Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).Nghiên cứu điều chế và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho sự nảy mầm và sinh trưởng giai đoạn đầu của xà lách xoăn (Lactuca sativa L.).
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Năng suất trồng vấn đề quan trọng nông nghiệp Năng suất trồng trước tiên phụ thuộc lớn vào chất lượng giống ban đầu Ngồi cịn có yếu tố trực tiếp, định khác điều kiện mơi trường, bón phân, dùng thuốc bảo vệ trước tác động bên ngoài… Để nâng cao suất trồng, bên cạnh việc cải tạo giống, cần đặc biệt quan tâm đến giải pháp nhằm tăng tỷ lệ nảy mầm, tăng khả sinh trưởng hạt yếu tố đảm bảo phát triển suốt trình trồng trọt Các phương pháp truyền thống sử dụng để cải thiện suất trồng tăng cường bón phân, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trọng công tác thủy lợi Tuy nhiên, phương pháp có bất lợi tăng chi phí thực tế làm nhiễm môi trường Xu hướng áp dụng công nghệ để cải thiện suất mà khơng để lại dư lượng hóa học, khơng gây biến đổi thành phần sản phẩm có tác động xấu đến sức khỏe người Một hướng nghiên cứu dùng kỹ thuật vật lý để xử lý hạt nhằm cải thiện làm tăng khả năng, tỷ lệ nảy mầm chúng chiếu xạ, tia ultraviolet (UV), plasma… Trong đó, cơng nghệ plasma ý nhiều khả hỗ trợ nảy mầm sinh trưởng, cung cấp thêm dinh dưỡng cho trồng Trong lĩnh vực nông nghiệp có vài nghiên cứu giới tương tác nước hoạt hóa plasma (PAW Plasma Activated Water) với nảy mầm, sinh trưởng cho số loại trồng, nghiên cứu rời rạc, chưa đánh giá tác động trình điều chế plasma, thơng số lý hóa kèm Do việc nghiên cứu để hệ thống hóa làm rõ vấn đề cần thiết Mặt khác, nghiên cứu tác động việc sử dụng khoáng chất thiết yếu nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K) giai đoạn đầu sinh trưởng trồng chưa đề cập sâu liệu nên không nên sử dụng N, P, K giai đoan Việc bước làm sáng tỏ, hồn thiện áp dụng cơng nghệ mới, cơng nghệ plasma lạnh, Việt Nam, nước có nơng nghiệp đặc thù, điều cần thiết có ý nghĩa Trên sở đó, câu hỏi đặt liệu PAW tác động làm thay đổi trình nảy mầm - sinh trưởng giai đoạn đầu hay khơng? Thêm vào kết hợp bổ sung nguyên tố thiết yếu cho trồng khống chất N, P, K vào PAW có làm cho q trình tốt khơng? Việc nghiên cứu hoàn thiện vấn đề đặt cần thiết Trên sở đó, thực nghiên cứu luận án với chủ đề “Nghiên cứu điều chế khảo sát ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khống đa lượng cho nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn (Lactuca sativa L.)” Kết luận án góp phần phát triển hướng nghiên cứu mới, có ý nghĩa khoa học thực tiễn, an tồn cho trồng, người, vật ni, mơi trường Bên cạnh đó, luận án góp phần làm sở cho nghiên cứu triển khai thực tế sau Mục tiêu - Nội dung nghiên cứu Mục tiêu: Nghiên cứu điều chế khảo sát ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa plasma kết hợp khoáng đa lượng cho nảy mầm hạt sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn (Lactuca sativa L.) Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu thành phần, nồng độ tính chất mẫu nước hoạt hóa plasma hai kiểu phóng khác nhau: Trực tiếp (corona) gián tiếp (Dielectric Barrier Discharge - DBD) Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng H2O2 khoáng chất N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng PAW PAW kết hợp với khoáng chất N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn Đối tượng nghiên cứu: Xà lách xoăn Lactuca sativa L -ooOoo CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước hoạt hoạt hóa plasma cho trồng 1.1.1 Khái niệm Plasma phân làm 02 dạng plasma nóng (plasma nhiệt thermal plasma) plasma lạnh (plasma nguội - non-thermal plasma) Đối với plasma nóng, nhiệt độ electron cân với nhiệt độ ion nhiệt độ chất khí Plasma lạnh dạng plasma trạng thái không cân nhiệt, sinh lượng điện tử tự do, tạo nên điện tử lượng cao (10.000 Kelvins), ion nguyên tử trung hòa nhiệt độ phòng Vì điều kiện thí nghiệm plasma lạnh nhiệt độ thấp (không cao nhiều so với nhiệt độ phịng) nên thí nghiệm bố trí ứng dụng hạt giống Ngồi ra, hệ thống plasma lạnh thường có phí bảo dưỡng chi phí sử dụng lượng thấp [1, 2] Tùy thuộc vào mơi chất mà plasma sinh chất khác Ví dụ mơi trường khơng khí, plasma hình thành nên chất sau: Tia UV, hợp chất khơng bền (O•, H•), hợp chất có độ bền cao O3, H2O2… Trong dạng plasma khí – lỏng, có tham gia số tượng hóa lý liên quan đến va chạm hạt khí, chuyển khối, phún xạ quang phân hình thành thơng qua photon UV Theo đó, phần hoạt chất sinh ban đầu plasma pha khí đến phần giao diện plasma lỏng, vào giao diện khí-lỏng sau phản ứng với phân tử nước (Hình 1.1) Nhờ vào thành phần mà PAW có hoạt tính cao, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác 3 Hình 1.1 Mơ tả q trình chuyển nhiều pha loại oxy phản ứng (ROS) loại nitơ phản ứng (RNS) sang nước [1] Plasma lỏng (tiếp xúc với chất lỏng) quan tâm nhiều khả ứng dụng rộng rãi chúng tạo gốc oxy hóa tự gốc N tự (RNS), tác nhân hiệu chống lại nhiều tác nhân sinh học hóa học, chúng phù hợp cho ứng dụng rộng rãi y sinh, môi trường, khoa học nano nông nghiệp [1,3,4] Trong nơng nghiệp, khí plasma thường dùng để tác động lên hạt nhằm tăng cường khả nảy mầm, nước plasma thường tận dụng trình thẩm thấu hạt nhằm điều khiển kể trình sinh trưởng hạt [4] Nước hoạt hóa plasma sản phẩm trình tương tác tia plasma với chất lỏng Tùy theo kiểu tương tác mà có số phương pháp để tạo PAW từ loại khí khác (i) phóng điện qua rào cản điện mơi, (ii) phóng tia plasma, (iii) phóng điện plasma corona, (iv) phóng điện hồ quang trượt, v.v (Hình 1.2) Khí làm việc thường sử dụng bao gồm khơng khí, oxygen, nitrogen, helium, argon hỗn hợp chúng [3] Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống tạo PAW 1.1.2 Tính chất – Đặc trưng PAW 1.1.2.1 Giá trị pH: Trong PAW, giá trị acid nước hình thành từ hợp chất khí plasma với nước 1.1.2.2 Độ dẫn điện: Trong PAW, hợp chất có tính ion tạo làm thay đổi độ dẫn điện Các ion ROS RNS q trình hoạt hóa plasma dung dịch góp phần làm tăng độ dẫn điện PAW 1.1.2.3 Hydro peroxide: H2O2 ROS hình thành PAW, đóng vai trị quan trọng đặc tính kháng khuẩn PAW Nhiều nghiên cứu cho thấy q trình hóa học diễn với hình thành H2O2 tầm quan trọng việc kháng khuẩn PAW 1.1.2.4 Nồng độ ion nitrite (NO2-) nitrate (NO3- ): Việc phát ion nitrite nitrate PAW chứng cho hình thành RNS nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến việc diệt vi sinh vật năm gần 1.1.3 Ứng dụng PAW nông nghiệp PAW nhận quan tâm đáng kể từ nhà nghiên cứu năm gần không sinh nhiệt, không độc hại, diệt vi khuẩn ứng dụng y sinh, thực phẩm, xử lý môi trường, khoa học nano đặc biệt cải thiện vấn đề thực hành nông nghiệp sạch, xu hướng tất yếu 1.1.3.1 PAW cho xử lý hạt giống 1.1.3.2 PAW thúc đẩy phát triển thực vật 1.1.3.3 PAW kiểm sốt dịch bệnh sâu bệnh 1.2 Tình hình nghiên cứu nước hoạt hóa plasma cho trồng 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước: Trong năm gần đây, nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực khác hướng quan tâm đến việc nghiên cứu sử dụng công nghệ plasma lạnh vật liệu khác lĩnh vực sinh học sinh học Sự diện RONS yếu tố quan trọng cho thấy hiệu việc dụng plasma lạnh Nhiều báo khoa học liên quan đến plasma lạnh cho thấy công nghệ chủ yếu áp dụng cho hạt giống thực phẩm Ảnh hưởng plasma lạnh hình thái, sinh lý tính chất phân tử khác hạt lĩnh vực nghiên cứu chưa khám phá nhiều, coi có tiềm an tồn hiệu cao 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước: Tại nước ta, công nghệ plasma lạnh quan tâm nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau, chủ yếu y tế, thực phẩm, xử lý mơi trường nước như: Nhóm nghiên cứu nhóm Bùi Nguyên Quốc Trình nghiên cứu chế tạo thiết bị bảo quản thực phẩm thông qua việc tạo nguồn phát plasma nguội, khống chế nhiệt độ đầu phát plasma Thiết bị tạo ức chế tiêu diệt vi khuẩn có hại So với phương pháp bảo quản hóa học, bảo quản nhiệt độ cao phương pháp plasma chứng tỏ ưu thế, khơng để lại lượng tồn dư hố chất không mong muốn thực phẩm sau xử lý [28] Nhóm nghiên cứu Trần Ngọc Đảm, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM ứng dụng plasma xử lý nước thải y tế, nước uống đóng chai [29] Ngồi có nhiều kết nghiên cứu nhóm nghiên cứu khác nhóm nghiên cứu Viện Vật lý Tp.HCM nghiên cứu ứng dụng plasma cho lĩnh vực y tế, nhóm nghiên cứu Đỗ Hồng Tùng Hà Nội sử dụng plasma để điều trị vết thương hở y tế… Tại Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, nhóm nghiên cứu plasma chúng tôi, 10 năm gần áp dụng thành công việc chế tạo ứng dụng khí nước plasma cho nhiều lĩnh vực, có lĩnh vực nơng nghiệp Nhóm nghiên cứu có nhiều cơng trình cơng bố, dự án, đào tạo thạc sĩ, cử nhân lĩnh vực plasma cho ứng dụng như: Xử lý môi trường, chế tạo vật liệu mới, đề án tư vấn cho tỉnh 5 1.3 Vai trị chất oxi hóa khống đa lượng cho trồng 1.3.1 Quá trình nảy mầm 1.3.1.1 Nguyên lý nảy mầm hạt: Quá trình mầm bắt đầu hút nước hạt kết thúc xuất trục phôi 1.3.1.2 Đo lường nảy mầm: Dấu hiệu để xác định trình nảy mầm hồn thành bắt đầu phát triển phơi đâm thủng hạt lịi khoảng mm Để đánh giá khả nảy mầm quần thể hạt giống tỷ lệ hạt hoàn thành nảy mầm thời điểm định [33,34] 1.3.1.3 Sự hút nước hạt: Hạt hút nước bước cần thiết trình nảy mầm Hạt sấy khơ thường có độ ẩm khoảng 5– 15% tùy thuộc vào lượng dầu hạt môi trường xung quanh, độ ẩm tương đối khơng khí [33, 35] 1.3.1.4 Tổng hợp RNA protein: Các yếu tố môi trường, bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, hàm lượng nước đất chất dinh dưỡng, ảnh hưởng đến hạt nảy mầm chủ yếu thông qua việc điều chỉnh trình trao đổi chất đường tín hiệu GA ABA [39] 1.3.2 Quá trình sinh trưởng 1.3.2.1 Nguyên lý sinh trưởng: Sự phát triển thực vật định nghĩa gia tăng thể tích và/ trọng lượng thực vật có khơng có hình thành cấu trúc quan, mô, tế bào bào quan tế bào [41] Sinh trưởng thường gắn liền với phát triển (sự biệt hóa tế bào mơ) sinh sản (sinh sản cá thể mới) Một số tiêu chí khác để xác định tỷ lệ sinh trưởng thực vật: Chiều cao chiều rộng, trọng lượng (trọng lượng tươi, khô), số lượng tế bào, hàm lượng protein chất thiết yếu khác 1.3.2.2 Khả thấm ướt, nảy mầm, phát triển hoạt động enzyme 1.3.2 Vai trò H2O2: H2O2 chất oxy hóa mạnh biết đến với vai trò kháng khuẩn Tuy nhiên, thời gian gần đây, tác dụng kích thích nảy mầm H2O2 nhóm nghiên cứu khác giới chứng minh [60- 62] 1.3.3 Vai trò nguyên tố đa lượng N, P, K: Các nguyên tố đóng số vai trò quan trọng thực vật phân loại rộng rãi thành (1) thành phần cấu tạo nên thành tế bào thực vật, (2) hỗ trợ thẩm thấu trì áp suất tế bào, (3) trình truyền lượng, (4) tham gia vào phản ứng xúc tác enzyme, (5) tham gia vào trình sinh sản [67] 1.4 Tổng quan Lactuca savita L 1.4.1 Giới thiệu chung: Xà lách xoăn hay rau diếp (Lactuca sativa L.) thuộc họ Cúc (Asteraceae) họ thực vật có hoa lớn (ngành hạt kín – Angiosperms), loại rau vườn phổ biến giới, đặc biệt biết đến với tên gọi “salad trộn” Xà lách Lactuca sativa L thành viên đại diện quan trọng chi Lactuca, tiêu thụ với số lượng ngày tăng, coi loại thực phẩm lành mạnh mang nhiều giá trị dược tính [83, 84] Hình 1.7 Hạt, hoa, xà lách xoăn Trong năm gần đây, giai đoạn phát triển dạng mầm xà lách xoăn, giai đoạn thu hoạch trước trưởng thành, từ đến 21 ngày sau nảy mầm, trở thành xu hướng ẩm thực điều kiện trồng thu hoạch xà lách xoăn tương đối dễ dàng giai đoạn này, lượng chất dinh dưỡng (acid ascorbic, β-carotene, α-tocopherol phylloquinone) vitamin khoáng chất (Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Se Mo) chúng cao từ đến 40 lần so với giai đoạn trưởng thành [85, 86] Thêm vào đó, với việc sản xuất, đầu tư giai đoạn ngắn khả chống chịu với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, xà lách xoăn đối tượng ý nghiên cứu thời gian gần [87] 1.4.2 Đặc tính xà lách xoăn: Xà lách xoăn có rễ dài tới 60- 70 cm Nhiều rễ khác mọc theo chiều ngang, dài tới 10- 15 cm Xà lách xoăn có thời gian sinh trưởng ngắn, thu hoạch sau khoảng 7- 15 ngày sau khoảng 120 ngày, hạt thu hoạch Xà lách xoăn bảo quản phịng lạnh, nhiệt độ 0- 0C độ ẩm 95%, 10- 12 ngày Xà lách xoăn có tính thích nghi cao biểu kiểu hình, hình thái, sinh lý chúng bị ảnh hưởng đáng kể điều kiện phát triển 1.4.3 Bệnh sâu hại xà lách xoăn: Mối đe dọa lớn cho trình hình thành phát triển xà lách nói chung Pythium Fusarium [88, 94, 95] Bên cạnh đó, nghiên cứu gần cho thấy Xanthomonas tác nhân gây bệnh xà lách xoăn với vết bệnh điển hình bệnh đốm vi khuẩn Các vết bệnh khơng đều, nhỏ, có màu xanh nhạt đến đen có đường kính từ đến mm 2.1 Hóa chất, nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị thực nghiệm 2.1.1 Hóa chất nguyên liệu 2.1.1.1 Hóa chất Các hóa chất bao gồm: Calcium phosphate monobasic – Sigma- Adrich (>95%); Potassium sulfate– Sigma- Adrich (>99%); Ammonium nitrateSigma- Adrich (>98%); Hydrogen peroxide solution (Sigma- Adrich, >34%); Nước cất lần từ phịng Phân tích Viện KHVLUD; Bình khí nitơ, oxy, argon tinh khiết - Sovigaz (99,99%) 2.1.1.2 Nguyên liệu: Hạt xà lách xoăn (Tên khoa học: Lactuca sativa L.) thu thập nông trại Quận Cái Răng, Tỉnh Cần Thơ, Việt Nam Giá thể xơ dừa chưa qua xử lý (bởi nhà vườn Tỉnh Bến Tre) 2.1.2 Thiết bị - Dụng cụ Các thiết bị - dụng cụ: Hệ thống tạo nước hoạt hóa plasma (máy phát xung điện cao áp tạo tia plasma, bình khí, hệ thống ống dẫn khí, bơm, ống thạch anh ); Máy đo pH, độ dẫn điện, nhiệt độ HI-99130 (Hanna Instrments HI991300/ Romania); Thiết bị đo diện tích lá: CI- 202 (CID Bio-Science, Inc./ Mỹ); Kính hiển vi điện tử quét: S4800 (Hitachi/ Nhật bản) ; Thiết bị đo dòng Current Monitor Model 4100 (Pearson Electronics, Mỹ); Máy sóng, Oscilloscope GW Instek GDS-1102-U, Que đo cao áp HVP28HF; Các kit phân tích tiêu hóa lý nước hoạt hóa plasma: NO3Sera test kit, Đức; H2O2, Hanna Instrments HI3844 test kit, Romania; O3, Hanna Instrments HI38054 test kit, Romania… 2.2.4 Đặc trưng điện học hệ thống phát plasma 2.2.4.1 Giới thiệu chung: Hệ thống phát plasma thiết bị điện đặc biệt, đặc trưng điện áp cao, dòng điện thấp tần số thay đổi theo yêu cầu sử dụng Công suất phóng điện, thước đo hiệu suất hệ thống phát plasma, điều chỉnh giá trị điện áp dòng điện, tùy thuộc vào loại phóng điện 2.2.4.2 Phương pháp đo đặc trưng điện hệ phát plasma: Các thiết bị đo bao gồm: Máy sóng nhiệm vụ hiển thị đồ thị tín hiệu thời gian điện áp cường độ sáng Thông tin điện áp chuyển đổi thành thông tin số để tái cấu trúc thành dạng sóng hiển thị hình Thiết bị đo dòngvà que đo cao áp Pintek được nối trực tiếp vào kênh máy sóng 2.3 Chế tạo khảo sát đặc trưng lý hóa mẫu PAW 2.3.1 Kiểu phóng DBD: Thơng số cố định: Tốc độ dịng khí tổng, bơm lưu lượng, nguồn phát, tổng lượng dung dịch Thơng số thay đổi: Các dịng khí kết hợp 2.3.2 Kiểu phóng Corona: Thơng số cố định: Tốc độ dịng khí tổng, bơm lưu lượng, nguồn phát, tổng lượng dung dịch Thơng số thay đổi: Các dịng khí kết hợp 2.3.3 Khảo sát đặc trưng lý hóa mẫu PAW Trong luận án này, PAW xác định đặc trưng hóa lý sở thơng số gồm: pH, độ dẫn điện (EC), ion NO2-, ion NO3- H2O2 ozone 2.4 Chế tạo mẫu chứa H2O2, N, P, K, PAW PAW kết hợp N, P, K Chế tạo mẫu H2O2; Chế tạo mẫu N, P, K; Chế tạo mẫu PAW; Chế tạo mẫu PAW kết hợp N, P, K 2.5 Thơng số đánh giá q trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn 2.5.1 Thơng số đánh giá q trình nảy mầm: Trọng lượng nghìn hạt, chiều dài phơi, tỷ lệ nảy mầm hạt, 2.5.2 Thông số đánh giá trình sinh trưởng giai đoạn đầu: Chiều cao thân chiều dài rễ; Hàm lượng diệp lục (Cholophyll); Tỷ lệ trọng lượng khơ/ tươi; Diện tích lá; Ảnh hình thái… 2.6 Khảo sát ảnh hưởng H2O2, N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng ban đầu xà lách xoăn 2.7 Khảo sát ảnh hưởng PAW PAW kết hợp với khoáng đa lượng N, P, K cho trình nảy mầm sinh trưởng 2.8 Khảo sát khả kháng khuẩn, kháng nấm 2.8.1 Phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) 2.8.2 Phương pháp đo đường kính vịng kháng khuẩn 2.9 Tính tốn xử lý số liệu: Số liệu thu thập, tổng hợp phần mềm Microsoft® Excel® 2019 MSO (16.0.14131.20278) 32 bit Dữ liệu phân tích thống kê SPSS 17.0 cho Windows (SPSS, Chicago, IL) Độ lệch chuẩn tính tốn để xác định khác biệt nhỏ có ý nghĩa với mức ý nghĩa p ≤ 0,05 Tất liệu giá trị trung bình bốn lần lặp lại (n = 4) sai số (±SE) Trong hàng/ cột giá trị có mẫu tự theo sau khác khác biệt có ý nghĩa thống kê (P ≤ 0,05) theo phép thử Duncan -ooOoo CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá đặc trưng điện học hệ plasma Trong luận án này, hệ thống phát plasma bao gồm hai phần: Lò phản ứng (reactor) nguồn phát cung cấp plasma với điện áp cố định 24 kV, tần số 1,5 kHz Với hệ trên, đặc trưng điện học plasma đánh giá cách phân tích máy sóng theo dõi q trình phóng plasma reactor theo thời gian Kết đặc trưng điện học hệ plasma hình 3.1 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn đặc trưng điện áp dòng điện hệ phóng plasma lạnh sử dụng Từ hình 3.1 cho thấy, tia plasma phóng theo dạng xung, với điện áp xung cao 24 kV dòng điện đạt giá trị tương ứng 0,038 mA cho xung Trên sở xác định điện áp dòng điện, tính cơng suất tiêu thụ hệ plasma Hình 3.2 cơng suất tức thời lượng xung dựa vào điện áp dòng điện tính tốn từ hình 3.1 Kết cho thấy công suất tức thời đỉnh xung 401,5 kW lượng tạo xung đạt 31,3 mJ/ xung Công suất tiêu thụ điện hệ plasma thấp, tính theo cơng thức sau: P(W) = E xung x f với f: Tần số thiết bị (1,5 kHz); E xung 31.3 mJ Vậy công suất tiêu thụ hệ thống phóng plasma tính theo lý thuyết 47 W Kết tương tự sử dụng thiết bị đo công suất tiêu thụ CAT II để kiểm tra thực tế công suất tiêu thụ điện Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn cơng suất tức thời lượng hệ phóng plasma lạnh sử dụng 3.2 3.2.1 Mối quan hệ tính chất lý hóa mẫu kiểu phóng Giá trị pH: So sánh trường hợp, giá trị pH mẫu thời gian phóng ln cho giá trị thấp trường hợp plasma corona Từ kết cho thấy với kiểu phóng, để hình thành PAW, giá trị pH có xu hướng giảm tăng thời gian xử lý Việc giảm pH liên quan đến hình thành hợp chất có tính acid PAW (H2O2, ozone hòa tan acid HNOx) sinh từ kiểu thiết kế plasma, điện áp dòng điện, khí đầu vào 3.2.2 Nồng độ EC nhiệt độ Giá trị EC tất mẫu có xu hướng tăng dần Độ dẫn cao phù hợp với độ pH thấp cho nó, hai thơng số tương quan với Nghiên cứu cho thấy phần lớn gia tăng độ dẫn điện gia tăng nồng độ thành phần hợp chất có nước Nhận định tương đồng với số nghiên cứu khác [7], [11] Về nhiệt độ PAW: Tăng nhẹ 30 phút xử lý plasma (4 C) Như hệ thống tạo plasma trường hợp phù hợp để sử dụng lĩnh vực khoa học sống, đặc biệt nghiên cứu nông nghiệp, nơi nhiệt độ thông số nhạy cảm Trong nghiên cứu [104],[105] cho thấy nhận định tương tự nhiệt độ hệ phát plasma phục vụ cho nông nghiệp 3.2.3 Các ion NO3-, NO2-, H2O2, O3 Kết cho thấy 02 ion NO2-, NO3- tăng theo thời gian xử lý 30 phút Tuy nhiên nồng độ NO3- cao NO2- tất trường hợp Nồng độ NO2- thấp chuyển hóa NO2- thành NO3- mơi trường mang tính oxy hóa Nghiên cứu [106] cho thấy điều tương tự Khi bổ sung argon với tỉ lệ 1:1 so với khí đầu vào 10 khác, nồng độ NO3- có gia tăng đáng kể, gấp đến lần so với mẫu có đầu vào đơn khơng khí Nồng độ H2O2 có xu hướng tương tự NO3- thời gian xử lý plasma tăng lên: Sự hình thành H2O2 nước chủ yếu bắt nguồn từ phản ứng ẩm không khí nước dịch với tác nhân oxi hóa O• OH• Với thơng số lượng ozon hịa tan mẫu cho thấy có khác biệt khơng nhiều Điều cho thấy ozon hòa tan hấp thụ nước Nồng độ đo cao ozon hịa tan cho mẫu khơng vượt q 0,4 mg/L 30 phút xử lý 3.3 Cơ sở lựa chọn PAW định hướng ứng dụng cho nghiên cứu Trên sở nghiên cứu giá trị thực nghiệm sơ với kết khảo sát 02 hệ thống tạo PAW cho thấy: • Đánh giá nhiệt độ: Ngưỡng nhiệt độ đo đạt thực tế hệ plasma DBD plasma corona cho thấy nhiệt độ phát sinh hệ thống DBD không chênh lệch nhiều so với nhiệt độ mơi trường • Đánh giá giá trị NO3-, NO2-, H2O2: Các thông số mẫu nước tạo từ kiểu phóng phù hợp cho nghiên cứu sâu luận án • Đánh giá giá trị pH: Ở kiểu phóng plasma nước tạo hợp chất mang tính acid, nhiều cho kiểu phóng corona Sự diện argon với tỉ lệ 50% (còn lại N2 O2), giá trị pH tối đa sau 30 phút cho kiểu phóng plasma corona plasma DBD 4.68 5.21, so với đối chứng 6,9 • Đánh giá thành phần tỉ lệ phối trộn: Nhìn chung cho trường hợp DBD, hỗn hợp khí air hỗn hợp air: argon phù hợp cho nghiên cứu Từ đánh giá cho thấy kiểu phóng plasma DBD phù hợp cho nghiên cứu luận án 3.4 Khảo sát ảnh hưởng H2O2, N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng 3.4.1 Ảnh hưởng tác chất H2O2 3.4.1.1 Quá trình nảy mầm Đối với tất trường hợp, trọng lượng hạt ngâm với H2O2 cao so với mẫu đối chứng so với mẫu hạt khô ban đầu (tăng từ 58% đến 95%) Điều cho thấy để tạo điều kiện tốt cho hạt nảy mầm trình hấp thụ lượng nước đáng kể Nghiên cứu [107] cho thấy để thực vật phát triển, hạt giống cần hấp thụ lượng nước trước bắt đầu nảy mầm Bên cạnh việc đo đạc trực tiếp, chiều dài phôi quan sát kính hiển vi soi nổi, kết thể hình 3.15 11 Hình 3.15 Ảnh chiều dài phôi mẫu với nồng độ H2O2 khác sau 24 Với H2O2 nồng độ khác có tác động lên hạt, giúp tăng tỷ lệ nảy mầm so với mẫu đối chứng Chỉ với lượng 10 ppm H2O2 sử dụng, tốc độ nảy mầm hạt không ngừng tăng ngày đầu đạt ngưỡng cao tất mẫu xử lý, đạt 67% Kết cho thấy xu hướng giảm dần tỷ lệ nảy mầm hạt ghi nhận tăng nồng độ H2O2 lớn 10 ppm Điều lần khẳng định vai trò H2O2 có ảnh hưởng tích cực đến thực vật 3.4.1.2 Q trình sinh trưởng giai đoạn sớm • Chiều cao thân (CCT) chiều dài rễ (CDR): Dưới tác động H2O2, CCT có thay đổi so với mẫu đối chứng, 10 ppm H2O2 giúp cho CCT tăng nhẹ, 3% Với nồng độ > 10 ppm, CCT có xu hướng giảm dần Đối với CDR, mẫu đối chứng cho thấy giá trị cao so với mẫu khác Từ nhận định cho thấy CDR có xu hướng giảm tăng nồng độ H2O2 mẫu thí nghiệm Điều tương đồng với nhận định nghiên cứu [60,100] Ở nồng độ cao, H2O2 tác động tiêu cực đến thực vật dẫn đến căng thẳng sinh học tế bào thực vật, với lượng vừa phải, vai trò H2O2 có lợi Hình 3.19 Ảnh CCT CDR hạt sau ngày nồng độ H2O2 khác • Tỉ lệ trọng lượng khơ/ tươi (TLTT K/T) Khi sử dụng H2O2 nồng độ từ 10- 40 ppm, kết TLTT K/T cao so với đối chứng, mẫu H10 cho kết tốt nhất, cao 34,6% Tuy nhiên, với lượng H2O2 sử dụng 10 pmm, nhìn chung tỷ lệ thấp so với mẫu H10 Như vậy, H2O2 tham gia vào q trình tăng trọng lượng thơng qua q trình thực vật hóa mơ Việc sử dụng H2O2 ngoại sinh giúp hệ thống rễ khỏe từ tăng phát triển con, dễ hấp thụ dinh dưỡng làm tăng sinh khối bên cạnh khả thúc đẩy hoạt động enzyme Thật vậy, nghiên cứu nhóm Ł Wojtyla [ 108], S.Z Ismail [109], D Li, [110] cho thấy việc bổ sung H2O2 giúp hệ thống rễ khỏe hơn, tăng phát triển tăng khả chịu mặn • Hàm lượng diệp lục (HLDL) 12 HLDL tăng lên 200% có gia tăng nồng độ H2O2, nồng độ H2O2 tăng xu hướng giảm HLDL diễn Điều cho thấy H2O2 chất oxy hóa mạnh tác nhân gây tổn thương tế bào làm hỏng trình quang hợp nồng độ cao, nồng độ thấp, hoạt động phân tử tín hiệu trung gian đóng khí khổng gây abscisic acid thơng qua việc kích hoạt kênh thấm canxi màng sinh chất Nhận định củng cố nghiên cứu nhóm khác [111, 112, 113, 114, 115, 60] 3.4.1.3 Khả kháng khuẩn nấm Ở nồng độ > 50 ppm H2O2 bắt đầu thể khả diệt khuẩn Tuy nhiên để diệt hoàn tồn vi khuẩn nồng độ phải 1.000 ppm Mặt dù không hiệu cho bổ sung giai đoạn nảy mầm sinh trưởng, kết cho thấy sử dụng H2O2 làm chất khử trùng, xử lý nhanh hạt trước bắt đầu thực trình nảy mầm Các kết tương đồng với kết nghiên cứu khác cho H2O2 diệt nấm khuẩn nồng độ cao, thường từ nồng độ cao (> 35%) [116- 118] Hình 3.23 Kết kháng nấm Fusarium spp H2O2 nồng độ 50 ppm, 200 ppm, 1.000 ppm, sau 24 3.4.2 Ảnh hưởng khoáng đa lượng N, P, K đến trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu 3.4.2.1 Quá trình nảy mầm Cụ thể: Tăng từ 9.49% đến 35,34% (ở 100 ppm) cho N, 7,22% đến 28,52% (ở 80 ppm) cho P, 11,79% đến 20,15% (ở 20 ppm) cho K Nhìn chung, xu hướng tăng khơng tuyến tính Ở việc bổ sung nồng độ cao, xu hướng giảm dần trọng lượng nghìn hạt cho trường hợp Các kết cho thấy, so với bổ sung K, P nồng độ, việc bổ sung N hiệu cao (chênh lệch 7%, 15%) Đối với tiêu chiều dài phôi, xu hướng tương tự tiêu trọng lượng nghìn hạt Cụ thể: Tăng từ 25% đến 81.12% (ở 100 ppm) cho N, 35,20% đến 88,78% (ở 80 ppm) cho P, 37,76% đến 78,57% (ở 20 ppm) cho K So sánh trường hợp điều kiện, xu hướng phát triển chiều dài phôi sau P > N > K Hình 3.25 Ảnh chiều dài phôi bổ sung hàm lượng N từ ppm đến 200 ppm sau 24 13 Hình 3.26 Ảnh chiều dài phôi bổ sung hàm lượng P từ ppm đến 200 ppm sau 24 Hình 3.27 Ảnh chiều dài phôi bổ sung hàm lượng K từ ppm đến 200 ppm sau 24 Kết cho thấy việc bổ sung N làm tăng khả nảy mầm hạt, từ ngày đến ngày 3, đặc biệt ngày mẫu N200 cho thấy khả nảy mầm tăng 75% so với đối chứng, đến ngày thứ khả nảy mầm vượt trội hạt ghi nhận tăng 59,8% Xu hướng gia tăng tỷ lệ nảy mầm xuất từ mẫu N10 đến N200 Từ kết khảo sát chiều dài phôi, trọng lượng nghìn hạt, tỷ lệ nảy mầm hạt thấy có lượng N dự trữ hạt (4,25 g / 100 g hạt) việc bổ sung N giai đoạn nảy mầm có tác dụng đáng kể, giúp hỗ trợ q trình tích trữ dinh dưỡng, chuẩn bị cho giai đoạn phát triển Kết tương đồng với số nhận định từ nghiên cứu nhóm M Stitt [119] C Diaz [120], Trong trường hợp bổ sung P: Xu hướng gia tăng dần tỷ lệ nảy mầm xuất tương tự mẫu N Mặc dù lượng P dự trữ hạt 0,97 g/100 g hạt việc bổ sung P đến ngưỡng phù hợp cho giai đoạn nảy mầm có tác động đáng kể Vì vậy, việc cung cấp đầy đủ P điều cần thiết từ đầu Trường hợp bổ sung K: Kết cho thấy xu hướng gia tăng dần tỷ lệ nảy mầm N, P Mặc dù lượng K tồn hạt (0,983 g/ 100g) việc hấp thụ thêm lượng K ngoại sinh xà lách xoăn diễn ra, có ảnh hưởng đến q trình nảy mầm Nghiên cứu trước nhóm [133, 134, 136] cho thấy nhận định tương tự Nhìn chung từ kết qủa thu bổ sung khoáng đa lượng cho thấy: Hàm lượng N, P, K thấp hạt gây bất lợi cho nảy mầm Do đó, việc xác định hàm lượng phù hợp khoáng chất bổ sung giúp tăng hiệu nảy mầm tốt 3.4.2.2 Quá trình sinh trưởng giai đoạn đầu • Chiều cao thân rễ Đối với khoáng chất N: Hàm lượng N thêm vào CDR có mối quan hệ nghịch đảo Xu hướng giảm dần CDR xảy liên tục bổ sung N Theo hình thái, dù CDR mẫu có bổ sung N vào có ngắn mẫu đối chứng rễ cứng cáp, rễ phụ lông tơ phát triển nhiều khác biệt hình thái Về chiều cao thân: Khi N bổ sung hàm lượng thích hợp kích thích phát triển thực vật, ngược lại ức chế phát triển rễ thân 14 Đối với khoáng chất P: Khác với ảnh hưởng N, tăng hàm lượng P lên 200 ppm, xu hướng giảm nhanh CCT CDR xuất Các kết phù hợp với nghiên cứu trước nhóm [138, 139] khác Đối với khoáng chất K: Các kết cho thấy việc bổ sung K làm tăng CCT CDR so với mẫu đối chứng Điều cho thấy việc bổ sung K giai đoạn đầu có tác dụng hỗ trợ q trình tích trữ dinh dưỡng, chuẩn bị cho giai đoạn phát triển Hình 3.30 Biểu đồ biểu diễn giá trị chiều cao thân chiều dài rễ hạt sau ngày hàm lượng N • Diện tích hàm lượng diệp lục: Kết có tương đồng HLDL diện tích Khi tăng hàm lượng khoáng chất khác xu hướng tăng đến nguỡng phù hợp, sau số giảm tương ứng, kể số nẩy mầm phần trình bày Điều cho thấy khống chất giá trị hàm lượng phù hợp cho phát triển giai đọan đầu Khi so sánh khoáng chất cho thấy: Để đạt phát triển tốt nhất, cần bổ sung N bổ sung K, P Điều cho thấy: N hạt khảo sát không đủ để phát triển cách tối ưu Ngược lại, lượng P K yêu cầu không nhiều Có thể nhận định, việc bổ sung thêm N, kết hợp với lượng N, P, K sẵn có hạt (4.25 g/100 g hạt, 0,97 g/100 g hạt, 0,98 g/100 g hạt theo thứ tự tương ứng, phụ lục kiểm tra hàm lượng chất có hạt) tạo chênh lệch đáng kể Điều cho thấy cần thiết phải điều chỉnh số hàm lượng chất cho phù hợp để việc nẩy mầm, sinh trưởng phát triển • Tỷ lệ trọng lượng khô/ tươi: Đối với tất điều kiện khảo sát, giá trị đo cho mẫu cao Điều lần khẳng định tầm quan trọng việc xác định ngưỡng nồng độ phù hợp vai trò việc bổ sung N, P, K giai đoạn phát triển giai đoạn đầu 3.4.2.3 Nhận xét chung: Từ kết nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng tác chất H2O2, N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng hạt giai đoạn đầu: Với trường hợp H2O2: Bên cạnh khả cải thiện trình nảy mầm sinh trưởng nồng độ thấp, 15 H2O2 cịn sử dụng diệt khuẩn- nấm, rửa hạt trước nảy mầm, hay bảo quản lưu trữ hạt… Với trường hợp N, P, K: Việc bổ sung tác chất giai đoạn đầu cần thiết Trên loại hạt, việc xác định ngưỡng tối ưu để bổ sung khoáng chất đa lượng N, P, K để cải thiện trình nảy mầm sinh trưởng vấn đề cần quan tâm Thật vậy, thơng thường, thành phần, hàm lượng chất có hạt bị ảnh hưởng nhiều yếu tố địa lý Do việc nghiên cứu bổ sung khoáng chất để đạt kết cao trình nảy mầm sinh trưởng quan trọng nghiên cứu cải thiện suất trồng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng PAW PAW kết hợp khoáng đa lượng N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng 3.5.1 Quá trình nảy mầm 3.5.1.1 Ảnh hưởng PAW PAW kết hợp khống đa lượng N, P, K cho chiều dài phơi trọng lượng hạt Đối với tất trường hợp, trọng lượng hạt ngâm với PAW cao so với mẫu Ctrl (tăng từ 24% đến 147%) Mặc dù trọng lượng hạt ngâm với PAW-5 đến PAW- 20 tăng chậm từ 1,62 g đến 1,79 g, điều kiện PAW-25 PAW-30 có gia tăng đáng kể, đạt 2,15 g 3,24 g, tương ứng Như vậy, diện ROS hạt cung cấp nước có chứa ROS tạo hợp chất nâng cao tỷ lệ nảy mầm cách phá vỡ ngủ đông hạt Sự diện H2O2 PAW kích hoạt phân tử tín hiệu trình bày nội dung thử nghiệm với H2O2 [23- 25] Ngoài toàn hạt tiếp xúc với plasma, có bề mặt bên hạt bị thủy phân plasma lạnh thấy rằng khả thấm ướt hạt cải thiện PAW, giúp tăng khả hút nước hạt Điều đề cập tương tự nghiên cứu trước [144, 145] Chiều dài phơi biểu thị gián tiếp tốc độ phát triển hạt Mẫu đối chứng có chiều dài phơi ngắn so với tất mẫu điều kiện khác Điều chứng tỏ PAW có tác động đáng kể đến nảy mầm phát triển hạt Chiều dài phôi hạt tương ứng tăng từ 3,92 mm đến 7,02 mm mẫu Ctrl đến PAW-20 sau giảm xuống 6,24 mm 5,06 mm tương ứng PAW-25 PAW-30 Việc giảm chiều dài phơi hấp thụ nhiều nước dẫn đến hình thành lại cầu nối polysaccharide sợi cellulose thành tế bào cách khơng thích hợp, dẫn đến tế bào bị tổn thương, phá vỡ chết [194] Việc sử dụng PAW 15 phút có thơng số phù hợp tốt so với trường hợp cịn lại Do nghiên cứu tiếp theo, PAW 15 lựa chọn kết hợp với khoáng chất nồng độ phù hợp Khi bổ sung hàm lượng thấp khoáng đa lượng vào mẫu PAW-15, chiều dài phơi so mẫu PAW-15 có xu hướng giảm, mẫu có PAW-15, chiều dài phôi gần đạt ngưỡng tối đa Điều khẳng 16 định thêm vai trị PAW cho hình thành phát triển phơi Trọng lượng nghìn hạt có xu hướng tiếp tục gia tăng so với đối chứng PAW15 Sự gia tăng cao nhiều so với mẫu đối chứng nước cất Như vậy, PAW 15 có khả kích hoạt sức hút nước tối đa hạt Tuy gia tăng hàm lượng khống chất PAW-15, làm thay đổi tính chất dung dịch, khả hút nước bị giảm, dẫn đến trọng lượng nghìn hạt bị giảm Các nghiên cứu trước tương đồng với nhận định [147] Khi quan sát ảnh hình thái, chiều dài hình thái mẫu có sử dụng PAW-15 có khác biệt tích cực bên dưới: Các lơng tơ phụ xuất nhiều hơn, phát triển bề ngang phôi tốt so với mẫu phôi tác động PAW- 15 Như tác động PAW-15, hấp thu N, P, K bổ sung vào tăng gia tăng hàm lượng chúng, trở thành điều kiện để phôi phát triển tốt hơn, tạo tiền đề cho phát triển sau hạt 3.5.1.2 Ảnh hưởng PAW PAW kết hợp khoáng đa lượng N, P, K cho tốc độ nảy mầm Ngoại trừ mẫu PAW-25 PAW-30, việc sử dụng PAW làm tăng khả nảy mầm hạt tỷ lệ nảy mầm khác ngày Sau ngày tỷ lệ nảy mầm tăng mẫu CTRL đến PAW-15 để đạt giá trị cao khoảng 85% mẫu PAW-15 Đặc biệt, xu hướng không quan sát thấy PAW thời gian hoạt hóa dài (25 30 phút), tỷ lệ nảy mầm thời điểm không thay đổi hai ngày giảm tương ứng từ 48% xuống 40% ngày thứ ba Từ nhận định cho thấy việc dùng PAW15 (được xác định mang hiệu tốt thời gian xử lý) có bổ sung N giai đoạn nảy mầm có tác dụng bổ sung N ngoại sinh hỗ trợ q trình tích trữ dinh dưỡng, chuẩn bị cho giai đoạn phát triển cây, giúp nâng cao tỉ lệ nảy mầm gần tối đa (N nội thiếu, bổ sung đủ hơ trợ q trình nảy mầm, dư nhiều, ko phát triển) Hình 3.44 Sự nảy mầm phát triển thành hạt Xà lách xoăn bổ sung PAW-15 Khi xem xét tỷ lệ nảy mầm việc bổ sung P, K với hàm lượng khác từ đến 200 ppm vào PAW-15, xu hướng diễn tương tự bổ sung N (bảng 2, phần phụ lục) Điều lần minh chứng giá trị PAW việc kích hoạt q trình nảy mầm để đạt giá trị cao Như nhận định, chế nảy mầm tác động PAW việc họat hóa trình trao đổi chất đặc biệt việc huy động chất dinh dưỡng Thêm vào đó, hoạt chất tạo PAW điều chỉnh mạng lưới tín hiệu biểu 17 gen giúp cho trình nảy mầm hạt kích hoạt tốt Với nhận định kết thực nghiệm, thấy, chế tác động PAW, giai đoạn nảy mầm xà lách xoăn, PAW kích hoạt khả nảy mầm tốt Tuy nhiên, để đạt giá trị tốt nhất, cần thiết bổ sung thêm khoáng chất N, P, K hàm lượng vừa phải Điều có ý nghĩa việc kiểm sốt gia tăng tỷ lệ nảy mầm hạt giống 3.5.1.3 Ảnh hưởng PAW đến thay đổi hình thái hạt Các hình ảnh cấu trúc bề mặt hạt cho thấy cấu trúc bề mặt hạt thay đổi mạnh điều kiện hoạt hóa plasma nước Cụ thể, mẫu hạt ngâm PAW, cấu trúc bề mặt hạt bị biến dạng phá hủy phần, đường rìa biểu bì hạt dần biến mất, xuất vết bong tróc Quan sát tương tự nhóm Bafoil cộng [155] nghiên cứu biến đổi bề mặt hạt plasma Hình 3.46 Ảnh SEM bề mặt hạt sau ngâm với nước cất, PAW-15 PAW-30 3.5.2 Quá trình sinh trưởng giai đoạn đầu hạt 3.5.2.1 Sự phát triển chiều cao thân - chiều dài rễ Khi so sánh ảnh hưởng PAW đến CCT đo vào ngày thứ sau gieo, mẫu PAW-15 có CCT cao tương ứng với mức tăng khoảng 25% so với mẫu đối chứng Đối với điều kiện xử lý khác, khơng có khác biệt đáng kể CCT ngoại trừ mẫu PAW-30, giảm 36% Hình 3.49 Hình ảnh thu hoạch vào ngày thứ sau gieo ảnh hưởng PAW phát triển Xà lách xoăn Hình ảnh quan sát hình 3.49, hình thái rễ khơng đồng số rễ xuất nhánh phụ khó kết luận ảnh hưởng PAW đến chiều dài rễ Khi so sánh hình dạng rễ mắt thường, rễ mẫu PAW-15 mỏng, nhánh dài so với rễ mẫu lại Rễ mẫu PAW-10 đến PAW-30 ngắn hơn, dày có nhiều rễ phụ tơ, đặc biệt mẫu PAW-15 CDR yếu tố định đến phát triển chất lượng ăn Trong q trình nảy mầm, hạt có đủ chất dinh dưỡng từ chất dinh dưỡng dự trữ bên hạt cho phôi phát triển Sau giai đoạn nảy mầm, cần thêm chất dinh dưỡng bên ngồi để phát triển Trong PAW, NO3− khơng phân tử tín hiệu mà cịn chất gián tiếp bổ 18 sung chất dinh dưỡng cho Như vậy, tất mẫu PAW có số sinh trưởng cao so với mẫu đối chứng Hiện chưa có nghiên cứu việc bổ sung thêm N, P, K vào nước hoạt hóa plasma để khảo sát khả phối hợp chúng cho nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu hạt Tuy nghiên cứu gần nghiên cứu khác biệt hàm lượng hoạt chất mẫu PAW trình nảy mầm sinh trưởng Điều cho thấy số lượng hàm lượng hoạt chất đóng vai trò quan trọng cho việc cải thiện chất lượng trình nảy mầm sinh trưởng Quan sát cho thấy: Đối với N, CCT mẫu PAW15 với việc bổ sung N từ đến 200 ppm, có xu hướng giảm nhẹ so với đối chứng có PAW15 Ở mẫu PN20, CCT đạt giá trị cao mẫu N80 khảo sát trước CDR có xu hướng tương tự CCT khảo sát Kết hợp quan sát hình ảnh thực tế (hình 3.50) cho thấy, dù CCT rễ mẫu ngắn mẫu đối chứng thân rễ cứng cáp nhiều, rễ xuất nhiều lông tơ Tuy nhiên, nước plasma có chứa nhiều ROS RNS nên việc bổ sung thêm nitrogen nồng độ từ đến 200 ppm dẫn đến việc vượt ngưỡng N làm giảm phát triển rễ [137] Kết phù hợp với nghiên cứu trước chứng minh hiệu việc sử dụng PAW việc tăng cường phát triển trồng hấp thu chất dinh dưỡng đề cập phần Đối với K P, quan sát cho thấy: Về CCT, khơng có khác biệt nhiều mẫu khảo sát với điều kiện đề cập, gần tương tự mẫu có N; Về CDR, xu hướng có giảm tương tự không nhiều so với chiều dài rễ mẫu có bổ sung N Hình 3.50 Biểu đồ biểu diễn chiều cao thân chiều dài rễ điều kiện không có PAW-15 kết hợp bổ sung N, P, K tăng dần từ đến 200 ppm 19 Do vậy, cần thiết khảo sát đo đạc tiếp số phát triển khác xà lách xoăn giai đoạn sau để làm sở cho việc kết luận bổ sung N, P, K vào PAW15 có thực cần thiết cho sinh trưởng giai đoạn đầu hay khơng 3.5.2.2 Diện tích hàm lượng diệp lục Khi thời gian xử lý tăng lên, hàm lượng diệp lục tăng nhẹ so với mẫu đối chứng tương ứng (> 20%), ngoại trừ PAW-15 PAW-20 phút có hàm lượng diệp lục cao đáng kể, 4,03 µg/L 3,43 µg/L tương ứng, khi, mẫu đối chứng đạt 1,26 µg/L Điều chứng minh rõ ràng tác động tích cực lồi RONS, đặc biệt NO3− H2O2, enzyme sản xuất chất diệp lục tương tác với chất q trình sinh trưởng thực vậtNếu khơng có nitrate, nồng độ diệp lục bị giảm, làm cho chuyển sang màu xanh nhạt vàng [163] Do có nồng độ diệp lục cao nhất, diện tích lớn nhất, màu đậm nên mẫu xử lý PAW-15 có chất lượng tốt mẫu khác Như loài RONS (NO3−, NO2−) thúc đẩy hình thành sắc tố quang hợp tích cực cách tăng số lượng chất đệm protein thylakoid cách tăng hình thành lục lạp trình phát triển [164- 167] Hàm lượng diệp lục xà lách xoăn có tương quan chặt chẽ với diện tích Ảnh hưởng phương pháp xử lý PAW đến diện tích hàm lượng diệp lục xà lách xoăn ngày thứ sau gieo thể hình 3.54 Ở giai đoạn phát triển ban đầu này, hình dạng tính gần hình elip Diện tích lớn màu tối quan sát mẫu PAW-15 so với mẫu khác Diện tích mẫu PAW-15 lớn gần hai lần so với mẫu đối chứng (19,86 mm2) Giá trị tiêu để xác định chất lượng rau Do đó, diện tích tăng lên chứng tỏ tỷ lệ quang hợp hấp thụ ánh sáng tăng, dẫn đến tỷ lệ tích lũy chất khơ suất trồng tăng lên đáng kể (a) Hình 3.55 Hình ảnh ảnh hưởng PAW diện tích PAW-15 PAW-20 PAW-25 PAW-30 CTRL PAW-5 PAW-10 xà lách xoăn cm Đối với việc bổ sung khoáng chất vào PAW-15, kết cho thấy có tương đồng hàm lượng diệp lục diện tích Khi tăng hàm lượng khoáng chất khác xu hướng tăng nhẹ đến nguỡng phù hợp, sau số giảm tương ứng, kể với số nảy mầm phần trình bày Dưới tác động PAW-15, diện tích tăng gần gấp đơi hàm lượng diệp lục tăng 3,2 lần so với đối chứng Trong khảo sát này, hàm lượng diệp lục diện tích có tăng nhẹ so mẫu 20 PAW-15 có bổ sung khống chất với PAW-15, tăng nhiều so với kết sử dụng nước cất có bổ sung N, P, K, 3.5.2.3 Tỷ lệ trọng lượng khô/ tươi Đối với tất điều kiện khảo sát, giá trị đo cho có PAW với thời gian kích hoạt khác cao so với giá trị đo cho mẫu đối chứng Khi hàm lượng N bổ sung 60 ppm, số có xu hướng giảm dần Điều phù hợp với nghiên cứu trước nhóm S Padureanu cộng [153] Tuy nhiên, tác động tiêu cực hàm lượng N cao sinh trưởng phát triển trồng, dẫn đến giảm tích lũy sinh khối, giảm hiệu sử dụng chất dinh dưỡng, gây stress oxy hóa gây cân C-N bên [167, 168] Đối với việc bổ sung P, lượng nhỏ hàm lượng bổ sung vào (20- 40 ppm), có kết hợp P chất có PAW (NO3−, H2O2) làm gia tăng tích lũy sinh khối dẫn đến tỷ lệ trọng lượng khơ/ tươi có tăng nhẹ, sau bổ sung lượng P cao hơn, số có xu hướng giảm dần Điều lý giải khả hấp thụ dinh dưỡng giảm ngưỡng bổ sung khoáng chất cao Đối với việc bổ sung K: K đóng vai trò quan trọng việc điều hịa q trình trao đổi cố định N− mà diệp lục nơi dự trữ N chủ yếu Do đó, việc bổ sung K nồng độ cao không gây thay đổi đáng kể tỷ lệ khô/ tươi khảo sát 3.5.3 Nhận xét chung Qua nghiên cứu cho thấy, mẫu PAW theo thời gian mẫu PAW-15 cho thấy khả sinh trưởng vá nảy mầm giai đoạn đầu tốt xà lách xoăn ngày nghiên cứu Yếu tố định cho việc PAW chứa hợp chất RONS RNS nồng độ phù hợp, gây thay đổi hình thái hạt xà lách xoăn dẫn đến hấp thu nước chất dinh dưỡng tốt Để đánh giá xem PAW-15 có thực thúc đẩy tối đa trình nảy mầm sinh trưởng chưa, việc bổ sung khoáng chất N, P, K vào PAW-15 để khảo sát, cho thấy, tỷ lệ nảy mầm, số sinh trưởng có xu hướng tăng nhẹ hàm lượng bổ sung thấp Việc bổ sung gây hiệu tiêu cực hàm lượng N, P, K sử dụng hàm lượng cao Từ kết cho thấy cần thiết việc dùng PAW kết hợp khoáng đa lượng N, P, K nhằm cải thiện tỷ lệ nảy mầm khả phát triển hạt 3.5.4 Khả kháng khuẩn - kháng nấm PAW 3.5.4.1 Kháng khuẩn Dung dịch tạo plasma lạnh khoảng thời gian 25 phút không ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn Xanthomonas spp Kết thể dung dịch tạo plasma lạnh có khả kháng vi khuẩn gây bệnh đốm cao Sau ngày cấy vi khuẩn, mật độ khuẩn 21 lạc giảm thời gian hoạt hóa plasma tăng lên, số khuẩn lạc cao mẫu đối chứng Hình 3.62 Ảnh chụp đĩa thạch có chứa mẫu đối chứng dung dịch tạo plasma lạnh thời gian khác với Xanthomonas spp Hiệu kháng tăng theo thời gian gia tăng nồng độ ROS RNS hình thành trình dung dịch bị tác động tia plasma lạnh Trong trường hợp xác định hiệu kháng khuẩn dung dịch tạo plasma lạnh dựa vào bán kính vịng kháng khuẩn thể rõ dung dịch tạo plasma khoảng thời gian 15 phút vịng kháng khuẩn bắt đầu xuất với bán kính 02 mm Thời gian tác động tia plasma dài đường kính vịng kháng khuẩn lớn Điều dung dịch tạo plasma lạnh hồn tồn có khả kháng Xanthomonas spp 3.5.4.2 Kháng nấm Phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng nấm mẫu dung dịch tạo plasma lạnh Kết xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC dung dịch tạo plasma lạnh đến nấm Fusarium spp thể hình 3.52 Hình 3.63 cho thấy dung dịch tạo plasma lạnh khoảng thời gian khác có ảnh hưởng đến phát triển sợi nấm Fusarium spp khơng giống Vậy nên ta kết luận điểm MIC dung dịch tạo plasma lạnh thời gian 25 phút Điều phù hợp với nghiên cứu trước đây, dung dịch tạo plasma lạnh thời gian lâu 25 30 phút có vịng kháng nấm to hơn, điều hợp chất có khả kháng nấm có dung dịch tạo plasma lạnh nồng độ cao [175] Hình 3.63 Ảnh chụp đĩa thạch có chứa mẫu đối chứng dung dịch tạo plasma lạnh thời gian khác với nấm Fusarium spp Với khả tạo RNS ROS từ phóng plasma lạnh vào nước hình thành trình dung dịch bị tác động tia plasma lạnh mà PAW thể rõ khả kháng khuẩn nấm Hiệu kháng tăng theo thời gian gia tăng nồng độ hợp chất tạo -ooOoo - 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trong luận án này, nước hoạt hóa plasma nghiên cứu điều chế kỹ thuật phóng plasma khí-lỏng hai kiểu phóng DBD Corona Đặc trưng điện học hệ tạo plasma thành phần, tính chất PAW phân tích đánh giá Ngoài nghiên cứu tiến hành đánh giá hoạt tính nhằm cải thiện q trình phát triển xà lách xoăn (Lactuca sativa L.) giai đoạn đầu thơng qua số trọng lượng nghìn hạt, chiều dài phôi, tỷ lệ nảy mầm cho nảy mầm số chiều cao thân, chiều dài rễ, hàm lượng diệp lục, tỷ lệ trọng lượng khô/tươi, diện tích cho q trình sinh trưởng tác nhân trường hợp sau: H2O2, N, P, K, PAW kết hợp PAW với N, P, K Kết thu sau: ✓ Đã xây dựng thành cơng 02 hệ thống tạo PAW từ việc phóng điện theo kiểu phóng plasma Corona plasma DBD nguồn phát tự chế tạo Các hệ xác định đặc trưng điện học máy đo sóng với thơng số điện áp, dòng điện tần số Trên sở xác định đặc trưng điện kiểu phóng plasma công suất tiêu thụ hệ plasma Kết cho thấy nguồn phát tạo kiểu phóng dạng xung, dạng đặc trưng plasma lạnh, với công suất tiêu thụ không cao 47 W Từ kết cho thấy hệ thống triển khai hiệu áp dụng quy mô lớn ✓ Đã xác định thành phần, tính chất tất mẫu PAW điều chế từ kiểu phóng Qua lựa chọn mẫu PAW phù hợp để áp dụng cho nghiên cứu nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoan Kết cho thấy mẫu PAW với thời gian phóng 15 phút hệ plasma DBD phù hợp cho nghiên cứu ✓ Đã vai trò tác chất oxy hóa H2O2 q trình nảy mầm sinh trưởng hoạt tính cho kháng khuẩn, kháng nấm Kết cho thấy, hàm lượng thấp, H2O2 hàm lượng < 10 ppm có vai trò phân tử tín hiệu, kích thích tốt cho nảy mầm sinh trưởng hạt Mặt khác với hàm lượng H2O2 cao (> 1.000 ppm) bất hoạt vi khuẩn nấm gây bệnh có hạt, có tác dụng tốt cho trình rửa hạt, làm mẫu nhằm hạn chế phát sinh mầm bệnh giai đoạn đầu ✓ Đã vai trò khống chất vơ N, P, K trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn Kết xác định hàm lượng phù hợp khoáng chất cho phát triển tốt giai đoạn đầu phát triển Hàm lượng phù hợp cho trình 100 ppm với N, 80 - 100 ppm với P 20 - 40 ppm với K Kết lại cho thấy cần thiết phải bổ sung dinh dưỡng N, P, K giai đoạn ban đầu hạt 23 ✓ Đã hoạt tính cao PAW cho nảy mầm sinh trưởng xà lách xoăn Thật nước hoạt hóa plasma lạnh với kiểu phóng DBD thời gian từ 10 đến 20 phút chứa RON, RNS nồng độ phù hợp, có tác động tích cực hiệu cho nảy mầm hạt phát triển Ngoài nghiên cứu khả kháng khuẩn nấm PAW, giúp ức chế phát triển vi sinh vật ✓ Đã việc kết hợp PAW-15 với khoáng chất vô N, P, K giai đoạn đầu trình nảy mầm sinh trưởng xà lách xoăn cần thiết Thật vậy, việc kết hợp bổ sung khoáng chất N, P, K liều lượng nhỏ: 40- 60 ppm với N, 20- 40 ppm với P 10 ppm với K vào dung dịch PAW-15 cho thấy có gia tăng cho hai trình nảy mầm sinh trưởng so sánh với mẫu đối chứng mẫu PAW-15 Kết tìm ngưỡng phát triển tối ưu trồng trường hợp 4.2 Kiến nghị Nghiên cứu thêm tương tác hỗn hợp N, P, K với PAW cho trình nảy mầm sinh trưởng xà lách xoăn Đồng thời tìm hiểu sâu chế tương tác qua lại thành phần, hàm lượng chất tạo từ PAW nguyên tố bổ sung vào nhằm làm sở hoàn thiện cho trình, chế sinh lý thực vật, qua khẳng định vai trị khả sử dụng nước hoạt hóa plasma nơng nghiệp cơng nghiệp Khảo sát số phát triển PAW xà lách xoăn giai đoạn sau để minh chứng cho hiệu PAW kết hợp bổ sung N, P, K với PAW Thử nghiệm PAW đối tượng rau khác họ để kiểm tra tương tác, sinh trưởng phát triển thực vật nhằm làm tảng cho nguyên cứu Đánh giá thêm khác biệt hiệu PAW khí plama cho q trình sinh trưởng phát triển xà lách xoăn -ooOoo NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Luận án thành công việc nghiên cứu đánh giá so sánh lựa chọn thông số nước hoạt hóa plasma cho phù hợp với mục tiêu cải thiện trình sinh trưởng phát triển giai đoạn đầu xà lách xoăn Trên giới, nghiên cứu trước chế tác động nước hoạt hóa plasma trồng đánh giá vài yếu tố tác động Kết nghiên cứu luận án đánh giá nhiều yếu tố tác động để làm hoàn thiện chế tác động nước hoạt hóa plasma với trồng - Luận án tiến hành đánh giá thí nghiệm mẫu cho nẩy mầm, tăng trưởng giai đoạn đầu phát triển đối tượng nghiên cứu, nhằm 24 xác định cần thiết sử dụng thêm vi lượng N, P, K cho trình nảy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu - Luận án đánh giá chế tác động nước hoạt hóa plasma kết hợp với đơn yếu tố đa yếu tố nhằm làm sở hoàn thiện cho trình, chế sinh lý thực vật, kiểm tra yếu tố bổ sung từ ngồi vào, có tác động âm kết Qua khẳng định vai trò khả sử dụng nước hoạt hóa plasma nơng nghiệp cơng nghiệp - Nghiên cứu có giá trị việc hóa, cải tạo giống thường thích hợp trồng điều kiện ôn đới sang điều kiện nhiệt đới ứng dụng nước hoạt hóa plasma cho nẩy mầm tăng trưởng - Luận án nghiên cứu kết hợp nước hoạt hóa plasma với khống chất vơ N, P, K nhằm thông số tốt nhất, cải thiện trình nẩy mầm sinh trưởng giai đoạn đầu xà lách xoăn Lactuca sativa L Đây chìa khóa việc thực cải tạo giống cho trồng nông nghiệp mà sáng chế hướng chưa có nhiều chưa có độ sâu định - Luận văn nhằm kết hợp nghiên cứu yếu tố hỗn hợp lý, hóa, sinh để hệ thống hồn thiện hệ tạo plasma, nhằm trả lời câu hỏi tác động nước hoạt hóa plasma ảnh hưởng yếu tố ngoại lai trồng -ooOoo DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Ha An Quoc Than, Thien Huu Pham, Duyen Ky Vo Nguyen, Thuong Hoai Pham, Ahmed Khacef, 2022, Non‑thermal Plasma Activated Water for Increasing Germination and Plant Growth of Lactuca sativa L., Plasma Chemistry and Plasma Processing, 42, pages73–89 (tạp chí SCI, IF = 3,148) Thân Quốc An Hạ, Nguyễn Võ Kỳ Duyên, Đinh Quốc Hòa, Nguyễn Thành Trung, Phạm Hoài Thương, Phạm Hữu Thiện, 2021, Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến trình nảy mầm hạt xà lách xoăn (Lactuca sativa var capitata L.), Journal of Plant Protection, 4, 297 (ISSN 23540710) (Bài báo nằm Danh mục tạp chí khoa học tính điểm Hội đồng Giáo sư ngành, liên ngành Nhà nước) Thân Quốc An Hạ, Đinh Quốc Hòa, Nguyễn Võ Kỳ Duyên, Phạm Hồi Thương, Phạm Hữu Thiện, 2021, Khảo sát hoạt tính kháng Xanthomonas spp Fusarium spp dung dịch tạo plasma nguội điều kiện in vitro, The 20th National Conference of Phytopathological Society of Vietnam V.P.S., page 345-354 (ISBN: 978-604-60-3373-8) (Bài báo Hội nghị nằm Danh mục Hội nghị khoa học tính điểm Hội đồng Giáo sư ngành, liên ngành Nhà nước)