Trang chủ Kiến thứcNông nghiệp Ứng dụng của các hạt nano bạc đồng trên cây lúa mì để tạo ra khả năng chịu hạn và tăng năng suất

Ứng dụng của các hạt nano bạc đồng trên cây lúa mì để tạo ra khả năng chịu hạn và tăng năng suất

Nano Việt
45 views

Hạn hán ảnh hưởng xấu đến năng suất, chất lượng và giá trị dinh dưỡng của cây trồng. Ngoài ra, nó còn gây ra bất ổn xã hội và thiệt hại kinh tế cho nông dân và chính phủ. Nghiên cứu này liên quan đến việc ứng dụng các hạt nano để tạo ra khả năng chịu hạn và cải thiện năng suất ở cây lúa mì (Triticum aestivum L.). Các phương pháp hóa học xanh được sử dụng để tổng hợp các hạt nano bạc (AgNPs) và các hạt nano đồng (CuNPs). CuNPs được sử dụng trong 0, 3, 5 và 7 mg / L và 0, 10, 20 và 30 mg / L của AgNPs đã được thử nghiệm ở tiềm năng thẩm thấu −4, −6 và −8 bar trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và 40%, 60% và 80% công suất trường (FC) trong các thí nghiệm trong nhà kính được duy trì.

Các thí nghiệm nuôi cấy dung dịch cho thấy chỉ số ổn định diệp lục (CSI), độ ẩm của lá (LS) và hàm lượng K (LK) của lá ở cây được xử lý với 03 mg / L CuNPs và 10 mg / L AgNPs, cho thấy vai trò tích cực của CuNPs và AgNPs trong khả năng chịu hạn của lúa mì. Một xu hướng tương tự đã được quan sát đối với độ dẫn khí khổng (SC) và các thông số hình thái với các ứng dụng của các hạt nano Cu và Ag ở các mức dung lượng trường khác nhau. Kết quả của nghiên cứu này cung cấp bằng chứng thực nghiệm về việc sử dụng CuNPs và AgNPs để gây ra khả năng chống hạn và cải thiện năng suất ở cây lúa mì bằng cách tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và giữ nước một cách thỏa đáng.

1. Giới thiệu nghiên cứu

An ninh lương thực là một vấn đề quan trọng trong thế giới hiện đại. Việc thất thoát lương thực trong quá trình canh tác, chọn giống sai, thiên tai và điều kiện môi trường nghèo nàn của một khu vực có vai trò lớn ảnh hưởng đến sinh lý cây trồng nâng cao năng suất hạt và chất lượng của sản phẩm [1]. Hạn hán là căng thẳng phi sinh học và ảnh hưởng đến cây lúa mì trên toàn thế giới. Đó là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra tình trạng mất an ninh lương thực, gia tăng lạm phát, tinh thần nông dân kém ổn định và dẫn đến tổn thất lớn cho nền kinh tế của một quốc gia [2].

Các tài liệu đã có nhiều báo cáo cho thấy rằng hạn hán có thể dẫn đến sự gia tăng sự tích tụ các kim loại nặng trong cây trồng mà cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng cây trồng [3]. Người ta quan sát thấy rằng hầu hết những thay đổi trong khí hậu của một khu vực chủ yếu liên quan đến sự nóng lên toàn cầu và hạn hán. Người ta dự đoán rằng trong quý đầu tiên của thế kỷ 21, khoảng 1,8 tỷ dân số thế giới sẽ thiếu nước tuyệt đối và khan hiếm, trong khi 65% dân số sẽ thiếu nước cục bộ, đây là một con số rất lớn và đáng báo động [4 ].

Lúa mì là một loại lương thực chính rất quan trọng, cư dân của nhiều khu vực bao gồm Nam Á, Châu Mỹ và Châu Âu, sử dụng lúa mì và các sản phẩm của lúa mì để đáp ứng các yêu cầu dinh dưỡng của họ [5]. Tầm quan trọng của lúa mì như một loại lương thực chính đòi hỏi phải sử dụng các công nghệ hiện đại để tăng sản lượng lúa mì và các giá trị dinh dưỡng [6]. Một hạn chế quan trọng đối với năng suất thấp là căng thẳng thực vật có thể được quản lý thông qua các ứng dụng hạt nano [7]. Căng thẳng phi sinh học quan trọng nhất đối với lúa mì ở các vùng bán khô hạn là hạn hán. Ở Pakistan, 15 triệu ha diện tích trồng lúa mì, đang bị ảnh hưởng bất lợi bởi hạn hán [8].

Công nghệ nano là một ngành khoa học hiện đại có ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực bao gồm cả nông nghiệp [9]. Việc sử dụng phân bón nano, thuốc trừ sâu nano, cảm biến sinh học nano, thiết bị đo lường nano đang giúp nông dân không chỉ nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng bằng cách cải thiện điều kiện đất mà còn giúp dự đoán dự báo thời tiết của một khu vực và sử dụng cảm biến tự động hóa ngành nông nghiệp [10-12]. Quá trình tổng hợp xanh của các hạt nano kim loại có lợi thế hơn so với việc sử dụng các hóa chất nguy hiểm vì điều kiện phản ứng dễ dàng, tiêu tốn nhiều năng lượng, hiệu quả về chi phí và dẫn đến việc tổng hợp các hạt nano tương thích sinh học [13]. Các hạt nano thúc đẩy sự hấp thu của enzym nitrat reductase trong phôi, giúp tăng cường khả năng hấp thụ một lượng lớn nước và các chất dinh dưỡng khác của hạt. Khả năng hút nước đóng một vai trò hứa hẹn để phá vỡ vỏ hạt và hút chất dinh dưỡng giúp cây vượt qua hạn hán [11].

Cu là một vi chất dinh dưỡng thực vật tự nhiên rất quan trọng, hoạt động như một enzym và đồng enzym trong các quá trình trao đổi chất khác nhau của thực vật. Cu đóng một vai trò quan trọng để giúp đốt cháy thành tế bào thông qua quá trình chuyển hóa polyphenol, và do đó ảnh hưởng đến sự cân bằng nước trong thực vật. Nó cũng góp phần vào quá trình quang hợp, hô hấp, tổng hợp carbohydrate và chuyển hóa protein [14-16]. Cu cũng góp phần lớn vào quá trình sinh tổng hợp diệp lục [17].

Ag là một kim loại quan trọng khác, có tác dụng diệt khuẩn và kháng khuẩn. Nó đóng một vai trò đầy hứa hẹn để kiểm soát quần thể sinh vật gây hại vì bản chất độc tế bào của nó nhưng lượng Ag hạn chế có thể có lợi và kích thích quá trình sinh trưởng và phát triển [18]. Bạc đóng góp rất nhiều vào đất ngay lập tức. AgNPs đóng một vai trò đầy hứa hẹn để cải thiện khả năng nảy mầm của hạt, sự phát triển của cây trồng, hiệu quả quang hợp và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật trên cơ thể thực vật [19].

Các tính chất vật lý, quang học và hóa học của các nguyên tố thay đổi đáng kể do sự chuyển đổi của chúng thành dạng nano [20]. Các hạt nano ảnh hưởng rất nhiều đến trạng thái sinh lý và hình thái của cây trồng và nó cũng giúp cải thiện điều kiện đất. Các nồng độ NP khác nhau có tác động khác nhau đến chất lượng và các thông số sinh trưởng của thực vật [5, 6].

Một số nghiên cứu đã được thực hiện trước đây để nghiên cứu ảnh hưởng của CuNPs và AgNPs để tăng khả năng chống hạn ở cây lúa mì [16, 21-23]. Tuy nhiên, họ đã không thực hiện phân tích sâu để cung cấp thông tin chi tiết liên quan đến ảnh hưởng của các hạt nano đối với các đặc điểm sinh lý và hình thái của cây lúa mì. Nghiên cứu này được thiết kế để áp dụng các nồng độ CuNPs và AgNPs khác nhau trong đất và dung dịch thủy canh để tạo ra khả năng chống hạn cho cây lúa mì khi bị căng thẳng thẩm thấu và đánh giá tác động kích thích của các hạt nano để thúc đẩy năng suất ở các diện tích ruộng khác nhau. Sơ đồ bố trí của công trình được cho trong Hình 1.

Details are in the caption following the image

Hình 1: Sơ đồ bố trí công trình

2. Vật liệu và phương pháp

2.1 Tổng hợp màu xanh lá cây của các hạt nano bạc và đồng và phân tích quang phổ

AgNPs được điều chế bằng cách khử bạc nitrat (AgNO3) bởi tri-natri xitrat dihydrat (Na3C6H5O7.2H2O). Tổng cộng 157,4 mg AgNO3 đã được khử bằng cách sử dụng 294 mg natri xitrat thông qua khuấy liên tục (600–700 vòng / phút) ở 70 ° C trên máy khuấy từ [24-26].

CuNPs được tổng hợp theo phương pháp tổng hợp xanh qua trung gian thực vật. Chiết xuất nước từ hành tây (Allium cepa. L.) được sử dụng như một tác nhân để khử và ổn định CuSO4.5H2O thành đồng nano. Chiết xuất hành tây được chuẩn bị theo tỷ lệ 1-10 giữa nguyên liệu thực vật và nước cất. Năm trăm miligam CuSO4 được hòa tan trong một lít nước cất. Dung dịch này được giảm bằng cách thêm từng bước 250 ml dịch chiết hành tây cùng với khuấy liên tục (300-400 vòng / phút) bằng máy khuấy từ ở 100 ° C trên nồi cách thủy [14-16].

Ban đầu, sự tổng hợp AgNPs và CuNPs được xác nhận bằng cách quan sát sự thay đổi màu sắc của hỗn hợp phản ứng, sau đó đo độ hấp thụ của bước sóng ánh sáng từ 200 đến 900 nm bằng cách sử dụng máy quang phổ UV-Visible (Shimadzu 1601, Nhật Bản) [27].

2.2 Quét hình ảnh hiển vi điện tử và phân tích kích thước hạt

Đánh giá cấu trúc của các hạt nano được thực hiện trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL 7500F HRSEM. Lưới đồng được sử dụng để gắn kết mẫu bằng phương pháp phủ giọt [13].

Sự phân bố kích thước của các hạt nano và điện thế zeta (điện tích ion) được đánh giá bằng cách sử dụng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (Bộ chỉnh hạt của Malvern Instruments, Zetasizer Nano S, Malvern Instruments, UK). Mẫu được chuẩn bị trong nước Milli-Q® [28].

2.3 Chuẩn bị tiêu bản thực vật và thiết lập thí nghiệm

Các thí nghiệm đã được tiến hành để xác định ảnh hưởng của AgNPs và CuNPs lên cây lúa mì trồng trong các điều kiện căng thẳng thẩm thấu khác nhau và đến các thông số năng suất. Hạt giống của giống lúa mì Punjab-2011 được lấy từ Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia (NARC). Hạt được khử trùng bằng etanol trong 5 phút và các hóa chất bám trên bề mặt hạt được loại bỏ bằng cách rửa bằng nước cất. Sau đó, cây con được chuyển sang máy làm lạnh để xử lý lạnh trong 3–4 ngày ở nhiệt độ lạnh để tăng cường khả năng nảy mầm của hạt.

2.4 Đo lường các thông số sinh lý

Sau khi xử lý, hạt được chuyển vào các chậu nhựa chứa đầy một thể tích đã biết của môi trường MS (Murashige và Skoog) chứa 10, 20 và 30 mg / L AgNPs và 3, 5 và 7 mg / L CuNPs và ứng suất thẩm thấu. của các vạch −6, −8 và −10 được tạo ra bằng cách trộn polyetylen glycol (PEG-6000) trong môi trường lỏng ở 20 ° C và được đo bằng cách sử dụng máy đo độ thẩm thấu. Các NP được bón theo phương pháp thủy canh trong môi trường MS của chậu cây. Các nghiệm thức được sắp xếp theo hai kiểu giai thừa sử dụng thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) trong ba lần lặp lại [5, 8, 29, 30].

2.4.1 Các thông số sinh lý thực vật

Dữ liệu về hàm lượng diệp lục (CC), chỉ số ổn định diệp lục (CSI), độ ẩm của lá (LS) và hàm lượng K (LK) trong lá của cây lúa mì được xử lý thủy canh với CuNP và AgNPs đã được ghi lại.

2.4.2 Đo hàm lượng diệp lục

CC được đo bởi SPAD-502, Konica Minolta Sensing, Inc. Japan. CC của cây lúa mì được đo sau 80 ngày cây phát triển. Lá cây được chiết xuất bằng dung dịch (80% v / v) axeton và nhiệt độ được duy trì ở 4 ° C trong 24 giờ dưới bóng tối, sau đó quan sát mẫu trên máy quang phổ ở 470, 647 và 664,5 nm [29].

2.4.3 Đo chỉ số ổn định diệp lục

Các mẫu lá lúa mì được thu thập sau 80 ngày canh tác. Một gam mẫu lá tươi được đun nóng ở 65 ° C trong 25 ml nước cất trên nồi cách thủy. Chất diệp lục được chiết xuất bằng cách sử dụng 80% axeton với lượng 40 ml và pha trộn trong 5 phút và được lọc bằng giấy lọc Whatman. Giấy lọc được rửa ba lần để loại bỏ chất diệp lục còn sót lại trên bề mặt. Các mẫu chiết xuất được đọc ở bước sóng ánh sáng 660 nm.

2.4.4 Đo độ mọng nước của lá

Diện tích lá, trọng lượng tươi và khô của một khối lượng lá đã biết đã được ghi lại. Các lá được sấy trong lò ở 70 ° C trong thời gian cho đến khi không ghi nhận được sự giảm trọng lượng nào nữa.

2.4.5 Hàm lượng kali trong lá và phép đo độ dẫn khí khổng

Hàm lượng kali trong lá được xác định bằng quang kế ngọn lửa sử dụng quy trình tiêu chuẩn [14] và độ dẫn khí khổng (SC) được đo bằng Thiết bị đo nhiệt độ lá (AP4) ở giai đoạn lá cờ.

2.5 Đo các thông số hình thái

Các thí nghiệm trong nhà kính đã được tiến hành để ghi lại ảnh hưởng của các nồng độ khác nhau của AgNPs và CuNPs lên các thuộc tính năng suất và sinh trưởng của lúa mì được trồng ở các mức năng suất ruộng (FC) khác nhau. Cây con được chuyển sang bầu đất (10 cây con mỗi chậu) trong nhà kính sau khi xử lý lạnh có chứa 0,58 g urê (46% N), 0,52 g DAP (18% N, 46% P2O5) và 0,46 g KCl (52 % K2O). Các chậu được lấp đầy bởi một khối lượng đất đã biết (12 kg) và FC được xác định bằng phương pháp trọng lượng. Các mức FC bao gồm 40%, 60% và 80% và 0, 10, 20 và 30 mg / L nồng độ AgNP và 0, 3, 5 và 7 mg / L nồng độ CuNP được áp dụng. Các cây con được tỉa thưa thành 5 cây mỗi chậu sau 40 ngày sau khi chuyển. Các nghiệm thức được sắp xếp theo thiết kế giai thừa CRD. Các thuộc tính năng suất như chiều dài cành, số lượng cành và hạt trên cành, khối lượng hàng trăm hạt và năng suất hạt trên mỗi chậu đã được ghi lại [19, 33, 34].

2.6 Phân tích thống kê

Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong ba lần. Giá trị trung bình và SD của các kết quả đã được tính toán. Phân tích phương sai đa yếu tố (ANOVA) được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Statistix 8.1®. Dữ liệu được tiếp tục thực hiện kiểm tra chênh lệch ý nghĩa (LSD) nhỏ nhất ở mức xác suất 5% đối với các tham số mà giá trị F được tìm thấy là có ý nghĩa.

3. Kết quả và thảo luận

3.1 Tổng hợp các hạt nano Ag và Cu và phân tích quang phổ

Sự thay đổi màu sắc của hỗn hợp phản ứng được coi là dấu hiệu ban đầu cho quá trình tổng hợp CuNPs và AgNPs, là phản ứng của tương tác giữa các hạt nano với sóng ánh sáng điện từ [35]. Kết quả phân tích quang phổ biểu thị dải cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) ở đặc tính 485 và 550 nm để biểu hiện sự tổng hợp tương ứng của AgNPs và CuNPs (Hình 2 (a, b). Dải SPR là kết quả của dao động điện từ sóng ánh sáng với các electron tự do dao động của AgNPs và CuNPs [13]. Màu vàng lục và nâu đặc trưng được quan sát từ CuNPs và AgNPs, tương ứng (trong hình 3).

Details are in the caption following the image

Hình 2: Phân tích quang phổ của (a) AgNPs và (b) CuNPs. Quét ảnh hiển vi điện tử của (c) AgNPs và (d) CuNPs

Details are in the caption following the image

Hình 3: Phân tích kích thước hạt của (a) AgNPs và (b) CuNPs bằng cách sử dụng kỹ thuật DLS. Insets đang hiển thị dung dịch keo của các NP Ag và Cu

Một bài báo đã xuất bản trước đây thể hiện dải SPR đặc trưng giữa 400 và 500 nm đại diện cho quá trình tổng hợp AgNP [27] trong khi dải SPR ở 650 nm được quan sát để xác nhận sự tổng hợp CuNP có lợi cho nghiên cứu của chúng tôi [36].

3.2 Đánh giá cấu trúc và phân tích kích thước hạt của các hạt nano

Hình ảnh SEM của AgNPs cho thấy rằng chúng không đẳng hướng, gần như hình cầu trong khi một số hạt nano hình khối cũng được tìm thấy (Hình 2 (c)). Các CuNP được quan sát thấy dị hướng và đa phân tán (Hình 2 (d)). Phân tích kích thước hạt của các hạt nano trong chuyển động Brown được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động và quan sát thấy rằng các AgNP có kích thước ≤10 nm (Hình 3 (a)) trong khi CuNPs tồn tại từ 100 đến 1000 nm (Hình 3 (b)).

Việc phân tích kích thước hạt được thực hiện ở nhiệt độ phòng sau khi tổng hợp và với khoảng cách 3 tháng sau khi tổng hợp bằng máy DLS để kiểm tra độ ổn định của các hạt nano. Không có sự thay đổi về kích thước của các hạt nano trước và sau khoảng thời gian 3 tháng, điều này thể hiện sự ổn định của các hạt nano. Sự ổn định của các hạt nano đã được khẳng định thêm bằng cách đo điện thế zeta (ζ). Điện tích ion trên bề mặt của AgNPs được đo ở -12,79 mV, điều này cho thấy rằng các AgNP có điện tích âm trên bề mặt của chúng, điều này cung cấp cho chúng lực đẩy và giúp chúng ổn định trong thời gian dài hơn. Thế zeta của CuNPs được đo ở -54,29 mV. Giá trị âm của thế zeta CuNPs cũng thể hiện rằng các hạt nano ổn định. Kết quả của chúng tôi ủng hộ các tài liệu đã xuất bản trước đây [35, 37].

Những kết quả này cho thấy các hạt nano đủ nhỏ và ổn định để sử dụng cho các ứng dụng sinh học trên cây trồng. Kích thước nhỏ của các hạt nano giúp chúng dễ dàng hấp thụ trên bề mặt tế bào và vượt qua hàng rào màng tế bào sinh chất để thực hiện các chức năng sinh hóa của chúng.

3.3 Ảnh hưởng của CuNPs và AgNPs đến các thông số sinh lý khác nhau của lúa mì dưới các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau

Thiếu nước là một vấn đề lớn trong thế giới hiện đại. Việc sử dụng các thực hành nông học cổ điển đã lỗi thời và không có nhiều tác dụng để kiểm soát hạn hán [8, 38, 39]. Các nhà nghiên cứu đang tập trung vào công nghệ nano do các ứng dụng đa dạng của chúng để điều trị hạn hán đang gia tăng từng ngày do sự gia tăng dân số và sự nóng lên toàn cầu [40]. Dữ liệu được trình bày trong Bảng 1 và 2, cho thấy ảnh hưởng của CuNPs và AgNPs đối với sự ổn định của chất diệp lục (CSI), hàm lượng LS và LK (LK) dưới các mức ứng suất thẩm thấu khác nhau (−6, −8 và −10). Người ta quan sát thấy rằng các nồng độ khác nhau của AgNPs (0, 10, 20 và 30 mg / L) và CuNPs (0, 3, 5 và 7 mg / L) trong các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau có ảnh hưởng rất khác nhau đến các thuộc tính sinh lý của lúa mì thực vật ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng và số lượng hạt. Nồng độ của CuNPs và AgNPs được thiết kế theo phản ứng của cây lúa mì với xử lý ban đầu nhận được.

Bảng 1. Ảnh hưởng của CuNP đến các đặc điểm sinh lý khác nhau dưới các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau

Conc. (mg/L) Chlorophyll stability index (%) Means Leaf succulence (mg/cm2) Means Leaf K (mg/kg)
Stress (bars) Stress (bars) Stress (bars)
−6 −8 −10 −6 −8 −10 −6 −8 −10 Means
0 48.33bc 40.00efg 35.33gh 41.22b 10.60b 9.37bc 5.97ef 8.64b 1.15b 1.10bc 0.87de 1.04b
3 58.30a 52.00b 46.58bcd 52.32a 12.87a 10.33b 5.93ef 9.71a 1.34a 1.11b 0.96cd 1.14a
5 45.33cde 42.55def 39.73fg 42.54b 9.07bc 8.00cd 4.90f 7.32c 1.08bc 1.05bc 0.65f 0.93c
7 36.67gh 32.33h 31.67h 33.56c 8.60c 6.53de 4.70f 6.61c 0.87de 0.80e 0.50g 0.72d
Means 47.18a 41.72b 38.33c 10.28a 8.56b 5.38c 1.11a 1.02b 0.75c
LSD (conc.) = 3.23 LSD (conc.) = 0.92 LSD (conc.) = 0.08
LSD (stress) = 2.80 LSD (stress) = 0.80 LSD (stress) = 0.07
LSD (conc. × stress) = 5.60 LSD (conc. × stress) = 1.59 LSD (conc. × stress) = 0.14

Giá trị trung bình được biểu thị bằng các bảng chữ cái viết thường khác nhau có ý nghĩa khác nhau ở các mức xác suất 5% bằng cách sử dụng thử nghiệm LSD (p <0,05).

Bảng 2. Ảnh hưởng của AgNP đến các đặc điểm sinh lý khác nhau dưới các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau

Conc. (mg/L) Chlorophyll stability index (%) Means Leaf succulence (mg/cm2) Means Leaf K (mg/kg) Means
Stress (bars) Stress (bars) Stress (bars)
−6 −8 −10 −6 −8 −10 −6 −8 −10
0 57.00b 52.67bc 47.67cd 52.44b 11.67de 9.53fgh 7.63hi 9.61c 1.54b 1.35cd 1.19ef 1.36b
10 66.69a 62.80a 56.54b 62.01a 17.63a 15.30b 8.50gh 13.81a 1.84a 1.54b 1.42bc 1.60a
20 48.67cd 47.86cd 44.94d 47.16c 14.53bc 12.70cd 7.57hi 11.62b 1.53b 1.23de 1.13ef 1.29b
30 36.67e 34.31ef 29.00f 33.33d 11.40def 9.90efg 6.30i 9.20c 1.42bc 1.15ef 1.09f 1.22c
Means 52.26a 49.41b 44.54c 13.81a 11.88b 7.50c 1.58a 1.32b 1.21c
LSD (conc.) = 3.23 LSD (conc.) = 1.06 LSD (conc.) = 0.07
LSD (stress) = 2.80 LSD (stress) = 1.23 LSD (stress) = 0.07
LSD (conc. × stress) = 5.60 LSD (conc. × stress) = 2.13 LSD (conc. × stress) = 0.13

Giá trị trung bình được biểu thị bằng các bảng chữ cái viết thường khác nhau có ý nghĩa khác nhau ở các mức xác suất 5% bằng cách sử dụng thử nghiệm LSD (p <0,05).

Các cây lúa mì đã được đưa vào ứng suất hạn hán bằng cách tăng tiềm năng thẩm thấu bằng cách áp dụng polyethylene glycol vào môi trường nuôi cấy thủy canh. Quan sát thấy rằng các cây thí nghiệm đối chứng trồng trong điều kiện căng thẳng khô hạn có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các chỉ tiêu sinh lý và chúng suy giảm dần khi tăng tiềm năng thẩm thấu. Hàm lượng CSI, LS và kali trong lá giảm rõ rệt từ 48,33% xuống 35,33%, 10,60 xuống 5,97 mg / cm2 và 1,15 – 0,87 mg / kg, tương ứng khi không xử lý CuNPs (p <0,05). Sự tăng trưởng của cây lúa mì đã tăng lên đáng kể thể hiện dưới dạng sự gia tăng các thông số sinh lý khi sử dụng dung dịch keo CuNPs 03 mg / L (Hình 4 và 5).

Hàm lượng CSI, LS và LK tăng lên ở mức 03 mg / L và sự phát triển tốt hơn được quan sát thấy ở tiềm năng thẩm thấu -6 bar, giảm dần khi tăng căng thẳng thẩm thấu. Đồng thời, các cây được xử lý CuNPs thể hiện khả năng chống chịu căng thẳng tốt hơn thể hiện qua các đặc điểm sinh lý. CSI đạt mức tối đa khi sử dụng 03 mg / L CuNP và giảm ở nồng độ cao hơn. Nó đã tăng 20,6% ở -6 vạch, 30,0% ở -8 vạch và 31,8% ở -10 vạch liên quan đến các đối chứng tương ứng của chúng (p <0,05). Chỉ số ổn định diệp lục cao nhất (58,30%) được ghi nhận ở mức -6 vạch khi sử dụng 03 mg / L CuNP và giá trị thấp nhất được tạo ra từ 7 mg / L CuNP cùng với ba mức căng thẳng thẩm thấu. Việc áp dụng CuNP đã cải thiện LS trong điều kiện ứng suất thẩm thấu. Giống như CSI, 03 mg / L một lần nữa là nồng độ CuNPs tối ưu để cải thiện LS.

Mặc dù sự cải thiện LS đã giảm dần ở mức căng thẳng thẩm thấu cao hơn. Hàm lượng kali trong lá được cải thiện bằng cách bón 03 mg / L CuNPs. Nó là tối đa (1,34 mg / kg) ở -6 bar và giảm ở mức căng thẳng thẩm thấu cao hơn (p <0,05). Nó chỉ ra rằng nồng độ 03 mg / L của CuNPs đã cải thiện khả năng hấp thụ kali và khả năng di chuyển của cây trồng. Các thông số này điều chỉnh quá trình quang hợp trực tiếp hoặc gián tiếp và giúp cây trồng chịu được stress do hạn hán. K đóng một vai trò rất quan trọng để duy trì áp suất turgor. Nó cũng góp phần vào việc trao đổi ion và đóng mở các tế bào bảo vệ khí khổng. K cũng hoạt động như một đồng enzyme. Hàm lượng kali trong lá xác định áp suất chuyển động của tế bào, hoạt động của khí khổng và mối quan hệ với nước. Hàm lượng kali trong lá giảm là do khả năng di chuyển của kali trong cây giảm [4].

Các cây được xử lý với 03 mg / L CuNPs đã cải thiện CSI và SC trong điều kiện hạn hán được kiểm soát. Một số nghiên cứu trước đây cho thấy Cu là một vi chất dinh dưỡng rất quan trọng góp phần tạo ra khả năng thủy phân nước của nó trong quá trình quang hợp. Đồng được cây lúa mì hấp thụ ở dạng Cu2 +. Đồng là một thành phần rất quan trọng của plastocyanin trong chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp của hệ thống quang hợp. Các tế bào quang hợp thường có hàm lượng đồng cao hơn. Tiềm năng của Cu như một chất mang điện tử trong các phản ứng oxy hóa khử của chuỗi vận chuyển điện tử cũng giúp cây trồng chịu được các điều kiện căng thẳng khô hạn [17]. Rõ ràng là Cu góp phần vào sự phát triển của thực vật và giúp ích trong quá trình sinh sản của lúa mì [41].

Details are in the caption following the image

Hình 4: Ảnh hưởng của AgNPs và CuNPs đến các đặc điểm sinh lý của lúa mì trong điều kiện căng thẳng thẩm thấu. Các bảng chữ cái khác nhau thể hiện rằng kết quả khác nhau đáng kể (p <0,05).

Details are in the caption following the image

Hình 5: Ảnh hưởng của AgNPs và CuNPs đến các đặc điểm sinh lý của lúa mì dưới các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau. Các bảng chữ cái khác nhau thể hiện rằng kết quả khác nhau đáng kể (p <0,05)

Việc áp dụng 10 mg / L AgNPs đã cải thiện CSI, LS và hàm lượng kali trong lá so với đối chứng từ 52,44% lên 62,01%, 9,61 đến 13,8 mg / cm2 và 1,36-1,60 mg / kg, tương ứng (Bảng 2) (p <0,05 ). Việc áp dụng 10 mg / L AgNPs ở các thanh −6, −8 và −10 đã tạo ra 19,48%, 14,07% và 19,32% hàm lượng LK so với đối chứng tương ứng (Hình 4 và 5) (p <0,05).

Nồng độ AgNPs cao hơn 10 mg / L, làm giảm CSI. CSI thấp nhất (29,00%) và cao nhất (66,69%) được ghi nhận đối với 30 mg / L AgNPs ở −10 thanh và 10 mg / L AgNPs ở −6 bar tiềm năng thẩm thấu, tương ứng (p <0,05). Một xu hướng tương tự cũng được theo sau đối với LS. LS tối đa (17,63 mg / cm2) được báo cáo bằng cách sử dụng 10 mg / L AgNPs ở -6 bar và LS tối thiểu (6,30 mg / cm2) được quan sát bằng cách sử dụng 10 mg / L AgNPs ở −10 bar tiềm năng thẩm thấu. Hàm lượng kali trong lá bị ảnh hưởng tương tự khi sử dụng AgNPs ở các mức độ căng thẳng khác nhau. Việc xử lý cây lúa mì bằng các hạt nano bạc có thể cải thiện hiệu quả trao đổi điện tử trong tế bào, làm giảm sự hình thành các loại oxy phản ứng (ROS) thông qua việc ngăn chặn sự rò rỉ điện tử. Sự gia tăng mạnh mẽ chất diệp lục b và cải thiện đáng kể hàm lượng chất diệp lục a trong cây con được xử lý bằng hạt nano bạc cũng đã được đề cập trong các báo cáo trước đây [11, 39].

Các nhà máy phản ứng với các áp lực môi trường khác nhau thông qua sửa đổi trong một quá trình nội bộ. Lúa mì được gieo dưới các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau dẫn đến giảm các thuộc tính sinh lý và hình thái [16, 30, 31]. Các giá trị giảm của diệp lục lá và LS trong điều kiện khô hạn đã được xác nhận. LS bị ảnh hưởng tích cực bởi tiềm năng nước của lá giảm khi nguồn cung cấp ẩm hạn chế. Các cây thí nghiệm đối chứng không có hạt nano báo cáo các thông số sinh lý thấp có ý nghĩa (p <0,05). Hạn hán làm giảm sự phát triển của lúa mì. Tuy nhiên, việc sử dụng các hạt nano ở các nồng độ nhất định là rất hữu ích để tạo ra khả năng chịu hạn. Có thể là do các hạt nano kích thước nhỏ dễ dàng đi vào tế bào biểu bì để điều chỉnh thẩm thấu [1, 5, 11, 29].

3.4 Ảnh hưởng của CuNPs và AgNPs đến khả năng dẫn điện khí khổng của lúa mì ở các năng suất ruộng khác nhau

SC là một quá trình quan trọng để xác định tỷ lệ quang hợp và rất có thể bị ảnh hưởng đầu tiên trong hạn hán. SC cũng đóng vai trò rất quan trọng quyết định hiệu quả của bộ máy khí khổng. Nó cũng giúp giải thích khả năng quang hợp và chỉ số hô hấp của một loài thực vật cụ thể. Căng thẳng sinh lý bao gồm hạn hán làm thay đổi rất nhiều SC, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và chất lượng của cây trồng. SC đã giảm ở công suất trường thấp (Hình 5). Các ứng dụng CuNPs đã giảm thiểu tác động bất lợi của hạn hán bằng cách cải thiện SC lần lượt là 8,0%, 10,5% và 9,3% ở các mức FC 40%, 60% và 80% (p <0,05); 3 mg / L CuNP được tìm thấy rất hiệu quả để tăng SC ở tất cả các công suất trường. Giá trị cao nhất của độ dẫn khí khổng (262,12 mmol m − 2 s − 1) được quan sát bằng cách sử dụng 03 mg / L CuNPs ở 80% FC. Tuy nhiên, sự gia tăng hơn nữa nồng độ vượt quá 03 mg / L, làm giảm đáng kể độ dẫn của khí khổng (p <0,05).

Dữ liệu được trình bày trong Hình 5 cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa cây được xử lý AgNPs và cây đối chứng về độ dẫn khí khổng (p <0,05). Ngược lại với CuNPs, các AgNP có tính ức chế ở nồng độ thấp hơn và kích thích ở nồng độ cao hơn [4-6, 11]. Do đó, các cây được xử lý với 30 mg / L AgNPs tạo ra các số liệu tối đa về SC.

3.5 Ảnh hưởng của CuNPs và AgNPs đến các thông số hình thái của lúa mì dưới các năng lực đồng ruộng khác nhau

Các thuộc tính hình thái của thực vật thay đổi theo cơ chế sinh lý. Các đặc điểm hình thái của cây lúa mì được đo bằng chiều dài cành, số cành trên cành, số hạt trên cành, trọng lượng hạt và số hạt trên chậu (Hình 6 và 7). Người ta quan sát thấy rằng việc tăng FC bằng cách bổ sung phân bón cùng với việc áp dụng CuNPs và AgNPs đã cải thiện đáng kể các thông số hình thái. Các giá trị cao nhất cho chiều dài cành (12,67 cm), số lượng hạt trên mỗi cành (12,33 cành -1), tăng trên mỗi cành (17,33 cành -1), trọng lượng 100 hạt (10,50 g) và năng suất hạt trên mỗi chậu (14,59 g chậu -1 ) đạt được bằng cách sử dụng 03 mg / L CuNPs ở 80% FC. Sự khác biệt không có ý nghĩa ở 05 mg / L của CuNPs và đối chứng được quan sát ở 40% và 60% FC. Các cây được xử lý với 03 mg / L CuNPs đã cải thiện đáng kể năng suất 22,3%, 43,4% và 18,0% đối với đối chứng ở các mức FC 40%, 60% và 80%, tương ứng (p <0,05).

Details are in the caption following the image

Hình 6: Ảnh hưởng của AgNPs và CuNPs đến các đặc điểm hình thái của lúa mì ở các mức năng suất đồng ruộng (FC) khác nhau. Các bảng chữ cái khác nhau thể hiện rằng kết quả khác nhau đáng kể (p <0,05)

Details are in the caption following the image

Hình 7: Ảnh hưởng của AgNPs và CuNPs đến các đặc điểm hình thái của lúa mì ở các mức năng suất đồng ruộng (FC) khác nhau. Các bảng chữ cái khác nhau thể hiện rằng kết quả khác nhau đáng kể (p <0,05)

Dữ liệu được trình bày trong Hình 6 và 7 cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa cây được xử lý AgNPs và cây đối chứng về năng suất hạt (p <0,05). Ngược lại với CuNPs, các AgNP có tính ức chế ở nồng độ thấp và kích thích ở nồng độ cao hơn. Do đó, thực vật được xử lý với 30 mg / L AgNPs tạo ra các con số tối đa về các thông số hình thái. Tuy nhiên, 30 mg / L AgNPs tạo ra sự khác biệt đáng kể so với đối chứng đối với các thành phần hình thái tăng trưởng (p <0,05). Hình 8 thể hiện sự so sánh bằng ảnh chụp các đặc điểm hình thái khác nhau của cây lúa mì sau khi bón CuNPs và AgNPs trên đất.

Details are in the caption following the image

Hình 8:  Ảnh chụp ảnh cho thấy sự khác biệt trong sự phát triển của cây lúa mì khi có và không xử lý (a) xử lý cây trồng với 30 mg / L AgNPs ở 80% FC (b) xử lý cây trồng với 3 mg / L CuNPs ở 80% FC

Có thể kết luận rằng sự gia tăng hàm lượng CC, CSI, LS và LK do các ứng dụng của CuNPs và AgNPs, có tác động mạnh mẽ đến các thông số hình thái của cây lúa mì. Kết quả của chúng tôi nghiêng về một số báo cáo khoa học đã được công bố trước đây [4, 14, 39, 40, 42, 43].

4. Kết luận

Trong tài liệu này, chúng tôi đã báo cáo các ứng dụng thủy canh của CuNPs và AgNPs ở các nồng độ khác nhau để tạo ra khả năng chịu hạn ở cây lúa mì được trồng ở các mức độ căng thẳng thẩm thấu khác nhau và các ứng dụng đất của vật liệu nano để cải thiện năng suất ở các năng suất ruộng khác nhau. Sự gia tăng các thông số sinh lý như hàm lượng CSI, LS và LK đã được quan sát bằng cách ứng dụng các hạt nano gián tiếp duy trì các đặc điểm hình thái thực vật ủng hộ việc sử dụng CuNPs và AgNPs để gây ra khả năng chống hạn cho lúa mì.

Nguồn: https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1049/nbt2.12002

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT NANO VIỆT

Địa chỉ: Số A12/85 Đường 1A, Ấp 1, Xã Vĩnh Lộc B, Huyện Bình Chánh, TP. HCM

Hotline: 0932 884 877 – 0907 771 622 – 0796 155 955 – 0789 377 177 – 0931 791 133 

Email: sales.nano [email protected]

Fanpage: Nanovnn – Nano bạc nguyên liệu

Related Posts

Trang web này sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn. Chúng tôi sẽ cho rằng bạn đồng ý với điều này, nhưng bạn có thể chọn không tham gia nếu muốn. Chấp nhận Đọc thêm

error: Content is protected !!
0907 771 622