1.5.1 C u trúc – Tính ch t
Chitin là polymer v iăđ năphơnăt là N-Acetylglucosamine, m t h p ch t sinh h c ph bi n trong t nhiên và có trong thành ph n c u t o v c a loài giáp xác. Chitosan là h p ch tăpolysacharideăđ c chi t xu t t chitin b ng cách deacetyl hóa g c amine [28]. V m t c u trúc, chitosan là m t polymer m ch th ng bao g m hai ti u đ năv, D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine, liên k t v i nhau thông qua liên k t 1,4-glycosidic. Chitosanătanătrongăn c pH > 7, tuy nhiên pH 2,5 ậ 6,5 thìăkémătanăvƠăth ng tách pha,ăđi u này gây h n ch vi c s d ng chitosan trong các l nhăv c th c ph m, y t và nơng nghi p. Chitosan có nhi u ho t tính sinh h c đ c ng d ng trong nông nghi p,ăyăsinh,ănghiênăc uăkhoaăh c,ăầ vì đ t ngăthíchăsinhă h c cao, kh n ngăt phân h y sinh h c và ho t tính sinh h c năđnh. th c v t, chitosan có kh n ng kích thích h th ng phòng v liênăquanăđ năc ngăth ng sinh h c và phi sinh h c. Kh n ngăkhángăvi sinh v t gây b nh c aăchitosanăđưăđ c phát hi n,
17
nghiên c u và ng d ng trên cây tr ng, nh ăgiúp cây kháng l i n m h i trong nông nghi p, làm màng th c ph m trong ngành ch bi n th c ph mầ [29]
Tuy nhiên, chitosanăćănh căđi m là kém tan có th đ c kh c ph c b ng cách s d ng các oligomer ho c monomer c a chitosan đ thay th . Oligochitosan là m t trong nh ng d n xu t ćăđ hòa tan cao, đ c t o ra b ng cách phân c t các liên k t glycosidic không b n b ngăcácăph ngăphápăkhácănhauănh ăth y phân b ng acid, enzyme, b ng các tác nhân oxy hóa, sóng siêu âm ho c tia b c x (tia gamma). Các oligochitosanăc ngđ c s d ng th c v t nh măt ng kh n ngăch ng l iăcácăc ngă th ng phi sinh h cănh ăh n hán, nhi m m n, nhi tăđ b t l i và nhi măđ c kim lo i n ng. Oligochitosan có tr ngăl ng phân t nh ,ăkíchăth c nh , d hịa tan trong n c, thân thi n v iămơiătr ng và gi đ c nh ngăđ c tính sinh h c c a chitosan. [28]
1.5.2 Tác đ ng c a Chitosan – Oligochitosan lên kh n ng kháng m n ChitosanăvƠăoligochitosanăđưđ c nghiên c u nhi u trong vi c giúp t ngăkh n ngăch ng ch u các y u t phi sinh h c trên th c v t. Tuy nhiên c ăch đ yăđ và c th v kh n ngăkíchăthíchăcácăqătrìnhăch ng ch u v iăc ngăth ng phi sinh h c v n đangăđ c tìm hi u. ã có nhi u nghiên c u ch ng minh r ng chitosan c m ng các th th trên màng t bào th c v t nh ăm t tín hi u đ c bi t. Trên màng t bào th c v t có nh ng th th nh n bi t chitin, ho c nh ng polymer hay monomer c a chitin, truy n tín hi u kích thích các ph n ng phịng v trong cây khi g păđi u ki n b t l i. Chitin elicitor binding protein (CEBiP), th th nh n bi t chitin, đ c phân l p nhi u lo i cây tr ng khác nhau. Tín hi u này đ c truy năđ n các th th th c p đ kíchăthíchăqătrìnhă“mi n dch”ăc a cây thơng qua các ch t có ho t tính sinh h c giúp ch ng l i tác nhân gây h i. Chitosanăc ngălƠătínăhi u kích thích q trình kháng oxy hóa gi m t n h i bào quan, cân b ng áp su t th m th u, b o v màng t bƠo,ăđi u hịa l ngăn cătrongăcơyầăNgồi kích thích ph n ng phịng v cây, nó cịn xúc tác s t ngăc ng bi u hi n gene đápă ng v iăc ngăth ng phi sinh h c. Chen và Xu n mă2005ăđưălyătríchăđ c m t glycoprotein liên k t chitosan (h lectin) t lá cây c i (Brassica campestris) hay nghiên c u c a Amborabe và c ng s n m 2008 trên Mimosa pudica và Cassia fasciculate cho th y s ho t hóa nhanh chóng c a H+-
18
ATPase, m t kênh ion quan tr ng trên màng nguyên sinh ch t, khi có s hi n di n c a các phân t chitosan. Chitosan và các d n xu t c a nó lƠmăt ng nhi u h p ch t kích thích trong m t s loài th c v t. [28]
C ngăth ng gây ra b i mu i khi n th c v t b h n ch v m t sinh lý và sinh hóa c ngănh ă c ch h p th ch tădinhăd ngăvƠăn c. i u này d năđ n vi c m t cân b ng chuy n hóa bên trong t bào, c n tr ho tăđ ng s ng và kích thích s n sinh ra ROS gây h i cho t bào. Tín hi u t chitosanăđ căcácăreceptorăđ c bi t nh n bi t, kích thích q trình t o ra các tín hi u th c pănh ăcácăROS,ănitricăoxideăvƠăch tăđi u h̀aă sinhă tr ng trong t bào th c v t gây ra ph n ng sinh lý. N mă 2013,ă Pongprayoonăđưăbáoăcáoăr ng H2O2 ho tăđ ngănh ăm t phân t tín hi u ch ng l i s m t cân b ng áp su t th m th u hai gi ng lúa LPT123 và LPT123-TC171ăđ t bi n. Khi x lý b ng chitosan trong đi u ki n c ngăth ng phi sinh h c, quá trình ch ng l i tác nhân có h i di n ra m nh m nh kích thích s n xu t ra nhi u h p ch t giúp cân b ng áp su t n i bào (nh ăproline,ăglycineăbetain,ăcácăđ ngăđ n), làm gi mătácăđ ng c a ROS b ng vi c kích thích q trình t o ra các enzyme ch ng oxy h́aă nh ă ascorbate peroxidase (APX), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) là các enzyme ch ng oxy h́aăđ c phát hi năt ngăkhiăth c v t ph i ch uăđ ng s c ngăth ng c a mu i và gi m tích t MDAă(malondialdehyde).ăTrongăđ́,ăMDA là s n ph m c a q trình peroxy hóa màng lipid, vi căt ngăMDA có th gây ra t năth ngămàng t bào. Chitosan cịn kích ho t t ng h p jasmonate (JA) và acid absicic (ABA). Trong đ́,ăJAăvƠăABAăđ́ngăvaiătr̀ăquan tr ng trongăđi uăh̀aăl ngăn c c a cây, giúp cân b ng áp su t th m th u. T t c các phân t tín hi u này góp ph năvƠoăc ăch thích nghi c a th c v tăđ đápă ng v iăc ngăth ng phi sinh h c. [28]
1.5.3 M t s nghiên c u ng d ng chitosan và oligochitosan trong nông nghi p Nghiên c u v nhăh ng c a chitosan và oligochitosan lên kh n ngăch uăm nă c a th c v tă đưă đ c nghiên c u trên nhi u loài th c v t. Nghiên c u c a Ruan SonglinăvƠăXueăQingzhongăn mă2002ăđưăch ng minh h t gi ng c a t h p lúa lai Shanyou 10 và Eryoupeijiu đ c ph chitosan cho kh n ngăthíchă ng cao n ngăđ mu i 50, 100 và 150 mm/L so v i h tălúaăthôngăth ng. Các ch s nh ăho tăđ ng c aă ,ă -amylaseăt ngălên,ăch s ch ng ch u và t l ch ng ch u c aăcơyăconăt ng,ă
19
hƠmăl ng proline, đ ng t ng hòa tan, fructoseăvƠăsucroseăđ uăcaoăh nătrongăcơyă con phát tri n t h tăđ c ph chitosan [30]. Nghiên c u c a Lianju Ma và c ng s n mă2011ăđưăkh o sát nhăh ng c a oligochitosan lên kh n ngăch u m n c a cây lúa mì b ng cách x lý h t lúa mì v i oligochitosan nhi u n ngăđ khác nhau. K t qu , h tălúaămìăđ c ti n x lý v i 0,0625% oligochitosan cho cây con có chi u dài r , chi u dài ch i, tr ngăl ngăkhô,ăhƠmăl ng di p l căcaoăh nănh ng cây phát tri n t h tăkhôngăđ c x lỦ.ă i u này ch ng minh oligochitosan có kh n ngăc i thi n cácătácăđ ng b t l i và gi m thi u nhăh ng c a n ngăđ mu i thơng qua kích thích ho tăđ ng c a enzyme ch ng oxy hóa (SOD, CAT và POD), làm gi măhƠmăl ng MDA trong lá và s tích t c aăprolineăđ căt ngărõăr t k c trong th i gian sinh tr ngăsauăđ́ [31].
N mă2015,ăMartínnezăGonzálezăL.ăc̀ngăđ ng nghi păđưănghiênăc u trên gi ng lúa INCA LP-5. H tălúaăđ c x lý v i chitosan các n ngăđ 0 mg.L-1, 100 mg.L-1 và 500 mg.L-1 trong 24 gi và chuy năsangămôiătr ng n ngăđ mu i 100 mmolL-1 sau khi n y m m. K t qu là cây phát tri n t h t gi ngăđưăx lý chitosan có chi u dài ch iăvƠăhƠmăl ng ch tăkhơăcao,ăhƠmăl ng malondialdehyde th păvƠăhƠmăl ng proline cao, ho tăđ ng c a các enzyme catalase và peroxidase m nh m h năsoăv i cây t h tăkhôngăđ c x lỦ.ăTrongăđ́ăn ngăđ chitosan 500 mg.L-1 cho k t qu t t h năc [32]. Trong nghiên c u c a Yang Zhang và c ng s n mă2019ăv kh n ngă kích thích q trình sinh t ng h p proline c aăoligochitosanăgiúpăt ngăkh n ngăch ng ch uăc ngăth ng trên cây lúa. K t qu cho th yăcơyăđ c x lý v i oligochitosan có kh n ngăchu l nh t t, chi u dài c a r t ngăvƠăquáătrìnhăphátătri n c a cây v năđ c duy trì. Oligochitosan đ c ch ng minh lƠmăt ngăhƠmăl ng proline và glutamate thơng qua vi c kích thích q trình sao chép c a các gene quan tr ngăliênăquanăđ n conă đ ng sinh t ng h pă glutamateă vƠă prolineă trongă đi u ki n l nh.ă Trongă đ́ă glutamate và proline là hai h p ch t n i sinhăgiúpăđi u hòa ho tăđ ng th m th u trong t bào t đ́ăgiúpăs t ngătr ng c a cây con và kh n ngăch u l nh cây lúa [33].
Hi nănayăchitosanăvƠăoligochitosanăđ c s d ng ph bi n trong các nghiên c u sinh h c do có kh n ngăt phân h y sinh h c,ăđ t ngăh p sinh h c cao, không đ c h i và không gây ph n ng d ng.ăNh ngă ng d ng c a chitosan và oligochitosan
20
trên th c v t còn h n ch , ch y uăchitosanăđ c ng d ng nhi u trong công ngh b o qu n sau thu ho ch do ho t tính kháng vi sinh v t gây h i,ăc̀nătrongăl nhăv c ng d ngănh ăch t kích thích sinh h c v n cịn ít. Ph ngăth c ho tăđ ng c th c a chitosan và oligochitosan trên h th ngăđ kháng th c v t v năch aăđ c hi u m t cáchă t ng t n.ă ưă ćă nhi u nghiên c u ch ng minh kh n ngă c a chiotsan và oligochitosan trong vi căkíchăthíchăt ngăkh n ngăch ng ch u c a cây v i các y u t phi sinh h cănh ngăch aăch raăđ c li uăl ng, cách th c áp d ng c th lên t ng lo i cây tr ng và t ngăđi u ki năc ng th ng phi sinh h c khác nhau. Vì v y, c n nghiên c u k h năph n ng bên trong th c v t v iăc ngăth ng do mu i gây ra khi có m t c a chitosan và oligochitosan t đ́ălƠmăn n t n cho vi c ng d ng chitosan và oligochitosan trong ng phó v iăc ngăth ng phi sinh h c c a th c v t.
21