Ts. Lâm Văn Hà, Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía
Nam
Mở đầu: Lý
do thực hiện chuyên đề
Ngày nay, việc ứng dụng
các hoạt chất sinh học vào trong các lĩnh vực y học, thực phẩm, môi
trường và nông nghiệp,… đang là xu hướng trên toàn cầu. Trong đó axit
amin và chitosan là hai hoạt chất sinh học được nghiên cứu và ứng dụng nhiều
và rộng rãi trong đời sống của con người. Vai trò và cơ chế tác động của
2 hoạt chất sinh học có hoạt tính cao được chiết suất từ nguồn phế thải trong
nông nghiệp (các nguyên liệu rẻ tiền). Nhằm nâng cao giá trị của sản phẩm nông
nghiệp đồng thời hạn chế ở mức tối đa các phế phụ phẩm loại thải ra môi trường
(tăng cường hiệu quả nguyên liệu đầu vào và hạn chế đến mức thấp nhất phụ phẩm
thải ra theo nguyên lý của Sinh thái học), để phát triển bền vững trong nông
nghiệp. Xu hướng hiện nay của khoa học công nghệ là nghiên cứu cách
phối chế các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học để tạo ra các
phức chất sinh học, nhằm tăng cường vai trò của các đơn chất trong tổ
hợp phức chất. Vì vậy, chúng tôi thực hiện chuyên đề phối chế giữa hai
hoạt chất sinh học Nano chitosan và axit amin để tạo ra phức chất
Nanochitosan-Amin giúp nâng cao giá trị ứng dụng của chúng trong sản xuất nông
nghiệp an toàn, thân thiện với môi trường.
Phần I: Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng chitosan,
axit amin trong canh tác nông nghiệp hiện nay.
1. Xu hướng ứng dụng các
hoạt chất sinh học trong canh tác nông nghiệp.
Các chất tự nhiên có hoạt tính sinh học như: monosaccharide,
disaccharide, polysaccharide, polyphenol, axit amin, curcumin,
alkaloid, axit béo không no, nhóm axit mùn,…được ứng dụng rộng rãi
trong y học, công nghiệp, thực phẩm và nông nghiệp, nhằm phục vụ cho
đời sống của con người. Dưới đây là một số nhóm chất tự nhiên có
hoạt tính sinh học được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong đời sống
của con người:
+ Nhóm Carbohydrate bao gồm cả các đường
và polymer của chúng: monosaccharide, disaccharide và polysaccharide. Công thức
chung: CnH2nOn, carbohydrate là nguyên liệu
cấu trúc và nhiên liệu của tế bào.
- Nhóm chức Polysaccharide: là
carbohydrate cao phân tử gồm chuỗi dài của đơn vị monosaccharide liên
kết với nhau bằng mối liên kết glycoside và thủy phân cung cấp cho các thành
phần hoặc monosaccharide oligosaccharide. Chúng có cấu trúc từ tuyến tính để phân nhánh cao. Ví dụ
polysaccharides lưu trữ như tinh bột và glycogen, hay polysaccharide cấu
trúc như cellulose và chitin. Một số polysaccharide có trong nấm hương như: galactiol, cerebroside B
và ergosterol peroxide là những chất có vai trò chống ôxy hoá (chống
gốc tự do bảo vệ tế bào),…
Chitin cũng là một
polysaccharide có trong thành phần vỏ tôm, cua, các loài giáp sát và
một số côn trùng để bảo vệ cơ thể của chúng. Chitin sau khi được deacetyl hoá sẽ cho ra chitosan
được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực Y học, Thực phẩm, Nông
nghiệp,…
- Nhóm chức Glycoside: là phân tử hữu cơ, trong đó một phân tử đường kết nối với một nhóm chức thông
qua một liên
kết glycosid. Glycoside đóng nhiều
vai trò quan trọng trong các sinh vật sống. Nhiều thực vật lưu trữ hóa chất ở dạng
glycoside không hoạt động. Chúng có thể được kích hoạt bằng cách thủy phân enzyme, làm cho phần đường
bị phá vỡ, làm cho hóa chất có sẵn để sử dụng. Nhiều glycoside thực vật như vậy
được sử dụng làm thuốc. Các hợp chất spirostanol glycoside, diaryl heptanoid glycoside,
pregnane glycoside, furostanol
glycoside, hay Saponin là một Glycosyde tự nhiên thường gặp trong nhiều
loài thực vật,… Saponin chiết suất
từ vỏ trái bồ kết ứng dụng trong chế thuốc trừ sâu sinh học, nhằm
tăng hiệu quả phòng trừ sâu hại, an toàn cho người sử dụng và môi
trường. Một số Glycosyd như chất oleandrin (C32H48O9)
có trong cây trúc đào (Nerium oleander) cũng có thể dùng làm thuốc trừ sâu.
- Nhóm chức Polyphenol (còn được gọi là polyhydroxyphenols): là những hợp chất thơm có nhóm
hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen (Lê Ngọc Tú, 2003), được chia thành các loại dựa trên số vòng phenol mà
chúng chứa. Nhóm polyphenol được biết đến nhiều nhất là flavonoid, catechin,
epicatechin, gallocatechin, tannin,... Các chất chống oxy hóa có tác dụng bảo vệ
tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Epigallocatechin gallate (EGCG) là một
polyphenol chứa rất nhiều trong trà xanh được biết đến là chất có nhiều tác dụng
có lợi với sức khỏe con người. Đặt biệt chất Rotenone và các rotenoids (công thức phân tử là C23H22O6), được chiết xuất từ rễ của các cây thuốc cá
(loài Derris), Lonchocarpus và Tephrosia (Roark, 1932) làm thuốc trừ sâu
sinh học. Hay các Polyphenol dịch chiết từ cây bồ kết, hy thiêm, đơn buốt,
cúc liên chi dại, thân và lá cây núc nắc, vỏ cây liễu để làm thuốc thảo
mộc trừ sâu hại.
Cây đậu dầu: Quả, lá chứa
các flavonoid, trong 22 hợp chất đã được phân lập từ quả của loài này có 18
agycon flavonoid (1 - 18) (Prem và cs, 2004) và 5 flavonoid glycoside. Các flavonoid
của chúng cũng được ứng dụng làm thuốc trừ sâu sinh học trong nông
nghiệp.
- Nhóm chức Pyrethroid là dẫn xuất của este cacboxylat (còn gọi là este
pyrethrum hoặc este của pyrethrin, có nguồn gốc tự nhiên từ cây hoa cúc Chrysanthemum
cinerariaefolium và C.roseum chứa nhiều hoạt chất pyrethrin độc đối
với côn trùng. Các hoạt chất pyrethrin có thể được chiết xuất từ hoa, lá khô và
rễ cây bằng một dung môi, chúng có tác dụng gây chết tức thời đối với côn
trùng. Trong dịch chiết của pyrethrin có 6 este của 2 axit cacboxylic với 3
xyclopentenolon với tỷ lệ khác nhau. Pyrethrin có phổ trừ sâu rộng, hiệu lực
diệt cao, độc tính thấp với động vật máu nóng, nhưng dễ bị phân hủy quang hóa
nên chỉ dùng để diệt và loại côn trùng trong nhà. Bột hoa của cây cúc
(Pyrethrum cinerariaefolium) có tác dụng trừ sâu, nên được gọi là cúc trừ sâu.
Nam Tư và Nhật Bản là những nước sản xuất chính thuốc trừ sâu từ bột hoa cúc
trong những năm đầu thế kỳ XX. Nhật Bản sản xuất chiếm chiếm 3/4 tổng sản lượng
bột hoa cúc toàn thế giới, xuất khẩu sang Châu Âu,…
- Nhóm chức Alkaloid: Các alkaloid thông thường là các dẫn xuất của các axit amin và
phần nhiều trong số chúng có vị đắng. Chúng được tìm thấy như là các chất chuyển hóa phụ trong
thực vật (ví dụ khoai tây hay cà chua), động
vật (ví dụ các loại tôm, cua, ốc, hến) và nấm. Nhiều alkaloid có thể được tinh
chế từ các dịch chiết thô bằng phương pháp chiết axit-bazơ. Như Nicotina để làm thuốc trừ sâu sinh học. Oxymatrine
là một alkaloid tự nhiên chiết xuất từ gốc rễ sophora, một loại thảo mộc được sử
dụng trong y học cổ truyền Trung Quốc. Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp làm
nguyên liệu pha chế thuốc trừ sâu. Một số Alkaloid gồm nhiều chất có hiệu lực
trừ sâu tốt như: Anonaine (C17H15NO2), có
trong các loài cây thuộc họ na (Annonaceae),…. Nhóm chức Amaroid gồm các chất
quassin (C22H28O6) và neoquassin (C22H36O6)
được tách chiết từ cây muồng (Quassia amara) cũng ứng dụng để làm thuốc
trừ sâu,...
Azadirachtin (công thức hóa học
là C35H44O16): Có trong cây xoan Ấn Độ
(Azadirachta indica, còn gọi là cây neem) và cây xoan Trung Quốc (Melia
azedarach). Tính chất: nguyên chất dạng rắn, dễ bị phân hủy trong môi trường kiềm,
tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, thuộc nhóm độc III, thuốc độc với
cá, ít độc với ong. Cơ chế tác động: nội hấp và lưu dẫn, tác dụng bất dục và ức
chế sinh trưởng, tác động gây ngán. Dùng phòng trừ các loài rầy, rệp và sâu ăn
lá cho nhiều loài cây trồng.
Nicotine (công thức hóa học
C12H14N2): Là hoạt chất chính của các
alkaloids trong các loài thuộc giống Nicotiana, chủ yếu trong 2 loài thuốc lá
(Nicotina tabacum) và thuốc lào (Nicotina rustica). Tính chất: kết hợp của 2
nhân Pyridine và 1- Methyl-Pyrolidine. Là chất lỏng, sánh, mùi hắc, vị cay
nóng. Cơ chế tác động: trực tiếp lên hệ thần kinh (tiếp xúc hoặc vị độc), qua bụng
lên não, làm cơ thể động vật run lên, sau đó các cơ bị rối loạn, cuối cùng là
côn trùng bị tê liệt và chết. Trừ được nhiều loài sâu hại như: Bọ chét, rệp, chấy,
rận, bọ cánh cứng, sâu ăn lá,... trên người, gia súc và cây trồng. Ngoài ra tác
động xua đuổi côn trùng rất mạnh.
+ Nhóm lipit bao gồm các axit báo không no
và axit béo no
- Các
axit béo không no: Omega-3, Omega-6,
Omega-9,… có nhiều trong các loại cá béo như cá thu, hú, bông lau,...
các loại dầu thực vật như mè, nành, đậu phộng,... đã được chứng minh có tác dụng
tốt trên hệ tim mạch, giúp tăng cường hệ miễn dịch,... Trong nông nghiệp đã
nghiên cứu ứng dụng các axit béo không no từ quá trình lên men các loại
xác bã của đậu nành, lạc,… cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, v.v...
+ Protein: là một polymer được cấu
thành từ 20 loại amino acid. Một protein có thể được hình thành từ một hay
nhiều polypeptide cuộn thành các cấu hình đặc trưng. Polypeptide là polymer của
các amino acid. Các Polypeptide là liên kết của các amino acid (axit amin) kế
tiếp bằng liên kết peptide. Một đầu của polypetide là –NH2 (N-terminus),
đầu kia tận cùng bằng –COOH (C-terminus). Polypeptide đặc trưng bởi trình tự
amino acid. Các amino acid khác nhau chủ yếu ở nhánh bên R và trong sinh vật
chỉ tồn tại các L-amino acid.
- Axit amin (amino acid) là
những hợp chất hữu cơ sinh học quan
trọng chứa nhóm chức amin (-NH2)
và axit cacboxylic (-COOH), cùng với một nhóm thế (hay còn gọi mạch bên, side-chain: mạch cacbon
R) nhất định ở mỗi axit amin. Các nguyên tố chính của axit amin là cacbon, hiđrô, ôxy, và nitơ, và một
số nguyên tố khác có mặt trong nhóm thế của từng axit amin. Tồn tại khoảng 500
axit amin đã được biết đến và phân loại theo nhiều cách khác nhau. Chúng
có thể được phân loại tuân theo vị trí của nhóm chức trong cấu trúc chính
như alpha- (α-), beta- (β-), gamma- (γ-) hoặc
delta- (δ-) axit amin; các
phân loại khác liên quan đến mức độ phân cực, độ pH, và kiểu nhóm thế (hợp chất không vòng, hợp
chất acrylic, tính
thơm, chứa hydroxyl hoặc lưu huỳnh, v.v...).
Trong phân tử protein, axit amin chiếm số lượng nhiều thứ hai (nước là
nhiều nhất) ở cơ, tế bào và mô. Bên ngoài protein,
axit amin có vai trò quan trọng trong các quá trình như vận chuyển chất dẫn
truyền thần kinh và sinh
tổng hợp.

Hình 1. Cấu trúc chung của một phân tử axit amin
+
Nhóm axit mùn: gồm axit humic, axit fulvic đây cũng là các hợp chất
sinh học cao phân tử có hoạt tinh cao trong cải thiện độ phì nhiêu của
đất, cung cấp dinh dưỡng và giúp tăng sức khoẻ của cây trồng. Axit
humic, axit fulvic được hình thành trong quá trình phản ứng trùng hợp
các nhóm chức trung gian của Carbohydrat có chứa nhóm amin thông qua
quá trình xúc tác của enzim sinh học được tổng hợp từ các hệ vi
sinh vật bán hiếu khí và yếm khí trong môi trường đất.
Cây trồng phát triển trên đất
chứa hàm lượng axit humic và axit fulvic hợp lý và cân đối sẽ khoẻ
hơn và năng suất cao hơn, chất lượng dinh dưỡng thực phẩm tốt hơn ( Dr.
Robert E.Pettit).
2.
Nanochitosan và axit amin trong sản xuất nông nghiệp và xu hướng phối
chế giữa các hoạt chất sinh học nhằm tăng vai trò của chúng đối với
cây trồng.
a. Chitosan là
một polysaccharide mạch thẳng. Nó có nguồn gốc từ các thành phần cấu trúc vỏ các
loài giáp xác như tôm, cua v.v... Hợp chất này có khả năng hòa hợp sinh học và
tự phân hủy cao (Richardson và ctv., 1999). Nó có độc tính thấp, hoạt
tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng
cường khả năng miễn dịch (Jing và ctv., 1997). Trong số các đặc tính đã
nêu, hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan và các dẫn xuất của nó đối với cả vi
khuẩn Gram âm (Helander và ctv., 2001) và Gram dương (Bae và ctv.,
2006; Jeon và ctv., 2001; Vishu Kumar và ctv., 2004; No và ctv.,
2002) được xem là một trong các đặc tính quan trọng có liên quan trực tiếp đến
tiềm năng ứng dụng sinh học của chúng trong việc tạo ra các chế phẩm bảo quản
thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên (Aider, 2010). Allan và Hadwiger (1979), đã nghiên cứu các tác dụng diệt các vi nấm
gây dịch hại cho thực thẩm cũng như cây trồng của Chitosan. Ở lúa (Oryza
sativa) Chitosan cho thấy kháng nấm Rhizoctonia solani rõ rệt chống lại bệnh
khô vằn lá lúa (Liu và ctv 2012); Chống
lại bệnh do nấm Colletotrichum gloeosporioides gây hại cho cây thanh long
(Zahid.N và ctv, 2015); Chitosan kiểm
soát bệnh thán thư gây ra bởi nấm Colletotrichum capsici trên cây ớt (Ali. A và
ctv 2015). Chitosan cũng ngăn cản sự
tăng trưởng của một số vi khuẩn gây bệnh bao gồm Xanthomonas (Li. B và ctv 2008), Pseudomonas syringae
(Mansilla, A.Y và ctv 2013),
Escherichia coli (Goni, M.G và ctv
2014), Acidovorax citrulli (Li, B và ctv
2013), Agrobacterium tumefaciens và Erwinia carotovora (Badawy, M.E và ctv
2014).
Hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan phụ thuộc
vào độ acetyl hóa (Jeon và ctv., 2001), pH (Holappa vàctv.,
2006), nhiệt độ (Tsai và Su, 1999), nồng độ (Wang và ctv., 2004) và dung
dịch hòa tan (Qin và ctv.,
2006). Gần đây, hướng nghiên cứu sử dụng Nano Chitosan thay thế Chitosan được
quan tâm nhằm tăng cường và mở rộng hơn nữa tiềm năng ứng dụng của hợp chất này
cho các mục đích công nghệ sinh học. Trong công nghệ sinh học còn dùng làm
vector chuyển gen (Agnihotri và ctv., 2004; Patel và ctv., 2009;
Zhang và ctv., 2010; Trapani và ctv, 2009).
Trong một nghiên cứu trên
cây ớt, Tamada và ctv (2014) nhận thấy
rằng 25 ngày sau khi trồng cây bị quăn lá, mất màu xanh, biểu hiện của bệnh do
virus khảm dưa leo được truyền đi bởi rầy và ruồi trắng. Để ngăn chặn sự phát
tán của bệnh, toàn thí nghiệm được phun thuốc trừ sâu. Tuy nhiên, các nghiệm thức
có phun Oligo Chitosan 50 và 100 ppm nhanh chóng hồi phục so với đối chứng. Đặc
biệt là những cây có phun Oligo Chitosan thì thu hoạch được 24 đợt trong khi đối
chứng chỉ thu được 14 đợt. Năng suất của nghiệm thức đối chứng, 50 ppm và 100
ppm Chitosan lần lượt là 82,0; 292,3; và 251,4 kg/240 cây. Các tác giả đã kết
luận là nghiệm thức 50 ppm Oligo Chitosan là nồng độ tốt nhất cho cây ớt.
Công nghệ
“Nano” đang làm thay đổi cuộc sống của chúng ta nhờ vào khả năng can thiệp của
con người ở kích thước Nanomet (nm). Tại đó, vật liệu Nano thể hiện rất nhiều
tính chất đặc biệt và lý thú. Một nhánh quan trọng của công nghệ Nano, đó là lý
sinh học Nano, trong đó, vật liệu Nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh.
Lý sinh học Nano đã và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào khả năng ứng dụng
rất linh hoạt và hiệu quả của vật liệu Nano. Các hạt Nano từ tính có kích thước
tương ứng với kích thước của các phân tử nhỏ (1-10 nm) hoặc kích thước của các
virút (10-100 nm). Chính vì thế mà hạt Nano có
thể thâm nhập vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng ta có thể
thao tác ở qui mô phân tử và tế bào. Từ trường không có hại đối với con người
nên các hạt Nano từ tính được quan tâm sử dụng rất nhiều vào mục đích chẩn đoán
và chữa bệnh. Hiện nay, con người không chỉ dừng lại với các vật liệu Nano ở
các chất hóa học mà còn tiến xa hơn với Nano ở các hoạt chất sinh học có hoạt
tính mạnh. Một trong những hoạt chất đó là Chitosan.
Do có kích thước siêu nhỏ nên Nano Chitosan dễ dàng đi qua
màng tế bào. Ngoài ra Nano Chitosan còn có diện tích và điện tích bề mặt cực lớn
nên được ứng dụng nhiều trong sinh y học, chất mang thuốc. Trong nông nghiệp mặc
dù chưa được quan tâm nhiều nhưng với tính năng nổi trội của Nano Chitosan
trong quá trình kháng khuẩn và kháng nấm đặc biệt là tính năng mang điện tích
dương, bề mặt tiếp xúc lớn nên chúng có khả năng liên kết với các điện tích âm
rất lớn. Do vậy, chúng dễ dàng đi qua màng tế bào của các loài vi sinh vật là
làm thay đổi tính thấm của màng tế bào làm cho màng vi sinh vật không thể trao
đổi chất được mà chết. Ngoài ra chúng còn là vật mang các chất dinh dưỡng dễ
dàng đi qua màng tế bào để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Một đặc tính quan trọng của
Nano Chitosan là tạo phức với các hợp chất kim loại và các hợp chất khác, ví dụ
như tạo phức với Cu, Zn,… để hạn chế hoạt động của các chất này trong môi trường
hay liên kết với mycotoxin là độc tố
do nấm tiết ra để hạn chế tác hại của nấm bệnh. Hoạt chất Oligosaccharit,
Oligoglucan, peptidogulucan trong Chitosan có vai trò bảo vệ cấu trúc màng tế
bào kháng lại các nấm bệnh.
Ở Việt
Nam (Đỗ Trường Thiện và ctv., 2010) đã tiến hành phun chất kích thích
sinh trưởng Nano Chitosan (kích thước 150 nm) cho lúa đã hạn chế sâu bệnh nên
không cần sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. Nguyễn Thị Kim Cúc và ctv.,
2014, sử dụng hoạt tính kháng nấm của phức hệ Nano Chitosan - tinh dầu nghệ
(kích thước trên 100 nm) đã được thử nghiệm thành công trên C.albicans, T.
mentagrophyte, F. oxysporum và P.Italicum.
Lê Quang Luân và
ctv (2014) đã sử dụng Nano Chitosan bạc để trị nấm Phytophthora capsici gây
bệnh chết nhanh ở hồ tiêu. Hiệu lực ức chế sự phát triển của nấm
gia tăng từ 62,5% lên 100% khi kích thước hạt Nano bạc trong chế phẩm chế tạo
được giảm từ 15 nm xuống còn 5 nm. Hiệu lực ức chế nấm của chế phẩm có kích thước
hạt Nano là 5 nm đạt 100% ở tại nồng độ 40 ppm, trong khi đó, chế phẩm có kích
thước hạt Nano là 10 nm đạt 92,9% ở tại nồng độ 100 ppm.
Chitosan ở kích
thước Nano còn là chất mang cho các chất dinh dưỡng khác đi qua màng tế bào để
cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng hiệu quả cao mà không tồn dư độc chất.
* Axit amin
(amino acid) là nguyên vật liệu xây dựng cơ bản của cơ thể. Chúng đóng vai trò quan trọng
như là chất trung gian trong quá trình chuyển hóa cũng như tổng hợp của protein
và là đơn vị cấu trúc cơ bản của Protein. Protein tham gia xây dựng cấu trúc tế
bào và sửa chữa các mô trong cơ thể, ngoài ra còn tham gia vào quá trình tạo ra
kháng thể chống lại vi khuẩn và virút. Axit amin là một phần của các enzim và hệ
thống nội tiết tố trong cơ thể sinh vật, tham gia vào cấu trúc di truyền của cơ
thể sinh vật (ADN và ARN). Hiện nay các nhà khoa học phát hiện có khoảng 20 loại
axit amin trong cơ thể sinh vật trong đó có 8 axit amin được cho là thiết yếu.
Tám loại axit amin này không phải cơ thể sinh vật nào cũng tự tổng hợp được đầy
đủ, do vậy việc bổ sung các axit amin thiết yếu cho cơ thể là cần thiết trong
quá trình sống của sinh vật. Đối với nông nghiệp axit amin còn được ứng dụng làm
phân bón lá nhằm cung cấp đạm sinh học cho cây.
Tác dụng của a xít amin trong nông nghiệp
+ Đối với chăn
nuôi và thuỷ sản: Axit amin là chất cung cấp đạm chính không thể
thiếu trong thức ăn của vật nuôi. Axit amin được bổ sung thông qua nguồn
thức ăn hàng ngày cho vật nuôi.
+ Đối với
trồng trọt:
- Tác dụng của các axit
amin thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp trao đổi chất:
Khi sử dụng axit amin làm phân
bón lá bón trực tiếp lên lá cho cây, giúp cây hấp thu nhanh, thức đẩy
nhanh quá trình sinh tổng hợp Protein, tham gia vào hệ enzim trong cơ
thể thực vật thúc đẩy quá trình trao đổi chất diễn ra nhanh. Từ đó
giúp cây trồng sinh trưởng phát triển tốt hơn.
- Tác dụng của các axit
amin đối với tăng
sức đề kháng của cây trồng:
Axit amin đã được biết đến có thể làm giảm tác hại của sâu bệnh hại trên cây trồng,
vì nguyên tố lưu huỳnh trong phân tử axit amin đã góp phần làm tăng sức đề kháng sâu bệnh
ở cây trồng. Kovacs hiệu quả của các axit
amin đã làm
giảm bệnh sưng vàng
rễ khoai tây do tuyến trùng gây ra. Jacob cũng đã ghi nhận sự
giảm có nghĩa tình trạng sần hư trái do vi rút (plum pox virus) gây ra
sau khi phun vài lần axit amin.
Ngoài ra một số nghiên cứu
còn cho thấy hiệu quả và lợi ích của axit amin là khắc phục sự khủng hoảng sinh lý
của cây trồng hoặc ảnh hưởng bất lợi của môi trường (hạn, nhiệt độ cao, quá
nắng, sốc khi cây chuyển giai đoạn sinh trưởng…) đã được chứng minh qua nhiều
kết quả nghiên cứu và sử dụng thực tế trên cây trồng. Từ các kết quả nghiên cứu
này, axit amin đã trở thành các sản phẩm dùng phổ biến như là phân bón sinh học ở nhiều
quốc gia tiên tiến trên thế giới. Cùng với vai trò là hợp phần của protein và
quá trình sinh tổng hợp trong cây, các axit amin còn thực thi nhiều vai trò khác và đem
lại rất nhiều ích lợi cho cây trồng.
- Tác dụng của các axit amin đến sự ra hoa và đậu
quả của cây trồng:
Các axit
amin cũng làm giảm
rụng trái ở các cây ăn trái nhờ ảnh hưởng của chúng như là các hormon dinh
dưỡng trong cây. Các kết quả nghiên cứu ở Italia trên cây ăn trái cho thấy axit
amin nâng cao khả
năng thụ phấn và kéo dài thời gian sống của hạt phấn.
-
Tác dụng của các axit amin tăng tính hữu hiệu sinh học của nguyên tố vi lượng
Các axit
amin có khả năng
liên kết với các kim loại như mangan, sắt và kẽm tốt giống như với canxi và
magiê. Các nguyên tố trung vi lượng này hiện diện tự nhiên trong nước dùng để
phun hoặc được bổ sung ngay trong phân bón. Các dạng phức axit
Amin – Kim loại được
hấp thụ bởi cây trồng một cách nhanh chóng và hiệu quả cao. Nó cũng gia tăng
hiệu quả trong việc vận chuyển qua một “Chặng đường” dài từ rễ, lá đến các bộ
phận khác trong cây.
Ngoài ra các axit amin khi sử dụng làm phân bón lá
phối với một số loại thuốc bảo vệ thực vật có tính kiềm sẽ làm
tăng hiệu quả của thuốc bảo vệ thực vật, tăng khả năng thấp của
thuốc, giúp lưu giữa thuốc lâu hơn trên bề mặt lá hạn chế tác động
rửa trôi của nước mưa và nước tưới.
Ø Đặt biệt đối với canh tác hữu cơ thì axit amim là
nguyên liệu cung cấp đạm chính thống và thiết yếu cho cây trồng vì
lúc này không thể cung cấp đạm vô cơ cho cây trồng được.
* Với cấu
trúc tinh vi của các hợp chất hữu cơ trong các hoạt chất sinh học thế hệ mới ở kích thước nano để tăng
cao hiệu quả cung cấp dinh dưỡng và đồng thời tăng sức đề kháng bảo vệ cây trồng
chống lại tác động của dịch hại, không tồn dư độc chất. Ngoài ra việc sử dụng chế phẩm sinh học để tăng hiệu
quả sử dụng đạm, giảm chi phí đầu tư, tăng năng suất, tăng sức đề kháng của
cây, giảm ô nhiễm môi trường do sự thất thoát đạm ở dạng khí và rửa trôi
nitrat. Việc phối hợp cả hai hoạt chất sinh học có hoạt tính cao như (Nanochitosan
và amino axit) trên thành một hợp chất (phức chất) đồng nhất để cùng một
lúc khai thác các tính năng của chúng trong cung cấp dinh dưỡng và trong phòng
trừ dịch hại của canh tác nông nghiệp, an toàn, tăng hiệu quả kinh tế là một
trong các biện pháp kỹ thuật tiên tiến được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp
bền vững hiện nay trên thế giới.
Phần III: Giới
thiệu công nghệ sản xuất Nanochitosan-Amin có hoạt tính cao trong canh
tác nông nghiệp an toàn tại Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường
phía Nam.
3.1 Công
nghệ phối chế Nanochitosan và axit amin tạo phức chất Naonchitosan- Amin
có hoạt tính cao.
- Nguyên liệu cần chuẩn bị:
Dịch Nano chitosan 2,5%, Dịch chiết axit amin từ trùn quế (5 % aa) hoặc
bột amino acid tổng hợp với hàm lượng amino acid khoảng 80% và một số
phụ già cần thiết làm dung môi trong quá trình phối chế.
- Dụng cụ: Máy đồng hoá
mẫu với công suất 12.000 vòng/phút, cân phân tích, cốc thuỷ tinh dung
tích 1 lít hoặc cốc inox dung tích 5 lít và ống đong các loại 250ml,
500ml và 1000ml,…
*
Quy trình phối chế: Để tạo ra được hốn hợp dung
dịch Nanochitosan-Amin
Bước
1: Cho Nanochitosan vào cốc thuỷ tinh với dung tích 1 lít hoặc
cốc Inox dung tích 5 lít.
Bước
2: Bậc công tắc của máy đồng hoá mẫu và điều chỉnh tốc độ
khuấy với mức 2.000 vòng/phút, để cho máy có tốc độ khuấy ổn định.
Bước
3: Cho phụ gia là dung môi xúc tác phản ứng trùng hợp giữa
Nanochitosan với axit amin. Phụ gia này có vai trò xúc tác vào nhóm
N-Carboxymethyl của chitosan để lộ đầu hở nhóm COOH cho dễ dàn phản ứng cộng
hoá trị với nhóm NH2 của axit amin, Sau đó điều chỉnh tốc độ
khuấy của máy lên 2.500 vòng/phút, với thời gian 10 phút.
Bước
4: Rót từ từ dịch axit amin trùng quế (hoặc dịch axit amin tổng
hợp) và sau đó bắt đầu tăng tốc độ khuấy của máy đạt đến 5.000
vòng/phút trong thời gian 15 phút thì bắt đầu giảm tốc độ khuấy
xuống còn 2.000 vòng/phút duy trì tốc độ này trong vòng 3 đến 5 phút
và tăt máy.
Ø Kết quả có được dung
dịch hỗn hợp Nanochitosan-Amin. Để xác định được dung dịch hỗn hợp
có đồng nhất hay không cần tiến hành lấy dịch hỗn hợp đi đo bằng
phương pháp đo kích thước hạt của dung dịch thông qua chụp TEM dưới
kính hiển vi điện tử để xem kích thước hạt có đồng nhất hay không
với cấp độ Nano của chúng. Hoặc đo Laser Particle
Size Analyzer. Máy đo kích thước hạt Nano thông qua lý thuyết tán xạ ánh
sáng. Khi chùm tia laser chiếu vào các hạt nano tín hiệu dao động ánh sáng tán
xạ xảy ra. Tế bào quang điện sử dụng để nhận sự thay đổi tín
hiệu tán xạ ánh sáng. Máy đo kích thước hạt Nano có độ nhạy và độ chính
xác cao với phần mềm đặc biệt. Và tiến hành thử độ tan trong nước của dịch hổn hợp. Khi rót
dịch từ từ vào cốc nước có pH ở mức gần trung tính sẽ thấy sự lan
toả và hoà tan của dung dịch vào trong nước rất nhanh và nếu nhìn
bằng mắt thường thì gần như dung dịch tan đồng nhất với nước.
3.2 Vai trò của Nanochitosan-Amin đối với cây trồng
trong quá trình sinh trưởng phát triển cũng như cho năng suất và tăng
sức đề kháng.
- Nanochitosan-Amin giúp tăng
cường hệ thống đề kháng tự nhiên của cây trồng với các điều kiện bất lợi của môi trường sống.
Chitosan với đặt tính
kháng nấm, khuẩn và sâu hại sẽ tác động bảo vệ cây trồng không bị
tấn công của dịch hại. Mặt khác với cấp độ nano, chitosan có thể
mang các chất dinh dưỡng đặt biệt là các vi chất thiết yếu cung cấp
nhanh cho cây trồng giúp cây trồng có đầy đủ và cân đối các chất dinh
dưỡng từ đó sinh trưởng phát triển khoẻ mạnh. Ngoài ra, trong cấu trúc
của phân tử chitosan còn có nhóm chức amin cũng cung
cấp đạm sinh học cho cây.
Axit amin là đạm sinh học
cung cấp nhanh cho cây trồng thông qua hệ thống rễ hoặc lá, khi vào
trong tế bào các axit amin sẽ nhanh chóng tham gia vào quá trình sinh
tổng hợp Protein của cơ thể để xây dựng cấu trúc tế bào và các hệ enzim,
giúp đẩy nhan quá trình trao đổi chất và đối kháng với các điều
kiện bất lợi của môi trường từ đó giúp cây trồng sinh trưởng khoẻ
mạnh.
Khi cây trồng được cân
đối dưỡng chất, hệ thống miễn dịch và trao đổi chất hoạt động khoẻ
mạnh cây trồng sẽ sinh trưởng phát triển tốt, tăng sức đề kháng tốt
với các điều kiện bất lợi của môi trường như:
+ Chống
chịu bệnh do vi rút, vi khuẩn, nấm và côn
trùng gây hại
+ Cung
cấp chất dinh dưỡng (Axit amin) là đạm sinh học giúp cây hấp thụ nhanh, chuyển hóa tốt không để lại tồn dư Nitrat.
+ Giải
độc cho đất, kích thích hệ rễ cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt.
+ Tăng
khả năng hấp thu dinh dưỡng cho cây trồng.
Ø Với các tính năng trên Nanochitosan-Amin giúp cây
trồng cân đối dinh dưỡng, có sức đề kháng tốt, cây sinh trưởng phát
triển tốt cho năng suất và chất lượng nông sản cao.
- Ngoài ra Nanochitosan và
axit amin là những hoạt chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao giúp
an toàn và thân thiện môi trường sống.
3.3 Kết quả ứng dụng Nanochitosan-Amin trên cây
hoa, rau và một số loại cây trồng khác (đã được đăng trên báo Nông nghiệp
và phát triển Nông thôn 2019).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trần thị Ba, 2016. Xây dựng quy trình sản xuất ớt để nâng cao năng suất,
chất lượng và đạt chứng nhận VIETGAP tại huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp. Báo
cáo khoa học tổng hợp đề tài số 01/2014 HĐ-ĐT
Nguyễn Mạnh Chinh
(2012), Chất điều hòa sinh trưởng thực vật
ứng dụng trong nông
nghiệp, Nxb
Nông nghiệp.
Nguyễn Thị
Kim Cúc, Trần Thị Kim Dung, Nguyễn Mai Anh, Nguyễn Thị Ngoan, Phạm Việt Cường (2014), "Đánh giá hoạt tính đối kháng vi khuẩn
của phức hệ nanochitosan - tinh dầu nghệ và nano bạc", 52(2), Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tr. 177-184.
Lê Hồng Giang, Nguyễn Bảo Toàn (2012),
"Hiệu quả của chitosan lên sự sinh trưởng của cụm chồi và cây con Lan Hồ
điệp (Phalaenopsis sp.) in
vitro", 24, Tạp chí Khoa học, tr.
88-95.
Lê Quang Luân, Nguyễn Huỳnh Phương Uyên và Phan
Hồ Giang, 2014. Nghiên cứu hiệu ứng kháng nấm Phytophthora capsici gây bệnh chết nhanh ở hồ tiêu của chế phẩm
Nano bac-chitosan chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ. Tạp chí Sinh học 2014,
36(1se): 152-157
Nguyễn Thị Kim Cúc, 2014.
Đánh giá hoạt tính đối kháng vi khuẩn của phức hệ Nanochitosan-Tinh dầu nghệ và
nano bạc. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (2) (2014) 179-186
Phan Quốc Kiinh (2011). Giáo trình: Các hợp chất thiên
nhiên có hoạt tính sinh học.
Nhà xuất bản
Giáo dục, Hà Nội.
Lê Thanh
Long, Nguyễn Thị Nga, Nguyễn Cao Cường, Trần Ngọc Khiêm, Nguyễn Thị Thủy Tiên
(2015), "Khả năng ức chế của Nanochitosan đối
với Colletotrichum acutatum L2 gây hại quả cà chua sau thu hoạch", 13(8), Tạp
chí Khoa học và Phát triển, tr. 1481-1487.
Trang Sĩ Trung (chủ biên), Trần Thị Luyến,
Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Hằng Phương (2010), Chitin - Chitosan từ phế liệu thủy
sản và ứng dụng, Nxb Nông nghiệp.
Apiradee Uthairatanakij, Jaime A. Teixeira da Silva,
Kullanart Obsuwan (2007), “Chitosan for Improving Orchid Production and
Quality”, 1(1), Orchid Science and
Biotechnology, pp. 1-5.
Dorothy Morgan (2000), Fertilizer slipper orchids, The Orchid
House, Report of Waterloo University, Canada.
Jon VanZile (2008), How to care for a potted orchid,
Publisher: Stichtiny Kunstboak (Acc), American Orchid Society.
M. Bittelli, M. Flury, G. S. Campbell, E. J. Nichols (2001)
“Reduction of transpiration through foliar application of chitosan”, Agri. and Forest Meteorology, 107, pp.
167-175.
M.A. Mondal, M.A. Malek, A.B. Puteh, M.R. Ismail, M. Ashrauzzaman, L.
Naher (2012), “Effect of foliar application of chitosan on growth and yield in
okra”, 6(5), Australian journal of crrop science, pp. 918-921.
Walquiria F.
Teixeira, Evandro B. Fagan, Luís H. Soares, Renan C. Umburanas, Klaus
Reichardt, Durval D. Neto (2017), "Foliar and Seed Application of Amino
Acids Affects the Antioxidant Metabolism of the Soybean Crop", Original Research Article.
Chookhongkha, N., Shuichi
Miyagawa, Yaowapha Jirakiattikul and Songsin Photchanachai, 2012. Chili Growth
and Seed Productivity as Affected by Chitosan.
International Conference on Agriculture Technology and Food Sciences
(ICATFS'2012) Nov. 17-18, 2012 Manila (Philippines)
Hadrami, A. El, Lorne R. Adam, Ismail El
Hadrami and Fouad Daayf, 2010. Chitosan in Plant Protection, a review. Mar. Drugs 2010, 8, 968-987;
doi:10.3390/md8040968
Poovaiah, B.W., 1986. Role
of calcium in prolonging storage life of fruits and vegetables. Food
Technology, 40 (5):86-89.
Silva Júnior S, Stamford NP, Lima MAB, Arnaud, TMS, Pintado, MM,
Sarmento, BF, 2014. Characterization
and inhibitory activity of chitosan on hyphae growth and morphology of Botrytis
cinerea plant pathogen. International Journal of Applied Research in
Natural Products. Vol. 7 (4), pp. 31-38.
Masao Tamada, Mitsumasa Taguchi, Kamaruddin Bin Hashim and
Quoc Hien
Nguyen, 2014. FNCA Guidelines On Chitosan PGP
Application for Rice, Chilli and Other Crops. Forum for Nuclear Cooperation in
Asia (FNCA). Project on electron accelerator application.
Ghufran A., Prem P. Y., Rakesh, M. (2004), Furanoflavonoid
glycosidesfrom Pongamia pinnata fruits,Phytochemistry
65, 921 - 924.
Hansberry R. and Lee C. (1943), "The yam
bean Pachyrhizus erosus Urban
as a possible insecticide", J. of Econ.
Entomol., Vol. 36, pp. 351 - 352.
Khin Lay Nge, Nitar Nwe, Suwalee Chandrkrachang, Willem F. Stevens (2006),
"Chitosan as a growth stimulator in orchid tissue culture", 170, Plant Science, pp.
185-1190.
Persky H., Goldstein M. S. and Levine R. (1936),
“Effects of nicotine on the
pyruvic oxidase system in brain”, Biochem.
Jour., Vol. 30(4), pp. 661 - 664.
Pinner A. (1893), Ueber Nicotin I Mitteilung,
Archive fuer Pharmacie, Vol.
231, pp. 378 - 448.