Nghiên cứu hoạt tính kháng vi khuẩn xanthomonas sp gây bệnh bạc lá trên lúa của vật liệu nano cu2o cu alginate

TRẦN PHƯỚC THỌ BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN PHƯỚC THỌ SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG VI KHUẨN XANTHOMONAS SP GÂY BỆNH BẠC LÁ TRÊN LÚA CỦA VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ALGINATE LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM 2021 Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN PHƯỚC THỌ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG VI KHUẨN XANTHOMONAS SP GÂY BỆNH BẠC LÁ TRÊN LÚA CỦA VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ALGINATE Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI ĐÌNH THẠCH Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu hoạt tính kháng vi khuẩn Xanthomonas sp gây bệnh bạc lúa vật liệu nano Cu2OCu/alginate” là công trình nghiên cứu của dưới hướng dẫn khoa học của TS Bùi Đình Thạch Các số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận văn là trung thực, khách quan và chưa công bố ở các đề tài cùng cấp các công trình khoa học tương tự Nếu có sai xót tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả luận văn Trần Phước Thọ ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành luận văn này, ngoài cố gắng của thân, nhận nhiều giúp đỡ của cá nhân tập thể Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: TS Bùi Đình Thạch, thầy định hướng nghiên cứu, hướng dẫn giúp đỡ tận tình để tơi hồn thành luận văn này TS Bùi Duy Du NCS Lê Nghiêm Anh Tuấn, người giúp đỡ hướng dẫn tơi q trình thực thí nghiệm hồn thiện nội dung của luận văn Các Thầy, Cơ giáo cán phòng Đào tạo sau đại học của Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện và giúp đỡ hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Sinh học Nhiệt đới cung cấp sở hạ tầng, trang thiết bị giúp thực thí nghiệm Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và các bạn học viên lớp cao học Sinh học thực nghiệm khóa 2019 quan tâm, động viên và giúp đỡ cho tơi suốt q trình học tập hoàn thiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu/ từ viết tắt BVTV Tiếng Anh Bảo vệ thực vật CSB FT-IR Fourier-transform infrared spectroscopy HLPT HLUC ICP-MS LD50 Tiếng Việt Inductively coupled plasma mass spectrometry Lethal dose, 50% NSXL Chỉ số bệnh Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Hiệu lực phòng trừ Hiệu lực ức chế Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng Liều lượng gây chết 50% Ngày sau xử lý PEG Poly ethylen glycol PVP Polyvinylpyrrolidone LB Luria Bertani Transmission electron microscopy TLB Kính hiển vi điện tử truyền qua Tỷ lệ bệnh TLTK Tài liệu tham khảo TEM UV-vis Utra Violet-Visible Quang phổ tử ngoại khả kiến XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các phương pháp tổng hợp nano Cu2O 10 Bảng 2.1 Thang phân cấp độc tính đối với trồng 33 Bảng 3.1 Kích thước hạt nano Cu2O Cu tính qua phổ XRD .38 Bảng 3.2 Độc tính cấp LD50 qua đường miệng chuột của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 41 Bảng 3.3 Tỷ lệ nhạy cảm da của chuột với vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 42 Bảng 3.4 Hiệu lực ức chế vi khuẩn Xanthomonas sp của vật liệu nano Cu2OCu/alginate 44 Bảng 3.5 Tỷ lệ bệnh số bệnh bạc lúa thí nghiệm nhà lưới 46 Bảng 3.6 Hiệu lực phòng trừ bệnh bạc lúa thí nghiệm nhà lưới 48 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate đến suất lúa 49 Bảng 3.8 Độc tính của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate đối với lúa 50 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Lúa bị nhiễm bệnh bạc Hình 1.2 Đặc trưng cấu trúc của alginate 11 Hình 1.3 Cơ chế phòng trừ vi khuẩn E coli của CuO Cu2O 14 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate .22 Hình 2.2 Chuột ni hộp nhựa có gắn nắp lưới 28 Hình 2.3 Chuột đánh số thứ tự ghi nhận trọng lượng ban đầu 29 Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm chuẩn bị thuốc thử 32 Hình 3.1 Thay đổi màu sắc dung dịch trình khử Cu2+ 35 Hình 3.2 Ảnh chụp TEM phân bố kích thước hạt nano Cu2O-Cu/alginate 36 Hình 3.3 Giản đồ XRD của alginate nano Cu2O-Cu/alginate 37 Hình 3.4 Phổ FT-IR của alginate chiết xuất rong nâu nano Cu2OCu/alginate 38 Hình 3.5 Phổ UV-vis của alginate/phức Cu2+ nano Cu2O-Cu/alginate 39 Hình 3.6 Sơ đồ mô mô phản ứng tạo cấu trúc nano lõi-vỏ Cu2O@Cu 40 Hình 3.7 Các cá thể chuột ở nhóm thử nghiệm sau 48 bơi dung dịch nano Cu2O-Cu/alginate 42 Hình 3.8 Sự phát triển của vi khuẩn Xanthomonas sp sau 24 nuôi cấy ở nghiệm thức 45 Hình 3.9 Sự phát triển của bệnh bạc thí nghiệm nhà lưới ở nghiệm thức 46 Hình 3.10 Sự phát triển của bệnh bạc lúa ở nghiệm thức có xử lý thí nghiệm nhà lưới 51 vi MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .v MỤC LỤC vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 BỆNH BẠC LÁ LÚA 1.1.1 Triệu chứng bệnh bạc lúa 1.1.2 Tác nhân gây bệnh bạc lúa .5 1.1.3 Đặc điểm phát sinh, phát triển bệnh bạc lúa 1.1.4 Cách phòng trừ bệnh bạc lúa 1.2 VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ALGINATE 1.2.1 Nano Cu nano Cu 2O 1.2.2 Các phương pháp tổng hợp nano Cu nano Cu 2O 1.2.3 Alginate chiết xuất từ rong nâu Khánh Hòa .11 1.2.4 Cơ chế kháng vi sinh vật vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate .12 1.2.5 Độc tính nano Cu nano Cu2O 14 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 15 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 17 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .21 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 21 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.2.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 21 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .22 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 23 2.2.4 Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 24 2.2.5 Phương pháp đo phổ tử ngoại – khả kiến (UV-vis) 25 vii 2.2.6 Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) 26 2.2.7 Đánh giá độ độc vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 27 2.2.7.1 Xác định độc tính qua đường miệng chuột 27 2.2.7.2 Xác định kích ứng da (nhạy cảm da) chuột 28 2.2.8 Nghiên cứu hiệu lực ức chế vi khuẩn Xanthomonas sp vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate thí nghiệm in vitro .30 2.2.9 Nghiên cứu hiệu lực phòng trừ bệnh bạc lúa vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate thí nghiệm nhà lưới 31 2.2.10 Phương pháp xử lý số liệu .34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ALGINATE 35 3.1.1 Kết xác định kích thước phân bố kích thước hạt vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 35 3.1.2 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate.36 3.1.3 Phổ FT-IR vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate .38 3.1.4 Phổ UV-vis vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 39 3.1.5 Độc tính vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate 41 3.1.5.1 Độc tính cấp đường miệng 41 3.1.5.2 Độc tính qua tiếp xúc da 41 3.2 HOẠT TÍNH KHÁNG VI KHUẨN XANTHOMONAS SP GÂY BỆNH BẠC LÁ TRÊN LÚA CỦA VẬT LIỆU Cu2O-Cu/ALGINATE 43 3.2.1 Nghiên cứu hiệu lực ức chế vi khuẩn Xanthomonas sp vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate thí nghiệm in vitro .43 3.2.2 Nghiên cứu hiệu lực phòng trừ bệnh bạc lúa vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate thí nghiệm nhà lưới 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .53 4.1 KẾT LUẬN 53 4.2 KIẾN NGHỊ 54 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC .65 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, lúa là lương thực chủ lực sản x́t nơng nghiệp Lúa gạo có vai trò quan trọng nhằm đảm bảo an ninh lương thực của Việt Nam nói riêng nhiều quốc gia thế giới nói chung Trong nhiều năm vừa qua, sản lượng sản xuất nông nghiệp của Việt Nam đạt tiến đáng kể, lúa đóng vai trị chủ đạo, Việt Nam trở thành nước xuất gạo đứng thứ hai thế giới Tuy nhiên, việc sản xuất lúa với cường độ cao liên tục quy mô lớn chuyên canh dẫn đến thoái hóa đất, việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) tổng hợp hữu độc hại thói quen sử dụng khơng liều lượng làm phát sinh nhiều loại dịch bệnh khó kiểm sốt, có bệnh bạc vi khuẩn Xanthomonas sp gây lúa Bệnh bạc lúa dịch bệnh gây hại làm giảm suất nghiêm trọng, đặc biệt là đối với giống lúa có suất cao ở Việt Nam khu vực Đông Nam Á [1] Bệnh bạc lúa diễn thường xuyên, hàng năm đặc biệt vụ mùa độ ẩm khơng khí ở mức cao vùng đồng sông Cửu Long – vựa lúa lớn nhất nước Khi lúa bị nhiễm bệnh bạc śt giảm lên đến 50%, chí 100% tùy vào mức độ gây hại của bệnh [2] Để giảm thiểu thiệt hại của bệnh bạc lúa, nông dân thường sử dụng biện pháp phòng trừ tổng hợp canh tác thích hợp, bón phân hợp lý, vệ sinh đồng ruộng, sử dụng giống lúa kháng bệnh bạc lá,… việc sử dụng thuốc BVTV biện pháp quan trọng nhất sử dụng phổ biến Hiện nay, việc sử dụng thuốc BVTV có nguồn gốc tổng hợp hữu thói quen dùng khơng liều lượng gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sức khỏe người, đồng thời có khả làm xuất chủng vi sinh vật kháng thuốc nên ngày phải tăng liều lượng Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp loại vật liệu mới, đạt hiệu cao phịng trừ bệnh bạc lúa khơng gây tác động tiêu cực đến môi trường sức khỏe người cần thiết cấp bách để phát triển nền nơng nghiệp an tồn, bền vững theo xu hướng hội nhập quốc tế Ngày nay, việc ứng dụng cơng nghệ nano nơng nghiệp nhằm kiểm sốt vi sinh vật gây hại trồng xem là hướng mới để phát triển nền nông nghiệp bền vững, kinh tế và an toàn Kim loại đồng (ký hiệu 73 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN VĂN ... DỤC VI? ??N HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VI? ??N KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TRẦN PHƯỚC THỌ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG VI KHUẨN XANTHOMONAS SP GÂY BỆNH BẠC LÁ TRÊN LÚA CỦA VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ ALGINATE. .. 2.2.8 Nghiên cứu hiệu lực ức chế vi khuẩn Xanthomonas sp vật liệu nano Cu2O-Cu/ alginate thí nghiệm in vitro .30 2.2.9 Nghiên cứu hiệu lực phòng trừ bệnh bạc lúa vật liệu nano Cu2O-Cu/ alginate. .. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu nano Cu2O-Cu/ alginate. 36 3.1.3 Phổ FT-IR vật liệu nano Cu2O-Cu/ alginate .38 3.1.4 Phổ UV-vis vật liệu nano Cu2O-Cu/ alginate 39 3.1.5 Độc tính vật liệu