Chương 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3
1.2. Tầm quan trọng của silic ủối với con người và thực vật
Trong cơ thể, silic (Si) có trong các mô liên kết, xương sụn và gân do Si tham gia quá trình sinh tổng hợp các tổ chức này.
Cơ thể người chứa khoảng 1,4 g Si, trong ủú hàm lượng Si ở ủộng mạch, da, tuyến ức giảm dần theo ủộ tuổi, nhưng hàm lượng Si lại ổn ủịnh trong cỏc cơ quan nội tạng.
Si ủược ủưa vào cơ thể qua ủường thức ăn, tan rất nhanh và ủược phõn bố ủi khắp cơ thể. Si có nhiều trong thức ăn có nguồn gốc thực vật. Nhu cầu cơ thể khoảng 5-30 mg/ngày. Sự bài tiết Si ra ngoài chủ yếu qua ủường tiết niệu.
Si cú vai trũ quan trọng trong cơ thể người: nú tỏc ủộng ủến nhiều quỏ trỡnh canxi hóa xương; là thành phần của hợp chất collagen của mô liên kết. Nếu bị thiếu Si sẽ làm ức chế quá trình tổng hợp mucopolysaccharide cần thiết cho sự hình thành xương sụn. Khi bị giảm hàm lượng Si trong ủộng mạch chủ, sẽ dẫn tới xơ cứng ủộng mạch.
Sự xơ húa ủộng mạch, xơ húa khớp và mụ liờn kết chủ yếu do rối loạn sử dụng Si hoặc sự thoỏi húa theo ủộ tuổi. Cho ủến nay chưa phỏt hiện bệnh về chuyển húa do thừa Si trong cơ thể. Tuy nhiờn nếu ở mụi trường cú nồng ủộ bụi Si lớn hơn 0,1mg/m3 không khí trong nhiều năm, hít phải nhiều bụi Si kết tinh và silicat sẽ bị bệnh phổi gọi là bệnh silicose. Căn bệnh bụi phổi này khá nguy hiểm vì hiện nay chưa có phương phỏp ủiều trị.
1.2.2. Đối với thực vật
1.2.2.1. Sự hấp thu và tích lũy của silic trong thực vật
Silic là nguyờn tố phổ biến thứ 2 trong vỏ Trỏi Đất và cú vai trũ quan trọng ủối với thực vật[10]. Tuy nhiên, khả năng tích lũy Si rất khác nhau giữa các loài (0,1 – 10%
trọng lượng khô của cành non)[6]. Sự tích lũy Si khác nhau rất nhiều giữa các loài thực vật do khỏc biệt về khả năng hấp thu Si của rễ cõy[9]. Silic ủược hấp thu dưới dạng hũa tan Si(OH)4 hay Si(OH)3O– từ ủất[9]. Sau ủú, silic ủược lưu dẫn ủến chồi cõy ở dạng monome (ủơn thể) của axit silicic và cuối cựng ủược kết tủa trờn thành tế bào như là một polyme ủó ủược hydrat húa, silica vụ ủịnh hỡnh, tạo thành lớp silica-cuticle kộp và lớp silica-cellulose kép trên bề mặt lá, cuống và vỏ cây[10].
1.2.2.2. Chức năng của silic ủối với cõy trồng
Chức năng của Si là bảo vệ cõy trồng khỏi tỏc ủộng từ cỏc yếu tố vụ sinh và hữu sinh. Vì vậy, hiệu quả của Si lên sự tăng trưởng của cây trồng trở nên rõ ràng dưới những tỏc ủộng ủú.[8]
Si tăng cường sức ủề khỏng của cõy ủối với cỏc loại bệnh gõy ra bởi cả nấm và
rỉ sột… Si cũng ngăn chặn cụn trựng gõy hại như: sõu ủục thõn, rầy nõu và cỏc loài vật có hại khác như: nhện lá và bọ ve. Hai cơ chế tăng cường khả năng kháng bệnh của Si ủó ủược ủề xuất. Thứ nhất, Si hoạt ủộng như một rào cản vật lý. Si tập trung dưới lớp biểu bỡ ủể tạo thành lớp biểu bỡ-Si kộp. Lớp này cú thể cản trở sự thõm nhập của nấm, do ủú trỏnh ủược sự lõy nhiễm. Tỏc dụng bảo vệ của Si ủối với thiệt hại do sõu bệnh cũng cú thể liờn quan ủến rào cản cơ học tạo ra bởi silica tập trung trong thành tế bào, gõy khú khăn cho khả năng chớch hỳt ủể xõm nhập vào cỏc mụ thực vật của cụn trựng.
Một cơ chế ủược ủề xuất gần ủõy là Si hũa tan hoạt ủộng như một bộ ủiều biến của cõy chủ ủể khỏng cỏc mầm bệnh. Những nghiờn cứu trờn cõy một lỏ mầm (lỳa, lỳa mỡ) và cõy hai lỏ mầm (dưa chuột) ủó chỉ ra rằng cõy trồng ủược cung cấp Si tạo ra cỏc phenolic và phytoalexin ủể chống lại sự nhiễm nấm gõy ra bệnh hộo lỏ và nấm mốc. Si cũng có thể kích hoạt các cơ chế tự vệ. Ví dụ: trong rễ của cây dưa chuột bị nhiễm Pythium, Si làm tăng cường hoạt ủộng của chitinases, peroxydases và polyphenoloxydases. Đối với cây lúa, sự tích lũy glucanase, peroxydase,…có liên quan chặt chẽ với sự phụ thuộc hạn chế vào nấm Magnaporthe grisea trong các tế bào biểu bỡ của một giống lỳa nhạy cảm ủược cung cấp Si. Những phản ứng sinh húa chỉ ủược tạo ra nhờ Si hũa tan, cho thấy rằng Si hũa tan cú thể ủúng một vai trũ tớch cực trong việc tăng cường sức ủề khỏng bệnh tật cho cõy chủ bằng tương tỏc với một số hợp chất quan trọng của hệ thống tín hiệu phòng vệ, cộng thêm sự gia tăng tổng hợp các chất bảo vệ thực vật.[8]
Si mang ủến những hiệu ứng cú lợi ủối với cỏc tỏc nhõn phi sinh học bao gồm:
tỏc nhõn húa học (muối, kim loại ủộc, sự mất cõn bằng dinh dưỡng), tỏc nhõn vật lý (hạn hỏn, bức xạ, nhiệt ủộ cao, giỏ rột, tia cực tớm). Những hiệu ứng này là do: Si tập trung dưới lớp biểu bì làm giảm sự thoát hơi nước gây mất nước; Si tập trung ở rễ làm giảm lưu lượng apoplastic và hạn chế sự hấp thu cỏc khoỏng sản ủộc hại; Si tạo phức với cỏc kim loại ủộc hại và giỳp cho thõn cõy vững chắc[8]. Bờn cạnh ủú, trong ủời sống thực vật bậc cao, Si ủược tớch lũy một lượng lớn và ủảm bảo ủộ cứng của mụ (vớ dụ: ở hòa thảo, mộc tặc, cói). Ngoài ra, axit silicic giúp cải thiện sự sử dụng photpho tốt hơn[4].
Cây lúa là cây trồng duy nhất hấp thu một lượng lớn Si và nguyên tố này cũng hiện diện trong tất cả các phần của cây. Từ nhiều nguồn căn cứ, Okuda và Takahashi
(1964) ủó thừa nhận rằng Si là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho cõy lỳa. Họ ủó chỉ ra hiệu quả của việc cung cấp lượng Si ở những mức ủộ khỏc nhau lờn sự sinh trưởng của cõy lỳa ở vựng ủất thấp (bảng 4).[7]
Bảng 4 : Hiệu quả của việc cung cấp lượng Si ở những mức ủộ khỏc nhau lờn sự sinh trưởng của cõy lỳa ở vựng ủất thấp [7].
Trọng lượng khô lúc thu hoạch (g/chậu) Nồng ủộ của SiO2
trong dung dịch
dinh dưỡng (ppm) Bông lúa
Hạt ủó chín
Lá và
thân Ngọn Rễ Ngày trổ bông
0 4,3 2.9 11,1 17,4 5,0 Aug. 25
5 5,1 3.7 14,5 19,6 5,2 Aug. 22
20 6,0 4.5 15,1 21,1 5,0 Aug. 16
60 7,6 6.3 15,0 22,6 5,0 Aug. 14
100 9,8 8.6 14,8 24,6 5,1 Aug. 14
(Nguồn: D.H. Grist (1986), Rice)
1.2.2.3. Việc sử dụng silic ủể tăng năng suất cõy trồng
Tại Nhật Bản, nơi lỳa ủược xem là cõy lương thực chớnh, khụng giống như ở chõu Âu hay chõu Mỹ, nhiều nhà nghiờn cứu, trước chiến tranh, ủó nghiờn cứu những tỏc ủộng của silica trờn cõy lỳa. Cõy lỳa sinh trưởng trong mụi trường nuụi cấy khụng cú silica trở nờn yếu ớt và sản lượng hạt giảm ủỏng kể (Okawa, 1934). Ngoài ra, cõy lỳa thiếu hụt silica cú xu hướng bị hộo ỳa và trở nờn dễ ủổ ngó. Tuy nhiờn, những ảnh hưởng của Si khụng ủược thử nghiệm thực sự ở ủồng ruộng trờn quy mụ lớn vỡ lượng nguyờn liệu silicate cần thiết khụng cú sẵn tại thời ủiểm ủú.[11]
Dự vậy, sau chiến tranh, người ta ủó biết rằng những vấn ủề của cõy lỳa cú thể ủược cải thiện bằng cỏch sử dụng khụng chỉ sắt và cỏc base nitơ, mà cũn cú silica. Hơn nữa, người ta ủó tỡm thấy silica trong xỉ (phế phẩm của quỏ trỡnh sản xuất kim loại từ quặng sắt) là thích hợp cho cây trồng.[11]
Sau ủú, nhiều nghiờn cứu ủó ủược thực hiện tại cỏc trường ủại học và cỏc trạm
phõn bún silicate ủó ủược sử dụng ở Nhật và ủược xem là phõn bún ủược ủy quyền ủầu tiờn trờn thế giới. Khụng dừng lại ở ủú, những nghiờn cứu về hiệu quả của Si ở Nhật tiếp tục ủược thực hiện trờn cõy lỳa và những cõy lương thực khỏc.[11]
Việc bún xỉ silicat vào ủất lỳa bị thoỏi húa và ủất than bựn ở Nhật Bản và Triều Tiên cho thấy sự có lợi về năng suất lúa. Năng suất tăng khoảng 10% nhưng có thể vượt quỏ 30% khi bệnh chỏy lỏ nghiờm trọng[5]. Tại Nhật Bản, xỉ silicate ủược sử dụng ủể cải thiện ủất trồng lỳa bị thoỏi húa và ủất than bựn. Người ta ước tớnh rằng hơn 1 triệu tấn nguyờn liệu silicate, chủ yếu là xỉ silicate và calcium silicate ủó ủược sử dụng hằng năm cho ủất trồng.[7]
Xỉ calcium silicate (CaxSiO3; ~ 20% Si) là nguồn silic thường sử dụng nhiều nhất. Năng suất lỳa ủặc trưng và sức khỏng bệnh bị ảnh hưởng ủỏng kể bởi sự thay ủổi hàm lượng và kớch thước hạt CaxSiO3. Hạt CaxSiO3 nhỏ ủem lại sản lượng cao hơn và giảm nấm bệnh tốt hơn hạt lớn. Ở Florida, CaxSiO3 thường ủược dựng ở mức 4480 kg/ha.[14]