Hiệu ứng kích kháng của vật liệu nano SiO2/OC3000 đến hoạt độ enzyme

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.7.2. Hiệu ứng kích kháng của vật liệu nano SiO2/OC3000 đến hoạt độ enzyme

chitinase và khả năng kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long.

Trong thí nghiệm này, luận án sử dụng vật liệu lai nano SiO2/OC3000 có hàm lượng SiO2 1,5%, kích thước hạt nano silica là 50 nm và oligochitosan khối lượng phân tử 3.000 g.mol-1 nồng độ 2% được điều chế theo mục 2.2.4. Các mẫu thí nghiệm xử lý trên cây thanh long đều có nồng độ hoạt chất 150 mg.L-1 như sau: 150 mg.L-1 nano SiO2/OC3000 gồm 64,3 mg.L-1 nano SiO2 và 85,7 mg.L-1 OC3000; 150 mg.L-1

nano SiO2; 150 mg.L-1 OC3000. Mẫu đối chứng âm không xử lý hoạt chất và không lây nhiễm nấm, mẫu đối chứng dương không xử lý hoạt chất và lây nhiễm nấm.

4.1.2.1. Hiệu ứng kích thích sản sinh enzyme chitinase của vật liệu nano silica/oligochitosan.

Khả năng kích thích sản sinh enzyme chitinase trên cây thanh long do xử lý vật liệu nano SiO2/OC3000 và các đơn chất OC3000, nano silica trước khi lây nhiễm nấm Neoscytalidium dimidiatum được biểu diễn trong đồ thị (Hình 3.26). Theo kết quả này, trong suốt thời gian từ 24 giờ đến 168 giờ tính từ thời điểm lây nhiễm nấm ở thí nghiệm, hoạt độ enzyme chitinase ở mẫu đối chứng âm hầu như thay đổi không đáng kể, hoạt độ enzyme ban đầu là 4,2510-3 U.g-1; thời điểm 72 giờ là 3,8310-3

U.g-1 và thời điểm 168 giờ là 3,5510-3 U.g-1. Lý do hoạt độ enzyme ít có sự thay đổi trong mẫu đối chứng âm là cây thanh long không bị nhiễm nấm bệnh và không xử lý hoạt chất kích kháng mầm bệnh. Đối với mẫu đối chứng dương, giai đoạn từ 0 giờ đến 72 giờ sau lây nhiễm nấm, hoạt hoạt độ enzyme chitinase tăng nhẹ từ 4,4110-3

U.g-1 lên 4,8810-3 U.g-1 và sau đó liên tục giảm xuống 3,9110-3 U.g-1 cho tới thời điểm 168 giờ sau lây nhiễm nấm. Lý do của sự thay đổi này, chúng tôi cho rằng từ thời điểm ban đầu đến 72 giờ sau lây nhiễm do tác động của nấm bệnh kích thích cây thanh long sản sinh enzyme nhiều hơn lượng enzyme sử dụng để kháng nấm, sau thời điểm 72 giờ nấm bệnh phát triển mạnh nên lượng enzyme tiêu hao nhiều hơn lượng enzyme sản sinh dẫn tới hoạt độ enzyme tổng giảm.

Hình 3.26. Hoạt độ enzyme chitinase của cây thanh long được xử lý bởi OC, nano SiO2, và nano SiO2/OC sau khi lây nhiễm nấm Neoscytalidium dimidiatum.

Đối với mẫu xử lý nano silica, hiệu quả kích thích sản sinh enzyme chitinase thể hiện không rõ rệt, từ thời điểm ban đầu đến 24 giờ sau lây nhiễm nấm, hoạt độ enzyme giảm nhẹ từ 4,210-3 U.g-1 xuống 3,910-3 U.g-1 và tăng lên cực đại tại thời điểm 120 giờ là 5,1210-3 U.g-1, sau đó hoạt độ enzyme giảm xuống 4,6810-3 U.g-1

tại thời điểm 168 giờ. Như vậy, hoạt độ enzyme chitinase khi xử lý cây thanh long bằng nano silica đạt cao nhất tại thời điểm 120 giờ sau lây nhiễm nấm chỉ chênh lệch khoảng 0,910-3 U.g-1 so với ban đầu chứng tỏ nano silica hầu như không thể hiện khả năng kích thích sản sinh enzyme kháng nấm bệnh. Kết quả này cũng phù hợp với thí nghiệm xác định chỉ số bệnh và tỉ lệ bệnh của nano silica tác động lên bệnh đốm nâu cây thanh long. Mẫu xử lý OC3000 thể hiện rõ rệt khả năng kích thích sản sinh enzyme chitinase, hoạt độ enzyme tăng nhanh trong khoảng thời gian từ 0 – 24 giờ sau lây nhiễm nấm. Hoạt độ enzyme tại thời điểm ban đầu là 4,5410-3 U.g-1 tăng lên cực đại 6,4210-3 U.g-1 sau 24 giờ lây nhiễm nấm. Sau thời điểm 24 giờ đến 120 giờ sau lây nhiễm nấm, hoạt độ enzyme chitinase có xu hướng giảm xuống đến 5,7310- 3 U.g-1 do thời điểm này bệnh đốm nâu phát triển mạnh nhất. Từ thời điểm 120 giờ sau lây nhiễm nấm, bệnh đốm nâu đã được khống chế bởi enzyme chitinase sản sinh nên hoạt độ enzyme tiếp tục tăng trở lại. Kết quả nghiên cứu này chứng tỏ oligochitosan có khối lượng phân tử nhỏ 3.000 g.mol-1 thể hiện khả năng kích thích sản sinh enzyme chitinase tức thì khi bị nấm bệnh xâm nhập trong 24 giờ, và tỏ ra có hiệu quả trong việc kiểm soát nấm bệnh thực vật.

Sự biến đổi của hoạt độ enzyme chitinase trong hình 3.26 cho thấy, khi xử lý cây thanh long bằng vật liệu lai nano SiO2/OC3000 trước khi lây nhiễm nấm bệnh thì hoạt độ enzyme chitinase tăng liên tục từ thời điểm ban đầu đến 168 giờ sau lây nhiễm. Bệnh đốm nâu đã được kiểm soát hiệu quả tại thời điểm 120 giờ đến 168 giờ sau lây nhiễm nấm nên hoạt độ enzyme chitinase gần như không thay đổi. Hoạt độ enzyme chitinase tại thời điểm 168 giờ khi bệnh đốm nâu đã được khống chế có giá trị 6,3210-3 U.g-1 và cao hơn hoạt độ enzyme chitinase của mẫu xử lý OC3000 cùng thời điểm là 5,9910-3 U.g-1. Trong vật liệu lai nano SiO2/OC3000, mặc dù nano silica hầu như không thể hiện khả năng kích thích sản sinh enzyme chitinase nhưng chúng đã làm gia tăng khả năng kích kháng của oligochitosan vì với nồng độ OC3000 trong vật liệu lai là 85,7 mg.L-1 đã thể hiện hiệu lực sản sinh enzyme kháng nấm bệnh tương đương với mẫu xử lý OC3000 ở nồng độ 150 mg.L-1. Phát hiện này chứng minh đã

xảy ra sự cộng hợp làm tăng cường khả năng tạo kháng thể của hai loại vật liệu nano silica và oligochitosan để chống lại bệnh gây hại trên cây thanh long.

3.8.2.2. Hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long của nano SiO2/OC.

Hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long được xác định qua tỉ lệ bệnh và chỉ số bệnh sau khi xử lý vật liệu lai và lây nhiễm bệnh nhân tạo trình bày trong bảng 3.11. Tỉ lệ bệnh và chỉ số bệnh đốm nâu thanh long khi xử lý bằng vật liệu lai nano SiO2/OC3000 thấp hơn và có ý nghĩa thống kê so với mẫu xử lý vật liệu đơn là OC3000 hoặc nano silica. Cụ thể, tỉ lệ bệnh của mẫu xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000 là 3,65% trong khi tỉ lệ bệnh của mẫu xử lý vật liệu OC3000 là 4,29%, nano SiO2 là 13,08% và mẫu đối chứng dương là 21,12% tại thời điểm 168 giờ sau khi lây nhiễm nấm bệnh. Trong thời gian xử lý kiểm soát bệnh đốm nâu trên cây thanh long từ thời điểm ban đầu đến 168 giờ sau lây nhiễm nấm, kết quả cho thấy mẫu xử lý vật liệu OC3000 có tỉ lệ bệnh giảm mạnh từ 6,13 xuống 4,29%, mẫu xử lý vật liệu còn nano SiO2 tỉ lệ bệnh tăng từ 8,63 lên 13,08%, mẫu đối chứng dương tỉ lệ bệnh tăng nhanh từ 10,79 lên 21,12%.

Tỷ lệ bệnh và chỉ số bệnh khi xử lý cây thanh long bằng vật liệu lai nano silica/oligochitosan chứng tỏ khả năng kháng bệnh đốm nâu thanh long vượt trội so với các vật liệu đơn là oligochitosan và nano silica có thể là do sự tương tác giữa oligochitosan và nano silica làm tăng cường hiệu ứng kháng bệnh như đã chứn minh trong phần chế tạo vật liệu. Mặc khác vật liệu lai này chứa các hạt keo nano SiO2/OC mang điện tích dương giúp vật liệu tác động nhanh lên màng tế bào mang điện tích âm làm tiêu diệt nấm bệnh và hoạt chất nano silica có tác dụng thẩm thấu nhanh, gia cường màng tế bào thực vật chống lại sự tấn công của vi sinh vật, đồng thời oligochitosan kích thích sản sinh enzyme chitinase để kháng bệnh và tác động trực tiếp để bất hoạt tế bào nấm bệnh.

Đánh giá hiệu quả việc kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long qua chỉ số bệnh cho thấy công thức xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000 và vật liệu OC3000 có giá trị nhỏ. Chỉ số bệnh của mẫu xử lý vật liệu OC3000 cao hơn mẫu xử lý vật liệu lai nano silica/oligochitosan khoảng 17,5%. Sau 24 giờ lây nhiễm nấm Neoscytalidium dimidiatum, chỉ số bệnh đốm nâu thể hiện ở các công thức chưa có sự thay đổi rõ rệt và chỉ sau 72 giờ lây nhiễm nấm chỉ số bệnh mới thể hiện sự khác biệt. Chỉ số bệnh ở 02 mẫu xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000 và vật liệu OC3000 giảm rõ rệt so với

mẫu đối chứng dương. Mẫu xử lý vật liệu nano SiO2 có chỉ số bệnh tăng liên tục theo thời gian theo dõi với tốc độ chậm từ 1,87 lên 2,29%, còn mẫu đối chứng dương chỉ số bệnh tăng từ 1,93 lên 4,28%. Sau 168 giờ lây nhiễm nấm bệnh, chỉ số bệnh của công thức xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000 là 0,77% thấp hơn công thức xử lý vật liệu OC3000 là 0,88%, công thức xử lý nano SiO2 là 2,29%, và mẫu đối chứng dương là 4,28%. Tóm lại, vật liệu lai nano SiO2/OC3000 có hiệu quả cộng hợp kiểm soát bệnh đốm nâu trên cây thanh long do cơ chế tác động của các vật liệu đơn oligochitosan và nano silica. Hình ảnh và triệu chứng bệnh đốm nâu được kiểm soát bởi các vật liệu được thể hiện rõ qua hình 3.27.

Bảng 3.11. Tỉ lệ bệnh và chỉ số bệnh đốm nâu thanh long xử lý vật liệu OC3000, nano SiO2, và nano SiO2/OC3000 bằng phương pháp lây nhiễm nấm bệnh.

Công thức

Tỉ lệ bệnh (%) đốm nâu sau lây nhiễm

24 giờ 72 giờ 120 giờ 168 giờ

Đối chứng (-) Không bệnh Không bệnh Không bệnh Không bệnh Đối chứng (+) 10,79±2,22a 13,49±2,95a 18,51±3,20a 21,12±2,61a

OC3000 6,13±1,50c 5,49±1,17c 4,60±1,02d 4,29±1,05d

nano

SiO2/OC3000 6,44±1,07c 5,21±1,11c 3,76±0,83e 3,65±0,90e

nano SiO2 8,63±1,78b 10,27±2,46b 11,96±2,24b 13,08±1,74b

LSD, 0,05 2,10 2,22 0,81 0,60

Chỉ số bệnh (%) đốm nâu sau lây nhiễm

Đối chứng (-) Không bệnh Không bệnh Không bệnh Không bệnh Đối chứng (+) 1,93 ± 0,74a 2,33 ± 0,86a 3,54 ± 1,00a 4,28 ± 1,25a

OC3000 1,68 ± 0,57a 1,40 ± 0,52c 0,91 ± 0,31c 0,88 ± 0,24c

nano

SiO2/OC3000 1,85 ± 0,61a 1,06 ± 0,40d 0,73 ± 0,25d 0,77 ± 0,19d

nano SiO2 1,87 ± 0,71a 2,00 ± 0,74b 2,18 ± 0,62b 2,29 ± 0,67b

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.

Hình 3.27. Vết bệnh đốm nâu trên dây thanh long tại thời điểm sau 168 giờ lây nhiễm nấm: a) OC; b) Đối chứng dương; c) nano SiO2/OC; d) Đối chứng âm; e)

nano SiO2.

Vật liệu lai nano SiO2/OC3000 có hiệu quả kiểm soát bệnh đốm nâu thanh long ở nồng độ hoạt chất 150 mg.L-1 cao hơn nồng độ hoạt chất là 80 mg.L-1 theo nghiên cứu của Phạm Đình Dũng và cs (2017) để ức chế bệnh thán thư trên cây ớt là do vách tế bào thực vật của cây thanh long có cấu trúc vỏ gỗ dày và cứng, sự tác động của hoạt chất lên các loại vi sinh vật khác nhau cũng thể hiện hiệu quả khác nhau.

a) b)

c) d)

Mặc khác nấm gây bệnh đốm nâu trên cây thanh long là loài nấm khó kiểm soát và chưa có thuốc đặc trị.

Nhận xét:

 Vật liệu lai nano SiO2/OC3000 có khả năng kích thích sản sinh enzyme chitinase kháng lại bệnh đốm nâu do Neoscytalidium dimidiatum gây ra trên cây thanh long cao hơn vật liệu đơn OC3000 và nano silica. Hoạt độ enzyme chitinase và khả năng kiểm soát bệnh đốm nâu trên cây thanh long của mẫu xử lý vật liệu lai nano SiO2/OC3000 chỉ với nồng độ OC3000 85,7 mg.L-1 đã có hiệu quả vượt trội so với khi xử lý vật liệu OC3000 150 mg.L-1 chứng tỏ xảy ra tác động cộng hợp của nano silica và oligochitosan.

 Kết quả nghiên cứu hiệu ứng sản sinh enzyme chitinase để kháng lại bệnh đốm nâu trên cây thanh long của vật liệu lai nano SiO2/OC3000 là nghiên cứu chưa từng được công bố trước đây.