NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCOMPSITE ZnOBENTONIT ÚNG DỤNG DIỆT NẤM PHYTOPHTHORA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đoàn Quang Hà

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCOMPSITE ZnO/BENTONIT
ÚNG DỤNG DIỆT NẤM PHYTOPHTHORA.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đoàn Quang Hà
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCOMPSIT ZnO/BENTONITE
ÚNG DỤNG DIỆT NẤM PHYTOPHTHORA.
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 8440112.05.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hướng dẫn 1. PGS.TS. Trần Hồng Côn
Hướng dẫn 2. PGS.TS. Nguyễn Hoài Châu

Hà Nội – Năm 2019


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Trần Hồng Côn
và PGS.TS Nguyễn Hoài Châu – những người thầy tận tình dìu dắt chỉ bảo tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Quang Trung trưởng PTN Hóa Môi
trường cùng các thầy cô giáo trong phòng đã chỉ bảo và góp ý kiến quý báu để tôi
hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các bác, chú, anh, chị em Phòng Ứng dụng
và chuyển giao Công nghệ - Viện Công nghệ môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ
tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Từ đáy lòng mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình và bạn bè đã
chăm sóc, khích lệ, động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.

Học Viên

Đoàn Quang Hà


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I – TỔNG QUAN....................................................................................2
1.1. Ảnh hưởng của nấm bệnh và việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật đến môi
trường.................................................................................................................... 2
1.1.1.

Ảnh hưởng của nấm bệnh đến môi trường và con người...................2

1.1.2.

Ảnh hưởng của dư lượng thuốc bảo vệ thực vật đến môi trường.......3

1.2. Đặc điểm gây bệnh của nấm Phytophthora..................................................5
1.2.1.

Đặc điểm gây bệnh của nấm Phytophthora........................................5

1.2.2.

Thiệt hại do nấm bệnh Phytophthora..................................................7

1.3. Công nghệ nano và ứng dụng trong môi trường nông nghiệp.........................9
1.3.1. Một số tính chất của vật liệu nano.........................................................10
1.3.2. Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại.................................................13
1.3.3. Ứng dụng của công nghệ nano trong môi trường nông nghiệp..............14
1.4. Nano oxit kẽm và ứng dụng của nano oxit kẽm............................................18
1.4.1. Giới thiệu về kẽm oxit...........................................................................18
1.4.2. Tầm quan trọng của các hạt nano oxit kẽm đối với môi trường nông
nghiệp hiện đại................................................................................................19
1.4.3. Sử dụng hạt nano ZnO như một chất kháng khuẩn và kháng nấm.........20
1.4.4. Cơ chế diệt khuẩn và diệt nấm bởi các hạt nano ZnO............................23
1.5. Vật liệu composite cố định nano ZnO...........................................................24
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................28
2.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................28
2.2. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................28

2.2.1. Tổng quan tài liệu..................................................................................28


2.2.2. Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm....................................................28
2.3. Các phương pháp đặc trưng..........................................................................31
2.3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X...........................................................................31
2.3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).............................................................32
2.3.3. Ảnh Hiển vi điện tử truyền qua (TEM)....................................................33
2.3.4. Quang phổ Hồng ngoại biến đổi chuỗi (FT- IR)....................................33
2.3.5. Phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis..............................................................35
2.3.6. Quang phổ tán xạ năng lượng (EDX)....................................................35
2.4. Đánh giá đặc trưng diệt khuẩn của vật liệu...................................................35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................38
3.1. Nghiên cứu tối ưu hóa phương pháp chế tạo nano ZnO................................38
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol Zn 2+/ C2O42- đến đặc trưng của các hạt
nano ZnO tạo thành.........................................................................................38
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Zn 2+ đến đặc trưng của các hạt nano
ZnO tạo thành..................................................................................................41
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung tới đặc trưng
của các hạt nano ZnO tạo thành.......................................................................44
3.1.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung tới đặc trưng của các hạt nano
ZnO tạo thành..................................................................................................44
3.1.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới đặc trưng của các hạt
nano ZnO tạo thành.........................................................................................47
3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite ZnO/Bentonite........................51
3.2.1. Kết quả nghiên cứu cấu trúc của ZnO cố định trên bentonite................51
3.2.2. Kết quả nghiên cứu đặc trưng của ZnO hình thành trên bề mặt bentonite
thông qua phổ UV-Vis.....................................................................................52
3.2.3. Kết quả nghiên cứu phổ FT-IR đặc trưng của mẫu nanocomposit
ZnO/Bent.........................................................................................................53

3.2.4. Xác định hình thái và kích thước của ZnO cố định trên bentonite.........54


3.1.5. Xác định hiệu suất cố định ZnO trên bentonite......................................54
3.3. Đánh giá khả năng kháng nấm của vật liệu...................................................55
3.3.1. Khảo sát nồng độ tối ưu.........................................................................55
3.3.2. Kết quả so sánh vật liệu nano ZnO/Bentnite..........................................59
KẾT LUẬN.............................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................63


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu.....................11
Bảng 2.1. Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu nano..........................13
Bảng 3.1. Kết quả theo dõi khả năng ức chế nấm Phytophthora sp. của vật liệu
ZnO/Bentonit trong phòng thí nghiệm.....................................................................53
Bảng 3.2. Kết quả so sánh khả năng ức chế nấm Phytophthora sp. của vật liệu nano
ZnO/Bentonit với nano ZnO, Bentonite trong phòng thí nghiệm............................56


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình dạng của nấm Phytophthora..............................................................5
Hình 1.2. Nấm Phytophthora trên cây cam: cây bị thối rễ, chảy mủ, quả bị thối và
ảnh hưởng đến chất lượng.........................................................................................7
Hình 1.3. Cây sầu riêng bị mắc bệnh do nấm Phytophthora......................................8
Hình 1.4. Hình ảnh thể hiện “lĩnh vực” nano (màu đỏ) so với một số đối tượng vật
lý và sinh học theo thang kích thước.......................................................................10
Hình 1.2. Ảnh hưởng của số lượng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng...............12
Hình 1.6. Phương pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano: a) vật lý; b) hóa học...........14
Hình 1.7. Mô hình cấu trúc lục giác của ZnO wurtzite và cấu trúc lập phương ZnO

Blende.....................................................................................................................18
Hình 1.8. Khuẩn ty của nấm B.cinerea chụp SEM: (A) và (B) – khuẩn ty của nấm
đối chứng, (C) và (D) – khuẩn ty của nấm xử lý bằng nano kẽm 12 mmol/l...........22
Hình 1.9. Bào tử nấm P.expansum: (A) và (B) đối chứng, (C) và (D) – nấm xử lý
bằng nano kẽm 12 mmol/l.......................................................................................22
Hình 2.1. Ảnh phản xạ tia X....................................................................................31
Hình 3.1. Giàn đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu ZnO với tỷ lệ tiền chất khác nhau...38
Hình 3.2. Ảnh SEM của các mẫu ZnO thay đổi tỷ lệ chất phản ứng.......................39
Hình 3.3. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) mẫu ZnO-0,75............................40
Hình 3.4. Giản đồ XRD các mẫu ZnO với các nồng độ Zn(CH3COO)2 thay đổi.....41
Hình 3.5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu ZnO..................................43
Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu ZnO-0,05M........................................43
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu ZnO nung ở các nhiệt độ khác nhau.............44
Hình 0.8Hình 3.8. Ảnh SEM của các mẫu ZnO có thời gian nung khác nhau.........46
Hình 3.9. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) mẫu nano ZnO-3h.......................47
Hình 3.10. Giản đồ XRD các mẫu ZnO được nung ở các nhiệt độ khác nhau.........48
Hình 3.11. Ảnh SEM của các mẫu ZnO nung tại các nhiệt độ khác nhau................49
Hình 3.12. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua mẫu nano ZnO-500...............................50
Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu Bent-ZnO...........................51
Hình 3.14. Phổ UV-Vis của vật liệu ZnO cố định trên bentonite.............................52


Hình 3.15. Quang phổ hồng ngoại của Bent-ZnO và bentonite...............................53
Hình 3.16: Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu vật liệu.............................................54
Hình 3.17. Phổ tán xạ năng lượng của vật liệu Bent-ZnO.......................................55
Hình 3.19. Thí nghiệm ức chế nấm Phytophthora in vitro.......................................61


MỞ ĐẦU
Nano oxit kẽm (ZnO) là một trong những vật liệu nano có nhiều ứng dụng

nên được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Các hạt nano ZnO có vai trò quan
trọng trong nông nghiệp, trong đó dung dịch keo chứa các hạt nano ZnO được sử
dụng làm phân bón sinh học được áp dụng để kích sinh trưởng và tăng năng suất
cây trồng. Các hạt nano ZnO có các đặc tính độc đáo trong khử trùng và tính ổn
định theo thời gian so với các chất khử trùng hữu cơ, nhờ vậy đã thúc đẩy việc
nghiên cứu sử dụng nó như chất kháng khuẩn, kháng nấm.
Mặc dù, lượng nhỏ kẽm là điều cần thiết cho quá trình trao đổi chất khác
nhau trong hầu hết các cơ thể sống, trong khi với hàm lượng cao hơn, nó có thể gây
độc. Có ba cơ chế chính cho các hoạt động kháng khuẩn của các ion kẽm. Một là,
các ion kim loại liên kết với protein và phá hủy protein. Thứ hai, các ion kim loại có
thể tương tác với màng vi khuẩn, gây ra những thay đổi về cấu trúc và khả năng
thẩm thấu. Thứ ba, các ion kim loại tương tác với acid nucleic của vi khuẩn và ngăn
chặn sự sao chép của vi sinh vật. Kẽm oxit cũng đã được chứng minh rằng việc sử
dụng các hạt nano riêng rẽ là bất lợi, bởi vì kích thước của chúng có thể ảnh hưởng
đến sức khỏe con người và môi trường. Để khắc phục vấn đề này, các quá trình pha
tạp đã được giới thiệu bằng cách kết hợp các hạt nano với các vật liệu thân thiện với
môi trường khác như vật liệu trơ và ổn định để mở rộng phạm vi ứng dụng của các
hạt nano. Hơn nữa, việc tạo ra vật liệu hỗn hợp hạt nano kẽm với các hạt nano khác
hoặc với các chất nền hay chất độn khác sẽ đem lại các đặc tính mới và tăng cường
tính chất của vật liệu mà chúng không thể đạt được khi ở dạng riêng lẻ. Vì vậy trong
khuôn khổ luận văn “Nghiên cứu nanocomposite ZnO/Bentonite ứng dụng diệt
nấm Phytophthora” sẽ tiến hành cố định nano kẽm lên trên vật liệu thân thiện môi
trường và có giá thành thấp là bentonite, tiến hành nghiên cứu các đặc trưng của các
vật liệu hỗn hợp này để chứng minh sự tồn tại của nano kẽm trên bentonite và khả
năng diệt nấm của vật liệu này.

1


CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

1.1.

Ảnh hưởng của nấm bệnh và việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật đến
môi trường.

1.1.1. Ảnh hưởng của nấm bệnh đến môi trường và con người
Thiệt hại do các nấm bệnh có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong quá trình sinh
trưởng và phát triển của cây trồng. Bên cạnh những thiệt hại trực tiếp đến kinh tế,
nhiều bệnh còn có nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng. Một số
chi nấm như Penicilium, Alternaria, Phytophthora và Fusarium được biết có thể
sản xuất độc tố trong những điều kiện nhất định. Và rủi ro lớn nhất của ô nhiễm độc
tố xảy ra khi sản phẩm bị bệnh được sử dụng trong sản xuất chế biến thực phẩm
hoặc thức ăn gia súc. Nấm gây bệnh cho cây trồng rất phong phú về chủng loại và
gây bệnh ở những phần khác nhau của cây như rễ, thân, lá, quả... Nấm có thể sinh
trưởng ở dải nhiệt độ 5-35oC, thích hợp nhất là 25-28oC và pH axit nhẹ (6,0 - 6,5).
Nấm gây bệnh có thể tồn tại trong đất trong thời gian rất dài, kể cả trong điều kiện
không có cây ký chủ. Chúng tồn tại trong đất và trên tàn dư của cây trồng, ở dạng
các sợi nấm, hạch nấm, bào tử trứng và những bào tử có vách dày. Một số bệnh
thường gặp ở trên cây ăn quả và cây công nghiệp lấy quả là: bệnh thán thư do nấm
Colletotrichum sp, bệnh nấm hồng do Corticium salmonicolor gây ra, bệnh phấn
trắng do nấm Uncinula necator hại nho và bệnh sương mai (mốc sương) do nấm
Phytophthora infestans gây ra[1]. Những bào tử của các loại nấm bệnh này còn gây
bệnh trên quả sau khi thu hoạch và rất khó xử lý vì quả đã bị nhiễm bệnh trước khi
thu hoạch.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới thuận lợi, trái cây Việt Nam rất phong phú,
đa dạng về số lượng và chủng loại (cam, xoài, sầu riêng, măng cụt, nhãn, thanh
long...). Nhiều loại quả có giá trị kinh tế cao, rất được ưa chuộng trong và ngoài
nước. Nhu cầu thị trường ngoài nước về trái cây khá lớn nhưng các nước nhập khẩu

2

trái cây yêu cầu phải cung cấp sản phẩm có chất lượng ổn định trong khi Việt Nam
chưa đáp ứng được các yêu cầu này. Một trong những lý do là quá trình xử lý bệnh
trước và sau thu hoạch chưa bảo đảm, vẫn tồn tại dư lượng thuốc bảo vệ thực vật ở
trên mức cho phép, ảnh hưởng đến việc kinh doanh, nhất là xuất khẩu và tác động
xấu cho sức khỏe người tiêu dùng. Ngoài ra, việc sử dụng thường xuyên các thuốc
trừ nấm hóa học có thể gây ô nhiễm môi trường và dẫn đến việc xuất hiện nhiều
chủng kháng thuốc, gây khó khăn cho việc phòng trừ các bệnh này. Vì thế việc phát
triển các chế phẩm thay thế đảm bảo mức độ an toàn cho sức khỏe của người sử
dụng với giá thành thấp là cấp thiết; góp phần làm giảm hao hụt trước và sau thu
hoạch, đảm bảo chất lượng trái cây, làm cơ sở để phát triển ngành nông nghiệp cây
ăn quả một cách bền vững, phục vụ tiêu dùng trong nước và tham gia xuất khẩu.
1.1.2. Ảnh hưởng của dư lượng thuốc bảo vệ thực vật đến môi trường
Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật tràn lan gây ra những hậu quả to lớn đến
môi trường sinh thái và đời sống sức khỏe con người. Ở tất cả các nước, tần suất bị
nhiễm thuốc bảo vệ thực vật lớn nhất là ở những người trực tiếp sử dụng thuốc bảo
vệ thực vật trong canh tác nông nghiệp và tiếp theo là những người dân sống cạnh
các vùng canh tác phun nhiều thuốc bảo vệ thực vật. Nông dân phải thao tác trực
tiếp với đa số các loại thuốc bảo vệ thực vật nên nguy cơ bị nhiễm độc ở họ là cao
nhất. Các nghiên cứu dịch tễ cho thấy ở Mỹ và Châu Âu tỷ lệ ung thư ở người nông
dân cao hơn nhiều so với những người không làm nông nghiệp. Theo ước tính, chỉ
0,1% lượng thuốc bảo vệ thực vật đã phun là có hiệu quả trực tiếp đối với sâu bệnh
và cỏ dại cần tiêu diệt, phần còn lại rất lớn (99,9%) sẽ tác động vào môi trường.
Hơn nữa, thuốc bảo vệ thực vật còn ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ của con người
và gây thiệt hại đáng kể cho môi trường sinh thái. Theo báo cáo của Liên hợp quốc,
hàng năm trên thế giới có khoảng 3 triệu vụ ngộ độc do thuốc bảo vệ thực vật, trong
đó có khoảng 220.000 vụ tử vong. Việc sử dụng rộng rãi thuốc bảo vệ thực vật đã
và đang làm chết cá, chim nước, những kẻ thù tự nhiên của sâu bọ có hại, những
côn trùng thụ phấn cho cây trồng, làm cho hiện tượng kháng thuốc của sâu bệnh

ngày càng gia tăng và gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường sinh thái.

3


Ngoài mặt tích cực của thuốc bảo vệ thực vật là tiêu diệt các sinh vật gây hại cho
cây trồng, bảo vệ mùa màng thuốc bảo vệ thực vật còn gây nhiều hậu quả nghiêm
trọng như gây hại đến các quần thể sinh vật trên đồng ruộng, tiêu diệt sâu bọ có ích,
tiêu diệt tôm cá, phá vỡ cân bằng sinh thái. Dư lượng của hóa chất bảo vệ thực vật
có thể tồn tại trong nông sản, có thể tồn tại trong nước mặt, ngấm vào đất, di chuyển
vào mạch nước ngầm, phát tán theo gió gây ô nhiễm môi trường.
Thuốc trừ sâu trong đất, dưới tác dụng của mưa và rửa trôi sẽ tích lũy và lắng
đọng trong lớp bùn đáy ở sông, ao, hồ,…sẽ làm ô nhiễm nguồn nước. Thuốc trừ sâu
có thể phát hiện trong các giếng, ao, hồ, sông, suối cách nơi sử dụng thuốc trừ sâu
vài km. Mặc dù độ hoà tan của hoá chất bảo vệ thực vật tương đối thấp, song chúng
cũng bị rửa trôi vào nước tưới tiêu, gây ô nhiễm nước bề mặt, nước ngầm và nước
vùng cửa sông ven biển nơi nước tưới tiêu đổ vào.
Đất canh tác là nơi tập trung nhiều dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật. Hóa
chất bảo vệ thực vật đi vào trong đất do các nguồn: phun xử lý đất, các hạt thuốc
bảo vệ thực vật rơi vào đất, theo mưa lũ, theo xác sinh vật vào đất. Theo kết quả
nghiên cứu thì phun thuốc cho cây trồng có tới 50% số thuốc rơi xuống đất, ngoài ra
còn có một số thuốc rải trực tiếp vào đất. Khi vào trong đất một phần thuốc trong
đất được cây hấp thụ, phần còn lại thuốc được keo đất giữ lại. Thuốc tồn tại trong
đất dần dần được phân giải qua hoạt động sinh học của đất và qua các tác động của
các yếu tố lý, hóa. Tuy nhiên tốc độ phân giải chậm nếu thuốc tồn tại trong môi
trường đất với lượng lớn, nhất là trong đất có hoạt tính sinh học kém. Những khu
vực chôn lấp hóa chất bảo vệ thực vật thì tốc độ phân giải còn chậm hơn nhiều.
Khi phun thuốc bảo vệ thực vật, không khí bị ô nhiễm dưới dạng bụi, hơi.
Dưới tác động của ánh sáng, nhiệt, gió… và tính chất hóa học, thuốc bảo vệ thực
vật có thể lan truyền trong không khí. Lượng tồn trong không khí sẽ khuếch tán, có

thể di chuyển xa và lắng đọng vào nguồn nước mặt ở nơi khác gây ô nhiễm môi
trường.

4


Ngoài tác dụng diệt dịch bệnh, các loại cỏ và sâu bệnh phá hoại mùa màng,
dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật cũng đã gây nên các vụ ngộ độc cấp tính và mãn
tính cho người tiếp xúc và sử dụng chúng, và cũng là nguyên nhân sâu xa dấn đến
những căn bệnh hiểm nghèo. Vì vậy các loại hóa chất diệt nấm bệnh độc hại dần bị
hạn chế, cấm sử dụng và cần phải có thời gian cách li dài với con người và động
vật.
Dựa trên những tác hại trên khi sử dụng tràn lan các loại thuốc bảo vệ thực
vật để diệt nấm sâu bệnh các nhà khoa học trên thế giới đã hướng nghiên cứu tới
các loại chất, vật liệu thân môi trường để khắc phục tình trạng trên.
1.2.

Đặc điểm gây bệnh của nấm Phytophthora

1.2.1. Đặc điểm gây bệnh của nấm Phytophthora
Phytophthora (tiếng Hy Lạp, phyton: Thực vật; phthora: phá hoại), được đặt
tên bởi Bary (1876). Sợi nấm không màu, không vách ngăn, đơn bào, kích thước
không đều, túi bào tử có hình trứng và hình quả chanh, trên đầu có nuốm hoặc
không có nuốm, không màu, trong suốt. Bào tử hình cầu hoặc hình thận có hai lông
roi, di chuyển rất nhanh trong nước, nhiệt độ thích hợp để nấm sinh trưởng và phát
triển từ 25 – 300C, pH = 6 - 7. Do có bào tử động có khả năng di chuyển, bệnh do
nấm Phytophthora gây ra lây lan rất nhanh và dễ bùng phát thành dịch bệnh.

5

Hình 0.1Hình

1.1. Hình dạng của nấm Phytophthora

Các loài Phytophthora tấn công trên phạm vi thực vật rộng lớn và là tác nhân
gây một số dịch bệnh nghiêm trọng trên thế giới – điển hình như bệnh mốc sương
mai (hay tàn lụi muộn) trên khoai tây đã gây ra nạn đói ở Châu Âu những năm
1840, nguyên nhân do nấm P. infestans. Bệnh Phytophthora đã được nghiên cứu sâu
tại Châu Âu, tuy nhiên bệnh khá phổ biến ở vùng nhiệt đới ẩm và gây nhiều nguy
hiểm làm mất mùa ở nhiều loại cây ăn quả quan trọng ở những vùng này như bệnh
thối rễ, thối cổ rễ, loét thân, tàn lụi lá và thối trái. Nấm P. palmivora đã gây rất
nhiều bệnh trên nhiều loại cây trồng khác nhau: làm đen vỏ ca cao; thân và trái đu
đủ; thối rễ và tàn lụi trên cam quýt; thối chồi trên cọ; sọc đen trên cây cao su; thối rễ
loét thân cây sầu riêng; chết nhanh trên cây tiêu. Trên cây tiêu các loài nấm
Phytophthora gây hại được xác định là nấm Phytophthora capsici gây hại chủ yếu
trong mùa mưa, nhất là vào cuối mùa mưa khi có khí hậu ấm và ẩm. Nấm
Phytophthora sp. có thể tấn công riêng lẻ nhưng đa số có sự kết hợp với các nấm
khác như Fusarium, Pythium và Rhizoctonia.
Có thể nói Phytophthora là một nhóm lớn có mặt khắp mọi nơi trên thế giới
và có hơn 1.000 cây ký chủ, một vài loài của Phytophthora đã trở thành dịch hại.
Trong khi P. cinnamomi được tìm thấy ở vùng nhiệt đới thì P. palmivora, P.

6


paracitica (P. nicotianae) và P. citrophthora là đặc trưng ở vùng nhiệt đới và cận
nhiệt đới; P. infestans, P. syringae và P. fragariae xuất hiện phổ biến ở vùng ôn đới.
Điều kiện phát sinh, phát triển bệnh do nấm Phytophthora: Bệnh héo nhanh
do nấm Phytophthora sp. tấn công trên cây tiêu thường xảy ra trong mùa mưa, khi

có khí hậu nóng và ẩm. Bệnh xảy ra trên những vườn thoát nước kém, đất bị úng
nước hoàn toàn là điều kiện cho nấm phát triển. Nấm Phytophthora sống trong đất
dưới hình thức các sợi nấm (mycelium) hoặc các bào tử có vách dày gọi là noãn bào
tử (oospores), các noãn bào tử tồn tại hàng năm trong đất. Khi đất ẩm, các noãn bào
tử nảy mầm cho ra các sợi nấm (mycelia), các sợi nấm sinh ra các bào tử nang
(sporangia), các bào tử nang chứa các cá thể gây bệnh gọi là động bào tử
(zoospores). Các động bào tử chỉ phóng thích ra ngoài bào tử nang để đi gây bệnh
khi đất bị úng nước hoàn toàn. Khi ra ngoài các động bào tử dùng roi (flagella) bơi
tới các rễ cây để gây bệnh hay bơi theo dòng nước mưa để tới các nơi khác trong
vườn, làm bệnh lây lan rất nhanh. Vườn bị ngập úng nước càng lâu thì áp lực bệnh
càng lớn. Ngoài ra tuyến trùng cũng tạo điều kiện thuận lợi cho nấm phát triển,
tuyến trùng xâm nhập vào rễ tạo vết thương hở cho nấm xâm nhập vào gây bệnh[1].
1.2.2. Thiệt hại do nấm bệnh Phytophthora
Nấm Phytophthora thường gây bệnh trên rễ, thân, lá và quả. Khi đó, nấm
làm cây thối rễ, chảy nhựa chảy mủ dẫn tới thiệt hại kinh tế cho các nhà vườn. Triệu
chứng bệnh do nấm Phytophthora trên một số loại cây trồng tại Việt Nam:
- Trên cây ăn quả có múi: Trên thân cây bệnh thường xuất hiện ở phần sát
gốc, cổ rễ hoặc tại các vết ghép. Nấm xâm nhập vào thân gây ra những vết thối màu
nâu trên vỏ, những vết nứt theo chiều dọc của thân để lộ ra phần gỗ có màu nâu,
chảy nhựa, lúc đầu có màu vàng, sau đó khô lại có màu nâu trong (gôm). Bệnh có
thể phát triển nhanh bao quanh thân làm thân xì mủ hoặc trên rễ chính làm rễ bị
thối. Trên lá làm cho các lá bị vàng, nhất là gân lá, sau đó lá rụng đi, chồi bị xoăn,
cành bị khô và chết. Trên quả làm quả bị thối nâu.

7


Hình 0.2Hình 1.2. Nấm Phytophthora trên cây cam: cây bị thối rễ, chảy mủ, quả bị thối
và ảnh hưởng đến chất lượng

- Trên cây sầu riêng: Trên rễ: Cây sầu riêng trồng trên vùng đất thấp, ẩm độ
cao dễ nhiễm nấm Phytophthora, rễ non bị thối có màu nâu đen, rễ chết dần làm cây
phát triển chậm, sau đó nấm lây lan dần đến phần thân cây phía trên làm chảy nhựa
thân, bộ lá chuyển màu vàng, cây không phát triển và chết dần. Trên thân, cành:
Nấm lây lan dần lên phần thân cây phía trên làm chảy nhựa trên bề mặt vỏ thân, vết
bệnh ướt và nhựa có màu nâu. Vỏ thân và gỗ bên dưới bị chuyển sang màu hồng
nhạt, có bớt tím, viền gợn sóng, bệnh lan dần vào bó mạch. Khi cạo lớp vỏ bị bệnh
ra lấy phần gỗ có màu nâu sẫm dọc theo thân, cành. Cây bị bệnh nặng không phát
triển và chết dần. Trên lá: Vết bệnh đầu tiên là những đốm đen nâu nhỏ trên mặt lá
và lan rất nhanh, bộ lá chuyển màu vàng rồi sau vài ngày lá chuyển thành mầu nâu,
lá bị nhũn rồi khô dần và rụng theo từng cành hay một phía của cây. Trên quả: Vết
bệnh khởi đầu là một vài chấm nhỏ mầu nâu đen thường xuất hiện ở vị trí dọc theo
chiều từ cuống quả trở xuống xung quanh quả, sau đó phát triển thành hình tròn hay
loang lổ và có mầu nâu trên vỏ quả. Khi quả già vết bệnh nứt ra và phần thịt quả
bên trong bị thối, có rất nhiều sợi nấm màu trắng trên vết bệnh và làm quả sầu riêng
rụng trước khi chín[1].

8


Hình 0.3Hình

1.3. Cây sầu riêng bị mắc bệnh do nấm Phytophthora

- Trên hồ tiêu: Dây bị héo, xuống lá rồi chuyển vàng, rụng ào ạt chỉ để lại
dây, cành trơ trọi (tất cả các triệu chứng trên diễn ra trong vòng 7 – 10 ngày) sau đó
cây chết trong vòng vài tuần lễ. Quan sát cây bệnh được nhổ lên thì thấy toàn bộ rễ
bị thối đen nhất là phần cổ rễ, thân sát mặt đất bị thối rã, vỏ bong ra, có mùi hôi nhẹ.
Một khi xuất hiện bệnh sẽ làm chết hàng loạt nọc tiêu do đó việc phòng trị rất khó
khăn, tốn kém và ít mang lại hiệu quả vì khi triệu chứng biểu hiện ra bên ngoài thì

có nghĩa là bộ rễ tiêu đã bị nấm tấn công từ 1 – 2 tháng trước.
1.3. Công nghệ nano và ứng dụng trong môi trường nông nghiệp
Hiện nay, vật liệu mới có cấu trúc nano đã trở thành một trong những vật liệu
được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Loại vật liệu này có đặc tính khác biệt,
thường vượt trội hơn so với các vật liệu thông thường ở hai đặc điểm chính: hiệu
ứng bề mặt (tỷ lệ bề mặt/khối lượng rất cao do đó các nguyên tử của hạt nano liên
kết với nhau một cách yếu ớt nên chúng có phản ứng mạnh hơn) và hiệu ứng lượng
tử (các điện tử thay đổi vị trí trong giới hạn bề mặt của hạt nano và không còn phân
bố theo mức năng lượng một cách rõ ràng, do đó chúng dao động tập thể tạo ra hiệu
ứng cộng hưởng plasmon bề mặt). Những đặc điểm này ảnh hưởng đến đặc tính hóa
lý chung của các vật liệu nano và tạo ra các đặc tính mới chưa từng có ở các vật liệu
khối. Công nghệ mới này đã hình thành cơ sở cho một lĩnh vực nghiên cứu và ứng
dụng liên ngành rộng lớn được phát triển nhanh trên toàn thế giới trong một vài thập
kỷ vừa qua.

9


Trong những năm đầu tiên, việc áp dụng công nghệ nano trong sản xuất nông
nghiệp chủ yếu được thực hiện qua các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng
ngay sau đó nó đã bắt đầu và đang tiếp tục có ảnh hưởng đáng kể trong các lĩnh vực
quan trọng như lai tạo các giống cây trồng mới, phát triển vật liệu chức năng mới và
hệ thống phân phối thông minh cho hóa chất nông nghiệp như thuốc diệt cỏ, phân
bón và thuốc trừ sâu, hệ thống thông minh cho chế biến thực phẩm, bao bì và các
lĩnh vực khác như khắc phục hậu quả của dư lượng chất diệt cỏ và thuốc trừ sâu
trong thực vật và đất, trong xử lý nước thải, quản lý tài nguyên thiên nhiên và phát
hiện sớm các mầm bệnh, các chất gây ô nhiễm trong cây trồng và thực phẩm.
Do khả năng ứng dụng kỳ diệu và sâu rộng của công nghệ nano mà hiện nay
trên thế giới đang xảy ra một cuộc chạy đua sôi động về việc nghiên cứu và phát
triển ứng dụng công nghệ nano vào đời sống. Công nghệ nano được xem như là

cuộc cách mạng công nghiệp mới không chỉ ở các nước phát triển mà còn ở cả các
nước đang phát triển.
1.3.1. Một số tính chất của vật liệu nano
Khoa học nano: là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can
thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử.
Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các
quy mô lớn hơn.
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, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m).
Vật liệu nano: là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét.
Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai
lĩnh vực trên với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của
chúng, vào cỡ nanomét, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật
liệu thông thường. Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu. Kích thước vật liệu

10


nano trải một khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào bản chất vật liệu và
tính chất cần nghiên cứu.[ CITATION Fre01 \l 2057 ]

Hình 0.4Hình 1.4. Hình ảnh thể hiện “lĩnh vực” nano (màu đỏ) so với một số đối tượng
vật lý và sinh học theo thang kích thước

1.3.1.1. Hiệu ứng bề mặt
Khi kích thước của vật liệu giảm thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và
tổng số nguyên tử của vật liệu tăng lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất
khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích
thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn

gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nanomet thì
các tính chất liên quan đến các nguyên tử bề mặt thể hiện một cách rõ rệt. Kích
thước hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại.
Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường kính

Số nguyên

Tỉ số nguyên tử

Năng lượng bề

Năng lượng bề

hạt nano (nm)

tử

trên bề mặt (%)

mặt (erg/mol)

mặt trên năng
lượng tổng (%)

10

30.000

20

4,8.1011

7,6

5

4.000

40

8,6.1011

14,3

2

250

80

2,04.1012

14,3

11


1

30

9,23.1012

90

82,2

1.3.1.2. Hiệu ứng kích thước
Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này có nhiều đặc
điểm khác với các vật liệu truyền thống. Mỗi một tính chất của vật liệu đều được
quy định bởi một độ dài đặc trưng hay còn gọi là kích thước tới hạn. Các tính chất
của vật liệu có độ dài đặc trưng đều ở kích thước nanomet mà ngày nay người ta
thường nói là “vật liệu nano”

Tổng số nguyên tử: 10
Diện tích bề mặt nguyên tử:
10
Chiếm: 100%

Tổng số nguyên tử: 92
Diện tích bề mặt nguyên tử:
74
Chiếm: 80%

Tổng số nguyên tử: 792
Diện tích bề mặt nguyên tử:
394
Chiếm: 50%

Hình 0.5Hình 1.2. Ảnh hưởng của số lượng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng

Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần so với độ dài đặc trưng
của vật liệu nano (quảng chạy tự do) với các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích
thước của vật liệu có thể so sánh với độ dài đặc trưng đó thì tính chất của vật liệu bị
thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Không có sự chuyển
tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano. Khi nói
đến vật liệu nano, người ta đã nghiên cứu đến tính chất đi kèm của vật liệu đó. Cùng
một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất này thì khác so với vật liệu
khối nhưng ở tính chất khác thì lại không có gì khác biệt. Tuy nhiên, hiệu ứng bề
mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thước nào. Ví dụ: đối với kim loại, quãng
đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài chục nm. Khi dòng điện chạy qua

12


một dây dẫn kim loại, nếu kích thước của dây rất lớn so với quãng đường tự do
trung bình của điện tử trong kim loại này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây
dẫn. Định luật cho thấy sự tỉ lệ tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây.
Nếu thu nhỏ kích thước của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng đường
tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa dòng và thế
không còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn là e 2/ħ, trong đó e là điện
tích của điện tử, ħ là hằng số Planck. Lúc này hiệu ứng lượng tử xuất hiện. Có rất
nhiều tính chất bị thay đổi giống như độ dẫn, tức là bị lượng tử hóa do kích thước
giảm đi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển - lượng tử trong
các vật liệu nano do việc giam hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại
(giam hãm lượng tử). Bảng 1.2 cho thấy giá trị độ dài đặc trưng của một số tính chất
của vật liệu[ CITATION Fre01 \l 2057 ].
Bảng 0.1.Bảng

Tính chất

1.2. Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu nano

Thông số
Bước sóng của điện tử bề mặt kim loại.

Độ dài đặc trưng (nm)
10-100

Quãng đường tự do trung bình không đàn

1-100

hồi.

1-10

Hiệu ứng đường hầm.
Vách đômen, tương tác trao đổi.

10-100

Từ

Quãng đường tán xạ spin.

1-100

Quang

Giới hạn siêu thuận từ.
Hố lượng tử (bán kính Bohr)

5-100
1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Hấp thụ Plasmon bề mặt
Tương tác bất định xứ

10-500
1-1000

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Điện

Cơ

13


Xúc tác
Siêu phân tử

Miễn dịch

Độ nhăn bề mặt
Hình học topo bề mặt
Độ dài Kuhn

1-10
1-10
1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp
Nhận biết phân tử

10-1000
1-10

1.3.2. Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại
Có hai phương pháp cơ bản để chế tạo vật liệu nano là phương pháp vật lý
(từ trên xuống) và phương pháp hóa học (từ dưới lên). Phương pháp vật lý bao gồm
sự phân rã dần dần các vật liệu lớn để tạo ra được đơn vị kích thước nano bằng các
phương pháp khác nhau như phương pháp nghiền, biến dạng… Phương pháp hóa
học bao gồm việc lắp ghép các nguyên tử, phân tử để hình thành các cấu trúc nano.

Hình 0.6Hình 1.6. Phương pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano: a) vật lý; b) hóa học

Về mặt lý thuyết, cả hai phương pháp sử dụng đều có thể chế tạo được vật
liệu có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, phương pháp vật lý không thể chế tạo được các
hạt nano có hình dạng giống hệt nhau và phân bố của chúng là không đồng nhất.
Thông thường, các vật liệu được chế tạo bằng phương pháp này có chứa các hạt lớn
dẫn đến hoạt tính của chúng giảm. Một nhược điểm khác của phương pháp vật lý đó

14


là khả năng lặp lại có thể thấp. Bằng phương pháp hóa học, quá trình chế tạo có thể
được kiểm soát với độ chính xác lớn hơn nhiều, và có thể điều chỉnh được kích
thước hạt và hình thái học [ CITATION ADP14 \l 2057 ].
1.3.3. Ứng dụng của công nghệ nano trong môi trường nông nghiệp
Công nghệ nano ứng dụng trong nông nghiệp có tác dụng tăng cường hiệu
quả sử dụng đối với các yếu tố đầu vào như giống, phân bón, thuốc diệt cỏ, thuốc
trừ sâu. Công nghệ nano gắn liền với cuộc cách mạng hóa nông nghiệp. Công nghệ
nano có thể mang đến lợi ích đột phá trong trồng trọt, chăn nuôi, quản lý chất thải

nông nghiệp, đất đai và loại bỏ ô nhiễm nguồn nước. Trong hầu hết các nước APO
(Asia Productivity Organization – Tổ Chức Năng Suất Châu Á), việc ứng dụng
công nghệ nano trong nông nghiệp là một hướng đi mới rất được quan tâm hiện nay.
* Trên thế giới
Những thập kỷ gần đây, ngành trồng trọt trên thế giới ngày càng có xu hướng
thay thế phân vi lượng dạng muối vô cơ hoặc phức chelate bằng các chế phẩm thế
hệ mới trên cơ sở các hạt kim loại có kích thước nano. Nguyên nhân là việc sử dụng
trực tiếp muối kim loại hoặc phức chelate của chúng bị hạn chế bởi liều lượng tối đa
cho phép và nguy cơ gây ô nhiễm đất trồng do lượng kim loại tồn dư cao.
Lu và cộng sự nghiên cứu tác dụng của hỗn hợp các hạt SiO 2 và TiO2 làm
tăng sức nảy mầm của hạt giống cây đậu. Afshar và cs[ CITATION APi12 \l 2057 ]
theo dõi tác dụng của phân bón lá chứa các hạt kim loại có kích thước nano đối với
quá trình phát triển của cây đậu đũa trong điều kiện thời tiết khô hạn; Zhu và
cs[ CITATION HZh08 \l 2057 ] khảo sát quá trình hấp thụ, vận chuyển và tích lũy
các hạt oxit sắt trong cây bí ngô; Sah và cs[ CITATION ABe12 \l 2057 ] khảo sát
ảnh hưởng của các hạt kim loại lên sự nảy mầm của hạt xà lách và quần thể vi sinh
vật trong đất trồng. Trong các nghiên cứu đã nêu trên, có thể nhận thấy nồng độ các
hạt có kích thước nano được sử dụng để kích thích hạt giống nảy mầm hoặc làm
phân bón lá thường còn tương đối cao, do đó có khả năng gây ô nhiễm cho đất trồng
và để lại dư lượng sau những vụ thu hoạch liên tiếp.

15


Nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của các hạt vi lượng lên chất lượng đất
canh tác, các nhà khoa học Nga đã đề xuất phương pháp sử dụng năng lượng bề mặt
của các hạt kim loại siêu mịn (còn gọi là các hạt siêu phân tán – SPT, hay hạt nano)
để kích thích quá trình nảy mầm của hạt giống trước khi gieo.
Xử lý hạt giống trước khi gieo trồng bằng các hạt kim loại kích thước nano
có thể làm tăng hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học (HTSH) trong cây do

chúng tham gia vào thành phần các enzym hoặc hoạt hóa chúng. Đồng thời, mức độ
tiêu hao hạt siêu phân tán cực thấp, không vượt quá 80 mg đối với Fe o và Cuo và
1000 mg đối với Coo cho một ha đất trồng nên không để lại dư lượng trong đất sau
mỗi vụ thu hoạch.
Tại Việt Nam
Trong những năm gần đầy, công nghệ nano phát triển và đi sâu vào đời sống
con người trên mọi lĩnh vực của đời sống như quân sự, y tế, điện tử…. Bên cạnh đó
các nhà khoa học cũng từng bước nghiên cứu ứng dụng các hạt nano kim loại như
Ag, CuO, ZnO ứng dụng trong nông nghiệp nhằm phát triển nông nghiệp nước nhà
theo chiều hướng thân thiện môi trường. Tuy nhiên các nghiên cứu mới chỉ tiến
hành trên các hạt nano riêng rẽ mà chưa có kết quả liên quan đến tổng hợp hợp kim
nano.
Hiện nay để phòng trừ một số loại nấm gây hại cho cây trồng người ta đã sử
dụng nhiều loại thuốc hóa học. Tuy nhiên việc sử dụng chúng với liều lượng cao
trong thời gian dài đã làm mất cân bằng quần thể vi sinh vật có ích trong đất, đồng
thời tạo điều kiện cho nấm bệnh và các loài côn trùng có hại đối với cây trồng
kháng thuốc. Dư lượng thuốc trong sản xuất nông nghiệp và đất đã làm ô nhiễm
nguồn nước ngầm, môi trường và gây tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con
người và vật nuôi. Các hóa chất này thường gây độc đối với các vi sinh vật có lợi
trong đất, chúng có thể đi vào chuỗi thức ăn và tích lũy trong cơ thể con người.
Những năm gần đây xu hướng sử dụng các chế phẩm có độc tính thấp, thân
thiện với môi trường, giá thành rẻ mà có hiệu quả phòng trừ nấm trong trồng trọt và

16