ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG CANH TÁC CÂY TRỒNG 

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG CANH TÁC CÂY TRỒNG 

15/12/2017

   -   

VŨ TUẤN THANH

   -   

0 Bình luận

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG CANH TÁC CÂY TRỒNG 

   CÔNG NGHỆ NANO TRONG CANH TÁC CÂY TRỒNG 

Công nghệ nano là gì?

    Công nghệ nano là một trong những công cụ quan trọng bậc nhất của khoa học nông nghiệp hiện đại, trong đó công nghệ nano trong lĩnh vực nông nghiệp- thực phẩm được dự đoán trở thành một lực lượng dẫn dắt nền kinh tế toàn cầu trong một tương lai gần. Sự phát triển chóng mặt của công nghệ nano ngày nay là một quá trình diễn biến khách quan, phản ánh quá trình hoàn thiện liên tục của khoa học và kỹ thuật, thay đổi các thói quen về công nghệ. Các nước tiên tiến những thập kỷ gần đây trong lĩnh vực phân bón vi lượng đã có bước nhảy vọt về mặt công nghệ: phân vi lượng truyền thống được thay thế (nhanh chóng) bằng các chế phẩm thế hệ mới dưới dạng các hạt nano vi lượng, đảm bảo sản lượng thu hoạch cao trong khi chi phí đầu vào giảm đáng kể. Được biết, tại Mỹ mỗi năm ngành nông nghiệp đầu tư khoảng 1 tỷ đô la cho việc ứng dụng công nghệ nano vào các ngành trồng trọt, chăn nuôi và thú y để thu về gần 20 tỷ đô la lợi nhuận nhờ sản xuất thực phẩm nano. Một số nước ở Châu Âu và Châu Á cũng đầu tư nhiều tiền của vào công nghệ nano

Từ “nano” theo tiếng Hy Lạp là “nhỏ bé”, trong khi từ “nanotechnology” lần đầu tiên được đưa vào sử dụng vào năm 1974 bởi GS. người Nhật NorioTaniguchi. Theo quan điểm của Chương trình Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia (NNI) của Mỹ, nghiên cứu và phát triển công nghệ nano là nhằm tới việc tạo ra các vật liệu, thiết bị và hệ thống chuyên khai thác các tính năng của vật liệu ở kích thước nano (10 -9 mét). NNI đưa ra định nghĩa công nghệ nano như sau: Công nghệ nano là sự hiểu biết và kiểm soát vật chất ở kích thước nano trong khoảng từ 1nm đến 100 nm, mà tại đó nhiều hiệu ứng đặc biệt xảy ra cho phép tạo ra các ứng dụng mới. Các hạt nano có tiềm năng ứng dụng to lớn trong nông nghiệp với những nhiệm vụ như sau:

- Xử lý hạt giống 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 BVTV bằng cách phát triển phương pháp vận chuyển tới đích đối với 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, nâng cao khả năng miễn dịch cho vật nuôi và khả năng chống oxi hóa, giảm sử dụng thuốc kháng sinh, giảm mùi hôi;
- 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.

         Tính ứng dụng ấn tượng nhất của công nghệ nano trong nông nghiệp là sử dụng các hạt nano để xử lý hạt giống, chủ yếu là do khối lượng hạt nano dùng để xử lý cực nhỏ, thường không vượt quá một vài miligam tính cho một cân hạt giống. Nhờ có kích thước nhỏ và hoạt tính phản ứng cao, các hạt nano có thể xâm nhập vào các lỗ xốp của hạt giống và kích hoạt các hooc môn, kích thích các quá trình sinh lý trong cây, nhờ đó làm tăng hoạt tính của các enzym giúp cây tăng trưởng và tăng khả năng chống chịu stress. Ngoài ra, nhờ diện tích bề mặt lớn, các hạt nano có khả năng hấp phụ các loại độc tố khác nhau từ trong đất và vận chuyển các dưỡng chất vào các cơ quan khác nhau bên trong cây. Từ kinh nghiệm sử dụng các chế phẩm hóa nông có thể thấy phân vi lượng truyền thống thực tế là các dung dịch ion mang điện tích. Các dung dịch này có thể xâm nhập qua lớp màng lipid vào bên trong tế bào chỉ với sự trợ giúp của các protein-vận chuyển đặc biệt. Tuy nhiên nguồn dự trữ các protein-vận chuyển này rất hạn chế, vì vậy để đạt được hiệu quả xử lý phải sử dụng một khối lượng lớn các nguyên tố vi lượng và chỉ một phần nhỏ của chúng xâm nhập được vào bên trong các tế bào cây. Trong khi đó các hạt nano vi lượng không phân ly trong nước, không có điện tích, do đó màng tế bào không nhận biết chúng như là vật thể lạ để tìm cách chống lại. Đồng thời các hạt nano vi lượng thường có kích thước nhỏ hơn kích thước các kênh dẫn (plasmodesmata) trên màng tế bào (50 nm), do đó chúng dễ dàng xâm nhập vào các tổ chức bên trong tế bào để tham gia vào quá trình tổng hợp các enzyme cần thiết cho việc gia tốc các quá trình trao đổi chất trong cây. Quá trình tổng hợp này đòi hỏi liều lượng vi lượng nhỏ hơn hàng trăm lần so với các chế phẩm vi lượng truyền thống.

    Gần đây đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu cho thấy rằng các chế phẩm hoạt tính sinh học (trong đó kể cả các nguyên tố vi lượng có kích thước nano, một số loài nấm, loài vi khuẩn…) khi sử dụng riêng lẻ để xử lý hạt giống thì hiệu quả kích thích tăng trưởng đối với cây trồng không cao và không ổn định. Giải quyết những tồn tại này nhiều công trình nghiên cứu đã đề xuất sử dụng tổ hợp các chất hoạt tính sinh học với các chức năng khác nhau làm tác nhân kích thích sinh trưởng cho cây trồng. Các chất kích thích này được gọi chung là chất kích thích sinh học (biostimulants). Các chất kích thích sinh học (KTSH) được Kauffman định nghĩa như là “những vật liệu không phải phân bón, nhưng có khả năng kích thích sinh trưởng cây trồng khi được sử dụng với lượng nhỏ. Các chất kích thích sinh học được chia thành 3 nhóm chủ yếu dựa trên nguồn gốc và hàm lượng của chúng. Đó là nhóm các hợp chất humic (HS), nhóm các chất chứa hooc môn (hormones-containing products - HCPs) và nhóm các chất chứa các axit amin (amino acids-containing products - AACPs). Các nhà khoa học Nga đã chỉ ra rằng những nguyên nhân làm cho việc xử lý hạt giống chỉ bằng một trong những loại chất KTSH đã biết, ví dụ như các nguyên tố vi lượng có kích thước nano, chưa được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn là do những nguyên nhân sau đây:
     (a) Cùng một loại hạt giống của một cây được xử lý giống nhau nhưng gieo trồng ở các điều kiện khác nhau về thời tiết, điều kiện thổ nhưỡng cho các kết quả khác nhau về tỷ lệ nảy mầm, chỉ số lý - sinh của cây con và năng suất sản phẩm khi thu hoạch.
     (b) Quá trình nảy mầm và sinh trưởng của hạt giống và cây con là tổng hợp của nhiều phản ứng sinh hóa xảy ra với sự tham gia của nhiều enzym trong hạt giống vì vậy nếu chỉ có sự tác động của một hoặc vài nguyên tố vi lượng có kích thước nano thì chưa đủ đảm bảo cho việc gia tăng về sinh trưởng và năng suất của cây trồng trong các điều kiện môi trường xung quanh khác nhau và đối với các loại hạt giống khác nhau.
     (c) Theo quan niệm hiện đại về chất kích thích sinh học các nguyên tố vi lượng dưới dạng nano được coi là chất kích thích sinh học cùng với nhiếu chất khác như axit humic, axit amin, chất chiết tách từ rong biển (auxin, cytokinin, gibberellin), chitosan, oligossacharit, vi khuẩn, chất diệt nấm... Các chất này tác động tương đối độc lập, tương hỗ lẫn nhau và nhiều khi còn thể hiện hiệu ứng công năng (synergetic).
    (d) Để xử lý hạt giống đạt được kết quả mong muốn là cây con khỏe, tăng trưởng nhanh, có sức đề kháng chống lại các tác động không thuận lợi từ môi trường sống (thành phần đất, độ ẩm, thời tiết...), cho năng suất cao, cần có sự tác động của nhiều yếu tố kích thích lên hạt giống, kể cả các chất diệt nấm (US patent No 8 209 902 B2 Jul. 2012)

  • Sản xuất phân bón lá

Trong nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp, các hạt nano thường được áp dụng trên các đối tượng hạt giống và bộ rễ. Trong các hệ này sự tương tác giữa các hạt nano, cây và đất có thể rất phức tạp và tiềm ẩn vấn đề an toàn sinh thái. Sự hấp thụ qua lá của các hạt nano là giải pháp thích hợp để khắc phục những trở ngại nêu trên. Hệ thống lá là cơ quan quan trọng bậc nhất của các quá trình quang hợp, hô hấp và trao đổi khí. Các hạt nano có thể được lá hấp thụ bằng hai con đường: qua lớp biểu bì (cuticle) và qua khí khổng. Con đường biểu bì chỉ cho phép các hạt nano có đường kính nhở hơn 5 nm do lỗ xốp biểu bì quá nhỏ. Mặt khác, bằng con đường khí khổng các hạt nano có kích thước lớn hơn (50 nm) có thể xâm nhập qua đường khí khổng, bởi kích thước khí khổng vào cỡ micromet. Ngoài ra, các nano kim loại của các nguyên tố khác nhau có thể có khả năng hấp thụ qua khí khổng khác nhau. Birbaum và cs công bố rằng các hạt nano CeO 2 với bất kỳ kích thước hạt nhỏ to đều không có khả năng di chuyển trong cây ngô. (13)  

  • Ứng dụng để sản xuất thuốc bảo vệ thực vật và bảo quản quả tươi sau thu hoạch

    Nhiều vật liệu nano thể hiện khả năng kháng nấm, đặc biệt là các nguyên tố kẽm, đồng và bạc. Hạt nano oxit kẽm thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật khá cao. Các hạt nano của nguyên tố này có độc tính chọn lọc với vi khuẩn mà không độc với các tế bào của người và động vật vì thế rất có tiềm năng ứng dụng trong ngành nông nghiệp và thực phẩm. Hạt nano bạc có khả năng đề kháng đối với nhiều nấm bệnh trên thực vật như Bipolaris sorokiniana và Magnapothe grisea Kết quả thử nghiệm nano bạc với nồng độ thấp cho thấy nhiều loại nấm đang gây ra bệnh hại trên cây trồng và do đó làm giảm năng suất của các sản phẩm nông nghiệp, đã được vô hiệu hóa. Hạt nano đồng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quang và điện tử, đồng thời là chất mới chống lại vi sinh vật. Gần đây, Kanhed et al đã thông báo khả năng của nano đồng chống lại nấm gây bệnh ở cây trồng như Phoma destructiva, Curvularia lunata, Alternaria alternata và Fusarium oxysporum. Ouda đồng thời phát hiện nano đồng và nano đồng kết hợp với nano bạc có khả năng kìm hãm và diệt hai loại nấm Uernaria alternata và Botrytis cinere gây bệnh trên nhiều loại cây trồng khác nhau. Thiệt hại do các nấm bệnh sau thu hoạch có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong quá trình xử lý sau thu hoạch, từ thu hoạch đến tiêu dùng. Bên cạnh những thiệt hại trực tiếp đến kinh tế, nhiều bệnh còn có nguy gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng. Một số chi nấm như Penicilium, Alternaria và Fusarium được biết có thể sản xuất độc tố trong những điều kiện nhất định. Và rủi ro lớn nhất của ô nhiễm độc tố xảy ra khi sản phẩm bị bệnh được sử dụng trong sản xuất chế biến thực phẩm hoặc thức ăn gia súc. Các bệnh phổ biến bao gồm bệnh thối quả gây ra do Alternaria sp., Aspergillus sp. và Fusarium sp, thối cuống do Lasiodiplodia sp., mốc xanh do Penicillium sp., bệnh thán thư do Colletotrichum sp. Có nhiều cơ chế được dự đoán để giải thích hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano ZnO. Việc sản sinh các hydrogen peroxide từ bề mặt của ZnO được coi (14 ) như là một cách hiệu quả để ức chế việc phát triển của vi sinh vật . Một cơ chế khác về hoạt tính kháng vi sinh vật của hạt nano ZnO có thể do việc giải phóng các ion Zn2+, làm phá hủy màng tế bào và tương tác với các cơ quan khác bên trong tế bào

                                                                            (Nguồn sưu tầm tại Russia)

Thương hiệu nổi tiếng từ Russia

         Ivan Ovsinsky (Phân bón công nghệ Nano)

TAGS: Công nghệ nano

Bình luận

VIẾT BÌNH LUẬN CỦA BẠN:
popup

Số lượng:

Tổng tiền: