Tổng hợp nano cu2o cu alginate và khảo sát khả năng kháng nấm neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên cây thanh long

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.39 MB, 97 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Duy Thắng

TỔNG HỢP NANO CU2O-CU/ALGINATE VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG KHÁNG NẤM NEOSCYTALIDIUM DIMIDIATUM GÂY
BỆNH ĐỐM NÂU TRÊN CÂY THANH LONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh- 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Duy Thắng

TỔNG HỢP NANO CU2O-CU/ALGINATE VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG KHÁNG NẤM NEOSCYTALIDIUM DIMIDIATUM GÂY
BỆNH ĐỐM NÂU TRÊN CÂY THANH LONG
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hướng dẫn 1 : TS. Bùi Duy Du

Thành phố Hồ Chí Minh - 2021

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng
dẫn khoa học của TS. Bùi Duy Du. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đê
tài là trung thực, chưa được công bố ở các đê tài cùng cấp và các công trình
khoa học tương tự.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2021
Học viên cao học

Nguyễn Duy Thắng

i

Lời cảm ơn

Để hoàn thành luân văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
TS. Bùi Duy Du, thầy đã hướng dẫn tận tình, tạo điêu kiện cho tôi vê cơ
sở vật chất, thiết bị và địa điểm để tôi thực hiện và hoàn thành luận văn.
NCS. Lê Nghiêm Anh Tuấn, thầy đã giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong
quá trình làm thí nghiệm và hoàn thiện nội dung luận văn.
Trung tâm sinh học và vật liệu mới – Viện Khoa học Vật Liệu ứng
dụng, phòng thí nghiệm trọng điểm vê Công nghệ Tế bào Thực vật – Viện

Sinh học nhiệt đới, đã cung cấp cơ sở hạ tầng, trang thiết bị giúp tôi thực hiện
các thí nghiệm.
Học viện Khoa học và Công nghệ – Viên Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã hỗ trợ tạo mọi điêu kiện giúp tôi hoàn thành tốt chương
trình đào tạo Thạc sĩ và hoàn thành luận văn này.
Các bạn học viên lớp cao học Hóa vô cơ và Hóa phân tích khóa 2017A
và 2017B đã động viên giúp đỡ trong suốt hóa trình học tập cũng như thực
hiện luận văn.

ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các công nghệ khác nhau sử dụng cho việc điêu chế hạt nano Cu2O.......14
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ alginate đến kích thước hạt nano Cu2O-Cu........41
Bảng 3.2. Độc tính cấp LD50 qua đường miệng trên chuột của chế phẩm nano
Cu2O Cu/alginate................................................................................................................................ 47
Bảng 3.3. Tỷ lệ nhạy cảm của chuột với chế phẩm nano Cu2O-Cu/alginate..............48
Bảng 3.4. Sự thay đổi khối lượng cơ thể và phản ứng nhạy cảm da.............................. 48
Bảng 3.5. Hiệu lực ức chế nấm Neoscytalidium dimidiatum của chế phẩm nano
Cu2O-Cu/alginate................................................................................................................................ 51
Bảng 3.6. Tỉ lệ bệnh và chỉ số bệnh đốm nâu thanh long thí nghiệm trong điêu kiện
nhà lưới................................................................................................................................................... 53
Bảng 3.7. Hiệu lực phòng trừ bệnh đốm nâu trên cành thanh long ở thí nghiệm điêu
kiện nhà kính........................................................................................................................................ 54

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Đặc trưng cấu trúc của alginate.................................................................................. 5
Hình 1.2. Mơ hình tạo gel của alginate với ion hóa trị 2...................................................... 6
Hình 1.3. Triệu chứng bệnh đốm nâu trên dây, quả thanh long do nấm
Neoscytalidium dimidiatum gây ra................................................................................................. 7
Hình 1.4. Hình ảnh chụp các hạt nano đồng đang tương tác lên tế bào vi khuẩn, phá
vỡ cấu trúc màng ngoài của tế bào vi khuẩn và tiêu diệt chúng.......................................... 9
Hình 1.5. Cơ chế phòng trừ vi sinh vật của CuO và Cu2O (Surapaneni Meghana et
al, 2013).................................................................................................................................................. 10
Hình 1.6. Đợc tính của các chất và hợp chất kim loại nano so với muối kim loại của
nó (Nguồn: Olesja Bondarenko và cs, 2013)........................................................................... 17

Hình 2.1. Quy trình điêu chế vật liệu Cu2O-Cu/alginate.................................................... 21
Hình 2.2. Thiết bị kính hiển vi điện tử truyên qua JEM 1400; JEOL - Nhật Bản.....22
Hình 2.3. Sơ đờ nhiễu xạ của tia X trên tinh thể.................................................................... 23
Hình 2.4. Góc đỉnh phản xạ của tía X phụ tḥc kích thước hạt..................................... 24
Hình 2.5. Nhiễu xạ tia X (D8-ADVANCE, Brucker – Đức)............................................ 24
Hình 2.6. Thiết bị hờng ngoại FT–IR 8400S (Shimadzu - Nhật Bản)...........................25
Hình 2.7. Thiết bị UV- Vis Model V630, Jasco - Nhật Bản.............................................. 27
Hình 2.8. Kính hiển vi điện tử quét phân giải cao với hệ tán xạ năng lượng tia X
(JSM-7610 - JEOL JED 2300 - Nhật Bản................................................................................. 27
2+

Hình 2.9. Sự đổi màu dung dịch xanh của phức [Cu(NH3)4] thành nâu đỏ trong
2+
quá trình khử Cu thành Cu.......................................................................................................... 30
2+

Hình 3.1. Phổ UV-vis của alginate (a) và phức [Cu(NH3)4]
trong
dung dịch alginate (b)....................................................................................................................... 37
Hình 3.2. Ảnh TEM và phân bớ kích thước hạt của nano Cu2O-Cu phụ tḥc vào
nờng đợ Cu

2+
........................................................................................................................................ 38

Hình 3.3. Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của nano Cu2O-Cu phụ tḥc vào
nờng đợ chất khử................................................................................................................................. 40
Hình 3.4. Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của nano Cu2O-Cu phụ tḥc vào
nờng đợ chất ổn định alginate........................................................................................................ 41
Hình 3.5. Phổ FT-IR của alginate và nano Cu2O-Cu/alginate.......................................... 43

v

Hình 3.6. Giản đờ XRD của Alginate và nano Cu2O-Cu/Alginate 40........................... 44
Hình 3.7. Phổ EDX của chế phẩm nano Cu2O-Cu/alginate.............................................. 44
2+

Hình 3.8. Phổ UV-vis của phức alginate-Cu , nano Cu2O-Cu/Alginate..................... 45
Hình 3.9. Sơ đờ mơ phỏng mơ phỏng phản ứng tạo cấu trúc nano nhân-vỏ
46
Hình 3.10. Sự thay đổi kích thước hạt nano Cu2O-Cu và phổ UV-vis của vật liệu
theo thời gian........................................................................................................................................ 47
Hình 3.11. Sự phát triển của nấm Neoscytalidium dimidiatum sau 7 ngày.................51
Hình 3.12. Đờ thị tương quan giữa nồng độ Cu của nano Cu2O-Cu/alginate đến
hiệu lực ức chế nấm Neoscytalidium dimidiatum................................................................... 52
Hình 3.13. Triệu chứng bệnh đớm nâu trên dây thanh long trong thí nghiệm xử ly
Cu2O-Cu/alginate................................................................................................................................ 55

vi

MỤC LỤC
Lời cam đoan....................................................................................................................................i
Lời cảm ơn......................................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ......................................................................................... v
MỤC LỤC....................................................................................................................................vii
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................................3

1.1. Vật liệu nano đồng, nano oxit đồng và hiệu ứng kháng vi sinh vật gây bệnh thực vật............3
1.2. Rong nâu và ứng dụng của axit alginic trong rong nâu làm chất điêu hòa sinh trưởng thực
vật và ổn định dung dịch keo nano..................................................................................................4
1.3. Bệnh đốm nâu trên cây thanh long...........................................................................................6
1.4. Cơ chế kháng vi sinh vật của nano Cu và Cu2O...................................................................... 7
1.5. Tình hình nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano Cu2O-Cu.........................................................11
1.6. Độc tính của nano đồng và oxit đồng.....................................................................................14
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................................................18
2.2. Nội dung nghiên cứu..............................................................................................................18
2.3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 19
2.3.1. Vật liệu................................................................................................................................ 19
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................................19
2.3.2.1. Phương pháp tổng hợp nano Cu2O-Cu/alginate...............................................................19
2.3.2.2. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử truyên qua (TEM)...............................................20
2.3.2.3. Phương pháp đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD).....................................................................22
2.3.2.4. Phương pháp đo phổ hồng ngoại (FT-IR)........................................................................ 24
2.3.2.5. Phương pháp đo phổ tử ngoại – khả kiến (UV-vis)..........................................................24
2.3.2.6. Phương pháp đo phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)......................................................26
2.3.2.7. Phương pháp xác định hàm lượng Cu trong nông sản bằng phương pháp quang phổ hấp
thụ nguyên tử.................................................................................................................................26
2.3.3. Phương pháp thống kê và xử ly số liệu...............................................................................28
2.4. Thực nghiệm...........................................................................................................................28
2.4.1. Nghiên cứu tổng hợp nano Cu2O-Cu/alginate.................................................................... 28
vii

2+

2.4.1.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ ion Cu ban đầu đến kích thước hạt nano Cu2OCu/alginate.................................................................................................................................... 28

2.4.1.2. Thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ chất khử hydrazine đến kích thước hạt nano Cu2OCu/alginate.................................................................................................................................... 29
2.4.1.3. Thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ chất ổn định alginate đến kích thước hạt nano Cu2OCu/alginate.................................................................................................................................... 30
2.4.1.4. Đánh giá độc tính cấp LD50 của nano Cu2O-Cu/alginate.................................................30
2.4.2. Khảo sát in vitro hiệu lực kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên
cây thanh long theo nồng độ của nano Cu2O-Cu/alginate............................................................ 31
2.4.2.1. Khảo nghiệm hiệu lực phòng trừ bệnh đốm nâu trên cây thanh long của chế phẩm nano
Cu2O-Cu/alginate bằng phương pháp khuếch tán đĩa thạch......................................................... 31
2.4.2.2. Khảo nghiệm hiệu lực phòng trừ bệnh đốm nâu trên cây thanh long của chế phẩm nano
Cu2O-Cu/alginate trong nhà kính..................................................................................................32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................36
3.1. Tổng hợp nano Cu2O-Cu/ALGINATE...................................................................................36
3.1.1. Ảnh hưởng nồng độ ion Cu

2+

đến kích thước hạt nano Cu2O-Cu/alginate........................ 36

3.1.2. Ảnh hưởng nồng độ chất khử hydrazine đến kích thước hạt nano Cu2O-Cu/alginate........38
3.1.3. Ảnh hưởng nồng độ alginate đến kích thước hạt nano Cu2O-Cu/alginate..........................39
3.2. Nghiên cứu tính chất đặc trưng của nano Cu2O-Cu/ALGINATE..........................................41
3.2.1. Phổ FT-IR của nano Cu2O-Cu/alginate...............................................................................41
3.2.2. Phổ XRD của nano Cu2O-Cu/alginate................................................................................ 42
3.2.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) của chế phẩm nano Cu2O-Cu/alginate.......................43
3.2.4. Phổ UV-vis của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate................................................................ 44
3.2.5. Nghiên cứu sự thay đổi kích thước hạt của dung dịch keo nano Cu2O-Cu/Alginate..........45
3.2.6. Độc tính của nano Cu2O-Cu/alginate..................................................................................46
3.2.6.1. Độc tính qua đường miệng...............................................................................................46
3.2.6.2. Độc tính qua đường tiếp xúc da....................................................................................... 47
3.3. Hoạt tính kháng nấm neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên cây thanh long của
nano Cu2O-Cu/ALGINATE.......................................................................................................... 49

3.3.1. Thí nghiệm khuếch tán đĩa thạch xác định hiệu lực kháng nấm phụ thuộc nồng độ Cu
trong vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate...........................................................................................49
3.3.2.Thí nghiệm trong điêu kiện nhà lưới....................................................................................52
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................55
4.1. Kết luận.................................................................................................................................. 55
4.2. Kiến nghị................................................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................56
viii

MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước có nên sản xuất nông nghiệp, ngoài cây trồng
chính là lúa nước thì các loại cây ăn trái cũng có vai trò quan trọng đáp ứng
nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu. Chủng loại cây ăn trái tại Việt Nam
rất phong phú như xoài cát, sầu riêng, chôm chôm, nhãn, bưởi da xanh, bưởi
năm roi, vú sữa Lò rèn, mít Thái, vải thiêu Lục Ngạn... trong thời gian vừa
qua đã được xuất khẩu tới các thị trường lớn trên thế giới. Trong các loại cây
ăn trái, cây thanh long trong thời gian vừa qua đã trở thành cây trồng chủ lực
và có giá trị xuất khẩu tại các tỉnh Nam Bộ như tỉnh Bình Thuận, Long An,
Tiên Giang, Trà Vinh… Hiện nay, việc canh tác cây ăn trái tập trung dẫn đến
sự thoái hóa đất, xuất hiện nhiêu loại dịch bệnh khó kiểm soát, các loại nấm
bệnh kháng thuốc, chưa có thuốc đặc trị, đặc biệt là bệnh đốm nâu trên cây
thanh long do nấm Neoscytalidium dimidiatum gây ra.
Hiện nay, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật chủ yếu là thuốc tổng hợp
hữu cơ để kiểm soát bệnh thực vật để lại tồn dư trên nông sản gây rất nhiêu
khó khăn cho việc xuất khẩu vào các thị trường yêu cầu chất lượng cao như:
Mỹ, Úc, các nước châu Âu, Nhật Bản,… Vì vậy, việc nghiên cứu một vật liệu
mới đáp ứng yêu cầu phòng trừ các loại bệnh khó kiểm soát đồng thời không
để lại dư lượng trên nông sản là điêu cần thiết và cấp bách để phát triển nên
nông nghiệp an toàn, bên vững.

Ngày nay, sự phát triển của công nghệ chế tạo các kim loại nano (Au,
Ag, Se, Fe, Cu, …) ứng dụng làm chất kháng nấm, kháng khuẩn đã mở ra một
hướng đi mới cho việc nghiên cứu điêu chế các vật liệu nano ứng dụng làm
chất kháng vi sinh vật gây bệnh trên cây trồng. Trong số đó, hợp chất nano
của kim loại đồng như nano Cu2O, CuO, CuCl đã được một số nhà nghiên
cứu phát triển làm chất phòng trừ vi sinh vật gây hại thực vật do chúng có
hiệu lực cao và chi phí thấp. Vật liệu Cu 2O-Cu ở kích thước nano có hoạt lực
phòng trừ nấm bệnh cao hơn vật liệu khối do diện tích bê mặt lớn nên chỉ cần
sử dụng ở nồng độ nhỏ. Cu2O-Cu ở kích thước nano có tính linh động, hoạt
tính xúc tác mạnh trong các phản ứng hữu cơ như gắn các nhóm chức enzyme
(đăc biệt là nhóm sulfhydryl, rất nhạy cảm với Cu+) làm bất hoạt nấm bệnh.

1

Vật liệu nano Cu2O-Cu dạng dung dịch được nghiên cứu ổn định trong
nhiêu loại polyme khác nhau, ví dụ chitosan, gielatin, gôm arabic,… Trong
các loại polyme, alginate là một loại polyme tự nhiên, dung dịch có tính kiêm
nên rất thuận lợi cho quá trình khử Cu 2+ thành Cu2O-Cu. Ngoài khả năng ổn
định hạt nano Cu2O-Cu, alginate còn là chất điêu hòa sinh trưởng thực vật có
hiệu quả [11].
Vì các ly do trên, luận văn này lựa chọn đê tài: “Tổng hợp nano
Cu2O-Cu/Alginate và khảo sát khả năng kháng nấm Neoscytalidium
dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên cây thanh long”
Mục tiêu của đê tài là xây dựng được quy trình tổng hợp nano Cu 2OCu/alginate có hiệu quả kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm
nâu trên cây thanh long và khảo sát nồng độ vật liệu đạt hiệu quả kháng nấm
đạt trên 90%. Kết quả của đê tài làm cơ sở cho việc ứng dụng vật liệu làm
thuốc kiểm soát nấm bệnh thực vật trong sản xuất nông sản an toàn và làm
tiên đê cho các nghiên cứu tiếp theo đối với các đối tượng gây bệnh thực vật
trên các cây trồng khác nhau.

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. VẬT LIỆU NANO ĐỒNG, NANO OXIT ĐỒNG VÀ HIỆU ỨNG
KHÁNG VI SINH VẬT GÂY BỆNH THỰC VẬT.
Đồng là kim loại dẻo, có tính dẫn điện và nhiệt cao, ky hiệu là Cu. Kim
loại đồng được ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực như: xây dựng, vật liệu dẫn
điện, nhiệt, sử dụng trong nhiêu hợp kim khác nhau. Đồng là nguyên tố vi
lượng cần thiết cho các loài động, thực vật bậc cao, nó là thành phần của
enzyme vận chuyển oxy trong cơ thể. Kim loại đồng và các hợp chất của đồng
từ xa xưa đã được ứng dụng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và chất bảo quản
gỗ.
Cu2O là một trong 2 dạng oxit của đồng (cùng với CuO), có màu đỏ,
không tan trong nước, tan chậm trong dung dịch kiêm đặc và tan tốt trong
dung dịch axit. Phân tử khối của Cu 2O là 143,09 g/mol, khối lượng riêng 6,0
g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 12350C và nhiệt độ sôi 18000C. Đồng I oxit
(Cu2O) là một oxit kim loại có mạng tinh thể lập phương tâm mặt, với các
thông số mạng a = 4,27Å, khoảng cách ngắn nhất d Cu-O=1,84Å , dO-O=3,68Å
và dCu-Cu =3,02Å [1].
Phản ứng khử ion Cu2+ bằng chất khử tạo thành đồng kim loại (Cu o) và
oxit đồng I (Cu2O) tùy vào thế oxy hóa khử và lượng chất khử.
Khi vật liệu Cu và Cu2O ở kích thước nanomet, chúng có diện tích bê
mặt lớn nên thể hiện các tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt, kháng khuẩn cao vượt
trội so với trạng thái vật liệu khối, vì vậy, gần đây chúng được quan tâm
nghiên cứu sử dụng trong công nghiệp điện tử, môi trường và vật liệu kháng
khuẩn.
Cu2O có tính chất quang điện tử, nó được biết đến là chất bán dẫn loại p

với độ rộng vùng cấm theo ly thuyết là 2,2 eV [2] sử dụng để chế tạo pin mặt
trời hiệu suất cao (hiệu suất ly thuyết ~ 18%) [3]. Các lĩnh vực ứng dụng tiêm
năng của Cu2O là xúc tác hóa học [4], vật liệu cảm biến sinh học [5] pin
Lithium ion [6, 7], vật liệu xúc tác quang, phát quang, quang điện tử và cảm
biến khí [2, 8-10].

3

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu tổng hợp và sử dụng các hạt
nano đã thu hút được nhiêu sự quan tâm do diện tích bê mặt lớn, làm tăng
cường các tính chất như hiệu năng xúc tác, tính chất từ, tính chất quang học,
tính kháng vi sinh vật và tính dẫn điện vượt trội so với vật liệu khối [11].
Nano đồng, nano oxit đồng (CuO và Cu2O), là một trong những tác
nhân được sử dụng rộng rãi nhất như là chất kháng khuẩn phổ rộng trên nhiêu
loại vi sinh vật đặc biệt là vi sinh vật gây hại cho thực vật [12, 13].
Ngoài khả năng chống lại vi sinh vật gây hại, trong nông nghiệp, các
nano hợp chất đồng (Cu) còn cung cấp nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho
sinh trưởng, phát triển trên nhiêu loại cây trồng, cụ thể Cu tham gia vào quá
trình hình thành diệp lục và có vai trò quan trọng trong các phản ứng sinh hóa
của tế bào thực vật [11]. Đối với cơ thể con người, đồng cũng là dinh dưỡng
thiết yếu, nó có thành phần trong một số enzyme kim loại để hình thành
hemoglobin, trao đổi carbohydrate, collagen, elastin, keratin, tóc, có tác dụng
chống oxy hóa. Sự hấp thụ của đồng xảy ra ở da, ruột non,... tồn tại trong máu
[14].
Ngày nay, vật liệu nano đã được nghiên cứu ứng dụng làm thuốc bảo vệ
thực vật (BVTV) trong nông nghiệp do chúng có liêu lượng sử dụng thấp. Tại
Việt Nam, thuốc BVTV hoạt chất nano Ag cũng đã được cấp phép để phòng
trừ bệnh đạo ôn lúa (Mifum 0.66SL của Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng). Vì
vậy, hợp chất nano đồng và nano oxit đồng rất có tiêm năng sử dụng làm chất

kiểm soát nấm bệnh thực vật vì giá rẻ hơn Ag và còn là dinh dưỡng vi lượng
giúp tăng trưởng cây trồng.
1.2. RONG NÂU VÀ ỨNG DỤNG CỦA AXIT ALGINIC TRONG RONG
NÂU LÀM CHẤT ĐIỀU HÒA SINH TRƯỞNG THỰC VẬT VÀ ỔN
ĐỊNH DUNG DỊCH KEO NANO
Axit alginic là loại polyme sinh học có trong rong biển. Rong biển Việt
Nam rất đa dạng và phong phú đã phát hiện gần 700 loại, trong đó họ rong
biển Mơ là phổ biến nhất, có sản lượng cao nhất. Họ rong biển Mơ
(Sargassaceae) thuôc bộ rong biển đuôi ngựa (Fucales), ngành rong nâu
(Phaeophyceae) tập trung tại khu vực biển miên Trung Nam Bộ từ Bình Định
vào đến Bình Thuận, sản lượng rong biển ước tính khoảng 30.000 – 40.000
tấn, trong đó vùng biển Khánh Hòa chiếm sản lượng trên 11.000 tấn.
4

Rong nâu là loài thực vật có giá trị cao vê mặt dinh dưỡng, dược liệu bao
gồm các axit amin, protein, axit béo không bão hòa, các vitamin, khoáng chất,
polyphenol, các hợp chất chứa Iốt, Laminarin, axit alginic và Fucoidan [15,
16]. Trong đó, Hàm lượng axit alginic trong rong biển dao động từ 29,1 –
40,6% trên trọng lượng chất khô. Ngoài ra rong biển còn chứa các hoạt chất
khác như Laminarin, auxin, Gibberellic axit, cytokinin nên còn được dùng
làm chất kích thích tăng trưởng thực vật an toàn, hiệu quả.
Trong việc điêu chế các dung dịch keo nano kim loại và các vật liệu nano
khác nhau, alginate còn được sử dụng làm chất ổn định, ngăn chặn sự kết tụ
của các hạt thành các hạt lớn hơn.
Alginate là muối của axit alginic, các alginate hòa tan bao gồm muối của
Na+, K+ và NH4+ được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và nhiêu
ngành công nghiệp khác. Axit alginic là một copolymer khối được cấu tạo từ
các gốc β-D-mannuronate và α-L-Guluronate bằng liên kết 1,4 glucoside
(Hình 1.1). Các alginate có cấu trúc khác nhau phụ thuộc vào sự sắp xếp của

các monomer. Alginate có khả năng phân hủy sinh học và hoàn toàn an toàn
trong các thử nghiệm trên người cũng như động vật. Mặt khác, sodium
alginate là polymer tan trong nước tạo dung dịch có độ nhớt cao và có khả
năng tạo gel với các cation của kim loại hóa trị 2 như Ca2+.

Hình 1.1. Đặc trưng cấu trúc của alginate a) Các monome của axit alginic; b)
Cấu trúc chuỗi, cấu dạng ghế; c) Các kiểu phân bố các khối trong mạch
alginate
Alginat có khả năng tạo gel với sự tham gia của những ion hóa trị 2, 3.
Gel được tạo ra do tương tác tĩnh điện qua ion kim loại tạo ra gel này không
thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi. Khả năng tạo gel và độ bên của alginate
5

phụ thuộc vào số lượng các đoạn guluronic (G), được giải thích bằng mô hình
cấu trúc “hộp trứng”. Khả năng tạo gel của các muối alginat còn phụ thuộc
vào kích thước của ion kim loại liên kết. Ái lực của alginat đối với các ion
kim loại hóa trị 2 khác nhau giảm theo trình từ: Pb 2+ > Cu2+ > Cd2+ > Ba2+ >
Sr2+ > Ca2+ > Co2+.

Hình 1.2. Mơ hình tạo gel của alginate với ion hóa trị 2 và trao đổi ion Ca2+
trong alginate với Cu2+
Với tính chất tạo gel của Alginate đối với các ion kim loại hóa trị 2 như
Cu

2+

nêu trên, vì vậy khi hòa tan dung dịch muối Cu

2+

vào dung dịch Alginate sẽ

tạo gel kết tủa. Chính vì vậy khi đưa dung dịch muối Cu
Alginate cần thiết tạo phức Cu

2+

EDTA, NH4 ,… Tác nhân NH3 là tác nhân tạo phức với Cu
trường kiêm nên thuận lợi cho quá trình khử Cu
Cu

vào dung dịch

với các tác nhân tạo phức như EDTA-Na,

+

2+

2+

2+

2+

có giá rẻ, tạo môi

thành Cu2O (quá trình khử

thành Cu2O xảy ra trong môi trường kiêm pH > 10) [17, 18].

1.3. BỆNH ĐỐM NÂU TRÊN CÂY THANH LONG.
Thanh long loại cây ăn trái có giá trị xuất khẩu, được trồng chủ yếu ở
các tỉnh như Bình Thuận (khoảng 30.000 ha), Long An (khoảng 7.000 ha),
Tiên Giang (khoảng 4.000 ha) và rải rác ở một số tỉnh khác. Trong những năm
vừa qua, cây thanh long bị nhiễm nhiêu loại bệnh gây hại như bệnh thán thư,
thối quả, thối cành và đặc biệt là bệnh đốm nâu làm giảm năng suất, chất
lượng quả. Bệnh đốm nâu do nấm Neoscytalidium dimidiatum gây ra, tồn tại
quanh năm, mùa khô gây hại chủ yếu ở các đoạn gốc cành, mùa mưa thì bệnh
phát tán mạnh lan sang các cành non mới ra, hoa và quả thanh long [19, 20].
Khi cây thanh long mới chớm nhiễm bệnh, các đốm bệnh xuất hiện nâu là
xuất hiện trên cành với tỷ lệ bệnh dao động từ 1 - 5%, vào mùa mưa nhiêu
6

vườn thanh long bị nhiễm nặng với vết bệnh lõm sâu vào trong; sau đó vết
bệnh chuyển sang màu vàng cam và nâu nổi lên trên bê mặt với tỷ lệ bệnh dao
động từ 10 - 50% (Hình 1.3). Hiện nay, bệnh đốm nâu trên cây thanh long
chưa có thuốc đặc trị. Biện pháp kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long được
Cục BVTV khuyến cáo là thường xuyên dọn vườn (cắt tỉa, tiêu hủy các nguồn
bệnh, tạo điêu kiện thoát nước tốt), bón phân cân đối, sử dụng luân phiên các
loại thuốc BVTV có chứa hoạt chất Propiconazole, Trifloxystrobin, Iprodione,
Mancozeb khoảng 7-10 ngày/lần. Hiện nay thuốc Mancozed được cho là
thuốc có hiệu quả nhất để phòng trừ bệnh đốm nâu trên thanh long.
Tại Việt Nam và Thế giới đã có một số công trình nghiên cứu hiệu lực
kháng nấm Neoscytalidium dimidiatum và phòng trừ bệnh đốm nâu trên cây
thanh long [21, 22]. Tác giả B. D. Du đã nghiên cứu khả năng kích thích sản
sinh enzyme chitinase trên cây thanh long khi xử ly OC (Mw ~5.000 g.mol -1)
ở nồng độ 150 ppm, OC thể hiện hiệu ứng kháng nấm Neoscytalidium

dimidiatum và hiệu lực phòng trừ bệnh đốm nâu đến 81% so với đối chứng
[21]. Tác giả P. T. N. Uyen, 2018 đã nghiên cứu hiệu lực kháng nấm
Neoscytalidium dimidiatum của vật liệu AgNPs/chitosan đạt hiệu quả khi sử
dụng nồng đợ Ag 10 ppm, CTS 1% [22].

Hình 1.3. Triệu chứng bệnh đốm nâu trên dây, quả thanh long do nấm
Neoscytalidium dimidiatum gây ra
1.4. CƠ CHẾ KHÁNG VI SINH VẬT CỦA NANO Cu VÀ Cu2O
Các hợp chất của đồng được sử dụng là chất kháng vi sinh vật trong
nhiêu thập kỉ vừa qua, nó thể hiện khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ và có thể
7

tiêu diệt tới 99,9% nhiêu loại vi khuẩn. Hợp chất đồng có hoạt lực cao trong
phòng trừ các loại nấm bệnh, vi khuẩn, vi rút, theo thống kê đồng có thể
phòng trừ trên 20 loại vi khuẩn, vi rút, nấm gây bệnh trên cây trồng, động vật
và con người [25]. Các hạt oxit đồng hoạt động như chất kháng khuẩn tiêm
năng chống lại các vi sinh vật truyên bệnh như E.coli, Bacillus subtilis, Vibria
cholera, Pseudomonas aeruginosa, Syphillis typhus và Staphylococcus
aureus…
Nano đồng có khả năng diệt hầu hết các loại nấm bệnh gây hại cây
trồng, nó được xem như một loại thuốc BVTV đặc trị nấm theo cách an toàn
nhất, không độc hại, không gây tồn dư các chất độc hại trên nông sản và trong
tương lai gần nano đồng có thể thay thế các loại thuốc BVTV hóa học độc hại.
Theo nghiên cứu thực nghiệm, nano đồng ở kích thước hạt 3-10 nm có
tính kháng nấm chống lại các nấm gây bệnh trên cây trồng như: nấm
Fusarium oxysporum (nấm gây bệnh vàng lá thối rễ, lở cổ rễ, bệnh héo vàng,
héo rũ, bệnh xì gôm chảy nhựa mủ thân gốc...); nấm Alternaria alternate
(bệnh đốm lá, đốm vòng); nấm Curvularia lunata và Phoma sp.…
Đồng nano tổng hợp từ phương pháp polyol nhờ khử đồng acetate

ngậm nước khi có mặt tween 80 đã thể hiện tính kháng khuẩn chống lại vi
khuẩn Micrococcus luteus, S. aureus, E. coli, Klebsiella pneumonia,
Pseudomonas aeruginosa và trên các chủng nấm như Aspergillus flavus,
Aspergillus niger và Candida albicans.
Cơ chế phòng trừ vi khuẩn, vi nấm gây bệnh trên thực vật của Cu, nano
CuO và nano Cu2O đã được một số một số tác giả nghiên cứu bao gồm: Đồng
làm thay đổi cấu trúc 3 chiêu của protein của vi sinh vật, do đó protein không
còn có thể thực hiện các chức năng bình thường dẫn đến bất hoạt vi khuẩn
hoặc virus [26]. Hợp chất của đồng tạo thành các gốc tự do vô hiệu hóa các
virut [27, 28]. Muối đồng có thể phá vỡ cấu trúc enzyme và các chức năng
bằng cách liên kết các nhóm có chứa lưu huỳnh hoặc carboxylat và các nhóm
amino các protein, nó tạo điêu kiện cho các gốc OH. tác động tới vi sinh vật
gây ra chết tế bào vi khuẩn, vi rút [29, 30]. Hợp chất đồng có thể tương tác
với chất béo, gây ra phản ứng phân hủy lipit phá vở màng tế bào [31]. Cho
đến ngày nay, các hợp chất của đồng vẫn cho hiệu quả cao trong việc phòng
8

trừ nấm bệnh với hoạt tính xúc tác mạnh, giá rẻ, ít độc (thời gian cách ly của
muối đồng khoảng 7 ngày). Các hạt nano đồng giải phóng liên tục các ion
đồng, tác động trực tiếp lên tế bào vi khuẩn theo các cơ chế đặc thù. Hoạt
động giải phóng các ion đồng này được tăng cường hơn khi các hạt nano Cu ở
kích thước nhỏ và diện tích bê mặt lớn cho phép nó tương tác gần với các
màng tế bào vi khuẩn. Hoạt động kháng khuẩn của nano đồng là do khả năng
của nó có thể chuyển hóa giữa dạng Cu[I] và dạng Cu[II]. Sự khác nhau giữa
Cu với các kim loại khác là làm cho gốc hydroxyl liên kết với các phân tử
DNA tạo nên độ mất trật tự của cấu trúc xoắn ốc bởi các liên kết ngang giữa
các axit nucleic, nó làm hỏng chức năng của proteins bằng cách liên kết với
các nhóm carboxyl và amino sulfhydryl của các axit amin làm cho protein tạo
ra không vận chuyển được vật chất qua màng tế bào, phá vỡ lipit màng tế bào.

Tóm lại, những nghiên cứu này cho rằng Cu ảnh hưởng đến proteins và
enzymes trong các vi khuẩn tạo nên tính chất đặc thù kháng khuẩn của chúng.

Hình 1.4. Hình ảnh chụp các hạt nano đồng đang tương tác lên tế bào vi
khuẩn, phá vỡ cấu trúc màng ngoài của tế bào vi khuẩn và tiêu diệt chúng

Như vậy, theo cơ chế mô tả ở hình trên, các hạt nano đồng xâm nhập
qua thành tế bào và tương tác với các cấu trúc nội bào nhờ kích thước hạt nhỏ
và độ hoạt động bê mặt lớn, các hạt nano đồng tác động trực tiếp lên màng tế
bào vi khuẩn và phá vỡ cấu trúc di truyên của tế bào vi khuẩn từ đó làm cho
vi khuẩn mất sức sống.
Theo một số kết quả nghiên cứu, các hợp chất của đồng, các dung dịch
keo nano Cu, nano Cu2O, nano CuO, khi sử dụng phòng trừ nấm bệnh trên
thực vật không xảy ra sự kháng thuốc. Điêu đặc biệt là sau khi sử dụng các
hợp chất của Cu để phòng trừ bệnh, thực vật sẽ tiêu thụ các hoạt chất theo cơ
chế hút dinh dưỡng vi lượng tức là phương pháp giải độc tự nhiên. Vì vậy,
dung dịch keo nano Cu2O là một chất trừ nấm, vi khuẩn gây hại thực vật tiêm
9

năng do khả năng kiểm soát nấm bệnh và tăng trưởng cây trồng [32]. Tác giả
Surapaneni Meghana et al, 2013 đã đưa ra cơ chế khác phòng trừ vi khuẩn
E.Coli được mô tả như sau (hình 1.6): Nano CuO tiếp xúc trực tiếp với màng
tế bào sản sinh ra các loại oxy hoạt hóa (ROS) theo phản ứng Fenton (Cu (II)
+ O2-• → Cu (I) + O2. Cu (II) và Cu (I) tác động qua lại làm sản sinh các
superoxide tác động cắt mạch các phân tử sinh học, Cu (I) liên kết với nhóm
sulfhydryl của enzyme có trong thành tế bào vi khuẩn hình thành hỗn hợp
peptide với Cu2O theo phản ứng: Cu (I) + -SH → Cu –S-S, dẫn đến vi khuẩn
bị chết [33].

Hình 1.5. Cơ chế phòng trừ vi sinh vật của CuO và Cu2O (Surapaneni
Meghana et al, 2013)
Trên thị trường, các sản phẩm thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) gốc đồng
thường ở dạng hỗn hợp các muối vô cơ như CuSO 4 và vôi Ca(OH)2 (hỗn hợp
Bordeaux), CuOCl, CuCl và Cu(CH3COO)2, CuCl2Cu(OH)3. Cho đến nay,
các nghiên cứu đêu xác nhận, muối đồng ít độc với động vật máu nóng, không
ảnh hưởng xấu đến cây trồng, ít tích lũy trong đất. Sản phẩm thuốc BVTV sử
dụng hợp chất của đồng có phổ phòng trừ nấm bệnh rộng, phòng trừ được
nhiêu loại bệnh trên cây trồng như rỉ sắt, nấm hồng (trên cây cà phê), mốc
sương (trên cà chua, khoai tây), thối nhũn (trên cây bắp cải) và bạc lá (trên
lúa), ... Tuy nhiên các sản phẩm thuốc BVTV chứa đồng nêu trên có những
hạn chế như thuốc khó hoà trộn được với nhóm thuốc có tính axít hoặc kiêm,
có nhiêu khả năng tạo gel với các hoạt chất hữu cơ làm mất hoạt tính thuốc,
nồng độ sử dụng tương đối cao (0,1 – 0,2 %).
10

1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu
Ngày nay, ở Việt Nam và cả thế giới vẫn sử dụng các hợp chất của kim
loại đồng làm thuốc BVTV vì chúng có hiệu quả cao trên một số bệnh và
tương đối an toàn. Đến nay, việc sử dụng các hợp chất nano kim loại đồng
trong phòng trừ bệnh cho cây trồng chưa được thương mại hóa vì đây là lĩnh
vực tương đối mới mẻ.
Trong lĩnh vực nghiên cứu, tại Việt Nam đã có một số công bố vê tổng
hợp nano Cu định hướng ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp. Tác giả
Nguyễn Hoài Châu và cs, 2014 đã thử nghiệm sử dụng nano Cu để xử ly hạt
giống ngô nhằm kích thích sinh trưởng, tăng năng suất và tăng khả năng
chống chịu cho cây ngô, kết quả có sự trưởng của cây ngô vượt trội vê chiêu
cao (tăng hơn 10 cm) và tăng năng suất (hơn 33%) so với hạt ngô không qua
xử ly [34]. Các phương pháp khác tổng hợp tinh thể nano Cu từ muối Cu 2+

khử bằng hydrazine ở nhiệt độ thấp và khử đồng oxit bằng hydro để sử dụng
trong nông nghiệp được tác giả Trần Quế Chi và cs công bố năm 2014 [34,
36]. Năm 2014, tác giả Nguyễn Thị Phương Phong và Cao Văn Dư cũng đã
nghiên cứu chế tạo nano Cu bằng phương pháp sử dụng chất khử muối Cu 2+
bằng hydrazine trong glycerin/PVP đồng thời thử nghiệm hiệu ứng kháng
bệnh nấm hồng trên cây cao su đạt hiệu quả cao [37]. Tác giả B. D. Du đã
nghiên cứu tổng hợp được vật liệu nano Cu 2O/zeolite A dạng bột, vật liệu này
có hiệu lực phòng trừ 99,99% vi khuẩn E. Coli tại nồng độ Cu là 15 ppm [38].
Dự án đã triển khai sản xuất dung dịch keo nano CuCl ổn định trong
chitosan của B. D. Du năm 2017 [39, 40] với quy mô công nghiệp 1.000 lít/mẻ,
sản phẩm có hàm lượng Cu lên đến 5.000 ppm, kích thước trung bình hạt CuCl
nhỏ (khoảng 8 nm), phân bố đồng đêu. Hiệu lực phòng trừ các bệnh trên cây
trồng của CuCl nano tương đối cao như bệnh đạo ôn lúa (91%), đốm nâu thanh
long (78%), bệnh chết chậm trên hồ tiêu (68%) [39]. Đối với sản phẩm nano
CuCl/zeolite 4A dạng bột, sản xuất với quy mô 500 kg/mẻ, kích thước hạt nano
CuCl khoảng 50 nm và hiệu lực phòng trừ tuyến trùng rễ trong đất gây bệnh trên
cây cà phê ở nồng độ Cu 20 ppm đạt gần 100% [40]. Sản phẩm nano CuCl đang
được triển khai với quy mô lớn tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng. Tuy nhiên,
-

CuCl nano chứa ion Cl trong dung dịch là một yếu tố gây nên hiện tượng cháy
lá khi thời tiết nắng nóng, sượng trái cho cây có
11

múi cam, bưởi, quyt, sầu riêng, mít,... để khắc nhược điểm này, thay vì việc
chuyển Cu+ trong môi trường Cl- tạo ra naono CuCl thành Cu2O nano trong
môi trường kiêm là biện pháp giải quyết được tác hại của Cl nêu ở trên. Việc
tổng hợp Cu2O ở môi trường kiêm thích hợp sử dụng polymer natri alginate
(bên môi trường kiêm), polymer này cũng là chất điêu hòa sinh trưởng thực

vật như đã trình bày ở phần trên.
Mặc dù, các hợp chất nano chứa Cu có hiệu quả cao trong phòng trừ
nấm bệnh nhưng việc nghiên cứu tổng hợp các loại vật liệu nano này có nồng
độ cao, kích thước nhỏ và bên vững khi bảo quản mới có khả năng ứng dụng
làm thuốc kiểm soát nấm bệnh thực vật và các ngành công nghiệp khác.
Trên thế giới hiện nay, các nhà nghiên cứu đã có nhiêu phương pháp để
tổng hợp các hạt hoặc màng mỏng/cấu trúc nano Cu 2O như: phản ứng oxy
hóa nhiệt đồng (bằng các kỹ thuật chiếu lazer, nhiệt phân, bay hơi) hoặc phản
ứng khử Cu2+ thành Cu2O trong môi trường kiêm (kỹ thuật vi nhũ hóa bằng
chất hoạt động bê mặt, ổn định bằng polymer). Tóm tắt vê phương pháp tổng
hợp, điêu kiện, nhiệt độ, kích thước hạt, các phát hiện chính với các phương
pháp nêu trên được trình bày ở bảng 1.1.
Ưu và nhược điểm của các phương pháp tổng hợp nano Cu được tổng kết
trong bảng 1.1 như sau:

12

Bảng 1.1. Các công nghệ khác nhau sử dụng cho việc điêu chế hạt nano đồng I oxit (Cu2O)
TT

Phương pháp

1

Oxi hóa nhiệt

2

3

N

Ox

tr

Kết tụ hạt trong

K
Cu

polyme (phản

dịch

ứng khử)

chấ

Kỹ thuật bay hơi

Bay

phản ứng hoạt
hóa

s

pla

Đồn
4

Phun nhiệt phân

5

Chiếu lase

Siêu âm hóa học
6

(sono-

du

/eta

Bi

du

Đồ

với

7

chemiscal)

a

Bức xạ vi sóng

Đồ

(công suất 800

du

W tần số 2,45

ben

GHz)

Tổng hợp nano cu2o cu alginate và khảo sát khả năng kháng nấm neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu trên cây thanh long

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về