Nghiên cứu khả năng ức chế nấm gây bệnh trên cây thanh long của vật liệu hỗn hợp nano bạc đồng

Việc nghiên cứu tìm ra những giải pháp công nghệ mới cho phép tạo ra các chế phẩm diệt nấm hiệu quả cao, có độc tính thấp và thân thiện với môi trường sẽ góp phần nâng cao sản lượng thu hoạch đối với các loại cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học - Tập 25, Số 1/2020 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ NẤM GÂY BỆNH TRÊN CÂY THANH LONG CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP NANO BẠC/ĐỒNG Đến tịa soạn 6-11-2019 Nguyễn Hồi Châu, Ngơ Quốc Bưu, Đồn Quang Hà Viện Cơng nghệ môi trường, Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam SUMMARY STUDY ON ANTIFUNGAL ACTIVITY OF SILVER COPPER NANOMATERIALS ON DRAGON PHYTOPATHOGENIC FUNGI In the present study, silver and copper nanoparticles were synthesized by chemical microwave polyol method, where AgNO3 and CuC2O4 were taken as metal precursors, glycerol as a reducing agent TEM image of the obtained product showed the average particle size of 50 to 60 nm Antifungal activity of the synthesized Ag/Cu nanomaterial was studied against the crop pathogenic fungi Colletotrichum sp and Neoscytalidium dimidiatum isolated from infected dragon plant in Long An province by Institute of Biotechnology, VAST Assessment of fungicidal activity of the Ag/Cu nanomaterial showed that this product exhibited strong antifungal activity towards dragon pathogenic fungi At highest nanosilver concentration of the Ag/Cu nanoparticles (40/24 ppm) sclerotial germination of Colletotrichum sp was almost inhibited (after days of inoculation the inhibition effect on sclerotial germination attained 100%) For the case of Neoscytalidium dimidiatum, after days at 40/24 ppm Ag/Cu NPs concentration the inhibition effect on sclerotial germination attained 93.3% Comparing antifungal activity of total nano Ag/Cu’s concentration with specific activities of silver and copper NPs separately which have the same concentration showed that the antifungal activity of Ag/Cu nanoparticles was noticeably higher, confirming the synergic effect of these metals The obtained results suggested that the synthesized Ag/Cu nanomaterial acts as an effective antifungal agent Thus, it could be used in developing novel antifungal agents for potential applications in agriculture Keywords: dragon, antifungal activity, Colletotrichum sp, Neoscytalidium dimidiatum hoạch khó xử lý bị nhiễm bệnh trước thu hoạch.Thiệt hại nấm bệnh gây xảy lúc trình sinh trưởng phát triển Bên cạnh thiệt hại trực tiếp đến kinh tế, nhiều bệnh nấm cịn có nguy ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng Hiện để phòng trừ số loại nấm gây hại cho trồng người ta sử dụng nhiều loại thuốc hóa học Tuy nhiên việc sử dụng chúng với liều lượng cao thời gian dài làm tổn hại quần thể vi sinh vật có ích đất, đồng thời tạo điều kiện cho loài nấm gây bệnh trở nên kháng GIỚI THIỆU Các bệnh nấm gây dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng cho thu nhập người nơng dân, tác động lớn đến kinh tế xã hội vùng quốc gia Một số bệnh thường gặp ăn công nghiệp lấy bệnh thán thư nấm Colletotrichum sp, bệnh nấm hồng Corticium salmonicolor gây ra, bệnh phấn trắng nấm Uncinula necator hại nho bệnh sương mai (mốc sương) nấm Phytophthora sp gây Những bào tử loại nấm gây bệnh sau thu 105 thuốc Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) sản xuất nông nghiệp đất làm ô nhiễm môi trường, thấm vào nguồn nước ngầm, gây tác hại nghiêm trọng sức khỏe người vật ni Vì việc nghiên cứu tìm giải pháp cơng nghệ cho phép tạo chế phẩm diệt nấm hiệu cao, có độc tính thấp thân thiện với mơi trường góp phần nâng cao sản lượng thu hoạch loại trồng giảm thiểu ô nhiễm môi trường Công nghệ nano có tiềm to lớn việc nâng cao sản lượng chất lượng thực phẩm toàn cầu, giảm thiểu chất thải q trình thâm canh bền vững sản phẩm nơng nghiệp Để góp phần giảm nhẹ tác dụng khơng mong muốn nêu cơng nghệ nano có khả đưa hóa chất vào vỏ bọc nano, tạo công cụ hữu hiệu để vận chuyển hướng đích phân bón thuốc BVTV nhả chậm có kiểm sốt với độ xác cao Cơng nghệ nano tạo chế phẩm hóa nông chế vận chuyển mới, cho phép cải thiện suất sản xuất nông nghiệp, giảm thiểu khối lượng phân bón thuốc BVTV sử dụng Tính chất kháng nấm hạt nano bạc nghiên cứu hàng loạt vi sinh vật gây bệnh [1-3] Các nhà khoa học ngày quan tâm nghiên cứu khai thác tính chất kháng nấm AgNPs việc kiểm soát bệnh nấm gây cho trồng Chẳng hạn, kết nghiên cứu sản xuất chế phẩm thuốc trừ sâu chứa nano bạc tổng hợp phương pháp sinh học cho thấy tương lai khơng xa sử dụng chúng vũ khí nano chống lại vi sinh vật gây bệnh cho trồng [4] Bên cạnh tính kháng khuẩn mạnh mẽ nano bạc ngun tố cần tính đến hạt nano đồng Hoạt động giải phóng ion đồng tăng cường hạt nano Cu kích thước nhỏ diện tích bề mặt lớn cho phép tương tác gần với màng vi khuẩn Nó làm cho proteins bề mặt tế bào không hoạt động, protein cần cho việc vận chuyển vật chất qua màng tế bào Các ion đồng bên tế bào vi khuẩn ảnh hưởng đến trình sinh học Nhiều kết nghiên cứu cho thấy ion Cu tác động lên proteins enzymes vi khuẩn Đồng nano tổng hợp từ phương pháp khử hóa học ion Cu2+ có mặt cetyl ammonium bromide isopropyl alcohol có kích thước hạt 3-10 nm có tính kháng nấm chống lại nấm gây bệnh trồng Fusarium oxysporum, Alternaria alternate, Curvularia lunata [5-7] Trên sở khai thác đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh mẽ nano bạc nano đồng hiệu ứng cộng bạc đồng, nhóm nghiên cứu tiến hành tổng hợp nano Ag/Cu phương pháp polyol [8] ứng dụng sản phẩm việc ức chế nấm gây bệnh long VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu Mẫu bệnh: nấm gây bệnh thán thư (Colletotrichum sp) phấn trắng long (Neoscytalidium dimidiatum) Viện công nghệ sinh học phân lập từ long nhiễm bệnh phấn trắng thán thư tỉnh Long An Hóa chất: AgNO3 (99,5%, Merck), Cu2C2O4 (>99%, Merck), Glycerol (99,5%, Merck), nano Ag, nano Cu, Viện Công nghệ môi trường cung cấp 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chế tạo vật liệu nano bạc đồng lúc Chuẩn bị hỗn hợp muối Ag Cu (lượng cân AgNO3 CuC2O4, loại p.a hãng Merk) theo tỉ lệ mol 1/1 (AgNO3 = 1,574g, CuC2O4 = 1,420 g tương ứng nồng độ yêu cầu [Ag] = 1000 mg/L [Cu] = 600 mg/L); Khuấy gia nhiệt dung môi glycerol 60°C 30 phút; Đưa lượng cân muối khoáng vào glycerol khuấy tan hồn tồn; Đưa mẫu hỗn hợp vào lị vi sóng để tiến hành phản ứng polyol thời gian 5-7 phút (cơng suất lị vi sóng 800 w, nhiệt độ ~200 oC) để tạo nano kim loại với trợ giúp lượng vi sóng Dung dịch huyền phù thu cho để nguội dần lị vi sóng, thu 106 hỗn hợp nano Ag/Cu với nồng độ Ag=1000 ppm Cu=600 ppm Nghiên cứu đặc trung vật liệu Phổ nhiễu xạ tia X cho phép xác định diện nguyên tố bạc nguyên tố đồng phổ Kích thước hạt nano kim loại khảo sát kính hiển vi truyên qua (TEM) Phân lập loại nấm Các mẫu bệnh Colletotrichum sp Neoscytalidium dimidiatum thu thập từ long nhiễm bệnh thán thư, bệnh đốm nâu tỉnh Long An Phương pháp xử lý mẫu gồm: chọn mơ bệnh sau cắt mẫu thành miếng nhỏ có kích thước 1-2 mm; khử trùng dụng cụ cồn 70o; rửa nước cất khử trùng lần; thấm khô bề mặt giấy thấm đặt mẫu đĩa petri chứa môi trường potato dextrose agar (PDA) Khi đường kính tản nấm đạt 1- cm, lấy phần bên hệ sợi nấm, chuyển sang môi trường thạch nghiêng PDA ủ 28oC 48 Sau đó, mẫu bảo quản 4oC cho thí nghiệm Đánh giá hoạt tính kháng nấm nano Ag/Cu Trước tiên, mơi trường PDA hấp khử trùng 121°C 20 phút, sau để nguội đến nhiệt độ 50-60°C Tiếp theo, vật liệu nano Ag/Cu đưa vào môi trường PDA với nồng độ bạc khảo sát từ 10 – 40 ppm, lắc đổ 30 ml vào đĩa petri Nấm làm thuần, cắt miếng thạch kích thước 0,5 cm có chứa nấm đặt vào đĩa petri Các đĩa petri đặt tủ định ôn nhiệt độ 28°C Chỉ tiêu theo dõi: đường kính tản nấm sau cấy 1, 3, 5, ngày tính hiệu ức chế (%) sau ngày Hiệu ức chế nấm vật liệu nano Ag Cu tính theo cơng thức Abbott: HQƯC % = (1 – (DTN/DĐC) )∗ 100% Trong đó: DTN: Đường kính tản nấm cơng thức thí nghiệm (cm) DĐC: Đường kính tản nấm mẫu đối chứng (cm) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng nano bạc đồng Hình Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Phổ nhiễu xạ tia X (hình 1) cho thấy xuất peak đặc trưng hạt nano bạc góc 2 = 38,2o; 44,3o 64,4o Cùng lúc đỉnh nhiễu xạ đặc trưng đồng 2 = 43,4o 50,5o xuất phổ XRD chứng tỏ việc chế tạo đồng thời xuất bạc đồng Hình Ảnh TEM nano Ag/Cu Đối với vật liệu khử trùng, kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến khả ức chế nấm vật liệu, kích thước hạt nhỏ diện tích bề mặt lớn, khả tiếp xúc vật liệu tế bào nấm cao hiệu suất khử trùng lớn Kết đo TEM (hình 2) cho thấy hạt nano bạc đồng tạo thành có phân bố kích thước nằm khoảng 50 - 60 nm 3.2 Đánh giá hoạt tính kháng nấm vật liệu Hiệu ức chế nấm vật liệu nano bạc đồng nấm Hạch nấm Colletotrichum sp N.dimidiatum có khả tồn lâu đồng ruộng nguồn bệnh tồn lưu qua vụ Trên mơi trường nhân tạo nấm có khả phát triển 107 nấm N dimidiatum, thí nghiệm gồm công thức, nhắc lại lần, theo dõi đường kính tản nấm, tính tốn hiệu ức chế cơng thức Abbott, kết thí nghiệm thể bảng hình hình Xử lý số liệu phần mềm thống kê ANOVA nhanh dễ dàng hình thành hạch nấm Việc hạn chế hình thành hạch nấm giúp giảm nguồn bệnh đồng ruộng quan trọng việc phòng trừ nấm bệnh Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ vật liệu đến khả phát triển hạch nấm Colletotrichum sp Bảng Khả ức chế nấm Colletotrichum sp sau ngày nấm N.dimidiatum sau ngày vật liệu môi trường PDA Colletotrichum sp Nồng độ tính theo Ag (ppm) ĐC 10 20 30 40 CV% Đường kính nấm (D± mm) ngày 32,7 7,7 7,3 5,0 5,0 ngày 55,7 12,7 10,3 7,7 5,0 ngày 90a 16,0b 13,0c 9,7d 5,0e 3,8 Ghi chú: Các chữ khác cột số liệu khác biệt có giá trị thống kê (p