(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu tích hợp vi khuẩn edophyte với vật liệu nano ứng dụng trong bảo vệ cây trồng

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ NANO TiO 2 , SiO 2

1.1.1 Tổng quan về nano TiO 2

1.1.1.1 Cấu trúc, tính chất của vật liệu nano TiO 2

 Cấu trúc tinh thể của TiO 2

Titan đioxit (TiO2) là một bột màu trắng, có khả năng chuyển sang màu vàng khi được đun nóng và trở lại màu trắng khi làm lạnh Chất này có độ cứng cao, không độc hại và có điểm nóng chảy lên tới 1870 độ C.

Vật liệu TiO2 có nhiều dạng thù hình khác nhau, và đến nay, các nhà khoa học đã công bố nghiên cứu về bảy dạng thù hình của nó.

Tinh thể TiO2 có 4 dạng cấu trúc tự nhiên và 3 dạng tổng hợp Ba dạng thù hình phổ biến nhất của TiO2 là rutil, anatas và brookit Trong số đó, pha rutil được coi là dạng bền, trong khi anatas và brookit là dạng giả bền, chúng sẽ chuyển sang pha rutil khi được nung ở nhiệt độ cao, thường trên 900°C.

Tinh thể TiO2 pha rutil và anatas có cấu trúc tứ giác (tetragonal), được hình thành từ các đa diện phối trí bát diện (octahedra) Trong mỗi bát diện, ion Ti 4+ nằm ở trung tâm, bao quanh bởi 6 ion O 2- ở 2 đỉnh và 4 góc.

Trong ô cơ sở của tinh thể TiO2 anatase, có 4 ion Ti 4+ và 7 ion O 2-, với mỗi bát diện tiếp giáp 8 bát diện lân cận Ngược lại, trong ô cơ sở của tinh thể TiO2 rutile, có 2 ion Ti 4+ và 4 ion O 2-, và các bát diện oxit titan sắp xếp thành chuỗi đối xứng bậc 4, mỗi bát diện tiếp giáp với 10 bát diện lân cận.

Tinh thể TiO2 anatase có nhiều lỗ khuyết oxy hơn so với tinh thể TiO2 rutile, điều này ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý của vật liệu TiO2 ở các dạng thù hình khác nhau Các lỗ khuyết oxy đóng vai trò như tạp chất donor, dẫn đến sự khác biệt trong cấu trúc điện tử và cấu trúc vùng năng lượng của hai dạng tinh thể, từ đó gây ra sự khác biệt về các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu.

Hình 1.1c mô tả mô hình cấu trúc tinh thể của TiO2 brookit, một pha khác của TiO 2 có thể gặp trong quá trình chế tạo.

Hình 1.1 minh họa mô hình cấu trúc tinh thể của TiO2 ở các pha anatas (a), rutil (b), brookit (c) và tinh thể khuyết tật mạng (d) Các pha tinh thể khác nhau của TiO2 thể hiện sự khác biệt về cấu trúc và tính chất Bảng 1.1 trình bày các thông số vật lý của TiO2 ở hai dạng thù hình chính là anatas và rutil, cho thấy TiO2 anatas có độ xếp chặt kém hơn so với TiO2 rutil Do đó, rutil được coi là pha bền của TiO2, trong khi anatas chỉ là pha giả bền TiO2 rutil ổn định ở áp suất và nhiệt độ thường, cũng như ở mọi nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của nó Sự khác biệt trong cấu trúc tinh thể giữa các pha cũng dẫn đến sự biến đổi trong cấu trúc các vùng năng lượng trong tinh thể.

Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của anatas và rutil [3]

Cấu trúc tinh thể Tetragonal Tetragonal

Nhóm không gian I4 1 /amd P4 2 /mnm

Chỉ số khúc xạ của vật liệu nằm trong khoảng từ 2,52 đến 2,71, với độ rộng vùng cấm đạt 3,25 eV Điều này tương ứng với năng lượng ánh sáng có bước sóng λ = 413 nm, thuộc vùng cực tím.

= 388 nm) Độ cứng (thang mox) 5,5 – 6,0 6,0 – 7,0

Nhiệt độ nóng chảy ( o C) Nhiệt độ cao chuyển 1830 – 1850 o C thành rutil

 Sự chuyển pha của tinh thể TiO2

Trong quá trình điều chế TiO2, sản phẩm thường có dạng vô định hình, anatas hoặc rutil Cấu trúc vật liệu chuyển từ dạng vô định hình sang pha anatas khi nhiệt độ đạt khoảng 300 ÷ 450 °C, và có thể chuyển từ pha anatas sang pha rutil ở nhiệt độ gần 500 °C, tùy thuộc vào các yếu tố như tạp chất, áp suất, môi trường và công nghệ chế tạo.

Nghiên cứu cho thấy quá trình chuyển cấu trúc từ pha anatas sang rutil phụ thuộc vào kích thước hạt, với kích thước hạt nhỏ hơn thì năng lượng hoạt hóa cần thiết cho sự chuyển pha giảm, làm cho quá trình này dễ dàng hơn Bên cạnh đó, sự hiện diện của pha brookit cũng ảnh hưởng đến tốc độ chuyển pha; tỷ lệ pha brookit trong tinh thể TiO2 anatas càng cao thì sự chuyển pha sang rutil càng nhanh chóng do pha brookit có khả năng chuyển đổi dễ dàng hơn.

Pha rutil là dạng phổ biến nhất của TiO2, trong khi pha anatas hiếm gặp trong tự nhiên TiO2 thường không tồn tại riêng biệt mà có nhiều pha khác nhau như rutil, anatas, brookit, quarzt và feldspars Trong các dạng thù hình của TiO2, pha anatas nổi bật với tính hoạt động cao dưới ánh sáng mặt trời nhờ sự khác biệt về cấu trúc vùng năng lượng của nó.

 Giản đồ năng lƣợng của tinh thể TiO2

Các hiện tượng vật lý và hóa học liên quan chặt chẽ đến sự dịch chuyển điện tử trong các dải năng lượng của vật liệu TiO2 anatase có vùng cấm rộng 3,25 eV, tương ứng với bước sóng ánh sáng 388 nm, trong khi TiO2 rutile có độ rộng vùng cấm là 3,05 eV, tương ứng với bước sóng 413 nm.

Giản đồ năng lƣợng của TiO2 anatas và rutil đƣợc thể hiện trong Hình1.2.

Hình 1.2 Giản đồ năng lƣợng của TiO 2 pha anatas và rutil [1] [8]

Giản đồ cho thấy vùng cấm của TiO2 anatas và rutil tương đối rộng và tương đương, cho thấy cả hai đều có khả năng oxy hóa mạnh Tuy nhiên, dải dẫn của TiO2 anatas cao hơn khoảng 0,3 eV, cho phép khử O2 thành O2-, trong khi dải dẫn của TiO2 rutil thấp hơn, chỉ có thể khử nước thành khí hiđro Do đó, TiO2 pha anatas có tính hoạt động mạnh hơn.

Với những lý do trên, TiO 2 pha anatas được quan tâm chế tạo, nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn các pha khác

1.1.1.2 Tính chất xúc tác quang của TiO 2

TiO 2 anatas là bán dẫn loại n có độ linh động hạt tải lớn, vùng cấm rộng Nó có hệ số truyền qua cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng hồng ngoại Chiết suất và hằng số điện môi của TiO2 anatas cũng lớn.

TiO2, với cấu trúc điện tử có vùng hoá trị đầy và vùng dẫn trống, hoạt động như chất tăng nhạy cho các quá trình oxy hoá khử dưới ánh sáng, thể hiện tính chất quang xúc tác Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh thể nano TiO2 anatas với kích thước hạt cỡ 5 nm có hiệu quả cao trong ứng dụng này.

1- Các chất tham gia phản ứng đƣợc khuếch tán ở pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác.

2- Các chất tham gia phản ứng bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác.

TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Bacillus subtilis

1.2.1 Giới thiệu chung về nhóm vi khuẩn PGPR

Vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trưởng thực vật (PGPR) là các vi khuẩn sống tự do trong đất, xung quanh hoặc trên bề mặt rễ cây, có khả năng cộng sinh bên trong rễ Chúng tham gia vào việc thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của thực vật thông qua việc sản xuất và tiết ra các chất hóa học quanh vùng rễ Do đó, nghiên cứu và ứng dụng các chủng vi sinh vật nội sinh để bảo vệ cây trồng là vấn đề quan trọng, thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới.

Các PGPR nổi bật gồm thành viên của các chi Arthrobacter, Azoarcus,

Azospirillum, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter, Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Klebsiella, Paenibacillus, Pseudomonas, Serratia,…

1.2.2 Vai trò PGPR trong kích thích sinh trưởng thực vật

Nghiên cứu về vi khuẩn PGPR đã chỉ ra rằng nhóm vi khuẩn này có khả năng tăng cường sức chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt Chaiharn và Lumyong đã phân lập 216 chủng vi khuẩn hòa tan phosphate từ đất trồng lúa ở Bắc Thái Lan Các chủng này được sàng lọc invitro để đánh giá khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật, với kết quả cho thấy 100% có khả năng hòa tan phosphate vô cơ, 77,77% sản xuất amoniac (NH3), và hầu hết đều dương tính với catalase Một số chủng cũng sản sinh các enzyme như protease, chitinase, cellulase và β-glucanase Các chủng này có thể thể hiện nhiều đặc tính thúc đẩy tăng trưởng thực vật, góp phần vào sự phát triển thực vật cả trực tiếp lẫn gián tiếp Đặc biệt, chủng Acinetobacter CR 1.8 có khả năng phát triển ở nồng độ muối lên đến 25%.

Gần đây, nghiên cứu hoạt động của hỗn hợp vi khuẩn nội sinh

Vi khuẩn Pseudomonas pseudoalcaligenes và Bacillus pumilus có khả năng hỗ trợ Oryza sativa L chống lại tác động tiêu cực của độ mặn, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp.

Một nghiên cứu khác cũng cho thấy vai trò tương tự của PGPR. Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của khả năng chịu mặn của vi khuẩn

Bacillus amyloliquefaciens NBRISN13 (SN13) đã được nghiên cứu trên cây lúa trong điều kiện thủy canh và đất nhiễm mặn Vi khuẩn SN13 không chỉ tăng cường khả năng sinh trưởng của cây lúa mà còn nâng cao khả năng chịu mặn của chúng, đặc biệt là trong môi trường có nồng độ NaCl lên đến 200 mM.

(1) Biofertilizer (cố định đạm, sản sinh siderophore và hòa tan P trong đất);

Kiểm soát sinh học là phương pháp hiệu quả trong việc đối phó với các tác nhân gây bệnh cây trồng, thông qua việc ức chế sự phát triển của chúng Các sinh vật đối kháng có khả năng sản sinh enzyme lytic, giúp tiêu diệt mầm bệnh, đồng thời kích thích cơ chế phòng ngừa tự nhiên trên cây trồng Sử dụng biện pháp này không chỉ bảo vệ cây trồng mà còn góp phần vào sự bền vững của nông nghiệp.

Sử dụng phân bón vi sinh đa chức năng chứa vi khuẩn Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) giúp tăng cường dinh dưỡng và chức năng tự nhiên của đất trồng Việc này không chỉ tiết kiệm phân bón vô cơ mà còn nâng cao sức đề kháng tự nhiên cho cây trồng, từ đó giảm thiểu lượng thuốc bảo vệ thực vật cần sử dụng.

Vi khuẩn nội ký sinh thực vật (Endophytic bacteria) hiện diện trong hầu hết các loài thực vật, cư trú trong nội mô của thực vật ký chủ và hình thành nhiều mối quan hệ như cộng sinh tương hỗ, công sinh dinh dưỡng và hội sinh Khi kết hợp với chức năng PGPR, endophytic bacteria thúc đẩy sự tăng trưởng và năng suất của thực vật, đồng thời đóng vai trò là tác nhân điều hòa sinh học Các vi khuẩn PGPR nội ký sinh sản xuất nhiều sản phẩm tự nhiên có lợi cho thực vật ký chủ, có thể được ứng dụng trong y học, nông nghiệp và công nghiệp Ngoài ra, chúng còn có tiềm năng loại bỏ chất gây ô nhiễm trong đất, tăng cường khả năng khử độc và sản xuất sinh khối cũng như nhiên liệu sinh học.

Hình 1.7 Hạt nano Titanium-Bis-Ammonium-Lactato-

(A); hạt nano CaptiGel trong dung môi hữu cơ

(B); hạt nano CaptiGel trong nước

(C); sự hình thành bề mặt phức của hạt nano Ti với các phospholipids

Phương trình phản ứng trên bề mặt hạt nano Ti với các phospholipids dẫn đến sự hình thành các tập hợp vi khuẩn Bacillus spp do sự kích ứng của hạt nano Ti.

Bộ: Eubacteriales Họ: Bacillaceae Giống: Bacillus Loài: Bacillus subtilis

B subtilis là vi khuẩn thường có mặt trong nước, đất, không khí, xác bã thực vật thối rữa và cả trong đường tiêu hóa của người và động vật B. subtilis hiện diện trong đất với một số lƣợng phổ biến là 10 6 – 10 7 CFU/g Vi khuẩn này có khả năng sinh bào tử để có thể chịu đựng các điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và những thay đổi bất lợi của môi trường sống Thông thường có khoảng 60% số lƣợng B subtilis trong đất tồn tại ở trạng thái này [24].

B subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, bắt màu tím Gram dương, kớch thước 0.5 – 0,8 àm x 1,5 – 3 àm, đứng đơn lẻ hay tạo thành chuỗi ngắn.

Vi khuẩn B subtilis có khả năng di động với 8 – 12 chiên mao và hình thành bào tử nhỏ hình bầu dục nằm giữa các tế bào Bào tử này phát triển thông qua quá trình nảy chồi từ vỏ, không kháng acid nhưng lại có khả năng chịu nhiệt, độ ẩm, tia tử ngoại và phóng xạ.

Vi khuẩn B subtilis trên môi trường TSA (Trypcase Soya Agar) tạo thành khuẩn lạc hình tròn với rìa răng cưa không đều, có đường kính từ 3 – 5 mm, màu vàng xám và tâm sẫm màu Sau 1-4 ngày, bề mặt khuẩn lạc trở nên nhăn nheo và có màu hơi ngả nâu Trong môi trường canh TSB (Trypton Soya Broth), B subtilis phát triển làm đục môi trường, tạo ra màng nhăn và lắng cặn kết lại như vẩn mây ở đáy, khó tan khi lắc đều.

Trong đó: + có hoạt tính - không có hoạt tính

1.2.3.5 Các chất kháng sinh do Bacillus subtilis tổng hợp

Subtilin có khả năng chịu nhiệt cao và duy trì hoạt tính ngay cả khi trải qua quá trình hấp autoclave ở pH 2 Chất này ức chế sự phát triển của vi sinh vật bằng cách gắn kết với màng nguyên sinh chất thông qua tương tác giữa các điện tử tự do và các nhóm sulfhydyl Điều này ảnh hưởng đến hệ thống vận chuyển các chất có trọng lượng phân tử nhỏ và hệ thống trao đổi proton.

Sublosin là một loại bacteriocin có khả năng kháng khuẩn hiệu quả đối với Listeria monocytogenes và Bacillus cereus Mặc dù Sublancin không ảnh hưởng đến vi khuẩn gram âm, nhưng nó lại có khả năng đối kháng mạnh mẽ với các vi khuẩn gram dương, bao gồm cả tế bào sinh dưỡng và bào tử Đặc biệt, Sublancin rất bền và có thể được bảo quản ở nhiệt độ thường trong 2 năm mà không mất hoạt tính.

TasA có phổ kháng khuẩn rộng được tổng hợp và tiết vào môi trường

Sau 30 phút từ khi bắt đầu quá trình tạo bào tử, TasA được chuyển vào giữa lớp màng kép của tiền bào tử và định vị trong lớp peptidoglycan của lõi bào tử TasA đóng vai trò quan trọng giúp Bacillus subtilis chiếm ưu thế trong quá trình tạo bào tử và nảy mầm.

Surfactin có khả năng kháng khuẩn và kháng virus mạnh mẽ, đồng thời có tác dụng ức chế các tế bào ung thư, nhưng tác động của nó đối với nấm lại hạn chế Cơ chế hoạt động của surfactin chủ yếu thông qua việc ức chế các kênh ion trên màng lipid kép và làm giảm hoạt tính của một số enzyme nhất định.

Bacilysocin là kháng sinh có bản chất phospholipid có tính kháng khuẩn mạnh với nấm đƣợc phát hiện đầu tiên trên Bacillus subtilis.

1.2.3.6 Tính đối kháng của Bacillus subtilis

Với vi sinh vật gây bệnh

CÂY LÚA VÀ DƯA LƯỚI

1.3.1 Tổng quan về cây lúa

Nguồn gốc của cây lúa vẫn còn nhiều giả thiết, nhưng hầu hết đều đồng ý rằng các loài lúa hoang dại đã xuất hiện từ thời kỳ tiền sử của trái đất, cụ thể là thời Gondwana Theo nghiên cứu của Chang và cộng sự, lúa O.sativa được phát hiện lần đầu tiên ở khu vực dãy Himalaya, Myanmar, Lào, Việt Nam và Trung Quốc Từ những trung tâm này, lúa Indica đã phát tán đến lưu vực sông Hoàng Hà và sông Dương Tử, sau đó lan sang Nhật Bản và Triều Tiên, hình thành nên chủng Japonica Lúa cũng được hình thành tại Indonesia thông qua quá trình chọn lọc từ Indica Tại Việt Nam, các khảo sát gen gần đây cho thấy nhiều loài lúa dại như O.granulata và O.nivara mọc phổ biến ở vùng Tây Bắc, Nam Trung Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên.

O.ridleyi, O.rufipogon Với điều kiện khí hậu nhiệt đới, Việt Nam cũng có thể là cái nôi hình thành cây lúa nước Từ lâu, cây lúa đã trở thành cây lương thực chủ yếu có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế và xã hội của nước ta.

Lúa trồng hiện nay có nguồn gốc từ lúa dại, với Oryza sativa là loại lúa chủ yếu ở Châu Á Tuy nhiên, việc xác định tổ tiên trực tiếp của Oryza sativa vẫn còn nhiều tranh cãi Một số nghiên cứu cho rằng Oryza fatua là loài lúa dại gần gũi nhất và được coi là tổ tiên của lúa trồng hiện nay.

Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) đã tiến hành nghiên cứu và phân loại lúa trồng châu Á (Oryza sativa) thuộc họ hòa thảo với bộ nhiễm sắc thể 2n = 24 Theo Trần Văn Đạt, Kato là người đầu tiên xây dựng các luận cứ khoa học về phân loại dưới loài của lúa dựa trên đặc điểm hình thái Việc phân loại cây lúa được thực hiện dựa trên các tiêu chí khác nhau nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nguồn gen cho mục tiêu chọn tạo giống cây trồng Nhiều tài liệu đã trình bày cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay, trong khi Khush đề cập đến sự tiến hóa của hai loại lúa trồng phổ biến trên thế giới thông qua sơ đồ hình thái.

Cây lúa có chiều cao từ 1,0 - 1,8 m, với lá mỏng, hẹp khoảng 2 - 2,5 cm và dài từ 50 – 100 cm Màu sắc của lá lúa thay đổi tùy theo thời kỳ sinh trưởng, và khi lúa chín, lá chuyển sang màu vàng Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành cụm hoa phân nhánh, cong hoặc rủ xuống, dài từ 35 – 50 cm.

Thời gian sinh trưởng của cây lúa: Tính từ lúc hạt lúa nẩy mầm đến lúc thu hoạch (dao động khoảng 90 - 180 ngày đối với các giống lúa hiện trồng).

 Thời gian sinh trưởng ruộng lúa cấy = Thời gian ruộng mạ + Thời gian ruộng cấy.

 Thời gian sinh trưởng ruộng lúa gieo thẳng = Thời gian lúc thu hoạch - lúc gieo hạt

Nếu tính theo thời kỳ sinh trưởng thì cây lúa có 3 thời kỳ sinh trưởng chính:

Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng của cây lúa bắt đầu từ khi hạt thóc nảy mầm cho đến khi cây lúa bắt đầu phân hoá hoa Giai đoạn này thường được tính từ lúc gieo mạ, cấy lúa cho đến khi cây lúa đạt số nhánh tối đa.

Thời kỳ sinh trưởng sinh thực của cây lúa bắt đầu từ giai đoạn phân hoá hoa cho đến khi lúa trỗ bông và thực hiện quá trình thụ tinh Giai đoạn này bao gồm các bước quan trọng như làm đòng, phân hoá đòng, trỗ bông, nở hoa, tung phấn và thụ tinh.

Thời kỳ chín của bông lúa bắt đầu sau quá trình thụ tinh và kết thúc khi bông lúa chín hoàn toàn Đây là thời điểm quan trọng để tiến hành thu hoạch hạt thóc.

Phân loại theo quan điểm canh tác học

Quá trình thuần hóa và thích nghi với điều kiện sống và điều kiện canh tác khác nhau, cây lúa trồng đƣợc phân thành các nhóm:

Lúa có tưới: Lúa được trồng trên những cánh đồng có công trình thủy lợi, chủ động về nước tưới trong suốt thời gian sinh trưởng, phát triển.

Lúa nước sâu là loại lúa được trồng trên những cánh đồng thấp, nơi không thể thoát nước sau mưa hoặc lũ Tuy nhiên, mực nước không được ngập quá 10 ngày và không cao quá 50 cm.

Lúa nổi là loại lúa được gieo trồng trước mùa mưa, có khả năng phát triển mạnh mẽ khi nước dâng cao Khi mưa lớn, cây lúa đã bắt đầu đẻ nhánh và có thể vươn lên khoảng 10 cm mỗi ngày để vượt qua mặt nước Tại Việt Nam, có sự hiện diện của cả bốn nhóm lúa nổi này.

Lúa cạn là loại lúa được trồng trên đất cao, không có khả năng giữ nước, và hoàn toàn phụ thuộc vào nước mưa trong suốt quá trình sinh trưởng Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Hoan, việc phân loại lúa theo hệ thống phân loại học thực vật của loài Oryza sativa L đã đạt được sự thống nhất.

Theo nhiều tài liệu nghiên cứu, loài Oryza sativa L được chia thành 3 loại phụ, 8 nhóm biến chủng và 284 biến chủng khác nhau Dựa vào cấu trúc tinh bột, lúa được phân biệt thành lúa nếp (glutinosa) và lúa tẻ (utilissima) Tuy nhiên, theo định luật về dãy biến dị tương đồng của Vavilov, cây lúa vẫn đang tiến hóa và nhiều biến chủng mới tiếp tục xuất hiện Do đó, các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu và cập nhật thêm cho hệ thống phân loại này.

Phân loại theo điều kiện sinh thái

Lúa được chia thành hai nhóm chính: Japonica (lúa cánh) và Indica (lúa tiên) Lúa tiên, phân bố ở các vĩ độ thấp như Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam và Indonesia, có đặc điểm cây to, lá nhỏ xanh nhạt, bông xòe, hạt dài, vỏ trấu mỏng và cơm khô, nở nhiều nhưng năng suất thấp do dễ bị lốp đổ và chịu phân kém Ngược lại, lúa cánh, thường được trồng ở vĩ độ cao như Nhật Bản, Triều Tiên, Bắc Trung Quốc và châu Âu, có cây lá to, xanh đậm, bông chụm, hạt ngắn, vỏ trấu dày, cơm dẻo và ít nở, thích nghi tốt với điều kiện thâm canh, mang lại năng suất cao hơn.

Phân loại theo địa lý

Theo Nguyễn Văn Hoan, phân chia lúa trồng thành các nhóm sinh thái địa lý, nhƣ sau [30]:

Nhóm Đông Á: Bao gồm Triền Tiên, Nhật Bản, phía Bắc Trung Quốc. Đặc trƣng của nhóm là chịu lạnh rất tốt và hạt khó rụng.

Nhóm Trung Á: Bao gồm các nước Trung Á Đặc điểm nổi bật của lúa vùng này là hạt to, khối lƣợng 1000 hạt đạt trên 32 gam, chịu lạnh và chịu

Nhóm Nam Á bắt nguồn từ Pakistan, trải dài đến bờ biển phía Nam Trung Quốc và Bắc Việt Nam Đặc điểm nổi bật của nhóm sinh thái địa lý này là khả năng chịu lạnh kém, với hạt có kích thước dài và nhỏ.

Nhóm Philippin: Nhóm lúa điển hình nhiệt đới không chịu lạnh Toàn bộ vùng Đông Nam Á, miền Nam Việt Nam nằm trong nhóm này.

Nhóm châu Âu bao gồm các quốc gia trồng lúa như Nga, Italia và Bungaria Đây là nhóm sinh thái với các giống lúa japonica, có khả năng chịu lạnh, hạt to, cơm dẻo và chịu nóng kém.

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO

2.1.1 Nguyên vật liệu và thiết bị

 Titanium Isopropoxide (TTIP): Ti[OCH(CH3)2]4 97%, Sigma

 Tetraetyl orthosilicat (TEOS): Si(OC2H5)4 98%, Sigma - Aldrich

Các hóa chất dùng trong tổng hợp đều là các sản phẩm thương mại với độ sạch đạt tiêu chuẩn phân tích.

2.1.2.1 Phương pháp tổng hợp nano TiO 2 , SiO 2

Tiền chất đƣợc lựa chọn sử dụng chế tạo nano TiO 2 là Titanium

Isopropoxide (TTIP): Ti[OCH(CH3)2]4.

Ti[OCH(CH 3 ) 2 ] 4 + 4H 2 O → Ti(OH) 4 + 4CH(CH3)2OH Ti(OH)4 → TiO2 + 2H2O

Trong quá trình phản ứng, các chất bọc đƣợc thêm vào để tạo sự ổn định và phân tán của hạt nano TiO 2

Quy trình tổng hợp chung đƣợc mô tả theo sơ đồ:

H 2 O/dung môi TTIP/dung môi

Bước 1: Hòa TTIP vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch tiền chất - dung dịch 1.

Bước 2: Hòa H2O vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 2.

Bước 3: Hòa 100 ml PEG 400 trong 400 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 3 là môi trường phản ứng.

Bước 4: Nhỏ đồng thời dung dịch 1 và dung dịch 2 vào dung dịch 3, thời gian nhỏ 3 giờ, cốc phản ứng đƣợc đặt trong bể siêu âm 37 kHz, nhiệt độ 80 o C,

Bước 6: Ngƣng bổ sung ethanol, tiếp tục gia nhiệt, siêu âm và khuấy cơ để loại bỏ ethanol trong cốc phản ứng, thu sản phẩm.

Các yếu tố đƣợc khảo sát bao gồm lƣợng TTIP (dung dịch 1) và H2O (dung dịch 2) tham gia phản ứng:

STT Ký hiệu mẫu TTIP (g) H 2 O (g)

Tiền chất đƣợc lựa chọn sử dụng chế tạo nano SiO 2 là Tetraetyl orthosilicat – TEOS, Si(OC 2 H 5 ) 4

Si(OC 2 H 5 ) 4 + 4H 2 O → Si(OH) 4 + 4C 2 H 5 OH Si(OH) 4 → SiO 2 + 2H 2 O

Trong quá trình phản ứng, các chất bọc đƣợc thêm vào để tạo sự ổn định và phân tán của hạt nano SiO2.

Quy trình tổng hợp chung đƣợc mô tả theo sơ đồ:

NH 3 /H 2 O/dung môi TEOS/dung môi

Bước 1: Hòa TEOS vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch tiền chất - dung dịch 1.

Bước 2: Hòa H2O vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 2.

Bước 3: Hòa 100 ml PEG 400 trong 400 ml ethanol, thêm NH3 đến khi pH ~

13 thu được dung dịch 3 là môi trường phản ứng.

Trong bước 4, nhỏ đồng thời dung dịch 1 và dung dịch 2 vào dung dịch 3 trong vòng 4 giờ Cốc phản ứng được đặt trong bể siêu âm 37 kHz ở nhiệt độ 80 độ C và khuấy bằng máy với tốc độ 350 rpm.

Bước 5: Sau khi hết dung dịch 1 và dung dịch

Trong quá trình phản ứng bổ sung ethanol, NH3 ứng.

2, tiếp tục siêu âm 15 giờ để duy trì môi trường phản

Bước 6: Ngƣng bổ sung ethanol, tiếp tục gia nhiệt, siêu âm và khuấy cơ để loại bỏ ethanol trong cốc phản ứng, thu sản phẩm.

Các yếu tố đƣợc khảo sát bao gồm lƣợng TEOS (dung dịch 1) và H O (dung

STT Ký hiệu mẫu TEOS (g) H 2 O (g)

2.1.2.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc hạt

 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua được sử dụng để nghiên cứu hình dáng, kích thước, phân bố kích thước hạt của sản phẩm thu được.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Thiết bị hiển vi điện tử truyền qua hoạt động dựa trên nguyên tắc phóng đại bằng các thấu kính, sử dụng tia điện tử có bước sóng ngắn khoảng 0,05 Ǻ Thấu kính điện tử thường là thấu kính điện từ với tiêu cự f có thể điều chỉnh, cho phép đạt được độ phân giải khoảng 2÷3 Ǻ Tuy nhiên, một nhược điểm chính của phương pháp này là mẫu nghiên cứu cần phải được cắt thành lát cực mỏng (