Đánh giá hiệu quả xử lý một số loài nấm gây bệnh trên cây đậu tương bằng vật liệu nano composite ag silica

Yêu cầu của đề tài Đánh giá mức độ thiệt hại tới năng suất do nấm bệnh Nghiên cứu chế tạo được vật liệu nano composite Ag/Silica Theo dõi quá trình hình thành vật liệu Tìm hiểu ảnh hưởn

PHẠM THỊ LAN

Tên đề tài:

“ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ MỘT SỐ LOÀI NẤM GÂY

BỆNH TRÊN CÂY ĐẬU TƯƠNG BẰNG VẬT LIỆU NANO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Khóa học : 2010 – 2014

Thái Nguyên, năm 2014

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Lượng hoá chất cho vào mỗi công thức (CT) 21

Bảng 3.2 : Lượng hóa chất cho vào mẫu khi chức năng hóa bề mặt silicagel bằng APTES 1% 22

Bảng 3.3 : Lượng hóa chất cho vào mẫu trong quá trình gắn nano bạc lên vật liệu amin_silicagel 23

của vật liệu Ag/Silica 20

Bảng 4.1: Tổng hợp hình thái kích thước vật liệu với từng mức pH 28

Bảng 4.2: Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm 36

Bảng 4.3: Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm Colletotrichum sp 38

Bảng 4.4: Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm Rhizoctonia sonali 40

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Quá trình tổng hợp nano bạc gắn lên silica được chức năng hóa

(Ag-NPBs) 18

Hình 3.2 : Quy trình chế tạo vật liệu Ag/Silica 19

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp 20

Hình 3.4: Sơ đồ thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua 26

Hình 4.1: Kết quả đo BET của hạt silica 29

Hình 4.2: Ảnh TEM của vật liệu silica 30

Hình 4.3 : Phổ hồng ngoại của vật liệu Silica – APTES 31

Hình 4.4: Hình ảnh của vật liệu Ag/Silica 32

Hình 4.5: Phổ UV – Vis của vật liệu Ag/Silica 32

Hình 4.6: Ảnh TEM của vật liệu Ag/Silica 33

Hình 4.7: Phổ EDX của vật liệu Ag/Silica 34

Hình 4.8: Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt BET của N2 trên vật liệu Ag/Silica 35

Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn tọa độ BET của vật liệu Ag/Silica hấp phụ N2 35

Fuasarium oxysporum 36

Hình 4.10: Đồ thị đánh giá hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm 37

Hình 4.11 : Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm 38

Fuasarium oxysporum 38

Hình 4.12: Đồ thị đánh giá khả năng diệt nấm Colletotrichum sp của vật liệu Ag/Silica 39

Hình 4.13: Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm Colletotrichum sp 40

Hình 4.14: Đồ thị đánh giá khả năng diệt nấm Rhizoctinia solani của vật liệu Ag/Silica 41 Hình 4.15 : Hiệu quả của vật liệu Ag/Silica đối với nấm Rhizoctonia sonali 42

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

APTES 3-Aminopropyltriethoxysilane

BET Brunauer - Emmett – Teller

EDX Energy-dispersive X-ray

IR Infrared (IR) spectroscopy

AFSBs Silica đã biến tính APTES

TEM Transmission Electron Microscopy

UV-VIS Ultraviolet visible

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Mục đích nghiên cứu 2

1.5 Ý nghĩa của đề tài 2

1.5.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu 2

1.5.2 Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất 3

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Các cơ sở nghiên cứu của đề tài 4

2.1.1 Tình hình bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương 4

2.1.2 Một số biện pháp phòng trừ bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương 7

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 9

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 9

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 11

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 15

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành 15

3.3 Nội dung nghiên cứu 15

3.4 Phương pháp nghiên cứu 16

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 16

3.4.1.1 Thiết bị và hóa chất 16

3.4.1.2 Quy trình chế tạo vật liệu nano composit Ag/Silica 16

3.4.1.3 Quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.của vật liệu Ag/Silica 20

3.4.2 Phương pháp theo dõi 21

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 23

3.4.3.1 Phương pháp Brunauer - Emmett – Teller ( BET ) 23

3.4.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 24

3.4.3.3 Phương pháp hấp thụ nguyên tử UV – VIS [7] 25

3.4.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (TEM) 26

3.4.3.5 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX).[7] 27

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hình thái kích thước của vật liệu 28

4.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng APTES đến hình thái kích thước của vật liệu 30

4.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bạc lên hình thái và kích thước của vật liệu 31

4.4 Đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.của vật liệu Ag/Silica 36

4.4.1 Đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium 36

4.4.2 Đánh giá khả năng diệt nấm Colletotrichum sp của vật liệu Ag/Silica 38 4.4.3 Đánh giá khả năng diệt nấm Rhizoctinia solani của vật liệu Ag/Silica 40 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

5.1 KẾT LUẬN 43

5.2 KIẾN NGHỊ 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

cây nông nghiệp có giá trị kinh tế cao trên thế giới và ở nước ta bị nấm bệnh

làm hại nhiều nhất là cây đậu tương Ở nước ta hiện nay, biện pháp chủ yếu

và phổ biến trong phòng trừ bệnh hại cho cây đậu tuơng là sử dụng thuốc hóa học đặc hiệu Mặc dù biện pháp này có hiệu lực cao đối với các bệnh hại trên

lá, nhưng chưa đem lại hiệu quả mong muốn đối với các bệnh nấm trong đất Không những thế thuốc hóa học để lại dư lượng trong đất, nước và nông sản, ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái và sức khỏe con người Mặt khác, việc sử dụng nhiều loại thuốc hóa học với liều lượng cao trong thời gian dài

đã làm mất cân bằng quần thể vi sinh vật có ích trong đất, tạo điều kiện để nấm bệnh, các loài côn trùng có hại cho cây đậu tuơng kháng thuốc Dư lượng thuốc trong sản phẩm nông nghiệp và đất đã làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, môi trường, đặc biệt gây tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, vật nuôi Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tốc độ tăng trưởng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) ở nước ta khoảng 5%/năm Nhu cầu về thuốc BVTV của cả nước hiện khoảng 50.000 tấn/năm, tương đương với giá trị 500 triệu USD trong đó bao gồm cả ba loại chính là thuốc trừ sâu và côn trùng, thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ

Vì vậy việc tìm kiếm, nghiên cứu và đưa vào sử dụng các kỹ thuật mới làm tăng hiệu quả phòng trừ bệnh hại do nấm gây ra mà không gây ô nhiễm môi trường là nhu cầu cấp bách của ngành trồng trọt của nước ta cũng như ở

trên thế giới Vì thế tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài: “đánh giá hiệu quả xử

lý một số loài nấm gây bệnh trên cây đậu tương bằng vật liệu nano composite

Ag/Silica”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Chế tạo được vật liệu nano composite Ag/Silica và đánh giá được một

số đặc trưng vật lý của vật liệu

Đánh giá hiệu lực diệt ba loại nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp của vật liệu nano composite Ag/Silica

1.3 Mục đích nghiên cứu

Nhằm ứng dụng rộng rãi kỹ thuật tiên tiến này trong lĩnh vực nông nghiệp ở nước ta để bảo vệ hạt giống cây nông nghiệp bằng vỏ bọc có thành phần Ag/Silica và một số chất cần thiết cho sự phát triển của cây

1.4 Yêu cầu của đề tài

Đánh giá mức độ thiệt hại tới năng suất do nấm bệnh

Nghiên cứu chế tạo được vật liệu nano composite Ag/Silica

Theo dõi quá trình hình thành vật liệu

Tìm hiểu ảnh hưởng của một số yếu tố tới quá trình hình thái kích thước của vật liệu

Khảo sát hiệu lực của vật liệu nano composite Ag\Silica đối với một số loại nấm gây bệnh cho cây đậu tương

1.5 Ý nghĩa của đề tài

1.5.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu

Vận dụng những kiến thức đã học từ các môn dinh dưỡng cây trồng, môn biện pháp sinh học trong xử lý môi trường, môn vi sinh vật vào nghiên cứu thực tiễn trong quá trình thí nghiệm về nấm, nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Ag/Silica nhằm nâng cao kỹ thuật chuyên ngành

Tích lũy kinh nghiệm cho bản thân: giúp cho em có thêm kinh nghiệm

về các thao tác thực hành trong phòng thí nghiệm, khả năng đọc, nghiên cứu tài liệu Mở ra cho mình cái nhìn tổng quan hơn khi nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Ag/Silica, và rút ra những bài học về tính kiên trì, niềm đam mê đối với người làm khoa học

1.5.2 Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất

Đối với ngành nông nghiệp, đề tài mang đến một kỹ thuật mới nhằm bảo vệ cây trồng trong giai đoạn nảy mầm, mang lại lợi ích thiết thực trong việc nâng cao sản lượng cây trồng

Việc thay thế các chất diệt nấm trong đất bằng việc bọc hạt giống chống nấm không sử dụng hóa chất độc hại có tác dụng thiết thực trong bảo

vệ môi trường và bảo vệ sức khỏe người sản xuất nông nghiệp

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Các cơ sở nghiên cứu của đề tài

2.1.1 Tình hình bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương

Cây đậu tương là cây thực phẩm có hiệu quả kinh tế lại dễ trồng Sản phẩm từ cây đậu tương được sử dụng rất đa dạng như dùng trực tiếp hạt hoặc chế biến thành đậu phụ, ép thành dầu đậu nành, nước tương, làm bánh kẹo, sữa đậu nành đáp ứng nhu cầu đạm trong khẩu phần ăn hàng ngày của người cũng như gia súc Ngoài ra, trồng đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất nhờ hoạt

động cố định nitơ của vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trên rễ cây họ đậu

Nhu cầu đậu tương của nước ta rất lớn nhưng sản xuất trong nước đáp ứng chưa được tới 10% Tổng sản lượng đậu tương năm 2005 là 292.700 tấn, năm

2011 là 350.000 tấn Tổng nhập khẩu đậu tương năm 2008 là 138.853 tấn (trị giá 107,257 triệu USD), tăng đều qua các năm, và năm 2012 là 1.289.000 tấn (trị giá 777,3 triệu USD) Theo Hiệp hội thức ăn chăn nuôi Việt Nam, năm

2012, cả nước nhập 3,3 triệu tấn khô đậu nành các loại về phục vụ cho nhu cầu sản xuất thức ăn chăn nuôi Đậu tương là mặt hàng nông sản chiến lược

mà Chính phủ đã ưu tiên nghiên cứu và khuyến khích các địa phương phát triển sản xuất Đậu tương đang được trồng tại 25 trong số 63 tỉnh thành cả nước, với khoảng 65% diện tích tại các khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực phía Nam Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã có kế hoạch đẩy mạnh phát triển sản xuất đậu tương theo hướng hàng hóa Trong đó, tập trung phát triển đậu tương vụ Đông, Xuân ở phía Bắc, nâng tổng diện tích đậu tương phía Bắc lên 200.000 ha vào năm 2015 và 250.000 ha vào 2020, đồng thời áp dụng tiến bộ kỹ thuật nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương thương phẩm [2]

Trên thế giới, nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctonia solani và Colletotrichum sp gây thiệt hại nghiêm trọng đối với năng suất của nhiều loại

cây trồng như cây ngũ cốc (lúa, ngô, khoai tây), cây rau (lạc, đậu đỗ, cà chua, cải bắp, xà lách), cây ăn quả và cây công nghiệp (bông) Nấm gây ra các triệu chứng thối đen rễ, lở cổ rễ, thối gốc thân, thối thân, khô vằn, thối lá và thiệt hại 11,6 % tổng sản lượng nông nghiệp trên thế giới (nguồn tin của FAO, 2004) Một trong những loại cây nông nghiệp có giá trị kinh tế cao trên thế

giới và ở nước ta bị hai loại nấm Fusarium oxysporium và Rhizoctinia solani

làm hại nhiều nhất là cây đậu tương Có đến 97% sản lượng cây lấy dầu trên thế giới được lấy từ 8 loại cây trồng là: hướng dương, đậu tương, cọ trong

đó đậu tương chiếm 30-35% sản lượng dầu thực vật [6] Tại Việt Nam trong

10 năm qua diện tích trồng đậu tương bình quân mỗi năm là khoảng 150 - 200 nghìn hécta Trong đó, các tỉnh phía bắc chiếm 82,6% diện tích trồng và 78,8% sản lượng đậu tương cả nước

Với nấm Fusarium oxysporium hại đậu tương lưu tồn trong đất và trong

xác cây bệnh Nấm xâm nhiễm vào rễ qua các vết thương (do cơ học hoặc do tuyến trùng chích hút rễ) sau đó phát triển lên thân, chủ yếu làm nghẽn sự vận chuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây, gây ra hiện tượng vàng lá và héo cây, ngoài ra nấm còn tiết chất độc hại cây Những nhận xét trên cũng tương

tự với kết quả của tác giả Burgess L W Nấm Fusarium oxysporium hại đậu

tương tương đối phổ biến ở các vùng chuyên canh như Bắc Giang, Đông Anh,

Gia Lâm Nấm Fusarium oxysporium là nấm đa thực, được phát hiện ở khắp 3

vùng Bắc Trung Nam Trên đậu tương nấm gây vàng lá, rễ bị thối, cây dễ dàng nhổ lên khỏi mặt đất Bệnh hại nặng trên những ruộng ẩm ướt Nấm bệnh lưu tồn trong đất và trong xác cây bệnh Nấm xâm nhiễm vào rễ qua các vết thương (do cơ học hoặc do tuyến trùng chích hút rễ), phát triển lên thân, chủ yếu làm nghẽn sự vận chuyển nhờ nước và chất dinh dưỡng trong cây, gây ra hiện tượng vàng lá và héo cây, ngoài ra nấm còn tiết độc chất hại cây

Nấm Rhizoctinia solani gây bệnh cháy lá Bệnh này đã được ghi nhận

trên đậu tương trồng ở vùng nhiệt đới và bán nhiệt đới Bệnh được ghi nhận đầu tiên ở Philippines vào năm 1918; sau đó, ở Ấn Độ, Mã Lai, Mexico, Puerto Rico, miền nam Trung Quốc, Taiwan và Louisiana, Mỹ Bệ nh cháy lá làm giảm năng suất đậu tương tới 70% ở Brazil, 60% ở Ấn Độ

Ở Việt Nam, nấm Rhizoctinia solani gây héo cây con hoặc héo khô cây

đậu tương Cây con thường bị úng và teo tóp lại ở gốc thân, cây bị ngã ngang khi lá còn xanh tươi, sau đó lá héo Bệnh thường phát triển mạnh vào khoảng 5-10 ngày sau gieo hạt Trên cây lớn, bệnh xâm nhiễm ở thân, làm cho mô vỏ

bị thối hay nâu đen, viền vùng thối không đều đặn và có màu nâu đỏ, phần bệnh hơi lõm vào, sau thân bị nứt ra, lá cháy khô rồi rụng dần Trên cây trưởng thành, nấm gây triệu chứng thối lá, thối quả Trên vùng bị bệnh có thể tìm thấy những hạch nấm Bệnh được phát hiện dễ dàng qua sợi nấm, hạch nấm Chúng phát triển ngay trên vết bệnh ở gốc thân, phát triển lan lên thân

và vùng đất quanh gốc cây Rễ cây bị thối và thường có màu nâu đỏ

Bệnh lở cổ rễ Rhizoctinia solani thường xâm nhập vào cây khi cây vừa

nhú mầm và sau 7 ngày tuổi là thời điểm bệnh bắt đầu phát triển Bệnh này thường xuất hiện ở phần rễ của cây Bên cạnh đó nấm bệnh còn có thể cạnh tranh thức ăn, chất dinh dưỡng của hạt giống, làm cho hạt giống không thể nảy mầm Ban đầu vết bệnh chỉ là một chấm nhỏ màu đen ở gốc thân, cổ rễ sau đó lan rộng ra gốc thân và bọc quanh cổ rễ, bộ phận bị bệnh bị thối mục, màu đen ủng nước hoặc hơi khô, cổ rễ bị héo tóp, bộ phận lá thân bị héo rũ nhưng vẫn giữ được màu xanh ở lá 5-6 ngày bị héo rũ và chết hàng loạt trên đồng ruộng, để lại từng chòm vạt trống khuyết cây

Còn với nấm Colletotrichum sp gây hại trên nhiều loại cây trồng có giá

trị như: cây có múi, ớt, đậu tương, cà chua….Trên đậu tương nấm gây hại trên thân, cuống lá, quả trên cây khi quả gần chín Vết bệnh màu nâu tối hay đỏ nâu Giai đoạn cuối trên mặt các vết bệnh có những chấm màu đen Quả bị nhiễm bệnh, hạt thường nhỏ, nhăn nheo Bệnh lan truyền qua hạt giống, nấm

có thể gây thối hạt giống trước khi nảy mầm hay gây bệnh cho mầm đậu

tương Trên thân mầm hay trên lá mầm có thể có những vết bệnh màu nâu đen Bệnh cây bị gây ra bởi nấm rất nghiêm trọng, làm giảm năng suất cây trồng, thiệt hại lớn đối với ngưòi làm nông nghiệp

2.1.2 Một số biện pháp phòng trừ bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương

Trước tình hình bệnh nấm gây hại trên cây đậu tương đang ngày càng nghiêm trọng cần phải có những biện pháp phòng trừ nấm gây bệnh để hạn chế những tổn thất do nấm gây ra Chính vì thế người làm nông nghiệp đã sử dụng một số biện pháp phòng, trừ nấm bệnh thuờng gặp như các phương pháp canh tác: Làm sạch cỏ, cày bừa, lật đất để vùi hạch nấm, đốt thân cây khô sau khi thu hoạch, gieo cấy với mật độ thích hợp, bón phân N - P – K cân đối hoặc dùng một số thuốc hóa học đặc trị nấm như: Validacin, Anvil, Rovral, Monceren, Topsin-M, Carbenzim…[3]

Tuy nhiên, hiệu quả phòng trừ của những biện pháp này vẫn chưa đem lại hiệu quả mong muốn Thông thường, ký sinh gây hại vùng rễ cây trồng thường rất khó phát hiện và phòng trừ kịp thời vì khi chúng ta phát hiện triệu chứng thể hiện trên cây (héo, vàng lá) thì ký sinh đã tấn công và hủy hoại một phần mô cây ký chủ nằm phía dưới mặt đất Do vậy việc phòng bệnh cây thường tốn kém, không mang lại hiệu quả cao và cần kết hợp nhiều biện pháp phòng trừ để mang lại hiệu quả kịp thời Không những thế việc sử dụng nhiều loại thuốc hóa học với liều lượng cao trong thời gian dài đã làm mất cân bằng quần thể vi sinh vật có ích trong đất, tạo điều kiện để nấm bệnh, các loài côn trùng có hại cho cây trồng kháng thuốc Dư lượng thuốc trong sản phẩm nông nghiệp và đất đã làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, môi trường, gây tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và vật nuôi Ở một số nước phát

triển, nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật phòng trừ nấm, bệnh đã bị hạn chế hoặc cấm sử dụng

Ở Việt Nam, một trong những biện pháp phòng trừ nấm đã được nghiên cứu thực hiện rất sớm là ứng dụng các vi sinh vật đối kháng nấm bệnh cây và

đã đạt được những thành tựu sau: i) Sử dụng vi sinh vật đối kháng nấm như một sinh vật chức năng trong sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh; ii) Tạo được các chế phẩm lên men xốp sử dụng nhóm vi nấm Trichoderma để phòng trừ nấm gây bệnh cây trồng, tuy nhiên tác dụng phòng trừ bệnh của chúng còn chậm

Trong những năm gần đây biện pháp bọc hạt giống bằng lớp vỏ có thành phần là các chất bảo vệ thực vật, các chất dinh dưỡng có tác dụng làm giảm tác hại của nấm trong đất tới cây trồng trong giai đoạn nảy mầm đã được áp dụng thành công ở nhiều nước Ngoài ra để hạn chế nấm gây hại trên cây người ta đã nghiên cứu sử dụng dung dịch nano bạc thay cho các hóa chất chống nấm lâu nay đã được sử dụng

Nhưng do nấm tồn tại trong đất nên dù nano bạc có khả năng hạn chế nấm rất tốt cũng không thể phun trực tiếp xuống đất, như thế vừa tốn hoá chất

mà hiệu quả mang lại không cao Vì thế, cần phải đưa nano bạc lên vật mang thích hợp và vật mang thích hợp nhất là silica vì silica có thểhút ẩm nhờ hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, nano bạc bị hút vào và bám vào chỗ rỗng bên trong các hạt Một lượng silica gel cỡ một thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân bóng đá Mặt khác, silica có giá thành rẻ, rất phổ biến Chế tạo vật liệu Ag/Silica để ứng dụng xử lý một số loại nấm gây bệnh bằng cách bọc hạt giống Trong điều kiện ở nước ta hiện nay hai biện pháp này có thể kết hợp sử dụng để đem lại hiệu quả bảo vệ cây trồng, không làm ô nhiễm môi trường

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ngày nay nguyên tố bạc được thừa nhận là chất sát trùng tự nhiên mạnh nhất và ít độc nhất có mặt trên trái đất Với kích thước nano, bạc thể hiện nhiều tính năng khử trùng ưu việt hơn so với các tác nhân khử trùng khác, do

đó ngày càng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng Việc sử dụng nano bạc để cải biến các vật liệu truyền thống như chế tạo lớp phủ nano composit trên cơ

sở polyme/nano Ag bám dính tốt trên bề mặt các vật liệu trơ (như gạch men, kim loại, nhựa ), sản xuất băng gạc khử trùng dùng trong y tế, vải vóc, quần

áo phủ nano bạc, đồng thời đảm bảo tính năng bền nước, bền môi trường và diệt vi khuẩn, thực sự là một thành tựu đáng kể của công nghệ nano trong lĩnh vực khử trùng Các sản phẩm nano bạc ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các cơ sở y tế, trường học, bệnh viện, trại lính và các địa điểm công cộng khác, nơi thường có nguy cơ lây lan bệnh cao [1]

Nano bạc được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm ứng dụng trong khử trùng chủ yếu là do các hạt nano bạc có năng lượng bề mặt rất lớn nên khi tiếp xúc với môi trường nước chúng trở thành như một “kho chứa” để giải phóng từ từ các ion bạc vào dung dịch, nhờ vậy lượng bạc “trong kho” không

bị các thành phần trong dung dịch vô hiệu hóa nhanh như vậy, có thể nói các hạt nano bạc làm duy trì đặc tính diệt vi sinh vật của ion bạc Khả năng ứng dụng nano bạc trong việc khử trùng đã dẫn đến việc xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về cơ chế diệt vi sinh vật của ion bạc trong những năm gần đây như trường hợp đối với muối bạc Khi được thêm vào băng gạc, kem bôi, bình xịt, vải v.v nano bạc thể hiện chức năng của tác nhân chống viêm nhiễm và có tác dụng diệt khuẩn phổ rộng bằng cách phá hủy chức năng của màng tế bào vi sinh vật và hoạt tính của các men [6, 11].Nano bạc không chỉ mạnh về khả năng diệt các vi sinh vật gây bệnh mà còn có khả năng ức chế sự phát triển của các loại nấm, vì thế, việc lựa chọn nano bạc trong nghiên cứu là rất phổ biến

Cho đến nay, theo các thông tin có được, vật liệu nano composite Ag/Silica là thành phần trong vỏ bọc hạt giống để chống lại tác hại của nấm

và các vi sinh vật có hại tồn lưu trong đất cho cây đậu tương trong giai đoạn nảy mầm chưa được nghiên cứu thực hiện ở nước ta mặc dầu hạt giống có vỏ bọc nhập từ nước ngoài đã xuất hiện trên thị trường Qua các thông tin khoa học công nghệ nước ngoài về biện pháp bảo vệ cây trồng trong giai đoạn nảy mầm này có thể thấy đây là một kỹ thuật mới có tiềm năng áp dụng lớn trong trồng trọt do hiệu quả bảo vệ và kích thích tăng trưởng cây cũng như tác động bảo vệ môi trường nhờ hạn chế việc đưa các chất bảo vệ thực vật trong đất

Số lượng kết quả nghiên cứu được công bố về hiệu lực khử nấm của nano bạc rất ít so với số lượng các kết quả được công bố về hiệu lực khử khuẩn của nano bạc nhưng trong thời gian gần đây có một số công trình cung cấp nhiều số liệu về hiệu lực khử nấm của nano bạc Công trình công bố các

số liệu về “tỷ lệ hạn chế” (inhibitoryrate) của dung dịch nano bạc với các hàm

lượng 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm và 100 ppm đối với 18 loại nấm gây hại cho

12 loại cây trồng nông nghiệp Hiệu ứng của các hạt nano bạc lên một số chủng nấm trên da người được khảo sát Kết quả nghiên cứu tác dụng của nano bạc với các hàm lượng 5 ppm, 30 ppm, 130 ppm và 150 ppm đến

Fusarium oxysporum trong 3 môi trường nuôi khác nhau được công bố

Tại nuớc ta các nghiên cứu về chế tạo nano bạc chủ yếu đuợc triển khai tại một số Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cụ thể như: Viện Hoá học, Viện Công nghệ môi truờng, Viện Khoa học vật liệu, Học viện Quân sự bộ quốc phòng, các trưòng đại học Quốc gia, truờng đại học Bách khoa tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên nano bạc đuợc biến tính trên vật mang thì chỉ tìm thấy ở một số công trình công bố sau:

Bão, lũ lụt xảy ra thường xuyên với nước ta, khi đó các công trình vệ sinh, cống rãnh, nước ngoài đồng ruộng bị ngập trong nước nên các chất thải của người và gia súc, xác động thực vật cùng hòa vào khiến cho nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng Vì thế, xử lý nước phục vụ ăn uống và sinh hoạt là việc làm cấp bách sau mỗi đợt lũ lụt xảy ra Thầy giáo PGS.TSKH Trần Hồng Côn truờng đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, đã nghiên cứu chế tạo ra bình lọc nước IET cho vùng lũ lụt có sử dụng vật liệu nano composite Ag/Silica để lọc nước, loại bỏ được các hạt bẩn rất nhỏ kích cỡ vài nano, khử mùi, lọc kim loại nặng như sắt, mangan, magie, tàn dư thuốc trừ sâu, các chất bẩn hữu cơ vật liệu nano composite Ag/Silica được thầy chế tạo theo cách: Ag+ + Silica → Ag/Silica Tức là nano bạc sẽ được gắn lên vật mang silica sau đó sẽ dùng chất khử là HCHO để khử hết luợng Ag dư trong dung dịch Nhưng khi đó Ag được gắn lên silica chưa được chặt chẽ, khi nước chảy qua vật liệu thì Ag+ đồng thời sẽ được giải phóng khỏi bề mặt vật liệu, dẫn đến vật liệu không bền Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về phương pháp chế tạo và hiệu lực khử nấm của các nano composit Ag-bentonite

Ứng dụng Ag/Silica là thành phần trong vỏ bọc hạt giống đã chống lại tác hại của một số loại nấm gây bệnh trong đất cho cây đậu tuơng chưa đuợc tìm thấy trong các công trình nghiên cứu nào đuợc công bố trong nước

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới về tác dụng diệt nấm của các hạt nano bạc với nhiều cây trồng khác nhau cũng đã được công bố Các kết quả bước đầu cho thấy các hạt nano bạc có khả năng ức chế một số loại nấm gây bệnh cho cây trồng Trên thế giới, vấn đề nano bạc được các nhà nghiên cứu hết sức quan tâm và chú trọng:

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xác định liều lượng bạc tối đa không gây ảnh hưởng Trên cơ sở đó Tổ chức EPA của Mỹ đã xác lập tiêu chuẩn tối đa cho phép của bạc trong đối với sức khỏe con người là 10g (nếu hấp thụ từ từ) Nghĩa là, nếu một người trong toàn bộ cuộc đời của mình (70 tuổi) ăn và uống vào 10g bạc, đảm bảo không có vấn đề gì về sức khỏe ,nước uống của Mỹ là 0.1mg/lít, trong khi cộng đồng châu Âu áp dụng tiêu chuẩn tối đa cho phép là 0.01mg/lít và tại LB Nga là 0.05mg/lít

Nhằm đánh giá độc tính của bạc năm 1991 Cục Bảo vệ Môi trường của

Mỹ EPA đưa ra khái niệm liều chuẩn RFD (reference dose) là lượng bạc được phép hấp thụ mỗi ngày mà không tác động xấu cho sức khỏe trong suốt cuộc đời Liều chuẩn được EPA chấp nhận là 5µg/kg/ngày Như vậy, một người có trọng lượng 70kg được phép tiếp nhận vào người tối đa 350µg bạc mỗi ngày Nồng độ bạc tối đa cho phép trong nước uống của Mỹ là 100µg/lít (EPA 1991) Nếu mỗi ngày uống 2lít nước thì con người nhận vào 200µg bạc, các loại thực phẩm ăn vào mỗi ngày chiếm trung bình 90µg và phần còn lại dành cho việc khác không quá 60µg

Không chỉ ion bạc, mà các ion kim loại qúy khác như Au, Pt, Pd, Ir và một số kim loại chuyển tiếp khác như Cu, Zn, Fe, Co, Ni cũng đều có khả năng diệt khuẩn, nhưng chỉ có ion bạc thể hiện tính năng đó mạnh nhất Ngày nay các nhà y học có ý kiến thống nhất rằng bạc là một chất kháng vi khuẩn

tự nhiên có độc tính cao đối với hầu hết các loài vi sinh vật, có phổ diệt vi khuẩn, nấm và virut rất rộng (trên dưới 650 loài, mà chúng không có khả năng tạo đề kháng chống lại tác động của bạc do bạc ức chế quá trình chuyển hóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào vi sinh vật

Nhờ vào những thành tựu lớn lao của công nghệ nano mà ngày nay nguyên tố bạc dưới dạng các hạt nano đã trở thành vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học - sản xuất như y học, nông nghiệp, công nghiệp v.v

Liên quan đến cơ chế khử trùng của ion bạc, một số nhà nghiên cứu nghiêng về các quá trình hóa-lý, chẳng hạn:

- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn hoặc quá trình phá hủy nguyên sinh chất bởi ôxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc

- Quá trình vô hiệu hóa men có chứa các nhóm –SH và –COOH; bằng phá vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu; bằng quá trình tạo phức với axit nucleic dẫn đến thây đổi cấu trúc DNA của vi sinh vật

- Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng các gốc

tự do dẫn đến làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động

- Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng tế bào Nano bạc được tổng hợp bằng nhiều phương pháp bao gồm phương pháp khử ion bạc trong môi trường nước với sự có mặt của chất ổn định, khử ion bạc trong các chất liệu có kết cấu xốp, và phương pháp khử ion bạc trên bề mặt các vật liệu được chức năng hóa Các phần tử nano bạc thể hiện những tính chất nổi bật nhờ tỉ lệ diện tích bề mặt so với thể tích cao, nên được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực hiện nay Tuy nhiên, những ứng dụng này bị hạn chế bởi giá thành cao và khả năng hoạt động của các phần tử nano Để khắc phục yếu điểm này, nano bạc đã được kết hợp với nhiều chất nền như polymers, bột oxit vô cơ Silica là một trong những chất nền có hiệu quả đối với nano bạc [10]

Hiện nay các hạt nano bạc được gắn lên silica được rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới quan tâm chế tạo nhằm ứng dụng cho mục đích khử trùng một số vi khuẩn gây bệnh Silica là dạng của anhyđrit axit silicsic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển mạng lưới của gel bao gồm các phân tử silic

nằm giữa các nguyên tử oxy Silica dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có tạo với nhóm hiđroxy các liên kết kiểu cầu hiđro Silica có thể tái sinh ở nhiệt độ <2000C Ứng dụng các tính chất này, tác giả Trần Hồng Hà

đã nghiên cứu quá trình tách loại urani bằng cột silica Kết quả chỉ ra rằng, urani bị loại bỏ hoàn toàn khi cho chạy qua cột với dung môi HNO3 4.5M Cột nhồi bằng silica có đường kính 0.2 - 0.5 mm, xử lý bằng HNO3 5M [12] Hiện nay, bạc cấy lên silica là một vật liệu kháng khuẩn rất hiệu quả được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, nhiều báo cáo đã đề cập đến quá trình tổng hợp bạc-silica dùng natri silicat làm tiền chất chỉ giới hạn đến việc dùng duy nhất một loại axit HCl Rõ ràng, natri silicat đã vượt trội tất cả các loại tiền chất silica khác vì nó rẻ tiền và phù hợp cho sản xuất công nghiệp trên quy mô lớn Lợi thế này phải phù hợp với loại acid được chọn cho phản ứng polyme hóa Trong nghiên cứu của Askwar Hilonga và các cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của các loại axit khác nhau như HCl, HNO3 và H2SO4 lên cấu trúc và hoạt tính xúc tác quang của titan rỗng Trong nghiên cứu này thì natri silicate được sử dụng làm tiền chất silica Nghiên cứu này cũng đề cập đến các ion Al3+ được thêm vào để cải thiện tính chất của sản phẩm cuối cùng Vì trên thực nghiệm, các ion Al3+ làm tăng độ bền hóa học của gel bạc-silica Các ion Al3+ làm giảm đáng kể sự biến mất của các ion silica trong dung dịch nước và làm cho quá trình giải phóng ion bạc chậm hơn Các đặc tính của sản phẩm tạo thành cuối cùng được kiểm tra bằng phương pháp BET Kết quả đo bằng phương pháp BET đã cho thấy sản phẩm bạc cấy lên silica dựa trên việc sử dụng axit H2SO4 có những tính chất tối ưu trong tất cả các trường hợp và thích hợp trong sản xuất công nghiệp Nhưng chưa có công trình nghiên cứu, chế tạo nào về ion bạc kết hợp với vật mang silica để làm thành phần bỏ bọc hạt giống giúp chống lại những tác hại do nấm bệnh gây ra trên cây đậu tương nói riêng và các loại cây nông nghiệp nói chung

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Vật liệu nano composite Ag/Silica

+ Ba loại nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani,

Colletotrichum sp

- Phạm vi nghiên cứu: trong Phòng thí nghiệm

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành

- Địa điểm nghiên cứu: Tầng 4 tòa nhà A30 Viện Công nghệ Môi

trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Thời gian nghiên cứu: 05/2014 - 08/2014

3.3 Nội dung nghiên cứu

Với mục tiêu đặt ra ở trên, chúng tôi đã tiến hành một số nội dung nghiên cứu sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hình thái kích thước của vật liệu nano composite Ag/Silica

- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng APTES đến hình thái kích thước của vật liệu nano composite Ag/Silica

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hình thái kích thước của vật liệu nano composite Ag/Silica

- Đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp của vật liệu nano composite Ag/Silica

3.4 Phương pháp nghiên cứu

-AgNO3 có độ tinh khiết PA (Merck)

-3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES) nhập từ công ty Aldrich Công thức cấu tạo:

-NaBH4 nhập khẩu từ hãng Merk

-Nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp

-Môi trường nuôi cấy nấm

b Thiết bị và dụng cụ

- Máy khuấy IKA RW 20 digital (Anh) tại viện công nghệ môi trường

- Máy lắc Grant GLS 400 (Anh) tại viện công nghệ môi trường

- Một số dụng cụ thủy tinh phổ biến trong phòng thí nghiệm: Pipet, micro pipet, ống đong, đĩa peptri, cốc, bình thủy tinh và bình định mức tại viện Công nghệ Môi trường

3.4.1.2 Quy trình chế tạo vật liệu nano composit Ag/Silica

Để chế tạo vật liệu nano composit Ag/Silicacó khả năng diệt khuẩn cao chúng tôi tiến hành qua 3 bước sau: chế tạo các hạt Silicagel; chức năng hóa

bề mặt các hạt Silicagel bằng 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APTES) để gắn các nhóm amin (- NH2 ) lên bề mặt vật liệu silica Cuối cùng ion Ag+

được gắn lên nhóm amin và khử trực tiếp bằng NaBH4 tạo thành vật liệu composit Ag/Silica

a Quy trình chế tạo hạt silicagel

Chế tạo 5g SiO2 (từ Na2SO3.9H2O M=284)

Bước 1: Cân 23,7g Na2SO3.9H2O cho vào cốc có chứa 500ml nước RO khuấy đều bằng máy khuấy IKA RW20 trong 10 phút với tốc độ 1000 vòng/phút (dung dịch A)

Bước 2: Hút 4,5 ml H2SO4 cho vào 9ml nước RO (pha loãng) rồi nhỏ từ

từ dung dịch pha loãng trên vào (1), khuấy trong 10 phút với tốc độ khuấy là

1000 vòng/phút (dung dịch B)

Bước 3: Nhỏ từ từ dung dịch B vào dung dịch A với tốc độ 10 giọt/phút

để thu được dạng gel của silica Gel silica được già hóa 24h trước khi tiến hành lọc rửa về pH trung tính và sấy khô trong tử sấy Membert ở 700C trong 48h Bột silicagel thu được bảo quản trong lọ có gioăng kín Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

b Chức năng hóa bề mặt silicagel bằng APTES

Tiến hành chức năng hóa bề mặt silicagel bằng APTES với 6 công thức thí nghiệm bằng cách cân 2 gam silicagel vào ống nghiệm, sau đó lần lượt thêm vào ống nghiệm các thể tích khác nhau của dung dịch APTES 1 % Sau đó, các công thức được lắc đều bằng máy vortex trong 5 phút Tiếp theo, dùng giấy màng nhôm bọc kín rồi cho vào sấy ở 800C Sau 3 giờ, vật liệu được để nguội về nhiệt độ phòng và rửa bằng nước cất 2-3 lần để loại bỏ APTES dư Vật liệu sau đó được sấy khô trong tủ Melbert (Đức) ở 800C trong 20h, cuối cùng thu được vật liệu silica đã được chức năng hóa (AFSBs) được bảo quản trong bình nhựa

c Gắn nano bạc lên vật liệu amin_silicagel

Thực hiện gắn nano bạc lên vật liệu amin_silicagel theo các công thức sau: Cân 2 gam vật liệu silicagel đã được chức năng hóa (AFSBs) ở trên lần lượt cho vào các ống nghiệm chứa sẵn 4ml dung dịch AgNO3 có hàm lượng 0,25%; 0,5%; 0,75%; 1% Công thức được khuấy đều trong bóng tối bằng máy khuấy IKA RW 20 digital Sau 4 giờ, vật liệu Ag+/ AFSBs được rửa nhẹ bằng nước cất 1 – 2 lần để loại bỏ các ion Ag+ tự do trong nước Sau đó, Ag+/ AFSBs được phân tán trong 50 ml nước cất và khuấy với tốc độ 500-7000v/phút Tiếp theo, nhỏ từ từ (3giọt/giây) dung dịch NaBH4 0.05M vào hỗn hợp cho tới khi màu các hạt vật liệu chuyển sang màu vàng đậm, thể hiện

sự tạo thành các hạt nano bạc thì dừng nhỏ NaBH4 và khuấy thêm 5 phút nữa Sau khi phản ứng hoàn thành, mẫu được lọc và rửa sạch với nước cất Cuối cùng, vật liệu Ag/Silica được sấy khô tại 50 0C trong 15 – 20 giờ Quá trình tổng hợp nano bạc gắn trên silica được mô tả trên hình 3.1

Hình 3.1 Quá trình tổng hợp nano bạc gắn lên silica được chức năng hóa

(Ag-NPBs)

Toàn bộ quy trình chế tạo vật liệu Ag/Silica được tóm tắt trong sơ đồ hình 3.2

Hình 3.2 : Quy trình chế tạo vật liệu Ag/Silica

chế tạo được

Hỗn hợp Silicagel và APTES

3.4.1.3 Quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp.của vật liệu Ag/Silica

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng diệt nấm Fusarium oxysporium, Rhizoctinia solani, Colletotrichum sp

của vật liệu Ag/Silica

Pha chế môi trường nuôi cấy nấm

Đun sôi nhẹ và để môi trường

về nhiệt độ phòng

Trộn vật liệu Ag/Silica vào môi trường nuôi nấm

Đổ môi trường ra đĩa petri

Đặt khối lượng nấm vào trong

đĩa petri đã được