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 vào năm 1959 bởi nhà vật lý Richard Feynman, người đã đề cập đến việc sử dụng robot nhỏ ở kích thước phân tử để tạo ra sản phẩm quy mô lớn Năm 1986, K Eric Drexler chính thức đặt tên cho công nghệ này, xác định nó liên quan đến vật liệu và hệ thống ở quy mô 100 nanomet (nm) hoặc thấp hơn Ở kích thước nano, các đặc tính vật lý, sinh học và hóa học của vật liệu có sự khác biệt đáng kể, điều này rất quan trọng trong việc phát triển các chất diệt khuẩn và các ứng dụng khác Công nghệ nano hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử, y dược, và nông nghiệp, với tiềm năng thiết kế các công cụ mới cho nền nông nghiệp bền vững Các ứng dụng của công nghệ nano trong nông nghiệp bao gồm việc cải thiện tính chất của đất, tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng và bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh.
- 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 thông qua việc phát triển các phương pháp vận chuyển chính xác cho dưỡng chất và thuốc là một giải pháp quan trọng.
- 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 bằng các hạt nano có khối lượng rất nhỏ, thường không quá vài miligam cho mỗi kg hạt giống Nhờ kích thước nhỏ và hoạt tính phản ứng cao, hạt nano có khả năng thâm nhập vào hạt giống, kích thích các quá trình sinh lý và tăng cường hoạt động enzym, từ đó cải thiện khả năng chống chịu stress của cây Hơn nữa, với diện tích bề mặt lớn, hạt nano có thể hấp phụ và vận chuyển các dưỡng chất cần thiết vào bên trong cây So với các chế phẩm hóa nông truyền thống, hạt nano không phân ly trong nước và không có điện tích, giúp chúng dễ dàng xâm nhập vào tế bào mà không bị nhận diện là vật thể lạ Việc xử lý hạt giống bằng nano-TiO2 và nano cacbon đã chứng minh hiệu quả trong việc tăng tốc độ nảy mầm và phát triển rễ, trong khi nano SiO2 còn giúp cải thiện các đặc điểm nảy mầm của hạt giống.
Các sản phẩm xử lý hạt giống nổi tiếng như Albit, NANO-GRO, Regoplant, Fertigrain Start chứa nano và nhiều 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), các loại đường như saccaroza, glucoza, fructoza, cùng với phân bón đa - vi lượng crystallon với thành phần 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, titan và silicat 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 nhưng không độc với tế bào người và động vật, hứa hẹn ứng dụng trong nông nghiệp và thực phẩm Ngô được xử lý với nano silicat cho thấy khả năng kháng Fusarium oxysporum và Aspergillus niger tốt hơn so với ngô không xử lý Sử dụng nano TiO2-Zn đã giảm đáng kể ảnh hưởng của vi khuẩn Xanthomonas perforans gây bệnh trên cà chua CuNPs đã ngăn chặn sự phát triển của bệnh thối trên quả lựu do vi khuẩn Xanthomonas axonopodis pv Punicae gây ra, ở nồng độ thấp hơn nhiều so với CuCl2 Ngoài ra, các hạt nano đồng cũng cho thấy 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 áp dụng rộng rãi trong xử lý nước và nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là trong nuôi tôm nước biển, nhờ khả năng cải thiện chất lượng nước, giảm tỷ lệ trao đổi nước và tăng tỷ lệ sống cũng như sản lượng tôm (Wen et al., 2003) Việc sử dụng hạt nano bạc và titanium dioxide trong môi trường nuôi trồng thủy sản giúp loại bỏ mầm bệnh và các tạp chất gây hại cho thủy sản, đồng thời cải thiện đáng kể pH và chất lượng nước (Huang et al., 2010) Hơn nữa, khi môi trường nuôi thủy sản bị nhiễm bệnh, hạt nano có khả năng xử lý nhanh chóng và hiệu quả, ngăn ngừa sự lây lan của dịch bệnh trong khu vực nuôi trồng (Rather et al., 2011) Công nghệ nano hứa hẹn sẽ mang lại triển vọng lớn cho ngành nuôi trồng thủy sản (Liu et al., 2008b).
Sử dụng nano trong sản xuất cảm biến sinh học (nanobiosensors) đang trở nên phổ biến, cho phép quan trắc thời gian thực các yếu tố như phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vi sinh vật có lợi và gây bệnh, độ ẩm và độ pH của đất Công nghệ này hỗ trợ phát triển các phương pháp canh tác chính xác và 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 đồng đều trên cánh đồng và kết hợp với công nghệ GPS, có khả năng theo dõi mức độ dinh dưỡng của đất trồng hiệu quả (Jones PBC, 2006) Đồng thời, mức độ ô nhiễm môi trường có thể được đánh giá nhanh chóng thông qua các bộ nano cảm biến bụi và khí (Mousavi SR và Rezaei M).
Phương pháp kiểm soát hooc môn sinh trưởng như auxin thông qua công nghệ nano giúp nông dân hiểu rõ hơn về quá trình thích nghi của rễ cây ngũ cốc với điều kiện môi trường thay đổi trong đất, đặc biệt là ở những vùng đất khó khăn cho việc trồng trọt.
Hệ cảm biến nano sinh học được phát triển từ 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) Các cảm biến này được chế tạo thông qua phương pháp in phun trên bề mặt vi điện cực và sau đó khử điện hóa ion kim loại về hóa trị không Đặc biệt, loại nano cảm biến này thể hiện 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 từ rễ hoặc các bộ phận trên mặt đất Những chất này được gọi là chất dinh dưỡng khoáng, trong đó một số chất dinh dưỡng có thể tồn tại ở 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 khi 16 yếu tố cần thiết cho sự phát triển của thực vật được chia thành dinh dưỡng vi lượng (Fe, Cu, Zn, Mn, B, Mo, Ni, Na, Cl) và 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 quá trình trao đổi chất Phân bón đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng, nhưng hiệu quả sử dụng của phân bón thông thường chỉ đạt 30-35% đối với N, P và K do sự mất mát trong môi trường và khả năng cây trồng không sử dụng được Việc sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu nhiều lần có thể làm mất cân bằng dinh dưỡng của đất Theo Hiệp hội Công nghiệp phân bón Quốc tế, tiêu thụ phân bón toàn cầu đã tăng 5-6% trong các năm 2009-2011, với dự báo đạt 192,8 Mt vào năm 2016-2017 Sử dụng quá mức phân bón và thuốc trừ sâu có thể làm tăng khả năng gây bệnh và kháng sâu bệnh, đồng thời phá hủy môi trường sống Do đó, cần tối ưu hóa việc sử dụng phân bón hóa học để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cây trồng và giảm ô nhiễm môi trường Công nghệ nano đã mở ra khả năng sử dụng hạt nano như một loại 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 cao, 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 trên chất hấp thụ nano Các phương pháp sản xuất vật liệu nano bao gồm cả kỹ thuật vật lý (từ trên xuống dưới) và hóa học (từ dưới lên), nhắm đến các chất dinh dưỡng như cation (NH4+, K+, Ca2+, Mg2+) và anion (NO3-, PO42-, SO42-) Những đặc tính của hạt nano như tỷ lệ diện tích bề mặt cao, độ hòa tan tốt và tính di động cao là nhờ kích thước nhỏ và độc tính thấp Việc nạp dinh dưỡng vào vật liệu nano thường được thực hiện thông qua các phương pháp như hấp thụ, gắn kết với các hạt nano trung gian, đóng gói trong vỏ polyme nano, bẫy hạt nano polyme, và tổng hợp hạt nano như 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 hấp thu và lưu trữ trong đất, đồng thời tăng cường sinh khả dụng cho cây trồng Điều này rất quan trọng vì các chất dinh dưỡng có kích thước lớn thường khó tan và ít 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
Tại Việt Nam, công nghệ nano đã chỉ mới được tiếp cận trong những năm gần đây, nhưng đã có những bước tiến đáng kể trong lĩnh vực đầy thách thức này.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp vẫn còn hạn chế với số lượng công bố ít ỏi Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu mang tính tự phát và tập trung vào các lĩnh vực như nuôi trồng thủy hải sản, nuôi cấy mô, thuốc bảo vệ thực vật và phân bón lá.
Ngô Quốc Bửu và cộng sự (2014) đã thành công trong việc chế tạo tinh thể nano sắt, đồng, coban với kích thước từ 20 - 60 nm thông qua phương pháp khử Các hạt nano này được áp dụng để xử lý giống đậu tương DT51, cho tỷ lệ nảy mầm lần lượt là 65%, 80% và 80% đối với CuNPs, CoNPs, FeNPs, trong khi đối chứng chỉ đạt 55% Trong thí nghiệm ngoài đồng ruộng, việc xử lý bằng nano với liều lượng 0,08g/ha đã cho thấy sự gia tăng chỉ số chlorophyll từ 7 - 15%, số lượng nốt sần tăng từ 20 - 49%, và năng suất tăng 16% so với đối chứng.
Nuôi cấy chồi hoa cúc trong môi trường in vitro kết hợp với nano sắt cho thấy kết quả khả quan Sau một tháng, môi trường bổ sung 15 mg/l nano sắt mang lại số lượng chồi cao nhất, trong khi nồng độ 10 mg/l nano sắt và 35 mg/l Fe-EDTA tạo điều kiện tốt nhất cho sự sinh trưởng của cây cúc, giúp cây phát triển nhiều rễ và rễ con.
Theo nghiên cứu của Phạm Đình Dũng và cộng sự (2017), oligochitosan – nano silica đã cho thấy hiệu quả 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 từ 20 đến 80 ppm Chế phẩm này cũng kích thích gia 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 với 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 có những kết quả đáng chú ý Vào tháng 6 năm 2013, Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano (LNT) thuộc Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh đã hợp tác với Cục Công tác phía Nam để tiến hành 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 với nồng độ từ 200 – 100.000 ppm, kích thước hạt 5 nm, dùng để xử lý nước ao nuôi tôm và bảo quản thanh long Kết quả thử nghiệm tại Trường Đại học Nông lâm Tp HCM cho thấy sau 53 ngày nuôi tôm thẻ chân trắng với nano bạc, tỷ lệ sống đạt 85%, trong khi bể đối chứng không còn tôm sống Viện Công nghệ Hóa học đã chế tạo dung dịch CuNPs bằng phương pháp khử oxalate Cu, CuCl2, CuSO4, sử dụng ethylene glycol và hỗ trợ vi sóng, cho thấy hiệu quả trong việc sản xuất thuốc bảo vệ thực vật chống nấm bệnh trên cây cao su Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng cũng nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma-Co-60, có tác dụng diệt nấm gây bệnh đạo ôn trên lúa và bệnh lem lét hạt lúa.
Viện Khoa học Vật liệu đang thực hiện đề tài trong khuôn khổ Chương trình KHCN phát triển kinh tế, xã hội Tây Bắc, nghiên cứu ứng dụng và chuyển giao công nghệ xử lý hạt ngô giống bằng các nano kim loại Mục tiêu của đề tài là tăng năng suất thu hoạch cây ngô tại một số địa phương vùng Tây Bắc trong thời gian từ 2016 đến 2018.
Dự án "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp" là một trong những dự án trọng điểm của Viện Hàn lâm KHCNVN, do Viện Công nghệ môi trường chủ trì Dự án này được thực hiện từ năm 2015 đến 2018 với sự tham gia của Viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN cùng tám Viện và Trung tâm nghiên cứu thuộc Viện KHNNVN, tập trung vào việc ứng dụng công nghệ nano nhằm nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực 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 như chế phẩm xử lý hạt giống trước khi gieo, phân bón lá, phụ gia thức ăn chăn nuôi chứa khoáng vi lượng nano, thuốc bảo vệ thực vật chống nấm cho cây trồng, thuốc thú y phòng bệnh trong chăn nuôi, và các hệ vật liệu mang thuốc ức chế dùng 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, mở ra cơ hội phát triển mới cho ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp Dự án này không chỉ phản ánh sự quan tâm của nhà nước đối với công nghệ nano mà còn thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp tại 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 lân cận Rau bina đã được du nhập vào Ấn Độ và sau đó vào Trung Quốc cổ đại, nơi nó được gọi là "rau Ba Tư".
Cây rau bina, hay còn gọi là spinach, được ghi nhận lần đầu tiên trong lịch sử vào khoảng năm 647 sau Công nguyên, khi nó được đưa vào Trung Quốc từ Nepal.
Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010):
Giới (regnum) Plantae Lớp (class) Magnoliopsida
Họ (familia) Amaranthanceae Chi (genus) Spinacia
Cải bó xôi là một loại rau bổ dưỡng, không chỉ tốt cho sức khỏe mà còn có tác dụng như một vị thuốc Chứa phutoecdy, một loại steroid tự nhiên, cải bó xôi có khả năng thúc đẩy sản xuất protein tự nhiên trong cơ thể 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 trong rau có thể phòng ngừa các vấn đề sức khỏe mãn tính và bệnh liên quan đến lão hóa Ngoài ra, cải bó xôi rất giàu beta carotene và canxi, có lợi cho xương và răng, cũng như cung cấp sắt và phốt pho hỗ trợ bổ sung lượng máu Đặc biệt, vitamin C và vitamin A tự nhiên trong rau giúp giải độc, ngăn ngừa cảm cúm, tăng cường trao đổi chất và giảm triệu chứng táo bón Theo cơ sở dữ liệu thành phần thực phẩm USDA, cải bó xôi là một nguồn dinh dưỡng phong phú.
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 như một loại thức ăn gia súc hoặc để lấy dầu.
Xà lách, một loại rau xanh phổ biến, đã được trồng và sử dụng từ thời kỳ cổ đại, đặc biệt trong nền văn minh La Mã và Hy Lạp Sau đó, loại rau này đã lan rộng ra Tây Âu và tiếp tục phát triển đến nhiều khu vực khác trên thế giới.
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 đóng vai trò lớn trong hỗn hợp rau ở vùng nhiệt đới Nó cung cấp chất tươi và chất xơ, giúp cân bằng lượng đạm và mỡ từ thịt cá trong bữa ăn Khác với thực phẩm nấu chín, xà lách luôn được tiêu thụ tươi sống, là nguồn cung cấp vitamin chính trong bữa ăn Xà lách giàu vitamin A, C và khoáng chất như kali, canxi, sắt, có khả năng hỗ trợ chữa bệnh Theo viện nghiên cứu ung thư ở Mỹ, thực phẩm giàu vitamin A, C như xà lách có thể ngăn chặn một số dạng ung thư, theo dữ liệu dinh dưỡng USDA.
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 sở hữu bộ rễ cọc phát triển mạnh, giúp cây bám chắc vào đất và thực hiện chức năng hút nước cùng dinh dưỡng Ngoài rễ cọc, còn có nhiều rễ phụ hỗ trợ cây trong việc giữ vững và hấp thụ khoáng chất Tổng quan, bộ rễ của xà lách rất khỏe 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 lên và chất hữu cơ từ lá xuống Thân cây có đặc điểm giòn và chứa dịch trắng sữa Ban đầu, sự phát triển của thân diễn ra chậm, nhưng khi cây đạt đến đỉnh sinh khối, thân sẽ phát triển nhanh chóng và bắt đầu ra hoa.
Lá cây có số lượng lớn, được sắp xếp theo hình xoắn ốc trên thân Lá bên ngoài có màu xanh đến xanh đậm, trong khi lá bên trong có màu xanh nhạt đến trắng ngà và mềm mại, chất lượng cao 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 nuôi dưỡng cây.
Hoa có hình dạng chùm bầu, tập hợp nhiều bông hoa nhỏ chặt chẽ trên một đế hoa Mỗi hoa gồm 5 đài hoa, 4 nhị và 2 lá noãn, với khả năng tự thụ phấn cao và hạt phấn có độ hữu thụ 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, cung cấp dinh dưỡng cho cây 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 chỉ thực sự 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 thành công trong việc trồng nhiều loại cây, bao gồm cả cây cà chua, trong nước, với chiều cao lên đến 7,5 m sau 12 tháng Gericke cũng đã khẳng định khả năng thương mại của ngành thủy canh và đặt tên cho nó.
“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 ghi chép bằng chữ tượng hình của người Ai Cập từ vài trăm năm trước Công nguyên, sự trồng cây trong nước đã được mô tả Nghiên cứu gần đây cho thấy vườn treo Babylon, vườn nổi Kashmir và các khu vực của người Aztec ở Mexico cũng có những nơi trồng cây trên bè trong hồ cạn Hiện nay, nhiều bè trồng cây vẫn được phát hiện gần thành phố Mexico Năm 1699, John Woodward đã tiến hành trồng cây trong nước với các loại đất khác nhau Vào những năm 1860, Sachs & Knop đã phát triển các dung dịch dinh dưỡng để nuôi cây Đến những năm 1930, TS W.F Gericke đã phổ biến rộng rãi phương pháp thủy canh tại California.
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 trong đó rễ cây được ngâm liên tục trong dung dịch dinh dưỡng, mà không có sự chuyển động của dung dịch trong suốt quá trình trồng.
Hệ thống thủy canh động trong trồng cây sử dụng dung dịch dinh dưỡng có sự chuyển động, giúp cây trồng không thiếu ôxy Mặc dù chi phí đầu tư cao hơn, nhưng các hệ thống này hoạt động hiệu quả dựa trên nguyên lý thủy triều, sục khí và tưới nhỏ giọt.
Hệ thống khí canh là phương pháp trồng cây trong đó rễ cây được đặt trong môi trường bão hòa, với các giọt dinh dưỡng được cung cấp liên tục hoặc theo từng đợt dưới dạng sương mù hoặc phun, theo định nghĩa của Jonh Hason (1980).
Phương pháp trồng cây thủy canh mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng điều chỉnh dinh dưỡng cho cây trồng theo từng giai đoạn phát triển, giảm thiểu công lao động nhờ không cần làm đất hay tưới nước, và dễ dàng kiểm soát dịch bệnh Ngoài ra, phương pháp này cho phép người nông dân chủ động trong việc lên kế hoạch sản xuất và thời vụ, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng nhờ vào việc kiểm soát các chất dinh dưỡng mà cây hấp thụ.
Lê Đình Lương (1995) cho biết 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 hỗ trợ sản xuất gieo ươm cây giống sạch bệnh trong các nhà kính và nhà lưới hiện đại, thúc đẩy sự phát triển nông nghiệp theo hướng công nghệ cao Tuy nhiên, thủy canh vẫn gặp một số vấn đề cần được chú 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 đảm bảo hiệu quả Điều này trở thành một rào cản lớn cho việc mở rộng ứng dụng phương pháp thủy canh trên diện rộng.
Trong quá trình hấp thu chất dinh dưỡng, pH trong dịch thủy canh có thể 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 lớn đến khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của cây trồng.
Khi cây hấp thu dinh dưỡng và nước, độ dẫn điện (EC) của dung dịch sẽ thay đổi, phản ánh độ đậm đặc của dung dịch 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 đến sức khỏe và năng suất cây trồng Nguồn nước sử dụng cho trồng rau thủy canh cần đảm bảo tiêu chuẩn, đặc biệt là độ mặn dưới 2.500 ppm (Midmore D.J et al., 1995) Hơn nữa, sự thay đổi đột ngột của các yếu tố môi trường cùng với việc cung cấp dinh dưỡng và tưới nước không hợp lý có thể gây ra rối loạn sinh lý cho cây.
Sự lan truyền bệnh trong hệ thống thủy canh diễn ra nhanh chóng do mầm bệnh luôn tồn tại trong không khí và có thể lan rộng chỉ sau một thời gian ngắn Điều này đòi hỏi nguồn nước sử dụng phải được khử trùng kỹ lưỡng Hơn nữa, điều kiện ẩm độ cao và nhiệt độ ổn định trong hệ thống tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của bệnh cây, cũng như sự xuất hiện của rêu và tảo Cây trồng trong thủy canh thường tiếp xúc với ánh sáng tán xạ, dẫn đến mô cơ giới kém phát triển, cây trở nên mềm yếu và có hàm lượng nước cao, từ đó dễ xuất hiện vết thương, tạo điều kiện cho vi sinh vật xâm nhập.
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
Vật liệu nghiên cứu bao gồm dung dịch thủy canh SH1 từ Viện Sinh học Nông nghiệp và chế phẩm nano bạc (AgNPs) cùng nano đồng (CuNPs) được cung cấp bởi bộ môn Sinh học, khoa Công nghệ Sinh học, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam.
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 để đánh giá tác động của nano theo phương pháp của Bowers et al (1997) Cụ thể, đối với AgNPs, nồng độ dung dịch xử lý hạt là 2ppm, 4ppm, 6ppm và 8ppm; trong khi đối với CuNPs, nồng độ dung dịch xử lý hạt là 0,2ppm, 0,4ppm, 0,6ppm và 0,8ppm.
Hai mươi hạt được đặt vào từng đĩa petri (100 mm x 15 mm) có giấy lọc, sau đó các đĩa được bọc kín và để ở nhiệt độ phòng trong 5 ngày Mỗi công thức được lặp lại 3 lần.
Xác định sự nảy mầm dựa trên số lượng hạt trong đĩa, với tiêu chí hạt giống được coi là nảy mầm khi mầm dài ít nhất 2 mm Sau 5 ngày, tiến hành đo các chỉ tiêu của các hạt đã nảy mầm.
+ 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 khi cây xuất hiện lá thật, chọn những cây có kích thước đồng đều 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 sinh trưởng, bổ sung chế phẩm nano vào dung dịch thủy canh theo công thức đã 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, sử dụng thước nhựa để đo từ gốc cây (sát mặt giá thể) đến điểm cao nhất của lá Giá trị chiều cao cây được tính bằng cách lấy số liệu 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 Để thực hiện, cắt toàn bộ lá của một cây và lấy các lá xếp liền nhau trong một ô có diện tích 1 dm² Sau đó, cân khối lượng của 1 dm² lá (P1) và tiếp theo là toàn bộ lá của cây (P2) Chỉ số diện tích lá (LAI) được tính dựa trên các giá trị 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 là dấu hiệu kết thúc 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 quá 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 quá trình này ba lần và tính giá trị 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 của quy trình này bao gồm việc nghiền nhỏ mẫu và xử lý lần lượt bằng dung dịch axit sulfuric và dung dịch natrihydroxit ở nhiệt độ sôi Sau khi tách cặn bằng phương pháp lọc, mẫu sẽ được rửa sạch, sấy khô và cân trước khi tiến hành hoá tro Hàm lượng xơ thô được xác định thông qua 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 từ 1,5 – 2,0 g mẫu khô đã nghiền nhỏ và xác định hàm lượng chất khô (w) từ độ ẩm, sự 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°C, khuấy đều bằng đũa thủy tinh và đậy cốc bằng bình ngưng lạnh Đặt cốc lên bếp và nhanh chóng đun sôi trong 2 phút, sau đó duy trì sôi nhẹ trong 30 phút, đảm bảo mực nước luôn giữ ở mức 200 ml, nếu cạn thì cần thêm nước.
Sau khi thủy phân bằng acid, cần lắng và lọc dịch khi còn nóng qua phễu Dorangdi với giấy lọc Sử dụng bình tia để rửa cạn bám trên giấy lọc bằng nước cất, sau đó thêm nước cất nóng cho đến 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, thêm nước cất nóng đến 200 ml, sau đó lắp bình ngưng lạnh Đun sôi dung dịch trong 30 phút Sau khi sôi, hút lọc và rửa cặn Chuyển toàn bộ dung dịch và cặn từ cốc sang chén lọc sứ đã chuẩn bị, có lót khoảng 2 g amina đã sấy khô và xác định khối lượng Dùng nước cất nóng để rửa sạch mẫu trong chén lọc.
Sử dụng 15 ml ethanol 96% và 15 ml ete để rửa mẫu Sau đó, sấy chén lọc cùng mẫu ở nhiệt độ 105 o C, để nguội trong bình hút ẩm và cân chính xác khối lượng Cuối cùng, nung chén lọc cùng mẫu ở nhiệt độ 550 o 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: