3.1.2.2. Khảo sát cấu trúc hạt SiO2
Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử qt (SEM)
Hình 3.10. Kết quả phân tích TEM của mẫu S2
Kết quả phân tích TEM cho thấy các tiểu phân keo tụ thành từng đám, kích thƣớc lớn, do đó việc đánh giá kích cỡ hạt khó, điều này ảnh hƣởng tới kết quả đo DLS của mẫu S2 (Bảng 3.2). Để có thể đánh giá cụ thể hơn, mẫu đƣợc siêu âm 10 phút, tần số 37 kHz tại nhiệt độ phịng trƣớc khi phân tích. Kết quả đo TEM mẫu sau siêu âm đƣợc thể hiện ở Hình 3.11.
a b
Trên ảnh TEM, ta thấy các tiểu phân SiO2 đạt kích cỡ 20 – 50 nm và phân bố khá đều trong mơi trƣờng phân tán. Điều này cho thấy q trình siêu âm ảnh hƣởng lớn tới sự phân bố kích thƣớc hạt trong mơi trƣờng phân tán, phù hợp với nghiên cứu do Markus cơng bố [33]. Theo đó, kết quả phân tích SEM của mẫu S2 cũng chịu sự tác động đáng kể của quá trình siêu âm.
Hình 3.12. Kết quả phân tích SEM mẫu S2
Trên ảnh SEM, các hạt SiO2 có kích cỡ khoảng 40 – 70 nm. Việc các tiểu phân SiO2 có xu hƣớng co cụm tạo ra các tiểu phân có kích thƣớc lớn hơn có thể giải thích do một số yếu tố nhƣ:
-Quá trình hình thành tạo mạng tinh thể lớn hơn của các tiểu phân SiO2 có mức năng lƣợng thấp, lực hút giữa cầu liên hết Si-O và Si-Si lớn hơn ái lực của các polymer lên các tiểu phân.
- Do lƣợng chất bọc lớn nhƣng khơng hình thành đƣợc cầu liên kết ổn định với các tiểu phân.
Hình 3.13. Phổ IR của mẫu S2
Peak tại 1115 cm-1 với vai nhỏ ở 1200 cm-1 và peak ở 840 cm-1 tƣơng ứng với dao động hóa trị bất đối xứng và dao động hóa trị đối xứng của nhóm Si-O. Dao động uốn Si-O-Si xuất hiện ở peak hấp phụ 460 cm-1. Dải peak hấp phụ cƣờng độ thấp ở 672 cm-1 ứng với tín hiệu của vịng siloxane trong mạng [34] [35] [36] [37]. Peak 951 cm-1 đƣợc gán cho dao động liên kết Si-OH [38]. Dải peak cƣờng độ rộng tại 3450 cm-1 và 1640 cm-1 tƣơng ứng với dao động hóa trị và dao động uốn của phân tử nƣớc hydrat hóa. Bên cạnh đó là các peak đặc trƣng cho tín hiệu của PEG 400. Peak ~2870 cm-1 và 1455 cm-1 lần lƣợt tƣơng ứng dao động hóa trị và dao động uốn của nhóm C-H. Peak tại 1298 cm-1 tƣơng ứng dao động hóa trị nhóm C-O. Các peak tín hiệu ở 951 cm-1 và 3450 cm-1 cho thấy sự hình thành liên kết hydro giữa nhóm –OH các tiểu phân nano và nguyên tử O hoặc –OH của PEG 400 [39].
Nhƣ vậy, kết quả kiểm tra IR cho thấy có sự tƣơng tác giữa chất bọc và các tiểu phân SiO2, tuy nhiên tƣơng tác cịn yếu, các tiểu phân nano có xu hƣớng hình thành các tiểu phân đồng dạng với mức năng lƣợng hình thành mạng thấp hơn mức năng lƣợng của các tiểu phân với polymer bọc. Có thể khẳng định các hợp chất polymer cho vào trong q trình tổng hợp chỉ mang
tính chất là nền cho quá trình phản ứng giúp ổn định các tiểu phân hình thành ở kích thƣớc đã định trƣớc.
3.2. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN ENDOPHYTE - NANO ENDOPHYTE - NANO
3.2.1. Vi khuẩn Endophyte và nano TiO2
Kết quả khảo sát OD khi nuôi cấy vi khuẩn ở các nồng độ nano TiO2 khác nhau đƣợc thể hiện ở Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát OD các mẫu vi khuẩn và nano TiO2
Nồng độ Thời gian (giờ)
nano 4 8 12 24 48 (µg/ml) 30 0,45 0,51 0,60 0,62 0,70 0,75 1,02 1,10 1,24 1,20 40 0,45 0,43 0,62 0,59 0,80 0,86 1,01 1,12 1,17 1,22 50 0,55 0,54 0,62 0,56 0,74 0,77 1,09 1,04 1,31 1,30 60 0,58 0,59 0,62 0,63 0,76 0,86 1,16 1,25 1,64 1,60 100 0,57 0,56 0,63 0,62 0,83 0,91 1,17 1,23 1,62 1,68 0 0,53 0,52 0,61 0,58 0,78 0,82 1,09 1,08 1,18 1,26 Đối chứng 30 µg/ml 40 µg/ml 50 µg/ml 60 µg/ml 100 µg/ml dƣơng (0,50) (0,30) (0,60) (0,50) (0,50)
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 4h 8h 12h 24h 48h thời gian(giờ) 30 µg/ml 40 µg/ml 50 µg/ml 60 µg/ml 100 µg/ml 0 µg/µl
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị OD và thời gian của các
mẫu chứa vi khuẩn và nano TiO2
Đồ thị Hình 3.14 cho thấy đa số các nồng độ nano TiO2 thử nghiệm đều cho OD cao hơn mẫu đối chứng, trong đó nồng độ nano TiO2 60 µg/ml và 100 µg/ml có đƣờng tăng trƣởng cao nhất và gần giống nhau. Do đó, chúng tơi lựa chọn nồng độ nano TiO2 60 µg/ml để thử nghiệm trên cây trồng sau này nhằm đảm bảo hàm lƣợng sử dụng thấp mà hiệu quả tối ƣu nhất.
a b
c d
Hình 3.15. Hình ảnh mẫu nano TiO2 60 µg/ml – vi khuẩn - LB ở các thời gian
khác nhau 4 giờ (a); 8 giờ (b); 24 giờ (c) và 48 giờ (d)
3.2.2. Vi khuẩn Endophyte và nano SiO2
Kết quả khảo sát OD khi nuôi cấy vi khuẩn ở các nồng độ nano SiO2 khác nhau đƣợc thể hiện ở Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát OD các mẫu chứa vi khuẩn và nano SiO2
N.độ nano Thời gian (giờ)
(µg/ml) 4 8 24 48 20 0,32 0,36 0,41 0,42 0,8 0,76 0,92 0,98 30 0,37 0,35 0,41 0,39 0,72 0,78 0,88 0,86 40 0,39 0,40 0,39 0,40 0,79 0,77 0,83 0,99 50 0,36 0,35 0,42 0,39 0,69 0,67 0,90 0,87 100 0,29 0,34 0,34 0,37 0,64 0,75 0,95 1,03 0 0,53 0,52 0,61 0,58 0,78 0,86 0,87 0,89 Đối chứng 20 µg/ml 30, 40 µg/ml 50 µg/ml 100 µg/µl dƣơng (0,2) (0,1) (0,2) (0,1) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 4 8 24 48
Thời gian (giờ)
20 µg/ml 30 µg/ml 40 µg/ml 50 µg/ml 100 µg/ml 0 µg/ml
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị OD và thời
Đồ thị Hình 3.16 cho thấy các mẫu nano SiO2 - vi khuẩn đều có giá trị OD gần giống nhau và thấp hơn mẫu đối chứng. Điều này cho thấy nano SiO2 ức chế sự tăng trƣởng của vi khuẩn trong thời gian ban đầu, từ sau 24 giờ, vi khuẩn mới bắt đầu thích nghi và phát triển bình thƣờng, tuy nhiên khơng có sự khác biệt nhiều so với mẫu đối chứng. Trong các nồng độ mẫu trên, chúng tôi lựa chọn nồng độ nano SiO2 100 µg/ml cho các thử nghiệm trên cây trồng tiếp theo.
a b
c d
Hình 3.17. Hình ảnh mẫu nano SiO2 100 µg/ml – vi khuẩn – LB ở các thời
gian khác nhau 4 giờ (a); 8 giờ (b); 24 giờ (c) và 48 giờ (d) 3.3. THỬ NGHIỆM TRÊN LÚA VÀ DƢA LƢỚI
chúng tôi thực hiện thử nghiệm tác động của dịch nano – vi khuẩn tới sự phát triển của cây dƣa lƣới và cây lúa.
3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nano – vi khuẩn đến khả năng sinh trƣởng và phát triển cây dƣa trƣởng và phát triển cây dƣa
Dung dịch dùng để tƣới hạt giống đƣợc lựa chọn bao gồm:
-Mẫu đối chứng: Nƣớc cất
-Công thức 1 (CT1): Dịch vi khuẩn – LB
-Công thức 2 (CT2): Nano SiO2 100 µg/ml – vi khuẩn – LB
-Cơng thức 3 (CT3): Nano TiO2 60 µg/ml – vi khuẩn – LB
3.3.1.1. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến tỷ lệ, tốc độ nảy mầm, khả năng bám dính vi khuẩn và sự phát triển của bộ rễ
Tỉ lệ và tốc độ nảy mầm
-Ở tất cả các công thức tỉ lệ nảy mầm đạt 100%, sau ủ 24 giờ cơng thức có nano SiO2 chƣa nảy mầm còn tất cả đều nảy mầm.
-Sau 48 giờ, có thể thấy trong 4 cơng thức thí nghiệm thì cơng thức 3 chứa nano TiO2 60 µg/ml có chiều dài rễ tốt nhất, bé nhất là cơng thức 2 chứa nano SiO2 100 µg/ml.
Khả năng bám dính của nano - vi khuẩn lên rễ cây dƣa
Hình 3.19. Hình ảnh SEM mẫu nano SiO2 – vi khuẩn trên rễ cây dƣa
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 cơng 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 Cơng 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
Cơng 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: