Hiệu lực kiểm soát bệnh nấm hồng trên cây cao su của nano SiO2/OC

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.9.2. Hiệu lực kiểm soát bệnh nấm hồng trên cây cao su của nano SiO2/OC

Thí nghiệm ngoài đồng ruộng được tiến hành trên cây cao su 7 năm tuổi tại xã Sông Trầu, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai từ tháng 4 đến tháng 5 năm 2018.

Bảng 3.14. Hiệu lực kiểm soát bệnh nấm hồng trên cây cao su khi xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000, nano SiO2 và OC3000.

Ghi chú: Trong cùng một cột, các chữ cái theo sau khác nhau thì có khác biệt về mặt thống kê ở mức ý nghĩa  = 0,05 theo phân tích ANOVA một chiều và Ducan’s Multiple Range Test (DMRT); LSD-Khác biệt tối thiểu có ý nghĩa thống kê, NANO S: không có ý nghĩa thống kê. Nano SiO2/OC 150 mg.L-1 (nồng độ nano SiO2/OC 150 mg.L-1). y = 0,5623x - 2,4571 R² = 0,9865 0 20 40 60 80 100 25 50 75 100 125 150 Hiệu lực ức chế , % Nồng độ nSiO2/OC, mg.L-1 Công thức Tỉ lệ bệnh (%) Hiệu quả (%) Chỉ số bệnh (%) Hiệu quả (%) Trước phun 14 ngày sau phun lần 2 Trước phun 14 ngày sau phun lần 2 nano SiO2 150 mg.L-1 5,242,18a 8,812,45b 35,36a 1,050,44a 2,780,65b 38,65a OC 150 mg.L-1 5,242,18a 3,941,43b 71,01a 1,050,44a 0,670,44b 85,21a nano SiO2/OC

150 mg.L-1 5,242,18a 1,431,43c 89,51b 1,050,44a 0,380,44c 91,61b

Saizole 5SC 4,760,82a 1,900,82c 84,65b 0,950,16a 0,480,33c 88,29b Đối chứng 4,761,65a 12,382,97a 0,00 0,950,33a 4,100,87a 0,00

Khả năng kháng nấm hồng gây hại trên cây cao su trong thí nghiệm in vivo ngoài đồng ruộng trình bày trong bảng 3.14 cho thấy, vật liệu lai nano SiO2/OC3000 đạt hiệu quả cao hơn nano silica và OC3000 khi cùng xử lý ở nồng độ 150 mg.L-1. Hiệu quả kiểm soát bệnh nấm hồng cao su của vật liệu lai nano SiO2/OC tính theo tỷ lệ bệnh và chỉ số bệnh tương ứng là 89,51% và 91,61%. Hiệu quả này cao hơn so mẫu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Saizole 5SC (hoạt chất hexaconazole), hiệu quả kiểm soát bệnh tương ứng là 84,65%; 88,29%. Đối với công thức sử dụng vật liệu nano silica, hiệu quả kiểm soát bệnh nấm hồng cao su chỉ đạt ở mức thấp 35,36% so với mẫu đối chứng. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu khả năng kích thích sản sinh enzyme kháng mầm bệnh, hiệu quả kiểm soát bệnh thực vật đã thực hiện trong luận án, chúng tôi thấy rằng nano silica có hiệu lực không cao khi ở trạng thái đơn chất. Nano silica sử dụng ở trạng thái đơn lẻ trên thực vật có hiệu ứng kháng vi sinh vật yếu là do khi nó phân tán trong nước hoặc một số chất hoạt động bề mặt tạo các hạt keo tích điện âm [150] nên bị đẩy bởi màng tế bào vi sinh vật tích điện âm. Tuy nhiên, nano silica có tác dụng gia cố thành tế bào thực vật làm cho thành tế bào vững chắc hạn chế sự xâm nhập của mầm bệnh.

Hình 3.32. Thí nghiệm kiểm soát bệnh nấm hồng trên cây cao su: a, c) Vườn cao su thí nghiệm; b) Vết bệnh nấm hồng cấp 3; d) Vết bệnh sau xử lý vật liệu nano

SiO2/OC.

a) b)

c)

Oligochitosan cũng thể hiện khả năng kháng bệnh nấm hồng cao su với hiệu quả cao đạt 71,09% nhưng nhỏ hơn khoảng 20% so với công thức xử lý bệnh bằng vật liệu nano SiO2/OC. Kết quả này một lần nữa khẳng định do tương tác tạo liên kết phối trí, liên kết ion giữa nano silica và oligochitosan, sự tạo thành hạt keo mang điện tích dương trong vật liệu lai nano SiO2/OC3000 đã làm tăng khả năng kháng nấm bệnh thực vật vượt trội so với vật liệu đơn lẻ.

Hiệu quả kiểm soát bệnh nấm hồng của vật liệu lai nano SiO2/OC3000 trong thử nghiệm đồng ruộng đạt 91,06% cao hơn mức 84,7% trong phòng thí nghiệm là do mật độ nấm Corticium salmonicolor trong tự nhiên luôn nhỏ hơn trong thí nghiệm in vitro [136, 161].

Nhận xét về nghiên cứu hiệu lực kiểm soát bệnh cây trồng của vật liệu nano SiO2/OC:

 Sự tương tác giữa nano silica và oligochitosan tạo nên vật liệu lai nano SiO2/OC thể hiện hiện ứng kích thích sản sinh enzyme chitinase tăng cường kháng bệnh đốm nâu cây thanh long so với đơn chất nano silica và oligochitosan với cùng nồng độ hoạt chất 150 mg.L-1.

 Vật liệu lai nano SiO2/OC kiểm soát bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae

gây ra, bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomomas gây hại trên lúa ở nồng độ xử lý 100 mg.L-1 và bệnh nấm hồng cao su ở nồng độ xử lý 150 mg.L-1 cao hơn có ý nghĩa thống kê so với nano silica và oligochitosan và tương đương với thuốc bảo vệ thực vật đối chứng.

 Nano SiO2/OC3000 là loại vật liệu có khả năng đề kháng với vi sinh vật gây bệnh thực vật, không độc nên có triển vọng sử dụng làm thuốc BVTV đáp ứng các nhu cầu xã hội sử dụng các sản phẩm nông sản an toàn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

Luận án đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu điều chế nano silica, vật liệu lai nano SiO2/OC từ phế thải tro vỏ trấu và chitosan vỏ tôm; đã khảo sát hiệu ứng kiểm soát bệnh thực vật của chúng, các kết luận chính như sau:

1. Đã điều chế nano silica có kích thước hạt 45 – 48 nm với cấu trúc hầu như vô định hình và độ tinh khiết > 99,5% bằng phương pháp nhiệt phân tro vỏ trấu sau khi xử lý loại bỏ các hợp chất kim loại tại nhiệt độ 700 oC; 750 oC trong thời gian 2 giờ. Sự khác biệt của nghiên cứu này là sử dụng nguyên liệu phế thải tro vỏ trấu công nghiệp.

2. Nano silica cũng được điều chế bằng phương pháp tổng hợp và nhiệt phân gel SiO2/chitosan, có thể điều chỉnh kích thước hạt silica từ 9,0 – 55,0 nm qua tỉ lệ SiO2/chitosan, kích thước hạt silica tăng theo hàm lượng SiO2 có trong gel. Khi tỉ lệ gel SiO2/CS ≤ 1/1 thu được các hạt nano silica có kích thước < 10 nm, tỉ lệ SiO2/CS từ 2/1 – 6/1 thì kích thước hạt nano silica tương đương với kích thước hạt nano silica thu được từ phương pháp nhiệt phân tro vỏ trấu. Như vậy, điều chế nano silica có kích thước > 40 nm thì phương pháp nhiệt phân tro vỏ trấu hiệu quả hơn. Kết luận này là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sử dụng các polyme khác để tạo gel với SiO2 điều chế nano silica để có kích thước hạt và giá thành thích hợp.

3. Quy trình điều chỉnh khối lượng phân tử chitosan bằng cách xử lý với H2O2

1% trong 24 giờ, và 03 lần bổ sung H2O2 đạt nồng độ 0,5% sau 03 lần chiếu xạ tia  Co-60 với liều xạ 7 kGy theo đã giảm được liều xạ. Oligochitosan có khối lượng phân tử 3.000, 5.000 và 7.000 g.mol-1 được điều chế với tổng liều chiếu xạ khác nhau từ 14 – 42 kGy.

4. Vật liệu lai nano SiO2/OC có hàm lượng nano SiO2 tới 1,5% trong dung dịch OC3000 2% được điều chế bằng phương pháp phối trộn hai đơn chất hoặc sử dụng quá trình sol-gel qua phản ứng kết tủa SiO2 giữa Na2SiO3 với proton H+ trong dung dịch oligochitosan. Vật liệu nano SiO2/OC là dung dịch keo đồng thể, có độ bền cao và đạt cân bằng sa lắng sau thời gian bảo quản 2 tháng.

5. Vật liệu lai nano SiO2/OC thể hiện hiệu lực kiểm soát bệnh thực vật bằng cơ chế kích thích sản sinh enzyme chitinase và trực tiếp ức chế vi sinh vật gây bệnh. Đối với bệnh đốm nâu thanh long, nano SiO2/OC kích thích sản sinh enzyme chitinase tăng liên tục từ thời điểm bị nhiễm nấm tới khi bệnh được kiểm soát. Hiệu quả kiểm soát bệnh thực vật của nano SiO2/OC vượt trội so với đơn chất nano silica, oligochitosan đối với bệnh đốm nâu thanh long và bệnh nấm hồng trên cây cao su ở nồng độ hoạt chất 150 mg.L-1. Vật liệu lai nano SiO2/OC còn thể hiện khả năng kiểm soát bệnh đạo ôn, bạc lá do nấm và vi khuẩn gây ra trên lúa đạt > 85% ở nồng độ 100 mg.L-1. Các kết quả nghiên cứu về hiệu ứng kháng bệnh thực vật trong luận án này là mới, lần đầu tiên được công bố.

6. Phương pháp nhiệt phân và phối trộn để điều chế vật liệu lai nano SiO2/OC sử dụng phế thải tro vỏ trấu công nghiệp và chitosan vỏ tôm là phương pháp sản xuất xanh, thân thiện môi trường. Vật liệu nano SiO2/OC có hiệu quả kháng vi sinh vật phổ rộng, không độc nên rất có triển vọng ứng dụng làm chất kiểm soát bệnh thực vật an toàn và hiệu quả.

KIẾN NGHỊ

Qua những kết quả được công bố trong của Luận án, chúng tôi kiến nghị cần tiến hành một số nghiên cứu tiếp theo như sau:

1. Mở rộng nghiên cứu hiệu quả kháng vi sinh vật gây bệnh thực vật trên các đối tượng bệnh và cây trồng khác của vật liệu nano SiO2/OC và nghiên cứu hiệu quả kháng bệnh phụ thuộc vào kích thước hạt nano silica.

2. Dựa trên kết quả nghiên cứu hoạt tính kiểm soát bệnh thực vật liên kết với doanh nghiệp khảo nghiệm diện hẹp, diện rộng để đăng ký công nhận thuốc bảo vệ thực vật chứa hoạt chất nano SiO2/OC và thương mại hóa sản phẩm.

MỘT SỐ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Quy trình điều chế nano silica, vật liệu lai nano SiO2/OC sử dụng phế thải tro vỏ trấu công nghiệp và chitosan vỏ tôm bằng phương pháp nhiệt phân tro vỏ trấu, phối trộn 02 đơn chất là phương pháp tổng hợp xanh hạn chế sử dụng hóa chất, tận dụng phế thải của ngành nông nghiệp, công nghiệp.

2. Quy trình điều chế nano silica bằng phương pháp tổng hợp và nhiệt phân gel có thể điều chỉnh được kích thước hạt theo mong muốn thông qua tỉ lệ SiO2/CS trong gel.

3. Lần đầu tiên công bố vật liệu lai nano SiO2/OC có hiệu ứng kích thích sản sinh enzyme chitinase, hiệu lực kiểm soát bệnh đốm nâu trên cây thanh long, bệnh nấm hồng trên cây cao su, bệnh đạo ôn lá và bạc lá trên cây lúa.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1. Le Nghiem Anh Tuan, Bui Duy Du, Le Doan Thanh Ha, Lai Thi Kim Dzung, Dang Van Phu, Nguyen Quoc Hien, Induction of chitinase and brown spot disease resistance by oligochitosan and nano silica-oligochitosan in dragon fruit plants, Agricultural Research (ISSN 2249-7218), 2019, 8(2), 184-190. DOI: https://doi.org/10.1007/s40003-018-0384-9

2. Dang Van Phu, Bui Duy Du, Le Nghiem Anh Tuan, Hoang Van Tam, Nguyen Quoc Hien, Preparation and foliar application of oligochitosan - nano silica on the enhancement of soybean seed yield, International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology (IJEAB), 2017, 2 (1), 421-428. DOI: 10.22161/ijeab/2.1.53

3. Lê Nghiêm Anh Tuấn, Bùi Duy Du, Đặng Văn Phú, Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai nano silica/oligochitosan từ nSiO2 của tro vỏ trấu, Tạp chí Hóa học (ISSN 0866- 7144), 2018, 56(3), 328-334. DOI: 10.15625/vjc.2018-0028

4. Le Nghiem Anh Tuan, Lai Thi Kim Dung, Le Doan Thanh Ha, Nguyen Quoc Hien, Dang Van Phu, Bui Duy Du, Preparation and characterization of nano silica from rice husk ash by chemical treatment combined with calcination, Vietnam Journal of Chemistry, International Edition (ISSN: 2525-2321), 2017, 55 (4), 455-459. DOI: 10.15625/2525-2321.2017-00490

5. Le Nghiem Anh Tuan, Lai Thi Kim Dung, Bui Duy Du, Dang Van Phu, Nguyen Quoc Hien, Effect of nano silica/chitosan hybrid on leaf blast disease and bacterial blight disease of rice in Vietnam, Vietnam Journal of Chemistry, International Edition (ISSN: 2525-2321), 2016, 54 (6), 719-723. DOI: 10.15625/0866-7144.2016-00393. 6. Le Nghiem Anh Tuan, Bui Duy Du, Lai Thi Kim Dung, Dang Van Phu, Nguyen Quoc Hien, Preparation of nano silica-oligochitosan mixture and investigation of in vitro antfungal effect against Corticium salmonicolor fungus, Proceedings of the 6th Asian Symposium on Advanced Materials: Chemistry, Physics & Biomedicine of Functional and Novel Materials (ASAM-6),Hanoi, Vietnam, 2017, 630-636. (ISBN: 978-604-913-603-0).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. S. A. Boussaa, A. Kheloufi, B. Zaourar, F. Kerkar, Valorization of Algerian Sand for Photovoltaic Application. Acta Physica Polonica A, 2016, 129, 133- 137.

2. H.T. Jang, Y.K. Park, Y.S. Ko, J.Y. Lee, B. Margandan, Highly siliceous MCM- 48 from rice husk ash for CO2 adsorption, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2009, 3 (5), 545-549.

3. F. Adam, J. N. Appaturi, A. Iqbal, The utilization of rice husk silica as a catalyst: Review and recent progress, Catalysis Today, 2012, 190 (1), 2-14.

4. R. Pode, Potential applications of rice husk ash waste from rice husk biomass power plant, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 53, 1468-1485. 5. https://baomoi.com-19/01/2018.

6. R. V. Krishnarao, J. Subrahmanyam, T. Jagadish Kumar, Studies on the formation of black particles in rice husk silica ash, Journal of the European Ceramic Society, 2001, 21 (1), 99-104.

7. S. Chandrasekhar, P. N. Pramada, L. Praveen, Effect of organic axit treatment on the properties of rice husk silica, Journal of Materials Science, 2005, 40 (24), 6535–6544.

8. N. Yalcin, V.Sevinc, Studies on silica obtained from rice husk, Ceramics International, 2001, 27 (2), 219-224.

9. J. D. Martínez, T. Pineda, J. P. López, M. Betancur, Assessment of the rice husk lean-combustion in a bubbling fluidized bed for the production of amorphous silica-rich ash, Energy, 2011, 36 (6), 3846-3854.

10. S. R. Kamath, A. Proctor, Silica gel from rice hull ash: Preparation and characterization, Cereal Chemistry, 1998, 75, 484–487.

11. V. P. Della, I. Kühn, D. Hotza, Rice husk ash as an alternate source for active silica production, Materials Letters, 2002, 57 (4), 818-821.

12. A. I. Zakharov, A. V. Belyakov, A. N. Tsvigunov. Forms of extraction of silicon compounds in rice husks, Glass and Ceramics, 1993, 50 (9-10), 420– 425

13. L. Nian, H. Kaifu, M.T. McDowell, J. Zhao and Y. Cui. Rice husks as a sustainable source of nanostructured silicon for high performance Lion battery anodes. Scientific Reports, 2013, 1-7.

14. J. Song, H. Kong and J. Jang, Enhanced antibacterial performance of cationic polymer modified silica nanoparticles, Chemical Communications, 2009, 36, 5418–5420.

15. R. Suriyaprabha, G. Karunakaran, K. Kavitha, R. Yuvakkumar, V. Rajendran, N. Kannan, Application of silica nanoparticles in maize to enhance fungal resistance, IET Nanobiotechnology, 2014, 8 (3), 133–137.

16. SK. Kim, N. Rajapakse, Enzymatic production and biological activities of chitosan oligosaccharide (COS): A review, Review Carbohydrate Polymer,

2005, 62, 357-368.

17. C. Q. Qin, Y. M. Du, L. Xiao, Effect of hydrogen peroxide treatment on the molecular weight and structure of chitosan, Polymer Degradation and Stability,

2002, 76, 211-218.

18. M. Haji-Saeid, A. Safrany, M. H. O. Sampa, N. Ramamoothy, Radiation processing of natural polymers: the IAEA contribution, Radiation Physics and Chemistry, 2010, 79, 255-260.

19. Đặng Xuân Dự, Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/bức xạ gamma coban-60 để chế tạo oligochitosan, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế, 2015, Huế.

20. G. F. Burkhanova, L. G. Yarullina, & I. V. Maksimov. The control of wheat defense responses during infection with Bipolaris sorokiniana by chitooligosaccharides, Russian Journal of Plant Physiology, 2007, 54 (1), 104- 110.

21. O.L. Ozeretskovskaya, N.I. Vasyukova, Y.S. Panina, G.I. Chalenko, Effect of immunomodulators on potato resistance and susceptibility to Phytophthora infestans, Russian Journal of Plant Physiology, 2006, 53, 488-494.

22. G. L. Drisko, C. Sanchez, Hybridization in materials science – Evolution, current state, and future aspirations, Eur. J. Inorg. Chem.,2012, 5097-5105. 23. H. Yin, X. Zhao, Y. Du, Oligochitosan: A plant disease vaccine-A review.

24. N. Shibuya and E. Minami, Oligosaccharide signalling for defence responses in plant, Physiological and Molecular Plant Pathology, 2001, 59, 223-233. 25. M. Thakur, B. S. Sohal, Role of elicitors in inducing resistance in plants against

pathogen infection: a review, ISRN Biochemistry, 2013, Article ID 762412, 1- 10.

26. V. Singh, P. Srivastava, A. Singh, D. Singh, T. Malviya, Polysaccharide-silica hybrids: design and applications, Polymer Reviews, 2016, 56 (1), 113-136. 27. P. Lu and Y. L. Hsieh, Highly pure amorphous silica nano-disks from rice straw,

Powder Technology, 2012, 225, 149-155.

28. E. Rafiee, S. Shahebrahimi, M. Feyzi, M. Shaterzadeh, Optimization of synthesis and characterization of nano silica produced from rice husk (a common waste material), International Nano Letters, 2012, 2 (29).

29. L. V. Hai, H. T. C. Nhan, H. T. Huy, Synthesis of silica nanoparticles from Vietnamese rice husk by sol–gel method, Nanoscale Research Letters, 2013, 8:1.

30. N. T. Tuấn, N. H. M. Phú, H. N. T. Tân, P. T. B. Thảo, N. T. K. Chi, L. V. Nhạn, N. T. Tuân và T. X. Anh, Tổng hợp hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ - Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường, 2014, 32, 120-124.