Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit cu silica ứng dụng để diệt nấm colletotrichum

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT CuSILICA ỨNG DỤNG ĐỂ DIỆT NẤM COLLETOTRICHUM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT Cu-SILICA ỨNG DỤNG ĐỂ DIỆT NẤM COLLETOTRICHUM Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hoài Châu PGS TS Đồng Kim Loan Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica ứng dụng để diệt nấm Colletotrichum” thực dƣới hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Hoài Châu – Viện Công nghệ môi trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam PGS TS Đồng Kim Loan – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Đây chép cá nhân, tổ chức Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nội dung mà trình bày Luận văn Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Thúy LỜI CÁM ƠN Lời xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Hồi Châu – Viện Cơng nghệ mơi trƣờng, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam PGS TS Đồng Kim Loan – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn thực Luận văn này, ngƣời quan tâm giúp đỡ suốt q trình làm luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể thầy giáo Khoa Môi trƣờng, đặc biệt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng – Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị cho tơi kiến thức bổ ích, thiết thực nhƣ nhiệt tình, ân cần dạy bảo hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn hỗ trợ Dự án trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano nông nghiệp”, mã số VAST.TĐ.NANO-NN/15-18 giúp thực Luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán Phịng Cơng nghệ thân mơi trƣờng Phịng Ứng dụng chuyển giao Công nghệ – Viện Công nghệ môi trƣờng, Viện HLKH&CN Việt Nam tạo điều kiện trực tiếp giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu, thực luận văn Cuối xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình bạn bè quan tâm động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Thúy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỔNG QUAN .3 1.1 Đặc điểm gây bệnh biện pháp quản lý nấm Colletotrichum .3 1.1.1 Một số đặc điểm hình thái gây bệnh nấm Colletotrichum trồng 1.1.2 Thiệt hại nấm bệnh Colletotrichum đến suất trồng 1.1.3 Một số biện pháp quản lý nấm bệnh Colletotrichum 1.2 Công nghệ nano nghiên cứu ứng dụng hạt nano kim loại để kháng nấm 1.2.1 Một số tính chất vật liệu nano 10 1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo hạt nano kim loại 11 1.2.3 Một số nghiên cứu ứng dụng nano kim loại để kháng nấm 12 1.2.4 An tồn ứng dụng vật liệu nano nơng nghiệp .16 1.3 Đặc điểm cấu trúc silica 17 CHƢƠNG – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tƣợng mục tiêu nghiên cứu 20 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 20 2.2.1 Phƣơng pháp tổng quan tài liệu .20 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu phịng thí nghiệm .20 2.2.3 Phƣơng pháp đánh giá đặc trƣng tính chất vật liệu .21 2.3 Hóa chất thiết bị nghiên cứu .21 2.3.1 Hóa chất 21 2.3.2 Thiết bị, dụng cụ 22 2.4 Nội dung nghiên cứu 23 2.4.1 Điều chế hạt nano Cu 23 2.4.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng vật liệu trình chế tạo nanocomposit Cu-silica 25 2.4.3 Nghiên cứu đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu–silica 28 CHƢƠNG – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Đặc trƣng hạt nano Cu điều chế đƣợc .31 3.1.1 Cấu trúc tinh thể nano Cu .32 3.1.2 Đặc điểm hình thái kích thƣớc hạt nano Cu 33 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica đánh giá đặc trƣng vật liệu .35 3.2.1 Ảnh hƣởng pH đến đặc trƣng hạt SiO2 tạo thành 35 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ APTES đến đặc trƣng vật liệu 42 3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ Cu2+ gắn lên silica đến đặc trƣng vật liệu 43 3.3 Đánh giá hoạt lực kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cusilica 50 3.3.1 Xác định khả kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica 50 3.3.2 Đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica 52 3.3.3 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số đặc tính số chủng nấm Colletotrichum .5 Bảng 1.2 Số nguyên tử lƣợng bề mặt hạt nano hình cầu .10 Bảng 1.3 Hoạt lực kháng số chủng nấm nano bạc 13 Bảng 1.4 Kích thƣớc trung bình vùng ức chế nấm (mm) vật liệu SiO2HPC-Ag SiO2-HPMC-Ag 14 Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng thí nghiệm .21 Bảng 2.2 Các thiết bị, dụng cụ sử dụng thí nghiệm 22 Bảng 2.3 Các giá trị pH khảo sát ảnh hƣởng tới đặc trƣng hạt SiO2 tạo thành .26 Bảng 2.4 Các giá trị khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ Cu2+ gắn lên silica đến đặc trƣng vật liệu 27 Bảng 2.5 Nồng độ nano Cu chứa môi trƣờng sử dụng thử hoạt lực ức chế nấm Colletotrichum sp 29 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ pH tới hiệu suất thu hồi SiO2 .38 Bảng Kết đo BET vật liệu SiO2 chế tạo đƣợc giá trị pH khác 39 Bảng 3.3 Tổng hợp hiệu suất phản ứng chế tạo nanocomposit Cu-silica với tỷ lệ Cu2+/Silica khác 47 Bảng 3.4 Đƣờng kính vịng kháng nấm (mm) 51 Bảng 3.5 Khả ức chế nấm nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ khác sau ngày nuôi cấy .52 Bảng 3.6 Khả ức chế nấm Collectotrichum sp nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ 100 ppm theo thời gian nuôi cấy 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các triệu chứng bệnh thán thƣ gây nấm Colletotrichum Hình 1.2 Hình thái khuẩn lạc, bào tử, đĩa áp gai loài Colletotrichum gloeosporioides gây bệnh thán thƣ xoài .4 Hình 1.3 Hình ảnh thể “lĩnh vực” nano (màu đỏ) so với số đối tƣợng vật lý sinh học theo thang kích thƣớc Hình 1.4 Ảnh hƣởng số lƣợng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng .10 Hình 1.5 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano: a) “từ xuống”; b) “từ dƣới lên” 12 Hình 1.6 Hoạt tính kháng nấm nano Cu 15 Hình 1.7 Cấu trúc SiO2 18 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo nano Cu 24 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica 25 Hình 2.3 Quá trình chế tạo nano Cu gắn silica 26 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nano Cu chế tạo 33 Hình 3.2 Kết ảnh kính hiển vi điện tử mẫu nano Cu chế tạo 34 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu SiO2 điều chế pH khác 36 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu SiO2 điều chế pH khác 37 Hình 3.5 Sơ đồ phản ứng hình thành chuỗi polysilicic axit .39 Hình 3.6 Đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp nitơ mẫu SiO2-pH8 40 Hình 3.7 Ảnh TEM mẫu SiO2-pH8 41 Hình 3.8 Phổ FTIR SiO2 điều chế đƣợc 42 Hình 3.9 Phổ hồng ngoại vật liệu silica đƣợc chức hóa với nồng độ APTES khác .43 Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nanocomposit Cu-silica chế tạo đƣợc lƣợng Cu2+ gắn lên silica khác .44 Hình 3.11 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-1,5 45 Hình 3.12 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-2,0 46 Hình 3.13 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-2,5 46 Hình 3.14 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-3,0 47 Hình 3.15 Quang phổ hồng ngoại FTIR vật liệu SiO2-AP TES SiO2-APTESCu 48 Hình 3.16 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua vật liệu SiO2 SiO2-APTES-Cu 50 Hình 3.17 Vịng kháng nấm vật liệu nấm Colletotrichum sau ngày nuôi cấy 51 Hình 3.18 Nấm Collectotrichum sp mơi trƣờng nanocomposit Cu-silica Cu 53 Hình 3.19 Hoạt tính kháng nấm nano Ag thuốc diệt nấm (Carban 50 SC Anvil 55 EC) với Colletotrichum sau ngày xử lý 54 Hình 3.20 Tản nấm Collectotrichum sp sau 10 ngày nuôi cấy (nồng độ 100ppm).55 Hình 3.21 Nấm Collectotrichum sp sau ngày dịch thể khoai tây bổ sung nanocomposit Cu-silica nồng độ 62,5 ppm, 125ppm 250ppm .56 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT APTES: 3-Aminopropyltriethoxysilane BVTV: Bảo vệ thực vật BET: Phƣơng pháp xác định bề mặt riêng (Bruner – Emmett – Teller) CABI: Tổ chức Nông nghiệp Khoa học sinh học Quốc tế (Agriculture and Bioscience International) CFU: Số lƣợng đơn vị hình thành khuẩn lạc (Colony Forming Unit) CP TES: Chloropropyltriethoxysilane DNA: Deoxyribonucleic acid EDX: Tán xạ lƣợng (Energy-dispersive X-ray) FAO: Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) FTIR: Quang phổ hồng ngoại chuỗi (Fourier Transform Infrared) HPC: Hydroxyprolyl cellulose HPMC: Hydroxypropyl cellulose methylcellulose M.I: Chỉ số phân chia tế bào (Mitotic index) MIC: Nồng độ ức chế tối thiểu (Minimum inhibitory concentration) MP TMS: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane PDA: Potato dextrose agar PVA: Polyvinyl ancol PVP: Polyvinylpyrrolydone SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Micriscopy) Quang phổ FTIR vật liệu SiO2 đƣợc chức hóa APTES (SiO2APTES) vật liệu SiO2 đƣợc cố định nano đồng kim loại (SiO2-APTES- Cu) đƣợc thể hình 3.15 Đối với mẫu SiO2-APTES có xuất pic đặc trƣng liên kết O-H kéo dài khoảng 3440 cm-1, 1632 cm-1 dao động đặc trƣng liên kết H-O-H, 1100 cm-1 đặc trƣng liên kết dài không đối xứng Si-O-Si, khoảng 799,67 cm-1 đặc trƣng liên kết dài đối xứng nhóm Si- O-Si; 984, 68 cm-1 dao động đặc trƣng liên kết Si-OH Các píc tƣơng tự xuất vật liệu SiO2-AP TES-Cu nhƣng chuyển sang bƣớc sóng thấp cho thấy tƣơng tác Van der Waals SiO2 hạt nano kim loại Sự xuất hạt nano Cu mẫu SiO2-APTES-Cu đƣợc xác định tăng mạnh cƣờng độ pic tần số 1378 cm-1, có tƣơng tác van der Walls liên kết uốn nhóm C-H với hạt nano Cu, làm cho cƣờng độ pic vị trí dịch chuyển sang vùng số thấp có cƣờng độ mạnh píc có tần số 1384,55 cm-1 dao động đặc trƣng nhóm C-H mẫu SiO2-APTES Khi có nano đồng pic đặc trƣng nhóm Si-OH (hoặc SiO-APTES) tần số 964,78 cm-1 mẫu SiO2-APTES-Cu bị giảm cƣờng độ dich chuyền tần số thấp so với liên kết Si-OH mẫu SiO2-APTES (984,68) nano Cu tạo tạo nên tƣơng tác Van der Walls đồng nguyên tử oxi, điều dẫn tới việc làm tăng cƣờng độ liên kết bất đối xứng Si-OSi tần số ~ 1100 cm-1 giảm cƣờng độ liên kết SiO2 đối xứng tần số ~ 800 cm-1 [11] (b) Đặc trƣng kích thƣớc hạt Để xác định hình thái kích thƣớc hạt hạt nano Cu đƣợc cố định SiO2, tiến hành chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) hai mẫu vật liệu SiO2 Cu-2,0 Hình 3.16 thể khác hình thái, kích thƣớc vật liệu có khơng có hạt nano Cu a) SiO2 b) SiO2-APTES-Cu Hình 3.16 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua vật liệu SiO2 SiO2-APTES-Cu So sánh hình ảnh TEM vật liệu SiO2 SiO2 gắn đồng nhận thấy khác biệt hai hình ảnh TEM này, hình vật liệu SiO2 thấy SiO2 tạo thành có kích thƣớc hạt khoảng 30 ÷ 50 nm vật liệu SiO2APTES-Cu xuất thêm hạt nhỏ có mầu sẫm chút so với hạt SiO2 với kích thƣớc từ ÷ 10 nm hạt nano Cu Có thể thấy mật độ hạt nano Cu ảnh TEM cao, song hạt nano Cu đƣợc tạo có kích thƣớc đồng nằm khoảng kích thƣớc nhỏ từ 5÷10 nm mà khơng bị kết tụ với Điều đƣợc giải thích ion Cu đƣợc gắn lên nhóm amin (NH2) q trình biến tính APTES lấn chiếm không gian mao quản silica Do vậy, q trình khử, chúng khơng thể tập hợp thành hạt lớn Chính vậy, kích thƣớc hạt nano Cu đƣợc gắn SiO2 tƣơng đối nhỏ đồng 3.3 Đánh giá hoạt lực kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica 3.3.1 Xác định khả kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica Sau nuôi cấy nấm nhiệt độ 28oC này, kết đo đƣờng kính vịng kháng nấm đƣợc thể dƣới bảng sau: Bảng 3.4 Đường kính vịng kháng nấm (mm) Đƣờng kính vịng kháng nấm sau ngày (±1mm) Vật liệu Nano Cu 250 ppm 8,0 Nanocomposit Cu-silica 250 ppm 6,5 Carbendazim 250 ppm 9,7 Từ kết cho thấy, vật liệu nanocomposit Cu-silica có khả kháng nấm Colletotrichum với đƣờng kính vòng kháng đạt mm Khi so sánh với kết sử dụng vật liệu nano Cu Carbendazim nồng độ đƣờng kính vịng kháng nanocomposit Cu-silica nhỏ Điều cho thấy nanocomposit Cu có hoạt tính sinh học với nấm Colletotrichum sp nhƣng thấp so với nano Cu Carbendazim Tuy nhiên, Carbendazim đƣợc cho sản phẩm có ảnh hƣởng khơng tốt tới sức khỏe ngƣời sử dụng Trong đó, vật liệu nanocomposit thân thiện với mơi trƣờng gậy hại cho ngƣời sử dụng nhƣ ngƣời tiêu thụ nồng độ đƣợc sử dụng mức thấp Hình 3.17 Vịng kháng nấm vật liệu nấm Colletotrichum sau ngày nuôi cấy Tuy nhiên phƣơng pháp khuếch tán qua giếng thạch phƣơng pháp cho phép xác định vật liệu nanocomposit Cu-silica có khả diệt nấm hay khơng Vì vậy, phƣơng pháp đánh giá khả ức chế nấm phƣơng pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu đƣợc sử dụng để xác định hoạt tính ức chế diệt nấm Colletotrichum sp vật liệu 3.3.2 Đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica Thí nghiệm đƣợc bố trí với vật liệu nanocomposit Cu-silica, nano Cu giá trị cho nồng độ nano Cu môi trƣờng lần lƣợt 0ppm (ĐC), 100ppm, 200ppm, 300ppm, 400ppm 500ppm Sau ngày, đƣờng kính tản nấm Colletotrichum sp đƣợc ghi lại nhƣ sau: Bảng 3.5 Khả ức chế nấm nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ khác sau ngày nuôi cấy Nồng độ nano Cu (ppm) Nanocomposit Cu-silica Nano Cu Đƣờng kính Hiệu lực ức Đƣờng kính Hiệu lực ức tản (D1±1 chế (%) tản (D1±1 chế (%) mm) mm) (Đối chứng) 90 90 100 30 66,7 14 84,4 200 100 100 300 100 100 400 100 100 500 100 100 Nhƣ thấy rằng, nồng độ nano Cu môi trƣờng nồng độ ≥ 200 ppm hồn tồn khơng thấy sinh trƣởng nấm sau ngày Đối với nồng độ 100 ppm, vật liệu nano Cu thể hiệu lực ức chế tốt so với nanocomposit Cusilica a) Nồng độ nano Cu môi trường 100 ppm b) Nồng độ nano Cu mơi trường 200 ppm Hình 3.18 Nấm Collectotrichum sp môi trường nanocomposit Cu-silica Cu Trong nghiên cứu sử dụng nano Ag để ức chế nấm Colletotrichum sp tác giả Nguyễn Thị Bích Ngọc cộng (2015) [4], tác giả sử dụng nano Ag có kích thƣớc nhỏ 10 nm với nồng độ 100 ppm, sau ngày nuôi cấy, cho thấy tỷ lệ ức chế nấm 55,97% Tuy nhiên, nồng độ nano Ag ≥ 300 ppm với có khả ức chế hoàn toàn sinh trƣởng nấm Colletotrichum sp So với hạt nano bạc, hiệu ức chế thuốc diệt nấm thƣơng mại (Carban 50SC Anvil 5EC) nồng độ 400 ppm đạt tƣơng ứng 59,48% 73,69% Nhƣ thấy rằng, hạt nano Cu vật liệu nanocomposit Cu-silica chế tạo đƣợc thể hoạt tính ức chế nấm Colletotrichum sp hiệu Hình 3.19 Hoạt tính kháng nấm nano Ag thuốc diệt nấm (Carban 50 SC Anvil 55 EC) với Colletotrichum sau ngày xử lý [4] Để đánh giá hiệu lực ức chế nấm theo thời gian, đƣờng kính tản nấm Collectotrichum sp đĩa thạch nồng độ 100ppm đƣợc ghi lại sau 2, 3, 4, 5, 6, 10 ngày nuôi cấy bảng sau: Bảng 3.6 Khả ức chế nấm Collectotrichum sp nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ 100 ppm theo thời gian nuôi cấy Thời gian nuôi cấy (ngày) Đối chứng (±1 mm) Nanocomposit Cu-silica Đƣờng kính Hiệu lực ức chế tản (D1±1 mm) (%) 19 55,8 Nano Cu Đƣờng kính Hiệu lực tản ức chế (%) (D1±1 mm) 10 76,7 43 90 30 66,7 14 84,4 - 32 - 18 - - 35 - 30 - - 37 - 39 - - 40 - 47 - 10 - 45 - 70 - Qua bảng ta thấy, nhiệt độ 28oC nhiệt độ thích hợp cho nấm Collectotrichum sp sinh trƣởng, môi trƣờng PDA đƣờng kính tản nấm đạt 90mm Khi bổ sung vào mơi trƣờng vật liệu có chứa nano Cu nồng độ 100ppm, sinh trƣởng nấm bị ức chế Cụ thể mơi trƣờng bổ sung Cu-silica, đƣờng kính tản nấm lần lƣợt ngày thứ thứ 19mm 30mm tƣơng đƣơng với hiệu lực ức chế 55,8% 66,7% Cùng nồng độ nano Cu 100ppm không gắn lên silica, nấm sinh trƣởng Cụ thể đƣờng kính tản nấm đạt 10 14 mm sau 2, ngày nuôi cấy tƣơng đƣơng hiệu lực ức chế nấm ngày thứ thứ lần lƣợt 76,7 84,4% Ta thấy môi trƣờng bổ sung nano đồng nấm bị ức chế mạnh mẽ ngày thứ ngày thứ Theo kết ghi nhận sinh trƣởng nấm ngày tiếp theo, đĩa đối chứng nấm tiếp tục sinh trƣởng mạnh mẽ vào tạo nhiều bào tử Tốc độ sinh trƣởng nấm môi trƣờng chứa nano Cu tăng dần thời gian sau Giải thích tƣợng theo thời gian, tác động nano Cu bị giảm nên khả ức chế nấm giảm Tuy nhiên gắn đồng silica, cho thấy ổn định khả ức chế nấm Collectotrichum sp Nhƣ việc gắn nano đồng lên silica làm tăng tính ổn định khả ức chế sinh trƣởng nấm Collectotrichum sp Hình 3.20 Tản nấm Collectotrichum sp sau 10 ngày nuôi cấy (nồng độ 100ppm) Theo thời gian dài hơn, cho thấy hiệu việc sử dụng nano Cu-silica ức chế sinh trƣởng nấm Collectotrichum sp Sau 10 ngày, không sử dụng nano Cusilica nấm Collectotrichum sp sinh trƣởng dày đặc hình thành nhiều bào tử Khả lây lan bệnh nhƣ việc xử lý khó khăn tốn nhiều Khả kháng nấm nano Cu đƣợc giải thích hạt nano tạo phản ứng với oxy, làm tổn hại đến tế bào, gây phá hủy protein, lipit axit nucleic Một giả thuyết khác hạt nano tạo liên kết với gốc chứa lƣu huỳnh làm giảm tổng hàm lƣợng lipit với tích tụ bất thƣờng axit béo bão hòa (saturated fatty acids), dạng khơng điển hình nguồn sinh thổng hợp màng lipit (membrane lipid biosynthetic cascade) [1, 10] 3.3.3 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu Nấm Collectotrichum sp nuôi cấy môi trƣờng dịch thể khoai tây bổ sung nanocomposit Cu-silica cho nồng độ Cu môi trƣờng 500 ppm; 250 ppm; 125 ppm; 62,5 ppm; 32,25 ppm 15,625ppm Sau ngày nuôi cấy, mơi trƣờng có nồng độ Cu ≥ 250ppm hồn tồn khơng thấy dấu hiệu sinh trƣởng nấm Nhƣ vậy, nồng độ tối thiểu vật liêu nano Cusilica chế tạo để ức chế hoàn toàn 10 CFU nấm Collectotrichum sp 250ppm Khi dùng tăm ria từ mơi trƣờng có nồng độ 250ppm, 500ppm môi trƣờng PDA không cho thấy sinh trƣởng nấm Vậy sử dụng nano Cu-silica 250 ppm để diệt nấm Collectotrichum sp Hình 3.21 Nấm Collectotrichum sp sau ngày dịch thể khoai tây bổ sung nanocomposit Cu-silica nồng độ 62,5 ppm, 125ppm 250ppm Ở nồng độ nanocomposit Cu-silica thấp hơn, tƣơng ứng nồng độ Cu môi trƣờng 62,5 ppm 125 ppm, lƣợng nano Cu chƣa đủ để tiêu diệt hoàn toàn bào tử nấm mà ức chế phát triển nấm Kết hoàn toàn tƣơng đồng với phƣơng pháp Khi so sánh với kết nghiên cứu kháng nấm Fusarium sp – lồi nấm có nhiều đặc điểm sinh trƣởng tƣơng đối giống với Colletotrichum sp tác giả Pham Van Viet cộng (2016) [29] cho thấy khả kháng nấm vật liệu nanocomposit Cu-silica nano Cu hoàn toàn khả quan Tác giả thử nghiệm nano Cu giá trị nồng độ 300 ppm, 380 ppm 450 ppm đánh giá khả kháng nấm sau ngày, ngày ngày tƣơng ứng Kết cho thấy nano Cu ức chế phát triển nấm Fusarium sp., đƣờng kính mẫu bổ sung nano Cu nhỏ so với mẫu đối chứng hiệu ức chế nấm tăng nồng độ Cu tăng tƣơng ứng Sau ngày nuôi cấy, hiệu ức chế mẫu nano Cu 300 ppm, 380 ppm 43% Trong đó, nồng độ 450 ppm, hiệu ức chế đạt 67,38% đạt 93,98% sau ngày Tại thời điểm kết cho thấy ức chế hiệu nấm nồng độ nano Cu 450 ppm, nấm bị ức chế mạnh mẽ khơng cịn tăng trƣởng sau ngày ni cấy Ngƣợc lại, nấm mẫu đối chứng tăng trƣởng bình thƣờng đƣờng kính tản nấm tăng liên tục KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu với nội dung hoàn thành, luận văn thu đƣợc số kết nhƣ sau: Đã chế tạo đƣợc nano Cu phƣơng pháp khử với axit L-ascorbic với PVP đóng vai trị làm chất ổn định điều kiện: nồng độ dung dịch axit L- ascorbic 1,0M; tỷ lệ nồng độ dung dịch axit L-ascorbic : Cu2+ = 5:1; tỷ lệ khối lƣợng Cu2+ : PVP = 1:50 mức vi sóng cao Các hạt nano Cu có dạng hình cầu, kích thƣớc hạt dao động khoảng ÷ 15 nm, chủ yếu 10 ÷ 13 nm Đã chế tạo thành công vật liệu nanocomposit Cu-silica với số điều kiện phản ứng: - pH phù hợp cho trình chế tạo silica với tiền chất ban đầu từ Na2SiO3.2H2O phƣơng pháp sol-gel Khi đó, vật liệu thu đƣợc có dạng hạt liên kết với thành chuỗi, kích thƣớc hạt cỡ 30 ÷ 50 nm Diện tích riêng bề mặt vật liệu thu 96,17m2; kích thƣớc lỗ mao quản mức trung bình lớn - đạt 27,15 nm Hiệu suất phản ứng cao - đạt 90,5% - Nồng độ APTES sử dụng để chức bề mặt vật liệu silica 2%; - Khi gắn Cu2+ lên silica hàm lƣợng 1,5%; 2,0%; 2,5% 3,0% hàm lƣợng 2,0% cho hiệu suất trình cao - đạt 75,5% so với lý thuyết Kích thƣớc hạt nano Cu vật liệu nanocomposit chủ yếu từ ÷ 10 nm Vật liệu nanocomposit Cu-silica với hàm lƣợng Cu theo lý thuyết 2,0% thể ho ạt tính sinh học nấm Colletotrichum sp - Kết đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp., nồng độ nano Cu chứa vật liệu nanocomposit lớn 200 ppm không thấy sinh trƣởng nấm Ở nồng độ 100 ppm, vật liệu nanocomposit Cu-silica thể hoạt tính ổn định theo thời gian so với nano Cu - Nồng độ ức chế tối thiểu nấm Colletotrichum sp (nồng độ nấm 105 CFU) vật liệu nanocomposit Cu-silica 250 ppm với nồng độ Cu chứa vật liệu Kiến nghị Nghiên cứu khả ức chế loại nấm khác vật liệu nanocomposit Cu-Silica Nghiên cứu xây dựng quy trình sử dụng vật liệu nanocomposit Cu-Silica kháng nấm gây bệnh cho trồng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Cao Văn Dƣ (2016), Nghiên cứu tổng hợp khảo sát tính chất vật liệu nano kim loại đồng, Luận án tiến sĩ Hóa, Học viện Khoa học cơng nghệ, viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano – cách mạng khoa học kỹ thuật kỷ 21, Tạp chí Khoa học & Ứng dụng, số 12 Hồng Nhâm (2004), Hóa học ngun tố tập I, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Bích Ngọc, Nguyễn Hồi Châu, Trần Xn Tin, Lê Mai Nhất, Phạm Thị Dung, Ngô Thị Thanh Hƣờng, Đỗ Duy Hƣng (2015), Nghiên cứu hiệu hạt nano bạc ức chế số chủng nấm thực vật (Fusarium oxysporum, Colletotrichum, Rhizoctonia solani Corynespora cassicola) phịng thí nghiệm, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, số (58) Phạm Chí Thành (1992), Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, Giáo trình cao học nơng nghiệp, NXB Nơng Nghiệp, Hà Nội Lê Hồng Lệ Thủy Phạm Văn Kim (2008), Phân loài nấm Colletotrichum gây bệnh thán thư xoài sầu riêng Đồng Sông Cửu Long thử hiệu lực sáu loại thuốc lồi nấm này, Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, số 10 Mai Văn Trị (2002), Một số bệnh hại ăn trái, Sổ tay người nông dân trồng ăn trái cần biết, Công ty dịch vụ Bảo vệ Thực vật An Giang Tài liệu Tiếng Anh Ajay Kumar Gautam (2014), Colletotrichum gloeosporioides: Biology, Pathogenicity and Management in India, Journal of Plant Physiology & Pathology, Volume 2:2 Anatolii D, Pomogailo, Gulzhian I, Dzhardimalieva (2014), Nanostructured Materials Preparation via Condensation Ways, Chapter Reduction of Metal Ions in Polymer Matrices as a Condensation Method of Nanocomposit Synthesis, Springer 10 Arijit Kumar Mecheanism Chatterjee, of Ruchira antibacterial Nanotechnology, Volume April Chakraborty, Tarakdas Basu activity copper nanoparticles, of (2014), 11 Biswajoy Bagchi, Subrata Kar, Sumit Kr Dey, Suman Bhandary, Debasis Roy, Tapas Kr, Mukhopadhyay, Sukhen Das, Papiya Nandy (2013), In situ synthesis and antibacterial activity of copper nanoparticle loaded natural montmorillonite clay based on contact inhibition and ion release, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume 108 12 Cheng Han Wang, Yan-fei Huang, Quingyuan Chen, Mao-sheng Wang, Hai- qian Xia, Sheng-hua Shang, Changqing Zhang (2016), Anthracnose Caused by Colletotrichum fructicola on Tobacco (Nicotiana tabacum) in China, Published by The American Phytopathological Society, Volume 100, Number 13 El-Temsah Yehia, Erik J Joner (2012), Impact of Fe and Ag nanoparticles on seed germination and differences in bioavailability during exposure in aqueous suspension and soil, Environonmental Toxicology, Volume 27 14 Gadi Borkow and Jeffray Gabbay (2004), Putting copper into action: copperimpregnated products with potent biocidal activities, Faseb Journal, Volume 18 15 Giuseppe Granata, Taishi Yamaoka, Francesca Pagnanelli, Akio Fuwa (2016), Study of the synthesis of copper nanoparticles: the role of capping and kinetic towards control of particles size and stability , Journal of Nanoparticle Research, Volume 18 16 Habeeb Khadri, Mohammad Alzohairy1, Avilala Janardhan, Arthala Praveen Kumar, Golla Narasimha (2013), Green Synthesis of Silver Nanoparticles with High Fungicidal Activity from Olive Seed Extract , Advances in Nanoparticles, Volume 17 Hoai Chau Nguyen, Thi Thuy Nguyen, Trong Hien Dao, Quoc Buu Ngo, Hoang Long Pham and Thi Bich Ngoc Nguyen (2016), Preparation of Ag/SiO2 nanocomposite and assessment of its antifungal effect on soybean plant (a Vietnamese species DT-26), Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Volume 18 Jolanta Pulit, Marcin Banach, Renata Szczygłowska and Mirosław Bryk (2013), Nanosilver against fungi, Silver nanoparticles as an effective biocidal factor , Acta Biochimica Polonica, Volume 60, No 19 Malathi Sampath, Ramya Vijayan, Ezhilarasu Tamilarasu, Abiraman Tamilselvan, Sengottuvelan Balasubramanian (2014), Green synthesis of Novel Jasmine Bud-Shaped Copper Nanoparticles, Journal of Nanotechnology, Volume 33 20 Mamta Kumari, A Mukherjee, N Chandrasekaran (2009), Genotoxicity of silver nanoparticles in Allium cepa, Science of the Total Environment, Volume 407 21 May Moe Oo, Sang-Keun Oh (2016), Chilli anthracnose (Colletotrichum spp.) disease and its managemnet approach, Korean Journal of Agricultural Science, Volume 43, No 22 Mayur Valodkar, Shefaly Modi, Angshuman Pal, Sonal Thakore Synthesis and anti-bacterial activity of Cu, Ag and Cu-Ag (2011), alloy nanoparticles: A green approach, Materials Research Bulletin, Volume 46, No 23 Meenakshi Sharma and Saurabh Kulshrestha (2014), Colletotrichum gloeosporioides: An Anthracnose Causing Pathogen of Fruits and Vegetables, Biosciences Biotechnology research Asia, Volume 12, No 24 Mihaela Răcuciu, Dorina-emilia Creangă (2009), Biocompatible magnetic fluid nanoparticles internalized in vegetal tissue, Romanian Journal Physics, Volume 54 25 Mihaela Răcuciu, Dorina-emilia Creangă (2009), Cytogenetical changes induced by -cyclodextrin coated nanoparticles in plant seeds Romanian Journal Physics, Volume 54 26 Mikaeel Young and Swadeshmukul Santra (2014), Copper (Cu)-Silica Nanocomposit containing Valence - Engineered Cu: A New Strategy for Improving Antimicrobial Efficacy of Cu Biocides , Journal of Agricultural and Food Chemistry, Volume 62, No 26 27 Nicola Cioffi, Luisa Torsi, Nicoletta Ditaranto, Giuseppina Tantillo, Lina Ghibelli, Luigia Sabbatini, Teresa Bleve-Zacheo, Maria Zambonin, and Enrico Traversa (2005), D'Alessio, P, Giorgio Copper Nanoparticle/Polymer Composites with Antifungal and Bacteriostatic Properties, Chemistry of Materials, Volume 17 28 Norhasyimi Rahmat, Fazlena Hamzah, Norsuraya Sahiron, Marissa Mazlan and Muhammad Mukmin Zahari (2016), Sodium silicate as source of silica for synthesis of mesoporous SBA-15, Volume 133 Materials Science and Engineering, 29 Pham Van Viet, Hai Thi Nguyen, Thi Minh Cao and Le Van Hieu (2016), Fusarium Antifungal Activities of Copper Nanoparticles Synthesized by a Chemical Reduction Method, Journal of Nanomaterials, Volume 2016 30 Prachi Kanhed, Sonal Birla, Swapnil Gaikwad, Aniket Gade, Seabra, Olga Rubilar, Nelson Duarn, Mahendra Rai Amedea B, (2014), In vitro antifungal efficacy of copper nanoparticles against selected crop pathogenic fungi, Materals Letters, Volume 115 31 Ralph Dean, Jan A L VAN Kan, Zacharias A, Pretorius, Kim Hammond-Kosack, Antonio Di Pietro, Jasson James Rudd, Marty Dickman, Regine Kahmann, Jeff Ellis, Gary D Foster (2012), Review The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology, Molecular Plant Pathology, Volume 12 32 Sahar M Ouda (2014), Antifungal activity of silver and copper nanoparticles on two plant pathogens, Alternaria alternata and Botrytis cinerea, Research Journal of Microbiology, Volume 33 Seogil Oh, Taewook Kang, Honggon Kim, Jungwoo Moon, Surin Hong, Jongheop Yi (2007), Preparation of novel ceramic membranes modified by mesoporous silica with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) and its application to Cu2+ seperation in the aqueous phase, Journal of Membrane Science, Volume 301 34 Shikha Jain, Ankita Jain, Vijay Devra (2014), Experimental Investigation on The Synthesis of Copper Nanoparticles by Chemical Reduction Method , International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 35 Toshihiro Watanabe, Seiji Misawa, Syuntaro Hiradate and Mitsuru Osaki (2008), Root mucilage enhances aluminum accumulation in Melastoma malabathricum, an aluminum accumulator, Plant Signaling & Behavior, Volume 36 Tzong-Horng Liou, Huan-Sian Lin (2012), characterization of silica nanoparticles from Synthesis industrial and resin surface waste controlled by optimal gelation conditions, Journal of Industrial and engineering Chemistry, Volume 18 37 Tvestelina Angelova, Nelly georgieva, Hristina Dineva, Nadezhda Rangelova, Rudolf Müller (2014), Fuginal activity of silica-Ag, Antifungal activity of silver doped hybrids based on silica and cellulose derivates against Aspergillus niger, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, Volume 49, No 38 Yashodha Hegde, R.K Hegde and Srikant Kulkarni (1993), Physiological studies on Colletotrichum gloeosporioides (Penz) Penz and Sacc causing anthracnose of arecanut, Karnataka Journal of Agricultural Sciences, Volume 39 Zaini Hamzah, Norhi Narawi, Hamizah Md Rasid and Amira Nazirah Md Yusoff (2012), Synthesis and characterization of mesoporous material functionalized with different silylating agent and their capability to remove Cu 2+, The Malaysian Journal of Analytical Sciences, Volume 16, No ... tính ổn định vật liệu sử dụng để diệt nấm, nano Cu đƣợc gắn lên chất mang silica Việc nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu nanocomposit Cu- silica nhiệm vụ quan trọng để ứng dụng diệt nấm gây bệnh... chất diệt nấm, có tác dụng thiết thực bảo vệ môi trƣờng bảo vệ sức khỏe ngƣời Do đó, khn khổ Luận văn thực nghiên cứu: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu- silica ứng dụng để diệt nấm Colletotrichum? ??... nghiên cứu Luận văn: chế tạo đƣợc vật liệu nanocomposit Cusilica có hoạt tính kháng nấm Colletotrichum Nội dung nghiên cứu Luận văn gồm có: - Điều chế hạt Cu có kích thƣớc nanomet; - Nghiên cứu