Nghiên Cứu Ứng Dụng Chitosan Tan Trong Nước Để Kháng Nấm Colletotrichum Gây Bệnh Thán Thư Trên Xoài, Chuối, Ớt

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN VÀ CHITOSAN HÒA TAN TRONG NƯỚC

1.1. Giới thiệu về chitosan và chitosan hoà tan trong nước

1.2. Các phương pháp thuỷ phân cắt mạch chitosan

1.3. Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và kích kháng của chitosan

2. KHÁI QUÁT VỀ NGUỒN GỐC, ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ BỆNH SAU THU HOẠCH THƯỜNG GẶP TRÊN XOÀI, CHUỐI VÀ ỚT

2.1. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học

2.2. Bệnh sau thu hoạch thường gặp trên xoài

2.3. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học

2.4. Bệnh sau thu hoạch thường gặp trên chuối

2.5. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học

2.6. Bệnh sau thu hoạch thường gặp trên ớt

3. TỔNG QUAN VỀ NẤM COLLETOTRICHUM SPP. GÂY BỆNH THÁN THƯ TRÊN XOÀI, CHUỐI VÀ ỚT SAU THU HOẠCH VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG TRỪ

3.1. Đặc điểm sinh học

3.2. Colletotrichum trên xoài

3.3. Colletotrichum trên chuối

3.4. Colletotrichum trên ớt

3.5. Sinh lý và cơ chế xâm nhập phát triển bệnh thán thư trên rau quả sau thu hoạch

3.6. Các biện pháp kiểm soát bệnh thán thư sau thu hoạch

3.6.1. Biện pháp phòng ngừa

3.6.2. Biện pháp kiểm soát

4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN WSC VÀ BỆNH THÁN THƯ

4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

5. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.1. NGUYÊN VẬT LIỆU

5.1.1. Nấm gây bệnh thán thư. Rau quả sau thu hoạch

5.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm

5.2.2. Phương pháp nghiên cứu WSC

5.2.3. Phương pháp tinh sạch chitosan và cắt mạch thu hồi WSC

5.2.4. Phương pháp xác định phân tử lượng trung bình chitosan

5.2.5. Phương pháp xác định quang phổ hấp phụ hồng ngoại của sản phẩm WSC

5.2.6. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa quá trình cắt mạch theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)

5.2.7. Phương pháp phân lập, tuyển chọn và định danh nấm thán thư hại xoài, chuối, ớt

5.2.7.1. Phương pháp phân lập và giám định nấm thán thư hại xoài, chuối, ớt

5.2.7.2. Phương pháp định danh ở cấp độ loài bằng phương pháp sinh học phân tử

5.2.8. Phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng kháng bệnh thán thư hại xoài, chuối, ớt của WSC

5.2.8.1. Xác định thời gian nảy mầm của bào tử nấm Colletotrichum spp.

5.2.8.2. Đánh giá khả năng kháng bệnh thán thư hại xoài, chuối, ớt của WSC ở điều kiện in vitro

5.2.8.3. Đánh giá khả năng kháng bệnh thán thư hại xoài của WSC ở điều kiện in vivo

5.2.8.4. Đánh giá ảnh hưởng của WSC đến hoạt độ enzyme liên quan đến khả năng kích kháng ngoại bào và biến đổi polyphenol tổng số

5.2.8.5. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của xử lý tạo màng WSC đến những biến sinh lý, hoá sinh của xoài, chuối, ớt trong quá trình bảo quản

5.2.8.6. Phương pháp xác định các chỉ tiêu hoá lý

5.2.8.7. Phương pháp xác định các chỉ tiêu sinh hoá

5.3. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ CHỦ YẾU ĐÃ SỬ DỤNG

5.3.1. Hoá chất sử dụng

5.3.2. Các thiết bị chủ yếu sử dụng trong nghiên cứu

5.4. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

6.1. NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN TẠO WSC BẰNG TÁC NHÂN H2O2

6.1.1. Xác định các thông số biên cho quá trình tối ưu hóa cắt mạch chitosan tạo WSC

6.1.2. Tối ưu hoá quá trình cắt mạch chitosan tạo WSC theo phương pháp Box-Behnken

6.1.3. Xác định khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm WSC

6.2. PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ĐỊNH DANH NẤM THÁN THƯ GÂY HẠI XOÀI, CHUỐI, ỚT

6.2.1. Phân lập nấm gây bệnh thán thư trên xoài, chuối, ớt

6.2.2. Định danh nấm C. capsici ở cấp độ loài

6.2.3. Đánh giá mối quan hệ di truyền giữa các chủng nấm gây bệnh thán thư đã phân lập

6.3. KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH THÁN THƯ HẠI XOÀI, CHUỐI, ỚT CỦA WSC

6.3.1. Đánh giá khả năng kháng bệnh thán thư hại xoài, chuối, ớt của WSC ở điều kiện in vitro. Ảnh hưởng của WSC đến sự sinh trưởng của C. capsici B4 trong môi trường PDA

6.3.2. Ảnh hưởng của WSC đến sinh khối sợi nấm C. capsici B4 trong môi trường PDB

6.3.3. Đánh giá khả năng kháng bệnh thán thư hại xoài, chuối, ớt của WSC ở điều kiện in vivo

6.3.4. Ảnh hưởng của WSC đến bệnh thán thư hại xoài, chuối, ớt ở điều kiện in vivo

6.3.5. Đánh giá khả năng kích kháng của WSC đến bệnh thán thư hại quả xoài, chuối, ớt ở điều kiện in vivo

6.4. ẢNH HƯỞNG CỦA WSC ĐẾN MỘT SỐ BIẾN ĐỔI CỦA QUẢ XOÀI, CHUỐI, ỚT TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN

6.4.1. Ảnh hưởng của WSC đến một số biến đổi hoá lý của quả xoài, chuối, ớt trong quá trình bảo quản

6.4.2. Ảnh hưởng của WSC đến một số biến đổi sinh hoá của quả xoài, chuối, ớt trong quá trình bảo quản

6.5. ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH ỨNG DỤNG WSC TRONG KHÁNG BỆNH THÁN THƯ TRÊN XOÀI, CHUỐI, ỚT SAU THU HOẠCH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên Cứu Chitosan Tan Trong Nước Tổng Quan và Tiềm Năng

Bệnh thán thư do nấm Colletotrichum gây ra là một vấn đề nghiêm trọng trong nông nghiệp, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của các loại cây trồng như xoài, chuối, và ớt. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng chitosan tan trong nước (WSC) như một giải pháp kháng nấm tiềm năng. Chitosan là một polysaccharide tự nhiên, có nguồn gốc từ chitin, được tìm thấy trong vỏ tôm, cua, và các loại giáp xác khác. Chitosan tan trong nước (WSC) có nhiều ưu điểm so với chitosan thông thường, bao gồm khả năng hòa tan tốt hơn, dễ dàng sử dụng và ít gây độc hại cho môi trường. Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của chitosan trong việc kiểm soát bệnh thán thư trên các loại trái cây và rau quả quan trọng này. Nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại một phương pháp phòng trừ bệnh thán thư hiệu quả và thân thiện với môi trường, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản.

1.1. Giới Thiệu Chi Tiết về Chitosan Tan Trong Nước WSC

Chitosan tan trong nước (WSC) là một dẫn xuất của chitosan được tạo ra thông qua quá trình cắt mạch hoặc biến đổi hóa học để tăng khả năng hòa tan trong nước. Theo nghiên cứu, WSC có nhiều ưu điểm vượt trội so với chitosan thông thường, bao gồm khả năng hấp thụ tốt hơn qua lá và vỏ quả, dễ dàng phối trộn với các loại thuốc bảo vệ thực vật khác, và ít gây tắc nghẽn hệ thống tưới tiêu. Chitosan oligosaccharide là một dạng WSC có khối lượng phân tử thấp, thường được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt, WSC thể hiện tác động của chitosan lên bệnh thán thư rõ rệt hơn các dạng khác.

1.2. Tại Sao Nghiên Cứu Ứng Dụng Chitosan Lại Quan Trọng

Bệnh thán thư là một trong những bệnh hại phổ biến và nghiêm trọng nhất trên nhiều loại cây trồng, gây thiệt hại lớn về kinh tế cho người nông dân. Các biện pháp kiểm soát bệnh thán thư truyền thống thường dựa vào việc sử dụng các loại thuốc trừ nấm hóa học, có thể gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người. Việc nghiên cứu chitosan và ứng dụng chitosan (WSC) như một giải pháp thay thế tiềm năng có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển một nền nông nghiệp bền vững và an toàn hơn.

II. Bệnh Thán Thư Thách Thức và Tác Hại Trên Xoài Chuối Ớt

Bệnh thán thư, do các loài nấm Colletotrichum gây ra, là một trong những mối đe dọa lớn đối với ngành trồng trọt, đặc biệt là trên xoài, chuối, và ớt. Bệnh có thể tấn công cây trồng ở mọi giai đoạn phát triển, từ khi còn non đến khi thu hoạch, gây ra các vết bệnh trên lá, quả, và thân cây. Trên xoài, bệnh thán thư gây ra các vết thâm đen trên quả, làm giảm giá trị thương phẩm và thời gian bảo quản. Tương tự, trên chuối, bệnh gây ra các vết loét trên quả, làm thối rữa và giảm năng suất. Trên ớt, bệnh thán thư gây ra các đốm đen trên quả, làm giảm chất lượng và khả năng tiêu thụ. Việc kiểm soát bệnh thán thư là một thách thức lớn đối với người nông dân, đòi hỏi các biện pháp phòng trừ bệnh thán thư hiệu quả và bền vững.

2.1. Dấu Hiệu và Triệu Chứng Bệnh Thán Thư Trên Xoài Chuối Ớt

Bệnh thán thư biểu hiện khác nhau trên từng loại cây trồng, nhưng nhìn chung, các triệu chứng bao gồm các vết đốm nhỏ màu nâu hoặc đen trên lá, quả, và thân cây. Trên xoài, vết bệnh thường xuất hiện đầu tiên dưới dạng các đốm nhỏ màu đen, sau đó lan rộng và tạo thành các vết thâm lớn. Trên chuối, bệnh gây ra các vết loét trên quả, thường bắt đầu từ cuống. Trên ớt, vết bệnh thường xuất hiện dưới dạng các đốm đen trên quả, có thể lan rộng và gây thối rữa.

2.2. Tác Động Kinh Tế Của Bệnh Thán Thư Đến Nông Nghiệp Việt Nam

Bệnh thán thư gây ra những thiệt hại kinh tế đáng kể cho ngành nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt là đối với các loại cây trồng xuất khẩu như xoài, chuối, và ớt. Việc giảm năng suất và chất lượng sản phẩm do bệnh thán thư không chỉ ảnh hưởng đến thu nhập của người nông dân mà còn làm giảm khả năng cạnh tranh của nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế.

III. Phương Pháp Xử Lý Ứng Dụng Chitosan Tan Trong Nước Kháng Nấm

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của chitosan (WSC) trong việc kháng nấm Colletotrichum gây bệnh thán thư trên xoài, chuối, và ớt. Các thí nghiệm được thực hiện cả trong điều kiện in vitro (trong phòng thí nghiệm) và in vivo (trên cây trồng thực tế) để đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của nấm bệnh, giảm thiểu thiệt hại do bệnh gây ra, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Phương pháp xử lý chitosan bao gồm việc phun dung dịch WSC lên cây trồng hoặc ngâm quả sau thu hoạch trong dung dịch WSC. Nồng độ chitosan và thời gian xử lý được điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối ưu.

3.1. Cơ Chế Kháng Nấm Của Chitosan Tan Trong Nước WSC

Cơ chế kháng nấm của chitosan (WSC) khá phức tạp và bao gồm nhiều yếu tố khác nhau. Một trong những cơ chế chính là khả năng tương tác của chitosan với màng tế bào của nấm, gây ra sự phá vỡ cấu trúc và làm rò rỉ các chất dinh dưỡng, dẫn đến ức chế sự phát triển của nấm. Ngoài ra, chitosan còn có thể kích hoạt hệ thống phòng thủ tự nhiên của cây trồng, giúp cây tăng cường khả năng chống lại sự xâm nhập của nấm bệnh.

3.2. Quy Trình Chiết Xuất và Tạo Ra Chitosan Tan Trong Nước WSC

Quá trình chiết xuất chitosan thường bắt đầu bằng việc loại bỏ protein và khoáng chất từ vỏ tôm, cua bằng cách xử lý với acid và base. Sau đó, chitin được deacetyl hóa để tạo thành chitosan. Để tạo ra chitosan tan trong nước, chitosan được cắt mạch bằng các phương pháp hóa học hoặc enzyme để giảm khối lượng phân tử và tăng khả năng hòa tan trong nước. Phương pháp xử lý chitosan có thể ảnh hưởng đến tính chất và hiệu quả của chitosan.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Hiệu Quả Chitosan Tan Trong Nước Đã Được Chứng Minh

Các kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan tan trong nước (WSC) có hiệu quả chitosan đáng kể trong việc kiểm soát bệnh thán thư trên xoài, chuối, và ớt. Trong điều kiện in vitro, WSC ức chế sự phát triển của nấm Colletotrichum ở các nồng độ chitosan khác nhau. Trong điều kiện in vivo, việc xử lý cây trồng bằng WSC giúp giảm thiểu tỷ lệ nhiễm bệnh, giảm kích thước vết bệnh, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng WSC có thể kích thích hệ thống phòng thủ tự nhiên của cây trồng, giúp cây tăng cường khả năng chống lại bệnh thán thư. Đánh giá hiệu quả chitosan cho thấy đây là một giải pháp tiềm năng để kiểm soát bệnh thán thư một cách bền vững.

4.1. Đánh Giá Khả Năng Ức Chế Nấm Colletotrichum Trong Ống Nghiệm

Các thí nghiệm trong ống nghiệm cho thấy chitosan tan trong nước (WSC) có khả năng ức chế sự phát triển của nấm Colletotrichum ở các nồng độ chitosan khác nhau. WSC ức chế sự nảy mầm của bào tử nấm, làm chậm quá trình phát triển của sợi nấm, và giảm khả năng xâm nhập của nấm vào tế bào cây trồng.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Kháng Bệnh Thán Thư Trên Cây Trồng Thực Tế

Các thí nghiệm trên cây trồng thực tế cho thấy việc xử lý cây trồng bằng chitosan tan trong nước (WSC) giúp giảm thiểu tỷ lệ nhiễm bệnh thán thư, giảm kích thước vết bệnh, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Các loại sản phẩm chitosan mang lại tiềm năng lớn. WSC cũng giúp kéo dài thời gian bảo quản của quả sau thu hoạch.

V. Ứng Dụng Chitosan Hướng Dẫn và Đề Xuất Quy Trình Phòng Trừ

Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề xuất một quy trình ứng dụng chitosan (WSC) trong việc phòng trừ bệnh thán thư trên xoài, chuối, và ớt sau thu hoạch. Quy trình này bao gồm việc lựa chọn nồng độ chitosan phù hợp, phương pháp xử lý thích hợp (phun, ngâm), và thời gian xử lý tối ưu. Quy trình cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp WSC với các biện pháp phòng ngừa khác, như vệ sinh đồng ruộng, sử dụng giống kháng bệnh, và quản lý dinh dưỡng cây trồng hợp lý. Các biện pháp phòng trừ bệnh thán thư luôn là chủ đề quan trọng.

5.1. Hướng Dẫn Sử Dụng Chitosan Tan Trong Nước WSC Hiệu Quả

Để đạt được hiệu quả cao nhất khi sử dụng chitosan tan trong nước (WSC) trong việc phòng trừ bệnh thán thư, cần tuân thủ các hướng dẫn sau: sử dụng nồng độ chitosan phù hợp với từng loại cây trồng và giai đoạn phát triển; phun hoặc ngâm quả trong dung dịch WSC đều và kỹ lưỡng; lặp lại việc xử lý định kỳ, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết ẩm ướt, tạo điều kiện cho bệnh phát triển.

5.2. Đề Xuất Quy Trình Ứng Dụng WSC Từ Nghiên Cứu Đến Thực Tế

Quy trình ứng dụng chitosan (WSC) trong việc phòng trừ bệnh thán thư trên xoài, chuối, và ớt sau thu hoạch nên bao gồm các bước sau: kiểm tra và loại bỏ quả bị bệnh; ngâm quả trong dung dịch WSC với nồng độ chitosan phù hợp trong thời gian khuyến cáo; để quả khô tự nhiên; bảo quản quả ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp.

VI. Tương Lai Của Chitosan Phát Triển Nông Nghiệp Bền Vững

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng to lớn của chitosan tan trong nước (WSC) trong việc kiểm soát bệnh thán thư trên xoài, chuối, và ớt. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sử dụng WSC, khám phá các ứng dụng mới của WSC trong nông nghiệp, và đánh giá tác động của WSC đến môi trường và sức khỏe con người. Chitosan hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển một nền nông nghiệp bền vững, an toàn, và thân thiện với môi trường.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Chitosan và Colletotrichum

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về chitosan và Colletotrichum có thể tập trung vào việc khám phá các cơ chế tác động phức tạp của chitosan lên nấm bệnh, phát triển các công thức chitosan phối hợp với các chất khác để tăng cường hiệu quả phòng trừ, và đánh giá tác động của chitosan lên hệ vi sinh vật đất.

6.2. Chitosan và Bảo Quản Nông Sản Giải Pháp Tối Ưu

Chitosan và bảo quản nông sản có mối liên hệ mật thiết, WSC không chỉ giúp kiểm soát bệnh thán thư mà còn có thể kéo dài thời gian bảo quản của quả sau thu hoạch bằng cách giảm thiểu sự mất nước, duy trì độ cứng, và làm chậm quá trình chín. Việc bảo quản xoài, chuối, ớt trở nên dễ dàng hơn.Chitosan có thể được sử dụng như một lớp phủ bảo vệ trên bề mặt quả, giúp ngăn ngừa sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh và duy trì chất lượng sản phẩm trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Nghiên Cứu Ứng Dụng Chitosan Tan Trong Nước Trong Kháng Nấm Colletotrichum Spp. Gây Bệnh Thán Thư Trên Xoài, Chuối, ỚT