Luận án tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của nano kim loại lên việc khắc phục một số hiện tượng bất thường của cây trồng nuôi cấy in vitro

Nghiên cứu này được thực hiện bởi sự hỗ trợ kinh phí của để tài “Nghiên cứu tác động của hạt nano kim loại lên khảnăng tái sinh, sinh trưởng, phát triển và tích lity hoạt chất trong quá

_ ĐẠIHỌCQUÓC GIATPHCM _ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HÀ THỊ MỸ NGÂN

NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA NANO KIM LOẠI LEN

VIEC KHAC PHUC MOT SO HIEN TUQNG BAT THUONG CUA CAY TRONG NUÔI CAY IN VITRO

| LUAN AN TIEN Si SINH HOC

_ ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HÀ THỊ MỸ NGÂN

NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA NANO KIM LOẠI LEN

VIEC KHAC PHUC MOT SO HIEN TUQNG BAT THUONG CUA CAY TRONG NUOI CAY IN VITRO

Ngành: Công nghệ Sinh học

Mã số ngành: 62420201

| Phản biện 1: PGS.TS Trương Thị Đẹp

| Phản biện 2: TS Bùi Minh Trí

| Phản biện 3: PGS.TS Lê Thị Thủy Tiên

l Phản biện độc lập 1: PGS.TS Trương Thị Đẹp

Phản biện độc lập 2: PGS.TS Trương Thị Bích Phượng

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS DƯƠNG TAN NHỰT

2 PGS.TS BÙI VĂN LỆ

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án tiến sĩ, tôi

đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và chia sẻ rất tận tình từ quý Thầy, Cô,

anh chị, bạn bè và gia đình Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của mọi

người, của những người đã dạy dỗ tôi trong khoảng thời gian vừa qua.

Người đã giúp đỡ tôi nhiều nhất và tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu

sắc nhất là Thầy - GS.TS Dương Tấn Nhựt (Viện Nghiên cứu Khoa học

Tây Nguyên) đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian

thực hiện luận án Thầy đã truyền cho tôi nhiệt huyết, lòng say mê nghiên

cứu khoa học, chỉ dẫn phương pháp làm việc khoa học, đề xuất hướng

nghiên cứu mới, cung cấp tài liệu, luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi

nhất để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu của mình Ở Thầy, tôi

đã học hỏi và tích lũy được rất nhiều điều không những về vốn kiến thức

mà còn những kinh nghiệm sống mà thiết nghĩ sẽ theo tôi mãi trong suốt

cuộc đời.

Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy - PGS.TS Bùi Văn

Lệ (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh) Thầy

luôn tận tình giúp đỡ cũng như động viên tôi trong suốt quá trình học tập

và thực hiện luận án.

Cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của các đề tài, dự án của Phòng Sinh học

Phân Tử và Chọn tạo Giống cây trồng - Viện Nghiên cứu Khoa học Tây

Nguyên đã hỗ trợ cho tôi hoàn thành luận án này.

cao học và nghiên cứu sinh ở Phòng Sinh học Phân Tử và Chọn tạo Giống

cây trồng - Viện Nghiên cứu Khoa học Tây Nguyên, nơi tôi thực hiện các

nội dung chính trong luận án, đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi

trong quá trình học tập, thực hiện thí nghiệm và hoàn thành luận án này.

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại

học Quốc gia TP HCM, Quý Thầy Cô phòng Sau Đại học, Quý Thầy Cô Bộ

môn Công nghệ Sinh học và Bộ môn Sinh hóa đã giúp đỡ tôi trong suốt quá

trình học tập tại trường.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Khoa học

Tây Nguyên đã cho phép và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt

quá trình thực hiện đề tài này.

Cuối cùng, con xin gửi những tình cảm và lời cảm ơn sâu sắc đến gia

đình đã luôn luôn bên cạnh, là nguồn động viên to lớn nhất và luôn tạo mọi

điều kiện để con được học tập và nghiên cứu.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của

GS.TS Dương Tần Nhựt và PGS.TS Bùi Văn Lệ Nghiên cứu này được thực hiện

bởi sự hỗ trợ kinh phí của để tài “Nghiên cứu tác động của hạt nano kim loại lên khảnăng tái sinh, sinh trưởng, phát triển và tích lity hoạt chất trong quá trình nhân giống

vô tính một số cây trồng có giá trị kinh tế cao ở Việt Nam” thuộc Hợp phần IV:

“Nghiên cứu cơ chế tác động và đánh giá an toàn sinh học của các chế phẩm nanođược nghiên cứu trong dự án”, mã số: VAST.TĐ.NANO.04/15-18 Đề tài nghiên

cứu này được thực hiện tại phòng Sinh học Phân tử và Chọn tạo Giống cây trồngthuộc Viện Nghiên cứu Khoa học Tây Nguyên Các sé liệu, kết quả trình bay trong

luận án là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được sử dụng đề công bốtrong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về sự cam đoan

này.

Tp Hô Chi Minh, ngày tháng năm 2021

Tác giả luận án

Hà Thị Mỹ Ngân

LỜI CẢM ƠN

0909.9009901 ` i

MỤC LUC

DANH MỤC CHU VIET TẮTT 2-©22¿22++22E++22EE22EE1222312221122312221122211 2222 e2 xi

DANH MỤC BANG sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssess xiiDANH MỤC CÁC HÌNH VA BIÊU ĐÔ cccccccccccccccce xv

MO DAU ooo 31 1

1 LY do chon dé ng o.-' 1

2 Mục đích của để tải HH HH ườy 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - 2 ©+22+++2E++2EE+2EEE222E.222xesrkrcrrk 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài nghiên cứu -©z©sz+css2 3

4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 22 22+222222322223122211221122211 221 22xce2 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 22-22222222 22312221122211221122211 221 .E.xe 4

5 Những đóng góp mới của luận án -¿- «5+ ++ SE **+EEvEstxerrksrxsrrrservee 4

CHƯƠNG 1 TONG QUAN TÀI LIỆU -©22222c:2222222vccssvevvverere 51.1 NUÔI CAY MO, TE BAO VÀ CƠ QUAN THUC VAT

1.1.2.2 Hiện tượng vàng lá, rụng lá va enzyme thủy phân cellulase,

, 0 hh 11

1.1.2.3 Hiện tượng hóa nâu mẫu CAY cesceccccessccssssessssesssesssessssessssesssesssessaveess 3

1.1.2.4 Stress oxy hóa và hoạt động của hệ thong chống oxy hóa của thực

2 — 3

1.2 NANO VÀ UNG DỤNG TRONG NUÔI CAY MÔ TE BAO THỰC VAT 1.2.1 Sơ lược VE TIẠHO 5 5621 SE 11221121112117112111211 1112111111111 11.111 ctey 5 1.2.1.1 Khái niệm công nghỆ HẠHO - St sseeksreerrrrrrervex l5 1.2.1.2 Sự hấp thu, vận chuyển và tích lũy nano kim loại trong thực vật 6

1.2.2 Một số kết quả trong và ngoài nước về ứng dụng nano kim loai 9

1.2.2.1 Những nghiên cứu về ứng dụng nano kim loại trên thé giới 20

1.2.2.2 Những nghiên cứu trong nước về ứng dụng nano kim loại 20

1.2.3 Nano kim loại bạc, sắt, cobalt trong nuôi cấy mô thực vật 1.2.3.1 Nano bạc trong nuôi cay INO CAUC Vb ccccccccccccccssesseeseesseeseessesseessesee 22 1.2.3.2 Nano sắt trong nuôi cấy mô thự VGtecccsccccsccssssesssssssessssesssiesssesesseees 26 1.2.3.3 Nano cobalt trong nuôi cấy mô thực vậi . -©c-cccccsccscsrs 28 1.2.4 Tính an toàn sinh học của các nano kim loại - ++-++5s++<ss+ 30 1.3 SƠ LƯỢC HỆ THONG NUÔI CÂY -cccccccccccccccccccce 31 1.3.1 ch 5 31

1.3.2 Hệ thống vi thủy canh

1.4 SƠ LƯỢC VE DOI TƯỢNG THỰC VẬTT -cc2cc2222vvvccsrrrres 32 1.4.1 Cây hoa hồng 2¿©22c22S122112221122111271122711271121112211 2.11 cre 32

1.4.2 Cây hoa đồng tiền -2-2¿222+2221223122211223112711222112112 2211 221 cxe 34

1.4.3 Cay hoa câm chướng -2-©22¿©+++22++22E+22E12223122211222122211221 xe, 35

1.4.4 Một số hiện tượng bat thường trong vi nhân giống cây hoa hồng, đồng

tiền và cảm chướng -. :- 2: ©2+22++2221222E12221122211221112211222112221 xe 37

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

2.1 VẬT LIỆU

2.1.1 Vật liệu thực Vật ccc22 2L 222.21 rrrrii 39

2.1.2 Dung dịch nano kim lOạI - + St Sk+t£sEEeksexekeresteserrrserree 39

2.1.3 Thiết bị, dung cụ và hóa chất -.2 52-©22+222222E22223E2EE2Exsrkrrrrk 39

2.1.4 Hệ thống nuôi cấy :-22¿©22+22++222112221222112221122211221122211 221 xe 40

2.1.5 Môi trường nuôi cấy - ¿22:22 222222211221112211222112211 22112211 c1 xe 40

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - -2¿:¿2222222+2222EEvvtttEEEEEvrrrrrrrkrrrrree 42

2.2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu ghi nhận hiện tượng bat thường về hình thái

va sinh lý của cây hoa hồng, đồng tiền và cảm chướng nuôi cấy

LỄ 42

2.2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs lên sự

sinh trưởng của chồi hoa hồng, đồng tiền và cẩm chướng nuôi cây

LÀ 7 42

2.2.3 Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs lên sự

sinh trưởng và phát triển của cây hoa hồng, đồng tiền và cảm chướng

© giai doan 1a 0, Nn" sa 42

2.2.4 Nội dung 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên

khả năng khắc phục một số hiện tượng bat thường của cây hoa hồng,

dong tiên và câm chướng nuôi cây in vitro.

2.2.5 Nội dung 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên

khả năng hấp thu dinh dưỡng khoáng và hoạt tính enzyme kháng oxy

hóa của cây hoa hong, đông tiên va cam chướng nuôi cây in vi/ro

2.2.6 Nội dung 6: Sự thích nghỉ, sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn

ươm cua cây hoa hông, dong tiên va cam chướng có nguôn gốc từ nuôi

cây in vitro trên môi trường có bô sung nano kim loại

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm - 2-2 ++++2E+++2E+++tx++rxerrrreee

Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs

lên sự sinh trưởng của choi hoa hồng nuôi cấy in vitro

Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs

lên sự sinh trưởng của chéi đồng tiền nuôi cấy in vitro

Thí nghiệm 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs

lên sự sinh trưởng cua choi cẩm chướng nuôi cấy in vitro

Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs

lên sự sinh trưởng, phát triển của cây hoa hông, đông tiền và cẩm

chướng ở giai đoạn ra rỄ in VỈWFO :-©25c255scc52cc2csczvscsrrrcsry

Thí nghiệm 7: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPslên khá năng khắc phục hiện tượng bat thường của cây hoa hồng,

dong tiền và cẩm chướng nuôi cấy in vitro

Thí nghiệm 8: Nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs

lên khả năng hấp thu K, Ca, Mg; tỷ lệ hấp thu Ag, Fe, Co và hoạt

độ enzyme kháng oxy hóa (SOD, CAT, APX) của cây hoa hồng,

dong tiền và cẩm chướng nuôi cấy in VÏIrO -2-555z55:z552 49

2.3.1.9 Thí nghiệm 9: Đánh giá sự sinh trưởng, phát triển ở giai đoạn

vườn ươm của cây hoa hông có nguồn gốc từ nuôi cấy in vitro trên

môi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs, CoNIPx -c+ 50

2.3.1.10 Thí nghiệm 10: Đánh giá sự sinh trưởng, phát triển ở giai đoạn

vườn wom của cây đông tiền có nguồn gốc từ nuôi cay in vitro trênmôi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs, CoNPx + 51

2.3.1.11 Thí nghiệm 11: Đánh giá sự sinh trưởng, phát triển ở giai đoạn

vườn ươm của cây cam chướng có nguôn gốc từ nuôi cây in vitrotrên môi trường có bồ sung AgNPs, FeNPs, CoNP 51

2.3.2 Phuong pháp xác định ham lượng khí ethylene trong bình nuôi cấy 52

2.3.3 Phương pháp xác định hoạt độ enzyme cellulase và pectinase 54

2.3.3.1 Chuẩn bị mẫu tht cccsssssssssssssssssssssssssssssssssssnsssssnssssssssssssssssssssee 54

2.3.3.2 Xác định hoạt độ enzyme celÏHÏ44Se -+ + c+c+e+ecex+x+e+erer+ 54

2.3.3.3 Xác định hoạt độ enzyme Pectindse 5-5-5 +c+es+csc+c++crcr+ 55

2.3.4 Xác định hoạt độ của enzyme khang oxy hóa bằng phương pháp phan

tích phổ tử ngoại (UV-VIS) 2¿-2222 221 22112221122111221122211 221 cxex 55

2.3.4.1 Chuẩn bị mẫu thủ: 2522252222 E231 22112211122112212111 211cc 55

2.3.4.2 Hoạt độ SOD

2.3.4.3 Hoạt độ CAT.

2.3.4.4 Hoạt độ APDX -Ặ- ST ST He 56

2.3.5 Xác định khả năng hấp thu khoáng va nano kim loại bang phân tích

phổ hấp thụ nguyên tử (A AS) 2¿-222+222E22E1221122212211 re 56

2.3.7 Một số phương pháp khác -2¿+2+++2E+++2EE+2EEE+2EEEEEExrrrkrrrrrcee 582.3.8 Phuong pháp xử lý thống k6 cccccsccscseessseessseesssessssessssessseesssessssessssesssees 582.4 DIEU KIỆN NUÔI CAY

2.4.1 Điều kiện nuôi cấy i1 VitFO ccccccccssessssesssessssessssessssecssessseesssecsseecsseessseees 59

2.4.2 Điều kiện nuôi cấy ex vitro

2.5 DIA DIEM VÀ THỜI GIAN TIEN HANH DE TÀI - 59CHƯƠNG 3 KET QUA VA THẢO LUẬN 0.0 cccscccssssessssessssesssessseesssessssesssees 60

3.1 GHI NHẬN MOT SO HIỆN TƯỢNG BAT THUONG CUA CHOI VA

CÂY HOA HONG, DONG TIỀN, CAM CHUGNG NUOI CAY

[8/0010 nạ 60

3.2 ANH HƯỞNG CUA NANO KIM LOẠI LÊN GIAI DOAN NHÂN CHOI

IN VITRO CUA CAY HOA HONG, DONG TIỀN VÀ CAM CHƯỚNG 64

3.2.1 Anh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên sự sinh trưởng của chỗi

hoa hồng nuôi cấy i VitrO ccccssccsssessssesssseesssesssssssssesssessssesssieesssecssecssseces 64

3.2.2 Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sự sinh trưởng của chỗi

dng tién MUG: g0 008 67

3.2.3 Anh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên sự sinh trưởng của chéi

cẩm chướng nuôi cây i/ VitPO cccecsccssessssessssesssssssssssssessssesssiecssiccssesssseees 69

3.3 ANH HƯỞNG CUA NANO KIM LOẠI LÊN GIAI DOAN RA RE CUA

CAY HOA HONG, DONG TIEN VA CAM CHUGNG NUOI CAY

IN VITRO

3.3.1 Anh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sinh trưởng và phat triển

của cây hoa hồng ở giai đoạn ra rễ in Vitr0 occessesssessssesssessseesssessssesssseees 743.3.2 Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sinh trưởng và phát triển

của cây đồng tiền ở giai đoạn ra rễ int wi/rO -¿©25:©cccccccscscscrx 76

3.3.3 Ảnh hưởng của nano kim loại và hệ thống nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cây cam chướng ở giai đoạn ra rễ in vifro - 80

3.3.3.1 Anh hưởng của AgNPs và hệ thong nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cây cẩm chướng ở giai đoạn ra rễ in vitro 80

3.3.3.2 Ảnh hưởng của FeNPs và hệ thong nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cây cẩm chướng ở giai đoạn ra rễ in vifro 81

3.3.3.3 Anh hưởng của CoNPs và hệ thống nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cây cẩm chướng ở giai đoạn ra rễ in vifro 82

3.4 KHÁC PHỤC MỘT SÓ HIỆN TƯỢNG BÁT THƯỜNG CỦA CÂY

HOA HONG, DONG TIEN VÀ CAM CHƯÓỚNG NUÔI CAY IN VITRO

TREN MOI TRƯỜNG CO BO SUNG NANO KIM LOẠI - 86

3.4.1 Khắc phục hiện tượng thủy tinh thé, vàng lá, rụng lá và hóa nâu của

cây hoa hồng nuôi cấy in vitro trên môi trường có bồ sung AgNPs,

FeNPs, ColNPS - Q 11.1112 11101111 0111001110111 11H HE ky 86

3.4.2 Khắc phục hiện tượng thủy tinh thé và vàng lá của cây đồng tiền nuôi

cấy in vitro trên môi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs, CoNPx 90

3.4.3 Khắc phục hiện tượng thủy tinh thé của cây cam chướng muôi cây in

vitro trên môi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs, CoNPs trong hệ

thống MP và MO 22-2222 22E22221122111271112711211121112111 2112 re 92

3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NANO KIM LOẠI LÊN KHẢ NĂNG HÁP THU

K, CA, MG VÀ TỶ LỆ HÁP THU AG, FE, CO CỦA CÂY HOA HỎNG,

DONG TIEN VÀ CAM CHƯỚNG NUÔI CAY IN VJTRO 100

3.5.1 Anh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên khả năng hấp thu K, Ca,

Mg và ty lệ hap thu Ag, Fe, Co của cây hoa hồng nuôi cấy in vitro 101

3.5.2 Anh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên khả năng hấp thu K, Ca,

Mg và ty lệ hap thu Ag, Fe, Co của cây đồng tiền nuôi cấy in vitro 102

3.5.3. Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs và hệ thống nuôi cấy lên

khả năng hap thu K, Ca, Mg và tỷ lệ hap thu Ag, Fe, Co của cây cam

chướng nuôi cấy i VITO voeecceecssessssessssessseesssessseesssessssesssesssessssessseesssees 104

3.5.3.1 Anh hưởng của AgNPs lên khả năng hap thu K, Ca, Mg và tỷ lệ

hấp thu Ag của cây cẩm chướng nuôi cấy in vitro trong hệ thông

3.5.3.2 Ảnh hưởng của FeNPs lên khả năng hấp thu K, Ca, Mg và tỷ lệ

hấp thu Fe cua cây cẩm chướng nuôi cấy in vitro trong hệ thông

3.5.3.3 Ảnh hưởng của CoNPs lên khả năng hap thu K, Ca, Mg và tỷ lệ

hấp thu Co của cây cẩm chướng nuôi cấy in vitro trong hệ thong

3.6 ẢNH HƯỞNG CỦA NANO KIM LOẠI LÊN HOẠT ĐỘ ENZYME

KHÁNG OXY HOA SOD, CAT VÀ APX : -c:522scz+ccvzrcsrrs 109

Anh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên hoạt độ enzyme SOD,

CAT, APX của cây hoa hong nuôi cấy in vitro .109

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên hoạt độ enzyme SOD,CAT, APX của cây đồng tiền nuôi cấy im viiro 752-5c5cc- 110

Ảnh hưởng của AgNPs và hệ thống nuôi cấy lên hoạt độ enzyme SOD,CAT và APX của cây cam chướng nuôi cấy in vifro 111

Anh hưởng của FeNPs và hệ thống nuôi cấy lên hoạt độ enzyme SOD,CAT và APX của cây cẩm chướng nuôi cấy in vifro 112

Ảnh hưởng của CoNPs và hệ thống nuôi cấy lên hoạt độ enzyme SOD,

CAT và APX của cây cam chướng nuôi cấy i vifro - - 113

3.7 THÍCH NGHI, SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIEN Ở GIAI DOAN

VƯỜN ƯƠM CUA CAY HOA HONG, DONG TIỀN VA CAM

CHƯỚNG CÓ NGUON GOC TỪ NUÔI CAY JN VITRO TREN MOI

TRƯỜNG CO BO SUNG NANO KIM LOAL ssssssssssssessssesssessseecsseessees 116

3.7.1 Thich nghỉ, sinh trưởng va phát triển ở giai đoạn vườn ươm của cây

hoa hồng có nguồn gốc từ nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổ sungAgNPs, FeNPs và CoNPPề sàng HH it 116

T

3.7.2 Thich nghỉ, sinh trưởng va phát triển ở giai đoạn vườn ươm của cây

dong tiên có nguồn gôc từ nuôi cây in vitro trên môi trường có bô sung

AgNPs, FeNPs và CoNPề án HH Hi 120

TÌ 3.7.3 Thích nghi, sinh trưởng và phát triên ở giai đoạn vườn ươm của cây

cam chướng có nguôn gôc từ nuôi cay in vitro trên môi trường có bôsung AgNPs, FeNPs, CoNPs trong hệ thống MP và MO 124

3.7.3.1 Thích nghỉ, sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn ươm của

cây cẩm chướng có nguồn gốc từ nuôi cay in vitro trên môi trường

bồ sung AgNPs trong hệ thống MP và \\MO - 124

3.7.3.2 Thích nghỉ, sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn ươm của

cây cẩm chướng có nguồn gốc từ nuôi cay in vitro trên môi trường

bồ sung FeNPs trong hệ thong MP và MO .126

3.7.3.3 Thích nghỉ, sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn ươm của

cây câm chướng có nguôn gốc từ nuôi cay in vitro trên môi trường

bồ sung CoNPs trong hệ thong MP và MO - -. : 128

CHƯƠNG 4 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ .2-222-555+c55s2 137

4.1 KẾT LUẬN -2222222 2222221 t2 re 1374.2 KIÊN NGHỊ, 222222 22222211 2222 1 2 re 139DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIEN QUAN DEN LUẬN ÁN

TÀI LIEU THAM KHẢO -22-252©2S22EE2222E222212223122231223222212223e2 141

DANH MUC CHU VIET TAT

: Môi trường MS giảm một nửa khoáng đa lượng : l-aminocyclopropane-1-carboxylic acid

: ACC oxidase : ACC synthase : Silver nanoparticles (Nano bac) : Ascorbate peroxidase

: Benzyladenine : 3-Indolebutyric acid

: Catalase: Môi trường nhân chồi cảm chướng

: Chiều cao chdi

: Chiều dài lá

: Chiều dài rễ

: Môi trường nhân chéi đồng tiền: Môi trường nhân chỗi hoa hồng: Chlorophyll

: Cobalt nanoparticles (Nano cobalt)

: Chiều rộng lá

: Iron nanoparticles (Nano sắt): Kinetin

: Môi trường Murashige va Skoog, 1962

: Micropropagation system (Hệ thống nuôi cấy in vitro)

: Microponic system (Hệ thống vi thủy canh)

: a-Naphthaleneacetic acid: Môi trường ra rễ cảm chướng

: Môi trường ra rễ đồng tiền

: Môi trường ra rễ hoa hồng

: Reactive oxygen species (Gốc oxy phản ứng)

: S-adenosyl-L-methionine

: Superoxide dismutase: Soil Plant Analysis Development (Chi số Chlorophyll)

: Ty lệ tích lũy chất khô

Tình hình nghiên cứu va ứng dụng nano kim loại ở Việt Nam 21

Một số hiện tượng bat thường của chéi và cây hoa hồng, đồng tiền

và cam chướng nui cây i7! ViffO -c+-cS+xst‡+tsssvxseesesvxserse 60

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sự sinh trưởng của

chéi hoa hồng sau 6 tuần nuôi cấy in vi/ro 2-©ccc5552 65

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sự sinh trưởng của

chéi đồng tiền sau 6 tuần nuôi cấy i vifro c-ccccccce¿ 67

Anh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sự sinh trưởng của

choi câm chướng sau 6 tuân nuôi cây i7 VITO -‹+-«<<+ 70

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sinh trưởng và phát

trién của cây hoa hong sau 4 tuân ra ré in vitro

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên sinh trưởng và pháttriển của cây đồng tiền sau 4 tuần ra rễ 7 vifro c-ccec 76

Ảnh hưởng của AgNPs và hệ thống nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cây cam chướng sau 3 tuần ra rễ i viro 80

Ảnh hưởng của FeNPs và hệ thống nuôi cấy lên sinh trưởng và

phát triển của cam chướng sau 3 tuần ra rễ in vifro - 81

Anh hưởng của CoNPs và hệ thống nuôi cấy lên sinh trưởng va

phát triển của cam chướng sau 3 tuần ra rễ in vifro - 83

Ảnh hưởng của AgNPs, CoNPs lên hạn chế sự tích lũy khí

ethylene trong giai đoạn ra rễ in vitro của cây hoa hồng, đồng tiền

và câm chướng.

Khắc phục hiện tượng bat thường của cây con hoa hồng, đồng tiền

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên khả năng hấp thu K,

Ca va Mg trong nuôi cây in vitro cây hoa

hôồng -. Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên khả năng hấp thu K,

Ca, Mg trong nuôi cây in vitro cây đồng tiền

Ảnh hưởng của AgNPs lên khả năng hấp thu K, Ca, Mg và tỷ lệhấp thu Ag của cây cam chướng muôi cay in vitro trong hệ thống

Ảnh hưởng của FeNPs lên khả năng hấp thu K, Ca, Mg và tỷ lệhấp thu Fe của cây cam chướng muôi cấy in vitro trong hệ thống

Ảnh hưởng của CoNPs lên khả năng hấp thu K, Ca, Mg và tỷ lệ

hấp thu Co của cây cam chướng muôi cây in vitro trong hệ thống

MP và MO

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên hoạt độ enzyme

SOD, CAT, APX của cây hoa hồng nuôi cấy in vi#ro

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs và CoNPs lên hoạt độ enzyme

SOD, CAT, APX của cây đồng tiền nuôi cấy i vifro

Ảnh hưởng CoNPs và hệ thống nuôi cay lên hoạt độ enzyme SOD,

CAT, APX của cây cam chướng nuôi cấy in

viíro Sự sinh trưởng và phát triển của cây hoa hồng có nguồn gốc từ

nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs và

CoNPs sau 4 tuần ở giai đoạn vườn ươm .: :- 52+

Sự sinh trưởng và phát triển của cây đồng tiền có nguồn gốc từ

nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổ sung AgNPs, FeNPs và

103

l107

CoNPs sau 4 tuần ở giai đoạn vườn ươm -¿- ¿czz+z+ 121

Bảng 3.22 Sự sinh trưởng va phát triển ở giai đoạn vườn ươm của cây cam

chướng có nguồn gốc từ nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổsung AgNPs trong MP và MO sau 6 tuần .-: -:-©c5cc¿ 125

Bảng 3.23 Sự sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn ươm của cây cam

chướng có nguồn gốc từ nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổ

sung FeNPs trong MP và MO sau 6 tuần

Bảng 3.24 Sự sinh trưởng va phát triển ở giai đoạn vườn ươm của cây cảm

chướng có nguôn gốc từ nuôi cây in vitro trên môi trường có bôsung CoNPs trong MP và MO sau 6 tuần .-:c-:-©c5ce¿ 129

Năm đồng phân của thụ thé ethylene trong 4zabidopsis - 10

Con đường vận chuyển nano kim loại trong thực vật - 17

Sự tích lũy nano kim loại trong tế bào -2- ¿¿©z+2zz+2x+z+z+ 18

Vai trò của bạc va cobalt trong ức chế sinh tổng hợp và hoạt động

của khí ethyÏene - ¿tk SH HH HH Hit 24

Hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn -2-©222+22+z+cxs2 32Cây hoa hỒng 22-222 22222EE1221122711222112711127112111211 211 xe 33

Cây hoa đồng tién

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs va CoNPs lên sinh trưởng và phat

triển của cây hoa hồng sau 4 tuần ra rễ in viíro - 75

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs lên sinh trưởng và phát triển

của cây đồng tiền sau 4 tuần ra rỄ i vifr0 :©ccccccccccscee 77

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs và hệ thông MP, MO lênsinh trưởng và phát triển của cây cam chướng sau 3 tuần ra rễ

LÊ 84

Hình dạng giải phẫu khí khổng lá và lông hút rễ của cây hoa héng 90

Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs lên khắc phục hiện tượng

thủy tinh thể và vàng lá cây đồng tiền sau 4 tuần ra rễ in vifro 91

Ảnh hưởng của nano kim loại lên hình dạng khí không và lông hút

rễ cây cam chướng trong hệ thống MP và MO - ¿+ 96

Sự sinh trưởng và phát triển của cây hoa hồng có nguồn gốc từ nuôi

cấy in vitro trên môi trường có bổ sung nano kim loại sau 6 và 10tuần ở điều kiện VƯỜn ưƠIM - ¿+ 5c +2 + + +vssrereerssrerresse 119

Sự sinh trưởng và phát triển của cây đồng tiền có nguồn gốc từ nuôicấy in vitro trên môi trường có bổ sung AgNPs sau 4 tuần ở điều

ién vườn ươm 122

Sự sinh trưởng và phát triển của cây đồng tiền có nguồn gốc từ nuôicấy in vitro trên môi trường có bồ sung FeNPs sau 4 tuần ở điều

122 lên vườn ươm

Sự sinh trưởng và phát triển của cây đồng tiền có nguồn gốc từ nuôi

cấy in vitro trên môi trường có b6 sung CoNPs sau 4 tuần ở điều

lên vườn ươm

Sự ra hoa đồng tiên sau 10 tuân ở điêu kiện vườn ươm

Sự sinh trưởng và phát triển của cây cảm chướng có nguồn gốc từnuôi cấy in vitro trên môi trường có bồ sung AgNPs trong MP và

MO sau 6, 10 tuần ở vườn ươm .-:22©2c+22+z+2vzc2zxzstzscee 126

Hình 3.17.

Hình 3.18.

Sự sinh trưởng và phát triển của cây cảm chướng có nguồn gốc từ

nuôi cấy in vitro trên môi trường có bồ sung FeNPs trong MP và

MO sau 6, 10 tuần àăăăăiciiiiiiiieree 128

Sự sinh trưởng và phát triển của cây cam chướng có nguồn gốc từ

nuôi cấy in vitro trên môi trường có bổ sung CoNPs trong MP và

MO sau Sa nh n 130

Biểu đồ 3.1 Ảnh hưởng của AgNPs, FeNPs, CoNPs lên TLCK cây con hoa

hồng nuôi cây i7 viffO 2 55c 2 c2 2212211221121 E1 re 86

Biểu đồ 3.2 Anh hưởng của AgNPs va CoNPs lên hoạt độ enzyme thủy phân

của cây hoa hồng nuôi cấy i vifr0 -¿-55c:2c5cc2cscscrscsrxee 88

Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của AgNPs lên TLCK và hàm lượng Chlorophyll a, b

của cây câm chướng nuôi cây in VifFO -¿ c-c+c+<exexsesecee 93

Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của FeNPs lên TLCK và hàm lượng Chlorophyll a, b

của cây câm chướng nuôi cây i7! VifFO ¿ -cc+c+eccxexseseeee 94

Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của CoNPs lên TLCK và hàm lượng Chlorophyll a, b

của cây câm chướng nuôi cây iN VifFO ¿ c-c+c+<cxecsesecee 95

Biểu đồ 3.6 Tỷ lệ hấp thu Ag, Fe và Co trong giai đoạn ra rễ in vitro của cây

hoa hồng sau 4 tuần nuôi cấy - -¿- +¿22++22x+zzzxzsrxresrx 102

Biểu đồ 3.7 Tỷ lệ hấp thu Ag, Fe và Co trong giai đoạn ra rễ in vitro cây đồng

Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng của AgNPs lên hoạt độ enzyme kháng oxy hóa của

cây cam chướng nuôi cấy in vitro trong MP và MO 112

Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng của FeNPs lên hoạt độ enzyme kháng oxy hóa của cây

Sơ đồ 3.1

cam chướng muôi cấy in vitro trong hệ thống MP và MO 113

Khắc phục hiện tượng vàng lá, rụng lá và hóa nâu trong vi nhân giống

cây hoa hồng có sự hiện diện của nano kim loại thích hợp 134

Sơ đồ 3.2 Khắc phục hiện tượng thủy tinh thé, vàng va rung lá trong vi nhân giỗng

cây đồng tiền có sự hiện diện của nano kim loại thích hợp 135

Sơ đồ 3.3 Khắc phục hiện tượng thủy tinh thể trong vi nhân giống cây cam chướng

có sự hiện diện của nano kim loại thích hợp -¿ + 136

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghệ sinh học thực vật, đặc biệt là nuôi cấy tế bào, mô và cơ quan thựcvật đã trở thành một phương pháp nhân giống chuẩn và phổ biến đối với nhiều loại

cây trồng như cây công nghiệp, cây hoa cảnh, cây dược liệu, cây ăn trái và rau xanh

Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra được số lượng lớn cây giống đồng nhất về

mặt di truyền, kiểm soát được các yếu tô gây bệnh cho cây, tạo ra các giống cây sạchbệnh, là công cụ dé bảo tồn va phát triển nguồn gen, nghiên cứu những đặc tính sinh

lý của thực vật và khắc phục được phan lớn những khó khăn của phương pháp nhân

giống truyền thống [103] Bên cạnh những ưu điểm mang lại thì phương pháp nuôicấy mô, tế bào và cơ quan thực vật vẫn có những hạn chế chưa khắc phục được như

hình thái sinh lý và cấu trúc giải phẫu bat thường, hiện tượng nhiễm vi sinh vật, thủytinh thé, vàng lá, rụng lá, mẫu cấy hóa nâu dẫn đến chat lượng chỗi in vitro thấp, cây

bị thoái hóa và giảm hệ số nhân giống [34; 83] Hơn nữa, điều kiện nuôi cây vô trùngđặc trưng có ảnh hưởng rất lớn lên sự sinh trưởng và phát triển của thực vật sau khi

đưa chúng ra khỏi bình nuôi cấy và thích ứng ngoài vườn ươm (tỷ lệ chết khi đưa ra

vườn ươm từ 10% đến 40%) [81] Do đó, việc cải tiến và tối ưu hệ thống nuôi cấy,nâng cao chất lượng cây giống vẫn luôn là một trong những mục tiêu chính của vi

nhân giống thương mại

Công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc day sự phát

triển trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệthông tin, quân sự và tac động đến toàn xã hội Bên cạnh đó, công nghệ nano ra đời

cũng đã cung cấp công cụ và nền tảng kỹ thuật cơ bản cho việc nghiên cứu các hệ

thống sinh học [117] Theo báo cáo của điễn đàn công nghệ nano châu Âu, công nghệnano có tiềm năng cách mạng hóa ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm với

các công cụ mới cho việc điều trị các bệnh liên quan đến phân tử, khả năng phát hiệnbệnh nhanh chóng và gia tăng khả năng hấp thu, chuyên hóa các chất dinh dưỡng củathực vật [75].

Trong những năm gần đây, sự tương tác giữa các vật liệu nano với thực vật đã

thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới và các nghiên cứu về tác

động của hạt nano kim loại lên thực vật đã được tiến hành Các nhà nghiên cứu đã

cho thấy cả ảnh hưởng tích cực và tiêu cực của vật liệu nano này đến sự sinh trưởng

và phát triển của thực vật tùy thuộc vào thành phan, cấu trúc, nông độ hạt nano và

loài thực vật sử dụng [84; 158] Trong lĩnh vực nuôi cấy mô tế bào thực vật, gần đây

có một số nghiên cứu về tác động tích cực của nano kim loại lên thực vật nuôi cấy invitro như tăng tỷ lệ nay mam [57], gia tăng sinh trưởng [144], tăng cường chuyển hóa

các hợp chất thứ cấp có giá trị như dược phẩm, chất dinh dưỡng và hóa chất nông

nghiệp, bao gồm các hợp chất phenol, flavonoid, alkaloid [55]; tuy nhiên, các nghiêncứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá tác động của nano kim loại đến khả năng sinh

trưởng và phát triển của thực vật mà chưa đi sâu đánh giá tác động của chúng lên cảithiện một số hiện tượng bất thường trong vi nhân giống thực vật Vì vậy, đề tài

Nghiên cứu anh hưởng của nano kim loại lên việc khắc phục một số hiện tượngbất thường của cây trồng nuôi cấy in vitro” là một hướng nghiên cứu hoàn toàn

mới trong vi nhân giống thực vật hiện nay Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của

nano kim loại (nano bạc, nano sắt, nano cobalt) lên sự sinh trưởng, phát triển, khắcphục bat thường và cải thiện chất lượng cây giống nuôi cấy in vitro của cây hoa hồng

(Rosa hybrida L “Baby Love”), đồng tiền (Gerbera jamesonii “Revolution yellow”)

va cam chướng (Dianthus caryophyllus “Express golem”) - những loài hoa dep, có

giá trị kinh tế cao và được ưa chuộng nhất hiện nay bởi sự đa dạng về màu sắc, kích

thước, hình dạng hoa và mục đích sử dụng (hoa chậu, cắt cành, trang trí, dược liệu)

2 Mục tiêu của đề tài

Đề tài được thực hiện nhằm xác định nồng độ nano bạc, nano sắt, nano cobaltthích hợp cho quá trình sinh trưởng và phát triển của một số cây hoa cảnh có giá trị

kinh tế cao trong nhân giống in vitro như cây hoa hồng, đồng tiền và cam chướng.Bên cạnh đó, tìm ra nồng độ tối ưu của ba loại nano này để khắc phục hiện tượng

thủy tỉnh thé, vàng lá, rụng lá và hóa nâu của cây hoa hồng, đồng tiền và cam chướng

nhân giống in vitro Từ đó, đánh giá sự sinh trưởng và phát triển ở giai đoạn vườn

ươm của ba cây này có nguồn gốc từ nuôi cây in vitro trên môi trường có bổ sung

loại và nông độ nano kim loại thích hợp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Nano kim loại bạc (bồ sung vào môi trường nuôi cấy), nano sắt và nano cobalt

(thay thé muối FeSO4-EDTA và CoCh trong môi trường nuôi cấy) với các nồng độkhác nhau được sử dụng đề nghiên cứu ảnh hưởng của những nano kim loại này lên

sự sinh trưởng, phát triển và khả năng khắc phục một số hiện tượng bắt thường trong

vi nhân giống cây hoa hồng (Rosa hybrida L “Baby Love”), đồng tiền (Gerberajamesonii “Revolution yellow”) và cảm chướng (Dianthus caryophyllus “Expressgolem’).

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của nano bạc, nano sắt, nano cobalt đến sự sinh trưởng,phát triển và khả năng khắc phục một số hiện tượng bắt thường trong vi nhân giống

cây hoa hồng, đồng tiền và cam chướng

Đánh giá hiệu quả thay thế các dinh dưỡng khoáng trong môi trường nuôi cấybởi nano kim loại nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cây giống in vitro

Đánh giá hiệu quả của nano kim loại trong gia tăng khả năng thích nghi và nâng

cao tỷ lệ sống của cây giống in vitro ở điều kiện vườn ươm

4 _ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học mới có giá

tri về vai trò của nano kim loai trong cai thién sinh truong va khắc phục một số hiệntượng bat thường trong vi nhân giống một số cây hoa cảnh

Đồng thời luận án cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho nghiên cứu và giảng

dạy về lĩnh vực vi nhân giống thực vật

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài đã đánh giá được vai trò của nano kim loại trong vi nhân giống cây hoa

hồng, đồng tiền và cam chướng, nâng cao chất lượng cây giống cũng như các sảnphẩm khác có nguồn gốc từ nuôi cây mô tế bào thực vật cũng như gia tăng tỷ lệ sống

ở điều kiện vườn ươm Ngoài ra, đây là hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng và cáckết quả của luận án có thể phục vụ cho các nghiên cứu sau này hướng đến sử dụng

công nghệ nano trong trong vi nhân giống thực vật

5 Những đóng góp mới của luận án

Đây là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu ứng dụng nano bạc, nano

sắt, nano cobalt trong vi nhân giống cây hoa hồng, đồng tiền và cảm chướng

Nghiên cứu có tính tiên phong và hệ thống về ứng dụng nano kim loại trong gia

tăng sinh trưởng và khắc phục hiện tượng thủy tinh thé, vàng lá, rụng lá, hóa nâutrong vi nhân giống cây hoa hồng, đồng tiền và cam chướng

Bồ sung nano kim loại vào môi trường nuôi cấy trong giai đoạn vi nhân giống

đã giúp gia tăng khả năng thích nghỉ cũng như tỷ lệ sống của cây hoa hồng, đồng tiền

và cam chướng ở giai đoạn vườn ươm

Xây dựng được quy trình nhân giống của ba loại cây hoa cảnh có giá trị kinh tếcao là cây hoa hồng, đồng tiền và câm chướng dưới ảnh hưởng của nano kim loại

CHƯƠNG 1.

TỎNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 NUÔI CÁY MÔ, TE BAO VÀ CO QUAN THỰC VAT

1.1.1 Thành tựu

Thuật ngữ nhân giống vô tính thực vật thường đề cập đến các phương pháp sinh

sản vô tính từ các mô hoặc cơ quan sinh đưỡng dé bảo tồn các kiểu gen mong muốnhoặc các giống thực vật tốt được chọn lựa trong nông nghiệp và lâm nghiệp Theo

truyền thống, phương pháp này đạt được bằng cách sử dụng các đoạn cắt (giâm hom),chiết cành, tách cây, ghép Tuy nhiên, đối với nhiều loài thực vật, đặc biệt là các loài

cây thân gỗ thì những phương pháp này rất khó thực hiện hoặc mắt rất nhiều thời gian

[34] Nhiều năm qua, những phương pháp nhân giống truyền thống không đáp ứngkịp nhu cầu về giống, mặt khác còn mang nguy cơ làm lây lan bệnh hại và làm thoái

hóa giống Với nhu cầu ngày càng tăng đối với sản lượng hoa cắt cành, việc nghiêncứu nhân giống hiệu quả ở quy mô lớn và tiến hành lai tạo nhằm hướng tới mở rộng

hơn nữa sự đa dạng màu sắc và hình dạng hoa cần được thực hiện Trong đó, phươngpháp vi nhân giống (hay nuôi cấy mô, tế bao và cơ quan thực vật) là phương pháp

hữu hiệu nhất thay thế cho cho các phương pháp nhân giống truyền thống cho đến

thời điểm hiện tại [112]

Phương pháp vi nhân giống tỏ ra hiệu quả trong sản xuất số lượng cây giốngsạch bệnh với tốc độ nhanh, chất lượng đồng đều và đồng nhất về mặt di truyền bởi

có những lợi thế vượt trội so với các phương pháp nhân giống vô tính thông thường:

(a) trong một thời gian và không gian tương đối, một số lượng lớn cây giống có théđược sản xuất bắt đầu từ một cá thé riêng lẻ, (b) điều kiện nuôi cấy vô trùng đảm bảo

sạch bệnh, (c) tỷ lệ nhân giống in vitro thành công thường cao hơn nhiều so vớiphương pháp nhân giống ex vitro vì trong quá trình nuôi cấy có thể điều chỉnh nồng

độ các chất dinh dưỡng và chất điều hòa sinh trưởng, nhiệt độ và ánh sáng một cách

tối ưu và hiệu quả, (d) có thé áp dụng cho nhiều loại mô, cơ quan mà ở phương pháp

truyền thống khó hoặc không thể thực hiện, (e) có thé tiền hành quanh năm và không

phụ thuộc thời tiết hay mua vụ, (0 sử dụng thực vật từ những nguồn sạch virus, chúng

sẽ được bảo vệ khỏi sự tái nhiễm và các cây con vi nhân giống có thể được xuất khẩu

với ít vấn đề về kiểm dịch, (g) thực vật vi nhân giống có thể được hoạch định tốt hơnbằng cách lưu trữ mẫu nuôi cấy ở nhiệt độ thấp trong thời điểm nhu cầu thị trường

thấp và (h) cây trồng vi nhân giống có thể có được những đặc điểm mong muốn mớichẳng hạn như thay đổi màu sắc hoa của cây cảnh và tăng số lượng ngó (cây con) ở

cây dâu tây [34].

1.1.2 Một số hạn chế của phương pháp nuôi cấy mô, tế bào và cơ quan thực vật

Bên cạnh rất nhiều lợi ích mang lại thì phương pháp này vẫn còn có những hạnchế chưa khắc phục được như cây bị thoái hóa, di dạng, hiện tượng thủy tinh thé, rụng

lá, khí khong mat chức nang, sự nhiém vi sinh vat, mau cấy hóa nâu, nguyên nhân

gây ra những bất thường này có thể do mẫu được nuôi cấy trong điều kiện bình nuôicấy kín; bên cạnh đó điều kiện nuôi cấy vô trùng đặc trưng có ảnh hưởng rất lớn lên

sự sinh trưởng và phát triển của thực vật sau khi đưa chúng ra khỏi bình nuôi cấy và

thích ứng ngoài vườn ươm.

1.1.2.1 Hiện tượng thủy tinh thể và sự tích lity khí ethylene

Hiện tượng thủy tỉnh thé

Các chồi vi nhân giống được nuôi cây dưới điều kiện độ 4m cao và dị dưỡng

bên trong các bình nuôi cấy kín thường thể hiện các bất thường về hình thái, sinh lý

và hoạt động trao đổi chất Những bất thường về hình thái giải phẫu và sinh lý được

miêu tả bằng rất nhiều thuật ngữ: hiện tượng thủy tinh thé, sự tích lãy nước quá mức,

sự mọng nước hay hiện tượng trong vắt như thuỷ tỉnh [81] Những bất thường liên

quan đến hiện tượng này là sự biệt hóa và hóa gỗ kém của mô, các tế bào của những

lá thủy tinh thé bị bao quanh bởi những vách mỏng và chứa nguyên sinh chất nghèo

dinh dưỡng với không bào lớn Quan sát đưới kính hiển vi cho thấy, những lá bi mong

nước có thể thiếu mô giậu hay chỉ chứa một lớp mô giậu mỏng, gia tăng nước trong

nguyên sinh chất, lục lạp chứa nhiều hạt tinh bột lớn, ham lượng lục lạp trong lá bị

thủy tinh thể thấp hơn trong lá bình thường [185] Đối với một vài loài cây, thủy tinhthể kéo theo sự khiếm khuyết của mô biểu bì và lớp lông sừng trên lá Thủy tỉnh thể

còn làm cho khả năng định hướng của những vi sợi cellulose trên vách tế bào bảo vệkhí khổng giảm đi nên khả năng đóng, mở của chúng cũng kém di [42] Những khí

khổng dị thường cho thấy có những vết thương xung quanh lỗ khí và chúng khôngđáp ứng được với stress nước, abscisic acid (ABA) cũng như nông độ CO; cao Sự

mat nước của chi là một trong những van đề nghiêm trọng nhất trong vi nhân giỗng

ở quy mô thương mại bởi vì những chồi bất thường này thé hiện sự đáp ứng của rễ

kém và tỷ lệ sống thấp [53]

Mức độ tích lũy nước và những triệu chứng bat thường sẽ không giống nhau ở

tất cả các loài thực vật và được biểu hiện ở nhiều mức độ khác nhau, phụ thuộc vào

sự sản sinh quá mức ethylene bởi mô thực vật, nông độ COa, độ âm cao bên trong

bình nuôi cấy (> 95%), nhiệt độ, loại và nồng độ chất điều hòa sinh trưởng làm cho

cây không tăng trưởng hoàn chỉnh được và giảm chất lượng cây giống [54] Thay đổiloại và nồng độ các tác nhân làm đông, nguồn carbon, hàm lượng khoáng, tỷ lệ NHa*

và điều kiện nuôi cấy (thoáng khí) có thể giúp giảm được hiện tượng thủy tỉnh thểnhưng lại cho tỷ lệ nhân giống thấp hơn, tăng nguy cơ nhiễm vi sinh vật, rút ngắn

thời gian cấy chuyền và không phù hợp với tat cả loài thực vật nuôi cấy [24]; gia tăngnông độ Ca?* đã được chứng minh giúp giảm được hiện tượng thủy tinh thé ở cả loàicây thân thảo và cây thân gỗ, tuy nhiên lại cản trở sự hóa gỗ thông qua hoạt động củaenzyme peroxidase va sẽ cảm ứng hình thành mô sẹo [110].

Sự tích lũy khí ethylene trong bình nuôi cấp

Ethylene (C2H4) là hợp chất hữu cơ được sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới,

được sử dụng trong sản xuất nhiều sản phẩm như cao su, nhựa, sơn, chất tây Tửa, đồchơi và là một hormone chính trong thực vật Phân tử này khuếch tán thông qua nhiều

quá trình phức tạp của sự tăng trưởng, phát triển và ton tại trong suốt chu kỳ sống

thực vật bao gồm sự nảy mầm của hạt, sự phát triển của chdi và rễ, sự hình thành rễ

bất định, sự rụng lá và quả, sự ra hoa, sự phân hóa giới tính và sự già hóa của hoa và

lá Ethylene cũng là trung gian phản ứng với nhiều stress khác nhau như hạn hán, lũ

lụt, mam bệnh tấn công, độ mặn cao và được biết đến nhiều nhất với vai trò thiết yếutrong việc làm chín quả [38].

Thực vật tổng hợp ethylene sử dụng một con đường sinh hóa với hai bước bắtđầu từ S-adenosyl-L-methionine (SAM) (Hình 1.1) SAM được chuyên thành I-

aminocyclopropane-I-carboxylic acid (ACC) bằng enzyme ACC synthase (ACS)

ACC sau đó được chuyên thành ethylene bởi enzyme ACC oxidase (ACO) Các

enzyme ACS va ACO đều được mã hoá bởi họ nhiều gen, mỗi gen được biểu hiện

khác nhau trong quá trình đáp ứng với các tín hiệu bên trong và các stress môi trường.Sinh tổng hợp ethylene cũng được kiểm soát bởi sự tổng hợp của ACC (được điềuchỉnh bởi sự phosphoryl hóa) [38].

PP, +P, ACC synthase ACC oxidase

) SAM - ————> ACC ———> Ethylene

ATP qv %,

L-methionine ` PON (LUjACHỌN

\ Yang Cycle

Hình 1.1 Con đường sinh tổng hợp ethylene trong thực vật [38]

Tín hiệu ethylene liên quan đến một con đường duy nhất, bao gồm các bước

chính sau: (i) ethylen được cảm nhận bởi một phức hợp thụ thé ethylene tại màng

lưới nội sinh chất (ER); (ii) sự nhận biết ethylene gây nên sự phân cắt của một proteinchủ chốt trong phức hợp, ethylene-insensitive 2 (không nhạy cảm) (EIN2); (iii) phần

box, liên quan đến 2 yếu tố phiên mã chính gây nên sự phân mảnh bởi protein phân

hủy 26S; và (iv) sự ồn định nhanh chóng của hai yếu tố phiên mã dẫn đến việc điều

hòa biểu hiện gen Con đường này dựa chủ yếu vào điều hòa âm và kiểm soát saudịch mã [35] Cụ thể, khi vắng mặt tín hiệu ethylene, các thụ thể ethylene (được biểu

diễn bởi đồng phân ETR1) hoạt hóa protein kinase CTR1, ức chế chức năng EIN2.Trong nhân, yếu tố phiên mã EIN3/EILI bị suy giảm Ngược lại, khi ethylene được

phát hiện, những thụ thé ethylene không thé kích hoạt CTR1 được nữa, kết quả là có

sự phân giải đuôi C của EIN2, ức chế protein dịch mã của protein F-box EBF1/2 Sự

dịch mã EIN3/EILI vì vậy được ồn định và điều chỉnh lại liên quan đến yếu tố dịch

của EBF1/2 F-box mRNA

Hình 1.2 Con đường dẫn truyền tín hiệu ethylene [38]

Thụ thể ethylene liên quan đến các thụ thể kinase của protein histidine của hệ

thống tín hiệu hai thành phan, phổ biến trong sinh vật nhân sơ nhưng rat ít gặp ở sinh

gen thụ thể ethylene từ vi khuẩn lam cổ nội cộng sinh Thụ thể ethylene có một miền

gắn kết đầu cuối N theo sau bởi một GAF (phân tử nhỏ tạo điều kiện cho tương tác

protein-protein giữa các monome thụ thé ethylene cũng như giữa các đồng phân) vàmột miền protein histidine kinase Một số đồng phân còn có một miền nhận C, là

thành phan thứ hai của hệ thống hai thành phần (Hình 1.3) Trong các thụ théethylene, vùng gắn ethylene nằm trong màng lưới nội sinh chất, trong khi GAF,

histidine kinase và vùng nhận nằm trong tế bào chất Các thụ thể ethylene tạo thànhliên kết nhị trùng (disulfide), và mỗi liên kết có khả năng ràng buộc một phân tử

ethylene với sự trợ giúp của một ion đồng Các liên kết nhị trùng nằm trong màng

lưới nội sinh chất, nơi chúng tương tác với các protein trong con đường dẫn truyền

được chứng minh là có ảnh hưởng đến sự biệt hóa, sự sinh trưởng, phát triển, khả

năng đáp ứng với các stress sinh học và phi sinh học của thực vật nuôi cấy in vitrotrong suốt chu trình sống của chúng Các mô thực vật nuôi cấy in vitro thường sinh

ra ethylene do các tổn thương của mau cây trong quá trình cây chuyền cùng với rất

thuộc vào giai đoạn tăng trưởng: loại mẫu và nồng độ của các chất điều hòa tăng

trưởng thực vật [168].

1.1.2.2 Hiện tượng vàng lá, rung lá và enzyme thủy phân cellulase, pectinase

Hién tượng vàng lá và rụng lá

Thực vật vi nhân giống thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi những stress sinh học

va phi sinh học gây tác động xấu đến sự sinh trưởng, phát triển, sinh sản và giảm ty

lệ sống khi chuyển ra vườn ươm từ đó làm giảm năng suất cây trồng Bên cạnh hiệntượng thủy tỉnh thể, vi nhân giống một số loài thực vật còn gặp phải hiện tượng vàng

và rụng lá Sự rụng cơ quan là thuật ngữ được sử dụng để mô tả quá trình mà các bộphận của thực vật bị tách rời, nó thường xảy ra ở các cơ quan như lá, hoa, quả hoặc

hạt [56].

Sự rụng cơ quan trong vi nhân giống thực vật, đặc biệt là rụng lá ở các chổi nuôi

cấy thường liên quan tới tác động của khí ethylene va auxin Trong đó, vi nhân giỗngvới điều kiện nuôi cấy trong bình kín, độ 4m cao cùng với hình thức sinh dưỡng di

dưỡng của thực vật nuôi cấy thì sự tích tụ khí ethylene lại trở thành một trong nhữngyếu tố chính điều khiển sự rụng lá [16] Thông thường, những cây nuôi cấy trong môi

trường ở độ 4m cao rất nhạy cảm với tác động của ethylene và trong một số nghiêncứu cho thay auxin nội sinh hoặc ngoại sinh từ môi trường nuôi cấy có kha năng ức

chế sự rụng lá Ở giai đoạn đầu, sự rụng lá bi ức chế bởi dong auxin nên tac động của

ethylene không gây ra hiện tượng rụng Sau đó, các tế bào ở vùng rụng trở nên nhạycảm hơn cùng với tốc độ sản sinh nhanh và nhiều hơn của ethylene, lúc này vai trò

ức chế sự rụng lá của auxin không được thể hiện vì dòng auxin từ lá đã suy giảm và

cơ chế vận chuyển theo cực bị phá bỏ Thực tế, lá non là cơ quan sản sinh ethylene

nhiều hơn nhưng sự rụng lại xảy ra nhiều nhất ở những lá già nhất, thấp nhất trên cây

vì ethylene được cho là đã rút ngắn thời gian của giai đoạn đầu và ức chế sự chuyểnhóa auxin [169].

Nông độ ethylene trong vùng rụng thường tăng ngay trước khi xảy ra sự phân

tách cơ quan Sự gia tăng nông độ ethylene được cho là kích hoạt sự biểu hiện của

các gen mã hóa cho các enzyme thủy phân vách tế bào, chang hạn như pectinase và

cellulase [100] Các tế bào chịu tác động dẫn đến khiếm khuyết trong sự hóa gỗ, trongđiều kiện bất lợi sẽ kích thích sự tạo nên các enzyme phân huỷ vách tế bao của tang

rời, làm tầng rời nhanh chóng xuất hiện Tầng rời (2-3 lớp tế bào nối liền cơ quanthực vật với thân chính) gồm một số tế bào nhu mô đặc biệt có đặc trưng là tế bào bé

hơn, tròn, chất nguyên sinh đặc hơn, gian bào bé, không hóa suberin và lignin, hệthống dẫn qua vùng này rất mỏng manh Các cấu trúc trên làm cho vùng này yếu hơn

các vùng tế bào khác Khi có những điều kiện cảm ứng sự rụng thì tầng rời xuất hiện

nhanh chóng Các biến đồi xảy ra trong vùng tế bao này cũng rất mạnh đặc biệt là sự

huy động các enzyme thủy phân như enzyme pectinase và cellulase sẽ phân huỷ vách

tế bao làm các té bào trở nên rời rac, không dính nhau và lá chỉ còn giữ lại được bằng

bó mạch mỏng manh và dễ dàng rụng [176].

Enzyme thủy phân cellulase, pectinase

Pectin là một thành phan quan trong của vách tế bào, giúp giữ cho các tế bao

thực vật liên kết lại với nhau Pectin rất phong phú trong vách tế bào sơ cấp và phiến

giữa của thực vật, chứa một cấu trúc a (1-4) liên kết với acid d-galacturonic Lớppectinase bao gồm pectin methylesterase, polygalacturonase, pectinlyase va

pectatelyase là các enzyme thủy phân thuộc nhóm pectin, gây ra sự chết tế bào, sựrụng cơ quan bằng cách phân hủy pectin, làm giảm sức mạnh và độ liên kết của vách

tế bào [173]

Cellulose là polysacaride dồi dao nhất trong tự nhiên và giúp tạo độ cứng cho

vách tế bào, gồm các don vị D-glucose được liên kết B (1-4) tạo thành một chuỗi

tuyến tính khoảng 8.000 đến 12.000 đơn vị glucose nằm ở lớp giữa của vách thứ cấp.Trong cellulose tỉnh thể, các chuỗi này được liên kết bởi các liên kết hydro đề tạo

thành một cấu trúc không hòa tan Cellulase bao gồm exoglucanase, endoglucanase

và B-glucosidase, thủy phân cellulose thành glucose và các chất khác Cellulase có

thé tách các liên kết B-1,4-d-glycosid để phá vỡ celulose và làm giảm sức mạnh của

vách tế bào để gây ra sự rụng cơ quan, đặc biệt là hiện tượng rụng lá trong vi nhân

giống cây hoa hồng [100]

Hiện tượng rụng cơ quan có thể được khắc phục bằng cách sử dụngaminoethoxyvinylglycine (AVG) - một chất ức chế sinh tổng hợp ethylene, hoặc 1-

metyl-cyclopropene (1-MCP) cũng giúp làm chậm tiến trình rụng Tuy nhiên, AVGlại gây độc cho mẫu cấy, nó gây chết mẫu ở lần cây chuyền đầu tiên; 1-MCP thường

chỉ được sử dụng trong công nghệ sau thu hoạch [100; 111].

1.1.2.3 Hiện tượng hóa nâu mẫu cấy

Một số thực vật vi nhân giống cũng thường xuất hiện hiện tượng hóa nâu mẫu

cấy cũng như hóa nâu môi trường nuôi cấy Đôi khi tình trạng hóa nâu trở nên nghiêmtrọng đến mức mẫu cấy chuyển màu nâu sam/den, hoại tử và cuối cùng chết Các nhà

khoa học cho rằng sự sản sinh phenol trong suốt quá trình nuôi cấy gây oxy hóa và

làm cho mẫu, môi trường hóa nâu Các sản phẩm oxy hóa của phenol có thể là độc tố

thực vật Mức độ hóa nâu phụ thuộc vào loài thực vật nuôi cấy, kiểu gen, độ tuổi của

mô cấy (mô già hơn cho thấy khả năng bị hóa nâu cao hơn), mùa nuôi cấy (nhiều hơn

vào mùa đông và mùa thu) và thành phần của môi trường Một phương pháp đơn giản

để bảo vệ các mẫu cấy khỏi sự hóa nâu là cây chuyền thường xuyên ở giai đoạn nuôicấy ban đầu, giảm sự oxy hóa phenol bằng phương pháp nuôi cấy trong tối, giảm

nông độ muối của môi trường, bổ sung các chất bổ trợ như acid ascorbic (AA),cystein-HCI hoặc acid citric (chất chống oxy hoá), polyvinylpyrolidone (PVP) và

than hoạt tính giúp hấp thụ phenol, do đó, kiểm soát được tình trạng hóa nâu; AA chỉ

có hiệu quả nếu nó được thêm vào bề mặt môi trường và không có hiệu quả nếu đưa

vào môi trường trước khi hấp Tuy nhiên, các chất hấp phụ này có thé hap thu luôn

cả các hợp chất cần thiết cho thực vật từ môi trường, do đó việc sử dụng loại và nông

độ của chúng nên được lựa chọn một cách thận trọng [34].

1.1.2.4 Stress oxy hóa và hoạt động cua hệ thong chong oxy hóa của thực vật

Trong quá trình nuôi cay in vitro, cây con còn phải đôi mặt với hiện tượng stress

độ ẩm, khí ethylene, cường độ ánh sáng đến hiệu quả quang hợp và sinh tổng hợp sắc

tố, nhiệt độ không khí kết hợp với điều kiện nuôi cấy kín) dẫn đến sự gia tăng hàm

lượng của các gốc oxy phản ứng (Reactive Oxygen Species-ROS) Đó là các dạng

oxy hoạt hóa nội sinh như hydrogen peroxide (H202), các gốc tự do superoxide (Or)

va hydroxyl (OH') Ở ham lượng thấp, các ROS nội sinh là các tín hiệu làm nhiệm vụ(1) điều hòa ly giải tế bào (apoptosis); (2) kích hoạt các yếu tố phiên mã (NFkB, p38-

MAP, kinnase) cho các gen tham gia quá trình miễn dịch kháng viêm; (3) điều hòa

biểu hiện các gen mã hóa cho các enzyme chống oxy hóa Tuy nhiên, khi hàm lượngROS gia tăng mạnh, các ROS oxy hóa các đại phân tử sinh học gây nên: (1) đột biến

ở DNA; (2) biến tính protein; (3) oxy hóa lipid làm rối loan tính thấm của mang, gâyđộc cho rễ, giảm quang hợp, thậm chí gây chết tế bào [81; 83]

Để khắc phục những tổn thương do stress oxy hóa gây ra, thực vật có cơ chếkiểm soát và điều chỉnh hàm lượng ROS một cách thích hợp, bao gồm việc tăng hoạt

động của các enzyme chống oxy hóa như ascorbate peroxidase (APX), catalase

(CAT) va superoxide dismutase (SOD) [17; 64; Error! Reference source not found.] SOD là một enzyme quan trọng giúp bảo vệ các tế bào khỏi tác động tiêu cựccủa các gốc superoxide tự do Enzyme này xúc tác cho quá trình chuyển đồi Oz thành

HO: và Oo, làm giảm số lượng gốc tự do CAT và APX là các enzyme quan trọng

bảo vệ sinh vật khỏi các phản ứng oxy hóa bằng cách phá vỡ HzO: thành các chất ít

độc hơn (HO, O2) Các enzyme này vừa duy tri sinh tổng hop ROS dé tăng cườngkhả năng chịu đựng các tác động bên ngoài, tăng tỷ lệ sống sót và giảm thiêu độc tính

của ROS đối với các yếu tố cấu trúc và quá trình bên trong của tế bào sông [184]

Ngoài ra, nhiễm vi sinh vật trong bình nuôi cấy cũng là một van đề nghiêm trong

vì nó có thê gây ra thiệt hại to lớn không chỉ do mat môi trường nuôi cấy, mất mẫu

mà còn làm chậm tiến độ sản xuất Bên cạnh đó, giá thành của cây vi nhân giống hiện

nay còn khá cao bởi vì quá trình nuôi cấy cần nhiều trang thiết bị vận hành cũng như

đòi hỏi nhiều vật tư và hóa chất sử dụng trong suốt quá trình nuôi cây Đề giảm thiểuchỉ phí thì việc giảm nhân lực và lượng điện năng tiêu thụ hay nhân giống theo hợp

dong, giảm các giai đoạn nuôi cây in vitro, tự động hóa và mở rộng quy mô sản xuât

là một số biện pháp có thề áp dụng [34]

Từ những hạn chế trên cho thấy việc cải tiễn và tối ưu hóa hệ thống nuôi cấy,nâng cao chất lượng cây giống vẫn luôn là một trong những mục tiêu chính của vi

nhân giống thương mại

1.2 NANO VA UNG DỤNG TRONG NUÔI CAY MÔ TE BAO THUC VAT

1.2.1 Sơ lược về nano

1.2.1.1 Khái niệm công nghệ nano

Công nghệ nano và những khám phá thuộc công nghệ nano có thể mở ra các nghiên

cứu mới và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, môi trường, năng lượng, điện

tử, khoa học đời sống và bao gồm cả khoa học cây trồng [121] Dựa trên nguồn góc,

các hạt nano có ba loại là nano tự nhiên, nano ngẫu nhiên và nano thiết kế Các nano

tự nhiên tồn tại kể từ khi trái đất hình thành, những hạt này có trong bụi đất, bụi mặt

trăng, các khoáng vật, phản ứng quang hóa, cháy rừng và xói mòn Nano ngẫu nhiên

được tạo ra bởi quy trình công nghiệp nhân tạo như xả xăng/dầu diesel, đốt than, khói

hàn và xả thải công nghiệp Các nano thiết kế có thể được chia thành 5 loại: nano

carbon, nano kim loại, nano từ, nano dendrimers (các polyme có kích thước nano,được tạo từ các đơn vị phân nhánh và chúng thường có cấu trúc đối xứng xung quanh

phan lõi, chủ yếu là cấu trúc ba chiều hình cầu) và nano hỗn hợp [87] Nói một cáchđơn giản, khoa học nano là khoa học nghiên cứu vật chất ở kích thước cực kì nhỏ - kích

thước nanomet (1-100 nm) Sự thay đổi tinh chất một cách đặc biệt ở kích thước nanođược cho là do hiệu ứng bề mặt và do kích thước tới hạn của vật liệu nano Ở kích

thước nano, tỷ lệ các nguyên tử trên bề mặt thường rất lớn so với tổng thé tích hat

Các nguyên tử trên bề mặt đóng vai trò như các tâm hoạt động, chính vì vậy các vật

liệu nano thường có hoạt tính hóa học cao Với kích thước cực kỳ nhỏ nên chúng sẽ

có diện tích bề mặt lớn giúp tăng khả năng tiếp xúc với không gian bên ngoài Do đó,

sự bám dính lên bề mặt tế bào gia tăng dẫn đến hiệu qua tác động cao [28]

Có nhiều phương pháp dé tổng hợp hat nano kim loại như phương pháp tổng

hợp hóa học, tổng hợp vật lý, tổng hợp sinh học và tổng hợp quang hóa Các phương

pháp này được chia thành thành 2 nhóm phương pháp lớn: nhóm phương pháp từ

dưới lên với nguồn nguyên liệu ban đầu là những nguyên tử hay phân tử rồi được tập

hợp lại thành hạt ở kích thước nano; nhóm phương pháp từ trên xuống sử dụng nhữngvật liệu có kích thước lớn hơn, sau quá trình xử lý sẽ được làm nhỏ lại đến kích thước

nano bằng công nghệ bán dẫn [99; 106] Mỗi phương pháp có một đặc điểm riêngnhưng nhìn chung phải đảm bảo được các yêu cầu về hiệu quả, kích thước hạt, sự

phân bố, hình dang hạt, giá thành và tính tiện dụng

1212 Sự hấp thu, vận chuyển và tích lũy nano kim loại trong thực vật

Khác với tế bào động vật, tế bào thực vật có vách tế bào, và gần như không có

sự thực bào Trước khi đi vào tế bảo thực vật, các hạt nano kim loại phải xuyên qua

được vách tế bào và màng nguyên sinh chất Các hạt nano kim loại với kích thướcnhỏ hơn các lỗ trên vách tế bào mới có thể xâm nhập vào bên trong dé tiến đến màng

sinh chất Trong một số trường hợp còn cho thấy các hạt nano có thể cảm ứng hìnhthành các lỗ mới với kích thước lớn trên vách tế bào thực vật, bằng cách đó các hạt

nano với kích thước lớn hơn có thể xâm nhập được vào bên trong [158]

Nano kim loại có thé được hap thu qua rễ và lá Khi hap thu qua rễ, các hạt nano

kim loại xâm nhập vào biểu bì sau đó đi vào xylem và sẽ được vận chuyển lên các cơquan khác bên trên, các hạt nano kim loại có thể được vận chuyển thông qua con

đường apoplast hoặc symplast Con đường vận chuyền symplast được giả định là conđường quan trong và được điều chỉnh cao dé vận chuyển nano Các nhà nghiên cứu

đã đưa ra giả thuyết rằng sự xâm nhập và vận chuyển nano có thể được thực hiện

bằng cách liên kết với một loạt các protein vận chuyền, thông qua thế nước thích hợp,thông qua các kênh ion kết nói hoặc thông qua con đường nhập bào Khi hấp thu qua

lá, các hạt nano kim loại có thể xâm nhập thông qua khí khổng trên lá, di chuyển vào

hệ thong mạch của lá và sau đó được vận chuyển đến các cơ quan khác qua phloem

(Hình 1.4) Sự hấp thu và vận chuyền của các hạt nano trong thực vật không chỉ phụ

thuộc vào thành phần, cấu trúc, hình đáng, hiệu ứng kích thước, hiệu ứng bề mặt của

hat nano ma còn phụ thuộc vào loài thực vật hấp thu nhưng cơ chế cụ thể của quá

trình này vẫn chưa được nghiên cứu rõ ràng [157]

Mạng lưới

nội chất

Cau liên bào

Hình 1.4 Con đường vận chuyển nano kim loại trong thực vật [157]

Hiện nay, hau hết các ý kiến về sự chuyển vị của hạt nano trong thực vật đềuđồng thuận rằng các nano có thé di chuyền bên trong thực vật xuyên qua các mô dé

tiến đến xylem Khi đề cập đến sự vận chuyển nano qua rễ, một trong những van dé

cần quan tâm là sự cản trở của đai Caspary ở biéu bì rễ ở cây trưởng thành là một tácnhân ngăn cản con đường apoplast Cơ chế của hạt nano di chuyền qua đai Caspary

vẫn chưa được biết đến một cách rõ ràng Một khi đã đến hệ thống mạch, nano sẽ

được đưa lên các mô, cơ quan ở phía bên trên [157].

Các hạt nano tiếp xúc với màng sinh chất có thể được hấp thu thông qua quá

trình nhập bao và tồn tại ở trong các túi bên trong các tế bao (Hình 1.5A) Tuy nhiên,

hầu hết các hạt nano xuyên qua màng sinh chất một cách trực tiếp (Hình 1.5B), sau

đó, các hạt này tồn tại trong tế bào chất hoặc chuyền sang các bào quan khác (lạp thể

hoặc nhân) (Hình 1.5C) [157].

Hình 1.5 Sự tích lũy nano kim loại trong tế bào [157]

Hạt nano có hiệu quả cao về động lực và tương tác tối ưu so với các dạng kim

loại khác bởi vì tính chất lý hóa đặc thù Trong hệ thống sinh học hoặc môi trường,các hạt nano sẽ tương tác với các thành phần khác và bị thay đổi về mặt lý hóa, như

được bao bọc bởi các tác nhân hữu cơ tự nhiên hoặc các phân tử sinh học, bị phân rã,

hoặc bị phản ứng oxy hóa khử [95].

Fe°+ 2H > Fe”'+ Hạ

2 Fe° + O2 + 2H;O > 2Fe?'+ Fe° + S203” —> Fe? + 2804”

4OH-Đặc biệt, các hạt nano kim loại như bạc, sắt, đồng, kẽm có thể bị phân rã, giải

phóng ion kim loại và các dạng dẫn xuất hóa học khác khi phản ứng với các tác nhân

vô cơ (như lưu huỳnh và phốt pho) hay hữu cơ trong môi trường và cơ thể sống [95]

Bên cạnh đó, các hạt nano còn có thể chịu những tương tác vật ly với các dạng