Chitin, chitosan và chitosan oligomer ñều là các sản phẩm có nguồn
gốc tự nhiên, không ñộc, có khả năng phân hủy sinh học và không gây ô nhiễm môi trường. Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y dược học, nông nghiệp và bảo vệ môi trường.
1.6.2.1. Trong công nghiệp Chitin, chitosan ñược ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp,
như dùng ñể sản xuất tơ cao cấp trong công nghiệp dệt, sản phẩm bền ñẹp, thoáng mát. Chitin, chitosan còn ñược sử dụng trong công nghiệp in, sản xuất mực in, giấy cao cấp. Nhờ khả năng tự phân huỷ sinh học, chitin, chitosan ñang ñược chú ý ñể sản xuất bao bì, bao gói tự hủy ñể giảm ô nhiễm do các polymer tổng hợp như túi nilon, PE, PP. Ngoài ra, trong công nghệ sinh học, chitin, chitosan còn ñược sử dụng làm vật liệu cố ñịnh enzyme, tế bào sử dụng trong các qui trình công nghệ sản xuất tự ñộng, liên tục (Hirano, 1996 , Nguyen Anh Dzung, 1998, 1999). Chitosan còn ñược ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm như bảo quản các sản phẩm thực phẩm ñể hạn chế mốc, nhiễm khuẩn.
CH2OH CH2OH
NH2 NH2
1.6.2.2. Trong y dược học Hiện nay, chitosan, chitosan oligomer và glucosamine ñược nghiên cứu
và sử dụng rộng rãi trong y học. Chitosan ñược sử dụng như là thực phẩm dinh dưỡng (health food). Chitosan có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu, tăng cường hệ thống miễn dịch và có tác dụng hấp thụ lipid và giảm béo [43].
Chitosan còn ñược sử dụng làm màng chữa bỏng, màng phủ vết thương
(wound dressing), chỉ phẫu thuật tự hoại, làm mỹ phẩm. Chitosan oligomer có tác dụng làm tăng hoạt tính lysozyme từ 4,4 U/ml
lên 9,2 U/ml sau 5 ngày uống [43]. Chitosan oligomer còn có tác dụng ñiều
hoà hệ thống miễn dịch của cơ thể, chống khối u (Theo Newletter, 11/2000).
1.6.2.3. Trong Nông nghiệp Chitin, chitosan và chitosan oligomer ñang ñược nghiên cứu và từng
bước ñưa vào ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.
+ Sử dụng bón vào ñất Khi bón vào ñất, chitin và chitosan sẽ phân hủy hoàn toàn trong ñất
sau 1-2 tháng, có tác dụng làm tăng vi sinh vật có lợi cho ñất như xạ khuẩn
Actinomyces (2,4 .105 lên 2,0. 109), nấm mốc Aspergillus (2,4.105 lên 7,4.
107) sau 2 tuần bón vào ñất. Đặc biệt, nấm gây bệnh Fusarium oxysporum
giảm thiểu ñáng kể từ 103 xuống ức chế hoàn toàn (Hirano, 1996). Nguyễn Anh Dũng (2005) khi sử dụng chitosan oligomer tưới cho tiêu KTCB cho thấy sau 3 tháng, 3 lần tưới với nồng ñộ 0.01-0.05%, số lượng xạ khuẩn, nấm
mốc tăng rõ rệt, trong khi ñó số lượng Fusarium gây bệnh giảm ñáng kể. + Bảo quản nông sản thực phẩm
Ghaouth 1996 nghiên cứu cho thấy chitosan có khả năng ức chế các loại nấm gây hại sau thu hoạch rau quả như Rhizopus, Colletotrichum, chitosan bảo quản dâu tươi và các loại trái cây khác lâu hơn do hạn chế nấm
gây hư thối và ức chế hô hấp. Fajado (1994) cho thấy chitosan ức chế nấm mốc sinh ñộc tố A. flavus trên lạc, ñậu tương. Sử dụng chitosan ñể bảo quản trái cây cũng rất ñược chú ý. Chitosan ñã ñược sử dụng ñể bảo quản xoài, cam, dâu tây (Piyabutr, 2002, Varaporn, 2002, Chucheep, 2002). Sử dụng chitosan bao trái cây (coating) có thể kéo dài thời gian bảo quản 15 ngày ở
nhiệt ñộ phòng so với ñối chứng. + Kích thích tăng trưởng thực vật Hiện nay chitosan oligomer ñược xếp vào nhóm ñiều hòa sinh trưởng
thế hệ mới [68], ñang ñược nghiên cứu sử dụng trong nuôi cấy mô thực vật cho phong lan [46].
Theo Zubay (2000) thì ngoài 5 nhóm ñiều hòa sinh trưởng thực vật cổ ñiển ñã ñược xác ñịnh và sử dụng là: auxin, gibberellin, cytokinin, ethylen và absicic thì còn có một nhóm ñiều hòa sinh trưởng mới là oligosaccharins.
Oligosaccharins là các oligosaccharide chứa vài chục ñơn vị. Oligosaccharins là những tín hiệu phân tử (molecular signals) hoạt hóa và
ñiều hòa một số hệ thống gen của thực vật. Hadwiger (2002), chứng minh rằng chitosan oligomer là tín hiệu phân
tử hoạt hóa trên 20 loại gen khác nhau của thực vật. Ngoài ra, nhiều kết quả nghiên cứu cũng cho thấy oligoalginate, chitosan oligomer có thể kích thích sinh trưởng của thực vật gián tiếp, trực tiếp qua tăng hàm lượng diệp lục
tố trong lá, kích thước lục lạp tăng, tăng cường ñộ quang hợp của cây[41]. Chavagrit (2002), thử nghiệm chitosan chiếu xạ ñể kích thích sinh
trưởng cho phong lan sau 30 ngày sinh khối rễ và cây tăng từ 20-60% so với ñối chứng ở nồng ñộ thích hợp nhất là 50 ppm. Sasitorn (2002) phun chitosan
cho rau cải ñể tăng năng suất từ 13-31%. Hirano (1996), khi sử dụng chitosan oligomer xử lý củ giống khoai tây (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(2000) khi bổ sung chitosan olygomer vào dung dịch thủy canh làm tăng quang hợp, chiều dài rễ, sinh khối của lạc, lúa. Khyn Lay Nge, Steven (2006) nghiên cứu sử dụng chitosan oligomer như là chất kích thích sinh trưởng thay thế các chất kích thích sinh trưởng truyền thống trong nuôi cấy mô phong lan. Nồng ñộ chitosan oligomer sử dụng tối ưu cho tạo protocorm là 15 ppm và tạo cây con là 20 ppm. Khối lượng phân tử tối thích từ 1, 10 kDa. Nguyen Anh Dung (2004) thí nghiệm trên ñậu tương cho thấy làm sinh trưởng, nốt sần và năng suất lên 36% so với ñối chứng khi sử lý hạt giống với chitosan oligomer. Nguyen Anh Dung (2001) nghiên cứu phun chitosan oligomer cho rau cải xanh, với nồng ñộ 25 ppm làm tăng năng sưất từ 20-30% so với ñối chứng.
Cơ chế tác ñộng của chitosan, chitosan oligomer ñã ñược làm sáng tỏ bằng kỹ thuật sinh học phân tử. Hadwiger (2002) ñã chứng minh chitosan oligomer là tín hiệu phân tử hoạt hoá và tăng cường hoạt ñộng của hàng loạt gen trong hệ thống ñề kháng của thực vật và các gen liên quan ñến trao ñổi chất như chitinase, chitosanase, glucanase, tăng cường tổng hợp phytoalexin,
proteinase inhibitor, tăng cường tổng hợp xenlulose, lignin,… Tình hình nghiên cứu ứng dụng chitin, chitosan và nhất là chitosan
oligomer còn khá mới mẻ. Nguyễn Quốc Hiến (1999) có nghiên cứu thu nhận các oligoalginate tách ra từ rong biển ñể sử dụng trong nông nghiệp. Sau ñó, Nguyễn Quốc Hiến, Phạm Thị Lệ Hà (1999) cũng nghiên cứu chế tạo chitosan oligomer bằng kỹ thuật bức xạ gamma. Tuy nhiên, phương pháp này còn có nhiều nhược ñiểm so với phương pháp enzyme là giá thành cao, các phân ñoạn oligomer có khối lượng phân tử không tập trung, vì vậy hoạt tính sinh học thường thấp.
Lê Quang Luân (2002) cũng nghiên cứu sử dụng chitosan oligomer ñược cắt bằng bức xạ gama trong nuôi cấy mô thực vật. Kết quả cho thấy,
chitosan chiếu xạ gama với liều 100 kGy có hiệu ứng kích thích sinh trưởng của 4 loại cây nuôi cấy mô là: dâu tây, Limonium latifolium, Eustoma grandiflorum and Chrysanthemum morifolium. Limpanavech (2008), chứng minh rằng chitosan oligomer với mức ñộ deacetyl hóa 80% ñã làm tăng kích thước của lục lạp và bó mạch (vascular bundle) ở cây hoa lan Dendrobium,
nồng ñộ thích hợp là 10-50 ppm.
Tác giả cũng chứng minh rằng phun chitosan oligomer làm cho cây ra hoa sớm hơn, số lượng cụm hoa/cây, số hoa/cum hoa cũng tăng lên so với ñối chứng.
Nguyễn Anh Dũng (2002, 2004), nghiên cứu phun chitosan oligomer (dp=8-16) lên cây ñậu tương và lạc. Kết quả cho thấy ở nồng ñộ phun 30 ppm làm tăng hàm lượng diệp lục trong lá ñậu tương và lạc lên từ 17- 32%[30],[32].
Nguyễn Anh Dũng (2007), cũng nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan, chitosan oligomer ñến hàm lượng diệp lục khi phun lên lá cà phê. Kết quả cho thấy, ñối với chitosan thì nồng ñộ thích hợp là 80 ppm, và 50 ppm với chitosan oligomer[36].
Nge (2006), cũng nghiên cứu sử dụng chitosan oligomer trong nuôi cấy mô hoa lan Dendrobium thay thế các chất kích thích sinh trưởng truyền thống. Tác giả khảo sát nồng ñộ chitosan oligomer, khối lượng phân tử và nguồn chitosan oligomer sản xuất từ nấm và từ vỏ tôm. Kết quả thấy chitosan oligomer có khối lượng phân tử 1-10 kDa có hoạt tính kích thích sinh trưởng mạnh nhất, làm tăng khối lượng của protocorm của mô hóa lan lên nhiều lần[46].
Ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan oligomer ñến khối lượng của protocorm, kết quả của tác giả cho thấy nồng ñộ thích hợp của chitosan oligomer 10 kDa là từ 10-15ppm và nguồn chitosan oligomer từ nấm có hoạt
tính mạnh kích thích sinh trưởng hơn từ vỏ tôm. Ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan oligomer 10kDa từ nấm ñến số lượng, khối lượng chồi lan, kết quả cho thấy nồng ñộ thích hợp là 20ppm.
Nguyễn Quốc Hiến và Nagasawa (2000), nghiên cứu ảnh hưởng của oligoalginate (cắt bằng bức xạ gamma) ñến quang hợp, sinh trưởng của lúa mì, ñậu lạc, lúa bằng cách bổ sung vào dung dịch thủy canh. Kết quả cho thấy, oligoalginate, chitosan oligomer làm tăng cường ñộ quang hợp của các loại cây thí nghiệm lên 30-40%, sinh khối, chiều dài rễ của các loại cây này ñều tăng mạnh so với ñối chứng[4].
Với các thí nghiệm trên ñồng ruộng, nhiều nghiên cứu cũng cho thấy chitosan oligomer có tác dụng tăng hàm lượng diệp lục trong lá, kích thích
tăng trưởng và tăng năng suất cây trồng. Chibu (2001), nghiên cứu hiệu ứng kích thích sinh trưởng của chitosan
100 kDa trên một số cây trồng và nhiều cách như tưới vào ñất, phun lên lá. Kết quả cho thấy lá của các loại cây trồng như xà lách, cà chua, lúa cạn xanh ñậm, năng suất tăng mạnh so với ñối chứng và nồng ñộ sử dụng từ 0.1-0.5% tùy loại cây trồng[27].
Nguyễn Anh Dũng cũng nghiên cứu thử nghiệm hiệu lực của chitosan oligomer trên nhiều loại cây trồng trên các thí nghiệm ñồng ruộng như trên cây ñậu tương (2002), ñậu lạc (2004), trên cây lúa (2006), cây bông vải (năm
2005, 2007), cây cà phê (2007). Nguyễn Anh Dũng (2002), nghiên cứu xử lý hạt giống (coating seed)
ñậu tương ñã làm tăng năng suất ñậu tương lên 36%. Kết quả nghiên cứu trên cây lạc (2004) cho thấy nồng ñộ thích hợp là 40ppm có tác dụng kích thích
So sánh hiệu quả kích thích tăng trưởng và năng suất lạc của chitosan oligomer với một số loại phân bón lá khác trên thị trường cho thấy chitosan
oligomer hiệu quả cao hơn nhiều. Thử nghiệm chitosan oligomer với nồng ñộ 30-40 ppm trên cây lúa
ñược thực hiện tại Viện lúa ñồng bằng sông Cửu Long cho kết quả khả quan, chitosan oligomer làm tăng năng suất lúa xấp xỉ 20% và hiệu quả cao hơn một số phân bón lá khác. Kết quả nghiên cứu này cho thấy năng suất tăng là do
chủ yếu tăng số hạt chắc/bông và % hạt chắc. Nitar (2004), cũng nghiên cứu thử nghiệm trên cây lúa cho kết quả
tương tự. Tác giả xử lý hạt giống với nồng ñộ 30ppm, và phun tiếp 2 lần/vụ ñã làm tăng năng suất lúa tới 40% ở Myanmar[57].
Nguyễn Anh Dũng (2006) nghiên cứu thử nghiệm chitosan oligomer trên cây lúa tại huyện Ea Kar, tỉnh Đak Lak cho kết quả ở nồng ñộ phun 40 ppm làm gia tăng năng suất 12.35% so với ñối chứng và ñạt hiệu quả cao hơn so với hai chế phẩm Grow và AC. Đặc ñiểm của ô thí nghiệm phun chitosan oligomer là lá lúa vẫn còn giữ màu xanh khi lúa ñã chín. Vì vậy khả năng quang hợp, tích lũy chất khô ở thí nghiệm phun chitosan oligomer mạnh hơn, vì vậy cho tỷ lệ hạt chắc mẩy cao hơn[35].
Thí nghiệm phun chitosan oligomer trên cây bông vải tại Trung tâm Nghiên cứu bông Tây Nguyên của Nguyễn Anh Dũng và Phạm Xuân Hưng (2007) cũng cho kết quả rất khả quan. Kết quả cho thấy chitosan oligomer có tác dụng kích thích sinh trưởng chiều cao cây. Sự khác biệt về chiều cao cây ở công thức có phun chitosan oligomer với ñối chứng là có ý nghĩa thống kê. Ảnh hưởng của chitosan ñến các chỉ tiêu cấu thành năng suất cho thấy chitosan oligomer có tác dụng làm tăng số quả/bông và số quả/m2. Riêng khối lượng của quả thì không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê. Năng suất thực thu của thí nghiệm phun chitosan oligomer tăng so với ñối chứng chăm sóc
theo qui trình của công ty từ 15-40%[37].
Sarathchandra (2004), nghiên cứu xử lý hạt và phun lên lá cho cây kê. Thời gian ngâm hạt là 3-9 h. Kết quả chitosan làm tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt kê và sức sống của cây con cũng như các chỉ tiêu sinh trưởng khác như chiều cao cây, chiều dài bông, số hạt trên bông và khối lượng 1000 hạt[61].
Uddin (2004), nghiên cứu phun chitosan và một số ñường monosaccharide lên hoa Cát tường Lisianthus (Eustoma grandiflorum). Kết quả cho thấy chitosan làm tăng số nụ hoa và tăng hàm lượng anthocyan, nhờ vậy màu sắc của hoa ñậm ñà hơn[67]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài ra còn nhiều nghiên cứu khác của Sasitorn (2002) phun chitosan cho rau cải tăng năng suất từ 13-31%. Nguyễn Quốc Hiến (1998, 2000) phun
oligoalginate cho hoa cúc, trà, mía, lúa làm tăng năng suất từ 10-15%. + Thuốc BVTV sinh học
Chitosan và chitosan olygomer có hoạt tính kích thích tăng trưởng thực vật, tăng số lượng vi sinh vật có lợi và hạn chế các nấm gây hại trong ñất, hoạt hóa tăng cường hệ thống ñề kháng của thực vật. Cơ chế hoạt ñộng của chitosan theo sơ ñồ của Gueddari (2004) như sau:
Hình 1.11: Cơ chế hoạt ñộng của Chitosan
Chitosan
Cơ chế trực tiếp Cơ chế gián tiếp
Cây trồng Tăng vsv ñối kháng Nhận biết phân tử
Kích thích cơ chế Cảm ứng hệ thống kháng chủ ñộng ñề kháng Hoạt tính kháng
Vi sinh vật
Suwalee (2002), thử nghiệm phun chitosan cho cây ngô ñể trị bệnh bạc lá, kết quả cho thấy nếu sử dụng nồng ñộ 80 ppm thì chitosan hiệu quả hơn và an toàn hơn so với các loại thuốc BVTV trên thị trường[64]. Nguyễn Anh Dũng (2004) nghiên cứu sử dụng chitosan oligomer và chitosan oligomer cải biến ñể kháng nấm Fusarium, vi khuẩn gây bệnh héo xanh cho lạc
Pseudomnas solanacerum và tuyến trùng ký sinh Meloidogine incognita, số lượng tuyến trùng ký sinh giảm từ 6-8 lần sau khi tưới chitosan oligomer 3 tháng. Rabea (2008) cũng nghiên cứu tổng hợp alkyl và aryl-chitosan sử dụng làm thuốc trừ nấm và trừ sâu[59].
Tóm lại, trên thế giới trong những năm gần ñây ñã có nhiều nghiên cứu ứng dụng của chitosan, chitosan oligomer trong nông nghiệp như kích thích sinh trưởng, kháng bệnh cho cây trồng. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu còn ở qui mô phòng thí nghiệm, ít có các nghiên cứu thực tế trên ñồng ruộng. Đặc biệt là các nghiên cứu trên ñồng ruộng với các loại cây công nghiệp ngắn ngày như bông vải, lạc và ñậu tương.
CHƯƠNG II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU