Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT NANO COBALT HOÁ TRỊ LÊN HÀM LƯỢNG CHLOROPHYLL A VÀ CÁC THÔNG SỐ QUANG HỢP CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG Glycine max (L) MERRILL “DT96” LƯU THỊ TÂM (1), PHAN THỊ THU HIỀN (3), VŨ THỊ LOAN (4), ĐẶNG DIỄM HỒNG (1, 2) ĐẶT VẤN ĐỀ Có nhiều biện pháp để tăng suất trồng chọn tạo giống có tiềm năng, sử dụng kỹ thuật canh tác hợp lý, tăng hiệu quang hợp trồng sử dụng kỹ thuật di truyền đại (như chuyển gen, sử dụng hạt nano kim loại ) Trong đó, việc sử dụng hạt nano kim loại để kích thích sinh trưởng, tăng tỷ lệ nảy mầm, thúc đẩy sinh trưởng phát triển, tăng suất giá trị dinh dưỡng thực vật hướng tiềm cho hiệu kinh tế cao Cobalt xem ngun tố kim loại có ích thực vật bậc cao, tham gia vào trình tổng hợp chlorophyll, hạn chế phân hủy sắc tố tối, kích thích q trình phát triển Chúng tham gia vào trình trao đổi đạm tìm thấy nhiều phức protein ty thể tế bào Cobalt yếu tố cần thiết cho số loại vi sinh vật đặc biệt vi sinh vật cố định nitơ, giúp tăng số lượng khối lượng nốt sần hữu hiệu họ đậu [1] Sử dụng hạt nano kim loại hóa trị có nhiều đặc điểm trội kích thước nhỏ, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, có độc tính thấp nhiều so với dạng chelates muối chúng, dễ dàng hấp thu có khả kích thích q trình sinh lý, sinh hóa thực vật nồng độ thấp (< 300 mg/hecta) Hơn nữa, việc sử dụng phương pháp siêu âm để phân tán hạt nano kim loại trước sử dụng giúp hoạt tính sinh học hạt tăng cường Khi nguyên tử hoạt động bề mặt chúng bị ơxy hóa tạo electron tự để kích thích q trình trao đổi chất trồng Đặc biệt, xử lý hạt giống hạt nano hóa trị trước gieo có ảnh hưởng tích cực lên q trình hơ hấp nảy mầm giai đoạn cần electron tự để thực phản ứng trao đổi chúng [2] Một số cơng trình nghiên cứu việc sử dụng hạt nano cobalt giống đậu tương khác giúp làm tăng hàm lượng chlorophyll a (khoảng 7-15%), số lượng nốt sần tăng 20-49% sản lượng đồng ruộng tăng 5-16% so với công thức đối chứng - không xử lý hạt nano cobalt [2, 3, 4, 5, 6] Giống đậu tương DT96 (Glycine max (L.) Merr ‘DT96’) tổ hợp lai hai giống đậu tương DT90 DT84 Viện Di truyền nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn) lai tạo Đây giống đậu tương có suất cao, chống chịu sâu bệnh tốt, thích hợp cho vùng đất khơ hạn trồng ba vụ/năm Giống đậu tương trồng phổ biến Vĩnh Phúc, góp phần mang lại hiệu kinh tế cao cho địa phương Việc sử dụng phân dạng nano để tăng suất trồng giải pháp triển vọng, giúp nông nghiệp phát triển bền vững theo công nghệ xanh, thân thiện với môi trường Nghiên cứu [7] cho thấy hạt nano cobalt nồng độ 0,33 mg/kg hạt làm tăng tỷ lệ nảy mầm (93,03%); tiêu sinh trưởng (như chiều cao thân, chiều dài rễ, khối lượng khô thân rễ) đậu tương DT96 cao so với công thức đối Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 26, 12 - 2022 199 Nghiên cứu khoa học công nghệ chứng Để làm sáng tỏ tác động tích cực hạt nano cobalt hóa trị lên việc tăng suất đậu tương DT96, nghiên cứu tiếp tục đánh giá thay đổi hàm lượng chlorophyll a thông số quang hợp đậu tương DT96 giai đoạn phát triển khác có khơng có mặt hạt cobalt qui mơ pilot VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Hạt nano cobalt hóa trị có kích thước < 50 nm Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam chế tạo cung cấp [2] Các hạt phân tán nước RO máy siêu âm Sonic & Materials (Mỹ) với công suất 375 W, tần số 20 KHz phút 30 giây, sử dụng chất bảo vệ CMC tác nhân khử NaBH4 để khử ion Co2+ thành Coo Hạt đậu tương giống DT96 Viện Di truyền nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp (VAAS) cung cấp 2.2 Phương pháp Xử lý hạt đậu tương: Quy trình xử lý hạt đậu tương DT96 thực theo mơ tả tài liệu [5] có số thay đổi nồng độ hạt nano cobalt sử dụng Cụ thể: Pha dung dịch nano cobalt nước RO siêu âm phút 30 giây để bảo đảm hạt nano phân tán hoàn toàn nước để đạt nồng độ 6,67; 13,34 4000 mg/L, tương ứng Lượng thể tích dịch nano nêu cho xử lý hạt đậu tương 25 mL dung dịch nano/kg hạt Chọn hạt đậu tương mẩy, màu vàng sáng, kích thước đồng để tiến hành xử lý Bổ sung dung dịch nano cobalt tương ứng vào lơ thí nghiệm để đạt nồng độ 0,17; 0,33 100 mg/kg hạt, sau lắc đảo cho hạt thấm dung dịch nano cobalt Ủ hạt với dung dịch nano cobalt 30 phút nhiệt độ phòng Sau đó, vớt hạt dàn giấy thấm nhiệt độ phịng tới vỏ hạt khơ tiến hành gieo Xác định hàm lượng chlorophyll a đậu tương DT96 xử lý với hạt nano cobalt thời điểm khác nhau: Chlorophyll a đậu tương non hoàn chỉnh thu thời điểm 10, 20, 30, 40 60 ngày sau gieo trồng tách chiết theo công bố [5] Cụ thể sau: Lá đậu tương (0,1-0,2 g) cắt nhỏ, nghiền đồng thể tối lạnh cối chày sứ với aceton 80% có bổ sung thêm cát thủy tinh Bổ sung aceton q trình nghiền (khoảng 10 mL) Ly tâm 12000 vịng/phút phút Hút phần dịch phía trên, định mức lên 10 mL đo OD bước sóng 663 nm (A663) 646 nm (A646) Hàm lượng chlorophyll a tính theo cơng thức Lichtenthale Wellburn [8, 9], Ca = 12,21 A663 - 2,81 A646 (g/mL) Xác định tốc độ quang hợp thực đậu tương DT96 xử lý với hạt nano cobalt thời điểm khác nhau: Tốc độ quang hợp thực (-Pn) thông số đặc trưng trình quang hợp, trực tiếp phản ánh khả quang hợp thực vật Thơng số có mối liên hệ chặt chẽ với hàm lượng chlorophyll a xác định công thức Y= 5,134 X - 2,094 (trong X hàm lượng chlorophyll a hệ số tương quan r 0,939) [10] 200 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 26, 12 - 2022 Nghiên cứu khoa học công nghệ Đo huỳnh quang chlorophyll a hấp thụ bước sóng 680 nm đậu tương DT 96 xử lý với hạt nano cobalt thời điểm khác nhau: Xác định huỳnh quang chlorophyll a có hấp thụ bước sóng 680 nm thuộc tâm phản ứng hệ quang hóa II (P680 nm) đậu tương DT96 máy Photosynthesis Yield Analyzer - Mini PAM (Walz, Đức) theo [5] Thời gian ủ tối phút để tâm phản ứng quang hệ II (PSII) trạng thái “mở” hoàn toàn hay toàn chất nhận điện tử mạch vận chuyển điện tử quang hợp Quinon A (QA) trạng thái ôxy hóa Các thơng số liên quan đến huỳnh quang chlorophyll Fo (huỳnh quang ổn định), Fm (huỳnh quang cực đại), Fv/Fm (hiệu suất quang hoá cực đại), tốc độ vận chuyển điện tử (ETR), hiệu suất quang hoá quang hệ II (PSII) đọc giá trị trực tiếp máy Mini PAM thông qua phận kết nối với máy tính hình ảnh minh họa quy trình đo huỳnh quang chlorophyll a máy Mini PAM thực địa A B C D Hình Ảnh minh họa trình đo huỳnh quang chlorophyll a máy MINI PAM A: ủ tối đậu tương; B-C: trình đo huỳnh quang chlorophyll a; D: ảnh minh họa đậu tương DT96 công thức đối chứng thí nghiệm thời điểm 40 ngày Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với công thức: đối chứng (ký hiệu ĐC) - xử lý nước RO; Cơng thức thí nghiệm 1, (ký hiệu CT1, CT2, CT3) - xử lý với hạt nano cobalt liều 0,17; 0,33 100 mg/kg hạt, tương ứng Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại lần Hạt đậu tương cơng thức ĐC thí nghiệm gieo đất có diện tích m2 (kích thước dài x rộng = 3m x m) với mật độ gieo 35 x 10 cm (gieo - hạt/hốc) Đất bón phân hữu cơ, phân đạm, lân kali (tính cho sào - 360 m2) theo tỷ lệ: Phân hữu 360 kg, phân đạm kg, supe lân 10 kg kali kg trước sử dụng Chế độ dinh dưỡng chăm sóc thực theo khuyến cáo Viện di truyền Nơng nghiệp Thí nghiệm gieo trồng đậu tương DT96 thực vụ đông (từ tháng 10 đến tháng 12 năm) khu nhà lưới có mái che với ánh sáng tự nhiên Đại học Sư Phạm Hà Nội Xử lý số liệu: Số liệu xử lý phần mềm Excel Sự sai khác cơng thức thí nghiệm đánh giá phân tích ANOVA Tukey’s test với mức ý nghĩa p