Công nghệ Nano-Bước tiến mới trong việc kiểm soát sâu bệnh hại trên các loại cây trồng

Các hạt nano có nồng độ xác định có thể được sử dụng để kiểm soát các bệnh cây do vi khuẩn gây bệnh gây ra.

Nano bạc: Đây là loại hạt nano được nghiên cứu nhiều nhất và được sử dụng cho hệ thống sinh học. Từ lâu nó đã được biết đến là có tác dụng ức chế và diệt khuẩn mạnh mẽ cũng như kháng khuẩn. Các hạt nano bạc, có diện tích bề mặt cao và phần lớn các nguyên tử bề mặt, có khả năng diệt nấm, vi khuẩn vượt trội so với kim loại bạc nguyên khối . Dung dịch keo nano bạc kháng nấm (đường kính trung bình 1,5 nm), được kiểm nghiệm là rất hiệu quả trong việc chống lại bệnh nấm mốc tăng do Sphaerotheca pannosa Var rosae gây ra. Việc sử dung nano bạc có thể loại bỏ các vi sinh vật không mong muốn trong đất trồng và cả hệ thống trồng cây thủy canh. Nó được sử dụng như thuốc phun lá để chống nấm, nấm mốc, thối rữa và một số bệnh hại khác. Hơn nữa, bạc là chất kích thích tăng trưởng thực vật tuyệt vời. Khi phun nano bạc qua lá, ngoài tác dụng diệt vi khuẩn - nấm gây bệnh thì các hạt nano bạc còn giúp bộ lá tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng, do đó giúp tăng hiệu suất quang hợp của cây trồng

Nano alumino silicat: Các công ty hóa chất hàng đầu hiện đang sản xuất các loại thuốc trừ sâu có kích thước nano. Một trong những nỗ lực đó là sử dụng các ống nano alumino-silicate với các hoạt chất. Ưu điểm của các ống nano alumino-silicate là khi được phun trên bề mặt của cây trồng được dễ dàng dính vào vỏ ngoài của côn trùng. Côn trùng chủ động hấp thụ các ống nano có chứa thuốc trừ sâu. Chúng có tính chất sinh học hoạt động mạnh hơn và tương đối an toàn hơn so với các thuốc trừ sâu thông thường.

Nano Titanium dioxide (TiO2): Titanium dioxide (TiO2) là chất màu trắng không độc hại được sử dụng rộng rãi trong sản xuất sơn, nghiên cứu, mực in, mỹ phẩm, gốm sứ, da thuộc, và là một chất khử trùng rất mạnh so với chlorine và ozon. Vì TiO2 vô hại, nên nó được chấp nhận sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm, với lượng tối đa 1% trọng lượng cuối cùng của sản phẩm. Kỹ thuật quang xúc tác TiO2 có tiềm năng lớn trong các ứng dụng nông nghiệp khác nhau, bao gồm bảo vệ thực vật vì nó không tạo thành các hợp chất độc hại và có hiệu quả khử trùng tốt. Các nhà khoa học đã cố gắng để cải thiện hiệu quả khử trùng bằng phiến mỏng TiO2 thông qua phương pháp nhuộm và các phương pháp thích hợp khác (Yao et al., 2009).

Các vật liệu nano cacbon: Trong số các vật liệu nano, các vật liệu nano carbon (ví dụ như ống nano cacbon đơn thành (SWCNT), ống nano cacbon nhiều lớp (MWCNT), buckyball, graphene ...), chiếm vị trí nổi bật trong các vật liệu ứng dụng công nghệ nano. Việc sử dụng và tiếp xúc với các vật liệu nano carbon ngày càng nhiều có thể gây ra những lo ngại về môi trường. Do đó, điều quan trọng là phải nghiên cứu một cách có hệ thống những ảnh hưởng mà các vật liệu nano cacbon đối với cây trồng

Các hạt nano từ tính: Các hạt nano từ tính được ứng dụng để điều chế các loại thuốc theo các mục tiêu khác nhau trong y sinh học để điều trị các bệnh khác nhau (Mornet và cộng sự, 2004, Jurgons và cộng sự, 2006). Tuy nhiên, trong sinh học thực vật, ứng dụng đó vẫn còn trong giai đoạn khởi đầu. Các vật liệu nano từ tính có thể được sử dụng để điều chế các loại hóa chất bảo vệ thực vật để điều trị các bệnh chỉ ảnh hưởng đến các vùng cụ thể của thực vật. Nếu sự di chuyển của các vật liệu nano từ tính có thể được theo dõi bên ngoài bằng cách sử dụng các nam châm điện công suất cao, thì nó sẽ có thể hướng chúng tới các khu vực cụ thể mà các hóa chất cần phải được giải phóng. Ưu điểm của việc sử dụng các vật liệu nano carbon (như SWCNTs và MWCNTs) kết hợp với chức năng hoá các hạt nano từ là không gian bên trong cho phép lọc các hoá chất bảo vệ thực vật phù hợp và các hạt nano từ có chức năng cho phép điều khiển từ bên ngoài các chuyển động của hạt nano trong các bộ phận của cây.

CÔNG NGHỆ NANO ỨNG DỤNG TRONG VIỆC KIỂM SOÁT BỆNH CÂY

Công nghệ nano cung cấp những phương pháp mới để cải tiến các kỹ thuật quản lý cây trồng hiện có. Chất dinh dưỡng và các hóa chất bảo vệ thực vật thường được áp dụng cho cây trồng bằng cách phun hoặc bón. Do các vấn đề như rò rỉ hoá chất, suy thoái do photolysis, thủy phân và sự phát triển của vi khuẩn, chỉ có nồng độ rất thấp của các hoá chất, thấp hơn nhiều so với nồng độ hiệu quả tối thiểu cần thiết, đạt đến được vị trí mục tiêu của cây trồng.

CÔNG NGHỆ NANO ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÁT HIỆN BỆNH CÂY

Bệnh cây cần được phát hiện ở giai đoạn sớm để giảm thiểu tối đa diện tích cây trồng bị nhiễm bệnh và thiệt hại nó gây ra. Điều đó đã đòi hỏi các nhà nghiên cứu công nghệ nano tìm kiếm một giải pháp để bảo vệ thực phẩm và nông nghiệp khỏi vi khuẩn, nấm và các chất virus. Kỹ thuật phát hiện mất ít thời gian hơn và có thể cho kết quả trong vòng vài giờ, đơn giản, di động và chính xác và không cần bất kỳ kỹ thuật phức tạp nào để hoạt động sao cho ngay cả một nông dân có thể sử dụng hệ thống này. Nếu một cảm biến nano tự động kết nối với một hệ thống GPS để giám sát thời gian thực được phân phối trên toàn bộ một khu vực để theo dõi điều kiện đất đai và vụ mùa, điều này sẽ rất hữu ích cho các hộ nông dân. Sự kết hợp công nghệ sinh học và công nghệ nano trong cảm biến sẽ tạo ra các thiết bị có độ chính xác cao, cho phép phản ứng nhanh hơn trước những thay đổi môi trường và bệnh hại.

SINH TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO

Các nghiên cứu về nano và công nghệ nano chủ yếu liên quan đến việc chuẩn bị và sử dụng các hạt nano của các nguyên tố và hợp chất khác nhau. Trong số các ứng dụng khác nhau, các hạt nano cũng đang được sử dụng như các chất kháng khuẩn để quản lý bệnh thực vật. Sự hình thành các hạt nano có thể đạt được thông qua một số quá trình lý học hoặc hóa học.

Nấm: Nấm gần đây đã được sử dụng trong quá trình tổng hợp các hạt nano. Đã có sự chuyển đổi từ vi khuẩn sang nấm để sử dụng như các 'chất nano' tự nhiên vì nấm xử lý dễ dàng hơn (Mandal và cộng sự, 2006) và khả năng tiết ra một số lượng lớn các enzyme. Tuy nhiên, nấm sinh học là sinh vật có khả năng thích nghi với sự chuyển gen hơn so với việc sử dụng vi khuẩn. Do đó, việc sử dụng nấm ở cấp độ di truyền để tổng hợp nhiều hạt nano sẽ không dễ dàng. Điều quan trọng là biết được cơ chế tổng hợp các hạt nano trong hệ thống vi sinh để kiểm soát tốt hơn hình dạng, kích cỡ và các tính chất mong muốn khác của các vật liệu nano tổng hợp.

Vi khuẩn: Trong số các vi khuẩn, sinh vật nhân sơ đã sử dụng nhiều nhất để sinh tổng hợp các hạt nano (Mandal và cộng sự, 2006). Các vi khuẩn đã được sử dụng để tổng hợp các hạt nano bạc, vàng, FeS và magnetite và các chấm lượng tử của cadmium sulfua (CdS), zinc sulphide (ZnS) và sulphide chì (PbS).

Virus thực vật: virut thực vật đặc biệt là các virus hình cầu / icosahedra đại diện cho các ví dụ về việc sử dụng các vật liệu nano hoặc hạt nano tự nhiên. Virus thực vật nhỏ nhất được biết đến cho đến nay là virut từ hoại tử lá thuốc lá chỉ có đường kính 18 nm (Hoglund, 1968). Virut thực vật được tạo thành từ RNA / DNA kép đơn hoặc đôi, dưới dạng genome được đóng gói bởi lớp protein. Lớp vỏ protein / vỏ cấu trúc và chức năng xuất hiện giống như một thùng chứa các phân tử axit nucleic như hàng hoá từ một máy chủ lưu trữ khác. Khả năng lây nhiễm, đưa hệ gene axit nucleic đến một địa điểm cụ thể trong tế bào chủ, nhân bản, gói axit nucleic và đi ra khỏi tế bào vật chủ chính xác một cách có trật tự đã được cải tiến nhờ công nghệ nano. Một nghiên cứu đầy đủ về việc sử dụng vi rút thực vật làm khuôn mẫu sinh học cho các vật liệu nano và ứng dụng của chúng đã được thực hiện gần đây bởi Young et al. (2008).

TS. Đinh Thị Dinh -Trung tâm NC&PT Hoa, Cây cảnh

(Dịch từ trang www.wjpps.com)