Cơ chế tác dụng của bạc trong vi nhân giống
Một đặc tính phổ biến của bạc (Ag) đã được biết trên toàn thế giới trong nhiều thế kỷ qua đó là tính kháng vi sinh vật. Từ xa xưa, người ta sử dụng đặc tính này của
dấm; ở thế kỷ XX, người ta thường đặt một đồng Ag trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa; chúng còn được dùng rộng rãi trong điều trị các vết bỏng và khử trùng vết thương. Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao, người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của Ag nữa. Tuy nhiên, từ những năm gần đây do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc kháng sinh, con người bắt đầu quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng kim loại Ag vào khả năng diệt khuẩn hay các ứng dụng khác; đặc biệt dưới dạng Ag có kích thước hạt nano [143]. Các đặc tính kháng khuẩn của Ag bắt nguồn từ tính chất hoá học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglycan - thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn - ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion Ag được lấy ra khỏi tế bào thì khả năng hoạt động của vi khuẩn lại được phục hồi. Khác với vi sinh vật, động vật không có thành tế bào, nên ion Ag+ không thể gây tổn thương cho con người hay động vật [143]. Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh, nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sulfhydryl-SH của phân tử enzyme chuyển hoá oxy và vô hiệu hoá enzyme này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn. Các ion Ag+ còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hoà điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA [143]. Ngoài ra Ag+ còn có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau, độ bền hoá học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng hay các tác nhân oxy hoá khử thông thường, ổn định ở nhiệt độ cao và chi phí cho quá trình sản suất thấp [81]. Do vậy, các ion Ag+ trước nay được biết đến như một loại ion khoáng có khả năng kháng khuẩn cao, ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng.
Mặt khác, Bạc (Ag) là một kim loại không được bổ sung thường qui vào môi trường nuôi cấy, mà chỉ được thêm vào môi trường nuôi cấy để điều tiết sự phát sinh hình thái, tăng trưởng và phát triển của cây trồng dưới dạng ion Ag+ trong muối nitrat bạc (AgNO3) và sulfate bạc (AgSO4) thông qua ức chế sinh tổng hợp của khí ethylene. Một mặt, Ag có thể ngăn ngừa sự tổng hợp ethylene và làm đảo lộn vùng bám dính của ethylene. Thụ thể ETR1 có thể liên kết với ethylene thông qua một trung tâm hoạt động là tiểu phần có 1 ion đồng (Cu+). Sự thay thế Cu+ bằng Ag+ khiến cho thụ thể
không thể liên kết với ethylene và ngăn ngừa các tín hiệu ức chế của ethylene lên thực vật. Điều này có thể là do sự giống nhau về kích thước, cùng trạng thái oxy hóa của cả ion Cu+ và ion Ag+ trong việc tạo thành phức chất với ethylene [176]. Mặt khác trong thực vật, polyamin đóng một số vai trò quan trọng như phân chia tế bào, phát sinh hình thái, sinh tổng hợp protein, nhân đôi DNA và giúp cây đáp ứng lại các tác nhân stress sinh học. Các nghiên cứu đã cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa ethylene, các polyamine và SAM. Trong mối tương quan này, cả ethylene và các polyamine điều có chung tiền chất là SAM cho sự sinh tổng hợp của chúng, do đó, việc sử dụng những chất ức chế sinh tổng hợp ethylene như AgNO3 sẽ khiến cho SAM không đi theo con đường sinh tổng hợp ethylene, cũng đồng nghĩa với việc SAM được chuyển hóa thành các polyamine nhiều hơn và tiến trình phát sinh hình thái được kích hoạt [92].
Ứng dụng AgNPs trong vi nhân giống
Với kích thước nhỏ hơn 20 nm, AgNPs sẽ có diện tích bề mặt lớn giúp tăng khả năng tiếp xúc với không gian bên ngoài, sự bám dính lên bề mặt tế bào gia tăng dẫn đến hiệu quả tác động và hoạt tính của AgNPs cao hơn so với ion Ag+ [169]. Theo tính toán lý thuyết AgNPs có hoạt tính mạnh hơn ít nhất 40 lần trên mỗi đơn vị bạc so những dung dịch keo bạc thông thường. Vì vậy, các nhà khoa học có thể sử dụng ít bạc hơn để đạt được hiệu quả tương đương. AgNPs ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng bằng cách gây ra những biến đổi đáng kể ở mức độ sinh lý và phân tử theo hướng tích cực hoặc tiêu cực tùy theo loài thực vật, kích thước, cấu trúc và nồng độ AgNPs sử dụng. AgNPs không những có hiệu quả cao trong việc kháng vi sinh vật mà còn được biết đến với những tác động tích cực lên sự phát sinh hình thái, sinh trưởng và phát triển của cây vi nhân giống [33], [137]. Một số nghiên cứu đã cho thấy, AgNPs có khả năng thúc đẩy sinh trưởng, phát triển của nhiều loài thực vật bằng cách tăng cường các quá trình biến dưỡng trong cây như sinh tổng hợp chlorophyll, tổng hợp carbohydrate, protein và các enzyme chống oxy hóa [135], [142]. Ngoài tác dụng kháng vi sinh vật rất mạnh, dựa vào tính chất vật lý của hạt AgNPs hấp thu ánh sáng có bước sóng 390 – 420 nm, nên tại bước sóng này cường độ ánh sáng được thực vật hấp thu mạnh. Do đó, cây phát triển trên môi trường có bổ
sung AgNPs thường tươi hơn, cao hơn, sinh trưởng tốt hơn, giảm hiện tượng rụng lá gây ra bởi ethylene, duy trì được màu xanh lá cây đậm hơn do tích lũy chlorophyll mạnh hơn so với cây trên môi trường không bổ sung [135]. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được tác dụng của ion bạc là chất ức chế sinh tổng hợp khí ethylene trong nuôi cấy mô bằng cách làm đảo lộn liên kết ethylene và ngăn chặn các tín hiệu ức chế của ethylene lên thực vật bao gồm các tác động tiêu cực như thủy tinh thể, rụng lá, giảm hàm lượng chlorophyll dẫn đến chết cây khi chuyển ra điều kiện tự nhiên [175]. Thêm vào đó, AgNPs còn được nghiên cứu như là các elicitor (còn gọi là nanoelicitor) [90]. Tuy nhiên, những tác động tiêu cực của AgNPs với thành tế bào thực vật là không thể tránh khỏi khi xử lý ở nồng độ cao hoặc trong thời gian dài và những tác động tiêu cực đó vẫn chưa được làm rõ.