3.1.1.2. Khảo sát cấu trúc hạt TiO2
Phƣơng pháp hiển vi điện tử qt (SEM)
Hình 3.4. Kết quả phân tích SEM mẫu T3
Kết quả phân tích SEM cho kích cỡ hạt nano TiO2 50 – 60 nm, các hạt nano có xu hƣớng keo tụ, phân bố không đều trong môi trƣờng phân tán. Do đó, phƣơng pháp kính hiển vị điện tử truyền qua (TEM) đƣợc sử dụng để đánh giá cụ thể hơn mẫu phân tích.
Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
a b
Kết quả phân tích TEM cho thấy hạt TiO2 đạt kích cỡ tiểu phân trong khoảng 10 – 30 nm, các tiểu phân tách rời, tuy nhiên khơng trải đều trên nền phân tích do ảnh hƣởng của các chất bọc đến quá trình phân tán của các tiểu phân trong mơi trƣờng phân tán thích hợp (mơi trƣờng nƣớc).
Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
Hình 3.6. Kết quả phân tích IR mẫu T3
Peak ở 3500 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm -OH của nano TiO2. Peak ở 1651 cm-1 và 1732 cm-1 lần lƣợt tƣơng ứng với dao động biến dạng phân tử nƣớc hấp phụ và Ti-OH. Peak nhọn tại 1351 cm-1 tƣơng ứng Ti-O. Dải peak ~490 cm-1 tƣơng ứng các dao động của Ti-O-Ti [31] [32]. Dải peak ở 400 – 1250 cm-1 tƣơng ứng với các dao động của nhóm O-Ti-O [32].
Sự xuất hiện của các peak hấp phụ nhƣ C-O-C (dao động hóa trị đối xứng, 1351 cm-1) và –CH (dao động uốn ngoài mặt phẳng, 949 cm-1), peak tại 1103 cm-1, 1298 cm-1 và 2873 cm-1 cho thấy tƣơng tác của PEG với các tiểu phân nano. Peak ở 2873 cm-1 tƣơng ứng với dao động hóa trị của nhóm –CH2.
giữa các phân tử. Trong khi đó peak mảnh ở 838 cm-1 gây ra bởi dao động hóa trị C-C, chứng tỏ sự có mặt của PEG 400 trên bề mặt tiểu phân nano TiO2 thông qua liên kết hydro.
Kết quả này một lần nữa khẳng định sự ảnh hƣởng của chất bọc lên các tiểu phân. Hình thành cầu liên kết giữa các hợp chất polymer với các tiểu phân TiO2 giải thích hiện tƣợng nhiễu khi phân tích ảnh TEM đã nêu ở trên.
3.1.2. Tổng hợp nano SiO2
3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TEOS/H2O tới kích cỡ hạt.
Để khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ TEOS/H2O tới kích cỡ hạt, các mẫu đƣợc phân tích đánh giá theo bằng phƣơng pháp phân tích DLS.
Bảng 3.2. Kết quả phân tích DLS các mẫu SiO2
STT Ký hiệu mẫu Kích cỡ hạt trung bình Thế zeta
(nm) (mV)
1 S1 250,1 -53,4
2 S2 292,5 -48,2
3 S3 331,7 -29,6
4 S4 406,2 -21,2
Kết quả phân tích DLS cho thấy cả 4 mẫu đều có kích cỡ hạt trung bình khá lớn (trên 250 nm), tuy nhiên thế zeta của mẫu S3 và S4 cho thấy mẫu khơng ổn định (±10 ÷ ± 30 mV) trong khi các mẫu S1, S2 có độ ổn định tốt.
Kích cỡ hạt nano SiO2 tăng nhanh khi nồng độ TEOS tăng, đồng thời thế zeta cũng dần chuyển dịch vào vùng khơng ổn định, mẫu có khả năng bị keo tụ và kết hạt nhiều hơn.
Trong hai mẫu S1, S2, mẫu S2 có nồng độ nano SiO2 dự kiến lớn hơn nên đƣợc lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3.7. Hình ảnh mẫu S2
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 q 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
-Cơng thức 2 (CT2): Nano SiO2 100 µg/ml – vi khuẩn – LB
-Công 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 công 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 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