Kết quả trên Hình 3.18 và 3.19 đều cho thấy các mẫu nano – vi khuẩn đều bám tốt trên bộ rễ, từ đó có những tác động tới hoạt động của bộ rễ, ảnh hƣởng tới khả năng sinh trƣởng và phát triển của cây trồng.
Sự phát triển của bộ rễ Qua theo dõi có thể thấy:
Tất cả các cơng thức 1, 2 và 3 có số lƣợng rễ và chiều dài rễ lớn hơn so với công thức đối chứng, trong đó ở cơng thức 3 chứa nano TiO2 bộ rễ phát triển mạnh nhất, cịn cơng thức 2 chứa nano SiO2, bộ rễ có sự phát triển nhỉnh hơn mẫu đối chứng không đáng kể. Bộ rễ là tiền đề sự phát triển của cây trồng, bƣớc đầu ta có thể thấy ở cơng thức tƣới nano TiO2, cây trồng có khả năng phát triển mạnh nhất.
3.3.1.2. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến các giai đoạn sinh trưởng phát triển của dưa
Giai đoạn Ngâm, ủ hạt giống cho tới khi nảy mầm:
Kết quả theo dõi các giai đoạn sinh trƣởng dƣỡng các giai đoạn sinh trƣởng phát triển của dƣa lƣới đƣợc thể hiện trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Thời gian sinh trƣởng của các mẫu dƣa lƣới
Đơn vị tính: ngày
Cơng thức Thời gian từ gieo Thời gian từ Thời gian từ gieo đến đến nảy mầm gieo đến trồng ra hoa cái đầu tiên
Đối chứng 3 14 35
1 3 14 33
2 4 14 35
3 3 14 30
Từ kết quả Bảng 3.5 cho thấy: sau từ 3 - 4 ngày, tất cả các hạt trong công thức thí nghiệm đều nảy mầm. Trong đó cơng thức 2 nảy mầm muộn nhất sau gieo 4 ngày.
Thời gian từ gieo đến trồng phản ánh khả năng sinh trƣởng của cây con. Cây con đem trồng cần yêu cầu có từ 1 - 2 lá thật, cây khỏe, khơng sâu bệnh. Các cơng thức tham gia thí nghiệm ở giai đoạn cây con đều sinh trƣởng tốt, sau 12 ngày đều đạt 1 - 2 lá thật, đáp ứng các yêu cầu xuất vƣờn. Cây con trƣớc khi trồng ra ruộng sản xuất ở các cơng thức đã có sự khác biệt khá rõ rệt, ở công thức 3 chứa nano TiO2 cây phát triển tốt khỏe, thân cây mập mạp hơn, ở công thức đối chứng và công thức 2 chứa nano SiO2 thân cây cịi hơn.
Ở các cơng thức 2 chứa nano SiO2 và công thức đối chứng ra hoa cái muộn nhất (35 ngày), cịn cơng thức 3 chứa nano TiO2 ra hoa sớm hơn (30 ngày).
3.3.1.3. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến động thái tăng trưởng chiều cao của dưa lưới
Trong q trình nghiên cứu cúng tơi theo dõi chỉ tiêu chiều cao cây định kì 7 ngày/ lần. Kết quả đƣợc thể hiện ở Bảng 3.6 dƣới đây:
Bảng 3.6. Chiều cao trung bình của các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian
Đơn vị: cm
Số ngày sau trồng (ngày) Công thức 14 21 28 Đối chứng 21,5 60,7 101,2 1 23,8 65,9 108,3 2 22,0 62,0 104,4 3 25,7 67,8 111,9
Bảng 3.6 cho thấy tốc độ tăng trƣởng chiều dài thân chính ở các giai đoạn sinh trƣởng khác nhau là khác nhau. Giai đoạn từ trồng đến 14 ngày, các giống dƣa thí nghiệm có tốc độ tăng trƣởng chiều dài thân chính chậm do cây dƣa phải trải qua quá trình hồi xanh bén rễ 2 - 5 ngày, khả năng hút nƣớc và dinh dƣỡng kém.
Ở giai đoạn tiếp theo từ 14 - 21 ngày sau trồng, sự tăng trƣởng của cây đặc biệt là sự kéo dài của các lóng tăng nhanh rõ rệt. Lúc này cây vừa sinh trƣởng sinh dƣỡng vừa sinh trƣởng sinh thực nên cần tác động các biện pháp kĩ thuật hợp lí để cây phát triển chiều dài, khối lƣợng thân lá tối ƣu nhằm tích lũy vật chất để cây ra hoa, kết quả.
Đối chứng Công thức 1
Công thức 2 Công thức 3
Hình 3.21. Hình ảnh các mẫu dưa lưới sau trồng 21 ngày
Giai đoạn sau trồng từ 21 -28 ngày, tốc độ tăng trƣởng chiều dài thân của các giống dƣa lƣới tăng rất mạnh, trong đó ở cơng thức 3 chiều dài thân chính đạt cao nhất (111,9 cm), cơng thức đối chứng thấp nhất (101,2 cm).
Đối chứng Công thức 1
Công thức 2 Cơng thức 3
Hình 3.22. Hình ảnh các mẫu dưa lưới sau trồng 28 ngày
3.3.1.4. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến động thái tăng trưởng sốlá của cây dưa lưới lá của cây dưa lưới
Các mẫu đƣợc chăm sóc trong cùng điều kiện: Nhiệt độ 25 - 33oC, độ ẩm đất 75 - 80%, cây đƣợc cung cấp nhiều ánh sáng, tiến hành tƣới 40 ml dung dịch nano - vi khuẩn theo từng công thức 2 tuần/ 1 lần, bổ sung nƣớc thƣờng xuyên. Kết quả theo dõi động thái tăng trƣởng số lá của các cơng thức thí nghiệm đƣợc thể hiện trong Bảng 3.7:
Bảng 3.7. Số lá trung bình ở các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian
Đơn vị: lá
Số ngày sau trồng (ngày) Công thức 14 21 28 Đối chứng 5,0 8,7 14,3 1 5,8 9,6 16,5 2 5,2 9,3 13,8 3 6,0 10,0 17,0
Bảng 3.7 cho thấy động thái tăng trƣởng số lá dƣa lƣới ở các giai đoạn khác nhau là khác nhau. Các giống đều có số lá xuất hiện ít ở giai đoạn mới trồng, sau đó số lá tăng dần và tăng nhanh ở giai đoạn 14 - 28 ngày sau trồng. Số lá trên cây tƣơng ứng với sự tăng trƣởng chiều dài của cây. Ở cơng thức 3 có số lá nhiều nhất (17,0 lá), cơng thức đối chứng có số lá thấp nhất (14,3 lá).
3.3.1.5. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến khả năng phân nhánh củacây dưa lưới cây dưa lưới
Kết quả theo dõi khả năng phân nhánh trên cây của các cơng thức thí nghiệm đƣợc thể hiện trong Bảng 3.8:
Bảng 3.8. Số nhánh trung bình ở các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian
Đơn vị: nhánh
Công thức Số ngày sau trồng (ngày)
14 21 28
Đối chứng Chƣa phân nhánh
1 Chƣa phân nhánh Chƣa phân nhánh 1,00
2 1,33
Qua kết quả theo dõi Bảng 3.8 ta có thể thấy, giai đoạn từ trồng đến 21 ngày cây chƣa có sự phân nhánh, tập trung phát triển chiều dài thân chính, từ 21- 28 ngày, cây bắt đầu phát triển nhánh để chuyển sang giai đoạn ra hoa, hình thành quả, cơng thức 3 có nhánh nhiều nhất (2,20 nhánh) trong khi đó cơng thức đối chứng chƣa phân nhánh.
Nhƣ vậy, các kết quả thử nghiệm mẫu nano – vi khuẩn – LB cho thấy nano TiO2 có tác động tích cực rõ rệt tới sự tăng trƣởng và phát triển của cây dƣa lƣới còn nano SiO2 chỉ tác động một phần nhỏ, khơng có sự khác biệt đáng kể.
3.3.2. Thử nghiệm trên cây lúa
Từ kết quả 3.3.1, chúng tôi chỉ lựa chọn nano TiO2 để thử nghiệm trên cây lúa với các công thức nhƣ sau:
- Mẫu đối chứng: khoảng 100 hạt ngâm trong 20 ml nƣớc cất, nhiệt độ: 25 – 30 oC trong 1 giờ và 24 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 3 – 4 mm.
- Công thức 1: khoảng 100 hạt ngâm trong trong 20 ml dịch nano TiO2 60 µg/ml – vi khuẩn – LB, nhiệt độ: 25 – 30 oC trong 1 giờ và 24 giờ ủ rẻ cho rễ dài 3 – 4 mm.
- Công thức 2: khoảng 100 hạt ngâm trong trong 20 ml dịch vi khuẩn – LB, nhiệt độ: 25 – 30 oC trong 1 giờ và 24 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 3 – 4 mm.
3.3.2.1. Gieo và chăm sóc
Bƣớc 1: Ngâm ủ hạt giống
Thu hạt nảy mầm, rửa sạch nhớt (mầm vừa nhú, nứt vỏ) ngâm vào dịch theo 3 công thức đã thiết lập. Ngâm lặp lại 2 lần mỗi loại trong 1 giờ và 24 giờ, khoảng 100 hạt mỗi đĩa petri.
a b c
1 giờ 1 giờ 1 giờ
d e f
24giờ 24 giờ 24 giờ
Hình 3.23. Hình ảnh hạt thóc đƣợc ngâm trong thời gian 1 giờ và 24 giờ với
các dung dịch khác nhau Trong đó:
a & d - Công thức đối chứng b & e - Công thức 1
c & f - Công thức 2 Bƣớc 2: Gieo hạt
Điều kiện chăm sóc: nhiệt độ 26 ÷ 33 0C, cách 2 tuần lại tƣới dung dịch
chứa: vi khuẩn – LB, nano TiO2 60 µg/ml 1 lần, mỗi lần tƣới 40ml/ cơng thức, phun gốc, đất ngập nƣớc 0,5 cm.
Hình 3.24. Hình ảnh mạ các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 1 giờ
Hình 3.25. Hình ảnh mạ các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 24 giờBƣớc 3: Chuyển mạ lên đất trồng Bƣớc 3: Chuyển mạ lên đất trồng
Điều kiện chăm sóc: nhiệt độ 26 ÷ 35 0C, lúa đƣợc chuyển sang đất trồng 28 ngày, cách 2 tuần lại tƣới dung dịch chứa: vi khuẩn – LB, Nano
Hình 3.26. Hình ảnh lúa các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 1
giờ chuyển lên đất trồng sau 28 ngày
Hình 3.27. Hình ảnh lúa các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 24
3.3.2.2. Đánh giá
Đặc điểm hình thái: Mơ tả hình thái tại các thời điểm:
-Đẻ nhánh mơ tả: Khả năng đẻ khỏe, yếu, trung bình.
-Màu sắc lá: xanh nhạt, xanh, xanh đậm
Kết quả theo dõi cây lúa đƣợc thể hiện trong Bảng 3.9 và 3.10 nhƣ sau:
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát các mẫu mạ sau gieo hạtThời gian Thời gian
7 ngày 14 ngày
Công
Chiều Số lá/ Chiều Số lá/
thức
cao của thân Màu sắc cao của thân Màu sắc
lá chính mạ lá chính mạ
(cm) (lá) (cm) (lá)
Mạ đƣợc ngâm trong các dịch ở thời gian 1 giờ
1 9,7 3,1 Xanh 13,2 4,2 xanh 2 10,3 3,4 Xanh 13,5 4,5 xanh 3 9,9 3,2 Xanh 13,3 4,3 xanh
Mạ đƣợc ngâm trong các dịch ở thời gian 24 giờ
1 9,6 2,9 Xanh 13,1 4,2 xanh 2 9,7 3,0 Xanh 13,3 4,3 xanh 3 9,8 3,2 Xanh 13,5 4,1 xanh
Bảng 3.10. Động thái tăng trƣởng các mẫu lúa sau gieo trồng
Giống Thông Công Ngày sinh trƣởng
ngâm số thức 7 14 21 28 Chiều 1 17,6 21,6 23,9 26,2 20,9 25,6 29,7 32,3 cao lá 2 (cm) 3 19,8 24,5 28,2 30,1 Số lá/ 1 5,7 5,7 6,1 6,9 thân Ngâm 2 6,4 6,4 7,4 8,2 chính trong 6,4 6,6 7,2 8,2 (lá) 3 1h
1 xanh xanh xanh xanh nhạt
2 xanh xanh xanh xanh
Màu sắc đậm đậm đậm
3 xanh xanh xanh xanh đậm đậm đậm Chiều 1 18,1 21,9 25,6 30,3 22,7 26,3 29,9 32,3 cao lá 2 (cm) 3 19,8 24,5 27,2 30,2 Số lá/ 1 6,8 6,8 7,1 7,9 thân 2 6,9 7,3 7,6 8,2 chính Ngâm (lá) 3 6,7 7,4 7,5 8,1
trong 1 xanh xanh xanh xanh
24h
Màu sắc 2 xanh xanh xanh xanh đậm đậm
đậm 3 xanh xanh xanh xanh đậm đậm đậm Kết quả trên Bảng 3.9 và 3.10 cho thấy sau cùng một thời gian, điều kiện chăm sóc nhƣ nhau, các mẫu mạ và lúa ngâm trong công thức 2 chứa nano TiO2 phát triển hơn các mẫu ngâm trong vi khuẩn (công thức 3) và nƣớc cất (công thức 1), cây cao hơn, nhánh lá ra đều, nhiều và xanh hơn so với hai mẫu còn lại. Điều này cho thấy khả năng kích thích sinh trƣởng của nano TiO2 khi kết hợp cùng vi khuẩn Bacillus subtilis trong môi trƣờng LB đối với hạt giống.
Từ các thử nghiệm trên, chúng tơi có thể kết luận, các vật liệu nano TiO2 và SiO2 đã tổng hợp có ảnh hƣởng đến q trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng, cụ thể trong thử nghiệm là cây dƣa lƣới và cây lúa. Các kết quả thử nghiệm trên cây trồng phù hợp với kết quả nuôi cấy nano – vi khuẩn. Trong khi nano TiO2 có tác động tích cực đáng kể đến sự phát triển của cây thì nano SiO2 chỉ có tác động vừa phải, khơng có nhiều thay đổi rõ rệt nhƣ nano TiO2.
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ4.1. Kết luận 4.1. Kết luận
Trong q trình nghiên cứu, chúng tơi đã đạt đƣợc các kết quả nhƣ sau:
Tổng hợp thành công nano TiO2 10 – 30 nm (TEM) và nano SiO2 20 - 50 nm (TEM) bằng phƣơng pháp sol-gel kết hợp vi sóng. Các phƣơng pháp đo phân tích cấu trúc hạt SEM, TEM, DLS, IR đã chỉ ra cấu trúc và những liên kết cơ bản của hạt nano đã tổng hợp. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy q trình siêu âm có ảnh hƣởng khá rõ rệt tới sự phân bố kích thƣớc hạt trong mơi trƣờng phân tán.
Thử nghiệm tác động của nano TiO2 và nano SiO2 trên vi khuẩn
Bacillus subtilis GB03, kết quả cho thấy nano TiO2 tác động tích cực tới sự
phát triển của chủng vi khuẩn này, trong suốt thời gian nuôi cấy, các mẫu vi khuẩn kết hợp nano TiO2 đều cho giá trị OD cao hơn so với mẫu đối chứng, đƣờng cong tăng trƣởng thể hiện rõ rệt theo thời gian. Trong khi đó, nano SiO2 có khơng ảnh hƣởng đáng kể đến sự phát triển của vi khuẩn sau 24 giờ thử nghiệm.
Thử nghiệm trên cây trồng: dịch nano TiO2 và SiO2 khi kết hợp cùng vi khuẩn Bacillus subtilis GB03 trong mơi trƣờng LB có tác động tích cực đối với sự sinh trƣởng và phát triển của cây lúa và cây dƣa lƣới. Đối với cây lúa, mẫu sử dụng nano TiO2 và SiO2 kết hợp vi khuẩn cho nhiều lá hơn, cao hơn và xanh hơn so với các mẫu không sử dụng nano TiO2 trong cả thời kỳ mạ và
thời kì tăng trƣởng sau gieo trồng. Đối với cây dƣa lƣới, vi khuẩn và nano TiO2 bám trên bề mặt rễ và có xu hƣớng thâm nhập qua lớp vỏ rễ. Ảnh hƣởng của thời gian sinh trƣởng của của dƣa lƣới với mẫu sử dụng nano TiO2 kết hợp vi khuẩn ngắn hơn so với mẫu đối chứng và mẫu sử dụng nano SiO2, cây
cao hơn (111,9 cm), nhiều lá hơn (17 lá/cây) và cho nhiều nhánh hơn (phân nhánh trung bình 2,2 nhánh). Kết quả cho thấy nano TiO2 kết hợp cùng vi khuẩn có khả năng thúc đẩy sinh trƣởng của cây dƣa lƣới một cách rõ rệt. Trong khi đó, với điều kiện khảo sát của nghiên cứu, nano SiO2 khơng có nhiều tác động đáng kể đến cây dƣa lƣới so với đối chứng; thời gian sinh trƣởng, chiều cao cây, số lá và số nhánh của mẫu sử dụng nano SiO2 kết hợp vi khuẩn có nhỉnh hơn so với mẫu so sánh nhƣng khơng có khác biệt nhiều.
4.2. Kiến nghị
Nano TiO2 khi kết hợp với vi khuẩn kích thích tăng trƣởng vùng rễ PGPR có khả năng kích thích tăng trƣởng đối với cây trồng. Đây là hƣớng triển vọng của việc ứng dụng vật liệu nano đối với sản xuất nông nghiệp, cần có những nghiên cứu sâu hơn và ở quy mơ lớn hơn để có thể phát huy tính năng này của vật liệu này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] L. V. P. G. P. L. P. M. Augugliaro V., "Clean by light irradiation - Practical applications of supported TiO2," The Royal Society of
Chemistry, 2010.
[2] X. Y. J. A. M. X. S. Huamin Zhang, "Firstprinciples study of Cu-doping and oxygen vacancy effects on TiO2 for water splitting," Chemical
Physics Letters, no. 612, p. 106–110, 2014.
[3] H. T. Thúy, "Nghiên cứu biến tính TiO2 nano bằng Cr(III) làm xúc tác quang hóa trong vùng ánh sáng trơng thấy," Luận văn thạc sỹ khoa học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011.
[4] H. T. Vân, "Chế tạo vật liệu TiO2 và nghiên cứu khả năng quang xúc tác của chúng," Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011.
[5] J. F. F. R. H. A.K.P.D. Savio, "Sonosynthesis of nanostructured TiO2 doped with transition metals having variable bandgap.," in Ceramics
International, 2012.
[6] S. X. X. B. B. W. a. F. H. Jing Liqiang, "The preparation and characterization of La doped TiO2 nanoparticles and their photocatalytic activity," Journal of Solid State Chemistry , no. 177, p. 3375–3382, 2004. [7] L. O. Qi Xiao, "Photocatalytic activity and hydroxyl radical formation of carbon-doped TiO2 nanocrystalline: Effect of calcination temperature,"
Chemical Engineering Journal, no. 148, p. 248–253, 2009.
[8] G. L. a. J. T. Y. Amy L. Linsebigler, "Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results," . Chem. Rev., pp. 735- 758, 1992.
[9] L. Y. S. W. K. Y. W. H. YAO Yadong, "Antibacterial properties of TiO2 ceramic pellets prepared using nano TiO2 powder," Journal of Wuhan
University of Technology-Mater. Sci. Ed., vol. 24, no. 3, pp. 337-342,
2009.
[10] S. S. G. &. B. L. Timmusk, "Titania (TiO2) nanoparticles enhance the performance of growth-promoting rhizobacteria," Scientific reports, vol. 8, no. 1, p. 617, 2018.
[11] N. G. M. B. S. M. J. S. G. A. &. K. V. G. Palmqvist, "Nano titania aided clustering and adhesion of beneficial bacteria to plant roots to enhance crop growth and stress management," Scientific reports, vol. 5, no. 1,