ........................28
Hình 3. Đường chuẩn định lượng 5-methylcytidine trong các mẫu phân tích .........28
Hình 4. Hình thái rễ mầm đậu tương ở các lô thí nghiệm........................................37
Hình 5. Hình thái chồi mầm đậu tương ở các lô thí nghiệm .....................................39
Hình 6. Hình thái nhiễm sắc thể trong các kì phân chia của các tế bào ở đỉnh sinh
trưởng của rễ mầm đậu tương trong lô đối chứng .......................................40
Hình 7. Ảnh điện di DNA tổng số của các mẫu rễ mầm đậu tương thời điểm 18 giờ
(A) và 48 giờ (B) sau xử lý hạt ....................................................................42
Hình 8. Ảnh điện di RNA tổng số của các mẫu rễ mầm đậu tương thời điểm 18 giờ
(A) và 48 giờ (B) sau xử lý hạt. ...................................................................46
Hình 9. Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của 8 gen nghiên cứu ở các mẫu rễ
mầm 18 giờ ..................................................................................................49
Hình 10. Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của 8 gen nghiên cứu ở các mẫu rễ
mầm 48 giờ ..................................................................................................50

vi


BẢNG KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Viết đầy đủ

cDNA

Complementary Deoxyribonucleic Acid

CTAB

Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide

DNA

Deoxyribonucleic Acid

DNase

Deoxyribonuclease

dNTP

Deoxyribonucleoside triphosphate

EDTA

Ethylenediamine tetra acetic acid

HPLC

High-performance liquid chromatography

Kb

Kilobase

MWNT

Multi walled carbon nanotubes

mRNA

messenger RNA

NOM

Natural Organic Material

RNA

Ribonucleic Acid

RNase

Ribonuclease

RT-PCR

Reverse transcription polymerase chain reaction

TAE

Tris Acetate EDTA

Taq

Thermus aquaticus

UV

Ultraviolet

XDR

X-Ray Diffraction

vii


Luận văn thạc sỹ khoa học

Mở đầu
MỞ ĐẦU

Đậu tương (Glycine max (L.) Merr) là một trong những cây trồng mũi nhọn
trong chiến lược phát triển kinh tế của nước ta. Hạt đậu tương được sử dụng làm
thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp và xuất
khẩu…. Hơn nữa, cây đậu tương còn là cây trồng có khả năng cải tạo đất. Mặc dù,
Việt Nam đã có những chính sách quy hoạch để mở rộng và phát triển trồng cây đậu
tương nhưng do năng suất còn thấp nên sản lượng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu

trong nước. Trong những năm gần đây, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu lượng lớn đậu
tương từ các nước khác như Mỹ, Brazil,... để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về
nguyên liệu sản xuất cũng như các sản phẩm từ đậu tương. Do đó, việc tăng năng
suất và sản lượng đậu tương là đòi hỏi cấp thiết hiện nay của ngành trồng trọt ở
nước ta. Việc ứng dụng các thành tựu của khoa học công nghệ hiện đại vào sản xuất
nông nghiệp sẽ là giải pháp hữu hiệu nhất để giải quyết vấn đề này.
Công nghệ nano là một công nghệ mới đã được ứng dụng hiệu quả để tạo ra
các sản phẩm hữu ích trong nông nghiệp như phân bón nano, chế phẩm tăng cường
năng suất cây trồng, thuốc trừ sâu nano, chế phẩm nano xử lý các chất thải nông
nghiệp... Ở Việt Nam những năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu
về ảnh hưởng của nano trên các đối tượng cây trồng khác nhau như: ngô, dâu tây,
hoa cúc...Từ năm 2015, Dự án trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp” đã được
triển khai nhằm tạo các sản phẩm nano và phát triển ứng dụng các sản phẩm này
trong hầu hết các lĩnh vực của ngành nông nghiệp ở Việt Nam như trồng trọt, chăn
nuôi, thủy sản. Mặc dù ảnh hưởng tích cực của một số hạt nano kim loại đến quá
trình sinh trưởng và năng suất của cây trồng đã được nhiều công trình khoa học
chứng minh nhưng các nghiên cứu về cơ chế tác động của các hạt nano đến từng
quá trình sinh lý, sinh hóa quan trọng của cây trồng như nảy mầm, quang hợp, hấp
thụ nước và khả năng chống chịu điều kiện bất lợi,… vẫn còn rất ít. Các nghiên cứu
về cơ chế tác động và đánh giá ảnh hưởng của mỗi loại hạt nano tới cây trồng sẽ là
cơ sở khoa học để ứng dụng các chế phẩm nano vào sản xuất nông nghiệp.

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
1


Luận văn thạc sỹ khoa học

Mở đầu

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số loại
hạt nano kim loại đến quá trình nảy mầm ở hạt đậu tƣơng (Glycine max (L.)
Merr)” được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá tác động của bốn loại hạt nano kim
loại (Fe, Cu, ZnO, Co) đến quá trình nảy mầm ở hạt đậu tương thông qua các phân
tích về hình thái, tế bào và mức độ biểu hiện của một số gen quan trọng. Giai đoạn
nảy mầm là bước đầu tiên trong chu kỳ sống của thực vật và có vai trò quan trọng
trong sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Do đó, những tác động ở giai đoạn
nảy mầm sẽ ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây trồng. Kết
quả của đề tài sẽ góp phần tạo cơ sở khoa học để ứng dụng các chế phẩm nano kim
loại nhằm tăng năng suất cây trồng, góp phần xây dựng nền nông nghiệp phát triển
bền vững ở nước ta.

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
2


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tƣơng
1.1.1 Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương
Đậu tương (Glycine max (L.) Merr) còn gọi là đậu nành, là loài cây trồng cạn
ngắn ngày, được trồng phổ biến ở các nước Đông Nam Á, Bắc và Nam Mỹ. Ở Việt

Nam, cây đậu tương được trồng nhiều ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (An
Giang, Đồng Tháp,…) và một số tỉnh miền núi phía Bắc (Hà Bắc, Lạng Sơn, Cao
Bằng,…).
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương được chia thành hai
thời kỳ: thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng (Vegetative Stages) và thời kỳ sinh sản
(Reproductive Stages) [2, 34]. Trong đó, thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng được chia
thành nhiều giai đoạn như sau:
 Giai đoạn 1 (Emergence – VE): hạt nảy mầm cho đến khi thân mầm đội
lá mầm vươn lên khỏi mặt đất
 Giai đoạn 2 (Cotyledon – VC): hai lá mầm tách ra hoàn toàn, hai lá đơn
mọc phía trên lá mầm.
 Giai đoạn một lá kép ( first trifoliolate – V1): cây có một lá kép
 Giai đoạn hai lá kép (second trifoliolate – V2): cây có hai lá kép
 Giai đoạn n lá kép ( nth trifoliolate – Vn): cây có n lá kép, số lượng lá
kép trên cây phụ thuộc vào đặc điểm di truyền của từng giống.
Tiếp theo thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, cây chuyển sang thời kỳ sinh sản
với các giai đoạn sau:
 Giai đoạn R1 (Beginning flowering): Cây bắt đầu ra hoa
 Giai đoạn R2 (Full bloom): Cây có hoa đầy đủ
 Giai đoạn R3(Beginning pod): Cây bắt đầu tạo quả
 Giai đoạn R4 (Full pod): Cây có đủ quả
 Giai đoạn R5(Beginning seed): Cây bắt đầu tạo hạt
 Giai đoan R6 (Full seed): Quả có đủ hạt

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
3

Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

 Giai đoạn R7 (Beginning maturity): Quả bắt đầu chín
 Giai đoạn R8 (Full maturity): Quả chín hoàn toàn
Trong thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, giai đoạn nảy mầm (giai đoạn 1) là
giai đoạn đầu tiên và đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát
triển của cây. Giai đoạn nảy mầm được tính từ khi gieo hạt giống xuống đất, hạt hút
ẩm trương lên, rễ mầm xuất hiện, thân mầm vươn lên đội hai lá mầm lên khỏi mặt
đất, lá mầm xoè ra, 2 chồi mầm bắt đầu xuất hiện mọc đối xứng trên vị trí 2 lá mầm
(Hình 1) . Yêu cầu của giai đoạn này là hạt đậu tương phải có đủ nước, nhiệt độ phù
hợp và đủ hàm lượng oxy.
+ Nước: Hạt đậu tương hút nhiều nước hơn so với các cây trồng khác. Hạt
phải hút một lượng nước trên 50% trong lượng hạt thì hạt mới nảy mầm.
+ Nhiệt độ: Quá trình nảy mầm rất mẫn cảm đối với nhiệt độ. Nhiệt độ từ 1530oC là thích hợp nhất cho quá trình nảy mầm của hạt đậu tương. Trong
khoảng nhiệt độ này, chỉ gieo sau 3-7 ngày là hạt đã nảy mầm. Nếu nhiệt độ
thấp hơn 10oC quá trình hạt nảy mầm thường kéo dài tới 12-15 ngày. Nếu
nhiệt độ cao trên 30oC hạt nảy mầm nhanh nhưng mầm yếu.
+ Hàm lượng O2: có liên quan tới ẩm độ đất, nếu ẩm độ đất trên 90% thì
không đủ O2 để hạt nảy mầm.
Khi có đủ nước, oxy và ở nhiệt độ phù hợp thì hạt sẽ hút nước trương lên,
các enzyme chuyển hóa như protease, amylase... trong hạt bắt đầu được hoạt hóa
chuyển các chất dự trữ ở dạng phức tạp sang đơn giản để nuôi phôi và hình thành bộ
phận mới [2]. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng mRNA tăng khi hạt hút
nước, chủ yếu là mRNA của các gen liên quan đến quá trình tổng hợp protein và
enzyme thuỷ phân. Ở giai đoạn này, các enzyme thủy phân các chất dự trữ có vai
trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất giúp cho hạt chuyển từ trạng thái ngủ
sang trạng thái hoạt động. Sau khi hạt trương nước, phôi bắt đầu sinh trưởng, giai
đoạn đầu là sự kéo dài các tế bào làm cho trụ dưới lá mầm vươn dài ra, vỏ hạt tách

ra và cố định cây mầm, trụ trên mầm vươn dài để lộ lá mầm và đỉnh sinh trưởng,
tiếp theo là sự phân chia và kéo dài của các tế bào làm cho cây mầm hình thành [3].
K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
4


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

Hiện tượng nảy mầm là bước đầu tiên trong chu kỳ sinh trưởng và phát triển
của cây trồng. Bên cạnh các điều kiện ngoại cảnh thì các nguyên tố vi lượng thường
có trong thành phần của các enzyme cũng có vai trò quan trọng trong quá trình nảy
mầm. Nguyên tố vi lượng ở nồng độ thích hợp có khả năng thúc đẩy nhanh sự nảy
mầm của hạt, từ đó ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình sinh trưởng và các hoạt động
sinh lý của cây [54].

Hình 1. Các mốc chính trong quá trình nảy mầm ở đậu tương: hạt hút đủ nước, hạt bắt
đầu nứt vỏ nảy mầm, phát triển rễ mầm (radicle), trụ mầm (hypocotyl) và 2 lá mầm
(cotyledons) tách ra, chồi mầm xuất hiện
( />
1.1.2. Giá trị kinh tế của cây đậu tương
Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao với hàm lượng protein trung
bình khoảng 38-40%. Đặc biệt, protein của đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong
số các protein có nguồn gốc thực vật, dễ tiêu hóa hơn protein động vật và không có
các thành phần tạo thành cholesterol hay axit uric,…. Hạt đậu tương có chứa hàm
lượng chất béo cao hơn các loại đậu đỗ khác nên được coi là cây cung cấp dầu thực
vật quan trọng. Trong hạt đậu tương có nhiều loại vitamin với hàm lượng cao như

vitamin B1, B2 và các loại vitamin khác như vitamin A, E, K, D, C,.... Đặc biệt

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
5


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

trong hạt đậu tương đang nảy mầm hàm lượng một số vitamin tăng lên đáng kể như
vitamin C, vitamin E. Hạt đậu tương cũng chứa nhiều chất khoáng như canxi (Ca),
phosphor (P), sắt (Fe)....[2].
Từ hạt đậu tương người ta đã chế biến ra được trên 600 loại sản phẩm khác
nhau. Trong đó, hơn 300 loại thức ăn được chế biến bằng nhiều phương pháp từ cổ
truyền, thủ công cho đến hiện đại dưới các dạng tươi, khô, lên men như làm giá,
bột, tương, đậu phụ, chao, tào phớ, sữa đậu nành, bánh kẹo,.... Bột đậu tương sau
khi đã ép dầu còn được dùng làm nguyên liệu để chế biến thức ăn giàu đạm cho gia
súc và gia cầm. Ở nhiều nước phát triển, người ta còn sử dụng đậu tương vào các
ngành công nghiệp khác như chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất
dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không [6].
Một tác dụng có ý nghĩa quan trọng của cây đậu tương trong lĩnh vực sản
xuất nông nghiệp đó là khả năng cải tạo đất do khả năng cố định đạm của vi khuẩn
nốt sần Rhizobium japonicum sống cộng sinh ở rễ cây đậu tương. Trong điều kiện
thuận lợi, các vi khuẩn nốt sần cộng sinh có thể tích lũy được một lượng đạm tương
đương từ 20-25 kg ure/ha. Bởi vậy, các nốt sần ở rễ cây đậu tương được coi là
những “nhà máy phân đạm tí hon” làm giàu đạm cho đất, không gây ô nhiễm môi
trường và đồng thời còn làm sạch bầu khí quyển.

1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây đậu tương đóng vai trò rất quan trọng trong cơ cấu cây
trồng nông nghiệp và đặc biệt là ở các tỉnh miền núi phía Bắc. Do đậu tương là loại
cây ngắn ngày và có khả năng trồng trên nhiều loại đất khác nhau nên rất thích hợp
làm cây trồng luân canh, xen canh, gối vụ với nhiều loại cây trồng khác nhau làm
tăng hiệu quả sử dụng đất trong nông nghiệp. Tuy nhiên, quy mô sản xuất vẫn còn
nhỏ lẻ và chưa cạnh tranh được với các loại cây khác. Diện tích trồng cây đậu tương
đã được mở rộng từ năm 2011 nhưng năng suất và sản lượng còn thấp. Năm 2013,
tổng sản lượng đậu tương toàn quốc mới chỉ đạt được 168,4 nghìn tấn đáp ứng
khoảng 1/10 nhu cầu. Năng suất ở các năm tiếp theo (2014 và 2015) vẫn ở mức
thấp. Vì thiếu khả năng cạnh tranh, tới năm 2016, diện tích gieo trồng đậu tương đã
K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
6


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

bị giảm chỉ còn 94 nghìn ha, sản lượng đạt 147,5 nghìn tấn, năng suất tăng nhẹ
8,2% so với năm 2015 (Bảng 1). Để bù đắp sự thiếu hụt về thực phẩm giàu protein
trong nước, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp thức
ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn bột
đậu tương từ các nước khác. Theo số liệu của Tổng cục Hải quan Việt Nam và
USDA (United Stated Department of Agriculture), năm 2012 Việt Nam nhập
1289,9 nghìn tấn đậu tương (trị giá 777,3 triệu đô la Mỹ). Quý I/2013, Việt Nam
nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi trên 712 triệu USD, tăng gần 54% so với
cùng kỳ năm 2012, trong đó những loại nguyên liệu thức ăn giàu đạm như đậu

tương, khô dầu đậu tương phải nhập khẩu khoảng 70 - 80% nhu cầu. Theo ước tính,
giá trị nhập khẩu đậu tương 8 tháng đầu năm 2017 đạt hơn 1,1 triệu tấn và 509 triệu
USD, tăng 17,9% về khối lượng và tăng 22,5% về giá trị so với cùng kỳ năm 2016
[58].
Bảng 1. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 2011-2016

Năm

Diện tích gieo trồng
(nghìn ha)

Năng suất
(tấn /ha)

Tổng sản lƣợng
(nghìn tấn)

2011

181,1

1,47

266,9

2012

119,6

1,45

173,7

2013

117,8

1,43

168,4

2014

109,4

1,43

156,5

2015

100,8

1,45

146,4

2016

94,0

1,57

147,5

Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

Định hướng phát triển sản xuất đậu tương của nhà nước ta đã được Thủ
tướng Chính phủ phê duyệt theo “Chiến lược quy hoạch tổng thể và phát triển sản
xuất ngành nông nghiệp đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030”. Theo đó, diện
tích đất quy hoạch khoảng 100 ngàn ha, tận dụng tăng vụ trên đất lúa để năm 2020
diện tích gieo trồng khoảng 350 ngàn ha, sản lượng 700 ngàn tấn. Vùng sản xuất
chính là đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc, Tây Nguyên, Nam Bộ.

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
7


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

Các nhà khoa học Việt Nam cũng đang tiếp tục nghiên cứu để cho ra giống
đậu tương có sản lượng cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn tại một số khu vực.
Trong thời gian gần đây, song hành với mục tiêu chiến lược của ngành nông nghiệp
nhiều giống đậu tương mới và quy trình kỹ thuật đã được giới thiệu trong sản xuất,
bao gồm giống HL203 (Nguyễn Văn Chương, 2009); HL07-15 (Nguyễn Văn
Chương và cộng sự, 2013); HLĐN 29 và HLĐN 25 (Bùi Chí Bửu và cộng sự, 2013)

đã được cho phép sản xuất thử tại Đông Nam bộ, Tây Nguyên và Đồng bằng sông
Cửu Long (Nguyễn Văn Chương, 2013); các giống ĐT51, ĐT26 (Trần Thị Trường,
2008); Đ8, Đ2101 (Nguyễn Văn Lâm, 2010) được công nhận chính thức và sản xuất
thử tại Đồng bằng sông Hồng. Nhiều quy trình kỹ thuật riêng cho từng giống cây
trồng đã được ứng dụng, nhưng vẫn chưa đạt hiệu quả cao và chưa có một công
trình nghiên cứu nào mang tính đột phá để sản xuất đậu tương với giá thành hạ, có
hiệu quả kinh tế cao.
Với tình hình trên thì việc nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu mới của
khoa học công nghệ để tăng năng suất đối với cây đậu tương ở nước ta là yêu cầu
rất cấp thiết, trước mắt là để đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước và giảm
nhập khẩu các sản phẩm liên quan.
1.2.

Vai trò của các nguyên tố vi lƣợng đối với sự phát triển của cây trồng
Trong 74 nguyên tố hóa học tìm thấy trong cơ thể thực vật có 11 nguyên tố đa

lượng (chiếm 99,95%), hơn 60 nguyên tố còn lại là các nguyên tố vi lượng và siêu vi
lượng (chiếm 0,05%). Tuy chiếm một hàm lượng rất nhỏ song các nguyên tố vi lượng
đóng một vai trò quan trọng trong đời sống cây trồng như tham gia vào thành phần cấu
tạo của các enzyme, vitamin, quá trình tổng hợp của các hormone thực vật…[5].
Các nguyên tố vi lượng là yếu tố thiết yếu của sự sống, vì hầu hết các quá trình
tổng hợp và chuyển hoá các chất được thực hiện nhờ các enzyme, mà trong thành
phần của enzyme đều có các nguyên tố vi lượng. Hiện nay biết khoảng 1000 hệ
enzyme và có tới 1/3 số hệ enzyme này được hoạt hoá bằng các ion kim loại. Sắt là
thành phần bắt buộc trong các enzyme oxy hóa khử có nhóm apoenzyme là vòng
porphyrin như các hệ cytochrome (a, b, c, f), cytochrome oxydase, peroxidase... Đồng
K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
8

Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

trong polyphenoloxydase, ascorbinoxydase... Một số metalloenzyme có nhóm hoạt
động là flavin (các flavoprotein) thường chứa 2 hay 3 kim loại trong đó có một kim
loại đóng vai trò chủ yếu. Điển hình cho các enzyme này là nitritreductase chứa Mo,
Cu, Mn; hyponitritreductase chứa Fe, Cu; nitrogenase chứa Mo, Fe; nitratereduclase
chứa Mo, Cu; hydroxylamine reductase chứa Mn, Mo. Ngoài các metalloenzyme
thực sự, còn gặp nhiều kim loại (Na, Mg, Al, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb,
Cd, Cs,...) là các yếu tố tham gia vào quá trình hoạt hóa của nhiều enzyme [5].
Các nguyên tố vi lượng có vai trò trong quá trình tổng hợp các phytohormone
và vitamin. Kẽm (Zn) có vai trò trong quá trình sinh tổng hợp các hợp chất dạng indol
và serin bị kìm hãm; có tác dụng phối hợp với nhóm gibberellin. Mangan (Mn) hỗ trợ
cho hoạt động của nhóm auxin và có tác dụng đặc hiệu đến hoạt tính của enzyme
auxin oxidase. Boron (B) có tác động tích cực đến quá trình sinh tổng hợp auxin, thúc
đẩy việc vận chuyển các chất điều hoà sinh trưởng. Mối liên quan giữa các nguyên tố
vi lượng với các vitamin đã được nghiên cứu. Mn, Cu, Zn và nhiều nguyên tố vi
lượng khác tập trung trong các cơ quan chứa nhiều vitamin. Coban trong vitamin
B12; boron có liên quan đến sinh tổng hợp vitamin C; Mn, B, Zn, Mo, Cu có liên
quan đến sinh tổng hợp vitamin nhóm B (B1, B2, B6, B12). Các nguyên tố vi lượng
có tác dụng lớn đối với quá trình quang hợp. Sinh tổng hợp chlorophyll không
những cần có Fe, Mg mà cả Mn, Cu trong lục lạp. Các nguyên tố Co, Cu, Zn, Mo
có ảnh hưởng tốt đến độ bền vững của chlorophyll. Các nguyên tố Zn, Co có tác
động tích cực đến sự tổng hợp carotenoid… B, Mn, Zn, Cu, Co, Mo tham gia
trong việc thúc đẩy sự vận chuyển các sản phẩm quang hợp từ lá xuống các cơ
quan dự trữ [5].
Ngoài ra, các nguyên tố vi lượng còn góp phần làm tăng khả năng chống chịu

của thực vật trong điều kiện bất lợi. Theo El-Fouly và cộng sự (2011), dung dịch hỗn
hợp của 3 nguyên tố vi lượng Fe, Mn, Zn (tỷ lệ 1:1:1) ở 2 nồng độ 0,1 và 0,15% có
tác động làm tăng khả năng chịu mặn của lúa mì [20]. Ashraf và cộng sự (2012),
cho rằng các nguyên tố vi lượng là cần thiết cho cây họ đậu trồng trong đất có độ
ẩm thấp. Các nguyên tố vi lượng có vai trò đối với hầu hết các loại cây họ đậu, đặc

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
9


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

biệt để chống lại các tác động có hại của hạn hán đến quá trình tăng trưởng, năng
suất và các hoạt động trao đổi chất của cây. Việc sử dụng các nguyên tố vi lượng ở
nồng độ thích hợp sẽ làm tăng khả năng cố định nitơ, hàm lượng chất khô và năng
suất hạt của cây họ đậu. Hơn nữa, chúng là thành phần thiết yếu của enzyme, chuỗi
truyền điện tử và kích hoạt các hoạt động trao đổi chất trong cây họ đậu để chống
lại điều kiện bất lợi [9].
1.2.1. Vai trò của sắt đối với sự phát triển của cây trồng
Sắt là một trong các nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng và cần thiết cho
quá trình quang hợp và hô hấp của cây. Sắt tham gia vào hệ thống các enzyme để
thực hiện phản ứng oxy hóa khử và chuỗi vận chuyển điện tử trong cây, tổng hợp
chất diệp lục, duy trì cấu trúc của lục lạp. Sắt là một phần trong cấu trúc hoạt động
sống của cây trồng như hệ Herm trong diệp lục, chuỗi vận chuyển điện tử ở cây
trồng, tổng hợp enzyme. Sắt có vai trò điều hòa những phản ứng cần thiết để thực
vật phát triển và sinh sản như: hô hấp, quang hợp, khử nitrat và sulfat. Ở những cây

thiếu sắt, lượng sắt do bộ rễ hấp thụ trước hết được sử dụng cho nhu cầu của rễ
chính rồi sau đó được vận chuyển tới các mô có tốc độ phát triển mạnh mẽ nhất.
Quá trình thâm nhập của sắt vào bên trong tế bào của phần rễ diễn ra dễ dàng nhờ
sự trợ giúp của các ion citrat có sẵn trong các kênh dẫn của cây. Khi đó, các nguyên
tử sắt tạo phức với citrat và vận chuyển bên trong cây dưới dạng phức chelate [5] .
Hàm lượng sắt trong đất khá cao, khoảng 10% và thường ở dạng các hợp
chất oxide, hydroxide, phosphate. Trong môi trường đất thoáng khí, hữu cơ có tính
kiềm thì sắt ở hóa trị III, trong điều kiện ngập nước, chua, sắt thường ở dạng hóa trị
II.
Sắt thường được sử dụng như một loại phân bón tác động vào quá trình nảy
mầm và cây con mang lại hiệu quả cao. Phân bón sắt có hai dạng: sắt sulfat và sắt
chelate. Sắt sulfat (FeSO4) chứa khoảng 20% sắt. Phân bón sắt có giá thành rẻ và
chủ yếu được sử dụng để phun trên lá. Bón cho đất thường không hiệu quả, đặc biệt
là độ pH trên 7,0 bởi vì sắt dễ biến đổi thành Fe3+ và gây kết tủa sắt oxide. Chelate
là các hợp chất ổn định, các ion kim loại bảo vệ chúng khỏi quá trình oxy hóa và
K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
10


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

nước mưa. Dạng muối phức này cho phép làm tăng lượng nitơ trong cây lên 16 21%, phosphor tăng 18 - 20%, đồng thời giảm thiểu rõ rệt nguy cơ nhiễm bệnh. Sử
dụng sắt dưới dạng dung dịch muối trộn lẫn với một số nguyên tố vi lượng khác để
xử lí khoai tây trước khi gieo trồng kết hợp với một số chất điều hòa sinh trưởng
làm tăng năng suất khoai tây lên trên 10% [49].
1.2.2. Vai trò của đồng đối với sự phát triển của cây trồng

Hàm lượng trung bình của đồng trong mô thực vật là 0,02 mg/kg chất khô.
Trong cơ thể thực vật, đồng thường xuất hiện ở các bộ phận đang sinh trưởng. Đồng
tham gia vào thành phần của hệ enzyme oxidase. Đồng có tác dụng lớn đến quá
trình tổng hợp protein, tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình đồng hóa nitrat. Vai
trò của đồng đối với tổng hợp protein có liên quan đến quá trình trao đổi acid
nucleic. Đồng góp phần tích cực trong quá trình chuyển hóa glucide, phospholipid,
nucleoprotein, quá trình trao đổi vitamin, kích thích các yếu tố sinh trưởng. Đồng có
liên quan đến dinh dưỡng nitơ vì vậy lúc bón phân đạm nhất là NH4+ thì nhu cầu về
đồng của cây cũng tăng lên. Đồng tăng tính chịu lốp đổ nhờ điều tiết hàm lượng các
chất ức chế có bản chất phenol của cây, làm tăng tính chống nấm bệnh. Ngoài việc
chống đổ cây, đồng còn có tác dụng chống hạn, chống rét và tăng khả năng giữ
nước của mô. Thiếu đồng, cây sẽ phát triển chậm, mất nước và héo. Đối với các cây
thân thảo, thiếu đồng sẽ dẫn đến hiện tượng đầu lá bị trắng, hoa không phát triển.
Đối với các cây ăn quả, thiếu đồng gây ra hiện tượng khô đỉnh. Cây khoai tây, cà
chua thiếu đồng sẽ dễ bị nấm bệnh. Nguồn phân bón cung cấp đồng phổ biến là
CuSO4.H2O chứa 35% đồng, CuSO4.5H2O chứa 25% đồng hoặc cũng có thể sử
dụng phế liệu sản xuất từ quặng pyrit đồng để bón cho cây [5].
1.2.3. Vai trò của kẽm đối với sự phát triển của cây trồng
Kẽm có tác động đến hầu hết quá trình sinh lí, sinh hóa của thực vật bao gồm
dinh dưỡng khoáng, hô hấp, quang hợp, sinh tổng hợp chất hữu cơ, sự thoát hơi
nước, hình thành các mô mới và khả năng chống chịu của cây [5].
Kẽm đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở thực vật do
tác động đến hoạt động của enzyme hydrogenase và carbonic anhydrase, duy trì tính
K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
11


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

ổn định của các tiểu phần ribosome và tổng hợp cytochrome. Các enzyme thực vật
được hoạt hóa bởi kẽm tham gia vào quá trình trao đổi chất carbohydrate, duy trì
tính toàn vẹn của màng tế bào, điều hòa auxin, tổng hợp và tạo phấn hoa. Kẽm tham
gia vào việc điều hòa và duy trì sự biểu hiện gen liên quan đến khả năng chống chịu
của thực vật trong điều kiện bất lợi. Kẽm cũng là yếu tố cần thiết cho việc tổng hợp
tryptophan, tiền chất của IAA (Indole-3-acetic acid ), có vai trò quan trọng trong
quá trình sinh tổng hợp hormone auxin. Thiếu kẽm sẽ làm cây phát triển còi cọc,
tăng khả năng bị bệnh, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và sản phẩm thu hoạch
[21].
Hàm lượng kẽm trong cây dao động khoảng 15 - 22 mg/kg chất khô. Phân
bón kẽm được cung cấp ở một số dạng như: kẽm sunfat, kẽm sunfat heptahydrat,
kẽm sunfat hydroxide, kẽm clorua, kẽm nung chảy với silicat.
1.2.4. Vai trò của coban đối với sự phát triển của cây trồng
Coban (Co) là thành phần thiết yếu trong cấu trúc của nhiều enzyme và coenzyme ở thực vật. Coban tác động đến sự sinh trưởng và trao đổi chất của thực vật
ở nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ của coban trong rễ và đất. Trong
thực vật, coban là thành phần trung tâm của vitamin cobanlamin (vitamin B12).
Hoạt tính xúc tác của carboxylase được gia tăng khi có mặt Mg, Mn, Co. Coban cần
cho việc ra hoa, tạo quả, chống sâu bệnh, nắng nóng, tác động tốt đến độ bền vững
của chlorophyll và quá trình tổng hợp carotenoid. Coban hiện đang được sử dụng để
diệt khuẩn và tăng sức đề kháng trên rau quả. Sự có mặt của coban rất cần thiết
trong quá trình lên men, trao đổi chất và có ý nghĩa đối với cố định nitơ phân tử
bằng con đường sinh học ở cây họ đậu [40]. Ngoài ra, coban cũng làm tăng khả
năng hấp thụ lân của cây.
Loại phân bón được sử dụng rộng rãi và phổ biến để bổ sung coban là
CoSO4.7H2O có chứa 21% Co.
1.3.

Công nghệ nano và ứng dụng trong nông nghiệp

1.3.1. Giới thiệu chung về công nghệ nano

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
12


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích,
chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình
dáng và kích thước trên quy mô nanomet (≤ 100 nm) [18]. Ý tưởng đầu tiên về công
nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm
1959. Tới năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” bắt đầu được Nario Taniguchi sử
dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử [35]. Vật
liệu nano mang các đặc tính lý hóa khác biệt, thường là vượt trội hơn so với các vật
liệu thô tương ứng ban đầu, dựa vào hai đặc điểm chủ yếu là hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng lượng tử [47]. Những đặc điểm này ảnh hưởng đến đặc tính hóa lý chung
của các vật liệu nano và thậm chí tạo ra các đặc tính mới không giới hạn.
Trong những thập kỷ vừa qua, các thành tựu trong nghiên cứu khoa học đã
thúc đẩy công nghệ nano trở thành công nghệ mới có vai trò quan trọng trong việc
cải thiện giá trị kinh tế của các sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người.
Thành công đầu tiên trong ứng dụng công nghệ nano là tạo ra các chip điện tử có
dung lượng lớn và tốc độ xử lý cực nhanh trong thiết bị viễn thông,…Trong y học,
sử dụng các hạt nano liên kết với các phối tử như kháng thể, peptide hay các phân

tử nhỏ,… để nhắm mục tiêu là tế bào ung thư. Với kích thước trung bình từ 5-100
nm, các hạt nano có vùng bề mặt lớn và các nhóm chức năng để kết hợp với các
chất chẩn đoán (quang học, phóng xạ) cho phép phát hiện ung thư sớm đồng thời
hướng đích thuốc điều trị ung thư để không làm ảnh hưởng đến các tế bào bình
thường [39]. Bên cạnh đó, công nghệ nano còn mở ra tiềm năng ứng dụng trong
công nghệ tái tạo mô xương, van tim, mạch máu,…[52]. Kể từ đầu những năm
2000, công nghệ nano cũng đã đưa ngành công nghiệp thời trang bước sang một
trang mới với việc sử dụng hạt nano bạc để tạo ra quần áo, tất có khả năng diệt vi
khuẩn gây mùi hôi khó chịu. Công nghệ nano cũng đã góp phần giải quyết nhiều
vấn đề liên quan đến nông nghiệp và đem lại sự cải thiện to lớn so với nền nông
nghiệp truyền thống. Việc sử dụng các hạt nano trong việc đẩy mạnh sinh trưởng
của cây trồng và kiểm soát một số bệnh trên cây trồng cũng đang được thực hiện.
Hơn thế nữa, các nhà khoa học đã và đang tìm cách đưa công nghệ nano ứng dụng

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
13


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

ngày càng sâu rộng hơn vào trong đời sống và đặc biệt là việc giải quyết các vấn đề
mang tính toàn cầu như ô nhiễm môi trường, cải tạo môi trường.
1.3.2. Hạt nano kim loại
Hạt nano (nanoparticles - NPs) là các nguyên tử hoặc phân tử tổng hợp có
kích thước trong khoảng từ 1-100 nm. NPs có thể được tạo ra từ nhiều loại vật liệu
thô và khả năng hoạt động của NPs phụ thuộc vào thành phần hóa học, kích thước

hoặc hình dạng của các hạt. Có thể chia các NPs thành 3 nhóm dựa vào nguồn gốc
hình thành: tự nhiên, ngẫu nhiên và nhân tạo. Các hạt nano kim loại phần lớn thuộc
nhóm NPs nhân tạo, chúng không chỉ mang các đặc tính hóa lý độc đáo mà còn
mang những tác động sinh học rất đa dạng. Trong những năm gần đây, hạt nano và
các hạt khoáng có kích thước nano của các kim loại quý là đối tượng nghiên cứu
chuyên sâu bởi chúng có các đặc tính điện tử, quang học, từ tính và lý hóa rất đặc
biệt [47].
Các hạt nano kim loại được chế tạo bằng các phương pháp vật lý và hóa học
khác nhau. Các phương pháp vật lý được áp dụng phổ biến là phóng điện hồ quang,
nghiền bi năng lượng cao, nhiệt phân và bóc lớp laze. Các phương pháp hóa học
bao gồm ngưng tụ hóa hơi, điện hóa, hóa siêu âm, sol – gel, đồng kết tủa, mixen
đảo, khử hóa học. Trong số các phương pháp kể trên, phương pháp khử hóa học
được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nông nghiệp
nhằm tạo ra các sản phẩm hạt nano có vai trò kích thích sinh trưởng của cây trồng
[23].
1.3.3. Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano – hạt nano kim loại trong nông
nghiệp
1.3.3.1.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã xác định được tiềm năng của công nghệ
nano trong lĩnh vực nông nghiệp và đang nỗ lực khám phá và phát triển tiềm năng
này nhiều hơn thông qua nghiên cứu. Việc áp dụng công nghệ nano vào nông
nghiệp được đặt ra lần đầu tiên trong chương trình hành động của Bộ Nông nghiệp
Hoa Kỳ vào tháng 9/2003 và đã được dự đoán sẽ là công nghệ then chốt làm thay

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe

14


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chƣơng 1. Tổng quan

đổi sản xuất nông nghiệp trong tương lai [24]. Trong những năm đầu tiên, việc ứng
dụng công nghệ nano trong sản xuất nông nghiệp vẫn còn là lý thuyết, nhưng sau đó
đã đạt được thành tựu đáng kể trong một số lĩnh vực quan trọng như lai tạo các
giống cây trồng mới; phát triển các vật liệu mới như phân bón nano, thuốc trừ sâu
nano thay thế hóa chất nông nghiệp truyền thống; chế phẩm nano xử lý các chất thải
nông nghiệp; cảm biến nano phát hiện mầm bệnh và giám sát điều kiện môi trường
trên cánh đồng [37]. Bên cạnh đó, các sản phẩm của công nghệ nano còn giúp cải
thiện các đặc tính sinh học của cây trồng và vật nuôi như tăng năng suất, tăng khả
năng hấp thụ chất dinh dưỡng và chuyển đổi kỹ thuật canh tác tân tiến hơn [51].
Việc sử dụng phân bón nano để thay thế phân bón hóa học thông thường giúp tăng
hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng và tăng khả năng chống chịu của cây trồng trong
điều kiện khí hậu ngày càng bất lợi. Đặc biệt, vật liệu nano an toàn, thân thiện với
môi trường, đồng thời còn giúp cải tạo môi trường bị ô nhiễm [43].
Trong trồng trọt, một số nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng của việc xử lý hạt
giống của một số đối tượng cây trồng với hạt nano kim loại trước khi gieo đã được
công bố. Theo Prasad và cộng sự (2012), khi sử dụng hợp chất nano oxit kẽm
(nZnO) xử lý trên hạt lạc trước khi gieo với những liều lượng khác nhau, đã cho
thấy nZnO ở liều lượng 1000 ppm làm gia tăng tỷ lệ nảy mầm, sức sống cây con,
hàm lượng diệp lục trong lá, cây ra hoa sớm và năng suất cao hơn 34% so với
nghiệm thức xử lý hạt với ZnSO4. Nghiệm thức nano trên đã được áp dụng trong
thí nghiệm ở quy mô đồng ruộng trong vụ Đông Xuân 2008/2009, kết quả cho thấy
việc xử lý với nghiệm thức nZnO ở liều lượng thấp hơn 15 lần so với ZnSO4 cho
năng suất hạt cao hơn từ 26,3 – 29,5%, tuy nhiên khi xử lý với nồng độ nZnO cao

hơn (2000 ppm) thì cây sinh trưởng và phát triển kém [42]. Năm 2013,
Mahmoodzadeh và cộng sự đã nghiên cứu tác động của nano titan oxit với những
nồng độ khác nhau (10, 100, 1000, 1200, 1500, 1700 và 2000 mg/L) trên đối
tượng cây cải dầu, đã xác định nano titan oxit ở nồng độ 2000 mg/L đã làm gia
tăng tỷ lệ và khả năng nảy mầm [32].

K24 – Sinh học thực nghiệm

Phạm Thị Hòe
15