Tổng quan
Giới thiệu sơ lược về công nghệ nano áp dụng trong nông nghiệp
Công nghệ nano là lĩnh vực khoa học ứng dụng liên quan đến việc thao tác các nguyên tử và phân tử để chế tạo vật liệu và hệ thống Thuật ngữ "nano" xuất phát từ chữ Hy Lạp "dwarf" và được giới thiệu lần đầu bởi Richard Feynman vào năm 1959 Công nghệ nano được xác định ở quy mô 100 nanomet (nm) hoặc thấp hơn, với các đặc tính vật lý, sinh học và hóa học của vật liệu thay đổi đáng kể ở kích thước này Ứng dụng của công nghệ nano rất đa dạng, bao gồm điện tử, may mặc, y dược, vật lý, hóa học và khoa học vật liệu Gần đây, công nghệ nano đã được áp dụng trong nông nghiệp, nhờ vào các tính chất độc đáo của vật liệu ở quy mô nano, giúp phát triển các công cụ mới cho nền nông nghiệp bền vững Các nghiên cứu chỉ ra rằng công nghệ nano có thể cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
- Xử lý hạt giống nhằm cải thiện tốc độ nảy mầm và sinh trưởng, chất lượng và năng suất thu hoạch sản phẩm;
- Làm phân bón lá bao gồm các nguyên tố vi lượng cần thiết trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng;
- Nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón NPK bằng cách ứng dụng phân bón nhả chậm có kiểm soát;
Nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm chi phí thuốc bảo vệ thực vật bằng cách phát triển phương pháp vận chuyển chính xác đến từng vị trí cho các dưỡng chất và thuốc.
- Phát hiện và chẩn đoán nhanh các bệnh do vi sinh vật gây ra cho cây;
- Nâng cao thời gian bảo quản rau quả;
Trong chăn nuôi gia súc gia cầm, việc nâng cao khả năng miễn dịch và khả năng chống oxi hóa cho vật nuôi là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp giảm thiểu việc sử dụng thuốc kháng sinh mà còn góp phần giảm mùi hôi trong môi trường chăn nuôi.
- Làm thuốc phòng chống bệnh cho thủy sản;
- Khử trùng các nguồn nước, nâng cao chất lượng nước và hiệu quả nuôi trồng thủy sản;
- Xây dựng các hệ thống quan trắc trên cơ sở các bộ cảm biến cho phép quan trắc thời gian thực các chỉ số môi trường trên thực địa
Công nghệ nano đang được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc xử lý hạt giống với lượng hạt nano cực nhỏ, thường không quá vài miligam cho mỗi kg hạt giống Nhờ kích thước nhỏ và hoạt tính cao, các hạt nano có khả năng xâm nhập vào hạt giống, kích thích hooc môn và tăng cường hoạt động enzym, từ đó giúp cây phát triển và chống chịu stress tốt hơn Hơn nữa, với diện tích bề mặt lớn, hạt nano có thể hấp phụ các nguyên tố từ đất và vận chuyển dưỡng chất đến các bộ phận khác trong cây So với phân vi lượng truyền thống, hạt nano không phân ly trong nước và không mang điện tích, do đó dễ dàng xâm nhập vào tế bào mà không bị nhận diện như vật thể lạ Hạt nano cũng nhỏ hơn các kênh dẫn trên màng tế bào, giúp chúng tham gia vào quá trình tổng hợp enzym cần thiết cho trao đổi chất Nghiên cứu cho thấy việc xử lý hạt giống bằng nano-TiO2 và nano cacbon có thể tăng tốc độ nảy mầm và sự phát triển của cây trồng, trong khi nano SiO2 giúp cải thiện các đặc điểm nảy mầm.
Một số sản phẩm xử lý hạt giống nổi tiếng chứa nano như Albit, NANO-GRO, Regoplant, Fertigrain Start có thành phần kích thích sinh trưởng phong phú, bao gồm hỗn hợp axit amin, vitamin C, PP, B6, polyvitamin (E, B1, B2, B12, nicotinamid, pentotenol), cùng các loại đường như saccaroza, glucoza, fructoza Ngoài ra, sản phẩm còn chứa phân bón đa - vi lượng crystallon với tỷ lệ N 18,4%, P 5,4%, K 22,6%, Mg 3%, S 7%, Fe 0,07%, Mn 0,04%, B 0,025%, Cu 0,01%, Mo 0,004%, Zn 0,025%, chất HĐBM Tween 60, humat K và thuốc diệt nấm Tebu.
Sử dụng nano trong sản xuất thuốc bảo vệ thực vật và bảo quản quả tươi sau thu hoạch
Nhiều vật liệu nano như kẽm, đồng, bạc và titan cho thấy khả năng kháng nấm và vi khuẩn gây bệnh cho cây trồng Hạt nano oxit kẽm có hoạt tính kháng vi sinh vật cao, độc tính chọn lọc với vi khuẩn, an toàn cho người và động vật, hứa hẹn ứng dụng trong nông nghiệp và thực phẩm Ngô được xử lý bằng nano silicat cho thấy khả năng kháng Fusarium oxysporum và Aspergillus niger tốt hơn so với ngô không xử lý Việc sử dụng nano TiO2-Zn giúp giảm đáng kể ảnh hưởng của vi khuẩn Xanthomonas perforans trên cà chua CuNPs đã ngăn chặn sự phát triển của bệnh thối trên quả lựu do vi khuẩn Xanthomonas axonopodis gây ra, hiệu quả ở nồng độ thấp hơn nhiều so với CuCl2 Ngoài ra, các hạt nano đồng cũng có khả năng kháng một số nấm gây bệnh thực vật như Phoma destructiva, Curvularia lunata và Alternaria alternata.
CC No 6572)và Fusarium oxysporum (MTCC No 1755) (Kanhed et al., 2014)
Sử dụng nano trong sản xuất các chế phẩm xử lý nước và môi trường chăn nuôi, thủy sản
Công nghệ nano đang được ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước và nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là trong nuôi tôm nước biển, giúp cải thiện chất lượng nước, giảm tỷ lệ trao đổi nước, tăng tỷ lệ sống và sản lượng tôm (Wen et al., 2003) Việc áp dụng công nghệ nano không chỉ làm tăng pH nước mà còn cải thiện đáng kể chất lượng môi trường nuôi trồng (Liu et al., 2008b) Sử dụng các hạt nano bạc và titandioxide trong xử lý nước giúp loại bỏ mầm bệnh và các tác nhân gây hại cho thủy sản như vi khuẩn và virus, đồng thời làm sạch tạp chất trong nước (Huang et al., 2010) Trong trường hợp môi trường nuôi bị nhiễm bệnh, các hạt nano cho tác dụng nhanh chóng, giúp làm sạch môi trường và ngăn ngừa sự lây lan của dịch bệnh trong khu vực nuôi trồng (Rather et al., 2011).
Sử dụng nano trong sản xuất cảm biến sinh học (nanobiosensors) đang trở nên phổ biến, giúp quan trắc thời gian thực tình trạng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vi sinh vật có lợi và có hại, cũng như độ ẩm và pH của đất Những cảm biến này hỗ trợ cho việc phát triển các phương pháp canh tác chính xác và nền nông nghiệp bền vững, từ đó nâng cao chất lượng và sản lượng ngũ cốc.
Các bộ cảm biến nano sinh học, khi được phân bố trên cánh đồng và hỗ trợ bởi GPS, có khả năng theo dõi mức dinh dưỡng của đất trồng Đồng thời, mức độ ô nhiễm có thể được đánh giá nhanh chóng nhờ vào các bộ nano cảm biến bụi và khí.
Phương pháp kiểm soát hooc môn sinh trưởng như auxin thông qua công nghệ nano có thể hỗ trợ nông nghiệp trong việc hiểu rõ hơn về quá trình thích nghi của rễ cây ngũ cốc với điều kiện môi trường thay đổi, đặc biệt là ở những vùng đất khó khăn cho việc trồng trọt.
Hệ cảm biến nano sinh học với cấu trúc nano lai, bao gồm kim loại quý hiếm như Pd, Pt, Au, Ir, kết hợp với DNA và ống cacbon đơn tường (SWCNTs), đã được chế tạo qua phương pháp in phun trên bề mặt vi điện cực Sau đó, quá trình khử điện hóa ion kim loại về hóa trị không đã diễn ra, giúp các nano cảm biến này đạt được độ nhạy cao đối với nhiều loại khí như H2, H2S, CO và NH3.
NO x , phụ thuộc vào nguyên tố kim loại sử dụng (ví dụ Pd/DNA/SWCNTs được sử dụng cho H 2 S) (Su H.C et al., 2013)
Sử dụng nano trong sản xuất phân bón
Thực vật cần ánh sáng mặt trời, nước, CO2 và các yếu tố hóa học để phát triển Các nguyên tố hóa học này được cây hấp thụ qua rễ hoặc các bộ phận trên mặt đất Những chất này từ đất được gọi là chất dinh dưỡng khoáng, trong đó một số có dạng khí như NH3.
SO 2 , vv) đi vào lá qua khí khổng Carbon, hydro và oxy có nguồn gốc từ CO 2 và
H2O không được coi là chất dinh dưỡng khoáng Trong số 16 yếu tố cần thiết cho sự phát triển của thực vật, các chất cần thiết ở nồng độ thấp gọi là dinh dưỡng vi lượng (Fe, Cu, Zn, Mn, B, Mo, Ni, Na, Cl) và ở nồng độ cao gọi là dinh dưỡng đa lượng (N, P, K, Mg, Ca, S, Si) Sau khi vào tế bào thực vật, các chất dinh dưỡng khoáng cần được chuyển đến các vị trí khác nhau để hỗ trợ các triệu chứng thiếu hụt Phân bón đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng, tuy nhiên hiệu quả sử dụng của chúng chỉ đạt 30-35% đối với N, P và K do thất thoát môi trường và sự không khả dụng cho cây Việc sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu quá mức gây ảnh hưởng xấu đến cân bằng dinh dưỡng của đất và làm tăng nguy cơ ô nhiễm Theo ước tính, nhu cầu tiêu thụ phân bón toàn cầu sẽ đạt 192,8 triệu tấn vào năm 2016-2017 Công nghệ nano đã mở ra khả năng sử dụng phân bón thông minh, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng, giảm chi phí và ô nhiễm môi trường.
Phân bón nano có kích thước khoảng 40 nm và khả năng giữ các ion dinh dưỡng nhờ diện tích bề mặt lớn, giúp giải phóng từ từ và ổn định theo nhu cầu của cây trồng Chúng được tổng hợp bằng cách củng cố các chất dinh dưỡng đơn lẻ hoặc kết hợp lên chất hấp thụ nano, sử dụng cả phương pháp vật lý và hóa học Các chất dinh dưỡng mục tiêu bao gồm cation như NH4+, K+, Ca2+, Mg2+ và anion như NO3-, PO42-, SO42- Các thuộc tính của hạt nano như tỷ lệ diện tích bề mặt cao, độ hòa tan tốt, tính di động cao và độc tính thấp làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho nông nghiệp Việc nạp dinh dưỡng vào vật liệu nano thường được thực hiện qua nhiều phương pháp như hấp thụ, gắn kết với các hạt trung gian, đóng gói trong vỏ polyme nano, và tổng hợp các hạt nano như là chất dinh dưỡng.
Bảng 2.1 Một số so sánh giữa phân bón nano và phân bón thông thường
Tính chất Phân bón nano Phân bón thông thường Độ hòa tan và độ phân tán
Kích cỡ nano của khoáng chất vi lượng giúp cải thiện khả năng hòa tan và phân tán các chất dinh dưỡng không hòa tan trong đất, từ đó giảm sự hấp thu và lưu trữ trong đất, đồng thời tăng cường sinh khả dụng cho cây trồng Kích thước lớn và độ tan kém của các khoáng chất này thường làm giảm sinh khả dụng cho cây.
Hiệu quả hấp thụ dinh dưỡng
Tăng hiệu quả phân bón và tỷ lệ hấp thụ các chất dinh dưỡng của đất trong sản xuất cây trồng và tiết kiệm nguồn phân bón
Phần lớn tổng hợp không sẵn sàng cho rễ và giảm hiệu quả hấp thu
Khả năng kiểm soát sự giải phóng
Những ứng dụng ban đầu vật liệu nano trong nông nghiệp ở nước ta
Việt Nam đã bắt đầu tiếp cận công nghệ nano trong những năm gần đây, và đã có những bước tiến đáng kể trong lĩnh vực đầy thách thức này.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp hiện còn hạn chế, với số lượng công bố chưa nhiều Các nghiên cứu riêng lẻ chủ yếu mang tính tự phát và tập trung vào một số lĩnh vực như nuôi trồng thủy hải sản, nuôi cấy mô, thuốc bảo vệ thực vật và phân bón lá.
Ngo Quoc Buu và cộng sự (2014) đã thành công trong việc chế tạo các tinh thể nano sắt, đồng và coban với kích thước từ 20 - 60 nm thông qua phương pháp khử Các hạt nano này được ứng dụng để xử lý giống đậu tương DT51, cho tỷ lệ nảy mầm lần lượt là 65% với CuNPs, 80% với CoNPs và 80% với FeNPs, trong khi đối chứng chỉ đạt 55% Thí nghiệm ngoài đồng ruộng cho thấy, khi xử lý bằng nano với liều lượng 0,08g/ha, chỉ số chlorophyll tăng từ 7 - 15%, số lượng nốt sần tăng từ 20 - 49%, và năng suất tăng 16% so với nhóm đối chứng.
Nuôi cấy chồi hoa cúc trong môi trường invitro với sự bổ sung nano sắt đã mang lại kết quả khả quan Sau một tháng, môi trường có 15 mg/l nano sắt cho số lượng chồi cao nhất, trong khi sự kết hợp giữa 10 mg/l nano sắt và 35 mg/l Fe-EDTA giúp cây cúc phát triển tốt nhất, tạo ra nhiều rễ và rễ con.
Nghiên cứu của Phạm Đình Dũng và cộng sự (2017) cho thấy oligochitosan – nano silica có khả năng ức chế sự phát triển của nấm C gloeosporioides trên môi trường PDA với tỷ lệ ức chế từ 15,6% đến 67,2% ở nồng độ 20 đến 80 ppm Chế phẩm này cũng kích thích tăng hàm lượng chlorophyll trên cây ớt từ 27,0% đến 77,9% Đặc biệt, khi xử lý cây ớt bằng oligochitosan – nano silica ở nồng độ 60 ppm qua 3 lần phun, khả năng kháng bệnh thán thư tăng từ 37,8% đến 77,8% và chỉ số bệnh giảm từ 60,8% đến 86,3%.
Theo báo cáo của Sở Khoa học và Công nghệ TP Hồ Chí Minh, nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp đã đạt được một số kết quả đáng chú ý Vào tháng 6 năm 2013, Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano thuộc Đại học Quốc gia TP.HCM đã phối hợp với Cục Công tác phía Nam để triển khai các nghiên cứu này.
Bộ KHCN và Sở Nông nghiệp tỉnh Bạc Liêu đã tổ chức Hội thảo về "Ứng dụng công nghệ nano trong phòng ngừa bệnh tôm", giới thiệu sản phẩm dung dịch nano bạc nồng độ từ 200 – 100.000 ppm, kích thước hạt 5 nm, dùng để xử lý nước nuôi tôm và bảo quản thanh long Kết quả khảo nghiệm tại Trường Đại học Nông lâm Tp HCM cho thấy sau 53 ngày, tôm nuôi trong bể có sử dụng nano bạc đạt tỷ lệ sống 85%, trong khi bể đối chứng không còn tôm sống Viện Công nghệ Hóa học cũng đã phát triển dung dịch CuNPs bằng phương pháp khử oxalate Cu, CuCl2, CuSO4 với chất khử ethylene glycol và glycerin, cho kết quả khả quan trong việc chế tạo thuốc bảo vệ thực vật chống lại bệnh nấm trên cây cao su Đồng thời, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma-Co-60, có hiệu quả diệt nấm gây bệnh đạo ôn và bệnh lem lét hạt lúa.
Viện Khoa học Vật liệu đang triển khai đề tài nghiên cứu trong khuôn khổ Chương trình KHCN phát triển kinh tế, xã hội Tây Bắc, với mục tiêu ứng dụng và chuyển giao công nghệ xử lý hạt ngô giống bằng nano kim loại Đề tài này nhằm tăng năng suất thu hoạch cây ngô tại một số địa phương vùng Tây Bắc, thực hiện trong giai đoạn 2016-2018.
Dự án trọng điểm “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp” do Viện Công nghệ môi trường chủ trì, với sự tham gia của Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN và tám Viện, Trung tâm nghiên cứu thuộc Viện KHNNVN, được thực hiện từ năm 2015 đến 2018 Dự án tập trung vào việc ứng dụng công nghệ nano để cải thiện hiệu quả trong nông nghiệp.
1 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo các sản phẩm nano sử dụng trong nông nghiệp Viện Công nghệ môi trường và Viện Khoa học Vật liệu thực hiện chế tạo các vật liệu nano của các nguyên tố vi lượng và kim loại Fe, Zn,
Cu, Mn, B, Mo, Co, Se được sử dụng để sản xuất các sản phẩm xử lý hạt giống trước khi gieo, phân bón lá, phụ gia thức ăn chăn nuôi khoáng vi lượng nano, thuốc bảo vệ thực vật chống nấm cho cây trồng, thuốc thú y phòng bệnh chăn nuôi, và các hệ vật liệu mang thuốc ức chế sử dụng trong nuôi tôm.
2 Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm nano trong trồng trọt: xây dựng các quy trình xử lý hạt giống ngô và đậu tương ngay trước khi gieo trồng; quy trình sử dụng phân bón lá nano vi lượng cho cây cà phê, thanh long và hồ tiêu; chống các loại nấm có hại cho cây cam và soài trước và sau thu hoạch sử dụng các vật liệu nano do Viện Công nghệ môi trường chế tạo
3 Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm nano trong chăn nuôi lợn, bò và tôm Tạo được các quy trình sử dụng phụ gia thức ăn chăn nuôi khoáng nano vi lượng trong nuôi bò thịt, bò sữa, bê và heo để tăng năng suất và hiệu quả chăn nuôi; sử dụng kem bôi phòng chống viêm vú bò, thuốc chống sưng chân, viêm tử cung của bò sữa; sử dụng các hệ vật liệu mang thuốc kháng sinh có cấu trúc nano đa chức năng tự điều chế có tác dụng chữa trị bệnh cho tôm không độc hại, không gây dư lượng kháng sinh; phương pháp sử dụng vật liệu nanocomposite để làm sạch môi trường và phòng bệnh trong nuôi thủy sản
4 Nghiên cứu cơ chế tác động và đánh giá an toàn sinh học của các chế phẩm nano được nghiên cứu trong dự án Nội dung của phần này là nghiên cứu cơ chế tác động của một số chế phẩm nano kim loại đến tăng cường năng suất và sức khỏe của cây trồng, vật nuôi; đánh giá mức độ an toàn sử dụng của các chế phẩm nano kim loại đối với cây trồng, vật nuôi và môi trường đất; cung cấp các số liệu khoa học có tính thuyết phục nhằm thúc đẩy việc sử dụng hiệu quả và an toàn các hạt nano kim loại trong sản xuất nông nghiệp
Dự án “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp” đã tạo ra sự liên kết mạnh mẽ giữa Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam và Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam Dự án này không chỉ thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp mà còn thể hiện sự quan tâm của nhà nước đối với lĩnh vực công nghệ này, mở ra hướng phát triển mới cho nông nghiệp Việt Nam.
Giới thiệu về cải bó xôi
Cải bó xôi, hay còn gọi là rau bina, có tên khoa học là Spinacia oleracea, thuộc họ Dền (Amaranthaceae) Loài thực vật này có nguồn gốc từ Ba Tư cổ đại, hiện nay là Iran và các nước láng giềng Rau bina đã được du nhập vào Ấn Độ và sau đó lan rộng sang Trung Quốc cổ đại, nơi nó được gọi là "rau Ba Tư".
Cây rau bina, hay còn gọi là spinach, lần đầu tiên được ghi nhận trong văn bản tiếng Trung vào khoảng năm 647 sau Công nguyên, khi nó được đưa vào Trung Quốc qua Nepal (Boswell và Victor R, 1949).
Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010):
Giới (regnum) Plantae Lớp (class) Magnoliopsida
Họ (familia) Amaranthanceae Chi (genus) Spinacia
Cải bó xôi là loại rau rất tốt cho sức khỏe, không chỉ là thực phẩm mà còn có tác dụng như một vị thuốc Trong cải bó xôi chứa phutoecdy, một loại hóa chất steroid giúp tăng cường sản xuất protein tự nhiên lên tới 20% Rau cải bó xôi cung cấp nhiều vitamin và khoáng chất cần thiết, giúp ngăn ngừa bệnh thiếu hụt và duy trì chức năng sinh lý bình thường Các phytochemicals như carotenoid, flavonoid và hợp chất phenolic có trong rau có khả năng ngăn ngừa các vấn đề sức khỏe mãn tính và bệnh liên quan đến lão hóa Rau cũng rất giàu beta carotene và canxi, tốt cho xương và răng, cùng với sắt và phốt pho giúp bổ sung lượng máu cho cơ thể Đặc biệt, vitamin C và vitamin A tự nhiên trong cải bó xôi giúp giải độc tố, ngăn ngừa cảm cúm, tăng cường trao đổi chất và loại bỏ chứng táo bón Thông tin dinh dưỡng của cải bó xôi trong 100g rau được tham khảo từ USDA Food Composition Databases.
Protein 2,9g Vitamin A 9376 IU Đường 0,4 mg Vitamin B6 0,2 mg
Natri 79 mg https://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods
Giới thiệu về rau xà lách
Xà lách (Lactuca sativa) là một loại rau ăn lá mùa đông, có nguồn gốc từ tổ tiên tương tự như L serriola Bằng chứng từ các bức tranh khắc trên ngôi mộ cổ Ai Cập cho thấy cây đã được trồng từ khoảng 4500 năm trước công nguyên, có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc để lấy dầu.
Xà lách, một loại rau sống phổ biến, đã xuất hiện từ lâu trong nền văn minh La Mã và Hy Lạp cổ đại, sau đó phát triển rộng rãi qua các vùng Tây Âu và tiếp tục lan tỏa đến nhiều địa phương khác.
Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010):
2.4.3 Giá trị dinh dưỡng của xà lách
Xà lách là loại rau sống quan trọng và phổ biến ở các nước ôn đới, hiện nay cũng được ưa chuộng tại vùng nhiệt đới Với giá trị dinh dưỡng cao, xà lách cung cấp chất tươi và chất sơ, giúp cân bằng lượng đạm và mỡ từ thực phẩm nấu chín Là nguồn cung cấp vitamin chính trong bữa ăn, xà lách chứa nhiều vitamin A, C, cùng các khoáng chất như kali, canxi, và sắt, có tác dụng hỗ trợ chữa trị một số bệnh Theo Viện Nghiên cứu Ung thư Mỹ, thực phẩm giàu vitamin A và C như xà lách có khả năng ngăn chặn một số loại ung thư.
Giá trị dinh dưỡng (g) Trong
Protein 1,35g Vitamin C 3,7 mg Đường 0,94 mg Vitamin A 166 μg
Nguồn: https://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/3000
2.4.4 Đặc điểm thực vật học của cây xà lách
Xà lách có bộ rễ cọc phát triển mạnh, giúp cây bám chắc vào đất và hút nước cùng dinh dưỡng Rễ cọc còn có nhiều rễ phụ hỗ trợ việc bám đất, cung cấp nước và khoáng chất cho cây Nhìn chung, xà lách sở hữu hệ thống rễ khỏe mạnh và phát triển nhanh chóng.
Thân cây xà lách thuộc loại thân thảo, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối bộ rễ và lá, giúp vận chuyển chất khoáng từ rễ và chất hữu cơ từ lá nuôi cây Thân cây xà lách có đặc điểm giòn, với dịch trắng sữa trên bề mặt Trong giai đoạn đầu, sự phát triển của thân diễn ra chậm, nhưng sau khi cây đạt tối đa về sinh khối, thân sẽ tăng trưởng nhanh chóng và bắt đầu ra hoa.
Lá cây có số lượng lớn, sắp xếp theo hình xoắn ốc trên thân, với màu sắc biến đổi từ xanh đậm ở lá ngoài đến xanh nhạt và trắng ngà ở lá trong Các lá phía trong mềm mại và có chất lượng cao, trong khi bề mặt lá không phẳng mà lồi lõm, gấp khúc do đặc tính di truyền Chức năng chính của lá là tổng hợp chất hữu cơ để nuôi dưỡng cây.
Hoa có dạng chùm bầu, tập hợp nhiều hoa nhỏ gắn chặt với nhau trên một đế hoa, mỗi hoa có 5 đài hoa, 4 nhị và 2 lá noãn Đặc biệt, hoa này có độ tự thụ cao, với hạt phấn có khả năng thụ phấn rất tốt.
- Quả và hạt: loại quả bế đặc trưng Hạt không có nội nhũ, hạt hơi dài và dẹt, có màu nâu vàng.
Phương pháp thủy canh
Thủy canh là phương pháp trồng cây không cần đất, trong đó cây nhận dinh dưỡng qua dung dịch Trong những năm gần đây, kỹ thuật này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên toàn cầu.
Kỹ thuật thủy canh đã tồn tại từ lâu, nhưng khoa học hiện đại về thủy canh bắt đầu phát triển vào năm 1936 khi tiến sĩ W.E Gericke tại trường đại học California công bố những thử nghiệm của mình Ông đã trồng nhiều loại cây, bao gồm cả cà chua, trong nước và đạt chiều cao 7,5 m sau 12 tháng Gericke cũng đã công bố khả năng thương mại của ngành thủy canh, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực này.
“hydroponics” trong tiếng Hy Lạp là nước và “ponics” có nghĩa là lao động Vì vậy thủy canh hiểu theo nghĩa đen là làm việc với nước
Theo tài liệu chữ tượng hình của người Ai Cập, việc trồng cây trong nước đã được ghi chép từ hàng trăm năm trước Công nguyên Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng vườn treo Babilon, vườn nổi Kashmir và các khu vực của người Aztec ở Mexico cũng có hình thức trồng cây trên bè trong các hồ cạn Hiện nay, nhiều bè trồng cây vẫn được phát hiện gần thành phố Mexico Vào năm 1699, John Woodward đã tiến hành trồng cây trong nước với các loại đất khác nhau Đến những năm 1860, Sachs & Knop ở Đức đã phát triển các dung dịch nuôi cây, và vào những năm 1930, TS.W.F.Gericke tại California đã phổ biến rộng rãi phương pháp thủy canh.
Mỹ Những nông trại thủy canh di động đã cung cấp thực phẩm rau tươi cho lính
Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương
Theo FAO (1992), trong thủy canh hay trồng cây không đất có các hệ thống trồng chủ yếu sau:
Hệ thống thủy canh tĩnh là phương pháp trồng cây mà rễ cây được ngâm liên tục trong dung dịch dinh dưỡng, giúp cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết mà không cần phải di chuyển dung dịch trong suốt quá trình trồng.
Hệ thống thủy canh động trong trồng cây giúp dung dịch dinh dưỡng lưu thông, đảm bảo cây trồng không thiếu ôxy, mặc dù chi phí đầu tư cao hơn Các hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý thủy triều, sục khí và tưới nhỏ giọt, mang lại hiệu quả cao trong việc nuôi dưỡng cây trồng.
Hệ thống khí canh là một phương pháp trồng cây trong đó rễ cây được đặt trong môi trường bão hòa, nhận được các giọt dinh dưỡng liên tục hoặc theo từng đợt dưới dạng sương mù hoặc phun, như định nghĩa của Jonh Hason (1980).
Phương pháp thủy canh mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng điều chỉnh dinh dưỡng cho cây trồng theo từng giai đoạn phát triển, giúp cây hấp thụ các chất cần thiết một cách hiệu quả Phương pháp này cũng giảm thiểu công lao động bởi không cần làm đất, xới xáo hay dọn dẹp cỏ dại, đồng thời không cần tưới nước thường xuyên, dễ dàng trong việc thanh trùng và kiểm soát dịch bệnh Ngoài ra, thủy canh cho phép chủ động về thời vụ và kế hoạch sản xuất, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng nhờ vào việc kiểm soát tốt các chất dinh dưỡng mà cây hấp thụ.
Lê Đình Lương (1995) cho rằng năng suất cây trồng trong dung dịch có thể cao hơn từ 25-50% so với cây trồng ở đất nhờ khả năng trồng liên tục Kỹ thuật khí canh có thể được áp dụng để sản xuất cây giống sạch bệnh trong các nhà kính và nhà lưới hiện đại, từ đó thúc đẩy nông nghiệp phát triển theo hướng công nghệ cao Tuy nhiên, thủy canh vẫn còn một số vấn đề cần lưu ý.
Chỉ trồng các loại cây rau, quả ngắn ngày
Giá thành sản xuất thủy canh hiện vẫn cao, yêu cầu trình độ chuyên môn kỹ thuật cao để đạt hiệu quả Điều này tạo ra rào cản cho việc mở rộng ứng dụng phương pháp thủy canh trên diện rộng.
Trong quá trình hấp thu dinh dưỡng, pH trong dịch thủy canh sẽ thay đổi, do đó cần điều chỉnh pH từ 2-3 lần mỗi tuần Giá trị pH lý tưởng cho thủy canh là từ 5,8 đến 6,5; nếu pH lệch khỏi khoảng này, sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây.
Khi cây hấp thu chất dinh dưỡng và nước, độ dẫn điện (EC) của dung dịch thay đổi, phản ánh độ đậm đặc của chất dinh dưỡng Giá trị EC lý tưởng nằm trong khoảng 1,5-2,5 dS/m; giá trị cao có thể ngăn cản sự hấp thu dinh dưỡng do áp suất thẩm thấu thấp, trong khi giá trị thấp lại ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và năng suất cây trồng Nguồn nước sử dụng cần đảm bảo tiêu chuẩn, với độ mặn dưới 2.500 ppm để phù hợp cho trồng rau thủy canh (Midmore D.J et al., 1995) Bên cạnh đó, sự thay đổi đột ngột của các yếu tố môi trường và việc cung cấp dinh dưỡng, tưới nước không đúng cách cũng có thể gây ra rối loạn sinh lý cho cây.
Bệnh cây có thể lan truyền nhanh chóng trong hệ thống thủy canh, do mầm bệnh luôn tồn tại trong không khí và có thể lây lan toàn bộ hệ thống chỉ trong thời gian ngắn (Midmore D.J, 1993) Để ngăn ngừa, nguồn nước cần được khử trùng trước khi sử dụng Hơn nữa, độ ẩm cao và nhiệt độ ổn định trong hệ thống tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của bệnh, rêu và tảo Cây trồng trong thủy canh thường tiếp xúc với ánh sáng tán xạ, dẫn đến mô cơ giới phát triển kém, cây trở nên mềm yếu và dễ bị tổn thương, từ đó tạo điều kiện cho vi sinh vật xâm nhập (Nguyễn Khắc Thái Sơn, 1996).
Nội dung phương pháp
Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
- Cây trồng: xà lách (Oakleaf green) và cải bó xôi chịu nhiệt từ công ty TNHH Phú Điền
Dung dịch thủy canh SH1 được cung cấp bởi Viện Sinh học Nông nghiệp, kết hợp với chế phẩm nano bạc (AgNPs) và nano đồng (CuNPs) từ bộ môn Sinh học, khoa Công nghệ Sinh học, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, tạo nên một giải pháp hiệu quả trong nông nghiệp.
Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Thời gian: Từ tháng 1/2017 đến 10/2017.
Nội dung nghiên cứu
1 Ảnh hưởng của chế phẩm AgNPs, CuNPs đối với sự nảy mầm của hạt xà lách, hạt cải bó xôi
2 Ảnh hưởng của chế phẩm AgNPs, CuNPs tới sinh trưởng phát triển xà lách, cải bó xôi trong trồng thủy canh
3 Ảnh hưởng của chế phẩm AgNPs, CuNPs tới chất lượng xà lách, cải bó xôi trong trồng thủy canh.
Bố trí thí nghiệm
3.4.1 Thí nghiệm 1 Đánh giá tác động của AgNPs, CuNPs đến khả năng nảy mầm của hạt giống xà lách và hạt cải bó xôi
Hạt giống xà lách và cải được ngâm và xử lý bằng chế phẩm nano với các nồng độ khác nhau, theo phương pháp của Bowers et al (1997) Cụ thể, đối với AgNPs, nồng độ dung dịch xử lý hạt lần lượt là 2ppm, 4ppm, 6ppm và 8ppm Trong khi đó, đối với CuNPs, nồng độ dung dịch được sử dụng là 0,2ppm, 0,4ppm, 0,6ppm và 0,8ppm.
Hai mươi hạt được đặt vào mỗi đĩa petri (100 mm x 15 mm) kèm theo giấy lọc Các đĩa sau đó được bọc kín và để ở nhiệt độ phòng trong 5 ngày Mỗi công thức được lặp lại 3 lần.
Để xác định sự nảy mầm, cần dựa vào số lượng hạt trong đĩa Hạt giống được xem là nảy mầm khi mầm dài ít nhất 2 mm Sau 5 ngày, các hạt nảy mầm sẽ được đo các chỉ tiêu cần thiết.
+ Tỷ lệ nảy mầm (%) = ố ạ ả ầ % ổ ố ạ à đĩ
+ Chiều dài chồi và rễ được đo bằng thước nhựa dẻo (cm)
3.4.2 Thí nghiệm 2 Đánh giá sự ảnh hưởng của AgNPs, CuNPs đến các cây trồng thủy canh
Gieo hạt vào khay chứa mùn hữu cơ, sau đó chọn những cây có kích thước đồng đều khi chúng xuất hiện lá thật để chuyển sang môi trường thủy canh Hệ thống thủy canh tĩnh sử dụng thùng xốp kích thước 605x455x180mm, với mật độ trồng là 4 cây xà lách và 12 cây cải bó xôi mỗi thùng Để tối ưu hóa sự phát triển, bổ sung chế phẩm nano vào dung dịch thủy canh theo công thức đã được xác định.
3.4.2.1 Các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của xà lách và cải bó xôi
Các chỉ tiêu đánh giá 7 ngày đo/lần
- Số lá/cây (lá): Đếm 7 ngày 1 lần Số lá/cây được tính bằng số liệu trung bình của các cây theo dõi
Chiều cao cây được đo 7 ngày một lần bằng thước nhựa, từ gốc cây đến lá cao nhất Số liệu chiều cao cây được tính bằng trung bình của các cây theo dõi.
Diện tích lá trên mỗi cây (m² lá/m² trồng) có thể được xác định bằng phương pháp cân nhanh Cụ thể, bạn cần cắt tất cả các lá trên một cây, sau đó cắt các lá liền nhau trên một ô có diện tích 1 dm² Tiếp theo, cân khối lượng của 1 dm² lá (P1) và sau đó cân toàn bộ khối lượng lá trên cây (P2) Chỉ số diện tích lá (LAI) được tính dựa trên các số liệu này.
Trong đó: LAI (Leaf Area Index) - chỉ số diện tích lá (m 2 lá/ m 2 trồng)
P1: Khối lượng 1 dm 2 lá P2: Khối lượng toàn bộ lá/cây (g)
- Chỉ số SPAD – hàm lượng diệp lục tổng số- đo bằng máy SPAD 502 Plus Chlorophyll Meter: đo ở 3 tầng lá khác nhau và lấy trung bình
- Khối lượng tươi của cây (gam): Cân các cây theo dõi khi thu hoạch Khối lượng cây được tính bằng số liệu trung bình của các cây theo dõi
- Năng suất thực thu (NSTT) (kg/m²): Cân khối lượng phần ăn được thực tế của ô thí nghiệm khi thu hoạch, rồi quy đổi ra m²
3.4.2.2 Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về chất lượng a Xác định hàm lượng vitamin C theo phương pháp chuẩn độ iod (Trần Thị Yến và cs., 2004)
+ Nguyên tắc: phương pháp xác định hàm lượng vitamin C trong thực phẩm là sử dụng phương pháp khử oxy hóa
Iốt tương đối không tan trong nước, nhưng điều này có thể cải thiện bằng cách pha trộn iốt với iođua và hình thành triiođua:
I2 + I- < > I3- Triiođua oxy hóa vitamin C tạo acid dehydroascorbic:
Vitamin C có khả năng chuyển triiođua thành ion iođua nhanh chóng trong dung dịch Khi vitamin C bị oxy hóa hoàn toàn, iốt và triiođua sẽ xuất hiện trong dung dịch và phản ứng với tinh bột, tạo ra hỗn hợp màu xanh đen Màu xanh đen này đánh dấu điểm dừng cho phản ứng chuẩn độ.
+ Hóa chất: Dung dịch iod KI 0,001N, hồ tinh bột 1%, dung dịch HCl 1% + Dụng cụ: Các dụng cụ thông thường trong phòng thí nghiệm
Chuẩn bị mẫu bằng cách cắt nhỏ 10g nguyên liệu bằng dao không rỉ và cho vào cối sứ Thêm 10ml HCl 1% vào cối, nghiền nhỏ và chắt nước chiết sang becher 50ml Lặp lại quy trình này ba lần nữa với 10ml HCl 1% mỗi lần Sau đó, dùng 10ml HCl 1% để rửa cối chày sứ Cuối cùng, chuyển toàn bộ dịch chiết và nước rửa vào bình định mức 100ml và thêm nước cất đến vạch mức.
Để định lượng vitamin C, sử dụng phương pháp chuẩn độ Iod: lấy 10ml dịch chiết cho vào bình Erlen, thêm 1 giọt hồ tinh bột 1% và lắc nhẹ Tiến hành chuẩn độ bằng Iod cho đến khi xuất hiện màu xanh lam nhạt Lặp lại quy trình này 3 lần và tính trị số trung bình.
+ Kết quả: Hàm lượng vitamin C (mg) có trong nguyên liệu: x = ( ) ,
Trong đó: x hàm lượng vitamin C (mg/100g mẫu) a: số I 2 /KI 0,001N dùng định phân dịch chiết b: số I 2 /KI 0,001N dùng định phân mẫu kiểm chứng
100: thể tích bình định mức m: lượng mẫu thí nghiệm
0,088 số mg vitamin C ứng với 1 ml dung dịch KI 0,001N b Xác định hàm lượng chất xơ theo phương pháp thủy phân bằng kiềm và acid (SFRI, 1983)
Nguyên tắc xử lý mẫu bao gồm việc nghiền nhỏ mẫu, sau đó lần lượt xử lý bằng dung dịch axit sulfuric và dung dịch natrihydroxit đun sôi Cặn được tách ra thông qua quá trình lọc, rửa, sấy khô và cân, trước khi tiến hành hoá tro Hàm lượng xơ thô được xác định bằng sự hao hụt khối lượng sau khi hoá tro.
+ Hóa chất: H 2 SO 4 1,25%, KOH 2,5%, Cồn ethanol 96%, ete petrol + Tiến hành:
Cân 1,5 – 2,0 g mẫu khô đã nghiền nhỏ và xác định hàm lượng chất khô (w) bằng cách đo độ ẩm và hao hụt khối lượng ở 103 °C theo tiêu chuẩn ISO 1573 Sau đó, cho mẫu vào cốc dung tích 450-500 ml có vạch chia 200 ml.
Để tiến hành thí nghiệm, rót 200 ml dung dịch H2SO4 1,25% vào cốc và đun nóng ở nhiệt độ 70-80 độ C, khuấy đều bằng đũa thủy tinh và đậy cốc bằng bình ngưng lạnh Đặt cốc lên bếp và đun sôi nhanh trong 2 phút, sau đó duy trì sôi nhẹ trong 30 phút, đảm bảo mực nước luôn ở mức 200 ml, nếu cạn cần bổ sung thêm nước.
Sau khi thực hiện thủy phân bằng acid, cần lắng và lọc dịch còn nóng qua phễu Dorangdi cùng với giấy lọc Sử dụng bình tia để rửa cặn bám trên giấy lọc bằng nước cất, sau đó thêm nước cất nóng cho đến khi đạt vạch định mức Tiếp tục hút rửa cho đến khi nước lọc đạt độ trung tính khi thử bằng giấy quỳ.
Cho 10 ml KOH 2,5% vào cốc, sau đó thêm nước cất nóng đến vạch 200 ml và lắp bình ngưng lạnh Đun sôi hỗn hợp trong 30 phút khi bắt đầu sôi Sau đó, hút lọc và rửa cặn như hướng dẫn Chuyển toàn bộ dung dịch và cặn từ cốc sang chén lọc sứ đã lót khoảng 2 g amina khô và xác định khối lượng Cuối cùng, dùng nước cất nóng để rửa sạch mẫu trong chén lọc.
Để rửa mẫu, sử dụng 15 ml ethanol 96% và 15 ml ete Sau đó, sấy chén lọc cùng mẫu ở nhiệt độ 105 °C, để nguội trong bình hút ẩm và cân chính xác khối lượng Cuối cùng, nung chén lọc cùng mẫu ở nhiệt độ 550 °C ±.
25 o C trong 2 giờ để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng
+ Hàm lượng xơ thô tính bằng công thức sau: